JP2006317233A - フローセンサ及び配管ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 羽根車の軸受部が樹脂製のボディに一体形成されたフローセンサにおいて、使用によるその軸受部の磨耗量を抑制して耐久寿命を延ばす。
【解決手段】 フローセンサ３によれば、シャフト２２の下流側端部に摩擦係数の小さいカラー２６が設けられているため、経年使用により下流側軸受部２１の穴部が磨耗しても、あるところでカラー２６が下流側軸受部２１の穴部周囲の対向面に当接する。これにより、シャフト２２がさらに下流側に移動して磨耗が進行するのが阻止される。その結果、下流側軸受部２１の磨耗が抑制され、フローセンサ３の耐久寿命を延ばすことができる。このとき、カラー２６の摩擦係数が小さいので、カラー２６と下流側軸受部２１との間の摩擦力により羽根車１２の回転が阻害されることもほとんどなく、フローセンサ３の回転特性が低下することもない。
【選択図】 図４

Description

本発明はフローセンサ及び配管ユニットに関し、特に配管内を流れる流体の流量を検出するフローセンサ、及びそのフローセンサが取り付けられた配管ユニットに関する。

例えば給湯装置には、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及びその流量を検出することができるフローセンサが取り付けられている。このようなフローセンサは、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（例えば、特許文献１参照。）。

図６は、従来のフローセンサの構成例を表す断面図である。また、図７は、従来のフローセンサの問題点を表す断面図である。
図６に示すように、フローセンサ１０１において、羽根車１０２は、その回転軸が配管１０３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１０２は、シャフト１０４と、シャフト１０４に周設された複数の羽根１０５とから構成される。シャフト１０４は、その両端が、樹脂製のボディ１０６に嵌合した上流側軸受部１０７と、ボディ１０６に一体成形された下流側軸受部１０８とにより回転自在に支持されている。

羽根車１０２は、羽根１０５に水の流れを受けて一定方向に回転される。羽根１０５は、例えばプラスチックマグネットなどの磁性体から構成されており、水流によって羽根車１０２が回転されると、その磁性部も一緒に回転される。これに伴い、磁性部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１０３に設置された磁気センサ１０９によって検出される。磁気センサ１０９は、ホール素子又は磁気抵抗素子のような検出素子と、増幅又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１０９は、磁性部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の変化の数、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。
特開昭６３−１０５０２５号公報（図２）

しかしながら、このようなフローセンサ１０１は、各軸受部が樹脂からなる一方、シャフト１０４は一般にステンレス等の金属からなり、使用時には水圧によりシャフト１０４が下流側に押圧されながら回転することになるため、下流側軸受部１０８が磨耗しやすくなる。

そして、図７に示すように、フローセンサ１０１の経年使用により下流側軸受部１０８の磨耗量が下流側に向かって大きくなっていく。磨耗量が増加するにしたがってシャフト１０４が下流側に移動していくため、図示のように、あるところでシャフト１０４の上流側端部が上流側軸受部１０７から脱落してしまう。その結果、羽根車１０２が回転しなくなり、フローセンサ１０１が機能しなくなるといった問題があった。

なお、このような問題は、給湯装置において水量を検出するフローセンサのみでなく、羽根車の軸受部が樹脂製のボディに一体形成された構成を有し、配管内を流れる流体の流量を検出するフローセンサについては同様に生じる可能性がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、羽根車の軸受部が樹脂製のボディに形成されたフローセンサにおいて、使用によるその軸受部の磨耗量を抑制して耐久寿命を延ばすことを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、配管内を流れる流体の流量を検出するフローセンサにおいて、前記配管が形成する流体通路に配置された筒状の本体を有し、上流側及び下流側に対向して設けられた各穴部により、上流側軸受部及び下流側軸受部がそれぞれ形成された樹脂製のボディと、前記上流側軸受部及び前記下流側軸受部に両端がそれぞれ軸支されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられ、少なくとも一部に磁性を有する磁性部が設けられた複数枚の羽根とを有し、前記羽根にて前記流体通路の流体の流れを受けて回転する羽根車と、前記磁性部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、前記シャフトの下流側端部に周設され、軸線方向に前記下流側軸受部と所定の間隙をあけて対向配置された滑動部材と、を備えたことを特徴とするフローセンサが提供される。

