JPH0139529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体の流量を計測する流量センサの全
体構成に関する。

従来例の構成とその問題点 流体の流量を計測する手段として所謂計測器と
しての電磁流量計など各種流量計を始め様々な形
式があるが、流量計測器としてではなく流体を扱
う機器や自動車などの流量センサとして使用され
る用途も近年増加してきており、この場合小型で
機器等に組込易い形式のものが要求される。その
一方式としてセンサ部の構成が比較的簡易なボー
ル周回式流量センサの形態があり、その従来例を
第１図、第２図に於いて説明する。両図に於いて
１０１は断面形の環状通路でこの通路の外周に１
０２の流入通路と１０３の流出通路が開口し、環
状通路１０１内には球体１０４が挿入されてい
る。流体が図中実線の矢印の方向に環状通路１０
１内を環流しながら流入通路１０２から流出通路
１０３へ流れ、それと共に球体１０４も破線の矢
印の方向へ環状通路内を周回運動する。この球体
の周回の回転数は流体の流量に比例するなど相関
がある為、球体の回転数を図示してない光センサ
などでパルス的に検出し制御回路を通して流量を
計測する。第２図は第１図と同様であるが、流出
通路１０３が環状通路１０１の中央から流路面に
垂直方向に流出するよう構成された場合である。

いずれの場合もこれら従来例の問題点として、
まず第１に流量抵抗が大きいことが上げられる。
環状通路を形成している為流路の入口出口が方向
変換しそれによる曲がり損失を生じると共に、環
流が流入通路附近で流入の流れと交錯して流入抵
抗となり損失を生じ、更に球体の周回が促進する
ように球体が環状通路断面に近い大きさで形成さ
れている場合にも大きな流路抵抗となる。また流
入通路１０２に球体の周回を円滑にするようノズ
ルを設けた場合更に大きな流路抵抗となる。

第２にセンサとしての構造が大きくなり易いな
ど構成上の課題がある。上記のように通路抵抗が
大きくなる為それを低減するよう通路経を大きく
する必要があり、また通常の直管などに対し環状
通路を形成しておりその分のスペースが必要であ
りセンサ全体として前後の通路に対し大型にな
る。加えて流入通路１０２に対し流出通路１０３
の方向がある程度限定されることになり、センサ
として機器などに組込む場合の構成上の制約を生
じたり全体の大型化につながり易いなどの問題点
がある。

第３に球体が比較的大きくなり易い環状通路１
０１を周回する為その運動量も大きく、球体と環
状通路外周面とで摩擦する時の騒音が大きいなど
特性上の欠点もあげられる。

第４に低流量域における感度特性が悪く測定精
度も悪いことがあげられる。環状通路を有してい
るため、球体１０４が流入通路１０２から離れた
位置にあるときに低流量流れると、流れが流出通
路１０３にシヨートサーキツトし検出不可能とな
る。また低流量では球体１０４が流入通路１０２
の前に来たときには回転が速くなり、その他の所
で遅くなるなど、回転が不安定となり測定精度が
悪かつた。また従来、ボールの上流側と下流側に
周回部を有するものとしては、特開昭50−51758
号公報がある。これは、ボールの下流側に設けた
ガイドレールの下面で下流側の周回部を、ボール
の上流側にある水平段部の先端部で上流側の周回
部を構成したものであるが、上流側周回部と下流
側周回部でのボールの当接点形状が異なり、回転
検出信号が安定しない構成であつた。

発明の目的 本発明は上記従来の流量センサの欠点に鑑み、
流体を扱う機器が自動車などの流量センサに適用
し易い高性能で小型コンパントな流量検出装置を
提供することを目的とする。

発明の構成 上記目的を達成する為に、本発明は、流路中の
流体を軸流旋回させる固定翼車と、前記固定翼車
による旋回流の中に位置し流れの方向に対し垂直
方向に周回する球体と、該球体の周回の回転数を
検出する検出手段と、前記球体を前記旋回流の範
囲内にとどめるとともに前記球体の周回溝をもつ
流出防止手段とからなり、前記流出防止手段は、
前記固定翼車の中心部の延長に一体的に形成され
流れの方向に流路が拡大するテーパ面と流路側壁
で上流側の周回溝を、流路が縮少するテーパ面と
前記流路側壁で下流側の周回溝を構成したもので
あり、以下本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。

