JP2841168B2

JP2841168B2 - 樹脂弁体及びその製造方法

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Publication number: JP2841168B2
Application number: JP30953494A
Authority: JP
Inventors: 正明毛利
Original assignee: INOATSUKU KOOHOREESHON KK
Current assignee: INOATSUKU KOOHOREESHON KK
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH08145198A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開閉弁の構成要素であ
るところの樹脂弁体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまでのゴム座付き弁体は、水道用を
含め鋳鉄製のものが専ら用いられてきた。弁体の構造
は、図６に示すように鋳鉄体７１をインサートとしてそ
の全面をゴムライニングしたもので、ゴム部分７２が弁
箱８に密着シールすることで止水（仕切り）機能を発揮
してきた。斯るゴム座付き弁体７を用いた仕切弁Ｇは、
その概略図を図７に示すが（上下水道機材実要覧・下水
道編参考）、一般の金属素材のみの弁体に比し、仕切作
業を低トルクで行なえ且つ良好な止水性能が得られ、重
宝がられていた。ところが、近年、上記仕切弁Ｇが使わ
れる使用先は、水道用から下水，農水，プラント用と多
岐にわたり、水道水よりも腐蝕性のある流体を扱うこと
が多くなってきた。こうした流体が通る配管材料は、高
い耐蝕性のみならず施工のし易さから塩化ビニル樹脂
（以下、ＰＶＣという。）やポリエチレンを主体とする
樹脂製へと移り変ってきた。これに伴い、従来の鋳鉄製
ゴム座付き弁体７では重量的な難があり、また弁体自体
の発錆による赤水の防止対策もあって、ＰＶＣ製のゴム
座付き弁体９が近年開発された。ゴム座付きＰＶＣ製弁
体（図８）は、操作性，軽量性，耐蝕性において、樹脂
の特性がうまく生かされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、弁体９１と
ゴム座９２とは強固な取付けが義務づけられているため
に（日本水道協会規格による）、これに適合する対策を
講じなければならず、一方で、上記ゴム座付きＰＶＣ弁
体９には、小開度時に大きな差圧が加わることによっ
て、ゴム座９２が損傷し易い傾向にあった。一般に、ゴ
ム接着において強固な接合力を与えるものは、合成ゴム
系等の接着剤を使った加硫接着とされている。ところ
が、ＰＶＣ弁体９１においては、耐熱温度が７０℃程度
しかないために斯る加硫接着を採用できず、図８のごと
くの機械的取着法に頼らざるを得なかった。この機械的
接着法とは、ゴム座形状を予め造っておき、その後、ゴ
ム座９２をインサートとしてＰＶＣの射出成形を行な
い、構造的な凹凸によって接着を実施するものである。
こうした製法に依存しているために、従来は、ゴム座９
２には１８０℃以上の耐熱性のある高価な材料を使用し
なければならずコスト高になり、更にＰＶＣの射出圧力
によってゴム座９２を変形させ、不良品の出る割合も多
くなっていた。

