JP2851782B2 - Disc valve - Google Patents
Disc valveInfo
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- JP2851782B2 JP2851782B2 JP32792493A JP32792493A JP2851782B2 JP 2851782 B2 JP2851782 B2 JP 2851782B2 JP 32792493 A JP32792493 A JP 32792493A JP 32792493 A JP32792493 A JP 32792493A JP 2851782 B2 JP2851782 B2 JP 2851782B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、特に水栓、或いは湯水
混合栓に使用される可動弁体と固定弁体とからなるディ
スクバルブに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a disk valve comprising a movable valve body and a fixed valve body used for a faucet or a hot-water mixing faucet.
【0002】[0002]
【従来の技術】水栓、或いは湯水混合栓に用いられるフ
ォーセットバルブは、2枚の円盤状弁体を互いに摺接し
た状態で相対摺動させることによって、各弁体に形成し
た流体通路の開閉を行うようになっている。2. Description of the Related Art A faucet valve used for a faucet or a hot and cold water mixing faucet is formed by sliding two disc-shaped valve bodies in sliding contact with each other to form a fluid passage formed in each valve body. It opens and closes.
【0003】例えば図6(A)に示すように、固体弁体
30と可動弁体20を互いの摺接面21、31で接した
状態として配置し、図6(B)に示すように、レバー4
0の操作で可動弁体20を摺動させることによって、互
いの弁体20、30に形成した流体通路22、32の開
閉を行い、流体の流量調整を制御するようになってい
た。For example, as shown in FIG. 6A, a solid valve body 30 and a movable valve body 20 are arranged so as to be in contact with each other at sliding contact surfaces 21 and 31, and as shown in FIG. Lever 4
By sliding the movable valve body 20 by the operation 0, the fluid passages 22 and 32 formed in the valve bodies 20 and 30 are opened and closed, and the flow rate of the fluid is controlled.
【0004】又、この種のディスクバルブ10には、摺
動性及びシール性が要求されるとともに、互いが絶えず
摺り合わされることから耐摩耗性に優れた材質が求めら
れており、上記可動弁体20及び固定弁体30として硬
質金属やセラミックスが使用されていた。[0004] In addition, the disc valve 10 of this type is required to have a sliding property and a sealing property, and a material excellent in abrasion resistance because it is constantly rubbed with each other. Hard metal or ceramic has been used for the body 20 and the fixed valve body 30.
【0005】ところで、摺動性とシール性は相反するも
のであり、例えばシール性を高めようとすると摺接面を
極めて平滑にしなければならないが、逆に摺動性が損な
われることが知られており、この典型的な例がリンキン
グ(凝着)であった。これは極めて平滑な面を持った1
対の部材同志を摺り合わせたときに発生する引っかかり
や異音の発生、そしてついには張り付いて動かなくなる
ような現象のことであり、このようなリンキングを防止
するために、さまざまな解決案が考えられている。その
一例として1対の弁体のうち、一方の摺接面を中心線平
均粗さ(Ra)0.2μm以下の面とし、他方の摺接面
を中心線平均粗さ(Ra)0.3〜0.6μmの面とし
たディスクバルブを本出願人は先に提案している(特開
平1−116386号公報参照)。[0005] By the way, the slidability and the sealing property are contradictory. For example, in order to enhance the sealing property, the sliding contact surface must be made extremely smooth, but it is known that the slidability is impaired. A typical example of this was linking. It has a very smooth surface 1
It is a phenomenon that occurs when the members of the pair are rubbed against each other, the occurrence of snagging and abnormal noise, and the phenomenon that finally sticks and stops moving, various solutions have been proposed to prevent such linking. It is considered. As an example, of a pair of valve elements, one sliding contact surface is a surface having a center line average roughness (Ra) of 0.2 μm or less, and the other sliding contact surface is a center line average roughness (Ra) 0.3. The present applicant has previously proposed a disk valve having a surface of .about.0.6 .mu.m (see JP-A-1-116386).
【0006】又、特開昭61−206875号、61−
244980号、62−4949号、62−37517
号公報には、一方の弁体を三次元網目構造の多孔質体と
し、この開気孔中に樹脂やオイルなどの潤滑剤を充填し
たものもあった。Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-206875, 61-
244980, 62-4949, 62-37517
In Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, there is a valve in which one valve body is formed of a porous body having a three-dimensional network structure, and the open pores are filled with a lubricant such as resin or oil.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、摺接面に微
少な凹凸を形成したディスクバルブでは、摺動性を保つ
ために潤滑剤が不可欠であり、しかも、一方の摺接面が
若干粗い面となっていることから、長期使用中に潤滑剤
が流出して凹凸を有する摺接面同士の摺動となるため
に、摺動トルクが大きくなるといった問題やシール性が
損なわれる恐れがあった。However, in a disk valve in which minute irregularities are formed on the sliding contact surface, a lubricant is indispensable to maintain the slidability, and one of the sliding contact surfaces is slightly rough. Therefore, during long-term use, the lubricant flows out and slides between the sliding contact surfaces having projections and depressions, so that there is a possibility that the sliding torque is increased and the sealing property is impaired. .
