JPH0694141A - 水栓バルブ部材及びその製造方法 - Google Patents

水栓バルブ部材及びその製造方法

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JPH0694141A
JPH0694141A JP27343791A JP27343791A JPH0694141A JP H0694141 A JPH0694141 A JP H0694141A JP 27343791 A JP27343791 A JP 27343791A JP 27343791 A JP27343791 A JP 27343791A JP H0694141 A JPH0694141 A JP H0694141A
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JP
Japan
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nitride
valve
water
thin film
faucet
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Pending
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JP27343791A
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English (en)
Inventor
Norihito Fujiwara
原 徳 仁 藤
Sueyoshi Ookura
倉 末代史 大
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Daido Steel Co Ltd
TYK Corp
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
TYK Corp
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Abstract

(57)【要約】 [目的] 従来のシリコンを主成分としたグリースが不
要な状態で、良好な摺動性の維持を長期間にわたりなし
得る水栓バルブ部材とその製造方法を提供する。 [構成] 水栓を構成するセラミックス製あるいは金属
製のバルブ1,2の摺動面において、摺動面を構成する
2面の一方または両方の表面1a,2aに、先ず金属ま
たはその炭化物あるいは窒化物若しくはその炭窒化物か
ら選ばれる少なくとも1種類以上の薄膜3を気相蒸着な
どの手段により少なくとも一層以上形成してこれを傾斜
膜とし、その後この傾斜膜の上に周期律表の■a、■
a、■a族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物のうちか
ら選ばれる1種類または複合の薄膜4を形成することを
特徴とする。 [効果] 周期律表の■a、■a、■a族の金属炭化
物,窒化物,炭窒化物から選ばれる1種類または複合の
薄膜のセラミックスバルブ表面に対する密着力の向上を
著しく高めることができる。またこの手段により苛酷な
使用条件下に於いてもグリースが不要で長寿命の水栓バ
ルブを製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、良好な摺動性の維持
を長期間にわたりなしうる水栓バルブ部材と、その製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】水栓バルブに於いて、近年、その耐摩耗
性に優れることや熱による歪の少ないこと、化学的耐蝕
性に優れることなどから、ファインセラミックス,わけ
ても安価に製造できるアルミナを主体にしたバルブが急
速に普及してきている。このようなバルブには、湯また
は水を単独に給,止水のできるものや、1つのバルブで
湯,水を混合して使用するものなどがある。そしてこれ
らのバルブの摺動面は、水洩れを起こさぬ様に通常、鏡
面状態に仕上げられ且つ、操作性の改善のためにシリコ
ンを主成分としたグリースが塗布されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水栓のバルブ
がセラミックス化されたことにより大きな問題もまた発
生してきた。前記した如く、セラミックスバルブの摺動
面にはシリコンを主成分としたグリースが塗布されてい
る。
【0004】このグリースの役割は、そもそもセラミッ
