JP4571416B2 - 流量計 - Google Patents

Description

この発明は水道メータ等の流量計に関し、特に縦型ウォルトマン式流量計に代表される縦型軸流羽根車式流量計に関する。

縦型ウォルトマン式流量計では、特許文献１に示すように、水道メータの１次側（上流側）の流入口より横向きに流入した水（被計量流体）は、ストレーナを通過した後下ケースの下部へと入り、その後上昇して整流器を通り、羽根車にぼぼ軸方向から当たる。羽根車は自身の回転軸に対して角度のある捻れた複数枚の板羽根を有し、その板羽根にほぼ軸方向から水が当たることにより、その水流の力で羽根車が回転する。その回転数が機械的又は電気的に取り出されることにより流量が測定されて、それが上ケースの計量表示部に表示され、羽根車を通過した水は流出口から下流に流れる。

実公平６−１７０５０号公報

特許文献１に示す整流器は、羽根車への上向き流路断面の中心部に位置するボス部と、外周部に位置する環状のリム部と、ボス部とリム部とを放射状に連結する複数のアーム部とを有している。そこで、整流器から羽根車に流れ込む上向き流路内の水（流体）の流れが羽根車の回転軸に対して対称に整流されていないと、羽根車に不釣合い回転力を生じる。特に、縦型ウォルトマン式流量計では、流量小の領域においてこのような不釣合いを生じやすく、器差のピーク（値）となって現れやすい。しかも、例えば都市によって下ケース（ケーシング）の断面形状が異なっているため、このような整流器だけでは十分な整流作用を期待できない場合がある。

本発明の課題は、上向き流路断面上の羽根車の回転軸に対して対称に整流作用を及ぼすことによって、羽根車に不釣合い回転力を生じさせないようにして、器差のピーク（値）を低く抑えることのできる流量計を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の流量計は、
前方側の流入口と後方側の流出口とを有し、それら流入口と流出口とをつなぐ前後方向に対して交差する縦方向に沿って流体の流量を計測する羽根車の回転軸を配置するとともに、前記流入口から横向きに流入する流体の流れを前記羽根車の軸方向に沿う上向きに変えてその羽根車に向かわせる導入流路が形成された縦型軸流羽根車式の流量計において、
前記羽根車への導入流路を、横向き流路において上側と下側とにかつ上向き流路において前方側と後方側とに、それぞれ二分するために配置された分流部が、前記羽根車の軸方向に移動可能であることを特徴とする。

この流量計によれば、分流部は、導入流路を流れる流体の流れを二分し、羽根車の回転軸に対して対称に整流作用を及ぼすことができるので、羽根車に不釣合い回転力を生じさせないようにして、器差のピーク（値）を低く抑えることができる。しかも、このような分流部を羽根車の軸方向に移動可能としたので、ケーシングの断面形状が都市毎に異なっているような場合であっても、導入流路を二分する位置に分流部を容易に位置調整でき、器差のピーク（値）を低く保持することができる。したがって、安定した計測性能を長期にわたり維持することができるようになる。

ここで、分流部は、羽根車への導入流路における横向き流路から上向き流路への曲がりに対応する湾曲形状を有する分流板で構成することができる。樹脂一体成形、曲げ加工等湾曲形状への加工が容易な板状部材（分流板）の採用によって、導入流路の流れを乱すことなく導入流路を二分する位置に分流板を配設することができる。

また、このような分流板の表裏両面を、二分された導入流路を整流するために、それぞれ横向き流路及び上向き流路に沿って平滑面に形成することが望ましい。これによって分流板はその整流機能を確実に発揮することができる。

そして、羽根車への上向き流路内に整流器を設け、湾曲形状の分流板の基部を整流器の下部に設置し、分流板の先端部とケーシングの内面との間隔を調整可能とすることができる。分流板を整流器へ取り付けて位置調整することによって分流板の位置決めを確実に行えるので、経年変化等によって器差のピーク（値）等に狂いを生じることがない。なお、分流板の先端部とケーシングの内面との間隔調整には、後述する間隔調節部材を用いる以外に、ねじ等の締結部材による調節等を含む。

その際、羽根車の回転軸線が、整流器の中心を通り、かつ分流板の基部を通るように設定するのが望ましい。分流板の基部が羽根車の回転軸線上で移動する以外に、分流板と羽根車・整流器との位置関係は変動しないので、器差のピーク（値）を低く保持し安定した計測性能を維持するために、複雑な位置合わせ等を行わなくてすむ。

整流器のフランジ部との間に間隔調節部材を介装することにより分流板を羽根車の軸方向に移動調節し、それによって分流板の先端部とケーシングの内面との間隔を調整可能とすることができる。プレート、シム等の間隔調節部材を挟み込むことで分流板の先端部とケーシングの内面との間隔を容易に調整できるので、都市毎に異なるケーシング形状に迅速に対応することができる。

ところで、整流器には、流体の流れ方向を横向き流路から上向き流路へ規制案内するとともに、横向き流路の背後に位置するケーシングに沿って形成される滞留領域と導入流路との間での渦の発生を抑制するために、横向き流路から上向き流路への曲がりに対応させてその横向き流路の終端位置に規制部を配置することができる。この規制部によって、導入流路（横向き流路）と滞留領域との間での渦の発生を抑制し、導入流路を流れる流体の流体抵抗（圧力損失）の変動を小さくし、器差のフラット性（平坦性）を保持して安定した計測性能を発揮することができる。

