JPS6338772A - 多孔質複合体からなる弁体を備えたバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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なうバルブに
関し、特に本発明は多孔質複合体からなる弁体な備えた
バルブに関するものである。

（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′ｇ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、既に数多くのものか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ψがある。

■固定弁体と移動弁体とか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が軽いことを長期間維持できる
こと。

（３〉バルブのメンテナンスが簡単て、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。

（山谷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に各種のバルブ、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、各弁体な金属あるいは酸化アルミニウ
ム焼結体等の比較的硬質材料によって形成したものが多
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１例えば酸化アル
ミニウム焼結体を弁体として使用し、潤滑剤を全く使用
しない場合には、湯水混合栓の操作レバーに掛る摺動ト
ルクは初期において相当大きくなる。従っ°Ｃ１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し
ておかなければならないことになる。潤滑剤を使用すれ
ば、さらに次のような問題が発生することになる。

・潤滑剤には流体中のゴミ等の不純物が付着し易く、こ
れが各弁体間に入ると摺動性及び密着性を悪くする。

長期間使用すれば、潤滑剤が流出してしまい初期の操作
特性を維持し得なくなる０例えば第４図・口の酸化アル
ミニウム焼結体を弁体として使用し、摺接面に潤滑剤を
塗布して摺動トルクを測定した結果に示すように、徐々
に摺接トルクが大きくなる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、金属あるいは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、これを解決することのできる
バルブ用弁体として優れた材料は未だ提案されていなか
ったのである。

本発明は以上のような実状に鑑みてなされたもので、そ
の解決しようとする問題点は、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なうことのできるバルブを提
供することにある。

（問ｍ点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、 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ｉ！Ｉｎ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の摺接面部分を、開放
気孔を有し、硬度がビッカース高度で２００ｋｇ／ｍｍ
’以」二を有する多孔質体によって形成するとともに、
前記開放気孔中に潤滑剤を充填したことを特徴とする多
孔質複合体からなる弁体な備えたバルブである。

なお、前記開放気孔は、外部に連通している気孔を意味
する。

ところで、本発明の多孔質体は、出発原料であるたとえ
ばセラミックス粉末、金属粉末、全屈粒子、ガラス粉末
あるいはガラス粒子等を任意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
結合して多孔質体となすか、緻密体の表面を機械的にサ
ンドブラスト処理したり、化学的、あるいは電気的にエ
ツチング処理することによって開放気孔を形成し１次い
で前記多孔質体の開放気孔中に潤滑剤を充填することに
よって製造することができる。

前記セラミックス粉末、金属粉末あるいは金属粒子等を
任意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させる方法としては
、種々の方法か適用できるが、例えば、粉末自体を常圧
焼結あるいは自己焼結させる方法、粉末にフリット、粘
土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させる方法、前記粉末に熱硬化性
樹脂あるいは熱可塑性樹脂を結合剤として配合して結合
させる方法を適用することができる。

一方、緻密体の表面に開放気孔を形成する方法としては
、アランダムや炭化珪素の高い硬度を有する粒子を高圧
で吹きつけて表面を削る方法、酸やアルカリ等で表面を
化学的に腐食させる方法、あるいは放電加工で表面を部
分的に加工する方法を適用することができる。

（発１ｇＩの作用） 本発明に係るバルブは、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、耐摩耗性に憬れた高硬度の多孔質体
によって形成することにより、これらの固定弁体及び移
動弁体の耐摩耗性が向−ヒしている。

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、開放気孔を有し、高い硬度を有する
多孔質体によって形成するとともに、その開放気孔中に
潤滑剤を充填したことによって、この潤滑剤が有する潤
滑性により固定弁体と移動弁体との摺接が円滑に行なわ
れる。すなわち、固定弁体または移動弁体の表面に位置
する潤滑剤により摺動が円滑になされるのである。

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
に定期的に潤滑剤を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。

次に１本発明に係る多孔質複合体からなる弁体な湯水混
合栓（１０）の固定弁体（１３）または移動弁体（１４
）に適用した場合について、その機構の一例を図面を参
照して説明する。第１図には湯水混合栓（１０）の縦断
面図が示してあり、この湯水混合栓（１０）はこれに供
給された水または熱湯をこれら単独で、あるいはこれら
を適宜混合してその蛇口から導出するものである。

