(57)【要約】      （修正有）【課題】構造や組立作業を複雑化することなく、簡易分解性を維持しつつも、凍結破損にも確実に対応でき、しかも既設の空気弁にも極めて容易に適用可能であり、かつ消火栓等の口金用途にも直ちに利用可能な構成を備えた空気弁を提供することにある。【解決手段】弁箱１の下部に設けた流入口２０と、この弁箱内に配置した案内筒体２の内部に収納したフロート弁体３とその上方に小空気孔３７を有する遊動弁体４とを備え、弁箱の上部に設けた開口部に大空気孔１２と膨張吸収室６５とを有する凍結破損防止用ユニット６１を固定手段１１を介して弁箱に着脱自在に取り付けた空気弁である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱の下部に設けた流入口と、この弁箱内に配置した案内筒体の内部に収納したフロート弁体とその上方に小空気孔を有する遊動弁体とを備え、前記弁箱の上部に設けた開口部に大空気孔と膨張吸収室とを有する凍結破損防止用ユニットを固定手段を介して前記弁箱に着脱自在に取り付けたことを特徴とする空気弁。
【請求項２】
前記凍結破損防止用ユニットの上部に設けた取付部に前記大空気孔と連通する口金を装着して口金一体型の凍結破損防止用空気弁とした請求項１に記載の空気弁。
【請求項３】
前記凍結破損防止用ユニットは、前記大空気孔を有するピストンと、このピストンの上方外周に設けたピストンケースとで包囲した前記膨張吸収室内にスプリングを収納し、前記ピストンの下方外周には、前記開口部に装着する固定手段を設けて構成した請求項１又は２に記載の空気弁。
【請求項４】
前記固定手段は、前記ピストンの下方外周に設けた固定筒の外周に係止部を突設し、この係止部を前記開口部に設けた装着溝に係止させ、この係止部と前記開口部の求心方向に突出する止具とで係止固定させた請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気弁。
【請求項５】
前記弁箱の上方側を包囲したカバーの下端部に鍔部片を形成し、この鍔部片と前記弁箱に設けた取付片とをボルトを介して前記カバーを着脱自在に取り付けた請求項１乃至４の何れか１項に記載の空気弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気弁に関し、特に、容易に凍結破損防止型と簡易分解型とを両立させることができ、更には口金用途にも容易に兼用可能な、寒冷地や冬期などにおいて用いる凍結破損防止型の急速空気弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、急速吸排気型の空気弁は、上水道本管や通水管などの管路の適宜の箇所に設けられ、管路に生じる気泡などに起因する空気を集め、内部のフロートの浮沈作用で自動的に外部に排出して配管の流体移送能力を維持している。
【０００３】
この種の空気弁の構造は、弁箱、大空気孔を有する蓋体、弁箱内に収納されたフロート弁体の他、小空気孔を有する遊動弁体、これらをガイドするガイド部材を備えた構造が採られ、管路内充水時などにおける急速多量排気や排水時などにおける急速多量吸気にも対応できる。また、その機能を維持するため、内部に付着したゴミの除去や清掃或は点検など、適宜メンテナンスが必要となるので、弁箱と容易に着脱できる蓋体や、弁箱内の部品を容易に取り出して清掃・点検や交換可能な構造が必要となる。このような簡易分解型の急速空気弁としては、特許文献１〜３が提案されている。
【０００４】
特許文献１は、小空気孔を有する遊動弁体とフロート弁体が、これらをガイドする案内筒体にコンパクトに収められ、この案内筒体は、弁箱内にセットして上から着脱蓋を固定手段を介して弁箱に固定するだけで、案内台座や側面ガイドによって遊嵌状態でありながら適切に弁箱内に位置決め保持されるので、空気弁を極めて容易に使用可能となっている。特に着脱蓋は、径方向に突出形成したアーム係合片を案内部に差し込んで回転させるだけで弁箱上部に係合或は固定解除できるので、コンパクトなスペース内でも着脱が極めて容易であり、メンテナンスに必要となる空気弁の分解・組立が極めて容易化されている。
【０００５】
また、特許文献２には、口金と着脱蓋とを一体化して常用できる空気弁が開示され、この空気弁は口金を別途必要とせず直ちに消火栓の給水や洗管・水圧試験用サイト等として兼用可能である。特許文献３も簡易分解型空気弁を開示しているが、同文献の蓋体の場合は、左右２本のカムレバーを倒してロックする固定手段がとられている。
【０００６】
一方で、凍結破壊の問題は、この種の空気弁にも従来から知られている。空気弁を寒冷地や冬期において使用中に、この空気弁内部において使用流体の水が凍結していく場合があり、この凍結に伴って水は体積膨張していく。このような体積膨張が進行すると、その膨張に伴い弁箱内に収納されているフロートなどの可動部材や凍結した氷塊は上方に押し上がって遊動弁体を押し付け、或は弁箱内の内圧上昇も生じ、結果として、構成部品の動作不良や破損などを生じて空気弁が破損・故障する原因となるおそれがある。しかも、凍結破損は屋外の環境に応じて徐々に進行していくので、発生の予期も困難であり、よって確実に防止できる空気弁が必要となる。
【０００７】
これに対し、このような押し上げによる体積膨張変形を適切に吸収可能な構造を採ることで凍結破損の問題に対応できる空気弁は、従来から多数提案されている。この種の空気弁として例えば特許文献４〜６があり、例えば同文献４の図２には、蓋体内に、大空気孔を有し皿バネで弾発されるピストンが空気弁の上部に被蓋固定された構造が開示されている。この構造では、上記のような氷結による体積膨張に伴い遊動弁体などが押し上げられたり弁箱内圧が上昇しても、その動きはピストンが皿バネで弾発付勢しつつ吸収されるので、弁箱内で水の体積膨張が生じても上記のような空気弁の凍結破損を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１９００８４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１７８２７号公報
【特許文献３】特開２００９−１２１６７８号公報
【特許文献４】実開昭６２−１５３４８２号公報
【特許文献５】実開昭６０−３５９７８号公報
【特許文献６】実開昭５５−３１０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、先ず、従来の凍結破損防止構造（特許文献４〜６）を、従来の簡易分解型空気弁（特許文献１〜３）に、組み合わせたような従来技術は存在していない。そして、従来の凍結破損防止構造からすれば、仮に、そのような組み合わせ構造が存在するとしても、そのような構造は、少なくとも、蓋体をボルトなどで堅密に弁箱に固着するようにした構造でなければならない。
【００１０】
例えば、具体的には、重ねあわせたフランジ部位同士において、皿バネ（スプリング）で蓋体裏面側から弾発状態のピストン体を収納した蓋体構造を、縦方向にボルトを挿通させて弁箱上部に固着させた構造が考えられる。また、このような構造では、ピストン体の弁箱内部への収納は、このボルトを締め切ることではじめて完了する。少なくとも特許文献４〜６の何れにおいても、このような固着構造が採られているためである。
【００１１】
