JPH0996368A - フォーセットバルブ - Google Patents
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- JPH0996368A JPH0996368A JP25404995A JP25404995A JPH0996368A JP H0996368 A JPH0996368 A JP H0996368A JP 25404995 A JP25404995 A JP 25404995A JP 25404995 A JP25404995 A JP 25404995A JP H0996368 A JPH0996368 A JP H0996368A
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/046—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with at least one amorphous inorganic material layer, e.g. DLC, a-C:H, a-C:Me, the layer being doped or not
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- Sliding Valves (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】弁体をなす基体３７とダイヤモンド状炭素膜３
５との密着力を高めて膜剥離を防止するとともに、安価
に製造でき、しかも両弁体を摩耗させることなく長期間
にわたって、良好な摺動特性が得られるフォーセットバ
ルブを提供する。 【解決手段】フォーセットバルブを構成する二つの弁体
をアルミナセラミックスで形成するとともに、少なくと
も一方の摺動面に炭化珪素膜３４を介してダイヤモンド
状炭素膜３５を形成した。
５との密着力を高めて膜剥離を防止するとともに、安価
に製造でき、しかも両弁体を摩耗させることなく長期間
にわたって、良好な摺動特性が得られるフォーセットバ
ルブを提供する。 【解決手段】フォーセットバルブを構成する二つの弁体
をアルミナセラミックスで形成するとともに、少なくと
も一方の摺動面に炭化珪素膜３４を介してダイヤモンド
状炭素膜３５を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水栓、シングルレ
バー混合栓、サーモスタット混合栓を始めとする湯水混
合栓、医療用サンプリングバルブ、薬液用バルブ等の構
成に用いる可動弁体と固定弁体からなるフォーセットバ
ルブに関するものである。
バー混合栓、サーモスタット混合栓を始めとする湯水混
合栓、医療用サンプリングバルブ、薬液用バルブ等の構
成に用いる可動弁体と固定弁体からなるフォーセットバ
ルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、水栓や湯水混合栓あるいは医療用
サンプリングバルブや薬液用バルブを構成するフォーセ
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。例えば、水栓や湯
水混合栓として使用されているフォーセットバルブは、
図４（Ａ）に示されるように、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おい
て、図５（Ｂ）に示すようにレバー４０の操作で可動弁
体２０を動かすことによって、互いの弁体２０、３０に
形成した流体通路２２、３２の開閉を行い、供給流体の
流量調整をするようになっていた。
サンプリングバルブや薬液用バルブを構成するフォーセ
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。例えば、水栓や湯
水混合栓として使用されているフォーセットバルブは、
図４（Ａ）に示されるように、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おい
て、図５（Ｂ）に示すようにレバー４０の操作で可動弁
体２０を動かすことによって、互いの弁体２０、３０に
形成した流体通路２２、３２の開閉を行い、供給流体の
流量調整をするようになっていた。
【０００３】また、この種のバルブに対する要求特性と
しては、以下に示す通りであった。 （１）各弁体間のシール性が保持されていること。（日
本水道協会規格耐圧１７．５ｋｇ／ｃｍ2 以下でも水漏
れがないこと） （２）レバー操作力が小さいこと （３）上記レバー操作力が長期使用においても変化し難
いこと これらの要求を満たすために、近年、様々なセラミック
製の摺動部材の表面にダイヤモンド膜やｉ−カーボン膜
を被覆したものが提案されている。
しては、以下に示す通りであった。 （１）各弁体間のシール性が保持されていること。（日
本水道協会規格耐圧１７．５ｋｇ／ｃｍ2 以下でも水漏
れがないこと） （２）レバー操作力が小さいこと （３）上記レバー操作力が長期使用においても変化し難
いこと これらの要求を満たすために、近年、様々なセラミック
製の摺動部材の表面にダイヤモンド膜やｉ−カーボン膜
を被覆したものが提案されている。
【０００４】例えば、弁体をなすセラミックスディスク
基体の摺動表面に直接ダイヤモンド状炭素膜を被覆した
