JPH0668331B2 - セラミツクス質複合体からなる弁体を備えたバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流体の通路の連通又は遮断を行なうバルブに
関し、特にこのバルブに使用される弁体がセラミックス
質複合体からなるバルブに関するものである。

（従来の技術） バルブ本体内に収納した固定弁体に対し、移動弁体を操
作レバーの操作によって摺接した状態で相対移動させる
ことにより、流体の通路の連通又は遮断、換言すれば開
閉、切換、調節、混合等の制御を行なうようにしたバル
ブは、既に数多くのものが提案されてきている。

ところで、この種のバルブに対しては、次のような種々
な要望がある。

固定弁体と移動弁体とが常に摺接した状態であって
も、操作レバーによる操作は軽く行なえること。

操作レバーによる操作の軽いことが長期間維持できる
こと。

各弁体のメンテナンスが簡単で、出来れば全く不要で
あること。

当然のことながら、各弁体間の密着性が変化せず、長
期の使用によっても流体の漏れがないこと。

各弁体の製造が簡単であること。

従来既に提案されてきている流体用の各種のバルブ、例
えば湯水混合栓用のバルブにあっては、各弁体間の耐摩
耗性を考慮して、各弁体を金属あるいは酸化アルミニウ
ム焼結体等の比較的硬質材料によって稠密状態に形成し
たものが多かった。このようにすると、各弁体の耐摩耗
性は向上するが各弁体間の摺動は円滑にはならず、第４
図に示すように湯水混合栓の操作レバーに掛る摺動トル
クが初期において相当大きくなる。従って、この摺動を
円滑に行なうため、各弁体の表面に潤滑剤を塗布してお
かなければならないことになる。潤滑剤を使用すれば、
さらに次のような問題が発生することになる。

・潤滑剤には流体中のゴミ等の不純物が付着し易く、こ
れが各弁体間に入ると摺動性及び密着性を悪くする。

・長期間使用すれば、潤滑剤が流出してしまい初期の操
作特性を維持し得なくなる。

つまり、弁体の表面に塗布したコーティング状の潤滑剤
は、制御すべき流体が液体であってこれに接触する場合
にはその流体中に非常に流失し易いものである。特に、
制御すべき液体は、通常一定の圧力を加えて管路中を流
すものであるから、所詮キャビテーションが発生するも
のであり、このキャビテーションによって焼結体表面の
コーティング状の潤滑剤は早期に流失してしまうのであ
る。

そこで、例えば特開昭57−118080号公報、あるいは特開
昭59−190354号公報に示されたセラミックに関する技術
をこの種のバルブに適用することが考えられるが、この
セラミック技術は、バルブとは全く関係のない「軸受」
あるいは単なる「セラミック材料」に関するものであっ
て、前述したキャビテーションが発生することのある流
体中にさらされることを全く想定していないものである
から、潤滑剤の流体による流失を考慮しなければならな
いバルブについて、この軸受の技術をそのまま適用する
ことはできないのである。つまり、特開昭57−118080号
公報等に示された技術は、流体の通路を形成する弁体に
適用することはできないものであり、これをそのままバ
ルブに適用することはできないものである。

（発明が解決しようとする問題点） このように、セラミックスそれ自体は高い硬度を有し耐
摩耗性に優れてはいるものの一般に自己潤滑性に乏しい
ものであるが、これを解決してバルブに適用できる材料
としては未だ提案されていなかったのである。

本発明は以上のような実状に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、長期間使用した場合であって
も、操作レバーによる流体の連通・遮断操作を常に軽く
かつ安定した状態で行なうことのできるバルブを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、 バルブ本体内に固定的に収納されて流体の流路を形成し
た固定弁体、またはバルブ本体の操作レバーによって固
定弁体に接触した状態で相対移動させることにより固定
弁体の通路の連通または遮断を行なうようにした移動弁
体の少なくともいずれか一方の摺接面部分を、三次元網
目構造の開放気孔を有する多孔質セラミックス質焼結体
によって形成するとともに、前記開放気孔中に樹脂を少
なくとも10％充填したことを特徴とするセラミックス質
複合体からなる弁体を備えたバルブである。

ところで、本発明のセラミックス複合体は、出発原料で
あるセラミックス粉末を任意の形状の生成形体に形成
し、この生成形体中に存在する気孔を閉塞させることな
く結合してセラミックス多孔質体となし、次いで前記セ
ラミックス多孔質体の開放気孔中に樹脂を充填すること
によって製造することができる。

前記セラミックス粉末を任意の形状の生成形体に形成
し、この生成形体中に存在する気孔を閉塞させることな
く結合させる方法としては、種々の方法が適用できる
が、例えば、セラミックス粉末自体を常圧焼結あるいは
加圧焼結して自己焼結させる方法、セラミックス粉末に
反応によってセラミックスを生成する物質を添加して反
応焼結させる方法、セラミックス粉末にCo、Ni、Moなど
の金属あるいはガラスセメントなどの結合剤を配合して
常圧焼結あるいは加圧焼結して結合させる方法、セラミ
ックス粉末の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を結合
剤として配合して結合させる方法を適用することができ
る。

