(57)【要約】【課題】  摺動特性、剛性に優れ且つ安価な水栓バルブを提供する。【解決手段】  バルブは弁箱１の下部に底板２を固定し、この底板２には２つの流入口３を形成し、前記底板２上にはパッキン４を介して弁座５を重ね、この弁座５には前記流入口３と連通する弁孔６が形成され、更に弁座５の上には弁体７が摺動自在に重ねられ、この弁体７の上と前記弁箱１との間にレバーホルダ８が設けられ、このレバーホルダ８内に下端が前記弁体７の上面の凹部に係合するレバー９をピン１０を介して回動自在に取り付けている。そして、少なくても前記弁体７を樹脂結合質炭素で構成している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座と、この弁座に摺動自在に重ね合わされる弁体とを備えた水栓バルブであって、前記弁座及び弁体のうち、少なくとも弁体の材料を熱硬化性樹脂と炭素からなる樹脂結合質炭素としたことを特徴とする水栓バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載の水栓バルブにおいて、前記弁体はプレス成形にて成形され、且つ熱硬化性樹脂の全体に対する割合が、１０重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする水栓バルブ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水栓バルブにおいて、前記弁座の材料をセラミックとし、前記弁体の表面粗さ（Ｒａ）を０．１〜０．７μｍ、前記弁座の表面粗さ（Ｒａ）を０．２５μｍ以下としたことを特徴とする水栓バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湯水混合栓や止水栓等に用いる水栓バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素は自己潤滑性に優れた特性を有する。そこでこの特性を活かすべく、互いに摺接する弁座と弁体の少なくとも一方の部材に、黒鉛などの炭素を含む材料を用いた提案が特許文献１〜６になされている。
【０００３】
特許文献１には、アルミナ粉を８０〜９９重量％、炭素粉を１〜２０重量％混合し、成形と焼成を行って摺動面の面粗度をＲａ２μｍ以下としたセラミックバルブが提案されている。
【０００４】
特許文献２には、炭化珪素（ＳｉＣ）１００重量部に対し、炭素（Ｃ）を０．２〜５０重量部加え、炭素の結晶相、非晶相とのレーザーラマン分光強度のピーク面積比が０．１〜１０．０のセラミックバルブが提案されている。
【０００５】
特許文献３には、炭素のドメイン径（セラミックマトリックス中に分布している炭素粒子あるいはそれらの集合体の大きさ）が０．０１〜３０μｍで炭素のドメイン面積率が５〜７０％の、摺動部品に用いるセラミック炭素系複合材料が提案されている。
【０００６】
特許文献４には、バルブを構成する固定ディスク部材と可動ディスク部材の一方を、炭化珪素（ＳｉＣ）−炭素（Ｃ）系複合部材で作製し、他方をアルミナとし、摺動面のＲａを０．１〜０．３μｍとする提案がなされている。
【０００７】
特許文献５には、ディスクバルブを構成する弁座と弁体の一方を炭化珪素−炭素を系の自己潤滑性のセラミックで作製するとともに摺接面を中高形状にする提案がなされている。
【０００８】
特許文献６には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を主体とし、これに炭素繊維、ガラス状カーボン、黒鉛、マイカ、タルク、ニ硫化モリブデンなどを添加したバルブ用の樹脂組成物が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−２９７８７６号公報
【特許文献２】特開平３−１９９１６４号公報
【特許文献３】特開平５−９０５５号公報
【特許文献４】特開平７−１９０２０８号公報
【特許文献５】特開平９−４２４７９号公報
【特許文献６】特開２００３−１４１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されるバルブは、炭素の特性を活かして、セラミックディスクの摺動性を改善しているように見えるが、評価にはグリスを塗布しており、炭素の自己潤滑性を活かしていない。
【００１１】
特許文献２に開示されるバルブは、炭化珪素（ＳｉＣ）を主体としており、ＳｉＣは非常に硬いため加工が困難で、２０００℃以上の非酸化雰囲気で焼成しなければならないので高価になる。また、炭化珪素と炭素は反応しないため、炭素を多く含むものは欠けやすいという欠点も有る。
【００１２】
