(57)【要約】【課題】容積式流量検出器の直交する３方向のうちの２方向についてのサイズを小さくする。【解決手段】メインブロック１に形成された、円の周方向に並んで配置された上下方向を軸方向とする４つのシリンダ１１の中央部には、メインブロック１から上方に延びるシャフト７２を備えた運動変換機構が配置されている。各シリンダ１１にはピストン８が挿入されており、ピストン８はコネクティングロッド９によって、運動変換機構に、各ピストン８の位相が、周方向の並びの順に順次π／２ずつずれるように連結されている。運動変換機構は、コネクティングロッド９で連結されたピストン８の直線往復運動を、シャフト７２の回転運動に変換する。【選択図】図２
2020020590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口とを備え、前記流入口から前記流出口に流れる流体の流量を検出する容積式流量検出器であって、
軸方向が同じ方向に揃えられた複数のシリンダと、
各シリンダ内を直線往復運動し、当該直線往復運動に伴って前記流入口から流入する流体を前記流出口に移送する複数のピストンと、
前記シリンダの軸方向と同じ方向を軸方向とするシャフトを備え、前記ピストンの直進運動を前記シャフトの回転運動に変換する運動変換機構とを備えたことを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項２】
請求項１記載の容積式流量検出器であって、
前記ピストンの下死点から上死点側に向かう方向を第１方向、第１方向と反対の方向を第２方向として、
前記複数のシリンダとピストンは、前記シャフトの軸を中心軸とする円の周に沿って配列されており、
前記シャフトは、前記シリンダの第２方向側に配置されており、
前記シリンダの第２方向側の端部は開口しており、
当該容積式流量検出器は、各ピストンと運動変換機構とを前記開口を通って連結する複数のコネクティングロッドを有し、
前記運動変換機構は、前記コネクティングロッドの運動を前記シャフトの回転運動に変換することを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項３】
請求項２記載の容積式流量検出器であって、
前記シャフトの軸を中心軸とする円の周に沿った方向のうちの一方の方向を第３の方向として、
前記運動変換機構は、前記各コネクティングロッドを介して、各ピストンの位相を、各ピストンの位相が当該ピストンに前記第３の方向に隣接するピストンよりもπ／２遅れた位相となるように規制し、
前記シリンダの第２方向側の端部の開口は、前記流出口に連絡しており、
前記ピストンは、軸方向についての中央部に括れを有し、
当該容積式流量検出器は、
前記各シリンダの内部空間に連絡する流入用開口と前記流入口を連絡する流入路と、
各シリンダの内部空間に連絡する第１開口と、当該シリンダに前記第３の方向に隣接するシリンダの内部空間に連絡する第２開口とを連絡する連絡路とを有し、
前記第１開口は、少なくとも当該第１開口が設けられたシリンダに前記第３の方向に隣接するシリンダに対応するピストンが下死点付近にあるときに、当該第１開口が設けられたシリンダに対応するピストンよりも上死点側となる位置に設けられており、
前記第２開口は、前記シリンダの軸方向について、当該第２開口が設けられたシリンダに対応するピストンが上死点付近にあるときに、当該ピストンよりも下死点側の位置となり、当該ピストンが下死点付近にあるとき、前記ピストンの括れの範囲内となる位置に設けられており、
前記流入用開口は、前記シリンダの軸方向について、常に当該流入用開口が設けられたシリンダに対応するピストンの範囲内となる位置であって、当該ピストンが下死点付近にあるときに、当該ピストンの括れの範囲内となる位置に設けられていることを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項４】
直線往復運動と回転運動との間の変換を行う運動変換機構であって、
回転可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトの回転軸から傾いた軸を回転軸として当該シャフトに対して相対的に回転可能に、前記シャフトに支持された斜板とを有し、
前記斜板は、回転しないように拘束されており、
前記直線往復運動に連動して、前記斜板の回転軸から離れた位置に、前記シャフトの回転軸方向の成分を有する力が加えられることを特徴とする運動変換機構。
【請求項５】
請求項４記載の運動変換機構であって、
前記斜板の回転軸から離れた位置において、当該位置から前記斜板の回転軸に向かう方向を有する軸を回転軸として回転可能に、前記斜板に支持された連結部材支持部と、
前記シャフトの回転軸方向の直線往復運動を行う物体に、前記連結部材支持部の回転軸と前記シャフトの回転軸とを含む面に沿って揺動可能に連結される連結部材とを有し、
前記連結部材支持部は、当該連結部材支持部に対して、前記連結部材支持部の回転軸に垂直な軸を揺動軸として揺動可能に、前記連結部材が連結されており、
前記連結部材と前記連結部材支持部を介して、前記物体から、前記斜板に、前記力が加えられることを特徴とする運動変換機構。
【請求項６】
請求項４または５記載の運動変換機構であって、
前記斜板は、前記連結部材支持部と前記連結部材を介して前記物体によって、回転しないように拘束されていることを特徴とする運動変換機構。
【請求項７】