このような規制部を、整流器の下部において周方向の所定角度範囲に取り付けることにより、横向き流路の背後に向かって凸となる凸曲面を形成してもよい。横向き流路の背後に位置するケーシングの内面形状に沿って規制部を形成することで、渦の発生を一層効果的に抑制できるので、計測性能が安定する。

なお、規制部に、ケーシングの内面に突設された補強リブに対応して切欠を形成する場合には、補強リブの有無に関して都市毎に異なるケーシング形状にも迅速に対応することができる。

したがって、上記課題を解決するために、本発明の流量計は、
ケーシングに前方側の流入口と後方側の流出口とを有し、それら流入口と流出口とをつなぐ前後方向に対して交差する縦方向に沿って流体の流量を計測する羽根車の回転軸を配置するとともに、前記流入口から横向きに流入する流体の流れを前記羽根車の軸方向に沿う上向きに変えてその羽根車に向かわせる導入流路が形成され、前記羽根車への上向き流路内に整流器が設けられた縦型軸流羽根車式の流量計において、
前記羽根車への導入流路を、横向き流路において上側と下側とにかつ上向き流路において前方側と後方側とに、それぞれ二分するために配置された分流部と、
流体の流れ方向を前記横向き流路から上向き流路へ規制案内するとともに、前記横向き流路の背後に位置する前記ケーシングに沿って形成される滞留領域と前記導入流路との間での渦の発生を抑制するために、前記横向き流路から上向き流路への曲がりに対応させてその横向き流路の終端位置に配置された規制部と、
を備え、
前記分流部と規制部とは、前記羽根車の軸方向に同時に移動可能であることを特徴とする。

このように、規制部を、羽根車の軸方向に分流部（分流板）と同時に移動可能とすることで、器差のピーク（値）を低く抑えるとともに、器差のフラット性（平坦性）を保持して安定した計測性能を維持することができる。

一方、上記した流量計は、
流入口と流出口とを有し、それら流入口と流出口とをつなぐ方向に対して交差する縦方向に沿って流体の流量を計測する羽根車の回転軸を配置するとともに、前記流入口から横向きに流入する流体の流れを前記羽根車の軸方向に沿う上向きに変えてその羽根車に向かわせる導入流路が形成され、前記羽根車への上向き流路内に整流器が設けられた縦型軸流羽根車式の流量計において、
前記整流器は、
前記羽根車への上向き流路断面の中心部に位置するボス部と、
そのボス部から半径方向外側に向かって設けられ、かつ前記羽根車の軸方向に沿う長さが前記上向き流路内での流体圧力が高い部分ほど短く形成された整流部と、
を備える場合がある。

さらに、上記した流量計は、
前方側の流入口と後方側の流出口とを有し、それら流入口と流出口とをつなぐ前後方向に対して交差する縦方向に沿って流体の流量を計測する羽根車の回転軸を配置するとともに、前記流入口から横向きに流入する流体の流れを前記羽根車の軸方向に沿う上向きに変えてその羽根車に向かわせる導入流路が形成され、前記羽根車への上向き流路内に整流器が設けられた縦型軸流羽根車式の流量計において、
前記整流器は、
前記羽根車への導入流路を、横向き流路において上側と下側とにかつ上向き流路において前方側と後方側とに、それぞれ二分するために配置された分流部と、
前記羽根車への上向き流路断面の中心部に位置するボス部と、
前記分流部によって分割された２つの上向き流路毎に前記ボス部から半径方向外側に向かって設けられ、前記羽根車の軸方向に沿う長さが各々の前記上向き流路内での流体圧力が高い部分ほど短く形成された整流部と、
を備える場合がある。

上向き流路において流体圧力が相対的に高い側（横向き流路の下流側に相当する）では、流速が相対的に速いので、羽根車の軸方向に沿う整流部の長さを短くしても、流れの方向（ベクトル）は変動しにくい（乱れにくい）。他方、上向き流路において流体圧力が相対的に低い側（横向き流路の上流側に相当する）では、流速が相対的に遅いので、羽根車の軸方向に沿う整流部の長さを長くしないと、流れの方向（ベクトル）は変動しやすい（乱れやすい）。このように、上向き流路における流体圧力の高低に応じて羽根車の軸方向に沿う整流器の整流部の長さを調整することによって、上向き流路断面上の羽根車の回転軸に対して対称に整流作用を及ぼし、羽根車に不釣合い回転力を生じさせないようにして、器差のピーク（値）を低く抑えることができる。

その結果、整流部の羽根車の軸方向に沿う長さを、上向き流路の前方側で長く後方側で短く形成することになる。

また、整流部の羽根車の軸方向に沿う長さは、上向き流路における流体圧力の高低に応じて段階的に異ならせても、又は連続的に異ならせても、いずれでもよい。

特に、羽根車への導入流路を二分するために配置された分流部（分流板）とともに、このような整流部を整流器に備える場合には、相乗的に器差のピーク（値）をほぼ解消することも可能となる。

また、分流部と整流部とは、上向き流路の流れ方向から見て、ほぼ直交して配置することが望ましい。さらに、整流部を、上向き流路の流れ方向から見て、上向き流路を横向き流路に沿う前後方向に横断する形で一直線状に配置することができる。分流部によって上向き流路を前後方向に二分割し、分割された流路のそれぞれを整流部で左右に再分割（等分割）するので、羽根車の回転軸に対して９０度間隔で対称に整流作用を及ぼすことができる。

