流量センサ
【課題】構造が簡単で量産性が高い流量センサを提供する。
【解決手段】流量センサは、水が内部を軸方向に流れる筒状の本体１と、本体１内に固定的に設けられた整流子２と、本体１内において上記軸方向に移動可能に配置され、水が本体１の内部を通過する流量に応じて静止位置から上記流体が流れる下流方向に移動する可動子３と、一端が整流子２に取り付けられ、かつ、他端が可動子３に取り付けられて、可動子３を静止位置に付勢するコイルバネ４と、可動子３が静止位置から上記軸方向に移動した距離を測定するレーザフォーカス方式変位センサ５とを備えている。この変位センサ５による距離の測定は非接触で行われるので、可動子３と変位センサ５の物理的な接続構造を設けなくてもよく、流量センサの構造を簡単できる。
【解決手段】流量センサは、水が内部を軸方向に流れる筒状の本体１と、本体１内に固定的に設けられた整流子２と、本体１内において上記軸方向に移動可能に配置され、水が本体１の内部を通過する流量に応じて静止位置から上記流体が流れる下流方向に移動する可動子３と、一端が整流子２に取り付けられ、かつ、他端が可動子３に取り付けられて、可動子３を静止位置に付勢するコイルバネ４と、可動子３が静止位置から上記軸方向に移動した距離を測定するレーザフォーカス方式変位センサ５とを備えている。この変位センサ５による距離の測定は非接触で行われるので、可動子３と変位センサ５の物理的な接続構造を設けなくてもよく、流量センサの構造を簡単できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば洗濯機、食器洗浄機、浄水器、温水システム等に使用される流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、特開平６−２０１４２１号公報（特許文献１）に記載された従来の流量センサの概略断面図である。
【０００３】
上記流量センサは、入口１１１，出口１１２を有する直線筒状の導管１０１と、この導管１０１内に設けられ、入口１１１側つまり上流側の端部が支持部材１０９を介して導管１０１に固定された軸１０２と、この軸１０２に対して摺動可能に設けられ、上流側に先細りとなる形状を有するプラグ１０３と、このプラグ１０３を上流側に付勢するコイルバネ１０４と、このコイルバネ１０４の下流側に設けられた環状の圧力板１０５と、導管１０１外に設けられた感知システム１０６とを備えている。
【０００４】
上記導管１０１内では、圧力板１０５と支持部材１０９の間に位置するように、開口部１１１３を有するオリフィス板１０７が設けられている。また、上記導管１０１の感知システム１０６の取付箇所には貫通孔１１４が設けられている。この貫通孔１１４は径方向において圧力板１０５に対向している。
【０００５】
上記コイルバネ１０４は、軸１０２の周囲に巻回されていて、上流側の端部がプラグ１０３に接続されている一方、下流側の端部が圧力板１０５に接続されている。
【０００６】
上記圧力板１０５は、プラグ１０３にかかる流体圧をコイルバネ１０４を介して受ける。また、上記圧力板１０５は、可撓性を有する支持部１６２に支持されており、上記流体圧に応じて軸１０２方向に揺動可能になっている。このため、上記圧力板１０５が下流側に過度に揺動して、支持部１６２が損傷しないように、圧力板１０５の揺動を規制するストッパ１０８を軸１０２の下流側の端部に設けている。
【０００７】
上記感知システム１０６は、ハウジング１６１、支持部１６２、ストレンゲージ１６３，１６４、ベローズ１６５および回路１６６を有している。上記支持部１６２は、圧力板１０５から径方向の外側に延び、貫通孔１１４を通って、ハウジング１６１内に入っている。上記ハウジング１６１内にある支持部１６２の端部には２つのストレンゲージ１６３，１６４を取り付けている。このハウジング１６１内の空間は、ベローズ１６５によって導管１０１内の空間と連通しないようにしている。また、上記ベローズ１６５と支持部１６２の間で殆ど抵抗を生じることなく支持部１６２が撓めるようにもしている。なお、上記ハウジング１６１内にある支持部１６２の端部は、ハウジング１６１に片持ち支持されている。
【０００８】
上記従来の流量センサによれば、流体が入口１１１から出口１１２へ流れていない時には、プラグ１０３はコイルバネ１０４の付勢力によってオリフィス板１０７に押し付けられ、プラグ１０３の外周面が開口部１１３の内周縁に接触している。このような状態において、入口１１１から出口１１２へ向けて流体を流すと、プラグ１０３が、流体圧を受け、コイルバネ１０４の付勢力に逆らって、軸１０２方向の下流側に摺動する。これにより、上記プラグ１０３の外周面と開口部１１３の内周縁との間に隙間が生じ、流体が上記隙間を通って出口１１２に向かって流れる。このとき、上記プラグ１０３にかかる流体圧がコイルバネ１０４を介して圧力板１０５に作用するため、圧力板１０５が軸１０２方向の下流側に揺動し、支持部１６２が撓む。その結果、上記支持部１６２に歪みが生じるので、ストレンゲージ１６３，１６４が、支持部１６２の歪み量を検出し、この歪み量を示す歪み信号を回路１６６へ出力する。その結果、上記回路１６６が、上記歪み信号を、導管１０１内の流量を示す流量信号に変換するので、導管１０１内の流量を検出できる。
【０００９】
このように、上記従来の流量センサでは、支持部１６２の歪み量に基づいて検出して、導管１０１内の流量を検出するので、プラグ１０３と支持部１６２を物理的に接続しなければならない。そして、上記プラグ１０３と支持部１６２の物理的な接続を得るには、導管１０１に貫通孔１１４を設け、貫通孔１１４に支持部１６２を挿通し、支持部１６２の一方の端部を導管１０１内に入れて圧力板１０５に連結しなければならない。したがって、上記従来の流量センサは、構造が複雑であるため、量産性が悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２０１４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の課題は、構造が簡単で量産性が高い流量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の流量センサは、
流体が内部を軸方向に流れる筒状の本体と、
上記本体内に固定的に設けられた支持部材と、
上記本体内において上記軸方向に移動可能に配置され、上記流体が上記本体の内部を通過する流量に応じて静止位置から上記流体が流れる下流方向に移動する可動子と、
一端が上記支持部材に取り付けられ、かつ、他端が上記可動子に取り付けられて、上記可動子を上記静止位置に付勢するバネ部材と、
上記可動子が上記静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサと
を備えていることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、上記本体の内部に流体を流すと、本体の内部における流体の流量に応じて、可動子が静止位置から流体の下流方向に移動する。このとき、上記可動子が静止位置から本体の軸方向に移動した距離は、距離センサによって非接触で測定される。したがって、上記可動子が静止位置から本体の軸方向に移動した距離に基づいて、流体の流量を検出できる。
【００１４】
このように、上記距離センサは、可動子が静止位置から本体の軸方向に移動した距離を非接触で測定するので、可動子と物理的に接続しなくてもよい。つまり、上記距離センサと可動子の物理的な接続は不要である。したがって、上記流量センサにおいて、距離センサと可動子の物理的な接続構造を無くして、構造を簡単にできるので、量産性を向上させることができる。
【００１５】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは上記本体外に配置されている。
【００１６】
上記実施形態によれば、上記距離センサは本体外に配置されているので、本体内に配置される場合に比べてメンテナンス性が良好である。
【００１７】
また、上記距離センサを本体外に配置しても、距離センサは距離の測定を非接触で行うので、本体に貫通孔を設けて、距離センサの一部を上記貫通孔に挿通して可動子に物理的に接続しなくてもよいので、構造が複雑になるのを防ぐことができる。
