(57)【要約】【課題】弁体および弁座などの耐摩耗性、耐食性および耐久性の向上した弁を提供する。【解決手段】２つの開口部（１５ａ，１５ｂ）および流路（１２）を有する弁本体（１４）と、この弁本体に貫通する弁ステム（２６）と、流路内の流体の流れを制御するトリム装置（３０）とを備え、トリム装置は、弁本体の流路内に設けられた弁座（２２）と、弁ステムに取り付けられた弁体（２８）とを具え、弁体および／または弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料よりなることにより、上記課題を解決する。【選択図】図２
2010121735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁体の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項２】
前記弁体は、
その一部または全部がタングステンカーバイド含有量９５％超の前記超硬材料の前記焼結体からなる弁体頭部と、
前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、
前記弁体頭部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記弁体頭部は、
タングステンカーバイド含有量９５％超の前記超硬材料の前記焼結体からなる前記部位である周縁部と、
強度確保材料からなる芯部と、
前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記弁体の前記第１混在部は、前記弁体頭部の前記芯部と前記可溶接部との間に介在することを特徴とする請求項３に記載の弁。
【請求項５】
前記弁体は、
タングステンカーバイド含有量９５％超の前記超硬材料の前記焼結体からなる周縁部と、
強度確保材料からなる芯部と、
前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１に記載の弁。
【請求項６】
前記弁体は、さらに、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、
前記芯部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有することを特徴とする請求項５に記載の弁。
【請求項７】
前記弁体の前記可溶接部は、前記弁ステムに溶接されていることを特徴とする請求項２〜４および６のいずれかに記載の弁。
【請求項８】
前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の弁。
【請求項９】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項１０】
前記弁座は、
強度確保材料からなる外縁部と、
タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなる内縁部と、
前記外縁部と前記内縁部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第３混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項８または９に記載の弁。
【請求項１１】
前記弁座は、前記内縁部を含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の前記焼結体よりなり、前記流体と接触する流体接触部を有し、
前記第３混在部は、前記外縁部と前記流体接触面部との間に介在することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の弁。
【請求項１２】
前記流体接触部は、前記内縁部および前記弁体側の上縁部を有することを特徴とする請求項１１に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁に係り、特に、固体粒子を含む流体プロセス、例えばスラリーを扱うプラント等で使用される弁に関するもので、例えばアングル型調節弁や偏心回転弁などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の流体機械や、化学プラントあるいは原子力プラントなどのプラントには、調節弁、安全弁、玉型弁、仕切り弁、逆止弁、制御弁、逃し弁あるいは蝶型弁などの各種の弁が使用されている。これらの弁は、気相、液相および固相のいずれかの単相流体のみならず、これらの内の２つを含む２相流体や、全部を含む３相流体を流すのに用いられている。特に、固体粒子を含む液体やキャビテーション、フラッシングが発生するような液体プロセスに用いられる弁、特に、調節弁には、摩耗しにくいこと、すなわち高い耐摩耗性が要求される。
このため、このような弁には、その耐摩耗性を維持するために各種部品、特に、流体と接触する部位、すなわち流体接触部、例えば、弁体（プラグ）および弁座（シート、シートリング）には、セラミックや高硬度材料などが用いられている。
【０００３】
例えば、耐摩耗に優れる材料として、コバルト（Ｃｏ）（５％以上）をバインダとして用いて炭化タングステン（ＷＣ）を焼結したタングステンカーバイド（以下、ＷＣ−Ｃｏともいう）を材料に用いた弁（バルブ）があるが、例えば、下記のごとき使用条件や流体条件下では弁内で固体粒子に曝される箇所が数時間〜数日で摩耗してしまい、バルブが寿命に達してしまうという問題がある。
（１）石炭液化プラントにおける石炭スラリーの減圧制御ラインでの使用
（２）化学プラントにおける各種触媒等の固体粒子を含む固液二相流の減圧・流量調節制        御ラインでの使用
