JPH07260014A - Disc valve - Google Patents
Disc valveInfo
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- JPH07260014A JPH07260014A JP4674094A JP4674094A JPH07260014A JP H07260014 A JPH07260014 A JP H07260014A JP 4674094 A JP4674094 A JP 4674094A JP 4674094 A JP4674094 A JP 4674094A JP H07260014 A JPH07260014 A JP H07260014A
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- valve body
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、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ディスクバルブに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a disk valve composed of a movable valve body and a fixed valve body used in the construction of a water faucet, a hot and cold water mixing faucet, a medical sampling valve, a chemical liquid valve and 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ディスクバル
ブは、2枚の円盤状弁体を互いに摺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6
(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6(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た。2. Description of the Related Art A disk 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 slidably contacting each other to be slid relative to each other. The fluid passage formed in the body is opened and closed. For example, the 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. 6B, the movable valve body 2 is operated by operating the lever 40.
By moving 0, the fluid passages 22 and 32 formed in the valve bodies 20 and 30 are opened and closed, and the flow rate of the supply fluid is adjusted.
【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、耐摩耗性や耐腐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.
In the case of 0, high dimensional accuracy is required to maintain slidability and sealability, wear is severe due to continuous sliding, and corrosion is severe due to constant exposure to fluid. It can be processed with high precision and is made of ceramics with excellent wear resistance and corrosion resistance.
【0004】ところで、摺動性とシール性は相反するも
のであり、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, the slidability and the sealability are contradictory. In order to improve 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、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剤として樹脂やオ
イルなどを含浸させたものがある(特開昭61−206
875号、61−244980号、62−4949号、
62−37517号、特公平5−50475号公報参
照)。For example, there is one 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. 61-206).
875, 61-244980, 62-4949,
62-37517, Japanese Patent Publication No. 5-50475).
【0007】また、セラミック製弁体の摺接面に潤滑作
用を有するカーボンを蒸着したり、炭化珪素をコーティ
ングしたものがある。Further, there is one in which carbon having a lubricating action is vapor-deposited or silicon carbide is coated on the sliding contact surface of the ceramic valve body.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところが、三次元網目
構造を持った多孔質セラミックスの開気孔中に樹脂など
を含浸させたものでは樹脂部分とセラミック部分の結合
力が弱く、摺動に伴い樹脂部分の脱落があった。その
為、樹脂部分による潤滑作用が得られず、摩擦係数が増
大するとともに、摺接面が凹凸面となるために異常摩耗
が発生してセラミック部分の脱落を生じ、摩耗する場合
においても摺接面を均一に摩耗させることができないと
いうように、摺動性及びシール性が大幅に低下するとい
う問題があった。しかも、このような弁体の製造は容易
でなく、高価なものであった。However, in the porous ceramics having a three-dimensional network structure in which the open pores are impregnated with resin or the like, the bonding force between the resin portion and the ceramic portion is weak, and the resin is accompanied by sliding. There was part missing. Therefore, the lubrication effect cannot be obtained by the resin part, the friction coefficient increases, and the sliding contact surface becomes uneven so that abnormal wear occurs and the ceramic part comes off. There is a problem in that the slidability and the sealability are significantly reduced such that the surface cannot be evenly worn. Moreover, the manufacture of such a valve body is not easy and expensive.
【0009】一方、摺接面にカーボンを蒸着したものや
炭化珪素をコーティングしたものでは、一時的には滑ら
かな摺動特性が得られるものの、長期的に使用するとカ
ーボンや炭化珪素の膜が摩耗してしまい、リンキングの
発生は避けられないという欠点があった。しかも、カー
ボン膜や炭化珪素膜を形成する基体によっては、熱膨張
係数が合わず、湯水が流れると上記膜が剥がれてしまう
恐れがあった。On the other hand, when the sliding contact surface is vapor-deposited with carbon or coated with silicon carbide, smooth sliding characteristics can be obtained temporarily, but the carbon or silicon carbide film wears out after long-term use. However, there is a drawback that the occurrence of linking is unavoidable. Moreover, the coefficient of thermal expansion does not match depending on the substrate on which the carbon film or the silicon carbide film is formed, and the film may peel off when hot water flows.
【0010】本発明の目的は、両弁体が摩耗し難く、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
摺動性を備えるディスクバルブを提供することにある。It is an object of the present invention to provide a disc valve in which both valve bodies are less likely to wear and have smooth slidability without causing linking for a long period of time.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では上記
課題に鑑み、ディスクバルブを構成する一方の弁体を金
属またはセラミックスにより形成するとともに、他方の
弁体を炭化珪素及び窒化珪素からなる骨材に自己潤滑性
物質である炭素を2〜30重量%の範囲で均一に分散含
有してなる複合セラミックスにより形成して構成したも
のである。In view of the above-mentioned problems, one of the valve bodies constituting the disk valve is made of metal or ceramics, and the other valve body is made of silicon carbide and silicon nitride. The material is composed of a composite ceramic in which carbon, which is a self-lubricating substance, is uniformly dispersed and contained in the range of 2 to 30% by weight.
