(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量室内で互いに噛合回転する一対のハスバ歯車を回転子とする容積型流量計において、前記ハスバ歯車の軸直角断面の歯形曲線はアデンダムの歯先近傍が円弧歯形，ピッチ円近傍がインボリュート歯形，該円弧歯形とインボリュート歯形間がトロコイド歯形からなる連続曲線で、前記インボリュート歯形と連続接続するデデンダムの前記ピッチ円近傍が円弧歯形，歯元側がトロコイド歯形からなる連続曲線であることを特徴とする容積型流量計。
【請求項２】
前記一対のハスバ歯車は、各々歯車丈と歯数および軸直角方断面の歯形曲線が等しく、歯車丈間の捩れが整数ピッチであることを特徴とする請求項１に記載の容積型流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容積型流量計に関し、より詳細には、計量室内で互いに噛合回転する一対の回転子は、各々の回転子の回転トルクが等しく回転トルクの和が一定なハスバ歯車である容積型流量計に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来、多用されている歯車を回転子とする容積型流量計として非円形歯車流量計（商品名：オーバル流量計），ルーツ式流量計，およびバイロータ（Ｂｉ−Ｒｏｔｏｒ）流量計があげられる。非円形歯車流量計は、その名の通り一対の同形な非円形歯車を回転子としたもので流体の差圧により互いに噛み合い乍ら駆動力が主動，従動を繰り返し回転するのでパイロット歯車を必要とせず構造が簡単で、非円形歯車も高精度に歯切り可能であり、器差特性が優れ、器差の再現性もよいことから代表的な容積型流量計として知られている。
【０００３】
ルーツ式流量計は、二葉の円エンブローブの回転子を所定位相差をもって一点接触し乍ら滑り回転する構造であり、この位相差を保つために、回転子間にはパイロット歯車が介在されている。また、バイロータ流量計は、三葉と四葉とからなる歯数の異なるハスバ歯車を回転子とし、該回転子の軸直角方向断面の歯形曲線は、主動側が従動側のピッチ円上の点が画くサイクロイド曲線であり、従動側は主動側歯車の外径上の点が画くトロコイド曲線であるから歯形の滑り率が無限大となるためパイロット歯車を必要としている。
【０００４】
一対の歯形を回転子とする容積型流量計の理想的な形態は、歯車の形状からみると、歯車が小形でも理論吐出量が大きく、大流量計測を可能とし、一対の歯車を同形等大にして工作容易、パイロット歯車を要することなく簡易な構造で回転子自体で運動を伝えることができることである。また、運動エネルギーの面からみると、回転子は流体差圧により等しいトルクを発生し、歯面力をなくし、等回転し脈動を生ずることなく流体を流出することである。
また、流量計の利用面からみると、スラリーを含む多様の被計測流体流量を安定して計測できることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一対の歯車を回転子とした従来の容積型流量計を上述した理想的な容積型流量計と比較した場合、非円形歯車流量計は、被測流体が流量一定で流れているとき回転子は面積速度一定の回転で回転し、不等速な回転となる。この回転は脈動流の原因となり、振動を発生する。このような脈動，振動は理論吐出量を大きくしようとすると大きくなる。しかも、非円形歯車は被測定流体内で噛み合い乍ら回転するのでスラリー流体の計測には不向きである。
【０００６】