【００１８】
また、上記本体に貫通孔を設けなくてもよいので、その貫通孔のシール処理も不要である。したがって、本実施形態の流量センサの量産性も良好である。
【００１９】
これに対して、図８の従来の流量センサでは、導管１０１内の流体が貫通孔１１４を介して感知システム１０６のハウジング１６１内に入るのを防ぐため、この貫通孔１１４をシール処理しなければならない。その結果、上記従来の流量センサの量産性は悪い。
【００２０】
一実施形態の流量センサでは、
上記本体は略Ｌ字状の屈曲部を有し、
上記距離センサは、上記本体の略Ｌ字状の上記屈曲部に、上記可動子の移動方向に対向するように取り付けられている。
【００２１】
上記実施形態によれば、上記距離センサは、本体の略Ｌ字状の屈曲部に、可動子の移動方向に対向するように取り付けられているので、可動子が静止位置から軸方向に移動した距離を正確かつ容易に測定できる。
【００２２】
一実施形態の流量センサでは、
上記支持部材は、上記可動子の上流側に位置して上記流体の流れを軸方向に整流する整流子である。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記支持部材は、可動子の上流側に位置して流体の流れを軸方向に整流する整流子であるので、支持部材から可動子へ向かう流体が乱流状態になるのを防ぐことができる。したがって、上記可動子が静止位置から移動した距離と、本体内を流れる流体の流量との対応関係が崩れないようにして、その距離に基づいて流体の流量を正確に検出できる。
【００２４】
これに対して、上記従来の流量センサでは、プラグ１０３の上流側に支持部材１０９を設けているが、この支持部材１０９は流体の流れを軸方向に整流するものではない。したがって、上記プラグ１０３を通過する流体が乱流状態となるので、支持部１６２の歪み量と、導管１０１内を流れる流体の流量との対応関係が崩れてしまう。その結果、上記支持部１６２の歪み量に基づいて検出して流量は検出しても、不正確な流量しか得られない。
【００２５】
一実施形態の流量センサは、
上記距離センサが測定した上記距離に基づいて、上記流体の流量を導出する流量導出部を備えている。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記流量センサを他の機器に搭載する場合、上記流量センサは、距離センサが測定した距離に基づいて、流体の流量を導出する流量導出部を備えているので、上記流量導出部に相当するものを上記機器に設ける必要がない。したがって、上記流量センサの汎用性を高めることができる。
【００２７】
一実施形態の流量センサでは、
上記可動子は、上記流体が内部を通過する構造を有する。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記本体の内部に流体を流すと、この流体は可動子の内部を通過するので、流体の流れが可動子で阻害されるのを防ぐことができる。
【００２９】
一実施形態の流量センサでは、
上記可動子は上記本体の内面に対して隙間を有する。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記可動子は本体内で軸方向に移動するが、本体の内面と可動子との間には隙間があるので、本体および可動子が摩耗するのを防ぐことできて、本体および可動子の寿命を延ばすことができる。したがって、上記流量センサの耐久性を高くすることができる。
【００３１】
これに対して、上記従来の流量センサでは、プラグ１０３が軸１０２に対して摺動することによって、プラグ１０３および軸１０２が摩耗するので、プラグ１０３および軸１０２の寿命は短くなる。したがって、上記従来の流量センサの耐久性は低いものである。
【００３２】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは光学的に上記距離を測定する。
【００３３】
上記実施形態によれば、上記距離センサは上記距離を光学的に測定するので、高精度な測定を行うことができる。
【００３４】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは半導体レーザ素子を用い、
上記本体は、上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光を透過し、
上記可動子は上記レーザ光を反射可能な端面を有する。
【００３５】
上記実施形態によれば、上記可動子はレーザ光を反射可能な端面を有するので、この端面で反射されたレーザ光に基づいて、可動子が静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で確実に測定することができる。
【００３６】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは磁気的に上記距離を測定する。
【００３７】
上記実施形態によれば、上記本体が不透明な部材からなって、距離センサが本体外に配置されている場合でも、上記距離センサは磁気的に上記距離を測定するので、距離を確実に測定できる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の流量センサによれば、流体が内部を軸方向に流れる筒状の本体と、本体内において軸方向に移動可能に配置され、流体が本体の内部を通過する流量に応じて静止位置から流体が流れる下流方向に移動する可動子と、この可動子が静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサとを備えることによって、距離センサと可動子の物理的な接続構造を無くして、構造を簡単にできるので、量産性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の流量センサの斜視図である。
【図２】図２は上記第１実施形態の流量センサの模式断面図である。
【図３】図３は上記第１実施形態の可動子の概略正面図である。
【図４】図４は上記第１実施形態の可動子の概略側面図である。
【図５】図５は上記第１実施形態の可動子の概略斜視図である。
【図６】図６は図３のVI−VI線矢視の概略断面図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態の流量センサの模式断面図である。
【図８】図８は従来の流量センサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の流量センサを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４１】
〔第１実施形態〕
図１に、本発明の第１実施形態の流量センサの斜視図を示す。
【００４２】
上記流量センサは、流体の一例としての水が内部を軸方向に流れる円筒状の本体１と、この本体１内に固定的に設けられた支持部材の一例としての整流子２と、上記本体１内に上記軸方向に移動可能に配置された可動子３と、この可動子３を静止位置に付勢するバネ部材の一例としてのコイルバネ４と、可動子３が上記静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサの一例としてのレーザフォーカス方式変位センサ５とを備えている。ここで、上記コイルバネ４には、例えばSUS304WPB（高強度ばね用ステンレス鋼線）のような耐食性のある素材が用いられる。また、上記静止位置は、水が本体１内を流れていない時の可動子３の位置に相当する。
【００４３】
上記本体１は、一端に入口１１を有する一方、他端に出口１２を有する。この本体１は、後述する半導体レーザ素子５１が出射する光を透過する材料（例えばポリカボネート等の樹脂材料）から成っている。また、上記本体１は、入口１１と出口１２との間に略Ｌ字状の屈曲部１３を有している。この屈曲部１３があることにより、本体１内の水流路も略Ｌ字状に屈曲している。
【００４４】
図２に、上記水が流れる方向に平行な平面で流量センサを切った断面を模式的に示す。なお、図２では、上記可動子３のみ、上記平面とは異なる面で切った断面を示すようにしている。具体的には、図２の可動子３の模式断面は、可動子３の概略正面図である図３のII−II線矢視から見た模式断面に相当する。
