JP3393724B2 - Sliding device and forset valve - Google Patents

Sliding device and forset valve

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JP3393724B2
JP3393724B2 JP01481195A JP1481195A JP3393724B2 JP 3393724 B2 JP3393724 B2 JP 3393724B2 JP 01481195 A JP01481195 A JP 01481195A JP 1481195 A JP1481195 A JP 1481195A JP 3393724 B2 JP3393724 B2 JP 3393724B2
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sliding surface
carbon film
hard carbon
valve body
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一憲 竹之内
裕作 石峯
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ベアリング、ガイドレ
ール、エアスライド、スピンドル等の軸受やシール部
材、あるいはバルブ部材等の各種摺動装置に関し、特に
水栓、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to bearings, guide rails, air slides, bearings such as air slides and spindles, and various sliding devices such as seal members, and valve members, and more particularly to faucets, hot and cold water mixing taps, and medical sampling valves. The present invention relates to a facet valve composed of a movable valve body and a fixed valve body used in the construction of a chemical liquid valve or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】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に用いられるフォーセット
バルブは、2枚の円盤状弁体を互いに当接した状態で相
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4(B)に示すようにレバー40の操作で可動弁体2
0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る。
2. Description of the Related Art A faucet valve used for a faucet, a hot and cold water mixing valve, a medical sampling valve, and a chemical liquid valve has two disc-shaped valve bodies which are slidably contacted with each other so that The fluid passage formed in the valve body is opened and closed. For example, a faucet valve used as a faucet or a hot and cold water mixing tap is shown in FIG.
As shown in (A), the solid valve body 30 and the movable valve body 20.
With the sliding contact surfaces 21 and 31 in contact with each other,
As shown in FIG. 4B, the movable valve body 2 is operated by operating the lever 40.
By moving 0, the fluid passages 22 and 32 formed in the respective valve bodies 20 and 30 are opened and closed to adjust the flow rate of the supply fluid.

【0003】そして、上記可動弁体20及び固定弁体3
0は、摺動性やシール性を保つために高い寸法精度が要
求されるうえ、互いに流体通路の開閉のために絶えず摺
り合わされるために摩耗が激しく、また、常に流体にさ
らされるために腐食も激しいことから、近年、高精度に
加工することが可能であり、耐摩耗性や耐食性に優れた
セラミックスにより形成されている。
The movable valve body 20 and the fixed valve body 3 are provided.
No. 0 requires high dimensional accuracy in order to maintain slidability and sealability, and is constantly worn against each other to open and close fluid passages. Since it is severe, it can be processed with high precision in recent years, and is formed of ceramics having excellent wear resistance and corrosion resistance.

【0004】ところで、摺動性とシール性は相反する部
分があり、シール性を高めるために摺接面を極めて平滑
な面とし、これらの摺接面を持った一対の弁体同士を摺
り合わせると、引っかかりや異音が発生し、さらには互
いの弁体が張り付いて動かなくなるというリンキング
(凝着)が生じていた。また、リンキングまで至らなく
ても、摺動回数を重ねるにつれ次第に摺動トルクが上昇
していくことも知られていた。
By the way, there is a portion where the slidability and the sealability are contradictory. In order to enhance the sealability, the sliding contact surface is made extremely smooth, and a pair of valve bodies having these sliding contact surfaces are slid together. Then, there was a catch and an abnormal noise, and further, linking (adhesion) of the valve bodies sticking to each other and not moving. It has also been known that the sliding torque gradually increases as the number of sliding times increases even if linking is not achieved.

【0005】そこで、リンキングを防ぐため、さまざま
な解決策が提案されている。
Therefore, various solutions have been proposed to prevent linking.

【0006】例えば、セラミックスの気孔率及び表面の
加工方法を適宜選択してセラミックス表面に微小な凹凸
を形成し、気孔占有率あるいはベアリングサーフェスの
占有比率を70±10%に規定することにより、リンキ
ング現象の改善を目指したもの、あるいは弁体を三次元
網目構造の多孔質セラミックスとし、この開気孔中に潤
滑材として樹脂やオイルなどを含浸させたものがある
(特開昭61ー206875号、61ー244980
号、62ー4949号、62ー37517号、特公平5
ー50475号公報参照)。
For example, the porosity of ceramics and the surface processing method are appropriately selected to form fine irregularities on the ceramic surface, and the pore occupancy rate or the bearing surface occupancy rate is regulated to 70 ± 10%. There are those aimed at improving the phenomenon, or those in which the valve body is made of porous ceramics having a three-dimensional mesh structure, and the open pores are impregnated with resin or oil as a lubricant (Japanese Patent Laid-Open No. 61-206875). 61-244980
No. 62-4949 No. 62-37517 No. 5
-50475).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、摺接面に微
小な凹凸を形成したフォーセットバルブでは、摺動性を
保つために摺接面に潤滑剤の塗布が不可欠であるが、長
期使用中に潤滑剤の劣化及び流出が起こり、凹凸を有す
る母材同士の摺動となってしまうために、摺動トルクが
大きくなるといった問題があった。また、摺接面の凹凸
が摩耗してベアリングサーフェス率が大きくなり、リン
キングを発生して摺動トルクが大きくなるといった問題
や、摺動面の凹凸を大きくしすぎた結果、潤滑剤の流出
によりシール性が損なわれる等の問題があった。
However, in a facet valve in which minute unevenness is formed on the sliding contact surface, it is essential to apply a lubricant to the sliding contact surface in order to maintain slidability. In addition, the lubricant deteriorates and flows out, and the base materials having irregularities slide against each other, which causes a problem that the sliding torque increases. In addition, the unevenness of the sliding contact surface wears and the bearing surface ratio increases, causing linking and increased sliding torque, and the unevenness of the sliding surface causes the lubricant to flow out. There was a problem such as impairing the sealability.

