JPS5818554B2

JPS5818554B2 - 弁座

Info

Publication number: JPS5818554B2
Application number: JP52048392A
Authority: JP
Inventors: 山岡秀典; 山添宏; 斉藤勉
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd; Nippon Petrochemicals Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd; Eneos Corp
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1983-04-13
Also published as: JPS53134236A; BE866442A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、耐高温、耐低温、耐化学薬品性にすぐれた広
範な領域で使用可能な弁の弁座に関するものである。

さらに詳しくは、本発明は弁の弁箱に着脱可能に装着し
て使用する弁座であって、弁箱との接触面および弁体と
の摺動接触面で流体のシールを行なう弁座の構造と材質
に関するものである。

弁の弁箱に着脱可能に装着して使用する弁座であって、
弁箱との接触面および弁体との摺動接触面で流体のシー
ルを行なう弁座（以下羊に「弁座。

と称する）は、ボール弁、バタフライ弁に使用される弁
座が代表的であるが、他に仕切弁、玉形弁。

逆止弁など各種の弁に使用されている。

弁座の機能である流体シール機能を確保するのに要求さ
れる性能は、弁体と弁座の摺動を円滑にするために摺動
する部材間の摩擦係数が小さいこと、弁体との摩擦によ
る摩耗を抑制し得る硬度を有すること、弁体および流体
により弁座に加えられる圧力に耐え得る機械的強度を有
すること、弁の開閉の際の弁座に加わる圧力の変動に応
答し得る圧縮性および圧縮復元性を有すること、弁座自
体が不浸透性であること、極低温から高温までの広い温
度領域で上記各性能が維持できること、温度変化に対応
できるように熱膨張係数が小さいこと、化学薬品に対す
る抵抗性があること等である。

上記のごとき弁座要求を満たすために、従来弁座の構造
及び材質について各種の試みがなされてきた。

金属材料や炭素材料のごとくそれ自身に合成高分子弾性
体のような弾性のない材質を弁座の主体とする場合には
、第１２図のごとき構造の弁座が使用されてきた。

第１２図中、１は弁座本体、２は弁体、３は弁箱、１３
は弾性Ｏリング、１４は金属板バネである。

第１２図の弁座構造において弁体と弁座のシールは弁座
本体１と弁体２の接触面で達成され、弁箱と弁座とのシ
ールはＯ’Ｊング１３により達成されている。

また弁座に加わる圧力変動に対する応答は板バネ１４の
弾性により達成されている。

この構造の弁座は、０ ’Ｊング１３がフッ素ゴムのご
とき合成高分子弾性体から成っているので、高温域では
劣化もしくは分解が生じシール機能が失なわれること、
高圧流体に対する０リングの変形が著しくシールが不十
分であること等の欠点が避けられない。

また、板バネ１４が金属製であるため高温において劣化
を生じ、弾性機能が損なわれる。

したがって、火災時々とにおいて緊急に可燃性流体を遮
断しなければならない場合にはＯリングの損傷と板バネ
の劣化によって遮断が不可能となる。

また、弁座本体を構成する材質自体にも問題ががある。

炭素材料は、それ自身固体潤滑材として使用されている
ものであり、摩擦係数及び耐熱性にすぐれているが、透
過性があること、機械的強度に劣り十分なシール面圧が
とれないこと、摩擦が比較的多い等の欠点がある。

この欠点を解決するだめに炭素材料の空隙、空孔にフェ
ノール樹脂等の熱硬化性合成樹脂を含浸充填する方法が
とられているが、その効果は通常は２００℃の使用温度
に耐える程度であり、さらに加熱処理を施して耐熱性を
向上させたものでも３００℃以上の使用には耐え得ない
。

金属材料は１強度、耐熱性にすぐれているが、摩擦係数
が不十分でやること、弁体との硬度差をつけないと弁体
を損傷するおそれがあることなどのため、弁座および弁
体に肉盛等の表面処理を施さなければならない。

さらに、弁体と弁座双方が金属であるため、両者の摺動
接触面でのシールを確保するためには、両者の表面を極
めて平滑に仕上げるとともに、両者の寸法精度は極めて
高精度が要求される。

このような後、加工は非常に経済的負担が大きい。

一方、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）のごと
き高分子材料はそれ自身弾性があるので、第１３図に示
したように単体弁座の形で使用されている。

第１３図中１は弁座、２は弁体、３は弁箱、４は弁棒で
ある。

ＰＴＦＥ製弁座は摩擦係数不浸透性、耐薬品性にすぐれ
ているが、その他の要件に欠けている。

すなわち、極低温領域（液化石油ガスＬＰＧ、液化窒素
ガスを流体とする場合など）で使用したり、あるいは２
５０℃以上の高渦流体に使用したりする場合には、ＰＴ
ＦＥの高い熱膨張係数のため寸法変化が生じ弁体、弁座
、弁箱間のシールや弁体の摺動が不可能となる。