ものや、弁体の母材をＳｉＣあるいはＳｉ3 Ｎ4 を主成
分とする非酸化物セラミックスに限定し、その上にダイ
ヤモンド状炭素膜を被覆したものがあった（特開平３−
１７２６８３号、実開平４−１０８６５４号、特開平３
−２２３１９０号、特開平４−１６５１７０号、特開平
５−２６３９５２号各公報参照）。
基体の摺動表面に直接ダイヤモンド状炭素膜を被覆した
ものや、弁体の母材をＳｉＣあるいはＳｉ3 Ｎ4 を主成
分とする非酸化物セラミックスに限定し、その上にダイ
ヤモンド状炭素膜を被覆したものがあった（特開平３−
１７２６８３号、実開平４−１０８６５４号、特開平３
−２２３１９０号、特開平４−１６５１７０号、特開平
５−２６３９５２号各公報参照）。
【０００５】さらに、セラミックスディスク基体の表面
とダイヤモンド状炭素膜との密着強度を向上させるため
に、両者の間に介在層として金属またはその炭化物、窒
化物、炭窒化物から選ばれる少なくとも１種類以上の薄
膜を形成させるという方法も提案され、具体的にはＡｌ
2 Ｏ3 含有量９２％程度のアルミナセラミックス製基体
の表面に金属チタン〜ＴｉＮ〜ＴｉＣＮ〜ＴｉＣの傾斜
膜を介在層として形成することが示されている（特開平
５−７９０６９号公報参照）。
とダイヤモンド状炭素膜との密着強度を向上させるため
に、両者の間に介在層として金属またはその炭化物、窒
化物、炭窒化物から選ばれる少なくとも１種類以上の薄
膜を形成させるという方法も提案され、具体的にはＡｌ
2 Ｏ3 含有量９２％程度のアルミナセラミックス製基体
の表面に金属チタン〜ＴｉＮ〜ＴｉＣＮ〜ＴｉＣの傾斜
膜を介在層として形成することが示されている（特開平
５−７９０６９号公報参照）。
【０００６】このようにダイヤモンド状炭素の膜を被覆
した弁体は、ダイヤモンド状炭素膜を構成する炭素の自
己潤滑作用により優れた摺動特性を備えるとともに、化
学的に非常に安定した材質であるため、耐摩耗性、耐食
性、耐熱性に優れたものであった。
した弁体は、ダイヤモンド状炭素膜を構成する炭素の自
己潤滑作用により優れた摺動特性を備えるとともに、化
学的に非常に安定した材質であるため、耐摩耗性、耐食
性、耐熱性に優れたものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ダイヤ
モンド状炭素の膜を被覆した弁体では次のような問題が
あった。
モンド状炭素の膜を被覆した弁体では次のような問題が
あった。
【０００８】まず、セラミックスディスク基体の摺動表
面に直接ダイヤモンド状炭素膜を被覆したものでは、Ｃ
ＶＤ法あるいはイオンプレーティング等のＰＶＤ法によ
りダイヤモンド状炭素膜を成膜する際に、セラミックス
ディスク基体の体積固有抵抗が大きい為、炭化水素系の
ガスよりイオン化された炭素イオンを十分引き寄せるこ
とができず、必要とされる密着力が得られなかった。
面に直接ダイヤモンド状炭素膜を被覆したものでは、Ｃ
ＶＤ法あるいはイオンプレーティング等のＰＶＤ法によ
りダイヤモンド状炭素膜を成膜する際に、セラミックス
ディスク基体の体積固有抵抗が大きい為、炭化水素系の
ガスよりイオン化された炭素イオンを十分引き寄せるこ
とができず、必要とされる密着力が得られなかった。
【０００９】また、弁体の母材をＳｉＣあるいはＳｉ3
Ｎ4 を主成分とする非酸化物セラミックとしたもので
は、上記と同様の問題があるだけでなく、製造コストが
高くなって実用性に乏しいものであった。
Ｎ4 を主成分とする非酸化物セラミックとしたもので
は、上記と同様の問題があるだけでなく、製造コストが
高くなって実用性に乏しいものであった。
【００１０】さらに、特開平５−０７９０６９号に示さ
れるように、基体とダイヤモンド状炭素膜の間の介在層
として、基体側より金属チタン〜ＴｉＮ〜ＴｉＣＮ〜Ｔ
ｉＣの傾斜膜を形成したものでは、次のような問題があ
った。
れるように、基体とダイヤモンド状炭素膜の間の介在層
として、基体側より金属チタン〜ＴｉＮ〜ＴｉＣＮ〜Ｔ
ｉＣの傾斜膜を形成したものでは、次のような問題があ
った。
【００１１】即ち、長期間弁体同士を摺動させるとダイ
ヤモンド状炭素膜が摩滅する。その結果、介在層である
Ｔｉが露出することとなるが、Ｔｉは熱伝導度が低いた
め、弁体同士の焼き付きが起こりやすく、長期信頼性に
欠けるという問題があった。
ヤモンド状炭素膜が摩滅する。その結果、介在層である
Ｔｉが露出することとなるが、Ｔｉは熱伝導度が低いた
め、弁体同士の焼き付きが起こりやすく、長期信頼性に
欠けるという問題があった。
【００１２】本発明の目的は、弁体をなすディスク基体
とダイヤモンド状炭素膜との密着力を高めて膜剥離を防
止するとともに、安価に製造でき、しかも両弁体を摩耗
させることなく長期間に渡って、良好な摺動特性が得ら
れるフォーセットバルブを提供することにある。
とダイヤモンド状炭素膜との密着力を高めて膜剥離を防
止するとともに、安価に製造でき、しかも両弁体を摩耗
させることなく長期間に渡って、良好な摺動特性が得ら
れるフォーセットバルブを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、フォー
セットバルブを構成する二つの弁体をアルミナセラミッ
クスで形成するとともに、少なくとも一方の摺動面に炭
化珪素膜を介してダイヤモンド状炭素膜（別名：Ｄｉａ
ｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、ＤＬＣ、アモルフ