前記出発原料であるセラミックス粉末は、平均粒径が10
μｍ以下であることが有利である。その理由は、平均粒
径が10μｍより大きいセラミックス粉末を使用すると粒
と粒との結合個所が少なくなるため、高強度の多孔質体
を製造することが困難になるばかりでなく、表面の面粗
度が劣化するからである。

（発明の作用） 本発明に係るバルブは、上記のように構成されることに
よって、次のような作用がある。

まず、固定弁体または移動弁体の少なくともいずれか一
方の摺接面部分を、多孔質セラミックス質焼結体によっ
て形成することにより、このセラミックス質焼結体自体
が高い硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れていることか
ら、これらの固定弁体及び移動弁体の耐摩耗性が向上し
ている。

また、固定弁体または移動弁体の少なくともいずれか一
方の摺接面部分を、三次元網目構造の開放気孔を有する
多孔質セラミックス質焼結体によって形成するととも
に、その開放気孔中に樹脂を充填したことによって、こ
の樹脂が有する潤滑性により、固定弁体と移動弁体との
摺接が円滑に行なわれる。すなわち、固定弁体または移
動弁体の表面に位置する樹脂により潤滑がなされるので
ある。

そして、本発明においては、弁体を構成している多孔質
セラミックス質焼結体の開放気孔中に樹脂を少なくとも
10％充填したので、多孔質体からのからの結晶粒子の脱
落を防止する効果が十分であり、優れた耐摩耗性を有し
た弁体となっているのである。

この実際の潤滑特性を、上記の固定弁体または移動弁体
を炭化珪素質焼結体によって構成するとともに、これら
を内部に組付た湯水混合栓の場合の実験結果から考察し
てみると、第４図の通りであった。この実験において
は、固定弁体と移動弁体との摺接面における潤滑性を見
るために、当該湯水混合栓の操作レバーにおける摺動ト
ルク変動を計測することによって行なった。この実験に
よると、操作レバーを10万回動かしても、操作レバーに
掛る摺動トルク（第４図中のニ・ホ）は、常に5kgfcm以
下にあった。そして、摺動トルクの変動幅は、２〜2.5k
gfcm以下であった。すなわち、従来の湯水混合栓におけ
る操作レバーの摺動トルク変動（第４図中のイ・ロ）と
比較すれば、本発明に係る弁体を使用した場合は、その
操作レバーに掛る摺動トルクが小さいだけでなく、長期
間に亙って使用しても摺動トルク変動は殆んどないので
ある。

以上の作用をより微視的に説明すると、弁体の摺接部分
には、三次元網目構造となっている多孔質セラミックス
質焼結体と、その開閉気孔内に充填されて化学的安定性
の高い樹脂の表面とが露出しているから、この弁体が酸
やアルカリ等の流体に曝されたとしても、十分な耐薬品
性及び耐摩耗性を有しているのである。しかも、この弁
体の摺接部分は、セラミックス質焼結体が三次元網目構
造となっていることから気孔が存在しているが、この気
孔内に高い潤滑性を有する樹脂が少なくとも10％充填し
てあって言わば埋められた状態にあること、及びこの両
弁体が互いに摺接し合う状態に配置されていることか
ら、十分な潤滑性を有したものとなっているのである。
なお、仮に焼結体の粒子が部分的に脱落しても、この脱
落粒子は摺接面にて樹脂または気孔内に捕捉されてしま
うことになるから、脱落粒子による両弁体間での砕石作
用は殆どないものである。

また、この摺接部分にあっては、その三次元網目構造と
なっている気孔内に樹脂を充填したものであるから、摺
接面上にあった樹脂が制御すべき流体のキャビテーショ
ン等の作用によって流出されようとしても、三次元網目
構造となっている内部気孔内の樹脂に対して表面側に樹
脂が完全に一体化されているから、容易には流失しない
のである。つまり、摺接面表面にはキャビテーション等
による負圧かけられていることがあるのであるが、この
負圧によっては摺接面表面側の樹脂が内部の樹脂と分離
することがないのであり、結果内にこの摺接面部分は長
期にわたって潤滑性を有する樹脂が存在することになる
のである。

また、本発明に係るバルブは、湯水混合栓とした場合の
ように、中に砂、金属粉、錆等が混入することの十分あ
り得る湯や水を対象とすることもあるが、これを構成す
るための固定弁体及び移動弁体を互いに接合し合った状
態で配置するものであるから、上記のような混入物が両
弁体間に入ることはまずないのである。

勿論、以上のことは、流体として油、各種洗浄液、各種
溶液等の液体、あるいは各種の気体についても同様であ
る。

また、上記の炭化珪素質焼結体に代えて他のセラミック
ス質焼結体すなわち、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、SiC、TiC、T
aC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、TiB₂、CrB
₂あるいはこれらの化合物から選択されるいずれか１種
または２種以上を主として含有する焼結体を使用した場
合においても、上記の作用と略同様の作用があるもので
ある。

