JP5808876B1 - 羽根車、これを用いた水道メータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで全流量域において流量変化に対する器差変化を最小限に抑えることができる水道メータ用の羽根車、これを用いた水道メータを提供する。【解決手段】軸方向に向かって第１の内径を有する第１軸穴部、第１の内径より大径の第２の内径を有する第２軸穴部からなる軸穴が形成され回転中心を有する軸体と、軸体の軸線に沿って軸体から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部と、軸体の軸線と交差して、それぞれ隣接する第１の羽根部の間に軸体から径方向外方に突出して且つ前記第１の羽根部の上端から突出しない範囲で板状に形成された第２の羽根部と、が一体として合成樹脂からなる羽根車、これを用いた水道メータ。【選択図】図２

Description

本発明は、羽根車、これを用いた水道メータに関する。

回転軸の周囲に複数の羽根を半径方向に設け、流入口と流出口間に設けた計量室に収容され、流入口から流入する流体を前記羽根に対して接線方向から当たるようにして回転させて流量の計測に使用する羽根車本体と、錘部材とからなり、前記錘部材が、羽根車本の回転軸の先端から嵌入して羽根の上部に当接させて固定した円板状のものである計量用羽根車が知られている（特許文献１）。

特許第５１８８２７０号公報

本発明は、低コストで全流量域において流量変動に対する器差変化を最小限に抑えることができる水道メータ用の羽根車、これを用いた水道メータを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の羽根車は、
軸方向に向かって第１の内径を有する第１軸穴部、第１の内径より大径の第２の内径を有する第２軸穴部からなる軸穴が形成され回転中心を有する軸体と、
前記軸体の軸線に沿って前記軸体から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部と、
前記軸体の軸線と交差して、それぞれ隣接する前記第１の羽根部の間に前記軸体から径方向外方に突出して且つ前記第１の羽根部の上端から突出しない範囲で板状に形成された第２の羽根部と、が一体として合成樹脂からなる、
ことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、
軸方向に向かって第１の内径を有する第１軸穴部、第１の内径より大径の第２の内径を有する第２軸穴部からなる軸穴が形成され回転中心を有する軸体と、
前記軸体の軸線に沿って前記軸体から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部と、
前記軸体の軸線と交差して、前記第１の羽根部の一面に突出して且つ前記第１の羽根部の上端から突出しない範囲で板状に形成された第２の羽根部と、が一体として合成樹脂からなる、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の羽根車において、
前記第２の羽根部は、前記軸体の軸線に対して傾斜して形成されている、
ことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項４に記載の水道メータは、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の羽根車と、
第１の外径を有する第１軸部、第１の外径よりも大径の第２の外径を有する第２軸部、前記第１軸部から前記第２軸部に向かって漸次拡径する第３軸部からなる軸部と、前記第２軸部の下端で前記軸部の軸線と直交する方向に突出して形成されたフランジ部と、が一体として合成樹脂からなる羽根車支持部材と、を備えた、
ことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、水道水中における羽根車の回転抵抗の増加を抑制しつつ、低コストで全流量域において流量変動に対する器差変化を最小限に抑えることができる水道メータ用の羽根車を提供することができる。
請求項２及び３に記載の発明によれば、水道水中における羽根車の回転抵抗の増加を抑制しつつ、全流量域における器差を抑制することができる水道メータ用の羽根車を提供することができる。
請求項４記載の発明によれば、低コストで全流量域における器差を抑制することができる水道メータを提供することができる。

インナーケース３０を備えた複箱式水道メータ１０の縦断面図である。 （ａ）は羽根車１の平面図、（ｂ）は縦断面図である。 （ａ）は変形例１に係る羽根車１Ａの平面図、（ｂ）は縦断面図である。 （ａ）は変形例２に係る羽根車１Ｂの平面図、（ｂ）は縦断面図である。 インナーケース３０内における羽根車１の回転動作を説明するための断面模式図である。 羽根車１を用いた水道メータと従来の水道メータの流量に対する器差を比較して示すグラフである。 羽根車の計量室が下ケースを兼ねている単箱式水道メータ１０Ａの縦断面図である。 （ａ）は羽根車１１の平面図、（ｂ）は縦断面図である。 （ａ）は変形例１に係る羽根車１１Ａの平面図、（ｂ）は縦断面図である。 （ａ）は変形例２に係る羽根車１１Ｂの平面図、（ｂ）は縦断面図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施形態の具体例を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