【0008】また、潤滑剤及び適応流体の種類によって
は、長期使用中に劣化したり、ゴミ等の付着・堆積・固
化が発生して摺動特性の悪化を引き起こすことがあっ
た。
Further, depending on the type of the lubricant and the adapted fluid, the lubricant may deteriorate during long-term use, or dust, etc. may adhere, accumulate, or solidify to deteriorate sliding characteristics.

【0009】さらに、アルミナセラミックスの水中摺動
で見られるトライボケミカル摩耗によって摺動面が滑ら
かになり、リンキングが発生し、摺動特性の悪化を引き
起こすことがあった。
Further, tribochemical wear, which is observed when alumina ceramics are slid in water, makes the sliding surface smooth and causes linking, which may deteriorate sliding characteristics.

【0010】一方、多孔質体の開気孔中に樹脂を充填し
たものにおいては、硬度の低い樹脂部分が先に削られ、
その際マトリックス部を形成している硬質相のエッジ部
が相手材を摩耗させ、気孔部への摩耗粉の堆積や相互移
着を繰り返しながら、両部材の摩耗が急速に進行する現
象が起こる。そのため摺動特性が変動しやすく、また粒
子脱落も引き起こしやすく表面状態が悪化する結果、樹
脂の潤滑効果が得られずに摺動トルクが大きくなるとい
う問題があった。
On the other hand, in the case where the open pores of the porous body are filled with resin, the resin portion having a low hardness is shaved first,
At this time, the edges of the hard phase forming the matrix part abrade the mating material, causing a phenomenon in which the wear of both members rapidly progresses while repeating the accumulation of wear powder and mutual transfer to the pores. Therefore, there is a problem that sliding characteristics are likely to change, particles are likely to be dropped, and the surface condition is deteriorated. As a result, the lubricating effect of the resin is not obtained and the sliding torque is increased.

【0011】さらに、フォーセットバルブの要求特性と
して、従来は10万回程度の摺動回数にわたって低い摺
動トルクを維持することが求められていたが、最近では
20万回まで維持することが求められている。これに対
し、上述したようなフォーセットバルブではこの要求特
性を満足できるものではなかった。
Further, as a required characteristic of the facet valve, it has been conventionally required to maintain a low sliding torque over the number of sliding times of about 100,000 times, but recently it has been required to maintain up to 200,000 times. Has been. On the other hand, the above-mentioned required characteristic cannot be satisfied by the above-mentioned Faucet valve.

【0012】そこで、上述の摺動特性の改善に対して、
耐摩耗性に優れ、摩擦係数の小さい非晶質硬質炭素膜が
注目されており、この非晶質硬質炭素膜をセラミック部
材の摺動面に形成した摺動部材が提案されている(特開
平3−223190号公報等参照)。例えば、固定弁体
と可動弁体から成るフォーセットバルブにおける、可動
弁体側に非晶質硬質炭素膜を形成したものは、摺動トル
クを安定して低くすることができ、従来のセラミックス
同志のフォーセットバルブに比べて優れた摺動特性を示
している。
Therefore, in order to improve the above sliding characteristics,
Attention has been focused on an amorphous hard carbon film having excellent wear resistance and a small friction coefficient, and a sliding member in which this amorphous hard carbon film is formed on a sliding surface of a ceramic member has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10 (1999) -242242). 3-223190 publication etc.). For example, in a Fawcett valve consisting of a fixed valve body and a movable valve body, in which the amorphous hard carbon film is formed on the movable valve body side, the sliding torque can be stably reduced, and the conventional ceramics It shows superior sliding characteristics compared to the Faucet valve.

【0013】しかしながら、この非晶質硬質炭素膜を備
えたフォーセットバルブでも、上述した要求特性を十分
に満足できるものではなかった。その原因の一つに非晶
質硬質炭素膜の剥離及び摩耗がある。
However, even the forset valve provided with this amorphous hard carbon film could not sufficiently satisfy the above-mentioned required characteristics. One of the causes is peeling and abrasion of the amorphous hard carbon film.