【０００４】本発明は上記問題点を解決するもので、下
水，農水，プラント用等の弁に使用される樹脂弁体で、
ＰＶＣ弁体並みの耐蝕，軽量，操作性を備え、加硫接着
を採用できる構造とすることで、強靱なゴムとの化学接
着力をもって製品不良を抑え、且つゴム座に耐熱性のあ
る高価な材料を選ぶこともなく、寸法精度のよい産業用
の樹脂弁体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本第一発明の要旨は、液
状熱硬化性樹脂と平均粒子径２００μｍ以下の架橋又は
部分架橋されたゴム粒子と補強繊維と無機充填剤と可塑
剤と硬化剤とを含む配合原料で造られ、表層部分に前記
ゴム粒子が濃縮分布されて成形硬化したこと及び材質の
衝撃強度２０ｋｇｆｃｍ／ｃｍ² 以上，圧縮強度１０ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以上，曲げ強度１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上を
もつことを特徴とする樹脂弁体にある。ここで、「液状
熱硬化性樹」とは、加熱前において液状を示すプレポリ
マーであり、具体的には、不飽和ポリエステル（ＵＰ
Ｅ），ビニルエステル樹脂，フェノール樹脂の液状物等
が挙げられる。液状とするのは、ゴム粒子を混合する
際、均一分散をさせ易くするためである。「ゴム粒子」
は、平均粒子径を２００μｍ以下とする架橋又は部分架
橋した粒子状のゴムであり、ニトリルブタジエンゴム
（ＮＢＲ），スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），エチ
レンプロピレンゴム（ＥＰＲ），イソプレンゴム（Ｉ
Ｒ），ブタジエンゴム（ＢＲ），ブチルゴム（ＩＩ
Ｒ），クロロプレンゴム（ＣＲ），フッ素ゴム（ＦＫ
Ｍ），アクリルゴム（ＡＣＭ），ウレタンゴム（Ｕ），
シリコンゴム（Ｓｉ），パイパロン（ＣＳＭ）等の合成
ゴムや、天然ゴム（ＮＲ）の組成物の単独或いは混合し
た加硫ゴムを素材にできる。「補強繊維」は、強度を向
上させるために配合されるもので、例えばガラス繊維，
アラミド繊維等をいう。これらは単一種類でも混合した
ものでも使用可能である。「硬化剤」は、具体的にはジ
クミルパーオキサイド，ｔ−ブチルベンゾエートなど
で、「可塑剤」は、例えばスチレンモノマー，アセトン
等をいう。

【０００６】第二発明の樹脂弁体は、第一発明で、液状
熱硬化性樹脂１００重量部に対して、ゴム粒子を３〜２
０重量部配合させるものであり、第三発明の樹脂弁体
は、第一，二発明で、液状熱硬化性樹脂１００重量部に
対して、補強繊維を５０〜２００重量部配合し、且つこ
の補強繊維の繊維長さを０．３インチ〜２インチとする
ものである。また、第四発明では、第一〜三発明で、樹
脂弁体の表面にゴム成形によりゴム座を加硫接着したゴ
ム座付き樹脂弁体とするものである。第五発明の樹脂弁
体の製造方法は、液状熱硬化性樹脂１００重量部に対
し、平均粒子径２００μｍ以下の架橋又は部分架橋され
たゴム粒子を３〜２０重量部、繊維長さが０．３インチ
〜２インチとする補強繊維を５０〜２００重量部配合
し、更に可塑剤と硬化剤とを含めた配合原料を混練した
後、成形硬化により上記ゴム粒子を表層側に濃縮分布さ
せることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明に係る樹脂弁体及びその製造方法は、弁
体の材質として熱硬化性樹脂を選択しているので、その
化学的構造が三次元網目の形になり、１８０℃以上の耐
熱性、酸，有機溶剤に対する耐性を有し、弁体として耐
蝕，軽量，操作性，強いゴム接着力をもつ。しかし、熱
硬化性樹脂はその反面、表面の延性に乏しい。これは熱
硬化性樹脂の化学構造に起因し、破断伸びが１％以下と
小さいためである。このため熱硬化性樹脂は、金属や熱
可塑性樹脂に比べ、破断（破壊）が特に表面において進
行し易くなっている。このままでは、熱硬化性樹脂の弁
体をインサートするゴムの加硫接着は、モールド中に弁
体を固定した状態になり、ゴムの注入圧がかけられるこ
とによる僅かなモールドの歪みでインサート（弁体）の
破断を招いてしまう。従って、熱硬化性樹脂を弁体とす
るには、これに対応し得る表面靱性を与えなくてはなら
ない。その対策の一つに、液状若しくは溶剤に希釈した
未加硫ゴム成分を熱硬化性樹脂に添加する方法が知られ
ている。ただ、この方法は材質全体にゴム的性質を付与
していくため、弁体として必要な耐圧性、即ち機械的強
度でいえば曲げや圧縮強度を低下させる方向に向わせる
ことになり好ましくない。

