JP4066521B2

JP4066521B2 - 水量センサ

Info

Publication number: JP4066521B2
Application number: JP19670698A
Authority: JP
Inventors: 克博藤原; 誠濱田; 剛史池澤; 学清水
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: JP2000009503A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水量センサに関し、より詳細には、水量センサを構成する羽根車の形状の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯装置の配管経路上に設けられる水量センサとしては、図１に示すような構成の水量センサ１が提供されている。この水量センサ１は、センサケース２と、このセンサケース２の内部に収められた羽根車３と、この羽根車３を上記センサケース２内で回転可能に保持する入水側軸受部材４および出水側軸受部材５と、上記出水側軸受部材５側に装着される逆転防止部材６とを主要部として構成されている。
【０００３】
具体的には、このセンサケース２は、円筒状に構成された中空の部材であり、その入水側および出水側の両端部２ａ，２ｂに、それぞれ上記入水側軸受部材４および出水側軸受部材５と係合可能に構成された係合段部２１，２２が形成されている。なお、このセンサケース２への入水方向は、図１において上方が入水側とされ、下方が出水側とされている（図中の矢符参照）
【０００４】
羽根車３は、上記センサケース２内に通水があった場合に、この通水を受けて回転可能に構成されるものであって、図１および図２に示すように、円筒状の胴体部３１の中央に回転軸３２が貫通して設けられるとともに、この胴体部３１の外周には磁気を帯びた薄板状の受水羽根３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが設けられている。また、上記各受水羽根３ａ〜３ｄは、その一側面が平坦な受水面３０とされ、この受水面３０に通水が当たった時に上記羽根車３が図１および図２の矢符ａ方向に回転するように、上記各受水羽根３ａ〜３ｄは、胴体部３１に緩やかな螺旋状に配置されている。
【０００５】
入水側軸受部材４は、上記出水側軸受部材５とともに上記羽根車３の回転軸３２を回転可能に保持する軸受部材であって、この入水側軸受部材４は円環状に形成された外枠部４１と、この外枠部４１の内側ほぼ中心位置に設けられた軸受部４２と、この軸受部４２を上記外枠部４１に固定的に支持するための支持部４３とで構成されている。
【０００６】
外枠部４１は、その出水側外周部４１ａが上記センサケース２の係合段部２１と係合可能な形状とされており、この出水側外周部４１ａを上記係合段部２１に挿入することで、上記入水側軸受部材４がセンサケース２に着脱自在に取付けられている。
【０００７】
また、上記軸受部４２は、入水側からの通水に対する抵抗を小さくするために入水側４２ａが先細りに形成されるとともに、出水側４２ｂには、上記回転軸３２の入水側端部を回転可能に支持する軸受孔４４が形成されている。また、この軸受孔４４の底面には、上記回転軸３２の入水側端が軸受孔４４に挿通された状態において、回転軸３２の軸方向へ振れを防止するための振れ防止部４５が突出状に設けられている。
【０００８】
そして、支持部４３は、上記センサケース２への通水を許容するために薄板状に構成されており、この薄板状の支持部４３が上記軸受部４２の外周から上記外枠部４１の内周に放射状に複数配されることにより構成されている（図示例では支持部４３は４枚で構成される）。
【０００９】
一方、出水側軸受部材５は、上記入水側軸受部材４と対をなして上記羽根車３の回転軸３２の両端部分を保持する軸受部材であって、この出水側軸受部材５も円環状に形成された外枠部５１と、この外枠部５１の内側ほぼ中心位置に設けられた軸受部５２と、この軸受部５２を上記外枠部５１に固定的に支持するための支持部５３とで構成されている。
【００１０】
そして、この外枠部５１の入水側外周部５１ａが、上記センサケース２の係合段部２２と係脱可能に構成されており、上記軸受部５２の入水側には、上記回転軸３２の出水側端部を回転可能に支持する軸受孔５４が形成されている。また、この軸受孔５４の底面には、上記振れ防止部４５と同様に振れ防止部５５が突出状に設けられている。そして、同様に支持部５３は、上記センサケース２からの出水を許容するために薄板状に構成されており、この薄板状の支持部５３が上記軸受部５２の外周から外枠部５１の内周に放射状に設けられている（図示例では４枚）。
【００１１】
また、逆転防止部材６は、上記羽根車３の逆転を防止するための部材であって、上記出水側軸受部材５に装着されている。具体的には、この逆転防止部材６は、上記軸受部５２の外周より大きい内径を有する略円筒状の円環部６１の入水側端部に羽根車３の逆転を防止する逆転防止爪６２が複数形成されるとともに、その出水側端部の一部が切り欠かれており、この切欠部６３が上記薄板状の支持部５３を挟み込むように装着されている。
【００１２】
そして、上記センサケース２の入水側から通水がある場合は、逆転防止部材６は、通水に伴う水圧によって図１の実線で示すように上記出水側軸受部材５の支持部５３側に押圧されている。つまり、この状態では、逆転防止爪６２は上記羽根車３の出水側端部から開放された状態となり、羽根車３の自由な回転が許容されている。