特許文献３に開示される摺動部材をバルブに応用した場合、大気中焼成可能なものを真空、又は、非酸化雰囲気で焼成しなければならない。全空隙率が１０％以上と大きいものもあり、シール出来ずに漏水するものも有るという問題点もある。更にマトリックスがセラミックであるので、高精度の加工と面粗度が要求され、コストアップにつながる。
【００１３】
特許文献４に開示されるバルブは、固定ディスクと可動ディスクの一方をＳｉ−Ｃを主体とし、他方をアルミナとしている典型的なセラミックバルブであり、このようなセラミックバルブは、前記した特許文献２と同様に、リークを防止するには摺動面の面粗度を極めて平滑にしなければならず、結局コストアップになってしまう。
【００１４】
特許文献５に開示されるバルブにあっても、弁座又は弁体を炭化珪素（Ｓｉ）−炭素（Ｃ）系の材料にて構成するため、前記した問題があり、また、セラミックをμｍ単位で中高形状に加工するには、加工機の管理等に労力がかかる。
【００１５】
特許文献６に開示される樹脂組成物を湯水混合専用のバルブに応用した場合、熱湯に曝されると、クリープを発生したり、漏水することがある。熱可塑性樹脂を使用し、射出成形をしているため、耐熱性が十分ではなく、強度の低いウェルド部が存在するという問題もある。更に、成形時に原料に流動性が必要なため、摺動特性を改善するためのフィラーを多く添加できない。
【００１６】
以上に述べたように、従来のバルブとして、自己潤滑性を高めるため、炭素を添加したものが提案されているが、何れもセラミック、又は、樹脂を主体とし、炭素を主成分としたものではない。その結果、セラミック、樹脂を主成分とする材料の問題がそのまま残っている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため本発明は、弁座と弁体とを摺動自在に重ね合わさせてなる水栓バルブの、少なくとも前記弁体の材料を熱硬化性樹脂と炭素からなる樹脂結合質炭素とした。
【００１８】
弁体は一般に平板状（ディスク形状）であり、高精度に仕上げられた平面同士で水を止水する。そのため、プレス成形製作するのに向いている。また、炭素と熱硬化性樹脂を使用しているため耐熱性（９０℃の熱水中で変形、劣化がない）に優れ、射出成形におけるウェルド部のように強度の弱い部分もない。主成分が自己潤滑性をもつ炭素であるため、摺動特性も良好である。
【００１９】
このように、弁体を樹脂結合質炭素で作製することで、セラミックや金属を主体としたバルブに比較して、摺動特性に優れ且つ安価なバルブとすることができる。また、熱可塑性樹脂を主体としたバルブに比較すると、シール性に優れ、耐熱性や強度、耐久性に優れるバルブとすることができる。
【００２０】
可動側の弁体を炭素と熱硬化性樹脂とするのは、例えばセラミック製弁座と組み合わせた場合、セラミックと比較して硬度が低く磨耗量が多いが、可動側であれば、全面均一に磨耗し、段差などの漏水に繋がるような磨耗が発生しないためである。
【００２１】
また、炭素と熱硬化性樹脂からなる樹脂結合質炭素として使用する熱硬化性樹脂としてはフェノール系樹脂が挙げられ、その全体に対する割合は１０重量％〜５０重量％とする。１０重量％未満では十分な強度（曲げ強度）が得られず、５０重量％を超えると、熱硬化時のアウトガスの量が増え、割れ等の不具合を生じやすくなり、ヤング率低下、摺動特性劣化（磨耗係数がアップ）という問題がある。
【００２２】
表面粗さは、一般に良く使用されているセラミックに関しては、可動側、固定側ともＲａ０．２５μｍ以下のものが使用されているが、セラミックに対してヤング率が大幅に小さい樹脂結合質炭素の場合は、樹脂結合質炭素がＲａ０．１〜０．７μｍであり、セラミックの表面粗さがＲａ０．２５μｍ以下であれば、１７．５ｋｇ／ｃｍ２の水圧がかかっても止水できた。この原因は、上下からの押し付け力により、樹脂結合質炭素が弾性変形するためと思われる。つまり、ヤング率の高いセラミックの場合は、押し付け力によるセラミックの弾性変形量は小さいが、ヤング率の低い樹脂結合質炭素の場合は、シール面での弾性変形量が大きいため、表面粗さが悪くてもシール可能であると推定される。
【００２３】
平坦度に関しては、セラミックを使用した場合１〜２ＬＢ程度の高精度な仕上げとなるが、本発明では、固定側のセラミックは高精度に仕上げる必要があるが、樹脂結合質炭素の場合、樹脂結合質炭素に反りが発生しても、ヤング率の高いセラミックの平坦度が良ければ、シールできた。これも表面粗さと同様に樹脂結合質炭素のヤング率が低いため押し付け力により弾性変形して、高精度なセラミック側に倣うため、１０ＬＢ以下の平坦度でも止水性良好と推定される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る水栓バルブによれば、弁座が、炭素を主成分とするため、従来の樹脂を主成分とする材料と比較し、ヤング率が大きく、熱水に対して安定しているため、シール効果を発揮でき、漏水等の不具合が無く、またセラミック材料と比較した場合には、面粗度が粗く平面度が悪くても、弾性変形により、高水圧下（１７．５ｋｇ／ｃｍ２）でもシールでき、且つ、操作性も良好なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水栓バルブの一例としてのシングルレバータイプのバルブの断面図であり、バルブは弁箱１の下部に底板２を固定し、この底板２には２つの流入口３を形成している。尚、図では流入口は重なるので１つのみを示している。
