(57)【要約】【課題】流量センサにおいて、流体流量と軸流回転羽根車の回転数との関係（特性図）における略１次直線で表せる部分（いわゆるリニア性）の特性改善をする。【解決手段】従来の軸流回転羽根車２０の羽根２１は支持軸１９側の肉厚Ｄと中空円柱状ケーシング５０側の肉厚Ｅとが同じ（略Ｄ＝Ｅの関係。）であったが、その羽根形状が略台形になるように、支持軸１９側の肉厚Ｄを薄く中空円柱状ケーシング５０側の肉厚Ｅを厚くした羽根２６（Ｄ＜Ｅの関係であって、従来の略Ｄ＝Ｅの関係を含まない。）とする。【選択図】        図５
2004251645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量センサの中空円柱状ケーシングの略中央部に設けられた支持軸を中心に流体流量により軸流回転し螺旋形捻りを有する軸流回転羽根車の羽根において、支持軸側の肉厚を薄く中空円柱状ケーシング側の肉厚を厚くした羽根としたことを特徴とする流量センサ用軸流回転羽根車。
【請求項２】
流量センサの中空円柱状ケーシングの略中央部に設けられた支持軸を中心に流体流量により軸流回転し螺旋形捻りを有する軸流回転羽根車の羽根において、支持軸側から中空円柱状ケーシング側に向かって略台形の肉厚の羽根としたことを特徴とする流量センサ用軸流回転羽根車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転検出手段として磁石と磁気検出装置とを組合せ、軸流回転羽根車（タービン・ロータ）を回転させて流体（水）の瞬間流量等を検出する軸流回転羽根車式流量センサに係るものであり、詳しくは軸流回転羽根車の羽根形状の改善により、流体流量（リットル／分、Ｌ／ｍｉｎ  ）と軸流回転羽根車の回転数（磁気検出装置の電気出力信号の周波数Ｈｚ）との関係（特性図）における略１次直線で表せる部分（いわゆるリニア性）の特性改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の軸流回転羽根車式流量センサ９０（図１［ａ］の右側面断面図参照。図の右が上流側で、左が下流側。流体は上流側から下流側に流れる。）には、支持軸１９と、該支持軸１９を軸止する前段整流固定羽根１０と、該支持軸１９が挿入される凹孔を有し流体流量により軸流回転し螺旋形捻りを有する軸流回転羽根車２０（図３の斜視図［下流側から視たもの］及び図４の正面図［下流側から視たもの］参照。図４の羽根２１において、Ｄは支持軸１９側の肉厚で、Ｅは中空円柱状ケーシング５０側の肉厚。通常は略Ｄ＝Ｅの関係にある。製造加工においてはややＤ＞Ｅの関係となる場合もある。）と、後段整流固定羽根３０と、回転検出手段４０（例えば、磁石４３とホールＩＣやリードスイッチ等の磁気検出装置４４との組合せ）と、中空円柱状ケーシング５０等と、からなるものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
前記流量センサ９０内を流れる流体流量と軸流回転羽根車２０の回転数との一般的な関係（特性図）を図２に示して説明する。
流体流量が０（ゼロ）からＡ点までは無反応流量領域と呼ばれ、軸流回転羽根車２０が回転しない、或いは回転していても流体流量との関連性に乏しい（不安定）領域である。
Ａ点を始動流量（仕様により異なる。）と呼んでいる。軸流回転羽根車２０の羽根２１に発生する圧損（受圧）を回転運動に変換できる下限の流量である。
Ａ点からＢ点までは初期検出流量領域と呼ばれ、再現性はあるがやや理論値に当てはまらない流量領域（非リニア流量領域）である。
【０００４】
参考ではあるが、流量センサ９０を搭載する電気機器（例えば、浄水器）等においては、例えば、マイコン等の電気信号処理装置等が、回転検出手段４０（磁気検出装置４４）の電気出力信号（周波数）を、入力信号として常時監視しているが、該初期検出流量領域の電気出力信号（周波数）に基づき、通水が開始された時の処理（ルーチン。割込みも含む。）等をするように、該電気信号処理装置等をプログラミングしている場合が多い（例えば、通水流量の積算開始の準備、通水表示開始。）。
【０００５】
Ｂ点を検出下限流量（仕様により異なる。軸流回転羽根車２０においては低速回転域。）、Ｃ点を検出上限流量（仕様により異なる。軸流回転羽根車２０においては高速回転域。）と呼んでいる。Ｂ点からＣ点まではリニア流量領域（保証流量領域とも言う。）と呼ばれ、流体流量と軸流回転羽根車２０の回転数との関係が略理論値の略１次直線で表せる領域である。
【０００６】
参考ではあるが、前記電気機器等においては、該リニア流量領域の電気出力信号（周波数）に基づき、通水中処理（ルーチン。割込みも含む。）等をするように、該電気信号処理装置等をプログラミングしている場合が多い（例えば、通水流量の積算、通水寿命表示。）。
