(57)【要約】【課題】流体通路２００が貫設されたケーシング２０と、流体通路２００内で周方向へ回動自在に軸支される羽根車３０と、羽根車３０の回転数を検知する回転検知手段Ｓとを備えた流量センサ１において、羽根車３０の回動負荷を低減させることにより、流量検知精度の向上を図ること。【解決手段】羽根車３０の回転中央部に第１磁石３４を設け、流体通路２００の下流側から第１磁石３４と対向する位置に第２磁石２４を設け、第１磁石３４および第２磁石２４の対向面相互は、それぞれ同一磁極に設定されたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路が貫設されたケーシングと、前記流体通路内で周方向へ回動自在に軸支される羽根車と、羽根車の回転数を検知する回転検知手段とを備えた流量センサにおいて、
羽根車の回転中央部に第１磁石を設け、
流体通路の下流側から前記第１磁石と対向する位置に第２磁石を設け、
第１磁石および第２磁石の対向面相互は、それぞれ同一磁極に設定された、流量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の流量センサにおいて、
第１磁石は、羽根車から流体通路の下流側へ突出する回転軸の端部に固設され、第２磁石は、前記端部を支持する軸受け部に固設された、流量センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量センサにおいて、
第１磁石もしくは第２磁石のいずれか一方の前記対向面に球面状凸部を設けた、流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車の回転数から流体の流量を測定する流量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯機や温水暖房機等の配管に接続して使用される従来の流量センサにおいて、羽根車の回転数から流量を検知する羽根車式のものがある。このものは、良好な流量検知精度を発揮させる観点から、羽根車の回動負荷が極力小さくなるように構成されている。
【０００３】
図７は、従来の流量センサ７の概略構成図であり、流体通路８００が貫設されたケーシング８０と、流体通路８００内で周方向へ回動自在に軸支された羽根車９０と、羽根車９０の回転数に対応した磁場の強弱変化を検知する磁気検知素子Ｓとを備えている。
上記流体通路８００の上流側開口部８０ａおよび下流側開口部８０ｂの各中央には、軸受け部８１ａ，８１ｂが形成されており、その下流側開口部８０ｂの軸受け部８１ｂには、球体８４が嵌入されている。
【０００４】
羽根車９０は、磁性材料で形成し磁化させた複数の羽根９２を回転軸９１に周設固定した構成のものであり、この回転軸９１の両軸端が、上記軸受け部８１ａ，８１ｂに対して回動可能且つ軸線方向へ摺動可能な状態で差し込まれている。従って、流体通路８００内に流体が流れ込み、その流体の動圧力が下流側方向（流体通路８００の下流側開口部８０ｂ方向）へ加わった場合は、回転軸９１の下流側端面９１０を球体８４に当接させた状態でその流量に応じた回転数にて回転する。
また、上記羽根９２は、回転軸９１の周面から流体通路８００の内周面８０１近傍へ放射状に広がっている。
【０００５】
一方、磁気検知素子Ｓは、その検知面Ｓ１が流体通路８００の内周面８０１へ臨んでおり、羽根車９０が回転した際に上記検知面Ｓ１の前方を通過する羽根９２先端の磁場を検知し、その磁場を検知する毎にパルス信号を出力するように構成されている。
このものでは、流体通路８００内に流体が流れ込んだ際、羽根車９０は、回転軸９１の下流側端面９１０と球体８４とを点接触させて回転するから、回動負荷が小さく、比較的安定した流量検知性能が発揮される。
【特許文献１】実開昭６３−１８８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のものでは、下流側端面９１０および球体８４相互の回動摩擦抵抗によって、羽根車９０の回動負荷が十分に小さくならないから、上記流量検知性能が未だ不十分であった。
【０００７】
本発明は係る点に鑑みてなされたもので、
『流体通路が貫設されたケーシングと、前記流体通路内で周方向へ回動自在に軸支される羽根車と、羽根車の回転数を検知する回転検知手段とを備えた』流量センサにおいて、羽根車の回動負荷を低減させることにより、流量検知精度の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明の技術的手段は、
