JPH08128448A

JPH08128448A - 摺動部材及びこれを用いた摺動装置

Info

Publication number: JPH08128448A
Application number: JP6267820A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎; Katsuji Kamata; 勝治鎌田; Yasushi Ikeda; 泰志池田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-21
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP3694540B2

Abstract

(57)【要約】【構成】緻密質セラミックス体１０の摺動面１１の一部
に、ディンプル１２からなる潤滑材保持機構を備え、こ
の中に潤滑材１３を保持する。【効果】流体圧力により潤滑剤１３が短期間のうちに流
出することがなく、長期間良好な摺動特性を維持できる
とともに、潤滑材保持機構以外の摺動面１１は平坦性の
高い緻密質セラミックスからなるため高いシール性を維
持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバルブ、メカニカルシー
ル、スライダーなどの摺動部材に関し、特に流体の通路
の連通または遮断を行うバルブ用弁体に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術の課題】バルブ本体内に収納した固定弁体に
対し、可動弁体を操作レバーの操作によって摺接した状
態で相対移動させることにより、流体の通路の開閉、切
り替え、調節、混合等の制御を行わしめるようにしたバ
ルブは、既に数多くのものが提案されている。

【０００３】湯水混合栓に用いられるフォーセットバル
ブについても、２枚のディスク状弁体を互いに摺接した
状態で相対移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。

【０００４】例えば、図７（Ａ）に示されるように、固
定弁体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７（Ｂ）に示すようにレバ
ー４０の操作で可動弁体２０を動かすことによって、互
いの弁体に形成した流体通路２２、３２の開閉を行い、
供給流体の開閉、調整などの制御をするようになってい
る。

【０００５】上記可動弁体２０、固定弁体３０として用
いられる摺動部材は、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、互いに絶えず擦り合わさ
れるため摩耗が激しく、常に流体にさらされるため腐食
も激しかった。そこで近年、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も優れたセラミックスが
摺動部材として使われるようになってきた。

【０００６】また、このフォーセットバルブ以外にも、
各種シール部品や軸受部品など、シール性の必要な摺動
部材にセラミックスが使われるようになっている。

【０００７】ところで、フォーセットバルブに対して
は、「固定弁体と可動弁体が凝着することなく、常に操
作レバーによる操作が軽くスムースに行え、操作時に不
快な異音を発することがないこと」といった操作上の要
求の他に、当然のことながら供給流体のシールが必要で
あり、「水漏れ（リーク）のないこと」といった機能上
の要求がある。

【０００８】しかし、摺動性とシール性は相反するもの
であり、シール性を高めようとすると摺動性が悪くなる
ことが知られている。この典型的な例がリンキング（凝
着）と呼ばれるもので、これは極めて平滑な面を持った
１対の部材同士を摺り合わせたときに発生する引っかか
りや張り付いて動かなくなる現象のことを指している。

【０００９】しかも、一般にセラミックスは高精度加工
と高剛性によって優れたシール性が得られる反面、自己
潤滑性には劣る場合が多い。

【００１０】そこで、潤滑性の改善を図り、前述のよう
な軽快な操作力を得るために、摺動面にシリコーングリ
スを塗布した状態で使う方法が一般に採られている。と
ころが、緻密なセラミックスの摺接面間にグリスを塗布
しただけでは数千回程の使用でグリスの流出がみられ、
これにともない操作力が上昇し、しまいには弁体どうし
が凝着してしまうなど、耐久性に乏しいものであった。

【００１１】このような問題を改善する手段として、特
公昭５８−１６１９８２号公報に「含フッ素重合体をセ
ラミックスに結合させたセラミックス複合体」に係わる
発明が、特開平２−２３９１７１号公報に「凹穴に潤滑
剤を保持させるセラミック」に係わる発明が、特公平２
−５１８６４号公報に「β型ＳｉＣ質の摺動部材」に係
わる発明が、特公平２−２８５４８号公報に「３次元網
目構造ＳｉＣ質の摺動部材」に係わる発明が、特公平３
−１２７４号公報に「網目構造ＳｉＣにスピンドル油を
含浸した摺動部材」に係わる発明が、特公平３−４５１
１号公報に「実質的に収縮しないＳｉＣに合成樹脂を含
浸した摺動部材」に係わる発明が、特公平４−６９１１
８号公報に「３次元網目構造のセラミック多孔体にフッ
素系オイルを含浸した摺動部材」に係わる発明が、特公
平５−１８７９０号公報に「３次元網目構造の多孔質酸
化物セラミックに合成樹脂を充填した摺動部材」に係わ
る発明が、特公平４−５６９０８号公報に「３次元網目
構造のセラミック多孔体にフッ素系・シリコーン系樹脂
を含浸した摺動部材」に係わる発明がそれぞれ開示さ
れ、多孔質セラミック体の気孔中に樹脂等の潤滑剤を含
浸させた摺動部材が提案されている。