【0008】また、潤滑剤の種類によっては、長期使用
中に劣化したり、ゴミ等が付着することによる摺動特性
の悪化を避けることができなかった。Further, depending on the type of the lubricant, it is not possible to avoid deterioration during the long-term use and deterioration of the sliding characteristics due to adhesion of dust and the like.
【0009】しかも、摺動摩耗によって摺接面が滑らか
になってしまい結局リンキングが発生していた。In addition, the sliding contact surface becomes smooth due to the sliding wear, and eventually linking occurs.
【0010】一方、多孔質体の開気孔中に樹脂を充填し
たものにあっては、硬度の低い樹脂部分が先に削られて
は全面が削られるというように潤滑作用をなす樹脂が常
に相手材と接しないため、摺動トルクにばらつきがあっ
た。しかも、緻密な相手材に比べ多孔質体であるために
硬度が低く、その結果、短期間で磨耗してしまうという
問題があった。On the other hand, in the case where the resin is filled in the open pores of the porous body, the resin which has a lubricating action such that the resin portion having a low hardness is firstly shaved and then the entire surface is shaved. Since it did not come into contact with the material, the sliding torque varied. In addition, there is a problem that the hardness is low due to the porous body as compared with the dense counterpart material, and as a result, the material is worn in a short period of time.
【0011】ところで、今日では耐摩耗性に優れ、摩擦
係数の小さい非晶質ダイヤモンドが注目されており、こ
の非晶質ダイヤモンドから成る膜をセラミック部材に形
成した摺動部材が提案されている(特開平3−2231
90号公報参照)。Attention has been paid to amorphous diamond having excellent wear resistance and a small coefficient of friction today, and a sliding member in which a film made of the amorphous diamond is formed on a ceramic member has been proposed ( JP-A-3-2231
No. 90).
【0012】しかし、非晶質ダイヤモンドは密着性が悪
く、フォーセットバルブ等のディスクバルブに用いるに
は膜の剥離やシール性等の問題があり、まだ実用に供す
るものではなかった。However, amorphous diamond has poor adhesion and has problems such as film peeling and sealing properties when used for disc valves such as force-set valves, and has not been put to practical use yet.
【0013】本発明の目的は、非晶質ダイヤモンドなど
の非晶質硬質炭素膜を備えたディスクバルブを完成さ
せ、リンキングを生じることなくスムーズな摺動が可能
で、その性能を長期間にわたって維持することができる
ディスクバルブを提供することにある。An object of the present invention is to complete a disk valve provided with an amorphous hard carbon film such as amorphous diamond, which allows smooth sliding without linking and maintains its performance for a long period of time. It is to provide a disc valve which can be used.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では上記
課題に鑑み、2枚の弁体からなるディスクバルブのう
ち、一方の弁体の摺接面を中心線平均粗さ(Ra)で
0.2μm以下、平坦度で1μm以下とし、他方の弁体
は中心線平均粗さ(Ra)が0.15〜0.4μmの基
体上に、膜厚が0.4〜1.0μmでかつラマン分光分
析におけるラマンスペクトルの2つのピークがそれぞれ
ダイヤモンドの1333cm-1とグラファイトの155
0cm-1の近傍に存在する非晶質硬質炭素膜を被覆して
摺接面を構成し、互いの摺接面同士を摺接させるように
したものである。In view of the above-mentioned problems, in the present invention, the sliding contact surface of one of the two discs in the disc valve has a center line average roughness (Ra) of 0. .2 .mu.m or less and flatness of 1 .mu.m or less, and the other valve body is formed on a substrate having a center line average roughness (Ra) of 0.15 to 0.4 .mu.m and having a film thickness of 0.4 to 1.0 .mu.m and Raman. The two peaks of the Raman spectrum in the spectroscopic analysis were 1333 cm -1 for diamond and 155 for graphite, respectively.
A sliding contact surface is formed by coating an amorphous hard carbon film existing in the vicinity of 0 cm -1 , and the sliding contact surfaces are brought into sliding contact with each other.
【0015】[0015]
【作用】本発明によれば、一方の弁体に非晶質硬質炭素
膜を形成してあるため、摺動性に優れリンキングを防止
できる。According to the present invention, since the amorphous hard carbon film is formed on one of the valve elements, the sliding property is excellent and the linking can be prevented.
【0016】又、非晶質硬質炭素膜を備える弁体の摺接
面は、膜の密着性を考慮した最適な面粗さとしてあるた
めに膜の剥離がない。しかも、他方の弁体の摺接面も滑
らかな面としてあることから、膜を傷つけることなくシ
ール性を損なうことがない。その為、極めて長期間にわ
たり摺動特性を維持することができる。Further, since the sliding surface of the valve body provided with the amorphous hard carbon film has an optimum surface roughness in consideration of the adhesion of the film, there is no peeling of the film. In addition, since the sliding surface of the other valve element is also a smooth surface, the sealability is not impaired without damaging the film. Therefore, the sliding characteristics can be maintained for an extremely long time.
【0017】[0017]
【実施例】以下、本発明実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0018】図1は本発明に係るディスクバルブの一例
であるフォーセットバルブの弁体同士を摺接させた状態
を示す斜視図であり、図2は可動弁体20のみを、図3
は固定弁体30のみをそれぞれ示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a state in which valve elements of a force-set valve, which is an example of a disk valve according to the present invention, are brought into sliding contact with each other. FIG. 2 shows only the movable valve element 20 and FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing only a fixed valve body 30.
