JP2018021849A - ガスメーターの流量計測部 - Google Patents

Abstract

【課題】
ガス中の異物による影響を回避でき、高い精度を維持可能なガスメーターの流量計測部を提供すること。
【解決手段】
ガスの流量に応じて回転する回転子３１と、回転子３１端部の台座３６に載せる磁石５８と、磁石５８と対向配置する磁気センサー５１と、を有するガスメーター１１の流量計測部において、磁石５８は、台座３６との接触面を除く外周を保護具４１で覆い隠すことで、金属粉などの異物と磁石５８との直接的な接触を避けることができる。そのため異物に作用する吸着力も弱まり、重量や、回転子３１の回転に伴う遠心力で異物が磁石５８から引き離され、異物による磁界の変化が最小限に抑制され、磁気センサー５１を正常に機能させることができる。このような特徴により、ガスメーター１１の内部構造を大きく変えることなく、低コストで高精度の「スマートメーター」を実現可能である。なお保護具４１は、透明樹脂を用いて着脱自在としてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスメーターの流量計測部に関する。

ガスメーターは、家庭や事業所など、需要者毎にガスの消費量を計測するために用いられるが、近年は消費量の計測のほか、地震時の遮断機構や、ガス漏れの検知機能などが組み込まれた「マイコンメーター」が広く普及しており、安全性の向上に貢献している。このマイコンメーターにおいて、ガスの流量を計測する方法は様々だが、小規模な需要者向けには、ダイアフラムの変位を利用する「膜式」が多い。

この膜式のマイコンメーターの内部では、ダイアフラムとクランク機構が接続されており、ダイアフラムの変位により、磁石を組み込んだ回転子が回転する。さらに磁石の回転に伴う磁界の変化を磁気センサーで計測し、磁気センサーから発信されるパルスに基づき、マイクロコンピューターで流量を算出し、それを基に使用量を積算するほか、必要に応じて保安機能を働かせる。なお通常は、磁石が一回転する際、磁気センサーからは１パルスまたは２パルスが発信される。

本願発明と関連のある技術の例として、下記特許文献が挙げられる。特許文献１では、燃料用ガスの消費量を高精度で測定できるガスメータが開示されている。このガスメータには、ガスの流動に応じて伸縮する伸縮膜が組み込まれており、伸縮膜の変位は、運動シャフトを介して支持板に伝達される。さらに支持板には磁石を固定してあり、伸縮膜の変位に伴い、磁石は楕円軌道上を回転移動する。そして磁石の移動を検知するため、リードスイッチを用いているが、この文献では、磁石の移動経路上に複数のリードスイッチを配置して分解能を向上させており、高精度での測定が実現する。

特許文献２では、膜式ガスメーターの流路構造が開示されており、ガス中から異物を除去できる機能を有することを特徴としている。このガスメーターには、ガス入口からロータリーバルブまでの間に迂回用ダクトを設けてあり、流入したガスは、迂回用ダクトによって、ロータリーバルブよりも下方の凹部に誘導される。その結果、凹部の底に異物が落下し、異物が除去されたガスをロータリーバルブに送り込むことができ、ロータリーバルブの摺動面での異物の噛み込みを防ぎ、計量誤差の発生を回避する。

特開２００３−２０２２５８号公報 特開２００５−２２１３１６号公報

近年、エネルギーの効率的利用を目指す「スマートグリッド」が提唱されるようになり、ガスメーターにおいても、「マイコンメーター」を一段と進化させた「スマートメーター」の開発が進められている。スマートメーターでは、より精密にガスの流量を計測する必要があり、前記のように磁石の一回転に対し、１パルスまたは２パルスの発信では精度が不足し、８パルスまたは１２パルスの分解能が必要になる。これを実現するには、歯車機構で磁石の回転を高めるといった対策もあり得るが、空間の制約を伴うため、磁気センサーの感度を高め、わずかな磁界の変化を確実に捉え、都度パルスを発信することが望ましい。

流量の計測に用いる磁石は、ガスの流路内に隔離されることなく配置されるため、長年の使用で鉄粉などの異物を吸着する恐れがある。この異物の吸着が増えると、磁界にも変化を生じ、スマートメーターのように分解能を高めた場合、正常な計測が困難になることも予想される。そのため、高精度の計測を安定して実現するには、異物の吸着を抑制する対策が必要になる。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、ガス中の異物による影響を回避でき、高い精度を維持可能なガスメーターの流量計測部の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ガスの流量に応じて回転する回転子と、該回転子の端部に設ける台座に載せられる磁石と、該磁石と対向配置される磁気センサーと、を有するガスメーターの流量計測部であって、前記磁石は、前記台座との接触面を除く外周を保護具で覆ってあることを特徴とするガスメーターの流量計測部である。