【００４５】
上記整流子２は、本体１の入口１１近傍の内面に固定されていて、本体１の内面と間に隙間を有していない。また、上記整流子２は、水が内部を通過するようになっており、水の流れを軸方向に整流する。また、上記整流子２内の流路断面積は上流側から下流側まで略一定になっている。
【００４６】
上記可動子３は、水が内部を通過すると共に、本体１の内面に対して隙間を有して、水が本体１の内部を通過する流量に応じて上記静止位置から水の下流方向に移動する。より詳しくは、上記本体１の屈曲部１３近傍の内径は可動子３の外径よりも０．５ｍｍ大きく設定されており、本体１の屈曲部１３近傍の内周面と可動子３の外周面との間には全周にわたって略均等な隙間が形成されている。この可動子３は、後述する半導体レーザ素子５１が出射するレーザ光を反射可能な材料（例えばポリカボネート等の樹脂材料）から成っている。また、上記可動子３の下流側の端部内の流路断面積は、可動子３の上流側の端部内の流路断面積に比べて小さくなっている。
【００４７】
上記コイルバネ４の上流端は整流子２の下流側の端面に接続されている。一方、上記コイルバネ４の下流端は可動子３の上流側の端面に接続されている。ここで、上記コイルバネ４と可動子３と整流子２との間の接続の耐久性が必要となるので、例えば可動子３及び整流子２にコイルバネ４の一部をインサート成型することによって接続される。
【００４８】
上記変位センサ５は本体１外に配置されている。より詳しくは、上記変位センサ５は、本体１の略Ｌ字状の屈曲部１３の外面に、可動子３の移動方向に対向するように取り付けられている。また、上記変位センサ５は、半導体レーザ素子５１、受光素子５２、ハーフミラー５３、コリメートレンズ５４、対物レンズ５５、音叉５６対物レンズ位置検出部５７および変位検出部５８などを有する周知の変位センサである。この周知の変位センサとしては、例えば株式会社キーエンス製のＬＴ−９０００シリーズの変位センサがある。
【００４９】
上記半導体レーザ素子５１から出射されたレーザ光は、ハーフミラー５３およびコリメートレンズ５４を順次通過した後、音叉５６により高速振動する対物レンズ５５を通過して、可動子３の拡径部３３（図３，図６参照）の下流側の端面に照射される。この端面で反射されたレーザ光は、対物レンズ５５およびコリメートレンズ５４を通過した後、ハーフミラー５３で進む方向を変えて、受光素子５２に入射する。上記対物レンズ位置検出部５７によって検出される、この入射時の対物レンズ５５の位置に基づいて、可動子３が上記静止位置から軸方向に移動した距離（以下、「可動子３の変位量」と言う。）が変位検出部５８によって検出される。これにより、上記可動子３の変位量を示す信号が変位センサ５から流量導出部６に出力される。
【００５０】
また、上記流量センサは、ソフトウェアからなる流量導出部６を備えている。この流量導出部６は、上記変位センサ５からの上記信号に基づいて、本体１内における水の流量を導出する。このとき、上記流量の導出は下記の変換テーブルを用いて行われる。
【００５１】
なお、上記変換テーブルは、予め、実験やシミュレーションなどで得たデータから作成し、流量導出部６に持たせている。
【００５２】
図３は上記可動子３の概略正面図であり、また、図４は上記可動子３の概略側面図であり、また、図５は上記可動子３の概略斜視図であり、図６は図３のVI−VI線矢視の概略断面図である。
【００５３】
上記可動子３は、図３に示すように、円筒部３１と、この円筒部３１の中心軸を通るように設けられたボス部３２とを有している。このボス部３２の下流側の端部は、図３，図６に示すように、下流側に向かって徐々に拡径する円錐状の拡径部３３を形成している。また、上記ボス部３２は第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６を介して円筒部３１と一体化している。また、図３，図５に示すように、上記円筒部３１内の空間は、第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６で３つに分割されており、この３つの空間のそれぞれを水が通過するようになっている。また、図４〜図６に示すように、上記可動子３の上流側の端面は、径方向の中心が上流側に向かって突出するような形状に形成されている。より詳しくは、上記円筒部３１、ボス部３２および第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６のそれぞれの上流側の端面は、径方向外側が径方向内側よりも下流側に位置するように、円筒部３１の中心軸に対して傾斜している。また、上記円筒部３１の上流側の端面と第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６の上流側の端面とが、互いに滑らかに接続されており、かつ、第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６の上流側の端面とボス部３２の上流側の端面とが、互いに滑らかに接続されている。この構造により、乱流が発生しにくくなり、流量測定の誤差が少なくなる。
【００５４】
上記構成の流量センサによれば、上記本体１の入口１１に水を供給すると、この水は、整流子２および可動子３を順次通過した後、出口１２から本体１外に流出する。このとき、上記整流子２を通過した水は、可動子３の円筒部３１内の３つの空間を通過すると共に、可動子３の円筒部３１の外周面と本体１の内周面との間の隙間を通過する。これにより、上記可動子３は、水の動圧によって、コイルバネ４の付勢力に抗して静止位置から変位センサ５側へ移動する。この可動子３の変位量は変位センサ５によって非接触で検出される。そして、上記変位センサ５が、可動子３の変位量を示す信号を流量導出部６へ出力する。その結果、上記流量導出部６が、変位センサ５からの上記信号に基づいて、本体１内における水の流量を導出する。
【００５５】
このように、上記変位センサ５が可動子３の変位量を非接触で検出し、可動子３と変位センサ５は物理的に分離されている。したがって、上記可動子３と変位センサ５の物理的な接続構造を設けなくてもよいので、構造を簡単できる。その結果、上記流量センサの量産性を高めることができる。
【００５６】
また、上記可動子３が整流子２と変位センサ５との間で移動を繰り返したとしても、可動子３の円筒部３１の外周面と本体１の内周面との間に隙間があるので、可動子３の円筒部３１の外周面や、本体１の内周面において、摩耗が生じるのを防ぐことができる。したがって、上記流量センサの機械寿命を延ばすことができる。
【００５７】
また、上記変位センサ５は本体１外に設けているので、本体１内に設けるよりも、良好なメンテナンス性が得られる。
【００５８】
また、上記変位センサ５を本体１外に設けているが、変位センサ５による可動子３の変位量の検出は非接触で行われるので、図８の貫通孔１１４のような貫通孔を本体１に設けなくてもよい。また、上記変位センサ５の一部を上記貫通孔を介して可動子３に物理的に接続しなくてもよい。したがって、上記流量センサの構造が複雑になるのを防ぐことができる。
【００５９】
また、上記貫通孔を本体１に設けなくてもよいので、その貫通孔のシール処理も不要である。したがって、上記流量センサの量産性の低下を回避できる。
【００６０】
また、上記変位センサ５は、本体１の略Ｌ字状の屈曲部１３に、可動子３の移動方向に対向するように取り付けられているので、可動子３の移動方向の変位量を正確かつ容易に検出できる。
【００６１】
また、上記可動子３の上流側に整流子２を設けているので、整流子２と可動子３との間で乱流が発生するのを防ぐことができる。したがって、上記可動子３の変位量と水の流量との対応関係が崩れないようにして、その変位量に基づいて水の流量を正確に検出できる。
【００６２】
また、上記整流子２がコイルバネ４を介して可動子３を支持するので、可動子３を支持するための部材を整流子２以外に本体１内に設けなくてもよい。したがって、上記流量センサの構造の複雑化を抑制できる。
【００６３】
