JPH06323879A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で、小型化とコストダウンを図り
得る流量計を提供する。 【構成】 ロータは２８、流路１８内に配設され、該流
路１８内を流れる流体の流体圧を受けて流路１８の軸線
を中心に回転する。ロータ２８の上流側の端面には、前
記流体の流体圧を受けてロータ２８を回転させるための
螺旋凸条４４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流量計に関し、一層詳細
には流路内に配設され、流路内を流れる流体の流体圧を
受けて流路の軸線を中心に回転するロータを有する流量
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】流路内に配設され、流路内を流れる流体
の流体圧を受けて流路の軸線を中心に回転するロータを
有する流量計としては実開昭６３−１０５０２５号公報
に開示される技術がある。この流量計は流路中に回転自
在に軸支されたロータ（羽根車）と、そのロータの上流
側および下流側に固定された整流装置を具備する流量計
である。整流装置は、流体に旋回流を発生させるための
整流羽根を複数枚有している。各整流羽根は軸体の外周
面へ傾斜して配設されている。従って、流路を流れて来
た流体は整流羽根に沿って流れ、その際に旋回流とな
る。旋回流となった流体がロータを回転させると、ロー
タに設けられた永久磁石がロータと一体に回転する。こ
の回転により生ずる磁界の変化を磁気感知手段で検出
し、流体の流量を検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の流量計には次のような課題がある。実開昭６３−
１０５０２５号公報に開示される流量計では、流体に旋
回流を起こすことによりロータを回転させ易くはなった
ものの、ロータと整流装置を別個に設けなくてはならな
いため、構造が複雑になると共に、小型化が阻害され
る。加えて、部品点数の増加と製造コストが高くなると
いう課題がある。従って、本発明は構造が簡単で、小型
化とコストダウンを図り得る流量計を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、流路内に配
設され、該流路内を流れる流体の流体圧を受けて流路の
軸線を中心に回転するロータを有する流量計において、
前記ロータの上流側の端面には、前記流体の流体圧を受
けてロータを回転させるための螺旋凸条が形成されてい
ることを特徴とする。特に、前記螺旋凸条は、前記流路
の軸線方向の断面において、該軸線方向と平行に形成し
てもよいし、前記ロータの内部に筒状空間部を形成し、
前記流路内に設けられた軸体へ回転可能に外嵌し、前記
ロータの上流側の端面に前記筒状空間部と連絡する透孔
を設けるようにしてもよい。また、前記螺旋凸条を複数
設けたり、前記螺旋凸条は、アルキメデス螺旋形状に形
成してもよい。

【０００５】

【作用】作用について説明する。ロータの上流側の端面
には、前記流体の流体圧を受けてロータを回転させるた
めの螺旋凸条が形成されているので、当該螺旋凸条によ
り、流体が整流されると共に、その圧力でロータを回転
させることが可能となる。特に、螺旋凸条を流路の軸線
方向の断面において、軸線方向と平行に形成すると、少
流量の流体であっても、ほとんど抵抗なくスムーズに螺
旋状に流し、旋回流を発生させることが可能となる。ま
た、ロータの内部に筒状空間部を形成し、前記流路内に
設けられた軸体へ回転可能に外嵌し、前記ロータの上流
側の端面に前記筒状空間部と連絡する透孔を設けると、
上流側の水圧を受けて透孔から進入した流体が筒状空間
部の内面と軸体の外面との間に入り、流体軸受の機能を
持たせることができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について添付図
面と共に詳述する。 （第１実施例）図１と共に第１実施例の流量計の構成に
ついて説明する。なお、図１に示す流量計は、例えば浄
水器の浄化水量を計測するに好適な流量計である。１２
ａ、１２ｂはケーシング構成部材であり、合成樹脂で形
成されている。ケーシング構成部材１２ａ、１２ｂは、
接着剤、超音波溶着等により一体のケーシング１０に形
成されている。ケーシング１０には流入口１４と流出口
１６が開放され、内部に流路１８が形成されている。流
路１８は流入口１４側が中途部分からが大径に形成され
ている。水は流路１８内を矢印Ａから矢印Ｂの方向へＬ
字状に流れる。２０は軸体であり、ケーシング構成部材
１２ｂの内壁面から流路１８内を流入口１４方向へ突設
されている。

