JP6824543B1

JP6824543B1 - 水道メータ

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Publication number: JP6824543B1
Application number: JP2020083569A
Authority: JP
Inventors: 章夫信長; 明小池
Original assignee: Toshin Inc
Current assignee: Toshin Inc
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2040-05-12
Also published as: JP2021179325A

Abstract

【課題】羽根車の回転を検出する機能や検出された回転数に基づいて算出されたデータを外部に向けて送信する機能等を基板に集約することによって、指示ユニットのコンパクト化及び低消費電力化を図ることのできる水道メータを提供することである。【解決手段】羽根車の回転に基づき流量を計測表示する指示ユニット２０を有する水道メータにおいて、前記指示ユニット２０は、前記羽根車の回転を検出する回転検出部３１と、この回転検出部３１によって検出された羽根車の回転数に基づいて流量を算出する制御部と、この制御部によって算出された流量値を表示する計量表示部３３と、前記流量値を外部に向けて送信する外部出力部３４と、前記回転検出部３１、制御部、計量表示部３３及び外部出力部３４に電力を供給する電源部３２と、を有するユニット基板２４を備えた。【選択図】図７

Description

本発明は、遠隔において検針操作可能な水道メータに関するものである。

従来の一般的な水道メータは、流入する水の流量によって回転する羽根車を有する下ケースと、前記羽根車の回転数を計測することによって水道の使用量を表示する指示ユニット等を有する上ケースとによって構成されている。

前記指示ユニットは、通常蓋体によって閉じられており、検針する際には、蓋体を開けて使用量を確認している。しかし、施錠された領域内に水道メータがある場合等では、検針員が指示ユニットの表示部を直接読み取れないことがある。このような問題を解決するため、指示ユニットの表面をカメラで撮影し、撮影された画像データを外部に送信するメータ装置が特許文献１に記載されている。

また、特許文献２には、指示ユニットの表面を覆う透明板上に配置可能な積算流量検出装置を備えた水道メータが開示されている。前記積算流量検出装置は、下ケースに配置されている羽根車の回転に連動する回転板の回転を、前記透明板を介して光学的に検知することによって、前記回転板の回転数に基づいた水の積算流量を算出する。そして、その算出したデータを無線送信することによって外部から検針することが可能な構成となっている。

特許第５８８２５１９号公報特許第６４８９３４３号公報

特許文献１に記載された水道メータによれば、蓋体のみを取り換えるだけで、遠隔管理が可能となる。しかしながら、カメラで撮影した画像データを外部に送信する場合、電力消費量が多くなってしまう。このため、電池を駆動源とする場合にあっては、電池寿命が短くなり、電池交換する頻度が高くなる。また、画像データを外部に送信するシステムに故障や障害が生じた際には、蓋体を開けるのが容易でなく、検針員が水道メータの表示部を直接読み取るのが困難となる。

一方、特許文献２に記載された水道メータによれば、積算流量検出装置を用いて流量表示部の回転板の回転数に基づいた水の積算流量のデータを外部に送信するので、特許文献１に開示されているような画像データを外部に送信する水道メータと比べて消費電力が抑えることができる。しかしながら、前記積算流量検出装置が、回転板を備えた指示ユニットの上を覆うような別体で構成されているため、水道メータのコンパクト化が図られないといった問題があった。また、前記指示ユニットの表面を覆う透明板を介して回転板の回転を外付けの前記積算流量検出装置で光学的に検出する方式であるため、前記透明板の透過状態によっては回転検出精度に影響を受ける場合がある。

そこで、本発明の目的は、羽根車の回転を検出する機能や検出された回転数に基づいて算出されたデータを外部に向けて送信する機能等を基板に集約することによって、指示ユニットのコンパクト化及び低消費電力化を図ることのできる水道メータを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の水道メータは、流入水によって回転する羽根車を有する下ケースと、前記下ケースの上に装着され、前記羽根車の回転に基づき流量を計測表示する指示ユニットを有する上ケースと、を備えた水道メータにおいて、前記指示ユニットは、前記上ケース内に組み込まれるユニット基板を有し、前記ユニット基板には、前記羽根車の回転を検出する回転検出部と、この回転検出部によって検出された羽根車の回転数に基づいて流量を算出する制御部と、この制御部によって算出された流量値を表示する計量表示部と、前記流量値を外部に向けて送信する外部出力部と、前記回転検出部、制御部、計量表示部及び外部出力部に電力を供給する電源部と、が備えられ、前記羽根車と前記回転検出部との間に回転伝達機構が設けられ、前記回転伝達機構は、前記回転検出部と前記電源部とが配置される側において、前記ユニット基板に取り付けられている。