【００１２】また、特開平２−２３９１７１号公報に
は、緻密質セラミックス体の摺動面に凹穴または溝部を
備え、この中に潤滑剤を保持させるようにした摺動部材
が提案されている。

【００１３】さらに、以上のような液体潤滑剤を使った
もの以外にも、固体潤滑剤を使ったものとして、特開平
１−２６１５７０号公報に「摺動面にダイヤモンド状カ
ーボン薄膜を形成したメカニカルシール」に係わる発明
が、特公平３−２２３１９０号公報に「アモルファスダ
イヤモンド薄膜を形成したセラミック製摺動部構造」に
係わる発明が開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近、おいし
い水への要求が非常に高まり、湯水混合栓などの吐水口
先端部に水のミネラル分だけを残し塩素分や不純物を取
り除くことのできるような浄水器を取り付けるケースが
増えてきている。そして、これに伴いバルブ内部の水
圧、特に吐水側の圧力が上昇するようになってきた。

【００１５】このため、３次元網目構造などを持つ多孔
質セラミック体に潤滑剤を含浸したものでは、水圧によ
って含浸した潤滑剤が押し出され、しまいには弁体外部
に通じる微小な流路が無数に発生し、弁体から水がリー
クしてしまうといった致命的な欠陥が発生することがあ
った。

【００１６】また、特開平２−２３９１７１号公報に示
すようにセラミックスの摺動面に単なる凹部や溝部を形
成し、この中に潤滑剤を保持したものでは、バルブ内の
高い水圧によって短期間のうちに潤滑剤が洗い出され、
耐久性のないものであった。

【００１７】一方、緻密質セラミックスの表面にダイヤ
モンド状カーボン薄膜や非晶質硬質炭素膜など、いわゆ
る合成疑似ダイヤモンド（ＤＬＣ）をコーティングした
ものは、自己潤滑性に乏しいセラミックを改質でき、リ
ークの恐れもなく、摺動性の著しい改善が図られるが、
摺動時に不快な異音を発することがあり、いまだ完全な
摺動部材とはなっていなかった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】以上のような問題に鑑み
て、本発明は緻密質セラミックス体の摺動面の一部に、
潤滑剤保持機構を備えたものである。

【００１９】この潤滑剤保持機構とは、細長部及び／又
は鋭角部を有するディンプルを緻密質セラミックス体の
摺動面に複数備えたものである。ここでディンプルと
は、摺動面に備えた独立の凹部のことであり、その平面
形状が細長部及び／又は鋭角部を有するものである。ま
た、上記細長部とは、短径に対する長径の比が３以上で
あるような部分のことであり、鋭角部とは二つの直線ま
たは曲線が鋭角で交わるような部分のことを言う。これ
らの細長部や鋭角部では潤滑剤が保持されやすく、ディ
ンプルから潤滑剤が流出することを防止できるのであ
る。

【００２０】また、上記潤滑剤保持機構とは、緻密質セ
ラミックス体の摺動面の一部に備えた多孔質体から成る
ものでも良い。例えば、摺動面に形成した凹部中に多孔
質体を配置したり、緻密質セラミックスと一体的に連続
した多孔質セラミックスであっても良い。これらの多孔
質体に潤滑剤を保持させれば、流出を防止することがで
きる。

【００２１】また、本発明は、上記の潤滑剤保持機構を
有する摺動部材と、摺動面に合成疑似ダイヤモンド薄膜
をコーティングした摺動部材とを組み合わせて摺動装置
を構成することにより、その摺動特性を最大に引き出
し、滑らかな操作力と異音の発生のない快適な操作環境
を提供するものである。

【００２２】

【作用】本発明によれば、摺動面の一部に潤滑剤保持機
構を有するため優れた摺動性を長期間維持し、かつ潤滑
剤保持機構以外の部分は平坦な緻密質セラミックスから
なるためシール性を高くすることができる。

【００２３】

【実施例】以下本発明をディスクバルブに応用した実施
例を図によって説明する。

【００２４】図１に示すように、ディスク状の緻密質セ
ラミックス体１０の摺動面１１の一部に、多数のディン
プル１２を備え、このディンプル１２内に潤滑剤１３を
保持してある。そして、この摺動部材１０の摺動面１１
同士を摺接させればディスクバルブとして用いることが
できる。

