JP3154652B2 - Cryogenic gas flow control valve - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスの流量制御
弁、特に、エンジン燃料用水素などの低温ガスの流量制
御に適用される極低温用ガス流量制御弁に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas flow control valve, and more particularly to a cryogenic gas flow control valve applied to flow control of low temperature gas such as hydrogen for engine fuel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】直動式のガス流量制御弁は、図７に示す
様にポペット１がスリーブ２内を往復動してフランジ５
との間に形成されるオリフィス部３を調整することによ
りガス流量を調整するものであり、ソレノイド一体型の
ためにコンパクトで高性能なものである。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 7, a direct acting type gas flow control valve has a
The gas flow rate is adjusted by adjusting the orifice portion 3 formed between them, and is compact and has high performance because of the solenoid integrated type.
【０００３】従来のガス流量制御弁においては、ソレノ
イド駆動であり油圧ピストンなどに比べて駆動力が小さ
く、この型の流量制御弁を低温、高圧用として使用する
場合、ポペット１の駆動力の増加や温度変化によるクリ
アランス変化の要因となるため、樹脂材のシールや摺動
材は使えず、ポペット１とスリーブ２は金属材料同士の
摺動となっていた。The conventional gas flow control valve is driven by a solenoid and has a smaller driving force than a hydraulic piston or the like. When this type of flow control valve is used for low temperature and high pressure, the driving force of the poppet 1 increases. In addition, a resin seal or a sliding material cannot be used because the clearance and the temperature change cause a clearance change, so that the poppet 1 and the sleeve 2 slide between metal materials.
【０００４】特に、エンジン燃料用水素などの低温ガス
に使用する場合は、部材の低温強度確保のためにニッケ
ル基合金（例えばインコネル７１８）を使用する必要が
あり、鋼に比べて焼き付き対策となる表面処理が限定さ
れていた。[0004] In particular, when used for low-temperature gas such as hydrogen for engine fuel, it is necessary to use a nickel-based alloy (for example, Inconel 718) to secure low-temperature strength of the member, which is a measure against seizure as compared with steel. The surface treatment was limited.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ガス流量制御弁は、ポ
ペットがスリーブ内を摺動するとき、焼き付き（凝着
し）摩擦係数が増加するとポペットを駆動できなくな
り、流量制御弁として機能しなくなる。燃料制御弁の場
合、動作不良はエンジンそのもののトラブルに繋がる重
大な問題であるため、ポペットとスリーブが焼付く（凝
着する）ことなくポペットがスムーズに駆動されること
が要求される。When the poppet slides in the sleeve, when the seizure (cohesion) coefficient of friction increases, the gas flow control valve cannot drive the poppet and cannot function as a flow control valve. In the case of the fuel control valve, the malfunction is a serious problem that leads to a trouble of the engine itself. Therefore, it is required that the poppet be driven smoothly without seizure (sticking) of the poppet and the sleeve.
【０００６】従来の極低温用ガス流量制御弁において、
ポペットなどの部品は低温強度上の要求からニッケル基
合金とする必要があり、摺動面の焼き付き対策となる表
面処理が望まれていた。この表面処理には、特殊な作動
環境中（低温水素ガス中）で要求される回数以上往復動
させても低摩擦で焼き付かずに摺動すること、部品の強
度低下や変形を起こさないことが要求され、また、処理
後の加工が不要なことが望ましい。In a conventional cryogenic gas flow control valve,
Components such as poppets must be made of nickel-based alloys due to the requirement of low-temperature strength, and a surface treatment that is a measure against seizure of sliding surfaces has been desired. For this surface treatment, even if it is reciprocated more than the required number of times in a special operating environment (in low-temperature hydrogen gas), it slides without seizure due to low friction, and it does not reduce the strength or deformation of parts And it is desirable that processing after processing is unnecessary.
【０００７】しかしながら、従来は適切な表面処理を見
出すことができず、ポペットとスリーブは金属材料同士
の摺動となっており、上記課題は未解決であった。本発
明は上記課題を解決しようとするものである。However, conventionally, no suitable surface treatment could be found, and the poppet and the sleeve were sliding between metallic materials, and the above problem was not solved. The present invention is intended to solve the above problems.