請求項２記載の容積式流量検出器であって、前記運動変換機構として、請求項５または６記載の運動変換機構を備え、
当該運動変換機構は、前記斜板の回転軸を中心軸とする円の周に沿って配置された、前記複数のシリンダの各々に対応する複数の前記連結部材支持部を有し、
各連結部材支持部には、対応するシリンダのピストンに連結した前記コネクティングロッドが前記連結部材として連結され、
当該運動変換機構は、各ピストンを前記物体として、直線往復運動から前記シャフトの回転運動への変換を行うことを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項８】
請求項７記載の容積式流量検出器であって、
前記複数のピストンの各々は、順番に、当該ピストンに連結した前記連結部材と前記連結部材支持部を介して前記斜板に前記力を加えることを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項９】
請求項３記載の容積式流量検出器であって、前記運動変換機構として、請求項５または６記載の運動変換機構を備え、
前記複数のシリンダは、前記シャフトの軸を中心軸とする円の周に沿って等角度間隔で４つ配列されており、
当該運動変換機構は、前記斜板の回転軸を中心軸とする円の周に沿って等角度間隔で配置された、前記４つのシリンダの各々に対応する４つの前記連結部材支持部を有し、
各連結部材支持部には、対応するシリンダのピストンに連結した前記コネクティングロッドが前記連結部材として連結され、
各ピストンは、前記コネクティングロッドと前記連結部材支持部とを介して、各ピストンの位相が当該ピストンに前記第３の方向に隣接するピストンよりもπ／２遅れた位相となるように前記斜板に連結されており、
当該運動変換機構は、各ピストンを前記物体として、直線往復運動から前記シャフトの回転運動への変換を行うことを特徴とする容積式流量検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容積式流量検出器及び容積式流量検出器に用いることのできる運動変換機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容積式流量検出器としては、図９に示すピストン式の容積式流量検出器が知られている（たとえば、特許文献１）。
図９に示した容積式流量検出器は、９０°ずつ順次異なる方向に向いた４つのシリンダ１１＿１-１１＿４と、それらのシリンダ１１＿１-１１＿４内で往復移動する４つのピストン１２＿１-１２＿４を備えている。これらの４つのピストン１２＿１-１２＿４は、図９ａ-ｄに示すように、各シリンダ１１＿１-１１＿４内で位相が順次π／２ずつずれた往復動作を行なう。
【０００３】
４つのシリンダ１１＿１-１１＿４の中央には、クランクシャフト１３が備えられており、各ピストン１２＿１-１２＿４は、各コネクティングロッド１４＿１-１４＿４により、クランクシャフト１３の、回転軸から偏心した位置に連結されている。クランクシャフト１３には、コネクティングロッド１４＿１-１４＿４を介してピストン１２＿１-１２＿４の動きが伝達され、クランクシャフト１３はそれらのピストン１２＿１-１２＿４の動きにより矢印Ｘ方向に回転する。
【０００４】
この容積式流量検出器の流入口は、各シリンダ１１＿１-１１＿４のクランクシャフト１３側の空間に接続している。各シリンダ１１＿１-１１＿４の、容積式流量検出器の外周側の位置には、各流路１５＿１-１５＿４のポートＰ１-Ｐ４が接続されている。また、それらの流路１５＿１-１５＿４は、隣接するシリンダ１１＿１-１１＿４の、容積式流量検出器の内周側の位置に接続されており、それら隣接するシリンダ１１＿１-１１＿４の流路１５＿１-１５＿４の出口に隣接した位置には、この容積式流量検出器の流出口につながるポートＥ１-Ｅ４が設けられている。
【０００５】
このような構成において、流入口から容積式流量検出器に流入してきた流体は、ピストン１２が外周側の上死点付近にある第１のシリンダ１１のピストン１２よりも下死点側(内周側）の空間に流入し、第１のシリンダ１１の内周側に接続されている第１のシリンダ１１と隣接する第２のシリンダの間の流路１５を通って、当該流路１５の第２のシリンダのポートＰから第２のシリンダ１１のピストン１２よりも上死点側の空間に流入する。そして、当該第２のシリンダ１１内に流入した流体は、その後、第２のシリンダ１１のピストン１２が上死点に向かって移動すると、第２のシリンダのポートＰを通って第１のシリンダ１１と第２のシリンダの間の流路１５に押し戻される。このとき、第１のシリンダ１１のピストン１２は、第１のシリンダ１１のポートＥと、第２のシリンダ１１との間の流路１５の第１のシリンダ１１の内周側の開口とを連結する閉塞した空間を、ピストンの中央部に設けられた括れと第１のシリンダ１１によって形成する位置にあり、第２のシリンダ１１のピストン１２によって流路１５に押し戻された流体は、この閉塞した空間を通って、第１のシリンダ１１の内周側の開口から第１のシリンダ１１のポートＥに押し出され流出口に流出される。
【０００６】
この結果、各ピストン１２＿１-１２＿４の動きに伴って図９ａ-ｄに示す各矢印（矢印Ｘを除く）の方向に流れ、クランクシャフト１３の一回転あたり一定量の流体が出口側に流出する。
【０００７】