そして、当該バルブにおいては、その各固定弁体または
移動弁体自体が潤滑性を有する樹脂を含有しているた
め、従来のように潤滑剤を各弁体に塗布する等のメンテ
ナンスは全く不必要である。

（実施例） 次に、本発明を、湯水混合栓（10）における固定弁体
（13）または移動弁体（14）に適用した場合について、
図面を参照して説明する。第１図には湯水混合栓（10）
の縦断面図が示してあり、この湯水混合栓（10）はこれ
に供給された水または熱湯とこれら単独で、あるいはこ
れらを適宜混合してその蛇口（18）から導出するもので
ある。

この湯水混合栓（10）のバルブ本体（11）内には支持部
材（12）が収納されていて、この支持部材（12）上に固
定弁体（13）が固定的に配置してあり、さらにこの固定
弁体（13）の上には移動弁体（14）が配置してある。移
動弁体（14）の上部には連結部材（15）が固定してあ
り、この連結部材（15）に係合した作動レバー（16）が
操作レバー（17）によって動かされたとき、移動弁体
（14）を固定弁体（13）に対して密着した状態で前後左
右に摺動し得るようになっている。勿論、上記の支持部
材（12）と固定弁体（13）及び移動弁体（14）と連結部
材（15）とはそれぞれ一体的に形成して実施してもよ
く、この場合にはこの一体に形成したもののこの摺接面
部分を、後述のように三次元網目構造の開放気孔を有す
る多孔質セラミックス質焼結体によって形成するととも
に、その開放気孔中に樹脂を充填して形成すればよい。

固定弁体（13）及び移動弁体（14）は、第２図及び第３
図に示すようなもので、それぞれには一個または複数の
通路（13a）及び通路（14a）がそれぞれ形成されてい
る。これらの通路（13a）、（14a）は、移動弁体（14）
が操作レバー（17）の操作によって固定弁体（13）に対
して摺接移動することにより、水及び湯の混合を選択的
に行なえるようにその数及び位置が設定されている。勿
論、これらの通路（13a）または（14a）は貫通したもの
であってもよいし、また単なる凹所であってもよい。

また、第５図には、本発明に係る固定弁体（13）及び移
動弁体（14）を使用した単水栓（20）縦断面図が示して
ある。この単水栓（20）にあっては、水の一次側通路
（21）と二次側通路（22）間の隔壁（23）上にパッキン
グを介して固定弁体（13）が配置してあり、さらにこの
固定弁体（13）の上に移動弁体（14）が配置してある。
この移動弁体（14）は、当該単水栓（20）のバルブ本体
（24）上に設けた操作レバー（27）の操作によって固定
弁体（13）に密着した状態で回動されるものであり、第
６図に示したように、固定弁体（13）の一対の通路（13
a）を選択的に連通させまたはこの連通を遮断する凹所
（14b）をその下面に有している。すなわち、移動弁体
（14）の凹所（14b）が、固定弁体（13）の各通路（13
a）に対して、第７図に示したような位置関係にある場
合には一次側通路（21）と二次側通路（22）との連通を
遮断でき、また第８図に示したような位置関係にある場
合には一次側通路（21）と二次側通路（22）とを連通で
きるようになっているのである。

なお、第９図に示すように、移動弁体（14）の下面に固
定弁体（13）の各通路（13a）を覆蓋し得る遮断突起部
分（14c）を形成し、その周囲を通路（14d）となるよう
に形成して、この遮断突起部分（14c）が固定弁体（1
3）の各通路（13a）に対して、第10図の実線にて示すよ
うな位置関係にあるときは一次側通路（21）と二次側通
路（22）とを連通させ、また第10図の仮想線に示した位
置関係にあるときには一次側通路（21）と二次側通路
（22）との連通を遮断するようにして実施してもよい。

そして、以上説明したような各固定弁体（13）または移
動弁体（14）の少なくともいずれか一方の摺接面部分
が、三次元網目構造の開放気孔を有する多孔質体セラミ
ックス質焼結体によって形成するとともに、前記開放気
孔中に樹脂を充填してあるのである。

これらの固定弁体（13）または移動弁体（14）の形成は
次のようにしてなされる。以下の説明においては、各固
定弁体（13）及び移動弁体（14）の全体を三次元網目構
造の開放気孔を有する多孔質炭化珪素質焼結体によって
形成するとともに、前記開放気孔中に樹脂を充填して形
成したものについて説明するが、必要に応じて各固定弁
体（13）または移動弁体（14）の少なくとも摺接面部分
のみを、このようにして形成して実施してもよい。

各固定弁体（13）または移動弁体（14）の形成にあたっ
ては、平均粒径が５μｍ以下の炭化珪素粉末を、各固定
弁体（13）または移動弁体（14）の形状に対応した生成
形体に成形したのち、この炭化珪素を1400〜2100℃のの
温度範囲内で実質的に収縮させることなく焼結して三次
元網目構造の開放気孔を有する多孔質炭化珪素質焼結体
を製造し、次いで開放気孔内に樹脂を充填する方法によ
って寸法精度及び摺動特性の優れた炭化珪素複合体を製
造する。まず、前述の固定弁体（13）または移動弁体
（14）を、三次元網目構造の開放気孔を有する多孔質炭
化珪素質焼結体として形成する場合について、それぞれ
の条件と合わせて説明する。