【００２５】このディンプル１２は、摺動面１１に形成
した凹部であり、その平面形状が、細長部及び／又は鋭
角部を有するものである。例えば図１（ａ）に示すディ
ンプル１２は星型であり鋭角部１２ｂを有し、図１
（ｂ）に示すディンプル１２は長方形で細長部１２ａを
有し、図１（ｃ）に示すディンプル１２は円形連鎖形で
あり鋭角部１２ｂを有する。ここで、細長部１２ａと
は、短径に対する長径の比が３以上であるような細長い
部分のことであり、鋭角部１２ｂとは二つの直線または
曲線が鋭角で交わるような部分のことを言う。例えばボ
イド等のように複雑な凹凸状の平面形状をした凹部は多
数の細長部及び／又は鋭角部を有することになる。

【００２６】本発明のディンプル１２は、少なくとも一
部にこれらの細長部１２ａ及び／又は鋭角部１２ｂを保
持しているため、潤滑剤１３が保持されやすく、ディン
プル１２から潤滑剤１３が流出することを防止でき、潤
滑剤保持機構を成すのである。

【００２７】なお、各ディンプル１２は、シール性を保
つために摺動面１１以外の面とは連通しない閉塞したも
のとしてある。また、ディンプル１２が大きいと潤滑剤
１３を保持する作用が乏しくなるため、ディンプル１２
の長径の長さは１ｍｍ以下、好ましくは１０〜３００μ
ｍの範囲内とする。さらに、ディンプル１２の深さは、
深いほど多くの潤滑剤１３を保持できるため、長径の長
さと同じかそれ以上とすることが好ましい。また、ディ
ンプル１２の合計面積は、摺動面１１全体の３〜５０％
を占めていることが好ましい。これは、３％未満である
と潤滑作用が乏しく、５０％を越えると摺動面１１の耐
摩耗性が低くなるためである。

【００２８】さらに、ディンプル１２を除く摺動面１１
は平坦度３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の極めて平
坦な面となっている。これは、摺動面１１におけるシー
ル性を高くするためである。

【００２９】前記緻密質セラミックス体１０としては、
耐摩耗性および耐チッピング性すなわち硬度および靱性
の高い材料を使用しなければならないが、これにはアル
ミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニ
ウムなどを主成分とするセラミックスが最適である。そ
して、これらの原料に対しアルミナであればＳｉＯ₂、
ＭｇＯ等、窒化珪素に対しては周期律表２ａ、３ａ族元
素の酸化物・窒化物、ジルコニアに対してはＹ₂Ｏ₃、
ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂等、炭化珪素に対してはＣ、
Ｂ、Ａｌ₂Ｏ₃等の助剤を添加して焼成すれば、実質的
に３％以上の収縮を伴うことによって強固で堅牢かつ靱
性および耐摩耗性に優れたセラミック体を得ることがで
きる。

【００３０】このとき、これらのセラミック原料に樹
脂、発泡剤、ウイスカー等を添加混合して、所定形状に
成形した後に焼成すれば、添加した樹脂や発泡剤が焼成
中に焼失して、閉塞したディンプル１２を有する緻密質
セラミックス体１０を容易に得ることができる。この
時、これらの樹脂や発泡剤の添加量、粒子径などを変化
させることで、粒子の凝集などにより、円形連鎖形など
変化に富んだ形状のディンプル１２を得ることができ
る。

【００３１】また、必ずしも樹脂や発泡剤を混入させる
必要はなく、通常のセラミック原料を用いて、成形時
に、加圧面にディンプル１２に対応する凸形状を備えた
金型を用いてプレス加工したり、あるいは切削加工を施
すことによって、さまざまな形状のディンプル１２を形
成することもできる。

【００３２】最後に、得られた焼結体の摺動面１１を研
磨して、平坦度３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下とし
たのち、ディンプル１２に潤滑剤１３を充填すればよ
い。充填させる方法としては、ディスペンサー等で加圧
注入する方法や、加熱により低粘度化した潤滑剤中に浸
漬したのち、真空または加圧下で注入するなどの充填方
法を用いればよい。

【００３３】また、潤滑剤１３としては植物油、鉱物
油、合成潤滑油系の潤滑剤を用いる。植物油系として
は、例えば天然の植物油に含まれる食物ステリンまたは
食物油を精製して得られる脂肪酸グリセライトを基油に
した油を用い、鉱物油系としては、パラフィン、ナフテ
ン、芳香族から選択される液状飽和炭化水素を主体とす
る鉱物油を用い、合成潤滑油系としては、エーテル系、
エステル系、フッ素系、シリコーン系等を用いる。ま
た、これらの潤滑剤１３は、液状、グリース状、ワック
ス状などいずれの状態であっても使用可能である。

