JPH07190829A - 非円形歯車式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 残留気泡による光学系の検出信号の欠けを防
止する。 【構成】 作動室２に装着されて互いに噛合された一対
の非円形歯車７、７の一方の一端面に、反射板２２が配
設され、作動室２の外部に発光素子１９および受光素子
２０がレンズ１５を挟んで反射板２２に臨むように設け
られており、非円形歯車７の回転に伴う受光素子２０の
パルス信号を検出することによって流量を計測する非円
形歯車式流量計において、レンズ１５と反射板２２との
クリアランスＣが１００μｍ以下に形成されている。 【効果】 レンズ１５と反射板２２との間のスラスト方
向クリアランスＣを１００μｍ以下に設定することによ
り、レンズ１５と反射板２２との間における気泡の滞留
を防止できるため、受光素子２０における検出信号の欠
けを防止でき、計測精度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式の非円形歯車式
流量計に関し、特に、検出光学系の光路についての改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、回転を光学的に計測する非円形
歯車式流量計は、ギヤハウジング内に噛合された一対の
非円形歯車の少なくとも一方の端面に、反射面部を有す
る反射板が回転軸に同心円的に配設されている。また、
ケースに発光素子と受光素子とが設けられており、発光
素子および受光素子はレンズを挟んで反射板に望まされ
ている。そして、流体の流れによって回転される非円形
歯車の回転数を、反射面部で反射される光を受光素子に
おいて検出することによって測定し、もって、その回転
数に比例する流量を計測するように構成されている。

【０００３】このような非円形歯車式流量計において
は、ラジアルおよびスラスト方向からの洩れ損失と、軸
および軸受とスラスト接触面とで発生するフリクション
損失とが計測特性に影響する。

【０００４】このため、従来の非円形歯車式流量計にお
いては、液体の洩れ損失を少なくするために、ラジアル
およびスラスト方向におけるクリアランスは液体による
潤滑膜が形成される大きさと、加工精度とを考慮して設
定されている。特に、スラスト方向におけるクリアラン
スと流体の洩れ量との関係は、洩れ量がクリアランスの
３乗に比例する式で表されることが知られている。

【０００５】また、非円形歯車式流量計の光路部におけ
るスラスト方向のクリアランスとしては、次のものがあ
る。図１（ｂ）参照。 プレート面とレンズ面との間のクリアランス（以
下、第１クリアランスという。） 非円形歯車摺動面とプレートとの間のクリアランス
（以下、第２クリアランスという。） 反射板面と非円形歯車摺動面との間のクリアランス
（以下、第３クリアランスという。） そして、これらのクリアランスの総和（以下、スラスト
方向クリアランスといい、非円形歯車が光路部と反対方
向のケースに当接した状態のクリアランスとする。）
は、従来、３００μｍ程度であれば、計測に影響のない
洩れ量となるクリアランスであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】磁気式の検出部を有す
る非円形歯車式流量計については問題ないが、光学式の
非円形歯車式流量計においては、計測流体中に気泡が含
まれていると、レンズ面と反射板面との間に気泡が入り
込んで検出光学系における検出信号（パルス）の欠けが
発生して、計測誤差が発生する危惧がある。

【０００７】本発明の目的は、残留気泡による検出信号
の欠けを防止することができる非円形歯車式流量計を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る非円形歯車
式流量計は、作動室に装着されて互いに噛合されている
一対の非円形歯車の少なくとも一方における軸方向一端
面に、複数の反射面部と非反射面部とが周方向に交互に
形成された反射板が配設されているとともに、作動室の
外部に発光素子および受光素子が透明部材を挟んで、前
記反射板の反射面部および非反射面部に臨むように設け
られており、非円形歯車の回転に伴う受光素子のパルス
信号を検出することによって流量を計測するように構成
されている非円形歯車式流量計において、前記透明部材
と反射板とのクリアランスが１００μｍ以下に形成され
ていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】前記した手段を創作するに当り、種々の実験や
研究を実施した結果、本発明者等はスラスト方向クリア
ランスと、これに侵入する空気とについて、次の関係が
成立することを究明した。 スラスト方向クリアランスの値が、２７５μｍであ
ると、クリアランス部は殆ど空気層になる。 スラスト方向クリアランスの値が、１８５μｍであ
ると、クリアランス部は液体と空気とが混在する状態に
なる。 スラスト方向クリアランスの値が、１１５μｍであ
ると、クリアランス部は計測に影響のないレベルの微小
空気が存在する状態になる。 スラスト方向クリアランス値が、１００μｍ以下で
あると、クリアランス部は計測に影響のないレベルの微
小空気が存在するが、パルス欠けが発生しない。