本発明は、内部にダイアフラムが組み込まれ、ガスの流動によるダイアフラムの変位をクランク機構などで回転運動に変換し、その回転数に基づいてガスの消費量を計測する膜式ガスメーターに適用することを前提としており、ダイアフラムの変位を回転運動に変換するまでの機構は、本発明においても、従来と全く同じである。なお回転運動に変換するため、ダイアフラムの変位によって揺動するひじ金や、ひじ金と接続する小ひじ金など、複数の部品を用いる。

回転子は、ダイアフラムの変位に応じて回転する軸状の部品で、その一端側には、駆動源となる歯車などを組み込んであり、他端側には、フランジ状に展開する台座を設けてある。また本発明において、回転子の中心軸の方向は、ガスメーターの内部構造に依存する場合が多く、概ね水平方向に伸びることもあれば、垂直方向に伸びることもある。そのほか回転子は、何らかの方法で回転自在に保持する必要があるが、その具体的な構成は様々である。

本発明で用いる磁石は、直方体状の永久磁石で、その裏面を回転子の台座に載せ、表面を外部に露出させる。なお磁石が台座から脱落しないよう、必要に応じて、磁石を押さえ込むガイドを設ける。ガイドは、台座などから突出する帯状のもので、これが磁石の側端面と接触し、脱落を防ぐ。

磁気センサーは、磁石の回転に伴う磁界の変化を検出し、電気的なパルスを発信するもので、磁石の表面に対し、わずかな隙間を隔てて対向するように配置する。したがって磁石は、磁気センサーと台座との間に挟み込まれる。なお磁気センサーには様々な種類が存在するが、この分野では磁気抵抗効果素子を用いたＭＲセンサーを用いることが多い。

保護具は、磁石の表面のほか、各側端面の露出を防ぐ箱状の覆いで、各種合成樹脂を素材としており、何らかの手段で台座に固定する。この保護具により、磁石の各面が覆い隠され、外部に露出する領域が消失する。そのため、ガス中に金属粉などの異物が浮遊していた場合でも、これが磁石と直接的に接触することはない。なお保護具は、合成樹脂を素材としているため、磁界を変化させることはなく、磁気センサーに影響を与えることはない。

このように、回転子に載せた磁石を保護具で覆うことで、ガス中を浮遊する金属粉などの異物は、磁石と直接的に接触することがない。そのため、異物に作用する吸着力も弱まり、回転子の回転に伴う遠心力で異物が磁石から引き離され、異物による磁界の変化を最小限に抑制し、流量を高精度で計測することができる。なお、回転子の中心軸を概ね水平方向に伸ばすことで、異物には遠心力と併せて重力も作用し、より効率的に異物を引き離すことができる。

請求項２記載の発明は、保護具の取り付けに関するもので、保護具は、回転子に対し、着脱自在であることを特徴とする。保護具は、接着などで回転子と一体化することもできるが、着脱自在とすることで、ガスメーターの使用後、点検や磁石の交換などを円滑に実施することができる。なお「着脱自在」の具体例については、台座または保護具から突出するガイドの先端にクサビ状のツメを設け、これを相手方に設けたツメ窓に嵌め込むといった構成が挙げられる。ツメは、ツメ窓に嵌まり込むことで保護具の移動を拘束するが、仮に外力でツメを変形させると、ツメ窓から離脱し、保護具を取り外すことができる。

請求項３記載の発明は、保護具の具体例を示すもので、保護具は透明であり、その内部に組み込まれた磁石の有無を視覚的に把握できることを特徴とする。本発明では、磁石の各面を保護具で覆うため、ガスメーターの製造時や点検時、内部の磁石の有無を視覚的に把握できない。そのため作業の最終段階において、磁石の有無を確認するには、工具などを接近させて吸着の有無を判断する必要があり、手間が掛かるほか、確認作業を忘れ、後に不具合を招く恐れがある。しかし保護具を透明にすることで、磁石の有無を視覚的に把握でき、確認作業が極めて単純になり、後の不具合を防ぐ。

請求項１記載の発明のように、回転子に載せた磁石を保護具で覆うことで、ガス中を浮遊する金属粉などの異物は、磁石と直接的に接触することがない。そのため、異物に作用する吸着力も弱まり、重力や、回転子の回転に伴う遠心力で異物が磁石から引き離され、異物による磁界の変化が最小限に抑制され、磁気センサーを正常に機能させることができる。このような特徴により、ガスメーターの内部構造を大きく変えることなく、低コストで高精度の「スマートメーター」を実現することができる。