ところが、このような空気弁においては、前述した簡易分解型としての特徴・利点がまったく失われたものとなってしまうことが明白である。すなわち、このような構造の空気弁では、蓋体の着脱は、ボルトの固着・取り外しによって行わなければならないことになり、少なくとも蓋体の着脱作業性が全く損なわれるものとなる。この場合、メンテナンスに必要最小限の構成部品として、遊動弁体、フロート弁体、及び案内体が、それぞれ弁箱内部において、極めて容易に取り出し・組み入れが可能な態様で収納できる構造が採られている従来の簡易分解型の利点が、まったく活かされない構造となる。これらの内部収納部品を極めて容易に取り出し・収納を完了することができて、はじめて簡易分解型としての空気弁構造となるからである。
【００１２】
したがって、従来技術においては、簡易分解型（特許文献１〜３）には凍結破損への確実な対応が必要となる場合がある一方、凍結破損防止型（特許文献４〜６）には簡易分解型として使用できない問題がある。よって、これらの性能を併せ持った空気弁の開示が望まれる。また多くの場合、空気弁をコンパクトかつ利便性良く兼用可能な口金を備えていることも必要である。しかし、このような技術を開示した特許文献は、その高い需要に拘わらず未だ提案されていない。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題点を解決するために開発されたものであり、その目的とするところは、構造や組立作業を複雑化することなく、簡易分解性を維持しつつも、凍結破損にも確実に対応でき、しかも既設の空気弁にも極めて容易に適用可能であり、かつ消火栓等の口金用途にも直ちに利用可能な構成を備えた空気弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、弁箱の下部に設けた流入口と、この弁箱内に配置した案内筒体の内部に収納したフロート弁体とその上方に小空気孔を有する遊動弁体とを備え、弁箱の上部に設けた開口部に大空気孔と膨張吸収室とを有する凍結破損防止用ユニットを固定手段を介して弁箱に着脱自在に取り付けた空気弁である。
【００１５】
請求項２に係る発明は、凍結破損防止用ユニットの上部に設けた取付部に大空気孔と連通する口金を装着して口金一体型の凍結破損防止用空気弁とした空気弁である。
【００１６】
請求項３に係る発明は、凍結破損防止用ユニットは、大空気孔を有するピストンと、このピストンの上方外周に設けたピストンケースとで包囲した膨張吸収室内にスプリングを収納し、ピストンの下方外周には、開口部に装着する固定手段を設けて構成した空気弁である。
【００１７】
請求項４に係る発明は、固定手段は、ピストンの下方外周に設けた固定筒の外周に係止部を突設し、この係止部を開口部に設けた装着溝に係止させ、この係止部と開口部の求心方向に突出する止具とで係止固定させた空気弁である。
【００１８】
請求項５に係る発明は、弁箱の上方側を包囲したカバーの下端部に鍔部片を形成し、この鍔部片と弁箱に設けた取付片とをボルトを介してカバーを着脱自在に取り付けた空気弁である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によると、弁箱の上部に設けた開口部に大空気孔と膨張吸収室とを有する凍結破損防止用ユニットを固定手段を介して弁箱に着脱自在に取り付けたことにより、空気弁用の凍結破損防止機能をＡＳＳＹとして別体にユニット化できると共に、対応する固定手段を有する空気弁に対しては、極めて容易に空気弁に凍結破損防止機能を持たせることができ、空気弁そのものを交換することなく既設状態のまま活用可能となる。よって、簡易分解型の空気弁における特有な性能を損なうことなく、凍結破損防止用ユニットも簡易に着脱可能であり、凍結破損防止用ユニットを有する簡易分解型の空気弁を得ることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によると、凍結破損防止用ユニットの上部に設けた取付部に大空気孔と連通する口金を装着して口金一体型の凍結破損防止用空気弁とした空気弁であるから、口金常備型の空気弁として、空気弁ごとに別途の口金の準備や管理等が不要となり、緊急時の消火栓給水など、口金用途としての利便性が極めて高まる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によると、凍結破損防止用ユニットは、大空気孔を有するピストンと、このピストンの上方外周に設けたピストンケースとで包囲した膨張吸収室内にスプリングを収納し、ピストンの下方外周には、開口部に装着する固定手段を設けて構成したから、凍結破損防止用ユニットに必要となる機能を発揮するために必要最小限の簡易な構造であると共に、大型化を抑えてユニットサイズもコンパクトに構成できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、固定手段は、ピストンの下方外周に設けた固定筒の外周に係止部を突設し、この係止部を開口部に設けた装着溝に係止させ、この係止部と開口部の求心方向に突出する止具とで係止固定させたから、空気弁の外周側に固定手段のスペースが皆無となると共に、係止部と装着溝から成り固定手段としての高さが最小限に抑えられた構造なので、空気弁をコンパクトに構成できる。また、固定筒を回転係合又は解除させるだけなので、凍結破損防止用ユニットを弁箱に着脱する作業性も向上する。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、弁箱の上方側を包囲したカバーの下端部に鍔部片を形成し、この鍔部片と弁箱に設けた取付片とをボルトを介してカバーを着脱自在に取り付けたから、カバーの下端部外周のみで弁箱にカバーを取り付け可能となり、よって、カバー上面側にボルトなどによる取付構造が不要となり、空気弁の高さを抑えてコンパクトで簡易に構成でき、しかも、口金用途の際には消火栓等の口金接続部材が取付部材に干渉して接続不能となる虞もない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の空気弁の第１実施形態の縦断面図である。
【図２】遊動弁体とフロート弁体とを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の凍結破損防止用ユニットの縦断面図である。
【図４】固定蓋を示した模式平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の凍結破損防止用ユニットの縦断面図である。
【図６】本発明の空気弁の第２実施形態において、ピストンが上昇した状態の一例を示した縦断面図である。
【図７】図１における、分離断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明における空気弁の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明の空気弁の第１実施形態を示している。
【００２６】
図１に示すように、本発明の空気弁は、弁箱１、案内筒体２、フロート弁体３、遊動弁体４、ユニット６１、固定蓋７を有しており、例えば、図示しない水道本管の配管路などに設けられ、水道水に含まれる空気泡や空気溜まりによる空気を外部に排出可能に設けられる。また、凍結破損防止型空気弁として、ユニット６１を装着した状態で、寒冷地や冬期など、空気弁の使用中に弁箱１内の水が凍結し得る環境において用いる。なお、特に好ましい設置場所としては、管路の敷設勾配が変化するときの最頂部、直線状の水平管路に対して一定間隔（例えば、３００〜５００ｍ）ごと、水管路の中央部、管路のバルブ前後の空気の供給や排気の必要な箇所等がある。
