JP3532641B2 - 多孔質セラミック材料とその製造方法、及びバルブユニット - Google Patents
多孔質セラミック材料とその製造方法、及びバルブユニットInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質セラミック材料
とその製造方法、及びその多孔質セラミック材料で構成
されるバルブユニットに関する。
とその製造方法、及びその多孔質セラミック材料で構成
されるバルブユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、湯水混合栓のバルブやメカニカル
シールリング等の部材において、その摺動特性を向上さ
せるために、三次元網目構造を有する多孔質セラミック
に潤滑油を含浸させた材料で構成する方法、あるいは多
孔質セラミック材料で形成される部材の摺動面の平坦度
を所定の値以下とする方法（特開平６−５８４３４号公
報）、同じくその表面粗さを所定の範囲内のものとする
方法（特開平６−３２６４６号公報）等が提案されてい
る。上記方法によれば、孔部に含浸された潤滑油の摺動
面へのしみ出し、あるいは摺動面に開放する空孔によ
り、部材の摺動特性が向上する。このような多孔質セラ
ミック材料は、一般に、エポキシ、フェノール、アクリ
ル等の樹脂で構成された樹脂粒子体をセラミック粉末に
混合し、これを金型プレス等で成形して樹脂粒子体が分
散した成形体を作り、その成形体を焼結することにより
形成されている。成形体中の樹脂粒子体は焼結時に燃焼
ないし分解して消滅し、その消滅したあとに空孔が形成
されることとなる。
シールリング等の部材において、その摺動特性を向上さ
せるために、三次元網目構造を有する多孔質セラミック
に潤滑油を含浸させた材料で構成する方法、あるいは多
孔質セラミック材料で形成される部材の摺動面の平坦度
を所定の値以下とする方法（特開平６−５８４３４号公
報）、同じくその表面粗さを所定の範囲内のものとする
方法（特開平６−３２６４６号公報）等が提案されてい
る。上記方法によれば、孔部に含浸された潤滑油の摺動
面へのしみ出し、あるいは摺動面に開放する空孔によ
り、部材の摺動特性が向上する。このような多孔質セラ
ミック材料は、一般に、エポキシ、フェノール、アクリ
ル等の樹脂で構成された樹脂粒子体をセラミック粉末に
混合し、これを金型プレス等で成形して樹脂粒子体が分
散した成形体を作り、その成形体を焼結することにより
形成されている。成形体中の樹脂粒子体は焼結時に燃焼
ないし分解して消滅し、その消滅したあとに空孔が形成
されることとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の多孔質セラミッ
ク材料は摺動特性の向上には効果があるものの、その空
孔の形成に起因して、空孔を形成しないセラミック材料
に比べて必ずしも耐熱衝撃性が高くない傾向がある。
ク材料は摺動特性の向上には効果があるものの、その空
孔の形成に起因して、空孔を形成しないセラミック材料
に比べて必ずしも耐熱衝撃性が高くない傾向がある。
【０００４】本発明の課題は、多孔質に形成されて摺動
部材等に好適に使用することができ、しかも耐熱衝撃性
に優れたセラミック材料とその製造方法、及びそのセラ
ミック材料で構成したバルブユニットを提供することに
ある。
部材等に好適に使用することができ、しかも耐熱衝撃性
に優れたセラミック材料とその製造方法、及びそのセラ
ミック材料で構成したバルブユニットを提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記した
課題を解決する本発明の多孔質セラミック材料は、セラ
ミック焼結体中に空孔が分散して存在し、かつそれらの
空孔のうちの少なくとも一部のものの孔表面又は孔表面
を含む層のＳｉ含有量が、空孔の存在しない部分のＳｉ
含有量より多くされていることを特徴とする。
課題を解決する本発明の多孔質セラミック材料は、セラ
ミック焼結体中に空孔が分散して存在し、かつそれらの
空孔のうちの少なくとも一部のものの孔表面又は孔表面
を含む層のＳｉ含有量が、空孔の存在しない部分のＳｉ
含有量より多くされていることを特徴とする。
【０００６】焼結体を製造するために使用される主原料
粉末は、例えばＡｌ2Ｏ3系粉末の他、Ｓｉ3Ｎ4系粉末、
ＳｉＣ系粉末、ＡｌＮ系粉末、ＺｒＯ2粉末等が使用さ
れ、得られる焼結体の構成粒子は上記粉末とほぼ同一の
成分及び結晶構造を有するものとなる。このような主原
料粉末を使用して得られる焼結体中に空孔が分散して形
成される。そして、それらの空孔のうちの少なくとも一
部のものの孔表面又は孔表面を含む層のＳｉ含有量を、
空孔の存在しない部分のＳｉ含有量よりも多いものとす
ることにより、特に摺動部材に好適な多孔質セラミック
材料を得ることができる。例えば摺動面に潤滑油等の潤
滑剤を配置した場合は、その潤滑剤が空孔内に保持され
てしみ出すので潤滑効果を長く持続することができ、部
材の摺動性が向上する。また、潤滑剤を配置しない場合
でも、摺動面に開放する空孔の存在により、摺動面の平
滑度が極めて高い場合に生ずる凝着現象（リンキング）
が抑制されるので、同様に摺動特性が向上する。そし
て、上記空孔の内面にはＳｉ含有量の多い層が形成され
ることにより、その耐熱衝撃性が少なくとも気孔が形成
されないセラミック材料並みに優れたものとなる。
粉末は、例えばＡｌ2Ｏ3系粉末の他、Ｓｉ3Ｎ4系粉末、
ＳｉＣ系粉末、ＡｌＮ系粉末、ＺｒＯ2粉末等が使用さ
れ、得られる焼結体の構成粒子は上記粉末とほぼ同一の
成分及び結晶構造を有するものとなる。このような主原
料粉末を使用して得られる焼結体中に空孔が分散して形
成される。そして、それらの空孔のうちの少なくとも一
部のものの孔表面又は孔表面を含む層のＳｉ含有量を、
空孔の存在しない部分のＳｉ含有量よりも多いものとす