【0012】[0012]
【作用】本発明に係るディスクバルブは、一方の摺接面
に所定の範囲で自己潤滑性物質である炭素が存在するた
め、弁体間の摩擦係数を非常に小さくすることができ、
リンキングを生じることなく滑らかな摺動特性が得られ
る。In the disk valve according to the present invention, carbon, which is a self-lubricating substance, exists in one sliding contact surface within a predetermined range, so that the friction coefficient between the valve bodies can be made extremely small.
Smooth sliding characteristics can be obtained without causing linking.
【0013】また、炭素は炭化珪素及び窒化珪素からな
る骨材と連続相を形成するように均一に分散してあり、
また、複合セラミックスを構成する各成分の粒子径が非
常に小さいため、多孔質セラミックスの開気孔中に炭素
を含浸させたものに比べ硬度及び強度が高く摩耗し難
い。また、摩耗したとしても摺接面を均一に摩耗させる
ことができる。さらに、炭素は内部まで均一に分散含有
しているため、摩耗を生じたとしても摺接面には常に炭
素が存在するため、摺動性を長期間にわたり維持するこ
とができる。しかも、他方の金属またはセラミックスか
らなる弁体も摩耗させ難い。Further, carbon is uniformly dispersed so as to form a continuous phase with an aggregate composed of silicon carbide and silicon nitride,
Further, since the particle diameter of each component constituting the composite ceramic is very small, the hardness and strength are higher and the abrasion is less likely to occur as compared with the porous ceramic in which the open pores are impregnated with carbon. Further, even if it is worn, the sliding contact surface can be worn evenly. Furthermore, since the carbon is evenly dispersed and contained in the interior, the slidability can be maintained for a long period of time because carbon is always present on the sliding contact surface even if abrasion occurs. Moreover, the other valve body made of metal or ceramics is not easily worn.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明実施例を説明する。なお、従来
例と同一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.
【0015】図1は、本発明に係るディスクバルブの一
例であるフォーセットバルブ10を構成する弁体のみを
示す図であり、これら固定弁体30と可動弁体20が互
いの摺接面21,31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、供給流体の
流量調整をするようになっている。FIG. 1 is a view showing only a valve body which constitutes a facet valve 10 which is an example of a disc valve according to the present invention. These fixed valve body 30 and movable valve body 20 are in sliding contact surface 21 with each other. , 31 to be in contact with each other, and by moving the movable valve body 20, the mutual valve bodies 20, 30
The fluid passages 22 and 32 provided in the above are opened and closed to adjust the flow rate of the supply fluid.
【0016】図2に示すように、上記可動弁体20は金
属またはセラミックスにより形成する。可動弁体20を
構成することができる金属としては、耐腐食性等を考慮
して真鍮やステンレス、あるいは超硬合金などの硬質金
属が良く、また、セラミックスとしては、アルミナ、ジ
ルコニア、炭化珪素、窒化珪素等を主体とする焼結体で
あって、添加剤を所定量配合したものを使用する。例え
ば、アルミナに対してはCaO、SiO2 、MgO、T
iO2 のうち少なくとも一種を、炭化珪素に対しては
C、B、B4 C、Al2 O3 、Y2 O3 等を、さらに窒
化珪素に対しては周期律表2a、及び3a族元素の酸化
物や窒化物をそれぞれ焼結助剤として添加し、ジルコニ
アに対してはY2 O3 、CaO、MgO、CeO2 など
の安定化剤を添加する。As shown in FIG. 2, the movable valve body 20 is made of metal or ceramics. The metal that can form the movable valve body 20 is preferably hard metal such as brass, stainless steel, or cemented carbide in consideration of corrosion resistance and the like, and the ceramics include alumina, zirconia, silicon carbide, A sintered body containing silicon nitride as a main component and containing a predetermined amount of additives is used. For example, for alumina, CaO, SiO 2 , MgO, T
At least one of iO 2 , C, B, B 4 C, Al 2 O 3 , Y 2 O 3, etc. for silicon carbide, and periodic table 2a and 3a elements for silicon nitride. The above oxides and nitrides are added as sintering aids, and stabilizers such as Y 2 O 3 , CaO, MgO, and CeO 2 are added to zirconia.
【0017】なお、短期間に摩耗や変形を生じることを
防止するために好ましくはビッカース硬度1000kg
/mm2 以上の金属やセラミックスで形成する方がよ
い。In order to prevent abrasion and deformation in a short period of time, Vickers hardness of 1000 kg is preferable.
It is better to use a metal or ceramics having a thickness of / mm 2 or more.
【0018】ただし、上記硬度は必ず満足する必要はな
く、使用目的や使用環境によってはビッカース硬度10
00kg/mm2 未満であっても耐腐食性に優れた金属
やセラミックスであればよい。However, the above-mentioned hardness does not necessarily have to be satisfied, and depending on the purpose of use and environment of use, Vickers hardness of 10
Even if it is less than 00 kg / mm 2 , any metal or ceramic having excellent corrosion resistance may be used.
