JPS6061624A - 容積流量計 - 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】 本発明は磁力を利用した弁機構を有する容積流量計に係
る。

容積流量計のうちで従来最も数多く使用されているのは
、都市ガス等の計量に用いられる乾式ガスメーターであ
るが、この種の流量計は大きな隔板とその周囲を支える
ダイアフラムを有する関係上、流量計全体が大型となり
、また流れを切換えるスライド弁やそれを動かすリンク
機構など複雑な構造を有する。これに対して湿式ガスメ
ーターは、構造は簡単であるが、ガスのシールに水を用
いているので、水平に設置しなければならないという欠
点がある。以上は気体の流量′Ａ１１ｌ定に用いられる
ものであるが、液体用の容積流量計としては円板ピスト
ンメーターやオーバル流量計、ルーツ流量計などが知ら
れている。しかしながら、これらの流量計は、複雑な形
状をした回転子やシリンダーなどを切削により精密に仕
上げねばならず、製造コストが高くなるという難点を看
する。

これに対し本発明は、磁力を利用した弁機構を用いて、
連続的に流れる流体の一定容積ごとの針鼠を自動的に行
わせるという新しい力式により、Ｌ記のような欠点を除
いた容積流量計を提供するものである。すなわち本発明
の目的の第一は、気体、液体のいずれに対しても任意の
設置δ姿勢で使用可能な流量計を提供することである。

第二は、構造が簡単で工作精度も高いことを要さず、し
たがって製作コストの安い流量計を提供することである
。

第１図において、ｌはシリンダー、２はその内部を滑動
するピストンであり、コイルスプリング５によって常時
はシリンダーの右側に押しつけられている。ピストン２
は鉄のような強磁性体弧よって作られているか、その中
央には孔７があり、その上に磁石８が吸着している。す
なわち第２図に示すように、磁石８はゴム板９に接着さ
れており、磁石８はこのゴム板を間に介してピヌトン２
に磁力により吸着している。またゴム板９の下端の部分
はピストン２の表面に接着されている。そして孔７から
作用する流体圧力による力が上記の吸着力に勝ると、磁
石８は第２図に点線で示すように開く。すなわち磁石８
とゴム板９は一種のゴｆ機構を構成している。

いま第１図（ａ）に示すように、ピストン２は右端の位
置にあり、磁石８は２に吸着し孔７は閉じられているも
のとする。この状態において右側の流入孔３より流ｕＱ
で流体が流入すると、流体はコイルスプリング５の弾力
に抗してピストン２を左側に押して移動させ、それに伴
って左側の流出孔４からは同量の流体が流出する。ピス
トン２が移動を続けて左端に達し第１図（ｂ）のような
状態になると、ピストンはもはやそれ・以Ｅ動かないか
ら、ピストンの右側の流体圧力が急激に上Ａする。その
結果磁石８に作用する力が増加して磁石の吸着力に打ち
勝ち、弁は開いて流体はピストン２の右側から左側の空
間に急速に流入する。それと同時にピストン２はコイル
スプリング５の弾力によって最初の第１図（ａ）の位置
に急速にもどされる。またピストン２か右端に復帰して
ピストンの右側から左側への流体の急速な流入が止むと
、磁石８は再びピストンに吸着して弁は閉じられる。以
下同様の動作がくり返される。この間欠勤作は強磁性体
を検出する近接スイッチ６によって検出され、電気的パ
ルスｖ（ｔ）（ｔは時間）に変換される。

以上の動作を圧力波形を用いて説明すると第３図（ａ）
のようになる。すなわちピストン２の右側の上流側圧力
をｐ　（ｔ）とし、ピストン左側の下流側圧力をＰ。（
一定）とすると、ピストン２が第１図（ａ）のように右
端にあるときには、ｐ（ｔ）は４なる圧力にある。シリ
ンダー１の断面積をＳとすると、Ｓ　（Ｐ、−Ｐｏ）な
る力はコイルスプリング５のこのときの弾力とつり合っ
ている。流体か流入孔３より流入してピストン２が左へ
移動するに従いコイルスプリング５の弾力は増加するが
、それにつれてｐ　（ｔ）は増加し、ピストン２か左端
に到達したときにはｐ（、ｔ）は４なる圧力になる。こ
のときいっばいに縮んだ状態のコイルスプリング５の弾
力はＳ　（Ｐ、−Ｐｏ）なるカとっり合っている。この
状態からあとは、ピストン２は動かないからｐ　（ｔ）
は急激に上昇する。その上昇速度は流体の圧縮率とピス
トン２から右の上流側の空間の体積による。したがって
流体が液体の場合にはｐ　（ｔ）はほとんど瞬間的に上
ゼする。

