JPH04299219A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流量を高精度に
かつ長期に亘って安定して測定することができる羽根車
流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より流体の流量を測定する羽根車流
量計としては、例えば、水道メータに使用される接続式
羽根車流量計、軸流式羽根車流量計や、工業計器として
使用されるタービンメータ等が知られている。これらの
羽根車流量計では、羽根車の回転軸を支持するためにベ
アリング式の転がり軸受けやジャーナル式、ピボット状
滑り軸受け等の如く回転軸と軸受けとが絶えず接触状態
にある軸受け構造が用いられてきた。

【０００３】ところが、前記の構造では接触部分の摩擦
抵抗が大きく流体の流量を正確に測定することが困難で
あった。また、接触部分が磨耗する虞が有るため長期間
に亘り安定して流量測定を行うことが困難であった。以
上の理由から、羽根車流量計には摩擦抵抗の少ない軸受
け構造が適用されることが望まれていた。この問題を解
決するものの一例として、特開昭６２−２３７３１９に
動圧を利用した羽根車流量計が提案されている。この羽
根車流量計では、液体の流路中に回転可能な羽根車が配
置され、その羽根車の回転軸の流体流入側にスリーブベ
アリングが配置されると共に、流体流出側にはスパイラ
ル状の動圧溝を有するスラスト軸受け及び小球と凹部と
からなるピボット軸受けが配置されている。そして羽根
車の回転時にスラスト軸受け部分発生する動圧によって
、スラスト方向の荷重を受承すると共に、スリーブベア
リング及びピボット軸受けによりラジアル方向の荷重を
受承するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置では流体流出側に種類の異なるスラスト軸受けとピ
ボット軸受けとを組み合わせて配置する必要があるため
、構成が複雑になって製造コストが高騰する虞があった
。また、ピボット軸受けによって受承できる荷重は小さ
いため、測定できる流体流量が制約される。更に、異物
が混入した場合に、それを除去することが困難になり、
測定制度が低下したり、寿命が短くなるという問題もあ
った。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑みて成されたもの
であり、その目的は、軸受けの構造を改良することで、
流体の流量に影響されることなく、高精度にかつ長期間
に亘り安定して流量を測定することができる羽根車流量
計を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために本発明では、流体の流路に設けられた羽根車
と、この羽根車を回転可能に支持する軸受け部材とを備
え、羽根車の回転に基づいて流量を計測する流量計であ
って、前記羽根車の回転軸の端部には円錐台状周面が形
成されると共に、前記軸受け部材にはこの周面に対向し
てすり鉢状周面が形成され、これら対向する周面のいず
れか一方には動圧溝が形成される。

【０００７】上記の構成によると、羽根車の回転数の上
昇に伴い、円錐台状周面とすり鉢状周面との間に動圧が
発生し両者が非接触状態に保たれる。そして、軸受け面
は回転軸線に対し傾斜するように形成されるため、回転
軸はスラスト方向のみならずラジアル方向にも支持され
る。また、前記羽根車に形成された円錐台状周面の回転
軸線に対する傾斜角度と、前記軸受け部材に形成された
すり鉢状周面の前記回転軸線に対する傾斜角度とが等し
く形成されることが望ましい。この場合、起動時におけ
る回転軸と軸受け部材との接触部分の面積が小さくなっ
て起動時における摩擦抵抗が減少し、微少流量であって
も充分に起動される。また、流量変化に対する回転の応
答性が改善され測定精度も向上する。

【０００８】より好ましくは、これらの傾斜角度が異な
っており、羽根車の停止時に前記両周面が接触すること
が好適である。その理由は、両周面の接触部分がより一
層少なくなって起動時の摩擦抵抗がより小さくなるから
である。また、前記羽根車の回転軸又は軸受け部材の少
なくとも一方がセラミックス材料によって形成されてい
ることが望ましい。係る材料は耐磨耗性、耐熱性、熱伝
導性等に優れるため、磨耗や発熱等に起因する故障が未
然に防止されると共に、長期間に亘り安定して使用する
ことができる。