クスのみで構成をされグリースの塗布されていないバル
ブに於いては、リンキング現象またはジャンピング現象
と呼ばれるいわゆるバルブが固着する現象がおこり、操
作時にキシミ音をたてたり又は操作トルクが著しく上昇
するなどの現象がおこり、ひどい場合には固着して摺動
不能になるといった現象を生ずるもので、これら現象の
防止のためになされている。
【0005】しかし、摺動面にグリースを塗布しても、
水又は湯の吐水時にグリースが同時に流出してしまい、
先に述べた諸問題が頻発し、水栓バルブのメーカーにと
っては、それがクレームとなり対応を迫られている。こ
うした、欠点の解決に関し、例えばグリースを長期に亘
り維持できるようにグリース溜りを設けたり、バルブの
形状を工夫するなどの改善がなされているが、通常これ
らのバルブは、水洩れ防止のために200Kg・cm以
上の締付トルクで圧着されており、グリース流出後、そ
の間隙にグリースを供給することは、むつかしく未だ、
有効な対策のないのが実情である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は優れた潤滑性,
優れた耐摩耗性を有する周期律表の■a、■a、■a族
の金属の炭化物,窒化物,炭窒化物のうちから選ばれる
1種類または複合の薄膜、例えばTiC,TiCN,C
rNなどをセラミックスバルブ表面に、より強固に密着
するようにした水栓バルブ部材の発明と製造方法の発明
に関するものである。
【0007】即ち、この発明の水栓バルブ部材は、湯ま
たは水あるいは両者の水栓を構成するセラミックス製の
バルブの摺動面に於いて、摺動面を構成する2面のうち
のいずれか一方の面または両方の面に、周期律表の■
a、■a、■a族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物
のうちから選ばれる1種類の薄膜を、該1種類の薄膜以
外の組成を有する金属の炭化物,窒化物,炭窒化物また
は金属より選ばれる1種類以上の薄膜を介在して設けて
なることを特徴とするものである。またこの発明の水栓
バルブ部材の製造方法は、水栓を構成するセラミックス
バルブ表面に、先ず金属またはその炭化物あるいはその
窒化物若しくはその炭窒化物を気相蒸着などの手段によ
り少なくとも1層以上形成してこれを傾斜膜とし、その
後、この傾斜膜の上に周期律表の■a、■a、■a族の
金属の炭化物,窒化物,炭窒化物のうちから選ばれる1
種類または複合の薄膜を形成することを特徴とするもの
である。
【0008】一般にセラミックスバルブ表面に、目印と
する薄膜を気相蒸着させるにあたり、蒸着温度が高く、
セラミックスバルブと薄膜との熱膨張差、薄膜の内部歪
が主要な原因となって密着が阻害されており、本発明
は、その間に歪の吸収材としての傾斜膜を設けること
で、上記の欠点を解決するものである。
【0009】傾斜膜を形成する方法として、気相による
蒸着法,メッキ法,メタライジング法などがあるが、好
ましくは薄い膜を形成でき、しかも低温での密着が可能
なスパッタ法が良い。また、傾斜膜として金属の薄膜を
用いる場合は、耐蝕性の大きいTiなどが好ましい。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。図1及び図2に示した水栓のセラミックバルブ1,
2をアルミナ含有量92%、残部がSiO2、MgO、
TiO2で構成をされた材料で作製した。(以後、図1
(A)の形状のセラミックバルブ1を「固定側」,図1
(B)の形状のセラミックバルブ2を「可動側」と呼
ぶ)作成後、摺動面をダイヤモンド砥粒を用いて、ラッ
プ盤にて研磨仕上げを行った。仕上がりの面粗度は表1
に示した通りである。
【0011】このアルミナ製バルブにPVD(Physical
Vapor Deposition)法の1種であるマグネトロンスパッ
タ法により、薄膜を形成した。形成法は以下の通りであ
る。
【0012】上記、処理品としてのアルミナ製バルブを
真空チャンバーにセットした後、5×10-5mbarまで真
空排気した。次にアルゴンガスを導入し、圧力を1×1
-2mbarにほぼ一定に保ち接地された真空チャンバーに
対し、処理品に13.56MHZの高周波を出力200
0Wでかけて、生成されたアルゴンプラズマ中のアルゴ
ンイオンによるボンバードを10分間実施し、クリーニ
ングを実施した。
【0013】次にマグネトロンカソードを直流電源に接
続し、直流放電をさせカソード表面に取り付けたチタン
ターゲットをスパッタさせた。放電ガスとしてはアルゴ
