JPH06109146A

JPH06109146A - 弁装置

Info

Publication number: JPH06109146A
Application number: JP26137292A
Authority: JP
Inventors: Takumi Shimokusuzono; 工下楠薗
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、弁装置を、液圧１７．５kgｆ／cm
²の流水を完全に止水または流量調節できるようにし
て、特に長時間連続して使用した場合でも耐液圧性を保
持して実用上の信頼性を満足できるものとする。【構成】ハウジング１の内部に固定された弁体６と、
この弁体に摺動自在に重ね合わされた可動の弁体７にそ
れぞれ切り欠きによる流通路１５または流入路１３、１
４を形成して、これら一対の弁体６、７の変位により止
水または流量調整を行なう弁装置において、弁体７を、
ポリフェニレンサルファイドまたはポリエーテルエーテ
ルケトンなどの合成樹脂１００重量部と炭素繊維やマイ
カなどの異方性充填剤２０〜２００重量部および四フッ
化エチレン樹脂などのフッ素樹脂５〜８０重量部を配合
した樹脂組成物の成形体で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水道水用水栓、温水
・冷水混合水栓、便器用温水洗浄器の流路切り換え栓な
どに用いられ、摺接する弁体の変位により止水または流
量調整を行なう弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の弁装置の具体例として、家庭用水
道に用いられている温水・冷水混合栓の構造を図１ない
し図４を参照して説明する。

【０００３】これらの図において、温水・冷水混合栓
は、ハウジング１の側面に流出路２を有し、パッキンガ
イドに流入路３と流入路４とを有し、これら両流入路の
いずれか一方が水道管、他方が湯沸器に接続されること
になる。

【０００４】そして、上記のハウジング１の内部に設け
た弁収納凹部５内に、弁体６と弁体７およびリング状の
案内板８とが下から順に重なった状態で収納され、ハウ
ジング１上に固定された上蓋９に、弁を操作するレバー
１０が取りつけられている。

【０００５】ここで、弁体６は、ハウジング１の内径面
およびベース１２に設けた突起１１との嵌まり合いによ
ってベース１２に固定され、中央に流出路２とその周囲
に一対の流入路１３，１４がハウジング１の流出路３，
４と連通するように形成されている。また、弁体７は、
案内板８と弁体６ではさまれ、弁収納凹部５の内径より
も小径の円盤であり、弁体６および案内板８に対して、
摺動が自在になっているとともに、弁体６に対する摺動
面に流出路２と連通する流通路１５が設けられている。

【０００６】さらに、上記の弁体６とベース１２および
案内板８と上蓋９の間にゴム製のＯリング１６、１９が
組み込まれ、このＯリング１６、１９の弾性によって、
ベース１２と弁体６、弁体６と弁体７、弁体７と案内板
８の間がそれぞれシールされている。また、前記の弁体
７とレバー１０とはリンク棒１７を介して連動して、こ
のリンク棒１７が上蓋９にピン１８で支持され、レバー
１０を上下および回動させることによって弁体７を駆動
し、流通路１５の変位により、温水・冷水および混合水
の取り出しと閉栓とが行えるようになっている。

【０００７】なお、図１および図２は、弁体７が同図右
側に最も変位し、流通路１５が両流入路１３，１４の何
れにも連通しない状態を示し、図３は流通路１５が一方
の流通路１３と連通する弁体７の位置を示し、温水また
は冷水が単独で取り出される状態を示し、図４は、流通
路１５が両流通路１３および１４と連通する弁体７の位
置を示し、混合水の取り出し状態を示している。

【０００８】以上述べたような弁装置は、弁体６および
７による摺動面間のすり合わせ状態に応じて、流量調整
または流路変更を行なうものであって、温水・冷水の混
合栓に限らず、便器などに設置される温水洗浄器の流路
切り換えなどにも使用することができる。