【０００８】これに対し、本発明のように、液状熱硬化
性樹脂と平均粒子径２００μｍ以下の架橋又は部分架橋
されたゴム粒子と補強繊維と可塑剤と硬化剤とを含む配
合原料を用いて成形，硬化させると、熱硬化性樹脂は、
まず硬化前の加熱によって半固形状態から一旦低粘性の
液状態にまで溶融化する。そして、圧縮過程に入った段
階で、ゴム粒子が成形体の内部から表層へと移行する現
象が生じる。かくして、樹脂弁体の表層にゴム粒子濃縮
層が形成されるようになり、表面に熱硬化性樹脂にはな
かった靱性層ができ、高い靱性が付与されるので、熱硬
化性樹脂を主体とする樹脂弁体にあっても、加硫接着へ
の対応が容易になし得るようになる。さらに、この移行
現象のため、材質内部ではゴム粒子の影響が少なくな
り、衝撃強度２０ｋｇｆｃｍ／ｃｍ² 以上，圧縮強度１
０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上，曲げ強度１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上が保持される。これらの機械強度値はゴム座取付け時
のゴム注入圧力、止水時の圧縮応力を考慮したものであ
り、この強度に満たない場合には弁体に座屈の破損を生
じ易い。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。（１）実施例１図１〜図５は、本発明に係る樹脂弁体及びその製造方法
の一実施例を示す。図１は樹脂弁体成形におけるゴム粒
子の分散状況を示す概念図、図２は樹脂弁体図、図３は
樹脂弁体内でのゴム粒子の分布状況を示した概念図、図
４はゴム座付き樹脂弁体用金型の概略断面図、図５はゴ
ム座付き樹脂弁体の部分断面図である。［配合原料の調整］液状熱硬化性樹脂，ゴム粒子，補強
繊維，無機充填剤，可塑剤，硬化剤，離型剤，増粘剤に
ついて、それぞれ次の材料を選定し、以下の配合割合で
混練した配合原料を準備した。液状熱硬化性樹脂として、不飽和ポリエステル（日本
ユピカ社製、商品名「ユピカ」）１００重量部（以下、
「部」という。）、ゴム粒子として、平均粒子径が１
８０μｍで部分架橋されたニトリルブタジエンゴム（ポ
リサー社製、商品名「クライナック」）１０部、補強
繊維として、１インチ長のガラス繊維（旭ファイバーグ
ラス社製、商品名「ファイバーグラス」）１００部、
無機充填剤として、タルク４０部と硫酸バリウム１６０
部との混合、可塑剤として、スチレン２０部、硬化
剤として、ジクリルパーオキサイド２部、離型剤とし
て、ステアリン酸亜鉛７部、増粘剤として、酸化マグ
ネシウム１．５部を選定した。これらをまとめたものを
表１に示す。表１は各上段が材料名、下段が配合量
「部」を表している。

【００１０】

【表１】

【００１１】配合原料１を得るにあたっては、液状熱硬
化性樹脂，可塑剤，硬化剤，離型剤，増粘剤，ゴム粒子
をミキサーで混合・分散させ、その後、ニーダーによっ
て更に補強繊維，無機充填剤を加えて混練し、成形材料
として調整している。尚、その他、必要に応じて顔料等
が配合される。

【００１２】ところで、上記ゴム粒子に熱可塑性エラス
トマーを選ぶと、この粒子が加熱成形時に溶融して成形
体の表層へブリードし移行する場合があり、樹脂弁体と
ゴム座との接着性を低下させるため熱可塑性エラストマ
ーは適さない。また、未架橋のゴム粒子を素材とする
と、上記液状熱硬化性樹脂によってゴム粒子が膨潤，溶
解し、ゴム成分が液状化してしまい、ゴム粒子としての
機能が長期間維持できず、本発明に係る配合原料の特性
を保持できないため、未架橋のゴム粒子は採用できな
い。次に、ゴム粒子のサイズについて述べる。ゴム粒子
のサイズは平均粒子径２００μｍ以下とするのが望まし
い。２００μｍを越えると、成形材料中の分散が困難と
なり、また材質自体の機械的強度が著しく低下するため
である。ゴム粒子の下限については、ゴム粒子径は本来
細かい方が好ましいことから限りなく０に近い方がよ
い。ただ、現在のところ、ゴム粒子の工業的量産性，コ
スト面等からゴム粒子径の下限は１００μｍ程度とされ
る。ゴム粒子の配合量は３〜２０部の範囲内が好適であ
る。配合量が３部未満では添加効果がみられず、一方、
２０部を越えると、樹脂弁体の材質にゴム的性質が現わ
れて、耐圧性を低下させるからである。

