JPH0672667B2

JPH0672667B2 - バルブ用弁体

Info

Publication number: JPH0672667B2
Application number: JP61154433A
Authority: JP
Inventors: 輝代隆塚田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS639781A

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用
弁体に関し、特に本発明は、セラミックス多孔質体の開
放気孔中にフッ化カーボンが充填されてなるバルブ用弁
体に関する。

（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が長期間維持できる
こと。

各弁体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。

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の各種のバルブ、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、各弁体を例えば酸化アルミニウム焼結
体等の比較的硬い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、湯水混合栓の操作レ
バーに掛る摺動トルクが初期において相当大きくなる。
なお、この摺動を円滑に行なうために、各弁体の表面に
は潤滑剤が塗布されているが、このような表面に塗布し
た潤滑剤は流出し易く、長期間使用した場合に、初期の
操作特性を維持することが困難である。

（発明が解決しようとする問題点）このようにセラミックスそれ自体は高い硬度を有し耐摩
耗性にも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、これを解決してバルブ用弁体として適用
し得る材料としては未だ提案されていなかった。

本発明は以上のような実状に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、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用弁体を
提供することにある。

（問題点を解決するための手段）以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のバルブ用弁体は、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連通または遮断
を行うようにした移動弁体の少なくともいずれか一方に
使用されるものであり、少なくとも摺接面部分が、開放
気孔率が５〜55容量％、平均気孔径が0.1〜100μｍであ
るセラミックス多孔質体からなり、そのセラミックス多
孔質体の開放気孔中にフッ化カーボンが充填されてなる
ことを特徴とするバルブ用弁体である。

ところで、本発明のバルブ用弁体は、出発原料であるセ
ラミックス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
てセラミックス多孔質体となし、次いで前記セラミック
ス多孔質体の開放気孔中にフッ化カーボンを充填するこ
とによって製造される。このフッ化カーボンは本願の実
施例及び比較例から理解されるように、セラミックスの
自己潤滑性を向上させることができるため、本願の構成
には不可欠である。

前記セラミックス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、種々の方法が適用できる
が、例えば、セラミックス粉末自体を常圧焼結あるいは
加圧焼結して自己焼結させる方法、セラミックス粉末に
反応によってセラミックスを生成する物質を添加して反
応焼結させる方法、セラミックス粉末にCo、Ni、Moなど
の金属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して結合させる方法、セラミ
ックス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。

前記セラミックス多孔質体は、開放気孔率が５〜55容積
％であることが必要である。その理由は、前記開放気孔
率が５容積％より低いと実質的な潤滑剤の充填量が少な
くなり、潤滑特性を充分に発揮させることが困難だから
であり、一方55容積％よりも高いと多孔質体の強度が低
く粒子が脱離し易いばかりでなく、潤滑剤が脱離し易い
からである。

前記セラミックス多孔質体の平均気孔径は、0.1〜100μ
ｍとされる。その理由は、0.1μｍよりも小さい平均気
孔であると前記潤滑剤の充填が困難となり、充填しても
表面のごく近傍だけとなるため、長期使用に対して信頼
性が少くなる傾向があるためであり、100μｍよりも大
きいと、充填はし易くなるが、摺接面の凹凸が激しくな
り、耐圧能力が低下する傾向があるためであり、なかで
も0.5〜50μｍがさらに良好な結果を与える。

前記潤滑剤は前記セラミックス多孔質体の気孔中に気孔
容積の少なくとも10容積％充填されていることが好まし
い。その理由は、10容積％よりも少ないと、前記潤滑剤
の潤滑効果を充分に発揮させることが困難であるからで
ある。

前記セラミックス多孔質体としては、Al₂O₃、SiO₂、ZrO
₂、コージェライト、ムライト、SiC、TiC、TaC、B₄C、W
C、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、TiB₂、ZrB₂、CrB₂、
サイアロン、TiO₂、あるいはこれらの化合物から選択さ
れるいずれか１種または２種を主として含有するセラミ
ックスであることが好ましい。これらのセラミックスは
いずれも高い硬度、熱衝撃性を有し、耐摩耗性に優れて
いるからであり、なかでも、Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、AlN、
サイアロン、ZrB₂あるいはこれらの化合物から選択され
るいずれか少くとも１種を主として含有することがより
好適である。

なお、前記セラミックス多孔質体中へフッ化カーボンを
充填する方法として、前記潤滑剤を微粉砕し前記多孔質
セラミックスに摺り込む方法、前記微粉末した粉末を溶
媒に分散し、有機バインダーあるいは無機バインダーを
添加し、この液を前記多孔質体に含浸し、しかる後、前
記溶媒を除去し、前記バインダーを熱硬化させてセラミ
ックスに固着させる方法を使用することができる。

また、フッ化カーボンは炭素含有のセラミックスをフッ
素化合物と反応させフッ化カーボンを合成することが可
能である。

上記セラミックス多孔質体に炭素を充填する手段として
は、樹脂を充填して熱分解し、遊離炭素を残す方法を用
いることができ、例えばフェノール樹脂、リグニンスル
ホン酸塩、ポリビニルアルコール、コンスターチ、塘
類、タール・ピッチ類、重質油、不飽和ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、ポリイ
ミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリジビニルベンゼン樹
脂、芳香族化合物として重質油やタール・ピッチ類を用
いた縮合多環多核芳香族樹脂、ポリビニルクロライド等
を充填後熱分解することにより炭素を充填できる。