【０００９】このような弁体６または弁体７は、いずれ
か一方をセラミックスで成形し、他方はフッ素樹脂、超
高分子量ポリエチレンなどの自己潤滑性を有する樹脂ま
たは二硫化モリブデン、カーボンなどの潤滑性を高める
フィラーを充填した樹脂で構成（たとえば実開昭６３−
３６７６５号公報）することが知られている。

【００１０】しかし、自己潤滑性樹脂製の弁体は、耐ク
リープ性に劣り、繊維類充填材で補強しても、樹脂と補
強剤とのヌレ性の悪さから充分な補強効果が得られず、
結果として低い水圧にしか耐えられないか、または、こ
の樹脂弁体の肉圧を実用レベルとはかけ離れた大きなも
のとする必要があった。また、補強効果の大きい樹脂
に、自己潤滑性を有するフィラーを充填した系において
も、充分な潤滑性を得るには、相当量の潤滑性フィラー
を使用する必要があり、その結果、衝撃強度または耐ク
リープ性は著しく低下し、クラック発生または止水不良
などの問題が起こり、逆に潤滑性フィラーの量が少なす
ぎると、弁体摺接面の潤滑性が悪くなり、そのために弁
装置を操作するレバーなどのハンドルトルクが大きくな
って問題を生じる。

【００１１】これらの問題を考慮したものとしては、弁
体を構成する樹脂成分がポリエーテルイミド樹脂、ポリ
エーテルサルフォン樹脂と炭素繊維、ガラス繊維および
適宜に粉末状充填剤を添加したものがあり、またはポリ
エーテルケトン樹脂３５〜９０重量％と平均繊維径が８
μｍ以下の炭素繊維１０〜６５重量％からなり、さらに
天然マイカなどの無機粉末充填剤を配合した樹脂組成物
が、特願平１−１０６８７号に提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した弁体
は、その射出成形時に配合成分中の異方性充填剤が配向
するので、弁装置における一対の弁体同士の摺接面が、
使用中に比較的多量に吸水した際に部分的に寸法変化を
おこし易く、この場合に液密に摺接できず、実用上の目
安となる液圧１７．５kgｆ／cm²における止水試験で液
漏れするという問題点がある。

【００１３】そこで、この発明は、異方性充填剤が原因
と考えられる上記した弁体摺接面の平面度の問題点を解
決し、弁装置を、液圧１７．５kgｆ／cm²の流水を完全
に止水または流量調節できるようにして、特に長時間連
続して使用した場合でも耐液圧性を保持して実用上の信
頼性を満足できるものにすることを課題としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、ハウジング内部に固定された
弁体とこの弁体に摺動自在に重ね合わされた可動弁体に
それぞれ切り欠きまたは開口を形成し、これら一対の弁
体の変位により止水または流量調整を行なう弁装置にお
いて、これら弁体のうちの少なくとも一方の弁体が、合
成樹脂１００重量部と異方性充填剤２０〜２００重量部
およびフッ素樹脂５〜８０重量部とを配合した樹脂組成
物の成形体からなる構成を採用したのである。

【００１５】または、前記した成形体に代えて、合成樹
脂１００重量部と異方性充填剤２０〜２００重量部およ
びワックス類１〜１０重量部とを配合した樹脂組成物の
成形体を採用することもできる。

【００１６】以下、その詳細を述べる。

【００１７】まず、この発明における合成樹脂は、とく
に限定されるものではなく、熱硬化性または熱可塑性の
いずれの樹脂であってもよく、たとえばフェノール樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンフェノール共
縮合樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、ユリアグアナ
ミン共縮合樹脂、アミノ樹脂、アセトグアナミン樹脂、
メラミングアナミン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、エポキ
シアクリレート樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、
塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン
（低密度、高密度、超高分子量）、塩素化ポリオレフィ
ン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、水架橋ポリ
オレフィン、エチレン−ビニルアセテート共重合体、エ
チレン−エチルアクリレート共重合体、ポリスチレン、
ＡＢＳ樹脂、ポリアミドメタクリル樹脂、ポリアセテタ
ール、ポリカーボネート、セルロース系樹脂、ポリビニ
ルアルコール、ポリウレタンエラストマー、ポリイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリシ
アノアリールエーテル、ポリエーテルケトン、アイオノ
マー樹脂、ポリフェニレンオキサイド、メチルペンテン
ポリマー、ポリアリルスルホン、ポリアリルエーテル、
ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、芳香族ポ
リエステル、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ
ブチレンテレフタレート、熱可塑性ポリエステルエラス
トマー、各種高分子物質のブレンド物などを例示するこ
とができる。

