JP2001235041A - Valve component and valve - Google Patents

Valve component and valve

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JP2001235041A
JP2001235041A JP2000044136A JP2000044136A JP2001235041A JP 2001235041 A JP2001235041 A JP 2001235041A JP 2000044136 A JP2000044136 A JP 2000044136A JP 2000044136 A JP2000044136 A JP 2000044136A JP 2001235041 A JP2001235041 A JP 2001235041A
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JP
Japan
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valve
thickness
hard carbon
coating layer
carbon film
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Application number
JP2000044136A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Oda
一彦 織田
Hisanori Ohara
久典 大原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a valve component providing high adhesiveness between a base and a hard carbon film and allowing thickening of the hard carbon film. SOLUTION: A valve element 16 serving as a valve component having a sliding surface comprises the base 1 and a cover layer 3 formed on the surface of the base 1, with the surface of the cover layer 3 being formed as the sliding surface 16a. The cover layer 3 is formed by laminating together two or more laminate films 6 each comprising the hard carbon film 4 and a silicon film 5 laminated together, with the silicon films 5 disposed on the base 1 side. The thickness of each hard carbon film 4 is not less than 0.01 μm nor more than 0.5 μm and the thickness of each silicon film 5 is not less than 0.005 μm nor more than 0.5 μm. The thickness of each hard carbon film 4 is equal to or greater than the thickness of each silicon film 5 and the overall thickness of the cover layer is not less than 0.5 μm nor more than 50 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、摺動面を有するバ
ルブ用部品、及び、当該摺動面を有するバルブ用部品を
備えたバルブに関するものである。
The present invention relates to a valve component having a sliding surface and a valve provided with the valve component having the sliding surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】摺動面を有するバルブ用部品(例えば弁
座、弁体)を備えて構成されるバルブは、家庭用、工業
用に広く用いられている。かかるバルブは、例えば、流
体の流路に固定配置されたリング状の弁座(シートリン
グ)に対して円板状の弁体(ディスク)を摺動させるこ
とにより、流体の流量を調節する。
2. Description of the Related Art Valves provided with valve parts (for example, valve seats and valve bodies) having a sliding surface are widely used for home use and industrial use. Such a valve adjusts the flow rate of the fluid by, for example, sliding a disc-shaped valve (disk) against a ring-shaped valve seat (seat ring) fixedly arranged in the fluid flow path.

【0003】摺動面を有するバルブ用部品においては、
使用により摺動面が摩耗し、かかる摩耗は、バルブにお
ける動作トルクの増大、流体の漏洩などを引き起こす。
特開平6−227882号公報には、かかる摩耗を低減
するため、摺動面に硬質のアモルファスカーボン膜を形
成したバルブ用部品が開示されている。また、上記公報
に開示されたバルブ用部品においては、バルブ用部品を
構成するアルミナ製の基体と上記アモルファスカーボン
膜との密着度を高めるべく、基体とアモルファスカーボ
ン膜との間にシリコン系非酸化物膜を介在させている。
In a valve component having a sliding surface,
The use wears the sliding surface, and such wear causes an increase in operating torque in the valve, leakage of fluid, and the like.
JP-A-6-227882 discloses a valve component in which a hard amorphous carbon film is formed on a sliding surface in order to reduce such wear. Further, in the valve component disclosed in the above publication, a silicon-based non-oxidizing material is interposed between the substrate and the amorphous carbon film in order to increase the degree of adhesion between the alumina base and the amorphous carbon film constituting the valve component. An object film is interposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
にかかるバルブ用部品には、以下に示すような問題点が
あった。すなわち、上記従来の技術にかかるバルブ用部
品は、基体の表面にアモルファスカーボン膜を形成する
ことにより、摺動面の硬度を高め、摺動面の摩耗を低減
している。しかし、アモルファスカーボン膜などの硬質
炭素膜は、極めて大きい内部応力を有しており、その結
果、基体に対する密着度が低く、基体から剥離しやす
い。上記従来技術にかかるバルブ用部品は、かかる問題
点を解決すべく、基体とアモルファスカーボン膜との間
にシリコン系非酸化物膜を介在させているが、基体とア
モルファスカーボン膜との密着度が未だ十分でない。特
に、摺動面の硬度を高めるべく硬質炭素膜を厚くしてい
くと、これに従って硬質炭素膜の内部応力の影響が大き
くなるため、硬質炭素膜が基体から剥離しやすくなる。
その結果、上記従来技術にかかるバルブ用部品において
は、硬質炭素膜を一定厚以上に厚くすることが困難であ
る。
However, the valve parts according to the above prior art have the following problems. That is, in the valve component according to the above-described conventional technology, the hardness of the sliding surface is increased and the wear of the sliding surface is reduced by forming the amorphous carbon film on the surface of the base. However, a hard carbon film such as an amorphous carbon film has an extremely large internal stress, and as a result, the degree of adhesion to the substrate is low and the hard carbon film is easily peeled from the substrate. In order to solve such a problem, the valve component according to the prior art has a silicon-based non-oxide film interposed between the substrate and the amorphous carbon film. Not enough yet. In particular, when the thickness of the hard carbon film is increased in order to increase the hardness of the sliding surface, the effect of the internal stress of the hard carbon film increases accordingly, so that the hard carbon film is easily peeled from the substrate.
As a result, it is difficult to increase the thickness of the hard carbon film to a certain thickness or more in the valve component according to the related art.