【０００９】前記セラミックス材料は、気孔率が１０〜
３５％の炭化ケイ素焼結材料であることが好ましい。前
記炭化ケイ素焼結材料の気孔率が１０％未満であると重
量が増加し、回転軸部分に使用する事ができない。また
、３５％を越えると強度が弱くなり好ましくない。上記
材料以外にもＡｌ２　Ｏ３　，ＺｒＯ２　，Ｓｉ３　Ｎ
４　等のセラミックス材料が適用可能である。

【００１０】

【実施例１】以下に本発明をタービンメータに具体化し
た一実施例について、図面を参照しながら説明する。　
　図１は本実施例のタービンメータの断面図である。図
に示すように筒状の本体１の両端にはそれぞれ流体の流
入口２及び流出口３が形成されている。本体１の流体通
路４の内径は流入口２から流出口３に向かって段階的に
小さくなるように形成されている。

【００１１】本体１内部の略中央部分には、羽根車５が
設けられ、その回転軸線Ｌが流体通路４の中心軸線上に
回転可能に配置されている。羽根車５の中心には回転軸
６が貫通固定され、その回転軸６の各々の端部はそれぞ
れ軸受け部材７，８により回転可能に支持されている。 尚、これらの部材６，７，８は共に気孔率が２０％の炭
化ケイ素焼結材料によって製造されている。また、本体
１内部において、羽根車５の両側には、複数のの整流部
材９，１０が放射状に配設されている。この整流部材９
，１０により、軸受け部材７，８が本体１内部の所定位
置に保持されると共に、水流が回転軸線Ｌ方向と平行に
整流される。これらの部材は流入口２側から順に挿入さ
れた後、流入口２側に設けられたストッパ１１によって
流体通路４の内壁に押圧固定される。

【００１２】図２は軸受けの要部を示す拡大断面図であ
る。図２に示すように、回転軸６の流出口３側の端部に
は円錐台状周面１２が形成され、その周面１２にはヘリ
ングボーン状の動圧溝１３が形成されている。一方、軸
受け部材８には前記の周面１２に対向して凹部が設けら
れ、その凹部の内面にすり鉢状周面１４が形成されてい
る。この凹部に前記回転軸６の端部が嵌挿されている。 また、前記の円錐台状周面１２及びすり鉢状周面１４は
回転軸線Ｌに対して共に一定の傾斜角度を有するように
形成される。この傾斜角度は等しくても良いが（図４（
ａ）参照）、本実施例では円錐台状周面１２の傾斜角度
を、すり鉢状周面１４の傾斜角度より若干小さく設定す
ることで両者の接触面積を減らしている。尚、円錐台状
周面１２の傾斜角度をすり鉢状周面１４の傾斜角度より
若干大きく設定することも無論可能である（図４（ｂ）
参照）。

【００１３】流入口２側の軸受け部材７には回転軸６の
直径より若干大きい孔１５が穿設されると共に、その内
壁にはラジアル軸受け１６が配置されている。一方、回
転軸６の周面１７にはヘリングボーン状の動圧溝１８が
形成され、その部分がラジアル軸受け１６面に対向する
ように軸受け部材７に嵌挿されている。尚、羽根車５の
回転は、羽根５ａの外周部分に各々埋設された永久磁石
１９の回転に基づいて検出される。即ち、本体１中央部
の永久磁石１９に対向する位置には回転検出部２０のコ
イル２１が設けられている。このコイル２１は永久磁石
１９の磁力を検出することにより、羽根車５の回転に応
じて電気信号を発生し、外部に設けられた計算部（図示
略）によってその時点における羽根５ａの回転数が計算
される。

【００１４】上記の構成によると、流体が流入する以前
においては羽根車５は停止状態にあり、このとき前記両
周面１２，１４は接触している。流入口２側から流体が
流入すると、羽根５ａに加わる流体圧力によって、回転
軸６が軸受け部材８に対し押圧され、且つ、羽根車５が
徐々に起動される。この実施例では回転軸６と軸受け部
材８との接触面積が小さいため、起動時における軸受け
部分の摩擦抵抗は小さい。従って、微少流量であっても
充分に羽根車５が起動され、且つ流量変化に対する回転
の応答性や測定精度も向上する。

