JP2020101439A - ガスメーターおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多極磁石化することにより膜の往復動に伴う磁界変化を増加させ、ガス流量の検出精度を高めたガスメーターを提供する。【解決手段】筐体部（３８）と、ガス流（Ｇ）による膜（４）の往復動を回転運動に変換する変換機構部（６）と、前記筐体部に回転可能に支持されて複数の磁石対（２０）が環状に配置され、前記変換機構部の回転運動により回転する磁石環（８）と、前記筐体部に支持され、前記磁石環と平行方向にまたは交差方向に配置されて前記磁石環の回転に伴う磁界変化を検出し、ガス流量を表す計測信号を生成する検出部（１０）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス流量を膜運動による磁界変化を媒介として検出するガスメーターに関する。

ガス流量の計測にはガス流で膜の往復動を生じさせ、この往復動を回転運動に変換し、この回転運動で生じさせた磁界変化を媒介として計測する膜式ガスメーターが知られている。
このガス流量の計測に関し、ガス流量により繰り返される膜の往復運動を磁石回転に変換し、回転磁石から受ける磁界変化でリードスイッチを開閉させ、ガス流量をパルス信号に変換することが知られている（たとえば、特許文献１）。
膜式ガスメーターに関し、膜の往復動でクランクシャフトを回転させ、この回転をマグネットホルダーに伝達し、磁気的変化によりクランクシャフトの回転量を検出することが知られている（たとえば、特許文献２）。
また、膜式ガスメーターに関し、複数の磁石を均等間隔で配置した回転部材にクランク軸を軸支し、回転部材で回転する磁石に対してリードスイッチを配置し、このリードスイッチが回転部材の回転を磁気的変化で検出することが知られている（たとえば、特許文献３）。

特開２００３−１８５４８５号公報 特開２０１７−１９４４４４号公報 特開２０１０−１３９２６１号公報

ところで、ガスメーターでは、ガス流量により往復動させる計量膜が備えられ、この計量膜の往復動を回転運動に変換して磁石を回転させ、この磁石回転をＭＲセンサー（Magneto Resistive Sensor）で計量信号に変換する計測機構が備えられる。
斯かる計測機構において、２極磁石を多極化たとえば、１０極または２０極とすれば、１回転でのＭＲセンサーから得られる計量信号のパルス数を増加させることができるから、理論的にはガス流の計量精度を高めることができることになる。つまり、２極磁石に比較して、１０極磁石であれば、５倍の出力パルス、２０極磁石であれば、１０倍の出力パルスが得られることになる。

しかしながら、多極化された磁石のＮＳ極間の磁界をＭＲセンサーに作用させた場合、ＭＲセンサーの検出精度は回転磁石から受ける磁界変化のレベル差に依存するという課題がある。複数のＮＳ磁極を配置すれば、回転に伴う磁束の変化レベルは磁極数に比例して低下してしまうという課題がある。
発明者は、回転に伴う磁束の変化レベルが小さければ、ＭＲセンサーの検出感度を高くしなければならず、ノイズの影響を受けると、これがガス検出精度に影響を与えるという知見を得た。

そこで、本発明の目的は、上記知見および斯かる課題に鑑み、多極磁石化することにより膜の往復動に伴う磁界変化を増加させ、ガス流量の検出精度を高めたガスメーターを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記知見および斯かる課題に鑑み、ガスメーターの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のガスメーターの一側面によれば、筐体部と、ガス流による膜の往復動を回転運動に変換する変換機構部と、前記筐体部に回転可能に支持されて複数の磁石対が環状に配置され、前記変換機構部の回転運動により回転する磁石環と、前記筐体部に支持され、前記磁石環と平行方向にまたは交差方向に配置されて前記磁石環の回転に伴う磁界変化を検出し、ガス流量を表す計測信号を生成する検出部とを備える。
このガスメーターにおいて、前記検出部は、前記磁石環の回転中心と平行方向にまたは交差方向に配置された基板に前記磁界変化を検出する磁気センサーを配置してよい。