【００１０】前記した手段によれば、レンズと反射板と
の間に気泡が介在しないため、発光素子の光は反射板に
常に適正に到達して反射し、その反射光は受光素子に常
に適正に到達して受光されることになる。したがって、
受光素子における検出信号の欠けが発生することは防止
される。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例である非円形歯車式
流量計の主要部を示しており、（ａ）は光路部を示す縦
断面図、（ｂ）はクリアランスを説明する拡大部分断面
図である。図２はその非円形歯車式流量計を示す縦断面
図である。図３は図２のIII-III 線に沿う平面断面図で
ある。

【００１２】本実施例において、非円形歯車式流量計
は、ステンレス鋼またはアルミ材が用いられて略直方体
に形成されているギヤハウジング１を備えており、この
ギヤハウジング１には作動室２が、ギヤハウジング１の
一端面（以下、上面とする。）において開口されるとと
もに、平面形状が２組の大小口径の半円形を十字形に配
して成る柱形状の空所に形成されている。また、ギヤハ
ウジング１には入口通路３および出口通路４が互いに１
８０度方向（以下、前後方向とする。）にそれぞれ配さ
れて、作動室２の両小径室にそれぞれ連通するように開
設されており、ギヤハウジング１の前面および後面には
インレットパイプ５およびアウトレットパイプ６が、入
口通路３および出口通路４にそれぞれ流体的に接続する
ように突設されている。

【００１３】作動室２には非円形歯車７が一対、互いに
噛合されて配設されており、両非円形歯車７、７はギヤ
ハウジング１に互いに並行に立設された各支軸８に回転
自在に支承されている。非円形歯車７はカーボンまたは
樹脂（例えば、ポリ・フェニレン・サルファイド樹脂
等）が用いられて一体成形されている。

【００１４】一方の非円形歯車７の上面には円形の穴９
が、支軸８と同心的に配されて一定の深さに没設されて
おり、この穴９の内周面には位置決め凹部９ａが一対、
非円形歯車７の長軸に対応する位置にそれぞれ配されて
没設されている。この穴９内には反射板２２が嵌め込ま
れて装着されており、反射板２２は、その外周の所定位
置にそれぞれ配されて突設された位置決め凸部２２ａが
穴側の凹部９ａに嵌入されることにより、非円形歯車７
に対して所定の関係を確保されている。

【００１５】ギヤハウジング１の上面には円形の環状溝
１０が作動室２の開口を取り囲むように配されて没設さ
れており、この環状溝１０には円形のＯリング１１が収
納されている。ギヤハウジング１にはケース１２がプレ
ート（端板）１３およびＯリング１１を挟んで重ね合わ
されている。ケース１２はアルミニウムが用いられて、
また、プレート１３はギヤハウジング１と同質の材料が
用いられて、ギヤハウジング１と略同一の平面形状にそ
れぞれ形成されている。ギヤハウジング１とケース１２
とプレート１３とは、その四隅に配されたボルト１６に
よって一体的に締結されている。

【００１６】プレート１３には凹所１４が、一方の非円
形歯車７における反射板２２の周辺部に対向する位置に
配されて下向きに没設されており、凹所１４内には小円
形の板状に形成された透明部材としてのレンズ１５が嵌
合されて接着剤にて固定されているとともに、Ｏリング
２３が用いられて固定されている。ケース１２の底壁に
は一対の透孔１７、１８がレンズ１５に対向する位置に
配されて、両者の延長線が反射板２２の表面で略交差す
るようにそれぞれ傾斜されて開設されている。

【００１７】一方の透孔１７の上部には発光素子１９が
反射板２２の一部を投光するように配されて挿入されて
おり、他方の透孔１８の上部には受光素子２０が反射板
２２からの反射光を受光するように配されて挿入されて
いる。そして、発光素子１９および受光素子２０は入出
力装置２１に接続されており、ケース１２内には計測に
必要な電子部品ないしは電子機器（図示せず）が組み込
まれている。

【００１８】そして、本実施例において、レンズ１５と
反射板２２との間のクリアランス、すなわち、スラスト
方向クリアランスＣは、１００μｍ以下に調整されてい
る。つまり、このスラスト方向クリアランスＣが１００
μｍ以下になるように、各構成部品の加工精度が管理さ
れている。

【００１９】次に作用を説明する。作動流体としての被
流量測定液体がインレットパイプ５から入口流路３を経
て作動室２に導入されると、液体は作動室２で仕事をし
た後、出口流路４を通ってアウトレットパイプ６から導
出されて行く。液体が作動室２を通過するとき、互いに
噛合して作動室２を仕切っている一対の非円形歯車７、
７はその流れにより、図３中、破線矢印で示されている
方向に回転される。