ァスダイヤモンド、アモルファス水素化炭素（ａ−Ｃ：
Ｈ）、またはｉカーボン、ｉーＣａｒｂｏｎ、ｉ−Ｃ
等）を形成したことを特徴とするものである。
セットバルブを構成する二つの弁体をアルミナセラミッ
クスで形成するとともに、少なくとも一方の摺動面に炭
化珪素膜を介してダイヤモンド状炭素膜（別名：Ｄｉａ
ｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、ＤＬＣ、アモルフ
ァスダイヤモンド、アモルファス水素化炭素（ａ−Ｃ：
Ｈ）、またはｉカーボン、ｉーＣａｒｂｏｎ、ｉ−Ｃ
等）を形成したことを特徴とするものである。
【００１４】また本発明は、上記弁体を成すアルミナセ
ラミックスのＡｌ2 Ｏ3 含有量を９４％以上とし、膜を
形成する前の表面におけるポア率が１２．０％以下、平
均ポア径が８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差が６．０
μｍ以下であることを特徴とするものである。
ラミックスのＡｌ2 Ｏ3 含有量を９４％以上とし、膜を
形成する前の表面におけるポア率が１２．０％以下、平
均ポア径が８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差が６．０
μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】さらに本発明は、上記ダイヤモンド状炭素
膜表面の摺動面におけるポア率が１２．０％以下、平均
ポア径が８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差が６．０μ
ｍ以下であることを特徴とするものである。
膜表面の摺動面におけるポア率が１２．０％以下、平均
ポア径が８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差が６．０μ
ｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】本発明によれば、弁体をなすディスク状基体の
表面に介在層として炭化珪素膜を形成することにより、
弁体表面の体積固有抵抗を低下できる。そのため、ダイ
ヤモンド状炭素膜を成膜する際に、炭化水素系のガスを
イオン化した炭素イオンを弁体表面に十分に引き寄せる
ことが可能となり、必要とされる密着力を得ることがで
きる。
表面に介在層として炭化珪素膜を形成することにより、
弁体表面の体積固有抵抗を低下できる。そのため、ダイ
ヤモンド状炭素膜を成膜する際に、炭化水素系のガスを
イオン化した炭素イオンを弁体表面に十分に引き寄せる
ことが可能となり、必要とされる密着力を得ることがで
きる。
【００１７】また、弁体をなすアルミナセラミックス中
には焼結助剤等としてＳｉＯ2 が含まれており、一方ダ
イヤモンド状炭素膜はＣから成るものである。したがっ
て、炭化珪素（ＳｉＣ）は、弁体側の成分であるＳｉと
ダイヤモンド状炭素膜の成分であるＣを共に含んでいる
ことから、両者との密着性に優れている。なお、炭化珪
素の膜は、アモルファス状になっていても良い。
には焼結助剤等としてＳｉＯ2 が含まれており、一方ダ
イヤモンド状炭素膜はＣから成るものである。したがっ
て、炭化珪素（ＳｉＣ）は、弁体側の成分であるＳｉと
ダイヤモンド状炭素膜の成分であるＣを共に含んでいる
ことから、両者との密着性に優れている。なお、炭化珪
素の膜は、アモルファス状になっていても良い。
【００１８】さらに、炭化珪素（ＳｉＣ）膜は、亜金属
であるＳｉの炭化物であるから、上述した特開平５−０
７９０６９号のような金属炭化物膜ではなく、しかも熱
伝導率が高いものである。そのため、仮にダイヤモンド
状炭素膜が剥がれて炭化珪素膜が露出しても焼き付きが
生じることはない。
であるＳｉの炭化物であるから、上述した特開平５−０
７９０６９号のような金属炭化物膜ではなく、しかも熱
伝導率が高いものである。そのため、仮にダイヤモンド
状炭素膜が剥がれて炭化珪素膜が露出しても焼き付きが
生じることはない。
【００１９】また本発明によれば、弁体を成すアルミナ
セラミックス中のＡｌ2 Ｏ3 含有量を９４％以上とする
ことにより、摺動回数を重ねても不純物の脱粒が少な
く、長期間に渡って良好な摺動特性が得られる。
セラミックス中のＡｌ2 Ｏ3 含有量を９４％以上とする
ことにより、摺動回数を重ねても不純物の脱粒が少な
く、長期間に渡って良好な摺動特性が得られる。
【００２０】さらに本発明によれば、ダイヤモンド状炭
素膜を形成する前のアルミナセラミックス製基体の表面
におけるポア率を１２．０％以下、平均ポア径を８．０
μｍ以下、ポア径の標準偏差を６．０μｍ以下と制御す
ることにより、基体の表面とダイヤモンド状炭素膜の密
着する部分の面積を増やし、局部的な密着力の低下を防
止することができ、長期間に渡って、膜が剥離すること
がなく安定した摺動特性が得られる。なお、シール性の
観点から、上記基体の表面はラップ等の研摩を施して表
面粗さ（Ｒａ）０．０８μｍ以下とすることが好まし
い。
素膜を形成する前のアルミナセラミックス製基体の表面
におけるポア率を１２．０％以下、平均ポア径を８．０
μｍ以下、ポア径の標準偏差を６．０μｍ以下と制御す
ることにより、基体の表面とダイヤモンド状炭素膜の密
