JPH06109145A

JPH06109145A - 弁装置

Info

Publication number: JPH06109145A
Application number: JP26135992A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyo Haba; みつ代羽場
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、弁装置を、液圧１７．５kgｆ／cm
²の流水を完全に止水または流量調節できるようにし
て、特に長時間連続して使用した場合でも耐液圧性を保
持して実用上の信頼性を満足できるものとする。【構成】ハウジング１の内部に固定された弁体６と、
この弁体に摺動自在に重ね合わされた可動の弁体７にそ
れぞれ切り欠きによる流通路１５または流入路１３、１
４を形成して、これら一対の弁体６、７の変位により止
水または流量調整を行なう弁装置において、弁体７を、
ポリフェニレンサルファイドまたはポリエーテルエーテ
ルケトンなどの合成樹脂１００重量部とエポキシシラン
処理を施した疎水性合成マイカ２０〜２００重量部と炭
素繊維２０〜１００重量部とを配合した樹脂組成物の成
形体で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水道水用水栓、温水
・冷水混合水栓、便器用温水洗浄器の流路切り換え栓な
どに用いられ、摺接する弁体の変位により止水または流
量調整を行なう弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の弁装置の具体例として、家庭用水
道に用いられている温水・冷水混合栓の構造を図１ない
し図４を参照して説明する。

【０００３】これらの図において、温水・冷水混合栓
は、ハウジング１の側面に流出路２を有し、パッキンガ
イドに流入路３と流入路４とを有し、これら両流入路の
いずれか一方が水道管、他方が湯沸器に接続されること
になる。

【０００４】そして、上記のハウジング１の内部に設け
た弁収納凹部５内に、弁体６と弁体７およびリング状の
案内板８とが下から順に重なった状態で収納され、ハウ
ジング１上に固定された上蓋９に、弁を操作するレバー
１０が取りつけられている。

【０００５】ここで、弁体６は、ハウジング１の内径面
およびベース１２に設けた突起１１との嵌まり合いによ
ってベース１２に固定され、中央に流出路２とその周囲
に一対の流入路１３，１４がハウジング１の流出路３，
４と連通するように形成されている。また、弁体７は、
案内板８と弁体６ではさまれ、弁収納凹部５の内径より
も小径の円盤であり、弁体６および案内板８に対して、
摺動が自在になっているとともに、弁体６に対する摺動
面に流出路２と連通する流通路１５が設けられている。

【０００６】さらに、上記の弁体６とベース１２および
案内板８と上蓋９の間にゴム製のＯリング１６、１９が
組み込まれ、このＯリング１６、１９の弾性によって、
ベース１２と弁体６、弁体６と弁体７、弁体７と案内板
８の間がそれぞれシールされている。また、前記の弁体
７とレバー１０とはリンク棒１７を介して連動して、こ
のリンク棒１７が上蓋９にピン１８で支持され、レバー
１０を上下および回動させることによって弁体７を駆動
し、流通路１５の変位により、温水・冷水および混合水
の取り出しと閉栓とが行えるようになっている。

【０００７】なお、図１および図２は、弁体７が同図右
側に最も変位し、流通路１５が両流入路１３，１４の何
れにも連通しない状態を示し、図３は流通路１５が一方
の流通路１３と連通する弁体７の位置を示し、温水また
は冷水が単独で取り出される状態を示し、図４は、流通
路１５が両流通路１３および１４と連通する弁体７の位
置を示し、混合水の取り出し状態を示している。

【０００８】以上述べたような弁装置は、弁体６および
７による摺動面間のすり合わせ状態に応じて、流量調整
または流路変更を行なうものであって、温水・冷水の混
合栓に限らず、便器などに設置される温水洗浄器の流路
切り換えなどにも使用することができる。

【０００９】このような弁体６または弁体７は、いずれ
か一方をセラミックスで成形し、他方はフッ素樹脂、超
高分子量ポリエチレンなどの自己潤滑性を有する樹脂ま
たは二硫化モリブデン、カーボンなどの潤滑性を高める
フィラーを充填した樹脂で構成（たとえば実開昭６３−
３６７６５号公報）することが知られている。