【0019】また、摺接面21は、中心線平均粗さ(R
a)0.5μm以下の滑らかな面に形成する。これは、
摺動時に固定弁体30の摺接面31を摩耗させないよう
にするためであり、好ましくは表面粗さ(Ra)0.1
μm以下、さらには表面粗さ(Ra)0.02μm以下
の極めて滑らかな鏡面とすることが好ましい。The sliding contact surface 21 has a center line average roughness (R
a) Form a smooth surface of 0.5 μm or less. this is,
This is to prevent the sliding contact surface 31 of the fixed valve body 30 from being worn during sliding, and preferably has a surface roughness (Ra) of 0.1.
An extremely smooth mirror surface having a surface roughness (Ra) of 0.02 μm or less is preferable.
【0020】さらに、シール性を高めるために、上記摺
接面21は平坦度1μm以下の平坦性に優れた面とし、
摺接面21に存在するボイドはできるだけ少なくする。
好ましくはボイド占有率10%以下とする。Further, in order to improve the sealing property, the sliding contact surface 21 is a surface having a flatness of 1 μm or less and excellent in flatness,
The number of voids existing on the sliding contact surface 21 is minimized.
The void occupancy rate is preferably 10% or less.
【0021】一方、固定弁体30は図3に示すように、
炭素と炭化珪素及び窒化珪素からなる複合セラミックス
により形成するとともに、相手部材である可動弁体20
を摩耗させないようにするため、その摺接面31を中心
線平均粗さ(Ra)1.0μm以下の面に仕上げる。ま
た、シール性等も考慮して平坦度は1μm以下とするこ
とが好ましい。On the other hand, the fixed valve body 30 is, as shown in FIG.
The movable valve body 20 is formed of a composite ceramic material of carbon, silicon carbide, and silicon nitride, and is a counterpart member.
In order to prevent abrasion, the sliding contact surface 31 is finished to have a center line average roughness (Ra) of 1.0 μm or less. Further, it is preferable that the flatness is 1 μm or less in consideration of sealing property and the like.
【0022】上記複合セラミックスは、炭化珪素及び窒
化珪素からなる骨材の結晶粒子間に自己潤滑性物質であ
る炭素が均一に分散したものであり、各成分が互いに連
続相を形成した組織構造を有している。その為、摺接面
31に存在する炭素により弁体20,30間の摩擦係数
を小さくすることができる。しかも、炭素は周囲の炭化
珪素及び窒化珪素と強固に結合し、且つ均一に存在する
ため、摺動時に炭素が脱落するようなことはなく、ま
た、炭素だけが先に摩耗することもないため、摺動性及
びシール性を長期間にわたり維持することができる。な
お、ここで言う自己潤滑性物質とは、無給油で滑らかな
摺動が行えるような物質のことである。The above composite ceramic is one in which carbon, which is a self-lubricating substance, is uniformly dispersed between crystal grains of an aggregate composed of silicon carbide and silicon nitride, and each component has a microstructure in which a continuous phase is formed with each other. Have Therefore, the carbon present on the sliding contact surface 31 can reduce the friction coefficient between the valve bodies 20 and 30. Moreover, since the carbon is strongly bonded to the surrounding silicon carbide and silicon nitride and is uniformly present, the carbon does not fall off during sliding, and the carbon alone does not wear first. The slidability and sealability can be maintained for a long period of time. The self-lubricating substance mentioned here is a substance that can be smoothly slid without oil supply.
【0023】ところで、上記複合セラミックスに分散さ
せる炭素含有率は2〜30重量%の範囲とすることが重
要である。ここで、炭素含有率を2〜30重量%とする
のは、含有率が2重量%より少ないと、摺接面31に存
在する炭素の量が少な過ぎるため、炭素の持つ潤滑作用
が充分に得られず、その結果、弁体20,30間の摩擦
係数を小さくすることができず、リンキングを生じてし
まうからであり、逆に含有率が30重量%より多くなる
と、他の成分である炭化珪素及び窒化珪素の含有量が少
なくなり過ぎるために複合セラミックス全体の強度及び
硬度が低下し、摺接面31の摩耗を促進してしまうから
である。By the way, it is important that the content of carbon dispersed in the above composite ceramic is in the range of 2 to 30% by weight. Here, the carbon content is set to 2 to 30% by weight because if the content is less than 2% by weight, the amount of carbon present in the sliding contact surface 31 is too small, so that the lubricating effect of carbon is sufficient. This is because the friction coefficient between the valve bodies 20 and 30 cannot be reduced and linking occurs as a result, and conversely, if the content exceeds 30% by weight, it is another component. This is because the content and the content of silicon carbide and silicon nitride are too small, so that the strength and hardness of the entire composite ceramic are lowered, and the abrasion of the sliding contact surface 31 is promoted.
