JPH09317912A - 湯水混合栓 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間使用しても固定弁体と可動弁体との摺
動特性が変化せず、高温の湯水を使用することができ、
湯水の温度差によって摺動トルクが変化することがな
く、しかも、低コストで製造することができる湯水混合
栓を提供する。 【解決手段】 水流入口、湯流入口及び混合水流出口を
有する弁体と、湯水用弁孔及び混合水流出孔を有する弁
体とを相互に摺動可能に重合配置し、上記弁体の移動変
移により流路の開閉を行う湯水混合栓において、上記弁
体のいずれか一方の弁体は、少なくとも摺接面が、三次
元網目構造の開放気孔を有する炭化珪素焼結体の開放気
孔中にフッ素系オイル及びシリコーン系オイルのうち少
なくとも１種からなる潤滑剤が含浸されてなるものであ
り、他方の弁体は、少なくとも摺接面が、アルミナ焼結
体の表面にＳｉ系非酸化物膜と非晶質カーボン膜とがこ
の順に積層されてなるものである湯水混合栓。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、湯と水とを適宜混
合することができる湯水混合栓に関し、更に詳しくは、
湯と水との混合、流路の開閉を長期間にわたって円滑に
行うことができる湯水混合栓に関する。

【０００２】

【従来の技術】湯水混合栓は、日常生活上、台所、洗面
所等において湯と水とを任意の比率に混合して使用に適
した温度の水を供給する装置として汎用されている。こ
のような湯水混合栓は、本体内に収納した固定弁体と可
動弁体とを、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路の開閉を行い、本体内の
湯水混合室内で湯と水とを任意の比率で混合するように
構成されている。

【０００３】このような湯水混合栓としては、固定弁体
と可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うことができ、この軽さを長期間
保つことができ、２つの弁体間の密着性が変化せず、長
期の使用によっても湯水の漏れがないものが要求されて
いる。更に、湯水混合栓のメンテナンスが容易で、でき
れば全く不要であり、かつ、製造が簡単であることも要
求されている。

【０００４】従来提案されてきた湯水混合栓としては、
２つの弁体間の耐磨耗性を上げる必要性を考慮して、２
つの弁体を金属、酸化アルミニウム（アルミナ）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等
が多かった。しかし、このようにすると、２つの弁体の
耐磨耗性は向上するが、２つの弁体の間の摺動は円滑に
はならず、湯水混合栓の操作レバーにかかる摺動荷重
（摺動トルク）が相当大きくなる。これを補って、この
摺動を円滑に行うため、２つの弁体間の摺接面にグリー
ス等の潤滑剤を塗布すること等が行われてきた。

【０００５】しかしながら、表面に塗布されたグリース
等の潤滑剤は非常に流出しやすく、吐水が汚染された
り、長期間使用した場合には、初期の操作特性を維持す
ることは困難であった。

【０００６】このような問題点を解決するために、湯水
混合栓用弁体として、グリース等の潤滑剤を表面に塗布
しないものが提案されている。特公平４−５６９０８号
公報には、少なくとも摺接面部分において、三次元網目
構造の開放気孔を有するセラミック多孔質体の開放気孔
中にフッ素系オイル又はシリコーン系オイルから選択さ
れる少なくとも１種の潤滑剤を含浸してなるものにより
構成される湯水混合栓用弁体が開示されている。

【０００７】この湯水混合栓用弁体は、潤滑剤としてオ
イルを含浸させているので、潤滑剤を表面に塗布した場
合と比較して、オイルが流出する可能性は低い。しか
し、固定弁体、可動弁体をともにこのような弁体で構成
すると、使用している間に、湯水の温度によって潤滑剤
の粘度が変化してしまい、レバー操作にかかる摺動トル
クが変化する等の問題点があった。

【０００８】特開平３−２２３１９０号公報には、摺接
面に非晶質カーボン薄膜が形成されたセラミック製の弁
体が開示されているが、この技術では、高温高湿の厳し
い使用条件下では、非晶質カーボン薄膜が剥離してしま
う。