着する部分の面積を増やし、局部的な密着力の低下を防
止することができ、長期間に渡って、膜が剥離すること
がなく安定した摺動特性が得られる。なお、シール性の
観点から、上記基体の表面はラップ等の研摩を施して表
面粗さ（Ｒａ）０．０８μｍ以下とすることが好まし
い。
【００２１】また本発明によれば、ダイヤモンド状炭素
膜表面の摺動面におけるポア率を１２．０％以下、平均
ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を６．０μ
ｍ以下と制御することにより、摺接する相手の弁体の摩
耗や損傷も軽減することが可能となる。なお、上記平均
ポア径を５．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を３．０μ
ｍ以下とすることにより、一層信頼性の高いものとな
る。また、上記ダイヤモンド状炭素膜表面の摺動面の表
面粗さ（Ｒａ）は０．０８μｍ以下とすることが好まし
い。
膜表面の摺動面におけるポア率を１２．０％以下、平均
ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を６．０μ
ｍ以下と制御することにより、摺接する相手の弁体の摩
耗や損傷も軽減することが可能となる。なお、上記平均
ポア径を５．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を３．０μ
ｍ以下とすることにより、一層信頼性の高いものとな
る。また、上記ダイヤモンド状炭素膜表面の摺動面の表
面粗さ（Ｒａ）は０．０８μｍ以下とすることが好まし
い。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。なお、従来部分と同一部分については同一符号で示
す。
る。なお、従来部分と同一部分については同一符号で示
す。
【００２３】図１は、本発明に係るフォーセットバルブ
１０を構成する可動弁体２０、固定弁体３０のみを示す
図であり、図２は固定弁体３０のみを示す図で、（Ａ）
はその斜視図であり、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
１０を構成する可動弁体２０、固定弁体３０のみを示す
図であり、図２は固定弁体３０のみを示す図で、（Ａ）
はその斜視図であり、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
【００２４】図１に示すフォーセットバルブ１０は、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、互いの可動弁体２０、固定弁体３
０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。
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、互いの可動弁体２０、固定弁体３
０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。
【００２５】これらの可動弁体２０、固定弁体３０をな
すディスク状の基体２７、３７は、Ａｌ2 Ｏ3 を９４％
以上含有し焼結助剤としてＳｉＯ2 等を含有するアルミ
ナセラミックスから成っている。この基体２７、３７は
耐摩耗性に優れるとともに、変形し難い材質で形成する
必要があるが、上記アルミナセラミックスは、高硬度で
耐摩耗性に優れるだけでなく、耐食性にも優れ、製造コ
ストも安価であるため最適である。
すディスク状の基体２７、３７は、Ａｌ2 Ｏ3 を９４％
以上含有し焼結助剤としてＳｉＯ2 等を含有するアルミ
ナセラミックスから成っている。この基体２７、３７は
耐摩耗性に優れるとともに、変形し難い材質で形成する
必要があるが、上記アルミナセラミックスは、高硬度で
耐摩耗性に優れるだけでなく、耐食性にも優れ、製造コ
ストも安価であるため最適である。
【００２６】また、図２に示すように、固定弁体３０を
なす基体３７の表面には炭化珪素膜３４を形成し、その
上にダイヤモンド状炭素膜３５を形成して、その表面を
摺動面３１としてある。特に本発明においては、ディス
ク状の基体３７の摺動面３１側の表面に最初に形成する
介在層として炭化珪素膜３４を備えることが重要であ
る。
なす基体３７の表面には炭化珪素膜３４を形成し、その
上にダイヤモンド状炭素膜３５を形成して、その表面を
摺動面３１としてある。特に本発明においては、ディス
ク状の基体３７の摺動面３１側の表面に最初に形成する
介在層として炭化珪素膜３４を備えることが重要であ
る。
【００２７】即ち、この介在層を成す炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）膜３４は、基体３７を成すアルミナセラミックスに
含まれるシリコン（Ｓｉ）原子、及びダイヤモンド状炭
素膜３５に含まれる炭素（Ｃ）原子を含むものであるか
ら、基体３７とダイヤモンド状炭素膜３５いずれとも密
着性が良好である。その為、長期摺動においても基体３
７に被覆したダイヤモンド状炭素膜膜３５が剥離するこ
とがないため、優れた摺動特性を長期間にわたって維持
することができる。
Ｃ）膜３４は、基体３７を成すアルミナセラミックスに
含まれるシリコン（Ｓｉ）原子、及びダイヤモンド状炭
素膜３５に含まれる炭素（Ｃ）原子を含むものであるか
