JPH0657354A - ケイ素溶浸した炭化ケイ素の弁体 - Google Patents
ケイ素溶浸した炭化ケイ素の弁体Info
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- JPH0657354A JPH0657354A JP8844193A JP8844193A JPH0657354A JP H0657354 A JPH0657354 A JP H0657354A JP 8844193 A JP8844193 A JP 8844193A JP 8844193 A JP8844193 A JP 8844193A JP H0657354 A JPH0657354 A JP H0657354A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
- F16K25/005—Particular materials for seats or closure elements
-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 弁体の機能を決定するパラメーター全体を最
適なものにし、製造に際して１種類の材料のみを弁体に
使用する。 【構成】 液流調節用制御素子、特に水道水ミキサー弁
に用いるケイ素溶浸した炭化ケイ素材料の弁体を開示す
る。本発明の炭化ケイ素材料は、炭化ケイ素７０−９０
重量％およびケイ素８−３０重量％を含有し、遊離炭素
含量が最高で０．２重量％であり、閉鎖細孔が最高で
０．１容量％である。この弁体は、支持面の独立した島
がこれらの独立した島に対して低く位置する平面で囲ま
れた光学的外観を有する機能面を備え、該機能面がその
全領域にわたって下記のミクロ地形学的特性を有する：
Ｒa：０．０２−０．８０μｍ、好ましくは０．１５−
０．４０μｍ；Ｒt：０．５０−６．００μｍ；Ｒz：
０．２０−１．００μｍ；平面性：０．０００２−０．
０１ｍｍ；ｔpi：４０−８０％（０．３μｍのカット深
さにおいて）；ｔpa：１０−６０％（０．３μｍのカッ
ト深さにおいて）。また、本発明はこの弁体の製法に関
するものである。
適なものにし、製造に際して１種類の材料のみを弁体に
使用する。 【構成】 液流調節用制御素子、特に水道水ミキサー弁
に用いるケイ素溶浸した炭化ケイ素材料の弁体を開示す
る。本発明の炭化ケイ素材料は、炭化ケイ素７０−９０
重量％およびケイ素８−３０重量％を含有し、遊離炭素
含量が最高で０．２重量％であり、閉鎖細孔が最高で
０．１容量％である。この弁体は、支持面の独立した島
がこれらの独立した島に対して低く位置する平面で囲ま
れた光学的外観を有する機能面を備え、該機能面がその
全領域にわたって下記のミクロ地形学的特性を有する：
Ｒa：０．０２−０．８０μｍ、好ましくは０．１５−
０．４０μｍ；Ｒt：０．５０−６．００μｍ；Ｒz：
０．２０−１．００μｍ；平面性：０．０００２−０．
０１ｍｍ；ｔpi：４０−８０％（０．３μｍのカット深
さにおいて）；ｔpa：１０−６０％（０．３μｍのカッ
ト深さにおいて）。また、本発明はこの弁体の製法に関
するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はケイ素溶浸した（ｓｉｌ
ｉｃｏｎ−ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ）炭化ケイ素の弁体
に関するものである。
ｉｃｏｎ−ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ）炭化ケイ素の弁体
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】開ループおよび閉ループ制御の目的で、
特にユーティリティーセクターの水継手に用いられる弁
体は、既知の方法においては比較的長い間セラミック材
料、たとえば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムか
ら、および炭化ケイ素から製造されてきた。ドイツ特許
第３１ １６ ８０１号明細書には、最高ポア含量０．