さらに、火災時のごとく数百℃以上の高温に弁がさらさ
れるとＰＴＦＥは熱分解してしまい弁座が消失するので
、可燃性流体を弁により遮断することが不可能となり大
災害を生ずるおそれがある。

一方、極低温では、弁座の収縮が生じてシール機能が失
なわれる他に、弾性が失なわれて脆くなるため圧力によ
り破壊されやすくなる。

また、ＰＴＦＥは圧力によってコールドフローを起こす
ので、シール性を維持し難く、１５０℃で２０ｋｇ／ｃ
ＩｆＬ２の圧力が許容限界である。

改良法として、ＰＴＦＥにアスベスト、グラスファイバ
ー、カーボン等を充填することも行なわれているが、耐
熱性と機械的強度が若干向上するにすぎない。

本発明の目的は、上記した諸要件を満たし、かつ従来の
弁座の欠点を有しない弁座構造および材質の組合せを提
供することにある。

さらに詳しくは、弁座に要求される各性能を単一材料も
しくは第１２図のごとき構造では満たし得ないため、弁
座を弁体との摺動接触部材および弁箱との接触部材の２
つの異なる材質から成る部材を一体的に構成せしめ、各
部材に各々の作用効果を発揮させるとともに、全体とし
て牟−材質では得られない作用効果を発揮させることに
よって本発明の目的を達成しようとするものである。

すなわち、本発明は弁の弁箱に着脱可能に装着１して使
用する弁座であって、弁箱との接触面および弁体との摺
動接触面で流体のシールを行なう弁座において、該弁座
が、弁箱との接触部材および弁体との摺動接触部材を接
合して成り、弁箱との接触部材が比重１．１〜１．９の
膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体、弁体との摺動接触部
材が膨張黒鉛酸化黒鉛のごとき変性処理を施した黒鉛を
除く炭素材と非有機材料との複合成形体から成ることを
特徴とする弁座に関するものである。

本発明の弁座の構成部材のうち、炭素材と非有機材料と
の複合成形体は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性、機械的
強度、不浸透性にすぐれており、これらの性質は極低温
から極高温の範囲で変化しない。

しかし圧縮復元性が期待できないため、静体で弁座とし
て使用しようとすれば、シールを達成するために大きな
面圧を要し、過大な面圧により割れるおそれがある。

よって、他の部材を併用して圧縮復元性を付与せざるを
得ない。

ただし、第１２図のごとき構成を採用し得ないことは前
記のとおりである。

一方、本発明の弁座の他の構成部材である膨張黒鉛を主
材とする圧縮成形体は、圧縮率、圧縮復元性、不浸透性
、耐薬品性にすぐれており、これらの性質は極低温から
極高温の範囲で変化しない。

しかし、摺動面に生ずるせん断応力による層間・・り離
のおそれがあるだめ、弁体との摺動接触部材としては不
満足である。

本発明の弁座は、前記炭素材と非有機材料との複合成形
体に弁体とのシール機能を、膨張黒鉛を主材とする圧縮
成形体に弁箱とのシール機能をそれぞれ分担させ、前者
の低摩擦係数、耐摩耗性、機械的強度と、後者の圧縮率
、圧縮復元性とを最大限に発揮させることにより両者の
欠点の発現を完全に抑止できる。

同時に、両者ともに耐熱性、耐低温性、耐薬品性を共通
に有している。

さらに、両部材を接合して成るから、接合面のシールは
両者のすぐれたシール機能により確保される。

本発明の弁座は以上のように構成されているから、従来
の弁座では得られなかった性用効果を発揮する。

以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明す
る。

第１図は弁の一例としてのボールバルブの断面図である
。

図中１は弁座、２は弁体、３は弁箱、４は弁棒、５はボ
ンネットガスケット、６はグランドバッキング、７は弁
棒スリーブである。

第１図のごときボールバルブの弁座は環状であり、その
断面を第２図〜第１０図に例示する。

第２図〜第１０図において、８は弁箱との接触部材、９
は弁体との摺動接触部材、１０は必要に応じて設けられ
る保持輪（リテーナ−）、１１は弁体との摺動接触部材
に必要に応じて設けられる溝もしくは段落等の凹部、１
２は弁体との摺動接触部材の弁体に面する部分に凹部を
設は該凹部にはめ込んだ前記接触部材８と同一の材質で
ある。

第１１図は第９図の弁座を弁に組込んだ場合を示してい
る。

弁座１における弁箱３との接触部材８は、弁体２と弁箱
３の間に負荷される圧力に対する緩衝機能および弁中の
流体に対するシール機能を有するものである。

接触部材８の材質は比重１．１以上１．９以下の膨張黒
鉛を主材とする圧縮成形体であるがその具体例はつぎの
ａまたはｂである。

ａ膨張黒鉛の比重１．１以上１．９以下の圧縮成形体
、ｂ膨張黒鉛に酸化黒鉛ニホウ酸およびリン酸アルミニ
ウムから選ばれた少なくとも１種の無機バインダーを配
合し、次いで圧縮成形して得られる比重１．１以上１．
９以下の膨張黒鉛複合体。

膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体は不浸透性およびスプ
リング機能を有し、弁座が弁箱と弁体の間で締付される
に際しシール機能を発揮する。

膨張黒鉛は耐熱性にすぐれるとともに、低温においても
その機能を失なわないため、火災時のごとき。

数１００℃の高温からＬＰＧ、ＬＮＧのごとき極低温領
域まで使用可能である。

さらに膨張黒鉛の機械的強度、圧縮復元率、密度、不透
過性向上のために、ｂの膨張黒鉛複合体として使用する
のが好ましい。

特に弁を高圧で使用する場合は、膨張黒鉛だけを圧縮し
たものより、バインダーを使用した方が同じ成形圧でも
より高密度の圧縮強度がすぐれ、不浸透性の成形体を得
ることができるので好ましい。

この膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体から成る弁座は、
熱膨張係数が小さく、−２５０℃〜３６００℃の広い温
度範囲にわたって形状、寸法が安定であり、特性にも変
化を生じないし、急激な加熱によっても何ら支障がない
。

さらに、この膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体から成る
弁座は、自己潤滑性にすぐれ、酸、アルカリ、有機化合
物等に対し耐食性にすぐれている。

また、この膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体は、比重を
規定することにより他の諸物性を制御できるものであり
、比重を１．１以上としだのは、この比重以下では強度
および他の諸物件上支障が生ずるからである。

比重１．９を越えると、圧縮率、圧縮復元率がともに低
下し、シール機能が低下する。

但し、あらかじめ比重１．１以上とする外に、比重１．
１未満の上記ａまたはｂをパルプに組込んだ後に、締め
っけ圧力によって圧縮して、比重１．１以上とする場合
も、本発明の実施態様に含まれる。

比重はさらに好ましくは１．５〜１．９であることが望
ましい。

比重を１．５以上にするには、膨張黒鉛とバインダーと
の配合割合、圧縮成形時の温度、圧力、時間等の適宜調
節することによって達成できるが、膨張黒鉛１００重量
部に対し、バインダー１〜２０重量部、さらに好ましく
は２〜１５重量部、圧力は５０ｋｇ／ｃＩ１１２以上
、さらに好ましくは１００〜７００ｋｇ／ｃｒＩＬ２が
好ましい。

この膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体は、たとえば特願
昭４８−２７１４９（特開昭４９−１１５０９５）に記
載したごとき方法にて製造することができる。

すなわち、膨張黒鉛粒子に、酸化黒鉛の水溶液を加える
ことにより、膨張黒鉛粒子に酸化黒鉛を。

含浸する。

こうして作られた膨張黒鉛粒子と酸化黒鉛との混合物を
乾燥圧縮することにより、酸化黒鉛と膨張黒鉛との圧縮
複合体を製造する。

ホウ酸をバインダーとして使用する場合はメタノール、
エタノール、アセトン、水等の溶剤に溶解して使用され
、その使用量は膨張黒鉛に対して１〜２０重量係である
ことが好ましい。

１重量％未満であるとその効果が顕著でなく、２０重量
係超であると膨張黒鉛の濃度が希薄となるので好ましく
ない。

溶媒は常温でホウ酸を飽和する程度の量が用いられる。

溶媒を除去するには自然乾燥、加熱乾燥いずれでもよい
か自然蒸発に続いて、緩慢に加熱し、さらにその溶媒の
沸点以上に前記混合物をかきまぜながら加熱して溶剤を
完全に追い出す方法が好ましい。

加圧成型するさいの圧力は５０ｋｇ以上ならば限定され
ず５０に９〜２５０ｋ１９／ｃｒｆＩ２でホットプレ
ス装置を用いるのが適当である。

加熱温度は少なくとも６００℃以上、望ましくは１００
０〜２４００℃が適切である。

リン酸アルミニウムをバインダーとして使用する場合、
その成分としては、ＡＩ２０３ｐａｐ２ｏ、ｔ６
Ｈ２０，Ａｌ２Ｏ３・３Ｐ２０５．Ａｌ２Ｏ３・ｐ２ｏ
、。

ＡＩ（Ｈ４Ｆ０４）ｓ、Ａ１２（ＨＰＯ４
）３、ＡＩＰＯ４あるいはＡｌ（ＰＯ３）３等で示
されるアルミニウムのリン酸塩、またはナトリウム、カ
リウム、アンモニウム、クロム等を含むアルミニウムの
リン酸塩およびこれらを２種以上含む組成物をいう。

これらをバインダーとして使用した場合の膨張黒鉛を主
材とする圧縮成形体の製造方法は、たとえば特開昭５０
−１５０７０８に記載されているが、上記ホウ酸の場合
と同様にして製造される。

なお。リン酸アルミニウムの場合、成形後５００℃以上
、好ましくは６００〜１３００℃で加熱処理する。

接触部材８の形状および位置は第２図〜第１０面に示し
だように種々選択できるものがあるが、第２図、第３図
、第５図、第６図、第８図〜第１０図のような嵌込形式
にすることは、締付時の変形防止、弁箱との接触面積を
少なくして面圧を高めることができるため、好ましい。