【0024】また、低摩擦係数を維持したまま、相手部
材である可動弁体20の摩耗も極力低減するために、炭
素、炭化珪素、及び窒化珪素の各成分の平均結晶粒子径
は30μm以下とする。Further, in order to reduce the wear of the movable valve body 20 which is the other member as much as possible while maintaining the low friction coefficient, the average crystal grain diameter of each component of carbon, silicon carbide and silicon nitride is 30 μm or less. To do.
【0025】即ち、複合セラミックスを構成する各成分
のうち、いずれか一つの成分でも平均結晶粒子径が30
μmより大きくなると、摺接面31の面粗さが大きくな
り、相手材である可動弁体20を短期間で摩耗させてし
まうとともに、可動弁体20との摺動に伴い摺接面31
に脱粒を生じ、固定弁体30自体も摩耗してしまうから
である。That is, among the components constituting the composite ceramics, any one component has an average crystal grain size of 30.
When it is larger than μm, the surface roughness of the sliding contact surface 31 becomes large, and the movable valve body 20 as the mating material is worn in a short period of time, and the sliding contact surface 31 is slid along with the sliding movement of the movable valve body 20.
This is because the fixed valve body 30 itself is worn out.
【0026】さらに、複合セラミックスの気孔率は15
%以下、好ましくは0.5%以下とすることが望まし
い。つまり、気孔率が15%より大きいと、複合セラミ
ックスの機械的強度ならびに硬度が低下するため、可動
弁体20を押し付けた時に破損したり、あるいは可動弁
体20との摺動に伴い短期間で摩耗してしまうからであ
る。Further, the porosity of the composite ceramics is 15
% Or less, preferably 0.5% or less. That is, if the porosity is larger than 15%, the mechanical strength and hardness of the composite ceramics are reduced, so that the movable valve body 20 is damaged when it is pressed, or the movable ceramic body 20 slides with the movable valve body 20 in a short period of time. Because it will be worn.
【0027】また、複合セラミックスを構成する窒化珪
素及び炭化珪素の含有率は、窒化珪素が7〜66重量%
で、且つ炭化珪素が4〜91重量%の範囲でそれぞれ含
有する。ただし、炭素含有率が高くなると複合セラミッ
クス自体の強度が大幅に低下するため、炭素含有率が高
い時には複合セラミックスの強度低下を抑えるため、窒
化珪素の含有率を高くする方が好ましい。The content of silicon nitride and silicon carbide forming the composite ceramic is such that silicon nitride is 7 to 66% by weight.
And silicon carbide is contained in the range of 4 to 91% by weight, respectively. However, as the carbon content increases, the strength of the composite ceramic itself decreases significantly. Therefore, when the carbon content is high, it is preferable to increase the silicon nitride content in order to suppress the strength decrease of the composite ceramic.
【0028】一方、上記複合セラミックスからなる固定
弁体30を製造するには、α−SiC粉末又はβ−Si
C粉末のいずれか、またはこれらを混合したSiC粉末
を主原料とし、このSiC粉末に添加物としてカーボン
ブラックやグラファイト等の炭素粉末、あるいは熱分解
時に炭素を生成しうるレゾール型フェノール樹脂、コー
ルタールピッチ、ショ糖などの粉末やB4 C糖の硼素含
有化合物を10重量%以下の割合で添加して混練乾燥す
ることにより顆粒を製作する。そして、得られた顆粒を
金型成形、ラバープレス成形、鋳込成形、押出成形、ホ
ット・アイソスタチックプレス成形(HIP)、ホット
プレス成形などの常法の成形方法により成形したあと、
必要に応じて切削加工を施して円盤状体を形成する。次
に、N2雰囲気中で仮焼してレゾール型フェノール樹脂
などの炭素生成化合物から炭素を生成させ、さらに仮焼
を終えた円盤状体を下記反応式 〔反応式〕 3SiC+2N2 → Si3 N4 +3C で示されるように炭化珪素と窒素の反応により窒化珪素
と炭素が生成可能な雰囲気中で焼成する。具体的には、
真空のN2 雰囲気中で焼成温度1000℃、特に150
0℃以上の温度で、且つガス圧が50気圧以上、特に1
000気圧以上の高温高圧下で焼成することにより炭
素、炭化珪素、及び窒化珪素の3相がそれぞれ互いに連
続相を形成した複合セラミックスからなる弁体を得るこ
とができる。また、炭素の含有率及び複合セラミックス
を構成する各成分の平均結晶粒子径は、焼成温度ならび
に焼成時間に左右されるため、炭素含有率については2
〜30重量%の範囲に、また、各成分の平均結晶粒子径
については30μmを越えないようにそれぞれ適宜調整
すればよい。On the other hand, in order to manufacture the fixed valve body 30 made of the above composite ceramics, α-SiC powder or β-Si is used.
