JP5695362B2 - ガス栓 - Google Patents

Description

本発明は、ガス機器に繋がるガス管路を開閉するガス栓に関する。特には、気密特性及び摺動特性を改良したガス栓に関する。

一般に、各種ガス機器（ガスメータその他）に繋がるガス管路中には、ガスを流通及び遮断するガス栓が組み込まれている。従来一般に使用されているガス栓は、内部にガス流路を有する本体と、ガス流路内に回動可能に配置されて、ガス流路を開閉する栓体と、を備えている。本体のガス流路内には栓体摺動面が形成されており、栓体にはガス流路の栓体摺動面と摺動する外側摺動面が形成されている。栓体は外側摺動面が本体の栓体摺動面で摺動しつつ本体内で回動し、ガス流路を開閉する。

このようなガス栓においては、本体と栓体の摺動面間の気密性の確保や両面間の凝着の防止、栓体の本体に対する摺動性を得るために、両面間に半固体状のグリース等の潤滑剤が介されているのが一般的である。一方、グリースの化学的劣化や補給の必要性を問題として、グリース不要を目的とした、栓体の摺動面にフッ素樹脂皮膜等のコーティングを施したガス栓も提案されている。しかし、コーティングのみでは確実な気密性能が得られないため、より安全性を求めてグリースと併用される場合が多い。また、フッ素樹脂皮膜にシリコーンオイルを含浸させた栓体も提案されている（特許文献１参照）。この提案の栓体は、グリースが不要であるとともに、十分な気密性能が得られるとされている。

特公昭５９−７５２号

本発明は、気密特性の向上とともに、摺動操作力の低減や回転操作の滑らかさ、耐久性の向上などの利点を有するガス栓を提供することを目的とする。

本発明のベースとなるガス栓は、 内部にガス流路及び栓体摺動面を有する本体と、 前記栓体摺動面で摺動する外側摺動面及びガス流孔を有し、前記ガス流路を開閉する栓体と、 該栓体を動かす機構と、を具備するガス栓であって、 前記栓体の外側摺動面に、固体潤滑剤からなる厚さ１〜４μｍの被膜が、面上に分散した印刷パターンとして形成されている。

本発明によれば、固体潤滑剤被膜を分散して形成したので、栓体の外周面に、被膜が形成されている部分である凸部と、被膜が形成されていない部分である凹部とが混在することになる。この凹部はグリース溜まりとして作用し、気密特性や摺動特性を向上させることができる。

なお、栓体摺動面の形状は、円筒面（ガスコンセントなど）や円錐面（ハンドル回動切替式ガス栓など）を含み、特に限定されない。また、本体及び栓体の材質も、鋳鉄・黄銅などを含み、特に限定されない。
固体潤滑剤としては、ポリアミドイミド樹脂やポリエーテルサルボン樹脂にフッ素樹脂等を分散させたものが好ましい。

固体潤滑剤被膜形成の前処理としては、リン酸マンガンやリン酸亜鉛などの化成処理膜を、厚さ０．５〜１．５μｍ程度、摺動面全体に生成させることが好ましい。これにより、固体潤滑剤被膜の密着性向上、良好なグリース保持性、防錆性能などが得られる。

固体潤滑剤被膜の形成方法は、限定されるものではないが、膜厚の均一性やパターン形状の自由度の点からスクリーン印刷が好ましい。さらに、その後焼成する。焼成条件は、一例として温度が３２０℃、焼成時間が２０分である。

本発明においては、 前記印刷パターンが、前記固体潤滑剤がベタ状に塗布されたベタパターンと、塗布された部分と塗布されていない部分とが分散して混在する分散パターンとからなり、 前記ベタパターンが、前記摺動面の端部及び前記ガス流孔の周囲に形成され、 前記分散パターンが、前記摺動面の端部及び前記ガス流孔の周囲以外の前記摺動面に形成されていることが好ましい。