【００３４】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００３５】図２に斜視図を、図３（ａ）に断面図を示
すように、この摺動部材は、緻密質セラミックス体１０
の摺動面１１の一部に凹部１０ａを形成し、該凹部１０
ａ中に金属、合成樹脂、セラミックス等からなる多孔質
体１４を埋め込み、この多孔質体１４に潤滑剤１３を含
浸させたものである。そして、この緻密室セラミックス
体１０の摺動面１１同士を摺接させればディスクバルブ
として用いることができる。

【００３６】この時、多孔質体１４が潤滑剤保持機構と
なるため、潤滑剤１３の流出を防止し、長期間良好な摺
動性を保つことができる。

【００３７】また、上記凹部１０ａは摺動面１１以外の
面には連通しない閉塞孔としてある。また、摺動面１１
の面積に対する凹部１０ａ（多孔質体１４）の面積の合
計の割合は３〜５０％とすることが好ましい。これは、
３％未満であると潤滑作用が乏しく、５０％を越えると
摺動面１１の耐摩耗性が低くなるためである。

【００３８】また、摺動面１１の多孔質体１４を除く面
は平坦度３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の極めて平
坦な面とすることにより、シール性を高くしてある。

【００３９】なお、母体となる緻密質セラミックス体１
０としては、前記実施例と同様に耐摩耗性および耐チッ
ピング性に優れたアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭
化珪素、窒化アルミニウムなどを主成分とするセラミッ
クスが最適である。

【００４０】そして、これらのセラミックス原料を成形
する時に金型や切削加工によって、あるいは焼成後の研
削加工によって凹部１０ａを設け、しかるのち該凹部１
０ａに金属、合成樹脂、セラミックス等からなる多孔質
体１４を埋め込むことによって本発明の摺動部材を得る
ことができる。

【００４１】この場合、嵌め合いによる挿入でも、挿入
したあと機械的あるいは化学的に接合させたものでも、
焼き嵌めやその他による圧入であっても良いが、緻密質
セラミックス体１０の摺動面１１から、多孔質体１４が
突出しないようにする必要がある。これは、多孔質体１
４が摺動面１１から突出すると、もう一方の摺動部材と
組み合わせた時に、水圧によってリークしてしまうため
である。

【００４２】そして、多孔質体１４を除く摺動面１１を
平坦度を３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下に研摩した
のち、多孔質体１４に潤滑剤１３を含浸すればよい。含
浸させる方法としては、前記実施例と同様に、加熱によ
り低粘度化した潤滑剤中に多孔質体１４を浸漬したの
ち、真空または加圧下で含浸するなどの含浸方法を用い
ればよい。あるいは、あらかじめ含油した多孔質体１４
を用いることもできる。

【００４３】また、他の実施例を図３（ｂ）に示すよう
に、多孔質体１４は凹部１０ａの全てを満たす必要はな
く、表面部のみに多孔質体１４を備え、凹部１０ａの内
部に潤滑剤１３を溜める構造としても良い。さらには、
図３（ｃ）に示すように凹部１０ａの下部に押圧板１５
とバネ１６を備えて、潤滑剤１３を表面に強制的に押し
出すような構造としたものであっても良い。

【００４４】さらに本発明の他の実施例を図４、５に示
すように、緻密質セラミックス体１０の摺動面１１の一
部に、セラミックスの多孔質体１４を一体的に形成した
傾斜性セラミックス材を用い、この多孔質体１４に潤滑
剤１３を含浸させたものであっても良い。

【００４５】この多孔質体１４は摺動面１１以外の面に
は連通しない閉塞されたものであり、全体にわたって３
次元的な網目構造を持つものであってはならない。そし
て、多孔質体１４となった部分は摺動面１１全体の面積
に対し３〜５０％を占め、また、多孔質体１４を除く摺
動面１１は平坦度３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の
極めて平坦な面となっている。

【００４６】このような傾斜性セラミックス材の製造方
法は、セラミックス原料を成形する時に、摺動面１１と
なる部分に凹部を設け、凹部中に母材よりも焼結温度の
高いセラミック原料を充填し、母材の焼結温度で焼成す
ることによって、凹部に充填したセラミック部分は焼結
不良となり、細目構造を持つ多孔質体１４が形成された
傾斜型セラミックス材が得られる。また、成形圧力を母
材より低く設定することでも、多孔質体１４は形成可能
である。

【００４７】しかる後、多孔質体１４を除く摺動面１１
を研摩して、平坦度を３μｍ以下、好ましくは１μｍ以
下とし、多孔質体１４に潤滑剤１３を含浸すればよい。
含浸させる方法としては、前述のような方法を用いれば
よい。