請求項２記載の発明のように、保護具は、回転子に対し、着脱自在とすることで、ガスメーターの製造時、接着剤などを用いることなく磁石を組み込むことができ、手間が掛からず、作業時間も短縮できる。また着脱自在であるため、ガスメーターの使用後、点検や磁石の交換なども円滑に実施可能である。

請求項３記載の発明のように、保護具を透明にすることで、その内部に組み込まれた磁石の有無を外部から視覚的に把握でき、製造時や点検時の確認作業が極めて単純になり、後の不具合を防ぐ。

ロータリーバルブ方式のガスメーターに本発明を導入した場合の構成例と、その回転子周辺の詳細を示す斜視図で、回転子の中心軸は水平方向に伸びている。なお内部構造を開示するため、液晶パネルなどが組み込まれる上半分は、取り外した状態で描いてある。 図１に描いたガスメーターの内部構造を示す平面図と、その保護具の詳細を示す斜視図である。 扇形バルブ方式のガスメーターに本発明を導入した場合の構成例を示す斜視図である。なお内部構造を開示するため、図１と同様、液晶パネルなどが組み込まれる上半分は、取り外した状態で描いてある。 図３に描いたガスメーターの内部構造を示す平面図と、その回転子と保護具の詳細形状を示す斜視図である。 ロータリーバルブ方式のガスメーターに本発明を導入した場合の構成例を示す斜視図だが、ここでは図１とは異なり、回転子の中心軸が直立している。なお内部構造を開示するため、他の図と同様、液晶パネルなどが組み込まれる上半分は、取り外した状態で描いてある。 回転子や保護具の形状例を示す斜視図で、図の上方には、直立する回転子を描いてあり、図の下方には、ガイドを設けた保護具を描いてある。

図１は、ロータリーバルブ５５方式のガスメーター１１に本発明を導入した場合の構成例と、その回転子３１周辺の詳細を示し、回転子３１の中心軸は水平方向に伸びている。なお内部構造を開示するため、液晶パネルなどが組み込まれる上半分は、取り外した状態で描いてある。このガスメーター１１の外縁は、金属製の外ケース１５で厳重に保護されており、その内部には、ガスの流動によって変位するダイアフラム（図示は省略）を組み込んである。そしてダイアフラムには翼軸１７を接続してあり、ダイアフラムの変位により、二本の翼軸１７が規則的に揺動する。

それぞれの翼軸１７の上端には、帯状のひじ金１８を一体化してあり、個々のひじ金１８は、翼軸１７と一体で揺動する。さらに個々のひじ金１８の先端には、小ひじ金１９を取り付けてある。小ひじ金１９は、ひじ金１８に対し、自在に回転可能としてあり、個々の翼軸１７の揺動により、規則的に変位する。そして二個の小ひじ金１９の先端は、クランクギア２０の外縁に取り付けてあり、小ひじ金１９の変位により、クランクギア２０を回転させる。

クランクギア２０は、その直下のロータリーバルブ５５と密着しており、これらは一体で回転する。ロータリーバルブ５５は、その回転に伴い、ダイアフラムに流れ込むガスの流路を切り替える役割を担う。なお図１において、翼軸１７やひじ金１８などが配置されている箇所は、ガスメーター１１の使用時、ガスが流れるガス室１６となり、ここからロータリーバルブ５５を抜けて下方に流れ込み、ダイアフラムを変位させる。

クランクギア２０は、アイドルギア２１と噛み合い、さらにアイドルギア２１は、計測ギア２７を介し、回転子３１を回転させる。なお、アイドルギア２１の中心軸は垂直方向だが、回転子３１の中心軸は水平方向で、アイドルギア２１と計測ギア２７は、冠歯車と同様の構成である。また計測ギア２７は、回転子３１の一端側に配置してある。

回転子３１は、計測ギア２７と台座３６をシャフト３７で結んだ構成で、計測ギア２７は、前記のようにアイドルギア２１と噛み合うほか、台座３６には磁石５８を載せる。磁石５８は、回転子３１の回転を計測する役割を担う直方体状の永久磁石で、必然的に一方側がＮ極になり、他方側がＳ極になる。また磁石５８の裏面は、台座３６に接触させるが、台座３６の外縁からは、磁石５８の側端面を保持するガイド３８、３９が突出している。