ら、基体３７とダイヤモンド状炭素膜３５いずれとも密
着性が良好である。その為、長期摺動においても基体３
７に被覆したダイヤモンド状炭素膜膜３５が剥離するこ
とがないため、優れた摺動特性を長期間にわたって維持
することができる。
【００２８】また、基体３７に対する炭化珪素膜３４の
密着性を向上するために、基体３７の摺動面３１側の表
面のポア率を１２．０％以下、平均ポア径を８．０μｍ
以下、ポア径の標準偏差を６．０μｍ以下に制御してあ
る。
密着性を向上するために、基体３７の摺動面３１側の表
面のポア率を１２．０％以下、平均ポア径を８．０μｍ
以下、ポア径の標準偏差を６．０μｍ以下に制御してあ
る。
【００２９】ここで、基体３７の表面のポア率を１２．
０％以下、平均ポア径を８．０μｍ以下としたのは、ポ
ア率が１２．０％を越えるか又は平均ポア径が８．０μ
ｍを越えると基体３７の表面における炭化珪素膜３４の
被覆面積が減少し、その結果炭化珪素膜３４上のダイヤ
モンド状炭素膜３５の被覆面積も減少するからである。
その結果、ダイヤモンド状炭素膜３５にかかる圧力が高
くなる為、摩滅が促進され、摺動特性を長期間に渡って
維持することが困難となる。
０％以下、平均ポア径を８．０μｍ以下としたのは、ポ
ア率が１２．０％を越えるか又は平均ポア径が８．０μ
ｍを越えると基体３７の表面における炭化珪素膜３４の
被覆面積が減少し、その結果炭化珪素膜３４上のダイヤ
モンド状炭素膜３５の被覆面積も減少するからである。
その結果、ダイヤモンド状炭素膜３５にかかる圧力が高
くなる為、摩滅が促進され、摺動特性を長期間に渡って
維持することが困難となる。
【００３０】また、上記平均ポア径の標準偏差を６．０
μｍ以下としたのは、標準偏差が６．０μｍを越えると
局部的に大きなポアが存在することになり、その周辺で
の膜の摩滅が促進され、その結果、摺動特性の維持が困
難となるからである。
μｍ以下としたのは、標準偏差が６．０μｍを越えると
局部的に大きなポアが存在することになり、その周辺で
の膜の摩滅が促進され、その結果、摺動特性の維持が困
難となるからである。
【００３１】さらに、ダイヤモンド状炭素膜３５の表
面、即ち摺動面３１においても、ポア率を１２．０％以
下、平均ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を
６．０μｍ以下に制御してある。
面、即ち摺動面３１においても、ポア率を１２．０％以
下、平均ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を
６．０μｍ以下に制御してある。
【００３２】これは、摺動面３１におけるポア率が１
２．０％を越えるか又は平均ポア径が８．０μｍを越え
ると摺動相手である可動弁体２０を摩耗させやすくなる
ためであり、その標準偏差が６．０μｍを越えると局部
的に大きなポアが存在することになり、その周辺で可動
弁体２０を摩耗させやすくなるためである。
２．０％を越えるか又は平均ポア径が８．０μｍを越え
ると摺動相手である可動弁体２０を摩耗させやすくなる
ためであり、その標準偏差が６．０μｍを越えると局部
的に大きなポアが存在することになり、その周辺で可動
弁体２０を摩耗させやすくなるためである。
【００３３】なお、ここで平均ポア径及びその標準偏差
については、光学顕微鏡を用いた画像解析装置（商品
名：ＬＵＺＥＸ ＦＳ）を用いて、倍率１００倍、コン
トラストＴＨＲ６０〜９０％の条件で、基体３７の表面
あるいは摺動面３１において測定面積０．３６×０．３
６ｍｍの範囲を任意の１０カ所について測定した結果の
ことである。
については、光学顕微鏡を用いた画像解析装置（商品
名：ＬＵＺＥＸ ＦＳ）を用いて、倍率１００倍、コン
トラストＴＨＲ６０〜９０％の条件で、基体３７の表面
あるいは摺動面３１において測定面積０．３６×０．３
６ｍｍの範囲を任意の１０カ所について測定した結果の
ことである。
【００３４】また、上記基体３７の表面に炭化珪素膜３
４及びダイヤモンド状炭素膜３５を被覆する方法として
は、イオンプレーティングを始めとするＰＶＤ法、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法等の薄膜形成手段を用いて被
覆、積層すれば良い。特にイオンプレーティング法を用
いれば、低温での成膜が可能であるために均質でかつ均
一な膜を形成することができるとともに、炭化珪素膜３
４とダイヤモンド状炭素膜３５とを連続して成膜できる
ため、効率よく成膜することができる。
４及びダイヤモンド状炭素膜３５を被覆する方法として
は、イオンプレーティングを始めとするＰＶＤ法、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法等の薄膜形成手段を用いて被
覆、積層すれば良い。特にイオンプレーティング法を用
いれば、低温での成膜が可能であるために均質でかつ均
一な膜を形成することができるとともに、炭化珪素膜３
４とダイヤモンド状炭素膜３５とを連続して成膜できる
ため、効率よく成膜することができる。
【００３５】このとき、炭化珪素膜３４の膜厚ｔ1 は
０．４〜１．０μｍの範囲内とし、ダイヤモンド状炭素
膜３５の膜厚ｔ2 は０．６〜１．６μｍの範囲内とする
ことが好ましい。
０．４〜１．０μｍの範囲内とし、ダイヤモンド状炭素
膜３５の膜厚ｔ2 は０．６〜１．６μｍの範囲内とする