そして、分流部を羽根車の軸方向に移動可能にボス部に取り付け、整流部を移動不能にボス部に取り付けることができる。都市毎に異なるケーシング形状に合わせて分流部を移動調節した際にも、整流部と羽根車との位置関係は変わらないので整流機能に変動を生じない。

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照しつつ説明する。以下の例は、例えば水道メータに適用され、その場合の被計量流体は水である。

まず図１は、本発明を実施可能な縦型ウォルトマン式流量計（縦型軸流羽根車式流量計）を水道メータとして使用した場合の一般構造を表わしている。図１に示すように、一般にこの種の水道メータ１は、水道管路（図示せず）に接続される真鍮製等のケーシング２と、塵埃等の異物を捕集・分離するためにケーシング２の入口側に取り付けられた円筒状のストレーナ３と、水道管路を流れる水量を計測するためにケーシング２内に収容・保持された計量本体部５とを備えている。

具体的には、ケーシング２は、水道管路に直接接続される流入口２１Ｆと流出口２１Ｒとを有する下ケース２１と、その下ケース２１の上方開口部に螺合される上ケース２２とからなる。流入口２１Ｆ及び流出口２１Ｒの中心をつなぐ管路中心線Ｏ１の近傍において、その管路中心線Ｏ１と平行な内側フランジ２１ｆが、下ケース２１の内面側に膨出する形態で一体成形により形成されている。ストレーナ３は、その流入側端部（開口部３２）が下ケース２１の流入口２１Ｆに挿入・保持される一方、その流出側端面（無孔底面）が下ケース２１の壁面と内側フランジ２１ｆとを接続する延長壁２１ｅで受止・保持され、その軸線は管路中心線Ｏ１と一致させてある。ストレーナ３の筒状部３１は多数の通過孔３１ａからなる網目状に形成され、開口部３２から流入した被計量流体の水は筒状部３１の通過孔３１ａを通り外部へ流出する。また、計量本体部５は、流入側の計量室５０１及び流出側の計量表示部収容室５０２を有するハウジング部５０と、計量室５０１の流入側においてハウジング部５０に固定・保持された整流器５１と、計量室５０１内で水量に応じた速さで回転する羽根車５２と、羽根車５２の回転数を機械的又は電気的に取り出して表示するための計量表示部５３とを含んで構成されている。

さらに詳細には、整流器５１は、羽根車５２に向かう流れの断面中心部に位置するボス部５１５と、外周部に位置する環状のリム部５１７と、ボス部５１５とリム部５１７とを放射状に連結する複数のアーム部５１６とを有している。整流器５１のリム部５１７のさらに外側には、下ケース２１の内側フランジ２１ｆに係合・保持するために、環状のフランジ部５１８が一体的に膨出形成されている。また、羽根車５２は、回転軸５２ａの軸線Ｏ２が管路中心線Ｏ１と交差（例えば直交）する縦方向に配置され、被計量流体の水が回転軸５２ａに沿って流れる軸流式で構成されている。なお、摩擦による抵抗を減らして水量の計測精度を高めるために、回転軸５２ａをピボット軸受５２ｃで受けるとともに、これらの軸受部分に被計量流体の水を流通・浸漬させてある。

このような水道メータ１は概略以下の手順でセッティングされる。まず、羽根車５２を計量室５０１に、計量表示部５３を計量表示部収容室５０２にそれぞれ収容した状態でハウジング部５０と整流器５１とを組み立てる。次に、組み立てられた計量本体部５を下ケース２１の上方開口部から挿入して、整流器５１のフランジ部５１８を下ケース２１の内側フランジ２１ｆで受止・保持させた後、下ケース２１の上方開口部に上ケース２２を螺合する。これとは別に、ストレーナ３を、その軸線が管路中心線Ｏ１と一致するようにして下ケース２１の流入口２１Ｆに取り付ける。

被計量流体の水は水道メータ１内を次のように流れ、水量が計測・表示される。下ケース２１の流入口２１Ｆから流入した水は、管路中心線Ｏ１に沿って流出口２１Ｒ側に流れる横向き流路４Ｈと、その後に流れの向きを回転軸５２ａの軸線Ｏ２方向に変え羽根車５２に向かう上向き流路４Ｖとからなる導入流路４を流れる。そして、横向き流路４Ｈには水から塵埃等の異物を捕集・分離するためにストレーナ３が配置され、一方、上向き流路４Ｖには計量室５０１（羽根車５２）に流入する水の流れを整流するために整流器５１が配置されている。導入流路４から計量室５０１に流入した水は回転軸５２ａに沿って流れ、螺旋状にねじれた複数の羽根５２ｂに当たって羽根車５２（回転軸５２ａ）を回転させる。計量室５０１を通過した水は、羽根車５２の中心部から羽根５２ｂに沿って放射状に流出して下ケース２１の流出口２１Ｒへ至る導出流路６を流れる。

このとき、羽根車５２の回転数が計量室５０１を通過する水量に比例する性質を利用して、計量表示部５３に水量（体積流量）が表示される。また、計量室５０１内の水の一部は、流入口２１Ｆと流出口２１Ｒとの圧力差（流入口２１Ｆ側が流出口２１Ｒ側より大）により、回転軸５２ａ等を伝わって計量表示部収容室５０２に入り込み、これらの軸受部等を浸漬・潤滑して回転軸５２ａ等の回転時の摩擦抵抗を減少させる。