ることにより、特に摺動部材に好適な多孔質セラミック
材料を得ることができる。例えば摺動面に潤滑油等の潤
滑剤を配置した場合は、その潤滑剤が空孔内に保持され
てしみ出すので潤滑効果を長く持続することができ、部
材の摺動性が向上する。また、潤滑剤を配置しない場合
でも、摺動面に開放する空孔の存在により、摺動面の平
滑度が極めて高い場合に生ずる凝着現象（リンキング）
が抑制されるので、同様に摺動特性が向上する。そし
て、上記空孔の内面にはＳｉ含有量の多い層が形成され
ることにより、その耐熱衝撃性が少なくとも気孔が形成
されないセラミック材料並みに優れたものとなる。
【０００７】形成される空孔は、適度な潤滑材の保持能
力ないしはリンキング抑制効果が達成され、かつ摺動面
におけるシール性や材料自体の強度が確保されるよう
に、焼結体の構成粒子よりも大きな平均径を有するよう
に形成するのがよく、その平均径を５〜３００μｍ、望
ましくは２０〜２５０μｍ、さらに望ましくは５０〜２
００μｍの範囲内で設定するのがよい。また、同様の理
由により、焼結体内に形成される空孔の体積率は、２〜
４０％、望ましくは２〜２０％、さらに望ましくは３〜
１０％の範囲で設定するのがよい。なお、中空粒子体の
平均径を例えば２０〜２５０μｍに設定した場合、原料
粉末の平均径を１〜２０μｍ、望ましくは２〜５μｍに
設定することにより、焼結体中に形成される空孔の平均
径を焼結体の構成粒子の平均径よりも大きくすることが
できる。
力ないしはリンキング抑制効果が達成され、かつ摺動面
におけるシール性や材料自体の強度が確保されるよう
に、焼結体の構成粒子よりも大きな平均径を有するよう
に形成するのがよく、その平均径を５〜３００μｍ、望
ましくは２０〜２５０μｍ、さらに望ましくは５０〜２
００μｍの範囲内で設定するのがよい。また、同様の理
由により、焼結体内に形成される空孔の体積率は、２〜
４０％、望ましくは２〜２０％、さらに望ましくは３〜
１０％の範囲で設定するのがよい。なお、中空粒子体の
平均径を例えば２０〜２５０μｍに設定した場合、原料
粉末の平均径を１〜２０μｍ、望ましくは２〜５μｍに
設定することにより、焼結体中に形成される空孔の平均
径を焼結体の構成粒子の平均径よりも大きくすることが
できる。
【０００８】上記のような空孔は、焼結体を形成するた
めのセラミック粉末成形体に含有された中空粒子体に基
づくものとして形成することができる。そして、その粒
子体の内側空間部のうち、焼結後の材料中に残存したも
のが空孔を形成することとなる。中空粒子体は、元素と
してＳｉを含有するものが使用でき、特に、それ自体の
融点が原料粉末の焼結温度よりも低い材料、あるいは原
料粉末を構成する成分と反応して共晶等の比較的融点の
低い生成物を作る材料で構成されたものが好ましく使用
される。このような材質の中空粒子体を使用することに
より、空孔の表面（内面）にＳｉ含有量の多い層を比較
的容易に形成することができる。その形成の機構につい
ては、焼結中に溶融した中空粒子体の成分の一部が空孔
内面部に再析出すること等が考えられ、これが空孔内面
に露出している原料粉末粒子の間隙等、破壊の起点にな
りやすい部分を埋めることで、材料の耐熱衝撃性を向上
させるものと推測される。一方、溶融・流動した粒子体
の成分は、一部が粉末粒子間へ流出することにより一種
の焼結助剤として機能することも考えられ、この場合は
原料粉末への焼結助材の配合量を低減できる利点も生ず
る。ここで、上記Ｓｉ含有量の多い層は、結晶質として
形成されることも、非晶質（ガラス質）として形成され
ることもある。
めのセラミック粉末成形体に含有された中空粒子体に基
づくものとして形成することができる。そして、その粒
子体の内側空間部のうち、焼結後の材料中に残存したも
のが空孔を形成することとなる。中空粒子体は、元素と
してＳｉを含有するものが使用でき、特に、それ自体の
融点が原料粉末の焼結温度よりも低い材料、あるいは原
料粉末を構成する成分と反応して共晶等の比較的融点の
低い生成物を作る材料で構成されたものが好ましく使用
される。このような材質の中空粒子体を使用することに
より、空孔の表面（内面）にＳｉ含有量の多い層を比較
的容易に形成することができる。その形成の機構につい
ては、焼結中に溶融した中空粒子体の成分の一部が空孔
内面部に再析出すること等が考えられ、これが空孔内面
に露出している原料粉末粒子の間隙等、破壊の起点にな
りやすい部分を埋めることで、材料の耐熱衝撃性を向上
させるものと推測される。一方、溶融・流動した粒子体
の成分は、一部が粉末粒子間へ流出することにより一種
の焼結助剤として機能することも考えられ、この場合は
原料粉末への焼結助材の配合量を低減できる利点も生ず
る。ここで、上記Ｓｉ含有量の多い層は、結晶質として
形成されることも、非晶質（ガラス質）として形成され
ることもある。
【０００９】中空粒子体の具体的な材質としては、例え
ばＳｉＯ2系の材質（ＳｉＯ2を主成分とする材質）、あ
るいはＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の材質（ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3
とを主成分とする材質）等が使用できる。材質は、原料
粉末に応じて適宜選定され、上述のＳｉＯ2系あるいは
ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の材質はＡｌ2Ｏ3系の原料粉末に
対して好適に使用することができ、いずれも原料粉末と
低融点の反応生成物を形成することとなる。また、使用
される中空粒子体の粒径及び原料粉末に対する混合比率
は、前述の多孔質材料中の空孔の平均径及び体積率に対
応して設定される。さらに、粒子体の形状は、破壊の起
点部が生じにくい球状の空孔が得られることから、球状
のものを好ましく使用することができる。この場合、球