【０００９】特開平６−２２７８８２号公報には、アル
ミナ製のセラミック基体の表面に非晶質のＳｉ系非酸化
物からなる中間層と非晶質カーボンからなる表層とを積
層した弁体が開示されている。この技術では、非晶質カ
ーボン膜が剥離することはないが、セラミック基体の表
面にＳｉ系非酸化物からなる層及び非晶質カーボン膜を
設けているので、固定弁体及び可動弁体をともにこのよ
うな弁体で構成すると、製造コストが高くなる等の欠点
があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を解決するためになされたものであり、長期間使用して
も固定弁体と可動弁体との摺動特性が変化せず、高温の
湯水を使用することができ、湯水の温度差によって摺動
トルクが変化することがなく、しかも、低コストで製造
することができる湯水混合栓を提供することを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の湯水混合栓は、水流入口、湯流入口及び混合
水流出口を有する弁体と、湯水用弁孔及び混合水流出孔
を有する弁体とを相互に摺動可能に重合配置し、上記弁
体の移動変移により流路の開閉を行う湯水混合栓におい
て、上記弁体のいずれか一方の弁体は、少なくとも摺接
面が、三次元網目構造の開放気孔を有する炭化珪素焼結
体の開放気孔中にフッ素系オイル及びシリコーン系オイ
ルのうち少なくとも１種からなる潤滑剤が含浸されてな
るものであり、他方の弁体は、少なくとも摺接面が、ア
ルミナ焼結体の表面にＳｉ系非酸化物膜と非晶質カーボ
ン膜とがこの順に積層されてなるものであることを特徴
とするものである。

【００１２】本発明で使用される弁体は、三次元網目構
造の開放気孔を有する炭化珪素焼結体の開放気孔中にフ
ッ素系オイル及びシリコーン系オイルのうち少なくとも
１種からなる潤滑剤が含浸されてなるもの（以下「弁体
（１）」という）、及び、アルミナ焼結体の表面にＳｉ
系非酸化物膜と非晶質カーボン膜とがこの順に積層され
てなるもの（以下「弁体（２）」という）である。

【００１３】上記弁体（１）は、出発原料である炭化珪
素粉末を任意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して炭化珪
素焼結体とし、ついで上記炭化珪素焼結体の開放気孔中
にフッ素系オイル及びシリコーン系オイルのうち少なく
とも１種からなる潤滑剤を含浸することにより製造する
ことができる。

【００１４】上記炭化珪素粉末を任意の形状の生成形体
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特に限定されず、種々
の方法を適用することができるが、例えば、炭化珪素粉
末自体を常圧焼結又は加圧焼結して自己焼結させる方
法、炭化珪素粉末にＣｏ、Ｎｉ、Ｍｏ等の金属又はガラ
スセメント等の結合剤を配合して常圧焼結又は加圧焼結
して結合させる方法等を挙げることができる。

【００１５】上記炭化珪素焼結体は、開放気孔率が、５
〜４０容積％であることが好ましい。５容積％未満であ
ると、実質的な潤滑剤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り、４０容積％を超
えると、炭化珪素焼結体の強度が低く、粒子が脱離しや
すいばかりでなく、潤滑剤が流出しやすくなる。上記炭
化珪素焼結体は、結晶の平均粒径が１０μｍ以下が好ま
しい。１０μｍを超えると、炭化珪素焼結体の表面の面
粗度が大きくなりやすく、摺動特性が劣化する。

【００１６】本発明で使用されるフッ素系オイルとして
は特に限定されず、例えば、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、これら
の重合体等を挙げることができる。これらは単独で使用
してもよく、２種以上を併用してもよい。本発明で使用
されるシリコーン系オイルとしては特に限定されず、例
えば、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、これらの重合体等を挙げることができ
る。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用し
てもよい。上記フッ素系オイル及び上記シリコーン系オ
イルは、液状、グリース状、ワックス状のいずれの状態
であってもよい。