保護具４１は、合成樹脂を素材としており、磁石５８や台座３６の寸法に応じて成形したもので、磁石５８の表面のほか、側端面に覆い被さり、台座３６と併せて磁石５８の外周を保護する。なお保護具４１を回転子３１に固定するため、対向する二箇所のガイド３８の先端には、クサビ状のツメ４０を設けてあり、保護具４１には、このツメ４０が嵌まり込むツメ窓４６を設けてある。したがって、ツメ４０がツメ窓４６に嵌まり込むと、保護具４１が回転子３１に固定され、磁石５８がガス室１６から隔離される。またツメ４０を内側に押し込むと、ツメ窓４６から離脱し、保護具４１を回転子３１から取り外すことができる。

保護具４１に隣接し、磁界を検知する磁気センサー５１を配置する。この磁気センサー５１は、磁気抵抗効果素子を用いたＭＲセンサーで、磁界の変化に応じて電気的なパルスを発信する。なお実際には、保護具４１と磁気センサー５１との隙間は必要最小限に抑制する。そのほか、保護具４１の素材として透明樹脂を用いるならば、磁石５８の組み込みの有無を視覚的に判断できる。

図２は、図１に描いたガスメーター１１の内部構造と、その保護具４１の詳細を示す。ガスメーター１１の内部には、直立する二本の翼軸１７が配置され、個々の翼軸１７を中心として揺動するひじ金１８の先端には、小ひじ金１９が取り付けられ、二個の小ひじ金１９の規則的な変位により、クランクギア２０および同心のロータリーバルブ５５を回転させる。またクランクギア２０の外周には、アイドルギア２１が噛み合っている。そして回転子３１の中心軸は、水平方向に伸びており、回転子３１の計測ギア２７は、アイドルギア２１と噛み合っている。

回転子３１の一端には、磁石５８を組み込んであるが、磁石５８は保護具４１で覆い隠され、磁石５８と異物が直接的に接触することはない。そのため、磁石５８に引き寄せられた異物は、保護具４１の表面を覆うことになるが、重力や、回転に伴う遠心力により、異物は次第に引き離されていく。そのほか磁気センサー５１で発信されたパルスは、電線５３を介して制御部５２に伝達され、ガスの消費量が算出される。

図２の下方に描くように、保護具４１の裏側は中空状で、そこに磁石５８を収容することができる。また保護具４１の素材として透明樹脂を用いることで、保護具４１を回転子３１に取り付けた後も、磁石５８の組み込みの有無を視覚的に把握可能で、製造時や点検時の不具合を防ぐ。

図３は、扇形バルブ５６方式のガスメーター１２に本発明を導入した場合の構成例を示す。なお内部構造を開示するため、図１と同様、液晶パネルなどが組み込まれる上半分は、取り外した状態で描いてある。また外ケース１５の内部には、図１と同様、ガスの流動によって変位するダイアフラム（図示は省略）を組み込んであり、二本の翼軸１７が規則的に揺動する。そして翼軸１７の上端部には、途中で屈曲したひじ金１８を一体化してあり、ひじ金１８は、翼軸１７と一体で揺動し、その先のクランク腕２２を回転させる。

クランク腕２２は、クランクロッド２３を介し、扇形バルブ５６を揺動させ、ガスを間欠的にダイアフラムに送り込む。またクランク腕２２を介し、ねじ歯車２６を回転させる。このねじ歯車２６は、磁石５８が組み込まれた回転子３２と同心に揃い、ねじ歯車２６の回転に伴い、回転子３２も回転する。さらに磁石５８を覆い隠すため、回転子３２には保護具４２を組み込んである。

図４は、図３に描いたガスメーター１２の内部構造と、その回転子３２と保護具４２の詳細形状を示す。ガスメーター１２の内部には、直立する翼軸１７を配置してあり、この翼軸１７を中心として揺動するひじ金１８と、その先端に取り付けてある小ひじ金１９を介し、クランク腕２２を回転させる。そしてクランク腕２２は、クランクロッド２３を介し、扇形バルブ５６を揺動させる。またクランク腕２２の中心軸には、ねじ歯車２５を組み込んであり、これに隣接して別のねじ歯車２６を配置してある。この二個のねじ歯車２５、２６は噛み合い、しかも双方の中心軸は直交している。

従動側のねじ歯車２６の中心軸は水平方向に伸び、これと同心で回転子３２を配置してある。ただし回転子３２の逆転を防ぐため、双方は直結しておらず、クラッチ部２８を介して接続されている。また回転子３２は、シャフト３７の一端側に台座３６を設けた形状で、台座３６の外縁からは、磁石５８の側端面を保持するガイド３８、３９が突出しており、二箇所のガイド３８の先端にはツメ４０を形成してある。そして保護具４２には、ツメ４０が嵌まり込むツメ窓４６を設けてあり、保護具４２が回転子３２に固定される。

