(57)【要約】【課題】  羽根車の形状の改良によって、器差のフラット性を確保して、厳しくなった新計量法の検定公差範囲内に器差を収めることである。【解決手段】  内部が計量室Ｍとなった下ケースＤ1 と、軸部５に複数枚の平板状の羽根板Ｐ1 が放射方向に一体に設けられて、前記下ケースＤ1 の計量室Ｍにピボット４を介して回転可能に配置される羽根車Ａと、前記下ケースＤ1 の計量室Ｍを通過する水流の積算通過量を表示する表示機構と、前記下ケースＤ1 の上面開口を閉塞するためのヒンジ開閉構造の上ケースＤ2 とを備えた接線流羽根車式水道メータであって、前記羽根車Ａを構成する各羽根板Ｐ1 の先端部であって、前記水流に対して背面となる側にアール面取りＣ1 が全高に亘って施された構成とする。【選択図】  図４
2013024770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が計量室となっていて、当該計量室に接続される流入口及び流出口がそれぞれ１個ずつ設けられた下ケースと、
軸部に複数枚の平板状の羽根板が放射方向に一体に設けられて、前記下ケースの計量室にピボットを介して回転可能に配置される羽根車と、
前記下ケースにおける計量室の上方空間に配置されて、前記流入口から計量室に流入される水流が各羽根板に対して接線流となって衝突して回転される前記羽根車の回転を減速させて、当該水流の積算通過量を表示する表示機構と、
前記下ケースの上面開口を閉塞するためのヒンジ開閉構造の上ケースと、
を備えた接線流羽根車式水道メータであって、
前記羽根車を構成する各羽根板の先端部であって、前記水流に対して背面となる側に面取りが全高に亘って施されていることを特徴とする接線流羽根車式水道メータ。
【請求項２】
前記羽根板の先端部の巾は、（１〜３）ｍｍであって、前記アール面取りの半径は、羽根板の先端部の巾の（０．３〜１．０）の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の接線流羽根車式水道メータ。
【請求項３】
前記羽根板の先端部における水流に対して前面となる部分には、平面取りが施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接線流羽根車式水道メータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計量室に流入される水流の接線方向の流れにより羽根車を回転させて、通過する水流の積算通過量を計量する接線流羽根車式水道メータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接線流羽根車式水道メータ（以下、単に「水道メータ」と略すこともある）は、内部が計量室となっていて、当該計量室に接続される流入口及び流出口がそれぞれ１個ずつ設けられた下ケースと、軸部に複数枚の平板状の羽根板が放射方向に一体に設けられて、前記下ケースの計量室にピボットを介して回転可能に配置される羽根車と、前記下ケースにおける計量室の上方空間に配置されて、前記流入口から計量室に流入される水流が各羽根板に対して接線流となって衝突して回転される前記羽根車の回転を減速させて、当該水流の積算通過量を表示する表示機構と、前記下ケースの上面開口を閉塞するためのヒンジ開閉構造の上ケースとを備えている。
【０００３】
そして、従来の水道メータでは、全流量域における器差の変化を可能な限り少なくして、即ち、器差のフラット性を確保して、計量法で定められる検定公差範囲内に器差を収めるには、下ケースの計量室内に配置される調整器、或いは抵抗器の配置位置を微調整することにより、水流の経路を微妙に変化させたり、或いは当該水流に対する抵抗を微妙に変化させることにより、実現している。
【０００４】
ところが、平成２３年４月１日に施行された新計量法の下では、定格最少流量（Ｑ1 ）が従来よりも少量になると共に、器差が±５％から±２％に移行する転移流量（Ｑ2 ）が定格最少流量（Ｑ1 ）の１．６倍と定められた（Ｑ2 ＝Ｑ1 ×１．６）ことにより、当該転移流量（Ｑ2 ）が従来よりも少量になって、検定公差が厳しくなった。