【００１７】上記炭化珪素焼結体にフッ素系オイル及び
シリコーン系オイルのうち少なくとも１種からなる潤滑
剤を含浸させる方法としては特に限定されず、例えば、
加熱により低粘度化した潤滑剤中に炭化珪素焼結体を浸
漬し、真空又は加圧下で含浸する方法等の一般的な方法
を挙げることができる。

【００１８】上記潤滑剤の含浸量は、上記炭化珪素焼結
体の開放気孔１００容積部に対し、１０容積部以上が好
ましい。１０容積部未満であると、潤滑特性を向上させ
ることは困難である。より好ましくは、５０〜１００容
積部である。

【００１９】上記弁体（１）は、上述のように製造され
た炭化珪素焼結体の開放気孔中にフッ素系オイル及びシ
リコーン系オイルのうち少なくとも１種からなる潤滑剤
を含浸させることにより、耐磨耗性、潤滑特性に優れ、
摺動特性を著しく向上させることができる。

【００２０】本発明で使用される弁体（２）は、アルミ
ナ焼結体の表面に、Ｓｉ系非酸化物膜を形成し、その
後、非晶質カーボン膜を形成することにより製造するこ
とができる。上記Ｓｉ系非酸化物膜を構成するＳｉ系非
酸化物としては特に限定されず、例えば、炭化珪素、窒
化珪素、サイアロン等を挙げることができる。

【００２１】上記Ｓｉ系非酸化物膜の膜厚は、０．１〜
１０μｍが好ましい。０．１μｍ未満であると、Ｓｉ系
非酸化物膜がアルミナ焼結体から剥離することがあり、
１０μｍを超えると、コストが高くなる。より好ましく
は、０．４〜１μｍである。

【００２２】上記Ｓｉ系非酸化物膜は、気相成長法によ
りアルミナ焼結体の表面に形成される。上記気相成長法
としては特に限定されず、例えば、プラズマＣＶＤ法、
イオンプレーティング、プラズマ励起スパッタ法等のプ
ラズマ等を用いた熱非平衡プロセス等を挙げることがで
きる。

【００２３】上記Ｓｉ系非酸化物膜を形成する温度は、
５００℃以上が好ましい。５００℃未満であると、アル
ミナ焼結体との密着性が低下し、適度の面粗度に調製す
ることができず、後に形成される非晶質カーボン膜との
密着性が低下する。より好ましくは、７００〜９００℃
である。

【００２４】上記非晶質カーボン膜は、ダイヤモンド状
炭素を被膜化したものであり、摩擦係数が非常に低く、
高い硬度を有するので、摺動部に用いるのに好適な部材
である。上記非晶質カーボン膜の膜厚は、０．１〜１０
μｍが好ましい。０．１μｍ未満であると、磨耗により
消失する可能性があり、１０μｍを超えると、コストが
高くなる。より好ましくは、０．５〜２μｍである。上
記非晶質カーボン膜は、上記Ｓｉ系非酸化物膜と同様
に、気相成長法により上記Ｓｉ系非酸化物膜の表面に形
成される。

【００２５】本発明の湯水混合栓は、固定弁体を上記弁
体（１）とし、可動弁体を上記弁体（２）とすることに
より、長期間使用しても潤滑剤の流出がなく、固定弁体
と可動弁体との摺動特性が変化せず、高温の湯水を使用
することができ、湯水の温度差によって摺動トルクが変
化することがなく、安価に製造することができ、極めて
優れたものとなる。また、逆に、固定弁体を上記弁体
（２）とし、可動弁体を上記弁体（１）としたものであ
っても、同様の効果を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面を参照しながら説明する。図１は本実施形態における
湯水混合栓の概略図及び部分断面図である。図２は、本
実施形態における固定弁体の平面図であり、図３は、本
実施形態における可動弁体の底面図である。

