JPH0996367A - Disk valve - Google Patents

Disk valve

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Publication number
JPH0996367A
JPH0996367A JP25405295A JP25405295A JPH0996367A JP H0996367 A JPH0996367 A JP H0996367A JP 25405295 A JP25405295 A JP 25405295A JP 25405295 A JP25405295 A JP 25405295A JP H0996367 A JPH0996367 A JP H0996367A
Authority
JP
Japan
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film
diamond
hard carbon
valve body
carbon film
Prior art date
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Pending
Application number
JP25405295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michihiko Koshida
充彦 越田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP25405295A priority Critical patent/JPH0996367A/en
Publication of JPH0996367A publication Critical patent/JPH0996367A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a disk valve which can maintain an excellent sliding property for a long period, has an excellent abrasion-proof property, and has a long service life. SOLUTION: Hydrogen is included in a diamond form hard carbon film 34, and the hydrogen including amount is made less than 35 atomic %. That is, the diamond form hard carbon film 34 whose hydrogen including amount is made less than 35 atomic % has more than 10GPa in the Knoop hardness (HK), and as a result, it is never abraded in a short time even in the sliding condition with a movable valve body 20, and an excellent sliding property by the self lubricating function of the film 34 itself can be maintained for a long period. In this case, the expression that the hydrogen including amount in the film is less than 35 atomic %, means that along the whole body of the film 34 from the front layer to the film thickness T, the hydrogen including amount is made less than 35 atomic % uniformly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シングルレバー混
合栓、サーモスタット混合栓を始めとする水栓、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 movable valve body and a fixed valve body used in the construction of a faucet including a single lever mixing tap, a thermostat mixing tap, a hot and cold water mixing tap, a medical sampling valve, a chemical liquid valve, and the like. It relates to a disc valve consisting of.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、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を構成するディスク
バルブは、2枚の円盤状をした弁体を互いに摺接させた
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a disk valve constituting a water faucet, a hot and cold water mixing faucet, a medical sampling valve, or a chemical liquid valve is slidably contacted with two disc-shaped valve bodies. As a result, the fluid passage formed in each valve body is opened and closed.

【0003】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7(A)に示されるよ
うに、固体弁体30の摺動面31と可動弁体20の摺動
面21との間にグリース等の潤滑剤(不図示)を介在さ
せた状態で互いを摺接させておき、図2(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行うようにな
っていた。
For example, as shown in FIG. 7 (A), a facet valve used as a faucet or a hot and cold water mixing valve has a sliding surface 31 of a solid valve body 30 and a sliding surface of a movable valve body 20. 21 and a lubricant (not shown) such as grease is interposed between them and they are brought into sliding contact with each other, and the movable valve body 20 is moved by operating the lever 40 as shown in FIG. 2 (B). , The fluid passages 22 formed in the valve bodies 20, 30 of each other,
32 was opened and closed to adjust the flow rate of the supply fluid.

【0004】また、この種のバルブには、日本水道協会
で指定されている規格耐圧17.5Kg/cm2 以下で
も水漏れがなく、滑らかなレバー操作力を有するととも
に、そのレバー操作力が長期使用においても変化し難い
ことが要求されており、これらの特性を満足させるため
に、各弁体20,30をセラミックスにより形成したも
のがあった。
In addition, this type of valve has a smooth lever operating force without water leakage even if the standard withstand pressure of 17.5 Kg / cm 2 or less specified by the Japan Water Works Association, and the lever operating force is long-term. It is required to be hard to change even in use, and in order to satisfy these characteristics, there has been one in which each valve body 20, 30 is made of ceramics.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、確かにセラ
ミックスは高精度の加工が可能であり、耐摩耗性や耐食
性の点においても優れているものの、グリース等の潤滑
剤がなくなり無潤滑状態となると摺動面21,31間で
引っかかりや異音が発生したり、徐々にレバー操作力が
上昇し、遂には互いの弁体20,30同士が張り付いて
動かなくなるリンキング(凝着)を生じるといった課題
があった。しかも、グリース等の潤滑剤が流出すると人
体に害を与えるといった恐れもあった。
However, although ceramics can be machined with high precision and are excellent in wear resistance and corrosion resistance, when they lose their lubricant such as grease and become in a non-lubricated state. The sliding surfaces 21 and 31 may be caught or noise may be generated, or the lever operating force may be gradually increased, and finally the valve bodies 20 and 30 may stick to each other, causing linking (adhesion). There were challenges. Moreover, there is a risk that the lubricant such as grease may be harmful to the human body.

【0006】そこで、近年、互いに摺動する弁体20,
30のうち、少なくともいずれか一方の摺動面21,3
1に自己潤滑性を有するとともに、耐摩耗性に優れたダ
イヤモンド状硬質炭素膜を被着したものが提案されてい
る(特開平3−223190号公報参照)。
Therefore, in recent years, the valve bodies 20, which slide with each other,
At least one of the sliding surfaces 21, 3
1 has a self-lubricating property and is coated with a diamond-like hard carbon film having excellent wear resistance (see JP-A-3-223190).