『羽根車の回転中央部に第１磁石を設け、
流体通路の下流側から前記第１磁石と対向する位置に第２磁石を設け、
第１磁石および第２磁石の対向面相互は、それぞれ同一磁極に設定された』ことである。
上記技術的手段によれば、羽根車の回転中央部に設けられた第１磁石と、その第１磁石へ流体通路の下流側から対向する第２磁石との対向面相互が、それら同一磁極間の反発力によって離反する方向へ付勢されるから、羽根車は、回転中央部とその対向面とを接触させない状態、即ち、回動摩擦抵抗の極めて小さな状態で回動する。その結果、羽根車の回動負荷が既述従来のものより低減される。
【０００９】
請求項２に係る発明の技術的手段は、
前記請求項１において、
『第１磁石は、羽根車から流体通路の下流側へ突出する回転軸の端部に固設され、第２磁石は、前記端部を支持する軸受け部に固設された』ことである。
このものでは、回動自在に支持された羽根車の回転軸の端部に第１磁石を設け、その回転軸の端部を支持する軸受け部に第２磁石を設けたことによって、上述の反発力が作用する第１磁石および第２磁石の対向面相互の相対的な位置関係に、回転軸の軸線と交差する方向へのずれが生じ難い。その結果、羽根車の回転が安定する。
【００１０】
請求項３に係る発明の技術的手段は、
前記請求項１または２において、
『第１磁石もしくは第２磁石のいずれか一方の前記対向面に球面状凸部を設けた』ことである。
このものでは、流体通路内へ多量の流体が流れ込み、羽根車に上述の反発力より大きい下流方向への動圧力が加わった場合には、上記第１磁石および第２磁石の対向面相互が、その球面状凸部によって上述の反発力を維持した状態で点接触する。即ち、羽根車は、上述の反発力が維持されたままの状態で、回転中央部とその対向面とを球面状凸部で点接触させて回動する。
これにより、既述従来のものに比べて、羽根車の回動負荷が低減されるだけでなく、第１磁石および第２磁石の対向面相互の磨耗も抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上記構成であるから次の特有の効果を有する。
請求項１に係る発明では、羽根車が回転中央部とその対向面とを接触させずに回動することによって、羽根車の回動負荷が既述従来のものより低減されるから、流量検知精度が向上する。
【００１２】
また、羽根車が回転中央部とその対向面とを接触させずに回動することによって、それら回転中央部や対向面が磨耗しないから、羽根車の経年的な回動負荷の増加も防止される。これにより、長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【００１３】
請求項２に係る発明では、第１磁石および第２磁石の対向面相互間の相対的な位置関係にずれが生じ難いことにより、羽根車の回転が安定するから、流量検知精度が一層向上する。
【００１４】
請求項３に係る発明では、羽根車が上述の反発力より大きな下流方向への動圧力を受け、流体通路の下流側で対向する第１磁石および第２磁石の対向面相互が接触した場合であっても、上述の反発力によってその接触部の磨耗が抑制されるから、一層長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、上記した本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る流量センサ１の概略構成図である。
上記流量センサ１は、羽根車３０の回転数から流量を検知する羽根車式の流量センサであり、図示しない給湯機や温水暖房機等の配管に接続して使用される。
上記流量センサ１のケーシング２０内には、上流側開口部２０ａと下流側開口部２０ｂとを繋ぐ流体通路２００が貫設されており、羽根車３０は、この流体通路２００内で周方向へ回動自在に軸支されている。
【００１６】
また、ケーシング２０の外壁２０１には、磁場の強弱変化を検知する磁気検知素子Ｓが着設されている。
磁気検知素子Ｓは、その検知面Ｓ１が上記外壁２０１へ密着しており、羽根車３０が回動した際に上記検知面Ｓ１の前方を通過する円筒磁石３３（後述する）外周の磁場を検知し、その磁場が連続的に変化するのに合わせてパルス信号を出力するように構成されている。