【0019】図1に示すように、円盤状をした固定弁体
30と可動弁体20を互いの摺接面21,31で接した
状態としておいて、可動弁体20を動かすことによっ
て、互いの弁体20、30に備えた流体通路22、32
の開閉を行い、流体の流量調整を行うようにしてある。As shown in FIG. 1, the disk-shaped fixed valve body 30 and the movable valve body 20 are kept in contact with each other at sliding contact surfaces 21 and 31 and the movable valve body 20 is moved to move each other. Fluid passages 22 and 32 provided in the valve bodies 20 and 30
Is opened and closed to adjust the flow rate of the fluid.
【0020】又、これらの弁体20、30には、耐磨耗
性に優れ変形し難い材質が要求されることから、真鍮や
ステンレス、或いは超硬合金などの硬質金属、又は、セ
ラミックスにより各弁体20、30を形成する。Further, since the valve bodies 20 and 30 are required to be made of a material which has excellent wear resistance and is hardly deformed, each of the valve bodies 20 and 30 is made of a hard metal such as brass, stainless steel, a cemented carbide or ceramics. The valve bodies 20 and 30 are formed.
【0021】ここで、上記セラミックスは、アルミナ、
ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等を主体とする焼結体
であって、助剤を所定量配合することで得られる。例え
ば、アルミナに対してはCaO 、SiO2、MgO のうち少なく
とも一種を、炭化珪素に対してはC、B、B4C 、Al
2O3 、Y2O3等を、さらに窒化珪素に対しては周期律表2
a、3a族元素の酸化物や窒化物をそれぞれ焼結助剤とし
て添加し、ジルコニアに対してはY2O3、CaO 、MgO など
の安定化剤を添加する。Here, the ceramic is alumina,
A sintered body mainly composed of zirconia, silicon carbide, silicon nitride, or the like, which can be obtained by mixing a predetermined amount of an auxiliary agent. For example, at least one of CaO, SiO 2 , and MgO is used for alumina, and C, B, B 4 C, and Al are used for silicon carbide.
2 O 3 , Y 2 O 3, etc.
Oxides and nitrides of elements a and 3a are added as sintering aids, and zirconia is added with a stabilizer such as Y 2 O 3 , CaO and MgO.
【0022】ところで、図2に示す可動弁体20の摺接
面21は、表面粗さ(Ra)0.2μm以下の面に形成
する。これは、表面粗さが0.2μmより大きいと、摺
動時に固定弁体30の摺接面31を磨耗させてしまうか
らであり、好ましくは表面粗さ(Ra)0.1μm以下
の滑らかな面とすることが望ましい。又、シール性を保
つために摺接面21の平坦度は1μm以下とすることが
重要である。The sliding surface 21 of the movable valve body 20 shown in FIG. 2 is formed on a surface having a surface roughness (Ra) of 0.2 μm or less. This is because if the surface roughness is larger than 0.2 μm, the sliding contact surface 31 of the fixed valve body 30 will be worn during sliding, and preferably a smooth surface roughness (Ra) of 0.1 μm or less. It is desirable to have a surface. It is important that the flatness of the sliding contact surface 21 be 1 μm or less in order to maintain the sealing property.
【0023】一方、図3に示す固定弁体30は、基体3
4の表面に、PVD法、CVD法、スパッタリング法等
の薄膜形成手段により均一な非晶質硬質炭素膜33を被
覆して摺接面31を構成する。On the other hand, the fixed valve body 30 shown in FIG.
The surface 4 is coated with a uniform amorphous hard carbon film 33 by a thin film forming means such as a PVD method, a CVD method, or a sputtering method to form the sliding contact surface 31.
【0024】非晶質硬質炭素は、表1に示すように高硬
度であるため耐磨耗性に優れ、動摩擦係数も非常に小さ
い材質であることから、潤滑剤を介さなくとも可動弁体
20との摺動トルクを大幅に軽減することができるとと
もに、その性能を長期間にわたって保つことができる。As shown in Table 1, amorphous hard carbon is a material having excellent hardness and high wear resistance and a very low dynamic friction coefficient. , And the performance can be maintained for a long period of time.
【0025】[0025]
【表1】 [Table 1]
【0026】ただし、非晶質硬質炭素は他部材との密着
性が悪く、可動弁体20との摺動に伴い基体34の表面
から剥離してしまう恐れがある。その為、基体34の表
面は中心線平均粗さ(Ra)0.15〜0.4μmの面
粗さに形成する。この理由としては、基体34の面粗さ
が中心線平均粗さ(Ra)0.15μmより小さいと充
分なアンカー効果が得られず、可動弁体20との摺動時
に膜33が剥がれてしまう恐れがあるからである。ただ
し、アンカー効果を持たせるために基体34の表面を中
心線平均粗さ(Ra)0.4μmより大きくすると、摺
接面31の凹凸が大きくなり過ぎ、逆にシール性が損な
われる。However, the amorphous hard carbon has poor adhesion to other members, and may be separated from the surface of the base 34 as it slides with the movable valve body 20. Therefore, the surface of the base 34 is formed to have a center line average roughness (Ra) of 0.15 to 0.4 μm. The reason is that if the surface roughness of the base 34 is smaller than the center line average roughness (Ra) of 0.15 μm, a sufficient anchor effect cannot be obtained, and the film 33 peels off when sliding with the movable valve element 20. This is because there is fear. However, if the surface of the base 34 is made larger than the center line average roughness (Ra) of 0.4 μm in order to provide an anchor effect, the unevenness of the sliding contact surface 31 becomes too large, and conversely, the sealing property is impaired.