状とは、球形及び球形に近い形状（例えば卵型や回転楕
円体等）を意味するものである。なお、中空粒子体は、
破壊の起点を生じにくい形状であれば、必ずしも球状に
形成する必要はない。なお、球状の中空粒子体として
は、例えばＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系のものとして、市販品
（例えば商品名：ショーバルーン、昭和電工（株）製）
を使用することができる。
ばＳｉＯ2系の材質（ＳｉＯ2を主成分とする材質）、あ
るいはＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の材質（ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3
とを主成分とする材質）等が使用できる。材質は、原料
粉末に応じて適宜選定され、上述のＳｉＯ2系あるいは
ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の材質はＡｌ2Ｏ3系の原料粉末に
対して好適に使用することができ、いずれも原料粉末と
低融点の反応生成物を形成することとなる。また、使用
される中空粒子体の粒径及び原料粉末に対する混合比率
は、前述の多孔質材料中の空孔の平均径及び体積率に対
応して設定される。さらに、粒子体の形状は、破壊の起
点部が生じにくい球状の空孔が得られることから、球状
のものを好ましく使用することができる。この場合、球
状とは、球形及び球形に近い形状（例えば卵型や回転楕
円体等）を意味するものである。なお、中空粒子体は、
破壊の起点を生じにくい形状であれば、必ずしも球状に
形成する必要はない。なお、球状の中空粒子体として
は、例えばＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系のものとして、市販品
（例えば商品名：ショーバルーン、昭和電工（株）製）
を使用することができる。
【００１０】中空粒子体として、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系
等、２以上の基本成分を含有するものを使用する場合、
それら基本成分が予め溶融混合された材質のものを用い
ても、単独で含有するものを混合して用いても、いずれ
でもよい。その基本成分の組成比率は、粒子体が適切な
溶融温度を有するように適宜選定されるが、例えばＳｉ
Ｏ2−Ａｌ2Ｏ3系のものを使用する場合、その配合比率
はＳｉＯ2成分とＡｌ2Ｏ3成分の合計に対してＳｉＯ2成
分の含有率が５０〜７０重量％の範囲とするのがよい。
等、２以上の基本成分を含有するものを使用する場合、
それら基本成分が予め溶融混合された材質のものを用い
ても、単独で含有するものを混合して用いても、いずれ
でもよい。その基本成分の組成比率は、粒子体が適切な
溶融温度を有するように適宜選定されるが、例えばＳｉ
Ｏ2−Ａｌ2Ｏ3系のものを使用する場合、その配合比率
はＳｉＯ2成分とＡｌ2Ｏ3成分の合計に対してＳｉＯ2成
分の含有率が５０〜７０重量％の範囲とするのがよい。
【００１１】上記のような多孔質セラミック材料は、耐
熱衝撃温度が、ほぼ同一成分を有して空孔が形成されて
いないセラミック材料の耐熱衝撃温度の８０％以上の値
を有するものとすることができる。ここで、耐熱衝撃温
度は下式で表される： ΔＴ＝Ｔ−Ｔ0 ΔＴ：耐熱衝撃温度 Ｔ ：所定形状のセラミック材料試験片を加熱後に所定
温度Ｔ0の水中に投じたときに、その熱衝撃によって試
験片にクラックが発生しない最高加熱温度。ここで、
「空孔が形成されていない材料」とは、例えば原料粉末
に上記中空粒子体等の空孔形成媒体を添加せずに焼結を
行った材料を意味するものである。
熱衝撃温度が、ほぼ同一成分を有して空孔が形成されて
いないセラミック材料の耐熱衝撃温度の８０％以上の値
を有するものとすることができる。ここで、耐熱衝撃温
度は下式で表される： ΔＴ＝Ｔ−Ｔ0 ΔＴ：耐熱衝撃温度 Ｔ ：所定形状のセラミック材料試験片を加熱後に所定
温度Ｔ0の水中に投じたときに、その熱衝撃によって試
験片にクラックが発生しない最高加熱温度。ここで、
「空孔が形成されていない材料」とは、例えば原料粉末
に上記中空粒子体等の空孔形成媒体を添加せずに焼結を
行った材料を意味するものである。
【００１２】本発明の多孔質セラミック材料を製造する
ための方法として、以下の工程を含むものを採用するこ
とができる。 混合工程：セラミック粉末と、Ｓｉを含有する中空粒
子体とを混合する。 成形工程：中空粒子体が混合されたセラミック粉末を
所定の形状に成形し、中空粒子体が分散したセラミック
粉末成形体を得る。 焼結工程：得られた粉末成形体を、中空粒子体の溶融
温度よりも高温で焼結することにより、空孔が形成され
た焼結体を得る。
ための方法として、以下の工程を含むものを採用するこ
とができる。 混合工程：セラミック粉末と、Ｓｉを含有する中空粒
子体とを混合する。 成形工程：中空粒子体が混合されたセラミック粉末を
所定の形状に成形し、中空粒子体が分散したセラミック
粉末成形体を得る。 焼結工程：得られた粉末成形体を、中空粒子体の溶融
温度よりも高温で焼結することにより、空孔が形成され
た焼結体を得る。
【００１３】混合工程においては、例えばミキサ等の公
知の攪拌機を用いて乾式法により、原料粉末と中空粒子
体の混合を行うことができるが、水ないし溶媒等と共に
混合してスラリを形成させる湿式法を使用してもよい。
知の攪拌機を用いて乾式法により、原料粉末と中空粒子
体の混合を行うことができるが、水ないし溶媒等と共に
混合してスラリを形成させる湿式法を使用してもよい。
【００１４】成形工程においては、金型プレス成形を始
め、射出成形、スリップキャスティング等、公知の方法
により成形体を形成することができる。ここで、金型プ
レス成形を使用する場合、粉末成形体の強度を高めるた