１容量％を有し、７０−９２重量％の炭化ケイ素からな
り、８−３０重量％の金属ケイ素を含有する炭化ケイ素
から全体が構成される弁体が記載されている。この種類
の材料を調製する方法はドイツ特許第３１ １６ ７８
６号明細書に示されている。
特にユーティリティーセクターの水継手に用いられる弁
体は、既知の方法においては比較的長い間セラミック材
料、たとえば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムか
ら、および炭化ケイ素から製造されてきた。ドイツ特許
第３１ １６ ８０１号明細書には、最高ポア含量０．
１容量％を有し、７０−９２重量％の炭化ケイ素からな
り、８−３０重量％の金属ケイ素を含有する炭化ケイ素
から全体が構成される弁体が記載されている。この種類
の材料を調製する方法はドイツ特許第３１ １６ ７８
６号明細書に示されている。
【０００３】イタリア特許第６７ ７４６ Ａ／８２号
明細書には、弁体対に異なる硬度の炭化ケイ素材料を用
いることが記載され、高い方の硬度を有するディスクは
より低い表面あらさを有し、低い方の硬度を有するディ
スクはより高い表面あらさを有すべきであることが確認
されてはいるが、各種の表面プロフィルパラメーター、
たとえばＲ1、Ｒt、Ｒzに関して目標とすべき数字によ
るあらさの値が当業者にとって定量化しうる様式で詳細
に示されてはいない。米国特許第４，８５６，７５８号
明細書には、２種類の弁体の硬度の相異がより詳細に明
記され、少なくとも１０００Ｎ／ｍｍ2、最高で７００
０Ｎ／ｍｍ2とすべきであることが確認されている。
明細書には、弁体対に異なる硬度の炭化ケイ素材料を用
いることが記載され、高い方の硬度を有するディスクは
より低い表面あらさを有し、低い方の硬度を有するディ
スクはより高い表面あらさを有すべきであることが確認
されてはいるが、各種の表面プロフィルパラメーター、
たとえばＲ1、Ｒt、Ｒzに関して目標とすべき数字によ
るあらさの値が当業者にとって定量化しうる様式で詳細
に示されてはいない。米国特許第４，８５６，７５８号
明細書には、２種類の弁体の硬度の相異がより詳細に明
記され、少なくとも１０００Ｎ／ｍｍ2、最高で７００
０Ｎ／ｍｍ2とすべきであることが確認されている。
【０００４】マトリックス材料の硬度測定は極めて困難
であり、信頼性をもって再現しうる測定データはミクロ
硬度測定の確実な指令を前提とし、このためには多大な
実験室経費が常に必要であることは知られている。さら
に製法に関しては、それらの組織、すなわちそれらの硬
度が異なる２種類の材料を同時に製造することは困難か
つ煩雑である。それは特に、硬度差が１０００−７００
０Ｎ／ｍｍ2という比較的狭い範囲内に留まらなければ
ならないからである。
であり、信頼性をもって再現しうる測定データはミクロ
硬度測定の確実な指令を前提とし、このためには多大な
実験室経費が常に必要であることは知られている。さら
に製法に関しては、それらの組織、すなわちそれらの硬
度が異なる２種類の材料を同時に製造することは困難か
つ煩雑である。それは特に、硬度差が１０００−７００
０Ｎ／ｍｍ2という比較的狭い範囲内に留まらなければ
ならないからである。
【０００５】前記のイタリア特許明細書においては、弁
体の表面性は一般に０．２−０．４μｍであると示され
ているが、それがプロフィルパラメーター、Ｒa、Ｒt、
Ｒzのいずれに関するものであるかは述べられていな
い。ドイツ特許第３１ １６８０１号明細書には、０．
１−０．１５μｍのＲa値が引用されている。
体の表面性は一般に０．２−０．４μｍであると示され
ているが、それがプロフィルパラメーター、Ｒa、Ｒt、
Ｒzのいずれに関するものであるかは述べられていな
い。ドイツ特許第３１ １６８０１号明細書には、０．
１−０．１５μｍのＲa値が引用されている。
【０００６】弁体の主要な機能上の役割は、長期間の使
用に際して開ループおよび閉ループ制御弁、たとえば水
継手の気密性を維持することである。しかしそれらのシ
ール効果を維持するほか、それらはその操作のために付
与される力またはトルクを実質的に増加させてはならな
い。この危険性は、弁内を流れる媒質の腐食性作用によ