なお、以下の説明では、図１（ｂ）に示すように、管路中心線Ｏ１の方向（又はそれと平行な方向）を前後方向とし、流入口２１Ｆ側を前方側、流出口２１Ｒ側を後方側と呼ぶ。また、軸線Ｏ２の方向（又はそれと平行な方向）を上下方向（縦方向）とし、計量表示部５３の位置する側を上方側、整流器５１の位置する側を下方側と呼ぶ。さらに、図１（ａ）に示すように、水道メータ１を上方側から見たとき、管路中心線Ｏ１と直交する方向（又はそれと平行な方向）を左右方向と呼ぶ場合がある。そして、図１と機能を共通にする部分には同一符号を付して説明を省略する場合がある。

次に、図２は、基本となる図１に本発明を実施した水道メータの正面断面図を示す。図２の水道メータ１において、円筒状のストレーナ３が、その軸線を管路中心線Ｏ１と一致させて、導入流路４の横向き流路４Ｈに沿って配置されている。このストレーナ３は、周面に流体の通過孔３１ａが多数網目状に形成された筒状部３１と、その筒状部３１の流入側（入口側）に形成された開口部３２と、その筒状部３２の流出側（出口側）の内部に流入側（入口側）に向かって凸となる凸曲面（凸状曲底面）を有する蓋部３３（底部）とを有している。また、ストレーナ３の後方に位置する整流器５１の前端部には、流入側に向かって凸となる凸曲面を有する膨出部５１１（導入部）が一体形成されている。この膨出部５１１は、ストレーナ３の下流域（後方領域）での渦の発生を抑制するために、導入流路４の横向き流路４Ｈ及び上向き流路４Ｖに面する形態で、ストレーナ３の蓋部３３に近接して配置されている。

図３の斜視断面図に示すように、ストレーナ３の蓋部３３はドーム状無孔曲面（ドーム状無孔曲底面）にて形成されている。そして、ドーム状無孔曲面（ドーム状無孔曲底面）は、その最大突出高さＨが筒状部３１の軸直交断面半径Ｒよりも大に設定されている。したがって、入口側の開口部３２から流入した水は、蓋部３３からの流出を阻止されるとともにドーム状の曲面（曲底面）に沿ってガイドされ、筒状部３１の通過孔３１ａからスムーズに流出する。これによって、導入流路４での流体抵抗（圧力損失）の変動が小さくなり、器差がフラットになる。なお、蓋部３３のドーム状の曲面（曲底面）の裏側（後方側）には、軸線（管路中心線Ｏ１）方向に沿って複数の補強リブ３３ａが設けられている。これによって、下ケース２１の流入口２１Ｆと延長壁２１ｅとで挟み込んで保持する際に、ストレーナ３が軸線方向に潰れる（座屈変形する）のを防いでいる。

図２に戻り、ストレーナ３と膨出部５１とは次のような位置関係となるように配置されている。
（１）膨出部５１は、横向き流路４Ｈの流れ方向から見たとき、ストレーナ３の蓋部３３とほぼ重合するように配置され、筒状部３１の通過孔３１ａから流出する水が膨出部５１でガイドされて導入流路４を形成する。
（２）膨出部５１は、横向き流路４Ｈの流れ方向から見たとき、ストレーナ３（蓋部３３）の下半部に対応する半円形状に形成され、筒状部３１の通過孔３１ａから流出する水が膨出部５１でガイドされて導入流路４を形成する。
（３）蓋部３３のドーム状の曲面（曲底面）は軸線（管路中心線Ｏ１）に対して対称に突出し、上記（１）（２）の関係において周方向に対する方向性を有しない。

このようにストレーナ３と膨出部５１とを配置することにより、筒状部３１の通過孔３１ａから流出した水は、その軸線（管路中心線Ｏ１）に対して放射状に均等に拡散しやすくなり、導入流路４の断面において流量が均等化された状態で膨出部５１でガイドされる。したがって、乱れの少ない導入流路４が形成されやすくなる。また、蓋部３３の曲面（曲底面）には周方向の方向性がないため、ストレーナ３を下ケース２１にセッティングする際に、軸線を中心とした周方向の取付角度位置を特定する必要がなく、設計・製造上の負担が少なくなる。

図４（及び図５）に示すように、整流器５１のボス部５１５の下部には、羽根車５２への導入流路４を二分するために、横向き流路４Ｈから上向き流路４Ｖへの曲がりに対応して導入流路４の左右方向全幅にわたって湾曲形状を有する分流板５１２（分流部）の基部が設置されている。この分流板５１２は、横向き流路４Ｈにおいて上側と下側とに、かつ上向き流路４Ｖにおいて前方側と後方側とに、導入流路４をそれぞれ二分するものであり、計量室５０１へ流入する導入流路４の水量を二等分して、回転軸５２ａに対して対称に整流し、羽根車５２の羽根５２ｂに均等に水を当てる機能を有する。このように、分流板５１２を設けることにより羽根車５２での不釣合い回転力の発生を防ぎ、器差のピークが緩和（ないし解消）される。

