JP2005321214A

JP2005321214A - 水量センサ

Info

Publication number: JP2005321214A
Application number: JP2004137288A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Hirota; 久寿広田
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】組立て工数を簡素化してさらなるコストの低減が可能な水量センサを提供すること。
【解決手段】配管２の側壁に開口された開口部３を塞ぐように取り付けられるボディ４に、配管２に取り付けられたときには、その中心軸に沿って配置されるようにシャフト６が一体に形成され、そのシャフト６に水の流れを受けることにより回転駆動される羽根車７が回転自在に支持され、ボディ４内に磁気センサ８を設置することで、水量センサ１を構成している。羽根車７は、磁性を有する羽根によって構成され、これが回転することによって発生される磁界の変化を磁気センサ８が検出する。羽根車７および磁気センサ８を配管２の側壁の開口部３に同時に挿入できる構成にしたことにより、組立て工数が簡素化でき、組立てコストを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は水量センサに関し、特に給湯装置に取り付けられてこれに給水される水量を検出することができる水量センサに関する。

給湯装置には、出湯用の蛇口を開けることによって内部に流入する水の流れおよびその流量を検出することができる水量センサが取り付けられている。水量センサは、一般に、給湯装置の入口配管内に配置され、水の流れによって回転駆動される羽根車と、その羽根車に設置された永久磁石の磁界の変化を配管の外側にて非接触で検出する磁気センサとによって構成されている（たとえば、特許文献１参照。）。

このような流量センサにおいて、羽根車は、その回転軸が配管の中のほぼ中央にて水の流れ方向に配置され、かつ下流側から回転可能に支持されている。羽根車は、らせん状に形成された複数の羽根を有し、水の流れを受けて一定方向に回転される。羽根の外周には、永久磁石が取り付けられていて、水流によって羽根車が回転されると、永久磁石も一緒に回転される。これに伴い、永久磁石によって発生される磁界が変化する。その磁界の変化は、配管の外側に設置された磁気センサによって検出される。磁気センサは、ホール素子または磁気抵抗素子のような検出素子と、増幅または判断などの信号処理回路とを１チップ化したものが使われている。磁気センサは、永久磁石によって発生された磁界の変化を検出すると、回転数に比例した磁界に変化の数、すなわち通過する水の量に相当したパルス数の信号を出力する。
特開平７−２０９０３６号公報（段落番号〔００１３〕〜〔００１４〕，図１）

しかしながら、このような水量センサは、羽根車および磁気センサの２つの分離された部材を有し、一方は配管内部に組み込まれ、他方は配管の外に設置される構成になっているため、これらの組立てを別々に行っているが、組立て工数を簡素化してさらなるコストダウンが求められている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、組立て工数が簡素化できてさらなるコストの低減が可能な水量センサを提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、配管内に流れる水の量を検出する水量センサにおいて、前記配管の側壁に開口された開口部を塞ぐような形状に形成されたボディと、前記ボディを前記配管の開口部に取り付けたときに前記配管内を流れる水の流れを受けて回転されるように前記ボディに回転自在に保持された羽根車と、前記羽根車と一体となって回転するように前記羽根車に設けられた永久磁石と、前記ボディに取り付けられて前記永久磁石が回転することにより変化する磁界の変化を検出する磁気センサと、を備えていることを特徴とする水量センサが提供される。

このような水量センサによれば、配管の側壁に開口された開口部に、開口部を塞ぐような形状のボディに保持された羽根車および磁気センサの２つを同時に挿入するような形で配管に組み付ける構成にした。羽根車および磁気センサを配管に同時に組み付けるようにしたことにより、組立て工数が簡素化でき、コストの低減が可能になる。

本発明の水量センサは、配管に開設された側壁から挿入するタイプにしたため、羽根車および磁気センサの２つを同時に挿入することができるので、同時組み付けが可能であるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、給湯装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る水量センサを配管に取り付ける前の状態で示す縦断面図、図２は水量センサを配管に取り付けた状態で示す横断面図、図３は図２のａ−ａ矢視断面図、図４は図２のｂ−ｂ矢視断面図である。なお、図２は図３のｃ−ｃ矢視断面図である。