例えば、一次圧：１５〜２０ＭＰa、温度：３５０〜４００℃の条件下、
この場合、弁下流側で過剰減圧されると溶存ガス成分がフラッシュ（気化）し、気・液・固の３相流体となり、急膨張し流速は、ほぼ音速に達する。
なお、流体条件がフラッシュ（気化）条件に至らない場合であっても、固体粒子が硬く高流速の場合には、バルブ内主要部に同様の摩耗が発生し、短寿命化が問題となる。
例として、多結晶シリコン製造ラインなどがある。
【０００４】
そこで、このような弁には、耐磨耗性の高い材料を用いることが試みられてきた。摩耗条件が過酷な部品である弁座とオリフィスには焼結ダイヤモンドを用い、中程度に過酷な部品であるプラグには、微結晶（超微粒子）タングステンカーバイド（ＷＣ−Ｃｏ）を用いることによって、耐磨耗性を向上させた圧力調節弁が特許文献１に開示されている。
すなわち、特許文献１には、その先行技術として、プラグ（弁体）、シートリング（弁座）およびオリフィスならびにシートホルダには、Ｃｏ（バインダ）の含有量５〜２５％の従来のタングステンカーバイト（ＷＣ−Ｃｏ）を用いるアングル弁タイプの圧力調節弁が用いられていたが、これらの部位には、高速で液体や固体が衝突するため、エロージョンや磨耗が発生することが開示され、これらの各部位に発生するエロージョンや磨耗による機能低下を防止するために、プラグ（弁体）およびシートホルダには、Ｃｏの含有量５〜１２％、炭化チタン（ＴｉＣ）および炭化タンタル（ＴａＣ）の含有量１〜４％の超微粒子タングステンカーバイトを用い、シートリング（弁座）およびオリフィスには、焼結ダイヤモンドを用い、オリフィスリテーナおよびテールピースには、上述の従来のタングステンカーバイトを用いる調節弁が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２６９８７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の調節弁では、弁体部分が、ＷＣ−Ｃｏ材で構成されており、焼結ダイヤモンドが用いられていないことから、耐摩耗性が十分でないという問題が生じてきている。ＷＣ−Ｃｏ材は、表面硬度がＨｖ：１８００〜１９５０しかないため、例えば、Ｈｖが２０００程度のＡｌ２Ｏ３系スラリーに対する耐磨耗性が不十分である。
すなわち、特許文献１に開示された調節弁では、弁体に、ＷＣのバインダとしてＣｏを５〜１２％含有するＷＣ−Ｃｏ材（超微粒子タングステンカーバイト）が用いられているため、耐摩耗性の向上はある程度望めるものの、ＣｏがＷＣに比べて柔らかいために、主としてＣｏ部分が磨耗し、その結果、ＷＣ−Ｃｏ材が磨耗してしまうという問題がある。なお、このような問題は、特許文献１に開示された先行技術の調節弁の弁座に、ＷＣのバインダとしてＣｏを５〜２５％含有する従来のＷＣ−Ｃｏ材を用いた場合にも、同様に磨耗が発生するという問題がある。
また、特許文献１に開示された調節弁においては、弁体に用いるＷＣ−Ｃｏ材のＣｏ含有量が５％未満では弁部材としての延性、曲げ強度が不足し、オリフィスリテーナおよびテールピースに用いる従来のＷＣ−Ｃｏ材のＣｏ含有量が５％未満ではバインダ量として不足し、圧縮強度が低下するとしており、特許文献１では、Ｃｏを含まないもしくはＣｏ含有量が５％未満の高純度のＷＣを弁部材として用いることができない。
【０００７】
また、一般に、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）を含め従来の耐摩耗材料の場合も、金属部品との接合方法が難しく、製造工程の複雑化やそれに伴う材料コストおよび製造コストの高騰の要因となっているばかりでなく、その接合のため、バルブ性能（例えば、Ｃｖ値／最大流量、流量制御範囲、弁座漏洩量等）を犠牲にしている場合が多く、バルブ性能の信頼性が低いという問題があった。
このため、このような調節弁のように、弁体にＷＣ−Ｃｏ材を用いる場合には、これらと金属部品である弁ステム材との接合を、溶接によって行うことが困難なため、銀ろう等のろう付けが採用されているが、銀ろう等の耐食性が低いため、流体との接触により、腐食が進行し、最後には破損に至ってしまうという問題があった。
すなわち、このような弁では、ＷＣ−Ｃｏ材と保持部のステンレス材との接合に銀ろう付けが採用されているが、その耐熱温度は３００℃程度であり、銀ろうによる接合部の耐食性が不十分なため、流体中に塩素等のハロゲンが存する場合、接合部腐食によるＷＣ−Ｃｏ部分の脱落がみられ、バルブの寿命短縮を引き起こしているという問題がある。また、流体温度が高い場合、ＷＣ−Ｃｏ材と保持部のステンレス材の熱膨張係数の違いによる内部歪みに起因した接合破壊が起こる虞があり、ＷＣ−Ｃｏ部分の脱落に結びつくほか、銀ろう付け接合部分の強度低下を招く虞がある。さらには、ＷＣ−Ｃｏ部分が４５０℃程度の高温になるとＣｏの析出が生じ、空洞化による強度低下と耐磨耗性低下を招いている。このように、銀ろう付け接合は、高温高圧環境下で使用される調節弁には不向きで、結果的にバルブ性能の信頼性が低い。
【０００８】
また、焼結ダイヤモンドは、個別バルブの形状にあわせる形状対応力が乏しく、極小口径のパイロットプラントレベルの部品への適用が考えられる程度である。例えば、石炭液化プラントの場合、パイロットプラントではバルブの流路内径がΦ１０ｍｍ以下で十分なのに対し、商用プラントになるとΦ１５０〜２００ｍｍ程度のものが必要とされる。しかし、そのような大きさのバルブを焼結ダイヤモンドで作ると、製造コストが莫大な上、十分な信頼性を得ることが現状困難である。
すなわち、特許文献１に開示された調節弁のように、弁座に硬度が高く耐摩耗性が高い焼結ダイヤモンドを用いれば、高い耐摩耗性を得ることができるものの、部品コストが高騰し、製造コストの高騰の要因となるという問題がある。
【０００９】