この湯水混合栓（１０）のバルブ本体内には支持部材か
収納されていて、この支持部材上に固定弁体（１３）か
固定的に配置してあり、さらにこの固定弁体（１３）の
上には移動弁体（１４）が配置しである。移動弁体（＋
４）、ｈ部には連結部材（１５）か固定してあり、この
連結部材（１５）に係合した作動レバー（１６）によっ
て動かされたとき、移動弁体（Ｉ４）を固定弁体（１：
ｌ）に対して密着した状ｙぶて前後左右にＩ台動し１！
Ｉるようになっている。勿論、上記の支持部材と固定弁
体（１３）及び移動弁体（１４）と連結部材（１５）と
はそれぞれ一体的に形成して実施してもよく、この場合
にはこの一体に形成したもののこの摺接面部分を、後述
のように開放気孔を有する高硬度の多孔質体によって形
成するとと６に、その開放気孔中に潤滑剤を充填して形
成すればよい。

固定弁体（１３）及び移動弁体（１４）は、第２［：Ａ
及び第３図に示すようなもので、それぞれには−個また
は複数の通路（１：ｌａ）または通路（１４ａ）が形成
されている。これらの通路（１：ｌａ）または通路（１
４ａ）は、移動弁体（１４）が操作レバー（１７）の操
作によって固定弁体（１３）に対して摺１ご移動するこ
とにより、水及び湯の混合を選択的に行なえるようにそ
の数及び位置が設定されている。勿論、これらの通路（
１３ａ）または通路（１４ａ）は貫通したものであって
もよいし、また単なる凹所であってもよい。

そして以上説明したような各固定弁体（Ｉ３）または移
動弁体（１４）の少なくともいずれか一方の摺接面部分
が、開放気孔を有する高い硬度の多孔質体によって形成
するとともに、前記開放気孔中に潤滑剤を充填しである
のである。

以下の説明は、固定弁体あるいは移動弁体についての詳
説である。

固定弁体あるいは移動弁体の摺接面部分は開放気孔を有
していることか必要である。この理由は、前記開放気孔
は後述する潤滑剤の保持性に優れており、？ＩｔＩ滑効
果全効果維持することができるからであり、その深さは
３ｇｍ以上が好ましい。

これはＪＩＳで定められるＲ　ｍ　ａ　ｘ値である。こ
のように深さに範囲を設ける理由は、３ｇｍよりも浅い
と、保持性が弱くなる傾向があるためである。なかでも
ａｇｍ以上が好ましい。

前記開放気孔を有する多孔質体の硬度はビッカース硬度
で少なくとも２００ｋｇ／ｍｔｎ’であることが必要で
ある。この理由は２００ｋｇ／ｍｒｒｒ’よりも小さい
と、使用時における前記固定弁体（１コ）と移動弁体（
１４）の密着圧力が高いために、摺動時に摩３１　ｔ、
易くなり、長期の使用によりＪ９！耗を生じ、流体の漏
れを生じるようになるためであり、なかでも４００ｋｇ
／ｍｒｎ’以ヒ有することが子ましい。前記多孔質材料
としては、金属１合金、セラミ・ンクス、磁器１合成樹
脂あるいはそれうの複合材料いずれをも利用することが
できる。なかでも、セラミックス、磁器、硬質合金は、
その硬度か高いため、さらに好適に使用できる。

次いて、前記開放気孔には、アセタール樹脂、ナイロン
樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ
ブチレンテレフタレート樹脂、スチレンアクリロニトリ
ル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ
フェニレンサルファイド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン
樹脂、あるいはフッ素樹脂から選択されるいずれか少な
くとも１種の潤滑剤か充填されていることが必要である
。この理由は、前記の硬度の高い多孔質材料は、耐摩耗
性があるかわりに、相手材料を摩耗させる力か強い、ま
た、自己潤滑性に乏しいため、単独では使用が困難であ
る。そのため、前述の弁体相星の摩耗を防ぎ、自己潤滑
性を与えるための潤滑剤を充填する必要がある。さらに
これらの潤滑剤は、前記開放気孔なＭ　＋ＥＬ／て、前
記気孔からの流体の漏出を防止する役目をも有する。そ
して、前記潤滑剤の潤滑性と流体の漏出防止を効果的に
発揮するには少なくとも前記開放気孔に５０容量％充填
されていることが好ましい。