【0005】そこで本発明は、上記問題点を解決し、基
体と硬質炭素膜との密着度が高く、硬質炭素膜を厚膜化
することができるバルブ用部品及びこれを備えたバルブ
を提供することを課題とする。
Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems, and provides a valve component having a high degree of adhesion between a substrate and a hard carbon film and capable of increasing the thickness of the hard carbon film, and a valve provided with the same. That is the task.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のバルブ用部品は、摺動面を有するバルブ用
部品であって、基体と、上記基体の表面に形成された被
覆層とを備え、上記被覆層は、硬質炭素膜とシリコン膜
とを積層した積層膜を、上記シリコン膜が上記基体の側
に配置されるように2層以上積層して形成され、上記硬
質炭素膜それぞれの膜厚は、0.01μm以上0.5μ
m以下であり、上記シリコン膜それぞれの膜厚は、0.
005μm以上0.5μm以下であり、上記被覆層の表
面を上記摺動面として形成したことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a valve component according to the present invention is a valve component having a sliding surface, comprising a base and a coating layer formed on the surface of the base. Wherein the coating layer is formed by laminating two or more layers of a laminated film obtained by laminating a hard carbon film and a silicon film so that the silicon film is disposed on the side of the substrate, Each film thickness is 0.01 μm or more and 0.5 μm
m or less, and the film thickness of each of the silicon films is 0.1.
005 μm or more and 0.5 μm or less, wherein the surface of the coating layer is formed as the sliding surface.

【0007】硬質炭素膜とシリコン膜とを積層した積層
膜をシリコン膜が基体の側に配置されるように2層以上
積層して形成される被覆層は、硬質炭素膜とシリコン膜
とが交互に積層された構成となる。ここで、シリコン膜
の内部応力は硬質炭素膜の内部応力と比較して1/10
あるいはそれ以下であるので、硬質炭素膜とシリコン膜
とを交互に積層した被覆層は、硬質炭素膜のみで形成し
た被覆層と比較して、内部応力(平均値)が著しく小さ
くなる。その結果、被覆層を厚くしていっても内部応力
の影響を小さく押さえることができる。また、硬質炭素
膜それぞれの膜厚を0.01μm以上とすることで、製
造上、硬質炭素膜がシリコン膜と混合することを防止で
きる。また、硬質炭素膜それぞれの膜厚を0.5μm以
下とすることで、硬質炭素膜それぞれに生ずる内部応力
を小さくすることができる。また、シリコン膜それぞれ
の膜厚を0.005μm以上とすることで、製造上、シ
リコン膜が硬質炭素膜と混合することを防止できる。ま
た、シリコン膜それぞれの膜厚を0.5μm以下とする
ことで、シリコン膜それぞれに生ずる内部応力を小さく
できるとともに被覆層全体の硬度を高めることができ
る。
[0007] A coating layer formed by laminating two or more laminated films of a hard carbon film and a silicon film such that the silicon film is disposed on the side of the substrate is composed of a hard carbon film and a silicon film alternately. It becomes the structure laminated | stacked. Here, the internal stress of the silicon film is 1/10 of the internal stress of the hard carbon film.
Since it is less than that, the coating layer in which the hard carbon film and the silicon film are alternately laminated has a significantly smaller internal stress (average value) than the coating layer formed only of the hard carbon film. As a result, even if the coating layer is thickened, the influence of the internal stress can be suppressed to a small level. Further, by setting the thickness of each hard carbon film to 0.01 μm or more, it is possible to prevent the hard carbon film from being mixed with the silicon film in manufacturing. By setting the thickness of each hard carbon film to 0.5 μm or less, the internal stress generated in each hard carbon film can be reduced. Further, by setting the thickness of each of the silicon films to 0.005 μm or more, it is possible to prevent the silicon film from being mixed with the hard carbon film in manufacturing. By setting the thickness of each silicon film to 0.5 μm or less, the internal stress generated in each silicon film can be reduced and the hardness of the entire coating layer can be increased.

【0008】また、本発明のバルブ用部品においては、
上記硬質炭素膜の膜厚は、上記シリコン膜の膜厚と等し
い、あるいは、上記シリコン膜の膜厚よりも大きいこと
を特徴とすることが好適である。
Further, in the valve part of the present invention,
It is preferable that the thickness of the hard carbon film is equal to or larger than the thickness of the silicon film.

【0009】硬質炭素膜の膜厚をシリコン膜の膜厚と等
しいかより大きくすることで、被覆層に占める硬質炭素
膜の割合が高まり、被覆層全体の硬度を高めることがで
き、また、被覆層が摩耗していった場合に、硬質炭素膜
が摺動面として作用している時間を長くすることができ
る。
By making the thickness of the hard carbon film equal to or larger than the thickness of the silicon film, the ratio of the hard carbon film in the coating layer is increased, and the hardness of the entire coating layer can be increased. When the layer wears out, the time during which the hard carbon film acts as a sliding surface can be extended.

【0010】また、本発明のバルブ用部品においては、
上記被覆層の層厚は、0.5μm以上50μm以下であ
ることを特徴とすることが好適である。
In the valve part of the present invention,
It is preferable that the thickness of the coating layer is 0.5 μm or more and 50 μm or less.

【0011】被覆層の層厚を0.5μm以上とすること
で、被覆層全体の硬度を高めることができる。また、被
覆層の層厚を50μm以下とすることで、被覆層全体の
内部応力(平均値)を小さく保つことができる。
By setting the thickness of the coating layer to 0.5 μm or more, the hardness of the entire coating layer can be increased. By setting the thickness of the coating layer to 50 μm or less, the internal stress (average value) of the entire coating layer can be kept small.