り、それから生じる沈殿により、またはそれらによって
運ばれる汚染物質（その硬度が弁体材料の硬度に一致す
る可能性がある）によりもたらされる。これらの技術的
要件を満たすために、先行技術においては特に耐食性、
耐薬品性および硬質の材料、好ましくはセラミック系硬
質材料が、同一材料と対で、または適宜な材料の組み合
わせにおいて弁体として用いられる。一定の弁体圧力に
ついては、操作に必要な力（トルク）の大きさは表面の
性質に極めて決定的に依存すること、および特に上記の
操作力の長期的定常性に関しては表面の性質が劣化して
はならないことが当業者に知られている。弁体表面の性
質は、技術的に慣用されるパラメーターである山−対−
谷の高さＲt、表面あらさ指数Ｒa、および支持面（ｂｅ
ａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）の割合ｔpiにより評価さ
れる。前記の先行技術においては、当業者はＲaに関し
て低い数値０．１−０．１５μｍないし０．２−０．４
μｍを必要とする。
用に際して開ループおよび閉ループ制御弁、たとえば水
継手の気密性を維持することである。しかしそれらのシ
ール効果を維持するほか、それらはその操作のために付
与される力またはトルクを実質的に増加させてはならな
い。この危険性は、弁内を流れる媒質の腐食性作用によ
り、それから生じる沈殿により、またはそれらによって
運ばれる汚染物質（その硬度が弁体材料の硬度に一致す
る可能性がある）によりもたらされる。これらの技術的
要件を満たすために、先行技術においては特に耐食性、
耐薬品性および硬質の材料、好ましくはセラミック系硬
質材料が、同一材料と対で、または適宜な材料の組み合
わせにおいて弁体として用いられる。一定の弁体圧力に
ついては、操作に必要な力（トルク）の大きさは表面の
性質に極めて決定的に依存すること、および特に上記の
操作力の長期的定常性に関しては表面の性質が劣化して
はならないことが当業者に知られている。弁体表面の性
質は、技術的に慣用されるパラメーターである山−対−
谷の高さＲt、表面あらさ指数Ｒa、および支持面（ｂｅ
ａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）の割合ｔpiにより評価さ
れる。前記の先行技術においては、当業者はＲaに関し
て低い数値０．１−０．１５μｍないし０．２−０．４
μｍを必要とする。
【０００７】詳細な研究により、Ｒa、Ｒtおよびｔpiに
関して量的に定められた数値が維持されたとしても、一
連のディスク対につき等しい大きさの操作力を維持する
ことは厳密には不可能であることが確認された。従って
実際には個々のディスク対の操作力には明らかな分散が
ある。
関して量的に定められた数値が維持されたとしても、一
連のディスク対につき等しい大きさの操作力を維持する
ことは厳密には不可能であることが確認された。従って
実際には個々のディスク対の操作力には明らかな分散が
ある。
【０００８】この問題の分析から、Ｒa、Ｒtおよびｔpi
に関して定められた量的数値が維持されたとしても、弁
体表面のミクロプロフィルは相互にかなり変動すること
が分かった。すなわちパラメーターＲa、Ｒtおよびｔpi
に関する数値だけでは機能上の要件を満たすことは保証
し得ない。
に関して定められた量的数値が維持されたとしても、弁
体表面のミクロプロフィルは相互にかなり変動すること
が分かった。すなわちパラメーターＲa、Ｒtおよびｔpi
に関する数値だけでは機能上の要件を満たすことは保証
し得ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、これまで当業者に用いられているプロフィルパラメ
ーターＲt、Ｒaおよびｔpiのほか、それらの機能を実際
に決定する弁体表面特性、すなわちそれらのミクロ地形
学的パラメーター全体を最適なものにすることである。
さらに経済性の理由から、製造に際して１種類の材料の
みを弁体に使用することである。
は、これまで当業者に用いられているプロフィルパラメ
ーターＲt、Ｒaおよびｔpiのほか、それらの機能を実際
に決定する弁体表面特性、すなわちそれらのミクロ地形
