JPH02256973A

JPH02256973A - セラミックディスクバルブ

Info

Publication number: JPH02256973A
Application number: JP7775989A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Kamata; 鎌田　勝治
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-10-17
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JP2729657B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はシングルレバーに代表されるフォーセットバル
ブや医療用サンプリングバルブなどに用いられるセラミ
ックディスクバルブに関するものである。

〔従来の技術〕

２枚のディスク状弁体を互いに摺接させた状態で相対移
動させることによって各弁体に形成した流体通路の連通
、遮断を行うようにしたバルブが一般的に用いられてい
る。例えば第１図に示すように、固定弁体２と可動弁体
１を互いの摺接面１ａ、２ａで接した状態としておいて
、レバー３の操作で可動弁体１を移動させることによっ
て、供給流体の開閉、切換、調節、混合等の制御を行う
ことができるようになっていた。

ところで、この種のバルブに対しては以下のような要求
特性がある。

■答弁体間のシール性が変化せず、長期間の使用に際し
ても液体のもれがないこと、 ■操作トルクが小さいこと（１０Ｋｇｆ−ｃｍ以下）■
操作トルクが長期間にわたり変化のないこと、このよう
な要求特性を満たすために、近年では、各弁体の材質と
してアルミナ、炭化珪素などのセラミックスを用いるよ
うになっており、可動弁体１、固定弁体２の摺接面１ａ
、２ａは中心線平均粗さ（Ｒａ）０．１〜０．３　ｐｍ
　、平坦度１　μｍ以下とし、さらに潤滑剤として、摺
接面１ａ、２ａにシリコングリス等を塗布したものを用
いていた。

〔従来技術の課題〕

ところが、上記の如き従来のセラミックディスクバルブ
では、セラミックス自体は耐摩耗性、耐蝕性に優れてい
るため長期間安定なものであるが、各弁体間の摺動特性
が悪く、操作トルクが大きかった。

そのため、前記したように摺接面１ａ、２ａに潤滑剤を
塗布しなければならないが、長期使用中には、この潤滑
剤が流失し、操作トルクが大きくなってしまうという問
題があった。また、潤滑剤の種類によっては、長期使用
中に潤滑剤自体が劣化したり、固化したり、あるいはゴ
ミが付着したりして摺動特性を悪くしてしまうという問
題もあった。

更に、潤滑剤の流出を防止するために、各弁体を、３次
元網目構造の開放気孔を有する多孔質セラミックス焼結
体の開放気孔中に樹脂又はグリス等を含浸させ摺動特性
の向上を計ったものもあったが、（特開昭６１−２０６
８７５号、６１−２４４９８０号、６２−４９４９号、
６２−３７５１７号公報参照）、複合材料であ。

るが由に製造上の問題でコスト高となり、父性能面でも
耐摩耗性及び材料強度の低下による問題等で実用的では
なかった。

〔課題を解決するための手段〕

上記に鑑みて本発明は、セラミックディスクバルブにお
いて、２枚の弁体のうち少なくとも一方の摺接面を中央
部が凸状となった中高形状としたことによって、シール
性を保ったまま各弁体間の摺動特性を良くすることがで
き、潤滑剤を用いることなく充分操作トルクを小さくで
きるようにしたものである。また、製造上も、最終表面
仕上げにおいて、特別な工程を付加する必要なく中高加
工が可能なため、製造コストを従来品と同等もしくはそ
れ以下と低くできる。

〔実施例〕

以下、本発明実施例を説明する。

第１図に示す湯水混合栓のバルブは、セラミックスから
なる固定弁体２と可動弁体１が摺接した状態で配置され
、レバー３によって可動弁体１を移動させることによっ
て流通路の連通、遮断を行うようになっている。

前記可動弁体１は第２図（ａ）に概略断面図を示すよう
に、摺接面１ａの中央部の突出高さｄが１〜３μｍで凸
曲面状の中高形状となっており、一方の固定弁体２の摺
接面２ａは平坦度１μｍ以下の平坦面となっている。ま
た、各摺接面１ａ、２ａとも中心線平均粗さ（Ｒａ）０
．１　μｍ以下の滑らかな面となっている。