摺動面の端部及びガス流孔の周囲にベタパターンを形成することにより、摺動面の端からグリースが漏れることを防止する効果がある。
なお、摺動面の全体の面積に対する被膜形成部の面積の割合は７５〜８５％であることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、栓体の外周面に固体潤滑剤被膜を分散して形成したので、外周面には、被膜が形成されている部分である凸部と、被膜が形成されていない部分である凹部とが混在することになる。この凹部はグリース溜まりとして作用し、気密特性や摺動特性を高めたガス栓を提供できる。

本発明のガス栓の栓体を説明する図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ部拡大図である。 本発明のガス栓の全体の構造を示す分解斜視図である。 本発明のガス栓の本体を示す縦断面図である。 本発明のガス栓の栓体の製造工程を説明するフローチャートである。 本発明のガス栓の栓体の被膜パターンの他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図２を参照してガス栓の全体の構造を説明する。
本発明のガス栓１は、主に、本体１０及び栓体２０と、栓体押し回し機構４０と、を備える。この例では、栓体押し回し機構４０は、ハンドル４１、ドライブシャフト５０、Ｃ形止め輪４３、ストッパ６０及びコイルばね４５からなる。以下の各図の説明において、ハンドル４１の方を上、本体１０の方を下といい、その直交する方向を左右、あるいは前後という。

本体１０は、図３にも示すように、例えば鋳鉄や黄銅で作製された略Ｌ字状の部材であり、内部には、図の上下方向に貫通する貫通孔１１と、この貫通孔１１から図の左方向に分岐した貫通孔１２とが形成されている。上下貫通孔１１の下側の開口１１ａがガス入側口、分岐した貫通孔１２の開口１２ａがガス出側口となり、ガス入側口１１ａからガス出側口１２ａに向かうＬ字状のガス流路が形成される。ガス入側口１１ａはガス元配管と接続され、ガス出側口１２ａは種々のガス機器と接続される。

本体内の上下貫通孔１１と分岐貫通孔１２とが交差する中空部１３には、後述する栓体２０が収容される。中空部１３の内周面１３ａは、下方に向かって先細のテーパ状の栓体摺動面となっている。栓体２０は、上下貫通孔１１の上開口１１ｂから中空部１３に挿入される。

上下貫通孔１１の上開口１１ｂの上縁の対角上には、切り欠き段部１５が形成されている。この切り欠き段部１５は、後述するドライブシャフト５０の回転を規制するためのものである。

栓体２０は、本体１０のガス流路を開閉するものであり、図１にも示すように、例えば真鍮で作製された、下方に向かって先細の円錐台状の部材である。栓体２０は、前述のように本体１０の中空部１３に収容される。栓体２０には、中心軸と直交する方向に延びる貫通孔２１（横方向貫通孔）と、この貫通孔２１から下端面に向かって中心軸上を延びる貫通孔２２（下方向貫通孔）とが形成されている。栓体２０が本体１０の中空部１３に収納された状態においては、下方向貫通孔２２の開口は、本体１０のガス入側口１１ａに開口する。そして、横方向貫通孔２１のいずれか一方の開口が、本体１０のガス出側口１２ａに開口するように栓体２０を本体１０に対して回動すると、ガス入側口１１ａとガス出側口１２ａとが、栓体２０の両貫通孔２１、２２を介して連通し、ガス流路が連通する。また、栓体２０の外周面がガス出側口１２ａを塞ぐように、栓体２０を本体１０に対して回動すると、ガス流路が遮断される。

栓体２０の外周面２５（外側摺動面）は、本体１０の中空部１３の内周面１３ａ（栓体摺動面）の先細形状と一致する、下方に向かって先細の形状となっている。栓体２０が本体１０の中空部１３に収容された状態において、栓体２０を本体１０に対して回動すると、栓体１０の外周面２５は、中空部１３の内周面１３ａに対して摺動する。