尚、上記「磁気検知素子Ｓ」が、既述請求項１の発明特定事項としての「回転検知手段」に対応する。
【００１７】
また、上流側開口部２０ａおよび下流側開口部２０ｂの各中央には、羽根車３０の回転軸３１を支持する軸受け部２１ａ，２１ｂが形成されている。
上流側開口部２０ａの中央に設けられた軸受け部（以下、「上流側軸受け部」という）２１ａは、上流側から下流側へ開放する略円筒状に形成されており、その下流側の端面２１ｆは、螺旋状に傾斜している。そして、この螺旋終端には、起立部２１ｇが形成されている。
【００１８】
一方、下流側開口部２０ｂの中央に設けられた軸受け部（以下、「下流側軸受け部」という）２１ｂは、上流側へ開放する略円筒状に形成されており、その下流側の奥端には、短円柱状の第２磁石２４が埋設されている。
上記第２磁石２４は、一方の端面にＮ極、他方の端面にＳ極を着磁させた両面二極形式の磁石であり、その一方の端面（ここでは、Ｎ極面）２４０が後述する第１磁石３４に面している。
【００１９】
さらに、上記第２磁石２４のＮ極面２４０は、球面状に形成されている。
尚、球面状に形成された上記「Ｎ極面２４０」の全面が、既述請求項３の発明特定事項としての「球面状凸部」に対応する。
【００２０】
羽根車３０は、流体通路２００の上流側から下流側へ延びる回転軸３１に複数の羽根３２を一体形成したものであり、羽根３２の根元部から上流側へ突出する回転軸３１の上流側軸端部３１ａが上流側軸受け部２１ａに、羽根３２の根元部から下流側へ突出する回転軸３１の下流側軸端部３１ｂが下流側軸受け部２１ｂに対してそれぞれ回動可能且つその軸線方向へ摺動可能な状態で差し込まれている。
【００２１】
また、羽根３２の先端側には、流体通路２００の内径より小径の円筒磁石３３が周設されている。
上記円筒磁石３３は、複数のＮ極およびＳ極をその外周に沿って交互に着磁させた外周多極形式の磁石であり、羽根車３０が回動した際に流体通路２００の内周面に沿って回動し、上記検知面Ｓ１周辺の磁場を連続的に変化させる。
【００２２】
一方、回転軸３１の上流側軸端部３１ａには、その根元に段差面３１ｆが形成されている。上記段差面３１ｆは、螺旋状に傾斜しており、その螺旋終端には、起立部３１ｇが形成されている。
【００２３】
従って、流体が下流側開口部２０ｂから流体通路２００内へ逆流し、羽根車３０が上流側方向（流体通路２００の上流側開口部２０ａ方向）へ摺動した場合は、その起立部３１ｇと上流側軸受け部２１ａの起立部２１ｇとが係合し、羽根車３０の回動を阻止する。
【００２４】
また、回転軸３１の下流側軸端部３１ｂには、短円柱状の第１磁石３４が固設されている。
尚、上記下流側軸端部３１ｂの「先端」が、既述請求項１の発明特定事項としての「回転中央部」に対応する。
上記第１磁石３４は、一方の端面にＮ極、他方の端面にＳ極を着磁させた両面二極形式の磁石であり、その一方の端面（ここでは、Ｎ極面）３４０が上記第２磁石２４に面している。即ち、第１磁石３４および第２磁石２４の対向面相互は、それぞれ同一磁極になるように設定されている。
【００２５】
従って、第１磁石３４のＮ極面３４０と第２磁石２４のＮ極面２４０とは、それら同一磁極間の反発力によって離反する方向へ付勢される。尚、この反発力は、予め設定された最大流量（例えば、３０リットル／分）の流体が流体通路２００内に流れ込んだ際の羽根車３０にかかる下流側方向への動圧力より大きくなるように設定されている。
【００２６】
さらに、上記第１磁石３４のＮ極面３４０は、平面状に形成されている。
このものでは、流体が上流側開口部２０ａから流体通路２００内へ流れ込むと、羽根車３０には下流側方向への動圧力が加わるが、このとき、下流側軸受け部２１ｂに設けられた第２磁石２４のＮ極面２４０と、下流側軸端部３１ｂに設けられた第１磁石３４のＮ極面３４０とが、それら同一磁極間の反発力によって離反する方向へ付勢される。
【００２７】
従って、羽根車３０は、下流側軸端部３１ｂの端面（第１磁石３４のＮ極面３４０）とその対向面（第２磁石２４のＮ極面２４０）とを接触させない状態、即ち、回動摩擦抵抗の極めて小さな状態で回動する。これにより、従来のものに比べて羽根車３０の回動負荷が低減され、流量検知精度が向上する。
【００２８】