【０００８】[0008]
（１）請求項１に記載の発明に係る極低温用ガス流量制
御弁は、ポペットがソレノイド駆動でスリーブ内を往復
動することによりガス流量を制御する極低温用ガス流量
制御弁において、ポペットとスリーブがニッケル基合金
製であり、かつ、スリーブと摺動するポペットの表面に
イオンプレーティング法による窒化チタンの硬質薄膜が
コーティングされて形成されたことを特徴としている。(1) A cryogenic gas flow control valve according to the first aspect of the present invention is a cryogenic gas flow control valve for controlling a gas flow by reciprocating a sleeve in a sleeve by driving a solenoid. The sleeve is made of a nickel-based alloy, and the surface of a poppet sliding with the sleeve is formed by coating a hard thin film of titanium nitride by an ion plating method.
【０００９】上記において、イオンプレーティング法に
よりニッケル基合金の表面に窒化チタンをコーティング
した場合、低温でも剥離しない硬質の薄膜を形成するこ
とができる。In the above, when titanium nitride is coated on the surface of a nickel-based alloy by an ion plating method, a hard thin film that does not peel even at a low temperature can be formed.
【００１０】そのため、ニッケル基合金製のスリーブと
摺動するニッケル基合金製のポペットの表面に上記によ
り窒化チタンの硬質薄膜を形成させた場合、摺動面の焼
き付き（凝着）の防止と摩擦係数の低減が可能となる。Therefore, when a hard thin film of titanium nitride is formed on the surface of a nickel-based alloy poppet sliding with a sleeve made of a nickel-based alloy as described above, seizure (adhesion) of the sliding surface is prevented and friction is reduced. The coefficient can be reduced.
【００１１】（２）請求項２に記載の発明は、上記発明
（１）に記載の極低温用ガス流量制御弁において、窒化
チタンの硬質薄膜に代えて、ポペットの表面にスパッタ
リング法による二硫化モリブデンの薄膜がコーティング
されて形成されたことを特徴としている。(2) The cryogenic gas flow control valve according to the invention (1), wherein the disulfide is formed on the surface of the poppet by sputtering instead of the titanium nitride hard thin film. It is characterized by being formed by coating a thin film of molybdenum.
【００１２】上記において、スパッタリング法によりニ
ッケル基合金の表面に二硫化モリブデンをコーティング
した場合、コーティングにより形成された薄膜は固体潤
滑剤としての作用をなし、上記発明（１）よりも更に摩
擦係数を低下させることができるとともに、極低温の使
用環境にも耐えるものとすることができる。In the above, when molybdenum disulfide is coated on the surface of a nickel-based alloy by a sputtering method, the thin film formed by the coating acts as a solid lubricant, and has a higher coefficient of friction than the invention (1). In addition to being able to be lowered, it can be made to withstand a use environment at an extremely low temperature.
【００１３】そのため、ニッケル基合金製のスリーブと
摺動するニッケル基合金製のポペットの表面に上記によ
り二硫化モリブデンの薄膜を形成させた場合、上記発明
（１）に比べて更に摺動面の摩擦係数の低減が可能とな
る。Therefore, when a thin film of molybdenum disulfide is formed on the surface of a nickel-based alloy poppet that slides with a sleeve made of a nickel-based alloy as described above, the sliding surface of the molybdenum disulfide is further reduced as compared with the invention (1). The friction coefficient can be reduced.
【００１４】（３）請求項３に記載の発明は、上記発明
（２）に記載の極低温用ガス流量制御弁において、二硫
化モリブデンの薄膜に代えて、ポペットの表面にイオン
プレーティング法による窒化チタンの硬質薄膜がコーテ
ィングされ、その上にスパッタリング法による二硫化モ
リブデンの薄膜がコーティングされて形成されたことを
特徴としている。(3) The third aspect of the present invention is the cryogenic gas flow control valve according to the second aspect of the present invention, wherein the thin film of molybdenum disulfide is used instead of the thin film of molybdenum disulfide by ion plating. A hard thin film of titanium nitride is coated, and a thin film of molybdenum disulfide is formed thereon by a sputtering method.