【0012】また、本発明のバルブ用部品においては、
被覆層の層厚は、1.5μm以上であることを特徴とす
ることが特に好適である。基体への密着度を考慮する
と、硬質炭素膜のみで被覆層を形成する場合は1.5μ
m以上の層厚を有する被覆層を形成することは極めて困
難である。しかし、本発明の如く、硬質炭素膜とシリコ
ン膜とを交互に積層して被覆層を形成することで、1.
5μm以上の層厚を有する被覆層を容易に形成すること
ができる。
In the valve part of the present invention,
It is particularly preferable that the thickness of the coating layer is not less than 1.5 μm. Considering the degree of adhesion to the substrate, 1.5 μm is required for forming the coating layer using only the hard carbon film.
It is extremely difficult to form a coating layer having a layer thickness of m or more. However, as in the present invention, by alternately laminating a hard carbon film and a silicon film to form a coating layer, 1.
A coating layer having a layer thickness of 5 μm or more can be easily formed.

【0013】また、本発明のバルブは、摺動面を有する
バルブ用部品を備えたバルブであって、当該バルブ用部
品は、上記いずれかのバルブ用部品であることを特徴と
している。
A valve according to the present invention is a valve provided with a valve component having a sliding surface, wherein the valve component is any one of the valve components described above.

【0014】上記バルブ用部品は、基体と硬質炭素膜と
の密着度が高く、硬質炭素膜を厚膜化することができる
ため、摺動面の硬度を高めることができる。従って、か
かるバルブ用部品を用いることで、寿命の長いバルブを
構成することが可能となる。
In the above-mentioned valve component, the degree of adhesion between the base and the hard carbon film is high, and the thickness of the hard carbon film can be increased, so that the hardness of the sliding surface can be increased. Therefore, by using such a valve component, it is possible to configure a valve having a long life.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態にかかるバルブ
用部品及びバルブについて図面を参照して説明する。ま
ず、本実施形態にかかるバルブ用部品及びバルブの構成
について説明する。図1は、本実施形態にかかるバルブ
の一部を切り欠いた正面図であり、図2は、本実施形態
にかかるバルブ用部品の拡大斜視図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A valve component and a valve according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the valve component and the valve according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a partially cutaway front view of a valve according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged perspective view of a valve component according to the present embodiment.

【0016】本実施形態にかかるバルブ10は、図1に
示すように、流体の流路となる貫通孔12aを有する弁
箱12と、上記貫通孔12aの内壁面にそって固定配置
された2つのリング状の弁座14と、上記2つの弁座の
間に摺動可能に配置された円板状の弁体16とを備えて
構成される。ここで、上記弁体16が本実施形態にかか
るバルブ用部品となる。バルブ10においては、図1及
び図2における上下方向(矢印方向)に弁体16を摺動
させることにより、流路の遮断、開放を行うことができ
るようになっている。すなわち、バルブ10において
は、弁体16を下方に摺動させてリング状の弁座14の
開口14bを塞ぐことによって流路を遮断することがで
き、一方、弁体16を上方に摺動させることによって流
路を開放することができる。この際、弁体16は弁座1
4に対して摺動する(摺れあって動く)ため、弁体16
と弁座14のそれぞれには互いに摺れ合う面である摺動
面14a、16aが形成される。
As shown in FIG. 1, a valve 10 according to this embodiment has a valve box 12 having a through hole 12a serving as a fluid flow path, and a valve box 2 fixedly disposed along the inner wall surface of the through hole 12a. It comprises two ring-shaped valve seats 14 and a disc-shaped valve body 16 slidably arranged between the two valve seats. Here, the valve body 16 is a valve component according to the present embodiment. In the valve 10, the valve body 16 is slid in the vertical direction (the direction of the arrow) in FIGS. That is, in the valve 10, the flow path can be blocked by sliding the valve body 16 downward to close the opening 14 b of the ring-shaped valve seat 14, while sliding the valve body 16 upward. Thereby, the flow path can be opened. At this time, the valve body 16 is
4 (moving by sliding) with respect to the valve body 16.
And the valve seat 14 are formed with sliding surfaces 14a and 16a, which are surfaces that slide on each other.

【0017】ここで、図2に示すように、弁座14が単
なる円筒形ではなく、一方の縁が軸に対して斜めにカッ
トされており、弁体16が単なる円柱形ではなく双方の
底面が軸に対して斜めにカットされているのは、弁体1
6を2つの弁座14の間に容易に挿入することができる
ようにするためである。ここで、上記斜めにカットされ
ている面が摺動面14a、16aとなる。さらに、弁体
16の双方の底面は平坦ではなく、中央部が窪んでい
る。従って、当該窪んでいる部分は、弁座14とは摺れ
合わず、従って、弁体16の摺動面16aは、図2に示
すように、ドーナツ型となる。弁体16の摺動面16a
をこのような形状とするのは、弁体16と弁座14との
摩擦を低減するためである。
Here, as shown in FIG. 2, the valve seat 14 is not a simple cylinder, one edge is cut obliquely with respect to the axis, and the valve body 16 is not a simple cylinder but a bottom surface of both. Is cut obliquely with respect to the axis.
6 so that it can be easily inserted between the two valve seats 14. Here, the obliquely cut surfaces become the sliding surfaces 14a and 16a. Further, both bottom surfaces of the valve body 16 are not flat, and the central portion is depressed. Therefore, the depressed portion does not slide on the valve seat 14, so that the sliding surface 16a of the valve body 16 has a donut shape as shown in FIG. Sliding surface 16a of valve body 16
Is formed in such a shape in order to reduce the friction between the valve body 16 and the valve seat 14.

