JPS60105919A - 遊星リング歯車式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積型流量計、特に本発明者が遊星リング歯車
式と命名した新規な容積型流量計に関する。

容積型流量計には、非円形歯車式を代表例とする双回転
子型の外、ベーン型、回転ピストン型、揺動ピストン型
、往復ピストン型環各種のものが実用に供されているが
、例えば自動車の燃料消費量を走行中直接に計測し得る
ような流量針は提案されていない。

自動車燃料は粘性が低く、その玉数１２／ｈｒ程度又は
それ以下の低流量であるので、小型の往復ピストン型流
量針か、特殊な回転子駆動制御装置を備えた微少流量計
測装置以外の流量針ではこのような領域に於ける測定は
困難であるが、これらの計器は車両用燃料計として適切
なものではない。

一方、今日では、一般のトラック、バス、乗用車等の燃
費の節減、排気ガス公害対策、運転の安全性向上等を目
的とするカーエレクトロニクスは急速に進歩しているが
、その発展はエンジンへの燃料噴射量を正確に測定でき
ないと言う問題のため阻碍されている。

このような燃料噴射針を一般の市販車に装備するために
は、流量針は安価なものでなくてはならず、その上、キ
ャブレタ及びエンジンの特性に影響を与えないよう圧力
損失が低く、而も、計測される液体中の夾雑物等により
機能を停止することがなく、万一の事故の場合にもエン
ジンへの燃料供給が中断しなε）ようなものであること
が要請さ、れるものである。然しなから、上記の往復ピ
ストン型流量針や微少流量計測装置ではこのような要求
を満足し得ない。

本発明は叙上の観点に立って為されたものであって、そ
の目的とするところは、構造が単柱で可動部の質量が小
さい上、吸排出ボートの開口面積が広く、従って、鋭敏
に作動し、微少な流量から大流量までの広い流ｉｔ範囲
にわたって僅かな圧力損失で各種の液体を計測でき、故
障が少なく、安価に製造し得る新規な容積型流量計を提
供することにある。

本発明の要旨とするところは、流出入ボートの弁として
作動する遊星リング歯車を利用して新規な遊星リング歯
車式流量針を構成することにある。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る遊星リング歯車式流量針の一実施
例を示す正面図、第２図は第１図中切断綿■−■に沿っ
て切断し１こ断面図、第３図は軸部材の断面歯形の説明
図、第４図は回転子の内外側輪郭線の説明図、第５図は
軸部材の外歯歯形円弧以外の輪郭線及び計量室の内側輪
郭線の説明図、第６図乃至第９図はボートの形状を示す
説明図である。

第１図中、■は計量室部材、２及び３は端面部材、４は
軸部材、５は回転子、６及び７はそれぞれ配管接続部材
、８．８はボルト、９．９はナツト、１０．１０及び１
１は０リング、１２は回転子５の内面に略等間隔で法線
方向に多数理め込まれた永久磁石、１３は永久磁石１２
の磁気に感応し回転子５の回転を検出するピックアップ
、１４はピックアップ１３の出力パルスを計数し流量を
表示する計数装置である。

計量室部材１は内側に計量室となる空所を有する筒状体
であり、端面部材２及び３によりその両輪開口部を閉鎖
され、計量室を形成する。

端面部材２には、上記計量室内部に開口する一対のボー
）２ａ、２ａｌ及び他の一対のボート２ｂ、２ｂノが設
けられている。

ボート２　ａ、　２ａ’は適宜の配管接続部材６が取り
付けられた配管接続部２ｃに通じており、ボー）２ｂ、
２ｂ／は適宜の配管接続部材７が取り付けられた配管接
続部２ｄに通じている。

軸部材４は後述するような二葉の外歯を有する歯車であ
り、その中心軸が１内室部材１の中心軸と一致するよう
端面部材３に取り付けられ、計量室部材１の内壁と平行
に計量室を貫通し、その先端は端面部材２の内側端面に
接している。

回転子５は軸部材４の外歯と噛み合う三葉の内歯を有す
る歯車であり、計量室内を複数の室に区分すると共にそ
の各室間の流体シールを形成しつ一計量室内でボート２
ａ、２ａ’とボート２ｂ、２ｂ′との間を流通する流体
の圧力を受けて、公転運動と自転運動を複合した噛み合
い運動を行うものである。

回転子５の内側輪郭線と軸部材４の外側輪郭線とは常時
３点で接触しており、このため、回転子５の内側空間は
軸部材４により常時３室に区分され、且つこれらの３室
のそれぞれは回転子５の軸部材４に対する噛合運動によ
り膨張、収縮を交互に繰り返すこととなるが、これらの
３室は、それが膨張過程にあるときは一対のボート２ａ
、２　ａ　／のどちらか一方に通じ、収縮過程にあると
きは他の一対のボート２ｂ、２ｂ／のどちらか一方に通
じるよう構成されており、これにより回転子５は円滑に
回動でき、その回転ピストン作用により、流体がボート
２ａ、２ａ′からボート２ｂ、２ｂ′に輸送され、計測
されることになる。