【００１５】更に羽根車５の回転数が上昇すると、各動
圧溝１３，１８に流体が流入され、円錐台状周面１２と
すり鉢状周面１４との間及びラジアル軸受け１６と回転
軸６との間のクリアランスに動圧が発生することにより
回転軸６全体が非接触状態に保たれる。また、両周面１
２，１４は回転軸線Ｌに対し傾斜するように形成されて
いるため、回転軸６は軸受け部材８によりスラスト方向
のみならずラジアル方向にも支持される。また、回転軸
６の両端にラジアル軸受けを設けたので、大きなラジア
ル荷重を受承できる。

【００１６】このように回転軸６と各軸受け部材７，８
とが回転時に互いに非接触状態にあることと、これらが
セラミックス材料によって形成されていることにより、
従来のような磨耗や発熱等に起因する故障が効果的に防
止される。また、流体の流量の多少に拘らず、長期間に
亘り安定して測定をすることが可能になる。また、この
実施例の流量計では、回転軸６と軸受け部材７，８との
接触部分が少ないため、異物が侵入しても流体の流れに
従って速やかに排出され、摩擦抵抗が増大する虞もない
。

【００１７】

【実施例２】以下に本発明を接線流式羽根車流量計に具
体化した実施例について、図面を参照しながら説明する
。図３は本発明の接線流式羽根車流量計の断面図を示す
ものである。この羽根車流量計には、中空状の本体３１
の両端にそれぞれ流入口３２及び流出口３３が配設され
ている。流入口３２にはフィルタ４１が装着されている
。本体３１の内部中央にはケース３４が嵌入固定され、
更に本体３１の上部開口には本体カバー３５が被せられ
ている。前記ケース３４は羽根車３７を配置するための
ケース本体３８と、そのケース本体３８の上部開口を覆
う蓋３６とによって構成され、隔壁４２上に装着されて
いる。ケース本体３８の側壁には隔壁４２の上下に位置
する孔３９，４０がそれぞれ形成されている。

【００１８】流入口３２から流入する流体は、先ずフィ
ルタ４１を通過し孔３９を介してケース３４内に導入さ
れる。そして、孔４０からケース３４外に流出し、流出
口３３から本体３１外方へ流出される。図３に示される
ように、前記ケース３４内には、中心部分に垂直方向に
延びる回転軸４３を有する羽根車３７が回転軸線Ｌ上に
おいて回転可能に配置されている。また、ケース本体３
８の底面には先端に半球面を有するピボット軸受け４４
が形成されると共に、その軸受け４４に対向して、羽根
車３７には半球状の凹部４５が形成され、それによって
羽根車３７のスラスト荷重が支持される。回転軸４３の
上端部には実施例１と同様に円錐台状周面４６が形成さ
れ、その周面４６にはヘリングボーン状の動圧溝４７が
形成されている。また、蓋３６内頂面には前記の周面４
６に対向して凹部が形成され、その凹部内周にすり鉢状
周面４８が形成されている。そして、この凹部に前記回
転軸４３の端部が嵌挿されている。

【００１９】尚、ピボット軸受け４４、回転軸４３、及
び蓋３６はそれぞれ実施例１と同様のセラミックス材料
によって形成される。また、本実施例においても、円錐
台状周面４６の傾斜角度はすり鉢状周面４８の傾斜角度
より若干小さくなるように設定されている。羽根車３７
の回転は羽根３７ａの部分に各々埋設された永久磁石４
９の回転に基づいて検出される。即ち、永久磁石４９に
対向する位置にはケース本体３１底面の回転検出部５０
のホール素子５１が設けられている。このホール素子５
１は永久磁石４９の磁力を検出することによりの羽根車
４３ａの回転に応じて電気信号を発生し、外部に設けら
れた計算部（図示略）に電気信号を送ることによってそ
の時点における回転数が計算される。