さらに、図２において、分流板５１２の先端（下端）と下ケース２１の内面（上縁）との間隔Ｓ（隙間）を調整可能とするために、分流板５１２が羽根車５２（回転軸５２ａ）の軸線Ｏ２方向に移動可能とされている。具体的には、ボス部５１５内に設けたねじ等の締結部材５１２ａにより、分流板５１２の上下位置調節が行われる。したがって、都市毎に異なるケーシング２（下ケース２１）の断面形状に合わせて分流板５１２の上下位置を調節し間隔Ｓを調整すれば、器差のピークをほぼ解消でき、安定した計測性能が長期にわたり維持される。

なお、図４のように、羽根車５２の回転軸線Ｏ２が、整流器５１の中心を通り、かつ分流板５１２の基部（望ましくは、ボス部５１５の下部との取付部）を通る場合には、締結部材５１２ａの調節量＝間隔Ｓの変化量に設定できるので間隔Ｓの調整が容易であり、間隔Ｓの変化に伴う整流器５１の整流作用の変動を最小限に抑えられる。その際、分流板５１２の表裏両面とも、横向き流路４Ｈ及び上向き流路４Ｖに沿ってそれぞれ平滑面に形成すれば、分流板５１２は二分された導入流路４の整流機能を最大限に発揮できる。

図４において、整流器５１には、横向き流路４Ｈから上向き流路４Ｖへの曲がりに対応させて、横向き流路４Ｈの終端位置に規制板５１３（規制部）が配置されている。この規制板５１３は、水の流れ方向を横向き流路４Ｈから上向き流路４Ｖへ規制案内する機能、及び横向き流路４Ｈの背後（後方側）に位置する滞留領域Ｒと導入流路４との間での渦の発生を抑制する機能とを備えている。ここで、滞留領域Ｒとは、横向き流路４Ｈの背後（後方側）において、下ケース２１（ケーシング２）に沿って形成される、水流を生じない淀み領域をいう。このような規制板５１３を設けることによって、導入流路４（特に横向き流路４Ｈ）から滞留領域Ｒへの流入が抑制され、それに伴って両者間での渦の発生が減少するので、導入流路４を流れる水の流体抵抗（圧力損失）の変動が小さくなり、器差のフラット性が保たれる。

図５に示すように、規制板５１３は、整流器５１のリム部５１７（図４参照）の下部において後部側の半周（１８０°）にわたって一体的に取り付けられ、横向き流路４Ｈの背後（後方側）に向かって凸となる凸曲面（半円筒面）を形成している。導入流路４（横向き流路４Ｈ）と滞留領域Ｒとの区画が広範囲に設定でき、滞留領域Ｒが導入流路４から隔離された状態に保たれるので、渦が一層発生しにくくなる。また、規制板５１３には、下ケース２１（ケーシング２）の内面に突設された補強リブ２１ｒ（図９参照）に対応して切欠５１３ａが形成されている。これによって、補強リブ２１ｒを有するような下ケース２１にも用いることができ、より多くの仕様に適用できる。

なお、図２に示すように、規制板５１３を設ける目的からすれば、規制板５１３の先端（下端）と下ケース２１の内面（上縁）との間隔Ｓ’（隙間）＝０とすることが最も望ましい。しかし、上記の通り都市毎に異なるケーシング２（下ケース２１）の断面形状に合わせるため、また鋳物製のケーシング２の寸法精度に対応するため、適宜の間隔を予め設定しておくのが現実的である。

図２において、整流器５１には、分流板５１２（分流部）とボス部５１５と整流板５１４（整流部）とがそれぞれ一体的に取り付けられている。このうち、分流板５１２は、既述の通り、横向き流路４Ｈにおいて上側と下側とに、かつ上向き流路４Ｖにおいて前方側と後方側とに、羽根車５２（計量室５０１）への導入流路４をそれぞれ二分するものである。ボス部は羽根車５２への上向き流路４Ｖ断面の中心部に位置している。

図４に示すように、整流板５１４Ｆ，５１４Ｒは、分流板５１２によって分割された２つの上向き流路４ＶＦ，４ＶＲ毎にボス部５１５から半径方向外側に向かって設けられている。そして、羽根車５２（回転軸５２ａ）の軸線Ｏ２方向に沿う両整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さＬＦ，ＬＲは、各々の上向き流路４ＶＦ，４ＶＲ内での流体圧力が高い部分ほど短く形成されている。

具体的には、羽根車５２（回転軸５２ａ）の軸線Ｏ２方向に沿う各整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さＬＦ，ＬＲは、上向き流路４ＶＦ，４ＶＲの前方側で長く後方側で短くなるように、二段階に異ならせて形成されている。すなわち、前方側上向き流路４ＶＦにおいて、流体圧力は前方側で低く後方側で高いので、整流板５１４Ｆの前方側（前半部）の長さをＬＦ１、整流板５１４Ｆの後方側（後半部）の長さをＬＦ２としたとき、ＬＦ１＞ＬＦ２と表わされる。また、後方側上向き流路４ＶＲにおいても、流体圧力は同様に前方側で低く後方側で高いので、整流板５１４Ｒの前方側（前半部）の長さをＬＲ１、整流板５１４Ｒの後方側（後半部）の長さをＬＲ２としたとき、ＬＲ１＞ＬＲ２と表わされる。