このガスメーターにおいて、前記磁石環が、前記回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第１の磁石環部と、前記回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第２の磁石環部とを含み、前記第１の磁石環部と前記第２の磁石環部との対向磁極を異磁極としてよい。
このガスメーターにおいて、前記磁石環が、回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第１の磁石環部と、前記回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第２の磁石環部とを含み、前記検出部は前記第１の磁石環部と前記第２の磁石環部との対向間に配置されてよい。
このガスメーターにおいて、前記磁石環の各磁石対が、接合配置とし、または一定の間隔を持つ間隔配置としてよい。
このガスメーターにおいて、前記磁石環に設置される磁極が、扇形柱、立方体または直方体の何れかの形状であってよい。

上記目的を達成するため、本発明のガスメーターの製造方法の一側面によれば、筐体部を形成する工程と、ガス流による膜の往復動を回転運動に変換する変換機構部を形成する工程と、複数の磁石対が環状に配置され、前記変換機構部の回転運動により回転する磁石環を形成する工程と、前記磁石環を前記筐体部に組み付ける工程と、前記磁石環の回転に伴う磁界変化を検出し、ガス流量を表す計測信号を生成する検出部を形成する工程と、前記検出部を前記磁石環の回転中心と平行方向にまたは交差方向に配置し、前記筐体部に支持させる工程とを含む。

本発明のガスメーターによれば、次のいずれかの効果が得られる。
(1) 磁石環の磁石対の増加により、磁石環内の磁石対の設置数に応じて一回転当たりの磁界変化を増加させることができ、検出部から生じる計測信号を増加させ、一回転当たりの計測信号の分解能を高めることができる。
(2) ガス流量に伴う膜の往復動を変換した回転運動の一回転当たりの磁界変化を増加させることができるので、ガス流量の検出精度を高めることができる。
(3) 磁石環の多極化によりガス流量の計測機構部を小型化でき、高性能化とともにガスメーターの軽量化、コンパクト化を図ることができる。

Ａは第１の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部を示す図であり、ＢはＭＲセンサーと磁石環の関係を示す図である。 ＡはＭＲセンサーに対する磁石環からの磁界作用を示す図であり、Ｂは磁界検出信号を示す図であり、Ｃはパルス信号を示す図である。 Ａは第２の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部を示す図であり、ＢはＭＲセンサーと磁石環の関係を示す図である。 Ａは第３の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部を示す図であり、ＢはＭＲセンサーと磁界との関係を示す図である。 Ａは第４の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部を示す図であり、Ｂは磁石環を示す斜視図である。 Ａは第５の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部を示す図であり、Ｂは磁石環を示す斜視図である。 一実施例に係るガスメーターを示す斜視図である。 ガスメーターの計測機構部を示す斜視図である。

〔第１の実施の形態〕
図１のＡは、第１の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部を示している。図１のＡに示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
この計測機構部２には膜４、変換機構部６、磁石環８および検出部１０が備えられる。この計測機構部２には、ガス供給管から供給されるガス流Ｇを受け、そのガス流Ｇに応じて膜４を往復動する機構を備える。この膜４の往復動は変換機構部６に伝達される。
変換機構部６は膜４の往復動を回転運動に変換する。これらの機構は、膜式ガスメーターとして周知の技術であり、その詳細は割愛する。

変換機構部６に生じる回転運動ｎは、回転軸部１２を介して磁石環８に伝達される。この磁石環８は複数の磁石対が環状に配置されている。各磁石対はたとえば、マグネットホルダーで固定されてもよいし、接着剤などで板状に固定された形態でもよい。この磁石環８は中心軸Ｏを中心に回転し、この磁石環８の回転運動は膜４の往復動に比例する。
この磁石環８は水平に配置され、この磁石環８の磁石面から離間した位置に平行（横方向）に検出部１０が設置されている。検出部１０にはセンサー基板１４が備えられ、このセンサー基板１４にはＭＲセンサー１６が設置されている。このＭＲセンサー１６はセンサー基板１４の中心に配置され、そのセンサー面の中心Ｑが磁石環８の縁面に一致ないし略一致している。