したがって、クランクシャフト１３の回転量より、容積式流量検出器を通過した流量を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２-１８１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
既存の設備や機械の流体が流れる管に対して、管に容積式流量検出器を挿入したり、管の近傍に容積式流量検出器を配置して流量の検出を行う場合、管の延伸方向については容積式流量検出器を配置するためのスペースを比較的大きく確保できるのに対して、管の延伸方向と垂直な方向については、設備や機械の他の構成要素と干渉するために、容積式流量検出器を配置するためのスペースを大きく確保できない場合が多い。
【００１０】
このような流量の検出を行う場合、容積式流量検出器の直交する３方向のサイズのうちの、管の延伸方向と平行とする１方向のサイズは大きくても許容されるが、残る２方向のサイズは小さいことが必要となる。
【００１１】
しかし、図９に示した容積式流量検出器では、クランクシャフトを挟んで対向する２つのシリンダの組毎に、シリンダの軸方向が、相互に垂直となる方向となっているため、少なくとも直交する２方向について、容積式流量検出器のサイズが、シリンダ長の２倍以上の大きなサイズとなることが避けられない。
【００１２】
また、図９に示した容積式流量検出器が備える、クランクシャフトとコネクティングロッドによってピストンの直線往復運動を回転運動に変換する運動変換機構は、コネクティングロッドが大きく揺動しながら、ピストンとクランクシャフト間の力の伝達を行うため、ピストンの軸方向とコネクティングロッドの軸方向の違いによりピストンがシリンダの内壁に押しつけられる側圧が比較的大きく発生し、ピストンとシリンダの内壁との摩擦による、流入口から流入する流体と流出口から流出する流体の圧力の差である圧力損失が大きくなる。
【００１３】
そこで、本発明は、直交する３方向のうちの２方向についてのサイズが小さい容積式流量検出器を提供することを課題とする。
また、併せて、本発明は、ピストンがシリンダの内壁に押しつけられる側圧を低減できる、直線往復運動-回転運動間の運動変換機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題解決のために、本発明は、流入口と流出口とを備え、前記流入口から前記流出口に流れる流体の流量を検出する容積式流量検出器に、軸方向が同じ方向に揃えられた複数のシリンダと、各シリンダ内を直線往復運動し、当該直線往復運動に伴って流入口から流入する流体を流出口に移送する複数のピストンと、前記シリンダの軸方向と同じ方向を軸方向とするシャフトを備え、前記ピストンの直進運動を前記シャフトの回転運動に変換する運動変換機構とを備えたものである。
【００１５】
このような容積式流量検出器は、前記ピストンの下死点から上死点側に向かう方向を第１方向、第１方向と反対の方向を第２方向として、前記複数のシリンダとピストンを、前記シャフトの軸を中心軸とする円の周に沿って配列し、前記シャフトを、前記シリンダの第２方向側に配置し、前記シリンダの第２方向側の端部を開口とし、当該容積式流量検出器に、各ピストンと運動変換機構とを前記開口を通って連結する複数のコネクティングロッドを設け、前記運動変換機構において、前記コネクティングロッドの運動を前記シャフトの回転運動に変換するように構成してもよい。
【００１６】
この場合、容積式流量検出器を、前記シャフトの軸を中心軸とする円の周に沿った方向のうちの一方の方向を第３の方向として、前記運動変換機構によって、前記各コネクティングロッドを介して、各ピストンの位相を、各ピストンの位相が当該ピストンに前記第３の方向に隣接するピストンよりもπ／２遅れた位相となるように規制し、前記シリンダの第２方向側の端部の開口を、前記流出口に連絡し、前記ピストンに、軸方向についての中央部に括れを設け、当該容積式流量検出器に、前記各シリンダの内部空間に連絡する流入用開口と前記流入口を連絡する流入路と、各シリンダの内部空間に連絡する第１開口と、当該シリンダに前記第３の方向に隣接するシリンダの内部空間に連絡する第２開口とを連絡する連絡路とを設けるようにしてもよい。ただし、前記第１開口は、少なくとも当該第１開口が設けられたシリンダに前記第３の方向に隣接するシリンダに対応するピストンが下死点付近にあるときに、当該第１開口が設けられたシリンダに対応するピストンよりも上死点側となる位置に設け、前記第２開口は、前記シリンダの軸方向について、当該第２開口が設けられたシリンダに対応するピストンが上死点付近にあるときに、当該ピストンよりも下死点側の位置となり、当該ピストンが下死点付近にあるとき、前記ピストンの括れの範囲内となる位置に設け、前記流入用開口は、前記シリンダの軸方向について、常に当該流入用開口が設けられたシリンダに対応するピストンの範囲内となる位置であって、当該ピストンが下死点付近にあるときに、当該ピストンの括れの範囲内となる位置に設ける。
【００１７】
このような容積式流量検出器によれば、シリンダ、ピストン、シャフトの軸を全て同一方向にできるので、これらの軸の方向と直交する２方向についてのサイズが小さい容積式流量検出器を実現できる。また、シリンダの軸方向のサイズとピストンのストローク量を拡大することにより、これらの軸の方向と直交する２方向についてのサイズを拡大することなく、容積式流量検出器のシャフトの１回転あたりの容積の拡大を行える。
【００１８】