ルーツ式流量計は、回転子の構造上、パイロット歯車を必要とし構造が複雑になり、しかも脈動を伴う。パイロット歯車の装着は、回転子間の位相が正しく定まるように調整して行われるが、回転子に設けられたバックラッシュのあるパイロット歯車を正しい位相に調整することは困難であり熟練を要する。しかも、滑り接触する回転子間は摩擦を防ぐために僅かな隙を設けてあるが隙が大きければ流体のリークにより器差特性は劣化し、隙を小さくすれば、スリラー等の微粒子を含む流体の計測は不可能となるので、スリラーの流体計測には不向きである。
【０００７】
また、バイロータ流量計の回転子は、一対のハスバ歯車で、形状寸法が各々異なり、しかもパイロット歯車を有するので、上述した容積型流量計に比べて最も複雑な形状をしており、製作コストが嵩み、しかも、従動側の負荷トルクは負となるのでパイロット歯車に過大な負担が加わる等の問題点がある。
【０００８】
上述のように、従来の容積型流量計は、一定の流体の流れにより生ずる歯車の回転トルクは一定ではなく、且つトルクの和も一定でないなど、理想的な容積型流量計の条件の最も基本となる特性を備えておらず、スラリー流体の安定した計測は不可能であった。
本発明は、パイロット歯車を介在させることなく、定流量計測時の回転子が等トルクで、歯面力が作用せず、トルクの和が一定で等流量であり、しかも、スラリー流体を安定して計測可能とする容積形流量計を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、計量室内で互いに噛合回転する一対のハスバ歯車を回転子とする容積型流量計において、前記ハスバ歯車の軸直角断面の歯形曲線はアデンダムの歯先近傍が円弧歯形，ピッチ円近傍がインボリュート歯形，該円弧歯形とインボリュート歯形間がトロコイド歯形からなる連続曲線で、前記インボリュート歯形と連続接続するデデンダムの前記ピッチ円近傍が円弧歯形，歯元側がトロコイド歯形からなる連続曲線として、基本歯形をトロコイドとするにより理論吐出量を大きくし、トロコイド歯形が理論上滑り率無限大であり、パイロット歯車を必要とするのをトロコイド歯車の一部に設けられた滑り零の円弧（ノビコフ歯形）と滑りが比較的小さい範囲でのインボリュート歯形とすることにより回転伝達し、パイロット歯車を不要とするとともに前記トロコイド歯形によりスラリーを歯形噛み合い部より除去し、スラリー流体の計測も可能としたものである。
請求項２の発明は、前記一対のハスバ歯車は、各々歯車丈と歯数および軸直角方断面の歯形曲線が等しく、歯車丈間の捩れが整数ピッチにすることにより、両回転子間のエネルギー授受をなくし無脈動で回転するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による容積型流量計の回転子歯形の実施の形態を説明するための部分断面図であり、図中、１は第１回転子（以後Ｏ１歯車と記す）、２は第２回転子（以後Ｏ２歯車と記す）、３はＯ１歯車の歯先円、４はＯ２歯車の歯先円、５はＯ１歯車のピッチ円、６はＯ２歯車のピッチ円、Ｐはピッチ点、Ｒ０は歯先円半径、Ｒはピッチ円半径、Ｚは歯数である。
【００１１】
図１に示した歯形曲線は、軸Ｏ１を軸とする歯先円半径Ｒ０のハスバ歯車であるＯ１歯車１と、Ｏ１歯車１と同形等大のＯ２歯車２とが噛み合った状態における軸Ｏ１，Ｏ２に対し直角方向の部分断面図である。Ｏ１歯車１およびＯ２歯車２は、ピッチ円４，６上のＰ１，Ｐ２点を境としてアデンダムとデデンダムが形成される。以下、Ｏ１，Ｏ２歯車１，２の歯形曲線の構成について述べる。なお、Ｏ１歯車１と，Ｏ２歯車２とは同形等大であり、Ｏ１歯車１の歯形曲線はＡ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１Ｅ１Ｆ１Ｇ１とＯ２歯車２の歯形曲線はＡ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ｅ２Ｆ２Ｇ２とは同一であるから歯形曲線の説明は一方のＯ１歯車１について述べる。