・原材料の条件 炭化珪素は、平均粒径が５μｍ以下のものを使用するの
が好ましい。こうするのは、５μｍより大きい粒度の炭
化珪素は焼成収縮を抑制する上では良いが、焼結体内の
粒と粒との結合個所が少なくなため、高強度の炭化珪素
質焼結体を得ることが困難になるだけでなく、製品表面
の面粗度を劣化させることが多いからである。また、炭
化珪素の結晶系にはα型、β型および非晶質のものがあ
るが、そのいずれかを単独で、あるいはこれらを混合し
て使用してもよい。なかでも、β型の炭化珪素は５μｍ
以下のものを取得し易く、比較的高強度の焼結体を製造
することができるため有利である。特に、β型炭化珪素
を50重量％以上含有する炭化珪素粉末を使用することが
有利である。

また、この炭化珪素粉末にあっては、ホウ素、アルミニ
ウム及び鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重量％
以下であることが有利である。ホウ素、アルミニウミニ
ウム及び鉄の含有量がこれより多いと、炭化珪素中に含
有されている遊離炭素との相互作用によって焼結時に焼
成収縮し易く、実質的な収縮を生じさせることなく焼結
体を製造することが困難になるからである。

なお、炭化珪素粉末に対するホウ素、アルミニウム及び
鉄の含有量の合計が上記範囲内である場合には、出発原
料中に５重量％以下の遊離炭素を含有させるべく炭素質
物質を添加することができる。この遊離炭素は、結晶粒
の粗大化を抑制する作用を有しており、出発原料中に存
在させることにより、焼結体の結晶粒径を均一化し比較
的高強度の焼結体を得ることができる。遊離炭素の含有
量を５重量％以下にするのは、５重量％よりも多いと炭
化珪素粉末粒子間に過剰の炭素が存在することになり、
粒と粒との結合を著しく阻害するため、焼結体の強度が
劣化することが多いからである。

以上の炭素質物質としては、焼結開始時に炭素を存在さ
せられるものであればよく、例えばフェノール樹脂、リ
グニンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、コンスタ
ーチ、糖類、コールタールピッチ、アルギン酸塩のよう
な各種有機物質、或いはカーボンブラック、アセチレン
ブラックのような熱分解炭素を有利に使用することがで
きる。

炭化珪素粉末は、前記ホウ素、アルミニウムおよび鉄の
含有量の合計が元素に換算して0.3重量％をこえる場合
には炭素質物質および遊離炭素の含有量が固定炭素量に
換算して0.6重量％以下であることが有利である。

その理由は、ホウ素、アルミニウムおよび鉄の含有量の
合計が元素に換算して0.3重量％を越える場合に、炭素
質物質および遊離炭素含有量が固定炭素量に換算して0.
3重量％よりも多いと、先にも説明したごとくホウ素、
アルミニウムあるいは鉄と炭素との相互作用によって焼
結時に焼成収縮しやすく、実質的な収縮を生じさせるこ
となく焼結体を得ることが困難になるからである。ま
た、ホウ素、アルミニウムおよび鉄の含有量があまり多
いと焼結体の物性を劣化させるためなるべく少ないこと
が望ましく、その含有量の合計は元素に換算して0.3重
量％以下であることが有利である。

・焼成温度条件 以上のような炭化珪素粉末よりなる材料を使用して、固
定弁体（13）および移動弁体（14）の形状に形成した生
成形体は、1400〜2100℃の温度範囲内で焼成されるのが
良い。その理由は、この温度が1400℃より低いと粒と粒
とを結合するネックを十分に発達させることが困難であ
るため高強度を有する焼結体を得にくくなり、一方2100
℃より高いと一旦成長したネックのうち一定の大きさよ
りも小さなネックがくびれた形状となったり、著しい場
合には消失したりして、むしろ強度が低くなるし、また
一部の粒子が粗大化するため表面の面粗度が劣化するこ
とが多いからである。

・焼成収縮率条件及び焼成雰囲気条件 以上の炭化珪素粉末よりなる生成形体の焼成は、非酸化
性雰囲気中で行われ、かつ寸法精度の高い焼結体を得る
上で実質的に収縮させることなく焼結する際の焼成収縮
率は２％以下であることが好ましく、中でも、１％以下
であることがより好適である。その理由は、焼結時にお
ける収縮は焼結体の強度を向上させる上では良いが、一
般的には焼成時の収縮量は生成形体の密度に大きく影響
するため、均一な収縮を生成させるためには均一な密度
を有する生成形体を得ることが重要である。しかし、そ
のような均一な密度を有する生成形体を得ることは極め
て困難であるため、極めて寸法精度の高い焼結体を焼成
収縮を生起させて製造することが困難だからである。

