JPH01304319A - 流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ２・・−７ 産業上の利用分野 本発明は、流路中を流れる流体の量をボールの回転によ
って検知するボール回転式の流量検出装置に関するもの
である。係る流量検出器は例えば衛生洗浄装置、給湯機
器その他の機器において液体の瞬間流量を検出して流量
を制御するのに利用することができる。

従来の技術 従来、この種のボール回転式の流量検出装置には、磁気
検出方式と、光検出方式の２方式があった。

磁気検出方式は、周囲に高電流が流れるリード線等があ
った場合リード線によって発生する磁界の影響を受けや
すいという欠点を有していた。この点で光検出方式（ｄ
］周囲の磁界に影響されないという特長を持っており、
例えは、特開昭５７〜７４６１４においては次のような
構咬になっていた。

第６図、第７図において、１３は断面円形状の環状流路
でこの流路の外周に流入通路１１、及び流出通路１２が
開口している。この流入通路１１にはノズ）ｖ１４が設
けられている。寸だ環状流路１３内には球体１５が挿入
されていると共に、透明窓１７．１７’が構成され、発
光素子３６と受光素子１９が設けられている。このよう
な構成において流体が流入通路１１のノズル１４から環
状流路１３内に入ると、流れは環状流路１３内を環流し
ながら流入通路１１から流出通路１２へ流れ、それと共
に球体１５も図中実線の矢印の方向に環状流路１３内を
周回運動する。この球体の周回回転数は流体の流量に比
例するなど相関があるだめ、球体１５の回転数を発光素
子３６と受光素子１９によりパルス信号として検出し制
御回路を通して流量を計測する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記構成では、環状流路１３を形成し、
この環状流路１３（球体１５の周回軌道面）に対し直交
する方向から発光素子３６および受光素子１日を挟設し
、前記発光素子３６および受光素子１８のそれぞれのリ
ード部２０および２０′は、それぞれのターミナ／ｌ／
３２．３２′を介して、それぞれのリード線２７．２７
″に、独立して電気的に結線されていた。まだ前記発光
素子３６および受光素子１８の、取付けの際にも、発光
素子３６側および受光素子１８側のそれぞれの方向から
。

ねじ３５．および３５′で締め付けるＦ４Ｍ成となって
おり、電気的な接続個所も多く、また、取付部品点数も
多いため要求機能に対しコスト的にも割高であり、又発
光素子、受光素子のリード部取付方向が、それぞれ５反
対方向に取付けられているため、スペース的にも大きな
ものとなり、最近の流体機器、例えば温水洗浄便座、自
動給湯機等小型化コンパクト化および、低コスト化の要
求に対して適応が難しい等の問題を有していた。

丑だ性能、信頼性面においても皿状流路１３（球体１５
の周回軌道面）に対し直交する方向に発光素子３６およ
び受光素子１９を挟設している構成のため、ボールが周
回運動するときの一点しか検出していないため高流量Ｖ
Ｃなるほど、ボールが光を遮断する時間が短くなり、そ
の結果パルス信号として検出しにくくなり、ノイズ、外
乱光等によってより一層検出が難しかった。

また、水道水等を被検出流体として長期間使用する時等
は、水道水中に含まれるＣａイオン、Ｍｇイオン等が環
状流路１の内壁にスケール七なって付着し発光素子３６
からの光が受光素子１８へ到達しにくくなり検出不能と
なる場合等の問題を有していた。

課題を解決するだめの手段 そして、上記課題を解決する本発明の技術的な手段は、
断面が円形状の渦巻き室と、渦巻き室の外周接線方向に
設けられ流体が流入する流入口と。

流体が流出する流出口を有する透光性の渦巻きケースと
、この渦巻きケース内に周回可能に設けたボールと、こ
のボールの回転数を検出する発光素子と受光素子からな
る検出手段と、発光素子と受光素子により検出した信号
波形を整形する波形整形回路と、波形整形回路から出力
するパルス信号により流体の流量を演算する演算手段と
を備え。

発光素子から受光素子に至る光軸は、ボールの周回軌道
上をほぼ通過するように設けかつ発光素子６、、、・ および受光素子のリード部は渦巻きケースを挟んで互い
に略平行に配設し、前記発光素子および受光素子のリー
ド部の先端は一枚の基板に配線してなるものである。

作　　　用 本発明においては、発光素子から受光素子に至る光軸は
、ボールの周回軌道面上を、はぼ通過するように設け、
かつ発光素子、受光素子のリード部は、渦巻きケースを
挟んで互に略平行に配設すると共に、それぞれのリード
部の先端は、−枚の基板に配線する構成としているため
、電気的接続も、同一平面で一度に接続できる。丑だ周
回軌道面上に光軸中心がほぼ通過するように前記渦巻き
ケースヲ挟設しているのでボールが渦巻き室を周回する
時発光素子部から受光素子部間を通過する才でにわたり
光を遮断することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は、流量検出装置の一実施例を示す水平断面図、
第２図は同縦断面図である。