【０００５】
このように、新計量法では検定公差が厳しくなったために、調整器及び抵抗器の単独、或いはその組合せによる微調整のみでは、器差のフラット性を高めて、器差を検定公差範囲内に収めることが難しくなった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７０２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、羽根車の形状の改良によって、器差のフラット性を高めて、厳しくなった新計量法の検定公差範囲内に器差を収めることを課題としている。
【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の発明は、内部が計量室となっていて、当該計量室に接続される流入口及び流出口がそれぞれ１個ずつ設けられた下ケースと、軸部に複数枚の平板状の羽根板が放射方向に一体に設けられて、前記下ケースの計量室にピボットを介して回転可能に配置される羽根車と、前記下ケースにおける計量室の上方空間に配置されて、前記流入口から計量室に流入される水流が各羽根板に対して接線流となって衝突して回転される前記羽根車の回転を減速させて、当該水流の積算通過量を表示する表示機構と、前記下ケースの上面開口を閉塞するためのヒンジ開閉構造の上ケースとを備えた接線流羽根車式水道メータであって、前記羽根車を構成する各羽根板の先端部であって、前記水流に対して背面となる側にアール面取りが全高に亘って施されていることを特徴としている。
【０００９】
羽根車の回転速度（羽根板の先端の周速度）は、下ケースの流入口から流入される水流の流速よりも遅くなるように設計されているため、水流が各羽根板の前面を押圧する形態となって、羽根車が回転させられる。また、接線流羽根車式の水道メータにおいては、流量に対する器差の変化は、定格最少流量から特定流量までは、器差が上昇し、当該特定流量から定格最大流量までは、器差が順次下降して、約２００（Ｌ/ ｈ）よりも大きな流量においては、器差はほぼ一定することが知られている。従って、約２００（Ｌ/ ｈ）よりも大きな流量域において、器差がマイナスとなって、その値自体が最も大きくなることも知られている。
【００１０】
接線流羽根車式の水道メータでは、羽根車の各羽根板のうち流入口と対向する羽根板の前面に、水流による押圧力が順次作用して、当該押圧力により羽根車が回転される。このため、流入口と対向する羽根板と、当該羽根板に対して後続して隣接する羽根板とで囲まれる空間を除く、残りの相前後する羽根板の間の空間に収容されている水は、多少の慣性を有していて、羽根車の回転により連れ廻される作用を有する。水道メータでは、下ケースの計量室の内周面と各羽根板の先端面との間の隙間では、相対的に羽根車の回転方向と逆方向に水が流れる現象が生じ、従来の水道メータでは、羽根車の各羽根板の先端部は、前面及び背面の双方が断面視で直角に形成されていたため、流量が多くなった場合には、前記隙間、及び羽根板の先端部の背面側において、不規則な流れを有する水流、或いは渦流が発生することがある。
【００１１】
上記した不規則な流れを有する水流、或いは渦流は、羽根車の回転に対しては抵抗として作用するために、流量が大きな領域において、器差を下げる原因となっており、この現象も原因の一つとなって、上記したように、約２００（Ｌ/ ｈ）よりも大きな流量域において、器差がマイナスとなって、その値自体が最も大きくなる考えられる。
【００１２】
請求項１の発明では、羽根車を構成する各羽根板の先端部であって、前記水流に対して背面となる側にアール面取りが全高に亘って施されているために、水流により押圧される羽根板の前面側は、先端に至るまで平面を維持していて、水流による押圧力が従来の羽根車と同様に作用する状態を保持したままで、羽根板の先端部の背面側における水流の流れをスムーズにする。即ち、羽根車の各羽根板の先端部の背面側をアール面取りすることにより、水流に対する抵抗の程度を表す「抗力係数」が小さくなり、当該「抗力係数」が小さくなる程度は、水流の速い高レイノルズ数域で大きくなる。その結果、水流が速い場合には、羽根板の先端部の背面側の面取りは、多大な作用を奏して、「抗力係数」を一層に小さくして、羽根車を回転し易くする。