【0018】図3は、弁体16を摺動面16aに対して
垂直に切断した拡大断面図である。弁体16は、図3に
示すような断面構造を有している。すなわち、弁体16
は、基体1と、基体1の表面に形成された被覆層3とを
備えて構成され、当該被覆層3の表面が上記摺動面16
aとして形成されている。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the valve body 16 cut perpendicular to the sliding surface 16a. The valve body 16 has a sectional structure as shown in FIG. That is, the valve element 16
Comprises a substrate 1 and a coating layer 3 formed on the surface of the substrate 1, and the surface of the coating layer 3 is
a.

【0019】基体1は、アルミナなどのセラミクス、ス
テライト等の耐摩耗性の高い材料によって形成されてい
る。基体1は、例えば、切削加工などの方法によって製
造される。
The substrate 1 is made of a material having high wear resistance such as ceramics such as alumina and stellite. The base 1 is manufactured by, for example, a method such as cutting.

【0020】被覆層3は、硬質炭素膜4とシリコン膜5
とを積層した積層膜6を、シリコン膜5が基体1の側に
配置されるように2層以上(図3においては4層)積層
して形成されている。硬質炭素膜4は、硬質炭素からな
る膜である。ここで、硬質炭素とは、例えば、ダイヤモ
ンド構造を一部に有するアモルファス状の炭素あるいは
水素化炭素など(通常、アモルファスカーボン、アイ・
カーボン、ダイヤモンド状炭素などと呼ばれている)を
いう。硬質炭素からなる硬質炭素膜は、一般に、ヌープ
硬さが1×9.8〜8×9.8GPaであり、摺動時の
摩擦係数が極めて小さく、化学的にも安定で、焼き付き
にくく、離型性に優れるという特徴を有する。また、シ
リコン膜5は、シリコンからなる膜である。
The coating layer 3 comprises a hard carbon film 4 and a silicon film 5
Are laminated to form two or more layers (four layers in FIG. 3) such that the silicon film 5 is disposed on the side of the base 1. The hard carbon film 4 is a film made of hard carbon. Here, hard carbon refers to, for example, amorphous carbon or hydrogenated carbon partially having a diamond structure (usually, amorphous carbon,
Carbon, diamond-like carbon, etc.). A hard carbon film made of hard carbon generally has a Knoop hardness of 1 × 9.8 to 8 × 9.8 GPa, an extremely small friction coefficient at the time of sliding, is chemically stable, hard to seize, and It has the feature of excellent moldability. The silicon film 5 is a film made of silicon.

【0021】ここで、硬質炭素膜4それぞれの膜厚は、
0.01μm以上0.5μm以下となっており、また、
シリコン膜4それぞれの膜厚は、0.005μm以上
0.5μm以下となっている。この場合、硬質炭素膜4
の膜厚は、シリコン膜5の膜厚と等しい、あるいは、シ
リコン膜5の膜厚よりも大きいことが好適である。尚、
硬質炭素膜4それぞれの膜厚が互いに異なる場合、シリ
コン膜5の膜厚が互いに異なる場合は、硬質炭素膜4の
膜厚の平均値が、シリコン膜5の膜厚の平均値と等し
い、あるいは、シリコン膜5の膜厚の平均値よりも大き
いことが好適である。
Here, the thickness of each of the hard carbon films 4 is
0.01 μm or more and 0.5 μm or less, and
The thickness of each silicon film 4 is not less than 0.005 μm and not more than 0.5 μm. In this case, the hard carbon film 4
Is preferably equal to or greater than the thickness of the silicon film 5. still,
When the thicknesses of the hard carbon films 4 are different from each other, and when the thicknesses of the silicon films 5 are different from each other, the average value of the thickness of the hard carbon film 4 is equal to the average value of the thickness of the silicon film 5, or It is preferable that the average thickness of the silicon film 5 is larger than the average value.

【0022】また、被覆層3全体の層厚は、0.5μm
以上50μm以下であることが好適であり、1.5μm
以上50μm以下であることが特に好適である。基体1
への密着度を考慮すると、硬質炭素膜のみで被覆層を形
成する場合は1.5μm以上の層厚を有する被覆層を形
成することは極めて困難であるが、本実施形態の如く、
硬質炭素膜4とシリコン膜5とを交互に積層して被覆層
3を形成することで、1.5μm以上の層厚を有する被
覆層3を容易に形成することができる。
The thickness of the entire coating layer 3 is 0.5 μm
It is preferably not less than 50 μm and not more than 1.5 μm
It is particularly preferred that the thickness be at least 50 μm. Base 1
Considering the degree of adhesion to, when forming a coating layer only with a hard carbon film, it is extremely difficult to form a coating layer having a layer thickness of 1.5 μm or more, but as in this embodiment,
By forming the coating layer 3 by alternately laminating the hard carbon films 4 and the silicon films 5, the coating layer 3 having a layer thickness of 1.5 μm or more can be easily formed.

【0023】硬質炭素膜4は、例えば、マイクロ波プラ
ズマ、ECRプラズマ、高周波プラズマ、アークプラズ
マなどを用いたプラズマCVD法、炭素、炭化水素イオ
ンなどを原料とするイオン蒸着法、固体炭素を原料とす
るスパッタリング法やカソードアークイオンプレーティ
ング法などによって形成することができる。また、シリ
コン膜5は、真空蒸着法、高周波イオンプレーティング
法、スパッタリング法、プラズマCVD法などによって
形成することができる。尚、本実施形態においては、硬
質炭素膜4とシリコン膜5とを交互に形成することにな
るため、硬質炭素膜4とシリコン膜5とを交互に連続的
に形成できる複合プロセスを用いることが効率的であ
る。
The hard carbon film 4 is formed by, for example, a plasma CVD method using microwave plasma, ECR plasma, high-frequency plasma, arc plasma, etc., an ion deposition method using carbon, hydrocarbon ions or the like as a raw material, or a solid carbon as a raw material. It can be formed by a sputtering method or a cathode arc ion plating method. The silicon film 5 can be formed by a vacuum evaporation method, a high-frequency ion plating method, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. In the present embodiment, since the hard carbon film 4 and the silicon film 5 are formed alternately, a composite process capable of forming the hard carbon film 4 and the silicon film 5 alternately and continuously is used. It is efficient.