【００１０】しかし、自己潤滑性樹脂製の弁体は、耐ク
リープ性に劣り、繊維類充填材で補強しても、樹脂と補
強剤とのヌレ性の悪さから充分な補強効果が得られず、
結果として低い水圧にしか耐えられないか、または、こ
の樹脂弁体の肉圧を実用レベルとはかけ離れた大きなも
のとする必要があった。また、補強効果の大きい樹脂
に、自己潤滑性を有するフィラーを充填した系において
も、充分な潤滑性を得るには、相当量の潤滑性フィラー
を使用する必要があり、その結果、衝撃強度または耐ク
リープ性は著しく低下し、クラック発生または止水不良
などの問題が起こり、逆に潤滑性フィラーの量が少なす
ぎると、弁体摺接面の潤滑性が悪くなり、そのために弁
装置を操作するレバーなどのハンドルトルクが大きくな
って問題を生じる。

【００１１】これらの問題を考慮したものとしては、弁
体を構成する樹脂成分がポリエーテルイミド樹脂、ポリ
エーテルサルフォン樹脂と炭素繊維、ガラス繊維および
適宜に粉末状充填剤を添加したものがあり、またはポリ
エーテルケトン樹脂３５〜９０重量％と平均繊維径が８
μｍ以下の炭素繊維１０〜６５重量％からなり、さらに
天然マイカなどの無機粉末充填剤を配合した樹脂組成物
が、特願平１−１０６８７号に提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した一対
の弁体同士の摺接面は、僅かの平面度の狂いがあっても
液密に摺接できず、使用中に吸水して膨潤した弁体では
実用上の目安となる液圧１７．５kgｆ／cm²における止
水試験で液漏れするという問題点がある。

【００１３】その原因としては、上記した樹脂組成物に
配合されたマイカの物性が考えられる。

【００１４】そこで、この発明は、膨潤が原因と考えら
れる上記した弁体摺接面の平面度の問題点を解決し、弁
装置を、液圧１７．５kgｆ／cm²の流水を完全に止水ま
たは流量調節できるようにして、特に長時間連続して使
用した場合でも耐液圧性を保持して実用上の信頼性を満
足できるものにすることを課題としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、ハウジング内部に固定された
弁体とこの弁体に摺動自在に重ね合わされた可動弁体に
それぞれ切り欠きまたは開口を形成し、これら一対の弁
体の変位により止水または流量調整を行なう弁装置にお
いて、これら弁体のうちの少なくとも一方の弁体が、合
成樹脂１００重量部と疎水性合成マイカ２０〜２００重
量部とを配合した樹脂組成物の成形体からなる構成を採
用したのである。

【００１６】または、前記した成形体に代えて、合成樹
脂１００重量部と疎水性合成マイカ２０〜２００重量部
と炭素繊維２０〜１００重量部とを配合した樹脂組成物
の成形体を採用することもできる。

【００１７】以下、その詳細を述べる。

【００１８】まず、この発明における合成樹脂は、とく
に限定されるものではなく、熱硬化性または熱可塑性の
いずれの樹脂であってもよく、たとえばフェノール樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンフェノール共
縮合樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、ユリアグアナ
ミン共縮合樹脂、アミノ樹脂、アセトグアナミン樹脂、
メラミングアナミン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、エポキ
シアクリレート樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、
ポリテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチ
レン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン樹
脂、エチレン−テトラフルオロエチレン、エチレン−ク
ロロトリフルオロエチレン共重合体、塩化ビニル樹脂、
塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン（低密度、高密度、
超高分子量）、塩素化ポリオレフィン、ポリプロピレ
ン、変性ポリオレフィン、水架橋ポリオレフィン、エチ
レン−ビニルアセテート共重合体、エチレン−エチルア
クリレート共重合体、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ
アミドメタクリル樹脂、ポリアセテタール、ポリカーボ
ネート、セルロース系樹脂、ポリビニルアルコール、ポ
リウレタンエラストマー、ポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフ
ォン、ポリエーテルイミド、ポリシアノアリールエーテ
ル、ポリエーテルケトン、アイオノマー樹脂、ポリフェ
ニレンオキサイド、メチルペンテンポリマー、ポリアリ
ルスルホン、ポリアリルエーテル、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリスルホン、芳香族ポリエステル、ポリテ
トラメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート、熱可塑性ポリエステルエラストマー、各種高分子
物質のブレンド物などを例示することができる。