【0014】このうち剥離の問題を解決するために、C
VD法で母材と非晶質硬質炭素膜の間に中間膜を形成し
て密着性を向上させる方法や、PVD法でイオン化した
元素を母材表面に打ち込むイオンプレーティング法を採
用することにより、母材との密着性を向上させる方法が
行われている。
Among these, in order to solve the problem of peeling, C
By adopting a method of forming an intermediate film between the base material and the amorphous hard carbon film by the VD method to improve adhesion, or an ion plating method of implanting an ionized element on the surface of the base material by the PVD method. , A method of improving the adhesion with the base material has been carried out.

【0015】上記方法により剥離に対する問題点は大き
く改善されたが、摩耗に対する具体的な改善方法は提案
されていない。ここで、非晶質硬質炭素膜の摩耗に影響
を与える要因としては、適正な相手材材質の組み合わせ
や、相互の摺動面表面の状態があげられる。即ち、摺動
トルクを低減させ、上記要求特性を満足させる為には、
相手材の選定及び摺動面表面の状態が重要な課題となっ
ているのである。
Although the above method has greatly improved the problem of peeling, no specific method for improving wear has been proposed. Here, factors that affect the wear of the amorphous hard carbon film include an appropriate combination of mating material materials and the mutual state of the sliding surface. That is, in order to reduce the sliding torque and satisfy the above required characteristics,
The choice of mating material and the condition of the sliding surface are important issues.

【0016】そこで本発明は、シール性が良好で、摺動
回数を重ねても摺動トルクが上昇せず、しかも非晶質硬
質炭素膜の剥離や摩耗を低減することが可能であり、且
つ長期間にわたり、リンキングを生じることなく滑らか
な摺動特性を備える摺動部材及びフォーセットバルブを
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has a good sealing property, the sliding torque does not increase even after repeated sliding, and the peeling and abrasion of the amorphous hard carbon film can be reduced. An object of the present invention is to provide a sliding member and a facet valve having smooth sliding characteristics without causing linking for a long period of time.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の摺動装置は、互
いに摺動する一対の摺動部材のいずれか一方の摺動面が
非晶質硬質炭素膜からなり、他方の摺動面がアルミナ含
有量96重量%以上のアルミナセラミックスからなる摺
動装置であって、上記非晶質硬質炭素膜からなる摺動面
の表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)で0.15〜0.
4μmとするとともに、上記アルミナセラミックスから
なる摺動面の表面粗さを上記非晶質硬質炭素膜からなる
摺動面の表面粗さより小さくし、かつ上記アルミナセラ
ミックスからなる摺動面の空孔占有面積率を6%以下、
空孔平均径を5μm以下としたことを特徴とする。
In the sliding device of the present invention, one sliding surface of a pair of sliding members sliding with each other is made of an amorphous hard carbon film, and the other sliding surface is A sliding device made of alumina ceramics having an alumina content of 96% by weight or more, wherein the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film is 0.15 to 0 in terms of center line average roughness (Ra). .
4 μm, the surface roughness of the sliding surface made of the alumina ceramics is made smaller than the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film, and the pores of the sliding surface made of the alumina ceramics are occupied. Area ratio 6% or less,
It is characterized in that the average pore diameter is 5 μm or less.

【0018】また、本発明のフォーセットバルブは、互
いに摺動する固定弁体と可動弁体のいずれか一方の摺動
面が非晶質硬質炭素膜からなり、他方の摺動面がアルミ
ナ含有量96重量%以上のアルミナセラミックスからな
るフォーセットバルブであって、上記非晶質硬質炭素膜
からなる摺動面の表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)で
0.15〜0.4μmとするとともに、上記アルミナセ
ラミックスからなる摺動面の表面粗さを上記非晶質硬質
炭素膜からなる摺動面の表面粗さより小さくし、かつ上
記アルミナセラミックスからなる摺動面の空孔占有面積
率を6%以下、空孔平均径を5μm以下としたことを特
徴とする。
Also, in the facet valve of the present invention, one of the fixed valve element and the movable valve element that slides on each other has a sliding surface made of an amorphous hard carbon film, and the other sliding surface contains alumina. A facet valve made of alumina ceramics in an amount of 96% by weight or more, wherein the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film is 0.15 to 0.4 μm in terms of center line average roughness (Ra). And the surface roughness of the sliding surface made of the alumina ceramics is made smaller than the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film, and the pore occupying area of the sliding surface made of the alumina ceramics is The ratio is 6% or less, and the average pore diameter is 5 μm or less.

【0019】即ち、非晶質硬質炭素膜の剥離・摩耗を防
止するためには、相手材の摺動面の状態が重要であるこ
とから、上記のような条件を限定した。
That is, since the state of the sliding surface of the mating material is important in order to prevent the amorphous hard carbon film from peeling and wearing, the above conditions are limited.

