| 【発明の名称】 |
電磁式給水弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】白猪 進
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| 【要約】 |
【課題】家庭用電気機器（例えば、全自動洗濯機、食器洗い乾燥機）等に搭載されている従来のパイロット方式の電磁式給水弁では、給水配管ライン等から伝搬してくる水撃所謂もらい圧に対しては水撃抑止対策がない。
【解決手段】流入口、流入管路、流入室、流出管路、流出口を一体成形した弁本体に、水は通過できないが水に含有される気体は通過できる高密度部材で形成した主弁座を該弁本体に固着し、流入室の水の圧力が所定圧以上のとき、該流入室の水に含有される気体の一部を該高密度部材（主弁座）から流出口に通気させ、該流入室の水の圧力を下げる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流入口、流入管路、流入室、流出管路、流出口を一体成形した弁本体に、水は通過できないが水に含有される気体は通過できる高密度部材で形成した主弁座を該弁本体の該流出管路に固着し、該主弁座を閉鎖するようにダイヤフラム弁を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の液密パッキン部を押圧するようにガイドケースを押止め、該ガイドケースの内周には該ダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスが閉鎖されるように、プランジャシートが固定されたプランジャと、該プランジャを常時弾発付勢しているコイルスプリングを収納し、該ガイドケースの外周にはソレノイドを設置して構成されたパイロット方式の電磁式給水弁において、流入室の水の圧力が所定圧以上のとき、該流入室の水に含有される気体の一部を該高密度部材（主弁座）から流出口に通気させ、該流入室の水の圧力を下げることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項２】 請求項１記載の高密度部材がエンジニアリングプラスチック基材であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項３】 請求項１記載の高密度部材がセラミック基材であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項４】 請求項１記載の高密度部材が金属基材であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項５】 請求項１記載の高密度部材がガラス基材であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項６】 請求項１記載の高密度部材が不織布基材であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項７】 請求項１記載の高密度部材が不織紙基材であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
【請求項８】 請求項１記載の高密度部材が請求項２、３、４、５、６又７記載の基材とエンジニアリングプラスチックとの積層構造又は複合構造であることを特徴とするパイロット方式の電磁式給水弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水道水等の給水配管ライン等（以下、ラインという。）に設置して、プランジャでダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスを開閉することにより、ダイヤフラム弁を連動させて主弁座の開閉を行うパイロット方式の電磁式給水弁に係るものであり、詳しくは給水器具（給水用具ともいう。例えば、水栓、洗浄弁、電磁式給水弁、ボールタップ）等が発生させる水撃作用（ラインに生じる圧力の急激な変動作用をいう。水撃作用等で上昇した圧力を水撃圧という。）で、流入室の水の圧力が所定圧（例えば、ラインで静止している水の水圧所謂静水圧が１．７５ＭＰａ〔メガパスカル〕）以上のとき、該流入室の水に含有される気体の一部を、高密度部材で形成した主弁座から流出口に通気させ、該流入室の水の圧力を下げることができるパイロット方式の電磁式給水弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近は、ラインに逆止弁をいれている地域が多くなってきている。これにより、ラインの水の流れを給水器具等で急閉させると起こる水撃作用は、ラインの逆止弁により水の供給元には行かず、供給元のラインの静水圧を越える異常水圧（水撃圧の略最大値となっている場合が多い。例えば、ラインの静水圧で２．００ＭＰａ〜６．００ＭＰａ）となって、給水器具付近のラインで圧籠もりしている場合が多い。その異常水圧が、家庭用電気機器（例えば、全自動洗濯機、食器洗い乾燥機、局部洗浄装置）等に搭載されている、例えば、ラインの静水圧で５．００ＭＰａ程度の耐水圧破壊強度を有するパイロット方式の電磁式給水弁（以下、従来弁という。弁本体が、真鍮等の金属類で形成されているものは少なく、例えば、ポリプロピレン樹脂等の樹脂成形部材で形成されているものが多い。）等を破裂させる。
