JP2008209260A - 異物対応型羽根車式流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】流体に含まれるゴミ等が下流回転軸収容部の内部に溜まらないように改善された下流軸収容部の外周面の一部分にスリットを設けただけでは、羽根車の下流回転軸の外周壁と、下流軸収容部のスリットが存在しない中空部内周面と、の間に混入した異物により、全く羽根車が回転しなかったり、回転したとしても、特に羽根車の下流回転軸の外周壁側の一部が磨耗し、下流回転軸が偏心して振れてしまい、正確に瞬間流量を検出することができない場合を解決する。
【解決手段】少なくとも後段回転軸軸受３０の下流回転軸収容部３１の中空部の内周側周面には中空部の一端面から他端面に延びる複数の略半円形溝３６を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体（水、化学合成液体農薬等）の瞬間流量を検出するために、磁石を有する羽根車（回転羽根）を回転させて、その回転数を磁気検出装置で回転検出する方式の羽根車式流量センサに係るものであり、詳しくは虫、ゴミ、砂、泥、鉄屑、不純物（農薬作用補助剤、展着剤、水和剤、添加剤等を含む。）、固形物（特に長石等の石粉）、沈殿物等の異物が混入している化学合成液体農薬でも正確に瞬間流量を検出できる羽根車式流量センサの改善に関する。

従来から、磁気検出装置を有する略中空円柱管状のケーシングと、上流側に上流回転軸と下流側の端部に球面加圧突起を有する下流回転軸とを有し磁石を設け回転羽根を有する羽根車と、該上流回転軸を収容する上流回転軸収容部と、該下流回転軸を収容し該球面加圧突起と摺接する球面形滑面を有し該下流回転軸の外周壁（外周側面）を軸承（内周側で軸受）する中空部を有する下流回転軸収容部と、からなる羽根車式流量センサにおいて、該下流回転軸収容部の外周面には上方から下方に延びるスリットが周方向に１８０°離間して２か所形成され、該スリットは下方において下流回転軸収容部の内部に連通し、流体に含まれるゴミ等が下流回転軸収容部の内部に溜まらないように改善されたものが知られている（例えば、特許文献１）。
詳しくは、該スリット（一般的には壁の内外を貫通する切欠や孔）は、該下流回転軸収容部の上流側端面からで無く、該下流回転軸収容部の外周面の略中央部寄りの上方から、該下流回転軸収容部の下流側端面まで延びているものである。つまり、該下流回転軸収容部の中空部内周面には、スリットが存在しない軸承部分が存在する。

特開平７−０１２６０２号公報

しかしながら、異物が混入している化学合成液体農薬においては、従来技術のように下流軸収容部の外周面の一部分にスリットを設けただけでは、羽根車の下流回転軸の外周壁と、下流軸収容部のスリットが存在しない中空部内周面と、の間に混入した異物により、全く羽根車が回転しなかったり、回転したとしても、特に羽根車の下流回転軸の外周壁側の一部が磨耗し、下流回転軸が偏心（偏移、偏角、軸心ずれ）して振れてしまい、正確に瞬間流量を検出することができない場合がある、という課題が残されていた。
通常は、異物を除去するために、羽根車式流量センサの上流側に異物混入防止の６０メッシュ程度の金属フィルタや樹脂フィルタを設けたり、羽根車式流量センサが設置される管路内にストレーナやドレンを設けたりするが、そこを通過してくる異物があるので、前記の異物除去対策だけでは不十分であった。
羽根車式流量センサを通過する流体は、主に水（水道水）であることが多い。水には、例えば、金属であるカルシウム、マグネシウム、ナトリウムの溶解性不純物が溶け込んでいたり、空気を構成する酸素、窒素、二酸化炭素、水素、水蒸気等の気体も溶け込んでいる。これらの水に溶け込んでいる物質は、特に羽根車式流量センサに悪影響が無いが、流体が水や希釈剤等で希釈した化学合成液体農薬になると、水や希釈剤等に溶け込んでいる物質と反応して、固形物、沈殿物等の異物が生成される場合があり、羽根車式流量センサに想定外の悪影響が発生する場合がある。