【0020】まず、相手材であるセラミックスの摺動面
の表面粗さを非晶質硬質炭素膜の表面粗さ以下にしたの
は、セラミックスの摺動面側が粗いと非晶質硬質炭素膜
を摩耗させやすいためである。具体的には、セラミック
スの摺動面の表面粗さ(中心線平均粗さ:Ra)と非晶
質硬質炭素膜の表面粗さ(Ra)をそれぞれ測定した
時、セラミックス摺動面の表面粗さが非晶質硬質炭素膜
の表面粗さ以下であれば良い。
First, the surface roughness of the sliding surface of the counterpart material, ceramics, is set to be equal to or less than the surface roughness of the amorphous hard carbon film. This is because they are easily worn. Specifically, when the surface roughness (center line average roughness: Ra) of the ceramic sliding surface and the surface roughness (Ra) of the amorphous hard carbon film were respectively measured, the surface roughness of the ceramic sliding surface was measured. Is less than the surface roughness of the amorphous hard carbon film.

【0021】またセラミックス摺動面に存在する空孔の
占有面積を6%以下、平均径を5μm以下としたのは、
この範囲よりも大きくなると空孔のエッジ部で非晶質硬
質炭素を傷つけて摩耗させやすくなるためである。
The area occupied by the holes existing on the ceramic sliding surface is 6% or less, and the average diameter is 5 μm or less.
This is because if it is larger than this range, the amorphous hard carbon is easily damaged and abraded at the edge portions of the holes.

【0022】さらに、摺動トルクを小さくするために、
非晶質硬質炭素膜に対する摺動相手材として高硬度のセ
ラミックスを用いている。
Further, in order to reduce the sliding torque,
High hardness ceramics is used as a sliding counterpart for the amorphous hard carbon film.

【0023】[0023]

【作用】本発明によれば、セラミックス摺動面側の表面
粗さを小さくすることにより、非晶質硬質炭素膜の摩耗
を低減することができる。またセラミックス摺動面の空
孔の占有面積及び平均径を小さくすることにより、弾性
接触による空孔部での切削作用を小さくできる結果、非
晶質硬質炭素膜の摩耗を低減できる。さらに、非晶質硬
質炭素膜を形成する母材および摺動相手材として高硬度
・高ヤング率のセラミックス材料を選定することによ
り、ヘルツの弾性接触理論で示される弾性接触による接
触面積を小さくできる結果、摩擦力・摺動トルクを低減
できる。
According to the present invention, the wear of the amorphous hard carbon film can be reduced by reducing the surface roughness on the ceramic sliding surface side. Further, by reducing the occupying area and average diameter of the pores on the ceramic sliding surface, it is possible to reduce the cutting action at the pores due to elastic contact, and as a result, wear of the amorphous hard carbon film can be reduced. Furthermore, by selecting a ceramic material with high hardness and high Young's modulus as the base material and the sliding mating material that form the amorphous hard carbon film, the contact area by elastic contact shown in Hertz's elastic contact theory can be reduced. As a result, frictional force and sliding torque can be reduced.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。なお、従
来例と同一の部分については同一符号で示す。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. The same parts as those in the conventional example are designated by the same reference numerals.

【0025】図1は、本発明に係るセラミックス製バル
ブの一例であるフォーセットバルブの弁体のみを示す図
であり、図2は可動弁体20のみを、図3は固定弁体3
0のみをそれぞれ示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing only a valve body of a facet valve which is an example of a ceramic valve according to the present invention. FIG. 2 shows only a movable valve body 20 and FIG. 3 shows a fixed valve body 3.
It is a figure which respectively shows only 0.

【0026】可動弁体20、固定弁体30はいずれもセ
ラミックスから成る円盤状体であり、固定弁体30には
非晶質硬質炭素膜33を備えて摺動面31を形成し、一
方の可動弁体20はセラミックスの摺動面21としてあ
る。そして、該摺動面21のの表面粗さは非晶質硬質炭
素膜33からなる摺動面31の表面粗さ以下とし、かつ
セラミックスの摺動面21の空孔占有面積は6%以下、
平均空孔径は5μm以下としてある。
Each of the movable valve body 20 and the fixed valve body 30 is a disk-shaped body made of ceramics. The fixed valve body 30 is provided with an amorphous hard carbon film 33 to form a sliding surface 31, and one of them is formed. The movable valve body 20 is a sliding surface 21 made of ceramics. The surface roughness of the sliding surface 21 is less than or equal to the surface roughness of the sliding surface 31 made of the amorphous hard carbon film 33, and the hole occupying area of the ceramic sliding surface 21 is 6% or less.
The average pore diameter is 5 μm or less.

【0027】そして、図1に示すように、固定弁体30
と可動弁体20を互いの摺動面31、21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
いの弁体20、30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ことができる。
Then, as shown in FIG. 1, the fixed valve body 30
And the movable valve body 20 are in contact with each other by the sliding surfaces 31 and 21, and the movable valve body 20 is moved to open and close the fluid passages 22 and 32 provided in the valve bodies 20 and 30. The flow rate of the fluid can be adjusted.

【0028】この時、固定弁体30側の摺動面31が非
晶質硬質炭素膜33から成るため摺動トルクを小さく
し、しかも可動弁体20側の摺動面21は相手材を摩耗
させにくいような表面状態となっているため長期間にわ
たって低い摺動トルクを維持することができる。
At this time, since the sliding surface 31 on the fixed valve body 30 side is made of the amorphous hard carbon film 33, the sliding torque is reduced, and the sliding surface 21 on the movable valve body 20 side wears the mating material. Since the surface state is such that it is difficult to prevent it, a low sliding torque can be maintained for a long period of time.