【０００３】参考ではあるが、因みに、本発明の出願日時点での水道法（昭和３２年６月１５日法律第１７７号）の規定に基づく水道法施行令（昭和３２年１２月１２日政令第３３６号）第４条（給水装置の構造及び材質の基準）に係わる給水装置の構造及び材質の基準に関する省令（平成９年３月１９日厚生省令第１４号）の耐圧に関する基準においては、静水圧で１．７５ＭＰａの水を１分間加えたとき、水漏れ、変形、破損その他の異常を生じないことという基準があるが、従来弁では最低でも８．００ＭＰａ以上の耐水圧破壊強度を要望される場合が多い。
【０００４】従来弁は、流入口、流入管路、流入室、主弁座（流出管路の端面部）、流出管路、流出口を樹脂成形部材（例えば、ポリプロピレン樹脂）で一体成形した弁本体に、主弁座を閉鎖するようにダイヤフラム弁（弁体）を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の液密パッキン部を押圧するように樹脂成形部材（例えば、ナイロン樹脂）のガイドケース（内部を背圧室という。）を押止め、該ガイドケースの内周には該ダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスが閉鎖されるように、弾性部材（例えば、シリコンゴム）のプランジャシート（弁体）が固定された磁性部材（例えば、ステンレススチール）のプランジャと、該プランジャを常時弾発付勢しているコイルスプリング（例えば、ステンレススチール線）を収納し、該ガイドケースの外周には銅線（例えば、エナメル線）を円筒状のボビン（例えば、ナイロン樹脂）に巻いて端子片（例えば、ファストン端子＃２５０）やリード線に接続したソレノイドを設置して構成されたものが知られている。
【０００５】流入口の外周部には、例えば、ねじ継手の呼びＰＴ３／４、口径の呼び２０というように、業界では給水ホース等のねじ接続や口径等を規格化していて、業界規定の螺刻（例えば、１０山）がある。該流入口の内周部（流入する水の圧力を一次圧又は高圧側という。）には、異物（例えば、虫、砂、鉄屑等）混入防止の６０メッシュ程度の金属フィルタや、一次圧（ラインの動水圧）に係わらず略流量が一定になるように流量調整部品等を組み込む場合が多い。
【０００６】例外もあるが、所定の通水量が毎分１０Ｌ未満の場合の流量調節部品に於いては、例えば、実公昭５９−２８７９６号公報、実公昭６２−１８７８７号公報等で開示されているように、上流側に樹脂成形部材（例えば、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂）の硬質カップと、下流側に弾性部材（例えば、ニトリルゴム）の軟質環状ディスク（以下、フロコンといい、略中央の貫通孔に面取りを施したような円錐状傾斜凹形状が成形されていないものをいう。）とを備えている流量調節部品を設置するのが一般的である。該流量調節部品に、一次圧が低水圧（例えば、０．０５〜０．１０ＭＰａ又はそれ以下）で供給される場合は、水圧により該硬質カップは該フロコンを少し押圧する程度なので、該硬質カップに設けられた流水通路（例えば、周設の場合はＶ溝、階段状凹溝、その他。略中央部設の場合は貫通孔、その他。）はそのまま確保されていて、所定の通水量以下の水が通過する。又、一次圧が中水圧（例えば、０．１０〜０．５０ＭＰａ程度）で供給される場合は、水圧により該硬質カップは低水圧時よりも該フロコンを強く押圧し、該硬質カップに設けられた該流水通路に該フロコンが食い込んで該流水通路が狭まれて、所定の通水量又はそれ以下の水が通過することになる。さらに、一次圧が高水圧（例えば、０．５０〜０．７５ＭＰａ又はそれ以上）で供給される場合は、水圧により該硬質カップはほとんど該フロコンに食い込んでいて該流水通路がほとんど閉塞されて、所定の通水量又はそれ以下の水が通過することになる。