栓体２０の外周面２５には、図１に示すように、固体潤滑剤からなる被膜３０が形成されている。被膜３０は、被膜が一面に形成されたベタパターンと、被膜が分散して形成された分散パターンとからなる。このように被膜を分散して形成することにより、外周面２５には、被膜が形成された部分である凸部と、被膜が形成されていない部分である凹部とが形成されることになる。凸部は、ベタパターンと、分散パターンの被膜が形成された部分であり、凹部は、分散パターンの被膜が形成されていない部分である。一例として、外周面２５の全表面積に対する凸部の面積は、７５％〜８５％であることが好ましい。この例では、ベタパターンは、外周面２５の上端縁に沿った部分３１と下端縁に沿った部分３３、及び、横方向貫通孔２１の周囲の部分３２に形成されている。この例では、分散パターンは、図１（Ｂ）に示すように六角形の網目状のハニカム状の形状であり、六角形の外殻の線状の部分が凸部であり、その内部の六角形の部分が凹部である。

固体潤滑剤は、一例として、ＷｈｉｔＦｏｒｄ社製のザイラン（商品名）を使用できる。同潤滑剤の成分は、Ｎ−メチルピロリドン、四フッ化エチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、石油系混合溶剤、キシレン、エチルベンゼン、コバルト、亜鉛、ニッケル及び酸化チタンの混合物である。被膜３０の膜厚は１〜４μｍである。被膜３０の形成方法については後述する。

図２に示すように、栓体２０の上面には、外縁から一段低い低部２７が形成されている。この低部２７内には、径方向に延びる係合突部２８が形成されている。

栓体押し回し機構４０は、図２に示すように、ハンドル４１、ドライブシャフト５０、Ｃ形止め輪４３、ストッパ６０及びコイルばね４５からなる。
ドライブシャフト５０は真鍮製の部材であり、栓体２０の上部に、コイルばね４５を介して配置されている。ドライブシャフト５０の上面には、径方向に延びる突部５１が形成されている。この突部５１には、ハンドル４１が皿小ネジ４２で固定されている。一方、ドライブシャフト５０の下面には、径方向に延びる切り欠き５３が形成されている。この切り欠き５３は、ドライブシャフト５０の栓体２０の係合突部２８に係合している。このような構成により、ドライブシャフト５０は、コイルばね４５で上方向に付勢されつつ、ハンドル４１と栓体２０とを相対回動不能かつ上下間隔可変に連結している。そして、ハンドル４１を押し回すことにより、栓体２０を本体１０の凹部１３内で回動させることができる。

ストッパ６０は真鍮製のリング状の部材であり、ドライブシャフト５０の回転を規制するためのものである。ストッパ６０の外周には、対角上を外方向に突き出た突部６１が形成されている。ストッパ６０は、これらの突部６１が本体１０の切り欠き１５にはめ込まれて本体１０に対して回り止めされ、さらにＣ形止め輪４３によって本体１０に保持されている。ストッパ６０の内周には、対角上を外方向に凹んだ係止孔６３が形成されている。ドライブシャフト５０が上方に付勢されたときに、ドライブシャフト５０の上面の突部５１がこれらの係止孔６３に係合し、ドライブシャフト５０が、ストッパ６０即ち本体１０に対して回動不能となる。

ガス栓１を開くには、ハンドル４０を下方に押し、ドライブシャフト５０をコイルばね４５の付勢力に抗して下方に移動させる。これにより、ドライブシャフト５０の突部５１がストッパ６０の係止孔６３から外れて、ハンドル４０が回動可能となる。そして、ハンドル４０を押し下げたまま回動させると、栓体２０が本体１０の凹部１３内で回動し、栓体２０の左右貫通孔２１の一方の開口が、本体１０のガス出側口１２ａに開口してガスが流通する。