【0024】続いて、本実施形態にかかるバルブ用部品
及びバルブの作用及び効果について説明する。本実施形
態にかかるバルブ用部品である弁体16は、硬質炭素膜
4とシリコン膜5とを積層した積層膜6をシリコン膜5
が基体1の側に配置されるように2層以上積層して被覆
層3を形成し、当該被覆層3の表面を摺動面16aとし
て形成する。従って、被覆層3は、硬質炭素膜4とシリ
コン膜5とが交互に積層された構成となる。ここで、シ
リコン膜5の内部応力は硬質炭素膜4の内部応力(一般
に1GPa以上)と比較して1/10あるいはそれ以下
であるので、硬質炭素膜4とシリコン膜5とを交互に積
層した被覆層3は、硬質炭素膜のみで形成した被覆層と
比較して、内部応力(平均値)が著しく小さくなる。よ
って、被覆層3を厚くしていっても内部応力の影響を小
さく押さえることができる。その結果、基体1と硬質炭
素膜4との密着度を高く維持しつつ、硬質炭素膜4(よ
り正確には、シリコン膜5を含めた被覆層3全体)を厚
膜化することが可能となる。
Next, the operation and effects of the valve component and the valve according to the present embodiment will be described. The valve body 16 which is a valve component according to the present embodiment is configured such that the laminated film 6 in which the hard carbon film 4 and the silicon film 5 are laminated is replaced with the silicon film 5.
Are arranged on the base 1 side to form a coating layer 3 by laminating two or more layers, and the surface of the coating layer 3 is formed as a sliding surface 16a. Therefore, the coating layer 3 has a configuration in which the hard carbon films 4 and the silicon films 5 are alternately stacked. Here, the internal stress of the silicon film 5 is 1/10 or less as compared with the internal stress of the hard carbon film 4 (generally, 1 GPa or more). Therefore, the hard carbon film 4 and the silicon film 5 are alternately laminated. The internal stress (average value) of the coating layer 3 is significantly smaller than that of the coating layer formed only of the hard carbon film. Therefore, even if the coating layer 3 is thickened, the influence of the internal stress can be suppressed to a small level. As a result, it is possible to increase the thickness of the hard carbon film 4 (more precisely, the entire coating layer 3 including the silicon film 5) while maintaining a high degree of adhesion between the base 1 and the hard carbon film 4. Become.

【0025】この場合、硬質炭素膜4それぞれの膜厚を
0.01μm以上とすることで、製造上、硬質炭素膜4
がシリコン膜5と混合することを防止できる。その結
果、硬質炭素膜4を確実に形成することが可能となる。
また、硬質炭素膜4それぞれの膜厚を0.5μm以下と
することで、硬質炭素膜4それぞれに生ずる内部応力を
小さくすることができる。その結果、硬質炭素膜4が隣
接するシリコン膜5から剥離することが防止される。
In this case, by setting the thickness of each of the hard carbon films 4 to 0.01 μm or more, the hard carbon films 4
Can be prevented from being mixed with the silicon film 5. As a result, the hard carbon film 4 can be reliably formed.
By setting the thickness of each hard carbon film 4 to 0.5 μm or less, the internal stress generated in each hard carbon film 4 can be reduced. As a result, the hard carbon film 4 is prevented from peeling from the adjacent silicon film 5.

【0026】またこの場合、シリコン膜5それぞれの膜
厚を0.005μm以上とすることで、製造上、シリコ
ン膜が硬質炭素膜4と混合することを防止できる。その
結果、シリコン膜5を確実に形成することが可能とな
る。また、シリコン膜5それぞれの膜厚を0.5μm以
下とすることで、シリコン膜5それぞれに生ずる内部応
力を小さくできるとともに被覆層3全体の硬度を高める
ことができる。
In this case, by setting the thickness of each of the silicon films 5 to 0.005 μm or more, it is possible to prevent the silicon films from being mixed with the hard carbon film 4 in manufacturing. As a result, the silicon film 5 can be reliably formed. Further, by setting the thickness of each silicon film 5 to 0.5 μm or less, the internal stress generated in each silicon film 5 can be reduced and the hardness of the entire coating layer 3 can be increased.

【0027】また、本実施形態にかかるバルブ用部品で
ある弁体16においては、硬質炭素膜4の膜厚をシリコ
ン膜5の膜厚と等しく、あるいは、より大きくすること
で、被覆層3に占める硬質炭素膜4の割合を高めること
ができる。その結果、被覆層3全体の硬度(平均値)を
高めることができる。また、硬質炭素膜4の膜厚をシリ
コン膜5の膜厚と等しく、あるいは、より大きくするこ
とで、被覆層3が摩耗していった場合であっても、硬質
炭素膜5が摺動面16aとして作用している時間が長く
なる。その結果、摺動面16a近傍を高い確率で高硬度
に維持することが可能となる。
Further, in the valve element 16 which is a valve component according to the present embodiment, the thickness of the hard carbon film 4 is equal to or larger than the thickness of the silicon film 5 so that the coating layer 3 is formed. The ratio of the hard carbon film 4 occupying can be increased. As a result, the hardness (average value) of the entire coating layer 3 can be increased. In addition, by making the thickness of the hard carbon film 4 equal to or larger than the thickness of the silicon film 5, even when the coating layer 3 is worn, the hard carbon film 5 can be used on the sliding surface. The time acting as 16a becomes longer. As a result, it is possible to maintain high hardness in the vicinity of the sliding surface 16a with high probability.

