JP7492233B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、通過制御対象流体の流路における上流側空間内の圧力とパイロット弁の弁口が連通させられた圧力室内の圧力との圧力差によって弁座に対して弁体が接離させられるメイン弁を備えたパイロット式の電磁弁に関するものである。

この種の電磁弁として、出願人は、メイン弁およびパイロット弁を備え、液体（一例として、水道水）の通過を規制／許容可能に構成されたパイロット式の電磁弁を下記の特許文献において開示している。出願人が開示している電磁弁では、水道水の流路における下流側空間と圧力室とを連通させる小孔がパイロット弁の弁体によって閉塞されている状態において水道水の流路における上流側空間の圧力と圧力室内の圧力とがほぼ等圧となり、メイン弁が閉状態となって水道水の通過が規制される。また、上記の小孔からパイロット弁の弁体が離間させられたときには、圧力室内の水道水が小孔を介して下流側空間に流出して圧力室内の圧力が上流側空間の圧力よりも低圧となり、メイン弁が開状態に移行させられて水道水の通過が許容される。なお、出願人は、下記の特許文献においてラッチ式の電磁弁および非ラッチ式の電磁弁をそれぞれ開示しているが、いずれの電磁弁においても、水道水の通過を規制／許容する基本原理については同様となっている。

特開２０１７－０４０３０９号公報（第５－１０頁、第１－７図）

ところが、出願人が開示している上記の電磁弁には、以下のような改善すべき課題が存在する。

具体的には、出願人が開示している電磁弁では、パイロット式の一般的な電磁弁の構成と同様にして、上流側空間内の圧力と圧力室内の圧力との圧力差によってメイン弁が閉状態／開状態のいずれかに移行させられて水道水等の通過を規制／許容する構成が採用されている。このため、この電磁弁では、水道水等の通過を規制しているとき（メイン弁が閉状態に移行させられているとき）、および水道水等の通過を許容しているとき（メイン弁が開状態に移行させられているとき）のいずれにおいても、上流側空間内、および圧力室内に水道水が存在した状態が維持されている。なお、電磁弁よりも下流側の配管構成によっては、下流側空間内にも水道水が存在した状態が維持される。

一方、この種の電磁弁では、その設置場所が通過制御対象流体（上記の例における水道水等）の凍結温度を下回る温度となることがある。この場合、電磁弁が通過制御対象流体の通過を規制している状態や、電磁弁が通過制御対象流体の通過を許容しているものの、通過制御対象流体の流速が著しく低い状態において、電磁弁の設置場所の温度が通過制御対象流体の凍結温度まで低下したときには、電磁弁の上流側空間内、圧力室内および下流側空間内や、電磁弁よりも上流側の配管（以下、「上流側配管」ともいう）内、および電磁弁よりも下流側の配管（以下、「下流側配管」ともいう）内において通過制御対象流体が凍結する。また、通過制御対象流体が凍結したときには、その凍結膨張により、上流側空間内、圧力室内、下流側空間内、上流側配管内および下流側配管内の圧力が上昇する。

かかる状態においては、電磁弁の構成要素同士の接合部位や、電磁弁と上流側配管との接続部位、および電磁弁と下流側配管との接続部位などから通過制御対象流体が漏出したり、電磁弁の構成要素や配管の破損が生じたりするおそれがある。したがって、この点を改善するのが好ましい。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、通過制御対象流体の凍結膨張に起因する通過制御対象流体の漏出や電磁弁および接続用の配管の破損を好適に回避し得る電磁弁を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の電磁弁は、第１弁口が設けられた第１弁座、当該第１弁座に対して接離させられる第１弁体、および前記第１弁座に対して前記第１弁体を接離させるアクチュエータを有するパイロット弁と、第２弁口が設けられた第２弁座、および当該第２弁座に対して接離させられる第２弁体を有すると共に、通過制御対象流体の流路における上流側空間内の圧力と前記第１弁口が連通させられた圧力室内の圧力との圧力差によって前記第２弁座に対して前記第２弁体が接離させられるメイン弁と備えた電磁弁であって、前記圧力室に連通させられた第３弁口が設けられた第３弁座、当該第３弁座に対して接離させられる第３弁体、当該第３弁体を前記第３弁座に向けて付勢する付勢部材、および当該付勢部材における前記第３弁体側の端部とは逆側の端部が当接させられる付勢部材受け部を有すると共に、当該電磁弁内における前記通過制御対象流体の圧力が予め規定された圧力を超えたときに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第３弁体が前記第３弁座から離間させられて当該圧力室内の当該通過制御対象流体を前記第３弁口から流出させる安全弁を備えている。

また、請求項２記載の電磁弁は、請求項１記載の電磁弁において、前記安全弁は、前記第３弁体を挿入可能な筒状の弁体ガイド部が前記第３弁座と一体的に形成されると共に、当該第３弁体の外周面と当該弁体ガイド部の内周面との間の隙間を密封する密封部材を備えている。

さらに、請求項３記載の電磁弁は、請求項１または２記載の電磁弁において、前記メイン弁は、前記第２弁体としての弁膜部を備えたダイヤフラム弁で構成され、前記安全弁は、前記第３弁座に対する前記第３弁体の接離方向が前記第２弁座に対する前記第２弁体の接離方向と一致すると共に前記第３弁口の中心が前記第２弁口の中心に対して前記両接離方向おいて重なるように当該第３弁口が設けられている。

