JP3366680B2 - セラミックバルブ用部材及びその製造方法 - Google Patents
セラミックバルブ用部材及びその製造方法Info
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Description
好適な、グリース等の潤滑剤不要のセラミックバルブ用
部材及びその製造方法に関する。
ック固定弁や可動弁にはアルミナ部材を使用し、このア
ルミナ部材にグリースを塗布して摺動性を持たせてい
た。しかしこのような部材には、グリース流出による吐
水の汚染や部材の固着(リンキング)等の問題があっ
た。そこで、摺動性を有する被膜を基体上に形成する技
術が開発された。例えば特開平3−172683号、特
開平3−223190号の各公報には、摺動面に非晶質
カーボン膜を形成したセラミック製摺動部材が記載され
ている。
技術によるセラミック製摺動部材は、湯水による温度変
化の反復、及び高温高湿の厳しい使用条件下では、汎用
のアルミナ基体では非晶質カーボン膜が剥離してしまう
ため、湯水混合栓の摺動部材として使用することは困難
であった。また一方、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイア
ロン(Si−Al−O−N系の4元化合物の総称)等のS
i系非酸化物を用いるには、量産性が悪くかつ高コスト
であるという問題があった。
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、上記の厳しい使用条件下においても基
体との密着性が良好であるため、湯水混合栓の摺動部に
使用するに好適なセラミックバルブ用部材及びその製造
方法を提供することにある。
め、本発明の湯水混合栓摺動部に用いるセラミックバル
ブ用部材は、汎用のアルミナ製セラミック基体上に、中
間層として炭化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜を設け、更に
この上に、非晶質カーボン膜を設けた。
素膜又は窒化ケイ素膜を中間層として存在させることに
よって、表層の非晶質カーボン膜とアルミナ基体との密
着性が高められている。
説明する。図1は本発明に基づくセラミックバルブ用部
材の一例を示す斜視図であり、図2は、図1のA−A線
の部分断面図である。図1において、固定弁1はやや厚
みのある円盤状の形態を有しており、その平面部には水
流入孔2、湯流入孔3及び混合水流出用弁孔4が貫通し
て設けてある。この固定弁1は、上記各孔にそれぞれ対
応する、開口部5、6及び7を有するケース8の底部に
配置されている。
が穿設してあり、この空洞部10の底部には、図示しな
い混合水用弁孔及び湯水用弁孔が貫通して設けてある。
この可動弁9は固定弁1上に圧着した状態でケース8内
に組み込まれており、このケース8は更に前記湯水混合
栓内に組み込まれている。また上記可動弁9は、図示し
ない温度調節レバーと連動する構成としてある。
せると、このレバーの動きは可動弁9に伝達され、可動
弁9が固定弁1上を摺動して前記各孔の開度を変化させ
ることができる。従って、適温の湯の流出、あるいは給
湯の停止を自在に行うことが可能である。
ラミックバルブ用部材は、図2に示す層を構成してい
る。すなわち、このセラミックバルブ用部材11は、ア
ルミナ製のセラミック基体12の上に、非晶質のSi系
非酸化物製の中間層13が形成されており、更にこの中
間層13の上には、非晶質カーボン製の表層14が設け
られている。
例としては、既述の炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロ
ン等が挙げられる。この中間層13の厚さは、0.1〜
10μm、さらには0.4〜1μmとすることが好まし
い。この厚さが0.1μm未満では、中間層13が剥離
することがあり、一方、10μmを超えるとコストの増
加原因となる。
膜は、i−cコートとも呼ばれるダイヤモンド状炭素を
被膜化したものであり、摩擦係数が非常に低く、また高
い硬度を有するため、摺動部に用いるのに好適な部材で
ある。この表層14の厚さは、0.1〜10μm、さら
には0.5〜2μmとすることが好ましい。この厚さが
0.1μm未満では摩耗によって消失してしまうことが
あり、一方、10μmを超えるとコストの増加原因とな
る。
製造方法の例を以下に説明する。先ず、アルミナ製のセ
ラミック基体12上に、気相成長法により前記Si系非
酸化物の非晶質膜(中間層13)を形成する。この気相
成長法の例としては、プラズマCVD法、イオンプレー
ティング、プラズマ励起スパッタ法等のプラズマ等を用
いた熱非平衡プロセスが挙げられる。
も500℃以上であることが必要であり、好ましくは7
00〜900℃である。このように500℃以上の温度
条件で中間層13を形成すると、セラミック基体12と
の密着性が良好となり、また適度な表面粗さ(Ra)に
調製することができるため、表層14との密着性を高め
ることができる。しかし、この温度が500℃未満の場
合には、アルミナ基体12と中間層13との密着力が低
くなり、この中間層13上に形成した表層14のスクラ
ッチによる剥離や高温水側部分の剥離が生じやすくな
る。
更には0.1〜0.25μmであることが好ましい。こ
のRaが0.3μmを超えるとセラミック弁としたとき
に、止水性能が低下することがある。なお、Raは東京
精密(株)製の接触型表面粗さ計を用いて測定した。
である表層14を形成する。この表層14も同じく前記
気相成長法により形成する。このとき、後述のスキャン
・スクラッチ・テスト(SST)による表層14のスク
ラッチ強度(密着力)を、中間層13を用いない場合の
1.5倍以上とすることが好ましい。
SSTのための装置は、平面上を左右に振幅することの
できる検出部、この検出部から斜め下方に向けて伸びる
アーム、及びこのアームの先端部に取り付けたスタイラ
ス(針)からなっている。この装置を使用してスクラッ
チ強度を測定するには、先ず基盤上に載置したセラミッ
クバルブ用部材11の表面に上記スタイラスを押し当
て、上記検出部により負荷を掛けながら、セラミックバ
ルブ用部材11表面と平行にスタイラスを強制振動させ
る。
ラミックバルブ用部材11との摩擦力と上記アームから
の復元力とが作用する。このため、上記検出部が振幅最
大点から戻り始めたときに、スタイラスは摩擦力の分だ
け遅れて検出部の動きに追随する。この検出部とスタイ
ラスとの動きの差を電圧として検出する。その検出され
る電圧を記録し、電圧変化から剥離状態を把握し、その
電圧変化時の負荷値(g)をスクラッチ強度とする。な