【００２７】
図１において、弁箱１は、例えばダクタイル鋳鉄製からなり、この弁箱１内には、例えばエボナイトなどの樹脂製のフロート弁体３と、ポリプロピレンなどの樹脂製の遊動弁体４とを収納した、例えばＡＢＳ樹脂などの樹脂製からなる案内筒体２が配設され、弁箱１の上方には開口部６が形成されている。この開口部６には、後述するユニット６１が、適宜の固定手段１１を介して常時固定された状態になっており、このユニット６１には大空気孔１２が設けられている。この空気弁において、必要に応じてユニット６１と、フロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を弁箱１の開口部６より取り出し、かつ、取り出した状態の弁箱１の開口部６に大空気孔１２を有するユニット６１が固定される。
【００２８】
図１において、上記弁箱１は、略筒状に形成され、上方に開口部６、下部に流入口２０が設けられ、これらの間には収納室２１が設けられる。弁箱１の開口部６側にはこの開口部６よりも縮径した嵌合部２２が形成され、この嵌合部２２の上部に環状凹溝２３が形成されている。環状凹溝２３には、例えばシリンダ用の材料で形成されたＵパッキン２４が装着されている。開口部６と嵌合部２２との間には段部２５が設けられ、この段部２５にはスラストリング２６が装着され、開口部６の上面には、ボルト部材２７のおねじ２８を螺着するためのめねじ２９が複数箇所に芯出し加工により設けられる。
【００２９】
図１において、弁箱１下部の流入口２０は、所定の流入面積が確保されるように設けられ、この流入口２０の周囲にはこの流入口の所定の流入面積を確保可能に、例えば、略９０°の間隔で突起３０が突出形成されている。突起３０は、フロート弁体３、遊動弁体４の直径よりも内径側に設けられ、この突起３０にフロート弁体３、遊動弁体４が係止することで、清掃或は点検時に誤って落とした場合であっても、これらの落下が防止される。弁箱１の外周下部にはフランジ３１が設けられ、このフランジ３１を介して図示しない補修弁等が着脱可能に設けられる。
【００３０】
収納室２１は、案内筒体２を収納可能な内径に設けられ、この収納室２１の下部には案内筒体２載置用の案内台座３２が内方に向けて突出形成されている。収納室２１の内周側には複数の側面ガイド３３が突出形成され、この側面ガイド３３は、案内筒体２を芯出し状態でガイド可能に、案内筒体２の外周に当接可能な適宜の高さに設けられる。
【００３１】
案内筒体２は、上部がユニット６１の下面側に配設され、下部側が案内台座３２に載置可能に設けられ、案内台座３２とユニット６１の下端面との間に挟み込まれるように収納室２１に収納される。案内筒体２の上部には、流体を連通させるための連通部３５が複数形成され、底面側の略中央位置には所定径の孔３６が設けられる。連通部３５は、複数の切欠き部位により等間隔に設けられ、この連通部３５により流体通過時の面積が決定される。
【００３２】
図１に示した仮連結部６２、６３は、ユニット６１と案内筒体２とを接続保持できる構造に設けられており、この仮連結部６２、６３の分離時にユニット６１を開口部６より取り出す際に、ユニット６１とともにフロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を引き上げて、取り出すことができるように設けられる。
【００３３】
仮連結部６２、６３の構造は、フロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２の自重を支えて保持でき、かつ開口部６より取り出した後は、ユニット６１と案内筒体２とを簡単に取り外せる保持力を備えた構造になっている。
【００３４】
具体的には、図１において、仮連結部６２、６３はユニット６１の固定筒６４の下部内周と案内筒体２の上部外周に設けたプレスフィット構造にて芯出ししながら連結可能な凹凸部位であり、これらの仮連結部６２、６３を嵌合させることで着脱可能になっている。本実施形態においては、仮連結部６２、６３を構成する凹凸部位として、案内筒体２の上部に配置された複数の切欠き部１３によって上部に凸状部１４が形成される。これにより、複数の凸状部１４の弾性を利用して、ユニット６１の係合着脱を容易におこなうことができる。
【００３５】
図２においては、図１に示したフロート弁体３と遊動弁体４との斜視図を示している。図２（ａ）の分離斜視図に示すように、フロート弁体３、遊動弁体４は、ともに短円柱形状で偏平形状に設けられ、図２（ｂ）の積み重ね状態に示すように、案内筒体２の内部にフロート弁体３の上方に遊動弁体４が配設された状態でそれぞれ着脱可能に設けられる。
【００３６】
遊動弁体４の偏心位置には、上下に貫通した小空気孔３７が形成され、この偏心構造の小空気孔３７を空気が移動可能になっている。遊動弁体４の上面側には、この遊動弁体４が浮上したときにユニット６１の下端面に当接シール可能なシールリング３８が装着されている。これらフロート弁体３、遊動弁体４は、弁箱１内の水位に応じて浮力を受けて案内筒体２に案内されてスムーズに上下移動可能であり、その動作により水道水に含まれる空気が空気弁の外部に排出される。
【００３７】
図１、３において、本発明の凍結破損防止用ユニット６１は、大空気孔１２と膨張吸収室６５とを有しており、大空気孔１２を有するピストン６６と、このピストン６６の上方外周に設けたピストンケース６７とで包囲した膨張吸収室６５内にスプリング（皿バネ６８）を収納し、ピストン６６の下方外周には、開口部６に装着する固定手段１１を設けて構成している。
【００３８】
図１、３において、ピストンケース６７は、略筒形状のカバー体６９と固定筒６４とを同心状に接合して形成されており、本例では、カバー体６９下端部内周面に設けられたメネジ部と、固定筒６４の上端部外周面に設けられたオネジ部とを螺着するようにしている。カバー体６９は、上面側の中央位置に穴部７０が開口され、この穴部７０には、ピストン６６の上端側が摺動可能に嵌合でき、この摺動の際のシール部材として、内周の摺動部位にはＯリング７１が設けられる。カバー体６９の内周には、ピストン６６の外周との間で包囲形成される膨張吸収室６５が確保され、この膨張吸収室６５内には、ピストン６６を弾発付勢するスプリングとして、皿バネ６８がピストン６６外周を包囲するように収納され、この皿バネ６８の一端は、カバー体６９の受け部７２を弾発する。
【００３９】
図１、３において、固定筒６４は、略筒状に形成され、カバー体６９との接合側となる上方の内周段部面には、ピストン６６の弾発移動を係止する係合部７３が形成され、下方側の断面略円形状の内周面は、略円柱形状のピストン６６の筒状部７４の外周面と摺動可能に嵌合できる。また、固定筒６４の下方外周には、弁箱１の装着溝５２と係合するアーム係合片５０が形成され、後述の固定手段１１を構成している。さらに、下端部には、前述した仮連結部６２が設けられ、案内筒体２と連結可能となっている。
【００４０】