【００１３】
このため、請求項１の発明によれば、水流の積算通過量に対する羽根車の積算回転数の比が大きくなって、全流量域において器差がプラスとなるように作用すると共に、このプラスの程度は、高流量域において大きくなる。この結果、器差のフラット化が確保され、検定公差が厳しくなった新計量法に基づく器差の新基準に対処可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記羽根板の先端部の巾は、（１〜３）ｍｍであって、前記アール面取りの半径は、羽根板の先端部の巾の（０．３〜１．０）の範囲であることを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明によれば、羽根板の先端部におけるアール面取りが施されている部分は、当該羽根板の先端部の巾の３割以上であるために、当該羽根板の背面側の水流を滑らかにする作用が高くなる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記羽根板の先端部における水流に対して前面となる部分には、平面取りが施されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明によれば、羽根板の先端部の背面側には、アール面取りが施されているのに加えて、当該羽根板の先端部の前面側には、平面取りが施されているために、計量室の内周面と羽根板の先端面との間における当該羽根板の前面側の水流の流れもスムーズとなって、器差のフラット化に寄与する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、羽根車の各羽根板の先端部の背面側をアール面取りすることにより、水流に対する抵抗の程度を表す「抗力係数」が小さくなり、当該「抗力係数」が小さくなる程度は、水流の速い高レイノルズ数域で大きくなるために、水流が速い場合には、羽根板の先端部の背面側の面取りは、多大な作用を奏して、「抗力係数」を一層に小さくして、羽根車を回転し易くなって、水流の積算通過量に対する羽根車の積算回転数の比が大きくなって、全流量域において器差がプラスとなるように作用すると共に、このプラスの程度は、高流量域において大きくなる。この結果、器差のフラット化が確保され、検定公差が厳しくなった新計量法に基づく器差の新基準に対処可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る羽根車Ａを備えた単箱型の接線流羽根車式水道メータの縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】羽根車Ａの斜視図である。
【図４】（イ），（ロ）は、それぞれ本発明の羽根車Ａの羽根板Ｐ1 及び従来機構造の羽根板Ｐ’の先端面と、計量室Ｍの内周面との間の水流の流れを主体に示す部分拡大図（図２のＥの部分の拡大図）である。
【図５】本発明に係る水道メータと従来の水道メータの流量に対する器差を比較して示すグラフである。
【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ羽根板の先端部の巾（Ｗ）に対するアール面取りＣ2 ，Ｃ3 の半径（Ｒ）の割合の異なる羽根板Ｐ2 ，Ｐ3 の先端部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の最良の実施例を挙げて、本発明について更に詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図４に、本発明の実施例が示されている。図１は、本発明に係る羽根車Ａを備えた単箱型の接線流羽根車式水道メータの縦断面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図であり、図３は、羽根車Ａの斜視図であり、図４（イ），（ロ）は、それぞれ本発明の羽根車Ａの羽根板Ｐ1 及び従来機構造の羽根板Ｐ’の先端面と、計量室Ｍの内周面との間の水流の流れを主体に示す部分拡大図（図２のＥの部分の拡大図）である。