又、回転子５の外側輪郭線も常時３点で計量室内側輪郭
線と接触しており、このため計量室部材１の内面と回転
子５の外面との間の空間は常時３室に区分される。

この３接触点は同輪郭綜上を回転子５の回転に応じて移
動し、上記３室のそれぞれは回転子５の回動に応じて膨
張、収縮を交互に繰返しつ＼計量室内で回動する。

而して、この場合も、各室が膨張過程にあるときは一対
のボート２ａ、２ａ／のどちらか一方に通じ、収縮過程
にあるときは一対のボート２ｂ。

２ｂ′のどちらか一方に通じ号よう設定されている。又
、膨張過程から収縮過程に移行する際には各室の容量は
最大となり、逆に収縮過程から膨張過程に移行する際に
室の容量は最小となる。

従って、計量室部材１の内面と回転子５の外面との間の
空間でも、回転子５の回転ピストン作用により、流体が
ボート２ａ、２ａ’からボート２ｂ、２ｂ／に輸送され
つ＼計量されることになる。

換言すれば、回転子５は、計量室内部を複数の室に区分
し、その内外執れに於ても一対のボート２ａ、２ａ’と
他の一対のボート２ｂ、２ｂ／との間で流体が直接連通
するのを遮断、シールすると共に、上記計量室内で区分
された複数の室とボート２ａ、２ａ′とボート２ｂ、２
ｂ’との連通を切り換える弁として作動し、計量室内部
を貫流する流体の容積流量に比例する角速度で噛み合い
運動をするものである。

而して、回転子５の回動は、公知のピックアップ１３に
より検知され、計数装置１４により瞬時流量若しくは積
算流量が表示される。

次に、軸部材４の一対の外歯の断面歯形即ち両端部の輪
廓線の形状を第３図により説明する。

軸部材４の断面歯形即ち軸直角断面に於ける両端部の輪
廓線は一対の半円弧を中心距離ｄを隔てて対向させたも
のであり、本実施例ではｄの値をこの一対の半円弧の直
径と等しく設定しである。

次に、第４図により回転子５の内側輪廓線に就いて説明
する。

回転子５の軸直角断面に於ける内側輪廓線は軸部材４と
回転子５との噛み合い運動によって決定される。

ｍ４図は便宜的に回転子５が静止し、軸部材４が運動す
るよう表示しであるが、この場合には軸部４４４のピッ
チ円ＰＣ４が、回転子５のビ・ノチ円ｐｃ５に内接しつ
つ滑ることなく回転することになる。

ｐｃ４の直径は第４図に示した距１’１ｌｌｄに等しく
、ｐ　ｃ　５の直径は歯数比から当然に　ｄになる。

このとき、回転子５０由形曲線の形成には、軸部材４の
アデンダム部分（歯切の半円弧部分）のみが関係し、そ
の中間の第３図中点線で示されている部分は関与しない
ことが判明する。即ち、回転子５の内側輪廓線は、軸部
材４の外歯の断面歯形を形成する一対の半円の直径と、
一対の半円の中心距離ｄとにより決定されるものである
。

第４図は回転子５に固定した軸直角平面上に生じる軸部
材４の包絡線を示したものであり、これ　゛から回転子
５の内側輪郭線の形状が理解されよう。

本実施例では、上記包絡線と接する三直線より成る正三
角形の三つの頂点部を対応する辺と滑らかに接続する小
円弧で置換して成る図形の上記小円弧を含んだ上記小円
弧から包絡綿までの接線部分を上記包絡線に加えて回転
子５の軸直角断面に於ける内側輪廓線を画定する。

次に、第５図により軸部材４の上記一対の半円弧以外の
輪廓線及び計量室部材１の内側輪郭線に就いて説明する
。

而して、軸部材４と回転子５が上記のような噛み合い運
動をするとき、今度は上記軸部材４の上記一対の半円弧
以外の輪廓綿が回転子５の歯面の包絡線として決定され
る。

第５図に於て、計量室の軸直角断面上で軸部材４の中心
を０１点０を原点とする固定座標軸として、軸部材４の
長袖方向にＹ軸、Ｙ軸に直角な方向にＸ軸をとり、回転
子５の中心を０／として０／から回転子５の外側輪廓線
をなす一つの直線に下ろした垂線をｙとする。