【００１３】補強繊維に関していえば、その繊維長さは
０．３インチ〜２インチ、とりわけ０．５インチ〜１イ
ンチの範囲内が好ましい。実験によれば、繊維長さが
０．３インチより短くなると強度が出ず、逆に、２イン
チを越えると補強繊維の材料中への分散が困難になるか
らである。また、補強繊維の配合量は５０〜２００部に
するのが好適である。補強繊維の配合量が５０部を割る
と強度が出ず、一方、その配合量が２００部よりも多く
なると、表面靱性の効果が現われなくなる場合があるた
めである。無機充填剤は、増量剤として配合するが、耐
熱，強度付与にも効果がある。耐酸性を考慮すると、タ
ルクや硫酸バリウムが好ましい。

【００１４】［成形・硬化］上記配合原料１を所定の圧
縮成形金型２内に注入し（図１）、圧力１５０ｋｇ／ｃ
ｍ² （通常１００ｋｇ／ｃｍ² 以上），温度１６０℃
（通常１４０〜１６０℃）にて１０分間成形，硬化さ
せ、図２に示す樹脂弁体３を製造した。図２で（イ）は
樹脂弁体３の平面図、（ロ）は正面図、（ハ）は側面図
である。このような配合原料１を使用する熱硬化性樹脂
の硬化反応においては、次のような現象が起こり、本発
明の特徴である樹脂弁体の表層にゴム粒子の濃縮層があ
らわれた。

【００１５】液状熱硬化性樹脂は、図１の（イ）のよう
な硬化前の加熱段階で半固形の状態から、図１の（ロ）
のごとく、一旦低粘性の液状態にまで溶融化する。そし
て、圧縮過程に入った段階で、マトリクスの樹脂中で相
溶性が悪い物体が存在すると、その物体の比重が２程度
以下で且つ微小粒子であるならば、物体は異物として成
形体の内部から表層へと移行する現象が起こる。この物
体（異物）を図１の（ハ）のごとく２００μｍ以下のゴ
ム粒子が演じる。こうして、表層に数ｍｍ程度のゴム粒
子層４が形成された（図３）。尚、本発明では、ゴム粒
子を架橋又は部分架橋ゴムとしているために、樹脂との
間に相互作用が働くことはない。未架橋のゴム粒子とす
ると、樹脂とこの未架橋ゴムとの間に化学結合的な相互
作用が発生し、既述のような表層移行度合は小さくな
る。

【００１６】［ゴム座付き弁体の製造］上述のようにし
て成形された樹脂弁体３は、所定の金型５を用いて、ゴ
ム座６が接着剤を介し加硫接着される。ここでは、上記
樹脂弁体３のゴム座６との接着面をバフ掛けにて前処理
し、脱脂後、接着剤（ロードファースト社製、商品名
「ケムロック」）を塗布した。その後、図４のような金
型５を使って、表２に示す組成割合のゴム原料を圧力１
５０ｋｇ／ｃｍ² ，温度１６０℃にて２０分間成形，加
硫接着して、図５に示すようなゴム座付き樹脂弁体Ａを
製造した。ゴム座６の肉厚は約５ｍｍ程度であった。ゴ
ム材質については、用途に応じた合成ゴムを使用するこ
とができる。例えば、耐薬品性を考慮するとＥＰＤＭな
どが好適である。