【0029】なお、上記実施例では固定弁体30側に非
晶質硬質炭素膜33を備えたが、可動弁体20側に非晶
質硬質炭素膜を備え、固定弁体30側の摺動面はセラミ
ックスのままとすることもできる。
In the above embodiment, the fixed valve body 30 side is provided with the amorphous hard carbon film 33, but the movable valve body 20 side is provided with the amorphous hard carbon film and the fixed valve body 30 side is slid. The surface can also be ceramics.

【0030】また、上記弁体20,30は、耐摩耗性に
優れ変形し難い材質が要求されることからセラミックス
により形成してあるが、高硬度や低コスト等の点からア
ルミナセラミックスが良く、例えば、アルミナを主成分
とする焼結体であって、助剤を所定量配合することで得
られる。具体的には、アルミナに対し、CaO,SiO
2,MgOのうち少なくとも一種を添加すれば良く、特
にAl23含有量96重量%以上のアルミナセラミック
スが良い。
Further, the valve bodies 20 and 30 are made of ceramics because they are required to be made of a material which is excellent in wear resistance and hard to be deformed, but alumina ceramics is preferable in view of high hardness and low cost. For example, it is a sintered body containing alumina as a main component and can be obtained by mixing a predetermined amount of an auxiliary agent. Specifically, for alumina, CaO, SiO
At least one of Mg 2 and MgO may be added, and alumina ceramics having an Al 2 O 3 content of 96% by weight or more are particularly preferable.

【0031】さらに、上記実施例ではフォーセットバル
ブについてのみ述べたが、本発明はこれに限るものでは
ない。例えば、図示していないが、各種軸受装置を構成
する軸と軸受のいずれか一方の摺動面に非晶質硬質炭素
膜を備え、他方の摺動面をセラミックスで形成し、この
セラミックス摺動面の表面粗さを非晶質硬質炭素膜の表
面粗さ以下とし、かつセラミックス摺動面の空孔面積占
有率を6%以下とし、空孔平均径を5μm以下とすれば
よい。あるいは、この他にシール装置等の各種摺動装置
に本発明を適用することができる。
Further, in the above embodiment, only the facet valve is described, but the present invention is not limited to this. For example, although not shown in the drawings, an amorphous hard carbon film is provided on the sliding surface of one of the shaft and the bearing constituting various bearing devices, the other sliding surface is formed of ceramics, and the ceramic sliding The surface roughness of the surface may be equal to or less than the surface roughness of the amorphous hard carbon film, the pore area occupation rate of the ceramic sliding surface may be equal to or less than 6%, and the pore average diameter may be equal to or less than 5 μm. Alternatively, the present invention can be applied to various sliding devices such as a sealing device.

【0032】実験例1 ここで、図1〜図4のフォーセットバルブを試作して摺
動トルクを求める試験を行った。
Experimental Example 1 Here, a test for obtaining a sliding torque was carried out by making a trial set valve of FIGS. 1 to 4.

【0033】フォーセットバルブを構成する可動弁体2
0及び固定弁体30を共にAl2 3 含有量96重量%
のアルミナセラミックスで形成し、上記固定弁体30を
なす基体34の表面に非晶質硬質炭素膜33を形成し
た。また、可動弁体20は外径30mm、厚み10mm
の円盤状体に直径5mmの流体通路22を穿設し、固定
弁体30は外径40mm、厚み8mmの円盤状体に直径
5mmの流体通路32を穿設した。
Movable valve body 2 constituting a facet valve
0 and the fixed valve body 30 both have an Al 2 O 3 content of 96% by weight.
Of the alumina ceramics, and an amorphous hard carbon film 33 was formed on the surface of the substrate 34 forming the fixed valve body 30. The movable valve body 20 has an outer diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm.
The fluid passage 22 having a diameter of 5 mm was bored in the disc-shaped body, and the fixed valve body 30 was provided with the fluid passage 32 having a diameter of 5 mm in the disc-shaped body having an outer diameter of 40 mm and a thickness of 8 mm.

【0034】非晶質硬質炭素膜33の形成方法として
は、ベンゼン(C6 6 )ガスを高真空中のアーク放電
プラズマで分解し、プラズマ中のイオンや励起分子を電
気的にイオン加速器で加速して固定弁体30の表面に蒸
着させるという、いわゆるイオンプレーティング法を採
用した。これは、加速したイオンの衝突により、局所的
に高温高圧状態を作りだし、強い密着力で非晶質硬質炭
素膜33が得られるものである。
As a method for forming the amorphous hard carbon film 33, benzene (C 6 H 6 ) gas is decomposed by arc discharge plasma in a high vacuum, and ions and excited molecules in the plasma are electrically charged by an ion accelerator. A so-called ion plating method of accelerating and depositing on the surface of the fixed valve body 30 was adopted. This is one in which a high temperature and high pressure state is locally created by accelerated collision of ions, and the amorphous hard carbon film 33 is obtained with a strong adhesion.