木９．明の弁体の摺接面部分はその摺接面の５〜１５％
か潤滑剤からなるものであることが有利である。（−の
理由は摺接面における潤滑剤の占める割合が５％より少
ないと本発明の目的とする摺動特性に優れた弁体となす
ことが困難であり、一方４５％より多いと弁体の摺接面
における剛性が不足し、弁体の必須条件である密着性が
劣るばかりでなく、長期的な使用における耐久性にも劣
るからである。なかでも１５〜４０％の範囲でよりよい
結果を得ることができる。

一方、これらの潤滑剤の潤滑性をさらに発揮させるため
に、グラファイト粒子、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン
、二硫化タングステン、窒化ホウ素等の固体潤滑剤を添
加して前記開放気孔に充填せしめることがてきることは
当然である。

また、前記多孔質複合体の残留した気孔に、シリコング
リース、誠油、フッ素オイル等の潤滑剤を添加して使用
できることも有効である。

これらの潤滑剤の内合成樹脂を多孔質体の気孔中へ充填
する方法としては、樹脂を加熱して溶融させて含浸する
方法、樹脂を溶剤に溶解させて含没する方法、樹脂をモ
ノマー状態で含浸した後ポリマーに転化する方法、ある
いは微粒化した樹脂を分散媒液中に分散させてこの分散
液を多孔質体に含浸させ、乾燥した後に樹脂の溶融温度
で焼きつける方法が適用できる。なΣ、前記多孔質体の
開放気孔径が特に小さい場合には、グリース状、ワック
ス状あるいは液状の各種潤滑剤を使用することもできる
。

（実施例） 実施例１ 出発原料は９５％がβ型結晶よりなる炭化珪素粉末であ
り、　０．：ｌ　ＩＬｍの平均粒径を有し、０．３１漬
％の遊離炭素、０．２重量％の遊離シリカ、　０．０：
１１限％の鉄、０．０４重、１％のアルミニウムを主と
して含有していた。

この粉末１００　重量部に対し、ポリビニルアルコール
５重量部と水１００重量部を配合し、ボールミルで５時
間混合後、２００℃で噴霧乾燥した。

この粉末を２１ｇ採取して、金属製成形型を用いて、１
００１００Ｏ／　ｃ　ｒｎ’の圧力でプレス成形を行い
、外径３６１■の第２．３図符号１４に示した如き形状
の生成形体を得た。

この生成形体をタンマン炉に装入し５交／分のアルゴン
ガス気流中で５００℃まて２℃／分、５００℃より＋９
０（１℃まで５℃／分で昇温し、最高温度１９００℃で
１時間保持した後、自然冷却した。

得られた焼結体は硬度が１６５０ｋ　ｇ　／　ｍｒｎ’
　、気孔率か４５容量％の開放気孔を有する多孔質体で
あった。この多孔質体の摺接面に相当する面を８００メ
ツシユの炭化珪素砥粒によって研摩して、表面粗さＲｍ
ａｘ値が１８重ｍの多孔質体を得た。

この多孔質体に、平均粒径０．５　ｐ、ｍのポリテトラ
フルオロエチレンの微粒子の５０重奄％水溶液を真空含
浸し、乾燥した。この、含浸操作を再度繰り返した後、
エレマ炉に装入し、大気中で３５０℃まで５℃／分の速
度で加熱し、３５０℃で１時ＩＪＪＩ保持した後、水中
に投下した。その結果、その気孔中にポリテトラフルオ
ロエチレンが７１容量％充填された多孔質複合体が得ら
れた。この多孔質複合体摺接面を５μｍのダイアモンド
砥粒により研磨し、移動弁体を得た。