各上向き流路４ＶＦ，４ＶＲにおいて流体圧力が相対的に高い前方側（前半部）では、流速が相対的に速いので、軸線Ｏ２方向に沿う整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さを短くしても、流れの方向（ベクトル）は変動しにくい（乱れにくい）。他方、上向き流路４ＶＦ，４ＶＲにおいて流体圧力が相対的に低い後方側（後半部）では、流速が相対的に遅いので、軸線Ｏ２方向に沿う整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さを長くしないと、流れの方向（ベクトル）は変動しやすい（乱れやすい）。そこで、上記の通り、上向き流路４ＶＦ，４ＶＲにおける流体圧力の高低に応じて軸線Ｏ２方向に沿う整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さを調整する。

これによって、上向き流路４Ｖ断面上の羽根車５２の回転軸５２ａに対して対称に整流作用を及ぼし、羽根車５２に不釣合い回転力を生じさせないようにして、器差のピークを抑えている。しかも、このような整流板５１４Ｆ，５１４Ｒと、羽根車５２（計量室５０１）への導入流路４を二分するために配置された分流板５１２とを、整流器５１に備えているので、器差のピークをほぼ解消することも可能となる。なお、軸線Ｏ２方向に沿う整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さは、上向き流路４ＶＦ，４ＶＲにおける流体圧力の高低に応じて連続的に異ならせてもよい。

また、図５のように上向き流路４Ｖの流れ方向から見ると、分流板５１２と整流板５１４とは直交状に配置されている。つまり、分流板５１２は、上向き流路４Ｖを左右方向に縦断する形で配置され、２つの整流板５１４Ｆ，５１４Ｒは、２つの上向き流路４ＶＦ，４ＶＲをそれぞれ前後方向に横断する形で一直線状に配置されている。このように、分流板５１２によって上向き流路４Ｖが前後方向に二分割され、分割された上向き流路４ＶＦ，４ＶＲのそれぞれを２つの整流板５１４Ｆ，５１４Ｒで左右方向に再分割（等分割）するので、羽根車５２の回転軸５２ａに対して９０度間隔で対称に整流作用を及ぼすことができる。

さらに、図４に示すように、分流板５１２は、既述の通り、軸線Ｏ２方向に移動可能にボス部５１５に取り付けられている。一方、２つの整流板５１４Ｆ，５１４Ｒは、それぞれ移動不能にボス部５１５に取り付けられている。したがって、都市毎に異なる下ケース２１（ケーシング２）の形状に合わせて分流板５１２を移動調節した際にも、５１４Ｆ，５１４Ｒと羽根車５２との位置関係は変わらないので整流機能に変動を生じない。

なお、実際には、２つの整流板５１４Ｆ，５１４Ｒは、ボス部５１５とリム部５１７とを放射状に連結する複数（例えば４本）のアーム部５１６，５１６，…，５１６のうち前後方向に一直線状をなす２本のアーム部５１６，５１６のみを軸線Ｏ２方向に延長することによって形成される。このように２本のアーム部５１６，５１６と２つの整流板５１４Ｆ，５１４Ｒとを兼用することによって、整流器５１の強度低下を防ぎ、整流板５１４Ｆ，５１４Ｒと整流器５１との一体成形が容易になる。

次に、図４に示すように、ハウジング部５０は、上方に計量表示部５３を収容する計量表示部収容室５０２を形成し、下方に導出流路６を形成する隔壁５０３を有している。そして、隔壁５０３には計量表示部収容室５０２と導出流路６とを連通する貫通孔５０３ａが形成されている。これによって、流入口２１Ｆから流入した水が流出口２１Ｒから流出することに伴って、流出口２１Ｒ側と流入口２１Ｆ側との間には流出口２１Ｒ側が負圧となるような圧力差を生じ、導入流路４から計量表示部収容室５０２に流入する水が貫通孔５０３ａを介して導出流路６へ排出されることになる。

したがって、計量表示部収容室５０２に滞留する水を貫通孔５０３ａを介して流出口２１Ｒ側（導出流路６）に排出することによって、計測流量の大小にかかわらず、羽根車５２の軸受部（回転軸５２ａ・ピボット軸受５２ｃ）の回転摩擦抵抗を低減できる。特に、流量小の領域において器差の急激な落ち込みが防止され、広範囲にわたって安定した計測性能を維持できる。

このとき、貫通孔５０３ａを介して導出流路６へ排出される水とともに、計量表示部収容室５０２内に滞留する空気の一部も吸引排出される。これによって、羽根車５２の軸受部（回転軸５２ａ・ピボット軸受５２ｃ）での水・空気境界層の発生と、これに伴う回転摩擦抵抗の増大が防止される。

さらに、図４（及び図５）に示すように、導出流路６には、羽根車５２の中心部から水を周方向に均一化して放射状に流出させるための複数（例えば１６個）の出口側整流板５０４（出口側整流部）が配設されている。これによって、羽根車５２を回転させた後の水を周方向において均一に流出（排出）させることができ、導出流路６での渦の発生を抑えることができる。特に、流量小の領域で現れやすい周方向の不釣合いに基づく器差のピークが緩和（ないし解消）される。