また、前記課題解決のために、本発明は、直線往復運動と回転運動との間の変換を行う運動変換機構として、回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの回転軸から傾いた軸を回転軸として当該シャフトに対して相対的に回転可能に、前記シャフトに支持された斜板とを備えた運動変換機構を提供する。前記斜板は、回転しないように拘束されており、前記直線往復運動に連動して、前記斜板の回転軸から離れた位置には、前記シャフトの回転軸方向の成分を有する力が加えられる。
【００１９】
この運動変換機構には、さらに、前記斜板の回転軸から離れた位置に、当該位置から前記斜板の回転軸に向かう方向を有する軸を回転軸として回転可能に、前記斜板に支持された連結部材支持部と、前記シャフトの回転軸方向の直線往復運動を行う物体に、前記連結部材支持部の回転軸と前記シャフトの回転軸とを含む面に沿って揺動可能に連結される連結部材とを備えてもよい。前記連結部材支持部は、当該連結部材支持部に対して、前記連結部材支持部の回転軸に垂直な軸を揺動軸として揺動可能に、前記連結部材が連結されており、前記連結部材と前記連結部材支持部を介して、前記物体から、前記斜板に、前記力が加えられる。
【００２０】
この場合には、前記斜板を、前記連結部材支持部と前記連結部材を介して前記物体によって、回転しないように拘束してよい。
これらの連結部材を備えた運動変換機構は、上述のコネクティングロッドを備えた容積式流量検出器の運動変換機構として適用することができる。
この場合には、運動変換機構に、前記斜板の回転軸を中心軸とする円の周に沿って配置された、前記複数のシリンダの各々に対応する複数の前記連結部材支持部を設け、各連結部材支持部に、対応するシリンダのピストンに連結した前記コネクティングロッドが前記連結部材として連結し、当該運動変換機構において、各ピストンを前記物体として、直線往復運動から前記シャフトの回転運動への変換を行うようにする。
【００２１】
この場合には、前記複数のピストンの各々が、順番に、当該ピストンに連結した前記連結部材と前記連結部材支持部を介して前記斜板に前記力を加えるように構成してもよい。
また、上述の連結部材を備えた運動変換機構を、上述の各ピストンの位相が当該ピストンに前記第３の方向に隣接するピストンよりもπ／２遅れた位相となるように規制されている容積式流量検出器の運動変換機構として適用する場合には、前記複数のシリンダを、前記シャフトの軸を中心軸とする円の周に沿って等角度間隔で４つ配列し、当該運動変換機構に、前記斜板の回転軸を中心軸とする円の周に沿って等角度間隔で配置された、前記４つのシリンダの各々に対応する４つの前記連結部材支持部を設け、各連結部材支持部に、対応するシリンダのピストンに連結した前記コネクティングロッドを前記連結部材として連結し、各ピストンを、前記コネクティングロッドと前記連結部材支持部とを介して、各ピストンの位相が当該ピストンに前記第３の方向に隣接するピストンよりもπ／２遅れた位相となるように前記斜板に連結し、当該運動変換機構において、各ピストンを前記物体として、直線往復運動から前記シャフトの回転運動への変換を行うようにしてもよい。
【００２２】
これにより、コネクティングロッドを、ほぼ揺動することなく、ピストンの直線往復運動をシャフトの回転運動に変換でき、ピストンがシリンダの内壁に押しつけられる側圧を低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、直交する３方向のうちの２方向についてのサイズが小さい容積式流量検出器を提供することができる。
また、ピストンがシリンダの内壁に押しつけられる側圧を低減できる直線往復運動-回転運動間の運動変換機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の外観を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の内部構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るピストンの形状を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器のメインブロックのシリンダと流路を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の流体移送のようすを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る運動変換機構の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る運動変換機構の動作を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る運動変換機構の動作を示す図である。
【図９】公知の容積式流量検出器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る容積式流量検出器の外観を示す。
便宜上、図中に示すように容積式流量検出器の上下前後左右を定めるものとして、図１ａは容積式流量検出器の上面を、図１ｂは容積式流量検出器の前面を、図１ｃは容積式流量検出器の下面を表す。
【００２６】
図示するように、容積式流量検出器は、メインブロック１、メインブロック１の下部に連結された流入側フランジ２、メインブロック１の上部に連結されたカバー３、カバー３の上部に連結された流出側フランジ４、流出側フランジ４の上部に連結された流出口ブロック５、流出側フランジ４の上部に連結された回路カバー６を有している。