図１、３において、ピストン６６は、内部に所定径の大空気孔１２がストレートに貫通した略筒形状を呈しており、ユニット６１においては、ピストンケース６７に同心状に嵌装される。ピストン６６の外周面の一部には、皿バネ６８の弾発の他端を受ける受け部７５が鍔状に形成されていると共に、この受け部７５は、固定筒６４の段部状の係合部７３と係合可能となっている。また、筒状部７４の外周面の一部には、固定筒６４内周面と嵌合して摺動する際のシール部材となるＯリング７６が環状装着溝に設けられている。
【００４１】
図１、３において、ピストン６６の下端面７７は、ユニット６１として空気弁に固定された際には、遊動弁体４が密着して着座できる大空気孔１２の弁座面となることができるように、所定の肉厚で環状のフラット面として形成されており、また、後述の凍結破損防止作用において、収納室２１内の水の体積膨張やこれに伴って上昇する遊動弁体４などに当接して動きを吸収する受け面となる。このように、ユニット６１においては、カバー体６９内側に確保された膨張吸収室６５は、ピストン６６の上方外周を内側、カバー体６９内周を外側として包囲されている空間であり、この空間に、ピストン６６を包囲するように皿バネ６８が収納されている。
【００４２】
上記ユニット６１には、ボルト等を用いて案内筒体２が直接固定されることなく、取り外し時にこの案内筒体２をフロート弁体３と遊動弁体４とともに弁箱１から着脱可能になっている。その際、必要に応じてユニット６１と、フロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を開口部６より取り出し、かつ、取り出した状態の開口部６に大空気孔１２を有するユニット６１を固定することが可能になる。
【００４３】
図１、４において、本例の固定手段１１は、ピストン６６の下方外周に設けた固定筒６４の外周に係止部５０を突設し、この係止部５０を開口部６に設けた装着溝５２に係止させ、この係止部５０と開口部６の求心方向に突出する止具５４とで係止固定させるようにしている。
【００４４】
図１、４において、この固定手段１１は、弁箱１に設けられた段部２５、固定筒６４の下方外周に設けられた係止部としてのアーム係合片５０、開口部６の内周側に向けて形成された装着溝５２とストッパ５３、ロックピン装置（止具）５４を有しており、これらにより固定筒６４が弁箱１に着脱可能に設けられる。アーム係合片５０は、固定筒６４の下部側面に等間隔に突出形成され、段部２５に当接可能に設けられている。
【００４５】
図４において、ストッパ５３は、後述のように、固定蓋７を弁箱１の上面１ａに被蓋した際に装着溝５２内に嵌り込めるように、固定蓋７の下面側に突出形成された部分であり、本例では、アーム係合片５０に合わせて、周方向１２０度間隔で３箇所設けられている。ストッパ５３の側面には、アーム係合片５０の形状に適合するように、周方向に面した急傾斜面５３ａと、内方に面した緩傾斜面５３ｂが形成されており、また、ストッパ５３の外周面は、装着溝５２の内周面の形状に適合している。
【００４６】
なお、図示していないが、ストッパ５３は、実質的に１箇所で足りるため、図４に示した３箇所のストッパ５３を何れかの１箇所のみに形成した固定蓋を用いてもよい。
【００４７】
一方で、アーム係合片５０は前後側で異なる傾斜角度に形成され、一方側に緩傾斜面５０ｂ、他方側に急傾斜面５０ａが形成されている。これらの異なる傾斜角度により、緩傾斜面５０ｂにおいては、ロックピン装置５４のピンを没入方向に移動させながら固定筒６４の回動が可能になり、一方、急傾斜面５０ａにおいては、ロックピン装置５４のピンが開口部６の求心方向に完全に突出して両者が係合することで固定筒６４の回動ができなくなるようになっている。なお、図４においては、アーム係合片５０の緩傾斜面５０ｂが、ストッパ５３の緩傾斜面５３ｂに近接して対向した状態が示されており、後述するアーム係合片５０の回動は、このような状態に係止されることになる。
【００４８】
図１、４において、ロックピン装置５４は弁箱１に取付けられ、図示しないスプリングの付勢力で固定筒６４に係合してこの固定筒６４を所定の位置決め状態に装着可能に設けられる。ロックピン装置５４は、手指で把持して外方に引っ張ることで固定筒６４への係止を外し、この状態で固定筒６４を回転することで弁箱１からユニット６１を着脱可能になっている。
【００４９】
図４に示した固定蓋７は、固定筒６４を位置決め固定可能に弁箱１の上面１ａに取付け可能に設けられる。固定蓋７の中央には穴部５５が形成され、この穴部５５に固定筒６４を挿入可能になっている。固定蓋７のめねじ２９が対応する位置には貫通孔５６が形成されている。穴部５５の一部には、アーム係合片５０が通過するための切欠き状の装着溝５２が内周側に形成され、この装着溝５２に続けて下方に突出するストッパ５３が形成されており、このストッパ５３により固定筒６４の回動範囲が設定される。
【００５０】
固定蓋７は弁箱上面１ａに載置され、貫通孔５６からめねじ２９におねじ２８が螺着されることでボルト部材２７が弁箱１に固定される。この場合、めねじ２９が芯出し加工されていることにより、芯ずれが防止された状態で固定蓋７が固定される。
【００５１】
また、図１に示すように、弁箱１の上方側を包囲したカバー６０の下端部に鍔部片７８と弁箱１に設けた取付片７９とをボルト８０を介してカバー６０を着脱自在に取り付けている。カバー６０は、例えばステンレスなどの金属製からなり、弁箱１の上部を包囲可能な形状となるように上方に膨出形成されており、ユニット６１の大空気孔１２と大気とを連通させた状態で被覆するようにユニット６１の上部又は弁箱１の上部に着脱可能に設けられる。
【００５２】
図１において、カバー６０の下端外周には、ロックピン装置５４を隠すことができる位置に鍔部片７８が設けられ、この鍔部片７８を、ブラケット８１の取付片７９に固着させることによって、弁箱１の上部外周位置で取り付け可能となっている。ブラケット８１は、薄板により略環状に形成されて固定蓋７上面に設置可能となっており、その外周の２ヶ所には断面略Ｌ字状に下方に曲折された取付片７９が形成されている。さらに、カバー６０の鍔部片７８は、図示しない弁箱１の側面に内部と連通する開閉用コックを上から覆って保護する機能がある。
【００５３】
図１において、ブラケット８１は、弁箱１上部の固定蓋７の上に配置され、固定蓋７とともにボルト部材２７で弁箱１に位置決め固着されている。この状態で取付片７９に鍔部片７８を載置してカバー６０を弁箱１の上部に位置決めし、鍔部片７８と取付片７９の先端側とをボルト８０で螺着する。これによって、ブラケット８１を介して弁箱１の外周側でカバー６０を固着させ、このカバー体６０により弁箱１の上部側を被覆できる。また、図示していないが、鍔部片７８には、ボルト８０の頭部を挿抜可能なネジ孔部が形成され、このネジ孔部に続けて、頭部を係止可能なボルト孔部より細い長穴状の案内孔部が形成されている。
【００５４】
この場合は、ブラケット８１を用いてカバー６０を弁箱１に着脱する際に、弁箱１外周側のみで取り付けることができ、カバー６０の上面側を扱う必要は一切ない。一方で、図示しないが、このカバー６０の上面領域で弁箱１にボルト等で固着させることもできるが、このような場合、弁箱１上面側にカバー上面を支持するための支持部材が不可避となるので、その分空気弁構造が複雑化すると共に、後述の第２実施形態においては、カバー６０の取り外し後に、口金８４への消防用ホース等の接続や取り外す際に支障が生じるおそれがある。例えば、オス型の町野式口金８４に図示しないメス型の消防用ホースを接続する場合、このメス型の受け口が外径側に大きいことから、支持部材を設けた場合には、これと干渉して接続できなくなるおそれがある。これに対し、本例のブラケット８１を用いたカバー６０の着脱構造の場合には、このような干渉を回避できる。さらに、誤って上面側に設けられているボルトを抜いてしまうことも防止できる。