【0027】又、非晶質硬質炭素は動摩擦係数が非常に
小さいことから摺動トルクを大幅に軽減することができ
るものの、摺接面31が滑らか過ぎるとリンキングを生
じる恐れがあるため、固定弁体30の摺接面31は基体
34の表面と同等の面粗さとすることが重要であり、そ
の為、非晶質硬質炭素膜33の厚み幅hは0.4〜1.
0μmの範囲とする。Although amorphous hard carbon has a very small dynamic friction coefficient, it can greatly reduce the sliding torque. However, if the sliding surface 31 is too smooth, linking may occur. It is important that the sliding surface 31 of the body 30 has the same surface roughness as that of the surface of the base body 34. Therefore, the thickness width h of the amorphous hard carbon film 33 is 0.4 to 1.
The range is 0 μm.
【0028】即ち、膜33の厚み幅hが0.4μmより
小さいと、薄すぎるために短期間で膜33が摩耗してし
まうからであり、逆に厚み幅hが1.0μmより大きい
と、厚み幅hのばらつきが大きくなり、均一な膜33を
形成することができないために摺接面31の面粗さが大
きくなってしまうからである。That is, if the thickness h of the film 33 is smaller than 0.4 μm, the film 33 will be worn in a short period of time because it is too thin. Conversely, if the thickness h is larger than 1.0 μm, This is because the variation in the thickness h becomes large and a uniform film 33 cannot be formed, so that the surface roughness of the sliding contact surface 31 becomes large.
【0029】しかも、非晶質硬質炭素はダイヤモンド
(ビッカース硬度:10000kg/mm2 )ほど高い
硬度を有してはいないものの、ビッカース硬度で200
0〜5000kg/mm2 と非常に高い硬度を持った材
質であるために研摩加工を施すことは非常に大変であり
多大な労力を要する。その為、厚み幅hは1.0μm以
下としておけば短期間で膜33が摩耗してしまうことは
なく、又、均一な厚み幅hを持った膜33を形成するこ
とができるため、研摩加工の必要がない。Moreover, although amorphous hard carbon does not have a hardness as high as diamond (Vickers hardness: 10,000 kg / mm 2 ), it has a hardness of 200 Vickers hardness.
Since it is a material having a very high hardness of 0 to 5000 kg / mm 2 , it is very difficult and requires a lot of labor to perform polishing. Therefore, if the thickness h is set to 1.0 μm or less, the film 33 will not be worn in a short period of time, and the film 33 having a uniform thickness h can be formed. There is no need for
【0030】ところで、非晶質硬質炭素は、非常に緻密
で結晶粒界が見られず、ガラスを割ったような形態をし
た非晶質構造をしたもので、規則的な結晶構造を持つダ
イヤモンドや立方晶窒化ほう素(cBN)、六方晶窒化
ほう素(hBN)とは異なる組成のものである。ただ
し、若干の結晶質を含んだ非晶質構造であってもよい。
又、この非晶質硬質炭素をグラファイトやダイヤモンド
の同定によく用いられるラマン分光分析装置を使って調
べると図4に示すようなダイヤモンドのピーク位置であ
る1333cm-1とグラファイトのピーク位置である1
550cm-1の近傍にそれぞれピークを持ったものとな
る。Amorphous hard carbon is very dense, has no crystal grain boundaries, has an amorphous structure in which glass is broken, and has a regular crystal structure. It has a composition different from that of cubic boron nitride (cBN) or hexagonal boron nitride (hBN). However, it may have an amorphous structure containing some crystalline material.
Further, when this amorphous hard carbon is examined by using a Raman spectroscopic analyzer often used for identifying graphite and diamond, the peak position of 1333 cm -1 of diamond and the peak position of graphite as shown in FIG.
Each peak has a peak near 550 cm -1 .
【0031】ただし、本発明に用いる非晶質硬質炭素
は、ピークがダイヤモンド或いはグラファイトの何方か
一方に偏っていてもよく、好ましくはダイヤモンドのピ
ーク位置に偏っている方がよい。However, the peak of the amorphous hard carbon used in the present invention may be biased toward either diamond or graphite, and is preferably biased toward the diamond peak position.
【0032】なお、実施例では、非晶質硬質炭素膜を有
する弁体を固定弁体30に用いた例を示したが、上記非
晶質硬質炭素膜を有する弁体を可動弁体20として用い
ても同様の効果が得られることは言うまでもない。In the embodiment, the example in which the valve element having the amorphous hard carbon film is used as the fixed valve element 30 is shown. It goes without saying that the same effect can be obtained even if it is used.
【0033】実施例1 次に、本発明に係るディスクバルブを図1のフォーセッ
トバルブを例にとり具体的に説明する。 Embodiment 1 Next, a disc valve according to the present invention will be described in detail with reference to the forset valve shown in FIG. 1 as an example.