ガス栓１を閉じるには、ハンドル４０を逆方向に回動させる。ハンドル４０を所定の角度だけ回動させると、栓体２０が本体１０の凹部１３内で回動し、栓体２０の左右貫通孔２１の開口が、本体１０の凹部１３の内周面１３ａに対してガスが遮断される。そして、ドライブシャフト５０の突部５１がストッパ６０の係止孔６３に達すると、ドライブシャフト５０がコイルばね４５により上方に付勢されて、突部５１が係止孔６３に係合する。これにより、ドライブシャフト５０、栓体２０及びハンドル４１は回動不能となる。このため、不用意にハンドル４１に回動力がかかってもガス栓が開かないので安全である。
なお、押し回し機構４０としては、他の機構を採用することもできる。

このような栓体２０においては、本体１０と栓体２０の摺動面１３ａ、２５間には半固体状のグリース等の潤滑剤が介されている。栓体２０の外周面２５には、前述のように被膜３０が形成されているので、被膜の凹部（分散パターンにおいて被膜が形成されていない部分）がグリース溜まりとして作用する。これによって、気密性の向上、摺動操作力の低減、摺動操作の耐久性向上、回転操作開始時の滑らかさの向上などの効果が期待できる。

また、分散パターンにおいては、凹部と凸部とが一様に配置されているので、グリースの偏り等が起こらず、全表面にグリースを均等に行き渡らせることができる。さらに、摺動面２５の端となる部分（摺動面２５の上下端部の部分３１、３３、貫通孔２１の周囲の部分３２）には、ベタパターン（凸部）が形成されているので、端からのグリースの漏れを防ぐことができる。

また、本体１０及び栓体２０の各摺動面１３ａ、２５は、気密性の確保のために、表面の精度を精密に加工している。表面の加工精度を精密にすると気密性に優れるようになるが、一方で摺動トルクが過大となる傾向にある。しかし、本発明の被膜を形成することにより、表面の精度を精密にしても摺動トルクは過大とならないので、より気密性を得ることができる。

次に、図４を参照して被膜の形成方法の一例を説明する。
まず、Ｓ１で栓体２０の洗浄・脱脂を行う。次に、Ｓ２で、栓体２０の摺動面２５に化成処理を行う。例えば、リン酸マンガン又はリン酸亜鉛を用いて０．５〜１．５μｍ厚の被膜を生成する。これにより、潤滑剤の密着性の向上や防錆性を付加する。そして、Ｓ３で、固体潤滑剤を栓体２０の摺動面２５にスクリーン印刷して被膜３０を形成する。印刷に使用されるスクリーンとしては、線径３０μｍの樹脂繊維（ポリアミド樹脂繊維）を平織り（織目間隔３７μｍ）したスクリーンを使用できる。このスクリーンに、被膜のパターン（図１の白色部、分散パターンの凹部となる部分）を感光乳剤で目潰しする。目潰しされた部分は、潤滑剤が通過せず被膜が形成されない部分（凹部）となり、目潰しされていない部分は、潤滑剤が通過して被膜が形成される部分（凸部）となる。最後に、Ｓ４で、３２０℃の温度で２０分焼成する。

被膜形成方法としては、他にスプレー式や浸漬等の方法を適用できるが、以下の点でスクリーン印刷が好ましい。
（１）凹凸部の配置を自由に設定できる。
（２）凸部の膜厚を均一にできる。
（３）印刷される材料（固体潤滑剤）の量を最低限とできる（例えば、スプレー式の約１０％程度）ので、材料費を低減できる。

図５を参照して、被膜３０の他の例を説明する。
図５（Ａ）に示す例は、図１の例と同様に、被膜３０はベタパターンと分散パターンとからなる。この例でも、ベタパターンは、外周面２５の上端縁に沿った部分（図５には図示されず）と下端縁に沿った部分３３、及び、横方向貫通孔２１の周囲の部分３２に形成されている。分散パターンは、外周面２５のその他の部分３４の全面に形成されている。この例では、分散パターンは、図に示すように楕円が分散して配置された水玉形状であり、楕円形状の部分が凸部であり、その他の部分が凹部である。