【０００７】２２は検出手段の一例である磁気検出素子
（例えばホール素子）であり、軸体２０の中空の内部に
配設されている。磁気検出素子２２は、軸体２０の中空
の内部に嵌挿固定された回路基板２４に固定されてい
る。磁気検出素子２２の出力信号を取り出すため、回路
基板２４の上端にはコネクタ３２が設けられている。な
お、磁気検出素子２２、回路基板２４を軸体２０内に固
定すると共に磁気検出素子２２および回路基板２４が水
に濡れないよう軸体２０内に合成樹脂（例えばシリコー
ン、ウレタン）２６が充填されている。

【０００８】２８はロータであり、内部に筒状空間部３
０が形成され、軸体２０の下部へ回転可能に外嵌されて
いる。軸体２０の外面と筒状空間部３０の内面との間に
は、軸体２０に対して軸線方向およびラジアル方向へ間
隙が設けられている。ロータ２０の上流側の端面である
下端面には、水圧を受けてロータを回転させるための螺
旋凸条４４が複数（本実施例では４本）の螺旋凸条４４
が等間隔で突設されている。本実施例における螺旋凸条
４４の螺旋形状は、上流側の正面から見てアルキメデス
螺旋形状である。実験によると、アルキメデス螺旋形状
の場合に最高感度を得ることができた。

【０００９】ロータ２８の拡大断面図を図２に示し、底
面図を図３に示す。螺旋凸条４４は、水の流れの方向で
ある矢印Ａ方向の断面において、同方向のエッジ４６は
矢印Ａ方向と平行に形成されている。螺旋凸条４４は矢
印Ａ方向へ流れて来た直流水を旋回流に変換し、旋回流
の圧力でロータ２８を回転させるために設けられてい
る。螺旋凸条４４は、ロータ２８の下端面の中央部４８
には形成されていない。これは流入口１４方向から流れ
て来る水を螺旋凸条４４同士の間へ導くためである。な
お、本実施例ではロータ２８の下端部を下方に先細のテ
ーパ状（傾斜角はロータ２８の軸線に対して直角な面に
対して４５度以下が望ましい）に形成することにより、
各螺旋凸条４４の長さを稼ぐことが可能になり、安定し
た旋回流への変換を可能にしている。また、各螺旋凸条
４４の先端（下端）面は、ケーシング構成部材１２ａの
対向する内斜面４５と平行になっている。

【００１０】螺旋凸条４４を設けることにより、ロータ
２８に作用する水は直流ではなく旋回流となるので、効
果的に流体圧を作用させることができる。特に、本実施
例では螺旋凸条４４が矢印Ａ方向の断面において、エッ
ジ４６が矢印Ａ方向と平行に形成されているため、直流
水を抵抗なく螺旋凸条４４同士の間に導入させ、螺旋凸
条４４に沿って流すことにより水流をスムーズに旋回流
とすることができる。従って、直流水が旋回流に変換さ
れる際に水の持つエネルギのロスがほとんど無いので少
ない流量であっても効率よく旋回流を起こすことが可能
となり、ロータ２８に与えるエネルギを大きく保つこと
が可能となる。その結果、流量等の検出精度、分解能を
向上させることが可能となる。

【００１１】ロータ２８の下端面の中央部４８には筒状
空間部３０と連絡する透孔３４が設けれている。前述し
たように、軸体２０の外面と筒状空間部３０の内面との
間には、軸体２０に対して軸線方向およびラジアル方向
へ間隙が設けられているので、流入口１４から流路１８
内に入った水の一部は透孔３４から筒状空間部３０内へ
進入し、筒状空間部３０の内面と軸体２０の外面との間
に入り、両者を非接触状態にする。すなわち、流体軸受
の機能を持たせることができ、ロータ２８と軸体２０と
の間の摩擦力をゼロとすることができる。その結果、両
者の摩耗を防止可能となると共に、流量計の感度を向上
させることができる。３８はマグネットであり、ロータ
２８に内蔵されている。マグネット３８は、リング状に
形成されると共に、その内周面上であって互いに対向す
る２点にＮ、Ｓ局の磁極中心が着磁されている。なお、
当該Ｎ、Ｓ磁極中心を結ぶ線分上、すなわち磁気回路上
に磁気検出素子２２が位置するようになっており、マグ
ネット３８の回転検出精度の向上を図っている。