また、上記流量センサを他の機器に搭載する場合、上記流量センサは、水の流量を導出する流量導出部６を備えているので、上記流量導出部６に相当するものを上記機器に設ける必要がない。したがって、上記流量センサの汎用性を高めることができる。
【００６４】
また。上記変位センサ５は距離の測定を光学的に行うので、その測定を高精度にすることができる。
【００６５】
また、上記可動子３の拡径部３３の下流側の端面は、半導体レーザ素子５１が出射するレーザ光を反射可能であるから、この端面で反射されたレーザ光に基づいて、可動子３が静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で確実に測定することができる。
【００６６】
上記第１実施形態では、流量センサで水の流量を検出していたが、流量センサで検出するのは水の流量に限定されない。例えば、上記流量センサによって、ガソリン等の液体の流量を検出してもよいし、あるいは、空気等の気体の流量を検出してもよい。
【００６７】
上記第１実施形態の円筒状の本体１に換えて、例えば四角筒状の本体１を用いてもよい。この四角筒状の本体１を用いる場合、円筒部３１を四角筒部に変更してもよい。
【００６８】
上記第１実施形態では、本体１内の水流路が略Ｌ字状に屈曲していたが、略へ字状または略レ字状に屈曲するようにしてもよい。あるいは、上記本体１内の水流路が湾曲部を有するようにしてもよいし、本体１内の水流路が直線状になるようにしてもよい。
【００６９】
上記第１実施形態では、コイルバネ４で可動子３を静止位置に付勢していたが、コイルバネ以外のバネ部材で可動子３を静止位置に付勢してもよい。
【００７０】
上記第１実施形態では、本体１外に変位センサ５を設けていたが、本体１内に変位センサ５と同様の変位センサを設けてもよい。
【００７１】
上記第１実施形態の整流子２に換えて、例えば棒状の支持部材を用いてもよい。この支持部材を用いる場合、コイルバネ４の上流端を上記支持部材に接続すればよい。
【００７２】
上記第１実施形態では、整流子２によって可動子３をコイルバネ４を介して支持していたが、整流子２と可動子３との間に設けた支持部材によって可動子３をコイルバネ４を介して支持するようにしてもよい。
【００７３】
上記第１実施形態では、変位センサ５外に流量導出部６を設けていたが、変位センサ５内に流量導出部６と同様の流量導出部を設けてもよい。
【００７４】
上記第１実施形態では、上記流量センサが流量導出部６を備えていたが、流体センサを搭載する他の機器が流量導出部６と同様の流量導出部を備えてもよい。
【００７５】
上記第１実施形態では、本体１の屈曲部１３近傍の内径と可動子３の外径との差を０．５ｍｍとしていたが、この差は０．５ｍｍに限定されないことは言うまでもない。
【００７６】
上記第１実施形態では、可動子３は、本体１の内面に対して隙間を有していたが、本体１の内面に対して隙間を有さないで、本体１の内面に対して摺動するようにしてもよい。このようにする場合、上記可動子３に、水が内部を通過する構造を設ける。
【００７７】
上記第１実施形態では、可動子３は、水が内部を通過する構造を有していたが、水が内部を通過する構造を有さないようにしてもよい。このようにする場合、上記可動子３は、本体１の内面に対して隙間を有するようにする。
【００７８】
〔第２実施形態〕
図７に、本発明の第２実施形態の流量センサの模式断面図を示す。この模式断面図は、水が流れる方向に平行な平面で流量センサを切った断面を模式的に示すものである。
【００７９】
上記流量センサは、上記第１実施形態と異なる方式で可動子３の変位量を検出する点、つまり、レーザフォーカス方式変位センサ５を備えずに、磁気式変位センサ２０５を備えている点と、可動子３の拡径部３３の下流側の端面に磁石２１４を取り付けている点とだけが上記第１実施形態の流量センサと異なっている。したがって、図７において、図２に示した第１実施形態の流量センサの構成部と同一構成部は、図２における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【００８０】
上記変位センサ２０５は本体１外に配置されている。より詳しくは、上記変位センサ２０５は、本体１の略Ｌ字状の屈曲部１３の外面に、可動子３の移動方向に対向するように取り付けられている。また、上記変位センサ２０５は、磁石２１４の磁界やその変化に基づいて、可動子３が静止位置から軸方向に移動した距離（以下、「可動子３の変位量」と言う。）を検出する周知の変位センサ２０５である。また、上記変位センサ２０５は、可動子３の変位量を示す信号を流量導出部６へ出力する。
【００８１】
上記構成の本実施形態の流量センサによれば、変位センサ２０５によって可動子３の変位量を検出するので、レーザ光を透過しない材料で本体１を形成しても、可動子３の変位量を確実に検出できる。
【００８２】
また、上記レーザ光を透過しない材料で本体１を形成することができるので、流量センサの設計の自由度を広げることができる。
【００８３】
また、本実施形態の流量センサも、上記第１実施形態の流量センサと同様の作用効果を奏する。
【００８４】
上記第２実施形態の可動子３に換えて、磁性材料からなる可動子を用いてもよい。この場合、上記可動子に磁石を取り付けなくても、変位センサ２０５は可動子の変位量を検出できる。
【００８５】
本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１，第２実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１実施形態の変形例のように、上記第２実施形態を変形してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１…本体
２…整流子
３…可動子
４…コイルバネ
５…レーザフォーカス方式変位センサ
６…流量導出部
１１…入口
１２…出口
１３…屈曲部
３１…円筒部
３２…ボス部
３３…拡径部
３４…第１仕切壁
３５…第２仕切壁
３６…第３仕切壁
５１…半導体レーザ素子
５２…受光素子
５３…ハーフミラー
５４…コリメートレンズ
５５…対物レンズ
５６…音叉
２０５…磁気式変位センサ
２１４…磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば洗濯機、食器洗浄機、浄水器、温水システム等に使用される流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、特開平６−２０１４２１号公報（特許文献１）に記載された従来の流量センサの概略断面図である。
【０００３】
上記流量センサは、入口１１１，出口１１２を有する直線筒状の導管１０１と、この導管１０１内に設けられ、入口１１１側つまり上流側の端部が支持部材１０９を介して導管１０１に固定された軸１０２と、この軸１０２に対して摺動可能に設けられ、上流側に先細りとなる形状を有するプラグ１０３と、このプラグ１０３を上流側に付勢するコイルバネ１０４と、このコイルバネ１０４の下流側に設けられた環状の圧力板１０５と、導管１０１外に設けられた感知システム１０６とを備えている。
【０００４】
上記導管１０１内では、圧力板１０５と支持部材１０９の間に位置するように、開口部１１１３を有するオリフィス板１０７が設けられている。また、上記導管１０１の感知システム１０６の取付箇所には貫通孔１１４が設けられている。この貫通孔１１４は径方向において圧力板１０５に対向している。
【０００５】
上記コイルバネ１０４は、軸１０２の周囲に巻回されていて、上流側の端部がプラグ１０３に接続されている一方、下流側の端部が圧力板１０５に接続されている。
【０００６】
上記圧力板１０５は、プラグ１０３にかかる流体圧をコイルバネ１０４を介して受ける。また、上記圧力板１０５は、可撓性を有する支持部１６２に支持されており、上記流体圧に応じて軸１０２方向に揺動可能になっている。このため、上記圧力板１０５が下流側に過度に揺動して、支持部１６２が損傷しないように、圧力板１０５の揺動を規制するストッパ１０８を軸１０２の下流側の端部に設けている。
【０００７】
