JPH0772592B2 - バルブ用弁体 - 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または遮断を行なうバルブ用
弁体に関する。

（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、流体の通路の連通または遮断、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、各弁体を金属或いは酸化アルミニウム
焼結体等の比較的硬い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ならず、図中ロに
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する。しか
しながら、表面に塗布しただけの潤滑剤は流出し易く、
長期間使用した場合に、初期の操作特性を維持すること
が困難である。

そこで、以上のような問題点を解決するため、出願人
は、「少なくとも摺接部分が、三次元網目構造の開放気
孔を有するセラミックス多孔質体の開放気孔中にフッ素
系オイル或いはシリコーン系オイルから選択されるいず
れか少なくとも１種の潤滑剤が含浸されてなることを特
徴とするバルブ用弁体」（特開昭62−4969号公報）を既
に提案している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記三次元網目構造の開放気孔を有する
セラミックス多孔質体の開放気孔中に潤滑剤が含浸され
てなるバルブ用弁体にあっては、表面油膜が薄いため、
使用開始当初は弁体面粗度、及び湯・水切換え時の弁体
の熱膨張・収縮によるキシミを防止することが困難であ
り、初期摺動トルクを充分低減することができなかっ
た。表面油膜を厚くするため、含浸する潤滑剤の粘度を
高くすることが考えられるが、高粘度の潤滑剤は開放気
孔中に含浸することができない。

本発明は以上のような実状に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、使用開始当初の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用弁体を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 以上のような問題点を解決するために本発明の採った手
段は、 『少なくとも摺接面部分が三次元網目構造の開放気孔を
有するセラミックス多孔質体の開放気孔中にフッ素系オ
イル或いはシリコーン系オイルから選択されるいずれか
１種のオイルが含浸されるとともに、その表面に前記開
放気孔中に含浸されるオイルと同系のグリースが塗布さ
れてなることを特徴とするバルブ用弁体』 である。

本発明のバルブ用弁体は、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
に使用されるものであり、少なくとも摺接面部分が三次
元網目構造の開放気孔を有するセラミックス多孔質体の
開放気孔中にフッ素系オイル或いはシリコーン系オイル
から選択されるいずれか１種のオイルが含浸されるとと
もに、その表面に前記開放気孔中に含浸されるオイルと
同系のグリースが塗布されてなることを特徴とするバル
ブ用弁体である。

前記セラミックス多孔質体は、開放気孔率が５〜40容積
％であることが有利である。その理由は、前記開放気孔
率が５容積％より低いと、実質的なオイルの含浸量が少
なくなり、潤滑特性を充分に発揮させることが困難であ
るからであり、一方40容積％よりも高いと、多孔質体の
強度が低く、粒子が脱離し易いばかりでなく、オイルが
流出し易いからである。

前記セラミックス多孔質体は、結晶の平均粒径が10μｍ
以下であることが有利である。その理由は、前記結晶の
平均粒径が10μｍよりも大きいと、多孔質体表面の面粗
度が大きくなり易く、摺動特性が劣化するからである。

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、
粒と粒との結合箇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。

本発明に係るバルブ用弁体にあっては、前述の如くして
製造されたセラミックス多孔質体の開放気孔中にまずフ
ッ素系オイル或いはシリコーン系オイルから選択される
いずれか少なくとも１種のオイルが含浸される必要があ
る。その理由は、耐摩耗性に優れたセラミックス基材に
潤滑特性に優れたフッ素系オイル或いはシリコーン系オ
イルから選択されるいずれか１種を含浸することによっ
て、摺動特性を著しく向上させることができるからであ
る。

前記フッ素系オイルとしては、フルオロエチレン、フル
オロエステル、フルオロトリアジン、ペルフルオロポリ
エーテル、フルオロシリコーン、これらの誘導体或いは
これらの重合体から選択される１種または２種以上の混
合物を使用することが有利であり、また前記シリコーン
系オイルとしては、メチルシリコーン、メチルフェニル
シリコーン、これらの誘導体或いはこれらの重合体から
選択される１種または２種以上の混合物を使用すること
が有利である。

なお、前記フッ素系オイル及びシリコーン系オイルは、
耐溶剤性、化学的安定性、及び耐熱性に優れているた
め、長期間にわたって極めて良好な潤滑特性を付与する
ことができるものである。