【００２７】
流入側フランジ２は、前後左右方向の中央部に容積式流量検出器の流入口２１を形成しており、流出口ブロック５は容積式流量検出器の流出口５１を形成している。
次に、図２ａに図１ａのA-A線による容積式流量検出器の断面を、図２ｂに図１ａのB-B線による断面を、図２ｃに図１ａのC-C線による容積式流量検出器の断面を、図２ｄに図１ａのD-D線による断面を示す。
【００２８】
図示するように、容積式流量検出器は、メインブロック１の上面、カバー３の内周面、流出側フランジ４の下面で囲まれた空間を備えている。以下、便宜上、この空間を「内部空間」と記して説明を行う。
【００２９】
容積式流量検出器の内部空間は、流出側フランジ４と流出口ブロック５に設けられた孔によって流出口５１につながっている。
メインブロック１には、メインブロック１の前後左右方向の中心を通る上下方向の軸上の点を中心とする円の周方向に並んで配置された、上下方向を軸方向とする４つのシリンダ１１が形成されている。各シリンダ１１は上端が開口しておりシリンダ１１の内部は上方の内部空間に繋がっている。また、各シリンダ１１の下端は流入側フランジ２によって封止されている。
【００３０】
メインブロック１の上部の、前後左右方向の中央には運動変換機構が、内部空間内に収容された形態で配置されている。運動変換機構は、メインブロック１の上部に固定されたシャフトベアリング７１、シャフトベアリング７１によって、上下方向の軸を回転軸として回転可能に軸支された、上下方向に延びるシャフト７２、シャフト７２の軸に対して傾いた軸を回転軸としてシャフト７２に対して相対的に回転可能に設けられた斜板７３等を有する。
【００３１】
また、各シリンダ１１にはピストン８が挿入されており、ピストン８はコネクティングロッド９によって、運動変換機構の斜板７３の側部に、各ピストン８の位相が、周方向の並びの順に順次π／２ずつずれるように連結されている。
【００３２】
そして、運動変換機構は、コネクティングロッド９で連結されたピストン８の直線往復運動を、運動変換機構のシャフト７２の回転運動に変換する。
運動変換機構の詳細については後に説明する。
また、運動変換機構のシャフト７２の上端には、回転検出用の磁石１０がシャフト７２と共に回転するように固定され、流出側フランジ４の上面の磁石１０と対向する位置に設けた窪みには、MR素子やホール素子などの磁界検出素子４０１を搭載した電子回路４０２が収容され、電子回路４０２は、磁界検出素子４０１によって検出した回転検出用の磁石１０の回転に伴う磁界の変化から、シャフト７２の回転速度などを算定する。
【００３３】
そして、電子回路４０２の上方は回路カバー６によって封止されている。
次に、図３ａに斜め上方から見たピストン８の斜視図を、図３ｂに斜め下方から見たピストン８の斜視図を示す。ピストン８は、軸方向（上下方向）について中央の部分に、径を小さくすることにより形成した括れを備えた形状を有している。
【００３４】
さて、図２ａ、ｂ、ｃ、ｄに示すように、メインブロック１には、共通流入路１２１と個別流入路１２２とよりなる、流入側フランジ２の流入口２１と各シリンダ１１を連絡する流入路が設けられている。また、メインブロック１には、周方向に隣接するシリンダ１１間を連絡する連絡路１２３が設けられている。
【００３５】
ここで、図４ａに、シリンダ１１、共通流入路１２１、個別流入路１２２、連絡路１２３の、下方から見た配置関係を示す。
図示するように、共通流入路１２１はメインブロック１の中央に設けられ、個別流入路１２２は、共通流入路１２１から各シリンダ１１に延びている
また、連絡路１２３は、隣接するシリンダ１１間に、メインブロック１の径方向に隣接して並行に２本ずつ設けられている。
【００３６】
なお、図４における＃１から＃４は、便宜上付したシリンダ１１の識別番号であり、この識別番号は、図４ａにおける時計回りの方向に、左のシリンダ１１、前のシリンダ１１、右のシリンダ１１、後ろのシリンダ１１の順に付している。
【００３７】
次に、図４ｂの容積式流量検出器の下面図中のA-A線による断面を図４ｃ１に、図４ｂの下面図中のB-B線による断面を図４ｃ２に示す。共通流入路１２１は、流入側フランジ２に設けられた流入口２１に繋がる孔に連絡する上下方向に延びる流路であり、個別流入路１２２は、共通流入路１２１か各シリンダ１１内まで前後左右方向に延びる流路である。
【００３８】
次に、図４ｂの下面図中のC線による断面を、C線に沿った方向を左右方向として表した図を図４ｄに示す。
図４ｄは、外周側から中心方向を見た断面を表し、図４ｂのｋ点が、図４ｄの左右端に対応する。
図４ｄに示すように、連絡路１２３は、各シリンダ１１の下方の位置と、図４ａにおいて周方向に時計回りに隣接するシリンダ１１の上方の位置とを連絡する流路である。なお、図４ｄには、隣接するシリンダ１１間を連絡する２本の連絡路１２３のうちのメインブロック１の中心側の連絡路１２３が表れている。
【００３９】
ここで、個別流入路１２２のシリンダ１１内部につながる開口Ｍは、ピストン８が下死点（移動範囲の上方向端）付近に位置しているときのみ、開口Ｍが、ピストン８の括れとシリンダ１１の内壁で囲まれた空間に連絡する位置に設けられている。また、個別流入路１２２の開口Ｍは、常時、上下方向について、開口Ｍがピストン８の範囲外とならない位置に配置されている。
【００４０】