【００５５】
さらに、カバー６０の上部とこれが被覆する部材（ユニット６１）の上部との間に支持部を設ける必要が無いから、これらの間を最小限の距離に抑えることができ、よって、カバー６０の長さ、或は、このカバー６０で被蓋下状態他の空気弁の高さを、抑制することができる。しかも、ロックピン装置５４が隠れる位置で鍔部片７８を固定していることで、このロックピン装置５４が樹脂製である場合にも耐候性を向上できる。
【００５６】
また、図示しないが、弁箱１の側面には内部と連通する開閉用コックが設けられていてもよい。コックは、空気弁の分解時において残圧を抜くために設けられる。
【００５７】
また、空気弁の弁箱１の下部に図示しない補修弁を取付けて通水機能を発揮させるようにしてもよい。この場合、補修弁は一般に用いられているものであればよく、例えば、ボール弁を用いることができ、この場合、ボール弁のステムの９０°の回動による開閉が可能になる。ボール弁は、例えば、フランジ３１に取付用のボルトで取付けられるが、フランジ以外の部分にボール弁を取付けてもよい。ボール弁を使用する場合、そのボール口径を空気弁の内部流路の口径と略同じにすることが望ましい。
【００５８】
さらに、図１、４に示されているように、本例では固定手段１１を介して、固定蓋７を固定した弁箱１に、ユニット６１を回転することで、ユニット６１とフロート弁体３、遊動弁体４を収納した案内筒体２を着脱するようにしているが、これ以外のユニット６１の着脱構造（固定手段）により案内筒体２等を収納してもよい。
【００５９】
例えば、図示しないが、凹状の係合溝を有する一体型のユニット（固定筒）と、この係合溝に係合可能な係合部、操作部を有する回転可能なレバーを有する弁箱とを設け、弁箱に固定筒を仮着した状態でレバーを回転させて係合部を係合溝に圧接状態で係合させるか、或はこの状態からレバーを回転させて係合を係合溝から離反させることにより、フロート弁体、遊動弁体を収納した案内体を仮着したユニットを弁箱に着脱できる。このようなレバーによる係合部と係合溝との着脱構造によりこれらをワンタッチで着脱可能になり、ユニットと案内体との間にガスケット又はＯリング等が装着されている場合には、このガスケット又はＯリング等も固定筒等とともに一体に着脱することもできる。また、この場合にも、前述と同様に口金とユニットとを一体に設けることができる。
【００６０】
また、本発明の凍結破損防止用ユニット６１は、上述のような固定手段１１（装着溝５２）を有していない空気弁に対しても、その開口部（弁箱上部）に新たに適宜の固定手段を設けるだけで、その空気弁を容易に凍結破損防止型にすることも可能である。すなわち、弁箱側である開口部と、ユニット側であるユニット下部に、互いに着脱自在な固定手段（係合、嵌合、圧着、螺着など）を、一体又は別体として、それぞれ設けることにより、本発明の凍結破損防止ユニット６１を大空気孔の機能と共に備えることが可能となる。
【００６１】
上記空気弁は、水道本管の配管路に設けられ、水道水内に含まれる空気を排出しているが、対象となる流体を水道水以外の液体としてもよく、この液体に含まれる余分な空気などを排出することもできる。この空気弁は、例えば、洗管作業、圧力測定、臨時給水等に適している。
【００６２】
次に、本発明の空気弁の第２実施形態の構造を説明する。図５は、この第２実施形態に適用される凍結破損防止用ユニット８５の縦断面図であり、図６は、この第２実施形態において後述のように皿バネ８７を圧縮してピストン９０が上昇した状態の一例を示した縦断面図である。
【００６３】
本例では、凍結破損防止用ユニット８５の構造が第１実施形態と異なっており、本例では、ユニット８５の上部には取付部８２が設けられ、この取付部８２には大空気孔８３と連通する口金８４を装着していることにより、本例の空気弁を口金一体型の凍結破損防止用としている。なお、図６には示していないが、図１と同様に、ピストン９０が皿バネ８７に弾発付勢されて係合部９５に係止された状態では、案内筒体２は収納室２１内で図１と同じ位置に収納された状態となる。上記第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図５、６において、本例の凍結破損防止用ユニット８５も、前述のユニット６１の構成と同様に、ピストンケース８６は、略筒形状のカバー体８６ａと固定筒８８とを同心状に接合して形成されているが、本例では、カバー体８６ａ外周面に設けられたオネジ部と、固定筒８８の上部内周面に設けられたメネジ部とを螺着するようにしている。カバー体８６ａは、中央位置に穴部８９が開口されており、この穴部８９には、ピストン９０の上端側が摺動可能に嵌合でき、この摺動の際のシール部材として、内周の摺動部位にはＯリング９１が設けられる。カバー体８６ａの内周には、ピストン９０の外周との間で包囲形成される膨張吸収室９２が確保され、この膨張吸収室９２内には、ピストン９０を弾発付勢するスプリングとして、皿バネ８７がピストン９０外周を包囲するように収納され、この皿バネ８７の一端は、カバー体８６ａの受け部９３を弾発する。
【００６５】
図５、６において、本例のカバー体８６ａには、口金８４を取り付ける取付部８２が形成されている。取付部８２は、環状にカバー体８６ａの上方に向けて突設形成されており、穴部８９を同心状に包囲しており、この取付部８２の内周側に、Ｏリング９４を介して口金８４の下部外周側が螺着又は内嵌状に接合される。取付部８２の内径は、この口金８４の径に合わせて設けられる。
【００６６】
図５、６において、固定筒８８は、略筒状に形成され、カバー体８６ａとの接合側となる上方側の内周段部には、ピストン９０の弾発移動を係止する係合部９５が環状に形成され、下方側の断面略円形状の内周面は、略円柱形状のピストン９０の筒状部９６の外周面と摺動可能に嵌合できる。また、前述した第１実施形態と同様に、固定筒８８の下方外周には、弁箱１の装着溝５２と係合するアーム係合片９７（図４においては、急傾斜面９７ａ、緩傾斜面９７ｂが示されている）が形成され、固定手段１１を構成している。さらに、下端部には、前述した仮連結部９８が設けられ、案内筒体２と連結可能となっている。
【００６７】
図５、６において、ピストン９０は、内部に所定径の大空気孔８３がストレートに貫通した略筒形状を呈しており、ユニット８５においては、ピストンケース８６に同心状に嵌装される。ピストン９０の外周面の一部には、皿バネ８７の弾発の他端を受ける受け部９９が環状に突設されていると共に、この受け部９９は、固定筒８８の段部状の係合部９５と係合可能となっている。また、筒状部８８の外周面の一部には、固定筒８８内周面と嵌合して摺動する際のシール部材となるＯリング１００が設けられている。
【００６８】
図５、６において、ピストン９０の下端面１０１は、ユニット８５として空気弁に固定された際には、遊動弁体４が密着して着座できる大空気孔８３の弁座面となることができるように、所定の肉厚で環状のフラット面として形成されており、後述する凍結破損防止作用において、収納室２１内の水の体積膨張やこれに伴って上昇する遊動弁体４等に当接して動きを吸収する受け面となる。このように、ユニット８５においては、カバー体８６ａ内側に確保された膨張吸収室９２は、ピストン９０の上方外周を内側、カバー体８６ａ内周を外側として包囲されている空間であり、この空間に、ピストン９０を包囲するように皿バネ８７が収納されている。
