JP2568712B2 - 低摩擦係数を有する硬質材料からなる一対の密封部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の背景〕 I.発明の分野 本発明は、蛇口の弁体に関し、弁体に用いられる一対
の密封部材に関する。更に、本発明は蛇口弁体の密封
が、密封部材の正確な仕上げの結果得られているよう
な、ある種類の硬質材料からなる密封部材に関する。こ
れらの密封部材は動かすことができ、柔軟性ガスケット
を介在させることなく、直接相互に接触している。

II.従来技術についての記述 従来技術およびその問題 従来、蛇口の弁体は同種の金属から形成されていたた
め、弁体を構成する一対の密封部材（第一密封部材及び
第二密封部材）の間には、「スティクション」と呼ばれ
る、一種の静止摩擦力が存在し、両者の相対的運動の開
始が妨げられていたため、家事従事者は蛇口を操作する
際に大きな力を必要とされていた。

本願発明の目的は、この「スティクション」を減少さ
せ、蛇口操作が滑らかにできる蛇口用密封部材を提供す
ることにある。

蛇口の流体の流れを調整するのに用いられる硬質材料
からなる小さい板の形態を有する密封部材は、通常焼結
アルミニウムの酸化物又は珪素塩を用いて作り、約0.2
〜0.4μの粗さをもつ反射性になるまで仕上げられる。
この正確な表面処理のためそのような小さな板状密封部
材は水の流れを効果的に調節するのに適している。更
に、23,000N/mmのオーダーであるそれらの硬さのため
に、それらは長い時間持ち、それらと接触することにな
る異物、砂の粒子の如き硬い物質でも損傷を起こすこと
なく耐えることができる。しかし、潤滑剤がないとこれ
らの小さな板状密封部材が互いに付着して大きな滑り摩
擦を与えるようになる傾向をもち、比較的高い（0.12に
近い）この材料の正常な摩擦係数よりも大きくなり得る
理由は、非常に正確な加工がなされるためである。同様
な硬質材料の小さな板状の密封部材を有する蛇口の円滑
な機能を達成するため、滑り摩擦を減少させるシリコン
グリースの薄い層が塗られている。しかし、時間が経ち
小さな板状密封部材が往復運動でこすられてくると、こ
れらのグリースは徐々に除去され、摩擦は許容できない
値へ増大する。極端な場合には蛇口は動かなくなる。

これらの小さな板状密封部材を炭化タングステンを用
いた硬質材料から作る試みが行われてくるが、その製造
及び加工のコストは許容できないほど高いことが見いだ
されている。炭化珪素（SiC）から作られた材料を用
い、その材料から二つの小さな板状の密封部材を作るこ
とにより、蛇口のための一対になった小さな板状の密封
部材を作ることが行われてきている。炭化珪素は、その
種々の結晶学的形態が知られており、28,000〜35,000N/
mmの硬度及びこの目的で現在用いられている材料よりも
優れている0.05に近い摩擦係数を有する。更に、この材
料は高度に仕上げられた表面間で付着する傾向が低く、
そのため最初蛇口で一緒に用いられている流体調節板の
間の摩擦を或る範囲内で減少させることができる。しか
し、連続して使用していると、同様な特性をもつ炭化珪
素から作られた小さな板状密封部材の間の摩擦は非常に
増大し、許容できない値に達するまでになることが見い
だされている。

種々の特性をもつ硬質材料から蛇口のための一対の流
体用板状部材で、それら小さな板状密封部材の少なくと
も一つが炭化珪素（SiC）から作られている一対の板状
部材を作ることも提案されている。それら二つの小さな
板状密封部材は、硬さ及び（又は）それらの表面仕上げ
の水準で異なっているようにすることができる。この方
法で、硬質材料からなるそれら小さな板状密封部材の間
の摩擦がかなり減少することが証明されている。最後
に、硬質材料からなる一対の密封部材で、両方の部材を
正確な仕上げを受けることができる種類の少なくとも中
程度の硬さの材料からつくり、少なくともそれらの一方
を物理的又は化学的蒸着により一層硬い材料の薄い層で
被覆し、それら二つの部材を異なった性質及び異なった
仕上げをもつ、共同して働く表面をもつようにした一対
の密封部材を製造することが提案されている。

しかし、それら密封部材が成る期間熱を受けると摩擦
係数はかなり増大し、最初に離れる摩擦が過度の値に達
するまでになることも確認されている。

蛇口のための流体制御板用と言われているものに対し
ても、同様な要求が、他の用途が直接相互に接触して滑
る硬質材料から作られた密封部材について見出すことも
できる。かくして本発明の目的は、潤滑剤およびガスケ
ットを必要とすることなく、熱及び長期の使用にもかか
わらず滑らかな操作ができる蛇口弁体用密封部材を与え
ることである。

〔本発明の開示〕

本発明は、蛇口で用いられる型の今まで知られてきた
協同する密封部材の欠点を、密封部材の間の摩擦係数の
増大が長い間熱にさらされた後でも起きない密封部材を
開発することにより解消している。

本発明を用いた協同する密封部材は、一般に炭化珪素
から作られた一方の密封部材と、中程度の（炭化珪素よ
り高くない）硬度をもつ基本材料からつくられ、物理的
又は化学的蒸着により適用された一層大きな硬度の材料
の薄い層で被覆した他方の密封部材とからなる。炭化珪
素から作られた第一の可動密封部材は、焼結法、湿潤法
及び（又は）化学的反応法によって作ることができる。
第一の可動密封部材を作るのに特に有利な方法は、炭素
質材料から作られかつ高温でシリコン化にかけることに
より炭化珪素物品を得るラーガル（Lagan）法とよばれ
る方法である。炭素質材料から作られたものは加工し易
く、珪素化はその物品を変形或は変化させないので、板
状密封部材の正確な形を経済的に得ることができる。