学的パラメーター全体を最適なものにすることである。
さらに経済性の理由から、製造に際して１種類の材料の
みを弁体に使用することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、液流調節
用の開ループ制御素子、特に水道水ミキサー弁に用いる
ケイ素溶浸した炭化ケイ素の弁体において、炭化水素材
料が炭化ケイ素７０−９０重量％およびケイ素８−３０
重量％を含有し、遊離炭素含量が最高で０．２重量％で
あり、閉鎖細孔が最高で０．１容量％であり、支持面の
独立した島（ｉｓｌａｎｄ）がこれらの独立した島に対
して低く位置する平面（ｌｅｖｅｌ）で囲まれた機能面
を弁体が備え、該機能面がその全領域にわたって下記の
ミクロ地形学的特性を有する弁体： Ｒa ０．０２−０．８０μｍ、好ましくは
０．１５−０．４０μｍ Ｒt ０．５０−６．００μｍ Ｒz ０．２０−１．００μｍ 平面性 ０．０００２−０．０１ｍｍ ｔpi ４０−８０％（０．３μｍのカット深さに
おいて） ｔpa １０−６０％（０．３μｍのカット深さに
おいて）。
用の開ループ制御素子、特に水道水ミキサー弁に用いる
ケイ素溶浸した炭化ケイ素の弁体において、炭化水素材
料が炭化ケイ素７０−９０重量％およびケイ素８−３０
重量％を含有し、遊離炭素含量が最高で０．２重量％で
あり、閉鎖細孔が最高で０．１容量％であり、支持面の
独立した島（ｉｓｌａｎｄ）がこれらの独立した島に対
して低く位置する平面（ｌｅｖｅｌ）で囲まれた機能面
を弁体が備え、該機能面がその全領域にわたって下記の
ミクロ地形学的特性を有する弁体： Ｒa ０．０２−０．８０μｍ、好ましくは
０．１５−０．４０μｍ Ｒt ０．５０−６．００μｍ Ｒz ０．２０−１．００μｍ 平面性 ０．０００２−０．０１ｍｍ ｔpi ４０−８０％（０．３μｍのカット深さに
おいて） ｔpa １０−６０％（０．３μｍのカット深さに
おいて）。
【００１１】従来慣用されていた弁体の場合、機能面は
独立したくぼみにより支持面がしばしば中断された外観
を有する。これに対し本発明による弁体の場合、これと
全く逆の様式を示す。すなわち走査型電子顕微鏡によれ
ば、この場合支持面は独立した島の形であり、一方では
はるかに大きな割合の表面がくぼみとして存在すること
が分かる。表面のこれらの特殊な構造にもかかわらず、
本発明による弁体を備えた弁継手の気密性は確保され
る。
独立したくぼみにより支持面がしばしば中断された外観
を有する。これに対し本発明による弁体の場合、これと
全く逆の様式を示す。すなわち走査型電子顕微鏡によれ
ば、この場合支持面は独立した島の形であり、一方では
はるかに大きな割合の表面がくぼみとして存在すること
が分かる。表面のこれらの特殊な構造にもかかわらず、
本発明による弁体を備えた弁継手の気密性は確保され
る。
【００１２】本発明による弁板の製造に用いられるケイ
素溶浸した炭化ケイ素はドイツ特許第３１ １６ ７８
６号明細書の記載に従って調製することができる。用い
られる材料は、好ましくはその組織が結晶サイズ１−３
０μｍのＳｉＣ結晶構造であり、少なくとも８重量％の
遊離金属ケイ素を含有し、弾性率３００，０００−４０
０，０００Ｎ／ｍｍ2を有し、ＳｉＣマトリックスにお
ける硬度が２０，０００−３０，０００Ｎ／ｍｍ2であ
り、金属ケイ素が１０，０００−１５，０００Ｎ／ｍｍ
2の硬度を有する。この種類の材料はドイツ特許第３２
１６ ７８６号明細書の詳述と同様にして得られ、そ
こに述べられた初期粉末と比較して、ここではより微細
な結晶粒である、より高い弾性率を有する初期粉末を用
いる。
素溶浸した炭化ケイ素はドイツ特許第３１ １６ ７８
６号明細書の記載に従って調製することができる。用い
られる材料は、好ましくはその組織が結晶サイズ１−３
０μｍのＳｉＣ結晶構造であり、少なくとも８重量％の
遊離金属ケイ素を含有し、弾性率３００，０００−４０
０，０００Ｎ／ｍｍ2を有し、ＳｉＣマトリックスにお
ける硬度が２０，０００−３０，０００Ｎ／ｍｍ2であ
り、金属ケイ素が１０，０００−１５，０００Ｎ／ｍｍ
2の硬度を有する。この種類の材料はドイツ特許第３２
１６ ７８６号明細書の詳述と同様にして得られ、そ