【００１５】上記において、ニッケル基合金の表面にイ
オンプレーティング法により窒化チタンをコーティング
し、更にその上に二硫化モリブデンをコーティングした
場合、窒化チタンの硬質薄膜により二硫化モリブデン薄
膜の荷重方向の変形が小さくなり、摩耗寿命が向上する
とともに、二硫化モリブデン薄膜が磨滅したときに窒化
チタンの硬質薄膜が焼き付きを防止する。In the above, when the surface of a nickel-base alloy is coated with titanium nitride by an ion plating method, and further coated with molybdenum disulfide, the deformation of the molybdenum disulfide thin film in the load direction is caused by a hard thin film of titanium nitride. And the wear life is improved, and the hard thin film of titanium nitride prevents seizure when the molybdenum disulfide thin film is worn out.
【００１６】そのため、ニッケル基合金製のポペットの
表面に上記により窒化チタンの硬質薄膜を形成させ、更
にその上に二硫化モリブデンの薄膜を形成させた場合、
上記発明（２）に比べて摺動面の摩耗寿命を延長させる
ことが可能となる。Therefore, when a hard thin film of titanium nitride is formed on the surface of a poppet made of a nickel-based alloy as described above, and a thin film of molybdenum disulfide is further formed thereon,
The wear life of the sliding surface can be extended as compared with the above invention (2).
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態に係る極
低温用ガス流量制御弁について、図１により説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A cryogenic gas flow control valve according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００１８】図１に示す本実施形態は、ポペット１がソ
レノイド４により駆動されてスリーブ２内を往復動し、
その往復動でオリフィス部３のすきまを調整することに
よりガス流量を高精度に制御する極低温用ガス流量制御
弁において、ニッケル基合金であるインコネル７１８製
のポペット１表面に、気相めっき法の一つである反応性
イオンプレーティング法によりコーティングされて形成
された窒化チタンの硬質薄膜を備えている。In this embodiment shown in FIG. 1, a poppet 1 is driven by a solenoid 4 to reciprocate within a sleeve 2,
In the cryogenic gas flow control valve, which controls the gas flow rate with high precision by adjusting the clearance of the orifice portion 3 by the reciprocating motion, the surface of the poppet 1 made of nickel-based alloy, Inconel 718, is vapor-phase-plated. It has a titanium nitride hard thin film formed by coating by a reactive ion plating method.
【００１９】なお、この硬質薄膜は、イオンプレーティ
ング装置内でポペット１を回転させながらコーティング
することにより得られたものであり、外周面に約２μｍ
の厚さで均一に形成されている。The hard thin film was obtained by coating the poppet 1 while rotating it in an ion plating apparatus.
It is formed uniformly in thickness.
【００２０】本実施形態は、本発明者らが表面処理につ
いて種々検討を重ねた結果得られたものであり、以下に
その内容を説明する。表面硬化が焼き付き防止となるの
は一般に知られている。しかしながら、高温処理である
窒化処理やほう化処理は母材の変形を招くため、適さな
い。溶射は低温処理であるが、被膜がポーラスであり表
面も荒れるために後加工が必要となる。めっきも低温処
理であるが、密着性が十分でないために剥離を生じる。The present embodiment has been obtained as a result of various studies on the surface treatment by the present inventors, and the details thereof will be described below. It is generally known that surface hardening prevents seizure. However, nitriding or boriding, which is a high-temperature treatment, causes deformation of the base material and is not suitable. Thermal spraying is a low-temperature treatment, but requires post-processing because the coating is porous and the surface is rough. Plating is also a low-temperature treatment, but causes peeling due to insufficient adhesion.
【００２１】膜厚制御性が高くて処理後の加工が不要な
気相めっき法の中で、化学蒸着法と呼ばれる方法を用い
た場合、アルミナなどのセラミックスをコーティングす
ることができるが、約１０００℃の高温処理であるため
に母材の変形を招き、約５００℃程度の時効処理で強度
を向上させているニッケル基合金の強度低下を招く。In a vapor phase plating method having high film thickness controllability and requiring no processing after processing, when a method called a chemical vapor deposition method is used, ceramics such as alumina can be coated. Since the high-temperature treatment is performed at a temperature of about 500 ° C., the base material is deformed, and the strength of the nickel-based alloy whose strength is improved by the aging treatment at about 500 ° C. is reduced.