【0028】また、本実施形態にかかるバルブ用部品で
ある弁体16においては、被覆層3の層厚を0.5μm
以上とすることで、被覆層3全体の硬度を高めることが
できる。また、被覆層3の層厚を50μm以下とするこ
とで、被覆層3全体の内部応力(平均値)を小さく保つ
ことができる。その結果、被覆層3の基体1への密着度
を極めて高い状態に維持することができる。
In the valve body 16 which is a valve part according to the present embodiment, the coating layer 3 has a thickness of 0.5 μm.
By doing so, the hardness of the entire coating layer 3 can be increased. Further, by setting the thickness of the coating layer 3 to 50 μm or less, the internal stress (average value) of the entire coating layer 3 can be kept small. As a result, the degree of adhesion of the coating layer 3 to the substrate 1 can be maintained at an extremely high level.

【0029】また、本実施形態にかかるバルブ10は、
上記構成の弁体16を備えて構成されることで、弁体1
6の基体1と硬質炭素膜5(より正確には、シリコン膜
5を含めた被覆層3全体)との密着度を高め、弁体16
の硬質炭素膜5(より正確には、シリコン膜5を含めた
被覆層3全体)を厚膜化することができ、弁体16の摺
動面16aの硬度を高めることができる。その結果、弁
体16の摺動面16aの摩耗が低減され、寿命が長くな
る。
Further, the valve 10 according to the present embodiment
By being provided with the valve element 16 having the above configuration, the valve element 1
6 and the hard carbon film 5 (more precisely, the entire coating layer 3 including the silicon film 5) is increased in the degree of adhesion.
The thickness of the hard carbon film 5 (more precisely, the entire coating layer 3 including the silicon film 5) can be increased, and the hardness of the sliding surface 16a of the valve body 16 can be increased. As a result, wear of the sliding surface 16a of the valve body 16 is reduced, and the life is prolonged.

【0030】以下、具体的な実施例を用いた実験結果に
基づいて、本実施形態にかかるバルブ及びバルブ用部品
の効果を示す。ここでは、本発明の実施例1〜13及び
比較例1〜5にかかるバルブに関して以下に示す実験を
行った。すなわち、288℃の高温高圧の飽和水蒸気圧
水中(原子力発電所プラントの冷却水系統の環境に相当
する)でバルブを100回開閉し(弁体を100往復摺
動させて)、被覆層の状態(剥離が見られるか、あるい
は、剥離が見られずに良好か)を観察するとともに、摺
動面の摩擦係数、及び、水の漏洩量を計測した。尚、摺
動面にかかる荷重は、2×9.8N/mm2とした。
Hereinafter, the effects of the valve and the valve component according to the present embodiment will be described based on experimental results using specific examples. Here, the following experiments were performed on the valves according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention. That is, the valve is opened and closed 100 times (by sliding the valve body 100 reciprocations) in 288 ° C. high-temperature and high-pressure saturated steam pressurized water (corresponding to the environment of the cooling water system of a nuclear power plant), and the state of the coating layer (Whether or not peeling was seen or good without peeling) was observed, and the friction coefficient of the sliding surface and the amount of water leakage were measured. The load applied to the sliding surface was set to 2 × 9.8 N / mm 2 .

【0031】実施例1にかかるバルブは、以下の弁体1
6を備えたバルブ10である。すなわち、かかる弁体1
6は、ステライトNo.6によって形成された基体1
と、基体1の表面に形成された被覆層3とを備えて構成
される。被覆層3は、硬質炭素膜4とシリコン膜5とを
積層した積層膜6を、シリコン膜5が基体1の側に配置
されるように200層積層して形成されている。硬質炭
素膜4それぞれの膜厚は0.01μmであり、シリコン
膜5それぞれの膜厚は0.01μmである。従って、被
覆層3全体の層厚は4.0μmとなる。ここで、硬質炭
素膜4は高周波プラズマCVD法で形成し、シリコン膜
5はスパッタリング法で形成した。
The valve according to the first embodiment has the following valve body 1
6 is a valve 10 including That is, such a valve element 1
6 is Stellite No. 6; Substrate 1 formed by 6
And a coating layer 3 formed on the surface of the base 1. The coating layer 3 is formed by laminating 200 laminated films 6 in each of which a hard carbon film 4 and a silicon film 5 are laminated so that the silicon film 5 is disposed on the side of the base 1. The thickness of each hard carbon film 4 is 0.01 μm, and the thickness of each silicon film 5 is 0.01 μm. Therefore, the layer thickness of the entire coating layer 3 is 4.0 μm. Here, the hard carbon film 4 was formed by a high frequency plasma CVD method, and the silicon film 5 was formed by a sputtering method.