（１）水道メータの構成
図１はインナーケース３０を備えた複箱式水道メータ１０の一般的構成を示す縦断面図である。以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る羽根車１を用いたインナーケース３０が提供された複箱式水道メータ１０（以下、水道メータ１０と記す）の全体構成について説明する。

（１．１）水道メータの全体構成
水道メータ１０は、両端に流入口２１および流出口２２が形成された流入部外箱としての下ケース２０を有し、流入口２１内にはストレーナ２３が取り付けられている。
下ケース２０内には、インナーケース３０が収納されている。インナーケース３０には、それぞれ複数の流入ノズル３１と流出ノズル３２が設けられ、インナーケース３０の内底部３３の中心には羽根車支持部材としてのピボット軸３４が立設されている。

インナーケース３０内には、軸上部に駆動側マグネット６を有する羽根車１がピボット軸３４で回転自在に支持されている。
羽根車１の上方には、下ガスケットＧ１を介して指示ユニット４０が設けられている。
そして、インナーケース３０内には、複数の流入ノズル３１と流出ノズル３２を有する計量室Ａが画成され、計量室Ａ内に羽根車１が収容されている。

指示ユニット４０は、レジスタボックス４１、下台板４２、上台板４３、マグネット４５が装着されたマグネット歯車４６、歯車列４７、指針４８(不図示)、数字車４９、ＯリングＳ１を介して取り付けられたガラス板５０から構成されている。
そして、レジスタボックス４１の底壁を挟んでマグネット歯車４６のマグネット４５と羽根車１の駆動側マグネット６とが対向して、磁気的に結合（以下、マグネットカップリングＭと記す）されている。

指示ユニット４０上には、上ガスケットＧ２を介して上ケース５３が設けられ、下ケース２０に螺合されている。上ケース５３には、ピン５４により蓋５５が上下に開閉自在に取り付けられている。

（１．２）水道メータの動作
このように構成される水道メータ１０は、その流入口２１および流出口２２が上流側の水道管および下流側の水道管（図示せず）に接続されて使用される。流入口２１から流入した水道水はストレーナ２３で異物を取り除かれながら下ケース２０内に流入する。
そして、インナーケース３０の複数の流入ノズル３１を通ってインナーケース３０内の計量室Ａに流入し、水量に応じて羽根車１を回転させた後、流出ノズル３２から流出する。そして、下ケース２０の流出口２２から下ケース２０外に流出する。

このとき、羽根車１の回転はマグネットカップリングＭを介して指示ユニット４０へ伝達され、歯車列４７を介して指針４８を回し、また数字車４９を回転させて、指示ユニット４０で水道メータ１０内を通過した水道水の積算流量値が表示される。

（２）羽根車
図２（ａ）は羽根車１の平面図、（ｂ）は縦断面図である。以下、図面を参照しながら羽根車１の構造について説明する。
羽根車１は、軸方向に向かって軸穴３が形成され回転中心を有する軸体２と、軸体２の軸線に沿って軸体２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部４と、軸体２の軸線と交差して形成された第２の羽根部５と、が一体として合成樹脂によって形成されている。

第１の羽根部４は、軸体２の周囲に周方向に等間隔で複数枚（本実施形態においては６枚）一体に形成されている。
第２の羽根部５は、軸体２の軸線と直交して互いに隣接する第１の羽根部４の間に径方向外方に向かって第１の羽根部４の径方向先端部４ａより突出しない範囲で形成されている。
第２の羽根部５の軸線方向の形成位置は、第１の羽根部４の軸線方向において下端４ｂと上端４ｃとの間で上端４ｃから突出しない範囲であれば特に限定されないが、図２（ｂ）においては、第１の羽根部４の上端４ｃ側に形成されている。

軸体２の下端面には、軸穴３が形成され、インナーケース３０の内底部３３の中心に立設されたピボット軸３４に嵌挿される。
軸穴３は、第１の内径を有する第１軸穴部３ａがピボット軸３４の第１軸部３４ａに嵌挿され、第１の内径より拡径した第２の内径を有する第２軸穴部３ｂがピボット軸３４の第２軸部３４ｂに嵌挿されて回転支持されている。