【００１９】また、以上述べた合成樹脂のなかでも、ガ
ラス転移点（Ｔｇ）が、摂氏８５℃以上である合成樹脂
が好ましく、たとえば、ポリフェニレンサルファイド、
ポリエーテルエーテルケトン、ポリシアノアリールエー
テル、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、
ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンな
どの一群を例示することができる。特にこの群のうちの
前三者は、吸水率が低く、潤滑性、耐摩耗性が優れてい
るので、これらをの成形品を弁体として採用した弁装置
に、長期に亘る軽快なハンドル操作性と確実な止水性を
与える。

【００２０】次に、この発明における疎水性合成マイカ
は、人工的に合成したマイカであって、天然マイカに比
べて不純物が少なく、疎水性のものである。具体例とし
ては、天然に産する金雲母として知られるＫＭｇ₃（Ａ
ｌＳｉ₃Ｏ₁₀）（ＯＨ）₂のＯＨ^-をＦ^-で置換した構
造をもつ合成フッ素金雲母ＫＭｇ₃（ＡｌＳｉ₃Ｏ₁₀）
Ｆ₂が好ましい。このような合成雲母を製造するには、
フッ化物の存在下で金雲母とおなじ組成となるように、
高純度のシリカ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、マグネシア（ＭｇＯ）および酸化カリウム
（Ｋ₂Ｏ）を調合し、高温溶融したのち、徐々に冷却し
て結晶化させればよい。疎水性合成マイカは、粉体化し
て、その平均粒径が５〜４０μｍの薄い鱗片状のものを
用いることが好ましい。なぜなら、５μｍ未満のもので
は耐摩耗性が悪く、また４０μｍを越えるものでは、径
と厚さの異方性が大きすぎることとなって、成形時のせ
ん断力でマイカの配向性が増長し、吸水時に弁体の摺接
面に平面度の狂いを生じさせないという所期の目的を達
成することが難しくなるからである。また、このような
疎水性合成マイカは、所定のマトリックスである合成樹
脂とマイカの接着性を向上させるように、エポキシシラ
ンなどのシランカップリング剤を用いて表面処理を施
し、さらに吸水率を低下させて所定のマトリックスであ
る合成樹脂の吸水による寸法の変化を一層抑制するよう
にすることが好ましい。このような物性を呈するよう調
製された市販の疎水性合成マイカとしては、兼松化成品
社製：ＦＭ−３０ＥＳ，ＦＭ−５ＥＳなどを挙げること
ができる。

【００２１】この発明で用いる炭素繊維としては、アク
リルニトリル系、ピッチ系、セルロース系などの繊維
を、原料を特に限定することなく用いることができる。
特に、アクリルニトリル系の炭素繊維は、耐クリープ性
など機械的特性の補強効果の優れる点で好ましいもので
ある。

【００２２】このような炭素繊維の繊維長は、特に限定
するものではないが、１〜６mm程度のものが望ましい。
なぜなら１mm未満の短繊維では、混練時の応力でさらに
短くなって強化材としての効果が低下し、一方、６mmを
越える長繊維では、混練時の分散性が悪くなって好まし
くないからである。また、炭素繊維の径は、８μｍ以下
のものを用い、特に平均繊維径８μｍ以下のものが望ま
しい。なぜなら、摺接面において材料組織から脱落した
り、または相手材によって折り曲げられたりした炭素繊
維が存在するが、それらは出来るだけ小さい単位、たと
えば粉状であることが、潤滑性、耐摩耗性にとって有利
であり、また、後述する成形後の摺動面の後加工におい
て、小さくて良好な面粗さを得る上で肝要だからであ
る。

【００２３】以上述べた樹脂弁体を構成する原材料の配
合割合は、合成樹脂１００重量部に対して疎水性合成マ
イカ２０〜２００重量部であるか、さらに炭素繊維２０
〜１００重量部を添加する。合成マイカが、２０重量部
未満の少量では弁体の剛性が低く弁装置の初期の止水性
が悪くなり、耐摩耗性も劣るため、長期使用後には止水
性が一層悪くなる。また、２００重量部を越える多量で
は、成形が困難となる。炭素繊維が２０重量部未満の少
量では、潤滑性または耐摩耗性の向上がなく、１００重
量部を越える多量では、弁体の成形が困難となる。

【００２４】また、これら原材料の混合成形するときの
混合方法は、特に限定されるものでなく、通常一般の工
業的手法を採用できる。溶融成形法も特に限定するもの
ではないが、量産性、低コスト化を考えれば、射出成形
法が好ましい。

