(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストン式の容積式流量検出器の圧力損失を低減する。【解決手段】流体は、ピストン３０２が上死点付近にある計量ユニットのシリンダ内部空間３０１１にピストン３０２の下死点側の開口から流入し、連絡孔３０１２を通って、反時計回り方向に隣接する計量ユニットのシリンダ内部空間３０１１のピストン３０２より上死点側の空間に流入する。ピストン３０２が下死点から上死点に向かって移動をすると、ピストン３０２より上死点側の空間に流入している流体が、ピストン３０２によってシリンダ内部空間３０１１の上死点側の開口と、時計回り方向に隣接する計量ユニットの連絡孔３０１２とピストン３０２の中央の括れの間の空間を通って流出孔３０１３から排出される。そして、ピストン３０２の往復運動に連動して回転するクランクシャフト３０３の回転量から流量を算定する。【選択図】図４
2019060636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と排出口を有し、流入口から排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、
密閉空間内に配置された、複数の計量ユニットを有する計量ブロックと、
回転検出手段と、
位相差規制手段とを有し、
前記各計量ユニットは、シリンダ内部空間が設けられたシリンダブロックと、前記シリンダ内部空間を摺動する、軸方向についての中央部に括れを有するピストンと、前記シリンダブロックに軸支されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記ピストンを連結し前記ピストンの前記シリンダ内部空間内における下死点と上死点の間の往復運動と前記クランクシャフトの回転運動とを連動させるコネクティングロッドとを有し、
前記シリンダブロックは、第１面と第２面と第３面とを含む外面を有し、
前記シリンダ内部空間は、前記コネクティングロッドが挿入された前記第１面の開口である下死点側開口と前記第２面の開口である上死点側開口とを両端の開口とする貫通孔であり、
前記シリンダブロックは、前記第３面から前記シリンダ内部空間まで貫通する孔である連絡孔と、外面から前記シリンダ内部空間まで貫通する孔である排出孔とを有し、
前記連絡孔と前記排出孔の前記シリンダ内部空間側の開口は、当該計量ユニットのピストンが下死点付近に位置するときに、当該ピストンの軸方向について当該ピストンの前記括れの範囲内となる位置にあり、
前記連絡孔の前記シリンダ内部空間側の開口は、当該計量ユニットの前記ピストンが上死点付近に位置しているときに、当該ピストンの軸方向について当該ピストンの範囲よりも前記下死点側開口に近くなる位置であって、当該ピストンが上死点付近に位置しているときにのみ、少なくとも一部が当該ピストンの軸方向について当該ピストンの範囲外となる位置に設けられており、
前記排出孔の前記シリンダ内部空間側の開口は、前記連絡孔の前記シリンダ内部空間側の開口よりも前記上死点側開口に近い位置であって、常に、当該ピストンの軸方向について当該ピストンの範囲内となる位置に設けられており、
前記複数の計量ユニットは、当該複数の計量ユニットによるループが形成されるように、循環的に順次隣接して配置されており、
前記ループに沿って進む第１の方向を順方向、前記ループに沿って第１の方向と逆方向に進む方向を逆方向として、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第２面は、順方向に隣接する計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第３面に当接しており、
各計量ユニットのシリンダブロックの前記連絡孔の前記第３面側の開口は、逆方向に隣接する計量ユニットの前記上死点側開口と重なる位置に設けられており、
各計量ユニットのシリンダブロックの前記排出孔の前記外面側の開口は、他の計量ユニットのシリンダブロックと当接しない外面の部分に設けられており、
前記各計量ユニットの前記排出孔の前記外面側の開口は、前記排出口に連絡しており、
前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記下死点側開口は前記流入口に連絡しており、
前記位相差規制手段は、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相が順方向に隣接する計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相より所定角度進むように、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相を規制し、
前記回転検出手段は、少なくとも一つの計量ユニットのクランクシャフトの回転量を検出する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、
前記複数の計量ユニットとして４つの計量ユニットを備え、