【0007】しかしながら、上記ダイヤモンド状硬質炭
素膜を被着したフォーセットバルブにおいては、確かに
操作力の改善が図られ、無潤滑状態においても自己の潤
滑作用により軽快な操作力を得ることができるものの、
ダイヤモンド状硬質炭素膜によって摩耗速度が大きく異
なり、その結果、上記ダイヤモンド状硬質炭素膜を被着
する各フォーセットバルブにおいて寿命バラツキがあ
り、一定品質のフォーセットバルブを提供することがで
きないといった課題があった。
However, in the facet valve coated with the diamond-like hard carbon film, the operating force is certainly improved, and even in a non-lubricated state, a light operating force can be obtained by the self-lubricating action. Though
The wear rate varies greatly depending on the diamond-like hard carbon film, and as a result, there is a variation in the life of each facet valve that deposits the diamond-like hard carbon film, and there is a problem that it is not possible to provide a constant quality facet valve. there were.

【0008】即ち、上記ダイヤモンド状硬質炭素膜は主
として非晶質な構造を有していることは明らかになって
いるものの、それ以上の詳細な内部構造等については充
分明らかにされていなかった。
That is, although it has been clarified that the diamond-like hard carbon film mainly has an amorphous structure, further detailed internal structure and the like have not been sufficiently clarified.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者は上
記ダイヤモンド状硬質炭素膜について様々な角度から観
察・測定を行ったこと、成膜工程において含有する水素
含有量が膜寿命に大きく影響を及ぼしていることを見い
出したものである。
Therefore, the inventors of the present invention have observed and measured the diamond-like hard carbon film from various angles, and that the hydrogen content in the film formation process has a great influence on the film life. It is what has been exerted.

【0010】即ち、本発明は互いに摺動する2枚の弁体
をセラミックス、金属、樹脂のうち1種により形成する
とともに、少なくともいずれか一方の弁体の摺動面にダ
イヤモンド状硬質炭素膜を被着してなるディスクバルブ
において、上記ダイヤモンド状硬質炭素膜に含まれる水
素含有量を35atomic%以下としたことを特徴とするも
のである。
That is, according to the present invention, two valve bodies which slide on each other are formed of one of ceramics, metal and resin, and a diamond-like hard carbon film is formed on the sliding surface of at least one of the valve bodies. In the disk valve formed by deposition, the hydrogen content in the diamond-like hard carbon film is set to 35 atomic% or less.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明実施例を水栓や湯水
混合栓などのフォーセットバルブを例にとって説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to a faucet valve such as a faucet or a hot and cold water mixing tap.

【0012】図1は、本発明に係るディスクバルブを構
成する弁体のみを示す図であり、可動弁体20は上下面
を貫通する流体通路22を備えた円盤状体23で、一方
の面を摺動面21としてあり、固定弁体30は可動弁体
20と同様に上下面を貫通する流体通路32を備えると
ともに、外径が上記可動弁体20より若干大きい円盤状
体33で、可動弁体20の摺動面21と対向する面を摺
動面31とし、その摺接面31にはダイヤモンド状硬質
炭素膜34を被着してある。
FIG. 1 is a view showing only a valve body constituting a disc valve according to the present invention. A movable valve body 20 is a disc-shaped body 23 having a fluid passage 22 penetrating the upper and lower surfaces thereof, and one surface thereof is provided. Is a sliding surface 21, and the fixed valve body 30 is provided with a fluid passage 32 that penetrates the upper and lower surfaces similarly to the movable valve body 20, and is movable by a disc-shaped body 33 whose outer diameter is slightly larger than the movable valve body 20. A surface of the valve body 20 facing the sliding surface 21 is a sliding surface 31, and a diamond-like hard carbon film 34 is attached to the sliding contact surface 31.

【0013】そして、これら固定弁体30と可動弁体2
0とを無潤滑状態で互いの摺動面21、31同士を摺接
させ、可動弁体20を矢印の方向に動かすことにより、
互いの弁体20,30に備える流体通路22、32の開
閉を行い、供給流体の流量調整を行うようにしてある。
The fixed valve body 30 and the movable valve body 2
By sliding the sliding surfaces 21 and 31 of each other in a non-lubricated state with 0 and moving the movable valve body 20 in the direction of the arrow,
The fluid passages 22 and 32 provided in the valve bodies 20 and 30 are opened and closed to adjust the flow rate of the supply fluid.

【0014】この時、固定弁体30の摺動面31には自
己潤滑性を有するとともに、優れた耐摩耗性を有するダ
イヤモンド状硬質炭素膜34を被着してあることから、
水漏れを生じることなく可動弁体20の操作力を大幅に
低減し、滑らかに摺動させることができる。
At this time, since the sliding surface 31 of the fixed valve body 30 is coated with the diamond-like hard carbon film 34 having self-lubricating property and excellent wear resistance,
The operating force of the movable valve body 20 can be greatly reduced and smooth sliding can be performed without causing water leakage.

【0015】また、上記固定弁体30や可動弁体20を
形成する材質としては、樹脂、金属、セラミックスのう
ち1種により形成してあり、例えば、樹脂により形成す
る場合は、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド
(PI)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポ
リエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミド
(PA)、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、ポリア
セタール(POM)、ポリフェニレンオキサイト(PP
O)などのロックウェル硬度100以上を有する樹脂が
良く、金属により形成する場合は、真鍮、ステンレス、
超硬合金などが良い。
The material for forming the fixed valve body 30 and the movable valve body 20 is made of one kind of resin, metal and ceramics. For example, when it is made of resin, polyamide imide (PAI) is used. ), Polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyamide (PA), tetrafluoroethylene resin (PTFE), polyacetal (POM), polyphenylene oxide (PP)
A resin having a Rockwell hardness of 100 or more such as O) is good, and when formed of metal, brass, stainless steel,
Cemented carbide is good.

