JPS6392874A - 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ｉ！！断を行なうバル
ブに関し、特に本発明は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遮断、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５き
ること。

■バルブ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、各弁体間の密着性か変化せず、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、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。従って、このＷｊ
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か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。

例えば、第４図の（ロ）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Ｗｉ揄トルクが大
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。

（問題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か採った手段は、 バルブ本体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
かビッカース硬度で２００ｋｇ／ｍｍ２を少なくとも有
し、表面の面粗さＲｍａ　ｘイ１が３４ｍ以トを有する
母材より成り、前記表面に潤滑性を有する固体被膜が形
成されていることを特徴とする複合体よりなる弁体な備
えたバルブ （発明の作用） 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１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
方を、耐摩耗性に優れた高硬度の母材によって形成する
ことにより、これらの固定弁体及び移動弁体が流体抵抗
あるいは弁体締め付けに対し寸法安定性に優れ摩耗性が
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
一方の摺接面部分に潤滑特性を有する固体被膜を形成す
ることによって、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
に位置する潤滑膜により摺動か円滑になされるのである
。

そして、当該バルブにおいては、その各固定弁体又は移
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、本発明に係る複合体からなる弁体な湯水混合栓（
１１１）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１′、２１面
を参照して説明する。第１図には湯水混合栓（ｌＯ）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（１８）から導出するもの
である。

この湯水混合栓（ｌＯ）のバルブ本体内には支持部材（
１２）か収納されていて、この支持部材（１２）ｋに固
定弁体（１３）が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）か配置しであ
る。移動弁体（１４）の上部には連結部材（Ｉ５）が固
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（１４）
を固定弁体（１３）に対して密着した状態で前後左右に
摺動し得るようになっている。勿論、−上記の支持部材
（１２）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摺接面
部分を、後述のように高硬度の母材表面に潤滑性をイイ
する固体被膜を形成すればよい。

固定弁体（１３）及び移動弁体（１４）は、：５２図及
びｉ３図に示すようなものて、それぞれには−個または
複数の通路（１３ａ）または通路（１４ａ）が形成され
ている。これらの通路（１３ａ）または通路（＋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）に対して摺接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）は貫通したちのてあってもよいし
、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（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
分に、高い硬度の母材表面に潤滑性を有する固体被膜か
形成しであるのである。

以下の説明は、固定弁体（１３）あるいは移動弁体（１
４〕についての詳説である。

固定弁体（１３）あるいは移動弁体（１４）の母材の摺
接面部分の表面粗さは、３ルｍ以り必要である。

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、被膜保持性か弱くなる傾向があるためである。なか
でも５１Ｌｍ以上が好ましい。

前記母材の硬度はビラカース硬度で少なくとも２００ｋ
ｇ／ｍｍ”であることが必要である。この理由は２００
ｋｇ／ｍｒｒｒ′よりも小さいと、使用時における固定
弁体（１３）と移動弁体（１４）の密着圧力か高いため
に寸法安定性が悪くなって、変化を生じ、Ｗｉ動時に摩
耗し易くなり、長期の使用により摩耗を生じ、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’以上有することか望ましい。前記母材として
は、金属、合金、セラミックス、磁器、合成樹脂あるい
はそれらの複合材料のいずれをも利用することかてきる
。なかても、セラミ・ンクス、磁器は、その硬度か高い
ため、さらに好適に使用でき、たとえば、Ａｌｚ０３、
Ｓ　ｊｏ□、Ｚｒ０ｚ　、Ｓ　ｉｃ、ＴｉＣ１ＴａＣ，
Ｂ４　Ｃ，ＷＣ，Ｃｒ＝　Ｃ，、Ｓ　ｉ’ｚ　Ｎ４、　
　ＢＮ、　　ＴｉＮ、　　ＡＩＮ、　　ＴｉＢ、、　　
ＣｒＢ２　。

ＺｒＢ、、コージェライト、ムライト、Ｔｉｅ。

あるいはこれらの化合物から選択されるいずれか少なく
とも１種であることか好適である。

次いて、前記固体被膜はアセタール樹脂、ナイロン樹脂
、ポリエチレ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種の潤滑被膜であることが好まし
い。この理由は、前記の硬度の高い材料は、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からであり
、しかも自己潤滑性に乏しいため、単独では使用が困難
だからである。そのため、前述の弁体相互の摩耗を防ぎ
、自己潤滑性を与えるための潤滑膜を被覆する必要があ
る。

一方、自己潤滑性を与える固体被膜は、粉末状の固体潤
滑剤と高分子樹脂との複合膜でも好ましく、なかでも黒
鉛、フッ素樹脂、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリ
ブデン、二硫化タングステン、セレン化タングステン、
セレン化モリブデン、セレン化ニオブ、グラファイト層
間化合物、金、銀、鉛、錫、インジウムから選ばれるい
ずれか少なくとも１種の粉末と、ポリアセタール樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリブチ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、ボソフェンレンサルファイト樹脂、シリコーン樹脂
、あるいはフッ二に樹脂から選ばれるいずれか少なくと
も１種のマトリックスとの複合膜であることがより好適
に使用てきる。