【００１７】

【表２】

【００１８】上記金型５の形式は注入式でも射出式でも
よい。使用する接着剤は、一般に使用されるもので十分
で、合成ゴム系，フェノール樹脂系等を使用できる。と
ころで、樹脂弁体３はインサートとして金型５中にセッ
トするが、ゴムを所定形状にして樹脂弁体３に取付ける
ために、キャビティ内へゴム原料を注入する際、５０ｋ
ｇ／ｃｍ² 以上の圧力が必要になっている。故に、金型
５自体に僅かな変形をもたらす。このとき、インサート
（樹脂弁体）を固定している金型５の部位がコンマ数ｍ
ｍ単位での変形が起きても、従来の１％以下の破断伸び
を示す熱硬化性樹脂では表面の破損がみられた。また、
インサートのセットが僅かに狂っても、金型の圧縮時に
インサートが押し潰され、同じような破損が起こってい
た。本発明においては、表面に靱性層（ゴム粒子層４）
を形成するために、斯る破損は解消されている。

【００１９】［樹脂弁体の性能評価］このようにして製
造された上記樹脂弁体３について、ＪＩＳＫ６９１１
に従って曲げ強度，圧縮強度，更にロックウェル硬度法
にて表面硬度を調べた。試験対象としては、実施例１と
実施例１に係る配合原料からゴム粒子を取除いたもの
（比較例１）とした。この結果を表３に示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】表３は、強度劣化がないにもかかわらず、
表面硬度についてはゴム粒子を入れた方が著しい低下を
示している。本発明の樹脂弁体３においては、その表層
のみに靱性が現われていることが確認できた。樹脂弁体
自体の物性に関しては、衝撃強度２０ｋｇｆ／ｃｍ² ，
圧縮強度１０ｋｇｆ／ｃｍ² ，曲げ強度１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 以上の機械的強度を有することが確かめられた。ま
た、図２に示す樹脂弁体の形状品（本発明品）を２０個
製造し、更に、これらについて図５のごとくのゴム座付
き樹脂弁体Ａを造った。全数とも表層に全く破損が生ぜ
ず、良品が得られた。かくして、ゴム座付き樹脂弁体Ａ
のゴム付け工程における有効性が確認できた。

【００２２】（２）実施例２本実施例では、樹脂弁体３の配合原料を次のようにし
た。液状熱硬化性樹脂として、ビニルエステル（昭和高分
子社製、商品名「リポキシ」）１００部、ゴム粒子と
して、平均粒子径が１５０μｍの架橋スチレンブタジエ
ンゴム（自社調整品）１５部、補強繊維として、０．
５インチ長のガラス繊維（旭ファイバーグラス社製、商
品名「ファイバーグラス」）１００部、硬化剤とし
て、ｔ−ブチルベンゾエート２部を選定した。無機充填
剤，可塑剤，離型剤，増粘剤については、実施例１と同
じ材料，配合量とした（表１）。この配合原料を使用し
て圧縮成形することで、実施例１と同様、樹脂弁体３の
表層部分にのみゴム粒子層４を形成することができた。
そして、表２のゴム配合原料を用い、加硫接着によって
実施例１と同じようなゴム座付き樹脂弁体Ａを造ること
ができた。

【００２３】（３）実施例３，４実施例３では、樹脂弁体３を構成する配合原料を次のよ
うにした。液状熱硬化性樹脂として、不飽和ポリエステル（日本
ユピカ社製、商品名「ユピカ」）８０部，ビニルエステ
ル（昭和高分子社製、商品名「リポキシ」）２０部、
ゴム粒子として、平均粒子径が１６０μｍの架橋エチレ
ンプロピレンゴム（自社調整品）８部、補強繊維とし
て、０．５インチ長のアラミド繊維（日本アラミド社
製、商品名「トフロン」）２０部，１インチ長のガラス
繊維（旭ファイバーグラス社製、商品名「ファイバーグ
ラス」）６０部を選定した。無機充填剤，硬化剤，可塑
剤，離型剤，増粘剤については、実施例２と同じ材料，
配合量とした（表１）。実施例４では、配合原料を次の
ようにした。液状熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂（昭和高分
子社製、商品名「ショウノール」）１００部，ゴム粒
子として、平均粒子径が１８０μｍの架橋ブチルゴム
（自社調整品）１０部、補強繊維として、０．５イン
チ長のカーボン繊維（東レ社製、商品名「トレカ」）８
０部を選定した。無機充填剤，硬化剤，可塑剤，離型
剤，増粘剤については実施例２と同じ材料，配合量とし
た（表１）。上記配合原料を使用して圧縮成形すること
で、実施例３，４のいずれも、実施例１と同様、樹脂弁
体３の表層部分にのみゴム粒子層４を形成することがで
きた。そして、ゴム座付き樹脂弁体Ａを実施例１と同じ
ような加硫接着によって容易に造ることができた。

