JPH0781645B2

JPH0781645B2 - バルブ用弁体

Info

Publication number: JPH0781645B2
Application number: JP62017623A
Authority: JP
Inventors: 輝代隆塚田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPS63186076A

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うバルブ用弁
体に関し、特に本発明はセラミックス多孔質体の開放気
孔中にグリースが含浸されてなる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、流体の通路の連通又は遮断、換言すれば開
閉、切換、調節、混合等の制御を行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はならず、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。

［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
いものであり、これを解決してバルブ用弁体として適用
し得る材料としては未だ提案されていなかった。

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］以下、本発明を詳細に説明する。

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上記の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、少くとも一方の摺接面部
分が三次元網目構造の開放気孔を有するセラミックス多
孔質体の開放気孔中にグリースが含浸されてなることを
特徴とするバルブ用弁体である。

ところで、本発明のバルブ用弁体は、出発原料であるセ
ラミックス粉末を所望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グリースを含浸することによ
って製造することができる。

前記セラミックス粉末を所望の形状の生成形体に成形
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
ス粉末に熱硬化性樹脂あるいは熱可塑成樹脂を結合剤と
して配合して結合させる方法等を適用することができ
る。

前記セラミックス多孔質体は、開放気孔率が５〜50容量
％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容量％より低いと実質的なグリースの含浸量が少
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50容量％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、グリースが流
出し易いからである。

前記セラミックス多孔質体の平均気孔径が20μｍ以下で
あることが有利である。その理由は、前記平均気孔径が
20μｍ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、グリースの含浸は容易となる反面流出し易
く、安定した摺動トルクを得ることが困難であり、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
粗度が劣化し摺動トルクが大きくなるからである。

前記セラミックスとしては、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、SiC、
TiC、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、TiB
₂、CrB₂、ZrB₂、サイアロン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
有するセラミックス多孔質体であることが好ましい。そ
の理由は、これらのセラミックスは硬度が高く、耐摩耗
性に優れ、しかも強度が高いためであり、中でも主とし
て、Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、ZrO₂、TiC、AlN、サイアロン
からなるセラミックスがより好適である。

本発明のバルブ用弁体は、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グリースが含浸され
たものである。その理由は、耐摩耗性に優れたセラミッ
ク基材に保持性と潤滑特性に優れた後述のグリースのい
ずれか少くとも１種を含有することによって、摺動特性
を著しく向上させることができるからである。

前記グリースとしては、シリコン系グリース、ジエステ
ル系グリース、リン酸エステル系グリース、ビンダード
エステル系グリース、クロロフルオロカーボン系グリー
ス、シリケーテエステル系グリース、フルオロエーテル
系グリース、ポリフェニルエーテル系グリース、炭化水
素系グリースから選択されるいずれか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。なかでも、シ
リコン系グリース、クロロフルオロカーボン系グリー
ス、およびフルオロエーテル系グリースは耐蝕性と温度
安定性に優れており、安定した摺動トルクを得るのによ
り好適である。

前記セラミックス多孔質体の開放気孔中にグリースを浸
漬させる方法としては、加熱により低粘度化した潤滑剤
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、可溶性溶媒中に分散したものを含浸す
るなど一般的な方法が適用できる。

この場合、前記グリースは前記多孔質体の摺接面より内
部に少なくとも５μｍの深さまで含浸されていることが
有利である。その理由は、前記グリースの含浸されてい
る深さが５μｍよりも浅いと、長期にわたって前記バル
ブを使用する場合、比較的早い時期にグリースが漏出
し、トルクが上昇することがあるためである。

そして、前記グリースの硬さは稠度で700以下であるこ
とが好ましい。その理由は、稠度が700よりも大きくな
るとグリースが柔らかくなり、含浸された気孔より漏出
し易くなるためである。そして、稠度が500以下の硬さ
を有するグリースであると、前記セラミックス気孔から
の漏出が極めて少くなるため、長期に渡ってバルブを使
用することができ、より好適である。