【0016】また、優れた耐摩耗性を有するセラミック
スにより形成する場合は、アルミナ、ジルコニア、窒化
珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムを主成分とするセラ
ミックスが良く、これらのセラミックスを用いればヤン
グ率が206〜441GPaで、かつビッカース硬度
(Hv)10GPa以上を有しているため、長期使用可
能なフォーセットバルブを得ることができる。
When ceramics having excellent wear resistance are used, ceramics containing alumina, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, or aluminum nitride as a main component are preferable, and Young's modulus of 206 is obtained by using these ceramics. Since it is 441 GPa and has a Vickers hardness (Hv) of 10 GPa or more, it is possible to obtain a facet valve that can be used for a long period of time.

【0017】特に上述のようなセラミックスを製作する
場合、アルミナセラミックスにおいては主原料のAl2
3 に対しSiO2 、MgO、CaO等のうち1種以上
の焼結助剤を添加し、ジルコニアセラミックスにおいて
は主原料のZrO2 に対しY2 3 、CaO、MgO、
CeO2 等のうち1種以上の安定化剤を添加し、窒化珪
素質セラミックスにおいては主原料のSi3 4 に対し
周期律表2a、3a族元素の酸化物または窒化物のうち
1種以上の安定化剤を添加し、炭化珪素質セラミックス
においては主原料のSiCに対しC、B、Al2 3
2 3 等の安定化剤を添加し、さらに窒化アルミニウ
ム質セラミックスにおいては主原料のAlNに対しYb
2 3 、Y2 3 等の希土類酸化物のうち1種以上の焼
結助剤を添加して焼成すれば、強固でかつ靱性及び耐摩
耗性に優れたセラミックスを得ることができる。
In the case of producing ceramics such as those described above, the main material Al 2
O 3 to SiO 2, MgO, adding one or more sintering aids of CaO or the like, with respect to ZrO 2 of the main raw material in the zirconia ceramic Y 2 O 3, CaO, MgO,
One or more stabilizers of CeO 2 or the like are added, and in the silicon nitride ceramics, one or more oxides or nitrides of the elements of Group 2a and 3a of the periodic table are added to Si 3 N 4 which is the main raw material. In the silicon carbide ceramics, C, B, Al 2 O 3 ,
Stabilizers such as Y 2 O 3 are added, and in aluminum nitride ceramics, Yb is added to AlN which is the main raw material.
If one or more sintering aids of rare earth oxides such as 2 O 3 and Y 2 O 3 are added and fired, it is possible to obtain a ceramic that is strong and has excellent toughness and wear resistance.

【0018】また、これらの材質により形成した固定弁
体20の摺動面21は、固定弁体30の摺動面31を大
きく摩耗させないようにするとともに、接触面積を低減
して摺動特性を高める一方、水漏れを生じないようにす
るために、その表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)で
0.2μm以下とし、かつその平坦度を1μm以下とす
る。
Further, the sliding surface 21 of the fixed valve body 20 formed of these materials prevents the sliding surface 31 of the fixed valve body 30 from being greatly worn, and reduces the contact area to improve the sliding characteristics. On the other hand, in order to prevent water leakage while increasing it, the surface roughness is set to 0.2 μm or less in terms of the center line average roughness (Ra) and the flatness is set to 1 μm or less.

【0019】一方、固定弁体30の摺動面31は中心線
平均粗さ(Ra)で0.15〜0.5μmとし、かつそ
の平坦度を3μm以下、好ましくは1μm以下としてあ
り、この摺動面31に成膜ガスとして炭化水素ガス(C
4 、C2 6 、C3 8 などのパラフィン系炭化水素
やC6 6 などの芳香族炭化水素など)を用い、CVD
法、PVD法、スパッタリング法などの薄膜形成手段に
よって均一なダイヤモンド状硬質炭素膜34を被着して
ある。
On the other hand, the sliding surface 31 of the fixed valve body 30 has a center line average roughness (Ra) of 0.15 to 0.5 μm and a flatness of 3 μm or less, preferably 1 μm or less. A hydrocarbon gas (C
CVD using paraffin hydrocarbons such as H 4 , C 2 H 6 and C 3 H 8 and aromatic hydrocarbons such as C 6 H 6 )
A uniform diamond-like hard carbon film 34 is deposited by a thin film forming means such as a sputtering method, a PVD method, or a sputtering method.

【0020】ここで、固定弁体30の摺動面31を上記
表面状態としたのは中心線平均粗さ(Ra)が0.5μ
mより大きかったり、あるいは平坦度が3μmより大き
いと可動弁体20の摺動面21を大きく摩耗させるとと
もに、水漏れを生じてしまうからである。ただし、表面
粗さの下限を0.15μmとしたのは、成膜において充
分なアンカー効果が得られないために密着性が悪くダイ
ヤモンド状硬質炭素膜34が剥離する恐れがあるからで
ある。
Here, the reason why the sliding surface 31 of the fixed valve body 30 is in the above-mentioned surface state is that the center line average roughness (Ra) is 0.5 μm.
If it is larger than m or the flatness is larger than 3 μm, the sliding surface 21 of the movable valve body 20 is greatly worn and water leakage occurs. However, the lower limit of the surface roughness is set to 0.15 μm because the adhesion is poor and the diamond-like hard carbon film 34 may be peeled off because a sufficient anchoring effect cannot be obtained in the film formation.