めに、原料粉末には各種結合剤（バインダ）を添加して
おくことが望ましい。また、その成形圧力は、使用する
原料粉末及び中空粒子体の種類と粒度分布等によって異
なるが、成形体が適度な強度を有し、かつ加圧成形時に
中空粒子体が押し潰されたり破損したりしない程度で調
整され、例えばＡｌ2Ｏ3系の原料粉末に対してＳｉＯ2
−Ａｌ2Ｏ3系の中空粒子体を混合したものを使用する場
合、０．５〜２ｔ／cm2程度に設定することが望まし
い。一方、射出成形を採用する場合は、予め原料粉末及
び中空粒子体と樹脂バインダとを混練したコンパウンド
を形成しておき、このコンパウンドを所定の射出成形機
から金型中に射出して成形体を得ることとなる。
め、射出成形、スリップキャスティング等、公知の方法
により成形体を形成することができる。ここで、金型プ
レス成形を使用する場合、粉末成形体の強度を高めるた
めに、原料粉末には各種結合剤（バインダ）を添加して
おくことが望ましい。また、その成形圧力は、使用する
原料粉末及び中空粒子体の種類と粒度分布等によって異
なるが、成形体が適度な強度を有し、かつ加圧成形時に
中空粒子体が押し潰されたり破損したりしない程度で調
整され、例えばＡｌ2Ｏ3系の原料粉末に対してＳｉＯ2
−Ａｌ2Ｏ3系の中空粒子体を混合したものを使用する場
合、０．５〜２ｔ／cm2程度に設定することが望まし
い。一方、射出成形を採用する場合は、予め原料粉末及
び中空粒子体と樹脂バインダとを混練したコンパウンド
を形成しておき、このコンパウンドを所定の射出成形機
から金型中に射出して成形体を得ることとなる。
【００１５】成形体に結合剤や樹脂バインダ等が含有さ
れる場合には、焼結工程の実施に先立って、それら結合
剤や樹脂バインダを除去するための脱バインダ工程を実
施することが望ましい。脱バインダ工程は所定の加熱炉
を用い、成形体を大気中、真空中、その他適宜の雰囲気
中において焼結温度よりも低い温度で所定時間加熱し、
それら結合剤等を蒸発、分解ないし燃焼させることによ
り除去する。このとき、結合剤等の蒸発、分解等が急激
に起こって成形体が損傷を受けたりしないよう、その加
熱保持温度及び加熱速度が調整される。
れる場合には、焼結工程の実施に先立って、それら結合
剤や樹脂バインダを除去するための脱バインダ工程を実
施することが望ましい。脱バインダ工程は所定の加熱炉
を用い、成形体を大気中、真空中、その他適宜の雰囲気
中において焼結温度よりも低い温度で所定時間加熱し、
それら結合剤等を蒸発、分解ないし燃焼させることによ
り除去する。このとき、結合剤等の蒸発、分解等が急激
に起こって成形体が損傷を受けたりしないよう、その加
熱保持温度及び加熱速度が調整される。
【００１６】次に、焼結工程は、所定の焼結炉を用いる
ことにより、大気雰囲気、真空雰囲気、窒素雰囲気、あ
るいは酸素を含有する減圧雰囲気等の各種雰囲気中で行
われる。その雰囲気と焼結温度については、焼結が十分
進行しつつも、形成された空孔が収縮してその体積率が
過度に低下しないように、使用される原料粉末の種類に
応じて適宜設定される。例えば、Ａｌ2Ｏ3系の原料粉末
を使用する場合、大気中ないし酸素を含有する減圧雰囲
気において、１４００〜１７００℃、望ましくは１５５
０〜１６５０℃の温度範囲で行うのがよい。なお、原料
粉末には必要に応じて、所定量の焼結助剤（例えばＡｌ
2Ｏ3系粉末の場合、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯ等）を添
加することができる。これにより、焼結中の液相の形成
及び拡散等の物質移動が促進され、焼結体の密度が向上
してその強度を高めることができる。なお、焼結炉は、
焼結室の他に予備室を備えたものを使用することがで
き、この予備室で前述の脱バインダ工程を行うこともで
きる。
ことにより、大気雰囲気、真空雰囲気、窒素雰囲気、あ
るいは酸素を含有する減圧雰囲気等の各種雰囲気中で行
われる。その雰囲気と焼結温度については、焼結が十分
進行しつつも、形成された空孔が収縮してその体積率が
過度に低下しないように、使用される原料粉末の種類に
応じて適宜設定される。例えば、Ａｌ2Ｏ3系の原料粉末
を使用する場合、大気中ないし酸素を含有する減圧雰囲
気において、１４００〜１７００℃、望ましくは１５５
０〜１６５０℃の温度範囲で行うのがよい。なお、原料
粉末には必要に応じて、所定量の焼結助剤（例えばＡｌ
2Ｏ3系粉末の場合、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯ等）を添
加することができる。これにより、焼結中の液相の形成
及び拡散等の物質移動が促進され、焼結体の密度が向上
してその強度を高めることができる。なお、焼結炉は、
焼結室の他に予備室を備えたものを使用することがで
き、この予備室で前述の脱バインダ工程を行うこともで
きる。
【００１７】以上のようにして得られた焼結体、即ち多
孔質セラミック材料はそのままの状態で、あるいは切削
ないし研磨等の加工を施すことにより、摺動部品等の各
種部材を形成することができる。
孔質セラミック材料はそのままの状態で、あるいは切削
ないし研磨等の加工を施すことにより、摺動部品等の各
種部材を形成することができる。
【００１８】このような摺動部材のより具体的な例とし
て、以下のような要件を含むバルブユニットを挙げるこ
とができる。 供給側部材：１ないしそれ以上の液供給部を備え、か
つ摺動面を有する。 流量調整部材：供給側部材に対し、上記摺動面におい
て互いに接触した状態で相対的に回転可能に設けられ、
その相対回転により液供給部から供給される液体の流量
を調整する。 液排出部：供給側部材又は流量調整部材のいずれかに
設けられて、流量調整部材により流量調整された液体を
排出する。
て、以下のような要件を含むバルブユニットを挙げるこ
とができる。 供給側部材：１ないしそれ以上の液供給部を備え、か