【００２２】そこで、発明者らは鋭意検討の結果、処理
中の熱変形がなく、膜厚制御性が高くて処理後の加工が
不要な気相めっき法であって、ニッケル基合金上にコー
ティングすることができ、低温でも剥離することがな
く、焼き付き対策となるものとして、イオンプレーティ
ング法による窒化チタンの硬質薄膜の形成が適切である
ことを見い出した。Therefore, the present inventors have conducted intensive studies and found that a vapor phase plating method that does not cause thermal deformation during processing, has high film thickness controllability, and does not require processing after processing, is used for coating a nickel-based alloy. It has been found that the formation of a titanium nitride hard thin film by an ion plating method is suitable as a measure against seizure without peeling even at a low temperature.
【００２３】このイオンプレーティング法によるもの
は、処理中の基板温度は高いほど膜の密着性が高いが、
時効処理温度以下の４００℃でも十分な密着性を確保で
きるものであった。According to the ion plating method, the higher the substrate temperature during processing, the higher the adhesion of the film.
Even at 400 ° C. below the aging temperature, sufficient adhesion could be ensured.
【００２４】上記において、ニッケル基合金のビッカー
ス硬さは約４００であるのに対し、約２μｍ膜厚の窒化
チタンをコーティングすると、約８５０まで表面が硬化
する。そのため、ポペット１とスリーブ２を形成するニ
ッケル基合金同士の摺動では凝着して摩擦係数が高い
が、密着性の高い窒化チタンの硬質薄膜をポペット１に
コーティングした場合、凝着を防止することができ、摩
擦係数を低減させることが可能となった。In the above description, the Vickers hardness of the nickel-based alloy is about 400, but when titanium nitride having a thickness of about 2 μm is coated, the surface is hardened to about 850. Therefore, the sliding between the nickel-based alloys forming the poppet 1 and the sleeve 2 adheres to each other to cause a high friction coefficient. However, when the poppet 1 is coated with a hard thin film of titanium nitride having high adhesion, the adhesion is prevented. It was possible to reduce the coefficient of friction.
【００２５】本発明の実施の第２形態に係る極低温用ガ
ス流量制御弁について、以下に説明する。本実施形態に
おいては、上記第１実施形態における窒化チタンの硬質
薄膜のコーティングに代えて、気相めっき法の一つであ
るスパッタリング法により二硫化モリブデンの薄膜がニ
ッケル基合金であるインコネル７１８製のポペット表面
にコーティングされている。A cryogenic gas flow control valve according to a second embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, instead of the coating of the titanium nitride hard thin film in the first embodiment, a thin film of molybdenum disulfide is made of Inconel 718, which is a nickel-based alloy, by sputtering, which is one of the vapor phase plating methods. Coated on the poppet surface.
【００２６】なお、この薄膜は、スパッタリング装置内
でポペットを回転させながらコーティングすることによ
り得られたものであり、外周面に約１μｍの厚さで均一
に形成されている。The thin film is obtained by coating while rotating a poppet in a sputtering apparatus, and is uniformly formed on the outer peripheral surface with a thickness of about 1 μm.
【００２７】本実施形態についても、本発明者らが表面
処理について種々検討を重ねた結果得られたものであ
り、以下その内容を説明する。固体潤滑剤のコーティン
グが焼き付き対策となるのは一般に知られているが、そ
の特性は雰囲気によって大きく異なる。The present embodiment has also been obtained as a result of various studies on surface treatments by the present inventors, and the details thereof will be described below. It is generally known that a solid lubricant coating is a countermeasure against seizure, but its characteristics vary greatly depending on the atmosphere.