【００１２】次に第１実施例の流量計の動作について説
明する。上記構成を有する流量計において、矢印Ａ方向
から水が流入口１４から流路１８内へ流入すると、水の
一部はロータ２８の下端面の中央部４８から螺旋凸条４
４同士の間へ導かれ、水流は直流から旋回流に変換され
る。この旋回流の持つエネルギにより、ロータ２８は軸
体２０の外周を回転する。その際、流路１８内へ流入し
た水の一部はロータ２８の透孔３４を経て筒状空間部３
０内へ進入し、筒状空間部３０の内面と軸体２０の外面
との間に入り、両者を非接触状態にする。ロータ２８が
回転すると磁気検出素子２２に対するマグネット３８の
磁極位置が変化するので磁気検出素子２２の出力信号が
変化する。この出力信号は回路基板２４、コネクタ３
２、およびコネクタ３２へ接続されるリード線（不図
示）を介して検出回路（不図示）へ送られ、信号の変化
パターンを示す周波数からロータ２８の回転数を検出
し、水の流量を演算処理して求める。

【００１３】図４は流入口１４へ進入する水の流量Ｑ
と、ロータ２８の回転数に対応する出力周波数Ｆとの関
係特性を示したグラフである。本実施例の流量計の特性
をグラフＸに、従来の実開昭６３−１０５０２５号に開
示される流量計の特性をグラフＹに示す。図４から明ら
かなように、本実施例の流量計は、従来の物と比べ、流
量Ｑが低くても大きな検出出力Ｆを得ることができるた
め、感度、精度、分解能等が向上している。

【００１４】（第２実施例）第２実施例について図５
（ロータ近傍の部分断面図）と共に説明する。なお、第
１実施例と同一の構成部材については第１実施例と同一
の符号を付し、説明は省略する。第１実施例では、流体
軸受を実現させるため、ロータ２８の筒状空間部３０の
内周面と軸体２０の外周面との間に間隙を設けたが、軸
体２０を垂直に設置してあるため、始動時や少流量の場
合でもロータ２８に作用する回転抵抗の問題は発生しな
い。ところが、軸体２０を水平になるよう設置すると、
ロータ２８の筒状空間部３０の内周面と軸体２０の外周
面との間に間隙が有るため、始動前や少流量の場合には
軸体２０とロータ２８の軸線は不一致状態にある。この
状態ではロータ２８に作用する回転抵抗が大きくなり、
スムーズな始動ができないとか、少流量の場合に感度が
低い等の不具合が生じる可能性がある。

【００１５】そこで、第２実施例では、図５に示すよう
に、軸体２０の外周面にロータ２８の筒状空間部３０の
上端部内周面と極めて接近した大径部７０を形成し、ロ
ータ２８の筒状空間部３０の内周面に軸体２０の下端部
外周面と極めて接近した小径部７２を形成している。大
径部７０が筒状空間部３０内周面と極めて接近させ、小
径部７２が軸体２０の外周面と極めて接近させることに
より、軸体２０の姿勢に関わらず常時軸体２０とロータ
２８の軸線を一致させた状態を保持可能となる。この構
成によると、ロータ２８が軸体２０の周囲を回転する場
合、両者の軸線を常時一致させることが可能となるの
で、回転するロータ２８の軸線の振れを可及的に防止す
ることができる。従って、軸体２０を水平に設置して
も、ロータ２８をスムーズに始動ができ、少流量の場合
も感度低下を招来することがない。また、第２実施例で
はロータ２８の筒状空間部３０内底面７４から凸部７６
が軸体２０方向へ突設されている。透孔３４は凸部７６
に透設されている。凸部７６の上端面は軸体２０の下端
面と極めて接近した位置である。このように大径部７
０、小径部７２および凸部７６を設けることにより、ロ
ータ２８の筒状空間部３０内に入った水の封止性が向上
され、流体軸受としての機能をより一層確保することが
できる。