また、生成形体は1700〜2100℃の温度範囲内において少
なくとも10分間雰囲気中のCOあるいはN₂の少なくともい
ずれかのガス分圧が100Pa（パスカル）以上に維持され
た雰囲気中で焼成されることが有利である。その理由
は、前記温度範囲内において少なくとも10分間雰囲気中
のCOあるいはN₂の少なくともいずれかのガス分圧を100P
a以上とすることによって、ネックの成長を促進させ、
かつ炭化珪素の焼結時における焼成収縮を効果的に抑制
することができるからである。

また、前記生成形体を、焼成雰囲気を制御することので
きる耐熱性容器内に装入して焼成することが有利であ
る。このようにして耐熱性の容器内に装入して焼成雰囲
気を制御しつつ焼成することが有利である理由は、隣接
する炭化珪素結晶同志の結合及びネックの成長を促進さ
せることができるからである。前述の如く、耐熱性の容
器内に生成形体を装入して、焼成雰囲気を制御しつつ焼
成することにより、隣接する炭化珪素結晶同志の結合及
びネックの成長を促進させることができる理由は、炭化
珪素粒子間における炭化珪素の蒸発・再凝縮及び／又は
表面拡散による移動を促進することができるためと考え
られる。

前記耐熱性容器としては、黒鉛や炭化珪素等の材質及び
これらと同等の性質を有する物を有利に使用することが
できる。

また、前記生成形体を焼成雰囲気を制御することのでき
る耐熱性容器中に装入して焼成することにより、焼成時
における炭化珪素の揮散率を５重量％以下に制御するこ
とが有利である。

前記生成形体は45〜80容積％の密度を有するものである
ことが有利である。その理由は、前記生成形体の密度が
45容積％より低いと炭化珪素相互の接触点が少ないた
め、必然的に結合個所が少なく高強度の焼結体を得るこ
とが困難だからであり、一方80容積％より高い生成形体
は製造することが困難だからである。

また、前記1700℃に至るまでの昇温過程のうち、1500℃
以上で少なくとも30分間雰囲気中のCOおよびN₂のガス分
圧の合計を100Pa以下に維持することにより、炭化珪素
の粒子と粒子との間のネックを均一に生成させて強固に
接合することができる。

・樹脂の充填及びその条件 以上のようにして焼成された各固定弁体（13）および移
動弁体（14）の形状に形成したものは、無数の開放気孔
を有するから、次いでこの開放気孔内に樹脂を充填する
のである。このような多孔質体の開放気孔内に樹脂を充
填することによって、多孔質体からの結晶粒の脱離を防
止することができるとともに、完成した各固定弁体（1
3）および移動弁体（14）の摺動特性を著しく向上させ
ることができるのである。

この場合に使用される樹脂としては、ポリアセタール樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、スチレン
アクリロニトリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレ
タン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、エポキシ
樹脂、シリコン樹脂およびフッ素樹脂から選択される樹
脂を単独、あるいは混合して使用することができ、なか
でもポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレ
ン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂
は自己潤滑特性に優れており摺動特性を著しく向上させ
ることができるものである。

この樹脂を前記多孔質体の気孔中へ充填する方法として
は、樹脂を加熱して溶融させて含浸する方法、樹脂を溶
剤に溶解させて含浸する方法、樹脂をモノマー状態で含
浸した後ポリマーに転化する方法、あるいは微粒化した
樹脂を分散媒液中に分散させてこの分散液を多孔質体に
含浸させ、乾燥した後に樹脂の溶融温度で焼きつける方
法が適用できる。

この場合、前記樹脂を前記多孔質体の開放気孔の少なく
とも10％充填することが必要である。その理由は、樹脂
の充填量が10％より少ないと多孔質体からの結晶粒子の
離脱を防止する効果が十分でなく、耐摩耗性を向上させ
ることが困難だからである。

また、本発明によれば、前記樹脂を多孔質体の気孔中へ
充填するに際し、二硫化モリブデン、二硫化タングステ
ン、セレン化モリブデン、セレン化タングステン、窒化
ホウ素などの粉末を樹脂と混合して気孔中へ充填するこ
とにより、さらに摺動特性を向上させることができる。

次に、各固定弁体（13）および移動弁体（14）を、セラ
ミックスとして炭化珪素を主体としたものを実際に製造
する場合の実施例及び比較例について説明する。

実施例１ 出発原料として使用した炭化珪素粉末は、94.6重量％が
β型結晶で残部が実質的に2H型結晶よりなり、0.29重量
％の遊離炭素、0.17重量％の酸素、0.03重量％の鉄、0.
03重量％のアルミニウムを主として含有し、0.28μｍの
平均粒径を有しており、ホウ素は検出されなかった。

炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニルアルコール
５重量部、水300重量部を配合し、ボールミル中で５時
間混合した後乾燥した。

この乾燥混合物を適量採取して顆粒化した後、金属製押
し型を用いて3000kg／cm²の圧力で成形した。この生成
形体の寸法は50mm×50mm×30mmで密度は2.0g／cm³（62
容積％）であった。