１は透光性を有する樹脂、例えばポリザルホン樹脂等か
らなる渦巻きケースであり垂直断面が円形状の渦巻き室
２と、その円（φＤ）の外周のｊと線方向で上方向（Ｖ
方向）に配した流入１１３と、渦巻き室２の水平中心軸
方向（Ｈ方向）に設けた流出口４とを一体に形成してい
る。

５は被検出流体の渦流によって渦巻き室２を略垂直方向
に周回するボールであり、光を反射しない不透明な色で
渦巻きケース１よりも若干硬い］オ質例えば黒色のテフ
ロン樹脂等からなるボールが艮い。

寸だボール５の外径（φｄ）は、渦巻き室２の内径（φ
Ｄ）の約１／２の寸法になっている。

６はボー／Ｉ１５が渦巻き室２の流出口４へ流れ込才な
いように渦巻き室２の略円錐部の先端２ａから流出口４
方向に突出１〜でいる円錐状の突起であり、流入口３よ
り流入した被検出流体の渦巻き運動を促進する働きもあ
る。

７は被検出流体をシールするためのＯＩＪングである。

９．８はそれぞれ発光素子および受光素子であり、前記
渦巻きケース１の外周側でボー／１１５の周回運動によ
ってボール中心の軌跡で示される周回軌道面上に光軸中
心Ｘ−Ｘが通過するように前記渦巻きケース１を挟設し
ている３ また、前記発光素子９と受光素子８は、ボール５の周回
平面上で渦巻き室２の断面の円φＤを二等分する中心線
ＣＰ−Ｐ）からの距離が双方異なる位置に配している。

すなわち、中心線（Ｐ−Ｐ）から受光素子８までの距離
を４１１発光素子９までの距離をｎｌとすると、ｅｌ＜
ａ２としている。

例えは、ボール５の外径（φｃｌ／）−８＋ｎｍ、渦巻
き室２の内径（φＤ）−１６＊ｍとすると実験ではｅｌ
−４，５ｔｎｍ、６２＝８＋ｎｌＩが最良である。

１０は遮光カバーであり、発光素子９、受光素子８およ
び渦巻きケース１を覆うことにより、外乱光を遮断し、
外乱光の影響を防いでいる３寸だ内部での光の反射を防
ぐために黒色としている３発光素子９のリード部３ｏと
、受光素子８のリード部３１は、渦巻きケース１を挟ん
で互に略平行に配設し、それぞれのリード部３０．３１
の端部は、遮光カバー１０に設けた貫通孔３２．３３を
貫通し、配線パターンを印刷して回路構成した一枚の平
面状基板３４に半田付は等によって電気的に接続してい
る。

３５は前記基板３４を前記遮光カバー１０を介して渦巻
きケース１に取付けているねじである。

２５．２６．２７はそれぞれ抵抗、２８はＮＰＮトラン
ジスタで、ボール５の回転数を、受光素子８で検出した
信号を更に整形し、マイコン３０へ出力するだめの波形
整形回路部品である。

第３図に示すような電気回路で印刷した基板３４に半田
付けをしている。

３６は波形整形したパルスを、マイコン３０に出力する
ためのリード線である。

３７．３８は渦巻きケース１と一体成形した、素子規制
壁であり発光素子から受光素子１８に至る光軸と、ボー
／Ｉ１５の周回軌道面とを合致さぜるために設けている
。

１０・・−１ 次に上記ト１１Ｇ成における動作を第１図から第４図に
おいて説明する。

矢印Ｖの方向から渦巻き室２に流体が流れると、流体は
渦巻き室２を旋回し、それにともなってボー）ｖ５も渦
巻き室２の内壁に接触しなから略垂直方向に周回軌道す
る。

このボール５は流体の流量に比例して周回する特性をも
っている。したがって流量の計測には流量に比例して周
回するボー）ｖ５の回転数を計測すればよい。

本実施例では、渦巻きケース１を挟んでボール５の周回
軌道面上に、発光素子９と受光素子８の光軸中心がほぼ
通過するように配置することによって、ボール５が周回
した時に発光素子９からの発光をボー／Ｉ１５力Ｓ遮光
する時（第５図において、α角で示す位置にボー／Ｉ１
５がある時）と、透過する時（第５図において、β角で
示す位置にボール５がある時）との受光素子８に流れる
電流の違いを、制仰回路によってパルスに変換してこれ
を流量信号としている。

つまりボール５が第６図β角で示す位置にある時は、受
光素子８には電流が流れ、ｖｏＥ電圧は約０．２　Ｖ　
トナリＮＰＮ）うｙラスタ２８は０ＦＦＬ、出力２９に
はＨＩ倍信号発する。一方ボール５が第５図α角で示す
位置にある時には、受光素子８には電流が流れず、ＮＰ
Ｎ　）ランジヌタ２８のベース電位が高くなシ、ＯＮし
て出力２９は、Ｌ。