下ケースＤ1 は、内部における高さ方向のほぼ下半部が中空短円柱状の計量室Ｍとなっていて、下端部に、前記計量室Ｍに接続される流入口１及び流出口２を備えている。流入口１内には、ストレーナ３が配置されている。羽根車Ａは、下ケースＤ1 の計量室Ｍに配置されて、ピボット４を介して回転可能に支持される。羽根車Ａの軸部５には、前記ピボット４が一体に挿入されて、当該ピボット４の下端部には、ピボット支え６及びピボットナット７が取付けられ、当該ピボット支え６及びピボットナット７は、下ケースＤ1 の底壁部８の内部中央に形成された凹部９に収納されて、羽根車Ａは、ピボット４を介して下ケースＤ1 の底壁部８に回転可能に立てられる。
【００２２】
下ケースＤ1 の内部空間の上半部には、レジスタボックスＢが段差部を用いて嵌め込まれ、羽根車Ａの軸部５の上端部は、前記レジスタボックスＢの下面の中央部に形成された凹部１１内に入り込んでいる。当該レジスタボックスＢ内には、羽根車Ａの回転を伝達して減速回転させる歯車列が配置されている。羽根車Ａの軸部５と、前記歯車列を構成する入力側を構成していて、前記軸部５と同一軸心上に配置された歯車１２とは、当該軸部５及び歯車１２にそれぞれ内装された各マグネット１３，１４により構成されるマグネットカップリングを介して連結されている。なお、図１において、１５は、前記歯車列を構成する中間の歯車である。前記歯車列を介して減速された回転により、数字車１７が回転される。
【００２３】
レジスタボックスＢの上面の開口部には、前記歯車列を構成する特定の歯車に取付けられた指針（図示せず）及び数字車１７を透視可能とするガラス板２１がＯリング２２を介して嵌め込まれ、前記下ケースＤ1 の上端部の外側には、上ケースＤ2 が螺合により嵌め込まれる。上ケースＤ2 の上端部には、リング状の押圧部２３が一体に設けられ、前記ガラス板２１の周縁部は、ガスケット２４を介してリング状の押圧部２３により押圧される。上ケースＤ2 には、当該上ケースＤ2 の開口を閉塞するための蓋体２５がピン２６を支点にして開閉可能に連結されている。なお、図１において、２７ａ，２７ｂは、器差の調整のために、計量室Ｍにおける羽根車Ａの羽根板Ｐ1 により上方の空間に配置された一対一組の調整器を示す。
【００２４】
羽根車Ａは、図１〜図４に示されるように、軸部５の下部に連結部３１を介して複数枚（実施例では６枚）の羽根板Ｐ1 が周方向に等間隔をおいて放射方向に沿って一体に形成された構成である。各羽根板Ｐ1 は、高さ方向の中央部よりも僅かに上方の部分において連結部３１を介して軸部５に一体に形成されていて、連結部３１の上端面は、羽根板Ｐ1 の上端面よりも下方に位置していて、両者の間に第１段差部３２が形成されていると共に、連結部３１の下端面は、羽根板Ｐ1 の下端面よりも上方に位置していて、両者の間に、前記第１段差部３２よりも大きな第２段差部３３が形成されている。
【００２５】
羽根板Ｐ1 の巾は、基端から先端に向けて漸次狭くなっていて、先端部の巾Ｗは２ｍｍであるのに対して、基端の巾は３ｍｍである。羽根板Ｐ1 の高さは、基端から先端に亘って一定していて、１１ｍｍである。羽根板Ｐ1 の先端部であって、水流に対して背面及び前面となる側には、それぞれアール面取りＣ1 及び平面取りＣ0 が施されている。アール面取りＣ1 の半径は、羽根板Ｐ1 の先端部の巾Ｗの半分（Ｗ/ ２）となっており、平面取りＣ0 の一辺の長さは、羽根板Ｐ1 の先端部の巾Ｗの１/ ４（Ｗ/ ４）となっている。
【００２６】
そして、下ケースＤ1 の流入口１から内部の計量室Ｍ内に流入した水流は、羽根車Ａの各羽根板Ｐ1 に対して接線流となって順次衝突して、当該羽根車Ａが回転させられ、当該羽根車Ａの回転により、表示機構を構成する前記歯車列、及び数字車１７が回転されて、計量室Ｍを通過する水流の積算通過量が表示される。なお、図４において、Ｆは、水流が羽根板Ｐ1 に対して作用する力を示す。
【００２７】