その際、第９図中の１３のごとく接触部材８に円味Ｒを
つけることにより応力集中による割れを防止できる。

弁座の弁体２との摺動接触部材９は炭素材と無機材料の
複合体から成るが、具体的にはつぎのＣ〜ｄのいずれか
の材質からなっている。

（ｃ）炭素材と融点２００〜１１００℃の非鉄金属
もしくはこれらの合金との複合体（ｄ）炭素材に前記無機バインダーの少なくとも１
゜種を含浸させたもの本発明において「炭素材」と称する場合は黒鉛質（結晶
質）、炭素質（非晶質）の両材質を包含するものとする
。

摺動性に特に主眼を置く場合は黒鉛質を、耐摩耗性に主
眼を置く場合は炭素質を使用するのが好ましい。

ただし、黒鉛質には膨張黒鉛、酸化黒鉛のごとき変性処
理を施した黒鉛は含まれない。

（ｃ）の炭素−金属複合材について述べると、炭素材と
金属との容積比が９０〜６０％：１０〜４０チの腹合比
が好ましい。

即ち、炭素材が６０％未満となると、潤滑性が低下し金
属弁体との間の摩擦係数が増大し又炭素材が９０係を超
えると機械的強度が低下する。

炭素材原料として、ピッチコークス、オイルコークス、
石炭、カーボンブラック、天然黒鉛又は人造黒鉛等の粒
径１４９μ以下、好ましくは１０５μ以下の微粉末又は
これらの微粉末にタール、ピッチや其の他の有機質バイ
ンダーを添加し混捏後、再粉末化（以下再粉末という）
し型込成形し焼成炉で８００℃〜３０００℃で熱処理し
た炭素焼結体を用いる。

複合材に用いる金属はＡＩ又はＡ１合金、Ｃｕ又はＮｉ
合金が耐熱性の観点から望ましい。

但し使用湿度が４００℃以下であればｓｂ或はｓｂ金合
金も差支えない。

上記金属と炭素材との複合化にあたって炭素材とぬれの
良い金属であることが重要であり、ＡＩ又はＡ１合金の
場合、ＡＩ自体が炭素材とよくねれる金属であるから、
どの様な合金でも実用に供せられるが、Ｃｕ又はＮｉの
場合は炭素材とのぬれが悪いのと特にＮｉの場合極めて
高融点である為（本願の如く複合化の方法が溶融加圧含
浸法の場合）工業化困難であることを避ける目的でＳ
ｎｙＺｎ＋ＳｉｐＰ等の合金を用い更に
炭素材とのぬれを十分ならしめるに０．５〜５係のＴｉ
を添加すると効果が増す。

次に複合化の方法について述べると前述微粉末原料の場
合は、薄板鋼板製の容器内に炭素微粉末を充填し更に蓋
をした後、オートクレーブ内に吊し含浸金属がその融点
より５０〜２００℃高い溶湯温度となった時に被含浸物
を溶湯中に浸漬しＮ２等不活性ガスで５０〜１５０ｋｇ
／ｃｒｆＬ２に加圧すると溶湯が容器と蓋との隙間から
浸入し、容器内の炭素微粉末を一種の等静圧現象で圧縮
成形し複合剛体化する。

炭素焼結体を用いる場合は、同じくオートクレーブ中に
吊し槽内を減圧して炭素焼結体中の気孔中の空気を脱気
する。

この際の真空度は５１ｔｍＨｇ以下であることが必要で
ある。

次いで前述微粉末原料の場合と同様、被含浸物を金属溶
湯中に浸漬しＮ２ガス等で加圧圧入する。

（ｄ）の炭素材に前記無機バインダーの少なくとも、１
種を含浸させたものは、前記すと同様にして、炭素材原
料とバインダーとを混捏、成型し、更に必要に応じて硬
化、又は燐酸して成形体とすることができる。

あるいは、あらかじめ炭素材にて成型しておき、これの
気孔部にバインダーの水溶液を減圧−常圧：又は減圧−
加圧下で含浸した後、１００〜２００℃で水分を蒸発さ
せ、ついで５００〜１３００℃で脱水硬化させて得るこ
とができる（特開昭５０−１５０７０８参照）。

この処理により水分が離脱して行く分、理論上空孔が残
るが、これはくり返し含浸操作を行なうことで解決出来
る。

実用上、十分な不通気性を得るには少なくとも３回のく
り返し含浸が好ましい。

無機バインダーを配合する後者の方法による方が、耐摩
耗性向上に寄与するので好ましい。

無機バインダーの含浸量は、外削にて、０．５ｗｔ％〜
３０ｗｔ％、好ましくは５ｗｔ％〜２０
ｗｔ％でおる１無機バインダーを含浸した炭素材は
、炭素材そのものと比較して耐摩耗性の向上、機械的強
度の向上、炭素材の空隙をバインダーで充填することに
よる不浸透性の向上、耐熱性の向上等が得られる。