なお、本発明においては、セラミックス多孔質体を焼成
する前に前記潤滑剤を混合してから焼成することによっ
ても製造できる。

（発明の作用）本発明のバルブ用弁体は、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、セラミックス多孔質体によって形成
することにより、この多孔質自体が高い硬度を有し、か
つ耐摩耗性に優れていることから、これらの固定弁体及
び移動弁体の耐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
方の摺接面部分を、三次元網目構造の開放気孔を有する
セラミックス多孔質体によって形成するとともに、その
開放気孔中にフッ化カーボンを充填することによって、
この潤滑剤が有する潤滑性により、固定弁体と移動弁体
との摺接が長期間円滑に行なわれるのである。

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であるフッ化カーボンを充填して
いるため、従来のよう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。

（実施例）次に、本発明を、湯水混合栓（10）における固定弁体
（13）または移動弁体（14）に適用した場合について、
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（18）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（11）内には支持部
材（12）が収納されており、この支持部材（12）上に固
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）が配置してある。移
動弁体（14）の上部には連結部材（15）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）が
操作レバー（17）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この摺接面
部分を、後述のように三次元網目構造の開放気孔を有す
るセラミックス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て形成すればよい。

固定弁体（13）及び移動弁体（14）は、第２図及び第３
図に示すようなもので、それぞれには一個または複数の
通路（13a）及び通路（14a）がそれぞれ形成されてい
る。これらの通路（13a）または通路（14a）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）
は貫通したものであってもよいし、また単なる凹所であ
ってもよい。

また、第４図には、本発明に係る固定弁体（13）及び移
動弁体（14）を使用した単水栓（20）の縦断面図が示し
てある。この単水栓（20）にあっては、水の一次側通路
（21）と二次側通路（22）間の隔壁（23）上にパッキン
グを介して固定弁体（13）が配置してあり、さらにこの
固定弁体（13）の上に移動弁体（14）が配置してある。
この移動弁体（14）は、当該単水栓（20）のバルブ本体
（24）上に設けた操作レバー（27）の操作によって固定
弁体（13）に密着した状態で回動されるものであり、第
５図に示したように、固定弁体（13）の一対の通路（13
a）を選択的に連通させまたはこの連通を遮断する凹所
（14b）をその下面に有している。すなわち、移動弁体
（14）の凹所（14b）が、固定弁体（13）の各通路（13
a）に対して、第６図に示したような位置関係にある場
合には一次側通路と二次側通路（22）との連通を遮断で
き、また第７図に示したような位置関係にある場合には
一次側通路（21）と二次側通路（22）とを連通できるよ
うになっているのである。

尚、第８図に示すように、移動弁体（14）の下面に固定
弁体（13）の各通路（13a）を覆蓋し得る遮断突起部分
（14c）を形成し、その周囲を通路（14d）となるように
形成して、この遮断突起部分（14c）が固定弁体（13）
の各通路（13a）に対して、第９図の実線にて示すよう
な位置関係にあるときは一次側通路（21）と二次側通路
（22）とを連通させ、また第９図の仮想線に示した位置
関係にあるときには一次側通路（21）と二次側通路（2
2）との連通を遮断するようにして実施してもよい。

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
が、三次元網目構造の開放気孔を有するセラミックス多
孔質体によって形成するとともに、前記開放気孔中に潤
滑剤であるフッ化カーボンを充填してあるのである。

次に、各固定弁体（13）および移動弁体（14）を、セラ
ミックスとして炭化珪素を主体としたものを実際に製造
する場合の実施例及び比較例について説明する。

実施例１出発原料として使用した炭化珪素粉末は、95重量％がβ
型結晶であり、0.29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、ホウ素は検
出されなかった。

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。

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1000kg/cm²の圧力で成形した。この生成形
体の寸法はφ38×15mmで密度2.0g/cm³（62容積％）であ
った。

前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマン型焼成
炉を使用して１気圧の種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。

得られた多孔質体の密度は2.05g/cm³、開放気孔率は36
容積％であり、生成形体に対する線収縮率はいずれの方
向に対しても0.25±0.02％の範囲内で、多孔質体の寸法
精度±0.05mm以内であった。また、この多孔質体の平均
曲げ強度は18.5kg/mm²、平均気孔径は43μｍであった。

この多孔質体を外径が30mm、内径が15mm、厚さが5mmの
リング状に加工したのち、炭素含有量80％のタールピッ
チを400℃にて真空加圧含浸を行い、800℃の不活性雰囲
気下で炭化させた。この多孔質体中に含浸された炭素が
開放気孔中に占める割合は約45容積％であった。