硬度を大きくした幾つかの材料を用いて炭化珪素、金
属炭化物及び窒化物及び結晶学的立方格子を有する炭素
を含む第二静止密封部材をつくることができる。炭化珪
素及び他の材料に適用できる物理的及び化学的蒸着のた
めの種々の方法が知られている。例えば、得られる正確
な形状及び製造が経済的なため、第二の静止密封部材は
中程度の硬さの（炭化珪素より硬くない）材料から作
り、大きな硬度の材料で科学的又は物理的蒸着により被
覆する。

密封部材の正確で精密な仕上げは、蛇口用の密封を行
なうのに必要であるが、第二の静止密封部材は腐食及び
摩耗に対し、抵抗性をもつ必要がないことが見出されて
いる。大きな硬度の材料で蒸着により被覆された第二の
静止密封部材では、密封部剤の本体を形成する材料は単
なる支持体を形成するのに対し、他方の密封部材と協同
する密封部材の能力は、一層硬い被覆材料の結果であ
る。従って、第二の静止密封部材は、必要な仕上げを受
け、使用中その形を維持するのに適切であるが、それ自
体では密閉部材を形成するのには適切ではない材料から
作られてもよい。そのような材料の例には、石鹸石、程
度の品質のセラミック材料、金属及び或る合成材料が含
まれる。大きくなった硬度の蒸着材料を受ける第二の板
上部材は、その被覆層の前に高度の仕上げまで研摩或は
仕上げをすることができる。従って、最終操作を受ける
のに充分な硬さをもつが、この操作を困難或は高価或は
特別な装置や技術を必要とする程硬いものではない基本
材料を選択すべきである。

密封部材は炭化珪素で被覆する利点は、その化合物の
科学的安定性及び、水によって起こされる腐食及び摩耗
に抵抗する能力にある。炭化珪素は、酸化に対し、異常
に大きな抵抗も示す。同様な特性は、炭化チタン及び結
晶学的立方格子をもつ炭素の如き別の材料にも見出すこ
とができる。密封部材の本体を形成するのに不適切な後
者の材料は、その摩擦係数が低い（約0.02）ので有利で
ある。

本発明の適用によって、潤滑剤を使用する必要なく、
そのような密封部材を用いて装置の自由で円滑な動きを
確実に与えることができる。円滑な操作は、長い期間に
亘って続き、高温によつて影響されることはない。更
に、ここで述べた密封部材を製造するコストは他の既知
の方法と同様である。本発明は特に、蛇口及び一対の協
同密封板を有する型、又は３枚の協同する円盤を有する
型、或は円筒状密封部材と協同する単一板を有する型の
弁に用いるのに有用である。従って、本発明の用途は、
蛇口や弁のほか、工業的弁、ディゼルエンジンの燃料注
入ポンプのための弁及び小さな板状密封部材等に用いる
こともできる。

当業者には或る修正が思い付くであろうが、上記記述
は単に明確に理解できるように与えられているのであっ
て不必要な限定を与えるものでないことはそれらから分
かるであろう。

発明の効果、効果を生じる理由 発明の効果：第一可動密封部材と第二静止密封部材間の
「スティクション」とよばれる静止摩擦が減少し、滑ら
かな相互運動が可能となり、ガスケットや潤滑剤の使用
が無くても蛇口の滑らかな操作が可能となる。

効果を生じる理由：異なる組成の材料からなる第一可動
密封部材及び第二静止密封部材を組み合せたため、両部
材間の静止摩擦「スティクション」が減少したためであ
る。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁を通る流体流れを制御する蛇口弁用の一
   対の密封部材において、 ａ） 全体が炭化珪素材料から形成される第一可動密封
   部材及び ｂ） 該第一可動密封部材と異なる組成を有し、該蛇口
   弁の滑らかな操作のために該一対の密封部材の間の静的
   摩擦を減少させる第二静止密封部材を有し、 ｃ） 該第二静止密封部材は第一材料の基体を有し、該
   基体材料より硬い第二材料の層で被覆されており、 ｄ） 該第一可動密封部材及び該第二静止密封部材は蛇
   口弁中において協同的な関係で用いられて流体流れを制
   御し、該第一可動密封部材は、流体流れを制御するため
   に該第二静止密封部材に対して可動性であり、 ｅ） 該第一可動密封部材が炭素室材料から作られかつ
   高温でシリコン化することによって作られ、 ｆ） 該第二静止密封部材の基体が、石鹸石、セラミッ
   ク材料、金属及び合成材料からなる群から選択された炭
   化珪素より硬くない材料から作られ、 ｇ） 該第二静止密封部材の被覆材料が、炭化珪素、金
   属炭化物、金属窒化物及び結晶学的立方格子をもつ炭素
   からなる群から選択され、 ｈ） 該蛇口弁用の一対の密封部材が、ガスケット及び
   潤滑剤を使用しないことを特徴とする、蛇口弁用の一対
   の密封部材。
2. 【請求項２】第一可動密封部材及び第二静止密封部材
   が、蛇口を通って流れる水の流量、遮断及び流体混合を
   制御するため蛇口弁中において協同的な関係で用いられ
   る請求項１に記載の一対の密封部材。