本発明の第２発明における摺動接触部材は、第１図、第
８図のごとく炭素材と無機材料との複合体から成る摺動
接触部材９の弁体に面する部分に凹部を設け、該凹部に
膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体を嵌込んだ形式のもの
であり、前記膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体の有する
スプリング効果とシール効果を弁体との摺動接触部材で
も発揮させようとするものである。

本発明の弁座は、第２図、第５図〜第１０図のごとく保
持輪（リテーナ−）１０を必要に応じて設けることがで
きる。

これは、炭素材の補強のために好ましい。

リテーナ−の材質は、金属（たとえばチタン、ステンレ
ス、高張力鋼等）が好ましく用いられる。

また、摺動接触部材９に溝又は段落１１を設けることを
必要に応じて行なうことが好ましい。

これにより、弁体と弁座との接触面積を少なくすること
により、ボルト締付圧を少なくし、かつ竿位接触面積当
りの接触圧を高めてシール効果を挙げることができる。

まだ、炭素材の初期摩耗粉を溝又は段落により除去、保
持することにより、初期摩耗粉が弁体表面または弁座表
面に付着することによるシール性の低下を防止すること
ができる。

この溝または段絡は、弁座の周りに平行に一本ないし複
数本設けることができる。

溝の巾および深さは適宜選択することができる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに説明す
ることとする。

実施例１〜４および比較例１〜７第１図に示しだ構造の呼径２インチ（５０Ａ）のボール
弁の弁座として第１表に示した構造、材質のものを用意
した。

以下の説明において特に指示しない限り、部は重量部で
ある。

第１表において：（１）リテーナ−はチタンを使用した。

（２）実施例１〜４における弁体との摺動接触部材に使
用されている炭素材は、つぎの方法により得られたもの
である。

日鉄化学（株）製コークス（固定炭素９９．０１係、揮
発分０．６１％、灰分０．２５φ）を粉砕して、最大粒
径を４０μ以下とした。

この微粉砕コークス１００部に対しタール１部とピッチ
９部の割合よりなるバインダーを４３部加え、この混合
物をバンバリーミキサ−にかけて混捏物１ｋｇに対し１
０部ｗの動力で混捏した。

得られた混捏物を、放冷して室温まで冷却した後、これ
を再粉砕して篩分けし１４９μ以下とした。

再粉砕した炭素材料を金型に入れて成形圧力２ｔ／ｃｆ
ｒＬ２〜４ｔ／ＣｒｒＬ２で成形した。

この成形品を窒素ガス雰囲気炉中で１時間あたり５℃の
割合で昇温した。

得られた焼成品（炭素材）の嵩比重は第２表のとおりで
あった。

この炭素材をオートクレーブ内に入れ圧力８０ｋｇ／ｃ
ｆｒＬ２．温度４５０〜９００℃で第１表に示す合金
を含浸させて摺動接触部材を得た。

得られた摺動接触部材の緒特性を第２表に示す。

（３）実施例１〜４における弁箱との接触部材に使用さ
れている膨張黒鉛圧縮成形体はつぎの方法により得られ
たものである。

実施例１〜４で使用するだめの膨張黒鉛は、次のように
して製造した。

天然黒鉛（−２４〜＋４８メツシユが７０〜９０チ）１
００部を濃硫酸９２０部と硝酸ナトリウム５０部を混合
した液中で反応させる。

この反応時間は約１６時間は約１６時間であった。

この酸処理した天然黒鉛粒子を十分な水で水洗する。

次に水洗した粒子を１００℃で乾燥し、水分を蒸発させ
る。

この乾燥後の粒子を熱処理温度１３００°Ｃ１熱処理時
間５〜１０秒の条件で処理した。

その結果、黒鉛粒子のＣ方向の原寸法の約３００倍に膨
張した粒子を得た。

これを１００ｋｇ／ｃＩＩ１２で圧縮成形し接触部材を
得た（実施例１で使用）。

バインダーである酸化黒鉛の製造方法は次のとおりであ
った。

天然黒鉛粒子（３００メツシユ以下が９５係）８０部、
濃硫酸３４２２部、硝酸ナトリウム４０部を混合し、液
温をドライアイスにより、０℃以下に保持した後、過マ
ンガン酸カリウムを１時間おきに３０部ずつ添加し、総
量２４０部になるまで行なった。

次にこれを１８時間撹拌し、液温を徐々に室温まで上げ
る。

液温が室温までもどった後、氷により発熱を除去しなが
ら、混合液を水で薄める。

次に過マンガン酸塩をマンガン塩に還元するために約ｌ
Ｏ％の過酸化水素水をＫＭｎＯ４の紫紅色が消えるまで
加えた。

その後中性の液になるまで数回水洗をくり返した。

かくして製造された酸化黒鉛１部に水２０部を加え、こ
の分散された酸化黒鉛と上記実施例で使用される膨張黒
鉛１０部を混合し、次にこれを１３０℃で乾燥し、圧縮
成形し、接触部材を製造した。