また、請求項４記載の電磁弁は、請求項１から３のいずれかに記載の電磁弁において、前記付勢部材受け部は、前記第３弁座が形成された圧力室形成部材とは別体に形成されて当該圧力室形成部材と一体化されると共に、当該圧力室形成部材に対して接する少なくとも２つの脚部が設けられて当該圧力室形成部材と一体化された状態において当該各脚部を除く部位が前記第３弁座に対する前記第３弁体の接離方向に沿って当該圧力室形成部材から離間させられている。

さらに、請求項５記載の電磁弁は、請求項４記載の電磁弁において、前記圧力室形成部材は、前記付勢部材受け部の形成材料の弾性率よりも低い弾性率の形成材料で形成されている。なお、本明細書において、「弾性率」が高い／低いとは、「ヤング率（曲げ剛性、撓み剛性）」や「体積弾性率（圧縮変形率）」が高い／低いことを意味している。

請求項１記載の電磁弁では、圧力室に連通させられた第３弁口が設けられた第３弁座、第３弁座に対して接離させられる第３弁体、第３弁体を第３弁座に向けて付勢する付勢部材、および付勢部材における第３弁体側の端部とは逆側の端部が当接させられる付勢部材受け部を有すると共に、電磁弁内における通過制御対象流体の圧力が予め規定された圧力を超えたときに付勢部材の付勢力に抗して第３弁体が第３弁座から離間させられて圧力室内の通過制御対象流体を第３弁口から流出させる安全弁を備えている。

したがって、請求項１記載の電磁弁によれば、上流側配管内、上流側空間内、圧力室内、およびそれらに加えて下流側空間内や下流側配管内において通過制御対象流体が凍結温度まで温度低下して通過制御対象流体が凍結膨張したとしても、圧力室内の圧力が付勢部材の付勢力を超えたときに第３弁体が第３弁座から離間させられて第３弁口が開口され、これにより、圧力室から通過制御対象流体が流出して圧力室内の圧力が低下し、上流側空間内や上流側配管内、および下流側空間内や下流側配管内の圧力も低下するため、上流側配管および下流側配管や電磁弁の構成部品が破損したり、上流側配管および下流側配管と電磁弁との接続部位から通過制御対象流体が漏出したりする事態を確実に回避することができる。

請求項２記載の電磁弁によれば、安全弁が、第３弁体を挿入可能な筒状の弁体ガイド部が第３弁座と一体的に形成されると共に、第３弁体の外周面と弁体ガイド部の内周面との間の隙間を密封する密封部材を備えたことにより、第３弁口を介して圧力室から流出した通過制御対象流体が電磁弁の外に漏出して電磁弁の周囲に通過制御対象流体による濡れが生じる事態を好適に回避することができ、また、電磁弁の設置場所の温度が凍結温度よりも十分に高い温度まで上昇して圧力室内の圧力が低下したときに、第３弁口から流出した通過制御対象流体を圧力室内に流入させることができる。

請求項３記載の電磁弁によれば、メイン弁をダイヤフラム弁で構成すると共に、第３弁座に対する第３弁体の接離方向が第２弁座に対する第２弁体の接離方向と一致すると共に第３弁口の中心が第２弁口の中心に対して両接離方向おいて重なるように第３弁口を設けて安全弁を構成したことにより、電磁弁の製造時に、電磁弁の基体上への第２弁体等の載置、基体上への圧力室形成部材の載置、圧力室形成部材上への第３弁体や付勢部材の載置、および圧力室形成部材上へのスプリング受け部の載置を第２弁口の中心および第３弁口の中心を通過する直線に沿って同様の作業手順で実施することができる。これにより、メイン弁および安全弁の組立て作業を容易に行うことができるため、電磁弁の製造コストを低減することができる。

請求項４記載の電磁弁では、付勢部材受け部が、第３弁座が形成された圧力室形成部材とは別体に形成されて圧力室形成部材と一体化されると共に、圧力室形成部材に対して接する少なくとも２つの脚部が設けられて圧力室形成部材と一体化された状態において各脚部を除く部位が第３弁座に対する第３弁体の接離方向に沿って圧力室形成部材から離間させられている。

したがって、請求項４記載の電磁弁によれば、圧力室内において通過制御対象流体が凍結し、圧力室から第３弁口を介して通過制御対象流体を流出させることができなくなっても、スプリング受け部を変形させることなく圧力室形成部材を変形させることができる。この結果、付勢部材が当接させられるスプリング受け部を十分な強度（十分に弾性率が低い状態）としつつ、圧力室内での通過制御対象流体の凍結時に圧力室形成部材を確実に変形させて電磁弁の構成部品等の破損を好適に回避することができる。

請求項５記載の電磁弁によれば、圧力室形成部材を、付勢部材受け部の形成材料の弾性率よりも低い弾性率の形成材料で形成したことにより、圧力室内での通過制御対象流体の凍結膨張時に圧力室形成部材が容易に変形するため、電磁弁の構成部品等の破損を一層好適に回避することができる。

電磁弁１の外観斜視図である。 電磁弁１の断面図である。 電磁弁１の平面図である。 第２ブロック１２とスプリング受け部４４との間に設けられた隙間Ｇについて説明するための説明図である。 安全弁４の弁口４１ｈが開口された状態における電磁弁１の断面図である。

以下、本発明に係る電磁弁の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１～３に示す電磁弁１は、「電磁弁」の一例である「パイロット式電磁弁」であって、メイン弁２、パイロット弁３および安全弁４が一体的に形成されて、液体（「通過制御対象流体」の一例：一例として水道水）の通過を規制／許容することができるように構成されている。