また、前記多孔質体のグリースが含浸された気孔以外の
気孔には、粘度１〜1000ポイズのオイルが含浸されてい
ることが好ましい。その理由は、オイルが含浸されてい
ることにより、バルブ本体から流体の漏出が押えられる
ばかりでなく、温度変化により前記オイルが膨張し、前
記グリースを摺接面に供給することができ、より安定し
たトルクを与えることができるからであり、なかでも２
〜500ポイズのオイルが含浸されていることが好まし
い。

なお、前記グリースには固体潤滑剤、例えばフッ素樹
脂、黒鉛、二硫化モリブデン、フッ化黒鉛等が含有され
ても良いことは言うまでもない。

そして、前記グリースの硬さは稠度で700以下であるこ
とが好ましい。その理由は、稠度が700よりも大きくな
るとグリースが柔らかくなり、含浸された気孔より露出
し易くなるためである。そして、稠度が500以下の硬さ
を有するグリースであると、前記セラミックス気孔から
の露出が極めて少くなるため、長期に渡ってバルブを使
用することができ、より好適である。

また、前記多孔質体のグリースが含浸された気孔以外の
気孔には、粘度１〜1000ポイズのオイルが含浸されてい
ることが好ましい。その理由は、オイルが含浸している
ことにより、バルブ本体から流体の漏出が押えられるば
かりでなく、温度変化により前記オイルを膨張させて前
記グレースを摺接面に供給することができ、より安定し
たトルクを与えることができるからであり、なかでも２
〜500ポイズのオイルが含浸されていることが好まし
い。

［発明の作用］本発明のバルブ用弁体は、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、三次元網目構造に開放気孔を有する
セラミックス多孔質体によって形成するとともに、その
開放気孔中にグリースを含浸することによって、このグ
リース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われるのである。

この実際の潤滑特性を、上記の固定弁体および移動弁体
のうち、固定弁体をアルミナ質焼結体、移動弁体をパー
フルオロポリエーテルグリースが含浸された炭化珪素質
多孔質体によって構成するとともに、これらを内部に組
付たボールバルブの場合の実験結果から考察してみる
と、第１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、当該ボールバルブ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った。この実験による
と、操作レバーを50万回動かしても、操作レバーに掛る
摺動トルク（第１図中のイ）は、常に3kgf・cm以下であ
った。そして、摺動トルクの変動幅は、ほぼ1kgf・cm²
以下であった。すなわち、従来のボールバルブにおける
操作レバーの摺動トルク変動（第１図中のロ）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。

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、TiC、Ta
C、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、TiB₂、Cr
B₂、サイアロン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、その各固定弁体または
移動弁体自体が潤滑剤を含有しているため、従来のよう
に潤滑剤を定期的に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、各固定弁体および移動弁体を、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、96重量％がβ
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いた。

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
量％）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。

得られた多孔質体の密度は2.80g/cm³、開放気孔率は13
容量％、平均気孔径は４μｍ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、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、
多孔質体の平均曲げ強度は58.5kgf/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のち、稠度が230のパーフルオロポ
リエーテルに真空下で浸漬して含浸させた。この多孔質
体中に含浸されたパーフルオロポリエーテルは摺接面よ
り560μｍの深さまで含浸されていた。

このパーフルオロポリエーテルを含浸した多孔質体を可
動側とし、純度96％、密度3.75g/cm²のアルミナセラミ
ック弁体固定側に対する水中摺動試験を0.05cm/secの摺
動速度で往復摺動させ、10kgf/cm²の端面荷重を負荷し
て摺動を行ったところ、摺動トルクは第１図の如く1.5
〜2.5kgf・cmとなり、50万回摺動時には可動側セラミッ
クは0.8μｍの摩耗量であり、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、前記グリースを含
浸することなく摺動試験を行ったところ、摺動トルクは
８〜15kgf/cmであり、２万回摺動時で既に可動側は３μ
ｍの摩耗が認められた。