【００２５】しかし、射出成形だけで摺接面の平面度も
含めて最終形状を得ることは非常に難しいので、射出成
形直後に同じ金型内で圧縮成形の行なえる、いわゆる射
出圧縮成形が有利である。通常は、成形後に摺動表面の
優れた平面度を出すために後加工を行なう。すなわち、
平面研削盤等で成形品素材の平行度および平面度を整え
た後、ラップ機で１０〜５０μｍ程度表面を磨き取る。
この際のラップ砥粒には、アルミナ、炭化ケイ素などを
主成分としたものを用いればよく、その粒度は非常に細
かいもの、たとえば＃２０００以下、好ましくは＃４０
００以下のものが適当である。

【００２６】

【作用】この発明における弁装置は、弁体の少なくとも
一つが合成樹脂組成物からなり、そしてこの合成樹脂組
成物に配合される所定量のマイカが、従来の天然マイカ
のように水酸基を有して水に対する親和性の高い層状ケ
イ酸塩とは異なり、水酸基を有しない疎水性の合成マイ
カであるので、使用中の弁体の摺接面が膨潤せず、すな
わち吸水による寸法変化が抑えられ、また、潤滑性、耐
摩耗性にも優れたものとなる。さらに炭素繊維の混合さ
れた合成樹脂組成物から成形した弁体を用いると、機械
的強度の点でも一層好ましいものとなり、長期間にわた
って液漏れせず、優れたハンドル操作性を維持する。

【００２７】

【実施例】実施例および比較例に使用した原材料を一括
して示すと以下の通りである。なお、（）内には略称
を示し、配合割合は全て重量部で示した。

【００２８】（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂
（ＰＰＳ）トープレン社製：Ｔ−４（２）ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）英国アイ・シー・アイ社製：ビクトレックス４５０Ｐ（３）ポリシアノアリールエーテル樹脂（ＰＥＮ）出光興産社製：ＩＤ３００（４）疎水性合成マイカ（合成マイカ−１）兼松化成品社製：ＦＭ−３０ＥＳ（エポキシシラン処理
品、平均粒径３０μｍ）（５）疎水性合成マイカ（合成マイカ−２）兼松化成品社製：ＦＭ−５ＥＳ（エポキシシラン処理
品、平均粒径５μｍ）（６）炭素繊維（ＣＦ）東邦レーヨン社製：ベスファイトＨＴＡ（７）天然マイカ（天然マイカ）カナダマイカ社製：Ｓ−２００（平均粒径６０μｍ）（８）炭酸カルシウム（炭カル）日窒工業社製：ＮＡ−６００（平均粒径３．５μｍ）（９）グラファイト（ＧＲＰ）日本黒鉛社製：ＡＣＰ（平均粒径１０μｍ）実施例１〜６：炭素繊維をエポキシ系サイジング剤で集
束させ、繊維長６mmに切断し、諸原材料を表１に示す配
合割合で予め乾式混合した後、二軸押し出し機（池貝鉄
工社製：ＰＣＭ−３０）に供給し、以下の条件にて射出
成形して、図１から図４に示すような構造である北村バ
ルブ社製シングルレバー混合栓ＫＭ３００Ｎと同型の弁
体を得た。

【００２９】すなわち、実施例１〜４では、射出成形に
際してシリンダー温度３００℃、スクリュー回転数５０
ｒｐｍの条件で押し出し造粒し、得られたペレットをシ
リンダー温度３２０℃、射出圧５００〜１５００kg／cm
²、金型温度１４０℃の条件のもとに射出成形した。

【００３０】また、実施例５および実施例６では、シリ
ンダー温度３７０℃、スクリュー回転数５０ｒｐｍの条
件で押し出し造粒し、得られたペレットをシリンダー温
度３８０℃、射出圧５００〜１５００kg／cm²、金型温
度１７０℃の条件のもとに射出成形した。

【００３１】なお、この樹脂製の弁体は、成形後、その
摺接面を平面研削盤にて平面度を出し、さらにラップ機
で表面粗さをだした。

【００３２】このようにして得られた弁体に対して、以
下のような実用的機能試験を行ない、止水性、表面形状
および摩耗係数の変化量をそれぞれ測定し、その結果を
表１に併記した。