上記感知システム１０６は、ハウジング１６１、支持部１６２、ストレンゲージ１６３，１６４、ベローズ１６５および回路１６６を有している。上記支持部１６２は、圧力板１０５から径方向の外側に延び、貫通孔１１４を通って、ハウジング１６１内に入っている。上記ハウジング１６１内にある支持部１６２の端部には２つのストレンゲージ１６３，１６４を取り付けている。このハウジング１６１内の空間は、ベローズ１６５によって導管１０１内の空間と連通しないようにしている。また、上記ベローズ１６５と支持部１６２の間で殆ど抵抗を生じることなく支持部１６２が撓めるようにもしている。なお、上記ハウジング１６１内にある支持部１６２の端部は、ハウジング１６１に片持ち支持されている。
【０００８】
上記従来の流量センサによれば、流体が入口１１１から出口１１２へ流れていない時には、プラグ１０３はコイルバネ１０４の付勢力によってオリフィス板１０７に押し付けられ、プラグ１０３の外周面が開口部１１３の内周縁に接触している。このような状態において、入口１１１から出口１１２へ向けて流体を流すと、プラグ１０３が、流体圧を受け、コイルバネ１０４の付勢力に逆らって、軸１０２方向の下流側に摺動する。これにより、上記プラグ１０３の外周面と開口部１１３の内周縁との間に隙間が生じ、流体が上記隙間を通って出口１１２に向かって流れる。このとき、上記プラグ１０３にかかる流体圧がコイルバネ１０４を介して圧力板１０５に作用するため、圧力板１０５が軸１０２方向の下流側に揺動し、支持部１６２が撓む。その結果、上記支持部１６２に歪みが生じるので、ストレンゲージ１６３，１６４が、支持部１６２の歪み量を検出し、この歪み量を示す歪み信号を回路１６６へ出力する。その結果、上記回路１６６が、上記歪み信号を、導管１０１内の流量を示す流量信号に変換するので、導管１０１内の流量を検出できる。
【０００９】
このように、上記従来の流量センサでは、支持部１６２の歪み量に基づいて検出して、導管１０１内の流量を検出するので、プラグ１０３と支持部１６２を物理的に接続しなければならない。そして、上記プラグ１０３と支持部１６２の物理的な接続を得るには、導管１０１に貫通孔１１４を設け、貫通孔１１４に支持部１６２を挿通し、支持部１６２の一方の端部を導管１０１内に入れて圧力板１０５に連結しなければならない。したがって、上記従来の流量センサは、構造が複雑であるため、量産性が悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２０１４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の課題は、構造が簡単で量産性が高い流量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の流量センサは、
流体が内部を軸方向に流れる筒状の本体と、
上記本体内に固定的に設けられた支持部材と、
上記本体内において上記軸方向に移動可能に配置され、上記流体が上記本体の内部を通過する流量に応じて静止位置から上記流体が流れる下流方向に移動する可動子と、
一端が上記支持部材に取り付けられ、かつ、他端が上記可動子に取り付けられて、上記可動子を上記静止位置に付勢するバネ部材と、
上記可動子が上記静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサと
を備えていることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、上記本体の内部に流体を流すと、本体の内部における流体の流量に応じて、可動子が静止位置から流体の下流方向に移動する。このとき、上記可動子が静止位置から本体の軸方向に移動した距離は、距離センサによって非接触で測定される。したがって、上記可動子が静止位置から本体の軸方向に移動した距離に基づいて、流体の流量を検出できる。
【００１４】
このように、上記距離センサは、可動子が静止位置から本体の軸方向に移動した距離を非接触で測定するので、可動子と物理的に接続しなくてもよい。つまり、上記距離センサと可動子の物理的な接続は不要である。したがって、上記流量センサにおいて、距離センサと可動子の物理的な接続構造を無くして、構造を簡単にできるので、量産性を向上させることができる。
【００１５】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは上記本体外に配置されている。
【００１６】
上記実施形態によれば、上記距離センサは本体外に配置されているので、本体内に配置される場合に比べてメンテナンス性が良好である。
【００１７】
また、上記距離センサを本体外に配置しても、距離センサは距離の測定を非接触で行うので、本体に貫通孔を設けて、距離センサの一部を上記貫通孔に挿通して可動子に物理的に接続しなくてもよいので、構造が複雑になるのを防ぐことができる。
【００１８】
また、上記本体に貫通孔を設けなくてもよいので、その貫通孔のシール処理も不要である。したがって、本実施形態の流量センサの量産性も良好である。
【００１９】
これに対して、図８の従来の流量センサでは、導管１０１内の流体が貫通孔１１４を介して感知システム１０６のハウジング１６１内に入るのを防ぐため、この貫通孔１１４をシール処理しなければならない。その結果、上記従来の流量センサの量産性は悪い。
【００２０】
一実施形態の流量センサでは、
上記本体は略Ｌ字状の屈曲部を有し、
上記距離センサは、上記本体の略Ｌ字状の上記屈曲部に、上記可動子の移動方向に対向するように取り付けられている。
【００２１】
上記実施形態によれば、上記距離センサは、本体の略Ｌ字状の屈曲部に、可動子の移動方向に対向するように取り付けられているので、可動子が静止位置から軸方向に移動した距離を正確かつ容易に測定できる。
【００２２】
一実施形態の流量センサでは、
上記支持部材は、上記可動子の上流側に位置して上記流体の流れを軸方向に整流する整流子である。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記支持部材は、可動子の上流側に位置して流体の流れを軸方向に整流する整流子であるので、支持部材から可動子へ向かう流体が乱流状態になるのを防ぐことができる。したがって、上記可動子が静止位置から移動した距離と、本体内を流れる流体の流量との対応関係が崩れないようにして、その距離に基づいて流体の流量を正確に検出できる。
【００２４】
これに対して、上記従来の流量センサでは、プラグ１０３の上流側に支持部材１０９を設けているが、この支持部材１０９は流体の流れを軸方向に整流するものではない。したがって、上記プラグ１０３を通過する流体が乱流状態となるので、支持部１６２の歪み量と、導管１０１内を流れる流体の流量との対応関係が崩れてしまう。その結果、上記支持部１６２の歪み量に基づいて検出して流量は検出しても、不正確な流量しか得られない。
【００２５】
一実施形態の流量センサは、
上記距離センサが測定した上記距離に基づいて、上記流体の流量を導出する流量導出部を備えている。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記流量センサを他の機器に搭載する場合、上記流量センサは、距離センサが測定した距離に基づいて、流体の流量を導出する流量導出部を備えているので、上記流量導出部に相当するものを上記機器に設ける必要がない。したがって、上記流量センサの汎用性を高めることができる。
【００２７】
一実施形態の流量センサでは、
上記可動子は、上記流体が内部を通過する構造を有する。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記本体の内部に流体を流すと、この流体は可動子の内部を通過するので、流体の流れが可動子で阻害されるのを防ぐことができる。
【００２９】
一実施形態の流量センサでは、
上記可動子は上記本体の内面に対して隙間を有する。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記可動子は本体内で軸方向に移動するが、本体の内面と可動子との間には隙間があるので、本体および可動子が摩耗するのを防ぐことできて、本体および可動子の寿命を延ばすことができる。したがって、上記流量センサの耐久性を高くすることができる。
【００３１】