気体は圧縮性があるので液体の場合はど急速にはｐ　（
ｔ）は上昇しないが、それでも−からＰ６にいたる圧力
上昇過程にくらべれば格段に速い」二昇率を呈する。

前記のようにピストン２が左端に達しｐ　（ｔ）が急速
に上昇して臨界圧力馬を越えたとき、磁石８の弁が開く
。ここで弁の孔７の有効断面績をＡとし、またゴム板９
の弾力も含めて磁石８がピストン２に吸着する力をＦ。

とすると、臨界圧力ＰＣとＦ、の関係は Ｆｏ＝Ａ　（ＰＣ−Ｐ、）　（１） となる。このようにして弁が開くと、ピストン２の右側
から左側に流体が移動して、ピストンは右端の位置に急
速にもどる。その速さは主としてコイルスプリング５の
弾力と流体が弁孔７を通るときの抵抗によって決定され
るか、その復帰に要する時間は、ピストンか１回往復す
る時間にくらべて十分に小となる７ように、上記のスプ
リング５の弾力や弁孔７の径を設定する必要がある。

第３図（ｂ）には、６として近接スイッチを用いて強磁
性体のピストン２の動きを検出したときの出力パルスｖ
　（ｔ）が示しである。もちろんこの場合には、シリン
ダー１には非磁性体のものを使用し、強磁性体によって
作られたピストン２の近接を検出し、ピストンが１回往
復するごとにｌパルス発生する。このパルスを一定時間
計数することにより流ｉＱが測定され、またパルス数を
積算することにより積算流量がめられる。ピストンの往
復動作を検出する方式としては、このほかにもシリンダ
ー１の外側にコイルを巻いて、磁石８の急速な連動によ
る電ｍ誘導電圧を利用する方式、あるいはピストン２に
よる光ビームの遮断を用いる光学的方法など、既知の種
々の方式が適用＝＋ｒ能である。しかしながら、この検
出方式自体は本発明の本質部分を成すものではないから
、以下においてはこの検出部の説明を省略する。

以上の説明から明かなように、本流量計においては、ピ
ストン２のストロークをＬとすると、ピストン２が１回
往復動作をするごとにほぼＳＬなる容積の流体が計量さ
れるから、その単位時間当りの動作回数、すなわち検出
部出力パルスｖ（ｔ）の計薮率をＮとすると流ｆＭＱは
ほぼＱ　＝、Ｓ　Ｌ　Ｎ　（２） と表される。Ｎはパルスｖ　（ｔ）を計数器により一定
時間計数することによりめられる。また流量Ｑが変動す
る場合には、第３図（ａ）に示したように、ビス）・ン
２が往復するに要する時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３Φ・・は１
回ごとに変動するが、この場合には、クロックパルスに
よってＴ１．Ｔ２、Ｔ３　＊　−−を測定し、それらの
逆数を演算することにより、流量Ｑの時々刻々の値を知
ることができる。

前述したように、ピストン２がシリンダー１の右端の位
置に復帰するに要する時間は、ピストン２が１市往復す
るに要する時間にくらべて十分に小であるが、しかしそ
の復帰動作中も流体は流量Ｑで連続的に供給されている
のであるから、その間に流れた流体は弁孔７を素通りす
るだけで、ピストン２の往復動作の回数に寄与しない。

第４図はこれを説明するもので、ピストン２の単位時間
当りの動作回数Ｎは、流ｆｉｌＱが小さい間はＱに比例
するが、Ｑが大きくなってピストン２の往復時間が短く
なると、その復帰動作に要する時間が無視しえなくなり
、Ｎは点線で示す当初の比例関係からはずれて、それよ
り小さい値をとる。この比例関係からのずれの大きさは
、流量計の構造が決まれば流体の種類によってほぼ定ま
るから、Ｎがら演算によって真のＱの値をめるだめの補
正が可能である。なおＱはピストンか往復動作をする最
大流量であって、これ以上の流量においては、ビス）・
ン２が右端に復帰したときに、磁石８は流れに押されて
吸着しえなくなり、弁は開いたままになってＮはゼロに
なる。