【００４８】また、以上の図２〜５に示す多孔質体１４
を備えた実施例において、多孔質体１４の気孔について
は、平均気孔径が２００μｍ未満、好ましくは１００μ
ｍ以下の細かい穴を持った構造であることが望ましい。
このような細目構造であれば、潤滑剤１３の流出がほど
よく調和され、いつまでも潤滑に適した量がにじみ出て
くるからである。

【００４９】以上の本発明実施例に係る摺動部材をフォ
ーセットバルブとして用いる場合は、図６に示すよう
に、緻密質セラミックス体１０に流体通路１７を形成し
て弁体とし、二つの緻密質セラミックス体１０同士を互
いの摺動面１１を摺接させて摺動させれば良い。この
時、摺動面１１には、ディンプル１２や多孔質体１４に
よる潤滑剤保持機構から常に潤滑剤１３が導き出される
ことにより、摺動性の向上を図ることができる。

【００５０】また、潤滑剤１３が含まれる部分はディン
プル１２あるいは多孔質体１４による潤滑剤保持機構を
有しているため、高い水圧に対しても容易に潤滑剤１３
が流れ出すことなく、潤滑に最適な量だけが、いつまで
も摺動面１１に保たれることになる。

【００５１】しかも、潤滑剤１３が含まれる潤滑剤保持
機構は、摺動面１１以外の面と連通していない閉塞され
た構造であるため、流体が外部に漏れ出すことはない。

【００５２】なお、以上のような本発明の摺動部材にお
いては、母体となる緻密質セラミックス体１０の吸水率
を１％未満として、流体が外部に漏れ出る恐れを皆無と
しなければならない。

【００５３】また、母体となる緻密質セラミックス体１
０の摺動面１１に対し、潤滑剤保持機構から成る含油部
分の面積比率は、３〜５０％であることが望ましい。こ
の理由は、含油部分の面積率が３％より小さいと摺動時
に導き出される潤滑剤１３の実質的な量が少なくなって
操作力を低減する効果が乏しいためであり、５０％以上
では摺動面１１の耐摩耗性が低くなってしまうからであ
る。

【００５４】あるいは、前記緻密質セラミックス体１０
の体積に対して、潤滑剤１３の体積が３％以上含浸され
たものであることが好ましい。その理由は、潤滑剤１３
の含浸量が３％より少ないと摺動特性を向上させること
が困難であるからである。

【００５５】ところで、図６には、本発明の摺動部材同
士を摺動させる例を示したが、一方のみを本発明の摺動
部材とし、他方は潤滑剤保持機構を有しない緻密質セラ
ミック体としたものでも良い。例えば、可動弁体と固定
弁体からなるフォーセットバルブを構成する場合、２つ
の弁体の少なくとも一方を本発明のセラミック摺動部材
で構成すればよい。

【００５６】さらに好ましくは、一方の弁体を本発明に
係る摺動部材とし、他方の弁体を緻密質セラミックスで
形成し、該緻密質セラミックスの摺動面上に、ＰＶＤや
ＣＶＤなどの蒸着手段によって得られる合成疑似ダイヤ
モンド薄膜（非晶質硬質炭素膜・ダイヤモンドライクカ
ーボン・ＤＬＣ・Ｉ−カーボン）をコーティングしたも
のにすれば良い。この組合せによれば、さらに摺動性に
優れ、合成疑似ダイヤモンドだけでは解決が困難であっ
た異音の発生をも解消することができる。

【００５７】これは、合成疑似ダイヤモンドの特性上、
潤滑油との親和性が極めて良いためであり、合成疑似ダ
イヤモンドからなる固体潤滑剤と液体潤滑剤の相乗効果
により、著しい摺動性の改善が図れるという理由によ
る。

【００５８】さらに、以上の実施例では平面同士を摺動
させる例を示したが、この他に摺動面が円筒状や球面状
等となったものでも本発明のセラミック摺動部材を適用
することもできる。

【００５９】したがって、本発明の摺動部材は、フォー
セットバルブに限らず、ボールバルブやスライダー、あ
るいは各種軸受など様々な用途に用いることができる。

【００６０】実験例１ここで、図１に示すディンプル１２を有する本発明の摺
動部材において、ディンプル１２の最適な形状などを求
める実験を行った。

【００６１】摺動部材を成す緻密質セラミックス体１０
をアルミナセラミックスにより形成し、図１に示すよう
な外径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、直径５ｍｍのディスク
状体として流体通路を設けてフォーセットバルブを設計
した。この時、表１に示すように緻密質セラミックス体
１０の吸水率、摺動面１１に対するディンプル１２の面
積の比率、および金型プレスによりディンプル１２の形
状を様々に変化させたものを試作し、ディンプル１２中
には潤滑剤１３としてシリコーングリスを充填した。