【００２０】流量計に流体が流入した場合には、羽根車
４３が回転され始める。この実施例においても、円錐台
状周面４６とすり鉢状周面４８との接触面積は小さいた
め摩擦抵抗は小さく、微少流量時の起動性や流量変化に
対する回転応答性並びに測定精度が向上する。羽根車３
７の回転数が更に上昇すると、円錐台状周面４６とすり
鉢状周面４８との間のクリアランスに動圧が発生する。 そして、回転軸４３は非接触状態に保たれ、両周面４６
，４８により羽根車３７の荷重がスラスト方向のみなら
ずラジアル方向にも支持される。

【００２１】本実施例２においては、回転軸４３と流体
流出側軸受けが回転時に互いに非接触状態にあり、しか
もこれらがセラミックス材料によって形成されている。 そのため、従来のような磨耗や発熱等に起因する故障が
効果的に防止され、且つ、流体の流量の多少に拘らず長
期間に亘り安定して測定をすることが可能になる。

【００２２】

【別の実施例】本発明は、前記実施例１，２のみに限定
されることなく、発明の範囲を逸脱しない範囲内で各部
の構成を以下のように変更することも可能である。 （ａ）羽根車５，３７の回転を支持する流入口２，３２
側の軸受けを、流出口３，３３側の軸受けと同一の構成
にしても良い。 （ｂ）実施例１における流入口２側のラジアル軸受け１
６は動圧軸受け以外にも例えば、ベアリング式の転がり
軸受けやジャーナル式滑り軸受け等の任意のものに変更
できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、軸受けの構造を改良す
ることで、流体の流量に影響されることなく、高精度に
かつ長期間に亘り安定して流量を測定することができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　実施例１のタービンメータの断面図である
。

【図２】　　実施例１のタービンメータにおける軸受け
の要部を示す拡大断面図である。

【図３】　　実施例２の接線流式羽根車流量計の断面図
を示すものである。

【図４】　　（ａ），（ｂ）は実施例１における軸受け
の別例を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

５，３７　　羽根車、６，４３　　回転軸、７　　軸受
け部材、８　　軸受け部材、１２，４６　　（円錐台状
）周面、１３，４７　　動圧溝、１４，４８　　（すり
鉢状）周面、Ｌ　　回転軸線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　流体の流路に設けられた羽根車（５，
   ３７）と、この羽根車（５，３７）を回転可能に支持す
   る軸受け部材（７，８）とを備え、羽根車（５，３７）
   の回転に基づいて流量を計測する流量計であって、前記
   羽根車（５，３７）の回転軸（６，４３）の端部には円
   錐台状周面（１２，４６）が形成されると共に、前記軸
   受け部材（７，８）にはこの周面（１２，４６）に対向
   してすり鉢状周面（１４，４８）が形成され、これら対
   向する周面（１２，１４，４６，４８）の何れか一方に
   は動圧溝（１３，４７）が形成されていることを特徴と
   する流量計。
2. 【請求項２】　　前記羽根車（５，３７）に形成された
   円錐台状周面（１２，４６）の回転軸線（Ｌ）に対する
   傾斜角度と、前記軸受け部材（７，８）に形成されたす
   り鉢状周面（１４，４８）の前記回転軸線（Ｌ）に対す
   る傾斜角度とが等しいことを特徴とする請求項１に記載
   の流量計。
3. 【請求項３】　　前記羽根車（５，３７）に形成された
   円錐台状周面（１２，４６）の回転軸線（Ｌ）に対する
   傾斜角度と、前記軸受け部材（７，８）に形成されたす
   り鉢状周面（１４，４８）の前記回転軸線（Ｌ）に対す
   る傾斜角度とが異なっており、羽根車（５，３７）の停
   止時に前記両周面（１２，１４，４６，４８）が線接触
   することを特徴とする請求項１に記載の流量計。
4. 【請求項４】　　前記羽根車（５，３７）の回転軸（６
   ，４３）又は軸受け部材（７，８）の少なくとも一方が
   セラミックス材料によって形成されていることを特徴と
   する請求項１乃至３の何れか一項に記載の流量計。
5. 【請求項５】　　前記セラミックス材料は、気孔率が１
   ０〜３５％の炭化ケイ素焼結材料であることを特徴とす
   る請求項４に記載の流量計。