ンガスを5×10-3mbarの圧力になるよう導入し、反応
性ガスとして窒素とアセチレンを使用した。処理品をイ
オンでボンバードしながら、膜を堆積するために、この
間には250〜350Wの高周波を処理品にかけておい
た。反応性ガスの窒素とアセチレンは膜構成が処理品基
材側から、金属チタン〜TiN〜TiCN〜TiCのい
わゆる傾斜膜となるように流量を調整変化させた。最後
に窒素流量をゼロとし、アセチレンの流量を増大させ、
圧力6.9×10-3mbarの状態を維持することによって
処理品上に、TiC膜を堆積させた。
【0014】得られた膜は全厚み2μmであり、このう
ち傾斜膜が0.5μm,TiC膜が1.5μmであり、
このときの堆積時間は60分であった。膜硬度は、マイ
クロビッカーズ硬度で約2000Kg/mm2であり、電気
的には導電性を有し、表面性状は平滑で、光沢のある銀
色の外観を呈している。
【0015】なお、図1の(A)の固定側セラミックバ
ルブ1及び図1の(B)の可動側セラミックバルブ2に
おいて、1a,2aは表面、3は水流入口、4は湯流入
口、5は吐水口、6は湯水通路である。
【0016】上記の方法で作製したバルブの摺動面に引
っ張りせん断強度が160Kgf/cm2以上のエポキシ系接
着剤を塗布して接合し、下記、表1に示す組み合わせに
て引っ張り試験を行った。(なお、表1に於いて、Ti
Cは摺動面表面にi−C膜を設けたもの、Al23とは
TiC膜を設けなかったものを指す。)
【0017】
【表1】
【0018】比較例は、セラミックスバルブの摺動面表
面に直接TiC膜を形成したものであり、実施例1,2
は本方法によりTiC膜を形成したものである。比較例
に示すように直接TiC膜をバルブ表面に形成したもの
は45Kgf/cm2の強度しか示さず破断は、TiC膜より
起こっている。これに対し、本方法で形成したTiC膜
の場合には破断はエポキシ樹脂部より起こっており、引
っ張りせん断強度は155Kgf/cm2以上と結論づけるこ
とができる。
【0019】
【表2】
【0020】次に表2に示す如く、各種の組み合わせを
行い、市販の水栓に締めつけトルク250Kg・cmに
て装着した。この状態を図2に示す。7は、蛇口8,湯
流入用パイプ9及び水流入用パイプ10を有する下ぶ
た、11はゴムパッキン、12はプラスチックケース、
13は化粧ふた、14はレバーである。湯側には、0.
7Kgf/cm2の圧力で温度75℃の湯を通じた。水側
には、4.5Kgf/cm2の圧力で温度25℃の水を
通じた。バルブの摺動は、湯側止水→湯側吐水→水側吐
水→水側止水→湯側止水(原点)を1サイクルと規定し
てテストを行い、約30サイクル/分で動かした。摺動
トルクは、任意のサイクル数の時点で水側止水→湯側止
水にレバーを回転するトルクを測定した。
【0021】又、操作レバーを湯側として、湯のみの吐
水、止水を繰り返し、リンキング現象の発生状態を手動
でレバーを動かして確認した。任意のサイクル時点で湯
側止水→湯側吐水にレバーを動かすトルクを測定した。
1サイクルは、湯側止水→湯側吐水→湯側止水(原点)
であり、給湯は、0.7Kgf/cm2で75℃を用い
た。この結果を表3に示す。
【0022】
【表3】
【0023】表2は長時間のバルブの使用を想定して行
った試験で摺動トルクの変化を示すものである。固定
側、可動側共にアルミナの場合は、従来バルブと同様に
摺動面にグリースを塗布した。TiC又はCrNを片
側、又は両側に用いたものについては、グリースを塗布
しなかった。比較例1は従来のバルブであり、摺動回数
が約10万回程度で摺動トルクが著しく上昇している。
これは丁度、グリースが摺動面からなくなりかけた時点
と一致している。更に摺動に続けると、摺動トルクは更
に上昇し、実際の使用に於いては、非常に重く、耐え難
いものとなる。荷重が上昇しすぎたため、測定は20万
回で中断した。
【0024】これに対し、実施例1,2,3,4で示す
ように、摺動面の片側又は両側に薄膜を設けたものは長
期にわたり、極めて安定したトルクを示している。
【0025】こうした、摺動性の良さについては、Ti
C、CrNの摩擦係数がアルミナに対し極めて小さいこ
とが効いているものと思われる。
【0026】又、従来のバルブについては、今回の試験
では約10万回程度までトルクの変化は少ないが、実際
の使用に際しては、湯を多用したりする家庭等も少なく
なく、グリースが特に湯の場合には流出し易いため、わ
ずか数千回程度の水栓バルブの使用に於いてレバーが固