前記位相差規制手段は、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相が順方向に隣接する計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相より９０度進んだ位相となるように、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相を規制してい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、
前記各計量ユニットの、前記シリンダブロックの第２面は、当該シリンダブロックの前記シリンダ内部空間の軸の方向と垂直な平面であり、前記シリンダブロックの第３面は、当該シリンダブロックの前記シリンダ内部空間の軸の方向と平行な平面であり、
前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第２面は、当該計量ユニットのシリンダ内部空間の軸方向に見て、前記上死点側開口が、順方向に隣接する計量ユニットのシリンダ内部空間に重なる位置となるように、当該順方向に隣接する計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第３面に当接しており、
前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記連絡孔は、当該シリンダブロックの前記第３面と垂直な貫通孔であり、
前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの外面は、他の計量ユニットのシリンダブロックと当接しない前記第２面及び第３面と垂直な面である第４面を含み、
前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記排出孔は、前記第４面から前記シリンダ内部空間まで、当該第４面と垂直に貫通する貫通孔であることを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の容積式流量検出器であって、
前記各計量ユニットの前記クランクシャフトに回転方向のトルクを加えるトルク印加手段を有することを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項５】
請求項１、２または３記載の容積式流量検出器であって、
前記位相差規制手段は、前記各計量ユニットの各々に設けられた、当該計量ユニットの前記クランクシャフトに同軸状に連結された個別歯車と、前記各計量ユニットの前記個別歯車と歯合する単一の歯車である共通歯車とより形成されることを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項６】
請求項５記載の容積式流量検出器であって、
前記共通歯車に回転方向のトルクを加えるトルク印加手段を有することを特徴とする容積式流量検出器。
【請求項７】
請求項５記載の容積式流量検出器であって、
前記共通歯車は、周方向に沿って磁極が交番し、
当該容積式流量検出器は、前記共通歯車の外周を囲むように配置された、複数のコイルを有する環状のステータを有し、
当該ステータは、前記共通歯車をロータとして、当該ロータと共にモータを構成している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１０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１０に示した容積式流量検出器１０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１０ａ-ｄに示すように、各シリンダ１１＿１-１１＿４内で位相が順次９０°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に流入してきた流体は、各シリンダ１１＿１-１１＿４のクランクシャフト１３側の空間に流入する。各シリンダ１１＿１-１１＿４の、容積式流量検出器１０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１０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排出される。
【０００６】
この結果、各ピストン１２＿１-１２＿４の動きに伴って図１０ａ-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】
上述した容積式流量検出器によれば、隣接するシリンダ１１の間で流体を移送する流路として、各シリンダ１１のピストン１２の、容積式流量検出器１０外周側の位置にあるポートＰと、隣接するシリンダ１１の、容積式流量検出器１０の内周側の位置にあるポートＥとを連結する、比較的長い流路１５を用いているため、当該流路１５による流体の圧力損失が比較的大きかった。なお、容積式流量検出器による圧力損失は、容積式流量検出器自身によって被計測体である流体や、計測精度に影響を与えてしまうため、できるだけ小さいことが好ましい。