【0021】ところで、上記ダイヤモンド状硬質炭素膜
34とは別名、合成疑似ダイヤモンド薄膜、DLC膜、
ダイヤモンドライクカーボン膜、iーカーボン膜と呼ば
れるもので、その構造は結晶質を若干量含んでいても良
いが基本的に非晶質構造をしたものであり、ラマン分光
分析で見た場合に1350cm-1の位置と1550cm
-1の位置の近傍にそれぞれピークをもったものである。
なお、ピーク位置は1350cm-1か1550cm-1
いずれか一方に偏っていても良いが、好ましくはダイヤ
モンドピーク位置に近い1350cm-1の位置に偏った
ものが良い。
By the way, the diamond-like hard carbon film 34 is synonymous with a synthetic pseudo diamond thin film, a DLC film,
It is called a diamond-like carbon film or an i-carbon film, and its structure may basically contain an amorphous structure although it may contain a small amount of crystalline material, and it is 1350 cm when viewed by Raman spectroscopy. Position 1 and 1550 cm
Each has a peak near the -1 position.
The peak position may be biased to either 1350 cm −1 or 1550 cm −1 , but it is preferably biased to a position of 1350 cm −1 close to the diamond peak position.

【0022】また、上記ダイヤモンド状硬質炭素膜34
中には水素が含まれているのであるが、本発明ではその
水素含有量を35atomic%以下としたものである。
The diamond-like hard carbon film 34 is also used.
Although hydrogen is contained therein, in the present invention, the hydrogen content is set to 35 atomic% or less.

【0023】これは、成膜ガスとして使用する炭化水素
ガス(CH4 、C2 6 、C3 8などのパラフィン系
炭化水素やC6 6 などの芳香族炭化水素など)中の水
素がダイヤモンド状硬質炭素膜34中に混入したもので
あり、該水素含有量により膜硬度が大きく変化するため
である。そして、この水素含有量は炭化水素ガスの流量
を調整することにより調整することができるのである
が、水素含有量が35atomic%より多くなると、柔らか
い有機質の膜となり、このような膜では短期間で摩滅し
てしまうからである。
This is hydrogen in a hydrocarbon gas used as a film forming gas (paraffinic hydrocarbons such as CH 4 , C 2 H 6 and C 3 H 8 and aromatic hydrocarbons such as C 6 H 6 ). Is mixed in the diamond-like hard carbon film 34, and the film hardness greatly changes depending on the hydrogen content. The hydrogen content can be adjusted by adjusting the flow rate of the hydrocarbon gas. However, when the hydrogen content is higher than 35 atomic%, a soft organic film is formed, and such a film can be used in a short period of time. It will be worn away.

【0024】即ち、水素含有量を35atomic%以下とし
たダイヤモンド状硬質炭素膜34はヌープ硬度(Hk )
で10GPa以上を有するため、可動弁体20との摺動
においても短期間で摩滅してしまうことがなく、長期間
にわたり膜34のもつ自己潤滑作用による優れた摺動特
性を維持することができる。
That is, the diamond-like hard carbon film 34 having a hydrogen content of 35 atomic% or less has a Knoop hardness (Hk).
Since it has 10 GPa or more, it does not wear out in a short period even when sliding with the movable valve body 20, and it is possible to maintain excellent sliding characteristics due to the self-lubricating action of the film 34 for a long period of time. .

【0025】なお、本発明で言う膜中の水素含有量が3
5atomic%以下とは、膜34の表層部から膜厚T全体に
わたって一律35atomic%以下であることを言う。従っ
て、膜34の表層部から深さ方向において35atomic%
以下の範囲であればどのような傾向を示したものであっ
ても構わない。例えば、膜34の表層部から膜深さに比
例して徐々に水素含有量が増加するような傾向を示した
ものや、段差形状の傾向を示したものであっても良く、
このように表層部から徐々に水素含有量が増える傾向を
示したものにあっては、表層部において高硬度を有する
とともに、成膜時間を短くできるために経済的である。
The hydrogen content in the film referred to in the present invention is 3
5 atomic% or less means that the film thickness is uniformly 35 atomic% or less from the surface layer portion of the film 34 to the entire film thickness T. Therefore, 35 atomic% in the depth direction from the surface layer of the film 34
Any tendency may be exhibited within the following range. For example, it may have a tendency that the hydrogen content gradually increases in proportion to the film depth from the surface layer portion of the film 34, or may have a step shape.
In this way, the hydrogen content that gradually increases from the surface layer portion is economical because the surface layer portion has high hardness and the film formation time can be shortened.