本発明の第１の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、耐摩耗性、耐食性および耐久性の向上した弁、特に、弁体および弁座などに、摩耗しにくく、高い耐摩耗性を持ち、エロージョンや焼き付きやかじりなどが生じにくく、耐食性や耐久性も高い焼結材料を使用することができ、弁体および弁座などの耐摩耗性、耐食性および耐久性の向上した弁を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、上記第１の目的に加え、弁体および弁座などの部品の強度を維持することができる弁を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、上記第１および第２の目的に加え、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる弁を提供することにある。
さらに、本発明の第４の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、上記第１〜第３の目的に加え、材料コストおよび製造コストを抑えたものでありながら、バルブ性能の信頼性を向上させることができる弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、  前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁体の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁体の一部または全部をタングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料で構成することにより、弁体、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
【００１１】
ここで、前記弁体は、その一部または全部がタングステンカーバイド含有量９５％超の前記超硬材料の前記焼結体からなる弁体頭部と、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、前記弁体頭部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる。
また、前記弁体頭部は、タングステンカーバイド含有量９５％超の前記超硬材料の前記焼結体からなる前記部位である周縁部と、強度確保材料からなる芯部と、前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁体などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁体の前記第１混在部は、前記弁体頭部の前記芯部と前記可溶接部との間に介在することが好ましい。
【００１２】
また、前記弁体は、タングステンカーバイド含有量９５％超の前記超硬材料の前記焼結体からなる周縁部と、強度確保材料からなる芯部と、前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁体などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁体は、さらに、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、前記芯部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有することが好ましい。
この場合、さらに、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる。
また、前記弁体の前記可溶接部は、前記弁ステムに溶接されていることが好ましい。
また、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることが好ましい。
また、前記弁体の一部または全部、および／または、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９６％以上の超硬材料の焼結体よりなることがより好ましい。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁座の一部または全部をタングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料で構成することにより、弁座、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
【００１４】
ここで、前記弁座は、強度確保材料からなる外縁部と、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなる内縁部と、前記外縁部と前記内縁部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第３混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁座などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁座は、前記内縁部を含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の前記焼結体よりなり、前記流体と接触する流体接触部を有し、前記第３混在部は、前記外縁部と前記流体接触面部との間に介在することが好ましい。
また、前記流体接触部は、前記内縁部および前記弁体側の上縁部を有することが好ましい。