これらの潤滑膜の形成方法としては、樹脂を加熱して溶
融させて塗布する方法、樹脂を溶剤に溶解させて塗４ｊ
する方法、微粒化した樹脂を静電塗装あるいは分散媒液
中に分散させてこの分散液を噴霧Ｐ＠　／Ｉｉ　Ｌ／、
後に樹脂の溶融温度て焼きつける方法等が適用てきる。

そして、１）１１記４〒１滑被膜の膜厚は少なくとも３
ｐμｍであることか好ましい。その理由は３ＪＬｍより
も少ないと、母材表面よりも被膜か凹むため潤滑効果か
十分に発揮てきないからである。

（実施例） 実施例」 出発原料は９５％かβ型結晶よりなる炭化珪素粉末であ
り、０．３１Ｌｍの平均粒径を有し、０．３重争％の遊
ｇ１炭素、０．２重量％のＭｇＩシリカ、０．０３重驕
％の鉄、０．０３［１ｉ１％のアルミニウムを主として
含有していた。

この粉末１００１ｉ部に対し、ポリビニルアルコール５
重ψ部、水１００重量部を配合し、ボールミル中で５時
間混合後、２００°Ｃて噴霧乾燥した。

この粉末２３ｇを採取して、金属製成形型を用いて、＋
０００ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｒｎ’の圧力でプレス成形
を行い、外径か３６ｍｍで第２図及び第３図符吟（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見／分のアルゴ
ンガス気流中て５００°Ｃまて２°Ｃ／分、５００°Ｃ
より２１００°Ｃまで５°Ｃ／分で昇温し、最高温度２
１００″Ｃ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か：１８００ｋ　ｇ　／　ｍｍ’
、気孔率か３容量％の緻密質焼結体であった。この緻密
質焼結体の摺接面に相裏する面を２５０メツシユの炭化
珪素砥粒によってサンドブラスト処理し１表面粗さＲｍ
ａｘイ４を１８終ｍとした。

この焼結体に、平均粒径３ルｍのポリテトラフルオロエ
チレンの微粒子を静電塗装し、大気中で３５０°Ｃまで
５℃／分の速度で加熱し、３５０℃で１時間保持した後
、水中に投下した。その結果、その表面にポリテトラフ
ルオロエチレン膜が２５延ｍ被覆された。この複合体摺
接面を５４ｍのダイアセント砥粒により研磨し、移動弁
体（１４）を得た。

一方、外径４６　ｍ　ｍの成形金型中に純度か９２％で
あるアルミナ粉末２０ｇを装入し、１３００ｋ　ｇ／ｃ
ｔｎ’の圧力でプレス成形し、第２図及び第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°Ｃ／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３．７４ｇ／ｃＩＴｒ′、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
６ＪＬｍタイアモントて研摩し、固定弁体（１３）を得
た。

前記移動弁体（１４）と固定弁体（Ｉ３）を第１図に示
す如き湯水混合栓（ｌＯ）に挿入し、回転方向の往復ｔ
ｒｉ動トルクを測定した。

その結果を第４図（ハ）に示す。第４図よりわかるよう
に、囲動トルクはｌＯ万回摺動中常に３．５〜５．５　
ｋ　ｇ−ｃ　ｍの範囲であり平均４．２ｋｇ”ｃｍ、変
動幅は１．５ｋｇ−ｃｍ以下てあり、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。

１遍」１ス 実施例１と同様の形状の、移動弁体（１４）を以下の方
法て製造した。５ＵＳ−３１６Ｌ素材を切削加工し、５
００°Ｃに加熱して水中に投下、急冷した。このＳＵＳ
　　３１６Ｌのビッカース硬度は４２０　ｋ　ｇ、／ｍ
ｒｎ’、　Ｒｍａ　ｘ値は２５ｇｍであった。