【0035】上記フォーセットバルブにおいて、固定弁
体30の表面粗さを変化させることによって、非晶質硬
質炭素膜33の表面粗さ(中心線平均粗さ:Ra)を各
々0.15〜0.20μm,0.21〜0.30μm,
0.31〜0.40μmの3種類のものを用意した。な
お、非晶質硬質炭素膜33の厚みは0.8μmとし、こ
の程度の膜厚であれば、非晶質硬質炭素膜33の表面粗
さは母材である固定弁体30の表面粗さとほぼ同じとな
る。また、表面粗さ(Ra)が0.15μm未満の場合
は可動弁体20とのリンキングが生じ、表面粗さ(R
a)が0.05μmでは非晶質硬質炭素膜33が剥離す
るものが発生し、安定した実験結果が得られなかった。
In the facet valve, the surface roughness (center line average roughness: Ra) of the amorphous hard carbon film 33 is changed from 0.15 to 0 by changing the surface roughness of the fixed valve body 30. 20 μm, 0.21 to 0.30 μm,
Three types of 0.31 to 0.40 μm were prepared. The thickness of the amorphous hard carbon film 33 is 0.8 μm, and if the thickness is about this, the surface roughness of the amorphous hard carbon film 33 is the same as the surface roughness of the fixed valve body 30 as the base material. It will be almost the same. When the surface roughness (Ra) is less than 0.15 μm, linking with the movable valve body 20 occurs and the surface roughness (R)
When a) is 0.05 μm, the amorphous hard carbon film 33 peels off, and stable experimental results cannot be obtained.

【0036】一方、可動弁体20の摺動面21の表面粗
さ(Ra)を0.03〜0.30μmの範囲内で種々に
変化させ、かつ摺動面21の空孔の平均径及び占有面積
の異なる試料を作製した。なお、上記表面粗さや空孔の
状態は摺動面の研磨条件を変更することにより変化させ
た。また、空孔占有面積・平均径については画像解析装
置(ルーゼックス)を用いて、倍率400倍、評価面積
2.32×105 μm2 、コントラスト25%で、1試
料あたり10点を測定し、その平均値を算出した。
On the other hand, the surface roughness (Ra) of the sliding surface 21 of the movable valve body 20 is variously changed within the range of 0.03 to 0.30 μm, and the average diameter of the holes of the sliding surface 21 and Samples having different occupied areas were prepared. The surface roughness and the state of the holes were changed by changing the polishing conditions of the sliding surface. Regarding the hole occupying area and average diameter, 10 points per sample were measured using an image analyzer (Luzex) with a magnification of 400, an evaluation area of 2.32 × 10 5 μm 2 , and a contrast of 25%. The average value was calculated.

【0037】これらの固定弁体30と可動弁体20を表
1に示すように組合せ、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2
0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の支点4aから作用
点4b迄の長さは、65mmとした。
The fixed valve body 30 and the movable valve body 20 are combined as shown in Table 1, and 30 kgf is formed by a casing.
While pressing down with the axial force of 80
The ℃ hot water was injected at a pressure of 1 kg / cm 2, the movable valve body 2
The operating force required to slide 0 with the operating lever 40 was measured. The length of the operating lever 40 from the fulcrum 4a to the point of action 4b was 65 mm.

【0038】この試験による評価基準は、可動弁体20
を固定弁体30に対し、20万回摺動させ、その摺動中
の操作レバー40の最大操作力が0.8kg以下のもの
を摺動性が良好であると判断した。それぞれの結果は、
表2に示す通りである。
The evaluation criteria for this test are the movable valve body 20.
Was slid 200,000 times with respect to the fixed valve body 30, and it was judged that the slidability was good when the maximum operating force of the operating lever 40 during the sliding was 0.8 kg or less. Each result is
It is as shown in Table 2.

【0039】表2よりわかるように、可動弁体20の摺
動面21の表面粗さ(Ra)が、固定弁体30に形成し
た非晶質硬質炭素膜33の表面粗さ(Ra)以下であ
り、かつ可動弁体20の摺動面21における空孔の占有
面積が6%以下で空孔平均径が5μm以下のものは優れ
た摺動特性を示すことがわかった。
As can be seen from Table 2, the surface roughness (Ra) of the sliding surface 21 of the movable valve body 20 is less than or equal to the surface roughness (Ra) of the amorphous hard carbon film 33 formed on the fixed valve body 30. Further, it was found that when the occupied area of the holes on the sliding surface 21 of the movable valve body 20 was 6% or less and the average hole diameter was 5 μm or less, excellent sliding characteristics were exhibited.