【００１８】また、以上述べた合成樹脂のなかでも、ガ
ラス転移点（Ｔｇ）が、摂氏８５℃以上である合成樹脂
が好ましく、たとえば、ポリフェニレンサルファイド、
ポリエーテルエーテルケトン、ポリシアノアリールエー
テル、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、
ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンな
どの一群を例示することができる。特にこの群のうちの
前三者は、吸水率が低く、潤滑性、耐摩耗性が優れてい
るので、これらをの成形品を弁体として採用した弁装置
に、長期に亘る軽快なハンドル操作性と確実な止水性を
与える。

【００１９】次に、この発明における異方性充填剤と
は、たとえば球状グラファイトのような等方性充填剤と
は異なり、膨張率、強度、屈折率などの物性が、方向に
よって異なるもので、被充填樹脂の成形時の流動方向に
よってその物性が配向して現れるものをいう。このよう
な異方性充填剤の具体例としては、カーボンファイバ
ー、ガラスファイバーなどの繊維状充填剤、ウィスカ、
マイカ、板状グラファイトなどを挙げることができる。

【００２０】この発明におけるフッ素樹脂としては、側
鎖にフッ素の結合をもつポリマーを特に限定することな
く用いることができ、たとえば、ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフ
ルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テ
トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合体（ＥＰＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド
（ＰＶＤＦ）などをあげることができる。特に、ＰＴＦ
Ｅは、ハンドル操作力の軽減効果が著しく好ましい。

【００２１】この発明に用いるワックス類は、Ｃ₁₂〜Ｃ
₃₂なる直鎖飽和モノカルボン酸系のワックスで、代表例
としてはラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ス
テアリン酸、ベヘン酸またはモンタン酸などまたはそれ
らの塩類を挙げることができるが、ポリオレフィン系、
エステル系のワックスであってもよい。

【００２２】以上述べた樹脂弁体を構成する原材料の配
合割合は、合成樹脂１００重量部に対して異方性充填剤
２０〜２００重量部およびフッ素樹脂５〜８０重量部で
あるか、前記フッ素樹脂に代えてワックス類１〜１０重
量部を配合する。なぜなら、異方性充填剤が、２０重量
部未満の少量では弁体の剛性が低く弁装置の初期の止水
性が悪くなり、耐摩耗性も劣るため、長期使用後には止
水性が一層悪くなる。また、２００重量部を越える多量
では、成形が困難となる。フッ素樹脂が５重量部未満の
少量では、初期の止水性の向上がなく、８０重量部を越
える多量では、弾性率が小さくなりすぎて止水性に劣
る。ワックス類についても同様に、１重量部未満の少量
では、初期の止水性の向上がなく、１０重量部を越える
多量では、弾性率が小さくなりすぎて止水性に劣る。

【００２３】また、これら原材料の混合成形するときの
混合方法は、特に限定されるものでなく、通常一般の工
業的手法を採用できる。溶融成形法も特に限定するもの
ではないが、量産性、低コスト化を考えれば、射出成形
法が好ましい。

【００２４】しかし、射出成形だけで摺接面の平面度も
含めて最終形状を得ることは非常に難しいので、射出成
形直後に同じ金型内で圧縮成形の行なえる、いわゆる射
出圧縮成形が有利である。通常は、成形後に摺動表面の
優れた平面度を出すために後加工を行なう。すなわち、
平面研削盤等で成形品素材の平行度および平面度を整え
た後、ラップ機で１０〜５０μｍ程度表面を磨き取る。
この際のラップ砥粒には、アルミナ、炭化ケイ素などを
主成分としたものを用いればよく、その粒度は非常に細
かいもの、たとえば＃２０００以下、好ましくは＃４０
００以下のものが適当である。