圧縮成形圧力は１００ｋｇ／ＣｒｒＬ２であった（実施
例２で使用実施例用に製造された膨張黒鉛１００部にホ
ウ酸の５０係メタノール溶液をホウ酸添加量ＩＯ部にな
るごとく配合し、成形圧２００ｋｇ／ｃＩＩＬ２、温度
１３００℃、時間１０分で圧縮成形して接触部材を得た
（実施例３で使用）。

実施例用に製造された膨張黒鉛１００部に第一リン酸ア
ルミニウムの５０係水溶液を第一リン酸アルミニウム添
加量１０部になるごとく配合し、成形圧２００ｋｇ／ｃ
ｒｆＬ２で圧縮成形し、ついで６００°Ｃ１２時間加熱
処理して、接触部材を得た（実施例４で使用）。

（４）実施例４において、第８図の１２に該当する部材
は、弁箱との接触部材と同じ部材である。

実施例および比較例に使用した各材質の諸性質を第２表
ないし第５表に示した。

表中、第２表および第４表はＪＩＳＲ−７２０２に準じ
て、第３表および第５表はＪＩＳ −Ｒ−３４５３
に準じて測定した結果である。

第２表から明らかなように、実施例の各材質は比較例と
比較して耐熱温度範囲がきわめて広いこと、熱膨張係数
が小さいこと、摩擦係数が小さいこと、およびその他の
各物性値のバランスがとれ、弁座として要求される数値
を満たしている。

また、比較例１の弁体との摺動接触部材の材質は、これ
自身ではシール性が乏しいため、別途Ｏリングおよび金
属板バネを使用しなくてはならず、これによる欠点が後
記のごとく生ずる。

また、比較例１の材質は、摺動接触面の加工に非常な精
密さが要求される。

つぎに、これらの弁座をボール弁に組み込んで、各種の
性能評価試験を行なった。

（１）ファイヤーセーフ試験火災の場合にボール弁がウィークポイントにならないこ
と、すなわちボール弁であるが故に火災を著るしく増大
したり、運転に支障をきたさないことを目的とする。

この試験に際しては、弁座以外の部分の耐熱性を保証す
るために、弁棒スリーブ７に実施例２の弁体との摺動接
触部材に使用されているのと同一の材料を、ボンネット
ガスケット５に炭素鋼（ＳＳ−４１）と二カフイルム（
日本カーボン製の膨張黒鉛複合体）の積層体を、グラン
ドバッキング６に二カフイルムを、それぞれ使用した。

上記構造、材質のボール弁について、実施例および比較
例の各弁座を組込んで試験した。

ボール弁をパルプ内に１．８ｋｇ／ａｍ２の圧力を保持
しプロパンガスバーナーで表面湿度１０００℃に昇温さ
せ、消火後５分以内に次の順序で試験を行なう。

■ 最低３〜５回の開閉を行ない作動を確かめる。

■ 弁を閉とし、０．７ｋｇ／ＣｒｒＬ２〜５ｋｇ／ｃ
ｒｒＬ２の水圧試験を行ない漏洩量を測定する。

■ つぎに、水圧１０ｋｇ／ｃｒｒＬ２の高圧締切試験
を行ない漏洩量を測定する。

■ 上記試験後、弁を分解し、各部材を点検する。

各実施例については、実施例１，２．４はいずれも合格
であった。

試験後裔部材に異常は認められなかった。

但し実施例３については、摺動接触面より漏洩があった
。

部材を点検した処、摺動接触部材に含浸したＳｂ、Ｓｎ
が高温のだめ析出し摺動接触面に気孔があり、シール機
能が失なわれており、ファイヤーセーフ用としては問題
があった。

其の他の部材は異常なし。以上のような結果が得られた
が、しかし、ＳｂｙＳｎなどのごとき比較的融
点の低い金属は余り高温にさらされない（約４００℃以
下）用途には不十分使用可能である。