【００１０】
また、一つのクランクシャフトに、複数のコネクティングロッドを接続するため、コネクティングロッドをクランクシャフトの軸方向に重ねて設ける必要があり、このことが容積式流量検出器の、クランクシャフトの軸方向についての薄型化の妨げとなっていた。
【００１１】
また、シリンダとピストンの各セットが、クランクシャフトを中心としてコネクティングロッドによって一体的に連結されているために、シリンダとピストンのセットが一つだけ破損したような場合にも、当該セットの交換による修理を行うことが比較的困難であった。
【００１２】
そこで、本発明は、圧力損失を低減したピストン式の容積式流量検出器を提供することを第１の課題とする。
また、本発明は、薄型化に適した構造を有するピストン式の容積式流量検出器を提供することを第２の課題とする。
また、本発明は、交換修理が容易な構造を有するピストン式の容積式流量検出器を提供することを第３の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題達成のために、本発明は、流入口と排出口を有し、流入口から排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、密閉空間内に配置された、複数の計量ユニットを有する計量ブロックと、回転検出手段と、位相差規制手段とを設けたものである。前記各計量ユニットは、シリンダ内部空間が設けられたシリンダブロックと、前記シリンダ内部空間を摺動する、軸方向についての中央部に括れを有するピストンと、前記シリンダブロックに軸支されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記ピストンを連結し前記ピストンの前記シリンダ内部空間内における下死点と上死点の間の往復運動と前記クランクシャフトの回転運動とを連動させるコネクティングロッドとを備えている。また、前記シリンダブロックは、第１面と第２面と第３面とを含む外面を有し、前記シリンダ内部空間は、前記コネクティングロッドが挿入された前記第１面の開口である下死点側開口と前記第２面の開口である上死点側開口とを両端の開口とする貫通孔である。また、前記シリンダブロックは、前記第３面から前記シリンダ内部空間まで貫通する孔である連絡孔と、外面から前記シリンダ内部空間まで貫通する孔である排出孔とを有する。そして、前記連絡孔と前記排出孔の前記シリンダ内部空間側の開口は、当該計量ユニットのピストンが下死点付近に位置するときに、当該ピストンの軸方向について当該ピストンの前記括れの範囲内となる位置にあり、前記連絡孔の前記シリンダ内部空間側の開口は、当該計量ユニットの前記ピストンが上死点付近に位置しているときに、当該ピストンの軸方向について当該ピストンの範囲よりも前記下死点側開口に近くなる位置であって、当該ピストンが上死点付近に位置しているときにのみ、少なくとも一部が当該ピストンの軸方向について当該ピストンの範囲外となる位置に設けられており、前記排出孔の前記シリンダ内部空間側の開口は、前記連絡孔の前記シリンダ内部空間側の開口よりも前記上死点側開口に近い位置であって、常に、当該ピストンの軸方向について当該ピストンの範囲内となる位置に設けられている。また、前記複数の計量ユニットは、当該複数の計量ユニットによるループが形成されるように、循環的に順次隣接して配置されており、前記ループに沿って進む第１の方向を順方向、前記ループに沿って第１の方向と逆方向に進む方向を逆方向として、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第２面は、順方向に隣接する計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第３面に当接し、各計量ユニットのシリンダブロックの前記連絡孔の前記第３面側の開口は、逆方向に隣接する計量ユニットの前記上死点側開口と重なる位置に設けられており、各計量ユニットのシリンダブロックの前記排出孔の前記外面側の開口は、他の計量ユニットのシリンダブロックと当接しない外面の部分に設けられている。また、前記各計量ユニットの前記排出孔の前記外面側の開口は、前記排出口に連絡しており、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記下死点側開口は前記流入口に連絡している。そして、前記位相差規制手段は、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相が順方向に隣接する計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相より所定角度進むように、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相を規制し、前記回転検出手段は、少なくとも一つの計量ユニットのクランクシャフトの回転量を検出する。
【００１４】
このような容積式流量検出器によれば、シリンダ内部空間の間で流体を移送する連絡孔の長さを短縮することができ、これにより容積式流量検出器による流体の圧力損失を低減できる。