また、上述の反発力によって、下流側軸端部３１ｂの端面（第１磁石３４のＮ極面３４０）およびその対向面（第２磁石２４のＮ極面２４０）の磨耗が防止されるから、羽根車３０の経年的な回動負荷の増加も防止される。これにより、長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【００２９】
さらに、下流側軸受け部２１ｂに第２磁石２４を設け、下流側軸端部３１ｂに第１磁石３４を設けたことによって、第１磁石３４のＮ極面３４０および第２磁石２４のＮ極面２４０相互間の相対的な位置関係に、回転軸３１の軸線と交差する方向へのずれが生じ難いから、羽根車３０の回転が安定する。これにより、流量検知精度が一層向上する。
【００３０】
また、第２磁石２４のＮ極面２４０を球面状に形成したことによって、流体通路２００内の流量が予め設定された最大流量を超えて、羽根車３０にかかる下流方向への動圧力が上述の反発力より大きくなった場合にも、羽根車３０は、上述の反発力が維持されたままの状態で、第２磁石２４のＮ極面２４０と第１磁石３４のＮ極面３４０とを点接触させて回動する。
これにより、既述従来のものに比べて、羽根車３０の回動負荷が低減されるだけでなく、第２磁石２４のＮ極面２４０および第１磁石３４のＮ極面３４０の磨耗も抑制されるから、一層長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【００３１】
［その他］
尚、上記実施の形態では、回転軸３１の下流側軸端部３１ｂに短円柱状の第１磁石３４を固設したものであるが、図２に示すように、下流側軸端部３１ｂの先端に棒状の第１磁石３４を埋設し、その第１磁石３４の下流端側のＮ極面３４０を第２磁石２４のＮ極面２４０に対向させたものであっても良い。
【００３２】
また、図３に示す羽根車３０のように、回転軸３１自体を磁性材料で形成し、その下流側軸端部３１ｂにＮ極、上流側軸端部３１ａにＳ極を着磁させたものであっても良い。この場合、上記回転軸３１が既述請求項１の発明特定事項としての「回転中央部」および「第１磁石」に対応する。
【００３３】
さらに、上記実施の形態では、第２磁石２４の上流側端面２４０を球面状に形成し、第１磁石３４の下流側端面３４０を平面状に形成したものであるが、図４（ａ）に示すように、第２磁石２４の上流側端面２４０を平面状に形成し、第１磁石３４の下流側端面３４０を球面状に形成しても良いし、図４（ｂ）に示すように、第２磁石２４の上流側端面２４０を平面状に形成し、第１磁石３４の下流側端面３４０に球状突起３４１を設けたものであっても良い。
この場合、図４（ａ）における上記「下流側端面３４０」の球面全体、図４（ｂ）における上記「球状突起３４１」が、それぞれ既述請求項３の発明特定事項としての「球面状凸部」に対応する。
【００３４】
［他の実施形態に係る流量センサ１Ｂ］
上記実施の形態における流量センサ１は、羽根３２の根元部から上流側および下流側へ突出する回転軸３１の軸端部３１ａ，３１ｂを、上流側開口部２０ａおよび下流側開口部２０ｂの各中央に設けられた軸受け部２１ａ，２１ｂへ支持させた構成のものであるが、図５に示す流量センサ１Ｂように、流体通路４００内に固設された主軸４１に羽根車５０を回動可能な状態で挿設させた構成のものであっても良い。
【００３５】
上記主軸４１は、その下流側軸端部４１ｂがケーシング４０の下流側開口部４０ｂの中央に固定されており、流体通路４００の上流側へ延びている。そして、この上流側軸端部４１ｃに円柱状の第２磁石４４が固設されている。
上記第２磁石４４の上流側の端面（ここでは、Ｎ極面）４４０は、平面状に形成されており、後述する第１磁石５４に面している。
【００３６】
一方、羽根車５０の回転中央部には、上記主軸４１を挿入するスリーブ５１が形成されており、このスリーブ５１の上流側の奥端に、短円柱状の第１磁石５４が埋設されている。
【００３７】
上記第１磁石５４の下流側の端面（ここでは、Ｎ極面）５４０は、球面状に形成されており、上記第２磁石４４に面している。即ち、第１磁石５４および第２磁石４４の対向面相互は、それぞれ同一磁極になるように設定されている。
尚、上記スリーブ５１の上流側の「奥端」が、既述請求項１の発明特定事項としての「回転中央部」に対応し、球面状に形成された上記「Ｎ極面５４０」の全面が、既述請求項３の発明特定事項としての「球面状凸部」に対応する。
【００３８】
また、上記スリーブ５１の上流側端部には、円柱状の支軸５１ａが突設されており、ケーシング４０の上流側開口部４０ａの中央に形成された軸受け部４１ａに対して回動可能に支持されている。