実施例の説明 第３図及び第４図で、１は流路２を形成するた
めのハウジングで、ハウジング１内には流体を軸
流旋回させるための固定翼車３が挿着され、リン
グ４により抜け防止されている。また前記固定翼
車３と一体に構成された中心軸６は、流れ方向に
対して流路を拡大するテーパ面７と流路に縮少す
るテーパ面８を前記固定翼車３の近傍に有してい
る。９は鋼球であり、前記テーパ面７と流路側壁
１０で構成された上流側の周回溝１１に設けられ
ている。また前記テーパ面８と流路側壁１０によ
り下流側の周回溝１２が構成されている。尚テー
パ面８は鋼球９の流出防止手段となつている。ハ
ウジング１の外部には、前記鋼球９の回転数を検
出する検出手段である永久磁石１３と磁気抵抗素
子等の磁気検出素子１４が固定されている。１
５，１６はハウジング１の入口及び出口を示して
いる。１７は流れ方向を示す矢印である。

第５図は固定翼車３であるが、中心軸６と外枠
１８の間には、翼車板２０が一定の傾斜で複数枚
設けられている。この翼車３は樹脂で成形されて
いる。このように構成された流量検出器装置は、
中心軸６が垂直となるように機器に取り付られて
使用される。

次に上記構成における動作について説明する。

流量検出装置は、第３図、第４図に示したよう
に入口１５と出口１６が上下方向となるように設
置される。このような状態にあつて、矢印１７の
方向からハウジング１内に流体が流入すると、テ
ーパ面７と流路側壁１０で構成され固定翼車３に
近接している周回溝１１に設けられている鋼球９
は、固定翼車３で軸流旋回された旋回流により運
動力を得て流体の流れの方向に対し垂直方向に流
路２内を周回することになる。その周回による鋼
球９の回転数は汚体の流量に相関し、本実施例に
おいては比例関係となつている。今流量が少ない
場合には鋼球９は周回溝１１を周回するが、流量
が大きい場合には第４図に示すように鋼球９は流
体の流れにより周回溝１２に当接した状態で周回
するようになる。この周回する鋼球９の回転は、
永久磁石１３と磁気検出素子１４の近傍を前記鋼
球９が通過する際に磁気検出素子１４から発生す
るパルス信号として取り出され制御回路（図示せ
ず）により計測処理することにより流量として測
定されることになる。球体の材質は磁性材であれ
ばよく、特に限定されるものではないが鋼球の外
周に樹脂モールドを行なつてもよく、この場合に
は軽量な磁性球体となり最少検出流量がさらに下
げられるなどの点で有利となる。以上のように本
実施例においては、鋼球９が周回する周回溝は、
流れ方向に対して流路が縮少するテーパ面８及び
流路が拡大するテーパ面７と、流路側壁１０によ
り構成されており該テーパ面７，８は鋼球９を
各々の位置で同軌道で周回させるのに最適な形状
であり安定した回転が得られるものである。

次に本発明の他の実施例を第６図、第７図によ
り説明する。

第６図、第７図において１８は流路１９を形成
するためのハウジングであり、ハウジング１８内
には固定翼車２０が回転しないように挿入され、
リング２１により抜け防止されている。固定翼車
２０には鋼球２２が周回する際に当接するテーパ
面２３，２４を有する中心軸２５が設けられてい
る。また固定翼車２０の外周部には前記固定翼車
２０に垂直でかつ円筒状に前記固定翼車２０と一
体に構成された流路側壁２６が構成されている。
２７，２８は各々入口と出口を示し、２９は永久
磁石、３０は磁気検出素子を示す。

本実施例における動作は、第３図〜第５図によ
り前述した内容と同様であり説明は省略する。本
実施例においては、流路側壁２６と中心軸２５を
射樹により一体成形可能であるため、前記流路側
壁２６と中心軸２５のテーパ面２３，２４は同一
材質となり、鋼球２２との摩擦係数が等しいた
め、鋼球２２の周回回転数が安定する特長を有し
ている。また鋼球２２が同材質の面に当接するた
め、低騒音化が図れると共に、テーパ面２３，２
４や流路側壁２６にかたよつた摩耗が生じない効
果を有している。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明の流量検
出装置は、流路中の流体を軸流旋回させる固定翼
車と前記固定翼車による旋回流の中に位置し流れ
の方向に対し垂直方向に周回する球体と該球体の
周回の回転数を検出する検出手段と、前記球体を
前記旋回流の範囲内に止どめると共に前記球体の
周回溝をもつ検出防止手段とからなり、前記流出
防止手段は、前記固定翼車の中心部の延長に一体
的に形成され流れの方向に流路が拡大するテーパ
面と流路側壁で上流側の周回溝を、流路が縮少す
るテーパ面と前記流路側壁で下流側の周回溝を構
成することにより下記の効果を有するものであ
る。