【００１５】
また、このような容積式流量検出器によれば、各ピストン毎にクランクシャフトを設けたので、コネクティングロッドを一つのクランクシャフトの軸方向に重ねて設ける必要がなく、また、クランクシャフトを当該クランクシャフトの軸方向について計量ユニットの範囲内に収めるように構成することができるので、クランクシャフトの軸方向について容積式流量器を薄型化することができる。
【００１６】
また、このような容積式流量検出器は、各計量ユニットのコネクティングロッドが同じ一つのクランクシャフトに連結された構造を有しておらず、各計量ユニットは分離可能であるので、いずれかの計量ユニットに故障が生じた場合に、容易に計量ユニットの交換による修理を行うことができる。
【００１７】
ここで、このような容積式流量検出器は、前記複数の計量ユニットを４つの計量ユニットとし、前記位相差規制手段において、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相が順方向に隣接する計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相より９０度進んだ位相となるように、各計量ユニットの前記クランクシャフトの回転の位相を規制するようにしてもよい。
【００１８】
この場合には、前記各計量ユニットの、前記シリンダブロックの第２面を、当該シリンダブロックの前記シリンダ内部空間の軸の方向と垂直な平面とし、前記シリンダブロックの第３面を、当該シリンダブロックの前記シリンダ内部空間の軸の方向と平行な平面とし、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第２面を、当該計量ユニットのシリンダ内部空間の軸方向に見て、前記上死点側開口が、順方向に隣接する計量ユニットのシリンダ内部空間に重なる位置となるように、当該順方向に隣接する計量ユニットの前記シリンダブロックの前記第３面に当接させ、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記連絡孔を、当該シリンダブロックの前記第３面と垂直な貫通孔とし、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの外面を、他の計量ユニットのシリンダブロックと当接しない前記第２面及び第３面と垂直な面である第４面を含むものとし、前記各計量ユニットの前記シリンダブロックの前記排出孔は、前記第４面から前記シリンダ内部空間まで、当該第４面と垂直に貫通する貫通孔とするようにしてもよい。
【００１９】
このようにすることにより、連絡孔の長さをより短くし、容積式流量検出器による流体の圧力損失を、より小さくすることができる。
ここで、以上の容積式流量検出器には、前記各計量ユニットの前記クランクシャフトに回転方向のトルクを加えるトルク印加手段を設けるようにしてもよい。
このようにすることにより、容積式流量検出器による圧力損失をキャンセルすることができるようになる。
以上の容積式流量検出器は、前記位相差規制手段を、前記各計量ユニットの各々に設けられた、当該計量ユニットの前記クランクシャフトに同軸状に連結された個別歯車と、前記各計量ユニットの前記個別歯車と歯合する単一の歯車である共通歯車とにより形成するようにしてもよい。
【００２０】
ここで、この場合には、容積式流量検出器に、前記共通歯車に回転方向のトルクを加えるトルク印加手段を設けるようにしてもよい。
このようにすることにより、共通歯車と個別歯車を介して、クランクシャフトに回転方向のトルクを加え、容積式流量検出器による圧力損失をキャンセルすることができるようになる。
この場合には、前記共通歯車を、周方向に沿って磁極が交番するものとし、前記共通歯車の外周を囲むように配置された、複数のコイルを有する環状のステータを設けて、前記共通歯車をロータとするモータを形成するようにしてもよい。
【００２１】
このようにすることにより、容積式流量検出器のクランクシャフトの軸方向のサイズを大きくすることなく、共通歯車と個別歯車を介して、クランクシャフトに回転方向のトルクを加え、容積式流量検出器による圧力損失をキャンセルすることができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、圧力損失を低減したピストン式の容積式流量検出器を提供することができる。
また、本発明によれば、薄型化に適した構造を有するピストン式の容積式流量検出器を提供することができる。
また、本発明によれば、交換修理が容易な構造を有するピストン式の容積式流量検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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容積式流量検出器の計量ユニットの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の計量ユニットの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の計量ブロックの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の計量ブロックの動作を示す図である。