【0032】実施例2〜13及び比較例1〜5にかかる
バルブは、弁体が有する被覆層の構造、すなわち、硬質
炭素膜の膜厚、シリコン膜の膜厚、積層膜の積層数、被
覆層の層厚のみが異なっており、他の部分の構成は実施
例1にかかるバルブと同一である。実施例2〜13及び
比較例1〜5にかかるバルブに備えられた弁体の被覆層
における硬質炭素膜の膜厚、シリコン膜の膜厚、積層膜
の積層数、被覆層の層厚は、図4に示すとおりである。
尚、比較例1にかかるバルブに備えられた弁体の被覆層
は硬質炭素膜のみ(単層)によって構成されている。
The valves according to Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 have the structure of the coating layer of the valve body, that is, the thickness of the hard carbon film, the thickness of the silicon film, the number of stacked films, Only the thickness of the layers is different, and the configuration of the other parts is the same as the valve according to the first embodiment. The thickness of the hard carbon film, the thickness of the silicon film, the number of stacked layers, and the thickness of the coating layer in the coating layers of the valve bodies provided in the valves according to Examples 2 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 are as follows: As shown in FIG.
In addition, the coating layer of the valve body provided in the valve according to Comparative Example 1 was formed of only a hard carbon film (single layer).

【0033】実施例1〜13及び比較例1〜5にかかる
バルブの上記100回開閉後の被覆層の状態、摺動面の
摩擦係数、及び、水の漏洩量を図4に示す。図4から分
かるように、比較例1〜5にかかるバルブにおいては、
被覆層の剥離(比較例1,3,4)、あるいは、100
cm3以上の漏洩(比較例2,5)が見られたのに対
し、本発明の実施例1〜13においては、被覆層3の剥
離は見られず、水の漏洩も全く無いか、あるいは、微量
であった(実施例7で3cm3、実施例8で5cm3、実
施例13で12cm3)。特に、硬質炭素膜4の膜厚が
シリコン膜4の膜厚と等しいか、より大きく、かつ、被
覆層3の層厚が0.5μm以上50μm以下であるバル
ブ(実施例1〜6,9〜12)については、水の漏洩が
全く無かった。
FIG. 4 shows the state of the coating layer, the coefficient of friction of the sliding surface, and the amount of water leakage after the valves of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 have been opened and closed 100 times. As can be seen from FIG. 4, in the valves according to Comparative Examples 1 to 5,
Peeling of the coating layer (Comparative Examples 1, 3, 4) or 100
While leaks of not less than 3 cm 3 were observed (Comparative Examples 2 and 5), in Examples 1 to 13 of the present invention, no peeling of the coating layer 3 was observed, and no water was leaked, or (3 cm 3 in Example 7, 5 cm 3 in Example 8, and 12 cm 3 in Example 13). In particular, a valve in which the thickness of the hard carbon film 4 is equal to or larger than the thickness of the silicon film 4 and the thickness of the coating layer 3 is 0.5 μm or more and 50 μm or less (Examples 1 to 6, 9 to Regarding 12), there was no leakage of water.

【0034】上記実施形態にかかるバルブ10において
は、摺動面16aを有するバルブ用部品である弁体16
が上記構成の被覆層3を有して構成されていたが、摺動
面14aを有するバルブ用部品である弁座14が上記構
成の被覆層3を有して構成されていても良い。また、弁
座14と弁体16との双方が、上記構成の被覆層3を有
して構成されていても良い。
In the valve 10 according to the above embodiment, the valve element 16 which is a valve component having a sliding surface 16a
Is provided with the coating layer 3 having the above configuration, but the valve seat 14 which is a valve component having the sliding surface 14a may be provided with the coating layer 3 having the above configuration. Further, both the valve seat 14 and the valve body 16 may be configured to include the coating layer 3 having the above configuration.

【0035】本発明のバルブは、家庭用の水栓バルブ、
産業用の各種流体用バルブ、火力あるいは原子力発電所
プラントのバルブ等として利用可能である。特に、高温
高圧水などの腐食性の流体が使用される箇所に用いるバ
ルブとして好適であり、例えば原子力発電所プラントの
冷却水系統に用いるバルブとして好適である。
The valve of the present invention is a domestic faucet valve,
It can be used as a valve for various fluids for industrial use, a valve for a thermal power plant or a nuclear power plant. In particular, it is suitable as a valve used in a place where a corrosive fluid such as high-temperature and high-pressure water is used, for example, a valve used in a cooling water system of a nuclear power plant.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明のバルブ用部品は、硬質炭素膜と
シリコン膜と交互に積層した被覆層を有することで、硬
質炭素膜のみで形成した被覆層と比較して内部応力(平
均値)が著しく小さくなる。従って、被覆層を厚くして
いっても内部応力の影響を小さく押さえることができ、
その結果、基体と硬質炭素膜との密着度を高く維持しつ
つ、硬質炭素膜を厚膜化することが可能となる。この場
合、硬質炭素膜それぞれの膜厚を0.01μm以上とす
ることで、硬質炭素膜を確実に形成することができ、硬
質炭素膜それぞれの膜厚を0.5μm以下とすること
で、硬質炭素膜が隣接するシリコン膜から剥離すること
が防止される。またこの場合、シリコン膜それぞれの膜
厚を0.005μm以上とすることで、シリコン膜を確
実に形成することができ、シリコン膜それぞれの膜厚を
0.5μm以下とすることで、シリコン膜それぞれに生
ずる内部応力を小さくできるとともに被覆層全体の硬度
を高めることができる。
The valve component of the present invention has a coating layer alternately laminated with a hard carbon film and a silicon film, so that the internal stress (average value) is higher than that of the coating layer formed only of the hard carbon film. Is significantly reduced. Therefore, even if the coating layer is thickened, the influence of the internal stress can be suppressed small,
As a result, it is possible to increase the thickness of the hard carbon film while maintaining high adhesion between the substrate and the hard carbon film. In this case, by setting the thickness of each hard carbon film to 0.01 μm or more, the hard carbon film can be surely formed, and by setting the thickness of each hard carbon film to 0.5 μm or less, The carbon film is prevented from peeling from the adjacent silicon film. In this case, by setting the thickness of each of the silicon films to 0.005 μm or more, the silicon film can be reliably formed, and by setting the thickness of each of the silicon films to 0.5 μm or less, And the hardness of the entire coating layer can be increased.