(1) 固定翼車の中心部の延長に一体的に形成され
流れの方向に流路が拡大するテーパ面と流路壁
で上流側の周回溝を、流路が縮少するテーパ面
と前記流路壁で下流側の周回溝を形成し、球体
を周回させるため、球体は常に流路側壁に当接
すると共に、前記上流側の周回溝と下流側の周
回溝の両方で位置決めされるため、検出手段と
の距離が一定になり且つ球体が一定範囲内で周
回するため、回転検出信号出力のレベルのバラ
ツキを小さくすることができ安定した回転検出
が可能となる。

(2) 上下の周回溝のテーパ面と流路側壁からなる
形状とすることにより、上及び下の周回溝で周
回する際の摩擦力に差は少なく、流量に対する
回転数特性は直線性を有する。

(3) センサ部としては羽根車などの旋回手段と球
体と流出防止手段であり、翼車は軸流で流体に
旋回を生じさせる手段に流路径に対し低抵抗で
あり、球体も流路内で軸流に対し周回する構成
で流路径よりも一段と径小であり、全体として
流量抵抗が極めて小さい。又従来のボール式流
量センサとの比較においても、流路の極端な曲
がりがない、流動自体の干渉がない。球体の大
きさは流路に対しより径小に設けられるなど流
体の流量抵抗は極めて小さくなる。

(4) 従来の流路自体が環状流路を形成する必要も
なく、直管など一般流路に軸流を生じせしめて
球体を回転させることに特長があり、従つて流
路が最もシンプルでセンサ部としての流路長も
短かく形成でき、流量検出装置として構造が簡
易で極めて小型コンパクトである。

(5) 従来構成ではセンサ流路入口に対する出口方
向は同一流路方向にならず特定方向化される
が、本構成の流路は上記のようにストレートが
主体で極めて簡便である。

(6) 球体は流路の垂直方向で通常の流路範囲内を
周回するので、その回転径も小さく流路壁面と
の遠心摩擦力も小となるので、従来の大きく周
回するボール式センサとの比較においても、球
体が周回することによる流路内壁とで発生する
騒音も極めて小さくなる。

(7) 翼車に近接した位置にある周回溝を球体が周
回しうるため低流量であつても旋回流は効果的
に球体に作用し感度特性が良くなる。又、翼車
は複数枚で構成されるため、均一な強さの旋回
流となり安定した球体の回転が得られる。

(8) 球体が上流側の周回溝と下流側の周回溝の両
方で周回することが可能であり、いかなる取り
付方向においても、球体は前記両者の周回溝の
いずれかで周回するため、取り付方向に制限さ
れない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来例における流量検出
器の流路断面図、第３図および第４図は本発明の
流量検出器の一実施例を示す断面図、第５図は同
器の外観斜視図、第６図、第７図は本発明におけ
る他の実施例を示す断面図である。 ３……翼車、６……流出防止手段（中心軸）、
９……球体（鋼球）、１１，１２……周回溝、１
３……回転数検出手段（永久磁石）、１４……回
転数検出手段（磁気検出素子）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流路中の流体を軸流旋回させ旋回流を発生さ
   せる固定翼車と、前記固定翼車による前記旋回流
   の中に位置し流れの方向に対し垂直方向に周回す
   る球体と、前記球体の周回の回転数を検出する検
   出手段と、前記球体を前記旋回流の範囲にとどめ
   るとともに前記球体の周回溝をもつ流出防止手段
   とからなり、前記流出防止手段は、前記固定翼車
   の中心部の延長に一体的に形成され流れの方向に
   流路が拡大するテーパ面と流路側壁で上流側の周
   回溝を、流路が縮少するテーパ面と前記流路側壁
   で下流側の周回溝を構成した流量検出装置。 ２ 少なくとも球体が周回する部分の流路側壁は
   固定翼車の外周部から前記固定翼車に垂直かつ円
   筒状に前記固定翼車と一体構成してなる特許請求
   の範囲第１項記載の流量検出装置。