第５ｒＩ！Ｊは回転子５が順次９０度発会計方向に公転
し、これと同方向に３０度発会転したときの状態を、実
線、一点鎖線、二点鎖線及び点線で示したものであり、
これから軸部材４の一対の半円弧以外の外１ｌＩＩＪ輪
廓線の形状が理解されよう。本実施例では、この輪郭線
は上記一対の半円を滑らかに結ぶ平行な二直線となる。

又、計量室部材１の内側輪廓線は、回転子５が計量室部
材１の内部で軸部材４と噛み合い運動を行う際、軸部材
４に固定した平面に於て回転子５の外側輪廓線の包絡線
として得られるものである。

本実施例では、この輪廓線は径の等しい二つの円弧から
成るまゆ湿曲線となる。

第５図中実線で示す状態、即ち回転子５の中心ｋｆＡ　
ｙがＸ軸と重なる状態では、回転子５の内側輪郭線は三
点Ａ、Ｂ及びＣで軸部材４の外周面と接触し、外側輪郭
線は三点ＤＳＥ及びＦで計量室内側輪郭線に接触してお
り、接触点Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤＳＥ、Ｆは回転子５と共に
回動する。

次にボートの位置及び形状を第６図乃至第９図を参照し
て説明する。

第６図乃至第９図は、端面部材２を１量室側から見た図
面に計量室部材１の内側輪廓線及び軸部材４の輪廓線を
書き加え、これに回転子５が順次９０度発会転し、同時
に３０度発会転した状態の輪廓線を書き加えたものであ
る。

ボート２ａはポート２ａノと、ボー）２ｂはボート２ｂ
’とそれぞれ軸部材４の中心Ｏに対して対称であり、ボ
ート２ａと２ｂ、ボート２ａ′とボート２ｂ′はそれぞ
れＹ軸に対して対称であるから、ここではボート２ａの
位置及び形状についてのみ説明する。

ボート２ａの輪郭線ＧＨＩＪのうち、区間ＧＨは回転子
５の中心線ｙがＹ軸方向を向いた状態（第６図で示す状
態）に於ける回転子５の内側輪郭線と重なる直線、区間
ＩＪは回転子５の中心綿が３０度傾きｙｌで示す位置ま
で回動した状態（第７図で示ず状１ｉ！りに於ける回転
子５の外側輪郭線と同一の直線、区間ＪＧは回転子５の
中心線が更に３０度傾きｙ２で示す位置まで回動した状
態（第８図で示す状態）に於ける回転子５の外側輪廓線
と同一の直線、区間Ｈ１は回転子５の中心線ｙがＸ軸方
向を向いた状態（第９図で示す状態）に於ける回転子５
の内側輪郭線と同一の曲線である。

ボートをこのように設けると、上記の各室の膨張、収縮
が円滑に行われ、回転子５が回転ピストンとして作動し
得るようになる。このボートの開口面積は、他のこの種
の回転ピストン型の流量計で採用されているボートに較
べると極めて大きく、従って、測定時の圧力損失が少な
くて済む。

ここで第６図乃至第９図を参照して回転子５の回動とボ
ートとの関係を説明する。

而して、回転子５の内側の空間は軸部材４により室Ｒ，
Ｓ及び１゛の王室に区分され、回転子５の外側の計量室
内の空間は室Ｕ、Ｖ及びＷの王室に区分される。

第６図で示す状態では、室Ｒ及び室Ｗはボートと絶縁さ
れ、室Ｕはボー）２ａに、室Ｔはボート２ａｌに通じて
おり、室■はボート２ｂに、室Ｓはボート２ｂ′に通じ
ている。

このとき、ボート２ａ、２ａ′から流体が導入されると
、室Ｕは室Ｓより、又室Ｔは室Ｖより圧力が高くなり、
回転子５は軸部材４と点Ａ、Ｂ及びＣで接触しているか
ら、第４図中反時δ１方向に回動を始め、室Ｕ及び室′
ｒの容積は増大し、室Ｓ及び室■の容積は減少する。回
転子５が回動を開始すると、室Ｒはボート２ａに、室Ｗ
はボート２ａ′に通じるようになり、ここから流体が導
入されて両室は膨張を開始する。

その後、回転子５が第７図に示す位置まで回動すると、
室Ｔ及び室Ｕの容積は最大となり、画室は一旦ボートか
ら絶縁され、更に回動が進行Ｗると、室Ｔはボート２ｂ
に、室Ｕはボート２ｂ’に通じるようになり、ここから
流体が排出され、両室は収縮を開始する。

このとき、室Ｒ及び室Ｗは膨張の過程にあり、室Ｓ及び
室■は収縮の過程にある。

而して、回転子５が第８図に示す位置まで回動すると、
室Ｓ及び室■の容積は最小になり、画室は一旦ボートか
ら絶縁され、更に回動が進行すると、室Ｓはボート２ａ
′に、室Ｖはボート２ａに通じるようになり、ここから
流体が導入され、両室はＷ＠脹をＩ！ｌ始する。