メイン弁２は、「メイン弁」の一例である「ダイヤフラム弁」であって、図２に示すように、弁座２１、弁体２２およびスプリング２３を備えている。このメイン弁２は、圧力室Ｓｐ（ボディ１０の第２ブロック１２および弁体２２によって形成される空間：「圧力室」の一例）内の圧力と、上流側空間Ｓｉ（ボディ１０の第１ブロック１１に設けられた導入口Ｈｉに連通させられている空間：「上流側空間」の一例）内の圧力との圧力差によって弁座２１に対して弁体２２が接離させられる構成が採用されている。

弁座２１は、「第２弁座」の一例であって、上記の第１ブロック１１に形成されている。具体的には、本例の電磁弁１（メイン弁２）では、上流側空間Ｓｉから下流側空間Ｓｏ（第１ブロック１１に設けられた排出口Ｈｏに連通させられている空間：下流側空間」の一例）に水道水を流出させる（水道水の通過させる）ための弁口２１ｈ（「第２弁口」の一例）が第１ブロック１１に形成されて弁座２１が構成されている。なお、この電磁弁１では、第１ブロック１１における弁口２１ｈの形成部位（弁口２１ｈの口縁部）が弁座２１（第２弁座）に相当する。

弁体２２は、「第２弁体」の一例であって、本体部２２ａおよび弁膜部２２ｂを備えている。この場合、本体部２２ａは、弁膜部２２ｂの意図しない形状への変形を阻止する「基部（弁膜部押さえ）」として機能すると共に、スプリング２３の一端部（同図における下端部）が当接させられる「スプリング当接部」として機能するように、弁膜部２２ｂの形成材料の弾性率よりも高い弾性率の形成材料（一例として、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin））で円形浅皿状に形成されている。また、弁膜部２２ｂは、「弁膜部」の一例であって、本体部２２ａの形成材料の弾性率よりも低い弾性率の形成材料（一例として、シリコーンゴム）で円形浅皿状に形成され、その外縁部が第１ブロック１１と第２ブロック１２との間に挟み込まれるようにしてメイン弁２に固定されている。また、本体部２２ａおよび弁膜部２２ｂには、上流側空間Ｓｉから圧力室Ｓｐに水道水を流入させるための小孔２２ｈが連通形成されている。

スプリング２３は、弁座２１に向けて弁体２２を付勢可能に一端部が弁体２２（本体部２２ａ）に当接させられると共に他端部が第２ブロック１２に当接させられた状態でボディ１０内（圧力室Ｓｐ内）に収容されている。この場合、本例の電磁弁１（メイン弁２）では、弁体２２に形成された小孔２２ｈに挿通させられて弁体２２の弁座２１に対する接離動に伴って小孔２２ｈをクリニーングするニードル部２３ａがスプリング２３と一体的に設けられている（スプリング２３の一端部（図２において上部側の一端部）がニードル部２３ａとして機能するように小孔２２ｈに挿通させられている）。

パイロット弁３は、「パイロット弁」の一例であって、弁座３１、弁体３２およびアクチュエータ（ソレノイド）３３を備えている。このパイロット弁３は、アクチュエータ３３によって弁座３１に対して弁体３２が接離させられる構成が採用されている。弁座３１は、「第１弁座」の一例であって、上記の第２ブロック１２に形成されている。具体的には、本例の電磁弁１（パイロット弁３）では、圧力室Ｓｐから下流側空間Ｓｏに水道水を流出させるための弁口３１ｈ（「第１弁口」の一例）が第２ブロック１２に形成されて弁座３１が構成されている。なお、この電磁弁１では、第２ブロック１２における弁口３１ｈの形成部位（弁口３１ｈの口縁部）が弁座３１（第１弁座）に相当する。

弁体３２は、「第１弁体」の一例であって、アクチュエータ３３における可動コア（可動鉄心：プランジャ）の先端部に取り付けられて、アクチュエータ３３によって弁座３１に対して接離させられる。アクチュエータ３３は、「アクチュエータ」の一例であって、図示しない制御ユニットから電力線３３ａを介して供給される電力によって固定コア（固定鉄心：プラグナット）に対して可動コアを接離させることで弁座３１に対して弁体３２を接離させる。この場合、本例の電磁弁１では、ラッチ用のマグネットＭが装着されたアクチュエータ３３を備えてパイロット弁３が構成されている。なお、この種の「電磁弁」に採用される「アクチュエータ」の構成については公知のため、アクチュエータ３３の構成に関する詳細な説明を省略する。

安全弁４は、「安全弁」の一例であって、弁座４１、弁体４２、スプリング４３およびスプリング受け部４４を備えている。この安全弁４は、後述するように、電磁弁内における水道水の圧力（具体的には、圧力室Ｓｐ内の圧力）が予め規定された圧力を超えたときにスプリング４３の付勢力に抗して弁体４２が弁座４１から離間させられて圧力室Ｓｐ内の水道水が流出させられる構成が採用されている。弁座４１は、「第３弁座」の一例であって、上記の第２ブロック１２に形成されている（第２ブロック１２が「圧力室形成部材」に相当する構成の例）。具体的には、本例の電磁弁１（安全弁４）では、圧力室Ｓｐに連通させられた弁口４１ｈ（「第３弁口」の一例）が第２ブロック１２に形成されて弁座４１が構成されている。なお、この電磁弁１では、第２ブロック１２における弁口４１ｈの形成部位（弁口４１ｈの口縁部）が弁座４１（第３弁座）に相当する。