One of C powders or a SiC powder obtained by mixing these is used as a main raw material, and carbon powder such as carbon black or graphite is added as an additive to this SiC powder, or a resole-type phenol resin or coal tar capable of generating carbon during thermal decomposition. Granules are produced by adding powders such as pitch and sucrose or a boron-containing compound of B 4 C sugar in an amount of 10% by weight or less, kneading and drying. Then, the obtained granules are molded by a conventional molding method such as mold molding, rubber press molding, cast molding, extrusion molding, hot isostatic press molding (HIP), hot press molding,
If necessary, cutting is performed to form a disc-shaped body. Next, the disc-shaped body, which has been calcined in an N 2 atmosphere to generate carbon from a carbon-forming compound such as a resol-type phenol resin, and further calcined, has the following reaction formula [reaction formula] 3SiC + 2N 2 → Si 3 N As shown by 4 + 3C, firing is performed in an atmosphere in which silicon nitride and carbon can be generated by the reaction between silicon carbide and nitrogen. In particular,
Firing temperature 1000 ° C., especially 150 in vacuum N 2 atmosphere
At a temperature of 0 ° C or higher and a gas pressure of 50 atm or higher, especially 1
By firing under high temperature and high pressure of 000 atm or more, a valve body made of a composite ceramic in which three phases of carbon, silicon carbide, and silicon nitride form continuous phases with each other can be obtained. Further, the carbon content rate and the average crystal grain size of each component constituting the composite ceramics depend on the firing temperature and the firing time.
To 30% by weight, and the average crystal grain size of each component may be appropriately adjusted so as not to exceed 30 μm.
【0029】以上、上記実施例では可動弁体20を金属
またはセラミックスで形成し、固定弁体30を複合セラ
ミックスにより形成したものを示したが、逆に可動弁体
20を複合セラミックスで形成し、固定弁体30を金属
またはセラミックスで形成したものでもよく、また、弁
体20,30のいずれか一方の摺接面21,31のみを
複合セラミックスで形成してあってもよい。Although the movable valve body 20 is made of metal or ceramics and the fixed valve body 30 is made of composite ceramics in the above embodiment, conversely, the movable valve body 20 is made of composite ceramics. The fixed valve body 30 may be made of metal or ceramics, or only the sliding contact surfaces 21, 31 of either one of the valve bodies 20, 30 may be made of composite ceramics.
【0030】なお、本発明実施例ではフォーセットバル
ブの例についてのみ示したが、これ以外に医療用サンプ
リングバルブや薬液用バルブなどの各種ディスクバルブ
にも用いることができるとは言うまでもない。In the embodiment of the present invention, only the example of the faucet valve is shown, but it goes without saying that it can be used for various disc valves such as a medical sampling valve and a chemical liquid valve.
【0031】〔実施例1〕以下に、本発明に係る複合セ
ラミックスからなる弁体の具体例を示す。Example 1 A specific example of a valve body made of the composite ceramics according to the present invention will be shown below.
【0032】純度99.7%、平均結晶粒子径0.1〜
0.4μm程度のβ−SiC粉末に対し、成形用バイン
ダーとしてレゾール型フェノール樹脂20%溶液と、溶
媒としてアセトンをそれぞれ適量添加して混練乾燥する
ことにより顆粒を製作し、この顆粒を金型プレスを用い
て成形圧2000kg/cm2 で円盤状体を成形した。
そして、N2 雰囲気中で仮焼したあと、さらに真空のN
2 雰囲気中で焼成温度1800〜2000℃、気体圧2
000気圧にて焼成し、研削および摺接面の研摩を施し
て弁体を製作した。Purity 99.7%, average crystal particle size 0.1
To β-SiC powder of about 0.4 μm, 20% solution of resol-type phenol resin as a binder for molding and acetone as a solvent were added in appropriate amounts, and kneaded and dried to produce granules. Was used to mold a disc-shaped body at a molding pressure of 2000 kg / cm 2 .
After calcination in N 2 atmosphere, vacuum N
Firing temperature 1800-2000 ° C, gas pressure 2 in 2 atmospheres
The valve body was manufactured by firing at 000 atm, grinding and polishing the sliding contact surface.
【0033】ここで、得られた弁体に対し、炭化珪素質
研削材の化学分析方法(JIS R6124)に基づ
き、全珪素量と炭素量を測定したあと、LECO法によ
り全窒素量を測定し、以下に示す反応式、 〔反応式〕 3SiC+2N2 →Si3 N4 +3C を基に炭素、窒化珪素、及び炭化珪素の含有率を測定し
た。また、この複合セラミックスを構成する各成分の平
均結晶粒子径と気孔率、及びその物性値である硬度(ビ
ッカース硬度)と曲げ強度(4点曲げ)についてもそれ
ぞれ測定を行った。Here, the total amount of silicon and the amount of carbon of the obtained valve body were measured based on the chemical analysis method of a silicon carbide abrasive (JIS R6124), and then the total amount of nitrogen was measured by the LECO method. The following reaction formulas, [reaction formula] The contents of carbon, silicon nitride, and silicon carbide were measured based on 3SiC + 2N 2 → Si 3 N 4 + 3C. Further, the average crystal grain size and porosity of each component constituting this composite ceramic, and the physical properties such as hardness (Vickers hardness) and bending strength (four-point bending) were also measured.