【００２４】尚、本発明においては、前記実施例に示す
ものに限られず、目的，用途に応じて本発明の範囲で種
々変更できる。液状熱硬化性樹脂，ゴム粒子，補強繊
維，無機充填剤，可塑剤，硬化剤，離型剤，増粘剤の材
料及びその配合量は用途に合わせて適宜選択できる。

【００２５】

【発明の効果】以上のごとく、本発明に係る樹脂弁体及
びその製造方法は、樹脂弁体の主体を熱硬化性樹脂とし
ながらも加硫接着を採用できる構造とすることで、強靱
なゴムとの化学接着力をもって製品不良を抑え、耐熱性
のある高価な材料に限られることなく寸法精度のよいゴ
ム座付き弁体を供給でき、弁のコスト低減，品質向上等
に優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂弁体成形におけるゴム粒子の分散
状況を示す概念図である。

【図２】実施例１に係る樹脂弁体図で、（イ）その平面
図と（ロ）ＩＶ−ＩＶ矢視の部分断面正面図と（ハ）側
面図である。

【図３】樹脂弁体内でのゴム粒子の分散状況を示した概
念図である。

【図４】ゴム座付き樹脂弁体に係る金型の概略断面図で
ある。

【図５】ゴム座付き樹脂弁体の部分断面図である。

【図６】従来のゴム座付き弁体図で、（イ）その正面図
と（ロ）側面断面図である。

【図７】従来の仕切弁の部分断面斜視図である。

【図８】ゴム座付き樹脂弁体図で、（イ）その断面図と
（ロ）Ｖ−Ｖ矢視図と（ハ）側面図である。

【符号の説明】

１配合原料３樹脂弁体６ゴム座Ａゴム座付き樹脂弁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 3/00 F16K 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液状熱硬化性樹脂と平均粒子径２００μ
ｍ以下の架橋又は部分架橋されたゴム粒子と補強繊維と
無機充填剤と可塑剤と硬化剤とを含む配合原料で造ら
れ、表層部分に前記ゴム粒子が濃縮分布されて成形硬化
したこと及び材質の衝撃強度２０ｋｇｆｃｍ／ｃｍ² 以
上，圧縮強度１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上，曲げ強度１０ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以上をもつことを特徴とする樹脂弁体。
【請求項２】前記液状熱硬化性樹脂１００重量部に対
して、前記ゴム粒子を３〜２０重量部配合させてなる請
求項１記載の樹脂弁体。
【請求項３】前記液状熱硬化性樹脂１００重量部に対
して、前記補強繊維を５０〜２００重量部配合し、且つ
該補強繊維の繊維長さを０．３インチ〜２インチとする
請求項１又は２記載の樹脂弁体。
【請求項４】前記樹脂弁体の表面に、ゴム成形により
ゴム座を加硫接着したことを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載のゴム座付き樹脂弁体。
【請求項５】液状熱硬化性樹脂１００重量部に対し、
平均粒子径２００μｍ以下の架橋又は部分架橋されたゴ
ム粒子を３〜２０重量部、繊維長さが０．３インチ〜２
インチとする補強繊維を５０〜２００重量部配合し、更
に可塑剤と硬化剤とを含めた配合原料を混練した後、成
形硬化により上記ゴム粒子を表層側に濃縮分布させてな
る樹脂弁体の製造方法。