本発明に係る水道メータによれば、指示ユニットにユニット基板を設け、このユニット基板に流量の計測表示部、外部出力部及び電源部を集約して配置しているので、コンパクト化及び低消費電力を図ることができる。

本発明の水道メータの斜視図である。水道メータの内部構造を示す断面図である。指示ユニットの分解斜視図である。指示ユニットの断面図である。ユニット基板を表面側から見た斜視図である。ユニット基板を裏面側から見た斜視図である。ユニット基板の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る水道メータの実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１及び図２に示すように、本発明の水道メータ１１は、一対の通水管１５を通して流れる水道水を計量する計量室１４を有し、上部が開口した下ケース１２と、前記計量室１４の上部に配置され、指示ユニット２０を有する上ケース１３とを備えている。前記下ケース１２は、ナイロンやポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等からなる成形品あるいは鉛レス銅合金等からなる鋳造体によって形成されている。上ケース１３は樹脂によって円筒状に形成され、前記下ケース１２の開口した上部に固定される。この上ケース１３には、指示ユニット２０の上面から１２０度以上の角度で開閉可能な蓋体１６がヒンジ１６ａを介して取り付けられている。

前記計量室１４内には、羽根車１７が回転軸１７ａを中心に回転自在に配置されており、前記一対の通水管１５を通して流れる水道水の流量の増減に応じて、羽根車１７の回転速度も増減する。前記羽根車１７の回転軸１７ａの先端部にはマグネット１９が組み込まれており、このマグネット１９と磁気的に結合されるカップリングギア１８を介して、前記羽根車１７の回転を後述する回転伝達機構２３に伝達する。なお、前記回転軸１７ａの先端部にはマグネット１９とカップリングギア１８とを囲うようにして磁気遮蔽リング１８ａを設けることによって、外部からの磁気の影響を受けずに結合を確実に行うことができる。前記計量室１４の開口した上部には受圧板１２ａが載置され、Ｏリング４５を介して下ケース１２に密着される。

前記指示ユニット２０は、図２及び図３に示したように、前記受圧板１２ａ上に載置されるユニットケース２１と、このユニットケース２１内に収容される回転伝達機構２３と、この回転伝達機構２３の上に配置されるユニット基板２４と、このユニット基板２４の表面２４ａを覆う表面カバー２５とによって構成されている。前記表面カバー２５は、Ｏリング４５を介してユニットケース２１上に密接され、その周囲を表示面固定リング２２によって固定されている。

前記表面カバー２５には、前記ユニット基板２４上の計量表示部３３とパイロット本体２９が露出する窓部３５ａ，３５ｂが形成された表示面３５を備えている。前記表示面３５には、計量表示部３３に表示される数値の単位や水道メータ１１の型番やその他の仕様が印字され、検針やメンテナンス等において蓋体１６を開くことによって確認が可能となっている。また、前記表面カバー２５には、図７に示すように、ユニット基板２４に形成されている有線送信部３４ｂのケーブル接続部４０及びこのケーブル接続部４０に接続されるケーブル４１の一部を収容するケーブル接続部カバー３６と、漏水を検知する振動センサの一部を収容するセンサ収容部３７とを備えている。