こに述べられた初期粉末と比較して、ここではより微細
な結晶粒である、より高い弾性率を有する初期粉末を用
いる。
【００１３】さらに本発明による弁体の製造には、上記
ＳｉＳｉＣと比較してさらに遊離炭素を含有するＣＳｉ
ＳｉＣ材料を用いることができる。
ＳｉＳｉＣと比較してさらに遊離炭素を含有するＣＳｉ
ＳｉＣ材料を用いることができる。
【００１４】本発明による弁体は、ドイツ特許第３１
１６ ７８６号明細書に記載された常法により製造され
る。シリコナイジングしたのち、粗面の弁体を常法によ
り研削し、次いでダイヤモンド粒子の水性懸濁液を用い
て２段階で研摩する。第１段階では、研摩は平均粒径約
３−６μｍのダイヤモンド粒子懸濁液を用いて実施され
る。第２段階では、研摩は平均粒径約１０−２０μｍの
ダイヤモンド粒子懸濁液を用いて実施される。最初に微
細な方の粒子を用い、次いで粗大な方の粒子を用いるこ
の型の研摩によって、上記のミクロ地形学的特性を備え
た弁体が得られることは、予想外である。これらの弁体
はこの様式で研摩されないドイツ特許第３１ １６ ８
０１号明細書による弁体より低い操作トルクを示す。
１６ ７８６号明細書に記載された常法により製造され
る。シリコナイジングしたのち、粗面の弁体を常法によ
り研削し、次いでダイヤモンド粒子の水性懸濁液を用い
て２段階で研摩する。第１段階では、研摩は平均粒径約
３−６μｍのダイヤモンド粒子懸濁液を用いて実施され
る。第２段階では、研摩は平均粒径約１０−２０μｍの
ダイヤモンド粒子懸濁液を用いて実施される。最初に微
細な方の粒子を用い、次いで粗大な方の粒子を用いるこ
の型の研摩によって、上記のミクロ地形学的特性を備え
た弁体が得られることは、予想外である。これらの弁体
はこの様式で研摩されないドイツ特許第３１ １６ ８
０１号明細書による弁体より低い操作トルクを示す。
Claims (7)
- 【請求項１】 液流調節用制御素子、特に水道水ミキサ
ー弁に用いるケイ素溶浸した炭化ケイ素材料の弁体にお
いて、炭化ケイ素材料が炭化ケイ素７０−９０重量％お
よびケイ素８−３０重量％を含有し、遊離炭素含量が最
高で０．２重量％であり、閉鎖細孔が最高で０．１容量
％であり、支持面の独立した島がこれらの独立した島に
対して低く位置する平面で囲まれた機能面を弁体が備
え、該機能面がその全領域にわたって下記のミクロ地形
学的特性を有する弁体： Ｒa ０．０２−０．８０μｍ、好ましくは
０．１５−０．４０μｍ Ｒt ０．５０−６．００μｍ Ｒz ０．２０−１．００μｍ 平面性 ０．０００２−０．０１ｍｍ ｔpi ４０−８０％（０．３μｍのカット深さに
おいて） ｔpa １０−６０％（０．３μｍのカット深さに
おいて）。 - 【請求項２】 その組織が結晶サイズ１−３０μｍのＳ
ｉＣ結晶構造を有するケイ素溶浸した炭化ケイ素からな
る、請求項１に記載の弁体。 - 【請求項３】 少なくとも８重量％の遊離金属ケイ素を
含有するケイ素溶浸した炭化ケイ素からなる、請求項１
または２に記載の弁体。 - 【請求項４】 弾性率３００，０００−４００，０００
Ｎ／ｍｍ2を有するケイ素溶浸した炭化ケイ素からな
る、請求項１−３のいずれかに記載の弁体。 - 【請求項５】 ＳｉＣマトリックスにおける硬度が２
０，０００−３０，０００Ｎ／ｍｍ2であり、金属ケイ
素の硬度が１０，０００−１５，０００Ｎ／ｍｍ2であ
るケイ素溶浸した炭化ケイ素からなる、請求項１−４の
いずれかに記載の弁体。 - 【請求項６】 ＣＳｉＳｉＣからなる、請求項１に記載
の弁体。 - 【請求項７】 請求項１−６のいずれかに記載の弁体の
製法において、炭化ケイ素を粉砕し、乾燥させ、炭素お
よび成形助剤と混合し、造形して弁体を形成し、次いで
１１００−１３００℃の温度で不活性ガス雰囲気中にお
いて炭化およびシリコナイジングし、その際シリコナイ
ジングされた弁体をダイヤモンド粒子の水性懸濁液を用
いて２段階で研摩し、第１段階では研摩が平均粒径約３
−６μｍのダイヤモンド粒子懸濁液を用いて実施され、
第２段階では研摩が平均粒径約１０−２０μｍのダイヤ
モンド粒子懸濁液を用いて実施される方法。
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