つ摺動面を有する。 流量調整部材：供給側部材に対し、上記摺動面におい
て互いに接触した状態で相対的に回転可能に設けられ、
その相対回転により液供給部から供給される液体の流量
を調整する。 液排出部：供給側部材又は流量調整部材のいずれかに
設けられて、流量調整部材により流量調整された液体を
排出する。
【００１９】上記バルブユニットにおいて、供給側部材
は液供給部として高温側供給部と低温側供給部とを備
え、流量調整部材は上記相対回転に伴いそれら高温側供
給部と低温側供給部との供給比率を変化させる混合室を
備えたものとすることができる。
は液供給部として高温側供給部と低温側供給部とを備
え、流量調整部材は上記相対回転に伴いそれら高温側供
給部と低温側供給部との供給比率を変化させる混合室を
備えたものとすることができる。
【００２０】本発明の多孔質セラミック材料で構成され
る上記のようなバルブユニットは、例えば温水の供給栓
ないし冷水と温水との混合栓等に使用することができ、
摺動性に優れると共に、温水ないし冷水等との接触に伴
う熱衝撃や熱応力に対する耐久性が高く、寿命を延ばす
ことができる。
る上記のようなバルブユニットは、例えば温水の供給栓
ないし冷水と温水との混合栓等に使用することができ、
摺動性に優れると共に、温水ないし冷水等との接触に伴
う熱衝撃や熱応力に対する耐久性が高く、寿命を延ばす
ことができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の多孔質セラミック材料の実験
例及びそれを使用したバルブユニットの実施例を写真、
図面等を用いて説明する。 （実験例）Ａｌ2Ｏ3粉末に対し、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、Ｃ
ａＯ等からなる焼結助剤を１０重量％添加し、これに所
定量のバインダを加えて湿式法で混合し、さらにその混
合物をスプレー噴霧乾燥してＡｌ2Ｏ3造粒粉を得た。こ
の造粒粉に、平均粒径１００μｍのＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3
系の球状の中空粒子体（ショーバルーン、昭和電工
（株）製）を５体積％添加して乾式で混合し、さらに金
型プレスにより１．２ｔ／cm2の圧力で成形した。そし
て、得られた成形体を大気中で１５８０℃で２時間焼結
することにより、外径３０mm、内径１０mm、高さ６mmの
リング状の試験片（No.１、実施例）を得た。なお、Ｓ
ｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の粒子体に代えて、ほぼ同じ平均粒
径を有するＳｉＯ2系の球状の中空粒子体を使用した試
験片（No.２、実施例）、また比較のために、中空粒子
体に代えてエポキシ樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、フェ
ノール樹脂粒子（いずれも平均粒径１００μｍ）を使用
した試験片（No.３〜５、比較例）、さらに中空粒子体
を添加せずに焼結した試験片（空孔が形成されない試験
片、No.６）も作製した。
例及びそれを使用したバルブユニットの実施例を写真、
図面等を用いて説明する。 （実験例）Ａｌ2Ｏ3粉末に対し、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、Ｃ
ａＯ等からなる焼結助剤を１０重量％添加し、これに所
定量のバインダを加えて湿式法で混合し、さらにその混
合物をスプレー噴霧乾燥してＡｌ2Ｏ3造粒粉を得た。こ
の造粒粉に、平均粒径１００μｍのＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3
系の球状の中空粒子体（ショーバルーン、昭和電工
（株）製）を５体積％添加して乾式で混合し、さらに金
型プレスにより１．２ｔ／cm2の圧力で成形した。そし
て、得られた成形体を大気中で１５８０℃で２時間焼結
することにより、外径３０mm、内径１０mm、高さ６mmの
リング状の試験片（No.１、実施例）を得た。なお、Ｓ
ｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の粒子体に代えて、ほぼ同じ平均粒
径を有するＳｉＯ2系の球状の中空粒子体を使用した試
験片（No.２、実施例）、また比較のために、中空粒子
体に代えてエポキシ樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、フェ
ノール樹脂粒子（いずれも平均粒径１００μｍ）を使用
した試験片（No.３〜５、比較例）、さらに中空粒子体
を添加せずに焼結した試験片（空孔が形成されない試験
片、No.６）も作製した。
【００２２】このようにして得られた試験片を各２枚づ
つ用意し、図１に示すような摺動試験機Ｔを用いてその
摺動性能を測定した。まず、各試験片の一方の板面Ｐに
グリスＧを塗布し、その塗布面において互いに重ね合わ
せ、下側の試験片１を回転軸３に固定し、上側の試験片
２を回転可能な押さえ軸４に固定する。次に、全体を純
水Ｗ（温度２０℃）中に浸漬し、押さえ軸４を介して５
０kgfの荷重を付加することにより、上側の試験片２を
下側の試験片１に押しつけ、この状態で下側の試験片１
を回転軸３により４００rpmで回転させる。ここで、上
側の試験片２と下側の試験片１との間の摺動性が低下し
て両者が連れ回りを開始すると、押さえ軸４に発生する
トルクが急増する。このトルクを、図示しないトルク測
定器により検出し、試験開始からそのトルク増加検出ま
での時間（摺動耐久時間）ｔによって摺動性能を評価し
た。
つ用意し、図１に示すような摺動試験機Ｔを用いてその
摺動性能を測定した。まず、各試験片の一方の板面Ｐに
グリスＧを塗布し、その塗布面において互いに重ね合わ
せ、下側の試験片１を回転軸３に固定し、上側の試験片