弁体４２は、「第３弁体」の一例であって、本体部４２ａおよびスプリング当接部４２ｂを備えると共にＯリング４２ｃが装着されている。本体部４２ａは、弁座４１に対して接離させられる部材であって、スプリング当接部４２ｂの一端側（図２における下端部側）に固定されている。スプリング当接部４２ｂは、スプリング４３の一端部（同図における下端部）が当接させられる「スプリング当接部」として機能すると共に、第２ブロック１２に設けられた後述の弁体ガイド部１２ａ（「弁体ガイド部」の一例）の案内に従って弁体４２を弁座４１に対する接離方向に直動させるための「被ガイド部」として機能する。Ｏリング４２ｃは、「密封部材」の一例であって、弁体４２に装着されて弁体４２の外周面と弁体ガイド部１２ａの内周面との間の隙間を密封することで、弁体ガイド部１２ａに対する弁体４２のスライドを許容しつつ、電磁弁１からの水道水の漏出を阻止する。

スプリング４３は、「付勢部材」の一例であって、弁座４１に向けて弁体４２を付勢可能に一端部が弁体４２（スプリング当接部４２ｂ）に当接させられる。この場合、スプリング４３は、弁体４２のスプリング当接部４２ｂとスプリング受け部４４とで挟まれて縮長された状態において、圧力室Ｓｐ内の圧力が上流側配管を介して供給される水道水の圧力と同程度のときに弁座４１に対して弁体４２を押し付けた状態（弁口４１ｈが弁体４２によって閉塞された状態）を維持でき、後述するように水道水の凍結膨張によって圧力室Ｓｐ内の圧力が過剰に上昇したときに弁座４１からの弁体４２の離脱を許容するようなバネレートのスプリングで構成されている。

なお、本例の電磁弁１では、弁座４１に対して弁体４２（本体部４２ａ）を押し付けている状態におけるスプリング４３の付勢力が「予め規定された圧力」に対応する力となるようにスプリング４３のバネレートや組込み状態における縮長量が規定されている。すなわち、本例の電磁弁１では、スプリング４３によって弁座４１に対して押し付けられている弁体４２がスプリング４３の付勢力に抗して弁座４１から離間させられたときに弁口４１ｈを介して弁体４２（本体部４２ａ）に加わる圧力が「予め規定された圧力」に相当する。

スプリング受け部４４は、スプリング４３の他端部（同図における上端部：「付勢部材における第３弁体側の端部とは逆側の端部」の一例）が当接させられる「付勢部材受け部」の一例であって、円筒容器状に形成されている。このスプリング受け部４４は、第２ブロック１２とは別体に形成されて固定用ビス１３によって第２ブロック１２と一体化されている。より具体的には、本例の電磁弁１では、一例として、４本の固定用ビス１３（図３参照）によってスプリング受け部４４が第２ブロック１２と共に第１ブロック１１に固定されることでスプリング受け部４４が第２ブロック１２と一体化した状態となる構成が採用されている。

また、スプリング受け部４４には、各固定用ビス１３を挿通させる部位に４つの脚部４４ａ（「脚部」の一例：「少なくとも２つ」が４つの構成の例）が設けられている。これにより、図２，４に示すように、本例の電磁弁１では、スプリング受け部４４が第２ブロック１２と一体化された状態において各脚部４４ａの下面だけが第２ブロック１２に接した状態（スプリング受け部４４における各脚部４４ａを除く部位が弁座４１に対する弁体４２の接離方向に沿って第２ブロック１２から離間させられた状態：第２ブロック１２とスプリング受け部４４における各脚部４４ａを除く部位との間に隙間Ｇが生じた状態）となっている。なお、本例の電磁弁１では、一例として、スプリング受け部４４がＰＰＳで形成され、スプリング受け部４４が一体化される第２ブロック１２がＰＯＭ（Poly Oxy Methylene）で形成されている（「圧力室形成部材が、付勢部材受け部の形成材料の弾性率よりも低い弾性率の形成材料で形成されている」との構成の一例）。

また、本例の電磁弁１では、前述したように、弁体４２を挿入可能な円筒状の弁体ガイド部１２ａが形成されている。この場合、本例の電磁弁１では、弁座４１に対する弁体４２の接離方向（図２，５に示す矢印Ａ１，Ａ２の方向）が、メイン弁２における弁座２１に対する弁体２２の接離方向（図２，５に示す矢印Ａ１，Ａ２の方向）と一致すると共に、弁口４１ｈの中心が弁口２１ｈの中心に対して上記の両接離方向おいて重なるよう（弁口４１ｈの中心および弁口２１ｈの中心が図２に示す一点鎖線Ｌ上に位置するように）に弁口４１ｈが設けられている。これにより、本例の電磁弁１では、その製造時に、第１ブロック１１上への弁体２２やスプリング２３の載置、第１ブロック１１上への第２ブロック１２の載置、第２ブロック１２（弁体ガイド部１２ａ）上への弁体４２やスプリング４３の載置、および第２ブロック１２上へのスプリング受け部４４の載置を一点鎖線Ｌに沿って同様の作業手順で実施することが可能となっている。また、スプリング受け部４４および第２ブロック１２を挿通させた固定用ビス１３を第１ブロック１１に対して締め込むことで、これらを容易に一体化させることが可能となっている。

この電磁弁１の使用に際しては、上流側配管（供給源側配管：図示せず）を第１ブロック１１の導入口Ｈｉに接続すると共に、下流側配管（供給先側配管：図示せず）を排出口Ｈｏに接続する（水道水の流路中に電磁弁１を設置する作業の実施）。この状態において上流側配管を介して水道水が供給されることで、導入口Ｈｉから上流側空間Ｓｉ内に水道水が流入する。なお、配管の接続作業（電磁弁１の設置作業）が完了したときには、その動作テストを兼ねてパイロット弁３を複数回に亘って開閉させることによって上流側空間Ｓｉ内や下流側空間Ｓｏ内の空気が下流側空間Ｓｏに排出されて上流側空間Ｓｉ内および圧力室Ｓｐ内が水道水で満たされた状態となる。