【００１３】
これに対し、センサケース２の出水側から通水があった場合、つまり、水量センサ１内に水が逆流した時は、逆転防止部材６がこの逆流に伴う水圧によって、図１の二点鎖線で示す位置、すなわち羽根車３側に押圧される（矢符ｂ参照）。これにより、センサケース２に水が逆流した時は、上記逆転防止爪６２が羽根車３の出水側端部と係合して羽根車３の逆回転が規制される。なお、この水量センサ１を実際に配管内に装置する場合は、出水側が上方に位置するように配置される。これは、逆転防止部材６の比重が水より少し重いことによるもので、通水がない場合や、通水があっても図示しない水栓の微小水漏れなどのように通水流量が極めて少ない場合などに、逆転防止部材６を羽根車３側に落とすことによって羽根車３の回転を防止するためである。
【００１４】
しかして、このように構成された水量センサ１を用いての通水流量の検出は、センサケース２の外側に図示しないホール素子（あるいは磁気抵抗素子等）を配置し、この状態で水量センサ１に対して入水側から通水を行なわせて羽根車３を回転させ、この羽根車３の回転を上記ホール素子で検出することにより行なわれている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本願出願人はこのような水量センサ１を給湯装置における配管内の通水流量の検出に用いているところ、給湯装置においては、配管内の通水流量が極めて少ない場合にバーナを点火すると空焚きの原因となることから、バーナを点火するための最低作動通水量（たとえば２リットル／分程度）が設定されている。そして、配管内の通水流量がこの最低作動通水量を下回った場合には、バーナを点火させない等の安全措置が採られている。そのため、かかる給湯装置に使用される水量センサ１では、このような最低作動通水量の検出といったいわゆる低流量域での正確な流量検出が強く望まれている。
【００１６】
そのため、本願出願人は、かかる低流量域での正確な流量検出を実現するために、上記羽根車３の受水羽根３ａ〜３ｄにおける入水側端部Ａ（図１の一点鎖線参照）の形状の改良を提案している。
【００１７】
そこでは図４に示すように、羽根車３の入水側端部Ａの両肩部Ａ_1,Ａ₂双方の角を落としてアール形状としていた（実施品ではＲ＝０．２ｍｍ）。すなわち、この改良前の羽根車３においては、上記両肩部Ａ_1,Ａ₂は角が落とされていなかったが、この状態で入水があると、この両肩部Ａ_1,Ａ₂が入水時の抵抗を増加させることとなるため、図４に示す改良案では、この両肩部Ａ_1,Ａ₂を面取りしてアール形状とすることで入水時の抵抗の減少を図っていた。
【００１８】
しかしながら、このように入水側端部Ａの両肩部Ａ_1,Ａ₂をアール形状とすると、通水時の抵抗は減少するものの、このアール形状の部分に対しては図４のベクトルＩ，ＩＩで示すように水の推力が作用する。つまり、この状態では、肩部Ａ₂側（ベクトルＩＩ側）では、羽根車３を正回転させる方向に推力が強く作用するが、他方の肩部Ａ₁側（ベクトルＩ側）では、羽根車３を逆回転させる力が強く作用する。
【００１９】
その結果、このように両肩部Ａ_1,Ａ₂双方を共にアール形状とした羽根車３を用いた水量センサ１では、肩部Ａ₁側で分散される水の推力が、羽根車３の回転にブレーキをかけるように作用するため、羽根車３の回転が滑らかにならず、通水流量の検出時の特性が、図５の「従来」の線で示すように、全流量域にわたってバラツキ、低下するという問題があった。
【００２０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、羽根車の回転にブレーキをかけることなく通水流量の検出特性の向上を図り、もって低流量域から正確な通水流量の検出を行い得る水量センサを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る水量センサは、通水時の水力で羽根車を回転させ、この羽根車の回転を検出することにより通水流量を検出する水量センサにおいて、前記羽根車は、回転軸を有する胴体部と、この胴体部に螺旋状に配置された磁気を帯びた受水羽根とを有し、前記受水羽根は、入水側端面のうち、受水面と連続して形成される側の肩部のみが面取りされるとともに、面取りされない他方の肩部が入水方向に沿って截断されていることを特徴とする。そして好ましくは、前記受水羽の受水面が平坦面で構成される。
【００２２】
すなわち、本発明に係る水量センサにおいては、羽根車を構成する受水羽根の入水側端面のうち、上記受水羽根の受水面と連続して形成される側の肩部のみが面取りされているため、入水側から入ってくる水のうちこの面取り部分に当たる水の推力は、面取りにより形成される傾斜面によって図３にベクトルＩＩＩのように分散されるが、ここで分散された推力は上記羽根車を正回転させる方向に強く作用する。
【００２３】
その一方、上記各受水羽根の入水側端面の両肩部のうち、面取りされない他方の肩部は入水方向にそって截断されているため、こちらの側の肩部では入水側から入ってくる水の推力を分散させるベクトルは働かない。つまり、こちらの肩部には、入水側端面に連続する面（受水面の裏面）と入水とが衝突する面が形成されておらず、上記羽根車を逆回転させる力は作用しない。
【００２４】