また、連絡路１２３の開口のうち、連絡路１２３が連絡するシリンダ１１の時計回りに一つ進んだシリンダ１１側の開口である、上方の位置の開口Ｐの位置も、ピストン８が下死点（移動範囲の上方向端）付近に位置しているときのみに、開口Ｐが、ピストン８の括れとシリンダ１１の内壁で囲まれた空間に連絡する位置に設けられている。また、この連絡路１２３の上方の位置の開口Ｐは、開口Ｍより少し上方の位置であって、ピストン８が上死点（移動範囲の下方向端）付近に位置しているときにのみピストン８の範囲の上方となる位置にある。そして、開口Ｐは、ピストン８が上死点（移動範囲の下方向端）付近に位置しているときにのみシリンダ１１のピストン８より上方の空間を介して容積式流量検出器の内部空間と連絡する。
【００４１】
連絡路１２３の開口のうち、連絡路１２３が連絡するシリンダ１１の反時計回りに一つ進んだシリンダ１１側の開口である、下方の位置の開口Ｑは、常時、ピストン８の下方となる上下方向位置に設けられており、開口Ｑは常時シリンダのピストン８より下方の空間に連絡している。
【００４２】
図５に、このようなメインブロック１とシリンダ１１による流体の移送動作を示す。
いま、図５ａに示すように、＃２のシリンダ１１のピストン８が下死点付近にあるときには、＃２のシリンダ１１の開口Ｍ、開口Ｐは、＃２のシリンダ１１の内壁とピストン８の括れで囲まれた空間に連絡しており、流入口２１から共通流入路１２１、＃２のシリンダ１１の個別流入路１２２に流入した流体は、＃２のシリンダ１１の開口Ｍを通って２のシリンダ１１の内壁とピストン８の括れで囲まれた空間に流入し、＃２のシリンダ１１の開口Ｐ、連絡路１２３、＃１のシリンダ１１の開口Ｑを通って、＃１のシリンダ１１のピストン８の下方の空間に流入し、流入した流体の力によって＃１のピストン８は押上げられ上方に移動する。
【００４３】
すると、運動変換機構で位相差が規定されている他のピストン８も反時計回りに隣接するピストン８とπ／２の位相差を持って移動する。
＃１のピストン８とπの位相差を持つ、＃３のピストン８は下方に移動し、＃３のシリンダ１１のピストン８の下方に空間に流入していた流体を、ピストン８が上死点付近にあって開口Ｐがピストン８の上方にある＃４のシリンダ１１に、＃３のシリンダ１１の開口Ｑ、連絡路１２３、＃４のシリンダ１１の開口Ｐを通して押出し、＃４のシリンダ１１のピストン８の上方に押出された流体は、容積式流量検出器の内部空間に進み、容積式流量検出器の流出口５１から流出される。
【００４４】
なお、図５ａの状態において、＃１、＃３、＃４のシリンダ１１においては、開口Ｍは、ピストン８によって遮られて、開口Ｐとも、シリンダ１１のピストン８より上方の空間とも下方の空間とも連絡していないので、開口Ｍから流体は流入しない。また、図５ａの状態において、＃１、＃２、＃３のシリンダ１１においては、シリンダ１１のピストン８より上方の空間は、ピストン８によって遮られて、開口Ｍとも開口Ｐとも連絡していない。
【００４５】
次に、図５ａの状態から各ピストン８の位相がπ／２進んだ図５ｂの状態では、＃１のシリンダ１１のピストン８が下死点付近にあり、＃１のシリンダ１１の開口Ｍ、開口Ｐは、＃１のシリンダ１１の内壁とピストン８の括れで囲まれた空間に連絡しており、流入口２１から共通流入路１２１、＃１のシリンダ１１の個別流入路１２２に流入した流体は、＃１のシリンダ１１の開口Ｍを通って＃１のシリンダ１１の内壁とピストン８の括れで囲まれた空間に流入し、＃１のシリンダ１１の開口Ｐ、連絡路１２３、＃４のシリンダ１１の開口Ｑを通って、＃４のシリンダ１１のピストン８の下方の空間に流入し、流入した流体の力によって＃４のピストン８は押上げられ上方に移動する。
【００４６】
すると、運動変換機構で位相差が規定されている他のピストン８も反時計回りに隣接するピストン８とπ／２の位相差を持って移動する。
＃４のピストン８とπの位相差を持つ、＃２のピストン８は下方に移動し、＃２のシリンダ１１のピストン８の下方に空間に流入していた流体を、ピストン８が上死点付近にあって開口Ｐがピストン８の上方にある＃３のシリンダ１１に、＃２のシリンダ１１の開口Ｑ、連絡路１２３、＃３のシリンダ１１の開口Ｐを通して押出し、＃３のシリンダ１１のピストン８の上方に押出された流体は、容積式流量検出器の内部空間に進み、容積式流量検出器の流出口５１から流出される。
【００４７】
なお、図５ｂの状態において、＃２、＃３、＃４のシリンダ１１においては、開口Ｍは、ピストン８によって遮られて、開口Ｐとも、シリンダ１１のピストン８より上方の空間とも下方の空間とも連絡していないので、開口Ｍから流体は流入しない。また、図５ｂの状態において、＃１、＃２、＃４のシリンダ１１においては、シリンダ１１のピストン８より上方の空間は、ピストン８によって遮られて、開口Ｍとも、開口Ｐとも連絡していない。
【００４８】
図５ｂの状態からピストン８の位相がπ／２進んだ状態を表す図５ｃ、図５ｃの状態からピストン８の位相がπ／２進んだ状態を表す図５ｄに示すように、以下同様に、mod(x)をｘの４の剰余として、シリンダ＃mod(i)のピストン８より下方の空間に、シリンダ＃mod(i+1)の個別流入路１２２の開口Ｍから流入した流体を送り、シリンダ＃mod(i+2)のピストン８より下方の空間の流体を、シリンダ＃mod(i+3)のシリンダ１１のピストン８より上方の空間を介して流出口５１に流出する動作を、iを３、２、１、４、３、２、１、４、３、...と循環的に変化させながら行う動作が繰り返され、流入口２１から共通流入路１２１に流入した流体が流出口５１に移送されていく。