また、この電磁弁１では、上流側配管（上流側空間Ｓｉ）から下流側配管（下流側空間Ｓｏ）への水道水の通過を規制すべきときに、アクチュエータ３３の可動コアが固定コアから離間させられた状態でマグネットＭによってラッチされ、これにより、図２に示すように、パイロット弁３の弁体３２が弁座３１に向けて押し付けられて弁口３１ｈが弁体３２によって閉塞された状態となる。また、上記のように弁口３１ｈが弁体３２によって閉塞された状態においては、圧力室Ｓｐ内の圧力が上流側空間Ｓｉ内の圧力と等しくなるため、スプリング２３によって弁体２２が弁座２１に向けて押し付けられて弁体２２（弁膜部２２ｂ）によって弁口２１ｈが閉塞され（電磁弁１が閉状態に移行させられ）、水道水の通過が規制される。

また、上流側配管（上流側空間Ｓｉ）から下流側配管（下流側空間Ｓｏ）への水道水の通過を許容するときには、アクチュエータ３３の可動コアが固定コアに接近（接触）させられた状態でマグネットＭによってラッチされ、これにより、パイロット弁３の弁体３２が弁座３１から離間させられて弁口３１ｈが開口された状態となる。この際には、圧力室Ｓｐ内の水道水が弁口３１ｈから下流側空間Ｓｏ内に流出させられることで圧力室Ｓｐ内の圧力が上流側空間Ｓｉ内の圧力よりも低くなるため、スプリング２３の付勢力に抗して弁体２２が弁座２１から離間させられて弁口２１ｈが開口され（電磁弁１が開状態に移行させられ）、水道水の通過が許容される。

なお、上記のように電磁弁１が開状態に移行させられて上流側空間Ｓｉ（導入口Ｈｉに接続された上流側配管）から下流側空間Ｓｏ（排出口Ｈｏに接続された下流側配管）に向かって水道水が流れた後に、電磁弁１が再び閉状態に移行させられたときに、上流側空間Ｓｉ内や圧力室Ｓｐ内については、水道水で満たされた状態が維持されるが、下流側空間Ｓｏ内については、下流側配管の接続態様によって、水道水で満たされた状態が維持されたり、水道水が下流側配管に流出して下流側空間Ｓｏ内に水道水が存在しない状態（下流側空間Ｓｏ内に空気が存在する状態）となったりする。また、電磁弁１が閉状態および開状態のいずれの状態に移行させられているかや、下流側空間Ｓｏ内に水道水が存在するか否かを問わず、後述のように電磁弁１の設置場所が「通過制御対象流体（本例では水道水）」の凍結温度よりも十分に高い温度のときには、安全弁４が閉状態のまま維持されている。

一方、前述したように、この種の「電磁弁」では、その設置場所が「通過制御対象流体（水道水）」の凍結温度を下回る温度となることがある。なお、以下の説明においては、電磁弁１の構成に関する理解を容易とするために、一例として、電磁弁１が閉状態に移行させられ、かつ下流側空間Ｓｏ内の水道水が下流側配管に流出して下流側空間Ｓｏ内に水道水が存在しない状態となっているものとする。

上記のような状態において電磁弁１の設置場所が水道水の凍結温度に向かって徐々に温度低下したときには、上流側配管内、上流側空間Ｓｉ内および圧力室Ｓｐ内の水道水が膨張する。なお、本明細書では、「通過制御対象流体（水道水）」の温度低下時に凍結温度に達する前から膨張率が高くなって体積が増加する現象、および「通過制御対象流体（水道水）」が液体から固体に変化することで体積が増加する現象を総称して「凍結膨張」という。

この場合、上流側配管や電磁弁１が断熱材で覆われているか否か、およびどの部位がどの程度の断熱能力を有する断熱材で覆われているかなどにより、上流側配管内の水道水、上流側空間Ｓｉ内の水道水、および圧力室Ｓｐ内の水道水の温度低下（凍結膨張）の推移は異なるが、一例として、上流側配管内、上流側空間Ｓｉ内、および圧力室Ｓｐ内の順で水道水の温度が徐々に低下して上流側配管内で水道水が凍結したときには、まず、上流側配管内の水道水の凍結膨張によって上流側配管内の圧力が上昇し、上流側配管内の水道水が導入口Ｈｉから上流側空間Ｓｉ内に流入する。次いで、上流側配管内からの水道水の流入、および上流側空間Ｓｉ内の水道水の凍結膨張によって上流側空間Ｓｉ内の圧力が上昇し、上流側空間Ｓｉ内の水道水が小孔２２ｈを介して圧力室Ｓｐ内に流入する。

この際に、本例では、電磁弁１が閉状態に移行させられていることで弁座３１の弁口３１ｈが弁体３２よって閉塞されて圧力室Ｓｐから下流側空間Ｓｏへの水道水の流出が規制されているため、上流側空間Ｓｉからの水道水の流入、および圧力室Ｓｐ内の水道水の凍結膨張によって圧力室Ｓｐ内の圧力が上昇する。また、上記のような圧力上昇により、圧力室Ｓｐ内の圧力が、スプリング４３の付勢力（スプリング４３が弁体４２を弁座４１に向かって押し付けている力）を超えたときには、図５に示すように、弁体４２がスプリング４３の付勢力に抗して弁体ガイド部１２ａ内を矢印Ａ２の向きでスライドさせられて弁口４１ｈが開口される。これにより、圧力室Ｓｐ内の水道水が弁口４１ｈを介して圧力室Ｓｐの外に流出させられて圧力室Ｓｐ内の圧力が低下する。