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、異物が混入している化学合成液体農薬においても、羽根車（回転羽根）の上流回転軸の外周壁側の磨耗及び下流回転軸の外周壁側の磨耗を低減して、正確に瞬間流量を検出することができる羽根車式流量センサを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明の異物対応型羽根車式流量センサは、磁気検出装置（例えば、リードスイッチ、ホールＩＣ、磁気抵抗、コイル）を有する略中空円柱管状のケーシング（例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂等の射出成形樹脂部材）と、上流側が細径軸（上流回転軸）で下流側が中径軸（下流回転軸）で中径軸の端部に球面加圧突起を設けた回転軸（例えば、炭素繊維入りポリアセタール樹脂、炭素繊維入りポリプロピレン樹脂、炭素繊維入りナイロン樹脂、炭素繊維入りポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）と螺旋形捻りを有する回転羽根（例えば、ポリアセタール樹脂等の射出成形樹脂部材）とからなり細径軸の外周壁の一部に略環状磁石（例えば、希土類、プラスチック・マグネット）を環装した羽根車と、該回転軸の細径軸の外周壁（外周側面）の一部を軸承（内周側で軸受）し上流側に貫通孔と下流側に開口端面を有する中空部とを有する上流回転軸収容部と該上流回転軸収容部の外周部に設けた複数の前段整流固定羽根と該前段流固定羽根を支持する前段支持リングとからなる前段回転軸軸受（例えば、ポリアセタール樹脂等の射出成形樹脂部材）と、該回転軸の中径軸の外周壁の一部を軸承し上流側に開口端面（中空部の一端面）を有する中空部と下流側に該回転軸の中径軸の球面加圧突起と摺接する略球面形滑面（中空部の他端面）と該略球面形滑面部に設けられた複数の貫通孔とを有する下流回転軸収容部と該下流回転軸収容部の外周部に設けた複数の後段整流固定羽根と該後段流固定羽根を支持する後段支持リングとからなる後段回転軸軸受（例えば、炭素繊維入りポリアセタール樹脂、炭素繊維入りポリプロピレン樹脂、炭素繊維入りナイロン樹脂、炭素繊維入りポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）と、からなる羽根車式流量センサにおいて、該前段回転軸軸受の上流回転軸収容部の中空部の内周側周面には上流側の略中央部から下流側の該開口端面まで延びる複数（好ましくは２〜４本）の略半円形溝（角部の無い溝：角部には異物が堆積し成長しやすく流出しにくい。本発明の溝とは、壁の内側又は外側の一部を切欠したもので、壁の内外を貫通しない切欠を言う。）を設けたことを特徴とする。
また、該後段回転軸軸受の下流回転軸収容部の中空部の内周側周面には上流側の該開口端面から下流側の該略球面形滑面（正しくは該略球面形滑面部に設けられた貫通孔）まで（表現を変えると、中空部の一端面から他端面まで）延びる複数（好ましくは２〜５本）の略半円形溝（角部の無い溝）を設けたことを特徴とする。

本発明の異物対応型羽根車式流量センサでは、異物が混入している化学合成液体農薬においても、羽根車（回転羽根）の上流側の細径軸（上流回転軸）の外周壁側の磨耗（一部又は全部）及び下流側の中径軸（下流回転軸）の外周壁側の磨耗（一部又は全部）を低減して、正確に瞬間流量を検出することができる効果を奏する。

異物が混入している化学合成液体農薬においても、羽根車（回転羽根）の上流側の細径軸（上流回転軸）の外周壁側の磨耗及び下流側の中径軸（下流回転軸）の外周壁側の磨耗を低減するという目的を、追加部品無しで実現した。

図１は、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０の断面図である。図２（ａ）は、前段回転軸軸受２０を下流側から見た時の斜視図である。図２（ｂ）は、前段回転軸軸受２０を下流側から見た時の正面図である。図３（ａ）は、後段回転軸軸受３０を上流側から見た時の斜視図である。図３（ｂ）は、後段回転軸軸受３０を上流側から見た時の正面図である