【００２７】図１において、円筒形の下ケース２及び上
ケース３が嵌合されたカートリッジケース１は、湯水混
合栓の本体に着脱自在に配置され、上記カートリッジケ
ース１の内部に固定して収納される固定弁体４は、図２
に示すように非晶質カーボンにより被覆されたアルミナ
焼結体からなる円盤状で、溶接面４ａの中央部には流出
口５が溶接面４ａと反対側の面まで貫通して設けられて
おり、上記流出口５の孔中心を軸心とする同一円周上に
円孤状の水流入口６及び湯流入口７がそれぞれ固定弁体
４を貫通して設けられている。

【００２８】固定弁体４と重合配置された可動弁体８
は、固定弁体４との摺接面８ａの反対側である上部に凹
部９が開口された円筒形を形成し、図１及び図３に示す
ように固定弁体４と比較して外径が小さく形成されてお
り、湯水用弁孔１０と混合水流出孔１１とを有し、可動
弁体８が固定弁体４上を摺動することにより、混合水流
出孔１１は固定弁体４の水流入口６と湯流入口７とを連
結して流出口５に吐出される湯水の流量及び混合割合を
調節する。

【００２９】この可動弁体８は、凹部９にスライダー部
材１３が嵌着され、スライダー部材１３と可動弁体８の
作用面１２との間の空間に湯水混合室１４を形成してい
る。作用面１２は可動弁体８の底面のうち湯水用弁孔１
０及び混合水流出孔１１の周囲に形成された壁からな
り、この湯水混合室１４に流入する水及び湯の水圧によ
る背圧を作用面１２に作用することにより可動弁体８を
固定弁体４に強く押しつけ、可動弁体８及び固定弁体４
の摺動面の密着面の密着性を向上させ、同時に、可動弁
体８の少なくとも摺接面８ａを潤滑剤を含浸させた炭化
珪素焼結体で構成することにより、湯水の混合及び流路
の開閉を長期間円滑に行うことができる。

【００３０】スライダー部材１３の上端部に設けられた
係合孔１６には、レバーと連繋する把手軸１７の下端が
嵌入し、把手軸１７の揺動によってスライダー部材１３
の係合孔１６を支点として可動弁体８が固定弁体４上を
摺動することにより、吐出管から供給される混合水の温
度及び流量が調節される。

【００３１】本実施形体においては、固定弁体として非
晶質カーボンにより被覆されたアルミナ焼結体を用い、
可動弁体として潤滑剤を含浸させた炭化珪素焼結体を用
いる場合を例にとって説明したが、本発明の湯水混合栓
は、固定弁体として潤滑剤を含浸させた炭化珪素焼結体
を用い、可動弁体として非晶質カーボンにより被覆され
たアルミナ焼結体を用いたものであってもよい。

【００３２】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３３】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型結晶よりなり、０．９２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。

【００３４】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。この成形体の寸法は５０ｍｍ×５０ｍｍ×
３０ｍｍで、密度は２．０ｇ／ｃｍ³ （３２容積％）で
あった。この成形体を図３に示す形状に加工したのち、
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。

【００３５】得られた炭化珪素焼結体の密度は２．０５
ｇ／ｃｍ³ 、平均気孔径は、ポロシメーターで測定した
ところ、２μｍであった。炭化珪素焼結体の平均曲げ強
度は１８．５ｋｇｆ／ｍｍ² であった。

【００３６】この炭化珪素焼結体の摺接面８ａを４μｍ
のダイヤモンドでポリッシング加工したのち、ペルフル
オロポリエーテルに真空下で浸漬して含浸させた。この
潤滑剤の含浸率は、開放気孔１００容積部に対し、９０
容積部であった。このペルフルオロポリエーテルを含浸
した炭化珪素焼結体を可動弁体とした。