次いで、この移動弁体（１４）の表面に実施例１と同様
の方法を２度繰り返しポリテトラフルオロエチレンの被
膜を形成した。

ｆｌ）られた移動弁体（１４）の表面にはポリテトラフ
ルオロエチレン被膜か３１　ｐμｍ形成されていた。

この移動弁体（１４）の摺動トルクを、実施例１と同様
に測定したところ、第４図（ニ）に示すように初期摺動
トルクが４．５ｋｇ−ｃｍ、平均摺動トルクか６．０ｋ
ｇ−Ｃｍ、変動幅か−１，０〜＋　２．ｆｌｋｇ−Ｃｍ
てあり、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、素材として５ＵＳ−３０４を
使用して、硬度が１１０　ｋ　ｇ／ｍｍ’、　Ｒｍａｘ
値か２４１Ｌｍの母材を得た。この母材に実施例２と同
様の樹脂処理を３回実施した。得られた移動弁体の表面
には４５ＪＬｍのポリテトラフルオロエチレンが被覆さ
れていた。この移動弁体の摺動トルクを、実施例１と同
様に測定したところ、第４図（ホ）に示す結果となり、
Ｗ１＊トルクか徐々にＬ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改ｆ％がＺｒＯ□で残部
がＹ２Ｏ３からなる粉末を用い、第２図及び３図の符号
（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、１６００℃まて２℃／分の昇温速度で加熱し
、　１６００℃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、硬度かｌ：１００ｋ　ｇ
／　ｍ　ｍ’、密度が５．９ｇ／ｃｒｎ’、気孔率か１
．９％であった。この焼結体をＧ　Ｃ＃　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、Ｒｍａ
　ｘか６．５　ｐ−ｍの而を得た。一方、同様にしてＧ
Ｃ＃４０００の砥粒を利用したサンドブラスト処理でＲ
ｍａｘ値が１．６μｍの面を得た。これらの焼結体の表
面に１２０°Ｃで溶融させたフッ化黒鉛３０％含有の低
密度ポリエチレン溶融液を塗布し冷却固化せしめた。前
記弁体の表面にはそれぞれ１２μｍ、１０ｇｍ、の被膜
か形成されていた。

次いで、平均粒径が０．５ｇｍのＣｅＯ２粒子により表
面を研磨した後、実施例１と同様の方法て摺動特性を調
べた。その特性は第４］Ａ（へ）、（ト）である。

図から明らかなように、Ｒｍａｘ値を６．５　ｐ−ｍと
した場合の第４図の（へ）にあっては、安定したトルク
か得られているが、Ｒｍａｘ値を１．６７ｔｍとした場
合の第４図の（ト）ては危機なトルク上昇が認めらｔだ
。

（発明の効果） 以１ユ詳述した通り、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、硬度がビッカース硬度で２００ｋｇ／ｍ
ｍ’を少なくとも有し、面粗さＲｍ　ａ　ｘ　４ｐを２
ｇｍ以上とした母材によって形成するとともに、前記表
面に潤滑性を有する固体被膜を形成したことにその特徴
があり、これにより、固定弁体（１３）と移動弁体（１
４）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
）との密着摺動を長期間に亙って維持し流体の漏れを生
ずるようなことかない。

勿論、以北のことは、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！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、青銅鋳物合金、Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ
合金、Ａ’１２０ｙ、ＺｒＯ２，ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｂ、
Ｃ，ＷＣ、コージェライト、ムライト、Ｓｌ　３　Ｎ４
．８Ｎ、ＡＩＮ、及び、ＴｉＢ２から選ばれるいずれか
少なくとも１種からなる母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かあるもので
ある。

また、各固定弁体（１３）または移動弁体（１４）の全
体を１−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１７
−。

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かできるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したー・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、ヒ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間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　　リ１ 【０・・−湯水混合栓、１１−・・ハルツ本体、１３・
・・固定弁体、１４−・・移動弁体、＋７−・操作レバ
ー、１８・・・蛇口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、バルブ本体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れることに
   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かビッカー
   ス硬度で２００ｋｇ／ｍｍ＾２を少なくとも有し、表面
   の面粗さＲｍａｘ値が３μｍ以上を有する母材より成り
   、前記表面に潤滑性を有する固体被膜が形成されている
   ことを特徴とする複合体よりなる弁体を備えたバルブ。 ２）、前記潤滑性を有する固体被膜が、フッ素樹脂、ポ
   リアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、アセタール樹脂より
   選ば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項記載のバルブ。 ３）、前記潤滑性を有する固体被膜が、黒鉛、フッ素樹
   脂、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫
   化タングステン、セレン化タングステン、セレン化モリ
   ブデン、セレン化ニオブ、グラファイト層間化合物、金
   、銀、鉛、錫、インジウムから選ばれるいずれか少なく
   とも１種の粉末と、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹
   脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブ
   チ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
   ンレンサルファイト樹脂、シリコーン樹脂、あるいはフ
   ッ素樹脂から選ばれるいずれか少なくとも１種のマトリ
   ックスとの複合膜である特許請求の範囲第１項記載のバ
   ルブ。 ４）、前記潤滑性を有する固体被膜の厚みか少なくとも
   ３μｍ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。 ５）、前記母材が種として、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿
   ２、ＺｒＯ＿２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、Ｂ＿４ｃ、
   ＷＣ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＢＮ、ＴｉＮ
   、ＡｌＮ、ＴｉＢ＿２、ＣｒＢ＿２、ＺｒＢ＿２、コー
   ジェライト、ムライト、ＴｉＯ＿２あるいはこれらの化
   合物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１項〜第４項のいずれかに記載のバルブ。