一方、外径４６ｍ５の成形金型中に、純度が９２％であ
るアルミナ粉末２０ｇを装入し、１３００ｋ　ｇ　／　
ｃ　ｍ″の圧力でプレス成形し、第２．３図に示す如き
形状の生成形体を製造した。この生成形体をシリコニッ
ト炉中に装填し、５℃／分の昇温速度で１５００℃まで
加熱し、１時間保持した後冷却した。得られたアルミナ
焼結体の密度は３．７４／ｃｒｎ’、気孔率は４容量％
であった。このアルミナ質焼結体の摺接面を６ルｍダイ
ヤモンドで研摩し固定弁体を得た。

前記移動弁体と固定弁体を第１図に示す如き湯水混合栓
に挿入し、回転方向の往復摺動トルクを測定した。

その結果を第４図（八）に示す、ｇＳ４図よ°りわかる
ように摺動トルクはｌＯ万回摺動中常に２．５ｋｇ−ｃ
ｍ以下であり平均１．５ｋｇ−ｃｍ、変動幅は１ｋｇ−
ｃｍ以下であり、低い摺動トルクが極めて長期の間、維
持される優れた弁体であった。

実施例２ 実施例１と同様の形状の、移動弁体な以下の方法で製造
した。５ＵＳ３１６Ｌを平均粒径３ルｍの微粉末に切削
し５次いて、この粉末を６８ｇ採取し、金型によって３
８０ｋｇ／ｃ　ｒｎ’でプレス成形した。

次いで、この成形体を１５１／分の水素ガス気流中で、
９５０℃までｌＯ℃／分の昇温速度で力ｉ＋２８シ、１
時間保持した後、ｓｏｏ’ｃまで自然冷却した後水中に
投下、急冷した。この５ＵＳ−３１６Ｌ焼虞体のビッカ
ース硬度は：Ｉ９０　ｋ　ｇ／ｍｍ’、気孔率は３２％
、Ｒｍａｘ値は２５ｇｍであった。次いで焼成体の開放
気孔中に実施例１と同様の方法てボリデトラフルオロエ
チレンな含浸した。

得られた移動弁体の気孔中には６７容量％のポリテトラ
フルオロエチレンか充填されていた。

この移動弁体を実施例１と同様にｍ動トルクを測定した
ところ第４図（ニ）に示すように初期摺動トルクが４．
５ｋｇ−ｃｍ、平均摺動トルクが３．５ｋｇ−ｃｍ、変
動幅が＋１．０〜−０．５ｋ　ｇ　−ｃｍであり極めて
安定した摺動トルクが長期間維持された。

比較例１ 実施例２と同様であるが、成形圧力をｓｏｋｇ／ｃＩＴ
ｒ′に低めてプレス成形し、次いでこの生成形体を実施
例２と同様の条件で焼成した。得られた焼結体の硬度は
１１０ｋ　ｇ　／　ｍ　ｒｎ’、気孔率は５８％、Ｒｍ
ａｘ値は３９ｇｍであった。この焼成体に実施例２と同
様であるが樹脂含浸処理を３＠実施した。

得られた移動弁体の気孔中には８４容量％のポリテトラ
フルオロエチレンが充填されていた。この移動弁体を実
施例１と同様に摺動トルクを測定したところ、第４図（
ホ）に示す結果となり、ＷＪＪトルクが徐々に上昇して
ゆく傾向が見られた。

実施例３．比較例２ 実施例１と同様であるが、９５重量％がＺｒＯ２で残部
がＹ２Ｏ１からなる粉末を用い、第２，３図符号１４の
如き形状の生成形体と成し、これをエレマ炉に装入し、
１４００℃まで２℃／分の昇温速度で加熱し、１４００
°Ｃにて１時間保持した後徐冷した。得られたジルコニ
ア焼結体は硬度がＩ：１００ｋ　ｇ／　ｍ　ｍ″、密度
が５−９ｇ／ｃｒｎ’、気孔率が１．９％であった。こ
の焼結体を　ＧＣ井４００の砥粒を利用してサンドブラ
スト処理して、表面を荒し、Ｒｍａｘ値が６．５ｐｍの
面を得た。一方、同様にしてＧ　Ｃ＃　２０００の砥粒
を利用したサンドブラスト処理でＲｍ　ａ　ｘ値が１．
５ｇｍの面を得た。これらの焼結体の表面に１２０℃で
溶融させた低密度ポリエチレン溶融液を塗布し冷却固化
せしめた。表面気孔は１００％閉塞された。次いで、平
均粒径が０．５ルｍのＣｅＯ２粒子により表面を研磨し
た後、実施例１と同様の方法で摺動特性を調べた。その
特性は第４図（へ）、（ト）である。