【００３７】固定弁体は、純度９７％のアルミナ焼結体
を図２に示す形状に加工したのち、８００℃の温度条件
で、プラズマＣＶＤ法により非晶質の炭化珪素からなる
膜を１μｍの膜厚で形成した。この上に、同様にして非
晶質カーボン膜を形成した。得られた可動弁体及び固定
弁体を用いて湯水混合栓を作製し、４０ｋｇｆ・ｃｍ²
の端面荷重を負荷して摺動トルクを測定した。水側の栓
を開けた場合、及び、湯側の栓を開けた場合について、
摺動回数を０〜２０万回として測定し、平均値を算出し
た。結果を図４に示した。図４中、実線は、水側の栓を
開けた場合の摺動トルクを表し、点線は、湯側の栓を開
けた場合を表す。

【００３８】比較例１ 固定弁体の表面に、非晶質の炭化珪素からなる膜及び非
晶質カーボン膜を形成しなかったこと以外は、実施例１
と同様にして湯水混合栓を作製した。実施例１と同様に
して、水側の栓を開けた場合、及び、湯側の栓を開けた
場合について、摺動トルクを測定した。結果を図５に示
した。図５中、実線は、水側の栓を開けた場合の摺動ト
ルクを表し、点線は、湯側の栓を開けた場合を表す。

【００３９】比較例２ ペルフルオロポリエーテルを含浸させる代わりに、８０
０℃の温度条件で、プラズマＣＶＤ法により、表面に非
晶質カーボン膜を形成したこと以外は、実施例１と同様
にして可動弁体を作製した。得られた可動弁体及び実施
例１で作製した移動弁体を用いて湯水混合栓を作製し、
実施例１と同様にして、水側の栓を開けた場合、及び、
湯側の栓を開けた場合について、摺動トルクを測定し
た。結果を図６に示した。図６中、実線は、水側の栓を
開けた場合の摺動トルクを表し、点線は、湯側の栓を開
けた場合を表す。

【００４０】

【発明の効果】本発明の湯水混合栓は、上述の構成より
なるので、長期間使用しても固定弁体と可動弁体との摺
動特性が変化せず、高温の湯水を使用することができ、
湯水の温度差によって摺動トルクが変化することがな
く、しかも、低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湯水混合栓の一実施形態を表す概略図
及び部分断面図である。

【図２】本発明の湯水混合栓に使用される固定弁体の平
面図である。

【図３】本発明の湯水混合栓に使用される可動弁体の底
面図である。

【図４】実施例１で作製した湯水混合栓を使用したとき
の各摺動回数による摺動トルクの平均値の推移を表すグ
ラフである。

【図５】比較例１で作製した湯水混合栓を使用したとき
の各摺動回数による摺動トルクの平均値の推移を表すグ
ラフである。

【図６】比較例２で作製した湯水混合栓を使用したとき
の各摺動回数による摺動トルクの平均値の推移を表すグ
ラフである。

【符号の説明】

４ 固定弁体 ４ａ 溶接面 ５ 流出口 ６ 水流入口 ７ 湯流入口 ８ 可動弁体 ８ａ 摺接面 ９ 凹部 １０ 湯水用弁孔 １１ 混合水流出孔 １２ 作用面 １３ スライダー部材 １４ 湯水混合室 １６ 係合孔 １７ 把手軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水流入口、湯流入口及び混合水流出口を
   有する弁体と、湯水用弁孔及び混合水流出孔を有する弁
   体とを相互に摺動可能に重合配置し、前記弁体の移動変
   移により流路の開閉を行う湯水混合栓において、前記弁
   体のいずれか一方の弁体は、少なくとも摺接面が、三次
   元網目構造の開放気孔を有する炭化珪素焼結体の開放気
   孔中にフッ素系オイル及びシリコーン系オイルのうち少
   なくとも１種からなる潤滑剤が含浸されてなるものであ
   り、他方の弁体は、少なくとも摺接面が、アルミナ焼結
   体の表面にＳｉ系非酸化物膜と非晶質カーボン膜とがこ
   の順に積層されてなるものであることを特徴とする湯水
   混合栓。