【0034】それぞれの測定結果は、表1に示す通りで
ある。なお、表1には炭素含有率及び複合セラミックス
を構成する各成分の平均結晶粒子径を変化させた他の本
発明実施例と、比較例として本発明範囲外のものについ
ても同様の測定を行い、その結果をそれぞれ示した。The respective measurement results are as shown in Table 1. In addition, in Table 1, the same measurement was performed for other examples of the present invention in which the carbon content and the average crystal grain size of each component constituting the composite ceramic were changed, and for comparative examples outside the range of the present invention. , And the results are shown respectively.
【0035】[0035]
【表1】 [Table 1]
【0036】〔実験例1〕ここで、表1にある試料N
o.1〜5の本発明に係る複合セラミックス及び試料N
o.6,7の比較例である複合セラミックスを用いてボ
ール・オン・ディスクによりその摺動特性について測定
を行った。[Experimental Example 1] Here, the sample N shown in Table 1 was used.
o. 1-5 composite ceramics according to the present invention and sample N
o. Using the composite ceramics of Comparative Examples 6 and 7, the sliding characteristics were measured with a ball-on-disk.
【0037】各試料の複合セラミックスは、外径40m
m、厚さ10mmの円盤状体にそれぞれ形成し、この円
盤状体にアルミニウム製の固定ピンを30kg/cm2
の力で押し付け、試料である円盤状体を一定時間回転さ
せた時の接触負荷と摩擦力から摩擦係数を求めるととも
に、各試料及び固定ピンの比摩耗量についても測定し
た。また、この測定評価の基準は、摩擦係数が0.7以
下、円盤状体の比摩耗量が0.1mm3 /kg/km以
下で、且つ固定ピンの比摩耗量が0.45mm3/kg
/km以下とこれら全て満足したものを優れているとし
た。The composite ceramic of each sample has an outer diameter of 40 m.
m and a thickness of 10 mm, each of which is formed into a disc-shaped body, and an aluminum fixing pin is attached to the disc-shaped body at 30 kg / cm 2
The friction coefficient was obtained from the contact load and the frictional force when the disc-shaped body as a sample was rotated for a certain period of time by pressing with the force of 1 and the specific wear amount of each sample and the fixing pin was also measured. The criteria for this measurement and evaluation are that the friction coefficient is 0.7 or less, the specific wear amount of the disk-shaped body is 0.1 mm 3 / kg / km or less, and the specific wear amount of the fixing pin is 0.45 mm 3 / kg.
/ Km or less and satisfying all of these were considered excellent.
【0038】これらの結果は図4にそれぞれ示す通りで
ある。The results are shown in FIG.
【0039】図4より判るように、比較例である試料N
o.7の複合セラミックスは、炭素含有率が2%未満で
あるため、炭素の持つ潤滑作用が充分得られなかった。
その結果、摩擦係数を基準値である0.7以下とするこ
とができなかった。しかも、相手材である固定ピンの比
摩耗量が1.0mm3 /kg/km以上と激しく、やは
り基準値を満足しなかった。As can be seen from FIG. 4, sample N which is a comparative example.
o. In the composite ceramic of No. 7, since the carbon content was less than 2%, the lubricating effect of carbon was not sufficiently obtained.
As a result, the friction coefficient could not be reduced to the reference value of 0.7 or less. Moreover, the specific wear amount of the fixing pin, which is the mating member, was as great as 1.0 mm 3 / kg / km or more, and the standard value was not satisfied.
【0040】一方、比較例である試料No.6の複合セ
ラミックスは、炭素含有率が2〜30重量%の範囲にあ
ることから、摩擦係数は基準値を満足しているものの、
この複合セラミックスを構成する各成分の平均結晶粒子
径が30μm以上であるために摺接面の面精度が悪く、
その結果、相手材である固定ピンを大きく摩耗させ、基
準値(固定ピンの比摩耗量)である0.45mm3 /k
g/km以下を満足することができなかった。しかも、
各成分の粒子径が大きいために複合セラミックス自体の
摩耗も激しく、円盤状体の比摩耗量も基準値の0.1m
m3 /kg/km以下とすることができなかった。On the other hand, the sample No. which is a comparative example. In the composite ceramic of No. 6, the carbon content is in the range of 2 to 30% by weight, so that the friction coefficient satisfies the standard value,
Since the average crystal grain diameter of each component constituting this composite ceramic is 30 μm or more, the surface accuracy of the sliding contact surface is poor,
As a result, the fixing pin, which is the mating member, is greatly worn, and the reference value (specific wear amount of the fixing pin) is 0.45 mm 3 / k.
It was not possible to satisfy g / km or less. Moreover,
Due to the large particle size of each component, the wear of the composite ceramics itself is severe, and the specific wear amount of the disk is 0.1m which is the standard value.
It could not be set to m 3 / kg / km or less.