そのため、本発明に係る水量センサによれば、羽根車の回転をより効率的かつ滑らかにすることができる。これを上記図５の特性図で示すと、図５の「本発明」の線で示したような結果となり、通水流量が少ない低流量域においても羽根車が素早く反応して検出特性の向上が図られるとともに、羽根車の回転にブレーキをかける力が作用しないため、全流量域にわたって安定した水量の検出が実現される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水量センサについて、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る水量センサ１は、上述した図４に示す従来の羽根車３の形状を改良したものであり、その他の構成については従来と同様である。したがって、以下において従来と構成が共通する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
そこで、図３に本発明に係る水量センサ１の羽根車３の概略構成を示す。この図３に示す羽根車３は、受水羽根３ａ〜３ｄの入水側端面３３の両肩部Ａ_1,Ａ₂のうち、上記平坦な受水面３０と連続して形成される側の肩部Ａ₂のみが面取りされており、他方の肩部Ａ₁は入水方向に沿って截断されている。
【００２８】
具体的には、上記肩部Ａ₂はアール形状に面取りされており、このアール形状の部分によって入水側からの水の推力が分散されるように構成されている（図３ベクトルＩＩＩ参照）。つまり、この肩部Ａ₂で分散される水の推力は、羽根車３を正方向（入水側から通水があった時に回転する方向）に回転させるベクトルが、逆回転させる方向のベクトルより強く現れるので、羽根車３の正方向の回転が助長され、少ない水量でも羽根車３が効率良く回転するととなる。
【００２９】
その一方、上記肩部Ａ₁が入水方向に沿って截断されているので、この肩部Ａ₁には、入水側端面３３と交叉する面として、入水方向に沿って截断面３４が形成されている。そのため、この肩部Ａ₁では、上記肩部Ａ₂のように入水側からの水の推力を分散させるベクトルは発生せず、従来のように、この肩部Ａ₁側に羽根車３の回転にブレーキをかける力（図４ベクトルＩ参照）は作用しない。
また、截断面３４は、入水方向に沿って形成されるため、この部分を通過する水流の巻き込みによる乱れも防止される。
【００３０】
そのため、上記実施形態によれば、羽根車３を効率良く、しかも円滑に回転させることが可能となる。
【００３１】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなくその発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００３２】
たとえば、上記実施形態においては、肩部Ａ₂の面取り部分の形状がアール形状とされていたが、この部分を斜めに截断するように面取りすることも可能である。つまり、本発明では、肩部Ａ₂の面取りは、この肩部Ａ₂で分散される水の推力が、羽根車３の回転を正回転方向に助長するように構成されていれば良く、他の形態で面取りすることも可能である。
【００３３】
また、上記実施形態における入水側端面３３は薄いほど水の抵抗が少なくなるため、上記面取り部分を広くとってこの入水端面３３の面積をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る水量センサによれば、羽根車の胴体部に螺旋状に配置された各受水羽根の入水側端面の両肩部のうち、前記各受水羽根の受水面と連続して形成される側の肩部のみが面取りされているので、水量センサに入水側から水が入ればこの面取りされた肩部による水の推力が分散されて、羽根車の正方向の回転が助長される。そのため、検出する水量が少ないような場合でも、水量の検出が可能となる。
【００３５】
また、本発明では、上記各受水羽根の入水側端面の両肩部のうち、面取りされない他方の肩部を入水方向に沿って截断することにより、羽根車の正方向の回転を阻害する分力が生じないので、検出する流量の大小に係わらず安定した水量検出が行なえる。
【００３６】
また、本発明は以上のような効果を奏することから、給湯装置の配管内の水量検出に用いた場合、最低作動通水量の検出を正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水量センサの概略構成を示す説明断面図である。
【図２】同水量センサの羽根車を入水側から外観した説明図である。
【図３】本発明の水量センサの羽根車を側面から外観した説明図である。
【図４】従来の水量センサの羽根車を側面から外観した説明図である。
【図５】従来の水量センサと本発明の水量センサの特性を比較するための説明図である。
【符号の説明】
１水量センサ
２センサケース
３羽根車
４入水側軸受部材
５出水側軸受部材
６逆転防止部材
３ａ〜３ｄ受水羽根
３０受水面
３２回転軸
３３受水羽根の入水側端面
３４截断面
Ａ_1,Ａ₂ 入水側端面の肩部

Claims

通水時の水力で羽根車を回転させ、この羽根車の回転を検出することにより通水流量を検出する水量センサにおいて、
前記羽根車は、回転軸を有する胴体部と、この胴体部に螺旋状に配置された磁気を帯びた受水羽根とを有し、
前記受水羽根は、入水側端面のうち、受水面と連続して形成される側の肩部のみが面取りされるとともに、面取りされない他方の肩部が入水方向に沿って截断されていることを特徴とする水量センサ。
前記受水羽は、前記受水面が平坦面とされていることを特徴とする請求項１に記載の水量センサ。
前記面取りされている部分が、アール形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水量センサ。