図１ないし図３を参照して、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０の構成（ハード）を説明する。
まず、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０の回転検出手段は、略環状磁石１３と電気的信号出力が可能な磁気検出装置１２との組合せで実施した。
該磁石１３には、例えば、小判形、Ｄ字形等の挟める環状形状の希土類系のものに、フッ素コーティングを施したものを使用した。
通常、磁石の磁極付近の表面に鉄粉等が堆積するのは已むを得ないが、流体の通路を細くしないように、ある程度堆積したら自然に流体と一緒に流れていってもらう必要がある。又、希土類系の磁石は、水に濡れると割れる性質があるので、例えば、合成樹脂で形成した回転羽根に埋設しても、合成樹脂には吸水性が有り、いずれ磁石が水に濡れて割れてしまう。
そこで、本発明の一実施例の該磁石１３には、親水性が有り流体や異物等に対し，摩擦抵抗の小さい（滑りやすい）フッ素コーティングを施すものである。
フッ素コーティングした該磁石１３の磁極付近の表面は鉄粉堆積が起こらなく、通水路が細くなったりして正確な瞬間流量を検出できないという障害が発生しないことが確認されている。
該磁気検出装置（磁性感動素子）１２は、略中空円柱管状のケーシング１１（例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂等の射出成形樹脂部材）の外周部に設ける事が多い。該磁気検出装置１２には、例えば、リードスイッチ、ホールＩＣ、磁気抵抗、コイル等があり、通常はガラス管封入形リードコンタクト式の常時開路接点（ａ接点又はメーク接点ともいう。）のリードスイッチが多用されている。コスト的にはホールＩＣ（Ｓ極又はＮ極の片極検出型、Ｓ極及びＮ極の両極検出型、無検出時省エネ待機型等）が有利な場合もある。
該磁気検出装置１２は、印刷配線基板等に半田付け（電気的接続及び／又は機械的固定）して、該ケーシング１１外周部に配設（取付け）しやすいように工夫すると良い。
本実施例では、ホールＩＣを印刷配線基板上に配線材と共に半田付けで固着して印刷配線基板カバー部内に入れて、ポッティング材（例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の電気絶縁材、接着シール材等で、他の材質の防水対策材、防湿対策材、結露対策材用等のものも含む。）で封止したものである。
該ケーシング１１は、流入口側管路（上流口）１４と流出口側管路（下流口）１５とを有する略中空円柱管で、流入口側管路１４の方から流出口側管路１５の方の中空部に向かって、後段回転軸軸受３０、羽根車４０、前段回転軸軸受２０、リング状の止め金具５０、が順に挿入されて、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０が完成される。

次に、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０の羽根車４０を説明する。
上流側が細径軸（上流回転軸）４１で、下流側が中径軸（下流回転軸）４２からなり、中径軸４２の端部に球面加圧突起を設けた回転軸４３（例えば、炭素繊維入りポリアセタール樹脂、炭素繊維入りポリプロピレン樹脂、炭素繊維入りナイロン樹脂、炭素繊維入りポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）を、螺旋形捻りを有する回転羽根４４（例えば、ポリアセタール樹脂等の射出成形樹脂部材）に圧入し、該細径軸４１の外周壁の一部に該磁石１３を環装して、羽根車４０とした。
本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０においては、コストの関係から羽根車４０を、回転軸４３と回転羽根４４との別部品を合体（圧入）して形成したが、炭素繊維入りポリアセタール樹脂等で羽根車４０そのものを一体形成しても良い。
また、細径軸４１と回転羽根４４をポリアセタール樹脂等で一体形成し、中径軸４２を炭素繊維入りポリアセタール樹脂で形成し、合体（圧入）して羽根車４０としても良い。
中径軸４２の端部に設けた球面加圧突起の形状について説明する。例えば、平面加圧では摺接抵抗により発熱し摩耗等が早く、点加圧では後段回転軸軸受３０の滑面３５に凹みがつきやすい。又、球面加圧以外は、例えば、流体の流量変動等で細径軸４１側が偏心（偏移、偏角、軸心ずれ）して振れた場合、後段回転軸軸受３０の滑面３５に対し、常に同一面積の摺接面にならないので、摺接抵抗変化により回転ムラ等が発生しやすい。これらの理由から、中径軸４２の端部には球面加圧突起を設けるものである。
回転軸４３は、炭素繊維入りポリアセタール樹脂で一体形成したが、回転軸４３本体をポリアセタール樹脂等で形成し、球面状加圧突起部を炭素繊維入りポリアセタール樹脂で形成し、該球面状加圧突起部を該回転軸４３本体に圧入しても良い。