【００６９】
一方で、口金８４の基部の中央には大空気孔８３が貫通して形成され、この大空気孔８３を介して弁箱１内に空気等の流体が吸入排出可能に設けられている。口金８４は、例えば、図示しない消防用ホースの結合金具に属し、前述の町野式口金であれば、図５、６に示すように、差し金具１０２と押し輪１０３とを用いて構成される。
【００７０】
これら差し金具１０２と押し輪１０３とは、例えば、何れもステンレスなどの金属製からなっている。押し輪１０３は、差し金具１０２の外周と、差し金具１０２が螺合された取付部８２との間に形成された外周溝１０４に、上下動可能に装着される。外周溝１０４を構成する取付部８２の上端は、押し輪１０３の下方位置を決める止め輪に相当する、押し輪１０３の位置保持機能を有している。取付部８２の上端に位置保持された押し輪１０３と固定蓋７との間には、押し輪１０３の操作スペースが形成される。口金８４から消防用ホースを外す際には、作業者が上記の操作スペースに手を入れて、押し輪１０３を押し上げることにより、ホースを外すことができる。
【００７１】
図５、６において、口金８４は、取付部８２と必ずしも別体に設けられている必要はなく、一体に設けられていてもよい。この場合、口金と取付部とを一体成形する以外にも、例えば、取付部と口金とを螺合や嵌合により組み込み可能に設け、これらの間にＯリング９４を装着するか或は装着を省略した状態で、接着剤でこれらをシール接着すればよい。また、差し金具１０２の内径は、後述の凍結防止作用において、ピストン９０の上端側を穴部８９から突出可能とするため、ピストン９０の外径より大きいものが用いられている。
【００７２】
続いて、本発明の第１実施形態に係る空気弁における作用及び組み立て・分解動作を説明する。本例の空気弁は、弁箱１内にフロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を配設し、弁箱１の上方開口部６には、大空気孔１２を有する凍結破損防止用ユニット６１を適宜の固定手段１１を介して常時固定状態にすると共に、必要に応じてユニット６１と、フロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を弁箱１の開口部６より取り出し、かつ、開口部６に大空気孔１２を有するユニット６１を固定しているので、弁箱１が大型化したり、内部構造が複雑化することを防ぎ、かつ別部品が増えることなく、簡易分解型の性能を維持しながら凍結破損防止型として空気弁機能を発揮させることができる。
【００７３】
本例の空気弁からフロート弁体３、遊動弁体４、案内筒体２を取外す場合には、先ず、流水路から空気弁への流路を遮断する。このとき、空気弁内には残圧があるためユニット６１が押し上げられて固定蓋７の底面側に密着した状態になり、回動が阻止された状態になる。この状態から弁箱１に設けた図示しないコックを開操作すれば、空気弁内の残圧が抜かれ、ユニット６１への押し上げ力が開放されることで分解可能になる。
【００７４】
次いで、カバー６０を弁箱１から取外すようにする。この場合、ドライバーなどで六角ネジであるボルト８０を緩めた後、このカバー６０を、ボルト８０の頭部の位置にボルト孔部を合わせるように案内孔部に沿って回転させ、この状態でカバー６０を上方に引き抜くようにすれば取り外すことができる。
【００７５】
凍結破損防止用ユニット６１を取り外す際には、ロックピン５４を把持して引っ張って急傾斜面５０ａへの係止を外しながら、固定筒６４（ユニット６１）を取り出し方向に所定角度回転させる。この場合、アーム係合片５０が段部２５に当接した状態で、スラストリング２６により支持されていることで回転がスムーズになる。アーム係合片５０の急傾斜面５０ａが固定蓋７のストッパ５３の急傾斜面５３ａに当接したときに、固定筒６４（ユニット６１）を引き上げるようにすれば抜き取りできる。
【００７６】
このとき、ユニット６１と案内筒体２とを仮連結部６２、６３を介して接続保持し、分離時にユニット６１を開口部６より取り出す際に、ユニット６１とともにフロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を引き上げて取り出すことができるため、ユニット６１と、案内筒体２、フロート弁体３、遊動弁体４を別々に弁箱１から取り外す必要がなく、簡単な手順でこれらを一体に取り外し可能となる。この状態で各部品のゴミなどを取り除いたり清掃や点検などを実施すればよい。この清掃、点検時には、固定蓋７を取り外す必要はない。
【００７７】
図７は、上述のようにして、本例の空気弁を分解し、カバー６０、凍結破損防止用ユニット６１、及びフロート弁体３と遊動弁体４とを収納した案内筒体２を、弁箱１から分離した状態を示した分離断面図である。同図に示すように、本発明の空気弁においては、凍結破損防止用ユニットには大空気孔を有した弁箱の蓋部材としての機能を持たせることで、フロート部材などのメンテナンスに必要最小限の構成部品を効率よく交換可能な簡易分解型空気弁となっている。
【００７８】
一方で、ユニット６１を弁箱１に取付ける場合には、先ず、フロート弁体３、遊動弁体４を案内筒体２に収納し、この案内筒体２を固定筒６４に嵌め込むようにしながら連結する。このとき、仮連結部６２、６３が、固定筒６４の下部内周又は下部外周と案内筒体２の上部外周又は上部内周とをワンタッチで着脱可能なプレスフィット構造により連結されていることで着脱が容易になり、これらの間のガタツキが抑えられ、案内筒体２が安定した状態で固定筒に取付けられることで、相対的に遊動弁体４、フロート弁体３のガタツキも抑えられ、動作が安定する。
【００７９】
次いで、ユニット６１を弁箱１の上方より被せ、アーム係合片５０の急傾斜面５０ａと装着溝５２（固定蓋７の急傾斜面５３ａ）との位置を合わせながら固定筒６４を差し込み、ストッパ５３に対してアーム係合片５０を係合させる方向に固定筒６４（ユニット６１）を所定角度回転させる。この回転により、アーム係合片５０（係止部）が装着溝５２に係止状態となると共に、ロックピン５４がアーム係合片５０の緩傾斜面５０ｂにより自動的に没入方向に移動する。固定筒６４（ユニット６１）がセット位置まで達すると、急傾斜面５０ａがロックピン５４の位置に到達することで、ロックピン５４がスプリングの付勢力で突出して急傾斜面５０ａ側に係合する。このとき、緩傾斜面５０ｂがストッパ５３の緩傾斜面５３ｂに衝突することから、アーム係合片５０が両側から挟まれて固定保持される。
【００８０】
なお、仮連結部６２、６３を有さない別体構造の場合には、弁箱へユニットを固定する前に、フロート弁体３、遊動弁体４を案内筒体２に収納し、この案内筒体２を開口部６から挿入した上で、収納室２１に収納させておけばよい。
【００８１】
これによって、大空気孔１２の径を大きく拡げるようにユニット６１を形成することが可能になり、例えば、プレスフィット構造を設けることなく案内体とユニットとを弁箱内に配設したときの大空気孔１２の入り口側がφ４２ｍｍになる場合に比較して、プレスフィット構造の仮連結部６２、６３とした場合には大空気孔１２の入り口側をφ４４ｍｍ程度まで拡径しながら設けることができ、その結果、流入部をなだらかにして圧力損失を小さくすることもできるため、流体の排出効率が高まる。