前記回転伝達機構２３は、図４に示すように、前記カップリングギア１８に歯合して前記羽根車１７の回転力を受けて回転するパイロット回転ギア２６と、このパイロット回転ギア２６に歯合する連結ギア群２７と、この連結ギア群２７によって回転する回転板２８とを備えている。前記パイロット回転ギア２６には、羽根車１７の回転状態を外部から確認するためのパイロット本体２９が設けられている。このパイロット本体２９は、パイロット回転ギア２６の主軸２６ａの先端に嵌め込まれるボス部２９ａと、このボス部２９ａの先端に設けられている光反射部２９ｂとが一体に形成されている。前記光反射部２９ｂの上面は、正多角錐面状の光反射面となっている。水道の非使用時においては、パイロット本体２９の回転の有無によって、水栓の不完全閉りや水道管の漏れ等の有無が判別できる。また、水道の使用時においては、一定位置からパイロット本体２９の光反射面に投光された光の反射角の変化の回数を検出することによって、パイロット本体２９の積算回転数から流量を計測することができる。

前記回転伝達機構２３は、複数のスペーサ部材３０を介してユニット基板２４の裏面２４ｂに取り付けられる。なお、前記カップリングギア１８を設けずに、パイロット回転ギア２６が羽根車１７の回転軸１７ａと一体に回転するように連結されていてもよい。

前記ユニット基板２４は、図５に示すように、表面２４ａ側に計量表示部３３、パターン状のアンテナ３９及びケーブル接続部４０が配置され、図６に示すように、裏面２４ｂ側に回転伝達機構２３の回転板２８と対向する回転検出部３１、ユニット基板２４の各部に電力を供給する電池３８が装着可能な電源部３２が設けられている。前記電池３８としては、主にリチウム電池が使用される。このように、ユニット基板２４の表面２４ａと裏面２４ｂとに各部がコンパクトに集約して配置されている。また、ユニット基板２４の中央部には、パイロット本体２９を露出する貫通孔４４が設けられると共に、ユニット基板２４の側面を切り欠いた箇所に、後述する振動センサからなる漏水検知部４３が設けられている。

図７は前記ユニット基板２４の機能をブロック図で示したものである。このユニット基板２４には、上記各部の他に、制御部（ＣＰＵ）や記憶部（メモリ）等の電子部品が実装され、前記ＣＰＵを中心として各部がプリント配線パターンによって電気的に接続されている。

本実施形態の回転検出部３１は、発光部と受光部とが対向してなる透過型の一対のフォトセンサ３１ａ，３１ｂによって構成されている。一方、前記回転伝達機構２３の回転板２８には、円周方向に沿って２分割された回転角を有する円弧状の遮光壁からなる検出面２８ａが形成されている。前記回転板２８の回転量の検出は、前記検出面２８ａが一対のフォトセンサ３１ａ，３１ｂの発光部と受光部との間のスリットを出入りして遮光することによって行われ、その回数を制御部（ＣＰＵ）がカウントし、そのカウント値を定期的にメモリに記憶する。前記回転伝達機構２３の回転板２８は、水道水が計量室１４を通過するときの羽根車１７の回転、すなわち水の流量に応じて回転する。前記回転板２８は、水が１０Ｌ流れると１回転するようになっている。

一対のフォトセンサ３１ａ，３１ｂは、回転板２８の回転中心に対して９０度の回転角度に配置されており、回転板２８に設けられている前記検出面２８ａによって遮光されている区間と、遮光されていない区間とをそれぞれ検知する。これによって、羽根車１７の１回転に相当する１周期を４分割したパルス列がフォトセンサ３１ａ，３１ｂごとに生成され、羽根車１７の回転状態を１／４回転ごとに検出することができる。また、前記各フォトセンサ３１ａ，３１ｂによって生成されるパルス列の状態変化に基づいて、後述するように、回転板２８の正逆の回転方向を判別すると共に、回転板２８の通算正回転数を算出する。そして、前記通算正回転数に基づいて水の積算流量のデータを作成する。なお、本実施形態では、フォトセンサとして透過型を使用したが反射型であってもよい。反射型の場合は、前記検出面２８ａが回転板２８の表面に半円状に形成され、この検出面２８ａによって反射した光を検知することによって回転板２８の回転量を検出する。

本実施形態では、前記一対のフォトセンサ３１ａ，３１ｂを通過する前記回転板２８の検出面２８ａを検出することによって、水２．５Ｌごとの量をカウントする。ＣＰＵは、前記カウント値に基づいて、水の積算流量をｍ^３換算で小数第４位の数値で算出する。この算出された数値は、所定時間ごとに前記計量表示部に表示されると共に、外部出力部の無線送信部又は有線送信部を介して外部の端末装置に送信される。