前記セラミックス多孔質体の開放気孔中にオイルを含浸
する方法としては、加熱により低粘度化したオイル中に
セラミックス多孔質体を浸漬し、真空または加圧下で含
浸する方法など一般的な方法が適用できる。

この場合、前記オイルを前記多孔質体の開放気孔100容
積部に対し、少なくとも10容積部含浸することが有利で
ある。その理由は、オイルの含浸量が10容積部より少な
いと、潤滑性を向上させることが困難だからである。

また、本発明に係るバルブ用弁体にあっては、開放気孔
中にフッ素系オイル或いはシリコーン系オイルから選択
されるいずれか少なくとも１種のオイルが含浸されたセ
ラミックス多孔質体の表面に、前記含浸されたオイルと
同系のグリースを塗布する必要がある。その理由は、表
面にグリースを塗布することによって、表面油膜を厚く
することができ、弁体面粗度、及び湯・水切換え時の弁
体の熱膨張・収縮によるキシミを防止することができる
からである。なお、表面に塗布するグリースを開放気孔
中に含浸されたオイルと同系のものに限定する、すなわ
ちフッ素系オイルが含浸された場合はフッ素系グリー
ス、或いはシリコーン系オイルが含浸された場合はシリ
コーン系グリースを塗布する理由は、例えばフッ素系オ
イルが含浸された場合にシリコーン系グリースを塗布す
ると、表面に塗布したシリコーン系グリースがフッ素系
オイルによりグリースの基油と増ちょう剤が分離して、
その潤滑性が劣化するからである。

なお、前記フッ素グリース及びシリコーングリースはオ
イルを基油とし、各種の増ちょう剤や添加剤（油性向上
剤、酸化防止剤など）を配合したものである。

前記セラミックス多孔質体の表面にグリースを塗布する
方法としては、予めローラーにグリースを付着させ、そ
れをセラミックス表面に転写する方法、スクリーン印刷
の如き方法、或いはグリースを引き伸ばした面にセラミ
ックスを摺接する方法など一般的な方法が適用できる。

この場合前記グリースは少なくとも0.3μｍ以上塗布す
ることが有利である。その理由は、グリースの塗布量が
0.3μｍより少ないと、弁体面粗度、及び湯・水切換え
時の弁体の熱膨張・収縮によるキシミを防止することが
困難だからである。

なお、シリコーン系オイル及びシリコーン系グリース
は、フッ素系オイル及びフッ素系グリースに比し安価に
入手することができるため、より好適であるといえる。

（発明の作用） 本発明に係るバルブ用弁体は、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
方の摺接面部分をセラミックス多孔質体によって形成す
ることにより、このセラミックス多孔質体自体が高い硬
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セ
ラミックス多孔質体によって形成するとともに、その開
放気孔中にオイルを含浸し、かつその表面にグリースを
塗布することによって、これら潤滑剤が有する潤滑性に
より、固定弁体と移動弁体との摺接が長期間円滑に行な
われるのである。

この実際の潤滑特性を上記の固定弁体及び移動弁体のう
ち、固定弁体をアルミナ質焼結体、移動弁体をメチルシ
リコーンオイルが含浸され、シリコーングリースが塗布
された炭化珪素質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、図に示すようになった。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（図中のイ）は、常に3kgfcm以下にあっ
た。そして、摺動トルクの変動幅は、ほぼ1.5kgfcm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（図中のロ）と比較すれば、本発明
に係るバルブ用弁体を使用した場合は、その操作レバー
に係る摺動トルクが小さいだけでなく、長時間にわたっ
て使用しても摺動トルク変動はほとんどないのである。
また、潤滑剤が含浸された弁体を備えた湯水混合栓にお
ける操作レバーの摺動トルク変動（図中のハ）と比較し
ても、潤滑特性が優れている。

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、或いは各種の気体についても同様である。

また、上記の炭化珪素質多孔質体に代えて他のセラミッ
クス多孔質体、すなわちAl₂O₃、SiO₂、ZrO₂、SiC、Ti
C、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、Ti
B₂、CrB₂或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セラミックス多
孔質体を使用した場合においても、上記の作用とほぼ同
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、従来のようなメンテナ
ンスは全く不要である。