斯かる構成によれば、ＭＲセンサー１６は、磁石環８の回転に伴う磁界ｍの変化を受け、この磁界ｍの変化の大きさを計測し、計測信号を出力する。センサー基板１４は複数の出力端子１８を備え、各出力端子１８から計測信号としてパルス信号が取り出される。
この計測機構部２について、磁石環８の縁面とＭＲセンサー１６の中心Ｑの距離をＤ１とすれば、距離Ｄ１は一定値以下たとえば、Ｄ１＜１ｍｍに設定される。磁石環８の周縁の磁石環８の磁石面とＭＲセンサー１６のセンサー面の距離をＤ２とすれば、距離Ｄ２はＭＲセンサー１６が磁石環８からの磁界ｍの変化を検出可能な一定距離たとえば、５ｍｍ程度とすればよい。

＜磁石環８＞
図１のＢは、磁石環８の下側から見た計測機構部２を示している。磁石環８は複数の磁極としてたとえば、１０個のＮ磁極とＳ磁極を隣り合わせて円周上に配置した環状体である。この磁石環８によれば、複数の磁石対の一例として５組の磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−５が配置されている。

＜磁石環８の磁界ｍの変化による計測信号の生成＞
図２のＡは、磁石環８の回転に伴う磁界ｍの変化を示している。この磁石環８ではＮ磁極からＳ磁極に至る一定の磁界ｍが生じる。この磁界ｍは図２のＡに示すように、隣り合うＮ磁極とＳ磁極との間に形成され、ＭＲセンサー１６のセンサー面に作用する。この磁石環８が回転すると、ＭＲセンサー１６に作用する磁界ｍのレベルに変化を生じる。

図２のＢは、ＭＲセンサー１６が検出した、この磁界ｍの変化を受けて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果により、磁界の大きさに比例した電気信号として磁界検出信号Ｓを示している。図２のＢにおいて、Ｖｒｅｆは磁界検出信号Ｓからパルス信号Ｐを生成させるための基準レベルである。ＭＲセンサー１６の磁界検出信号Ｓから、図２のＣに示すように、検出部１０からガス流量Ｇｍの計測信号としてパルス信号Ｐが得られる。

＜第１の実施形態の効果＞
この第１の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 磁石環８の各磁石対の設置数に応じて磁石環８の一回転当たりの磁界変化数が増加するので、検出部から生じる磁界検出信号Ｓないしパルス信号Ｐを増加させることができ、磁石環８の一回転当たりの磁界検出信号Ｓおよびパルス信号Ｐによる磁界検出の分解能を高めることができる。
(2) ガス流Ｇに伴う膜４の往復動を変換した回転運動の一回転当たりの磁界変化を増加させることができるので、ガス流量Ｇｍの検出精度が高められる。

〔第２の実施の形態〕
図３のＡは、第２の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部２を示している。図３のＡにおいて、図１と同一部分には同一符号を付してある。図３のＡに示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
第１の実施の形態では、検出部１０を磁石環８と平行方向に配置したのに対し、第２の実施の形態では検出部１０が磁石環８と交差方向（縦方向）に配置されている。

図３のＢは、検出部１０のＭＲセンサー１６を正面から見た計測機構部２を示している。斯かる構成では、磁石環８の中心軸ＯとＭＲセンサー１６の中心Ｑを平行に配置する。磁石環８の外周面とＭＲセンサー１６のセンサー面の距離をＤ３とすれば、この距離Ｄ３は第１の実施の形態の距離Ｄ２（＝Ｄ３）に一致させる。ＭＲセンサー１６の中心Ｑと、磁石環８の磁石面の距離をＤ４とすれば、この距離Ｄ４は距離Ｄ３より大きい値（Ｄ４＞Ｄ３）に設定する。ｍはＮ磁極からＳ磁極に向かう磁界を示している。
斯かる構成によれば、第１の実施の形態と同様に、ＭＲセンサー１６は磁石環８の回転に伴う磁界ｍの変化を受け、この磁界変化の大きさを計測し、計測信号を出力する。つまり、ＭＲセンサー１６は、この磁界ｍの変化を受けて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果により、磁界の大きさに比例した電気信号である磁界検出信号Ｓを生じる。検出部１０にはＭＲセンサー１６の磁界検出信号Ｓから計測信号であるパルス信号Ｐが得られる。

＜第２の実施形態の効果＞
この第１の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 第１の実施の形態と同等の効果が得られる。
(2) 検出部１０が縦置きとなるので、第１の実施の形態の計測機構部２に比較し、設置幅を縮小することができる。