【０００７】
Ｃ点以上は、流体の粘性のために、中空円柱状ケーシング（管路）５０の内周面端部を流れる流体の速度（遅い、圧力高い）と、該ケーシング５０の略中央部を流れる流体の速度（早い、圧力低い）と、の差が顕著に現れ、該ケーシング５０の内周面端部にキャビテーション（気泡）が発生して、軸流回転羽根車２０の羽根２１に発生していた圧損（受圧）に、キャビテーションによる負圧が加算されて、軸流回転羽根車２０の回転が増加（減少の場合もある。振動や騒音も発生する場合がある。）し、やや理論値に当てはまらない不安定流量領域（非リニア流量領域）である。
【０００８】
参考ではあるが、前記電気機器等においては、該不安定流量領域の電気出力信号（周波数）に基づき、警告処理（ルーチン。割込みも含む。）等をするように、該電気信号処理装置等をプログラミングしている場合が多い（例えば、通水流量の絞り込み依頼表示又は警告音吹鳴。）。
【０００９】
また、前記流量センサ９０においては、始動流量（感度）の改善や、検出下限流量を小さくするために、流体に渦流回転を発生させる軸流回転羽根車２０のリードより短いリードの螺旋形捻りを前段整流固定羽根に設けたもの（図１［ｂ］の断面図の符号１３参照。）に改変した流量センサ９１も知られている。
リードとは、螺子の蔓巻線に沿って軸の周りを１周するとき、軸方向に進む距離をいい、リード角とは、螺子の蔓巻線の接線が蔓巻線の軸に垂直な面となす角度をいう。例えば、リードが短いとリード角が小さくなり、流体の流速が早くなって、軸流回転羽根車２０にあたって流れて行きやすくなり、軸流回転羽根車２０の回転数を上げられることになる。
しかし、検出上限流量も小さくなるという副作用もあるために、用途（仕様）を選択することが必要である。
【００１０】
顧客の要求事項としては、始動流量（感度）の改善の他にも、検出上限流量をもっと広げてほしいといった、いわゆる略１次直線で表せる部分（いわゆるリニア性）の特性改善を要望されている。
【００１１】
ところで、従来から軸流回転羽根車式流量センサに用いる軸流回転羽根車においては、螺旋形捻りを有するもの、螺旋形捻りを有しないもの、の他に、軸流回転羽根車の羽根形状や構造等をいろいろと従来から工夫していた経緯があるので、いくつかを説明する。（尚、説明中で使用されている符号は、参照している特許文献で使用されている符号である。）
【００１２】
例えば、タービン３は、上流側縁部の外径と下流側縁部の外径が略同等で、略中央部の外径を大きくし、扇状に変化させた翼５としたもの（例えば、特許文献２参照。）。
【００１３】
複数枚の楕円板状の羽根１１を有するコーン３６の内周面において、略中央部から外周部に向かって徐々に溝幅を広げた渦巻状溝４１を形成したもの（例えば、特許文献３参照。）。
【００１４】
上流側縁部を肉厚に形成してなり、下流側縁部に向かって徐々に肉薄にして湾曲させた扇状の羽根或いはストレート状の羽根と回転軸との間に流体通路を設けた羽根車としたもの（例えば、特許文献４参照。）。
【００１５】
上流側の整流機構３の案内羽根５において、上流側縁部を肉薄に形成してなり、下流側縁部に向かって徐々に肉厚にしたもの（例えば、特許文献５参照。）。
【００１６】
上流側縁部の外径より下流側縁部の外径の方を大きくし連続的にラッパ状に変化させた羽根車６としたもの（例えば、特許文献６参照。）。
【００１７】
羽根車１の羽根１ａをその回転軸２の軸線に対して傾斜させたもの（例えば、特許文献７参照。）。
【００１８】
回転羽根９における流出孔３近傍の長さａの部分の直径をＤ１  とし、流入孔２近傍の長さｂの部分の直径をＤ２  とし、Ｄ１，Ｄ２  の関係をＤ１  ＞Ｄ２  となるようにしたものや、流入孔近傍部分から流出孔近傍部分までの回転羽根９の径を、連続的にラッパ状に変化させたものや、ハウジング１の内径を変化させて、流出孔近傍部分のハウジング１と回転羽根９の隙間Δｘを流入孔近傍部分の該ハウジングと該回転羽根の隙間Δｙより小さくしたもの（例えば、特許文献８参照。）。
【００１９】
上流側縁部を肉薄に形成してなり、下流側縁部に向かって徐々に肉厚にした羽根５ａ〜５ｄとしたもの（例えば、特許文献９参照。）。
【００２０】
上流側縁部６６を肉厚に形成してなり、下流側縁部６８に向かって徐々に肉薄にして湾曲させたタービンブレード３６としたもの（例えば、特許文献１０参照。）。
【００２１】
上流側縁部４６を肉厚に形成してなり、下流側縁部５０に向かって徐々に肉薄にして湾曲させたタービンブレード３０としたもの（例えば、特許文献１１参照。）。
【００２２】