２を回転可能な押さえ軸４に固定する。次に、全体を純
水Ｗ（温度２０℃）中に浸漬し、押さえ軸４を介して５
０kgfの荷重を付加することにより、上側の試験片２を
下側の試験片１に押しつけ、この状態で下側の試験片１
を回転軸３により４００rpmで回転させる。ここで、上
側の試験片２と下側の試験片１との間の摺動性が低下し
て両者が連れ回りを開始すると、押さえ軸４に発生する
トルクが急増する。このトルクを、図示しないトルク測
定器により検出し、試験開始からそのトルク増加検出ま
での時間（摺動耐久時間）ｔによって摺動性能を評価し
た。
【００２３】次に、各試験片を所定の温度にて４０分加
熱・保持した後、２０℃の水中に投じ、試験片へのクラ
ックの発生を目視で確認することを、試験片の加熱温度
を変化させながら繰り返し、クラックが発生しない最高
加熱温度Ｔを測定した。そして、その時の加熱温度Ｔか
ら水の温度Ｔ0を減ずることにより、各試験片に対する
耐熱衝撃温度ΔＴを求めた。また、空孔を形成させない
試験片（No.６）に対する耐熱衝撃温度ΔＴの比率を、
試験片毎に算出した。結果を表１に示す。
熱・保持した後、２０℃の水中に投じ、試験片へのクラ
ックの発生を目視で確認することを、試験片の加熱温度
を変化させながら繰り返し、クラックが発生しない最高
加熱温度Ｔを測定した。そして、その時の加熱温度Ｔか
ら水の温度Ｔ0を減ずることにより、各試験片に対する
耐熱衝撃温度ΔＴを求めた。また、空孔を形成させない
試験片（No.６）に対する耐熱衝撃温度ΔＴの比率を、
試験片毎に算出した。結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】これによれば、空孔を形成させない試験片
（No.６）の摺動性能に比べ、空孔を形成させた試験片
（No.１〜５）は、いずれも摺動耐久時間ｔが長くなっ
ていることがわかる。一方、本発明の多孔質材料による
試験片（No.１、２）の耐熱衝撃温度ΔＴは、空孔を形
成させない試験片（No.６）のΔＴに対し、いずれも８
０％以上の値を示しているのに対し、樹脂粒子体を使用
して作製した試験片（No.３〜５）のΔＴはいずれも８
０％以下となっている。すなわち本発明の多孔質セラミ
ック材料は摺動特性に優れるばかりでなく、耐熱衝撃性
も良好であることがわかる。
（No.６）の摺動性能に比べ、空孔を形成させた試験片
（No.１〜５）は、いずれも摺動耐久時間ｔが長くなっ
ていることがわかる。一方、本発明の多孔質材料による
試験片（No.１、２）の耐熱衝撃温度ΔＴは、空孔を形
成させない試験片（No.６）のΔＴに対し、いずれも８
０％以上の値を示しているのに対し、樹脂粒子体を使用
して作製した試験片（No.３〜５）のΔＴはいずれも８
０％以下となっている。すなわち本発明の多孔質セラミ
ック材料は摺動特性に優れるばかりでなく、耐熱衝撃性
も良好であることがわかる。
【００２６】次に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系及びＳｉＯ2系
の球状の中空粒子体を使用した各試験片（実施例、No.
１、２）、及びフェノール樹脂粒子を使用した試験片
（比較例、No.５）の表面を研磨し、研磨面の組織を走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。さらに、試験片N
o.２及び５については、その走査電子顕微鏡に取り付け
られたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用
い、空孔の内面及び空孔以外の部分の成分分析を行っ
た。
の球状の中空粒子体を使用した各試験片（実施例、No.
１、２）、及びフェノール樹脂粒子を使用した試験片
（比較例、No.５）の表面を研磨し、研磨面の組織を走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。さらに、試験片N
o.２及び５については、その走査電子顕微鏡に取り付け
られたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用
い、空孔の内面及び空孔以外の部分の成分分析を行っ
た。
【００２７】図２は、試験片No.１の表面のＳＥＭ写真
（倍率３０倍）であり、多数の空孔が形成されているの
が観察される（写真中大きい黒の斑点）。図３は、空孔
の周辺を拡大した写真（倍率１０００倍）である。空孔
表面に、焼結体の構成粒子と共に柱状物が形成されてい
るのが観察される。一方、図４は、試験片No.２のＳＥ
Ｍ写真（倍率１０００倍）であり、空孔表面に柱状物が
多量に形成されているのが観察される。そして、図５
（ａ）、（ｂ）は、それぞれ空孔以外の表面及び空孔内
面部に対して得られたＥＤＳのスペクトルであるが、空
孔以外の部分ではＡｌのピークが主体的であるのに対
し、空孔の内面部においては大きなＳｉのピークが現わ
れている。一方、図６は、試験片No.５の空孔部のＳＥ
Ｍ写真（倍率１０００倍）であるが、柱状物の形成は見
られず、また、図７に示すそのＥＤＳのスペクトル
（（ａ）は空孔以外の表面、（ｂ）は空孔内面部）のＳ
ｉのピークは小さい。そして、試験片No.１及び２の空
孔の内面部に見られる上記柱状物が、Ｓｉ濃度の高い層
を形成しているものと推測される。
（倍率３０倍）であり、多数の空孔が形成されているの
が観察される（写真中大きい黒の斑点）。図３は、空孔
の周辺を拡大した写真（倍率１０００倍）である。空孔
表面に、焼結体の構成粒子と共に柱状物が形成されてい
るのが観察される。一方、図４は、試験片No.２のＳＥ
Ｍ写真（倍率１０００倍）であり、空孔表面に柱状物が
多量に形成されているのが観察される。そして、図５
（ａ）、（ｂ）は、それぞれ空孔以外の表面及び空孔内
面部に対して得られたＥＤＳのスペクトルであるが、空
孔以外の部分ではＡｌのピークが主体的であるのに対