〔第３の実施の形態〕
図４のＡは、第３の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部２を示している。図４のＢは磁石環８の磁界ｍとＭＲセンサー１６の関係を示している。図４において、図１のＡと同一部分には同一符号を付してある。
第３の実施の形態では各磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−５の間にたとえば、一磁極分のスペーサ２２が設置されている。各磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−５の磁極間には図４のＢに示すように、磁界ｍが生じているので、磁石環８の回転によりＭＲセンサー１６に磁界ｍの変化が作用する。
このように、磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−５の間にスペーサ２２を備えれば隣り合う磁石対２０−１、２０−２間、磁石対２０−２、２０−３間、・・・、磁石対２０−５、２０−１間の磁界ｍの変化レベルを大きくできる。

＜第３の実施形態の効果＞
この第３の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 第１の実施の形態と同等の効果が得られる。
(2) 各磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−５の間にスペーサ２２を備えたことにより、スペーサ２２を跨る磁界レベルが低下することで、各磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−５の隣り合う磁石対間の磁界ｍの変化レベルを際立たせることができ、ガス流Ｇの検出精度が高められる。

〔第４の実施の形態〕
図５は、第４の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部２を示している。図５において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
第１の実施の形態では単一の磁石環８で構成したが、磁石環８を多重化してもよい。図５に示すように、同一構成の第１の磁石環部８−１、第２の磁石環部８−２を備え、磁石環部８−１側の磁石対２０と磁石環部８−２側の磁石対２０との上下方向でＮ極とＳ極とを異磁極に対向させ、上下方向でも磁石対を構成する。
このように、複数の磁石環部８−１、８−２を接合配置して磁石環８を構成すれば、磁界変化レベルを大きくできる。

＜第４の実施形態の効果＞
この第４の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 第１の実施の形態と同等の効果が得られる。
(2) 磁界ｍの変化を増強させることができ、ガス流Ｇの検出精度が高められる。

〔第５の実施の形態〕
図６は、第５の実施の形態に係るガスメーターの計測機構部２を示している。図６において、図５と同一部分には同一符号を付してある。
第４の実施の形態では同一構成の第１の磁石環部８−１、第２の磁石環部８−２を重ねてひとつの磁石環８を構成したが、第１の磁石環部８−１と第２の磁石環部８−２との間に間隔２４を設置し、この間隔２４内でＭＲセンサー１６に磁界ｍの変化を作用させている。

＜第５の実施形態の効果＞
この第５の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 第４の実施の形態と同等の効果が得られる。
(2) 検出部１０に作用させる磁界ｍの変化を増強でき、ガス流Ｇの検出精度を高めることができる。

〔第６の実施の形態〕
第１〜第５の実施の形態では、各磁極を扇形柱で形成された磁石対２０を例示したが、立方体または直方体であってもよい。

図７は、実施例１に係るガスメーターを示している。
このガスメーター２６は外装ケース部２８を備え、この上部にガス管接続部３０、３２、天板部３４、前面に計測値表示窓部３６が備えられる。ガス管接続部３０、３２には計測すべきガス流量Ｇｍを流すガス配管が接続される。天板部３４はガスケットを介して外装ケース部２８にねじ止めされている。計測値表示窓部３６は計測されたガス流量Ｇｍの計測値が表示される。

図８は、第２の実施の形態で開示した計測機構部２を示している。図８において、図３と同一部分には同一符号を付してある。外装ケース部２８内には筐体部３８が備えられ、この筐体部３８には変換機構部６に連結されたプロペラ４０および回転軸部１２が設置されている。この回転軸部１２には磁石環８が回転可能に取り付けられている。
磁石環８と検出部１０との間には筐体部３８の支持壁４２が設置され、この支持壁４２で包囲された空間部４４に検出部１０のセンサー基板１４が縦置きで配置され、筐体部３８に支持されている。このセンサー基板１４には磁石環８からの磁界変化を受けるＭＲセンサー１６が設置されている。