【００１６】第１および第２本実施例では検出手段とし
て磁気検出素子２２を採用したが、検出手段としてはそ
の他、例えば発光ダイオードと受光ダイオードとから成
る反射式光センサを用いることも可能である。反射式光
センサを用いた場合、軸体２０は透明の合成樹脂等の透
明部材で形成し、ロータ２８の筒状空間部３０の内周面
に反射部材（例えば単に発光ダイオードの輻射光を反射
させるためのアルミ箔）を貼着する。ロータ２８が回転
すると反射式光センサに対する反射部材の位置が変化す
るので反射式光センサの出力信号が変化する。この出力
信号は不図示の検出回路へ送られ、信号の変化パターン
からロータ２８の回転数を検出し、流量を演算処理して
求めることができる。

【００１７】以上、本発明の好適な実施例について種々
述べてきたが、本発明は上述の実施例に限定されるので
はなく、例えば浄水器の場合、ロータ２８の表面に抗菌
性の金属イオンを担持する材料（例えば合成ゼオライ
ト）を塗布し、水中の雑菌の繁殖を防止、抑制するよう
にしてもよい等、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの
改変を施し得るのはもちろんである。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る流量計を用いると、ロータ
の上流側の端面には、流体の流体圧を受けてロータを回
転させるための螺旋凸条が形成されているので、当該螺
旋凸条により、流体が整流されると共に、その圧力でロ
ータを回転させることが可能となるので、従来必要であ
った整流装置をロータと別個に設ける必要がない。従っ
て、構造が簡単となり、小型化および製造コストの削減
が可能となる。特に、請求項２の構成を採用すると、螺
旋凸条を流路の軸線方向の断面において、軸線方向と平
行に形成すると、少流量の流体であっても、ほとんど抵
抗なくスムーズに螺旋状に流し、旋回流を発生させるこ
とが可能となる。

【００１９】また、請求項３の構成を採用すると、ロー
タの内部に筒状空間部を形成し、流路内に設けられた軸
体へ回転可能に外嵌し、ロータの上流側の端面に筒状空
間部と連絡する透孔を設けると、透孔から進入した流体
が筒状空間部の内面と軸体の外面との間に入り、流体軸
受の機能を持たせることができるので、両者の間の摩耗
を防止し得ると共に、両者間の摩擦をゼロにできるので
流量計の感度等を向上させることが可能となる等の著効
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量計の第１実施例を示した断面
図。

【図２】第１実施例の流量計のロータの断面図。

【図３】第１実施例のロータの底面図。

【図４】第１実施例の流量計と従来の流量計における流
入水量と、ロータの回転数に対応した検出周波数との関
係特性を示したグラフ。

【図５】本発明に係る流量計の第２実施例を示したロー
タ近傍の断面図。

【符号の説明】

１４ 流入口 １６ 流出口 １８ 流路 ２０ 軸体 ２２ 磁気検出素子 ２８ ロータ ３０ 筒状空間部 ３４ 透孔 ３８ マグネット ４４ 螺旋凸条 ４６ エッジ ４８ 中央部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路内に配設され、該流路内を流れる流
   体の流体圧を受けて流路の軸線を中心に回転するロータ
   を有する流量計において、 前記ロータの上流側の端面には、前記流体の流体圧を受
   けてロータを回転させるための螺旋凸条が形成されてい
   ることを特徴とする流量計。
2. 【請求項２】 前記螺旋凸条は、前記流路の軸線方向の
   断面において、該軸線方向と平行に形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の流量計。
3. 【請求項３】 前記ロータは内部に筒状空間部が形成さ
   れ、前記流路内に設けられた軸体へ回転可能に外嵌さ
   れ、 前記ロータの上流側の端面には前記筒状空間部と連絡す
   る透孔が設けれていることを特徴とする請求項１または
   ２記載の流量計。
4. 【請求項４】 前記螺旋凸条は、複数設けられているこ
   とを特徴とする請求項１、２または３記載の流量計。
5. 【請求項５】 前記螺旋凸条は、アルキメデス螺旋形状
   であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載
   の流量計。