【０００７】例外もあるが、所定の通水量が毎分１０Ｌから毎分３５Ｌ程度の場合の流量調節部品に於いては、例えば、実開平２−１０２７４４号公報の図６及び図７等で開示されているように、両側の端面の略中央の貫通孔（オリフィスともいい、流水管路である。）に、水圧又は流体の流量の変化により撓み、流水管路断面積が変化しやすいように円錐状傾斜凹形状が成形されている弾性部材（例えば、ニトリルゴム）の軟質環状ディスク（以下、フローシートという。）と、無くても良いが樹脂成形部材（例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂）の硬質カラー（逆流時の飛出防止用のフローシート支えである。）とで構成された流量調節部品を設置するのが一般的である。該流量調節部品については、水圧又は流体の流量の変化によりフローシートが撓み変形して該略中央の貫通孔である流水管路が狭まれて、所定の通水量又はそれ以下の水が通過することになる。
【０００８】流入管路は、該流入口の水を流入室に誘導する通路であるが、流入管路内でキャビテーションを発生しやすくする（ダイヤフラム弁を主弁座から浮遊させる水撃圧を確保する）ために、管路を長くすることが多い。又、該流量調整部品で水の流れが乱流になってしまうので、キャビテーションをより発生しやすくするためには一度整流させることが必要であり、流入管路内に整流羽根（例えば、＊字状）を設ける場合が多い。
【０００９】流入室は、弁本体の内壁と流出管路の外周部とに囲まれた室をいい、ダイヤフラム弁に水の圧力を伝播させる機能がある。通常、該流入管路内で発生したキャビテーションは該流入室で消失されているが、流量が少ない時の止水性能を向上させるために、流入室全体にキャビテーションが行かないように、該流入管路の略出口近辺の両側には、弁本体の内壁と流出管路の外周部との間を仕切壁（リブ）にて仕切る場合が多い。該仕切壁二枚で仕切られた流入室の一部を小室という。
【００１０】主弁座は、流出管路の端面部である。止水性能の向上のために、ダイヤフラム弁が食い込みやすくなる形状になっている。
【００１１】流出口（流出する水の圧力を二次圧又は低圧側という。）は流出管路の出口である。該流出口の外周部には、給水ホース等の抜け止め用に、環状の凸部（リブ）等がある。
【００１２】ダイヤフラム弁は、例えば、弾性部材（例えば、シリコンゴム）の軟質ダイヤフラムに設けられた少なくとも一個の小穴と一個の中穴に、樹脂成形部材（例えば、ポリアセタール樹脂）の硬質ディスクの片面に設けられた少なくとも一個の小突起と一個の中突起を嵌挿することにより結合していて、該ダイヤフラム弁の外周部には該小突起が飛び出ていて、該流入室と背圧室（ガイドケース内部）を貫通するサイド・オリフィス（小孔、ブリード孔ともいう。）を備え、該ダイヤフラム弁の中央部には該中突起が飛び出ていて、該背圧室と背圧室流出口を貫通するパイロット・オリフィス（中孔）を備えている。該主弁座を閉鎖するように該ダイヤフラム弁を弁本体に設置する時は、該サイド・オリフィスが該小室の略中間部に来るようにする。何故ならば、該流入管路内で発生したキャビテーションは、該小室で極めて急激に圧縮されて消失し、急激な圧力上昇（水撃圧）を起こし、該ダイヤフラム弁を該主弁座から浮遊させたり、流入室の水を圧力差（＝水撃圧−背圧室圧）により該サイド・オリフィスから該背圧室に流入させる原動力になっていると推定されるためである。
【００１３】さて、該ソレノイドに電流を流すと、該ソレノイドの内側に設置された該ガイドケース内の略中央部に該プランジャが吸引されて、該パイロット・オリフィスを閉鎖していた該プランジャシートが離れる。すると、流入室の水は該サイド・オリフィスから該背圧室に流入し、該パイロット・オリフィス、該背圧室流出口を通り、該流出管路、該流出口に流出する。この通路が開通されると、該背圧室の水の圧力の下降と流入室の水の圧力とで該ダイヤフラム弁が該主弁座から若干浮遊する。該サイド・オリフィスから該背圧室に流入する水は、該サイド・オリフィスで一端収縮することから圧力が低下しキャビテーションが起こしている。該背圧室の水は、キャビテーションの消失により急激な圧力上昇（水撃圧）が起こっていて、該主弁座から浮遊される該ダイヤフラム弁を常に押圧しながら、該流出管路、該流出口に流出しているものと推定される。そして、流入室の大部分の水は該主弁座、該流出管路、該流出口に流出しているので、ラインの静水圧の水は、動水圧まで下がり流水状態となる。該流入口に組み込まれた流量制御用の流量調整部品により、水は一端収縮することから圧力が低下し該流入管路内でキャビテーションが起こり、該流入室で消失し、急激な圧力上昇（水撃圧）を起こし、該ダイヤフラム弁を該主弁座から浮遊させているものと推定される。又、急激な圧力上昇に伴い発生する圧力波等は、水の流れが、該流入口から該流出口の流路を通り流出されているので、ライン側には伝搬されない（又は伝搬量が少ない）ものと推定される。よって、従来弁の開弁動作中は、ラインの動水圧（流量が多いと下がる）は安定している。参考ではあるが、該流量調整部品が設置されていない場合、ラインの動水圧での従来弁の圧力損失（＝一次圧−二次圧）は０．０１ＭＰａ〜０．０２ＭＰａであるので、キャビテーション消失後は、殆ど一次圧まで回復することが判る。