このものでは、羽根車５０が、第２磁石４４のＮ極面４４０と第１磁石５４のＮ極面５４０との同一磁極間の反発力によって、スリーブ５１の上流側の奥端（第１磁石５４のＮ極面５４０）とその対向面（第２磁石４４のＮ極面４４０）とを接触させない状態で回動するから、上記実施の形態と同様、流量検知精度が向上するとともに、長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【００３９】
さらに、第１磁石５４のＮ極面５４０を球面状に形成したことによって、羽根車５０にかかる下流方向への動圧力が上述の反発力より大きくなった場合にも、羽根車５０は、上述の反発力が維持されたままの状態で、第２磁石４４のＮ極面４４０と第１磁石５４のＮ極面５４０とを点接触させて回動するから、上記実施の形態と同様、一層長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【００４０】
［他の実施形態に係る流量センサ１Ｃ］
また、図６に示す流量センサ１Ｃのように、流体通路６００内に固設された主軸６１に羽根車７０を回動可能な状態で挿設させた構成のものであっても良い。
上記主軸６１は、その上流側軸端部６１ａがケーシング６０の上流側開口部６０ａの中央に固定されており、流体通路６００の下流側へ延びている。また、ケーシング６０の下流側開口部６０ｂの中央には、円柱状の第２磁石６４が固設されている。
上記第２磁石６４の上流側の端面（ここでは、Ｎ極面）６４０は、平面状に形成されており、後述する第１磁石７４に面している。
【００４１】
一方、羽根車７０の回転中央部には、上記主軸６１を挿入するスリーブ７１が形成されており、このスリーブ７１の下流側端部に、短円柱状の第１磁石７４が埋設されている。
上記第１磁石７４の下流側の端面（ここでは、Ｎ極面）７４０は、球面状に形成されており、上記第２磁石６４に面している。即ち、第１磁石７４および第２磁石６４の対向面相互は、それぞれ同一磁極になるように設定されている。
尚、上記スリーブ７１の「下流側端部」が、既述請求項１の発明特定事項としての「回転中央部」に対応し、球面状に形成された上記「Ｎ極面７４０」の全面が、既述請求項３の発明特定事項としての「球面状凸部」に対応する。
【００４２】
このものでは、羽根車７０が、第２磁石６４のＮ極面６４０と第１磁石７４のＮ極面７４０との同一磁極間の反発力によって、スリーブ７１の下流側端部（第１磁石７４のＮ極面７４０）とその対向面（第２磁石６４のＮ極面６４０）とを接触させない状態で回動するから、上記実施の形態と同様、流量検知精度が向上するとともに、長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【００４３】
さらに、第１磁石７４のＮ極面７４０を球面状に形成したことによって、羽根車７０にかかる下流方向への動圧力が上述の反発力より大きくなった場合にも、羽根車７０は、上述の反発力が維持されたままの状態で、第２磁石６４のＮ極面６４０と第１磁石７４のＮ極面７４０とを点接触させて回動するから、上記実施の形態と同様、一層長期に亘って流量検知精度を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る流量センサ１の概略構成図
【図２】本発明の他の実施形態に係る流量センサの第１磁石３４の説明図
【図３】本発明の他の実施形態に係る流量センサの羽根車３０の説明図
【図４】本発明の他の実施形態に係る流量センサの第２磁石２４および第１磁石３４の説明図
【図５】本発明の他の実施形態に係る流量センサ１Ｂの概略構成図
【図６】本発明の他の実施形態に係る流量センサ１Ｃの概略構成図
【図７】従来の流量センサ９の概略構成図
【符号の説明】
【００４５】
１・・・流量センサ
２０・・・ケーシング
２００・・・流体通路
２４・・・第２磁石
３０・・・羽根車
３４・・・第１磁石
Ｓ・・・回転検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008267888.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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