次に、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０の前段回転軸軸受２０を説明する。
前段回転軸軸受２０は、該回転軸４３の細径軸４１の一部を収容するものである。詳しくは、該回転軸４３の細径軸４１の外周壁（外周側面）の一部を軸承（内周側で軸受）し、上流側に流体（水、化学合成液体農薬等）が通過できる１つの貫通孔２５（例えば、直径０．６ｍｍ）と下流側に開口端面を有する中空部を有する上流回転軸収容部２１と、該上流回転軸収容部２１の外周部に設けた３枚の前段整流固定羽根２２と、該前段流固定羽根２２を支持する前段支持リング２３と、からなる。前段回転軸軸受２０は、例えば、ポリアセタール樹脂等の射出成形樹脂部材で一体に形成すると良い。
そして、該前段回転軸軸受２０の上流回転軸収容部２１の中空部の内周側周面には、上流側の略中央部から下流側の該開口端面まで延びる略半円（Ｕ字）形溝（略角部の無い溝：異物流出溝）２４を２本設けた。角部が有るＶ字形、凹形のような溝においては、異物が堆積し成長しやすく流出しにくいことが確認されている。この略半円形溝２４については、直線状の溝でも、螺旋状の溝でも良い。
該前段整流固定羽根２２の端面に傾斜突起２６を設けると、若干の水垢堆積は確認されるが、堆積成長が進むと流体の圧力に負けて自然に流れていき、該傾斜突起２６に固着されることが無い。

次に、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０の後段回転軸軸受３０を説明する。
後段回転軸軸受３０は、該回転軸４３の中径軸４２の一部を収容するものである。詳しくは、該回転軸４３の中径軸４２の外周壁の一部を軸承し、上流側に開口端面（中空部の一端面）を有する中空部と下流側に該中径軸４２の端部の球面加圧突起と摺接する略球面形滑面３５（中空部の他端面）と流体（水、化学合成液体農薬等）が通過できる３つの貫通孔３４（例えば、直径０．６ｍｍ）とを有する下流回転軸収容部３１と、該下流回転軸収容部３１の外周部に設けた３枚の後段整流固定羽根３２と、該後段流固定羽根３２を支持する後段支持リング３３と、からなる。後段回転軸軸受３０は、例えば、炭素繊維入りポリアセタール樹脂、炭素繊維入りポリプロピレン樹脂、炭素繊維入りナイロン樹脂、炭素繊維入りポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂等の射出成形樹脂部材で一体に形成すると良い。
また、後段回転軸軸受３０本体をポリアセタール樹脂等で形成し、略球面（湾曲面）形滑面３５部を炭素繊維入りポリアセタール樹脂で形成し、該略球面形滑面３５部を該後段回転軸軸受３０本体に圧入しても良い。
そして、該後段回転軸軸受３０の下流回転軸収容部３１の中空部の内周側周面には、上流側の該開口端面から下流側の該略球面形滑面３５（正しくは該略球面形滑面３５部に設けられた貫通孔３４）まで（表現を変えると、中空部の一端面から他端面まで）延びる略半円形溝（略角部の無い溝：異物流出溝）３６を３本設けた。角部が有るＶ字形、凹形のような溝においては、異物が堆積し成長しやすく流出しにくいことが確認されている。この略半円形溝３６については、直線状の溝でも、螺旋状の溝でも良い。

以上、本発明の好適な実施の形態について種々の組合せ等を述べてきたが、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。

例えば、本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０内を通過する流体（水、化学合成液体農薬等）に空気等のガスが混在すると、異物対応型羽根車式流量センサ１０だけでは気水分離機能を持たないために、低流量時においては回転するはずの羽根車４０が回転しない等の障害が発生するようであれば、少なくとも異物対応型羽根車式流量センサ１０の流出口側管路１５にトラップを設けて気水分離を可能としても良い。

また、羽根車４０（回転羽根４４）の始動流量（感度）を改善するために、流体に渦流回転を発生させる該回転羽根４４のリード（例えば、３０ｍｍ）より短いリード（例えば、１９ｍｍ）の螺旋形捻りを該前段整流固定羽根２２に設けても良い。
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、回転羽根にあたって流れて行きやすくなり、回転羽根の回転数を上げられることになる。

