JPH09229822A - 摺動試験機及びこれを用いた摺動試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォーセットバルブの摺動試験中に発生する異
常音等を定量的に把握する。 【解決手段】フォーセットバルブに取り付ける振動検知
部１１と、該振動検知部１１からの信号を解析して振動
の周波数とレベルを測定する解析部１３とからフォーセ
ットバルブ用摺動試験機１０を構成し、フォーセットバ
ルブを摺動させながら、その振動周波数とレベルを測定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種バルブ、軸
受、シール部材等の摺動装置における摺動試験機及び摺
動試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、水栓、シングルレバー混合
栓、サーモスタット混合栓を始めとする湯水混合栓、医
療用サンプリングバルブ、薬液用バルブ等の構成に用い
る可動弁体と固定弁体からなるフォーセットバルブが広
く使用されている。このフォーセットバルブは、２枚の
円盤状弁体を互いに摺接した状態で相対摺動させること
によって、各弁体に形成した流体通路の開閉を行うよう
になっている。

【０００３】例えば、水栓や湯水混合栓として使用され
ているフォーセットバルブは、図４（Ａ）に示されるよ
うに、固体弁体３０と可動弁体２０を互いの摺接面２
１、３１で接した状態としておいて、図４（Ｂ）に示す
ように操作レバー４０の操作で可動弁体２０を動かすこ
とによって、互いの弁体２０、３０に形成した流体通路
２３、３５の開閉を行い、供給流体の流量調整をするよ
うになっている。

【０００４】なお、これらの可動弁体２０、固定弁体３
０は、実際にはケースの中に収納されている。図３に概
略構造を示すように、まず、予めシリコン系のグリスを
塗布した固定弁体３０及び可動弁体２０を組み込み、さ
らにフォーセットバルブ５０を構成するスライダー４
１、スライダーガイド４２、リンク棒４３、接続ピン４
４、スリップワッシャー４５を樹脂ケース４６に組み込
み、操作レバー（不図示）をリンク棒４３に取り付けた
構造となっている。

【０００５】したがって、操作レバーを上下、左右方向
に動かすことによって、固定弁体３０と可動弁体２０が
摺動し、流体通路の開閉を行うことができる。

【０００６】また、この種のバルブに対する要求特性に
は、従来、以下に示すようなものがあった。

【０００７】（１）レバー操作力が小さいこと （２）上記レバー操作力が長期使用においても変化し難
いこと （３）各弁体間のシール性が保持されていること（日本
水道協会規格耐圧１７．５Ｋｇ／ｃｍ² 以下でも水漏れ
がないこと） さらに、近年では、加速摺動試験中に弁体同士のスティ
ックスリップ現象により発生する異常音を抑制すること
も要求特性にあげられるようになっている。

【０００８】ところで、フォーセットバルブにおいて摺
動性とシール性は相反するものであり、通常はシール性
を高めるために摺接面を極めて平滑な面とする。しか
し、これらの平滑な摺接面を持った一対の弁体同士を摺
り合わせると、互いの弁体が張り付いて動かなくなると
いうリンキング（凝着）が生じることがあった。また、
リンキングまでに至らなくても、摺動回数を重ねるにつ
れ、次第にレバー操作力が上昇し、場合によっては異常
音が発生することも知られていた。

【０００９】そこで、レバー操作力が上昇する現象を定
量化するために、フォーセットバルブ用摺動試験機が提
案されている。その基本構成は、図４に示す可動弁体２
０と固定弁体３０を一定の軸力で押し付けた状態で、操
作レバー４０にロードセルを取り付け、電動モーターに
よって操作レバー４０を回転方向、上下方向あるいは両
者を複合させた方向に加速摺動させるものである。

【００１０】そして、ある一定摺動回数毎に、ロードセ
ルから読み取られた負荷荷重値を操作力として、この操
作力と摺動回数をグラフにプロットし、操作力の経時変
化を読み取ることにより、フォーセットバルブの摺動特
性の解析に活用していたのである。

【００１１】このようなレバー操作力の経時変化によ
る、フォーセットバルブの評価は、例えば特開平４−３
５１３７９号、特開平２−２５６９７３号、特開平４−
１６５１７０号、特開平５−２６３９５２号、特開平６
−９３２７７号等公報等に記載されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ような
摺動試験機ではレバー操作力しか測定することができ
ず、摺動時の異常音の発生等を検知することができなか
った。

【００１３】この異常音の発生を定量的に捉えるために
騒音計を用いて測定するという方法も考えられるが、他
の実験装置より発生する音や工場内の騒音等も測定して
しまうために、この測定値を用いて解析することは適当
でなかった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上のような問題に鑑み
て、本発明はフォーセットバルブ等の摺動装置に取り付
ける振動検知部と、該検知部からの信号を解析して振動
の周波数とレベルを測定する解析部とから摺動試験機を
構成したものである。