【００８２】
さらには、プレスフィット構造をＵパッキン２４の周面シール部分と略同じ高さ付近まで設定できるため、この仮連結部６２、６３を周面シール位置からずらす必要がなくなり、仮連結部６２、６３の分だけ高さ方向に寸法が延びることを抑えることができる。そのため、同じ案内筒体２の高さを確保しつつ弁箱１を低く形成でき、空気弁全体のコンパクト化が可能になる。
【００８３】
これにより、ユニット６１とともにフロート弁体３、遊動弁体４を収納した案内筒体２が弁箱１の所定位置に装着される。アーム係合片５０がストッパ５３に係合すると固定筒６４の基部が嵌合部２２に嵌合され、弁箱１にユニット６１が抜け止めされた状態になる。ユニット６１の装着後には、固定筒６４の基部の外周にＵパッキン２４が装着されていることで、弁箱１とユニット６１との間の漏れが防がれる。ユニット６１は、例えば、固定蓋７に対して６０°の範囲で回転して着脱される。
【００８４】
さらに、本発明の空気弁は凍結破損防止機能がユニット化されているから、例えば特許文献１、２に示されるような既存の簡易分解型空気弁に対し、その簡易分解性を損なうことなく、極めて容易に凍結破損防止機能をその空気弁に持たせることも可能である。図示していないが、既存の空気弁の弁箱を、本発明のユニットとは別構造の蓋体が、上記のような固定手段を介して上部から被蓋している場合において、その蓋体を弁箱から外し、弁箱内のフロート体などを取り出した後、本発明のユニット６１を取り付けようとした際には、図７に示された状態となるので、このユニット６１を弁箱１に固定手段１１を介して固定させるだけで、空気弁に凍結破損防止機能を備えることができる。
【００８５】
空気弁として用いる場合は、先ず、図１において、弁箱１内に水が無いときにはフロート弁体３、遊動弁体４は降下して大空気孔１２が開放した状態になり、この状態から急速排気や急速吸気の動作がおこなわれる。この場合、フロート弁体３、遊動弁体４は、ともに短円柱形状で偏平形状であることで案内筒体２内周に対する接触抵抗が少なくなり、確実に落下するようになっている。
【００８６】
急速排気は、図示しない水道本管の管路に充水するときに、管路内の空気を大空気孔１２を介して急速に多量に排気するときの動作となる。急速排気時には、遊動弁体４、フロート弁体３はともに浮き上がることなく案内筒体２の下方に位置するため、大空気孔１２が全開状態になり、管路内の空気が空気弁を介して効率的に外部に排出される。
【００８７】
急速吸気は、管路内の水を排出するときに、空気弁を介して急速に管路内に多量の吸気をおこなうときの動作である。急速吸気時には、遊動弁体４、フロート弁体３が降下した状態となる。この場合、大空気孔１２が開口し、この大空気孔１２から効率的に吸気して管路内の排水が迅速におこなわれる。このとき、孔３６から案内筒体２内に蓄積した水も排水される。この急速吸気時には、フロート弁体３、遊動弁体４、案内筒体２が上昇することはない。これらの急速排気、急速吸気により、水道本管への最初の送水や、水道本管からの排水などの作業を短時間でおこなうことができる。
【００８８】
空気弁内への充水が完了し、管路内が満水状態になって弁箱１内が水で満たされているときには、フロート弁体３、遊動弁体４が浮力によって上昇し、遊動弁体４のシールリング３８がピストン６６の下端面に密着して大空気孔１２を塞ぎ、かつ、フロート弁体３が遊動弁体４の小空気孔３７を塞ぐ。これにより、弁箱１内が完全に遮蔽された状態になり、外部への水の流出が防がれる。
【００８９】
この充水時の圧力下において、水道本管内に混入している空気は徐々に空気弁に集まり、弁箱１内に溜まっていく。この空気量が一定に達すると、先ずフロート弁体３のみが降下し、遊動弁体４の小空気孔３７が開いた状態になる。これは、大空気孔１２と小空気孔３７とにおける孔径の大小関係により、遊動弁体４が大空気孔１２を有するピストン６６の下端面から離れないためであり、その結果フロート弁体３のみが自重により降下する。
【００９０】
その際、図２に示すように、遊動弁体４の小空気孔３７がフロート弁体３の偏心位置に配置されていることで、まず、負圧が発生している小空気孔３７の反対側から降下し、フロート弁体３には傾斜する方向の力が加わり、さらに上記のようにフロート弁体３が短円柱状で、かつ偏平形状であることで案内筒体２内周に対する接触抵抗が少ない。これらのことから、フロート弁体３が遊動弁体４に対して傾きやすくなり、遊動弁体４から離間させて確実に降下させることができる。これにより、フロート弁体３と遊動弁体４との吸着を防いで、開口させた遊動弁体４の小空気孔３７から空気弁内の空気をスムーズに外部に排出できる。さらに、フロート弁体３の下部側の角部位をアール状に形成していることで、フロート弁体３がより傾斜しやすくなり、降下しやすくなっている。
【００９１】
空気の排出により弁箱１内の空気量が少なくなると、フロート弁体３が上昇して再び小空気孔３７を塞ぐ。以上の動作を繰り返すことにより、空気弁を介して本管内に溜まった空気を自動的に弁外に排出する。
【００９２】
この場合、前述したように案内筒体２は仮連結部６２、６３によって固定筒６４に保持されており、さらに、案内台座３２、側面ガイド３３及びユニット６１で上下左右が取り囲まれた状態で収納されていることにより、弁箱１の中心からずれることがない。また、円筒部分の上部で均等に力を受けるため、例えば、図示しない上部側に挟着用の鍔部を設けた案内体と比較した場合、曲げ応力が加わりにくく、水撃などによる衝撃荷重に対して非常に強い形状になっている。
【００９３】
次いで、本例における凍結破損防止作用を説明する。水栓や通水配管などの通水構造を寒冷地や冬期において使用した場合、いわゆる凍結破損の問題があり、この問題は空気弁にも従来から知られている。水は凍結に伴い体積膨張する性質が有り、例えば屋外の１気圧下０度で氷結した場合は、氷結前後で不連続的に約９％の体積膨張が生じる。
【００９４】
従来の一般的な空気弁構造において、凍結前の空気を溜めている使用状態では、遊動弁体は大空気孔を密着閉塞していると共に、フロート弁体も水面に浮遊状態で小空気孔を密着閉塞しているが、この状態で例えば水面付近から凍結が進行していった場合は、フロート弁体は徐々に氷結固体に包囲されて水面付近に拘束されながらフロート機能を失っていくと共に、氷結に伴う体積膨張に応じて徐々に上方へ押し上げられていき、小空気孔に密着していたフロート弁体は直ちに遊動弁体を押し上げていくことになる。弁箱内では、このような氷結体積膨張分の逃げ場は、実質的には空気溜まりの空間のみとなるので、氷結の進行具合に拘わらず、氷結分に応じてフロート弁体が押し上げられ、これに伴い遊動弁体も押し上げられることになると共に、空気溜まりの内圧上昇も生じ得る。或は、弁箱内の氷塊自身が体積膨張に伴い遊動弁体や内壁に当たって押圧したり、蓋体やガイド部材を押し上げて遊動弁体や内壁を押圧し得る。
【００９５】