前記回転板２８の正逆の回転方向は、前述したように、一対のフォトセンサ３１ａ，３１ｂの検出によって生成され、９０度位相がずれたそれぞれのパルス列の状態変化に基づいてＣＰＵが判定する。例えば、一方のパルス列が（Ｈ-Ｈ）の期間に他方のパルス列が（Ｌ→Ｈ）に変化したら＋１カウントとし、（Ｈ→Ｌ）に変化したら−１カウントとするように設定する。このようにして、ＣＰＵは回転板２８の正回転数と逆回転数を回転板２８の１／４回転ごとに算出する。さらに、ＣＰＵは、正回転数を加算し、逆回転数を減算することによって、正逆回転数を積算し、回転板２８の通算正回転数を算出する。そして、その通算正回転数に基づいて水の積算流量のデータを作成する。例えば、所定の期間で、通算で回転板２８が９８７６回転半だけ正回転すれば、水の積算流量は、１０Ｌ／回転×９８７６．５回転＝９８７６５Ｌ＝９８．７６５ｍ^３となる。

前記算出された積算流量は、計量表示部３３に表示される。計量表示部３３は、数桁のデジタル表示が可能な液晶表示装置（ＬＣＤ）によって形成されている。このＬＣＤは、一例として、１ｍ³以上の流量（水使用量）を示す第１表示部と、この第１表示部より数字が小さい第２表示部とで構成される。前記第２表示部は流量（水使用量）のｍ³未満の数字となる。また、前記計量表示部３３に、バッテリの残存量を示すようにしてもよい。

図３乃至図６に示したように、前記電源部３２には、電池３８が配置される。この電池３８は、前記回転検出部３１と、前記回転伝達機構２３の一部であるパイロット本体２９の主軸２６ａ及び回転板２８に隣接して配置されている。前記ユニット基板２４の裏面２４ｂには、円筒型の電池３８を装着するためのプラス／マイナスからなる一対の電極端子４６ａ，４６ｂが、はんだ付け等によって直付けされている。本実施形態では、２本の電池３８をユニット基板２４の裏面２４ｂ内に左右並べて配置させるため、前記回転検出部３１及び回転伝達機構２３の一部が配置されているスペースを挟むように、一対の電極端子４６ａ，４６ｂを二組ハの字状にして配置した。なお、ユニット基板２４の平面サイズに余裕がある場合は、前記回転検出部３１及び回転伝達機構２３の一部が配置されているスペースを挟んで２本の電池３８を平行に配置してもよい。このように、電池３８を２本分装着することができるので、指示ユニット２０の駆動可能な期間を長くすることができる。また、前記一対の電極端子４６ａ，４６ｂがユニット基板２４の裏面２４ｂに直接取り付けられているので、電池３８を省スペースで装着することができ、指示ユニット２０自体のコンパクト化が図られる。

本発明の水道メータ１１は、蓋体１６を開けることなく、無線又は有線による通信手段によって外部の端末等に検針データを送信することをメインとしているため、指示ユニット２０の表面側は、計量表示部３３とパイロット本体２９のみのシンプル且つコンパクトな構成となっている。前記計量表示部３３は、外部への通信障害が発生した場合やメンテナンス等において有用となる。また、前記計量表示部３３にＬＣＤを使用したことで、消費電力を低減させることができると共に、従来のような羽根車の回転に連動させる数字車を駆動する機構部が不要となり、その代わりに図４に示したような前記電池３８を２本分収容可能なスペースを有する電源部３２が設けられるので、指示ユニット２０全体のコンパクト化が図られる。また、前記ＬＣＤの表示を蓋体１６が閉じられている場合はオフにし、蓋体１６を開けた状態でオンにするように設定することによって、電力消費をさらに低く抑えることができる。さらに、ユニット基板２４の裏面２４ｂ側に２本の電池３８が装着可能となっているので、電源寿命を長くすることができる。