【0026】なお、好ましくは膜34の表層部における
水素含有量は15atomic%以下としたものが良く、この
ような膜34の表層部におけるヌープ硬度(Hk )は2
0GPa以上を有していることから、より耐摩耗性に優
れたダイヤモンド状硬質炭素膜34とすることができ
る。
The hydrogen content in the surface layer of the film 34 is preferably 15 atomic% or less, and the Knoop hardness (Hk) in the surface layer of the film 34 is 2 or less.
Since it has 0 GPa or more, the diamond-like hard carbon film 34 having more excellent wear resistance can be obtained.

【0027】また、上記水素含有量の測定は、HFS
(Hydrogen Forwardscatteri
ng analysis)装置により測定することがで
きる。このHFS装置による測定条件は図3に示すよう
に、ビーム照射量を50μC(マイクロクーロン)とし
た2.275MeVのHe++イオンビーム62を試料で
ある固定弁体30のダイヤモンド状硬質炭素膜34に対
して15゜の角度で照射し、反射するHe++イオンビー
ム63に対し30゜の角度に配設したHFS検出器66
でもって反射後散乱するH+ イオン64を検出すること
により水素含有量を測定する。なお、HFS検出器66
の手前に配置するフォイル67は、H+ イオン64とと
もに散乱されるHe++イオンを取り除くためのものであ
る。
The above hydrogen content is measured by HFS.
(Hydrogen Forwardscatteri
ng analysis) device. As shown in FIG. 3, the measurement conditions of this HFS device are as follows: the diamond-like hard carbon film 34 of the fixed valve body 30 which is a sample of the He ++ ion beam 62 of 2.275 MeV with the beam irradiation amount of 50 μC (micro coulomb). The HFS detector 66 is arranged at an angle of 30 ° with respect to the reflected He ++ ion beam 63, which irradiates at an angle of 15 ° with respect to
The hydrogen content is then measured by detecting the H + ions 64 which are scattered after reflection. The HFS detector 66
The foil 67 placed in front of the is for removing He ++ ions scattered with the H + ions 64.

【0028】さらに、固定弁体30の摺動面31に被着
するダイヤモンド状硬質炭素膜34の膜厚Tは0.1〜
2.0μmの範囲とする。これは、膜厚Tが0.1μm
より小さいと摺動に伴う膜34の摩滅が速く長期間にわ
たり良好な摺動特性が得られないからであり、逆に、膜
厚Tが2.0μmより大きいと膨大な成膜時間を要し、
実用的で無くなるとともに、ダイヤモンド状硬質炭素膜
34中の圧縮応力が大きくなるために剥離し易くなるか
らである。
Further, the film thickness T of the diamond-like hard carbon film 34 adhered to the sliding surface 31 of the fixed valve body 30 is 0.1 to 0.1.
The range is 2.0 μm. This is because the film thickness T is 0.1 μm.
This is because if the thickness is smaller, the film 34 is rapidly worn away due to sliding and good sliding characteristics cannot be obtained for a long time. On the contrary, if the film thickness T is larger than 2.0 μm, a huge film forming time is required. ,
This is because the diamond-like hard carbon film 34 is not practically used, and the compressive stress in the diamond-like hard carbon film 34 becomes large, so that the diamond-like hard carbon film 34 easily peels off.

【0029】なお、図2に示すように、固定弁体30と
ダイヤモンド状硬質炭素膜34との密着性を高めるため
に両者の間に中間膜35として軟質の炭素膜や炭化珪素
膜などを介在させても良い。即ち、軟質の炭素膜はダイ
ヤモンド状硬質炭素膜34に比べ圧縮応力が殆ど残留し
ていないことから固定弁体30との密着性を高めること
ができ、炭化珪素膜はダイヤモンド状硬質炭素膜34と
の熱膨張係数が近似していることからダイヤモンド状硬
質炭素膜34との密着性を高めることができる。ただ
し、このような積層構造とする場合、ダイヤモンド状硬
質炭素膜34の膜厚Tは0.4〜1.0μmとし、かつ
中間膜35の膜厚tは0.2〜1.6μmの範囲で設け
ることが好ましい。また、中間膜35は1層だけに限ら
ず0.2〜1.6μmの範囲であれば、2層以上設けた
ものであっても構わない。
As shown in FIG. 2, a soft carbon film, a silicon carbide film or the like is interposed as an intermediate film 35 between the fixed valve body 30 and the diamond-like hard carbon film 34 in order to enhance the adhesion therebetween. You may let me. That is, since the soft carbon film has almost no residual compressive stress as compared with the diamond-like hard carbon film 34, the adhesion with the fixed valve body 30 can be enhanced, and the silicon carbide film is the diamond-like hard carbon film 34. Since the coefficient of thermal expansion is close, the adhesion with the diamond-like hard carbon film 34 can be enhanced. However, in the case of such a laminated structure, the thickness T of the diamond-like hard carbon film 34 is 0.4 to 1.0 μm, and the thickness t of the intermediate film 35 is 0.2 to 1.6 μm. It is preferable to provide. Further, the intermediate film 35 is not limited to one layer, and may be two or more layers provided that it is in the range of 0.2 to 1.6 μm.