【0034】フォーセットバルブを構成する可動弁体2
0及び固定弁体30を共にアルミナセラミックスで形成
し、上記固定弁体30をなす基体34の表面に非晶質硬
質炭素膜33を被覆する。Movable valve element 2 constituting a forcset valve
Both the fixed valve body 30 and the fixed valve body 30 are formed of alumina ceramics, and the surface of the base 34 forming the fixed valve body 30 is coated with an amorphous hard carbon film 33.
【0035】各弁体は、純度90%以上で、且つ平均粒
子径3μm程度のアルミナ粉末に、焼結助剤としてSi
O2 を0.5重量%以上で、且つMgO及びCaOをそ
れぞれ0.2重量%以上添加し、さらにバインダーを所
定量添加してボールミルにて混合粉砕したあと、スラリ
ー状の原料をスプレードライヤーで造粒する。次に得ら
れた造粒体を乾式形成したあと、酸化雰囲気中で約16
00℃の焼成温度にて焼成することでアルミナセラミッ
クスから成る弁体が得られる。Each valve element is prepared by adding alumina powder having a purity of 90% or more and an average particle diameter of about 3 μm to Si powder as a sintering aid.
O 2 is added in an amount of 0.5% by weight or more, MgO and CaO are added in an amount of 0.2% by weight or more, a binder is added in a predetermined amount, and the mixture is pulverized in a ball mill. Granulate. Next, after the obtained granules are dry-formed, about 16% in an oxidizing atmosphere.
By firing at a firing temperature of 00 ° C., a valve body made of alumina ceramics is obtained.
【0036】ただし、アルミナ粉末の純度は90%以上
のものを使用することが必要で、純度90%未満のアル
ミナ粉末を使用すると、耐摩耗性が大きく劣ってしまう
ため、短期間で摩耗しシール性を保つことができない。
又、焼結助剤として添加するSiO2 、MgO、及びC
aOのうち、一つでも上記範囲を満足していないと摺動
時に脱粒を生じ、摺接面の面粗さを維持することができ
なくなるために水漏れを生じる。However, it is necessary to use alumina powder having a purity of 90% or more. If alumina powder having a purity of less than 90% is used, the abrasion resistance is greatly deteriorated. I can't keep sex.
Also, SiO 2 , MgO, and C added as sintering aids
If at least one of aO does not satisfy the above range, the particles are shed during sliding, and the surface roughness of the sliding contact surface cannot be maintained, resulting in water leakage.
【0037】又、このフォーセットバルブを湯水混合栓
に使用する時には、弁体をなすアルミナセラミックスが
急に熱せられるために耐熱衝撃性を高めておいた方がよ
い場合がある。このような時には焼結助剤以外にTiO
2 を合計に対して2〜10重量%の範囲で添加する。上
記範囲でTiO2 を添加すれば、アルミナセラミックス
の耐熱衝撃性を向上させることができ、万一100℃を
越える高温の温水が急に流入したとしても弁体を変形さ
せたり、破損することがない。When the forcset valve is used for a hot and cold water mixing tap, it may be better to increase the thermal shock resistance because the alumina ceramic forming the valve body is rapidly heated. In such a case, besides the sintering aid, TiO
2 is added in the range of 2 to 10% by weight based on the total. If TiO 2 is added in the above range, the thermal shock resistance of the alumina ceramic can be improved, and even if hot water having a high temperature exceeding 100 ° C. suddenly flows in, the valve body may be deformed or damaged. Absent.
【0038】このようにして得られた弁体を2つ用意
し、そのうちの一方を可動弁体20とし、その摺接面2
1を中心線平均粗さで0.2μm以下、且つ平坦度1μ
m以下となるように研摩する。Two valve bodies obtained in this way are prepared, one of them is a movable valve body 20 and its sliding contact surface 2
1 is 0.2 μm or less in center line average roughness, and flatness is 1 μm
polished to less than m.
【0039】又、他方を固定弁体30とし、基体34の
表面を中心線平均粗さで0.15〜0.4μm、且つ平
坦度1μm以下となるようにそれぞれ研摩加工を施し、
さらに、ベンゼン(C6 H6 )ガスをフィラメントでイ
オン化した炭素イオンをイオン加速器により基体34の
表面に蒸着させ、0.4〜1.0μmの厚み幅hを有す
る非晶質硬質炭素膜33を形成する。そして、上記可動
弁体20及び固定弁体30の互いの摺接面21,31を
摺接させれば本発明に係るフォーセットバルブを得るこ
とができる。The other is a fixed valve body 30, and the surface of the base body 34 is polished so that the center line average roughness is 0.15 to 0.4 μm and the flatness is 1 μm or less.
Further, carbon ions obtained by ionizing benzene (C 6 H 6 ) gas with a filament are deposited on the surface of the base 34 by an ion accelerator, and an amorphous hard carbon film 33 having a thickness h of 0.4 to 1.0 μm is formed. Form. Then, if the sliding surfaces 21 and 31 of the movable valve body 20 and the fixed valve body 30 are brought into sliding contact with each other, the force-set valve according to the present invention can be obtained.
【0040】実験例1 ここで、弁体がアルミナセラミックスから成る図1のフ
ォーセットバルブを試作し、固定弁体30をなす基体3
4の表面の面粗さをいろいろ変化させて摺動実験を行っ
た。 EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Here, a prototype of the forced valve shown in FIG.