【００１４】次に、該ソレノイドに電流を流すのを止めると、該コイルスプリングにより該プランジャが定位に復旧し、該プランジャシートが該パイロット・オリフィスを閉鎖する。すると、該サイド・オリフィスから該背圧室に流入している水は行き場を無くすが、前記のように該背圧室では、キャビテーションの消失により急激な圧力上昇（水撃圧）が起こっているので、該主弁座から浮遊していた該ダイヤフラム弁を該主弁座に押圧するようになる。そして、該主弁座が該ダイヤフラム弁で急閉鎖されて止水され、流入室の水は該サイド・オリフィスから該背圧室に流入することができなくなって、従来弁の閉弁動作が完了する。
【００１５】止水と同時に、該流入室内のキャビテーションの消失による急激な圧力上昇（水撃圧）に伴い発生する圧力波等は、反射されてライン側には伝搬されるものと推定される。ラインに逆止弁が無い場合は、水撃圧の圧力波はライン内を往復し、次第に減衰する（この現象を水撃という。）ので、従来弁は水漏れ、変形、破損その他の異常を生じることは少ない。（但し、ラインに影響を及ぼす可能性はある。）ラインに逆止弁が有る場合は、逃げ道が無いので水撃圧が減衰しないまま、従来弁の内部に圧籠もりしてしまうので、従来弁は水漏れ、変形、破損その他の異常を生じてしまう。
【００１６】ここで、ラインから伝搬してくる水撃の頻度を調査してみた。
ａ．冬場は発生しにくい。
ｂ．夏場に多く発生している。
ｃ．ライン、水道管又は水栓に逆止弁が入れられている地域に多い。
ｄ．ラインの水圧が０．８０ＭＰａ以上の地域に多い。
ｅ．２階設置の給水器具に多い。
これを纏めて見ると、夏場の昼中の２階の水は、水道管も気温も共に上昇しやすいので、略４０〜５０℃になっているから水撃の頻度が多いと考えられる。
【００１７】ところで、水撃とは別に、キャビテーションの発生により、何故急激な圧力上昇が起こるのか解析してみる。まず、水の性質として、標準の１気圧の圧力の下では、水の最大密度は４℃で、水温上昇と共に２次曲線的に密度が減少することが知られている。又、空気は圧縮できるが、水は圧縮できないと言われているが、水の体積は５０℃で最小（圧縮率は最大）になり、その前後では２次曲線的に体積が増加するカーブを描くことも知られている。水（水道水）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るが、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。上記の水の性質を勘案すると、水温により気体含有量が異なっていることが想像される。実験等により、水に含有される気体は圧力に比例することが知られている。水の圧力を下げるとその中に溶けていた気体は一部元の気体の形に戻る。又、水を例にとると水は１気圧の圧力の下においては、１００℃の温度で沸騰して蒸気になるが、この温度も圧力によって異なり、圧力が低下すると低い温度でも蒸気になる。以上のようであるから、流れの中で圧力の低い所が出来ると、水に含有される気体が遊離し、それに伴って蒸気が発生して蒸気泡或いは水の無い空所が出来る。これをキャビテーション（空洞）という。水に含有される気体が多い場合にはキャビテーションが発生しやすく、水に含有される気体が少ない場合にはキャビテーションが発生しにくい。
【００１８】さて、止水時の水撃圧や、ラインから伝搬して来て減衰しない水撃圧等を下げる為に、水の一部を流入室から流出口に流出させるリリーフ弁機構を、弁本体に設置したものが提案されている。例えば、特開昭５８−１６３７８４号、特開平５−１５４２８４号、特開平８−１７８１２５号等に開示されている技術がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リリーフ弁機構の作動圧力設定は、コイルスプリング（例えば、ステンレススチール線）のバネ定数で固定（例えば、１．２０ＭＰａ）されているので、例えば、ラインの静水圧が高い（例えば、１．２０ＭＰａ）地域では、止水時の水撃圧や、ラインから伝搬して来て減衰しない水撃圧等が無くても、リリーフ弁機構の作動バラツキ（コイルスプリングのバネ定数等のバラツキ）により、リリーフ弁機構が作動して、止水不良と間違われるような放水状態が有り得るという問題点がある。