上流側縁部６４には湾曲を設け、低圧受圧面６２と高圧受圧面６０とを有するタービンブレード４０の下流側縁部６６には僅かな延長部６８を設けたもの（例えば、特許文献１２参照。）。
【００２３】
【特許文献１】
特開２００１−３０４９２５号公報（第１頁、第３−４図）
【特許文献２】
実公平３−１３６８８号公報報（第１図）
【特許文献３】
特公平４−６４００９号公報（第６図）
【特許文献４】
実開昭６３−２１１３号公報（第１−４図）
【特許文献５】
実開昭６３−１７４０２３号公報（第７図）
【特許文献６】
実公平３−１７２２３号公報報（第１図）
【特許文献７】
実開平４−５５５１３号公報（第１頁、第６−７図）
【特許文献８】
実用新案登録第２６０３７０１号公報（第２−３頁、第１−３図）
【特許文献９】
特公平７−１１１３６１号公報（第１図、第３図）
【特許文献１０】
米国特許第４７００５７９号明細書（フロントページ、第５図、第９図）
【特許文献１１】
米国特許第４８５６３４８号明細書（フロントページ、第２図、第６図）
【特許文献１２】
米国特許第６０６５３５２号明細書（フロントページ）
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの軸流回転羽根車の羽根形状や構造等では、顧客の要求事項として、検出上限流量をもっと広げてほしいといった、いわゆる略１次直線で表せる部分（いわゆるリニア性）の特性改善の要望を満たす効果を得られるものがなかった。
つまり、検出上限流量（Ｃ点）以上で発生するキャビテーションによる負圧を無効（相殺）にし、軸流回転羽根車の回転の増加（減少）を抑えて、理論値に当てはまる流量領域（リニア流量領域）を延ばす改善が残されているという問題点があった。
【００２５】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低速回転域（低流量）から高速回転域（高流量）越えまで略１次直線で表せる部分（いわゆるリニア性）の特性が改善された流量センサ用軸流回転羽根車を提供しようとするものである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の流量センサ用軸流回転羽根車は、流量センサの中空円柱状ケーシングの略中央部に設けられた支持軸（例えば、ステンレス鋼棒）を中心に流体流量により軸流回転し螺旋形捻りを有する軸流回転羽根車の羽根において、支持軸側（軸流回転羽根車の略中央部側）の肉厚Ｄを薄く中空円柱状ケーシング側（軸流回転羽根車の外周部側）の肉厚Ｅを厚くした羽根（Ｄ＜Ｅの関係であって、従来の略Ｄ＝Ｅの関係を含まない。）としたことを特徴とし、詳しくは、支持軸側から中空円柱状ケーシング側に向かって略台形（テーパー形状、羽根の表面側又は裏面側の一方に勾配を設けない形状も含む。）の肉厚の羽根としたことを特徴とする。
【００２７】
つまり、軸流回転羽根車の略中央部側から外周部側への管路（通路）が僅かではあるが徐々に狭くなっているので、高速回転域で回転している軸流回転羽根車によって回転させられている軸流回転羽根車の略中央部側にいる流体が、軸流回転羽根車の外周部側へ遠心力で移動させられると、その流体の圧力が増加して、中空円柱状ケーシングの内周面端部に発生するキャビテーションによる負圧を無効（相殺）にし、軸流回転羽根車の回転の増加（減少）を抑えるものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図５は本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車２５の斜視図（下流側から視たもの）であり、図６は本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車２５の正面図（下流側から視たもの）である。
本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車２５は、合成樹脂（例えば、ＰＯＭ樹脂等の射出成形樹脂部材）で形成されていて、従来の流量センサ９０の中空円柱状ケーシング５０の略中央部に設けられた支持軸１９（例えば、ステンレス鋼棒）を中心に流体流量により軸流回転し螺旋形捻り（右捻りでも左捻りでも良い。）を有する軸流回転羽根車２０と容易に置換できるように略同一寸法で形成したものである。
該軸流回転羽根車２５の羽根２６においては、羽根２６の肉厚形状が略台形になるように、支持軸１９側（軸流回転羽根車２５の略中央部側）の肉厚Ｄを薄く、中空円柱状ケーシング５０側（軸流回転羽根車２５の外周部側）の肉厚Ｅを厚く（Ｄ＜Ｅの関係であって、従来の略Ｄ＝Ｅの関係を含まない。）したものである。つまり、羽根２６の表面側２７と裏面側２８の両方に勾配（テーパー）を設けたものである。