【0040】また、試験後の摺動表面を顕微鏡で観察し
たところ、摺動性が劣化した組み合わせでは非晶質硬質
炭素膜33に摩耗が見られた。これは、セラミックスの
摺動面21における空孔のエッジが刃先となり、そのア
ブレッシブ作用により非晶質硬質炭素膜33を摩耗させ
ていると思われる。従ってアブレッシブ摩耗の観点から
摺動面21の空孔占有面積および平均径が小さいことが
必要となり、両者を満足する組み合わせにおいて優れた
摺動特性が実現できることになる。また、弾性接触の観
点からは、可動弁体20及び固定弁体30ともに高硬度
で高ヤング率のセラミックス材料であることが必要であ
る。
When the sliding surface after the test was observed with a microscope, abrasion was observed in the amorphous hard carbon film 33 in the combination in which the slidability was deteriorated. It is considered that this is because the edge of the hole in the sliding surface 21 of the ceramic serves as a cutting edge, and the amorphous hard carbon film 33 is worn by the abrasive action. Therefore, from the viewpoint of abrasive wear, it is necessary that the hole occupying area and average diameter of the sliding surface 21 be small, and excellent sliding characteristics can be realized in a combination that satisfies both. Further, from the viewpoint of elastic contact, both the movable valve body 20 and the fixed valve body 30 need to be ceramic materials having high hardness and high Young's modulus.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】実験例2 次に、上記フォーセットバルブにおいて、非晶質硬質炭
素膜33の表面粗さ(Ra)を0.21〜0.30μm
と固定し、相手材の可動弁体20の摺動面21の表面粗
さ(Ra)を0.1μm以下として、可動弁体20を成
すアルミナセラミックスのAl2 3 含有量を99.
9重量%、99.7重量%、96重量%、93重
量%の4種類に変化させたものを用いて摺動特性を評価
した。
Experimental Example 2 Next, in the above-mentioned Faucet valve, the surface roughness (Ra) of the amorphous hard carbon film 33 is 0.21 to 0.30 μm.
And the surface roughness (Ra) of the sliding surface 21 of the movable valve body 20 of the mating member is 0.1 μm or less, and the Al 2 O 3 content of the alumina ceramics forming the movable valve body 20 is 99.
The sliding characteristics were evaluated by using four types, 9% by weight, 99.7% by weight, 96% by weight and 93% by weight.

【0044】その結果、Al2 3 含有量が低下するに
つれて、増加する不純物相は粒内破壊及び粒界破壊によ
る脱落粒子を発生させやすく、摺動中に脱粒している様
子が観察された。この脱粒の発生は表面の空孔の占有面
積を上昇させるとともに、脱落破砕粉によってダイヤモ
ンド状薄膜の摩耗を促進させている。その結果、基体の
アルミナの露出、摺動トルクの上昇を引き起こしてい
る。
As a result, it was observed that as the Al 2 O 3 content decreased, the impurity phase increased, and it was easy to generate fallen particles due to intragranular fracture and intergranular fracture, and it was observed that the particles fell during sliding. . The occurrence of this grain removal increases the surface area occupied by pores and promotes the wear of the diamond-like thin film by the fallen and crushed powder. As a result, the alumina of the substrate is exposed and the sliding torque is increased.

【0045】そして、Al2 3 含有量が93重量%の
場合、摺動面21の空孔占有面積率は6〜8%であり、
空孔平均径は5〜6μmで標準偏差5μm以上と大きい
値を示していた。そのため、実験中に摺動トルクが上昇
して、0.8kgを超えてしまった。
When the Al 2 O 3 content is 93% by weight, the hole occupying area ratio of the sliding surface 21 is 6 to 8%,
The average pore diameter was 5 to 6 μm, which was a large value with a standard deviation of 5 μm or more. Therefore, the sliding torque increased during the experiment and exceeded 0.8 kg.

【0046】これに対し、Al2 3 含有量が96重量
%以上のものでは、空孔占有面積は6%以下、平均径は
5μm以下を満足しており、空孔平均径の標準偏差も4
μm以下と小さい値を示していた。そのため、20万回
の摺動後も0.8kg以下の操作トルクを維持してい
た。
On the other hand, when the Al 2 O 3 content is 96% by weight or more, the pore occupying area is 6% or less, the average diameter is 5 μm or less, and the standard deviation of the average pore diameter is also Four
The value was as small as μm or less. Therefore, the operating torque was 0.8 kg or less even after sliding 200,000 times.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のように、本発明の摺動装置によれ
ば、互いに摺動する一対の摺動部材のいずれか一方の摺
動面が非晶質硬質炭素膜からなり、他方の摺動面がアル
ミナ含有量96重量%以上のアルミナセラミックスから
なる摺動装置であって、上記非晶質硬質炭素膜からなる
摺動面の表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)で0.15
〜0.4μmとするとともに、上記アルミナセラミック
スからなる摺動面の表面粗さを上記非晶質硬質炭素膜か
らなる摺動面の表面粗さより小さくし、かつ上記アルミ
ナセラミックスからなる摺動面の空孔占有面積率を6%
以下、空孔平均径を5μm以下としたことによって、非
晶質硬質炭素膜を摩耗・剥離させ難くできるため、長期
間優れた摺動性を維持することができる。
As described above, according to the sliding device of the present invention, the sliding surface of either one of the pair of sliding members sliding with each other is made of the amorphous hard carbon film and the sliding surface of the other sliding member. A sliding device whose moving surface is made of alumina ceramics having an alumina content of 96% by weight or more, wherein the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film is 0,0 in terms of center line average roughness (Ra). 15
.About.0.4 μm, the surface roughness of the sliding surface made of the alumina ceramics is made smaller than the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film, and 6% occupancy area ratio
By setting the average pore diameter to 5 μm or less, it is possible to make the amorphous hard carbon film less likely to be worn and peeled off, so that excellent slidability can be maintained for a long period of time.