【００２０】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、水の一部を流入室から流出口に流出させるリリーフ弁機構を弁本体に設置しなくても、水に含有する気体を流出口に流出させることにより、流入室の水の圧力（水撃圧）を所定圧以下に下げることができるパイロット方式の電磁式給水弁を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のパイロット方式の電磁式給水弁は、流入口、流入管路、流入室、流出管路、流出口を一体成形した弁本体に、水は通過できないが水に含有される気体は通過できる高密度部材で形成した主弁座を該弁本体の該流出管路に固着し、該主弁座を閉鎖するようにダイヤフラム弁を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の液密パッキン部を押圧するようにガイドケースを押止め、該ガイドケースの内周には該ダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスが閉鎖されるように、プランジャシートが固定されたプランジャと、該プランジャを常時弾発付勢しているコイルスプリングを収納し、該ガイドケースの外周にはソレノイドを設置して構成されたパイロット方式の電磁式給水弁であって、流入室の水の圧力が所定圧以上のとき、該流入室の水に含有される気体の一部を該高密度部材（主弁座）から流出口に通気させ、該流入室の水の圧力を下げることを特徴とするを特徴とする。前記高密度部材がエンジニアリングプラスチック基材、又はセラミック基材、又は金属基材、又はガラス基材、又は不織布基材、又は不織紙基材であることを特徴とする。又は、前記高密度部材がエンジニアリングプラスチック基材、又はセラミック基材、又は金属基材、又はガラス基材、又は不織布基材、又は不織紙基材と、エンジニアリングプラスチックと、の積層構造又は複合構造であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のパイロット方式の電磁式給水弁１０の縦断面図である。本発明のパイロット方式の電磁式給水弁１０は、流入口１１と、流入管路１２と、流入室１３と、流出管路１４と、流出口１６と、を一体成形した弁本体１７（該弁本体１７は樹脂製でも真鍮製でも良い。）に、水は通過できないが水に含有される気体（ガス）は通過できる高密度部材で形成した主弁座１５を該弁本体１７の該流出管路１４に固着し、該主弁座１５を閉塞するように、流入する水圧で変位可能なダイヤフラム弁３０を設置し、弁本体１７にダイヤフラム弁３０の液密パッキン部３３を押圧するようにガイドケース４０を押止め、該ガイドケース４０の内周には、該ダイヤフラム弁３０のパイロット・オリフィス２７を閉塞するようにプランジャシート４１が固定されたプランジャ４２と、該プランジャ４２を押圧しているコイルスプリング４３を収納し、該ガイドケース４０の外周には、マグネット・ワイヤーと呼ばれる銅線４４を円筒状のボビン４５に巻いて端子片４６に接続したソレノイド４７を設置したものである。
【００２３】主弁座１５を形成する高密度部材は、骨材＋膜材質等で形成されたものを採用したが、他の構成でも良い。骨材にはエンジニアリングプラスチック基材、又はガラス入りエンジニアリングプラスチック基材等があるが、用途又は仕様に合わせて、エンジニアリングプラスチック基材、又はセラミック基材、又は金属基材、又はガラス基材、又は不織布基材、又は不織紙基材と、エンジニアリングプラスチックと、の積層構造又は複合構造としたものを選択すると良い。膜材質にはエンジニアリングプラスチック基材、又はセラミック基材、又は金属基材、又はガラス基材、又は不織布基材、又は不織紙基材等があるが、用途又は仕様に合わせて、エンジニアリングプラスチック基材、又はセラミック基材、又は金属基材、又はガラス基材、又は不織布基材、又は不織紙基材と、エンジニアリングプラスチックと、の積層構造又は複合構造としたものを選択すると良い。
【００２４】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。本発明のパイロット方式の電磁式給水弁１０は、単体式のものを開示したが、例えば、２連式又は３連式等の多連式のパイロット方式の電磁式給水弁であっても良い。
【００２５】
【発明の効果】本発明のパイロット方式の電磁式給水弁においては、水の一部を流入室から流出口に流出させるリリーフ弁機構を弁本体に設置しなくても、水に含有する気体を流出口に流出させることにより、流入室の水の圧力（水撃圧）を所定圧以下に下げることができるという効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１４６９９５
【氏名又は名称】テクノエクセル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１６日（１９９９．１２．１６） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３８２８（Ｐ２００１−１７３８２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５６７５１ |
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