ことが好ましい。
【００３６】また、図１に示すフォーセットバルブ１０
では、固定弁体３０のみに炭化珪素膜３４及びダイヤモ
ンド状炭素膜３５を被覆したが、逆に可動弁体２０のみ
に炭化膜３４及びダイヤモンド状炭素膜３５を被覆して
もよく、さらには両方の弁体２０、３０に炭化珪素膜３
４及びダイヤモンド状炭素膜３５を被覆したものであっ
ても良い。
では、固定弁体３０のみに炭化珪素膜３４及びダイヤモ
ンド状炭素膜３５を被覆したが、逆に可動弁体２０のみ
に炭化膜３４及びダイヤモンド状炭素膜３５を被覆して
もよく、さらには両方の弁体２０、３０に炭化珪素膜３
４及びダイヤモンド状炭素膜３５を被覆したものであっ
ても良い。
【００３７】なお、本発明は医療用サンプリングバルブ
や薬液用バルブ等の各種ディスクバルブに用いることも
できる。
や薬液用バルブ等の各種ディスクバルブに用いることも
できる。
【００３８】
【実施例】実験例１ ここで、ダイヤモンド状炭素膜の剥離試験を行った。
【００３９】図３に示すように、アルミナセラミックス
製の基板４１の表面に炭化珪素膜４２を形成し、この上
にダイヤモンド状炭素膜４３を積層し、スクラッチ試験
機を用いてダイヤモンド状炭素膜４３の剥離荷重を測定
した。スクラッチ試験機はカートリッジ本体５１とその
先端から伸びるレバー５２に設けられた圧子５３とから
なり、図中のＺ方向に５゜傾けた基板４１上のダイヤモ
ンド状炭素膜４３に上記圧子４３を押圧し、カートリッ
ジ本体５１をＸ方向に励振振幅させながらＹ方向に移動
させてダイヤモンド状炭素膜４３に荷重を加えていった
時にダイヤモンド状炭素膜４３が剥離する荷重を測定し
た。
製の基板４１の表面に炭化珪素膜４２を形成し、この上
にダイヤモンド状炭素膜４３を積層し、スクラッチ試験
機を用いてダイヤモンド状炭素膜４３の剥離荷重を測定
した。スクラッチ試験機はカートリッジ本体５１とその
先端から伸びるレバー５２に設けられた圧子５３とから
なり、図中のＺ方向に５゜傾けた基板４１上のダイヤモ
ンド状炭素膜４３に上記圧子４３を押圧し、カートリッ
ジ本体５１をＸ方向に励振振幅させながらＹ方向に移動
させてダイヤモンド状炭素膜４３に荷重を加えていった
時にダイヤモンド状炭素膜４３が剥離する荷重を測定し
た。
【００４０】ただし、圧子５３の先端部の曲率半径は２
５μｍで、基板４１のＹ方向への送り速度を１０μｍ/
s、Ｘ方向への励振振幅を８０μｍとした。
５μｍで、基板４１のＹ方向への送り速度を１０μｍ/
s、Ｘ方向への励振振幅を８０μｍとした。
【００４１】また、表１に示すように、基板４１の表面
のポア径、膜厚等の異なるものを用意し、これらについ
て、上記の実験を行った。なお、ダイヤモンド状炭素膜
４３上の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１〜０．０８μｍ、
ポア率は１２．０％とした。結果は表２に示す通りであ
る。
のポア径、膜厚等の異なるものを用意し、これらについ
て、上記の実験を行った。なお、ダイヤモンド状炭素膜
４３上の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１〜０．０８μｍ、
ポア率は１２．０％とした。結果は表２に示す通りであ
る。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】表２より判るように、比較例１では、基板
４１の平均ポア径が大き過ぎる為、均質な膜が得られ
ず、平均１０４．８ｍＮの荷重でダイヤモンド状炭素膜
４３の剥離が発生した。また比較例２では、基板４１の
ポア径の標準偏差が大きい為、局部的に密着力の低下が
著しく、ダイヤモンド状炭素膜４３の剥離荷重のばらつ
きが大きかった。さらに、比較例３では、ダイヤモンド
状炭素膜４３を直接基板４１に形成している為、ダイヤ
モンド状炭素膜４３内の残留応力が大きく、平均８５．
９ｍＮの荷重で剥離が発生した。
４１の平均ポア径が大き過ぎる為、均質な膜が得られ
ず、平均１０４．８ｍＮの荷重でダイヤモンド状炭素膜
４３の剥離が発生した。また比較例２では、基板４１の
ポア径の標準偏差が大きい為、局部的に密着力の低下が
著しく、ダイヤモンド状炭素膜４３の剥離荷重のばらつ
きが大きかった。さらに、比較例３では、ダイヤモンド
状炭素膜４３を直接基板４１に形成している為、ダイヤ
モンド状炭素膜４３内の残留応力が大きく、平均８５．
９ｍＮの荷重で剥離が発生した。
【００４５】これらに対し、基板４１のポア平均径を
８．０μｍ以下とし、その標準偏差を６．０μｍ以下と
した本発明実施例では、平均１８５．５ｍＮの荷重まで
膜剥離を生じることがなく、比較例１、３に比べて約２
倍もの密着力が得られ、比較例２に対しても著しくばら
つきの小さな密着力が得られた。
８．０μｍ以下とし、その標準偏差を６．０μｍ以下と
した本発明実施例では、平均１８５．５ｍＮの荷重まで
膜剥離を生じることがなく、比較例１、３に比べて約２
倍もの密着力が得られ、比較例２に対しても著しくばら
つきの小さな密着力が得られた。
【００４６】実験例２ 次に、図１に示すようなフォーセットバルブ１０を試作
し、表３に示すように固定弁体３０の摺動面３１の平均
ポア径、その標準偏差をそれぞれ変化させて摺動実験を
行った。
し、表３に示すように固定弁体３０の摺動面３１の平均
ポア径、その標準偏差をそれぞれ変化させて摺動実験を