その際、出口側整流板５０４は、図６に示すように、中心部から外周縁まで連続的（全体的）な半径方向の仕切壁として形成される複数（例えば４個）の主整流板５０４ａ（主整流部）を有している。主整流板５０４ａ間には、ハウジング部５０の隔壁５０３側から複数（例えば４個）の副整流板５０３ｂ（副整流部）と複数（例えば８個）の補助整流板５０３ｃ（補助整流部）とが突出形成されている。具体的には、副整流板５０３ｂは、主整流板５０４ａと同様、中心部から外周縁まで連続的（全体的）な半径方向の仕切壁として形成される一方、補助整流板５０３ｃは、中心部と外周縁との間を部分的な半径方向の仕切壁として形成される。その結果、ハウジング部５０の隔壁５０３には、主整流板５０４ａ（又は副整流板５０３ｂ）と補助整流板５０３ｃとが周方向に交互に配置される。主整流板５０４ａ（又は副整流板５０３ｂ）間に形成される補助整流板５０３ｃによって、中心部側から外周縁側へ水の通過する断面積を急変（急拡大）させずに徐々にかつ周方向において均等に拡大させることができる。これによって、流出口２１Ｒ（導出流路６）側での周方向の流れの乱れが抑制され、渦の発生が抑えられ、器差のピークが緩和（ないし解消）される。

次に、図７は分流板を移動調節する他の例、図８及び図９はその変形例を示す。図８の水道メータ２００では、図２で説明した分流板５１２（分流部）と規制板５１３（規制部）とが、羽根車５２（回転軸５２ａ）の軸線Ｏ２方向に同時に移動調節できるように変更してある。具体的には、整流器２５１のフランジ部５１８と分流板５１２及び規制板５１３との間に調節プレート５１９ｂ（間隔調節部材）を介装することにより、分流板５１２及び規制板５１３を羽根車５２（回転軸５２ａ）の軸線Ｏ２方向に移動調節する。それによって、分流板５１２及び規制板５１３の先端（下端）と下ケース２２１（ケーシング２０２）の内面（上縁）との間隔を調整可能としてある。分流板５１２と規制板５１３とを軸線Ｏ２方向に同時に移動可能とすることで、器差のピークが緩和（ないし解消）されるとともに、器差のフラット性が保たれる。

図７〜図９の水道メータ１００，２００，３００に示すように、軸線Ｏ２を中心として後方側に半円形状に広がる水平状の連結板５１９ａに、中心部では分流板５１２の基部が一体的に取り付けられ、後方縁部に沿って規制板５１３の基部が一体的に取り付けられている。この連結板５１９ａは、その後端部においてねじ等の締結部材５１９ｃにより整流器１５１，２５１，３５１のフランジ部５１８に固定される。フランジ部５１８と連結板５１９ａとの間に所定枚数又は所定厚さの調節プレート５１９ｂを挟持・固定することによって、分流板５１２及び規制板５１３の上下位置調節が行われる。

ここでは、異なる断面形状の下ケース１２１，２２１，３２１（ケーシング１０２，２０２，３０２）に応じて調節プレート５１９ｂの枚数を調整（例えば、図７で０枚、図８で１枚、図９で２枚）して、分流板５１２及び規制板５１３の上下位置調節が行われる。挟み込む調節プレート５１９ｂの枚数及び／又は厚さを変更することで分流板５１２及び規制板５１３の先端（下端）と下ケース１２１，２２１，３２１の内面（上縁）との間隔を容易に調整できるので、都市毎に異なるケーシング形状に迅速に対応することができる。なお、図９のように下ケース３２１の内面に突設された補強リブ２１ｒには、規制板５１３の切欠５１３ａ（図５参照）を嵌め合わせることで対応する。

なお、図７〜図９において図２と共通する機能を有する部分には同一符号を付して説明を省略する。

ところで、図１０〜図１２は、本発明を実施した水道メータ１と、従来のものとの性能比較を行ったものである。図１０の「本発明メータ」とは、図２に示すように、「軸線Ｏ２方向に移動可能な分流板５１２を有し、分流板５１２の先端と下ケース２１の内面との間隔Ｓを調整可能とした水道メータ１」である。図１０から明らかなように、本発明メータでは器差のピークが大幅に緩和されて安定した計測性能を示している。これは、分流板５１２を移動可能としたことにより羽根車５２での不釣合い回転力の発生が抑えられたためと考えられる。

また、図１１の「本発明メータ」とは、図１０で用いられた構造に、図４に示すような「横向き流路４Ｈから上向き流路４Ｖへの曲がりに対応させて、横向き流路４Ｈの終端位置に規制板５１３が配置された整流器５１を備えた水道メータ１」を付加した構造である。図１１から明らかなように、本発明メータでは器差のフラット性が大幅に改善されて安定した計測性能を示している。これは、規制板５１３を設けることによって、導入流路４と滞留領域Ｒとの間での渦の発生が減少し、導入流路４を流れる水の流体抵抗（圧力損失）の変動が小さくなるためと考えられる。

さらに、図１２の「本発明メータ」とは、図１１で用いられた構造に、図４に示すような「軸線Ｏ２方向に沿う両整流板５１４Ｆ，５１４Ｒの長さＬＦ，ＬＲが、各々の上向き流路４ＶＦ，４ＶＲ内での流体圧力が高い部分ほど短く形成された水道メータ１」を付加した構造である。図１２から明らかなように、本発明メータでは器差のピークが大幅に緩和されて安定した計測性能を示している。これは、整流板５１４Ｆ，５１４Ｒが羽根車５２の回転軸５２ａに対して対称に整流作用を及ぼし、羽根車５２に不釣合い回転力を生じさせないためと考えられる。