【0030】以上のように、上記実施例では固定弁体3
0の摺動面31にダイヤモンド状硬質炭素膜34を被着
した例を示したが、逆に可動弁体20の摺動面21にダ
イヤモンド状硬質炭素膜34を被着し、固定弁体30を
セラミックス、金属、樹脂のいずれか一種により構成し
たものでも良く、さらには可動弁体20と固定弁体30
の両方の摺動面21,31に若干の硬度差を持たせたダ
イヤモンド状硬質炭素膜34を被着したものであっても
構わない。
As described above, in the above embodiment, the fixed valve body 3 is used.
Although the example in which the diamond-like hard carbon film 34 is adhered to the sliding surface 31 of No. 0 is shown, conversely, the diamond-like hard carbon film 34 is adhered to the sliding surface 21 of the movable valve body 20, and the fixed valve body 30 is attached. May be made of any one of ceramics, metal, and resin, and further, the movable valve body 20 and the fixed valve body 30.
The diamond-like hard carbon film 34 having a slight difference in hardness may be applied to both of the sliding surfaces 21 and 31.

【0031】また、上記実施例では水栓および湯水混合
栓用のフォーセットバルブの例を示したが、この他に医
療用サンプリングバルブ、薬液用バルブに使用できるこ
とは勿論のこと、さらにはボールバルブやその他の各種
弁部材、あるいはメカニカルシール、軸受、スライダー
など様々な用途にも応用できるものである。
Further, in the above embodiment, an example of the faucet valve for the faucet and the hot and cold water mixing faucet is shown, but besides this, it can be used as a medical sampling valve, a chemical liquid valve, and further, a ball valve. And various other valve members, mechanical seals, bearings, sliders, and various other applications.

【0032】[0032]

【実施例】膜中の水素含有量を変化させたダイヤモンド
状硬質炭素膜34を被着した図1に示す弁体を試作し、
これを図7に示すフォーセットバルブに組み込んで、耐
久性について測定を行った。
EXAMPLE A valve body shown in FIG. 1 on which a diamond-like hard carbon film 34 having a varying hydrogen content in the film was adhered was manufactured as a trial,
This was incorporated into the Faucet valve shown in FIG. 7, and the durability was measured.

【0033】フォーセットバルブを構成する各弁体2
0,30は、純度96%のアルミナ粉末を99重量%に
対し、焼結助剤としてSiO2 を0.5重量%と、Mg
OおよびCaOをそれぞれ0.2重量%ずつ添加し、さ
らにバインダーと溶媒を加えて湿式粉砕後、スプレード
ライヤーにより平均粒子径が3.7μm程度の造粒体を
作製した。この造粒体を金型プレス機によって円盤状体
23,33に成形し、しかるのち、酸化雰囲気中で約1
600℃の焼成温度にて焼成したあと、研削加工を施し
て直径5mmの流体通路22,32を穿設するととも
に、研磨加工を施して可動弁体20の表面を中心線平均
粗さ(Ra)0.08μm、平坦度1μmに仕上げて摺
動面21を形成し、固定弁体30の表面を中心線平均粗
さ(Ra)0.25μm、平坦度3μmに仕上げて摺動
面31を形成した。
Each valve body 2 which constitutes a facet valve
Nos. 0 and 30 were 99% by weight of alumina powder having a purity of 96%, 0.5% by weight of SiO 2 as a sintering aid, and Mg.
O and CaO were added in an amount of 0.2% by weight, respectively, and a binder and a solvent were further added, followed by wet pulverization, and then a granulated body having an average particle diameter of about 3.7 μm was produced by a spray dryer. The granules are molded into disk-shaped bodies 23 and 33 by a die pressing machine, and then, about 1 in an oxidizing atmosphere.
After firing at a firing temperature of 600 ° C., grinding is performed to form the fluid passages 22 and 32 having a diameter of 5 mm, and polishing is performed to make the surface of the movable valve body 20 a center line average roughness (Ra). The sliding surface 21 was formed by finishing to 0.08 μm and flatness 1 μm, and the surface of the fixed valve body 30 was finished to have center line average roughness (Ra) of 0.25 μm and flatness 3 μm to form the sliding surface 31. .

【0034】そして、固定弁体30の摺動面31にはE
CR(Electron Cyclotron Res
onance)プラズマCVD法を用いて膜中の水素含
有量の異なる3種類のダイヤモンド状硬質炭素膜34を
被着した。
The sliding surface 31 of the fixed valve body 30 has E
CR (Electron Cyclotron Res)
once) three kinds of diamond-like hard carbon films 34 having different hydrogen contents in the film were deposited by plasma CVD method.

【0035】なお、上記ECRプラズマCVD装置を用
いてダイヤモンド状硬質炭素膜34を被着するには、図
4に示すように台座52に固定弁体30を保持させ、真
空ポンプ(図示しない)を取り付けた排気口61よりプ
ラズマ室54及び試料室55の内部ガス圧を0.7mP
a以下の真空状態にしたあと、ガス導入口60よりベン
ゼンガス(C6 6 )を導入する。
In order to deposit the diamond-like hard carbon film 34 using the above ECR plasma CVD apparatus, the fixed valve body 30 is held on the pedestal 52 and a vacuum pump (not shown) is used as shown in FIG. The internal gas pressure of the plasma chamber 54 and the sample chamber 55 is 0.7 mP from the attached exhaust port 61.
After the vacuum state is set to a or less, benzene gas (C 6 H 6 ) is introduced through the gas introduction port 60.