【図７】発明の実施形態に係る容積式流量検出器の回転検出の機構を示す図である。
【図８】発明の実施形態に係る容積式流量検出器の流体加圧の機構を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の他の構成例を示す図である。
【図１０】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】
【００２４】
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を示す。
図1中、図１ａは容積式流量検出器の上面を示し、図１ｂは容積式流量検出器の側面を示し、図１ｃは容積式流量検出器の下面を示している。また、図１ｄは容積式流量検出器を上方より斜視したようすを示している。
【００２５】
図示するように、本実施形態に係る容積式流量検出器は、円筒形状の本体部２の上面に直方体形状の連結部１００を連結した形状を有している。
連結部１００は、外部の流路を容積式流量検出器に連結するための部材であり、連結部１００の上面には、容積式流量検出器への流体の入口となる流入口１０１と、容積式流量検出器からの流体の出口となる排出口１０２が設けられている。
【００２６】
次に、図２ａ１に容積式流量検出器の図１ａの断面線Ａ-Ａによる断面を示し、図２ａ２に容積式流量検出器の図１ａの断面線Ｂ-Ｂによる断面を示す。
図２ａ１、ａ２、及び、図１の各図に示ように、容積式流量検出器の本体部２は、中空円筒形状の側部カバー２１、上外蓋２２、上内蓋２３、下蓋２４を有している。上外蓋２２と上内蓋２３は、側部カバー２１の上の開口を、後述する流入路２０１と排出路２０２の部分を除き二重に閉塞しており、下蓋２４は側部カバー２１の下の開口を閉塞している。
【００２７】
そして、前述した流入路２０１は、側部カバー２１と上内蓋２３と下蓋２４で囲まれた密閉空間内と、連結部１００の流入口１０１とを連結する流路であり、上外蓋２２と上内蓋２３に設けた孔によって形成される。前述した排出路２０２は、上内蓋２３と下蓋２４で囲まれた密閉空間内と、連結部１００の排出口１０２とを連結する流路であり、上外蓋２２と上内蓋２３に設けた孔によって形成される。
なお、図示は省略したが、容積式流量検出器の密閉が必要な部材間には、Ｏリング等のシールド部材が配置されている。
【００２８】
また、下蓋２４の下部には、電子回路基板２５が固定されている。また、側部カバー２１の周囲を取り囲むように、中空円筒形状のステータユニット２６が固定配置されている。
【００２９】
ここで、図２ａ３に、側部カバー２１とステータユニット２６を取り外して側方から見た容積式流量検出器のようすを示し、図２ｂ１に連結部１００と上外蓋２２とを取り外して上方から見た容積式流量検出器のようすを示し、図２ｂ２に連結部１００と上外蓋２２と上内蓋２３とを取り外して上方から見た容積式流量検出器のようすを示し、図２ｂ３に下蓋２４を取り外して下方から見た容積式流量検出器のようすを示す。
【００３０】
また、側部カバー２１と上内蓋２３と下蓋２４で囲まれた密閉空間内には、側部カバー２１と下蓋２４によって上下方向を回転軸として回動可能に軸支された環状の内歯の大歯車２７と、４つの計量ユニット３０を連結して形成した計量ブロック３が配置されている。
【００３１】
ここで、図３に計量ユニット３０の構成を示す。
いま、便宜上、図中に示した上下前後左右を計量ユニット３０の上下前後左右と定める。図３ａは計量ユニット３０の左側面を示し、図３ｂは計量ユニット３０の前面を示し、図３ｃは計量ユニット３０の右側面を示し、図３ｄは計量ユニット３０の後面を示し、図３ｅは計量ユニット３０の上面を示し、図３ｆは計量ユニット３０の下面を示す。
【００３２】
図示するように、計量ユニット３０は、シリンダブロック３０１と、ピストン３０２と、クランクシャフト３０３と、コネクティングロッド３０４と、外歯の小歯車３０５を備えている。
【００３３】
図４ａ１、ａ２にシリンダブロック３０１の斜視図を示す。シリンダブロック３０１には、前後方向にシリンダブロック３０１を貫通した円柱形状の孔であるシリンダ内部空間３０１１を有している。
【００３４】
また、シリンダブロック３０１は、シリンダブロック３０１の右側面からシリンダ内部空間３０１１まで左右方向に貫通した孔である連絡孔３０１２と、シリンダブロック３０１の上面からシリンダ内部空間３０１１まで上下方向に貫通した孔である流出孔３０１３とが設けられており、シリンダ内部空間３０１１、連絡孔３０１２、流出孔３０１３はつながっている。
なお、連絡孔３０１２、流出孔３０１３は、連絡孔３０１２、流出孔３０１３を通る流体に対する抵抗が小さくなるように、シリンダ内部空間３０１１の近傍以外の部分は、シリンダ内部空間３０１１の近傍の部分よりもシリンダ内部空間３０１１の軸方向の径を拡大している。
【００３５】