【0037】また、本発明のバルブ用部品においては、
硬質炭素膜それぞれの膜厚をシリコン膜それぞれの膜厚
と等しく、あるいは、より大きくすることで、被覆層に
占める硬質炭素膜の割合を高めることができ、その結
果、被覆層全体の硬度(平均値)を高めることができ
る。また、硬質炭素膜それぞれの膜厚をシリコン膜それ
ぞれの膜厚と等しく、あるいは、より大きくすること
で、被覆層が摩耗していった場合であっても、硬質炭素
膜が摺動面として作用している時間が長くなり、摺動面
近傍を高い確率で高硬度に維持することが可能となる。
In the valve part of the present invention,
By making the thickness of each hard carbon film equal to or larger than the thickness of each silicon film, the ratio of the hard carbon film in the coating layer can be increased, and as a result, the hardness of the entire coating layer (average hardness) Value). In addition, by making the thickness of each hard carbon film equal to or larger than the thickness of each silicon film, even when the coating layer is worn, the hard carbon film acts as a sliding surface. The time during which the sliding is performed becomes longer, and it becomes possible to maintain high hardness in the vicinity of the sliding surface with a high probability.

【0038】また、本発明にかかるバルブ用部品におい
ては、被覆層の層厚を0.5μm以上とすることで、被
覆層全体の硬度を高めることができ、被覆層の層厚を5
0μm以下とすることで、被覆層全体の内部応力(平均
値)を小さく保つことができ、その結果、被覆層の基体
への密着度を極めて高い状態に維持することができる。
Further, in the valve part according to the present invention, by setting the thickness of the coating layer to 0.5 μm or more, the hardness of the entire coating layer can be increased, and the thickness of the coating layer can be reduced to 5 μm.
When the thickness is 0 μm or less, the internal stress (average value) of the entire coating layer can be kept small, and as a result, the degree of adhesion of the coating layer to the substrate can be kept extremely high.

【0039】また、本発明のバルブは、上記構成のバル
ブ用部品を備えて構成されることで、バルブ用部品の摺
動面の摩耗が低減され、寿命が長くなる。
In addition, since the valve of the present invention is provided with the valve component having the above-described structure, wear of the sliding surface of the valve component is reduced, and the life is prolonged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態にかかるバルブの一部を切り
欠いた正面図である。
FIG. 1 is a partially cutaway front view of a valve according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態にかかるバルブ用部品の拡大
斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a valve component according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態にかかるバルブ用部品の拡大
断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a valve component according to the embodiment of the present invention.

【図4】具体的な実施例を用いた実験の実験条件及び実
験結果を示す表である。
FIG. 4 is a table showing experimental conditions and results of an experiment using a specific example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基体、3…被覆層、4…硬質炭素膜、5…シリコン
膜、6…積層膜、10…バルブ、12…弁箱、14…弁
座、14a…摺動面、16…弁体、16a…摺動面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 3 ... Coating layer, 4 ... Hard carbon film, 5 ... Silicon film, 6 ... Laminated film, 10 ... Valve, 12 ... Valve box, 14 ... Valve seat, 14a ... Sliding surface, 16 ... Valve element, 16a: sliding surface

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 摺動面を有するバルブ用部品であって、 基体と、 前記基体の表面に形成された被覆層とを備え、 前記被覆層は、硬質炭素膜とシリコン膜とを積層した積
層膜を、前記シリコン膜が前記基体の側に配置されるよ
うに2層以上積層して形成され、 前記硬質炭素膜それぞれの膜厚は、0.01μm以上
0.5μm以下であり、 前記シリコン膜それぞれの膜厚は、0.005μm以上
0.5μm以下であり、 前記被覆層の表面を前記摺動面として形成したことを特
徴とするバルブ用部品。
1. A valve component having a sliding surface, comprising: a base; and a coating layer formed on a surface of the base, wherein the coating layer is formed by stacking a hard carbon film and a silicon film. A film is formed by laminating two or more layers so that the silicon film is disposed on the side of the base, and the thickness of each of the hard carbon films is 0.01 μm or more and 0.5 μm or less; A component for a valve, wherein each film thickness is not less than 0.005 μm and not more than 0.5 μm, and the surface of the coating layer is formed as the sliding surface.
【請求項2】 前記硬質炭素膜の膜厚は、前記シリコン
膜の膜厚と等しい、あるいは、前記シリコン膜の膜厚よ
りも大きいことを特徴とする請求項1に記載のバルブ用
部品。
2. The valve component according to claim 1, wherein the thickness of the hard carbon film is equal to or greater than the thickness of the silicon film.
【請求項3】 前記被覆層の層厚は、0.5μm以上5
0μm以下であることを特徴とする請求項1または2に
記載のバルブ用部品。
3. The coating layer has a thickness of 0.5 μm or more and 5 μm or more.
The valve component according to claim 1, wherein the thickness is 0 μm or less.
【請求項4】 前記被覆層の層厚は、1.5μm以上で
あることを特徴とする請求項3に記載のバルブ用部品。
4. The valve part according to claim 3, wherein the coating layer has a thickness of 1.5 μm or more.
【請求項5】 摺動面を有するバルブ用部品を備えたバ
ルブにおいて、 前記バルブ用部品は、請求項1〜4のいずれか1項に記
載のバルブ用部品であることを特徴とするバルブ。
5. A valve provided with a valve component having a sliding surface, wherein the valve component is the valve component according to claim 1. Description:
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