A sliding experiment was performed by varying the surface roughness of the surface of Sample No. 4.
【0041】この実験に使用したフォーセットバルブ
は、外径30mmで、厚み15mmの円盤状体に直径5
mmの流体通路22を穿設した可動弁体20と、外径4
0mmで、厚み5mmの円盤状体に直径5mmの流体通
路32を穿設するとともに、表面に非晶質硬質炭素膜3
3を被覆した固定弁体30とを組み合わせて構成してあ
る。又、可動弁体20の摺接面21は平坦度1μmで、
且つ中心線平均粗さ0.2μmに仕上げてあり、固定弁
体30をなす基体34の表面には、厚み幅hが0.5μ
mの非晶質硬質炭素膜33を被覆し、基体34の面粗さ
を表2に示すようにそれぞれ変化させたものを用意し
た。The forset valve used in this experiment has a diameter of 30 mm and a diameter of 15 mm in a disk-shaped body.
a movable valve body 20 having a fluid passage 22 having a diameter of 4 mm;
A fluid passage 32 having a diameter of 5 mm is formed in a disk-like body having a thickness of 0 mm and a thickness of 5 mm.
3 is combined with a fixed valve body 30 coated. The sliding surface 21 of the movable valve body 20 has a flatness of 1 μm,
In addition, the center line average roughness is finished to 0.2 μm, and the thickness h is 0.5 μm on the surface of the base 34 forming the fixed valve body 30.
m was coated with an amorphous hard carbon film 33 and the surface roughness of the substrate 34 was varied as shown in Table 2.
【0042】なお、固定弁体30はアルミナ純度94%
で、且つMgOが0.5重量%、CaOが0.5重量
%、及びSiO2 が5.0重量%含有するアルミナセラ
ミックスにより形成してあり、可動弁体20は、固定弁
体30に比べ厚みが大きいことから耐熱衝撃性を高める
ため、アルミナ純度91%で、且つMgOが0.5重量
%、CaOが0.5重量%、SiO2 が5.0重量%、
及びTiO2 を3.0重量%含有するアルミナセラミッ
クスにより形成してある。The fixed valve 30 has an alumina purity of 94%.
The movable valve body 20 is made of alumina ceramics containing 0.5% by weight of MgO, 0.5% by weight of CaO, and 5.0% by weight of SiO 2. In order to enhance thermal shock resistance due to its large thickness, alumina purity is 91%, MgO is 0.5% by weight, CaO is 0.5% by weight, SiO 2 is 5.0% by weight,
And it is formed of alumina ceramics containing TiO 2 3.0% by weight.
【0043】これらの固体弁体30に可動弁体20をケ
ーシングによって30Kgfの軸力で押さえつけなが
ら、流体通路22,32に80℃の温水を1Kg/cm
2 の圧力で注入し、可動弁体20を操作レバー40によ
り摺動させて行った。While pressing the movable valve body 20 against these solid valve bodies 30 with an axial force of 30 kgf by a casing, hot water of 80 ° C. is supplied to the fluid passages 22 and 32 at 1 kg / cm.
2, and the movable valve body 20 was slid by the operation lever 40.
【0044】それぞれの結果は表2に示す通りである。The results are as shown in Table 2.
【0045】[0045]
【表2】 [Table 2]
【0046】表2より判るように、基体34の面粗さが
中心線平均粗さで0.15μm未満であると膜33の剥
離が発生し、バルブとして使用できないことが判る。
又、基体34の面粗さが中心線平均粗さで0.4μmよ
り大きいと膜33の剥離はないものの摺接面31の凹凸
が大き過ぎるため、摺接面21,31間より水漏れが発
生した。As can be seen from Table 2, if the surface roughness of the substrate 34 is less than 0.15 μm in center line average roughness, the film 33 is peeled off and cannot be used as a valve.
If the surface roughness of the substrate 34 is larger than 0.4 μm in center line average roughness, the film 33 is not peeled off, but the unevenness of the sliding contact surface 31 is too large. Occurred.
【0047】これに対し、本願発明の範囲である中心線
平均粗さ0.15〜0.4μmの面粗さに形成した固定
弁体30を有するフォーセットバルブでは膜33の剥離
がなく、又、水漏れを生じることもなくスムーズに可動
弁体20を摺動させることができた。On the other hand, in the forset valve having the fixed valve body 30 formed to have a center line average roughness of 0.15 to 0.4 μm, which is within the scope of the present invention, the film 33 does not peel off. Thus, the movable valve body 20 could be slid smoothly without water leakage.
【0048】なお、基体34がステンレスや超硬合金、
或いは炭化珪素や窒化珪素から成る固定弁体30につい
ても同様の実験を行ったが、弁体30の表面を中心線平
均粗さで0.15〜0.4μmの範囲に形成してあれ
ば、非晶質硬質炭素膜33が剥がれることはなく、スム
ーズに可動弁体20を摺動させることができた。The substrate 34 is made of stainless steel, cemented carbide,
Alternatively, the same experiment was performed on the fixed valve body 30 made of silicon carbide or silicon nitride. However, if the surface of the valve body 30 was formed to have a center line average roughness of 0.15 to 0.4 μm, The movable hard disk 20 could be slid smoothly without the amorphous hard carbon film 33 being peeled off.