以上の説明では、管路中心線Ｏ１が水平配置で、羽根車５２（回転軸５２ａ）の軸線Ｏ２が垂直配置となるものとして縦型ウォルトマン式流量計の実施例を説明した。もちろん図２の配置で流量計が設置され、固定されるのが一般的ではあるが、図２に示した水道メータ１（縦型ウォルトマン式流量計）において、管路中心線Ｏ１が垂直等の上下配置になるように９０度等の角度範囲で倒立させた姿勢で設置・固定される場合もある。図７〜図９についても同様である。前記説明における上下・縦横・前後、あるいは水平・垂直等の表現は、説明を簡単にするための便宜上のもので、発明の本質を限定するものではない。

本発明を実施可能な水道メータの一般構造を示す平面図及び正面断面図。 本発明を実施した水道メータの正面断面図。 ストレーナの斜視断面図。 計量本体部の正面断面図。 図４の斜視図。 出口側整流板の配置を示す説明図。 分流板を移動調節する他の例を示す正面断面図。 図７の第一変形例を示す正面断面図。 図７の第二変形例を示す正面断面図。 本発明の実施による効果を示す第一のグラフ。 本発明の実施による効果を示す第二のグラフ。 本発明の実施による効果を示す第三のグラフ。

符号の説明

１ 水道メータ（縦型ウォルトマン式流量計；縦型軸流羽根車式流量計；流量計）
２ ケーシング
２１ 下ケース
２１Ｆ 流入口
２１Ｒ 流出口
３ ストレーナ
３１ 筒状部
３２ 開口部
３３ 蓋部（底部）
４ 導入流路
４Ｈ 横向き流路
４Ｖ 上向き流路
５ 計量本体部
５０ ハウジング部
５０１ 計量室
５０２ 計量表示部収容室
５０３ 隔壁
５０３ａ 貫通孔
５０４ 出口側整流板（出口側整流部）
５１ 整流器
５１１ 膨出部（導入部）
５１２ 分流板（分流部）
５１３ 規制板（規制部）
５１４ 整流板（整流部）
５１５ ボス部
５２ 羽根車
５３ 計量表示部
６ 導出流路

Claims (10)

1. 前方側の流入口と後方側の流出口とを有し、それら流入口と流出口とをつなぐ前後方向に対して交差する縦方向に沿って流体の流量を計測する羽根車の回転軸を配置するとともに、前記流入口から横向きに流入する流体の流れを前記羽根車の軸方向に沿う上向きに変えてその羽根車に向かわせる導入流路が形成された縦型軸流羽根車式の流量計において、
   前記羽根車への導入流路を、横向き流路において上側と下側とにかつ上向き流路において前方側と後方側とに、それぞれ二分するために配置された分流部が、前記羽根車の軸方向に移動可能であることを特徴とする流量計。
2. 前記分流部は、前記羽根車への導入流路における前記横向き流路から上向き流路への曲がりに対応する湾曲形状を有する分流板で構成されている請求項１に記載の流量計。
3. 前記分流板の表裏両面は、二分された前記導入流路を整流するために、それぞれ前記横向き流路及び上向き流路に沿って平滑面に形成されている請求項２に記載の流量計。
4. 前記羽根車への上向き流路内に整流器が設けられ、前記湾曲形状の分流板の基部がその整流器の下部に設置される一方、その分流板の先端部とケーシングの内面との間隔が調整可能とされている請求項２又は３に記載の流量計。
5. 前記羽根車の回転軸線は、前記整流器の中心を通り、かつ前記分流板の基部を通る請求項４に記載の流量計。
6. 前記分流板は、前記整流器のフランジ部との間に間隔調節部材を介装することにより前記羽根車の軸方向に移動調節され、
   それによって前記分流板の先端部と前記ケーシングの内面との間隔が調整可能とされている請求項４又は５に記載の流量計。
7. 前記整流器には、流体の流れ方向を横向き流路から上向き流路へ規制案内するとともに、前記横向き流路の背後に位置する前記ケーシングに沿って形成される滞留領域と前記導入流路との間での渦の発生を抑制するために、前記横向き流路から上向き流路への曲がりに対応させてその横向き流路の終端位置に規制部が配置されている請求項４ないし６のいずれか一項に記載の流量計。
8. 前記規制部は、前記整流器の下部において周方向の所定角度範囲に取り付けられることにより、前記横向き流路の背後に向かって凸となる凸曲面を形成する請求項７に記載の流量計。
9. 前記規制部には、前記ケーシングの内面に突設された補強リブに対応して切欠が形成されている請求項７又は８に記載の流量計。
10. ケーシングに前方側の流入口と後方側の流出口とを有し、それら流入口と流出口とをつなぐ前後方向に対して交差する縦方向に沿って流体の流量を計測する羽根車の回転軸を配置するとともに、前記流入口から横向きに流入する流体の流れを前記羽根車の軸方向に沿う上向きに変えてその羽根車に向かわせる導入流路が形成され、前記羽根車への上向き流路内に整流器が設けられた縦型軸流羽根車式の流量計において、
    前記羽根車への導入流路を、横向き流路において上側と下側とにかつ上向き流路において前方側と後方側とに、それぞれ二分するために配置された分流部と、
    流体の流れ方向を前記横向き流路から上向き流路へ規制案内するとともに、前記横向き流路の背後に位置する前記ケーシングに沿って形成される滞留領域と前記導入流路との間での渦の発生を抑制するために、前記横向き流路から上向き流路への曲がりに対応させてその横向き流路の終端位置に配置された規制部と、
    を備え、
    前記分流部と規制部とは、前記羽根車の軸方向に同時に移動可能であることを特徴とする流量計。

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