【００２０】一方、発光素子１９からの光はレンズ１５
を透過して非円形歯車７の端面に照射し反射する。反射
光はレンズ１５を透過して受光素子２０に受光される。
このとき、反射面部と非反射面部とでは、反射率に大き
な差があるため、受光素子２０の出力に基づいて非円形
歯車７の回転角度を測定することができる。そして、非
円形歯車７の回転角度はこれを回転させている液体の流
量と比例するため、回転角度を測定することにより流量
を実質的に計測されることになる。

【００２１】ところで、非円形歯車７とプレート１３と
の間には液体による潤滑膜を形成するために、スラスト
方向クリアランスＣが必要である。しかし、このクリア
ランスＣに気泡が残留すると、この気泡は検出系の光路
の障害になるため、受光素子２０において検出信号の欠
けが発生し、計測精度が低下してしまうことが判明し
た。

【００２２】そこで、本発明等は、種々の実験や研究を
実施した結果、次のような関係を究明した。図１（ｂ）
参照。 スラスト方向クリアランスＣの値が、２７５μｍで
あると、クリアランス部は殆ど空気層になる。（第１ク
リアランスＣ１＝５０μｍ、第２クリアランスＣ２＝２
５μｍ、第３クリアランスＣ３＝２００μｍとした時） スラスト方向クリアランスＣの値が、１８５μｍで
あると、クリアランス部は液体と空気とが混在する状態
になる。（第１クリアランスＣ１＝１２０μｍ、第２ク
リアランスＣ２＝２５μｍ、第３クリアランスＣ３＝４
０μｍとした時） スラスト方向クリアランスＣの値が、１１５μｍで
あると、計測に影響のないレベルの微小空気が存在する
状態になる。（第１クリアランスＣ１＝５０μｍ、第２
クリアランスＣ２＝２５μｍ、第３クリアランスＣ３＝
４０μｍとした時） スラスト方向クリアランスＣの値が、１００μｍで
あると、計測に影響のないレベルの微小空気が存在する
状態になる。（第１クリアランスＣ１＝３５μｍ、第２
クリアランスＣ２＝２５μｍ、第３クリアランスＣ３＝
４０μｍとした時） スラスト方向クリアランスＣの値が、８０μｍであ
ると、計測に影響のないレベルの微小空気が存在する状
態になる。（第１クリアランスＣ１＝２５μｍ、第２ク
リアランスＣ２＝２５μｍ、第３クリアランスＣ３＝３
０μｍとした時）尚、以上の状態は、反対側のクリアラ
ンスを０とした場合のクリアランスである。

【００２３】以上の結果はアルコール系溶剤を用いたも
のであるが、前記〜のうち〜は、レンズ１５と
反射板２２との間に気泡が侵入することがなく、検出信
号の欠けを生じることがなかった。したがって、レンズ
１５と反射面２２との間のクリアランスＣの値を１００
μｍ以下と設定することにより、受光素子２０における
検出信号の欠けの発生を確実に防止することができるの
で、光学式非円形歯車式流量計としての計測精度を向上
することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透明部材と反射板との間のスラスト方向クリアランスを
１００μｍ以下に設定することにより、透明部材と反射
板との間における気泡が滞留を防止することができるた
め、光による検出系の検出信号の欠けを防止することが
でき、その結果、計測精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である非円形歯車式流量計の
主要部を示しており、（ａ）は光路部を示す縦断面図、
（ｂ）はクリアランスを示す拡大部分断面図である。

【図２】非円形歯車式流量計を示す縦断面図である。

【図３】図２のIII-III 線に沿う平面断面図である。

【符号の説明】

１…ギヤハウジング、２…作動室、３…入口通路、４…
出口通路、５…インレットパイプ、６…アウトレットパ
イプ、７…非円形歯車、８…支軸、９…穴、１０…環状
溝、１１…Ｏリング、１２…ケース、１３…プレート、
１４…ボルト、１５…レンズ（透明部材）、１７、１８
…透孔、１９…発光素子、２０…受光素子、２１…入出
力装置、２２…反射板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動室に装着されて互いに噛合されてい
   る一対の非円形歯車の少なくとも一方における軸方向一
   端面に、複数の反射面部と非反射面部とが周方向に交互
   に形成された反射板が配設されているとともに、作動室
   の外部に発光素子および受光素子が透明部材を挟んで、
   前記反射板の反射面部および非反射面部に臨むように設
   けられており、非円形歯車の回転に伴う受光素子のパル
   ス信号を検出することによって流量を計測するように構
   成されている非円形歯車式流量計において、 前記透明部材と反射板とのクリアランスが１００μｍ以
   下に形成されていることを特徴とする非円形歯車式流量
   計。