この炭化珪素セラミックスを400（℃）、F₂雰囲気中
で、１時間反応させ、前記充填した炭素を80重量％フッ
化し、フッ化カーボンを形成した。

この炭素フッ化カーボンを充填した多孔質体のステンレ
ス鋼（SUS304）に対する乾式摺動試験を500mm/secの摺
動速度で摺動させるリングオンリング法で10kgf/cm²の
端面荷重を負荷して行ったところ、摩擦係数は0.03〜0.
05、また摩耗係数は1.3×10^-4mm/km(kgf/cm²)であり、
極めて優れた摺動特性を有していることが認められた。

比較例１多孔質体は実施例１と同様であるが、潤滑剤を充填する
ことなく摺動試験を行ったところ、摩擦係数は、0.5〜
0.7、摩耗係数は、1.1×10^-1mm/km(kgf/cm²)であった。

比較例２実施例１で、炭素を充填した後のフッ化処理を行わず、
潤滑材を炭素のみとした。実施例１と同様に摩耗係数を
測定したところ、2.7×10^-4mm/km)kgf/cm²)であった。

比較例３平均粒径が0.4μｍのα型アルミナ粉末100重量部に対
し、ポリビニルアルコール２重量部、ポリエチレングリ
コール１重量部、ステアリン酸0.5重量部及び水100重量
部を配合して噴霧乾燥した。

この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて3.0t/c
m²の圧力で成型し、直径50mm厚さ20mm、密度2.6g/cm³の
生成形体を得た。

前記生成形体をアルミナ製ルツボに挿入し、1450℃の温
度で１時間焼成した。

得られた多孔質体は結晶の平均粒径が約8.5μｍ、平均
気孔径が3.2μｍで三次元網目構造で結合しており、密
度は3.2g/cm³、平均曲げ強度は28.1kgf/mm²であった。

この多孔質体を外径が30mm、内径15mm、厚さが5mmのリ
ング状に加工した後、0.05μｍの窒化ホウ素粉末40重量
％、５重量％の水ガラスを加えた水溶液に浸し、真空加
圧含浸を行った。次いで乾燥し、500℃に加熱した。こ
の窒化ホウ素の前記多孔質体中の気孔に占める充填率は
40重量％であった。

この窒化ホウ素の充填されたAl₂O₃多孔質体のステンレ
ス鋼（SUS304）に対する乾式摺動試験を500mm/secの摺
動速度で摺動させるリングオンリング法で10kgf/cm²の
端面荷重を負荷して行ったところ、摩耗係数は4.7×10
^-4mm/km(kgf/cm²)であり、極めて優れた摺動特性を有し
ていることが認められた。

比較例４比較例３と同様であるが、α型アルミナ粉末に代えて第
１表に示したセラミックス粉末を使用し、焼結して得ら
れた多孔質セラミックスに比較例３と同様に窒化ホウ素
を充填し、摺動試験を試みた結果を表１にまとめた。

（発明の効果）以上詳述した通り、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動面
部分を、三次元網目構造の開放気孔を有するセラミック
ス多孔質体によって形成するとともに、前記開放気孔中
にフッ化カーボンを充填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（14）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。

さらに、フッ化カーボンは、実施例、比較例から理解で
きるように、カーボンやBNを潤滑材に使用した場合に比
べて、摩耗係数を1/2未満にすることができ、セラミッ
クスの自己潤滑性を著しく向上させることができる。

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互って軽く行うことがで
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互って維持し流体の漏れを生ずるよ
うなことがない。

勿論、以上のことは、水や湯以外の液体、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
路の連通または遮断を行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。また、本発明を適用するに
あたっては、その材料としてAl₂O₃、SiO₂、ZrO₂、SiC、
TiC、TaC、B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、ZrB₂、サ
イアロン、TiO₂、AlN、TiB₂、CrB₂、あるいはこれらの
化合物から選択されるいずれか１種または２種以上を主
として含有するものから自由に選択することができるも
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）の互いに摺動する
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で
ある。また第４図〜第９図は本発明を単水栓に実施した
例を示すもので、第４図はこの単水栓の縦断面図、第５
図は固定弁体と移動弁体の斜視図、第６図及び第７図は
固定弁体と移動弁体との関係を示す平面図、第８図は移
動弁体のさらに他の実施例を示す斜視図、第９図はこの
場合の固定弁体と移動弁体との関係を示す平面図であ
る。符号の説明 10……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

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも摺接面部分が、開放気孔率が５
〜55容量％、平均気孔径が0.1〜100μｍであるセラミッ
クス多孔質体からなり、そのセラミックス多孔質体の開
放気孔中にフッ化カーボンが充填されてなることを特徴
とするバブル用弁体。
【請求項２】前記フッ化カーボンの充填量は前記セラミ
ックス多孔質体の気孔容積の少なくとも10容積％である
特許請求の範囲第１項記載のバルブ用弁体。
【請求項３】前記セラミックス多孔質体は、Al₂O₃、SiO
₂、ZrO₂、コージェライト、ムライト、SiC、TiC、TaC、
B₄C、WC、Cr₃C₂、Si₃N₄、BN、TiN、AlN、TiB₂、ZrB₂、C
rB₂、サイアロン、TiO₂、あるいはこれらの化合物から
選択されるいずれか１種または２種以上を主として含有
する特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれかに記載
のバルブ用弁体。