実施例２〜５、比較例2,3 実施例１と同様であるが、多孔質セラミックスの材質と
して、純度99％のAl₂O₃、SiO₂（20重量部）＋BN（80重
量部）、部分安定化ZrO₂とし、酸化雰囲気中で1400〜18
00℃中で焼成することによって製造した。この多孔質体
に同様にグリースを含浸し、摺動試験を行った結果を表
１に示した。

表１が示す如く、本発明のバルブ用弁体は優れた摺動特
性を持っていることがわかる。

実施例６〜10 実施例１と同様であるが、多孔質セラミックスの材料と
して、TiC（90重量部）＋B₄C（５重量部）、ZrB₂（80重
量部）＋Ｃ（５重量部）＋Ｂ（15重量部）、TiB（95重
量部）＋TiO₂（５重量部）をアルゴン雰囲気中で1800〜
2100℃、Si₃N₄（90重量部）＋ZrO₂（４重量部）＋Y₂O₃
（１重量部）＋Al₂O₃（３重量部）＋BaO（２重量部）、
AlN（95重量部）＋Y₂O₃（５重量部）を窒素雰囲気中で1
700℃、1500℃でそれぞれ焼成することによって製造し
た。この多孔質体を移動側とし、固定側をSUS−304とし
て同様に試験を行った結果を表１に示す。

実施例11〜15、比較例４実施例１と同様であるが、グリースを80〜900の稠度に
変えた場合と、パープルオロポリエーテルグリースに変
えてジメチルポリシロキサングリース（稠度250）、エ
チレングリコール（50重量部）＋エチルヘキシルセバケ
ート（50重量部）（稠度400）を含浸した場合、さら
に、多孔質セラミックスの気孔のグリース未含浸部に粘
度10ポイズの鉱油を含浸した場合の摺動結果を同様に表
１にまとめた。

［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動面部分を、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、前記開放気孔中にグリースを
含浸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用弁体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用弁体を使用し
たバルブにあっては、操作レバーによる操作を長時間に
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
あっては、その材料として、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、SiC、
TiC、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、TiB
₂、CrB₂、サイアロン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外、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】

第１図は固定弁体と移動弁体長期摺動試験結果を示した
ものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少くとも１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多孔質体であっ
て、該開放気孔中にグリースが含浸されてなることを特
徴とするバルブ用弁体。
【請求項２】前記セラミックス多孔質体はAl₂O₃、Si
O₂、ZrO₂、SiC、TiC、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、B
N、TiN、AlN、TiB₂、CrB₂、ZrB₂、サイアロンあるいは
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項記載のバ
ルブ用弁体。
【請求項３】前記セラミックス多孔質体の気孔率は５〜
50容量％である特許請求の範囲第１項あるいは第２項記
載のバルブ用弁体。
【請求項４】前記セラミックス多孔質体の平均気孔径が
20μｍ以下である特許請求の範囲第１項〜第３項のいず
れかに記載のバルブ用弁体。
【請求項５】前記グリースが、シリコン系グリース、ジ
エステル系グリース、リン酸エステル系グリース、ヒン
ダードエステル系グリース、クロロフルオロカーボン系
グリース、シリケーテエステル系グリース、フルオロエ
ーテル系グリース、ポリフェニルエーテル系グリース、
炭化水素系グリースから選ばれるいずれか少くとも１種
である特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
のバルブ用弁体。
【請求項６】前記グリースの硬さが、稠度で700以下で
ある特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか記載のバ
ルブ用弁体。
【請求項７】前記グリースは、摺接面より内部に少なく
とも５μｍの深さまで含浸されている特許請求の範囲第
１項〜第６項のいずれか記載のバルブ用弁体。
【請求項８】前記セラミックス多孔質体のグリースが含
浸された気孔以外の気孔には、粘度１〜1000ポイズのオ
イルが含浸されている特許請求の範囲第７項記載のバル
ブ用弁体。