図１に示したように、水量センサ１が取り付けられる配管２には、その側壁に開口部３が形成されており、水量センサ１は、その開口部３に挿入され、適当な固定手段にて固定することにより配管２に取り付けられる。ここで、配管２は、図の上部に水道管が接続され、図の下部に給湯装置に接続されるものとし、したがって、水の流れ方向は、図の上方から下方に向かう方向になる。

水量センサ１は、配管２の開口部３を塞ぐような形状に形成された樹脂のボディ４を有している。このボディ４には、配管２内の水の流れ方向に対して直角方向に延びる支柱５が突設されており、支柱５からは、さらに配管２の中心軸に沿って上流側である図の上方へシャフト６が突設されている。このシャフト６には、水の流れによって回転駆動される羽根車７が遊嵌されている。そして、ボディ４の中には、たとえばホールＩＣで構成される磁気センサ８が配置されている。

ボディ４は、この水量センサ１が配管２に取り付けられたとき、図２に横断面で示したように、配管２の内側の壁となる部分が半円の断面形状となるように形成されていて、円筒状の通路を構成している。

羽根車７は、これをプロペラのように回転自在にシャフト６に支持される軸受部９と、この軸受部９から四方に延びていて翼面が同じ方向にねじれた４枚の羽根１０とを有している。羽根車７は、好ましくは、磁性材料を混入したプラスチック材料によって一体に形成され、各羽根は着磁されている。この羽根１０によって発生される磁界の変化を検出する磁気センサ８が、羽根１０の外周縁部の回転軌跡に近接したボディ４内の位置に配置されている。この磁気センサ８は、プリント基板１１に搭載され、そのプリント基板１１にはんだ付けされた端子１２を保持しているブロック１３によってボディ４に固定されている。

羽根車７は、図３および図４に示されるように、軸受部９の中に配置された鋼球１４を介してシャフト６の端面に支持されており、水の流れによって受ける荷重を鋼球１４が受けるようにしている。鋼球１４が配置された軸受部９には、窓１５が開設されていて、軸受部９の中に水を流すことができるようにしている。

羽根車７は、また、軸受部９の下流側端部にフランジ１６が一体に形成され、そのフランジ１６を係止するフック１７が支柱５と一体に形成されている。羽根車７の軸受部９に設けられたフランジ１６と支柱５に設けられたフック１７とは、羽根車７が水の流れを受けて回転しているとき、すなわち、羽根車７が水の流れに押されて鋼球１４を介しシャフト６の端面を押圧しているとき、所定距離だけ離間されていて、羽根車７が自由に回転することができるようにしている。逆に、羽根車７が逆方向の水の流れを受けたときには、羽根車７はシャフト６に沿って離間距離だけ上流側に移動するため、フランジ１６およびフック１７は、互いに当接する関係となる。なお、この羽根車７は、シャフト６に沿って押し込むことにより、フランジ１６がフック１７を乗り越えてフック１７の内側に入り、フランジ１６がフック１７と係止状態になって、羽根車７をシャフト６から抜けないようにすることができる。この結果、水量センサ１は、配管２への取り付け時に、羽根車７とボディ４とが一体になった形で作業をすることができる。

以上のように構成された水量センサ１は、配管２内を水が図の上方から下方へ流れると、羽根車７が水の流れを受け、鋼球１４を下流側に付勢しながら回転する。羽根車７の回転により、羽根１０によって発生される磁界が変化するので、その磁界の変化を磁気センサ８が検出する。磁気センサ８は、たとえば羽根車７の回転数、すなわち水の流量に応じた数のパルス信号を出力する。

水が配管２内を図の下方から上方へ逆流した場合、羽根車７は、その水の流れを受けて、シャフト６に沿って水の入口側に移動し、軸受部９のフランジ１６がフック１７に当接した位置で停止する。この場合、羽根車７は、フック１７に係止されて、回転しないので、磁気センサ８がパルス信号を出力することはない。

図５は第２の実施の形態に係る水量センサを配管に取り付ける前の状態で示す縦断面図、図６は水量センサを配管に取り付けた状態で示す横断面図、図７は図６のｄ−ｄ矢視断面図、図８は図７のｅ−ｅ矢視断面図、図９は水が逆流したときの水量センサの状態を示す図６のｄ−ｄ矢視断面図、図１０は図９のｅ−ｅ矢視断面図である。ここで、図５ないし図１０において、図１ないし図４に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係る水量センサ１ａは、第１の実施の形態に係る水量センサ１が水の流れ方向に平行な回転軸を有しているのに対し、水の流れ方向に直角な方向に回転軸を有している点で異なる。