保護具４２に対向して磁気センサー５１を配置してあり、そこで発信されたパルスは、電線５３を介して制御部５２に伝達され、ガスの消費量が算出される。このように本発明は、膜式ガスメーター全般に導入可能で、しかも保護具４２は、磁石５８よりもわずかに大きいだけであり、既存のガスメーターへの組み込みも容易である。

図５は、ロータリーバルブ５５方式のガスメーター１３に本発明を導入した場合の構成例を示すが、ここでは図１とは異なり、回転子３３の中心軸が直立している。なお内部構造を開示するため、他の図と同様、液晶パネルなどが組み込まれる上半分は、取り外した状態で描いてある。この図のガスメーター１３は、図１に描いたものと同様、ロータリーバルブ５５方式であり、翼軸１７からアイドルギア２１までの構造は共通している。ただし回転子３３の中心軸は直立しており、回転子３３の下端部にアイドルギア２１を組み込んである。また回転子３３の上端部には、磁石５８と保護具４３を組み込んである。さらに保護具４３の真上には、磁気センサー５１（図示は省略）が配置される。

図６は、回転子３３、３４や保護具４３、４４の形状例を示し、図の上方には、直立する回転子３３を描いてあり、図の下方には、ガイド４８、４９を設けた保護具４４を描いてある。図６上方の回転子３３は、図５のガスメーター１３に組み込んだもので、シャフト３７の下端部にアイドルギア２１を組み込んであるほか、シャフト３７の上端面には円盤状の台座３６を形成してある。そして台座３６の上面には、計四個のガイド３８、３９が突出しており、そのうち対向する二個の先端には、ツメ４０を設けてあり、保護具４３を固定することができる。

図６下方の回転子３４は、図１のガスメーター１１などへの組み込みを想定したもので、シャフト３７の端部に計測ギア２７を組み込んである。また、計測ギア２７と対向する台座３６は、単純な矩形状としてある。そして回転子３４と対になる保護具４４には、その側周面に計四個のガイド４８、４９を設けてある。これらのガイド４８、４９は、磁石５８を保持するものではなく、台座３６の側端面に接触し、保護具４４の変位を防ぐ機能を果たす。さらに対向する二箇所のガイド４８の先端には、ツメ５０を設けてあり、これが台座３６の裏面に嵌まり込み、保護具４４を回転子３４に固定する。

１１ ガスメーター（ロータリーバルブ方式・回転子が横倒し）
１２ ガスメーター（扇形バルブ方式）
１３ ガスメーター（ロータリーバルブ方式・回転子が直立）
１５ 外ケース
１６ ガス室
１７ 翼軸
１８ ひじ金
１９ 小ひじ金
２０ クランクギア
２１ アイドルギア
２２ クランク腕
２３ クランクロッド
２５ ねじ歯車
２６ ねじ歯車
２７ 計測ギア
２８ クラッチ部
３１ 回転子
３２ 回転子
３３ 回転子
３４ 回転子
３６ 台座
３７ シャフト
３８ ガイド（回転子から突出・ツメあり）
３９ ガイド（回転子から突出・ツメなし）
４０ ツメ
４１ 保護具
４２ 保護具
４３ 保護具
４４ 保護具
４６ ツメ窓
４８ ガイド（保護具から突出・ツメあり）
４９ ガイド（保護具から突出・ツメなし）
５０ ツメ
５１ 磁気センサー
５２ 制御部
５３ 電線
５５ ロータリーバルブ
５６ 扇形バルブ
５８ 磁石

Claims (3)

1. ガスの流量に応じて回転する回転子（３１乃至３４）と、該回転子（３１乃至３４）の端部に設ける台座（３６）に載せられる磁石（５８）と、該磁石（５８）と対向配置される磁気センサー（５１）と、を有するガスメーターの流量計測部であって、
   前記磁石（５８）は、前記台座（３６）との接触面を除く外周を保護具（４１乃至４４）で覆ってあることを特徴とするガスメーターの流量計測部。
2. 前記保護具（４１乃至４４）は、前記回転子（３１乃至３４）に対し、着脱自在であることを特徴とする請求項１記載のガスメーターの流量計測部。
3. 前記保護具（４１乃至４４）は透明であり、その内部に組み込まれた前記磁石（５８）の有無を視覚的に把握できることを特徴とする請求項１または２記載のガスメーターの流量計測部。

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