【００２８】例えば、固体潤滑剤の代表である黒鉛は水
分のないガス中では潤滑性がない。雰囲気依存性の小さ
いポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥとする）
は有望であるが、プライマー層と呼ばれる密着層を介さ
ないとＰＴＦＥコーティングを母材へ密着させることは
できない。このプライマー層は樹脂材であるが、−１０
０℃程度の低温に耐えられないために適用できない。For example, graphite, which is a representative of a solid lubricant, has no lubricity in a water-free gas. Polytetrafluoroethylene with low atmosphere dependence (hereinafter referred to as PTFE)
Is promising, but the PTFE coating cannot be adhered to the base material without the intervention of an adhesion layer called a primer layer. This primer layer is made of a resin material.
It cannot be applied because it cannot withstand a low temperature of about 0 ° C.
【００２９】そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、
固体潤滑膜のなかでスパッタリング法による二硫化モリ
ブデンの薄膜が、問題解決の手段となることを見い出
し、本実施形態を実現した。Then, as a result of intensive studies by the present inventors,
Among the solid lubricating films, a thin film of molybdenum disulfide by a sputtering method was found to be a means for solving the problem, and the present embodiment was realized.
【００３０】上記において、ポペットとスリーブは、ポ
ペットを形成するニッケル基合金の表面にコーティング
された二硫化モリブデン薄膜の固体潤滑作用により低摩
擦となり、面の損傷もなく摺動するものとなった。ま
た、この薄膜は、上記第１実施形態の硬質薄膜に比べて
大幅に低摩擦であり、摺動する相手材も摩耗しないとい
う効果がある。In the above, the poppet and the sleeve have low friction due to the solid lubricating effect of the molybdenum disulfide thin film coated on the surface of the nickel-based alloy forming the poppet, and slide without any surface damage. Further, this thin film has much lower friction than the hard thin film of the first embodiment, and has an effect that a sliding partner material is not worn.
【００３１】本発明の実施の第３形態に係る極低温用ガ
ス流量制御弁について、以下に説明する。本実施形態に
おいては、上記第１実施形態において形成された窒化チ
タンの硬質薄膜の上に、更に第２実施形態におけるスパ
ッタリング法により二硫化モリブデンの薄膜がコーティ
ングされている。なお、それぞれの薄膜は、それぞれ第
１、第２実施形態と同様に形成され、窒化チタンは約２
μｍ、二硫化モリブデンは約１μｍの厚さで均一に形成
されている。A cryogenic gas flow control valve according to a third embodiment of the present invention will be described below. In the present embodiment, a thin film of molybdenum disulfide is further coated on the titanium nitride hard thin film formed in the first embodiment by the sputtering method in the second embodiment. Each thin film was formed in the same manner as in the first and second embodiments, and titanium nitride
μm, molybdenum disulfide is uniformly formed with a thickness of about 1 μm.
【００３２】上記において、ポペットとスリーブは、ポ
ペットを形成するニッケル基合金の表面にコーティング
された二硫化モリブデン薄膜の固体潤滑作用により低摩
擦となり、面の損傷もなく摺動するものとなった。ま
た、二硫化モリブデン薄膜形成の前にコーティングした
窒化チタンの硬質薄膜により二硫化モリブデン薄膜の荷
重方向の変形が小さくなり、摩耗寿命が向上した。更
に、二硫化モリブデン薄膜が摩滅したときに生じる凝着
を窒化チタンの硬質薄膜が防ぐという効果もある。In the above, the poppet and the sleeve have low friction due to the solid lubricating action of the molybdenum disulfide thin film coated on the surface of the nickel-based alloy forming the poppet, and slide without any surface damage. The deformation of the molybdenum disulfide thin film in the load direction was reduced by the hard thin film of titanium nitride coated before the formation of the molybdenum disulfide thin film, and the wear life was improved. Further, the hard thin film of titanium nitride also has an effect of preventing adhesion caused when the molybdenum disulfide thin film is worn away.
【００３３】[0033]
【実施例】前記第１乃至第３実施形態については、それ
ぞれの効果確認のためピン／ディスク型摩擦試験を実施
しており、それぞれに対応する第１乃至第３実施例によ
り、それぞれの内容を説明する。EXAMPLES For the first to third embodiments, a pin / disk type friction test was carried out to confirm the effects of the respective embodiments. explain.