【００１２】
アデンダムの歯形曲線はＡ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１Ｐ１で示す曲線で、曲線Ａ１Ｂ１は歯先円半径Ｒ０である歯先円弧、曲線Ｂ１Ｃ１はピッチ円上に中心を有する半径Ｒの円弧歯形であり、曲線Ｃ１Ｄ１はＥ１点の画く動径Ｒｃ１（後述する）のトロコイド曲線、曲線Ｄ１Ｐ１は動径Ｒｃ３（後述する）からなる圧力角αのインボリュート曲線である。
【００１３】
デデンダムの歯形曲線はＥ１Ｆ１Ｇ１Ｈ１からなる曲線で、曲線Ｐ１Ｅ１は前記Ｄ１Ｐ１に連続する圧力角αのインボリュート曲線、曲線Ｅ１Ｆ１は前記円弧歯形Ｂ１Ｃ１に対応する円弧歯形であり、曲線Ｆ１Ｇ１は、動径をＲｃ２（後述する）とするＢ１点の画くトロコイド曲線で、曲線Ｇ１Ｈ１は歯底円半径（２Ｒ−Ｒ０）を半径とする円。
【００１４】
上述した歯形曲線においてアデンダムにおけるトロコイド曲線（Ｃ１Ｄ１＝Ｃ２Ｄ２）の動径Ｒｃ１，およびデデンダムにおけるトロコイド曲線（Ｆ１Ｇ１＝Ｆ２Ｇ２）の動径Ｒｃ２，インボリュート曲線（Ｄ１Ｅ１＝Ｄ２Ｅ２）動径Ｒｃ３は下記の関係式であらわされる。
【００１５】
【数１】
0003596961.tif 000002
【００１６】
このようにして得られたＯ１歯車１とＯ２歯車２の接触点を静止座標系であらわした接触点の軌跡は、ピッチ点をＰとして点線であらわした１０，１１，１２，１３，Ｐ，１４，１５，１６，１７，１８，１９，Ｐ，２０，２１，１０のレムニスケート曲線となる。
【００１７】
図２は、図１に示したハスバ歯車の軸方向における噛合シール線の展開図を示し、図２（Ａ）はＯ１歯車、図２（Ｂ）はＯ２歯車の噛合シール線の展開図で、Ｏ１歯車，Ｏ２歯車は共に歯車丈Ｌ，捩れ角βで、歯車丈Ｌ間の捩れが１ピッチであり、
【００１８】
【数２】
0003596961.tif 000003
【００１９】
の関係にある。図中、Ｘ１−Ｘ１，Ｘ２−Ｘ２は両端面である。アルファベットは図１のアルファベットのサフィックスを除いたもので（  ）で示した部分は仮想位置である。
【００２０】
ここで、流入側圧力Ｐ１と流出側圧力Ｐ２の作用するシール線は図の太線内であり、Ｏ１歯車１に作用する回転トルクＴ１とＯ２歯車２に作用するトルクＴ２は等しい。また、この作用線を固定し端面Ｘ１−Ｘ１，Ｘ２−Ｘ２を平行移動した場合も、この関係が保たれるので、Ｏ１歯車１とＯ２歯車２とに作用するトルクには変化がない。即ち、Ｔ１＝Ｔ２＝一定である。この関係は、図から明らかなように歯車丈Ｌ間での捩れが整数ピッチであるときのみ成立する。即ち、ｉを整数としたとき、
【００２１】
【数３】
0003596961.tif 000004
【００２２】
であればよい。Ｔ１＝Ｔ２＝一定であるからＴ１＋Ｔ２＝一定、即ち、等速回転等流量で脈動がない。又、Ｔ１−Ｔ２＝０であるから、歯車間の歯面力は零で無負荷で回転する。
【００２３】
図３は、図１に示した歯形をもった回転子の噛合状態を説明するための軸直角方向断面図であり、図１と同様の作用をする部分には図１の場合と同じ符号を付してある。
【００２４】
図示のＯ１歯車１，Ｏ２歯車２は、歯車全体の形状を明確にするためのもので、図１に示した歯車と同じ歯形曲線をもったハスバ歯車で、静止座標上の接触点の軌路は図１の点線で示した接触点の軌跡と同じ軌跡である。歯先による円弧１１〜１２，１６〜１７、円弧歯形による円弧１１〜１２，１５〜１６，１７〜１８，２１〜２２およびインボリュート歯形による直線１３〜Ｐ〜１４，１９〜Ｐ〜２０を有している。このＯ１歯車１，Ｏ２歯車２は容積型流量計の回転子として用いられる場合は、流体の流入口，流出口を有するケーシングに納められる。
【００２５】