【００１５】また、本発明は、フォーセットバルブ等の
摺動装置を摺動させながら、その振動周波数とレベルを
測定することによって摺動試験を行うことを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】本発明によれば、フォーセットバルブ等の摺動
装置に直接振動検知部を取り付けることによって、発生
する異常音を振動としてとらえ確実に検知することがで
きる。また、この振動周波数とレベルを測定することに
よって、摺動状態を解析することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。

【００１８】図１に概要を示すように、摺動試験機１０
は、フォーセットバルブ５０に取り付ける振動検知部１
１、検知信号の増幅部１２、得られた信号を解析する解
析部１３、これらを制御する制御部１４から構成され
る。

【００１９】上記振動検知部１１は、詳細を後述するよ
うに、振動を電気信号に変換するためのものである。次
に、増幅部１２は上記振動検知部１１で検知した電気信
号を増幅するためのもので、一般的な増幅器を用いる。
さらに、解析部１３は、得られた電気信号を基にして、
振動の周波数とそのレベルを測定するためのものであ
り、また制御部１４はこれらの作動を制御するためのも
のでパーソナルコンピュータを用いる。

【００２０】そして、上記振動検知部１１をフォーセッ
トバルブ５０に取り付けておいて、摺動試験を行えば、
摩擦、摩耗によってフォーセットバルブ５０に発生する
振動を検知することができ、しかも解析部１３で振動の
周波数とレベルを測定することによって、摺動時の摩耗
の形態等を解析することができる。

【００２１】例えば、摩耗の生じた部材や部位によっ
て、発生する振動の周波数とレベルが異なることから、
予めさまざまな振動の周波数とレベルのパターンを記憶
しておき、新たに振動パターンを測定した時に、上記の
記憶パターンとを比較することによって、摩耗の発生し
た部材や部位を知ることができる。

【００２２】しかも、振動検知部１１をフォーセットバ
ルブ５０に取り付けることによって、工場内の騒音等を
誤って検出する恐れもなく、確実にフォーセットバルブ
５０の振動を検知することができる。

【００２３】ここで、上記振動検知部１１は、振動を電
気信号に変換するためのもので、摺動試験機１０におけ
る重要な要素である。具体的には、小型計量で幅広い振
動数範囲をカバーできる圧電型加速度ピックアップを用
いる。

【００２４】図２（Ａ）に構造を示すように、圧電型加
速度ピックアップを用いた振動検知部１１は、ケーシン
グ内に圧電素子１１ｂを有し、この圧電素子１１ｂの一
方の電極面に重り１１ａ、他の電極面にケーシングを接
合し、この圧電素子１１ｂに加えられる歪みを圧電効果
により電気信号に変換し、その電気信号をコード１１ｃ
で導出するようになっている。ここで、圧電素子１１ｂ
は、外力により歪みが生じると、外力に比例した電圧を
発生する効果を有するものである。即ち、図２（Ｂ）の
概念図に示すように、圧電素子１１ｂに加速度が加わる
と、その外力に比例した電圧が二つの電極１１ｄ，１１
ｄ間に発生することになり、加速度を電気信号に変換す
ることができる。

【００２５】いま、この振動検知部１１をフォーセット
バルブ５０に取り付けて摺動試験を行った場合に、フォ
ーセットバルブ５０に振動が発生すると、この振動によ
る加速度を電気信号として捉えることができる。

【００２６】なお、圧電型加速度ピックアップには圧電
素子の利用の仕方により、せん断型と圧縮型の２種類が
あるが、温度変化による雑音（パイロ電気出力）が小さ
く、低レベル・低振動数領域での測定に有利なせん断型
の方が好ましい。

【００２７】また、振動検知部１１として、上記圧電型
加速度ピックアップの他に、ＡＥ（アコースティックエ
ミッション）センサーを用いることもできる。このＡＥ
センサーとは、固体材料の変形、破壊に伴って開放され
るエネルギーの一部が弾性波となって伝搬する現象を利
用し、この弾性波を測定するようにしたものであって、
上記と同様に振動を検知することができる。

【００２８】なお、上記の圧電型加速度ピックアップや
ＡＥセンサー等からなる振動検知部１１は、フォーセッ
トバルブ５０に通湯することを考慮して、少なくとも１
００℃以上の耐熱性があることが好ましく、また、振動
検知部１１を取り付けたことによる影響を極力少なくす
るために１．５ｇ以下であることが好ましい。

【００２９】また、この振動検知部１１は、フォーセッ
トバルブ５０を構成する固定弁体３０、可動弁体２０、
あるいはこれらの弁体に直結した部材に取り付ければ良
い。また取り付け方法としては、接着剤等で固定した
り、ネジ等で機械的に接合すれば良い。

【００３０】さらに、本発明の摺動試験機１０ではフォ
ーセットバルブ５０の振動を検知するようにしたが、同
時にロードセル等を用いて操作レバー４０の操作力を検
出するようにしても良い。