このとき、室Ｒ及び室Ｗは膨張の過程にあり、室Ｕ及び
室Ｔは収縮の過程にある。

而して、回転子５が第９図に示す位置まで回動すると、
室Ｒ及び室Ｗの容積は最大になり、両室は一旦ボートか
ら絶縁され、更に回動が進行すると、室Ｒはボート２ｂ
′に、室Ｗはボート２ｂに通じるようになり、ここから
流体が排出され、両室は収縮を開始する。

而して、回転子５が第９図に示す位置から更に回転し、
その中心線ｙが第６図に示す位置に対して１２０度回転
した状態となると、回転子５の位置は行び第６図に示す
状態となる。このとき、室Ｒ１Ｓ及びＴはそれぞれ室Ｓ
、Ｔ及びＲと入れ替り、室Ｕ、Ｖ及びＷはそれぞれ室Ｗ
、Ｕ及び■と入れ替る。

以下、同様なサイクルを繰り返して回転子５は回転ピス
トンとして作動し、出入ボート間の流体の直接的連通を
遮断し、流量に比例して回動する。

回転子５には、一つの軸直角断面に沿い、且つ磁極がそ
の内面で等間隔となるよう多数の永久磁石が設けられて
おり、これらの永久磁石が軸部材４を通過する都度、ピ
ックアップ１３はパルスを発振し、そのパルスは８１数
装置１４により流量を示す数値に変換され、表示される
。

回転子５は極めて軽量に構成されるので、この流量計は
極めて鋭敏に作動し、ガソリン等の低粘性流体であって
も相当の大流量から微少流量迄、広い流量レンジにわた
って正確に計測し摺るものである。

尚、本発明の構成ｌＪ１叙上の実施例に限定されるもの
でなく、各構成要素の形状、結合方法等は、本発明の目
的の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、例えば
、上記実施例に於ては、ＪＩ量皇室部材両輪面部材及び
軸部材を別々の部側としたが、これらは適宜組合せ一体
的に複合さ（ることかでき、本発明はそれらの総てを包
摂するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る′１．り星リング歯車式流量針の
一実施例を示す正面図、第２図は第１図中切断綿ＩＩ　
−、＋１にｔ）って切断した断面図、ｍ３図は外歯ｔＪ
車の両端部の輪廓線の説明図、第４図は外歯歯車の両輪
部以外の輪廓線の説明図、ｆｆ１５図は内歯山車の内側
輪廓線及び計量室の内側輪郭線の説明図、第６図乃至第
９図はボートの形状を示す説明図である。 １−一−−・−−−−−−−一一−δ１内室部材２．３
−−−−−−−−−−一蛸面部材４−−−−−−−−−
−−−−軸部材 ５　＝−−−−−−−−−−一回転子 １２’−−−−−−−−−−−−永久磁石１３−−−−
−−−−−−−−−一−−ピックアップ１４〜−−−−
−−−一−−−−−−−計数装置特許出願人　長　１）
重　慶 代理人（７５２４）最上正太部 第２図 ｙ、ｙ　第５図 ノ □Ｘ。 第：３図 ３ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内側に計量室となる空所を有する筒状の計量室部
   材と、それぞれ配管接続部を具備した上記計量室部材内
   の空所に通じる管路を有しこれらの開口部を除き上記計
   量室部材の両端部を閉鎖し計量室を画成する一対の端面
   部材と、上記計量室の内壁面と平行に端面部材に固定さ
   れた軸部材と、上記計量室内を複数の室に区分すると共
   にその各室間の流体シールを形成しつ＼ｉｔ量室内室内
   圧を受けて回転する回転子と、上記回転子の回転を検知
   する装置とから成り、 上記軸部材を中心距離ｄを隔てて対向する一対の半円弧
   から成る二葉形の外歯歯形を有する外歯歯車とすると共
   に、上記回転子の軸直角断面に於ける内側輪廓線を上記
   軸部材の二葉形の外歯歯形と噛み合い運動をする三葉形
   の内歯歯形とし、上記回転子の軸直角断面に於ける外側
   輪廓線を正三角形の三つの頂点部を対応する辺と滑らか
   に接続する小円弧でＷ換して成る図形として、上記回転
   子が上記軸部材の外歯歯車と噛み合って回転するとき、
   上記回転子の外側輪廓線が上記軸部材に固定した軸直角
   平面上に生じる包絡線により計量室部材の軸直角断面に
   於ける内側輪廓線を定めたことを特徴とする遊星リング
   歯車式流量針。
2. （２）　外＠歯車の断面歯形を画定する一対の半円弧間
   の中心距離ｄが上記一対の半円の直径と等しい特許請求
   の範囲第１項記・載の遊星リング歯車式流量針。