前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマン型焼成
炉を使用して１気圧の主としてアルゴンガス雰囲気中で
焼成した。昇温過程は、まず450℃／時間で2000℃まで
昇温し、最高温度2000℃を10分間維持した。焼結中のCO
ガス分圧は、常温〜1700℃においては80Pa以下、1700℃
よりも高温域では300±50Paの範囲内となるようにアル
ゴンガス流量を適宜調整して制御した。

得られた焼結体の密度は2.05g／cm³、開放気孔率は36容
積％で、その結晶構造は走査電子顕微鏡によって観察し
たところ、平均アスペクト比が2.5の炭化珪素結晶が多
方向に複雑に絡みあった三次元網目構造を有しており、
生成形体に対する線収縮率はいずれの方向に対しても0.
25±0.02％の範囲内で、焼結体の寸法精度±0.05mm以内
であった。また、この焼結体の平均曲げ強度は18.5kg／
mm²と極めて高い値を示した。

この焼結体を外径が30mm、内径が15mm、厚さが5mmのリ
ング状に加工したのち、平均粒径が0.26μｍのポリテト
ラフルオロエチレン微粒子を60重量％分散させた懸濁水
に真空下で浸漬して含浸させた後、380〜400℃の温度で
焼着して複合体を得た。この複合体中に充填されたポリ
テトラフルオロエチレンが焼結体の空隙に占める割合は
50.1％であった。

この複合体のステンレス鋼（SUS304）に対する乾式摺動
試験を500mm／secの摺動速度で摺動させるリングオンリ
ング法で10kgf／cm²の端面荷重を負荷して行ったとこ
ろ、摩擦係数は0.15〜0.22、また摩耗係数は3.1×10^-4m
m／km（kgf／cm²）であり、極めて優れた摺動特性を有
していることが認られた。

比較例１ 多孔質炭化珪素質焼結体は実施例１と同様であるが、ポ
リテトラフルオロエチレンを複合化せずに摺動試験を行
なったところ、摩擦係数は0.5〜0.7、摩耗係数は2.3×1
0^-1mm／km（kgf／cm²）であった。

実施例２ 多孔質炭化珪素質焼結体の製造方法は、実施例１と略同
様であるが、特に成形圧を40kg／cm²に変えて焼結体を
得た。

得られた焼結体の密度は1.76g／cm³、開放気孔率は55容
積％であり、生成形体に対する線収縮率はいずれの方向
に対しても0.36±0.03％の範囲内で、焼結体の寸法精度
は±0.08mm以内であった。また、この焼結体の平均曲げ
強度は720kg／mm²と極めて高いものであった。

次いでこの焼結体を外径が30mm、内径が15mm、厚さが5m
mのリング状に加工した後、加熱溶融したポリアセター
ル樹脂を含浸して複合体を得た。この複合体中に充填さ
れたポリアセタール樹脂の焼結体の空隙に占める割合は
98容積％であった。

この複合体を実施例１と同様の方法で摺動特性を測定し
たところ、摩擦係数は0.18〜0.25、摩耗係数は6.2×10
^-4mm／km（kgf／cm²）であり、上記の比較例と比べて約
370倍の優れた摺動特性を有していることが認られた。

実施例３ 多孔質炭化珪素質焼結体は実施例１と同様であるが、ポ
リアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂およびエポキシ樹
脂をそれぞれ加熱溶融して多孔質体に含浸して複合体を
得た。

得られた複合体はいずれも優れた摺動特性を有している
ことが認められた。

実施例４ 多孔質炭化珪素質焼結体は実施例１と同様であるが、ス
チレンアクリロニトリル樹脂、ポリフェニレンサルファ
イド樹脂、およびシリコン樹脂をベンゼンに溶解させて
多孔質体に含浸して複合体を得た。得られた複合体はい
ずれも優れた摺動特性を有していることが認められた。

実施例５ 実施例１と同様の方法であるが、炭化珪素粉末100重量
部に対し、炭化ホウ素粉末を１重量部、カーボンブラッ
ク粉末を２重量部配合した乾燥物を使用し、焼成温度を
1900℃に低めて焼結体を得た。

得られた焼結体は結晶の平均粒径が約2.7μｍで、三次
元網目構造で結合しており、密度は2.86g／cm³、平均曲
げ強度は52kgf／mm²であった。

実施例６ 実施例１と同様であるが、平均粒径が0.28μｍのβ型炭
化珪素に換えて平均粒径が38μｍで純度が99.3重量％以
上のα型炭化珪素と、平均粒径が0.8μｍで純度が99重
量％以上のα型炭化珪素との混合粉末を使用し、焼成温
度を2300℃に高めて焼結体を得た。得られた焼結体は結
晶は三次元網目構造で結合しており、密度は2.76g／c
m³、平均曲げ強度17.8kgf／mm²であった。

これらの実施例５及び６の焼結体を、固定弁体（13）ま
たは移動弁体（14）の形状に加工した後、実施例２と同
様にしてポリエチレンをこれらの多孔質体の空隙に80〜
85％充填した。このようにした固定弁体（13）または移
動弁体（14）の摺動試験を行なったところ、この固定弁
体（13）または移動弁体（14）は無潤滑でも極めて良好
な摺動特性を有しており、耐久性も極めて良好であるこ
とが確認された。