【００６２】なお、吸水率はアルキメデス法により測定
し、またディンプル１２の形状は顕微鏡による拡大写真
をもとにして判定した。

【００６３】

【表１】

【００６４】まず、図６に示すように１対の緻密質セラ
ミックス体１０を３０ｋｇの荷重で上下から押さえつけ
ながら、図７に示すような浄水器を取り付けた給水栓に
セットした。この時、吸水率が２％以上の緻密質セラミ
ックス体１０を用いたものは、水圧により水漏れが発生
した。ゆえに、緻密質セラミックス体１０は吸水率が２
％未満、望ましくは１％以下でなければならないことが
わかった。

【００６５】さらに、一方の緻密質セラミックス体１０
（可動弁体）のみを回転させ、まずディンプル１２の形
状が星形のものについて、初期操作力とディンプル１２
の面積比率との関係を調べたところ、図８に示す通りの
結果となった。

【００６６】この結果より明らかに、摺動面１１の面積
に対するディンプル１２の面積の比率が３％未満では、
摺動性に劣り初期操作力が大きいことがわかった。これ
は、ディンプル１２の面積比率が３％未満では、摺動面
１１を覆うほどの潤滑剤１３が表面に導き出されず、か
つ充填された潤滑剤１３そのものの量が不十分であるた
めである。しかし、ディンプル１２の面積比率が５０％
を超えると摺動面１１の摩耗が確認され、耐久性に難が
生じてきたことから、ディンプル１２の面積比率は３〜
５０％の範囲にすることが好ましい。

【００６７】次に、ディンプル１２の面積比率を３％と
し、その形状を種々変更して摺動試験を行った。その結
果を表２に示すように、ディンプル１２の形状が真円形
状のものでは、軽快な操作力の数値基準である０．８ｋ
ｇ以下の操作力を、保証摺動回数である１０万回まで維
持できないことがわかった。これに対し、本発明実施例
である長方形、星形、円形連鎖形のディンプル１２を有
するものでは、０．８ｋｇ以下の操作力を１０万回以上
維持することができた。

【００６８】これは、ディンプル１２の形状が真円の場
合、水圧によって潤滑剤１３が洗い出されやすいのに対
し、本発明実施例である長方形、星形、円形連鎖形等の
細長部及び／又は鋭角部を有する形状のディンプル１２
は潤滑剤１３の保持力が強く、１０万回以上の長期にわ
たって良好な摺動性を維持できるためである。

【００６９】なお、表２はディンプル１２の面積比率が
３％のときの結果であるが、面積比率を変化させても同
様の結果であった。

【００７０】また、弁体として全体に貫通した気孔を持
つ多孔質体に潤滑剤１３を含浸したものを用い、上記と
同様の方法で摺動試験したところ、８万回程度の操作回
数で弁体側面から水漏れが発生し、実用に供しないこと
を確認した。

【００７１】

【表２】

【００７２】なお、この実験例では緻密質セラミックス
体１０としてアルミナを用いたが、窒化珪素、ジルコニ
ア、炭化珪素、窒化アルミニウム等の各セラミックスを
用いても、ほぼ同様の結果であった。

【００７３】また、この実験例では潤滑剤１３としてシ
リコーングリスを用いたが、植物油、鉱物油、その他の
合成潤滑油を用いても、ほぼ同様に異音の発生を伴うこ
となく良好な摺動特性が得られた。

【００７４】このように、本発明のディンプル１２を有
する摺動部材において、吸水率１％以下の緻密質セラミ
ックス体１０を母体とし、摺動面１１に対して３〜５０
％の面積比率で、細長部及び／又は鋭角部を有するディ
ンプル１２を設け、このディンプル１２に潤滑剤１３を
保持すれば、リークがなく、摺動特性に優れ、かつ摩耗
も少ないことから、長期間好適に使用できることがわか
る。

【００７５】実験例２次に、図２に示す多孔質体１４を備えた本発明の摺動部
材について、多孔質体１４の気孔径などの最適範囲を求
める実験を行った。

【００７６】摺動部材を成す緻密質セラミックス体１０
をアルミナセラミックスで形成し、図２に示すような外
径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、直径５ｍｍのディスク状体
で流体通路を設けてフォーセットバルブを設計し、この
摺動面１１に表３に示すような種々の面積比率で凹部１
０ａを設け、該凹部１０ａに平均気孔径を様々に変化さ
せた窒化珪素からなる多孔質体１４を装填し、これに潤
滑剤１３として植物油を含油したものを試作した。

【００７７】なお、平均気孔径は走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）による拡大写真をもとにして測定したものであ
る。