第５図において、へは磁石８がピストン２に磁力により
吸着する力であり、これは磁石とピストンの間隔Ｘが増
加するとともに急速に減少する。

Ｆｅはゴム板９の弾力によって磁石８がピストン２に押
しつけられる力であり、これはＸの増加とともに増大す
る。Ｆは−とＦ。の和であり、磁石８がピストン２に吸
着する正味の力である。ＦはＸが０のときＦ。なる伯を
とり、Ｘの増加とともに減少してい＜、Ｘがある程度以
上大きくなると、ゴム板の弾力部が磁力−にくらべて支
配的になり、その結果正味の力ＦはＸの増加とともに増
大するようになる。弾力Ｆ。はこの弁機構にとって必ず
しも必要なものではなく、間隔Ｘが大きくなったときに
弁を閉じる方向の復原力を確保するためなどの補助的な
ものである。ここで必要なことは、Ｘが０の近傍におい
てはＦがＸの増加とともに減少することである。この特
性は磁力に特有なものであって、この特性によって間欠
的な計量動作が自動的に行われる。

弁機構に働く力は上記のほかに流体力がある。

第２図に示した弁機構では、弁が開いてピストン２がシ
リンダーｌの左端から右端に復帰する過程において、孔
７を通じて急速に流れる流体がピストン２とゴム板９の
間のすきまを通るときに、ベルヌイの定理によって負圧
を生じて吸引力を発生し、これが弁が大きく開くことを
妨げる。第６図はこの点を改良したもので、強磁性体の
ピストン２の上に非磁性体のリング１０を接着し、この
リングの孔の中に磁石８が入るようにしである。ゴム板
９は磁石８の裏側に接着され、その下端はリングｌＯの
面に接着されている。流体のシーリングは磁石８と孔７
の円周に沿って設けられた突起１１とによって行われる
にの場合磁石８としていわゆるゴム磁石など、それ自身
弾性を持つものを使用すると、上記の流体のシーリング
がより確実になる。このような構造にすると、流体の圧
力によって磁石８と突起１１の間がわずかに開いたとき
、流体圧力が磁石８の面全体に作用して、磁石８はリン
グｌＯの外に出るまで確実に押し上げられる。そのあと
、孔７から噴出する流体の運動量のよって磁石８は点線
で示す位置まで吹き開けられる。なおゴム板９を大きく
して磁石８の周りにつばをつけたような構造にしである
のは、上記の流体の連動量を効率よく受けとめ弁を大き
く開くためのものである。

第７図においては、磁石８は、ピストン２に直接吸着′
するのではなく、強磁性体の弁座１２に吸着するように
なっている。弁座の底には複数個の孔１３があり、流体
はここから入って磁石８に圧力を作用する。磁石８の中
央にはピン１４の通る孔があり、そのピンは弁座１２の
中心のヌテムに固定されている。磁石８は弁座１２と接
する面において、ピン１４の通る中央の孔から周辺に向
って放射状に磁化されており、その磁力線は弁座１２を
通って閉磁路を成している。ピストン２の右側の流体圧
力が上昇して磁石８が弁座１２から離れ始めると、流体
は磁石８の周辺と弁座１２の間のすきまを通って噴出す
るが、この場合ベルヌイの定理によって負圧を生ずる部
分は、弁座１２の周囲の環状の部分のみであり、第２図
の弁にくらべてその負圧が作用する面積が小さい。した
がって吸引力が小さく、磁石８は点線で示す位置まで確
実に開く。なおこの実施例においては磁力のみによって
弁の開閉が制御されるが、もし前例におけるゴム板の弾
力に相当する補助的な力が必要な場合には、たとえばピ
ン１４の頭部と磁石８の間にコイルスプリングを設ける
ことにより容易に達成される。さらにこの状態において
ピン１４を弁座１２の中央ステムにねじ込むようにして
、上記のスプリングの力を加減することができる。

第８図はシリンダーとピストンののかわりにゴムのベロ
ーズを用いた本発明の他の実施例を示すものである。２
１は座金であって、これにゴム製ベローズ２２かつけら
れており、カバー２７がそれを覆っている。２５は磁石
を用いた弁機構である。流入孔２３がら流量Ｑで流体が
流入するとゴムベローズ２２は圧縮され、それに伴って
流出孔２４からは同量の流体が流出する。やがてベロー
ズ２２の底面が円筒状ストッパー２６につき当ると、ベ
ローズはそれ以上は縮まないから、ベローズの外側圧力
は急速に上昇し弁２５を開く。そして流体がへローズの
外側から内側に急速に流入しベローズ２２はそれ自身の
弾性により最初の位置にもどり、それと同時に弁２５は
閉じる。以下同様の動作が間欠的にくり返され、これに
より流体の一定容積ごとの計量が行われる。

第９図は弁２５の断面図であるが、この弁においては鋼
球３１によって流体のシーリングが行われる・３３はリ
ング状の磁石であり、磁極片３２および３４が接着され
ている。３２の中央には円ｔｌｕ状の孔があり、鋼球３
１はこの孔の中に吸引されている。磁極片３４の底面に
は複数個の孔３５があり、流体はここから磁石３３の内
部に入る。