【００２５】

【作用】この発明における弁装置は、弁体の少なくとも
一つが異方性充填剤含有の合成樹脂組成物からなるが、
さらにこの合成樹脂組成物に配合される所定量のフッ素
樹脂またはワックス類によって、射出成形時の溶融粘度
をさげることができ、すなわち、低速（低せん断速度）
で成形可能となって異方性充填剤の配向性を緩和したも
のとなる。これにより、異方性充填剤の配向による部分
的寸法変化が抑えられ、また、所期の潤滑性、高弾性お
よび耐摩耗性も維持できる。

【００２６】

【実施例】実施例および比較例に使用した原材料を一括
して示すと以下の通りである。なお、（）内には略称
を示し、配合割合は全て重量部で示した。

【００２７】（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂
（ＰＰＳ）トープレン社製：Ｔ−４（２）ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）英国アイ・シー・アイ社製：ビクトレックス４５０Ｐ（３）ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）出光興産社製：ＩＤ３００（４）炭素繊維（ＣＦ）東邦レーヨン社製：ベスファイトＨＴＡ（繊維径７．
２μｍ、引っ張り弾性率２４０００kg／mm²、引っ張り
伸び率１．５２％）（５）マイカ（マイカ）カナダマイカ社製：Ｓ−３２５（平均粒径１３〜５０
μｍ、純度約９９％）（６）四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）三井デュポンフロロケミカル社製：テフロン７Ｊ（７）テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）三井・デュポン・フロロケミカル社製：テフロン３４０
Ｊ）（８）ワックス（モンタンワックス）ヘキスト社製：ＨｏｓｔａｍｏｎｔＶＰＺｎＶ１
０４（９）炭酸カルシウム（炭カル）日窒工業社製：ＮＡ−６００（平均粒径３．５〜５０
μｍ、純度約９８％）（１０）カオリン（カオリン）白石カルシウム社製：ＳＴフィラーＳＴ−１００、平
均粒径２〜５０μｍ、純度約９８％）実施例１〜９：炭素繊維をエポキシ系サイジング剤で集
束させ、繊維長６mmに切断し、諸原材料を表１に示す配
合割合で予め乾式混合した後、二軸押し出し機（池貝鉄
工社製：ＰＣＭ−３０）に供給し、以下の条件にて射出
成形して、図１から図４に示すような構造である北村バ
ルブ社製シングルレバー混合栓ＫＭ３００Ｎと同型の弁
体を得た。

【００２８】すなわち、実施例１〜７では、射出成形に
際してシリンダー温度３００℃、スクリュー回転数５０
ｒｐｍの条件で押し出し造粒し、得られたペレットをシ
リンダー温度３２０℃、射出圧５００〜１５００kg／cm
²、金型温度１４０℃の条件のもとに射出成形した。

【００２９】また、実施例８〜９では、シリンダー温度
３７０℃、スクリュー回転数５０ｒｐｍの条件で押し出
し造粒し、得られたペレットをシリンダー温度３８０
℃、射出圧５００〜１５００kg／cm²、金型温度１７０
℃の条件のもとに射出成形した。

【００３０】なお、この樹脂製の弁体は、成形後、その
摺接面を平面研削盤にて平面度を出し、さらにラップ機
で表面粗さをだした。

【００３１】このようにして得られた弁体に対して、以
下のような実用的機能試験を行ない、止水性、表面形状
および摩耗係数の変化量をそれぞれ測定し、その結果を
表１に併記した。

【００３２】実用的機能試験：（１）止水性北村バルブ社製のシングルレバー式混合栓ＫＭ３００Ｎ
を用い、図１の弁体７のディスクをこの実施例の樹脂製
とし、摺接する弁体６をアルミナ製として取り付け、耐
久試験前の初期および９０℃の熱湯に４００時間浸漬し
た吸水後の止水試験を行なった。止水試験においては、
レバーを中央下部に（止水状態）とし、ポンプによって
水圧を最大１７．５kgｆ／cm²までかけ、水洩れによる
３０秒間の圧力降下量（kgｆ／cm²）を測定した。