【００７８】

【表３】

【００７９】実験例１と同様に、１対の緻密質セラミッ
クス体１０を３０ｋｇの荷重で上下から押さえつけなが
ら、図７のように給水栓にセットし、一方の緻密質セラ
ミッス体１０（可動弁体）のみを回転させて操作力を調
べた。まず多孔質体１４の平均気孔径が１０μｍのもの
について、初期操作力と凹部１０ａの面積比率との関係
を調べたところ、図９に示すとおりであった。

【００８０】この結果より明らかに、凹部１０ａの面積
比率が摺動面１１に対して３％未満では、摺動性に劣る
ことがわかった。これは、凹部１０ａには潤滑剤１３が
充填された多孔質体１４が装填されていることから、凹
部１０ａの面積比率が３％未満では、必要とする潤滑量
を満たし得ないためである。しかし、凹部１０ａの面積
比率が５０％を超えると摺動面１１に摩耗が確認され、
耐久性に難があることから、凹部１０ａの面積比率は３
〜５０％の範囲が好ましい。

【００８１】さらに、凹部１０ａの面積比率を３％と
し、多孔質体１４の平均気孔径を種々変更して同様の摺
動試験を行った。その結果を表４に示すように、多孔質
体１４の平均気孔径が２００μｍ以上のものは、軽快な
操作力の基準である０．８ｋｇ以下を１０万回以上維持
できないことがわかった。

【００８２】これは、多孔質体１４の気孔径が２００μ
ｍ以上のものでは、水圧によって潤滑剤１３が洗い出さ
れやすいためである。これに対し、気孔径が２００μｍ
未満、好適には１００μｍ以下のものでは潤滑剤１３の
保持力が強く、操作回数１０万回以上の長期にわたって
軽快な摺動性を維持できた。

【００８３】なお、凹部１０ａの面積比率を種々に変化
させても同様の結果であった。

【００８４】

【表４】

【００８５】ゆえに、装填する多孔質体１４は平均気孔
径が２００μｍ未満、望ましくは１００μｍ以下、さら
に好ましくは１０μｍ以下の細目構造を持つものが良い
といえる。

【００８６】なお、多孔質体１４の材質について、ここ
では多孔質の窒化珪素セラミックスを用いたが、他のセ
ラミックスや金属や合成樹脂を用いてもほぼ同様の結果
であった。

【００８７】また、この実験例では潤滑剤１３として植
物油を用いたが、鉱物油および合成潤滑油を用いても、
ほぼ同様に異音の発生を伴うことなく良好な摺動特性が
得られた。

【００８８】このように、多孔質体１４を備えた本発明
の摺動部材において、吸水率１％以下の緻密質セラミッ
クス体１０を母体とし、摺動面１１に対して３〜５０％
の面積比率で凹部１０ａを設け、該凹部１０ａに２００
μｍ未満の平均気孔径を持つ多孔質体１４を装填し、こ
れに潤滑剤１３を含浸させたものは、リークがなく、摺
動特性に優れ、かつ摩耗も少ないことから、長期間好適
に使用できることがわかる。

【００８９】実験例３次に、図４、５に示す傾斜性セラミックス材を用いた本
発明の摺動部材について、多孔質体１４部分の気孔径な
どの最適範囲を求める実験を行った。

【００９０】摺動部材を成す緻密質アルミナセラミック
ス体１０をアルミナセラミックスで形成し、図４に示す
ような外径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、直径５ｍｍのディ
スク状体で流体通路を設けてフォーセットバルブを設計
した。このアルミナ原料の成形時に、摺動面１１となる
部分に凹部を設け、ここに母材である９６％アルミナ成
形体より焼結温度の高い９９％アルミナ粉末を充填した
のち、再プレスを行い、これを９６％アルミナの焼成温
度である１６１０℃で焼成することによって、表５に示
すような種々の平均気孔径、及び面積比率を持つ多孔質
体１４を一体的に形成し、これに潤滑材１３として鉱物
油の１種である流動パラフィンを含浸したものを試作し
た。

【００９１】なお、気孔径は走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）による拡大写真をもとにして測定したものである。

【００９２】

【表５】

【００９３】実験例１と同様に、１対の摺動部材を３０
ｋｇの荷重で上下から押さえつけながら、図７のように
給水栓にセットし、一方の摺動部材（可動弁体）のみを
回転させ、まず多孔質体１４の気孔径が１０μｍのもの
について、初期操作力と多孔質体１４の面積比率との関
係を調べたところ、図１０に示す通りであった。

【００９４】この結果より明らかに、摺動面１１に対す
る多孔質体１４の面積比率が３％未満では、摺動性に劣
ることがわかった。これは、多孔質体１４には潤滑剤１
３が充填されていることから、多孔質体１４の面積比率
が３％未満では、必要とする潤滑量を満たし得ないため
である。しかし、多孔質体１４の面積比率が５０％を超
えると摺動面１１に摩耗が確認され、耐久性に難がある
ことから、多孔質体１４の面積比率は３〜５０％の範囲
が好ましい。