そしてその圧力が上昇すると流体は鋼球３１を押し上げ
磁極片３２と鋼球３１の間から噴出する。

さらに流体はカバー３６にあけられた複数個の孔３７か
ら流れ出る。この弁機構においては鋼球３１には重力が
作用するから、流量計の動作が設置姿勢によらないよう
にするためには、鋼球３１として小さなものを用いねば
ならない。しかし、もし流量計の設置姿勢が、第８図の
ように水平に限定されているならば、鋼球３１として大
きなものを用い、その重力を前述のゴム板やスプリング
による補助的な力の替りとして積極的に利用することも
可能である。

以」−に説明した実施例においては、磁石を用いた弁は
ピストンやベローズなど一定容積を計量する機構と一体
につけられているが、これは本発明の必須の条件ではな
く、両者を別々に設けることも可能である。第１０図は
そのような実施例であって、この場合一定容積を計量す
る機構は円筒枠４６につけられたゴム袋４２であり、鋼
球を用いた弁４５はこれとは別に座金４１につけられて
ぃる。この流量計は、第１図および第８図に示したもの
と構造的には異ってみえるか、流体回路的にみると、ど
ちらも弁と計量するための機構とが並列に接続されてお
り、その点で全く同等なものである。

流体は流入孔４３から流入し、孔４８を通ってゴム袋４
２の内部に入り、それに伴ってゴム袋は膨んで同量の流
体が孔４９を通って流出孔４４から流出するが、ゴム袋
がカバー４７の内部の空間を満たすようになると、それ
以上膨むことはできないから、ゴム袋内部の圧力は急激
に上昇する。

この圧力は弁４５の銅球を押し上げ、ゴム袋４２の内部
にたまっていた流体は孔４８、弁４５．カバー５０の内
部の空間５１．孔４９を通って、ゴム袋４２とカバー４
７の間の空間に急速に流入する。ゴム袋４２か完全に縮
んでその内部の圧力が低下すると弁４５は閉じ、以下同
様にゴム袋の膨張と収縮の過程がくりかえされる。なお
弁４５としては、第２図、第６図および第７図に示した
ような板状の磁石を用いたものも使用できることはいう
までもない。またこの実施例においては、ゴム袋の膨張
収縮を検出するかわりに、たとえばケース５０の上に検
出器を設け、弁４５内部の鋼球の動き、あるいは板状磁
石の動きを検出するようにしてもよい。

要するに、本発明の最も特徴的なところは、磁石による
吸着力を利用して流体のシーリングを行う弁であって、
この弁と一定容積の計量を行う機構とを並列に結合する
。そして一定容積の計量の最終過程で生ずる圧力差の増
加によって弁を開いて、たまった流体を一度に弁の下流
側に移すものであり、これによって簡単な構造で製作コ
ストの安い容積流量計を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例、第２図は第１図におけるピ
ストンおよび弁部の断面、第３図は第１図の流量計にお
ける圧力波形および検出部出力波形、第４図は本発明流
量計の流量と検出部出力パルスの計数率の関係を表わす
グラフ、第５図は弁の磁石の吸着力の説明、第６図は改
良された弁部の説明、第７図は他の改良された弁部の説
明、第８図は本発明の第二実施例、第′９図は鋼球を用
いた弁の説明、第１０図は本発明の第三実施例である。 １−一一一シリンダー２２−−−−ピストン、３−一一
一流入孔、４−一一一流出孔、５−一一一コイルスプリ
ング、６−−−−検出器、７−−−−弁孔、８−一一一
磁石、９−−−−ゴム板、１０−一−−非磁性体リング
；１１−−−−突起、１２−−−一弁座、１３−−−一
孔、１４−−ｍ−ピン、２・１−一一一座金、２２−−
−−ゴムベローズ、２５−−−一升、２６−−−−スト
ツパー、２７−−−−カバー、３１−一鋼球、３２．３
４−−−一磁極片、３３−−−一磁石、３５．３７−−
−一孔、３６−−−−カバー、４１　＝−ｍ−座金、４
２−−−−ゴム袋、４５−−−一升、４６−−−一枠、
４７．５０−−−一カパー、４８．４９−−−一孔。 特許出願人　石　井　泰 子３図 第４図 蒲５図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁石による吸着力を用いて流体のシーリングを行う弁を
   、一定容積の計量を行う機構に並列もしくは並列と同等
   に結合し、一定容積の計量の最終過程における弁の上流
   側と下流側の圧力差によって弁を開いて、上記一定容積
   の流体を一度に弁の上１Ｍ１側から下流側に移すことを
   特徴とする容積流量計。