【0036】次に、プラズマ室54内の磁束密度が87
5Gs(ガウス)になるように電磁コイル56に通電し
た状態で導波管59より周波数2.45GHzのマイク
ロ波をプラズマ室54内に導入してプラズマを発生させ
る。なお、プラズマ形成によるプラズマ室54内の壁面
の温度上昇を防止するために、予め冷却ジャケット57
には冷却水を循環させておく。
Next, the magnetic flux density in the plasma chamber 54 is 87
A microwave having a frequency of 2.45 GHz is introduced into the plasma chamber 54 from the waveguide 59 while the electromagnetic coil 56 is energized so as to be 5 Gs (Gauss), and plasma is generated. In order to prevent the temperature of the wall surface in the plasma chamber 54 from rising due to plasma formation, the cooling jacket 57 is previously formed.
Cooling water is circulated in the tank.

【0037】そして、プラズマが十分発生したのちにシ
ャッター58を開き、固定弁体30に支持部材53を介
して周波数13.56MHzの高周波電圧を印加する
と、固定弁体30には周期的に正、負の電位がかかり、
これにより固定弁体30に負の自己バイアスが発生する
ため、プラズマ中の正イオンが固定弁体30の表面に堆
積し、ベンゼンガス(C6 6 )の流量を調整すること
により、膜中の水素含有量が異なる3種類のダイヤモン
ド状硬質炭素膜34を被着した。なお、膜厚Tはそれぞ
れ0.8μmとしてある。
After the plasma is sufficiently generated, the shutter 58 is opened and a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the fixed valve body 30 via the support member 53. A negative potential is applied,
As a result, a negative self-bias is generated in the fixed valve body 30, so that positive ions in the plasma are deposited on the surface of the fixed valve body 30 and the flow rate of the benzene gas (C 6 H 6 ) is adjusted, thereby 3 types of diamond-like hard carbon films 34 having different hydrogen contents were deposited. The film thickness T is 0.8 μm.

【0038】このようにして得た各ダイヤモンド状硬質
炭素膜34をHFS(Hydrogen Forwar
dscattering analysis)装置を用
いて膜中の水素含有量を測定したところ、図5(a)〜
(c)に示すようなそれぞれ固有のプロファイルを持っ
たものであった。ただし、チャート図の横軸は膜表面か
らの深さを表し、縦軸はその深さにおける水素元素の含
有量を表している。
Each diamond-like hard carbon film 34 thus obtained was subjected to HFS (Hydrogen Forward).
The hydrogen content in the film was measured using a dscattering analysis) device, and as shown in FIG.
Each had a unique profile as shown in (c). However, the horizontal axis of the chart represents the depth from the film surface, and the vertical axis represents the hydrogen element content at that depth.

【0039】また、上記図5(a)〜(c)のダイヤモ
ンド状硬質炭素膜34の表面硬度を測定したところ表1
に示す通りであった。ただし、膜34の表面硬度の測定
条件は、軽荷重微小硬度計を用い、試験荷重を25g
f、荷重負荷速度を30μm/秒、荷重保持時間を5秒
とし、圧子としてはヌープ圧子を用いた。
Further, the surface hardness of the diamond-like hard carbon film 34 shown in FIGS.
It was as shown in. However, the measurement condition of the surface hardness of the film 34 is that the test load is 25 g using a light load micro hardness meter.
f, the load load speed was 30 μm / sec, the load holding time was 5 sec, and a Knoop indenter was used as the indenter.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】そして、上述のようにして得た各弁体2
0,30の摺動面21,31同士を軸力30Kgfで押
さえ付けながらフォーセットバルブに組み込み、80℃
の温水を1Kg/cm2 の圧力で注入した状態で摺動さ
せ、20万回の摺動後において、膜34が摩滅すること
なく0.8Kg以下のレバー40の操作力を維持できた
ものを耐久性良好と判断した。ただし、操作力はレバー
40に取り付けたプッシュプルゲージの値とした。それ
ぞれの摺動結果は図6に示す通りである。
Then, each valve element 2 obtained as described above
While pressing the sliding surfaces 21 and 31 of 0 and 30 together with an axial force of 30 Kgf, install them in the facet valve at 80 ° C.
After sliding the hot water of 1 kg / cm 2 at a pressure of 1 kg / cm 2 and sliding 200,000 times, the operating force of the lever 40 of 0.8 kg or less could be maintained without abrasion of the film 34. It was judged that the durability was good. However, the operating force was the value of the push-pull gauge attached to the lever 40. The respective sliding results are as shown in FIG.

【0042】この結果、図5(a)のダイヤモンド状硬
質炭素膜34では、摺動面31から深さ0.1μmまで
においては水素含有量が35atomic%以下であるもの
の、それ以降の深さでは水素含有量が35atomic%を越
えてしまい、硬度もヌープ硬度(Hk)で4GPaと低
いものであった。その結果、10万回の摺動において膜
34が摩滅してしまった。
As a result, in the diamond-like hard carbon film 34 of FIG. 5A, the hydrogen content is 35 atomic% or less from the sliding surface 31 to the depth of 0.1 μm, but at the depths thereafter. The hydrogen content exceeded 35 atomic%, and the Knoop hardness (Hk) was as low as 4 GPa. As a result, the film 34 was worn out after sliding 100,000 times.