＜ガスメーター２６の製造工程＞
このガスメーター２６は、本発明のガスメーターの製造方法の一例として、
ａ) 筐体部３８を形成する工程、
ｂ) ガス流Ｇによる膜４の往復動を回転運動に変換する変換機構部６を形成する工程、
ｃ) 複数の磁石対２０−１、２０−２、・・・、２０−Ｘが環状に配置され、変換機構部６の回転運動により回転する磁石環８を形成する工程、
ｄ) 磁石環８を筐体部３８への組み付ける工程、
ｅ) 磁石環８の回転に伴う磁界変化を検出し、ガス流量Ｇｍを表す計測信号を生成する検出部１０の形成工程、
ｆ) 検出部１０を磁石環８の回転中心と平行方向にまたは交差方向に配置し、筐体部３８に支持させる工程、
により製造することができる。

＜実施例の効果＞
この一実施例によれば、次の効果が得られる。
(1) 磁石環８の磁石対２０の増加により、磁石環８内の磁石対２０の設置数に応じて一回転当たりの磁界変化を増加させることができ、検出部１０から生じる計測信号を増加させ、一回転当たりの計測信号の分解能が高められる。
(2) ガス流量Ｇｍに伴う膜４の往復動を変換した回転運動の一回転当たりの磁界変化を増加させることができるので、ガス流量Ｇｍの検出精度が高められる。
(3) 磁石環８の多極化により計測機構部２を小型化でき、高性能化とともにガスメーターの軽量化、コンパクト化を図ることができる。

以上説明したように、ガスメーターの最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

この発明によれば、検出部に作用させる磁界変化を増強でき、ガス流量の検出精度を高めることができる。

２ 計測機構部
４ 膜
６ 変換機構部
８ 磁石環
１０ 検出部
１２ 回転軸部
１４ センサー基板
１６ ＭＲセンサー
１８ 出力端子
２０、２０−１、２０−１、・・・、２０−５、２０−Ｘ 磁石対
２２ スペーサ
２４ 間隔
２６ ガスメーター
２８ 外装ケース
３０、３２ ガス管接続部
３４ 天板部
３６ 計測値表示窓部
３８ 筐体部
４０ プロペラ
４２ 支持壁
４４ 空間部
Ｏ 中心軸
Ｑ 中心
Ｇ ガス流
ｍ 磁界

Claims (7)

1. 筐体部と、
   ガス流による膜の往復動を回転運動に変換する変換機構部と、
   前記筐体部に回転可能に支持されて複数の磁石対が環状に配置され、前記変換機構部の回転運動により回転する磁石環と、
   前記筐体部に支持され、前記磁石環と平行方向にまたは交差方向に配置されて前記磁石環の回転に伴う磁界変化を検出し、ガス流量を表す計測信号を生成する検出部と、
   を備えることを特徴とするガスメーター。
   
2. 前記検出部は、前記磁石環の回転中心と平行方向にまたは交差方向に配置された基板に前記磁界変化を検出する磁気センサーを配置していることを特徴とする請求項１に記載のガスメーター。
   
3. 前記磁石環が、回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第１の磁石環部と、前記回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第２の磁石環部とを含み、前記第１の磁石環部と前記第２の磁石環部との対向磁極を異磁極としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスメーター。
   
4. 前記磁石環が、回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第１の磁石環部と、前記回転軸を中心に複数の磁石対を環状に配置した第２の磁石環部とを含み、
   前記検出部は前記第１の磁石環部と前記第２の磁石環部との対向間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかの請求項に記載のガスメーター。
   
5. 前記磁石環の各磁石対が、接合配置とし、または一定の間隔を持つ間隔配置としたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかの請求項に記載のガスメーター。
   
6. 前記磁石環に設置される磁極が、扇形柱、立方体または直方体の何れかの形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかの請求項に記載のガスメーター。
   
7. 筐体部を形成する工程と、
   ガス流による膜の往復動を回転運動に変換する変換機構部を形成する工程と、
   複数の磁石対が環状に配置され、前記変換機構部の回転運動により回転する磁石環を形成する工程と、
   前記磁石環を前記筐体部に組み付ける工程と、
   前記磁石環の回転に伴う磁界変化を検出し、ガス流量を表す計測信号を生成する検出部を形成する工程と、
   前記検出部を前記磁石環の回転中心と平行方向にまたは交差方向に配置し、前記筐体部に支持させる工程と、
   を含むことを特徴とするガスメーターの製造方法。

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