この際に、前述したように、本例の電磁弁１では、弁体４２（スプリング当接部４２ｂ）と弁体ガイド部１２ａとの間の隙間がＯリング４２ｃによって密閉されている。これにより、弁口４１ｈから流出された水道水は、第２ブロック１２の弁体ガイド部１２ａと安全弁４の弁体４２とで構成される貯水空間Ｓｓ内に貯水された状態が維持され、電磁弁１の外に漏出する事態が回避される。

また、上記のような貯水空間Ｓｓへの水道水の流出によって圧力室Ｓｐ内の圧力が低下することにより、上流側空間Ｓｉ内の水道水が小孔２２ｈを介して圧力室Ｓｐ内に流入して上流側空間Ｓｉ内の圧力が低下する。さらに、圧力室Ｓｐへの水道水の流出によって上流側空間Ｓｉ内の圧力が低下することにより、上流側配管内の水道水が導入口Ｈｉを介して上流側空間Ｓｉ内に流入して上流側配管内の圧力が低下する。この結果、安全弁４が閉状態から開状態に移行させられる以前の状態と比較して、圧力室Ｓｐ内、上流側空間Ｓｉ内および上流側配管内のすべてにおいて圧力が低下する。これにより、電磁弁１の構成部品や上流側配管などに圧力上昇に伴う破損が生じる事態が好適に回避される。なお、安全弁４が開状態となっているこの時点において、貯水空間Ｓｓ内は、圧力室Ｓｐ内、上流側空間Ｓｉ内および上流側配管内の圧力と同程度の圧力となっている。

また、上記のように貯水空間Ｓｓ内に水道水が流出させられた状態において電磁弁１の設置場所が水道水の凍結温度よりも十分に高い温度まで温度上昇したときには、上流側配管内、上流側空間Ｓｉ内および圧力室Ｓｐ内の水道水が収縮する。この際には、スプリング４３の付勢力によって弁体４２が弁座４１に向かって矢印Ａ１の向きでスライドさせられる結果、貯水空間Ｓｓ内の水道水が弁口４１ｈから圧力室Ｓｐ内に流入させられて安全弁４が閉状態（弁体４２が弁座４１に当接させられて弁口４１ｈが閉塞された状態）に移行させられる。

また、上流側空間Ｓｉ内の水道水の収縮、および貯水空間Ｓｓから圧力室Ｓｐ内への水道水の流入によって圧力室Ｓｐ内の水道水が小孔２２ｈから上流側空間Ｓｉ内に流入すると共に、上流側配管内の水道水の収縮、および圧力室Ｓｐから上流側空間Ｓｉへの水道水の流入によって上流側空間Ｓｉ内の水道水が導入口Ｈｉから上流側配管内に流入する。これにより、圧力室Ｓｐ内、上流側空間Ｓｉ内および上流側配管内が通常状態（温度低下による水道水の凍結膨張が生じていない状態）の圧力に復帰する。

一方、上記の例とは相違するが、電磁弁１の設置場所が水道水の凍結温度以下の非常に低い温度まで温度低下したときに、電磁弁１内（上流側空間Ｓｉおよび圧力室Ｓｐ内）の温度が凍結温度に達するまでは、上記の動作例のように安全弁４が開状態に移行させられて圧力室Ｓｐから貯水空間Ｓｓに水道水が流出する。また、電磁弁１内の温度が凍結温度以下まで温度低下したときには、上流側空間Ｓｉ内、圧力室Ｓｐ内および貯水空間Ｓｓ内において水道水が凍結膨張する。

この際に、前述したように、本例の電磁弁１では、第２ブロック１２がスプリング受け部４４の形成材料（本例では、ＰＰＳ）の弾性率よりも低い弾性率の形成材料（本例では、ＰＯＭ）で形成されてスプリング受け部４４よりも弁体４２の方が変形し易くなっている。また、本例の電磁弁１では、スプリング受け部４４が第２ブロック１２と一体化された状態において各脚部４４ａの下面だけが第２ブロック１２に接した状態となり、スプリング受け部４４における各脚部４４ａを除く部位が第２ブロック１２から離間させられて隙間Ｇが生じた状態となるように構成されている。したがって、圧力室Ｓｐ内において水道水が凍結膨張したときには、第２ブロック１２における圧力室Ｓｐの形成部位が、スプリング受け部４４側における脚部４４ａ以外の部位に向かって（圧力室Ｓｐの外側に向かって）撓むようにして変形する結果、第２ブロック１２やスプリング受け部４４が第１ブロック１１から外れたり、第２ブロック１２やスプリング受け部４４が破損したりする事態が好適に回避される。

また、貯水空間Ｓｓ内の水道水が凍結膨張したときには、弁体４２がスプリング４３の付勢力に抗して弁座４１（第２ブロック１２）からさらに離間させられる結果、弁体４２や弁体ガイド部１２ａの破損も好適に回避される。

さらに、上記のように圧力室Ｓｐ内や貯水空間Ｓｓ内において水道水が凍結した状態において電磁弁１の設置場所が水道水の凍結温度よりも高い温度まで温度上昇したときには、凍結している水道水の融解によって水道水（氷）が収縮する結果、圧力室Ｓｐ内や貯水空間Ｓｓ内の圧力が低下する。この際には、変形が生じていた第２ブロック１２が弾性復帰すると共に、弁座４１から離間させられるようにスライドさせられていた弁体４２がスプリング４３の付勢力によって弁座４１に向けてスライドさせられる。また、電磁弁１の設置場所がさらに温度上昇したときには、前述の動作説明と同様にして、圧力室Ｓｐ内、上流側空間Ｓｉ内および上流側配管内が通常状態（温度低下による水道水の凍結膨張が生じていない状態）の圧力に復帰させられる。