【0049】実験例2 次に、図1に示すフォーセットバルブを用いて、可動弁
体20の摺接面21の面粗さと固定弁体30に被覆した
非晶質硬質炭素膜33の厚み幅hをそれぞれ変化させた
時の摺動荷重について実験を行った。 EXPERIMENTAL EXAMPLE 2 Next, the surface roughness of the sliding contact surface 21 of the movable valve body 20 and the thickness and width of the amorphous hard carbon film 33 coated on the fixed valve body 30 were measured by using the forset valve shown in FIG. An experiment was performed on the sliding load when h was changed.
【0050】可動弁体20及び固定弁体30は共に、実
験例1で使用した形状のものを用意した。ただし、非晶
質硬質炭素膜33を被覆する基体34の表面は中心線平
均粗さで0.15〜0.4μmの範囲で設けてある。The movable valve body 20 and the fixed valve body 30 both had the shapes used in Experimental Example 1. However, the surface of the base 34 that covers the amorphous hard carbon film 33 is provided with a center line average roughness in the range of 0.15 to 0.4 μm.
【0051】又、この実験に使用する可動弁体20の摺
接面21の面粗さと基体34に被覆した非晶質硬質炭素
膜33の厚み幅hはそれぞれ表2に示す通りである。な
お、比較・参考例として非晶質硬質炭素膜33を設けて
いないフォーセットバルブも用意して同様の実験を行っ
た。The surface roughness of the sliding contact surface 21 of the movable valve body 20 used in this experiment and the thickness h of the amorphous hard carbon film 33 coated on the base 34 are as shown in Table 2. In addition, as a comparative / reference example, a forset valve without the amorphous hard carbon film 33 was also prepared, and the same experiment was performed.
【0052】[0052]
【表3】 [Table 3]
【0053】なお、この試験における測定条件は実験例
1と同様の方法で行い、操作レバーを操作して可動弁体
20を10万回摺動させた時の摺動荷重が0.8Kgf
を超えていないものを摺動性良好として判断した。The measurement conditions in this test were the same as those in Experimental Example 1. The sliding load when operating the operating lever and sliding the movable valve body 20 100,000 times was 0.8 kgf.
Those which did not exceed slidability were judged as good.
【0054】それぞれの結果は図5に示す。FIG. 5 shows the results.
【0055】図5より判るように、非晶質硬質炭素膜3
3を備えていない試料No.6のバルブでは短期間で摺
接面21,31が摩耗してリンキングが発生し、摺動荷
重が増大してしまい、実用的ではなかった。As can be seen from FIG. 5, the amorphous hard carbon film 3
Sample No. 3 not provided In the case of the valve No. 6, the sliding surfaces 21 and 31 were worn out in a short period of time, causing linking and increasing the sliding load, which was not practical.
【0056】又、試料No.5のバルブは、非晶質硬質
炭素膜33の厚み幅hが0.4μmより薄いために5万
回程度の摺動で膜33の摩耗が始まり、9万回程度で摺
動荷重が0.8kgfを超えてしまい、10万回をクリ
アすることができなかった。又、試料No.4のバルブ
では、可動弁体20の摺接面21が中心線平均粗さで
0.2μm以上であるために、2万回程度の摺動で膜3
3の摩耗が始まり、5万回程度で摺動荷重が0.8kg
fを超えてしまった。The sample No. In the valve No. 5, the thickness h of the amorphous hard carbon film 33 is thinner than 0.4 μm, so that the film 33 starts to be worn by about 50,000 slides, and the sliding load is reduced by about 90,000 times. It exceeded 8 kgf and could not clear 100,000 times. Sample No. In the valve of No. 4, since the sliding surface 21 of the movable valve body 20 has a center line average roughness of 0.2 μm or more, the film 3 can be slid about 20,000 times.
Wear of 3 starts, and the sliding load is 0.8kg in about 50,000 times
f has been exceeded.
【0057】さらに、試料No.3のバルブは、試料N
o.4の可動弁体20より摺接面21の面粗さ滑らかで
あるものの、中心線平均粗さ(Ra)が0.2μmより
大きいために、4万回程度の摺動で非晶質硬質炭素膜3
3の摩耗が始まり、7万回程度で摺動荷重が0.8kg
fを越えてしまった。Further, the sample No. The sample No. 3 is the sample N
o. Although the surface roughness of the sliding contact surface 21 is smoother than that of the movable valve body 20 of No. 4, the center line average roughness (Ra) is larger than 0.2 μm. Membrane 3
Wear of 3 started, and the sliding load was 0.8 kg in about 70,000 times
f has been exceeded.
【0058】これに対し、本発明に係る試料No.1及
びNo.2のバルブは、共に可動弁体20の摺接面21
が中心線平均粗さで0.2μm以下であり、且つ膜33
の厚み幅hが0.4〜1.0μmの範囲にあるために摺
動性に優れ、10万回の摺動に対しても膜33が残って
おり摺動荷重が0.8kgfを超えることはなかった。On the other hand, the sample No. 1 and No. 1 The two valves are both sliding contact surfaces 21 of the movable valve body 20.
Is not more than 0.2 μm in center line average roughness, and the film 33
The thickness h is in the range of 0.4 to 1.0 μm, so that it has excellent slidability, and the film 33 remains even after 100,000 times of sliding, and the sliding load exceeds 0.8 kgf. There was no.