【００３３】実用的機能試験：（１）止水性北村バルブ社製のシングルレバー式混合栓ＫＭ３００Ｎ
を用い、図１の弁体７のディスクをこの実施例の樹脂製
とし、摺接する弁体６をアルミナ製として取り付け、耐
久試験前の初期および９０℃の熱湯に４００時間浸漬し
た吸水後の止水試験を行なった。止水試験においては、
レバーを中央下部に（止水状態）とし、ポンプによって
水圧を最大１７．５kgｆ／cm²までかけ、水漏れによる
３０秒間の圧力降下量（kgｆ／cm²）を測定した。

【００３４】（２）表面形状の変化量表面粗さ計（日本真空社製：ＤｅｋｔａｋII型）を使用
し、弁体摺接部（図１の弁体７）の使用前の表面形状
と、９０℃の熱湯に４００時間浸漬した吸水後の表面形
状を測定し、その変化量が３μｍ未満のものを☆印、５
μｍ未満のものを○印、５μｍ以上のものを×印の三段
階に評価した。

【００３５】（３）摩耗係数この実施例の樹脂製試験片（外径２１mm、内径１７mm、
厚み１０mm）を作成し、滑り速度４ｍ／分、荷重４kgｆ
／cm²、７０℃温水中１００時間の条件で、スラスト型
摩耗試験機を用い、相手材をアルミナを主成分とするセ
ラミックスとして測定した。

【００３６】

【表１】

【００３７】比較例１〜７：原材料を表２に示す割合で
配合し、比較例１〜３および比較例６〜７を、実施例１
〜４と全く同じ条件で成形し、比較例４および比較例５
は、実施例５および実施例６と全く同じ条件で成形して
前記した実用的機能試験と全く同様の試験法にて諸特性
を調べ、得られた結果を表２中に併記した。

【００３８】

【表２】

【００３９】表１および表２の結果から明らかなよう
に、実施例１〜６は、いずれも表面形状の吸水後の変化
率が、非常に少なく、止水性においても吸水後の変化量
が少なかった。なかでも、炭素繊維を併用した実施例
３、５および６は、摩耗係数も小さく、耐摩耗性にも優
れていた。

【００４０】これに対して、疎水性の合成マイカの配合
率を１０重量部と少なくした比較例１または疎水性の合
成マイカに代えて炭酸カルシウムもしくはグラファイト
を用いた比較例６と比較例７は、いずれも摩耗係数が非
常に大きくなり、初期の止水性も劣っていた。特に、天
然のマイカを用いた比較例２〜５では、吸水後の表面形
状の変化量が非常に大きく、吸水後の止水性が著しく低
下していた。

【００４１】

【効果】この発明は、以上説明したように、弁体の成形
材料である合成樹脂組成物に配合される充填剤として、
所定量の疎水性の合成マイカを用いたので、成形され、
かつ精度の高い表面粗さおよび平面度に仕上げられた弁
体摺接面の吸水による寸法変化が抑えられ、さらに所定
量の炭素繊維が混合された合成樹脂組成物から成る弁体
として、機械的強度の点でも一層好ましいものとなり、
液圧１７．５kgｆ／cm²の流水を完全に止水または流量
調節でき、特に長時間連続して使用した場合でも耐液圧
性を保持して実用上の信頼性を満足できる弁装置となる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】家庭用水道に用いられる温水・冷水混合栓の構
造を例示する縦断面図

【図２】弁装置の作動状態を説明する横断面図

【図３】弁装置の作動状態を説明する横断面図

【図４】弁装置の作動状態を説明する横断面図

【符号の説明】

１ハウジング２流出路３、４、１３、１４流入路５弁収納凹部６、７弁体８案内板１０レバー１２ベース１６Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内部に固定された弁体とこの
弁体に摺動自在に重ね合わされた可動弁体にそれぞれ切
り欠きまたは開口を形成し、これら一対の弁体の変位に
より止水または流量調整を行なう弁装置において、これら弁体のうちの少なくとも一方の弁体が、合成樹脂
１００重量部と疎水性合成マイカ２０〜２００重量部と
を配合した樹脂組成物の成形体からなることを特徴とす
る弁装置。
【請求項２】請求項１記載の成形体に代えて、合成樹
脂１００重量部と疎水性合成マイカ２０〜２００重量部
と炭素繊維２０〜１００重量部とを配合した樹脂組成物
の成形体からなることを特徴とする弁装置。