行った。
【００４７】この実験に使用したフォーセットバルブ１
０は、可動弁体２０、固定弁体３０ともアルミナセラミ
ックスにより形成しており、外径３０ｍｍ、肉厚１０ｍ
ｍの円盤状体に直径５ｍｍの流体通路２２を穿設した可
動弁体２０と、外径２０ｍｍ、膜厚８ｍｍの円盤状体に
直径５ｍｍの流体通路３２を穿設した固定弁体３０とを
組み合わせて構成した。また、可動弁体２０にはアルミ
ナ含有量を９４％、その摺動面２１には膜を形成せず、
任意部分１０カ所の平均ポア径は６．０μｍ、その標準
偏差は４．０μｍとした。なお、可動弁体２０、固定弁
体３０ともに摺動面２１、３１の表面粗さ（Ｒａ）は
０．０１〜０．０８μｍ、ポア率は１２．０％とした。
０は、可動弁体２０、固定弁体３０ともアルミナセラミ
ックスにより形成しており、外径３０ｍｍ、肉厚１０ｍ
ｍの円盤状体に直径５ｍｍの流体通路２２を穿設した可
動弁体２０と、外径２０ｍｍ、膜厚８ｍｍの円盤状体に
直径５ｍｍの流体通路３２を穿設した固定弁体３０とを
組み合わせて構成した。また、可動弁体２０にはアルミ
ナ含有量を９４％、その摺動面２１には膜を形成せず、
任意部分１０カ所の平均ポア径は６．０μｍ、その標準
偏差は４．０μｍとした。なお、可動弁体２０、固定弁
体３０ともに摺動面２１、３１の表面粗さ（Ｒａ）は
０．０１〜０．０８μｍ、ポア率は１２．０％とした。
【００４８】そして、上記固定弁体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／ｃｍ2 の圧力で注
入し、可動弁体２０を操作レバー４０により摺動させる
のに必要な操作力を測定した。なお、操作レバー４０の
測定位置は、操作レバーの支点より直線距離で８３ｍｍ
離れた位置とした。
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／ｃｍ2 の圧力で注
入し、可動弁体２０を操作レバー４０により摺動させる
のに必要な操作力を測定した。なお、操作レバー４０の
測定位置は、操作レバーの支点より直線距離で８３ｍｍ
離れた位置とした。
【００４９】但し、この試験による評価基準は、可動弁
体２０を１０万回摺動させた時の操作レバ−４０の操作
力を測定し、これが０．８ｋｇ以下のものを摺動性が良
好であると判断した。
体２０を１０万回摺動させた時の操作レバ−４０の操作
力を測定し、これが０．８ｋｇ以下のものを摺動性が良
好であると判断した。
【００５０】それぞれの結果は、表３に示す通りであ
る。
る。
【００５１】
【表３】
【００５２】表３より判るように、試料Ｎｏ．４、５で
は１０万回摺動後の操作力が１．３ｋｇ、試料Ｎｏ２、
３でも操作力が１．０ｋｇと評価基準を満足することが
できなかった。
は１０万回摺動後の操作力が１．３ｋｇ、試料Ｎｏ２、
３でも操作力が１．０ｋｇと評価基準を満足することが
できなかった。
【００５３】しかも、上記試料Ｎｏ．２、３では摺動後
に局部的な膜の剥離が生じ、Ｎｏ．４ではダイヤモンド
状炭素膜３５内に残留する圧縮応力が大きく摺動面３１
にクラックが観察された。また、Ｎｏ．５では、不純物
の脱粒が大きく、可動弁体２０の摺動面２１の損傷が本
発明に比較し、著しく大きかった。
に局部的な膜の剥離が生じ、Ｎｏ．４ではダイヤモンド
状炭素膜３５内に残留する圧縮応力が大きく摺動面３１
にクラックが観察された。また、Ｎｏ．５では、不純物
の脱粒が大きく、可動弁体２０の摺動面２１の損傷が本
発明に比較し、著しく大きかった。
【００５４】これらに対し、Ｎｏ．１の本発明実施例で
は１０万回摺動後の操作力が０．８ｋｇと小さく、長期
間低い操作トルクを維持できることがわかる。なお、本
発明実施例と比較例との０．２ｋｇの操作力の違いは手
でも明らかに実感できる程度の大きなものであった。
は１０万回摺動後の操作力が０．８ｋｇと小さく、長期
間低い操作トルクを維持できることがわかる。なお、本
発明実施例と比較例との０．２ｋｇの操作力の違いは手
でも明らかに実感できる程度の大きなものであった。
【００５５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、フォーセ
ットバルブを構成する二つの弁体をアルミナセラミック
スで形成するとともに、少なくとも一方の摺動面に炭化
珪素膜を介してダイヤモンド状炭素膜を形成したことに
よって、ダイヤモンド状炭素膜の剥離等が生じにくく、
長期間良好な摺動特性を維持することができる。
ットバルブを構成する二つの弁体をアルミナセラミック
スで形成するとともに、少なくとも一方の摺動面に炭化
珪素膜を介してダイヤモンド状炭素膜を形成したことに
よって、ダイヤモンド状炭素膜の剥離等が生じにくく、
長期間良好な摺動特性を維持することができる。
【００５６】また本発明によれば、上記弁体を成すアル
ミナセラミックスのＡｌ2 Ｏ3 含有量を９４％以上とし
て、膜を形成する前の表面におけるポア率を１２．０％
以下、平均ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差
を６．０μｍ以下としたことによって、さらに、ダイヤ
モンド状炭素膜の密着性を高め、剥離を防止できる。
ミナセラミックスのＡｌ2 Ｏ3 含有量を９４％以上とし
て、膜を形成する前の表面におけるポア率を１２．０％
以下、平均ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差