しかしながら、この際の押し上げ力、つまり体積膨張圧力は、例えばコンクリート破砕技術に利用されるほど強力であり、例えば１０度程度から−０．５度程度までの体積膨張圧は約２４．１Ｍｐａ程度（−２２．３度で最大約２０９Ｍｐａ程度まで増大する）といった性質が知られている。よって、このような内部構造の変形圧力に対する変形代（膨張吸収代）が実質的には確保されていない従来の空気弁構造においては、たとえ僅かな変形（膨張）であっても、極めて強力な応力が作用して破壊（凍結破損）を生じる虞がある。これに対し、本発明の凍結破損防止用ユニットは、このような膨張で生じる弁箱内の変形・負荷に伴う動きを吸収して空気弁の破損を防止する機能を有すると共に、着脱容易にユニット化されたＡＳＳＹであるから、交換や取り換え・メンテナンスなど、いつでも容易に空気弁の凍結破損防止機能を独立して取り扱うことができる。
【００９６】
本例の空気弁では、空気を溜めている通常の使用状態、つまり弁箱１内部の水が凍結し得るある程度の長時間安定状態においては、水が凍結すると、これに伴い弁箱内の構成部品のせり上がり動作や、空気溜まりの内圧の上昇が生じ、結果として、大空気孔１２に密着している遊動弁体４やピストン６６の下端面７７に対して、上方へ押し上げる力が作用することになる。
【００９７】
一方、ユニット６１の下端面７７では、このような押し上げ力を受け止め、これにより、ピストン６６に上昇力が作用する。ピストン６６は、係合部７３で係止された状態で皿バネ６８により収納室２１内へ向けて弾発された状態であるから、この上昇力が皿バネ６８による付勢力やピストン６６の自重を上回って、ピストン６６を上方へスライドさせる力に達した際には、ピストン６６は皿バネ６８を圧縮しながら上方へ摺動し、これにより遊動弁体４に作用する押し上げ力など、収納室２１内における構成部品の移動や内圧が吸収され、収納室２１内の構成部品や弁箱１の凍結破損が防止できる。皿バネ６８の弾発力やピストン６６のストロークは、少なくとも上記のように変形代として作用することで空気弁の凍結破損を防止するために十分な特性が確保されている。
【００９８】
次に、本発明の第２実施形態に係る空気弁における作用及び組み立て・分解動作を説明する。本例の空気弁においても、凍結破損防止用ユニット８５の着脱、或は、別構造の蓋体で被蓋された既存の簡易分解型空気弁における蓋体と凍結破損防止用ユニットとの交換などに伴う空気弁の分解・組み立て動作や、急速吸排気、或は、空気弁としての作用や、凍結破損防止の作用は、上述の第１実施形態と同様である。
【００９９】
なお、図６は、本発明の凍結破損防止作用の一例を示しており、例えば、収納室２１内の図示しない氷塊や内圧などの作用によって、フロート弁体３が遊動弁体４と略平行の姿勢で小空気孔３７を密着閉塞すると共に、遊動弁体４のシールリング３８もピストン９０の下端面１０１に密着して大空気孔８３を閉塞し、さらに、これらがピストン９０を上死点付近まで押し上げた状態を示している。この状態では、カバー体８６ａの係合部９５からピストン９０の受け部９９が離れて皿バネ８７が圧縮されており、また、ピストン９０の穴部８９を挿通している上端部は、ピストン９０の上昇分だけ穴部８９より突出して口金８４の内周側へ収容される。この際のピストン９０の外周面の摺動において、穴部８９内周と間はＯリング９１で、固定筒８８の下方側内周面との間はＯリング１００で、それぞれシールされる。上述のように、このようなピストンの上昇作用は、図１、３に示した第１実施形態のユニット６１においても同様である。
【０１００】
図６に示すように、ピストン９０が昇降動する際に固定筒８８の内周面にガイドされる筒状部９６の長さは、昇降動の最大ストローク分（同図における係合部９５と受け部９９との距離）に対して十分な長さが確保されているので、昇降動の際にピストン９０がスムーズに移動でき、よって、確実な凍結破損防止効果が得られる。このことは、図１、３に示した第１実施形態におけるピストン６６の筒状部７４においても同様である。
【０１０１】
図５、６において、上記の作用・動作に加え、本例ではさらに、口金８４を用いて、以下のように、口金用途にも直ちに兼用可能な空気弁として構成されている。
【０１０２】
本例の空気弁を、口金８４を介して洗管用や臨時の消火栓として通水機能を発揮させる場合、予めフロート弁体３、遊動弁体４、案内筒体２を抜き出した弁箱１に、口金８４を有する凍結破損防止用ユニット８５を取付ける。この場合、固定筒８８を弁箱１の上方より挿入し、アーム係合片９７と装着溝５２との位置を合わせながら固定筒８８を差し込んで所定角度回転させる。この回転により、ロックピン５４がアーム係合片９７の緩傾斜面９７ｂにより自動的に没入方向に移動する。固定筒８８がセット位置まで達すると、急傾斜面９７ａがロックピン５４の位置に到達することでこのロックピン５４がスプリングの付勢力で突出して急傾斜面９７ａ側に係合する。このとき、緩傾斜面９７ｂがストッパ５３の緩傾斜面５３ｂに衝突することから、アーム係合片９７が両側から挟まれて固定保持される。
【０１０３】
このように口金８４を有するユニット８５を弁箱１に装着することにより、このユニット８５とは別のあらたな口金を必要とすることなく、ユニット８５の大空気孔８３によって通水機能を発揮できる。そのため、空気弁の設置場所に別の部品を持ち運ぶ必要もなく、フロート弁体３、遊動弁体４、案内筒体２を弁箱１に着脱することで簡単に空気弁と消火栓等とを切換えて使用できる。このとき、一般的な玉形弁構造の消火栓では圧力損失が大きくなることに比較して、この実施形態の空気弁では流路がストレート構造になっていることで、消火栓等に使用する際に圧力損失を小さくできる。
【０１０４】
ユニット８５の口金８４には、ホース等を接続可能であり、このホースを介して管路内を洗管したり臨時の消火栓として利用可能になる。更に、管路内の水圧測定などの各種の用途にも利用可能となる。ユニット８５を取付けて消火栓等として使用する場合、口金８４により、例えば日本水道協会規格ＪＷＷＡ Ｂ １０３（水道用地下式消火栓）の消火栓と同等の流量を確保できる。
【０１０５】
さらに、フランジ３１に補修弁としてボール弁を設けた場合、この補修弁の開閉により流路を確保しながら洗管用や臨時の消火栓に適したものを提供できる。このとき、弁箱１の下部に案内台座３２を設けていることで、補修弁を介して流れ込む噴流がこの案内台座３２に当たり、直接弁外に噴出することが防止される。
【０１０６】
なお、上記実施形態においては、空気弁の下部にフランジ３１が一体に設けられた空気弁の例を説明したが、空気弁の下部に流路開閉用のボール弁が一体に設けられた空気弁、いわゆるボール弁付き空気弁と呼ばれる空気弁であってもよく、この場合にも上記と同様の機能を発揮することができる。
【０１０７】
更に、本発明は、材質等を含め、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【符号の説明】
【０１０８】
１  弁箱
２  案内筒体
３  フロート弁体
４  遊動弁体
６  開口部
１１  固定手段
１２  ８３  大空気孔
２０  流入口
３７  小空気孔
５０  ９７  アーム係合片（係止部）
５２  装着溝
５４  ロックピン装置（止具）
６０  カバー
６１  ８５  凍結破損防止用ユニット
６４  ８８  固定筒
６５  ９２  膨張吸収室
６６  ９０  ピストン
６７  ８６  ピストンケース
６８  ８７  皿バネ（スプリング）
７８  鍔部片
７９  取付片
８０  ボルト
８２  取付部
８４  口金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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