【0043】これに対し、図5(b)および(c)のダ
イヤモンド状硬質炭素膜34は、水素含有量が共に表層
部から膜厚T全体において一律35atomic%以下である
ことから、20万回の摺動まで摩滅することがなかっ
た。特に、図5(c)のダイヤモンド状硬質炭素膜34
は摺動面から0.01μmまでの水素含有量が15atom
ic%以下であることからヌープ硬度(Hk)で20GP
aと非常に高く、その結果、30万回の摺動においても
膜34が摩滅することはなく、また、レバー40の操作
力が0.8Kgを越えることはなく、優れた耐久性を有
していた。
On the other hand, in the diamond-like hard carbon film 34 of FIGS. 5 (b) and 5 (c), since the hydrogen content is 35 atom% or less uniformly from the surface layer portion to the entire film thickness T, it is 200,000 times. Did not wear out until the sliding. In particular, the diamond-like hard carbon film 34 of FIG.
Has a hydrogen content of 15 atom up to 0.01 μm from the sliding surface
Knoop hardness (Hk) is 20 GP because it is below ic%
It is extremely high, and as a result, the film 34 does not wear out even after sliding 300,000 times, and the operating force of the lever 40 does not exceed 0.8 kg. Was there.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、互いに
摺動する2枚の弁体をセラミックス、金属、樹脂のうち
1種により形成するとともに、少なくともいずれか一方
の弁体の摺動面にダイヤモンド状硬質炭素膜を被着して
なるディスクバルブにおいて、上記ダイヤモンド状硬質
炭素膜の水素含有量を35atomic%以下としたことによ
り、優れた摺動特性を長期間にわたって維持させること
ができるとともに、優れた耐摩耗性を有することから、
長寿命のディスクバルブを提供することができる。
As described above, according to the present invention, two valve bodies that slide with each other are formed of one of ceramics, metal, and resin, and at least one of the valve bodies slides. In a disk valve having a diamond-like hard carbon film deposited on its surface, by setting the hydrogen content of the diamond-like hard carbon film to 35 atomic% or less, excellent sliding characteristics can be maintained for a long period of time. Also, because it has excellent wear resistance,
A long-life disc valve can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るディスクバルブの弁体のみを示す
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing only a valve body of a disc valve according to the present invention.

【図2】本発明に係るディスクバルブのうち、固定弁体
30の他の例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing another example of a fixed valve body 30 of the disc valve according to the present invention.

【図3】ダイヤモンド状硬質炭素膜に含まれる水素含有
量を測定するためのHFS装置の概略を示す構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an outline of an HFS device for measuring a hydrogen content contained in a diamond-like hard carbon film.

【図4】本発明に係るダイヤモンド状硬質炭素膜を被着
するための一手段であるECRプラズマCVD装置の概
略を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing an ECR plasma CVD apparatus which is one means for depositing a diamond-like hard carbon film according to the present invention.

【図5】各種のダイヤモンド状硬質炭素膜の水素含有量
を示すチャート図であり、(a)は本発明範囲外のもの
であり、(b)および(c)は本発明のものである。
FIG. 5 is a chart showing the hydrogen content of various diamond-like hard carbon films, where (a) is outside the scope of the present invention, and (b) and (c) are those of the present invention.

【図6】摺動回数とレバーの操作力との関係を示すグラ
フである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of slides and the lever operating force.

【図7】一般的なフォーセットバルブの作動状態を示す
図で、(A)は流体通路を開通させた斜視図であり、
(B)は流体通路を遮断した斜視図である。
FIG. 7 is a view showing an operating state of a general faucet valve, (A) is a perspective view in which a fluid passage is opened,
(B) is a perspective view in which the fluid passage is cut off.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20:可動弁体 21:摺動面 22:流体通路 23:円板状体 30:固定弁体 31:摺動面 32:流体通路 33:円板状体 34:ダイヤモンド状硬質炭素膜 20: Movable valve body 21: Sliding surface 22: Fluid passage 23: Disc body 30: Fixed valve body 31: Sliding surface 32: Fluid passage 33: Disc body 34: Diamond-like hard carbon film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】互いに摺動する2枚の弁体をセラミック
ス、金属、樹脂のうち1種により形成するとともに、少
なくともいずれか一方の弁体の摺動面にダイヤモンド状
硬質炭素膜を被着してなるディスクバルブにおいて、上
記ダイヤモンド状硬質炭素膜の水素含有量を35atomic
%以下としたことを特徴とするディスクバルブ。
1. A two-valve element that slides on each other is formed of one of ceramics, metal, and resin, and a diamond-like hard carbon film is applied to the sliding surface of at least one of the valve elements. In the disk valve, the hydrogen content of the diamond-like hard carbon film is set to 35 atomic.
A disk valve characterized by being less than or equal to%.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2190345A1 (en) * 2001-07-17 2003-07-16 Soler Ind Method for coating ceramic discs and ceramic disc obtained by said method
JP2004076884A (en) * 2002-08-21 2004-03-11 Konan Electric Co Ltd High hard ball valve
JP2006138404A (en) * 2004-11-12 2006-06-01 Kobe Steel Ltd Sliding member with excellent abrasion resistance in wet environment
JP2015085319A (en) * 2013-09-26 2015-05-07 Toto株式会社 Metallic components for water-area
JP2018194171A (en) * 2017-05-12 2018-12-06 京セラ株式会社 Slide device

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