【００４９】
ここで、ピストン８の直線往復運動は運動変換機構によってシャフト７２の回転運動に変換される。
ピストン８の１往復あたりに流出口５１へ流出される流体の容積は一定であるので、シャフト７２の１回転あたりに、容積式流量検出器を通って、流入口２１から流出口５１に流れる流体容積は一定となる。したがって、上述のように、電子回路４０２によって、シャフト７２の回転速度を検出することにより、流入口２１から流出口５１に流れる流体の流量を計測することができる。
【００５０】
次に、運動変換機構の詳細について説明する。
運動変換機構のシャフト７２の構成を図６ａに示す。
図６ａ１、ａ２、ａ３、ａ４は、それぞれシャフト７２の回転角が０、π／２、π、３π／２のときに、容積式流量検出器の前方から後方に向かってみたシャフト７２の外観を表し、図６ａ５、ａ６は、シャフト７２の回転角が０のときのシャフト７２の上面、下面を表す。また、図６ａ７は、シャフト７２を斜め上方から見たようすを表す。なお、シャフト７２の回転角は、上方から下方を見て、時計回りに測るものとする。
【００５１】
図示するように、シャフト７２は、上部の一部を小径とした円筒形状を有する中心円筒７２１と、中心円筒７２１の周りにフランジ状に設けた傾斜円盤７２２とを有する。傾斜円盤７２２は中心円筒７２１の中心軸に対して傾いた軸を中心軸とする円盤形状を備えており、傾斜円盤７２２の中心軸上の傾斜円盤７２２の高さ方向の中央となる点（傾斜円盤７２２の中心）は、中心円筒７２１の中心軸上にある。
【００５２】
次に、斜板７３の構成を図６ｂに示す。
いま、便宜上、図示するように斜板７３の+ｘ方向、+ｙ方向、+ｚ方向を定めるものとして、図６ｂ１は斜板７３を-ｙ方向から+ｙ方向に向かって見たようすを、図６ｂ２は斜板７３を+ｚ方向から-ｚ方向に向かって見たようすを、図６ｂ３は斜板７３を-ｚ方向から+ｚ方向に向かって見たようすを表す。
【００５３】
斜板７３は、ｘｙ方向の中央部に、ｚ方向に延びる中央孔７３１を有する環状の部材である。
また、斜板７３の+ｘ方向側の外周面、-ｘ方向側の外周面、+ｙ方向側の外周面、-ｙ方向側の外周面には、それぞれロッド支持部７３２が連結されている。４つのロッド支持部７３２のうちの三つのロッド支持部７３２は、残る一つのロッド支持部７３２を、中央孔７３１の中心軸周りにπ／２、π、３π／２回転させた配置、構成を有する。
【００５４】
また、図６ｂ４に、図６ｂ２のA-A線による断面を示す。各ロッド支持部７３２は、支持部ベアリング７３３を介して斜板７３に軸支され、図６ｂ５に示すように、+ｘ方向側の外周面と-ｘ方向側の外周面に設けられたロッド支持部７３２はｘ方向を回転軸として斜板７３に対して回転することができ、+ｙ方向側の外周面と-ｙ方向側の外周面に設けられたロッド支持部７３２はｙ方向を回転軸として斜板７３に対して回転することができる。
【００５５】
各ロッド支持部７３２は、コネクティングロッド９を揺動可能に軸支する揺動軸７３４を有する。図６ｂ６に示すように、+ｘ方向側の外周面と-ｘ方向側の外周面に設けられたロッド支持部７３２の揺動軸７３４は軸方向がｙ方向であり、コネクティングロッド９をｘ方向に揺動可能に軸支し、ｙ方向側の外周面と-ｙ方向側の外周面に設けられたロッド支持部７３２の揺動軸７３４は軸方向がｘ方向であり、コネクティングロッド９をｙ方向に揺動可能に軸支する。
【００５６】
次に、シャフト７２の回転角が０のときの前面を図６ｃ１に、断面を図６ｃ２に示す。ロッド支持部７３２が設けられた斜板７３は、斜板７３の中央孔７３１の内壁とシャフト７２の傾斜円盤７２２の外周側面との間に配置した斜板ベアリング７４を用いて、斜板７３の中央孔７３１のｚ方向の中心軸が傾斜円盤７２２の中心軸と一致し、傾斜円盤７２２の中心軸を回転軸として、傾斜円盤７２２の周りを傾斜円盤７２２に対して相対的に回転可能なように傾斜円盤７２２に連結される。したがって、傾斜円盤７２２の中心軸はシャフト７２の中心円筒７２１の中心軸に対して傾いているので、斜板７３は、シャフト７２の中心円筒７２１の中心軸に対して傾いた軸を回転軸として、シャフト７２の周りを相対的に回転することができる。
【００５７】
そして、斜板ベアリング７４を用いて斜板７３が組み付けられたシャフト７２は、図２に示すように、メインブロック１の上部に固定されたシャフトベアリング７１によって、上下方向の軸を回転軸として回転可能に軸支される。
【００５８】
図７ａ１に示すように、コネクティングロッド９の下端は４つのピストン８に連結されている。また、コネクティングロッド９の上端は、各ロッド支持部７３２の揺動軸７３４に軸支されている。
【００５９】
ここで、各シリンダ１１、斜板７３、ロッド支持部７３２の配置やサイズは、ロッド支持部７３２の揺動軸７３４が、シリンダ１１の中心のほぼ真上を通る配置、すなわち、ロッド支持部７３２の揺動軸７３４で軸支したコネクティングロッド９がほぼ上下方向に延びる配置となるように設定されている。
【００６０】
ここで、図７ａ１、ａ２、ａ３、ａ４は、それぞれシャフト７２の回転角が０、π／２、π、３π／２のときのピストン８と、運動変換機構のシャフト７２と斜板７３の関係を示したものである。
【００６１】
図示するように、斜板７３の４つのロッド支持部７３２の揺動軸７３４の高さは、シャフト７２の中心円筒７２１の中心軸周りの並びの順に漸次変化すると共に１周すると元の高さに戻るので、各ピストン８の位相はπ／２ずつ異なったものとなる。