これに対して、上記従来の流量センサでは、プラグ１０３が軸１０２に対して摺動することによって、プラグ１０３および軸１０２が摩耗するので、プラグ１０３および軸１０２の寿命は短くなる。したがって、上記従来の流量センサの耐久性は低いものである。
【００３２】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは光学的に上記距離を測定する。
【００３３】
上記実施形態によれば、上記距離センサは上記距離を光学的に測定するので、高精度な測定を行うことができる。
【００３４】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは半導体レーザ素子を用い、
上記本体は、上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光を透過し、
上記可動子は上記レーザ光を反射可能な端面を有する。
【００３５】
上記実施形態によれば、上記可動子はレーザ光を反射可能な端面を有するので、この端面で反射されたレーザ光に基づいて、可動子が静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で確実に測定することができる。
【００３６】
一実施形態の流量センサでは、
上記距離センサは磁気的に上記距離を測定する。
【００３７】
上記実施形態によれば、上記本体が不透明な部材からなって、距離センサが本体外に配置されている場合でも、上記距離センサは磁気的に上記距離を測定するので、距離を確実に測定できる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の流量センサによれば、流体が内部を軸方向に流れる筒状の本体と、本体内において軸方向に移動可能に配置され、流体が本体の内部を通過する流量に応じて静止位置から流体が流れる下流方向に移動する可動子と、この可動子が静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサとを備えることによって、距離センサと可動子の物理的な接続構造を無くして、構造を簡単にできるので、量産性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の流量センサの斜視図である。
【図２】図２は上記第１実施形態の流量センサの模式断面図である。
【図３】図３は上記第１実施形態の可動子の概略正面図である。
【図４】図４は上記第１実施形態の可動子の概略側面図である。
【図５】図５は上記第１実施形態の可動子の概略斜視図である。
【図６】図６は図３のVI−VI線矢視の概略断面図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態の流量センサの模式断面図である。
【図８】図８は従来の流量センサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の流量センサを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４１】
〔第１実施形態〕
図１に、本発明の第１実施形態の流量センサの斜視図を示す。
【００４２】
上記流量センサは、流体の一例としての水が内部を軸方向に流れる円筒状の本体１と、この本体１内に固定的に設けられた支持部材の一例としての整流子２と、上記本体１内に上記軸方向に移動可能に配置された可動子３と、この可動子３を静止位置に付勢するバネ部材の一例としてのコイルバネ４と、可動子３が上記静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサの一例としてのレーザフォーカス方式変位センサ５とを備えている。ここで、上記コイルバネ４には、例えばSUS304WPB（高強度ばね用ステンレス鋼線）のような耐食性のある素材が用いられる。また、上記静止位置は、水が本体１内を流れていない時の可動子３の位置に相当する。
【００４３】
上記本体１は、一端に入口１１を有する一方、他端に出口１２を有する。この本体１は、後述する半導体レーザ素子５１が出射する光を透過する材料（例えばポリカボネート等の樹脂材料）から成っている。また、上記本体１は、入口１１と出口１２との間に略Ｌ字状の屈曲部１３を有している。この屈曲部１３があることにより、本体１内の水流路も略Ｌ字状に屈曲している。
【００４４】
図２に、上記水が流れる方向に平行な平面で流量センサを切った断面を模式的に示す。なお、図２では、上記可動子３のみ、上記平面とは異なる面で切った断面を示すようにしている。具体的には、図２の可動子３の模式断面は、可動子３の概略正面図である図３のII−II線矢視から見た模式断面に相当する。
【００４５】
上記整流子２は、本体１の入口１１近傍の内面に固定されていて、本体１の内面と間に隙間を有していない。また、上記整流子２は、水が内部を通過するようになっており、水の流れを軸方向に整流する。また、上記整流子２内の流路断面積は上流側から下流側まで略一定になっている。
【００４６】
上記可動子３は、水が内部を通過すると共に、本体１の内面に対して隙間を有して、水が本体１の内部を通過する流量に応じて上記静止位置から水の下流方向に移動する。より詳しくは、上記本体１の屈曲部１３近傍の内径は可動子３の外径よりも０．５ｍｍ大きく設定されており、本体１の屈曲部１３近傍の内周面と可動子３の外周面との間には全周にわたって略均等な隙間が形成されている。この可動子３は、後述する半導体レーザ素子５１が出射するレーザ光を反射可能な材料（例えばポリカボネート等の樹脂材料）から成っている。また、上記可動子３の下流側の端部内の流路断面積は、可動子３の上流側の端部内の流路断面積に比べて小さくなっている。
【００４７】
上記コイルバネ４の上流端は整流子２の下流側の端面に接続されている。一方、上記コイルバネ４の下流端は可動子３の上流側の端面に接続されている。ここで、上記コイルバネ４と可動子３と整流子２との間の接続の耐久性が必要となるので、例えば可動子３及び整流子２にコイルバネ４の一部をインサート成型することによって接続される。
【００４８】
上記変位センサ５は本体１外に配置されている。より詳しくは、上記変位センサ５は、本体１の略Ｌ字状の屈曲部１３の外面に、可動子３の移動方向に対向するように取り付けられている。また、上記変位センサ５は、半導体レーザ素子５１、受光素子５２、ハーフミラー５３、コリメートレンズ５４、対物レンズ５５、音叉５６対物レンズ位置検出部５７および変位検出部５８などを有する周知の変位センサである。この周知の変位センサとしては、例えば株式会社キーエンス製のＬＴ−９０００シリーズの変位センサがある。
【００４９】
上記半導体レーザ素子５１から出射されたレーザ光は、ハーフミラー５３およびコリメートレンズ５４を順次通過した後、音叉５６により高速振動する対物レンズ５５を通過して、可動子３の拡径部３３（図３，図６参照）の下流側の端面に照射される。この端面で反射されたレーザ光は、対物レンズ５５およびコリメートレンズ５４を通過した後、ハーフミラー５３で進む方向を変えて、受光素子５２に入射する。上記対物レンズ位置検出部５７によって検出される、この入射時の対物レンズ５５の位置に基づいて、可動子３が上記静止位置から軸方向に移動した距離（以下、「可動子３の変位量」と言う。）が変位検出部５８によって検出される。これにより、上記可動子３の変位量を示す信号が変位センサ５から流量導出部６に出力される。
【００５０】
また、上記流量センサは、ソフトウェアからなる流量導出部６を備えている。この流量導出部６は、上記変位センサ５からの上記信号に基づいて、本体１内における水の流量を導出する。このとき、上記流量の導出は下記の変換テーブルを用いて行われる。
【００５１】
なお、上記変換テーブルは、予め、実験やシミュレーションなどで得たデータから作成し、流量導出部６に持たせている。
【００５２】
図３は上記可動子３の概略正面図であり、また、図４は上記可動子３の概略側面図であり、また、図５は上記可動子３の概略斜視図であり、図６は図３のVI−VI線矢視の概略断面図である。
【００５３】