色量全発生する。

したがって第４図に示すように流量が多い時は周期が短
かくなり、流量が少ない時は周期が長くなる。

本実施例によれは、前述のように渦巻きケーク１ｆｊｒ
：挾んでボール６の周回軌道面上に発光素子９と受光素
子８の光軸中心がほぼ通過するように配置しているので
、発光素子９から受光素子８に入る光を遮断する時間を
長くとることができ、その結果、高流量の検出時におい
ても光の遮光と透過が明確にパルス信号として取り出す
ことができ。

ノイズ・外乱光等の影響を受けずに安定したパルス信号
をマイコン３ｏへ入力することにより、信頼性の高い流
量検出をすることができる。

寸た本実施例によれは、発光素子９と受光素子８は、ボ
ールの周回平面上で渦巻き室の断面の円φＤを三等分す
る中心線Ｐ−Ｐからの距離を異なる位置に配している。

つまり第１図に示す、Ｉ；１１．　ｅ２は、４．５＋ｎ
＋ａオよび８龍としている。これは渦巻き室内径φＤ−
１６およびボール外径φｄ＝８としだ時において央験的
に求めた最も出力が得られる値である。−ｔなわち、ボ
ールが周回する円の外周方向から周回軌道面上に発光素
子、受光素子等を設けた透過形光検出方式においては、
前述の如く、ボールが周回する円φＤを三等分する中心
線ｐ−ｐから、受光素子および発光素子までの用層″を
、双方異なるようにした方が、光の屈折具合等の関係で
最も良い配置となる。

まだ本実施例によれは、発光素子９および受光素子８の
リード部３０．３１先端と、ＮＰＮ　ｌ−ランジスタ２
８、抵抗２５．２６．２７等からなる波形整形回路部品
とは、−枚の基板３４に直接配置３　＼−７ 線しているので外来ノイズからも影響されにくい。

発明の効果 上記実施例の説明より明らかなように、本発明の流量検
出装置は、発光素子から受光素子に至る光軸は、ボール
の周回軌道上をほぼ通過するように設け、かつ前記発光
素子および受光素子のＩＪ−ド部は渦巻きケースを挟ん
で互いに略平行に配設し、それぞれのリード部の先端は
一枚の基板に配線する構成としているだめ、部品点数も
少なく、電気的接続も同一平面で一度に接続できるので
、生産性が上がり低コストな流量検出装置が提供できる
。

しかも、性能信頼性面においても、発光素子から受光素
子に至る光軸はボールの周回軌道面上に設けているので
、ボールが渦巻き室を周回する際、発光素子から受光素
子までにわたり光を遮断することができるので被測定流
体が高流量になりボールの周回回転が高速になっても、
安定したパルス信号として取りだすことができ、ノイズ
、外乱光等の影響も受けることなく（信頼性の高い流量
検出が提供できる。

また発光素子、受光素子それぞれのリード部取出し方向
が略平行となるように構成しているので比軸的にコンパ
クトなサイズとなり、最近の小型機器化の要望にも答え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す流量検出装置の水平断
面図、第２図は同流量検出装置の縦断面ける光の遮光お
よび透過状態を示す図、第６図および第７図は従来の流
量検出装置の流路水平断面図および切欠垂直断面図であ
る。 １・・・・・渦巻きケース、２・・・・・・渦巻き室、
３・・・・・・流入口、４・・・・・流出口、５・・・
・・・ボール、８・・・・・・受光素子、９・・・・・
・発光素子、２５．２６．２７・・・・・抵抗、２ａ・
・・・ＮＰＮ　）ランジスタ、３０・・・・・・発光素
子のリード部、３１・・・・・受光素子のリード部、３
４・・・・・基板。 代凋１人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名区
　　　　−− ５−〇 へ皺噸 城 第５図 肩ヒＬ 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 断面が円形状の渦巻き室と、前記渦巻き室の外周接線方
   向に設けられ流体が流入する流入口と、液体が流出する
   流出口を有する透光性の渦巻きケースと、この渦巻きケ
   ース内に周回可能に設けたボールと、このボールの回転
   数を検出する発光素子と受光素子からなる検出手段と、
   前記発光素子と受光素子により検出した信号波形を整形
   する波形整形回路と、前記波形整形回路から出力するパ
   ルス信号により流体の流量を演算する演算手段とを備え
   、前記発光素子から受光素子に至る光軸は、前記ボール
   の周回軌道上をほぼ通過するように設け、かつ前記発光
   素子および受光素子のリード部は渦巻きケースを挟んで
   互いに略平行に配設し、前記発光素子および受光素子の
   リード部の先端は一枚の基板に配線してなる流量検出装
   置。