上記したように、下ケースＤ1 の計量室Ｍの内周面Ｍａと各羽根板Ｐ1 の先端面との間の隙間３４では、相対的に羽根車の回転方向と逆方向に水が流れる現象が生じ、本発明に係る水道メータでは、羽根車Ａの各羽根板Ｐ1 の先端部は、背面側がアール面取りＣ1 されていると共に、前面側が平面取りＣ0 されているために、先端部の前面及び背面の双方が断面視で直角に形成されている羽根板Ｐ’を有する羽根車に比較して、各羽根板Ｐ1 の背面側、及び前記隙間３４の部分における水流がスムーズとなる。物体の水流に対する抵抗の程度を表す「抗力係数」は、水流に対して当該物体のコーナー部が角部である場合よりも、丸みを有する場合の方が「抗力係数」が小さくなること、及び当該「抗力係数」が小さくなる程度は、水流の速い高レイノルズ数域で大きいことは、流体力学の分野において知られており、本発明はこの原理を利用したものである。
【００２８】
このため、先端部の背面側がアール面取りＣ1 された羽根板Ｐ1 を有する羽根車Ａを使用した場合には、水流に対する羽根車Ａの各羽根板Ｐ1 の抵抗が小さくなるために、水流の積算通過量に対する羽根車Ａの積算回転数の比が大きくなって、全流量域において器差がプラスとなるように作用するのに加えて、上記した水流に対する抵抗が小さくなる程度は、高流量域において大きくなる結果、器差がプラスとなる程度は、高流量域において大きくなって、全体として器差がフラット化される。また、羽根板Ｐ1 の先端部の前面側の平面取りＣ0 は、水流における羽根板Ｐ1 の先端部の前面側の部分の流れをスムーズにして、水流に対する羽根板Ｐ1 の抵抗を小さくするのに寄与する。
【００２９】
図５は、本発明に係る水道メータと従来の水道メータの流量に対する器差を比較して示すグラフである。図５において、太線で囲まれた範囲は、転移流量（Ｑ2 ）が従来よりも少量となった改正計量法の下における検定公差範囲を示し、実線及び破線で示される曲線は、それぞれ本発明に係る羽根板Ｐ1 を有する羽根車Ａが組み込まれた水道メータと、従来の羽根車が組み込まれた水道メータとの各器差を示す。図５は、本発明に係る羽根板Ｐ1 を有する羽根車Ａが組み込まれた水道メータは、先端部の背面側が角部となった羽根板を有する羽根車が組み込まれた従来の水道メータに比較して、水流に対する羽根板の先端部の抵抗が小さくなることにより、全流量域において器差がプラスとなり、しかも高流量域においては、水流に対する羽根板の抵抗が小さくなる程度が大きくなるために、器差がプラスとなる程度が大きくなることにより、器差がフラット化されて、全流量域における器差が、改正計量法の下における検定公差範囲に収まることが分かる。
【００３０】
また、羽根車の羽根板の先端部の背面側に形成するアール面取りに関して、羽根板の先端部の巾（Ｗ）に対するアール面取りの半径（Ｒ）は、Ｒ＝（０．３〜１．０）×Ｗの範囲で適宜定められる。図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ羽根板の先端部の巾（Ｗ）に対するアール面取りＣ2 ，Ｃ3 の半径（Ｒ）の割合の異なる羽根板Ｐ2 ，Ｐ3 の先端部の拡大断面図である。一般的には、（Ｒ/ Ｗ）の比が大きい程、水流に対する羽根板の抵抗は小さくなるものと考えられる。なお、羽根板Ｐ1 〜Ｐ3 の先端部の巾は、（１〜３）ｍｍの範囲で選択される。
【００３１】
また、上記実施例では、羽根車Ａを支持するピボット４と、前記歯車列を構成する入力側の歯車とは、マグネットカップリングで連結された構成であるが、軸部の上端部に、歯車列を構成する入力側の歯車が一体に形成された羽根車に対しても本発明は実施可能である。
【符号の説明】
【００３２】
Ａ：羽根車
Ｃ1 〜Ｃ3 ：アール面取り
Ｃ0 ：平面取り
Ｄ1 ：下ケース
Ｄ2 ：上ケース
Ｍ：計量室
Ｐ1 〜Ｐ3 ：羽根板
Ｗ：羽根板の先端部の巾
１：流入口
２：流出口
４：ピボット
５：羽根車の軸部
１２，１５：歯車（表示機構）
１７：数字車（表示機構）
【図１】
2013024770.tif 000003
【図２】
2013024770.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013024770.tif 000007
【図６】
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