【００２６】
前記底板２上にはパッキン４を介して弁座５を重ねている。そしてこの弁座５には前記流入口３と連通する弁孔６が形成され、更に弁座５の上には弁体７が摺動自在に重ねられ、この弁体７の上と前記弁箱１との間にレバーホルダ８が設けられ、このレバーホルダ８内に下端が前記弁体７の上面の凹部に係合するレバー９をピン１０を介して回動自在に取り付けている。
【００２７】
ところで、本発明にあっては、少なくても前記弁体７を樹脂結合質炭素で構成している。樹脂結合質炭素にて作製する場合には、以下のようにして作製する。
【００２８】
５０重量％の人造黒鉛と５０重量％の土状黒鉛からなる骨材に、結合材としてのフェノール樹脂を添加した後、粉砕、分級をして平均粒径を２００μｍに調整した後、金型成形、更には、２００℃で硬化させて、ブロック状の樹脂結合質炭素を得た。更には切削加工を行い、目的形状に加工し、弁体のシールに関する面はラップ加工を行い、表面粗さ（Ｒａ）を０．７μｍ以下に仕上げた。
【００２９】
ところで、以下の（表１）は樹脂結合質炭素を構成する炭素に対する熱硬化性樹脂の含有率と、クラックの有無、抗折強度及び摩擦係数との実験結果を示すグラフであり、このグラフから以下のことが分かる。
即ち、熱硬化性樹脂と炭素からなる樹脂結合質炭素に関しては、熱硬化性樹脂の全体に対する割合が、１０重量％から５０重量％であることが必要で、１０重量％未満の場合、熱硬化性樹脂が全体に行き渡らず強度が低くなりすぎ、強度不足により、加工時、組立て時、使用時に割れや欠けが発生しやすくなる。５０重量％より多いと、熱硬化性樹脂が硬化時にクラックを発生する場合があり、また、摺動性良好な炭素の比率が少なくなるため、摩擦係数が増加する傾向にある。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
次に炭素材料のバルブとしての評価結果を行なうため、樹脂結合質炭素を用いてバルブを作成し、図１のカートリッジに組付け、耐圧試験及び耐久試験を行なった。結果を以下の（表２）に示す。
尚、（表２）において、中心線表面粗さ（Ｒａ）の測定は、テイラーホプソン（株）製の表面粗さ計Ｓ４Ｃを用いた。耐圧試験は、水圧１．７５ＭＰａで１分間保持して目視で水漏れの有無を評価した。耐久試験は、水側水圧０．５ＭＰａ、湯側水圧０．５ＭＰａで湯側止水−湯側全開吐出−水側止水−水側全開吐水−湯側止水を１サイクルとして、サイクル時間１５秒にて、１０万回行なった。      
【００３２】
【表２】
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【００３３】
耐圧性能を満たすには、（表２）の試料Ｎｏ．３と試料Ｎｏ．６の比較から、可動側バルブを構成する樹脂結合質炭素の表面粗さ（Ｒａ）は０．７μｍ以下とすべきことが分かり、また固定側バルブを構成するアルミナの表面粗さ（Ｒａ）は試料Ｎｏ．４から０．２５μｍ以下とすべきことが分かる。また、樹脂結合質炭素の表面粗さ（Ｒａ）は、試料Ｎｏ．９に示すように良すぎる場合（０．１μｍ以下）は、初期の操作力が高くなる傾向がある。
【００３４】
炭素１００％でシール性のある不浸透炭素の場合は、初期は問題ないが、耐久試験を持続してゆくと、操作時に引っ掛かるような違和感が発生した。理由は不明であるが、炭素１００％の場合は、磨耗量が多く、相手材のアルミナ炭素が転移して、炭素同士の摺動となるため、炭素同士が貼り付いて、操作時の引っ掛かり感になっている可能性はあると考えられる。
アルミナ同士の摺動の場合は、よく知られているようにグリースが無いと短時間で固着した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る水栓バルブの一例としてのシングルレバータイプのバルブの断面図
【符号の説明】
【００３６】
１…弁箱
２…床板
３…流入口
４…パッキン
５…弁座
６…弁孔
７…弁体
８…レバーホルダ
９…レバー
１０…ピン
【図１】
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