軸体２の上端部にはマグネットカップリングＭを構成する駆動側マグネット６が固定され、マグネット歯車４６のマグネット４５と対向している。

「変形例１」
図３（ａ）は変形例１に係る羽根車１Ａの平面図、（ｂ）は縦断面図である。
羽根車１Ａは、軸方向に向かって軸穴３が形成され回転中心を有する軸体２と、軸体２の軸線に沿って軸体２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部４と、第１の羽根部４の一面に突出して板状に形成された第２の羽根部５Ａと、が一体として合成樹脂によって形成されている。

第２の羽根部５Ａは、第１の羽根部４の径方向先端部４ａより突出しない範囲で形成されている。
第２の羽根部５Ａの軸線方向の形成位置は、第１の羽根部４の軸線方向において下端４ｂと上端４ｃとの間で上端４ｃから突出しない範囲であれば特に限定されないが、図３（ｂ）においては、第１の羽根部４の上端４ｃ側に形成されている。

「変形例２」
図４（ａ）は変形例２に係る羽根車１Ｂの平面図、（ｂ）は縦断面図である。
羽根車１Ｂは、軸方向に向かって軸穴３が形成され回転中心を有する軸体２と、軸体２の軸線に沿って軸体２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部４と、第１の羽根部４の一面に突出して軸体２の軸線に対して傾斜して板状に形成された第２の羽根部５Ｂと、が一体として合成樹脂によって形成されている。

第２の羽根部５Ｂは、第１の羽根部４の径方向先端部４ａより突出しない範囲で形成されている。
第２の羽根部５Ｂの軸線方向の形成位置は、第１の羽根部４の軸線方向において下端４ｂと上端４ｃとの間で上端４ｃから突出しない範囲であれば特に限定されないが、図４（ｂ）においては、第１の羽根部４の上端４ｃ側に形成されている。

（３）羽根車の回転動作
図５はインナーケース３０内における羽根車１の回転動作を説明するための断面模式図である。以下、図面を参照しながら羽根車１を回転支持するインナーケース３０の構成と動作について説明する。

インナーケース３０は内底部３３を有し、上端が開口された円筒状の筒体として形成されている。インナーケース３０の内底部３３の中心部には、計量室Ａの中央部に向かって突出するピボット軸３４が固定されている。

インナーケース３０の内部には計量室Ａが設けられ、この計量室Ａには流体の流体圧を受けて回転する羽根車１がピボット軸３４に回転自在に嵌挿されて設けられる。

インナーケース３０の周壁３０ａにおける下部には、下ケース２０の流入口２１から計量室Ａに向かって接線方向に複数の流入ノズル３１が設けられている。インナーケース３０の周壁３０ａにおける上部には計量室Ａから下ケース２０の流出口２２に向かって開口する流出ノズル３２が設けられている。

図５に示すように、水道メータ１０においては、流入ノズル３１から流入する水流Ｆは羽根車１を回転させた後、流出ノズル３２へと流出するが、流出ノズル３２がインナーケース３０の周壁３０ａに流入ノズル３１と近接して配置されていることから、流入ノズル３１から流入した水流Ｆは羽根車１の第１の羽根部４の外周部に作用して羽根車１を回転させている。

その結果、羽根車１の中心付近にある流体は羽根車１の回転によって周壁３０ａ側へ引き寄せられ、羽根車１の中心付近の圧力は相対的に低下する。
また、羽根車１の下部にある流体も周壁３０ａ側へ流れようとするため、羽根車１の下部の圧力も低下し、羽根車１は下方へ押し付けられる（図５ Ｒ１参照）。この結果、羽根車１を支えているピボット軸３４へ荷重がかかり、ピボット軸３４の先端部３４ｃとの摩擦力が増大して、計量値に器差変動を引き起こす虞があった。

本実施形態に係る羽根車１によれば、軸体２の軸線に沿って軸体２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部４と、軸体２の軸線と交差して形成された第２の羽根部５と、が一体として合成樹脂によって形成されている。
第２の羽根部５は、軸体２の軸線と直交して互いに隣接する第１の羽根部４の間に径方向外方に向かって第１の羽根部４の径方向先端部４ａより突出しない範囲で形成されている。

その結果、羽根車１は、流入ノズル３１から流入して流出ノズル３２へと流出する水流Ｆの一部を第２の羽根部５の下面で受けて浮力が発生する（図５中 Ｒ２参照）。そして、発生した浮力は、羽根車１を下方へ押し付ける作用（図５中 Ｒ１参照）と相殺しあって、羽根車１を先端部３４ｃで回転支持しているピボット軸３４との摩擦力の増大を抑制している。