【００３４】上記第１実施形態に対応する第１実施例に
おいては、スリーブ２端部に見立てた曲率半径３mmのイ
ンコネル７１８製ピンと表面に窒化チタンの硬質薄膜を
コーティングしたインコネル７１８製ディスクを摺動さ
せるピン／ディスク型摩擦試験を実施した。In the first embodiment corresponding to the first embodiment, a pin made of Inconel 718 having a radius of curvature of 3 mm and a disc made of Inconel 718 coated with a hard thin film of titanium nitride on the surface are slid. A pin / disk friction test was performed.
【００３５】摩擦試験中の摩擦係数の経時変化を図２に
示す。比較のために同様の試験を実施した表面処理して
いないディスクの場合、摩擦係数は１．２程度と大きい
のに対し、窒化チタンをコーティングしたディスクの摩
擦係数は、約０．７まで低減している。比較のために同
様の試験を実施した表面硬化の代表であるクロムめっき
の場合、すぐに剥離して摩擦係数低減や焼き付き防止に
効果がなかった。FIG. 2 shows the change over time of the friction coefficient during the friction test. For comparison, the coefficient of friction of the untreated disk subjected to the same test was as large as about 1.2, whereas that of the disk coated with titanium nitride was reduced to about 0.7. ing. In the case of chromium plating, which is a representative of surface hardening, a similar test was performed for comparison, the chromium plating was immediately peeled off, and had no effect on reducing the friction coefficient or preventing image sticking.
【００３６】また、１０3 回摩擦した後のピンとディス
クの表面プロフィールを図３（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に示す。図３（ｂ）に示す表面処理してないディ
スクには凝着部が認められるが、図３（ｄ）に示す窒化
チタンをコーティングしたディスクでは凝着しておら
ず、また摩耗もない。なお、窒化チタンの硬質薄膜の膜
厚は、薄すぎると効果が少なく、厚すぎると密着性が低
下するため、１〜３μｍ程度が望ましい。Further, FIG. 3 the surface profile of the pin and the disk after rubbing 10 3 times (a), (b), (c),
(D). The disc without surface treatment shown in FIG. 3 (b) has adhered portions, while the disc coated with titanium nitride shown in FIG. 3 (d) does not adhere and does not wear. Note that the thickness of the hard thin film of titanium nitride is preferably about 1 to 3 μm because the effect is small when the thickness is too small, and the adhesion decreases when the thickness is too large.
【００３７】上記第２実施形態に対応する第２実施例に
おいては、ディスクとして表面に二硫化モリブデンをコ
ーティングしたインコネル７１８製のものを用い、上記
第１実施例と同様にピン／ディスク型摩擦試験を実施し
ており、摩擦試験中の摩擦係数の経時変化は図４に示す
ものであった。In a second example corresponding to the second embodiment, a disc made of Inconel 718 having molybdenum disulfide coated on the surface was used, and a pin / disk type friction test was performed in the same manner as in the first example. The change with time of the friction coefficient during the friction test was as shown in FIG.
【００３８】比較のために同様の試験を実施した表面処
理していないディスクの場合、摩擦係数は１．２程度と
大きいのに対し、二硫化モリブデンをコーティングした
ディスクの摩擦係数は、約０．０４と非常に小さく安定
して摺動していることがわかる。For comparison, in the case of a disk subjected to a similar test and not subjected to surface treatment, the coefficient of friction was as large as about 1.2, while the coefficient of friction of a disk coated with molybdenum disulfide was about 0.1. 04, which is very small and slides stably.
【００３９】また、１０4 回摩擦した後のピンとディス
クの表面プロフィールを図５（ａ），（ｂ）に示す。図
３（ｂ）が示すように表面処理してないディスクには凝
着部が認められるが、二硫化モリブデンをコーティング
してディスクでは、図５（ｂ）に示すように凝着してお
らず、また摩耗もない。更に、図５（ａ）に示すように
ピンの摩耗も全くない。なお、二硫化モリブデン薄膜の
膜厚は、厚すぎると密着性が低下し、摩耗粉が摩擦抵抗
となる場合があるため、膜厚は０．１〜２μｍ程度が望
ましい。Further, FIG. 5 a pin and the surface profile of the disk after the friction 10 4 times (a), shown in (b). As shown in FIG. 3 (b), the discs that have not been surface-treated have adhesions, but the discs coated with molybdenum disulfide do not adhere as shown in FIG. 5 (b). No wear. Further, as shown in FIG. 5A, there is no wear of the pin. If the thickness of the molybdenum disulfide thin film is too large, the adhesiveness is reduced, and the wear powder may cause frictional resistance. Therefore, the thickness is preferably about 0.1 to 2 μm.