さらに、回転軸４３の細径軸４１と中径軸４２の外周壁の一部又は全部には、上流側から下流側に延びる略半円形溝（角部の無い溝：異物流出溝）を２〜１０本程度設けても良い。この略半円形溝については、直線状の溝でも、螺旋状の溝でも良い。

本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサ１０は、化学合成液体農薬のみならず、通常の水（水道水）や空気等の流体全般にも適用できる。

本発明の一実施例の異物対応型羽根車式流量センサの断面図である。 前段回転軸軸受の斜視図及び正面図である。 後段回転軸軸受の斜視図及び正面図である。

符号の説明

１０…異物対応型羽根車式流量センサ、１１…ケーシング、１２…磁気検出装置、１３…磁石、１４…流入口側管路（上流口）、１５…流出口側管路（下流口）、２０…前段回転軸軸受、２１…上流回転軸収容部、２２…前段整流固定羽根、２３…前段支持リング、２４…略半円形溝、２５…貫通孔、２６…傾斜突起、３０…後段回転軸軸受、３１…下流回転軸収容部、３２…後段流固定羽根、３３…後段支持リング、３４…貫通孔、３５…略球面形滑面、３６…略半円形溝、４０…羽根車、４１…細径軸（上流回転軸）、４２…中径軸（下流回転軸）、４３…回転軸、４４…回転羽根、５０…止め金具

Claims (2)

1. 磁気検出装置を有する略中空円柱管状のケーシングと、上流側が細径軸で下流側が中径軸で中径軸の端部に球面加圧突起を設けた回転軸と螺旋形捻りを有する回転羽根とからなり細径軸の外周壁の一部に略環状磁石を環装した羽根車と、該回転軸の細径軸の外周壁の一部を軸承し上流側に貫通孔と下流側に開口端面を有する中空部とを有する上流回転軸収容部と該上流回転軸収容部の外周部に設けた複数の前段整流固定羽根と該前段流固定羽根を支持する前段支持リングとからなる前段回転軸軸受と、該回転軸の中径軸の外周壁の一部を軸承し上流側に開口端面を有する中空部と下流側に該回転軸の中径軸の球面加圧突起と摺接する略球面形滑面と該略球面形滑面部に設けられた複数の貫通孔とを有する下流回転軸収容部と該下流回転軸収容部の外周部に設けた複数の後段整流固定羽根と該後段流固定羽根を支持する後段支持リングとからなる後段回転軸軸受と、からなる羽根車式流量センサにおいて、該前段回転軸軸受の上流回転軸収容部の中空部の内周側周面には上流側の略中央部から下流側の該開口端面まで延びる複数の略半円形溝を設けたことを特徴とする異物対応型羽根車式流量センサ。
2. 磁気検出装置を有する略中空円柱管状のケーシングと、上流側が細径軸で下流側が中径軸で中径軸の端部に球面加圧突起を設けた回転軸と螺旋形捻りを有する回転羽根とからなり細径軸の外周壁の一部に略環状磁石を環装した羽根車と、該回転軸の細径軸の外周壁の一部を軸承し上流側に貫通孔と下流側に開口端面を有する中空部とを有する上流回転軸収容部と該上流回転軸収容部の外周部に設けた複数の前段整流固定羽根と該前段流固定羽根を支持する前段支持リングとからなる前段回転軸軸受と、該回転軸の中径軸の外周壁の一部を軸承し上流側に開口端面を有する中空部と下流側に該回転軸の中径軸の球面加圧突起と摺接する略球面形滑面と該略球面形滑面部に設けられた複数の貫通孔とを有する下流回転軸収容部と該下流回転軸収容部の外周部に設けた複数の後段整流固定羽根と該後段流固定羽根を支持する後段支持リングとからなる後段回転軸軸受と、からなる羽根車式流量センサにおいて、該後段回転軸軸受の下流回転軸収容部の中空部の内周側周面には上流側の該開口端面から下流側の該略球面形滑面まで延びる複数の略半円形溝を設けたことを特徴とする異物対応型羽根車式流量センサ。

Images