図４ｂ１、ｂ２にピストン３０２の斜視図を示す。ピストン３０２は軸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。
【００３６】
そして、図４ｃ１に示すように、ピストン３０２はシリンダ内部空間３０１１内に、前後方向に摺動可能に配置されている。
また、クランクシャフト３０３は、シリンダ内部空間３０１１の前方の位置に、上下方向を回転軸として回動可能にシリンダブロック３０１によって軸支されており、クランクシャフト３０３とピストン３０２がコネクティングロッド３０４によって連結されている。
【００３７】
そして、コネクティングロッド３０４によって,図４ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４に示すように、クランクシャフト３０３の回転運動と、ピストン３０２のシリンダ内部空間３０１１内の前後方向の往復運動が連動する。すなわち、クランクシャフト３０３を回転させると、ピストン３０２はシリンダ内部空間３０１１内で前後方向に往復運動し、ピストン３０２をシリンダ内部空間３０１１内で前後方向に往復運動させると、クランクシャフト３０３は回転する。
【００３８】
次に、小歯車３０５は、クランクシャフト３０３の下方においてクランクシャフト３０３に連結されており、クランクシャフト３０３と共に上下方向を回転軸として回転する。
以上、計量ユニット３０の構成について説明した。
さて、上述のように、このような計量ユニット３０を４つ連結させて計量ブロック３は形成されるが、そのうちの一つの計量ユニット３０は、図３、４に示した構成に加えて、クランクシャフト３０３の回転検出用の磁石を備えている。そして、この磁石は、小歯車３０５の下方に、クランクシャフト３０３、小歯車３０５と共に回転するように連結されている。この磁石と、この磁石を用いた回転検出の構成については後述する。
【００３９】
次に、計量ユニット３０を４つ連結させて形成する計量ブロック３について説明する。
図５ａに図２ａ１の断面線Ｃ-Ｃによる断面を、図５ｂに計量ブロック３の斜視図を示す。計量ブロック３において、各計量ユニット３０は、上下方向を一致させて、上下方向の軸周りに上下方向の高さを合わせた状態で順次隣接させて配置される。
【００４０】
図５ａの上方より見たときの時計回りの方向を順方向、反時計回りの方向を逆方向として、各計量ユニット３０の向きは、逆方向に隣接する計量ユニット３０よりも順方向に９０度傾いており、各計量ユニット３０のシリンダ内部空間３０１１の後ろ側の面が順方向に隣接する計量ユニット３０の右側面に当接している。また、各計量ユニット３０のシリンダ内部空間３０１１の後ろ側の開口が順方向に隣接する計量ユニット３０の連絡孔３０１２に連結されている。なお、隣接する計量ユニット３０の間はシールドされており、各計量ユニット３０のシリンダ内部空間３０１１の後ろ側の開口や、連絡孔３０１２の右側面の開口は、密閉空間の計量ブロック３の外部の部分に対して封止されている。
【００４１】
このような計量ブロック３は、上述のように側部カバー２１と上内蓋２３と下蓋２４で囲まれた密閉空間内に固定される。
そして、図２ｂ３に示すように、密閉空間内に計量ブロック３が固定された状態において、各計量ユニット３０の小歯車３０５の外歯は大歯車２７の内歯と歯合している。また、小歯車３０５と大歯車２７の歯合は、各計量ユニット３０の小歯車３０５、クランクシャフト３０３の回転位相が、順方向に隣接する計量ユニット３０よりも９０度進んでいるようになされている。
【００４２】
また、密閉空間内に計量ブロック３が固定された状態において、図２ａ１に示すように、容積式流量検出器の流入口１０１に連絡する流入路２０１は、密閉空間内の計量ブロック３の外周側の空間に連絡している。また、容積式流量検出器の排出口１０２に連絡する排出路２０２は、各計量ユニット３０の流出孔３０１３に連絡している。なお、上内蓋２３と計量ブロック３との間はシールドされており、計量ユニット３０の上面の流出孔３０１３の開口や、排出路２０２の密閉空間側の開口は密閉空間の計量ブロック３の外部の部分に対して封止されている。
【００４３】
さて、このような構成において、容積式流量検出器の流入口１０１から流体が流入すると、流体は密閉空間の計量ブロック３の外部の部分を通って計量ブロック３の内部に進入し、計量ブロック３の各計量ユニット３０のピストン３０２に圧力を加える。
【００４４】
すると、当該圧力によって、４つの計量ユニット３０の４つのピストン３０２は、図６ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａ、ｂ、...の順に、９０度の位相差を持って往復運動を行いながら、計量ブロック３の内部に進入した流体を排出口１０２から排出していく。ここで、図６において、黒塗りつぶしの矢印はピストン３０２の移動方向を表し、白抜きの矢印は流体の流れる方向を示している。
【００４５】
さて、ここで、図６ａ、ｂ、ｃ、ｄに示すように、各計量ユニット３０のシリンダブロック３０１の連絡孔３０１２と流出孔３０１３は、ピストン３０２が下死点付近に位置しているときに当該ピストン３０２の軸方向について当該ピストン３０２の前記括れの範囲内となる位置に設けられている。また、各計量ユニット３０のシリンダブロック３０１の連絡孔３０１２は、ピストン３０２が上死点付近に位置しているときのみ、ピストン３０２の軸方向についてピストン３０２の範囲外となる位置に設けられており、当ピストンが上死点付近に位置しているときに、連絡孔３０１２は、当該ピストン３０２よりもシリンダ空間の下死点側の開口よりの位置となって、当該シリンダ空間の下死点側の開口とシリンダ空間を介して連絡する。一方、各計量ユニット３０のシリンダブロック３０１の流出孔３０１３は、連絡孔３０１２よりも少しシリンダ空間の上死点側の開口に近い位置であって、ピストン３０２の位置に関わらずに、常に、ピストン３０２の軸方向についてピストン３０２の範囲外とならない位置に設けられている。
【００４６】
さて、容積式流量検出器の流入口１０１から密閉空間の計量ブロック３外部の部分に進入した流体は、ピストン３０２が上死点付近にある計量ユニット３０（図６ａではＢ、図６ｂではＣ、図６ｃではＤ、図６ｄではＡ）のシリンダ内部空間３０１１にピストン３０２の下死点側の開口から流入する。そして、ピストン３０２が上死点付近にある計量ユニット３０では、ピストン３０２によって、連絡孔３０１２が、シリンダ内部空間３０１１のピストン３０２より下死点側の空間に対して封止されていないので、連絡孔３０１２を通って、逆方向に隣接する、ピストン３０２が下死点に向かって移動中の計量ユニット３０（図６ａではＡ、図６ｂではＢ、図６ｃではＣ、図６ｄではＤ）のシリンダ内部空間３０１１のピストン３０２より上死点側の空間に流入する。
【００４７】
一方、このとき、ピストン３０２が上死点付近にある計量ユニット３０以外の計量ユニット３０では、ピストン３０２によって、連絡孔３０１２が、シリンダ内部空間３０１１のピストン３０２より下死点側の空間に対して封止されているため、シリンダ内部空間３０１１にピストン３０２の下死点側から流入した流体は、逆方向に隣接する計量ユニット３０のシリンダ内部空間３０１１に流入することはない。
【００４８】
次に、ピストン３０２が下死点から上死点に向かって移動を開始した計量ユニット３０（図６ａではＣ、図６ｂではＤ、図６ｃではＡ、図６ｄではＢ）では、これに先だって、ピストン３０２が下死点に向かって移動しているときに上述のように、順方向に隣接する計量ユニット３０（図６ａではＤ、図６ｂではＡ、図６ｃではＢ、図６ｄではＣ）からシリンダ内部空間３０１１のピストン３０２より上死点側の空間に流入した流体が、ピストン３０２によってシリンダ内部空間３０１１の上死点側の開口方向に押しやられる。一方、この時点において、順方向に隣接する計量ユニット３０のピストン３０２は、下死点付近の位置にあり、ピストン３０２の中央の括れの間に当該計量ユニット３０の連絡孔３０１２と流出孔３０１３が位置している。したがって、ピストン３０２が下死点から上死点に向かって移動を開始した計量ユニット３０においてシリンダ内部空間３０１１の上死点側の開口方向に押しやられた流体は、当該上死点側の開口と、順方向に隣接する計量ユニット３０の連絡孔３０１２を通って、順方向に隣接する計量ユニット３０のピストン３０２の中央の括れの間の空間に流入し、中央の括れの間の空間に流入した流体は流出孔３０１３から排出路２０２を通って、容積式流量検出器の排出口１０２から排出される。なお、ピストン３０２の中央の括れの間の空間は、ピストン３０２より上死点側の空間や下死点側の空間に対して封止されている。
【００４９】
以上のピストン３０２の往復運動に連動してクランクシャフト３０３が回転する。
ここで、以上のような各計量ユニット３０のピストン３０２の１往復運動あたりに、計量ユニット３０から排出口１０２へ排出される流体の容積は一定であるので、クランクシャフト３０３の１回転で、容積式流量検出器を通って、流入口１０１から排出口１０２に流れる流体の流量は一定となる。したがって、クランクシャフト３０３の回転量を検出すれば、流入口１０１から排出口１０２に流れる流体の流量を計測することができる。
【００５０】
次に、上述した磁石を用いたクランクシャフト３０３の回転検出について説明する。
４つの計量ユニット３０のうちの一つの計量ユニット３０には、図７、図２ａ２に示すように小歯車３０５の下方に磁石３０６が、クランクシャフト３０３、小歯車３０５と共に回転するように連結されている。また、この磁石３０６は、周方向にそって磁極が変化する。
【００５１】
一方、下蓋２４の下部の電子回路基板２５の磁石３０６と対向する位置には、MR素子やホール素子などの磁界検出素子２５１が配置されており、この磁界検出素子２５１によって、磁石３０６の回転に伴う磁界の変化を検出することにより、クランクシャフト３０３の回転量を検出する。
そして、このクランクシャフト３０３の回転量と、上述した計量ユニット３０のクランクシャフト３０３の１回転当たりの流体の流量より、電子回路基板２５に設けたデータ処理回路によって容積式流量検出器を通った流量を算定し出力する。
【００５２】