さらに、前記摺接面１ａの中高部分の形状は第２図（ａ
）のように凸曲面状としたものに限らず、第２図（ｂ）
に示すように円錐状あるいは２つの平面を合わせた屋根
状などとすることができる。

また、上記実施例では可動弁体１側の摺接面１ａを中高
形状として、固定弁体２側の摺接面２ａを平坦面とした
ものを示したが、逆に固定弁体２側の摺接面２ａを中高
形状として、可動弁体１側の摺接面１ａを平坦面とした
ものでも良い。さらに第２図（ｃ）に示すように、可動
弁体１、固定弁体２の双方の摺接面１ａ、２ａを中高形
状としても良く、この場合各摺接面１ａ、２ａの突出高
さｄ＋、ｄｚはそれぞれ前記した片側のみの突出高さｄ
の半分値にしておけばよい。

このように、各弁体の少なくとも一方の摺接面を中高形
状としたことによって、互いの摺接面１ａ＋２ａが密着
せず摺動抵抗を小さくできる。また、摺接面の突出部が
中央部分であり、突出高さが１〜３μｍと微小なもので
あるためシール性も良好となる。

さらに、本発明において用いられるセラミックとしては
、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア等を主体
としてなる焼結体であって、所望により周知の焼結助剤
を配合することができる。

例えばアルミナに対してはＣａｂ、　５ｔＯｚ＋　Ｍｇ
Ｏ等、炭化珪素に対してはＣ，Ｂ、ＢａＣ，Ａｈ（ｈ、
Ｙｚｏｚ等、窒化珪素に対しては周期律表ＩＩａ　、ｍ
ａ族元素の酸化物、窒化物等、ジルコニアに対してはＹ
２Ｏ３，Ｃａｂ、　ＭｇＯ等が用いられる。

また、本発明のセラミックディスクバルブの製造にあた
っては、公知の焼成方法によって得られたセラミック焼
結体をダイヤモンド、ＧＣ等の砥粒もしくは砥石を使用
して前記可動弁体１の摺接面１ａを中高形状に研削加工
すれば良い。

人竣輿辷Ａｈａ、粉末（平均粒径３μｍ）にＴｉを３重量％、Ｍ
ｇＯを０．４重量％、５ｉＯｚを４重量％、ＣａＯを０
．５重量％添加し、アルミナボールを用いてボールミル
粉砕混合を５０時間行った。成形用バインダーとしてＰ
ＶＡを２重量％、ＰＥＧを４重量％添加し、加圧成形後
、酸化雰囲気中で１６００度で焼成を行った。

得られた焼結体は結晶の平均粒径が約５μｍで、Ａ１．
ｚＯ３純度が約９２ｚの緻密質で、嵩比重３．６、ビッ
カース硬度１３５０Ｋｇ／ｍｍ”　（荷重５００ｇ　）
、曲げ強度３２Ｋｇ／ｍｍ２であった・この焼結体を前記第２図（ａ）に示した直径３２ｍｍの
可動弁体１、固定弁体２の形状に加工し固定弁体２の摺
接面２ａをダイヤモンド砥粒により、中心線平均粗さ（
Ｒａ）０．１　μｍ以下、平坦度１μｍ以下に研磨した
。また可動弁体１の摺接面１ａはダイヤモンド砥石によ
り中心線平均粗さ（Ｒａ）０．１　μｍ以下に加工する
と共に、中高の凸曲面状に加工し、突出高さｄは２μｍ
とした。

上記可動弁体１、固定弁体２を組合わせて潤滑剤は用い
ずに本発明実施例のセラミックディスクバルブを構成し
た。これに対し、全く同じ材質で固定弁体２、可動弁体
１の双方の摺接面１ａ、２ａを平坦度１μｍ以下とし、
摺接面に潤滑剤としてシリコングリスを塗布したものを
比較例として用意した。

これら本発明実施例および比較例のセラミックディスク
バルブに対し、同一条件で使用試験を行い、操作回数と
操作トルクの関係を調べた。結果は第３図に示す通りで
ある。