なお、上記のいずれの例とも相違するが、例えば、下流側配管内において水道水が凍結したときには、上記の例における上流側配管内での水道水の凍結膨張が生じたときと同様にして、下流側空間Ｓｏ内の圧力が上昇し、下流側空間Ｓｏ内の水道水が弁口３１ｈを介して圧力室Ｓｐ内に流入する結果、安全弁４が開状態に移行させられたり、第２ブロック１２が変形させられたりすることとなる。これにより、下流側配管内に水道水が存在する状態で電磁弁１の設置場所が凍結温度以下まで温度低下したときにも、上流側配管、下流側配管および電磁弁１の破損を好適に回避することが可能となっている。

このように、この電磁弁１では、圧力室Ｓｐに連通させられた弁口４１ｈが設けられた弁座４１、弁座４１に対して接離させられる弁体４２、弁体４２を弁座４１に向けて付勢するスプリング４３、およびスプリング４３における弁体４２側の端部とは逆側の端部が当接させられるスプリング受け部４４を有すると共に、電磁弁１内における「通過制御対象流体（上記の例では水道水）」の圧力が予め規定された圧力を超えたときにスプリング４３の付勢力に抗して弁体４２が弁座４１から離間させられて圧力室Ｓｐ内の「通過制御対象流体」を弁口４１ｈから流出させる安全弁４を備えている。

したがって、この電磁弁１によれば、上流側配管内、上流側空間Ｓｉ内、圧力室Ｓｐ内、およびそれらに加えて下流側空間Ｓｏ内や下流側配管内において「通過制御対象流体」が凍結温度まで温度低下して「通過制御対象流体」が凍結膨張したとしても、圧力室Ｓｐ内の圧力がスプリング４３の付勢力を超えたときに弁体４２が弁座４１から離間させられて弁口４１ｈが開口され、これにより、圧力室Ｓｐから水道水が流出して圧力室Ｓｐ内の圧力が低下し、上流側空間Ｓｉ内や上流側配管内、および下流側空間Ｓｏ内や下流側配管内の圧力も低下するため、上流側配管および下流側配管や電磁弁１の構成部品が破損したり、上流側配管および下流側配管と電磁弁１との接続部位から「通過制御対象流体」が漏出したりする事態を確実に回避することができる。

また、この電磁弁１によれば、安全弁４が、弁体４２を挿入可能な筒状の弁体ガイド部１２ａが弁座４１と一体的に形成されると共に、弁体４２の外周面と弁体ガイド部１２ａの内周面との間の隙間を密封するＯリング４２ｃを備えたことにより、弁口４１ｈを介して圧力室Ｓｐから流出した「通過制御対象流体」が電磁弁１の外に漏出して電磁弁１の周囲に「通過制御対象流体」による濡れが生じる事態を好適に回避することができ、また、電磁弁１の設置場所の温度が凍結温度よりも十分に高い温度まで上昇して圧力室Ｓｐ内の圧力が低下したときに、弁口４１ｈから流出した「通過制御対象流体」を圧力室Ｓｐ内に流入させることができる。

さらに、この電磁弁１によれば、メイン弁２をダイヤフラム弁で構成すると共に、弁座４１に対する弁体４２の接離方向が弁座２１に対する弁体２２の接離方向と一致すると共に弁口４１ｈの中心が弁口２１ｈの中心に対して上記の両接離方向おいて重なるように弁口４１ｈを設けて安全弁４を構成したことにより、電磁弁１の製造時に、第１ブロック１１上への弁体２２やスプリング２３の載置、第１ブロック１１上への第２ブロック１２の載置、第２ブロック１２（弁体ガイド部１２ａ）上への弁体４２やスプリング４３の載置、および第２ブロック１２上へのスプリング受け部４４の載置を一点鎖線Ｌに沿って同様の作業手順で実施することができる。これにより、メイン弁２および安全弁４の組立て作業を容易に行うことができるため、電磁弁１の製造コストを低減することができる。

また、この電磁弁１では、スプリング受け部４４が、弁座４１が形成された第２ブロック１２とは別体に形成されて第２ブロック１２と一体化されると共に、第２ブロック１２に対して接する少なくとも２つの脚部４４ａ（本例では、４つの脚部４４ａ）が設けられて第２ブロック１２と一体化された状態において各脚部４４ａを除く部位が弁座４１に対する弁体４２の接離方向に沿って第２ブロック１２から離間させられている。

したがって、この電磁弁１によれば、圧力室Ｓｐ内において「通過制御対象流体」が凍結し、圧力室Ｓｐから弁口４１ｈを介して「通過制御対象流体」を流出させることができなくなっても、スプリング受け部４４を変形させることなく第２ブロック１２を変形させることができる。この結果、スプリング４３が当接させられるスプリング受け部４４を十分な強度（十分に弾性率が低い状態）としつつ、圧力室Ｓｐ内での「通過制御対象流体」の凍結時に第２ブロック１２を確実に変形させて電磁弁１の構成部品等の破損を好適に回避することができる。

さらに、この電磁弁１によれば、第２ブロック１２を、スプリング受け部４４の形成材料の弾性率よりも低い弾性率の形成材料で形成したことにより、圧力室Ｓｐ内での「通過制御対象流体」の凍結膨張時に第２ブロック１２が容易に変形するため、電磁弁１の構成部品等の破損を一層好適に回避することができる。