くなるといった現象が頻発していることを付け加えてお
きたい。
【0027】次に表3では、リンキングの発生状況を調
べた。リンキング又はジャンピングの現象とはバルブの
摺動面がグリースぎれに伴い、その面どうしが固着化す
る現象であり、この固着化したバルブを動かす場合、動
き始めるまでに大きな力を要する現象をさす。これに伴
い、きしみ音が発生する場合が多い。
【0028】今回、リンキング現象を発生し易くするた
め、レバーを湯の位置として、湯の吐水、止水を繰り返
した。グリースぎれを想定してアルミナどうしの組み合
わせに於いてもグリースを塗布しなかった。
【0029】比較例1より明らかなように、アルミナど
うしの組み合わせに於いては簡単にきしみ音が発生し、
固着化により摺動トルクも著しく上昇している。
【0030】これに対し、実施例1,2,3,4に示す
ように摺動面の片側又は両側にTiC又はCrNの薄膜
を設けたものは、きしみ音も発生せず、また摺動トルク
も上昇していない。
【0031】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によればセラミ
ックス製バルブの摺動面に金属又はその炭化物又はその
窒化物又はその炭窒化物より選ばれる少なくとも1種以
上の薄膜を傾斜膜として設け、更にその上に、周期律表
の■a、■a、■a族の金属の炭化物,窒化物,炭窒化
物より選ばれる1種類の薄膜を設けることにより、その
セラミックスバルブに対する密着力の向上を著しく高め
るものである。本方法により、苛酷な使用条件下に於い
てもグリースが不要で長寿命の水栓バルブを製作するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】の(A)固定側セラミックバルブの説明斜視図
である。
【図1】の(B)可動側セラミックバルブの説明斜視図
である。
【図2】水栓の分解説明図である。
【図3】本発明方法に係る水栓バルブ部材の拡大した一
部の縦断面図である。
【符号の説明】
1 固定側バルブ 2 可動側バルブ 1a 摺動面 2a 摺動面 3 水流入口 4 湯流入口 5 吐水口 6 湯水通路 7 下ぶた 8 蛇口 9 湯流入用パイプ 10 水流入用パイプ 11 ゴムパッキン 12 プラスチックケース 13 化粧ふた 14 レバー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 湯または水あるいは両者の水栓を構成す
    るセラミックス製あるいは金属製のバルブの摺動面に於
    いて、摺動面を構成する2面のうちのいずれか一方の面
    または両方の面に、周期律表のIVa、Va、VIa族
    の金属の炭化物,窒化物及び炭窒化物のうちから選ばれ
    る1種類または複合の薄膜を、該1種類の薄膜以外の組
    成を有する金属の炭化物,窒化物,炭窒化物または金属
    より選ばれる1種類以上の薄膜を介在して設けてなるこ
    とを特徴とする水栓バルブ部材。
  2. 【請求項2】 水栓を構成するセラミックスバルブ表面
    に、先ず金属またはその炭化物あるいはその窒化物若し
    くはその炭窒化物を気相蒸着などの手段により少なくと
    も1層以上形成してこれを傾斜膜とし、その後、この傾
    斜膜の上に周期律表のIVa、Va、VIa族の金属の
    炭化物,窒化物,炭窒化物のうちから選ばれる1種類ま
    たは複合の薄膜を形成することを特徴とする水栓バルブ
    部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 バルブの摺動面を構成する2面の面が、
    いずれも面粗度Ra1.0μ以下である請求項1の水栓
    バルブ部材。
  4. 【請求項4】 薄膜の厚みが0.1〜50μである請求
    項1の水栓バルブ部材。
JP27343791A 1991-09-24 1991-09-24 水栓バルブ部材及びその製造方法 Pending JPH0694141A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63227757A (ja) * 1987-03-17 1988-09-22 Toyota Motor Corp 耐摩耗性セラミツクスの溶射方法
JPS6351970B2 (ja) * 1985-06-12 1988-10-17 Nippon Steel Corp

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