【００６２】
上述のように、いずれかのピストン８がシリンダ１１のピストン８の下方の空間に流入した流体の力によって上方に押し上げられると、そのピストン８に連結したコネクティングロッド９を介して、そのコネクティングロッド９が揺動軸７３４に軸支されているロッド支持部７３２に、上方に向かう力が加わり、この力は斜板７３と傾斜円盤７２２の傾きを変化させる力となる。そして、傾斜円盤７２２の傾きを変化させる力は、傾斜円盤７２２の傾きが変化するようにシャフト７２を回転させる力としてシャフト７２に加わる。
【００６３】
したがって、いずれかのピストン８が流体の力によって上方に押し上げられると、当該ピストン８が上方に移動すると共に、当該移動に伴って斜板７３と傾斜円盤７２２の傾きが変化するようにシャフト７２が回転すると共に、他のピストン８もπ／２ずつ異なった位相で移動する。
【００６４】
結果、図７ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ１、ａ２、...のようにピストン８の位置と斜板７３の傾きが変化していくと共に、図７ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ１、ｂ２、...のようにシャフト７２が回転していき、運動変換機構によって、ピストン８の直線往復運動がシャフト７２の回転運動に変換される。
【００６５】
なお、図７ａ１、ａ２、ａ３、ａ４に示すように、コネクティングロッド９が、ほぼ上下方向に延びる姿勢を維持するように、斜板７３の傾きの変化に応じて、ロッド支持部７３２の揺動軸７３４は斜板７３に対して回転し、コネクティングロッド９は揺動軸７３４に対して揺動する。
【００６６】
一方、図８に示すように、揺動軸７３４とシャフト７２の中心円筒７２１の軸との距離ｄは、斜板７３の傾きに応じて僅かにΔｄ変化するため、コネクティングロッド９は、斜板７３の傾きに応じて上下方向に延びる姿勢から僅かに揺動できる必要がある。そこで、コネクティングロッド９がΔｄを吸収するだけの角度、揺動できるように、コネクティングロッド９の下端は、ピストン８に設けたピストン軸８１によって、ピストン８に揺動可能に連結されている。なお、ピストン軸８１は、上下方向と垂直かつ、ピストン８の中心軸上の点とシャフト７２の軸上の点結ぶ直線と垂直な方向に延伸しており、コネクティングロッド９の下端は、ピストン８の中心軸とシャフト７２の軸を含む平面上を揺動可能にピストン軸８１に連結される。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について説明した。
以上の実施形態では、シリンダ１１とピストン８のセットが４つの場合について説明したが、シリンダ１１とピストン８のセットは２の倍数であれば任意の数、設けるようにしてもよい。
【００６８】
以上の実施形態で示した運動変換機構は、回転運動から直線往復運動への変換も行うことができる機構であり、容積式流量検出器に限らず、任意の装置において、直線往復運動から回転運動への変換を行う機構、回転運動から直線往復運動への変換を行う機構として適用することができる。
【００６９】
以上のように、本実施形態によれば、シリンダ１１、ピストン８、シャフト７２の軸を全て同一方向とすることができる。よって、これらの軸の方向と直交する２方向についてのサイズが小さい容積式流量検出器を実現することができる。
【００７０】
また、シリンダ１１の軸方向のサイズとピストンのストローク量を拡大することにより、これらの軸の方向と直交する２方向についてのサイズを拡大することなく、容積式流量検出器のシャフト７２の１回転あたりの容積の拡大を行うことができる。
【００７１】
また、本実施形態の運動変換機構によれば、コネクティングロッド９を、ほぼ揺動することなく、ピストン８の直線往復運動をシャフト７２の回転運動に変換することができ、ピストン８がシリンダ１１の内壁に押しつけられる側圧を低減することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１１＿１-１１＿４…シリンダ、１２＿１-１２＿４…ピストン、１３…クランクシャフト、１４＿１-１４＿４…コネクティングロッド、１５＿１-１５＿４…流路、１…メインブロック、２…流入側フランジ、３…カバー、４…流出側フランジ、５…流出口ブロック、６…回路カバー、７…シャフトベアリング、８…ピストン、９…コネクティングロッド、１０…磁石、１１…シリンダ、２１…流入口、５１…流出口、７２…シャフト、７３…斜板、７４…斜板ベアリング、８１…ピストン軸、１２１…共通流入路、１２２…個別流入路、１２３…連絡路、４０１…磁界検出素子、４０２…電子回路、７２１…中心円筒、７２２…傾斜円盤、７３１…中央孔、７３２…ロッド支持部、７３３…支持部ベアリング、７３４…揺動軸。
【図１】
2020020590.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020020590.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2020020590.tif 000008
【図７】
2020020590.tif 000009
【図８】
2020020590.tif 000010
【図９】
2020020590.tif 000011