【0041】これに対し、試料No.1〜5の本発明に
係る複合セラミックスは、いずれも炭素含有率が2〜3
0重量%の範囲にあり、また、各成分の平均結晶粒子径
が30μm以下であるため、摩擦係数を0.7以下、円
盤状体の比摩耗量を0.1mm3 /kg/km以下で、
且つ固定ピンの比摩耗量を0.45mm3 /kg/Km
以下と全て満足したものであった。On the other hand, the sample No. The composite ceramics according to the present invention of 1 to 5 all have a carbon content of 2 to 3
In the range of 0% by weight, and since the average crystal particle size of each component is 30 μm or less, the friction coefficient is 0.7 or less, and the specific wear amount of the disk-shaped body is 0.1 mm 3 / kg / km or less. ,
Moreover, the specific wear amount of the fixed pin is 0.45 mm 3 / kg / Km
The following were all satisfied.
【0042】また、本発明に係る試料No.1,2,
4,5の複合セラミックスを見ると、炭素含有率が高く
なるに従って摩擦係数を低減できることが判る。ただ
し、炭素含有率が高くなるにつれて強度及び硬度が低下
する傾向にあり、炭素含有率が30重量%以下となると
強度が200MPa以下となってしまうことから、強度
を確保する上で、炭素含有率は30重量%までが好まし
い。In addition, the sample No. 1, 2,
Looking at the composite ceramics Nos. 4 and 5, it can be seen that the friction coefficient can be reduced as the carbon content increases. However, as the carbon content increases, the strength and hardness tend to decrease, and when the carbon content becomes 30 wt% or less, the strength becomes 200 MPa or less. Is preferably up to 30% by weight.
【0043】さらに、本発明に係る試料No.2,3の
複合セラミックス及び比較例である試料No.6の複合
セラミックスを比較すると、複合セラミックスを構成す
る各成分の平均結晶粒子径が大きくなるに従って、相手
材の摩耗量が増大し、且つ複合セラミックス自体の摩耗
も増大する傾向にある。特に試料No.6の複合セラミ
ックスは硬度が700kg/mm2 以下であるため、複
合セラミックス自体の摩耗が激しいことから、各成分の
平均結晶粒子径は30μm以下とすることが好ましい。Further, sample No. 1 according to the present invention. The composite ceramics of Nos. 2 and 3 and the sample No. which is a comparative example. Comparing the composite ceramics of No. 6 with each other, as the average crystal grain diameter of each component constituting the composite ceramics increases, the amount of wear of the mating material tends to increase, and the wear of the composite ceramics itself tends to increase. Sample No. Since the composite ceramic of No. 6 has a hardness of 700 kg / mm 2 or less, the composite ceramic itself is heavily worn. Therefore, the average crystal grain size of each component is preferably 30 μm or less.
【0044】〔実験例2〕次に、表1にある本発明及び
比較例の複合セラミックスで固定弁体30を形成し、こ
の固定弁体30と相対的に摺動する可動弁体20をアル
ミナセラミックスで構成して、図1のフォーセットバル
ブ10を試作し、それぞれの固定弁体30について摺動
実験を行った。[Experimental Example 2] Next, a fixed valve body 30 was formed from the composite ceramics of the present invention and the comparative example shown in Table 1, and the movable valve body 20 sliding relative to the fixed valve body 30 was made of alumina. The Faucet valve 10 shown in FIG. 1 made of ceramics was prototyped, and sliding experiments were conducted on each fixed valve body 30.
【0045】この実験に使用したフォーセットバルブ1
0は、外径30mm、厚み幅10mmの円盤状体に直径
5mmの流体通路22を穿設した可動弁体20と、外径
40mm、厚み幅8mmの円盤状体に直径5mmの流体
通路32を穿設した固定弁体30とを組み合わせて構成
した。Faucet valve 1 used in this experiment
0 is a movable valve body 20 in which a disc-shaped body having an outer diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm is provided with a fluid passage 22 having a diameter of 5 mm, and a disc-shaped body having an outer diameter of 40 mm and a thickness of 8 mm has a fluid passage 32 having a diameter of 5 mm. It was configured by combining with the fixed valve body 30 that was drilled.
【0046】また、可動弁体20の摺接面21は平坦度
1μmで、且つ中心線平均粗さ0.2μmに仕上げてあ
り、固定弁体30の摺接面31は平坦度1μmで、且つ
中心線平均粗さ1.0μmに仕上げた。The sliding contact surface 21 of the movable valve body 20 has a flatness of 1 μm and the center line average roughness is 0.2 μm, and the sliding contact surface 31 of the fixed valve body 30 has a flatness of 1 μm. The center line average roughness was 1.0 μm.
【0047】そして、上記アルミナ製可動弁体20に各
試料の固体弁体30を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20
を操作レバー40により摺動させるのに必要な操作荷重
を測定した。While the solid valve element 30 of each sample is pressed against the alumina movable valve element 20 by the casing with an axial force of 30 kgf, the fluid passages 22 and 32 are heated to 80 ° C.