以下は、セラミックス材料として炭化珪素以外の材料を
使用して各焼結体を焼成する場合を、それぞれ説明する
ものである。

実施例７ 平均粒径が0.4μｍのα型アルミナ粉末100重量部に対し
ポリビニルアルコール２重量部、ポリエチレングリコー
ル１重量部、ステアリン酸0.5重量部及び水100重量部を
配合して噴霧乾燥した。

この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて1.5t／
cm²の圧力で成型し、直径50mm、厚さ20mm、密度2.3g／c
m³（59容積％）の生成形体を得た。

前記生成形体をアルミナ製ルツボに装入し、大気圧下の
空気中で焼結時に液相が５重量％以上生成しない温度域
であるところの1300℃の温度で１時間焼成した。

得られた焼結体は結晶の平均粒径が約2.4μｍで三次元
網目構造で結合しており、密度は2.3g／cm³、平均曲げ
強度は6.7kgf／mm²であった。

この焼結体を固定弁体（13）または移動弁体（14）の形
状に形成した後、平均粒径が0.26μｍのポリテトラフル
オロエチレン微粒子を分散させた懸濁水に真空下で浸漬
し、含浸させた後、380〜400℃の温度で焼着し、複合体
を得た。

この複合体中に充填されたポリテトラフルオロエチレン
の多孔質体の空隙に占める割合は約62％であった。

この複合体のステンレス鋼（SUS304）に対する乾式摺動
試験を500mm／secの摺動速度で摺動させるリングオンリ
ング法で10kgf／cm²の端面荷重を負荷して行ったとこ
ろ、摩擦係数は0.16〜0.23、また摩耗係数は3.7×10^-4m
m／km（kgf／cm²）であり、極めて優れた摺動特性を有
していることが認められた。

実施例８ 実施例７と同様であるが、α型アルミナ粉末に換えて第
１表に示したセラミックス粉末を使用し、焼結時に生成
する液相の量が３〜５重量％の範囲内となる温度域で焼
結して焼結体を得た。

得られた焼結体は、いずれも三次元網目構造を有してい
た。

得られた焼結体を実施例７と同様にしてポリテトラフル
オロエチレンを充填して複合体を得た。ついで、この複
合体のステンレス鋼（SUS304）に対する乾式摺動試験を
実施例７と同様に行なった結果は第１表に示した。これ
らの複合体は、無潤滑状態でも極めて良好な特性を有し
ており、耐久性も極めて良好であることが確認された。

実施例９ 平均粒径が0.4μｍの窒化珪素粉末100重量部に対し、ワ
ックス２重量部、ポリエチレングリコール１重量部、ス
テアリン酸0.5重量部及びベンゼン100重量部を配合し、
ボールミル中で５時間混合した後噴霧乾燥した。なお、
前記窒化珪素粉末は、遊離シリコンを21.5重量％、酸素
を1.7重量％、炭素を１重量％、鉄を0.07重量％、アル
ミニウムを0.2重量％、マグネシウム0.03 重量％を含有していた。

この乾燥物を適量採取し、金属製押型を用いて1.5t／cm
²の圧力で成形し、直径50mm、厚さ20mm、密度1.95g／cm
³の生成形体を得た。

前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、大気圧下の窒素
ガス雰囲気中で1600℃の温度で１時間焼成した。

得られた焼結体は結晶が三次元網目構造で結合してお
り、その密度は2.33g／cm³、平均曲げ強度は16.5kgf／m
m²であった。

この焼結体を実施例７と同様にしてポリテトラフルオロ
エチレンが多孔質体の空隙に約64％充填された固定弁体
（13）または移動弁体（14）に加工した。

この固定弁体（13）または移動弁体（14）は無潤滑状態
でも極めて良好な摺動特性を有しており、耐久性も極め
て良好であることが確認された。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明によれば、固定弁体（13）ま
たは移動弁体（14）の少なくともいずれか一方の摺接面
部分を、三次元網目構造の開放気孔を有する多孔質セラ
ミックス質焼結体によって形成するとともに、前記開放
気孔中に樹脂を充填したことにその特徴があり、これに
より、固定弁体（13）と移動弁体（14）とが常に摺接し
状態であっても、操作レバーによる連通・遮断操作を常
に軽くかつ安定した状態で行なうことのできるバルブを
提供することができる。

従って、本発明のバルブにおいては、固定及び移動両弁
体の耐摩耗性が十分なものとなっており、しかも摺接面
部分の樹脂が三次元網目構造を有する気孔内の樹脂と一
体化されていて、樹脂が長期にわたって摺接面平面に存
在するのであるから、そのレバー操作を常に軽く行える
のであり、その良好な操作性が長期にわたって維持され
るのである。