なお、「電磁弁」の構成は、上記の電磁弁１の構成の例に限定されない。例えば、弁体４２（本体部４２ａ）と弁体ガイド部１２ａとの隙間を密閉するＯリング４２ｃを備えた構成を例に挙げて説明したが、例えば、「第３弁口」から流出した「通過制御対象流体（水道水）」を貯留可能な容器体を「スプリング受け部」内に貯留したり、電磁弁１から漏出した「通過制御対象流体（水道水）」を貯留可能な貯留部を別途設けたりしたときには「密閉部材」を不要とすることもできる。

また、弁座４１に対する弁体４２の接離方向が弁座２１に対する弁体２２の接離方向と一致すると共に弁口４１ｈの中心が弁口２１ｈの中心に対して両接離方向おいて重なるように（一点鎖線Ｌ上に位置するように）弁口４１ｈを設けて安全弁４を構成した例について説明したが、「第３弁座」に対する「第３弁体」の接離方向が「第２弁座」に対する「第２弁体」の接離方向と一致すると共に「第３弁口」の中心が「第２弁口」の中心に対して両接離方向おいて重ならないように「第３弁口」を設けたり、「第３弁座」に対する「第３弁体」の接離方向が「第２弁座」に対する「第２弁体」の接離方向と一致しないように「第３弁口」を設けたりすることもできる（いずれも図示せず）。

さらに、４つの脚部４４ａをスプリング受け部４４に設けた構成を例に挙げて説明したが、「脚部」の数は、２つ、３つ、または５つ以上の任意の数とすることができる。また、「スプリング受け部」に「脚部」を設けない構成（電磁弁１における隙間Ｇに相当する隙間を生じさせない構成）を採用することもできる。さらに、圧力室形成部材を、付勢部材受け部の形成材料の弾性率よりも高い弾性率の形成材料で形成したり、圧力室形成部材を、付勢部材受け部の形成材料の弾性率と同じ弾性率の形成材料で形成したりすることもできる。これらの構成を採用した場合においても、「安全弁」を設けたことで「通過制御対象流体」の凍結膨張に起因する「電磁弁」の構成部品や配管の破損を十分に回避することができる。

１ 電磁弁
２ メイン弁
３ パイロット弁
４ 安全弁
１０ ボディ
１１ 第１ブロック
１２ 第２ブロック
１２ａ 弁体ガイド部
１３ 固定用ビス
２１，３１，４１ 弁座
２１ｈ，３１ｈ，４１ｈ 弁口
２２，３２，４２ 弁体
２２ａ，４２ａ 本体部
２２ｂ 弁膜部
２２ｈ 小孔
２３，４３ スプリング
２３ａ ニードル部
３３ アクチュエータ
３３ａ 電力線
４２ｂ スプリング当接部
４２ｃ Ｏリング
４４ スプリング受け部
４４ａ 脚部
Ｇ 隙間
Ｈｉ 導入口
Ｈｏ 排出口
Ｌ 一点鎖線
Ｍ マグネット
Ｓｉ 上流側空間
Ｓｏ 下流側空間
Ｓｐ 圧力室
Ｓｓ 貯水空間

Claims (5)

1. 第１弁口が設けられた第１弁座、当該第１弁座に対して接離させられる第１弁体、および前記第１弁座に対して前記第１弁体を接離させるアクチュエータを有するパイロット弁と、
   第２弁口が設けられた第２弁座、および当該第２弁座に対して接離させられる第２弁体を有すると共に、通過制御対象流体の流路における上流側空間内の圧力と前記第１弁口が連通させられた圧力室内の圧力との圧力差によって前記第２弁座に対して前記第２弁体が接離させられるメイン弁と備えた電磁弁であって、
   前記圧力室に連通させられた第３弁口が設けられた第３弁座、当該第３弁座に対して接離させられる第３弁体、当該第３弁体を前記第３弁座に向けて付勢する付勢部材、および当該付勢部材における前記第３弁体側の端部とは逆側の端部が当接させられる付勢部材受け部を有すると共に、当該電磁弁内における前記通過制御対象流体の圧力が予め規定された圧力を超えたときに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第３弁体が前記第３弁座から離間させられて当該圧力室内の当該通過制御対象流体を前記第３弁口から流出させる安全弁を備えている電磁弁。
2. 前記安全弁は、前記第３弁体を挿入可能な筒状の弁体ガイド部が前記第３弁座と一体的に形成されると共に、当該第３弁体の外周面と当該弁体ガイド部の内周面との間の隙間を密封する密封部材を備えている請求項１記載の電磁弁。
3. 前記メイン弁は、前記第２弁体としての弁膜部を備えたダイヤフラム弁で構成され、
   前記安全弁は、前記第３弁座に対する前記第３弁体の接離方向が前記第２弁座に対する前記第２弁体の接離方向と一致すると共に前記第３弁口の中心が前記第２弁口の中心に対して前記両接離方向おいて重なるように当該第３弁口が設けられている請求項１または２記載の電磁弁。
4. 前記付勢部材受け部は、前記第３弁座が形成された圧力室形成部材とは別体に形成されて当該圧力室形成部材と一体化されると共に、当該圧力室形成部材に対して接する少なくとも２つの脚部が設けられて当該圧力室形成部材と一体化された状態において当該各脚部を除く部位が前記第３弁座に対する前記第３弁体の接離方向に沿って当該圧力室形成部材から離間させられている請求項１から３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 前記圧力室形成部材は、前記付勢部材受け部の形成材料の弾性率よりも低い弾性率の形成材料で形成されている請求項４記載の電磁弁。

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