そして、以上説明したような各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が、三次元網目
構造の開放気孔を有する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宜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200℃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アルゴ
ンガス流量を適宜調整して制御した。

得られた多孔質体の密度は2.05g/cm³、開放気孔率は36
容積％で、その結晶構造は走査型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、多孔質体の寸法精度±0.05
mm以外であった。また、この多孔質体の平均曲げ強度は
18.5kg/mm²と極めて高い値を示した。

この多孔質体を外径が30mm、内径が15mm、厚さが5mmの
リング状に加工した後、メチルシリコーンに真空下で浸
漬して含浸させた。この多孔質体中に含浸されたメチル
シリコーンの開放気孔中に占める割合は約90容積％であ
った。

次に、多孔質体の表面にシリコーングリース（東レダウ
コーニングシリコーン社製、品番SG3451No.2）を塗布し
た。

このメチルシリコーンを含浸し、シリコーングリースを
塗布した多孔質体のステンレス鋼（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なっ
たところ、摩擦係数は0.2〜0.3、また摩耗係数は1.8×1
0^-4mm/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。

比較例１ 多孔質体は実施例１と同様であるが、メチルシリコーン
オイルを含浸せず、及びシリコーングリースを塗布する
ことなく摺動試験を行なったところ、摩擦係数は0.6〜
0.7、摩耗係数は2.2×10^-1mm/km（kgf/cm²）であった。

比較例２ 多孔質体は実施例１と同様であり、メチルシリコーンオ
イルを同様に含浸したが、シリコーングリースを塗布す
ることなく摺動試験を行なったところ、摩擦係数は0.15
〜0.30、摩耗係数は4.8×10^-4mm/km（kgf/cm²）であっ
た。

実施例２ 実施例１と同様であるが、メチルシリコーンに代えてペ
ルフルオロポリエーテルを含浸し、フッ素グリース（FO
MBLIN社製、品番OT20）を塗布した。この多孔質体中に
含浸されたペルフルオロポリエーテルの開放気孔中に占
める割合は約90容積％であった。

この多孔質体を実施例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0.2〜0.3、摩耗係数は1.5×10
^-4mm/km（kgf/cm²）であり、上記の比較例１と比べて約
1470倍、比較例２と比べて約５倍の耐摩耗性を有してい
ることが認められた。

実施例３ 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℃に低めて多孔質体を得た。

得られた多孔質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/cm²であった。

この多孔質体を移動弁体の形状に加工した後、実施例１
と同様にメチルシリコーンを多孔質体の開放気孔中に約
90容積％含浸し、シリコーングリースを塗布した。

次いで、このメチルシリコーンを含浸し、シリコーング
リースを塗布した多孔質体よりなる移動弁体を湯水混合
栓に組付けて耐久試験を行なった。

その結果を図中のイに示す。

なお、固定弁体としては緻密質のアルミナ焼結体を使用
した。

図に示した結果よりわかるように本実施例の弁体は極め
て長時間にわたって良好な摺動特性を有するものであっ
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セラミックス多孔質体に
よって形成するとともに、前記開放気孔中にオイルを含
浸し、かつその表面にグリースを塗布したことにその特
徴があり、これにより、固定弁体と移動弁体とが常に摺
接した状態であっても、操作レバーによる連通・遮断操
作を常に軽くかつ安定した状態で行うことのできるバル
ブを提供することができる。

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にわたって軽く行うことが
できるだけでなく、固定弁体と移動弁体との密着摺動を
長期間にわたって維持し、流体の漏れを生ずるようなこ
とがない。

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AlO₂O₃、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、各固定弁体または移動弁体の全体を上述したよう
にして形成して実施する他、少なくとも各固定弁体また
は移動弁体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】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも摺接面部分が三次元網目構造の
   開放気孔を有するセラミックス多孔質体の開放気孔中に
   フッ素系オイル或いはシリコーン系オイルから選択され
   るいずれか１種のオイルが含浸されるとともに、その表
   面に前記開放気孔中に含浸されるオイルと同系のグリー
   スが塗布されてなることを特徴とするバルブ用弁体。