図４は、本発明による容積型流量計の実施の形態の例を説明するための図で、図中、３０は容積型流量計、３１はケーシング、３２は接続フランジ、３３，３４は端面板、３５はボルト、３６は計数部である。
【００２６】
図４は、図３に示したように噛合した一対のハスバ歯車，Ｏ１歯車１，Ｏ２歯車２を回転子として、該回転子を歯先円と微小な隙間をもち回転子軸と直角方向に開口する開口３２ａを有する流入，流出例（図示せず）のフランジ３２を有するケーシング３１の計量室３１ａ内に納められ、端面板３３，３４に回転可能に支持された容積型流量計の本体であり、第１，第２の回転子１，２の一方側、図においては、回転子１の軸の回転を磁気接手（図示せず）等により液シールして外部に取り出し計数部３６を駆動して流量演算を施し、流量表示，流量信号の伝送等がなされる。
【００２７】
本出願人の実験によると石炭粉と重油の混合燃料であるＣＯＭ（Ｃｏａｌ  Ｏｉｌ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）を計量試験したところ、従来の歯車、例えば、オーバル歯車を回転子とする容積型流量計では、回転子間への石炭粉の噛み込みにより瞬時に回転停止した。また、これに対し、図４に示した本発明によるハスバ歯車の軸直角方向の断面の歯形曲線として、トロコイド曲線の一部に円弧歯形とインボリュート歯形からなる回転子を有する容積型流量計では、長時間正常な連続計測が可能で異常の生ずことがなかった。これは、円弧歯形とインボリュート歯形の間で形成されるトロコイド歯形間の空隙に収容されたＣＯＭの微粉炭を歯先とトロコイド曲線の噛み合い部分で石炭粉を排出しクリーニングが行われるためと推定される。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果：計量室内で互いに噛合回転する一対のハスバ歯車を回転子とする容積型流量計において、前記ハスバ歯車の軸直角断面の歯形曲線はアデンダムの歯先近傍が円弧歯形，ピッチ円近傍がインボリュート歯形，該円弧歯形とインボリュート歯形間がトロコイド歯形からなる連続曲線で、前記インボリュート歯形と連続接続するデデンダムの前記ピッチ円近傍が円弧歯形，歯元側がトロコイド歯形からなる連続曲線としたので、スラリー流体の計測が可能となった。
請求項２に対応する効果：前記一対のハスバ歯車は、各々歯車丈と歯数および軸直角方断面の歯形曲線が等しく、歯車丈間の捩れが整数ピッチにしたので、歯車間の歯面力が零で脈動のない等流量の回転をするようにできた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による容積型流量計の回転子歯形の実施の形態を説明するための部分断面図である。
【図２】図１に示したハスバ歯車の軸方向における噛合シール線の展開図を示すものである。
【図３】図１に示した歯形をもった回転子の噛合状態を説明するための軸直角方向断面図である。
【図４】本発明による容積型流量計の実施の形態の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…第１回転子（Ｏ１歯車）、２…第２回転子（Ｏ２歯車）、３…Ｏ１歯車の歯先円、４…Ｏ２歯車の歯先円、５…Ｏ１歯車のピッチ円、６…Ｏ２歯車のピッチ円、１０〜２１…レムニスケート曲線、３０…容積型流量計、３１…ケーシング、３２…接続フランジ、３３，３４…端面板、３５…ボルト、３６…計数部、Ｐ…ピッチ点、Ｒ０…歯先円半径、Ｒ…ピッチ円半径、Ｚ…歯数、Ｌ…歯車丈、β…ねじれ角。
【図１】
0003596961.tif 000005
【図２】
0003596961.tif 000006
【図３】
0003596961.tif 000007
【図４】
0003596961.tif 000008