また、羽根車１は、第１の内径を有する第１軸穴部３ａがピボット軸３４の第１軸部３４ａに嵌挿され、第１の内径より拡径した第２の内径を有する第２軸穴部３ｂがピボット軸３４の第２軸部３４ｂに嵌挿されて回転支持されている。
そのために、第１軸穴部３ａよりも大径とされた第２軸穴部３ｂでＰＶ値を低下させながら高精度に回転支持され、長期に亘り計量値の器差変動を抑制することができる。

「実施例」
図６は、本実施形態に係る羽根車１を用いた口径２０ｍｍの水道メータ１０と比較例としての従来の口径２０ｍｍの水道メータの流量に対する器差を比較して示すグラフである。
図６において、太線で囲まれた範囲は、計量法で定められる検定公差範囲を示し、実線及び破線で示される曲線は、それぞれ本実施形態に係る羽根車１が組み込まれた水道メータ１０と、従来の羽根車が組み込まれた水道メータとの各器差を示している。

実施例によれば、小流量域においては、本実施形態に係る羽根車１が組み込まれた水道メータ１０と、従来の羽根車が組み込まれた水道メータとの各器差はいずれも検定公差範囲内にある。小流量域においては、羽根車１の回転は相対的に遅く、羽根車１の中心付近にある流体が、羽根車１の回転によって周壁３０ａ側へ引き寄せられる作用は小さく、羽根車１の中心付近の圧力低下が少ないためと推察される。

中流量域から高流量域においては、本実施形態に係る羽根車１が組み込まれた水道メータ１０は、従来の水道メータに比較して、器差がプラス傾向となり、全流量域において器差が平坦化されて、計量法で定められる検定公差範囲に収まることが分かる。

以上、本発明に係る実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことが可能である。
例えば、実施形態に係る羽根車１、１Ａ、１Ｂは、インナーケース３０を備えた複箱式水道メータ１０のみならず、羽根車の計量室が下ケースを兼ねている単箱式水道メータ１０Ａにおける羽根車においても適用することができる。

図７は羽根車の計量室が下ケースを兼ねている単箱式水道メータ１０Ａの一般的構成を示す縦断面図である。
水道メータ１０Ａは、両端に流入口２１Ａおよび流出口２２Ａが形成された流入部外箱としての下ケース２０Ａを有し、この下ケース２０Ａの内部には流入口２１Ａおよび流出口２２Ａを有する計量室Ａが画成されている。
計量室Ａ内には、軸上部に駆動側マグネット６を有する羽根車１１がピボット軸３４で回転自在に支持されている。計量室Ａの上側には計量室Ａと遮水した状態で指示機構部としての歯車列からなる機械式の指示ユニット４０が装着されている。

図８（ａ）は羽根車１１の平面図、（ｂ）は縦断面図、図９（ａ）は変形例１に係る羽根車１１Ａの平面図、（ｂ）は縦断面図、図１０（ａ）は変形例２に係る羽根車１１Ｂの平面図、（ｂ）は縦断面図である。
羽根車１１は、軸方向に向かって軸穴１３が形成され回転中心を有する軸体１２と、軸体１２の軸線に沿って軸体１２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部１４と、軸体１２の軸線と交差して形成された第２の羽根部１５と、が一体として合成樹脂によって形成されている。

第１の羽根部１４は、軸体１２の周囲に連結部１２ａを介して周方向に等間隔で複数枚（本実施形態においては６枚）一体に形成されている。連結部１２ａの上端面は、第１の羽根部１４の上端１４ｃよりも下方に位置して、第１段差部１２ｂが形成されていると共に、連結部１２ａの下端面は、第１の羽根部１４の下端１４ｂよりも上方に位置して、第１段差部１２ｂよりも大きな第２段差部１２ｃが形成されている。

第２の羽根部１５は、軸体１２の軸線と直交して互いに隣接する第１の羽根部１４の間に径方向外方に向かって第１の羽根部１４の径方向先端部１４ａより突出しない範囲で形成されている。第２の羽根部１５の軸線方向の形成位置は、第１の羽根部１４の軸線方向において下端１４ｂと上端１４ｃとの間で上端１４ｃから突出しない範囲であれば特に限定されないが、図８（ｂ）においては、第１の羽根部１４の上端１４ｃ側に形成されている。