このようなフローセンサによれば、シャフトの下流側端部に滑動部材が周設されているため、経年使用により下流側軸受部が磨耗しても、あるところで滑動部材が下流側軸受部に当接することによりその磨耗の進行が抑制される。

本発明のフローセンサは、経年使用により下流側軸受部が磨耗しても、シャフトの下流側端部に周設された滑動部材が下流側軸受部に当接することによりその磨耗の進行が阻止される。その結果、下流側軸受部の磨耗が抑制され、フローセンサの耐久寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、本発明のフローセンサを給湯装置に適用したものである。図１は、本実施の形態のフローセンサを含む配管ユニットの構成を表す正面図である。図２は、その配管ユニットの平面図である。さらに、図３は、その配管ユニットの左側面図である。

図１〜図３に示すように、配管ユニット１は、両端に継手部を有する円筒状の配管２と、配管２の内部に設置されて配管２内を流れる水量を検出するフローセンサ３とから構成されている。配管２からは、フローセンサ３につながる出力ケーブル４が外部に引き出され、センサ出力を取り出せるようになっている。

図４は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図５は、本実施の形態のフローセンサが経年使用されたときの状態を表す断面図である。
図４に示すように、フローセンサ３は、配管２の中間部に設けられた縮管部５に配置され、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。なお、同図では出力ケーブル４については省略している。ここで、配管２は、図の左側の継手部６が水道管に接続され、図の右側の継手部７が給湯装置に接続される。したがって、水の流れ方向は、矢印にて示す図の左方から右方に向かう方向になる。

フローセンサ３は、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）からなる樹脂製のボディ１１と、ボディ１１内に水の流れ方向に軸支された羽根車１２と、配管２の羽根車１２に対応した側部に埋め込まれた磁気センサ１３とを備えている。

ボディ１１は、その有底円筒状の本体１４の上流側に整流器１５が嵌合して設けられている。この整流器１５は、その芯部１６の周囲に流路（流体通路）の方向に対して所定の角度をなす複数枚の整流羽根１７が突設されて構成されており、通過する水に渦流を生起させる。ボディ１１の底部である下流側端部には、その芯部１８の周囲に水を下流側に流すための複数の連通孔１９が形成されている。また、ボディ１１の芯部１６と芯部１８との対向面には、穴部が形成され、それぞれ上流側軸受部２０、下流側軸受部２１が構成されている。

羽根車１２は、上流側軸受部２０及び下流側軸受部２１に両端がそれぞれ軸支されたステンレス製のシャフト２２と、シャフト２２に外嵌された筒状の羽根本体２３の周囲に四方に延びるように取り付けられた４枚の羽根２４とを備えている。羽根本体２３と各羽根は、磁性材料を混入したプラスチック材料からなり、各羽根は全体が着磁された磁性部となっている。各羽根は、上流側から流入する渦流を受けて軸線周りに回転する。

磁気センサ１３は、例えばホールＩＣで構成され、その出力端子が上述した出力ケーブル４に接続されている。そして、各羽根が回転することにより変化する磁界の変化を検出してこれを出力する。なお、磁気センサ１３による検出精度を向上させるために、ボディ１１の本体１４の磁気センサ１３に対向する位置には、各羽根を露出させるための開口部２５が形成されている。

シャフト２２の下流側端部には、摩擦係数がボディ１１を形成する樹脂のそれよりも小さい例えばポリテトラフルオロエチレンからなるリング状のカラー２６（「滑動部材」に該当する）が外嵌されている。このカラー２６は、羽根本体２３及び各羽根の下流側端部に接合されており、軸線方向に下流側軸受部２１と所定の間隙をあけて対向配置されている。この間隙は、上流側軸受部２０に挿通されているシャフト２２の上流側端部の長さよりも小さく、また、羽根車１２が通常の回転状態にあるときに下流側軸受部２１の対向面に当たらない大きさに設定されている。