【００４０】上記第３実施形態に対応する第３実施例に
おいては、ディスクとして表面に窒化チタンをコーティ
ングし、その上に更に二硫化モリブデンをコーティング
したインコネル７１８製のものを用い、上記第１及び第
２実施例と同様にピン／ディスク型摩擦試験を実施して
おり、摩擦試験中の摩擦係数の経時変化は図６に示すも
のであった。In a third example corresponding to the third embodiment, a disk made of Inconel 718 having a surface coated with titanium nitride and further coated with molybdenum disulfide is used as the disk. A pin / disk type friction test was performed in the same manner as in the second example, and the change with time of the friction coefficient during the friction test was as shown in FIG.
【００４１】上記第２実施例の場合、二硫化モリブデン
のコーティングにより摩擦係数は約０．０４と非常に小
さく安定して摺動しているが、その効果は有限寿命であ
り、１０5 回程度で摩擦係数は増加するのに対し、二硫
化モリブデンをコーティングする前に窒化チタンをコー
ティングしたものは、その寿命が３倍以上向上してい
る。In the case of the second embodiment, the coefficient of friction is as small as about 0.04 due to the coating of molybdenum disulfide, and the sliding is stable. However, the effect is limited life and about 10 5 times. , The friction coefficient increases, whereas the one coated with titanium nitride before the coating with molybdenum disulfide has a life that is more than tripled.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明の極低温用ガス流量制御弁は、ポ
ペットとスリーブをニッケル基合金製とし、スリーブと
摺動するポペットの表面にイオンプレーティング法によ
り窒化チタンの硬質薄膜を形成したことによってポペッ
トとスリーブの摺動面の焼き付き（凝着）防止と摩擦係
数の低減が可能となり、また、ポペット表面にスパッタ
リング法により二硫化モリブデンの薄膜を形成したこと
によって、摩擦係数の一層の低減が可能となり、更に、
ポペット表面に窒化チタンの硬質薄膜を形成し、その上
に二硫化モリブデンの薄膜を形成したことによって、摺
動面の摩耗寿命の一層の向上が可能となる。The cryogenic gas flow control valve of the present invention is characterized in that the poppet and the sleeve are made of a nickel-based alloy, and a hard thin film of titanium nitride is formed on the surface of the poppet sliding with the sleeve by an ion plating method. This prevents seizure (adhesion) of the sliding surfaces of the poppet and the sleeve and reduces the friction coefficient. The formation of a thin film of molybdenum disulfide on the surface of the poppet by a sputtering method further reduces the friction coefficient. Becomes possible,
By forming a titanium nitride hard thin film on the poppet surface and forming a molybdenum disulfide thin film thereon, it is possible to further improve the wear life of the sliding surface.
【図１】本発明の実施の第１形態に係る極低温用ガス流
量制御弁の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a cryogenic gas flow control valve according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１実施例に係る摩擦係数の説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram of a friction coefficient according to the first embodiment of the present invention.
【図３】上記第１実施例に係る摩擦試験後の表面粗さの
説明図で、（ａ）はディスクを表面処理しなかったピン
の場合、（ｂ）はディスクを表面処理しなかったディス
クの場合、（ｃ）はディスクを窒化チタンコーティング
したピンの場合、（ｄ）はディスクを窒化チタンコーテ
ィングしたディスクの場合である。FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of a surface roughness after a friction test according to the first embodiment, wherein FIG. 3A is a pin whose disk has not been subjected to surface treatment, and FIG. In the case of (c), (c) shows the case of a pin coated with titanium nitride, and (d) shows the case of a disk coated with titanium nitride.
【図４】本発明の第２実施例に係る摩擦係数の説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram of a friction coefficient according to a second embodiment of the present invention.