外部出力部３４は、無線送信部３４ａ又は有線送信部３４ｂのいずれかの通信手段を備えている。無線送信部３４ａは、ユニット基板２４に実装される無線伝送チップ（図示せず）及びアンテナ３９によって構成されている。ＣＰＵは計量表示部３３に表示されるデータを一定間隔で無線伝送チップに送り、前記アンテナ３９を介して外部に発信する。検針する受信側では、前記アンテナ３９から発信される電波を専用端末あるいははタブレットやスマートフォンのような携帯情報端末で受信することによって、所定の検針データを得ることができる。有線送信部３４ｂは、前記ユニット基板２４に実装される有線伝送チップ（図示せず）及び図１に示したように、上ケース１３の外部に引き出されるケーブル４１を接続するためのケーブル接続部４０を有している。このケーブル接続部４０には、有線出力ピン（図示せず）がユニット基板２４の表面２４ａに設けられており、前記有線出力ピンにケーブル４１の一端がはんだ付けされる。また、前記はんだ付け部分をエポキシ樹脂等によって埋め込むことで防水性を高めることができる。なお、前記有線出力ピンにコネクタ（図示せず）を接続し、このコネクタにケーブル４１を着脱可能に接続させてもよい。前記ケーブル４１は、ケーブル接続部カバー３６から引き出され、このケーブル４１の先に接続される専用端末あるいはタブレットやスマートフォンのような携帯情報端末で検針データを得ることができる。

また、前記ユニット基板２４には、水道メータ１１周辺の温度を測定することができるサーミスタ等の温度センサ４２を備えており、前記温度センサ４２が通常使用範囲を超えた異常温度を検出すると、外部出力部３４を介してアラームを通知することができる。これによって、水道メータ１１の凍結等を防止することができると共に、ユニット基板２４に実装されているＣＰＵやメモリ等の電子部品を保護することができる。

本実施形態では、指示ユニット２０に漏水検知部４３を備えている。この漏水検知部４３は、圧電素子を備えた振動センサを使用することができる。この振動センサを指示ユニット２０の内部に設けることで、指示ユニット２０が受ける所定以上の振動を検知することができる。ここで、ＣＰＵでは、回転検出部３１において回転板２８の回転を検出している際に生じる振動は、水道メータ１１自体の振動であると判定する。一方、前記回転検出部３１において回転板２８の回転を検出していない状態に振動を検知すると、この振動は、水道メータ１１の通水管１５に接続されている水道管によって漏水が発生したものと判定する。従来、水道メータにおける水の使用量を常時監視することによって、漏水の有無を確認するのが一般的であるが、本方式では、通常の水量検知以外の異常振動を検知することによって水道管からの漏水を検知することができる。

このようにして検知された漏水情報や前記温度センサによって検知された温度情報等は、メモリ内に予め登録されている各種パターンの警報文や警報音に基づいて、ＣＰＵから外部出力部３４を介してアラーム情報として外部に送信することができる。また、水道メータ１１に設けられるブザー等を介して警告音を発するようにすることもできる。

以上説明したように、本発明の水道メータによれば、指示ユニット２０に備わるユニット基板２４に流量の計測表示機能、外部出力機能及び電源部を集約しているので、コンパクト化が図られる。また、外部への通信に関して、無線又は有線のいずれかの通信方式が選択可能となっているので、検針作業や異常が発生した際のアラーム情報を迅速に取得することができる。さらに、計量表示部にＬＣＤを採用することによって、内部機構を簡略化することができると共に、電力消費を大幅に削減することができる。

１１水道メータ
１２下ケース
１２ａ受圧板
１３上ケース
１４計量室
１５通水管
１６蓋体
１６ａヒンジ
１７羽根車
１７ａ回転軸
１８カップリングギア
１８ａ磁気遮蔽リング
１９マグネット
２０指示ユニット
２１ユニットケース
２２表示面固定リング
２３回転伝達機構
２４ユニット基板
２４ａ表面
２４ｂ裏面
２５表面カバー
２６パイロット回転ギア
２６ａ主軸
２７連結ギア群
２８回転板
２８ａ検出面
２９パイロット本体
２９ａボス部
２９ｂ光反射部
３０スペーサ部材
３１回転検出部
３１ａ，３１ｂフォトセンサ
３２電源部
３３計量表示部
３４外部出力部
３４ａ無線送信部
３４ｂ有線送信部
３５表示面
３５ａ，３５ｂ窓部
３６ケーブル接続部カバー
３７センサ収容部
３８電池
３９アンテナ
４０ケーブル接続部
４１ケーブル
４２温度センサ
４３漏水検知部
４４貫通孔
４５Ｏリング
４６ａ，４６ｂ電極端子