Hot water is injected at a pressure of 1 kg / cm 2 , and the movable valve body 20
The operation load required to slide the control lever 40 was measured.
【0048】ただし、この試験による評価基準は、可動
弁体20を1万回摺動させた時の操作レバー40の荷重
が2.0kg以下のものを摺動性が良好であると判断し
た。それぞれの結果は図5に示す通りである。However, the evaluation criteria in this test were that the sliding property was judged to be good when the load of the operating lever 40 when the movable valve body 20 was slid 10,000 times was 2.0 kg or less. The respective results are shown in FIG.
【0049】図5より判るように、比較例である試料N
o.7の複合セラミックスを用いたものでは、炭素含有
率が2重量%未満であるため、5千回の摺動で操作レバ
ー40の荷重が2.0kg以上であった。As can be seen from FIG. 5, sample N which is a comparative example.
o. In the case of using the composite ceramic of No. 7, since the carbon content is less than 2% by weight, the load of the operation lever 40 was 2.0 kg or more after sliding 5000 times.
【0050】また、比較例である試料No.6の複合セ
ラミックスでは、炭素含有率が2〜30重量%の範囲に
あるため、1万回の摺動でも操作レバー40の荷重を
2.0kg以下とすることができるものの、可動弁体2
0の摩耗が激しく、また、固定弁体30自体の摩耗も激
しいため、この複合セラミックスをフォーセットバルブ
10に用いることは不適であった。Further, the sample No. which is a comparative example. In the composite ceramic of No. 6, since the carbon content is in the range of 2 to 30% by weight, the load of the operating lever 40 can be set to 2.0 kg or less even after sliding 10,000 times.
It was not suitable to use this composite ceramic in the facet valve 10 because the wear of the fixed valve body 30 itself is severe.
【0051】これに対して、本発明に係る試料No.
1,2,4,5の複合セラミックスは、1万回の摺動で
も操作レバー40の荷重を2.0kg以下とすることが
でき、摺動性良好であった。On the other hand, the sample No.
The composite ceramics 1, 2, 4, 5 were able to keep the load of the operating lever 40 at 2.0 kg or less even after sliding 10,000 times, and had good slidability.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ディスク
バルブを構成する一方の弁体を金属またはセラミックス
で形成し、他方の弁体を炭化珪素及び窒化珪素からなる
骨材に炭素を分散含有した複合セラミックスで形成した
ことにより、リンキングを生じることなく、滑らかな摺
動性が得られるとともに、両弁体の摩耗を大幅に低減す
ることができるため、長期使用でも良好な摺動性が得ら
れる。As described above, according to the present invention, one valve body constituting a disc valve is formed of metal or ceramics, and the other valve body is dispersed with carbon in an aggregate composed of silicon carbide and silicon nitride. Formed from the contained composite ceramics, smooth sliding properties can be obtained without causing linking, and the wear of both valve bodies can be significantly reduced, so good sliding properties can be obtained even after long-term use. can get.
【図1】本発明に係るディスクバルブの一例であるフォ
ーセットバルブを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a facet valve which is an example of a disc valve according to the present invention.
【図2】図1中の可動弁体を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a movable valve body in FIG.
【図3】図1中の固定弁体を示す斜視図である。3 is a perspective view showing a fixed valve body in FIG. 1. FIG.
【図4】ボール・オン・ディスクによる本発明及び比較
例の複合セラミックスの摺動特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the sliding characteristics of the composite ceramics of the present invention and a comparative example using a ball-on-disk.
【図5】本発明及び比較例の複合セラミックスを用いて
ディスクバルブを構成した時の摺動荷重を示すグラフで
ある。FIG. 5 is a graph showing a sliding load when a disk valve is formed by using the composite ceramics of the present invention and a comparative example.
【図6】(A)(B)は、一般的なディスクバルブの一
例であるフォーセットバルブを示す斜視図である。6A and 6B are perspective views showing a facet valve which is an example of a general disc valve.
20:可動弁体 21:摺接面 30:固定弁体 31:摺接面 40:操作レバー 20: Movable valve body 21: Sliding contact surface 30: Fixed valve body 31: Sliding contact surface 40: Operation lever
Claims (1)
ラミックスにより形成し、他方の弁体には炭化珪素及び
窒化珪素からなる骨材に炭素を2〜30重量%の範囲で
均一に分散含有してなるディスクバルブ。1. One of the valve bodies that slide with each other is formed of metal or ceramics, and the other valve body has carbon uniformly dispersed in an aggregate of silicon carbide and silicon nitride within a range of 2 to 30% by weight. Disc valve that contains.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4674094A JPH07260014A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Disc valve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4674094A JPH07260014A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Disc valve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07260014A true JPH07260014A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=12755735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4674094A Pending JPH07260014A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Disc valve |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07260014A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011156449A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Kyoritsu Seiyaku Kk | Liquid mixing mechanism |
-
1994
- 1994-03-17 JP JP4674094A patent/JPH07260014A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011156449A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Kyoritsu Seiyaku Kk | Liquid mixing mechanism |
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