【図５】上記第２実施例に係る摩擦試験後の表面粗さの
説明図で、（ａ）はディスクを二硫化モリブデンコーテ
ィングしたピンの場合、（ｂ）はディスクを二硫化モリ
ブデンコーティングしたディスクの場合である。FIG. 5 is an explanatory view of a surface roughness after a friction test according to the second embodiment, wherein (a) shows a pin having a disk coated with molybdenum disulfide and (b) shows a disk having a disk coated with molybdenum disulfide. Is the case.
【図６】本発明の第３実施例に係る摩擦係数の説明図で
ある。FIG. 6 is an explanatory diagram of a friction coefficient according to a third embodiment of the present invention.
【図７】従来の装置の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional device.
１ ポペット ２ スリーブ ３ オリフィス部 ４ ソレノイド ５ フランジ ６ 窒化チタンの硬質薄膜 1 Poppet 2 Sleeve 3 Orifice 4 Solenoid 5 Flange 6 Hard thin film of titanium nitride
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−11397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−111108（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−123376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−65420（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−98906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−124615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−92882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−295855（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26360（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−29729（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101769（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−145071（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−127477（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−127870（ＪＰ，Ｕ) 特公 平５−50638（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 31/06 - 31/11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-7-11397 (JP, A) JP-A-55-111108 (JP, A) JP-A-6-123376 (JP, A) JP-A 51-111 65420 (JP, A) JP-A-2-98906 (JP, A) JP-A-49-124615 (JP, A) JP-A-63-92882 (JP, A) JP-A-63-295855 (JP, A) JP-A-5-26360 (JP, A) JP-A-7-29729 (JP, A) JP-A-6-101769 (JP, A) JP-A-64-145071 (JP, U) JP-A-4-127477 (JP, U) JP-A 2-127870 (JP, U) JP-B 5-50638 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F16K 31/06-31 / 11
Claims (3)
を往復動することによりガス流量を制御する極低温用ガ
ス流量制御弁において、ポペットとスリーブがニッケル
基合金製であり、かつ、スリーブと摺動するポペットの
表面にイオンプレーティング法による窒化チタンの硬質
薄膜がコーティングされて形成されたことを特徴とする
極低温用ガス流量制御弁。1. A cryogenic gas flow control valve for controlling a gas flow rate by a poppet reciprocating in a sleeve driven by a solenoid, wherein the poppet and the sleeve are made of a nickel-based alloy and slide with the sleeve. A gas flow control valve for cryogenic temperature, wherein a surface of a poppet is coated with a hard thin film of titanium nitride by an ion plating method.
弁において、窒化チタンの硬質薄膜に代えて、ポペット
の表面にスパッタリング法による二硫化モリブデンの薄
膜がコーティングされて形成されたことを特徴とする極
低温用ガス流量制御弁。2. The cryogenic gas flow control valve according to claim 1, wherein the surface of the poppet is formed by coating a thin film of molybdenum disulfide by sputtering instead of the hard thin film of titanium nitride. Characteristic cryogenic gas flow control valve.
弁において、二硫化モリブデンの薄膜に代えて、ポペッ
トの表面にイオンプレーティング法による窒化チタンの
硬質薄膜がコーティングされ、その上にスパッタリング
法による二硫化モリブデンの薄膜がコーティングされて
形成されたことを特徴とする極低温用ガス流量制御弁。3. The cryogenic gas flow control valve according to claim 2, wherein the surface of the poppet is coated with a hard thin film of titanium nitride by an ion plating method, instead of the thin film of molybdenum disulfide. A cryogenic gas flow control valve characterized by being formed by coating a thin film of molybdenum disulfide by a sputtering method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP27262195A JP3154652B2 (en) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | Cryogenic gas flow control valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27262195A JP3154652B2 (en) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | Cryogenic gas flow control valve |
Publications (2)
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Family
ID=17516490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
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| JP6410489B2 (en) | 2014-06-25 | 2018-10-24 | 株式会社Ihi | Pneumatically operated valve |
| JP6384246B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-09-05 | 株式会社Ihi | Pneumatically operated valve |
-
1995
- 1995-10-20 JP JP27262195A patent/JP3154652B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH09112736A (en) | 1997-05-02 |
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