お、本実施例においては直径50μmのスタイラスを使
用し、検出部の振動速度20μm/秒、振幅100μm
の条件で測定を行った。
ロビッカース計を用いて荷重20gで測定したところ、
非晶質カーボン膜の硬さは、中間層13の影響を受け
ず、1800〜2000Kg/mm2程度であった。
る。実施例1 純度97%のアルミナ基体12上に、800℃の温度条
件で、プラズマCVD法により非晶質の炭化ケイ素製中
間層13を1μm厚に形成した。そして、この中間層1
3の上に、非晶質カーボン製の表層14を同じくプラズ
マCVD法によって形成し、セラミックバルブ用部材と
した。上記アルミナ基体12のRaは0.1μm、表層
14のRaは0.25μmであったため、差し引きした
表面粗さRaの劣化は0.15μmとなった。また、こ
の表層14の前記スクラッチ強度は90gであり、中間
層13のない比較用部材(スクラッチ強度25g)と比
較した密着力は3.6倍であった。この内容を下記表1
にも記載した。
例1と同様にして実施例2及び3のセラミックバルブ用
部材を形成した。これらの詳細は表1に示した。また、
比較例に関しては、比較例1は中間層13を形成せず、
比較例4は金属Siを素材とした中間層13をプラズマ
CVD法の代りにプラズマ励起スパッタ法で形成してい
るが、その他は実施例2、3と同様にしてセラミックバ
ルブ用部材を形成した。これらの詳細はを表2に示し
た。
したセラミックバルブ用部材は、表層14の接着力が大
きく、中間層13を形成しない場合に比較して約2倍以
上となった。また、表2に示すように、比較例で作成し
たセラミックバルブ用部材は、中間層13の形成温度が
低い場合(比較例2)、あるいは中間層13の素材がセ
ラミックでない場合(比較例4)については、中間層1
3を用いないときよりも密着力が低下してしまった。更
に、上記形成温度を1500℃とした場合(比較例3)
は、アルミナ基体12が熱変形して使用不可能となっ
た。
で作成したセラミックバルブ用部材を実際の湯水混合栓
に組み込んで試験した。その結果、比較例3の部材に関
しては、初期より止水することができなかった。残りの
部材については、「止水→水だし→止水→湯出し→止
水」のサイクルを5万回繰り返した後の漏水の有無を調
べた。その結果、実施例1〜3で作成した部材を使用し
たものに関しては漏水は全くなかった。一方、比較例
1、2、4の部材については漏水していた。
記各比較例の部材の表層14は高温水側に剥離が生じて
おり、これが漏水の原因となっていることが分った。一
方、実施例1〜3の部材については前記サイクルを合計
30万回まで繰り返した。そして試験後の部材を目視で
確認したが、いずれの部材も高温水側の剥離、及びスク
ラッチ傷による剥離は生じていなかった。
ックバルブ用部材は中間層として炭化ケイ素膜又は窒化
ケイ素膜を形成しているため、アルミナ基体と非晶質カ
ーボン膜製の表層との密着力が増大する。また、中間層
の厚さを0.1〜10μmとすれば、中間層自身が剥離
することがないため、表層と基体との密着力が安定す
る。更に、表層の厚さを0.1〜10μmとすれば表層
の摩耗による消失が生じにくくなる。
間層としての炭化ケイ素又は窒化ケイ素の非晶質膜を、
少なくとも500℃以上の温度条件で気相成長法により
形成するため、セラミック基体との密着性が良好とな
る。
を示す斜視図
13…中間層、14…表層。
Claims (3)
- 【請求項1】 湯水混合栓の摺動部に用いるセラミック
バルブ用部材であって、このセラミックバルブ部材は、
アルミナ製のセラミック基体上に、中間層としての炭化
ケイ素膜又は窒化ケイ素膜と、表層としての非晶質カー
ボン膜とが、この順に積層されていることを特徴とする
セラミックバルブ用部材。 - 【請求項2】 前記炭化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の厚
さは0.1乃至10μmであり、前記非晶質カーボン膜
の厚さは0.1乃至10μmであり、かつこの非晶質カ
ーボン膜のビッカース硬さは1500Kg/mm2以上
であることを特徴とする請求項1記載のセラミックバル
ブ用部材。 - 【請求項3】 アルミナ製のセラミック基体上に、中間
層としての炭化ケイ素又は窒化ケイ素の非晶質膜を、少
なくとも500℃以上の温度条件で気相成長法により形
成し、更にこの中間層の上に、表層としての非晶質カー
ボン膜を、同じく気相成長法により形成することを特徴
とするセラミックバルブ用部材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04212993A JP3366680B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | セラミックバルブ用部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04212993A JP3366680B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | セラミックバルブ用部材及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06227882A JPH06227882A (ja) | 1994-08-16 |
JP3366680B2 true JP3366680B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=12627334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04212993A Expired - Lifetime JP3366680B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | セラミックバルブ用部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3366680B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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-
1993
- 1993-02-05 JP JP04212993A patent/JP3366680B2/ja not_active Expired - Lifetime
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