し、空孔の内面部においては大きなＳｉのピークが現わ
れている。一方、図６は、試験片No.５の空孔部のＳＥ
Ｍ写真（倍率１０００倍）であるが、柱状物の形成は見
られず、また、図７に示すそのＥＤＳのスペクトル
（（ａ）は空孔以外の表面、（ｂ）は空孔内面部）のＳ
ｉのピークは小さい。そして、試験片No.１及び２の空
孔の内面部に見られる上記柱状物が、Ｓｉ濃度の高い層
を形成しているものと推測される。
【００２８】（実施例）図８は、本発明のバルブユニッ
トの構成例を示すものである。バルブユニット１０は、
例えば温水と冷水の混合など、温度の異なる液体を混合
させる混合栓のバルブ部として使用されるものであっ
て、それぞれ円板等の板状に構成された供給側部材１１
と流量調整部材１２とを備え、それぞれ一方の板面に形
成された摺動面１３ａ及び１３ｂにおいて、互いに重ね
合わされるようになっている。これら両部材１１及び１
２は、いずれも本発明の多孔質セラミック材料により形
成され、液体の流入管及び流出管等が接続される図示し
ないケーシング内に配置される。
トの構成例を示すものである。バルブユニット１０は、
例えば温水と冷水の混合など、温度の異なる液体を混合
させる混合栓のバルブ部として使用されるものであっ
て、それぞれ円板等の板状に構成された供給側部材１１
と流量調整部材１２とを備え、それぞれ一方の板面に形
成された摺動面１３ａ及び１３ｂにおいて、互いに重ね
合わされるようになっている。これら両部材１１及び１
２は、いずれも本発明の多孔質セラミック材料により形
成され、液体の流入管及び流出管等が接続される図示し
ないケーシング内に配置される。
【００２９】供給側部材１１は、板厚方向に貫通する２
つの液供給部１４及び１５を備え、一方が高温側供給部
１４、他方が低温側供給部１５とされ、摺動面１３ｂと
は反対側の板面に開口する液流入口１４ａ及び１５ａか
らそれぞれ高温及び低温の液体（例えば温水と冷水）が
図示しない供給管路から流入し、摺動面１３ｂ側に開口
する流出口１４ｂ及び１５ｂから流量調整部材１２側へ
流出するようになっている。また、供給側部材１１に
は、同じく板厚方向に貫通する液排出部１６が形成され
ており、摺動面１３ｂ側に開口する流入口１６ｂから、
流量調整部材１２側からの液体が流入し、反対側に開口
する流出口１６ａから図示しない流出管路等へ流出する
ようになっている。
つの液供給部１４及び１５を備え、一方が高温側供給部
１４、他方が低温側供給部１５とされ、摺動面１３ｂと
は反対側の板面に開口する液流入口１４ａ及び１５ａか
らそれぞれ高温及び低温の液体（例えば温水と冷水）が
図示しない供給管路から流入し、摺動面１３ｂ側に開口
する流出口１４ｂ及び１５ｂから流量調整部材１２側へ
流出するようになっている。また、供給側部材１１に
は、同じく板厚方向に貫通する液排出部１６が形成され
ており、摺動面１３ｂ側に開口する流入口１６ｂから、
流量調整部材１２側からの液体が流入し、反対側に開口
する流出口１６ａから図示しない流出管路等へ流出する
ようになっている。
【００３０】次に、流量調整部材１２は、図９にも示す
ように、その摺動面１３ａ側に開口する混合室１７が形
成されている。混合室１７は、高温側及び低温側供給部
１４及び１５、ならびに液排出部１６と重なり部を有し
てそれらと連通しており、高温側及び低温側供給部１４
及び１５からの高温及び低温の液体を流入させて混合
し、液排出部１６へ排出するようになっている。ここ
で、図１０に示すように、流量調整部材１２はその摺動
面１３ａにおいて供給側部材１１に対して相対的に回転
可能とされており、その相対回転に応じて混合室１７と
高温側及び低温側供給部１４及び１５との重なり部の面
積比率、すなわち高温側及び低温側供給部１４及び１５
から混合室１７への液の供給比率が変化するようになっ
ている。
ように、その摺動面１３ａ側に開口する混合室１７が形
成されている。混合室１７は、高温側及び低温側供給部
１４及び１５、ならびに液排出部１６と重なり部を有し
てそれらと連通しており、高温側及び低温側供給部１４
及び１５からの高温及び低温の液体を流入させて混合
し、液排出部１６へ排出するようになっている。ここ
で、図１０に示すように、流量調整部材１２はその摺動
面１３ａにおいて供給側部材１１に対して相対的に回転
可能とされており、その相対回転に応じて混合室１７と
高温側及び低温側供給部１４及び１５との重なり部の面
積比率、すなわち高温側及び低温側供給部１４及び１５
から混合室１７への液の供給比率が変化するようになっ
ている。
【００３１】図８に示すように、例えばレバー１８等に
より流量調整部材１２を高温側供給部１４側へ回転させ
ると、その流出口１４ｂと混合室１７との重なり面積が
増加し、混合室１７に流れ込む高温の液体の比率が増加
して、液排出部１６から排出される混合液の温度が上昇
する。逆に、流量調整部材１２を低温側供給部１５側へ
回転させると、低温の液体の比率が増大するので排出さ
れる混合液の温度は低下する。このように、流量調整部
材１２の回転角を調整することにより、排出される混合
液の温度を自由に変化させることができる。なお、液排
出部１６は流量調整部材１２側に形成してもよい。
より流量調整部材１２を高温側供給部１４側へ回転させ
ると、その流出口１４ｂと混合室１７との重なり面積が
増加し、混合室１７に流れ込む高温の液体の比率が増加
して、液排出部１６から排出される混合液の温度が上昇
する。逆に、流量調整部材１２を低温側供給部１５側へ
回転させると、低温の液体の比率が増大するので排出さ
れる混合液の温度は低下する。このように、流量調整部
材１２の回転角を調整することにより、排出される混合
液の温度を自由に変化させることができる。なお、液排
出部１６は流量調整部材１２側に形成してもよい。
【００３２】上述のバルブユニット１０は、本発明の多
孔質セラミック材料により構成されているので、熱衝撃