比較例１については、漏水が多く認められ、部材を点検
したところ、０リングの損傷が著るしく、シール機能が
失なわれていることが判明した。

また、ステンレス鋼は、高温のため弁座が歪み摺動向に
多数の傷が認められた。

又金属板バネは弾性が不足し適正面圧を保持できなかっ
た。

比較例２については、漏洩が認められた。

部材を点検したところ、金属板バネおよびＯリングは比
較例１と同様でアリ、弁体との摺動接触部材は細かなり
ラックが多数認められた。

比較例３については、漏洩が著るしかった。

部材を点検したところ、弁座は熱分解により消失してい
た。

比較例４は漏洩が著しかてだ。

部材を点検したところ、弁体との摺動接触部材である硬
質黒鉛に気孔が存在するためにシール機能が不充分であ
ることが判明した。

弁座自体の形状変化は認められなかった。

比較例５は、ごく少量の漏洩が認められた。

部材を点検したところ、変形およびクラックが生じてい
た。

これは機械的強度が不足のためと認められる。

比較例６は、漏洩が著しく弁の開閉が困難であった。

部材を点検したところ、弁体との接触面のシール性は良
好であったが、弁箱との接触面はシール機能に乏しかっ
た。

比較例７は、若干の漏洩が認められた。

部材を点検したところ、弁箱との接触部材である膨張黒
鉛複合体の比重が小さいだめ、スプリング効果が乏しく
、弁体、弁箱いずれに対しても面圧が不足していた。

（２）低温試験弁を一５５℃、空気圧６に９／ｃｒｒＬ２に保ち、漏れ
試験をした。

比較例３の弁では、弁座材質のテトラフルオルエチレン
が収縮したため漏れが著るしかった。

他は合格であった。

比較例４〜７のいずれも漏洩が認められた。

漏洩の程度および部材の点検結果は上記ファイヤーセー
フ試験の結果と同様であった。

（３）水圧試験弁座水漏れ試験として、１８，２１，５３゜１０５．１
５５の各圧力（ｋｇ／ＣｒｒＬ２）での試験を行なった
。

弁箱内部に、呼称圧力に相当する水圧を加えて、一端を
開放して水を排除した後、上記各試験圧力を加えて」分
間保持した後に弁座と弁体弁座と弁箱との各接触部から
の漏水、にじみを測定した。

実施例、比較例はいずれも合格であった。

比較例４〜６は、いずれも漏水が認められた。

漏水の程度および部材の点検結果は、上記ファイヤーセ
ーフ試験の結果と同様であった。

比較例７は、若干の漏水があった。

（４）空気試験弁の一端に盲フランジを取り付け、他端より２．６，１
０，１６および２０の各圧力（ｋｇ／ｃｗｔ２）の空気
圧を加え、弁を開にした後、閉にし空気圧力を内封して
両端フランジ面より水を注入し弁座と弁体、弁座と弁箱
の各接触部からの漏れを測定した。

比較例２の弁では１０に９／ｃｒｒＬ２以上の圧力で全
流量の０．０１％・以上が認められた他は合格であった
。

比較例４および６は、いずれも漏洩が認められた。

比較例５は、２ｋｇ／ｃｍ２の圧力では漏洩が認めら
れなかったが、６に９／ｃｒｒＬ２以上のでは若干の漏
洩が生じた。

部材を点検したところ、変形とクラックが認められた。

比較例７は、若干の漏洩が認められたが、上記水圧試験
と同様に増締めをしたところ、２゜６．１０ｋ１９／ｃ
ＩｒＬ２では漏洩を防止することができたが、１６．
２０ｋｇ／ｃｒｎ２の圧力では増締めに上りバンドル
操作が不能となった。

この場合弁箱との接触部材の比重は１．５９７ｃｍ３に
上昇していたが、圧縮により寸法が縮少し過ぎたためス
プリング効果が発揮できないためと考えられる。

（５）水蒸気試験水蒸気として、６ｋｇ／ｃ１１１２（１５８℃）、１
０に５７／１（１７９℃）、１５ｋｇ／ａｎ’（１９
７℃）、２０ｋｇ／ｃＩｒＩ２（２１１℃）を用い、弁
箱全体がほぼ等湿になるまで加熱を持続し弁座部からの
漏れを試験した。