この水量センサ１ａは、ボディ４から配管２内に水の流れ方向に対して直角方向にシャフト６が突設されており、そのシャフト６にかご形の羽根車７ａが回転自在に支持されている。羽根車７ａは、軸受部９が一体に形成されており、図８に示したように、軸受部９の回りには、たとえば４枚の羽根１０が軸受部９と平行に延びるように配置されている。この羽根車７ａは、これと交差するように水が流れたときに羽根１０が受ける揚力によって一定方向に回転される。羽根車７ａは、また、ボディ４と対向する端部に環状の永久磁石１８が嵌着されている。

ボディ４に突設されたシャフト６は、断面が略半円形の形状に形成され、その円弧状の側面は、配管２内における水の流れ方向の上流側に向けられている。さらに、羽根車７ａの上流側に隣接してストッパ１９がボディ４に突設されている。このストッパ１９は、羽根車７ａが水量を検出しようとする流れ方向の水の流れを受けてシャフト６の円弧状側面に軸受部９が接触しているときは、羽根車７ａと離間され、羽根車７ａが水量を検出しようとする流れ方向と逆の方向の水の流れを受けて軸受部９がシャフト６の円弧状側面から離れた場合に、羽根車７ａが当接するような位置関係にある。

以上のように構成された水量センサ１ａは、配管２内を水が図の上方から下方へ流れているとき、図７および図８に示したように、羽根車７ａが水の流れを受け、その軸受部９がシャフト６の円弧状の側面に接触しながら回転する。羽根車７ａが回転することにより、これに固定された永久磁石１８が回転し、それに伴って発生される磁界の変化が磁気センサ８によって検出される。磁気センサ８は、羽根車７ａの回転数に応じた数のパルス信号を出力し、これが配管２を流れる水の流量を表す信号になる。

水が配管２内を図の下方から上方へ逆流した場合には、図９および図１０に示したように、羽根車７ａは、その水の流れを受けて水の入口側に移動し、ストッパ１９に当接した位置で停止する。この場合、羽根車７ａは、ストッパ１９に係止されて、回転しないので、磁気センサ８から何らパルス信号は出力されない。

図１１は第３の実施の形態に係る水量センサを配管に取り付けた状態で示す縦断面図である。ここで、図１１において、図５ないし図１０に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この第３の実施の形態に係る水量センサ１ｂは、第２の実施の形態に係る水量センサ１ａと比較して、永久磁石１８ａが軸受部９の一部を構成している点で異なる。すなわち、ボディ４は、これに突設されたシャフト６の基部に大径シャフト２０が一体に形成され、その回りに羽根車７ｂに固定された永久磁石１８ａが遊嵌される構成になっている。

以上のように構成された水量センサ１ｂは、配管２内を水が図の上方から下方へ流れているときには、羽根車７ｂが水の流れを受け、その軸受部９および永久磁石１８ａがシャフト６の円弧状の側面および大径シャフト２０に接触しながら回転する。羽根車７ｂが回転することにより、これに固定された永久磁石１８ａが回転し、それに伴って発生される磁界の変化が磁気センサ８によって検出される。磁気センサ８は、羽根車７ｂの回転数に応じた数のパルス信号を出力する。

水が配管２内を図の下方から上方へ逆流した場合には、羽根車７ｂは、その水の流れを受けて水の入口側に移動し、ストッパ１９に当接した位置で停止する。この場合、羽根車７ｂは、ストッパ１９に係止されて、回転しないので、磁気センサ８から何らパルス信号は出力されない。

以上、本発明をその好適な実施の形態について説明したが、本発明による流量センサは、羽根車と、これと一体となって回転する永久磁石と、その永久磁石の回転を検出する磁気センサとを備えた構成を有し、配管の側壁に開口された開口部に挿入・取り付けすることにより機能するものであれば、上記の実施の形態にて説明した形状に限定されるものではない。たとえば、シャフトが水の流れ方向に配置されるようにその両端を磁気センサが内蔵されたボディによって支持し、そのシャフトが羽根車を回転自在に保持するような構成でもよい。