上記可動子３は、図３に示すように、円筒部３１と、この円筒部３１の中心軸を通るように設けられたボス部３２とを有している。このボス部３２の下流側の端部は、図３，図６に示すように、下流側に向かって徐々に拡径する円錐状の拡径部３３を形成している。また、上記ボス部３２は第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６を介して円筒部３１と一体化している。また、図３，図５に示すように、上記円筒部３１内の空間は、第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６で３つに分割されており、この３つの空間のそれぞれを水が通過するようになっている。また、図４〜図６に示すように、上記可動子３の上流側の端面は、径方向の中心が上流側に向かって突出するような形状に形成されている。より詳しくは、上記円筒部３１、ボス部３２および第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６のそれぞれの上流側の端面は、径方向外側が径方向内側よりも下流側に位置するように、円筒部３１の中心軸に対して傾斜している。また、上記円筒部３１の上流側の端面と第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６の上流側の端面とが、互いに滑らかに接続されており、かつ、第１仕切壁３４、第２仕切壁３５および第３仕切壁３６の上流側の端面とボス部３２の上流側の端面とが、互いに滑らかに接続されている。この構造により、乱流が発生しにくくなり、流量測定の誤差が少なくなる。
【００５４】
上記構成の流量センサによれば、上記本体１の入口１１に水を供給すると、この水は、整流子２および可動子３を順次通過した後、出口１２から本体１外に流出する。このとき、上記整流子２を通過した水は、可動子３の円筒部３１内の３つの空間を通過すると共に、可動子３の円筒部３１の外周面と本体１の内周面との間の隙間を通過する。これにより、上記可動子３は、水の動圧によって、コイルバネ４の付勢力に抗して静止位置から変位センサ５側へ移動する。この可動子３の変位量は変位センサ５によって非接触で検出される。そして、上記変位センサ５が、可動子３の変位量を示す信号を流量導出部６へ出力する。その結果、上記流量導出部６が、変位センサ５からの上記信号に基づいて、本体１内における水の流量を導出する。
【００５５】
このように、上記変位センサ５が可動子３の変位量を非接触で検出し、可動子３と変位センサ５は物理的に分離されている。したがって、上記可動子３と変位センサ５の物理的な接続構造を設けなくてもよいので、構造を簡単できる。その結果、上記流量センサの量産性を高めることができる。
【００５６】
また、上記可動子３が整流子２と変位センサ５との間で移動を繰り返したとしても、可動子３の円筒部３１の外周面と本体１の内周面との間に隙間があるので、可動子３の円筒部３１の外周面や、本体１の内周面において、摩耗が生じるのを防ぐことができる。したがって、上記流量センサの機械寿命を延ばすことができる。
【００５７】
また、上記変位センサ５は本体１外に設けているので、本体１内に設けるよりも、良好なメンテナンス性が得られる。
【００５８】
また、上記変位センサ５を本体１外に設けているが、変位センサ５による可動子３の変位量の検出は非接触で行われるので、図８の貫通孔１１４のような貫通孔を本体１に設けなくてもよい。また、上記変位センサ５の一部を上記貫通孔を介して可動子３に物理的に接続しなくてもよい。したがって、上記流量センサの構造が複雑になるのを防ぐことができる。
【００５９】
また、上記貫通孔を本体１に設けなくてもよいので、その貫通孔のシール処理も不要である。したがって、上記流量センサの量産性の低下を回避できる。
【００６０】
また、上記変位センサ５は、本体１の略Ｌ字状の屈曲部１３に、可動子３の移動方向に対向するように取り付けられているので、可動子３の移動方向の変位量を正確かつ容易に検出できる。
【００６１】
また、上記可動子３の上流側に整流子２を設けているので、整流子２と可動子３との間で乱流が発生するのを防ぐことができる。したがって、上記可動子３の変位量と水の流量との対応関係が崩れないようにして、その変位量に基づいて水の流量を正確に検出できる。
【００６２】
また、上記整流子２がコイルバネ４を介して可動子３を支持するので、可動子３を支持するための部材を整流子２以外に本体１内に設けなくてもよい。したがって、上記流量センサの構造の複雑化を抑制できる。
【００６３】
また、上記流量センサを他の機器に搭載する場合、上記流量センサは、水の流量を導出する流量導出部６を備えているので、上記流量導出部６に相当するものを上記機器に設ける必要がない。したがって、上記流量センサの汎用性を高めることができる。
【００６４】
また。上記変位センサ５は距離の測定を光学的に行うので、その測定を高精度にすることができる。
【００６５】
また、上記可動子３の拡径部３３の下流側の端面は、半導体レーザ素子５１が出射するレーザ光を反射可能であるから、この端面で反射されたレーザ光に基づいて、可動子３が静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で確実に測定することができる。
【００６６】
上記第１実施形態では、流量センサで水の流量を検出していたが、流量センサで検出するのは水の流量に限定されない。例えば、上記流量センサによって、ガソリン等の液体の流量を検出してもよいし、あるいは、空気等の気体の流量を検出してもよい。
【００６７】
上記第１実施形態の円筒状の本体１に換えて、例えば四角筒状の本体１を用いてもよい。この四角筒状の本体１を用いる場合、円筒部３１を四角筒部に変更してもよい。
【００６８】
上記第１実施形態では、本体１内の水流路が略Ｌ字状に屈曲していたが、略へ字状または略レ字状に屈曲するようにしてもよい。あるいは、上記本体１内の水流路が湾曲部を有するようにしてもよいし、本体１内の水流路が直線状になるようにしてもよい。
【００６９】
上記第１実施形態では、コイルバネ４で可動子３を静止位置に付勢していたが、コイルバネ以外のバネ部材で可動子３を静止位置に付勢してもよい。
【００７０】
上記第１実施形態では、本体１外に変位センサ５を設けていたが、本体１内に変位センサ５と同様の変位センサを設けてもよい。
【００７１】
上記第１実施形態の整流子２に換えて、例えば棒状の支持部材を用いてもよい。この支持部材を用いる場合、コイルバネ４の上流端を上記支持部材に接続すればよい。
【００７２】
上記第１実施形態では、整流子２によって可動子３をコイルバネ４を介して支持していたが、整流子２と可動子３との間に設けた支持部材によって可動子３をコイルバネ４を介して支持するようにしてもよい。
【００７３】
上記第１実施形態では、変位センサ５外に流量導出部６を設けていたが、変位センサ５内に流量導出部６と同様の流量導出部を設けてもよい。
【００７４】
上記第１実施形態では、上記流量センサが流量導出部６を備えていたが、流体センサを搭載する他の機器が流量導出部６と同様の流量導出部を備えてもよい。
【００７５】
上記第１実施形態では、本体１の屈曲部１３近傍の内径と可動子３の外径との差を０．５ｍｍとしていたが、この差は０．５ｍｍに限定されないことは言うまでもない。
【００７６】
上記第１実施形態では、可動子３は、本体１の内面に対して隙間を有していたが、本体１の内面に対して隙間を有さないで、本体１の内面に対して摺動するようにしてもよい。このようにする場合、上記可動子３に、水が内部を通過する構造を設ける。
【００７７】
上記第１実施形態では、可動子３は、水が内部を通過する構造を有していたが、水が内部を通過する構造を有さないようにしてもよい。このようにする場合、上記可動子３は、本体１の内面に対して隙間を有するようにする。
【００７８】
〔第２実施形態〕
図７に、本発明の第２実施形態の流量センサの模式断面図を示す。この模式断面図は、水が流れる方向に平行な平面で流量センサを切った断面を模式的に示すものである。
【００７９】