ないし熱応力に対する耐久性が大きく、また、長期間使
用しても上記２部材１１及び１２の間の摺動性が損なわ
れにくい。
孔質セラミック材料により構成されているので、熱衝撃
ないし熱応力に対する耐久性が大きく、また、長期間使
用しても上記２部材１１及び１２の間の摺動性が損なわ
れにくい。
【００３３】なお、本発明の多孔質セラミック材料は、
例えば混合栓のバルブ部に限らず、液体の流通を単に開
閉ないし流量調整するバルブにも使用できるのはもちろ
ん、メカニカルシールや、その他潤滑剤が存在する環境
下で使用される摺動部品など、バルブ以外の摺動部材に
も適用することができる。
例えば混合栓のバルブ部に限らず、液体の流通を単に開
閉ないし流量調整するバルブにも使用できるのはもちろ
ん、メカニカルシールや、その他潤滑剤が存在する環境
下で使用される摺動部品など、バルブ以外の摺動部材に
も適用することができる。
【図１】摺動試験機の概念図。
【図２】本発明の実験例における試験片No.１（実施
例）の表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真。
例）の表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真。
【図３】その空孔周辺部を拡大した写真。
【図４】本発明の実験例における試験片No.２（実施
例）の表面のＳＥＭ写真。
例）の表面のＳＥＭ写真。
【図５】同じく、そのエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤ
Ｓ）のスペクトル。
Ｓ）のスペクトル。
【図６】本発明の実験例における試験片No.５（比較
例）の表面のＳＥＭ写真。
例）の表面のＳＥＭ写真。
【図７】同じく、そのＥＤＳのスペクトル。
【図８】本発明のバルブユニットの一例を示す分解斜視
図。
図。
【図９】その流量調整部材の裏面側を示す斜視図。
【図１０】図８のバルブユニットの組立状態を示す斜視
図。
図。
１０ バルブユニット
１１ 供給側部材
１２ 流量調整部材
１３ａ、１３ｂ 摺動面
１４ 高温側供給部
１５ 低温側供給部
１６ 液排出部
１７ 混合室
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−85861（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−240168（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−58434（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−32754（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 38/00 - 38/10
Claims (9)
- 【請求項１】 セラミック焼結体中に、空孔が分散して
存在し、かつそれらの空孔のうちの少なくとも一部のも
のの孔表面又は孔表面を含む層のＳｉ含有量が、前記空
孔の存在しない部分のＳｉ含有量より多くされており、
前記空孔は、前記焼結体を形成するためのセラミック粉
末成形体に含まれる、ＳｉＯ ２−Ａｌ ２Ｏ ３系又はＳｉ
Ｏ ２系の中空粒子体に基づき、前記中空粒子体における
ＳｉＯ ２成分とＡｌ ２Ｏ ３成分との合計に対する、Ｓｉ
Ｏ ２成分の含有率が５０〜７０％であることを特徴とす
る多孔質セラミック材料。 - 【請求項２】 前記空孔の平均径が前記焼結体の構成粒
子の平均径よりも大きい請求項１記載の多孔質セラミッ
ク材料。 - 【請求項３】 前記空孔は、その平均径が５〜３００μ
ｍの範囲で形成されている請求項１又は２に記載の多孔
質セラミック材料。 - 【請求項４】 前記焼結体の構成粒子はＡｌ ２Ｏ ３を主
体に構成される１ないし３のいずれかに記載の多孔質セ
ラミック材料。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の多
孔質セラミック材料を製造するための方法であって、 セラミック粉末と、Ｓｉを含有する中空粒子体とを混合
する混合工程と、 前記中空粒子体が混合されたセラミック粉末を所定の形
状に成形し、前記中空粒子体が分散したセラミック粉末
成形体を得る成形工程と、 得られた粉末成形体を、前記中空粒子体の溶融温度より
も高温で焼結することにより、前記空孔が形成された焼
結体を得る焼結工程と、 を含むことを特徴とする多孔質セラミック材料の製造方
法。 - 【請求項６】 前記中空粒子体は球状に形成されたもの
が使用される請求項５記載の多孔質セラミック材料の製
造方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし４のいずれかに記載の多
孔質セラミック材料により構成される摺動部材。 - 【請求項８】 請求項１ないし４のいずれかに記載の多
孔質セラミック材料により構成されるバルブユニットで
あって、 １ないしそれ以上の液供給部を備え、かつ摺動面を有す
る供給側部材と、 その供給側部材に対し、前記摺動面において互いに接触
した状態で相対的に回転可能に設けられ、その相対回転
により前記液供給部から供給される液体の流量を調整す
る流量調整部材と、 前記供給側部材又は流量調整部材のいずれかに設けられ
て、前記流量調整部材により流量調整された前記液体を
排出する液排出部と、 を含むことを特徴とするバルブユニット。 - 【請求項９】 前記供給側部材は液供給部として高温側
供給部と低温側供給部とを備え、前記流量調整部材は前
記相対回転に伴いそれら高温側供給部と低温側供給部と
の供給比率を変化させる混合室を備えたものとされる請
求項８記載のバルブユニット。
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