【００３３】（２）表面形状の変化量表面粗さ計（日本真空社製：ＤｅｋｔａｋII型）を使用
し、弁体摺接部（図１の弁体７）の使用前の表面形状
と、９０℃の熱湯に４００時間浸漬した吸水後の表面形
状を測定し、その変化量が０〜２μｍのものを☆印、３
〜５μｍのものを○印、６μｍ以上のものを×印の三段
階に評価した。

【００３４】（３）摩耗係数この実施例の樹脂製試験片を作成し、滑り速度４ｍ／
分、荷重４kgｆ／cm²、７０℃温水中１００時間の条件
で、ＮＴＮ社製スラスト型摩耗試験機を用い、相手材を
アルミナを主成分とするセラミックスとして測定した。

【００３５】

【表１】

【００３６】比較例１〜７：原材料を表２に示す割合で
配合し、比較例１〜５を、実施例１〜７と全く同じ条件
で成形し、比較例６および比較例７は、実施例８および
実施例９と全く同じ条件で成形して前記した実用的機能
試験と全く同様の試験法にて諸特性を調べ、得られた結
果を表２中に併記した。

【００３７】

【表２】

【００３８】表１および表２の結果から明らかなよう
に、実施例１〜９は、いずれも表面形状の吸水後の変化
率が、非常に少なく、止水性においても吸水後の変化量
が少なく、耐摩耗性にも優れていた。

【００３９】これに対して、フッ素樹脂を配合しなかっ
た比較例１および２では、吸水後に表面形状が部分的に
変化するため、止水性が著しく悪化した。また、比較例
３では、異方性充填剤の配合率が所定範囲以下であるた
め、耐摩耗性が非常に劣るものとなった。また等方性充
填剤を配合した比較例４〜７は、いずれも表面形状の変
化量は小さいが、弾性率が低下するため、止水性および
耐摩耗性が特に低下した。

【００４０】

【効果】この発明は、以上説明したように、弁体の成形
材料である合成樹脂組成物に配合される充填剤として、
所定量の異方性充填剤およびフッ素樹脂またはワックス
類を用いて、射出成形時の溶融粘度をさげ、充填剤の配
向性を緩和したものとしたので、精度の高い表面粗さお
よび平面度に仕上げられた弁体摺接面の吸水状態におけ
る寸法変化が抑えられ、さらに機械的強度の点でも一層
好ましいものとなり、液圧１７．５kgｆ／cm²の流水を
完全に止水または流量調節でき、特に長時間連続して使
用した場合でも所期の潤滑性、高弾性および耐摩耗性も
維持でき、耐液圧性を保持して実用上の信頼性を満足で
きる弁装置となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】家庭用水道に用いられる温水・冷水混合栓の構
造を例示する縦断面図

【図２】弁装置の作動状態を説明する横断面図

【図３】弁装置の作動状態を説明する横断面図

【図４】弁装置の作動状態を説明する横断面図

【符号の説明】

１ハウジング２流出路３、４、１３、１４流入路５弁収納凹部６、７弁体８案内板１０レバー１２ベース１６Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内部に固定された弁体とこの
弁体に摺動自在に重ね合わされた可動弁体にそれぞれ切
り欠きまたは開口を形成し、これら一対の弁体の変位に
より止水または流量調整を行なう弁装置において、これら弁体のうちの少なくとも一方の弁体が、合成樹脂
１００重量部と異方性充填剤２０〜２００重量部および
フッ素樹脂５〜８０重量部を配合した樹脂組成物の成形
体からなることを特徴とする弁装置。
【請求項２】請求項１記載の成形体に代えて、合成樹
脂１００重量部と異方性充填剤２０〜２００重量部およ
びワックス類１〜１０重量部とを配合した樹脂組成物の
成形体からなることを特徴とする弁装置。