【００９５】さらに、多孔質体１４の面積比率を３％と
し、多孔質体１４の平均気孔径を種々変更して摺動試験
を進めたところ、多孔質体１４の平均気孔径が２００μ
ｍ以上のものは、軽快な操作力の基準である０．８ｋｇ
以下を１０万回維持できないことがわかった。

【００９６】ゆえに、多孔質体１４の平均気孔径は２０
０μｍ未満、望ましくは１００μｍ以下、さらに好まし
くは１０μｍ以下の細目構造を持つものが良いといえ
る。この結果は、多孔質体１４の面積比率を種々に変化
させても同様であった。

【００９７】また、この実験例ではアルミナセラミック
スを用いたが、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪素、窒化
アルミニウム等の各セラミックスを用いても、ほぼ同様
の結果であった。また、この実験例では鉱物油系の潤滑
剤を用いたが、植物油および合成潤滑油を用いても、ほ
ぼ同様に異音の発生を伴うことなく良好な摺動特性が得
られた。

【００９８】このように、本発明の傾斜性セラミックス
材を用いた摺動部材において、吸水率１％以下の緻密質
セラミックス体１０を母体とし、摺動面１１に対して３
〜５０％の面積比率で２００μｍ未満の平均気孔径を持
つ多孔質体１４を一体的に形成し、該多孔質体１４に潤
滑剤１３を含浸したものは、リークがなく、摺動特性に
優れ、かつ摩耗も少ないことから、長期間好適に使用で
きることがわかる。

【００９９】さらに、本発明に係る摺動部材と、緻密質
セラミックスの摺動面に合成疑似ダイヤモンド薄膜をコ
ーティングした摺動部材とを組み合わせたものは、操作
回数５０万回を超えても軽快な操作力を維持するなど極
めて良好な摺動性が得られ、しかも異音の発生もないこ
とがわかった。

【０１００】また、合成疑似ダイヤモンド薄膜をコーテ
ィングした摺動部材だけでは、摺動時にキーキーという
ような不快な異音の発生を伴うことがあったが、本発明
の潤滑材保持機構を有する摺動部材と組み合わせること
によって異音の発生が解消されることも確認した。

【０１０１】

【発明の効果】叙上のように本発明によれば、緻密質セ
ラミックス体の摺動面の一部に、ディンプルまたは多孔
質体からなる潤滑材保持機構を備え、この中に潤滑材を
保持したことによって、流体圧力により潤滑剤が短期間
のうちに流出することがなく、長期間良好な摺動特性を
維持できるとともに、潤滑材保持機構以外の摺動面は平
坦性の高い緻密質セラミックスからなるため高いシール
を維持することができる。

【０１０２】そして、本発明の摺動部材と、摺動面に合
成疑似ダイヤモンド薄膜を備えた摺動部材とを組み合わ
せれば、その摺動特性を最大に引き出し、滑らかな操作
力と異音の発生のない快適な操作環境を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明実施例による摺動部
材の斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図３】（ａ）は図２中のＸ−Ｘ線拡大断面図、（ｂ）
（ｃ）はそれぞれ他の実施例を示す拡大断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図５】図５中のＹ−Ｙ線拡大断面図である。

【図６】本発明の摺動部材を利用したディスクバルブを
示す斜視図である。

【図７】（Ａ）（Ｂ）は給水栓に組み込まれた一般的な
フォーセットバルブの模式図である。

【図８】本発明の摺動部材における初期操作力とディン
プルの面積比率との関係を示すグラフである。

【図９】本発明の摺動部材における初期操作力と凹部の
面積比率との関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の摺動部材における初期操作力と多孔
質体の面積比率との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：緻密質セラミックス体１０ａ：凹部１１：摺動面１２：ディンプル１２ａ：細長部１２ｂ：鋭角部１３：潤滑剤１４：多孔質体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】緻密質セラミックス体の摺動面に、細長部
及び／又はまたは鋭角部を有する複数のディンプルから
成る潤滑剤保持機構を備え、この中に潤滑剤を保持した
ことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】緻密質セラミックス体の摺動面に、多孔質
体から成る潤滑剤保持機構を備え、この中に潤滑剤を保
持したことを特徴とする摺動部材。
【請求項３】前記、摺動面における潤滑剤保持機構の面
積比率は３〜５０％であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の摺動部材
【請求項４】請求項１または２記載の摺動部材と、摺動
面に合成疑似ダイヤモンド薄膜をコーティングした摺動
部材とを組み合わせてなる摺動装置。