Claims

流入水によって回転する羽根車を有する下ケースと、
前記下ケースの上に装着され、前記羽根車の回転に基づき流量を計測表示する指示ユニットを有する上ケースと、を備えた水道メータにおいて、
前記指示ユニットは、前記上ケース内に組み込まれるユニット基板を有し、
前記ユニット基板には、前記羽根車の回転を検出する回転検出部と、この回転検出部によって検出された羽根車の回転数に基づいて流量を算出する制御部と、この制御部によって算出された流量値を表示する計量表示部と、前記流量値を外部に向けて送信する外部出力部と、前記回転検出部、制御部、計量表示部及び外部出力部に電力を供給する電源部と、が備えられ、
前記羽根車と前記回転検出部との間に回転伝達機構が設けられ、
前記回転伝達機構は、前記回転検出部と前記電源部とが配置される側において、前記ユニット基板に取り付けられている水道メータ。
流入水によって回転する羽根車を有する下ケースと、
前記下ケースの上に装着され、前記羽根車の回転に基づき流量を計測表示する指示ユニットを有する上ケースと、を備えた水道メータにおいて、
前記指示ユニットは、前記上ケース内に組み込まれるユニット基板を有し、
前記ユニット基板には、前記羽根車の回転を検出する回転検出部と、この回転検出部によって検出された羽根車の回転数に基づいて流量を算出する制御部と、この制御部によって算出された流量値を表示する計量表示部と、前記流量値を外部に向けて送信する外部出力部と、前記回転検出部、制御部、計量表示部及び外部出力部に電力を供給する電源部と、が備えられ、
前記羽根車と前記回転検出部との間に回転伝達機構が設けられ、
前記回転伝達機構は、前記羽根車の回転力を受けて回転するギアの主軸の先端に設けられるパイロット本体を有し、このパイロット本体が前記ユニット基板を貫通して設けられている水道メータ。
前記外部出力部は、アンテナを有する無線送信部及びケーブル接続部を有する有線送信部の少なくともいずれかによる通信手段を備え、
前記計量表示部と、前記アンテナ及びケーブル接続部の少なくともいずれかが前記ユニット基板の表面に設けられ、
前記回転検出部及び電源部が前記ユニット基板の裏面に設けられている請求項１又は２に記載の水道メータ。
前記回転伝達機構は、前記羽根車の回転軸の先端部に磁気結合されるカプリングギアと、このカプリングギアに歯合される連結ギア群を介して、前記回転検出部と対向する位置に回転可能に配置される回転板と、を備えている請求項１又は２に記載の水道メータ。
前記回転検出部は、発光部と受光部を有するフォトセンサを一対備え、
前記回転板には、前記一対のフォトセンサによる遮光又は反射を検出する検出面が円周方向に形成されている請求項４に記載の水道メータ。
前記制御部は、前記回転検出部によって検出される前記羽根車の正逆の回転方向を判別すると共に、前記羽根車の通算正回転数に基づいて積算流量を算出する請求項１又は２に記載の水道メータ。
前記外部出力部は、前記計量表示部に表示されるデータや各種のアラーム情報を外部に送信する請求項１乃至３のいずれかに記載の水道メータ。
前記電源部には少なくとも２本の電池が配置され、この２本の電池の間に前記回転検出部及び回転伝達機構が配置されている請求項１又は２に記載の水道メータ。
前記電源部には２本電池が左右に且つハの字状に並んで配置され、この２本の電池の間に前記回転検出部及び回転伝達機構が配置されている請求項８に記載の水道メータ。
前記指示ユニットには、振動によって漏水を検知する漏水検知部を備える請求項１又は２に記載の水道メータ。