すなわち、本発明のバルブによれば、これを構成してい
る弁体の摺接面において、開放気孔中に少なくとも10充
填した樹脂が言わば内部の樹脂によって長期間保持され
ることになるのであり、両弁体間の摺接面には両者の潤
滑を行う樹脂を長期にわたって存在させることができる
のである。しかも、両弁体は、互いに摺接し合う状態で
密着されているとともに、これを強硬度で化学的に安定
した多孔質セラミックス質焼結体によって形成したので
あるから、制御すべき流体中の砂等のゴミを喰い込むこ
とがないだけでなく、物体それ自体やゴミ等によって変
化することが全くないのである。従って、このバルブに
よれば、操作レバーによる操作を軽く行えるのであり
（要望の達成）、その軽い操作を長期にわたって維持
することができるのである（要望の達成）。

そして、このように形成した当該バルブにあっては、操
作レバーによる操作を長期間の亙って軽く行なうことが
できるだけでなく、固定弁体（13）と移動弁体（14）と
の密着摺動を長期間に亙って維持し流体の漏れを生ずる
ようなことがない。すなわち、本発明のバルブによれ
ば、両弁体を互いに接触した状態で相対移動するように
構成するとともに、両弁体の少なくともいずれか一方の
摺接面部分を、強硬度で耐薬品性にも優れた多孔質セラ
ミックス質焼結体を主材として構成したから、両弁体の
相対摺動に対する耐摩耗性が十分なものとすることがで
きるだけでなく、仮に流体中に砂等が存在していたとし
てもこれが両弁体間に入り込むことがないのであり、こ
れによって弁体が損傷したり摩耗したりすることは全く
ないのであるから、流体の漏れを生ずることはないので
ある（要望の達成）。勿論、多孔質セラミックス質焼
結体の開方気孔中には潤滑特性を有する樹脂が少なくと
も10％充填してあるから、各弁体のメンテナンスを殆ど
必要としないで、密着摺動を長期間にわたって維持する
ことができるのである（要望の達成）。

しかも、本発明のバルブによれば、固定弁体（13）と移
動弁体（14）とを常に密着して摺接する構造のものとし
てあるから、これらの摺接面を平面的なものとして形成
すればよいため、その製造を簡単に行うことができる
（要望の達成）のである。

以上の通り、本発明に係るバルブによれば、これに要求
されている要望の〜の全てを同時に満足することが
できるのであり、産業上非常に有用なものである。

勿論、以上のことは、水や湯以外の流体、例えば油等の
液体、あるいはプロパンガスのような気体等の流体の通
路の連通または遮断を行なうようにしたあらゆる形態の
バルブについても同様である。また、本発明を適用する
にあたっては、その材料としてAl₂O₃、SiO₂、ZrO₂、Si
C、TiC、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、
TiB₂、CrB₂あるいはこれらの化合物から選択されるいず
れか１種または２種以上を主として含有するものから自
由に選択することができるものである。

また、各固定弁体（13）または移動弁体（14）の全体を
上述したようにして形成して実施する外、少なくとも各
固定弁体（13）または移動弁体（14）の互いに摺接する
面部分のみを上記のように形成して実施した場合にも同
様な効果を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一実施例である湯水混合栓の
縦断面図、第２図は固定弁体と移動弁体との関係を示す
縦断面図、第３図は第２図を上方からみた透視平面図、
第４図は本発明に係る固定弁体と移動弁体間及び従来の
固定弁体と移動弁体との摺動トルク変動をそれぞれ比較
して示したグラフである。また、第５図〜第10図は本発
明を単水栓に実施した例を示すもので、第５図はこの単
水栓の縦断面図、第６図は固定弁体と移動弁体の斜視
図、第７図及び第８図は固定弁体と移動弁体との関係を
示す平面図、第９図は移動弁体のさらに他の実施例を示
す斜視図、第10図はこの場合の固定弁体と移動弁体との
関係を示す平面図である。 符号の説明 10……湯水混合栓、11……バルブ本体、13……固定弁
体、14……移動弁体、17……操作レバー、18……蛇口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−190354（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−134671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−206875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−59750（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−134128（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭60−9496（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブ本体内に固定的に収納されて流体の
   通路を形成した固定弁体と、前記バルブ本体の操作レバ
   ーによって前記固定弁体に接触した状態で相対移動され
   ることにより前記固定弁体の通路の連通または遮断を行
   なうようにした移動弁体とを備えたバルブにおいて、 前記固定弁体または移動弁体の少なくともいずれか一方
   の摺接面部分を、三次元網目構造の開放気孔を有する多
   孔質セラミックス質焼結体によって形成するとともに、
   前記開放気孔中に樹脂を少なくとも10％充填したことを
   特徴とするセラミックス質複合体からなる弁体を備えた
   バルブ。
2. 【請求項２】前記セラミックス質焼結体は、Al₂O₃、SiO
   ₂、ZrO₂、SiC、TiC、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、B
   N、TiN、AlN、TiB₂、CrB₂あるいはこれらの化合物から
   選択されるいずれか１種または２種以上を主として含有
   する特許請求の範囲第１項に記載のセラミックス質複合
   体からなる弁体を備えたバルブ。