第３図より、比較例のものは潤滑剤を塗布しであること
により、初期の操作トルクは４Ｋｇｆ−ｃｍ程度と小さ
いが、次第に潤滑剤が流失するため操作トルクが大きく
なり、７万回程度の操作で操作トルクがＩＱ　Ｋｇｆ　
−ｃｍを超え、使用不能となった。これに対し、本発明
実施例では潤滑剤を用いていないため初期の操作トルク
は６Ｍｇｆ　−ｃｍ程度と比較例よりも大きいが操作回
数が増しても操作トルクの変化が小さく、１０万回操作
後も操作トルクは１０Ｋｇｆ　　−ｃｍ以下で十分使用
可能な状態であった。

このように本発明のセラミックディスクバルブは潤滑剤
を用いる必要がなく、長期にわたって操作トルクの変化
を小さくできることがわかる。

なお、この実験では直径３２ｍｍの弁体を用いたが、突
出高さｄは弁体の大きさとは関係なく、さまざまな大き
さの弁体を用いても上記と同様の結果であった。

実験例２実験例１と同様であるが、本発明実施例として可動弁体
ｌの摺動面１ａの突出高さｄをさまざまに変化させたち
を用意して、比較例と共に、シングルレバー混合栓用の
カートリッジに組込み、締付力を１５０Ｋｇｆとし、水
圧１７．５にｇｆ／ｃｍ”の水圧を加えて使用試験を行
った。

それぞれ、水モレの有無、１０万回操作後の操作トルク
の大きさについて評価を行った結果は第１表の通りであ
る。なお、第１表中、水モレ評価は、全く水モレがなか
ったものが○、しばらく使用するうちに水がボタ落ちし
たものが×、水モレしでもボタ落ちするほどでなかった
ものを△とした。

また、１０万回操作後の操作トルクの評価については操
作トルクの大きさが１０Ｋｇｆ−ｃｍ　　以下を○、１
０Ｋｇｆ−ｃｍ　　より大きいものを×とした。

第１表より、突出高さｄが３μｍより大きいと水モレが
激しく、一方１μｍより小さいと１０万回操作後のトル
クが１０Ｋｇｆ・ｃｍ　　以上となり実用上問題のある
ものであった。したがって、突出高さｄは１〜３μｍの
ものが優れていることがわかる。

また、この実験では各摺接面１ａ、２ａの表面粗さを中
心線平均粗さ（Ｒａ）　０．１　μｍ以下と非常に滑ら
かな面としたものを用いたが、表面粗さと水モレは密接
な関係があり、種々実験の結果、上記のように突出高さ
ｄを１〜３μｍとしたものでも、表面の中心線平均粗さ
（Ｒａ）を０．１　μｍより大きくすると水モレが発生
しやすかった。したがって、各摺接面１ａ、２ａの中心
線平均粗さ（Ｒａ）は０．１μｍ以下としたものが優れ
ていた。

さらに、上記実験例では弁体の材質としてアルミナセラ
ミックスを用いたもののみを示したが、前記した他のセ
ラミックスを用いても全く同様の結果であった。

〔発明の効果〕

畝上のように本発明によれば、セラミックディスクバル
ブにおける２枚の弁体のうち少なくとも一方の摺接面を
中央部が凸状となった中高形状としたことによって良好
なるシール性を保ったまま各弁体間の摺接特性が良くな
るため、無潤滑剤状態で長期間使用しても操作トルクに
変化がなくまた比較的容易に製造できるためコストが低
く、品質も安定しており、性能面でも優れているなど、
種々の特長をもったセラミックディスクバルブを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックディスクバルブの応用例で
あるシングルレバー型湯水混合栓を示す断面図である。第２図（ａ）は本発明実施例に係るセラミックディスク
バルブを示す概略断面図、第２図（ｂ）　（ｃ）はそれ
ぞれ本発明の他の実施例を示す概略断面図である。第３図はセラミックディスクバルブの操作回数と操作ト
ルクの関係を示すグラフである。１：可動弁体　　　　　２：固定弁体

Claims

【特許請求の範囲】

セラミック板からなる２枚の弁体を摺接させた状態で相
対移動させることによって各弁体に形成した通路の連通
、遮断を行うようにしたセラミックディスクバルブにお
いて、前記２枚の弁体のうち少なくとも一方の弁体の摺
接面を中央部が凸状となった中高形状としたことを特徴
とするセラミックディスクバルブ。