を６．０μｍ以下としたことによって、さらに、ダイヤ
モンド状炭素膜の密着性を高め、剥離を防止できる。
【００５７】さらに本発明によれば、上記ダイヤモンド
状炭素膜表面の摺動面におけるポア率を１２．０％以
下、平均ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を
６．０μｍ以下としたことによって、摺動相手の摩耗を
減少することができる。
状炭素膜表面の摺動面におけるポア率を１２．０％以
下、平均ポア径を８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差を
６．０μｍ以下としたことによって、摺動相手の摩耗を
減少することができる。
【００５８】その結果、本発明によれば、ダイヤモンン
ド状炭素膜の剥離を防止し、長期間良好な摺動特性を維
持できるフォーセットバルブを安価に提供することがで
きる。
ド状炭素膜の剥離を防止し、長期間良好な摺動特性を維
持できるフォーセットバルブを安価に提供することがで
きる。
【図１】本発明のフォーセットバルブの弁体のみを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１のフォーセットバルブを構成する固定弁体
のみを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はそのＸ
ーＸ断面図である。
のみを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はそのＸ
ーＸ断面図である。
【図３】スクラッチ試験機を用いてダイヤモンド状炭素
膜の剥離荷重を測定する状態を示す図である。
膜の剥離荷重を測定する状態を示す図である。
【図４】一般的なフォーセットバルブの作動状態を示す
斜視図であり、（Ａ）は流体通路を開通させた図、
（Ｂ）は流体通路を遮断した図である。
斜視図であり、（Ａ）は流体通路を開通させた図、
（Ｂ）は流体通路を遮断した図である。
１０ ：フォーセットバルブ ２０ ：可動弁体 ２１ ：摺動面 ２２ ：流体通路 ２７ ：基体 ３０ ：固定弁体 ３１ ：摺動面 ３２ ：流体通路 ３４ ：炭化珪素膜 ３５ ：ダイヤモンド状炭素膜 ３７ ：基体 ４０ ：操作レバー ４１ ：基板 ４２ ：炭化珪素膜 ４３ ：ダイヤモンド状炭素膜 ５１ ：カートリッジ本体 ５２ ：レバー ５３ ：圧子
Claims (3)
- 【請求項１】互いに摺動する二つの弁体をアルミナセラ
ミックスで形成するとともに、少なくとも一方の弁体の
摺動面に炭化珪素膜を介してダイヤモンド状炭素膜を形
成したことを特徴とするフォーセットバルブ。 - 【請求項２】上記弁体を成すアルミナセラミックスはＡ
ｌ2 Ｏ3 含有量が９４％以上であり、膜を形成する前の
表面におけるポア率が１２．０％以下、平均ポア径が
８．０μｍ以下、ポア径の標準偏差が６．０μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１記載のフォーセットバル
ブ。 - 【請求項３】上記ダイヤモンド状炭素膜表面の摺動面に
おけるポア率が１２．０％以下、平均ポア径が８．０μ
ｍ以下、ポア径の標準偏差が６．０μｍ以下であること
を特徴とする請求項１記載のフォーセットバルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25404995A JP3193279B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | フォーセットバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25404995A JP3193279B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | フォーセットバルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0996368A true JPH0996368A (ja) | 1997-04-08 |
| JP3193279B2 JP3193279B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=17259527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25404995A Expired - Fee Related JP3193279B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | フォーセットバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3193279B2 (ja) |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP25404995A patent/JP3193279B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3193279B2 (ja) | 2001-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |