(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のねじれ方向の異なる同形同大のスパイラル歯車と、該一対のスパイラル歯車がその軸を被測定流体の流れ方向に沿わせて収容されたケーシングと、該ケーシングの流入側端を封止する流入側蓋と、該流入側蓋の配管接続部に形成された流入口と、前記ケーシングの流出側端を封止する流出側蓋と、該流出側蓋の配管接続部に形成された流出口と、前記一対のスパイラル歯車のいずれか一方の後端に取り付けられた磁石円盤と、該磁石円盤の回転を検出する検出部とを備え、
前記ケーシングの流入側端及び流出側端に、前記一対のスパイラル歯車を回転自在に支持する軸受部が同一平面上に配置され且つ一部開口した蓋部をそれぞれ設け、前記一対のスパイラル歯車の軸方向の両端と前記それぞれの蓋部との間に流路が確保できる空間を形成し、
前記流入口と前記流出口とが、被測定流体の流れ方向に沿って一直線上に配置されたことを特徴とする軸流式容積流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の軸流式容積流量計において、前記磁石円盤の取付部周辺及び円盤面には複数の空気抜き孔が形成されたことを特徴とする軸流式容積流量計。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の軸流式容積流量計において、前記磁石円盤が取り付けられていない他方のスパイラル歯車の後端に、前記磁石円盤と同じ慣性モーメントを持つカウンターウェイトが取り付けられたことを特徴とする軸流式容積流量計。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸流式容積流量計において、前記検出部は、アモルファスセンサで構成され、前記ケーシングの流出側端に形成された前記蓋部の流出側面近傍の前記磁石円盤の円周方向に配置されていることを特徴とする軸流式容積流量計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸流式容積流量計において、前記蓋部の開口面積は、前記スパイラル歯車と前記ケーシングとで形成される計量室の流入面積以上であることを特徴とする軸流式容積流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流式容積流量計、より詳細には、ケーシング内に一対のねじれ方向の異なるスパイラル歯車を備えた軸流式容積流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸流式容積流量計は、パイロット歯車の有無により２種類に分けられるが、パイロット歯車を有する場合には歯面の摩擦抵抗を考慮する必要がない反面、部品点数や組立作業の難易度の観点から製造コストが大きくなる。従って、安価な流量計を構築するためにはパイロット歯車を付加しない方が好ましい。しかし、パイロット歯車の無いものにあってはロータ歯面の摩擦抵抗が精度に大きく影響するため、従来技術では安価に高精度な流量計を構築することが困難な状況であった。
【０００３】
例えば、特許文献１には既存の代表的な軸流式容積流量計が記載されている。これは、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロータ歯形の異なる一対のものを使用しているが、ロータ歯形が異なる場合には製作において各歯形に応じた工具を製作するなどの手間が必要となる問題が有る他、バランスが保ち難く、高回転の使用には向かないという欠点がある。また、器差曲線について流量が増加するにつれ器差がマイナスしていく特性を持つ。
【０００４】
このようなことから高精度な計量を実現するためには、ロータとケーシング間や、両ロータにより形成される定容積部分からの計量液の漏洩を抑えることが重要である。この漏洩はロータとケーシングの隙間の大きさや幅、計量前後の差圧（流量計の圧力損失）に依存するため、高精度化を実現するためには、例えば、ロータとケーシングの隙間やロータ相互の隙間を縮小する、圧力損失を軽減させる、などの方法が考えられるが、前者の隙間の縮小は相互運動を行う部品であるために限界があり、既に実用上の限界レベルに達しているものと考えられる。
【特許文献１】独国特許出願公開第ＤＥ１９５１３７８１Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の軸流式容積流量計において、圧力損失を軽減させるために、曲り部を存在させないなどの種々の構造が検討されているが、上記特許文献１に記載の従来の軸流式容積流量計の場合、一対のロータが２葉と３葉の構成となっており、大きさも異なることから、相互のバランスが取りにくく、高回転下での使用が難しい他、製作に関しても手間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、圧力損失を軽減可能とし、安価で高精度な軸流式容積流量計を提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、一対のねじれ方向の異なる同形同大のスパイラル歯車と、該一対のスパイラル歯車がその軸を被測定流体の流れ方向に沿わせて収容されたケーシングと、該ケーシングの流入側端を封止する流入側蓋と、該流入側蓋の配管接続部に形成された流入口と、前記ケーシングの流出側端を封止する流出側蓋と、該流出側蓋の配管接続部に形成された流出口と、前記一対のスパイラル歯車のいずれか一方の後端に取り付けられた磁石円盤と、該磁石円盤の回転を検出する検出部とを備え、前記ケーシングの流入側端及び流出側端に、前記一対のスパイラル歯車を回転自在に支持する軸受部が同一平面上に配置され且つ一部開口した蓋部をそれぞれ設け、前記一対のスパイラル歯車の軸方向の両端と前記それぞれの蓋部との間に流路が確保できる空間を形成し、前記流入口と前記流出口とが、被測定流体の流れ方向に沿って一直線上に配置されたことを特徴としたものである。
【０００８】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記磁石円盤の取付部周辺及び円盤面には複数の空気抜き孔が形成されたことを特徴としたものである。
【０００９】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記磁石円盤が取り付けられていない他方のスパイラル歯車の後端に、前記磁石円盤と同じ慣性モーメントを持つカウンターウェイトが取り付けられたことを特徴としたものである。
【００１０】
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記検出部は、アモルファスセンサで構成され、前記ケーシングの流出側端に形成された前記蓋部の流出側面近傍の前記磁石円盤の円周方向に配置されていることを特徴としたものである。
【００１１】
第５の技術手段は、第１〜第４のいずれか１の技術手段において、前記蓋部の開口面積は、前記スパイラル歯車と前記ケーシングとで形成される計量室の流入面積以上であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ケーシング内に一対のねじれ方向の異なる同形のスパイラル歯車を備えると共に、被測定流体の流れ方向と同じ方向に流入口及び流出口が一直線上に配置され、曲り部が存在しないため、圧力損失を軽減しつつ、安価に高精度化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の軸流式容積流量計に係る好適な実施の形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る軸流式容積流量計の構成例を示す図である。図２（Ａ）は軸流式容積流量計のＸＸ断面を示し、図２（Ｂ）は軸流式容積流量計のＹＹ断面を示す。
図３は、図１に示す軸流式容積流量計を９０°回転させた状態を側面から見た図である。図４（Ａ）は図３に示す軸流式容積流量計を流入側蓋から見た状態を示し、図４（Ｂ）は図３に示す軸流式容積流量計を流出側蓋から見た状態を示す。図中、１は軸流式容積流量計で、該軸流式容積流量計１は、流入側蓋２、流出側蓋３、ケーシング４、軸受固定部５，６、軸受部７，８、スパイラル歯車（以下、ロータ）１０を備える。
【００２０】
図１〜図４において、ケーシング４は、ロータ１０を収容し、ロータ１０のロータ軸を両端部に設けられた軸受部７，８で回転自在に支持する。一対のロータ１０は同形同大で構成され、ねじれ方向が異なり、互いに噛み合いながら回転する。また、ケーシング４には、流出口３１と流入口２１に連通する計量室Ｍが設けられ、開口した計量室Ｍの両端部を封止するために流入側蓋２，流出側蓋３が取り付けられる。流入側蓋２には、被測定流体が流入する流入口２１と、外部配管（図示せず）と接続するためのフランジ２２とが設けられる。流出側蓋３には、被測定流体が流出する流出口３１と、外部配管と接続するためのフランジ３２とが設けられる。フランジ２２，３２は配管接続部に相当し、それぞれ流入口２１，流出口３１が形成され、軸流式容積流量計１はフランジ２２，３２を介して外部配管と接続される。なお、被測定流体は図中矢印の方向に流入する。
【００２１】
発信磁石（図示せず）を設けた磁石円盤がロータ１０のロータ軸に一体的に取り付けられ、この磁石円盤がロータ軸の回転に合わせて回転する。また、この磁石円盤に近接して磁気センサ（図示せず）が配設される。磁気センサとしては、例えば、ホール素子や、磁気抵抗素子、アモルファス金属繊維を用いたバルクハウゼンジャンプを利用した磁気センサなどが考えられる。この磁気センサにより磁石円盤の回転、すなわち、ロータ１０の回転を検出して、被測定流体の流量を計測する。この磁石円盤の構成については後述の図８〜図１２において詳細に説明するものとする。
【００２２】
本実施形態の軸流式容積流量計１は、流入口２１と流出口３１とが、被測定流体の流れ方向に沿って一直線上に配置されており、流入口２１から流出口３１にかけて曲り部が存在しないように構成される。このため、曲り部に起因する圧力損失を低減することができる。また、一対のロータ１０は、同形同大で構成されているため、異形のロータと比べ、製造コストを抑えて安価に生産することができる。
【００２３】
軸受部７，８は、ケーシング４内にロータ１０のロータ軸を回転自在に支持する。これら軸受部７，８は、流入側（軸受部７）及び流出側（軸受部８）をラジアル玉軸受（図７に後述）などで構成するが、スラスト荷重が大きい場合には、流出側の軸受部８にラジアル玉軸受の中でも耐荷重性に優れたアンギュラ玉軸受とすることが好ましい。なお、流入側の軸受部７については一般にスラスト荷重は小さい。これは、被測定流体が流量計内を流れると圧力差によりロータ１０が流出側に押し付けられるため、スラスト荷重は流出側が大きくなり、流入側は小さくなる。このため、流入側の軸受部７は必ずしもアンギュラ玉軸受にする必要はない。
【００２４】
また、ケーシング４の流入側端及び流出側端には一部開口した蓋部が形成されている。この蓋部は前述の軸受固定部５，６（以下、しばしば蓋部５，６という）に相当し、蓋部５の開口面積、すなわち、図２（Ａ）に示す蓋部５に形成された抜き孔５１の面積は、ロータ１０の流入面積以上とする。この流入面積は、図２（Ｂ）に示す白抜き部分Ｓの面積、すなわち、ロータ１０とケーシング４とで形成される計量室Ｍの流入面積に相当する。これにより、計量室Ｍ内の圧力差をなくして圧力損失を低減することが可能となる。なお、流出側の蓋部６についても蓋部５と同様の抜き孔が形成されているものとする。
【００２５】
また、図１において、ケーシング４は、ロータ１０の軸方向の流入側端と蓋部５との間、及びロータ１０の軸方向の流出側端と蓋部６との間に空間ｇを設けている。これにより、さらに圧力損失を低減させることが可能となる。蓋部５，６には被測定流体が通過できるように抜き孔が設けられている。この蓋部５，６とロータ１０の計量室との間の流入及び流出の流路において、蓋部５，６との間に空間がないと流路が絞られてしまうため、圧力損失が増大するものと考えられる。上記のように空間ｇを設けることで、圧力損失のさらなる低減が可能となる。なお、図１の例ではロータ１０の軸方向の両端に空間ｇを設けるようにしているが、ロータ１０の軸方向のいずれか一端にのみ空間ｇを設けるようにしてもよい。
【００３１】
図５は、本発明の軸流式容積流量計が備える軸受部の構成例を示す図である。図５（Ａ）は流入側の軸受部７の構成を示し、図中、７１は外輪，７２は内輪，７３は保持器，７４は玉を示す。図５（Ｂ）は流出側の軸受部８の構成を示し、８１は外輪，８２は内輪，８３は保持器，８４は玉を示す。
【００３２】
本例の場合、図５（Ａ）に示す軸受部７は深溝玉軸受で構成され、図５（Ｂ）に示す軸受部８はアンギュラ玉軸受で構成される。前者の深溝玉軸受は、転がり軸受の中で最も代表的なものであり、その用途は広く、内輪７２・外輪７１に設けられた軌道の溝は、転動する玉７４の半径よりわずかに大きい半径の円弧の横断面をなしているラジアル荷重のほかに、両方向のスラスト荷重（アキシアル荷重ともいう）を負荷することができる。この軸受は、摩擦トルクが小さく、高速回転する箇所や低騒音、低振動が要求される用途に適している。
一方、後者のアンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と一方向のスラスト荷重を負荷することができる。例えば、玉８４と内輪８２・外輪８１とは１５°、２５°、３０°、４０°の接触角を持っており、この接触角が大きくなるほどスラスト荷重の負荷能力は大きくなり、接触角が小さいほど高速回転には有利となる。通常、２個の軸受を対向させ内部隙間を調整して使用する。
【００３３】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る軸流式容積流量計の構成例を示す図である。
図７は、図６に示す軸流式容積流量計を９０°回転させた状態を側面から見た図である。図８（Ａ）は図７に示す軸流式容積流量計を流入側蓋から見た状態を示し、図８（Ｂ）は図７に示す軸流式容積流量計を流出側蓋から見た状態を示す。軸流式容積流量計１は、前述の第１の実施形態と同様に、流入側蓋２、流出側蓋３、ケーシング４、軸受固定部５，６、軸受部７，８、ロータ１０を備える。本実施形態の流量計は、第１の実施形態の流量計とロータ１０の形状が異なる以外は同様の構成を備えるものとする。
【００３４】
すなわち、図６〜図８において、ケーシング４は、ロータ１０を収容し、ロータ１０のロータ軸を両端部に設けられた軸受部７，８で回転自在に支持する。一対のロータ１０は同形同大で構成され、ねじれ方向が異なり、互いに噛み合いながら回転する。また、ケーシング４には、流出口３１と流入口２１に連通する計量室Ｍが設けられ、開口した計量室Ｍの両端部を封止するために流入側蓋２，流出側蓋３が取り付けられる。流入側蓋２には、被測定流体が流入する流入口２１と、外部配管と接続するためのフランジ２２とが設けられる。流出側蓋３には、被測定流体が流出する流出口３１と、外部配管と接続するためのフランジ３２とが設けられる。
【００３５】
図６において、流量計は、一対のロータ１０のいずれか一方の後端に取り付けられた磁石円盤（以下、ピックアップ円盤）９ａと、ピックアップ円盤９ａの回転を検出する検出部に相当するアモルファスセンサ９ｂとを備える。アモルファスセンサ９ｂは、ケーシング４の流出側端に形成された蓋部６の流出側面近傍に設けられている。このピックアップ円盤９ａは、蓋部６より流出する被測定流体の流れを遮らない程度の大きさとし、ロータ１０の回転負荷にならないように軽量な材質を用いることが望ましい。また、アモルファスセンサ９ｂは、蓋部６より流出する被測定流体の流れを遮らないように蓋部６のリブ裏側に設けられる。
【００３６】
また、ピックアップ円盤９ａが取り付けられていない他方のロータ１０の後端には、ピックアップ円盤９ａと同じ慣性モーメントを持つカウンターウェイト９ｃが取り付けられている。これにより、ロータ１０の回転バランスを良好に保つことができる。
【００３７】
図９は、ピックアップ円盤９ａの構成例を示す図である。図９（Ａ）はピックアップ円盤９ａの側面図、図９（Ｂ）はピックアップ円盤９ａの正面図、図９（Ｃ）はピックアップ円盤９ａのＸ部を拡大した図である。ピックアップ円盤９ａの外周部に沿って発信磁石が配設されている。Ｎは発信磁石のＮ極、Ｓは発信磁石のＳ極を示す。また、ピックアップ円盤９ａ及びその取付部周辺（すなわち、図９（Ａ）において右側に突出した部分の周辺）には複数の空気抜き孔ｈ１〜ｈ１０が形成されている。このピックアップ円盤９ａの取付部がロータ１０の後端に取り付けられた際に、空気抜き孔ｈ１〜ｈ１０により空気抜けを容易にしている。
【００３８】
なお、ピックアップ円盤９ａ、アモルファスセンサ９ｂ、及びカウンターウェイト９ｃは、前述の図１に示した軸流式容積流量計においても同様に配設されているものとする。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ケーシング内に一対のねじれ方向の異なる同形のスパイラル歯車を備えると共に、被測定流体の流れ方向と同じ方向に流入口及び流出口が一直線上に配置され、曲り部が存在しないため、圧力損失を軽減しつつ、安価に高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る軸流式容積流量計の構成例を示す図である
【図２】図１に示す軸流式容積流量計のＸＸ断面及びＹＹ断面を示す図である。
【図３】図１に示す軸流式容積流量計を９０°回転させた状態を側面から見た図である。
【図４】図３に示す軸流式容積流量計を流入側蓋から見た状態及び流出側蓋から見た状態を示す図である。
【図５】本発明の軸流式容積流量計が備える軸受部の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る軸流式容積流量計の構成例を示す図である。
【図７】図６に示す軸流式容積流量計を９０°回転させた状態を側面から見た図である。
【図８】図７に示す軸流式容積流量計を流入側蓋から見た状態及び流出側蓋から見た状態を示す図である。
【図９】ピックアップ円盤の構成例を示す図である。
【図１０】従来の軸流式容積流量計の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…軸流式容積流量計、２…流入側蓋、３…流出側蓋、４…ケーシング、５，６…軸受固定部（蓋部）、７，８…軸受部、９ａ…ピックアップ円盤、９ｂ…アモルファスセンサ、９ｃ…カウンターウェイト、１０…スパイラル歯車（ロータ）、２１…流入口、２２，３２…フランジ、３１…流出口。
【図１】
0004473328.tif 000002
【図２】
0004473328.tif 000003
【図３】
0004473328.tif 000004
【図４】
0004473328.tif 000005
【図５】
0004473328.tif 000006
【図６】
0004473328.tif 000007
【図７】
0004473328.tif 000008
【図８】
0004473328.tif 000009
【図９】
0004473328.tif 000010
【図１０】
0004473328.tif 000011