【0048】また、上記摺動部材をフォーセットバルブ
に適用したことによって、20万回以上摺動を繰り返し
ても0.8kg以下の低い操作トルクを維持し、かつ優
れた耐摩耗性とシール性を有し、長期間良好に使用する
ことができる。
Further, by applying the above sliding member to a facet valve, a low operating torque of 0.8 kg or less is maintained even when sliding is repeated 200,000 times or more, and excellent wear resistance and sealability are obtained. And can be used satisfactorily for a long period of time.

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

【図1】本発明に係るフォーセットバルブの弁体のみを
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing only a valve body of a faucet valve according to the present invention.

【図2】図1の可動弁体を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the movable valve body of FIG.

【図3】図1の固定弁体を示す斜視図である。3 is a perspective view showing the fixed valve body of FIG. 1. FIG.

【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(A)は流体通路を開通させた図であり、
(B)は流体通路を遮断した図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an operating state of a general faucet valve, in which (A) is a view in which a fluid passage is opened,
(B) is a view in which the fluid passage is cut off.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 :フォーセットバルブ 20 :可動弁体 21 :摺動面 22 :流体通路 30 :固定弁体 31 :摺動面 32 :流体通路 33 :非晶質硬質炭素膜 40 :操作レバー 10: Faucet valve 20: Movable valve body 21: Sliding surface 22: Fluid passage 30: Fixed valve body 31: Sliding surface 32: Fluid passage 33: Amorphous hard carbon film 40: Operation lever

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−17784(JP,A) 特開 平6−265030(JP,A) 特開 平5−263952(JP,A) 特開 平5−79069(JP,A) 特開 平4−165170(JP,A) 特公 平7−907(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16K 3/00 - 3/36 F16K 11/00 - 11/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-7-17784 (JP, A) JP-A-6-265030 (JP, A) JP-A-5-263952 (JP, A) JP-A-5- 79069 (JP, A) JP 4-165170 (JP, A) JP-B 7-907 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F16K 3/00-3 / 36 F16K 11/00-11/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】互いに摺動する一対の摺動部材のいずれか
一方の摺動面がイオンプレーティング法により形成され
非晶質硬質炭素膜からなり、他方の摺動面がアルミナ
含有量96重量%以上のアルミナセラミックスからなる
摺動装置であって、上記非晶質硬質炭素膜からなる摺動
面の表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)で0.15〜
0.4μmとするとともに、上記アルミナセラミックス
からなる摺動面の表面粗さを上記非晶質硬質炭素膜から
なる摺動面の表面粗さより小さくし、かつ上記アルミナ
セラミックスからなる摺動面の空孔占有面積率を6%以
下、空孔平均径を5μm以下としたことを特徴とする摺
動装置。
1. A sliding surface of one of a pair of sliding members that slide with each other is formed by an ion plating method.
A sliding device made of an amorphous hard carbon film and the other sliding surface made of alumina ceramics having an alumina content of 96% by weight or more. The center line average roughness (Ra) is 0.15
0.4 μm, the surface roughness of the sliding surface made of the alumina ceramics is made smaller than the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film, and the empty space of the sliding surface made of the alumina ceramics is set. A sliding device having a hole occupying area ratio of 6% or less and an average hole diameter of 5 μm or less.
【請求項2】互いに摺動する固定弁体と可動弁体のいず
れか一方の摺動面がイオンプレーティング法により形成
された非晶質硬質炭素膜からなり、他方の摺動面がアル
ミナ含有量96重量%以上のアルミナセラミックスから
なるフォーセットバルブであって、上記非晶質硬質炭素
膜からなる摺動面の表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)
で0.15〜0.4μmとするとともに、上記アルミナ
セラミックスからなる摺動面の表面粗さを上記非晶質硬
質炭素膜からなる摺動面の表面粗さより小さくし、かつ
上記アルミナセラミックスからなる摺動面の空孔占有面
積率を6%以下、空孔平均径を5μm以下としたことを
特徴とするフォーセットバルブ。
2. A fixed valve body or a movable valve body that slides on each other has a sliding surface formed by an ion plating method.
Has been made an amorphous hard carbon film, a faucet valve other slide face is made of alumina content 96% by weight or more of alumina ceramic, the surface of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film Roughness is the center line average roughness (Ra)
0.15 to 0.4 μm, the surface roughness of the sliding surface made of the alumina ceramics is made smaller than the surface roughness of the sliding surface made of the amorphous hard carbon film, and made of the alumina ceramics. A facet valve, characterized in that the hole occupying area ratio of the sliding surface is 6% or less and the hole average diameter is 5 μm or less.
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