【0059】なお、可動弁体20を真鍮やステンレス、
或いは炭化珪素や窒化珪素で形成し、同様の実験をそれ
ぞれ行ったが、摺接面21を表面粗さ(Ra)0.2μ
m以下で、且つ平坦度1μm以下の面としてあれば10
万回の摺動でも摺動荷重が0.8kgfを超えるこはな
かった。The movable valve body 20 is made of brass or stainless steel,
Alternatively, a similar experiment was carried out using silicon carbide or silicon nitride, but the sliding contact surface 21 had a surface roughness (Ra) of 0.2 μm.
m and a flatness of 1 μm or less
The sliding load did not exceed 0.8 kgf even after 10,000 times of sliding.
【0060】[0060]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、2枚の弁
体からなるディスクバルブのうち、一方の弁体の摺接面
を中心線平均粗さ(Ra)で0.2μm以下、平坦度で
1μm以下とし、他方の弁体は中心線平均粗さ(Ra)
が0.15〜0.4μmの基体上に、膜厚が0.4〜
1.0μmでかつラマン分光分析におけるラマンスペク
トルの2つのピークがそれぞれダイヤモンドの1333
cm-1とグラファイトの1550cm-1の近傍に存在す
る非晶質硬質炭素膜を被覆して摺接面を構成し、互いの
摺接面同士を摺接させるようにしたことから、シール性
に優れるとともに、潤滑剤を用いなくとも優れた摺動性
が得られるためにリンキングを生じることがなく、その
性能を極めて長期間にわたって維持することができる。As described above, according to the present invention, of the disc valve composed of two valve elements, the sliding contact surface of one of the valve elements has a center line average roughness (Ra) of 0.2 μm or less. The flatness is 1 μm or less, and the other valve element has a center line average roughness (Ra).
Has a thickness of 0.4 to 0.4 μm on a substrate having a thickness of 0.15 to 0.4 μm.
1.0 μm, and two peaks of Raman spectrum in Raman spectroscopy were 1333 of diamond, respectively.
The amorphous hard carbon film present in the vicinity of 1 cm- 1 and 1550 cm- 1 of graphite is coated to form a sliding surface, and the sliding surfaces are brought into sliding contact with each other. It is excellent, and since excellent slidability can be obtained without using a lubricant, linking does not occur and its performance can be maintained for an extremely long time.
【図1】本発明に係るディスクバルブの一例であるフォ
ーセットバルブの弁体のみを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing only a valve element of a force-set valve which is an example of a disk valve according to the present invention.
【図2】図1の可動弁体を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the movable valve body of FIG.
【図3】図1の固定弁体を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the fixed valve body of FIG. 1;
【図4】図1の固定弁体に被覆する非晶質硬質炭素膜の
ラマンスペクトルを示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a Raman spectrum of an amorphous hard carbon film covering the fixed valve body of FIG. 1;
【図5】本発明及び比較例のフォーセットバルブにおけ
るサイクル数と摺動荷重の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of cycles and the sliding load in the forset valve of the present invention and a comparative example.
【図6】一般的なフォーセットバルブの作動状態を示す
斜視図で(A)は流体通路を開通させた図であり、
(B)は流体通路を遮断した図である。FIG. 6A is a perspective view showing an operation state of a general forceet valve, and FIG. 6A is a view in which a fluid passage is opened;
(B) is a diagram in which the fluid passage is blocked.
10:フォーセットバルブ 20:可動弁体 21:摺接面 30:固定弁体 31:摺接面 33:非晶質硬質炭素膜 34:基体 40:操作レバー 10: Fawset valve 20: Movable valve 21: Sliding surface 30: Fixed valve 31: Sliding surface 33: Amorphous hard carbon film 34: Base 40: Operating lever
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−116386(JP,A) 特開 平5−296248(JP,A) 特表 昭63−501237(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16K 3/02 C04B 41/87 F16K 11/06 F16K 25/00────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-116386 (JP, A) JP-A-5-296248 (JP, A) JP-T-63-501237 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 6 , DB name) F16K 3/02 C04B 41/87 F16K 11/06 F16K 25/00
Claims (1)
下、平坦度が1μm以下の摺接面を有する弁体と、中心
線平均粗さ(Ra)が0.15〜0.4μmである基体
の表面に、膜厚が0.4〜1.0μmでかつラマン分光
分析におけるラマンスペクトルの2つのピークがそれぞ
れダイヤモンドの1333cm -1 とグラファイトの15
50cm -1 の近傍に存在する非晶質硬質炭素膜を被覆し
て摺接面が構成された弁体との組み合わせからなるディ
スクバルブ。1. A center line average roughness (Ra) of 0.2μm or less, a valve body flatness has the following sliding surface 1 [mu] m, the center
On the surface of a substrate having a line average roughness (Ra) of 0.15 to 0.4 μm, two peaks of a Raman spectrum having a thickness of 0.4 to 1.0 μm and Raman spectroscopic analysis are respectively provided.
1333 cm -1 of diamond and 15 of graphite
Coating an amorphous hard carbon film existing near 50 cm -1
A combination of a sliding surface is constructed a valve body Te disc valve.
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