ただし、電子回路基板２５から磁界検出素子２５１で検出したクランクシャフト３０３の回転量を外部のデータ処理装置に出力し、外部のデータ処理装置において、クランクシャフト３０３の回転量と、上述した計量ユニット３０のクランクシャフト３０３の１回転当たりの流体の流量より容積式流量検出器を通った流量を算定するようにしてもよい。
次に、以上のような容積式流量検出器において、ステータユニット２６は大歯車２７に回転方向のトルクを加え、容積式流量検出器による減圧の影響をキャンセルするために設けられている。
【００５３】
ここで、図８に、図２ａ１の断面線Ｄ-Ｄによる断面の一部を示す。大歯車２７の外周側の部分には、周方向にそって磁極が変化するように磁石２７１が配置されている。または、大歯車２７の外周側の部分は、周方向にそって磁極が変化するように磁化されている。
【００５４】
そして、ステータユニット２６の、大歯車２７と対向する部分には、相を交番させた複数のコイル２６１が周方向に並べて配置されている。
以上の構成により、ステータユニット２６をステータとし、大歯車２７をロータとするモータが構成されている。
したがって、ステータユニット２６を駆動することにより大歯車２７を回転させるトルクを加えることができ、このトルクは大歯車２７から各計量ユニット３０の小歯車３０５、クランクシャフト３０３と伝達されて、各計量ユニット３０のピストン３０２が駆動され、各計量ユニット３０から排出される流体の加圧が行われる。
【００５５】
ここで、このように大歯車２７の外周側にステータユニット２６を設けて、大歯車２７をロータとするモータを形成することにより、容積式流量検出器の、クランクシャフト３０３の軸方向のサイズを大きくすることなく、各計量ユニット３０のクランクシャフト３０３に回転方向のトルクを加えて、各計量ユニット３０から排出される流体の加圧を行うことができる。
【００５６】
なお、ステータユニット２６の駆動の制御は、たとえば、容積式流量検出器に流入する流体の圧力と、容積式流量検出器から排出される流体の圧力との差が無くなるようにステータユニット２６の駆動をサーボ制御することにより行われる。
【００５７】
以上、本実施形態に係る容積式流量検出器について説明した。
ところで、以上の実施形態において、容積式流量検出器による減圧の影響をキャンセルする必要がない場合には、ステータユニット２６は必要はない。また、大歯車２７に磁石２７１を設けたり磁化したりする必要もない。
【００５８】
この場合には、図９の下蓋２４を取り外して下方から見た容積式流量検出器のようすで示すように、大歯車２７を４つの計量ユニット３０の４つの小歯車３０５と歯合する外歯を備えた歯車としてもよい。
【００５９】
以上のように、本実施形態によれば、シリンダ内部空間３０１１の間で流体を移送する連絡孔３０１２の長さを短縮することができ、これにより容積式流量検出器による流体の圧力損失を低減できる。
【００６０】
また、各ピストン３０２毎にクランクシャフト３０３を設けたので、コネクティングロッド３０４をクランクシャフト３０３の軸方向に重ねて設ける必要がなく、クランクシャフト３０３の軸方向について容積式流量器を薄型化することができる。
【００６１】
また、各計量ユニット３０のコネクティングロッド３０４は同じクランクシャフトには連結されておらず、各計量ユニット３０が分離可能であるので、いずれかの計量ユニット３０に故障が生じた場合に、容易に計量ユニット３０の交換による修理を行うことができる。
なお、以上の実施形態では、各計量ユニット３０の小歯車３０５と大歯車２７による機構により、各計量ユニット３０のクランクシャフト３０３の回転位相を、順方向に隣接する計量ユニット３０よりも９０度進んでいるように規制したが、この各計量ユニット３０のクランクシャフト３０３の回転位相の規制は、タイミングベルトとプーリを用いた機構などの他の機構によって実現するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
２…本体部、３…計量ブロック、２１…側部カバー、２２…上外蓋、２３…上内蓋、２４…下蓋、２５…電子回路基板、２６…ステータユニット、２７…大歯車、３０…計量ユニット、１００…連結部、１０１…流入口、１０２…排出口、２０１…流入路、２０２…排出路、２５１…磁界検出素子、２６１…コイル、２７１…磁石、３０１…シリンダブロック、３０２…ピストン、３０３…クランクシャフト、３０４…コネクティングロッド、３０５…小歯車、３０６…磁石、３０１１…シリンダ内部空間、３０１２…連絡孔、３０１３…流出孔。
【図１】
2019060636.tif 000003
【図２】
2019060636.tif 000004
【図３】
2019060636.tif 000005
【図４】
2019060636.tif 000006
【図５】
2019060636.tif 000007
【図６】
2019060636.tif 000008
【図７】
2019060636.tif 000009
【図８】
2019060636.tif 000010
【図９】
2019060636.tif 000011
【図１０】
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