図から明らかなように、Ｒｍａｘ値を６．５μｍとした
場合の（へ）は安定したトルクが得られているがＲｍａ
ｘ値を１．６　）ｈｍとした場合の（ト）では若干のト
ルク上昇か認められた。

（発明の効果） 以上詳述した通り１本発明によれば、固定弁体（１３）
または移動弁体（１４）の少なくともいずれか一方の摺
接面部分を、外部にＪ！ｉ通する気孔を有し、硬度がビ
ッカース硬度で２００ｋｇ／ｍｒｎ’を少なくとも有す
る多孔質体によって形成するとともに、前記開放気孔中
に潤滑剤を充填したことにその特徴かあり、これにより
、固定弁体（１コ）と移動弁体（１４）とか常に層接し
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な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亙って軽く行なうことが
できるだけでなく、固定弁体（１３）と移動弁体（１４
）との密着ＷＩ動を長期間に亙って雑持し流体の漏れを
生ずるようなことがない。

勿論１以上のことは、水や湯以外の流体１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な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。

なお、本発明の複合体は上記の如き実施例に示した複合
体の他に例えば、ステンレス焼結合金、鋳鉄、アルミニ
ウム合金、青銅ｆＪ物金合金Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍ
ｏ合金、Ａ１２０３．ＺｒＯ□、Ｓ　ｉＣ，Ｔ　ｉ　Ｃ
，Ｂ４　Ｃ，ＷＣ、コージェライト、ムライト、Ｓ　Ｌ
　Ｉ　Ｎ　４　、　８　Ｎ　、Ａ　Ｉ　Ｎ、及び、Ｔｉ
Ｂ２から選ばれるいずれか少なくとも１種からなる多孔
質体を基材として使用した複合体の場合においても、上
記の作用と略同様の作用があるものである。

また、各固定弁体（１３）または移動弁体（１４）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（１３）または移動弁体（１４）の互いに
摺接する面部分のみを上記のようにして形成して実施し
た場合にも同様な効果を得ることがてきるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一実施例である湯水混合栓の
縦断面図、第２図は固定弁体と移動弁体との関係を示す
縦断面図、第３図は第２図を上方からみた透視平面図、
第４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。 符　　　号　　　の　　　説　　　明 ｌＯ・・・湯水混合栓、１１・・・バルブ本体、１３・
・・固定弁体、１４・・・移動弁体、１７−・・操作レ
バー、１８・・・蛇口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、バルブ本体内に固定的に収納されて流体の通路を
   形成した固定弁体と、前記バルブ本体の操作レバーによ
   って前記固定弁体に接触した状態で相対移動させること
   により前記固定弁体の通路の連通または遮断を行なうよ
   うにした移動弁体とを備えたバルブにおいて、 前記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、開放気孔を有し、硬度がビッカース硬
   度で２００ｋｇ／ｍｍ＾２を少なくとも有する多孔質体
   によって形成するとともに、前記開放気孔中に潤滑剤を
   充填したことを特徴とする多孔質複合体からなる弁体を
   備えたバルブ。 ２）、前記多孔質体は表面の粗さＲｍａｘ値が３以上で
   ある特許請求の範囲第１項記載のバルブ。 ３）、前記潤滑剤は、アセタール樹脂、ナイロン樹脂、
   ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレ
   ンテレフタレート樹脂、スチレンアクリロニトリル樹脂
   、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェニ
   レンサルファイド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂あ
   るいはフッ素樹脂から選択されるいずれか少なくとも１
   種である特許請求の範囲第１項または第２項記載のバル
   ブ。 ４）、前記潤滑剤は前記開放気孔中に開放気孔容積の少
   なくとも５０容積％充填されてなる特許請求の範囲第１
   〜３項記載のバルブ。