比較例３において、ｌＯｋｇ／ｃＩｆＩ２以上の場
合、弁座の熱変形が生じ、漏れが認められた。

その他は合格であった。

まだ、比較例３以外は、摺動接触部の焼き付けは認めら
れなかった。

比較例４および６は、ファイヤーセーフ試験と同様の漏
洩傾向および部材点検状態であった。

比較例５および７は、若干漏洩が生じた。

（６）高圧試験水圧２５３．１ｋｇ／ｃｙｎ２．４２１．９ｋｇ／ｃ
ｙｎ、２で前記水圧試験と同様の要領で試験を行なった
。

実施例はすべて漏洩が認められなかった。

比較例１は、全流量の０．００２％の漏洩が生じた。

比較例２は漏洩が生じ、かつ弁体との摺動接触部材であ
るフェノール樹脂含浸炭素材に亀裂が認められた。

比較例３は、弁座がコールドフローにより変形し漏洩が
生じた。

比較例４は、漏洩が激しかった。

比較例５は、高圧のために弁座が飛散してしまった。

比較例６は、弁座に亀裂が生じ漏洩が認められた。

比較例７は、弁体との接触部、弁箱との接触部のいずれ
からも漏洩が生じた。

（７）高温テスト過熱水蒸気を使用し、３５０℃、２５ｋ１９／ｃｒｆＬ
２、保持時間６０分の条件で、つぎの試験を行なった。

■ 弁の開閉トルクを測定（第１回目のみ）。

■ 弁を２０回開閉後のトルクを測定。

■ 弁の二次側を大気開放し、弁座漏洩の有無を確認。

■ 弁の二次側を開放したまま、弁を５回フラッシング
して、そのつど弁座からの漏洩の有無を確認。

つぎに、温度を５５０℃に昇混じ、圧力２４ｋｇ／ｃｒ
ＩＬ２、保持時間３０分の条件で、上記試験項目を行な
った。

実施例１〜３は、３５０℃の試験で全部合格。

５５０℃では、実施例３についてファイヤーセーフ試験
と同様に若干の漏洩が認められた。

比較例１は、０リングの損傷により漏洩が著るしかった
。

比較例２は０リングの損傷およびフェノール樹脂含浸炭
素材に生じた亀裂により漏洩が生じた。

比□較例３は、３５０℃では弁座が熱変形し、５５０℃
では弁座が昇華してしまい、いずれも漏洩が著しかった
。

比較例４は漏洩が著しかった。

比較例５はフラッシング時に弁座が破損し飛び出してし
まった。

比較例６および７は、漏洩が著しかった。

第５表比較例に使用した弁座の弁箱との接触部の材質
の性能比較例１，２は、弁座の形式が相違するので性能の記載を省略した。

【図面の簡単な説明】

第１図は弁の一例としてのボールバルブの断面図、第２
〜１０図は本発明の弁座の種々の態様を例示する断面図
、第１１図は第９図の弁座を弁に３０組込んだ場合の断
面図、第１２図はＯリング、金属板バネを有する従来型
め弁の一例の断面図、および第１３図はボリアドラフル
オルエチレン製弁座が収縮を起した従来型弁の一例の断
面図である。１・・・・・・弁座、２；・・・・・弁体、３・・・・
・・弁箱、８・・・・・・３５弁箱との弁座接触部１．
９・・・・・・弁体との弁座摺動部、１１・・・・・・
溝または段落等の凹部。

Claims

【特許請求の範囲】１弁の弁箱に着脱可能に装着して使用する弁座であっ
て、弁箱との接触面および弁体との摺動接触面で流体の
シールを行なう弁座において、該弁座が弁箱との接触部
材および弁体との摺動接触部材を接合して成り、弁箱と
の接触部材が比重１．１〜１．９の膨張黒鉛を主材とす
る圧縮成形体、弁体との摺動接触部材が膨張黒鉛、酸化
黒鉛のごとき変性処理をした黒鉛を除く炭素材と非有機
材料との複合成形体から成ることを特徴とする弁座。２前記膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体が膨張黒鉛革
独又は膨張黒鉛に酸化黒鉛、ホウ酸およびリン酸アルミ
ニウムから選ばれた少なくとも１種の無機バインダーを
配合したもののいずれかの圧縮成形体である特許請求の
範囲第１項記載の弁座。３前記炭素材と非有機材料との複合成形体が、炭素材
と融点２００〜１１００℃の非鉄金属もしくはこれらの
合金との複合体である特許請求の範囲第１項記載の弁座
。４前記炭素材と非有機材料との複合成形体が、炭素材
に酸化黒鉛、ホウ酸およびリン酸アルミニウムから選ば
れた少なくとも１種の無機バインダーを含浸させたもの
である特許請求の範囲第１項記載の弁座。５前記弁体との摺動接触部材が、弁体に面する部分に
溝または段落等の凹部を設けたものである特許請求の範
囲第１項記載の弁座。６前記弁箱との接触部材をその一部が弁箱側に突出す
るように前記弁体との摺動接触部材の弁箱側に設けた凹
部にはめ込んだ特許請求の範囲第１項又は第５項記載の
弁座。７弁の弁箱に着脱可能に装着して使用する弁座であっ
て、弁箱との接触面および弁体との摺動接触面で流体の
シールを行々う弁座において、該弁座が弁箱との接触部
材および弁体との摺動接触部材を接合して成り、弁箱と
の接触部材が比重１．１〜１．９の膨張黒鉛を主材とす
る圧縮成形体、弁体との摺動接触部材が膨張黒鉛、酸化
黒鉛のごとき変性処理をした黒鉛を除く炭素材に非有機
材料との複合成形体から成や、かつその弁体に面する部
分に凹部を設は該凹部に前記膨張黒鉛を主材とする圧縮
成形体を嵌込んだものであることを特徴とする弁座。８前記膨張黒鉛を主材とする圧縮成形体が、膨張黒鉛
檗独又は膨張黒鉛に酸化黒鉛、ホウ酸およびリン酸アル
ミニウムから選ばれた少なくとも１種の無機バインダー
を配合したもののいずれかの圧縮成形体である特許請求
の範囲第７項記載の弁座。９前記炭素材と非有機材料の複合成形体が、炭素材と
融点２００〜１１００℃の非鉄金属もしくはこれらの合
金との複合体である特許請求の範囲第７項記載の弁座。１０前記炭素材と非有機材料との複合成形体が、炭素材
に酸化黒鉛、ホウ酸およびリン酸アルミニウムから選ば
れた少なくとも１種の無機バインダーを“含浸させたも
のである特許請求の範囲第７項記載の弁座。１１前記弁体との摺動接触部材が、弁体に面する部分
に溝または段落等の凹部を設けたものである特許請求の
範囲第７項記載の弁座。１２前記弁箱との接触部材をその一部が弁箱側に突出す
るように前記弁体との摺動接触部材の弁箱側に設けた凹
部にはめ込んだ特許請求の範囲第７項記載の弁座。