【００３１】また、以上の例ではフォーセットバルブ５
０についてのみ述べたが、本発明の摺動試験機は、この
他にボールバルブやその他の各種弁部材、すべり軸受や
動圧軸受、静圧軸受等の各種軸受、あるいはメカニカル
シール、スライダーなど様々な用途の摺動部材における
摺動試験に用いることができる。

【００３２】

【実施例】図１、２に示す圧電型加速度ピックアップを
備えた本発明の摺動試験機１０を用いて、図３、４に示
すフォーセットバルブ５０の摺動試験を行った。

【００３３】また、今回は操作レバー４０を上下方向に
動かす摺動試験を実施するため、上記振動検知部１１を
図３に示すリンク棒４３のＡ部に瞬間接着剤で接着し
た。

【００３４】なお、操作レバー４０を回転方向に動かす
摺動試験ではリンク棒４３のＢ部に振動検知部１１を取
り付ければ良く、また、上下・回転方向を複合して操作
レバー４０を動かす場合には、リンク棒４３のＡ、Ｂ部
両方に振動検知部１１を取り付ければ良い。また、今回
は瞬間接着剤で接着したが、リンク棒４３にネジ穴を施
し、止めネジにより振動検知部１１を結合してもよい。
さらに、樹脂ケース４６に穴をあけ、固定弁体３０、可
動弁体２０のいずれかに振動検知部１１を取り付けても
よい。

【００３５】この状態で、操作レバー４０を上下に操作
させながら、摺動試験機１０によって、振動の検知を行
った。その結果を図５に示す。

【００３６】図５のｘ軸は周波数（単位はＨｚ）、ｙ軸
は振動のレベルを示す重力加速度（単位はＧ）、ｚ軸は
摺動回数（単位は回）である。ここで摺動回数１回と
は、操作レバー４０の上下の往復運動１回（下→上→
下）をいう。図のｘ軸と平行な方向に伸びる直線は、２
０００回毎のしきり線であり、測定値ではない。しきり
線の間に存在する８本の線は、各々摺動回数２５０回毎
の平均値である。

【００３７】本解析例によれば、摺動回数２５６０００
回から２５８０００回にかけて特に弁体同士の摺動より
発生する振動が大きく、耳障りな異常音が発生していた
ことが確認できた。

【００３８】この実験では、振動のレベルが最大となっ
たのは周波数８４５Ｈｚであり、その重力加速度は０．
５６５８２Ｇであった。また、振動レベルが最大となっ
た摺動回数における０〜２０００Ｈｚ間で計測された重
力加速度の積算値は、１．８１２５７Ｇであった。

【００３９】次に、図６に別の解析を行った例を示す。
この解析例では、周波数を横軸に、振動レベルを縦軸に
とり、摺動の初期段階（摺動回数３０００〜３２５０
回）の周波数パターンＡと摺動回数２５６００〜２５６
２５０回の周波数パターンＢの比較を行っている。この
結果より、摺動回数を多くすることによって発生する振
動のレベルが高くなることがわかった。

【００４０】この解析例は、所望する任意の２点での経
時変化を知る上で、有効な情報を提供することができ
る。

【００４１】このように、本発明の摺動試験機１０を用
いれば、弁体の摩耗に伴う異常音の発生等を振動の発生
によって検知することができ、しかも振動の周波数によ
って、摩耗の状態等を解析することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、フォーセ
ットバルブ等の摺動装置に取り付ける振動検知部と、該
振動検知部からの信号を解析して振動の周波数とレベル
を測定する解析部とから摺動試験機を構成し、フォーセ
ットバルブ等の摺動装置を摺動させながら、その振動周
波数とレベルを測定することによって、摺動試験中に発
生する振動を定量的に把握することが可能となり、異常
音発生のメカニズムを解明するのに有効な情報を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摺動試験機の構成を示す概念図であ
る。

【図２】本発明の摺動試験機における振動検知部を示し
ており、（Ａ）は概略断面図、（Ｂ）は概念図である。

【図３】一般的なフォーセットバルブの構造を示す分解
斜視図である。

【図４】一般的なフォーセットバルブの弁体を示す概略
斜視図である。

【図５】本発明の摺動試験機による解析例を示す図であ
る。

【図６】本発明の摺動試験機による解析例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０：摺動試験機 １１：振動検知部 １１ａ：重り １１ｂ：圧電素子 １２：増幅部 １３：解析部 １４：制御部 ２０：可動弁体 ３０：固定弁体 ４０：操作レバー ５０：フォーセットバルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】摺動装置に取り付ける振動検知部と、該振
   動検知部からの信号を解析して振動の周波数とレベルを
   測定する解析部とから成る摺動試験機。
2. 【請求項２】摺動装置を摺動させながら、その振動周波
   数とレベルを測定することを特徴とする摺動試験方法。