以上のように構成されたフローセンサ３において、配管２内を水が上流側から下流側へ流れると、羽根車１２が水の流れを受けて軸線周りに回転する。この羽根車１２の回転により、羽根２４によって発生する磁界が変化するので、その磁界の変化を磁気センサ１３が検出する。磁気センサ１３は、例えば羽根車１２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。

このようなフローセンサ３が経年使用されると、羽根車１２の回転に伴い、図５に示すように下流側軸受部２１が磨耗する。つまり、羽根車１２が上流側から流入する水の圧力により下流側に押圧された状態で回転するため、下流側軸受部２１がシャフト２２との摩擦により磨耗し、その穴部が下流側に向かって大きくなっていく。このとき、その磨耗量が増加するにしたがってシャフト２２が下流側に移動していく。しかし、図示のように、シャフト２２が下流側に移動したあるところでカラー２６が下流側軸受部２１に当接するため、シャフト２２が上流側軸受部２０から脱落するのが防止される。また、上述のようにカラー２６が摩擦係数の小さい材質からなるため、羽根車１２は、カラー２６の下流側端面が下流側軸受部２１の対向面に摺動しながら回転を継続することができる。言い換えれば、上記所定の間隙は、フローセンサ３の使用により下流側軸受部２１が磨耗して、カラー２６が下流側軸受部２１の穴部の周囲に当接したときに、シャフト２２の上流側端部が、上流側軸受部２０から脱落しない大きさに設定されている。

以上に説明したように、本実施の形態のフローセンサ３によれば、シャフト２２の下流側端部に摩擦係数の小さいカラー２６が設けられているため、経年使用により下流側軸受部２１の穴部が磨耗しても、あるところでカラー２６が下流側軸受部２１の穴部周囲の対向面に当接する。これにより、シャフト２２がさらに下流側に移動して磨耗が進行するのが阻止される。その結果、下流側軸受部２１の磨耗が抑制され、フローセンサ３の耐久寿命を延ばすことができる。

このとき、カラー２６の摩擦係数が小さいので、下流側軸受部２１との接触面積が大きくなっても、その摩擦力により羽根車１２の回転が阻害されることもほとんどなく、フローセンサ３の回転特性が低下することもない。

また、フローセンサ３のボディ１１については従来のものをそのまま使用することができるため、ボディ成形用の新たな金型を用意する必要もなく、既存の設備で製作することができるという利点がある。

なお、本実施の形態では、羽根車１２の下流側端部に滑動部材としてポリテトラフルオロエチレンからなるリング状のカラー２６を設けた構成を示したが、滑動部材の材質及び形状はこれに限られるものではない。すなわち、経年使用により下流側軸受部２１の穴部の磨耗がある程度進行したときに、下流側軸受部２１の穴部周囲の対向面に当接してシャフト２２のそれ以上の食い込みを阻止できるものであれば、種々の形態をとることが可能である。また、下流側軸受部２１の穴部周囲に当接した状態でも羽根車１２の回転を特に阻害しない摺動性の良いものであれば、種々の材質を採用することができる。

また、シャフト２２の材質をステンレスとしたが、水中に入れても錆び難い材質であれば他の金属でもよいし、セラミックや樹脂としてもよい。
また、上記実施の形態では、羽根車１２の各羽根が磁性材料を混入したプラスチック材料からなり、各羽根の全体が磁性部となっている構成を示したが、各羽根の一部（例えば先端中央部など）のみが着磁されたものでもよい。あるいは、各羽根の一部に別途用意された永久磁石を組み付けたようなものでもよい。

また、上記滑動部材を、羽根本体２３及び各羽根の少なくとも一方と同じ材質からなるもので構成し、これら羽根本体２３及び各羽根の少なくとも一方と一体成形してもよい。あるいは、上記滑動部材を、シャフト２２上の羽根車１２の端部から離れた位置に設けるようにしてもよい。