【００２９】
不図示ではあるが、羽根２６の表面側２７又は裏面側２８の一方は、勾配（テーパー）を設けない従来のストレート形状としても良い。
つまり、羽根２６の表面側２７はストレート形状とし、羽根２６の裏面側２８はテーパー形状とした軸流回転羽根車２５でも、羽根２６の表面側２７はテーパー形状とし、羽根２６の裏面側２８はストレート形状とした軸流回転羽根車２５でも良い。
【００３０】
図７は本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車２５の特性図である。
本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車２５における流体流量と軸流回転羽根車２５の回転数（磁気検出装置４４の電気出力信号の周波数Ｈｚ）との関係（特性図）は、従来の特性図（図２）と対比すると、初期検出流量領域（Ａ点からＢ点まで）は従来の特性より不安定になっているが、検出上限流量（Ｃ点）以上で発生するキャビテーションによる負圧を無効（相殺）にし、軸流回転羽根車２５の回転の増加（減少）を抑えて、理論値に当てはまる流量領域（リニア流量領域）を延ばしていることが確認できるものである。
これにより、顧客の要求事項として、検出上限流量をもっと広げてほしいといった、いわゆる低速回転域（低流量）から高速回転域（高流量）越えまで略１次直線で表せる部分（いわゆるリニア性）の特性改善の要望を満たすことが可能になった。
しかし、羽根２６の支持軸側の肉厚Ｄを薄くしたために、使用する流体の圧力（水圧）を低くしなければならないという条件等もあるために、用途（仕様）を選択することが必要である。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べてきたが、本発明は上述する実施の形態に限定されるものでなく、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの組合せ、改変等を施し得るのはもちろんである。
【００３２】
例えば、本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車２５は、略中央部に貫通孔を有しているが、仕様（顧客の要求事項）により、該貫通孔を支持軸１９が挿入される（貫通しない）程度の凹孔としても良いし、該貫通孔に炭素繊維入りポリアセタール樹脂等で成形された球面状突起を嵌合（圧入）させたものとしても良く、また前記球面状突起と一体形成したものでも良い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明における流量センサ用軸流回転羽根車においては、検出上限流量（Ｃ点）以上で発生するキャビテーションによる負圧を無効（相殺）にし、軸流回転羽根車の回転の増加（減少）を抑えて、理論値に当てはまる流量領域（リニア流量領域）を延ばす効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の流量センサの右側面断面図（一部透視図）である。
【図２】従来の流量センサ用軸流回転羽根車の特性図である。
【図３】従来の流量センサ用軸流回転羽根車の斜視図である。
【図４】従来の流量センサ用軸流回転羽根車の正面図である。
【図５】本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車の斜視図である。
【図６】本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車の正面図である。
【図７】本発明の一実施例の流量センサ用軸流回転羽根車の特性図である。
【符号の説明】
１０…前段整流固定羽根、１３…螺旋形捻りを有する前段整流固定羽根、１９…支持軸、２０…従来の軸流回転羽根車、２１…従来の羽根、２２…球面状加圧突起、２５…本発明の一実施例の軸流回転羽根車、２６…本発明の一実施例の羽根、２７…表面の勾配、２８…裏面の勾配、３０…後段整流固定羽根、４３…磁石、４４…磁気検出装置、５０…ケーシング、Ａ…始動流量、Ｂ…検出下限流量、Ｃ…検出上限流量、Ｄ…支持軸側の肉厚、Ｅ…中空円柱状ケーシング側の肉厚
【図１】
2004251645.tif 000003
【図２】
2004251645.tif 000004
【図３】
2004251645.tif 000005
【図４】
2004251645.tif 000006
【図５】
2004251645.tif 000007
【図６】
2004251645.tif 000008
【図７】
2004251645.tif 000009