第１の実施の形態に係る水量センサを配管に取り付ける前の状態で示す縦断面図である。水量センサを配管に取り付けた状態で示す横断面図である。図２のａ−ａ矢視断面図である。図２のｂ−ｂ矢視断面図である。第２の実施の形態に係る水量センサを配管に取り付ける前の状態で示す縦断面図である。水量センサを配管に取り付けた状態で示す横断面図である。図６のｄ−ｄ矢視断面図である。図７のｅ−ｅ矢視断面図である。水が逆流したときの水量センサの状態を示す図６のｄ−ｄ矢視断面図である。図９のｅ−ｅ矢視断面図である。第３の実施の形態に係る水量センサを配管に取り付けた状態で示す縦断面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ水量センサ
２配管
３開口部
４ボディ
５支柱
６シャフト
７，７ａ，７ｂ羽根車
８磁気センサ
９軸受部
１０羽根
１１プリント基板
１２端子
１３ブロック
１４鋼球
１５窓
１６フランジ
１７フック
１８，１８ａ永久磁石
１９ストッパ
２０大径シャフト

Claims

配管内に流れる水の量を検出する水量センサにおいて、
前記配管の側壁に開口された開口部を塞ぐような形状に形成されたボディと、
前記ボディを前記配管の開口部に取り付けたときに前記配管内を流れる水の流れを受けて回転されるように前記ボディに回転自在に保持された羽根車と、
前記羽根車と一体となって回転するように前記羽根車に設けられた永久磁石と、
前記ボディに取り付けられて前記永久磁石が回転することにより変化する磁界の変化を検出する磁気センサと、
を備えていることを特徴とする水量センサ。
前記ボディから前記配管内に水の流れ方向に対して直角方向に突設された支柱と、前記支柱から前記配管の中心軸に沿って上流へ突設されたシャフトとを備え、
前記羽根車は、前記シャフトに回転自在に支持される軸受部と前記軸受部から半径方向外向きに延びていて水の流れを受けることにより回転方向に駆動される複数の羽根とを有し、前記羽根の少なくとも外周縁部に磁性を持たせて前記永久磁石を構成し、
前記磁気センサは、前記羽根車の外周縁部の回転軌跡に近接して前記ボディの中に配置されていることを特徴とする請求項１記載の水量センサ。
前記羽根車は、前記軸受部が前記シャフトの上流側端面に鋼球を介して支持されていることを特徴とする請求項２記載の水量センサ。
前記軸受部は、前記鋼球が位置している空間を前記羽根が水を受ける面に連通させる窓を有していることを特徴とする請求項３記載の水量センサ。
前記羽根車は、前記軸受部の下流側端部に設けられたフランジが前記支柱に設けられたフックにより係止されることによって前記シャフトから抜けないようにしたことを特徴とする請求項２記載の水量センサ。
前記羽根車の前記軸受部に設けられたフランジと前記支柱に設けられたフックとは、前記羽根車が水の流れを受けて回転しているとき、所定距離だけ離間され、前記羽根車が逆方向の水の流れを受けたときには、前記羽根車が前記シャフトに沿い上流側に移動して互いに当接するようにしたことを特徴とする請求項５記載の水量センサ。
前記羽根車は、前記ボディから前記配管内に水の流れ方向に対して直角方向に突設されたシャフトに回転自在に支持される軸受部と前記軸受部の回りに前記軸受部と平行に延びるように配置された複数の羽根とを有し、
前記永久磁石は、環状の形状を有していて前記羽根車の前記ボディと対向する端部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水量センサ。
前記シャフトは、断面が略半円形の形状に形成され、前記羽根車が水の流れを受けて回転しているとき、前記配管内における水の流れ方向の上流側の円弧状の側面で前記羽根車の前記軸受部を支持し、前記羽根車が逆方向の水の流れを受けたときには、前記羽根車がこれの上流側に隣接して前記ボディに突設されたストッパに当接されるようにしたことを特徴とする請求項７記載の水量センサ。
前記羽根車は、前記シャフトの先端部が受ける前記軸受部と、前記シャフトの基部に形成された大径シャフトが受ける前記永久磁石とによって回転自在に支持されていることを特徴とする請求項８記載の水量センサ。