さらに、フローセンサが一方向の水の流れを検出するのではなく、双方向の流れを検出するものである場合には、上記滑動部材を羽根車１２の上流側及び下流側の双方に設けるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、フローセンサ３の磁気センサ１３を配管２に埋め込んだ構成を示したが、フローセンサのボディの形状を工夫するなどして、そのボディに磁気センサを取り付けるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、本発明のフローセンサを給湯装置に適用した例を示したが、羽根車の軸受部が樹脂製のボディに一体形成された構成を有し、配管内を流れる流体の流量を検出するフローセンサを用いる装置については同様に適用することができる。

実施の形態のフローセンサを含む配管ユニットの構成を表す正面図である。 配管ユニットの平面図である。 配管ユニットの左側面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 フローセンサが経年使用されたときの状態を表す断面図である。 従来のフローセンサの構成例を表す断面図である。 従来のフローセンサの問題点を表す断面図である。

符号の説明

１ 配管ユニット
２ 配管
３ フローセンサ
４ 出力ケーブル
１１ ボディ
１２ 羽根車
１３ 磁気センサ
１４ 本体
１５ 整流器
１７ 整流羽根
１９ 連通孔
２０ 上流側軸受部
２１ 下流側軸受部
２２ シャフト
２３ 羽根本体
２４ 羽根
２６ カラー

Claims (6)

1. 配管内を流れる流体の流量を検出するフローセンサにおいて、
   前記配管が形成する流体通路に配置された筒状の本体を有し、上流側及び下流側に対向して設けられた各穴部により、上流側軸受部及び下流側軸受部がそれぞれ形成された樹脂製のボディと、
   前記上流側軸受部及び前記下流側軸受部に両端がそれぞれ軸支されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられ、少なくとも一部に磁性を有する磁性部が設けられた複数枚の羽根とを有し、前記羽根にて前記流体通路の流体の流れを受けて回転する羽根車と、
   前記磁性部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、
   前記シャフトの下流側端部に周設され、軸線方向に前記下流側軸受部と所定の間隙をあけて対向配置された滑動部材と、
   を備えたことを特徴とするフローセンサ。
2. 前記滑動部材は、摩擦係数が前記樹脂のそれよりも小さい材質からなることを特徴とする請求項１記載のフローセンサ。
3. 前記滑動部材は、前記羽根の下流側端部に接合されていることを特徴とする請求項２記載のフローセンサ。
4. 前記滑動部材が、前記羽根の下流側端部から構成されていることを特徴とする請求項２記載のフローセンサ。
5. 前記所定の間隙は、当該フローセンサの使用により前記下流側軸受部又は前記シャフトが磨耗して、前記滑動部材が前記下流側軸受部の前記穴部の周囲に当接したときに、前記シャフトの上流側端部が、前記上流側軸受部から脱落しない大きさに設定されたことを特徴とする請求項１記載のフローセンサ。
6. 内部に流体を流す流体通路を有する配管と、前記配管の内部に設置されて前記流体の流量を検出するフローセンサと、前記フローセンサのセンサ出力を前記配管の外部に取り出すための出力ケーブルとを備えた配管ユニットにおいて、
   前記フローセンサは、
   前記流体通路に配置された筒状の本体を有し、上流側及び下流側に対向して設けられた各穴部により、上流側軸受部及び下流側軸受部がそれぞれ形成された樹脂製のボディと、
   前記上流側軸受部及び前記下流側軸受部に両端がそれぞれ軸支されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられ、少なくとも一部に磁性を有する磁性部が設けられた複数枚の羽根とを有し、前記羽根にて前記流体通路の流体の流れを受けて回転する羽根車と、
   前記配管に取り付けられて、前記磁性部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、
   前記シャフトの下流側端部に周設され、軸線方向に前記下流側軸受部と所定の間隙をあけて対向配置された滑動部材と、
   を備えたことを特徴とする配管ユニット。
   

Images