「変形例１」
羽根車１１Ａは、軸方向に向かって軸穴１３が形成され回転中心を有する軸体１２と、軸体１２の軸線に沿って軸体１２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部１４と、第１の羽根部１４の一面に突出して板状に形成された第２の羽根部１５Ａと、が一体として合成樹脂によって形成されている。

「変形例２」
羽根車１１Ｂは、軸方向に向かって軸穴１３が形成され回転中心を有する軸体１２と、軸体１２の軸線に沿って軸体１２から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部１４と、第１の羽根部１４の一面に突出して軸体１２の軸線に対して傾斜して板状に形成された第２の羽根部１５Ｂと、が一体として合成樹脂によって形成されている。

このように構成される単箱式水道メータ１０Ａにおいては、流入口２１Ａから流入して流出口２２Ａへと流出する水流によって発生する浮力を第２の羽根部１５、１５Ａ、１５Ｂの下面で受けて、羽根車１１、１１Ａ、１１Ｂを下方へ押し付ける作用と相殺しあう。
その結果、ピボット軸３４の先端部３４ｃとの摩擦力の増大を抑制して、全流量域において器差が平坦化される。

１、１Ａ、１Ｂ、１１、１１Ａ、１１Ｂ・・・羽根車
２、１２・・・軸体
２ａ・・・連結部
３、１３・・・軸穴
３ａ・・・第１軸穴部
３ｂ・・・第１軸穴部
４、１４・・・第１の羽根部
４ａ、１４ａ・・・先端（第１の羽根部）
４ｂ、１４ｂ・・・下端（第１の羽根部）
４ｃ、１４ｃ・・・上端（第１の羽根部）
５、５Ａ、５Ｂ、１５、１５Ａ、１５Ｂ・・・第２の羽根部
６・・・駆動側マグネット
１０・・・複箱式水道メータ
１０Ａ・・・単箱式水道メータ
２０、２０Ａ・・・下ケース
２１、２１Ａ・・・流入口
２２、２２Ａ・・・流入口
２３、３３Ａ・・・ストレーナ
２３Ａ・・・内底部（下ケース）
３０・・・インナーケース
３０ａ・・・周壁
３１・・・流入ノズル
３２・・・流出ノズル
３３・・・内底部（インナーケース）
３４・・・ピボット軸
３４ａ・・・第１軸部
３４ｂ・・・第２軸部
４０・・・指示ユニット
４１・・・レジスタボックス
４２・・・下台板
４３・・・上台板
４５・・・マグネット
４６・・・マグネット歯車
４７・・・歯車列
４８・・・指針 (不図示)
４９・・・数字車
５０・・・ガラス板
５３・・・上ケース
５５・・・蓋
Ａ・・・計量室
Ｓ１・・・Ｏリング

Claims (4)

1. 軸方向に向かって第１の内径を有する第１軸穴部、第１の内径より大径の第２の内径を有する第２軸穴部からなる軸穴が形成され回転中心を有する軸体と、
   前記軸体の軸線に沿って前記軸体から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部と、
   前記軸体の軸線と交差して、それぞれ隣接する前記第１の羽根部の間に前記軸体から径方向外方に突出して且つ前記第１の羽根部の上端から突出しない範囲で板状に形成された第２の羽根部と、が一体として合成樹脂からなる、
   ことを特徴とする羽根車。
2. 軸方向に向かって第１の内径を有する第１軸穴部、第１の内径より大径の第２の内径を有する第２軸穴部からなる軸穴が形成され回転中心を有する軸体と、
   前記軸体の軸線に沿って前記軸体から径方向外方に突出して形成された板状の第１の羽根部と、
   前記軸体の軸線と交差して、前記第１の羽根部の一面に突出して且つ前記第１の羽根部の上端から突出しない範囲で板状に形成された第２の羽根部と、が一体として合成樹脂からなる、
   ことを特徴とする羽根車。
3. 前記第２の羽根部は、前記軸体の軸線に対して傾斜して形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の羽根車。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の羽根車と、
   第１の外径を有する第１軸部、第１の外径よりも大径の第２の外径を有する第２軸部、前記第１軸部から前記第２軸部に向かって漸次拡径する第３軸部からなる軸部と、前記第２軸部の下端で前記軸部の軸線と直交する方向に突出して形成されたフランジ部と、が一体として合成樹脂からなる羽根車支持部材と、を備えた、
   ことを特徴とする水道メータ。

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