図５（Ｂ）に示す例も、図１の例と同様に、被膜３０はベタパターンと分散パターンとからなる。ベタパターンは、外周面２５の上端縁に沿った部分（図５には図示されず）と下端縁に沿った部分３３、及び、横方向貫通孔２１の周囲の部分３２に形成されている。分散パターンは、外周面２５のその他の部分３４の全面に形成されている。分散パターンは、図に示すように円が分散して配置された水玉形状である。この例では、円形状の部分が凹部であり、その他の部分が凸部である。

これらの例においても、被膜３０の全表面積に対する凸部の面積は７５％〜８５％である。

次に、図１のガス栓を使用して初期操作トルクと耐久性とを調べた結果を説明する。
図１のガス栓を２０Ａサイズとして適用した場合について、初期操作トルクと耐久性とを計測した。
初期操作トルクは、図１のガス栓では約０．５Ｎｍであり、現行品では約１．２Ｎｍであった。これより、初期操作トルクは従来に比べて約４０％向上したことが分かる。
耐久性は、図１のガス栓では２０万回を満足し、現行品では４０００回であった。これより、耐久性は５０倍以上向上したことが分かる。ただし、ＪＩＳ規格の耐久性は１０００回とされているので、両者ともＪＩＳ規格は満足している。

図１のガス栓をガスコンセントとして適用した場合について、初期操作トルクと耐久性とを計測した。
初期操作トルクは、図１のガス栓は、現行品と同等の０．１１〜０．１２Ｎｍであり、従来と同等の性能を有することが分かった。
耐久性は、図１のガス栓では６００万回を満足し、現行品では６万回であった。これより、耐久性は１００倍以上向上したことが分かる。ただし、ＪＩＳ規格の耐久性は１万回されているので、両者ともＪＩＳ規格は満足している。

なお、図５に示した分散パターンの他の例においても同等の結果が得られた。

１ ガス栓
１０ 本体 １１、１２ 貫通孔
１３ 中空部 １３ａ 内周面（栓体摺動面）
１５ 切り欠き
２０ 栓体 ２１、２２ 貫通孔
２５ 外周面（外側摺動面） ２７ 低部
２８ 係合突部
３０ 被膜 ３１ 上端縁に沿った部分
３２ 貫通孔の周囲部分 ３３ 下端縁に沿った部分
３４ その他の部分
４０ 栓体押し回し機構 ４１ ハンドル
４２ 皿小ネジ ４３ Ｃ形止め輪
４５ コイルばね ５０ ドライブシャフト
５１ 突部 ５３ 切り欠き
６０ ストッパ ６１ 突部
６３ 係止孔

Claims (3)

1. 内部にガス流路及び栓体摺動面を有する本体と、
   前記栓体摺動面で摺動する外側摺動面及びガス流孔を有し、前記ガス流路を開閉する栓体と、
   該栓体を動かす機構と、
   を具備するガス栓であって、
   前記栓体の外側摺動面に、固体潤滑剤からなる厚さ１〜４μｍの被膜が、面上に分散した印刷パターンとして形成されており、
   前記栓体の外側摺動面に、前記被膜が形成されている部分である凸部と、前記被膜が形成されていない部分である凹部とが混在し、前記被膜が形成されていない部分である凹部がグリース溜まりとして作用して、前記本体の前記栓体摺動面と、前記栓体の前記外側摺動面とが気密性を有する摺動面を構成することを特徴とするガス栓。
2. 前記印刷パターンが、前記固体潤滑剤がベタ状に塗布されたベタパターンと、塗布された部分と塗布されていない部分とが分散して混在する分散パターンとからなり、
   前記ベタパターンが、前記摺動面の端部及び前記ガス流孔の周囲に形成され、
   前記分散パターンが、前記摺動面の端部及び前記ガス流孔の周囲以外の前記摺動面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス栓。
3. 前記分散パターンが、六角形の網目状のハニカム状であり、六角形の外殻の線状の部分が凸部であり、その内部の六角形の部分が凹部であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス栓。
   
   

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