上記流量センサは、上記第１実施形態と異なる方式で可動子３の変位量を検出する点、つまり、レーザフォーカス方式変位センサ５を備えずに、磁気式変位センサ２０５を備えている点と、可動子３の拡径部３３の下流側の端面に磁石２１４を取り付けている点とだけが上記第１実施形態の流量センサと異なっている。したがって、図７において、図２に示した第１実施形態の流量センサの構成部と同一構成部は、図２における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【００８０】
上記変位センサ２０５は本体１外に配置されている。より詳しくは、上記変位センサ２０５は、本体１の略Ｌ字状の屈曲部１３の外面に、可動子３の移動方向に対向するように取り付けられている。また、上記変位センサ２０５は、磁石２１４の磁界やその変化に基づいて、可動子３が静止位置から軸方向に移動した距離（以下、「可動子３の変位量」と言う。）を検出する周知の変位センサ２０５である。また、上記変位センサ２０５は、可動子３の変位量を示す信号を流量導出部６へ出力する。
【００８１】
上記構成の本実施形態の流量センサによれば、変位センサ２０５によって可動子３の変位量を検出するので、レーザ光を透過しない材料で本体１を形成しても、可動子３の変位量を確実に検出できる。
【００８２】
また、上記レーザ光を透過しない材料で本体１を形成することができるので、流量センサの設計の自由度を広げることができる。
【００８３】
また、本実施形態の流量センサも、上記第１実施形態の流量センサと同様の作用効果を奏する。
【００８４】
上記第２実施形態の可動子３に換えて、磁性材料からなる可動子を用いてもよい。この場合、上記可動子に磁石を取り付けなくても、変位センサ２０５は可動子の変位量を検出できる。
【００８５】
本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１，第２実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１実施形態の変形例のように、上記第２実施形態を変形してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１…本体
２…整流子
３…可動子
４…コイルバネ
５…レーザフォーカス方式変位センサ
６…流量導出部
１１…入口
１２…出口
１３…屈曲部
３１…円筒部
３２…ボス部
３３…拡径部
３４…第１仕切壁
３５…第２仕切壁
３６…第３仕切壁
５１…半導体レーザ素子
５２…受光素子
５３…ハーフミラー
５４…コリメートレンズ
５５…対物レンズ
５６…音叉
２０５…磁気式変位センサ
２１４…磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が内部を軸方向に流れる筒状の本体と、
上記本体内に固定的に設けられた支持部材と、
上記本体内において上記軸方向に移動可能に配置され、上記流体が上記本体の内部を通過する流量に応じて静止位置から上記流体が流れる下流方向に移動する可動子と、
一端が上記支持部材に取り付けられ、かつ、他端が上記可動子に取り付けられて、上記可動子を上記静止位置に付勢するバネ部材と、
上記可動子が上記静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサと
を備えていることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは上記本体外に配置されていることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の流量センサにおいて、
上記本体は略Ｌ字状の屈曲部を有し、
上記距離センサは、上記本体の略Ｌ字状の上記屈曲部に、上記可動子の移動方向に対向するように取り付けられていることを特徴とする流量センサ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記支持部材は、上記可動子の上流側に位置して上記流体の流れを軸方向に整流する整流子であることを特徴とする流量センサ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサが測定した上記距離に基づいて、上記流体の流量を導出する流量導出部を備えていることを特徴とする流量センサ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記可動子は、上記流体が内部を通過する構造を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記可動子は上記本体の内面に対して隙間を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは光学的に上記距離を測定することを特徴とする流量センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは半導体レーザ素子を用い、
上記本体は、上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光を透過し、
上記可動子は上記レーザ光を反射可能な端面を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは磁気的に上記距離を測定することを特徴とする流量センサ。
【請求項１】
流体が内部を軸方向に流れる筒状の本体と、
上記本体内に固定的に設けられた支持部材と、
上記本体内において上記軸方向に移動可能に配置され、上記流体が上記本体の内部を通過する流量に応じて静止位置から上記流体が流れる下流方向に移動する可動子と、
一端が上記支持部材に取り付けられ、かつ、他端が上記可動子に取り付けられて、上記可動子を上記静止位置に付勢するバネ部材と、
上記可動子が上記静止位置から軸方向に移動した距離を非接触で測定する距離センサと
を備えていることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは上記本体外に配置されていることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の流量センサにおいて、
上記本体は略Ｌ字状の屈曲部を有し、
上記距離センサは、上記本体の略Ｌ字状の上記屈曲部に、上記可動子の移動方向に対向するように取り付けられていることを特徴とする流量センサ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記支持部材は、上記可動子の上流側に位置して上記流体の流れを軸方向に整流する整流子であることを特徴とする流量センサ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサが測定した上記距離に基づいて、上記流体の流量を導出する流量導出部を備えていることを特徴とする流量センサ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記可動子は、上記流体が内部を通過する構造を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記可動子は上記本体の内面に対して隙間を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは光学的に上記距離を測定することを特徴とする流量センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは半導体レーザ素子を用い、
上記本体は、上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光を透過し、
上記可動子は上記レーザ光を反射可能な端面を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
上記距離センサは磁気的に上記距離を測定することを特徴とする流量センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２９９４３（Ｐ２０１２−２２９９４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７１８８（Ｐ２０１１−９７１８８）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]