また、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９６％以上の超硬材料の焼結体よりなることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弁体および弁座などに耐摩耗性、耐食性および耐久性の高い超硬材料の焼結体を用いることを可能とし、これらの耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができ、その結果、弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
また、本発明によれば、上記効果に加え、弁体および弁座などの部品の強度を維持することができ、また、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができ、さらに、材料コストおよび製造コストを抑えたものでありながら、バルブ性能の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る弁を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る弁を適用したアングル弁の一実施例の要部の断面図である。
同図に示すように、アングル弁１０は、断面略Ｌ字状に連続する流路１２を形成した弁本体１４と、流路１２の中途部に形成された弁室１６と、弁室１６に一部が臨むガイド１８と、ガイド１８と対向するように弁室１６に一部が臨むケージ２０と、ケージ２０に保持された弁座（シートリング）２２と、弁本体１４に連結され、ガイド１８と密着する駆動部ユニット２４（一部のみ図示）と、ガイド１８に貫通し、一端が駆動部ユニット２４に支持された弁ステム２６と、弁ステム２６の先端に設けられた、弁室１６内に臨む弁体（弁プラグ）２８とを備えている。
なお、弁本体１４にケージ２０を介して保持される弁座２２と弁ステム２６の先端に設けられた弁体２８とは、トリム装置３０を構成する。なお、図示例では、このトリム装置３０としては、さらに、ガイド１８と、ケージ２０とを含んでも良い。
なお、図示例においては、弁座２２をケージ２０を介して弁本体１４に保持するように構成しているが、本発明はこれに限定されず、後述するアングル弁１００（図９参照）のように、弁座２２を直接弁本体１４に保持するようにしても良い。
【００１８】
また、弁本体１４は、流体流入側（図１中、弁室１６よりも左側）に流路１２に連通する導入口ポート（開口部）１５ａを、流体排出側（図１中、弁室１６よりも下側）に流路１２に連通する送出口ポート（開口部）１５ｂを有する。また、弁本体１４には、導入口ポート１５ａに上流側配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部１４ａと、送出口ポート１５ｂに下流側配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部１４ｂが形成されている。
このような構成において、アングル弁１０では、トリム装置３０の弁座２２および弁体２８は、駆動部ユニット２４によって上下に駆動される弁ステム２６によって弁体２８が弁座２２に位置している時、導入口ポート１５ａと送出口ポート１５ｂとの間の流路１２内の流体の流れを防止すると共に、弁ステム２６によって弁体２８が弁座２２から離れて位置している時、導入口ポート１５ａと送出口ポート１５ｂとの間の流路１２内に流体を流すよう構成される。こうして、トリム装置３０は、アングル弁１０を通過する流体の流れを制御し、アングル弁１０前後の流体の圧力を調節する。
【００１９】
ここで、本発明においては、トリム装置３０の弁座２２および／または弁体２８は、その一部または全部が、タングステンカーバイド（ＷＣ）の含有量が９５％超、すなわち９５％を超え、１００％までの超硬材料、換言すれば、不純物、例えば、Ｃｏなどの不純物の含有量が５％未満のタングステンカーバイド（ＷＣ）または不純物を含まない純粋なタングステンカーバイド（ＷＣ）の超硬材料よりなる焼結部材により構成されている。その結果、流体の通過に伴う弁座２２および／または弁体２８の摩耗を防止することができる。
【００２０】
次に、本発明のアングル弁１０の弁ステム２６、トリム装置３０の弁座２２および弁体２８の詳細な構成について説明する。
図２は、図１に示すアングル弁の弁ステム、トリム装置の弁座および弁体の一実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図である。図３は、従来のアングル弁の弁ステム、トリム装置の弁座および弁体の詳細な構成を示す断面模式図である。図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図２に示す弁体の一実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図である。図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２に示すアングル弁の弁ステムおよび弁体の他の実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図である。図６（ａ）は、図２に示す弁座の一実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す弁座の変形例である。
なお、これらの図２〜図６（ｂ）においては、理解を容易にするために、図１に示すアングル弁１０の弁ステム２６、トリム装置３０の弁座２２および弁体２８の形状を簡略化して示している。
【００２１】
図２に示すアングル弁１０において、トリム装置３０の弁体２８は、棒状の部材であって、その先端側に設けられ、その一部または全部がタングステンカーバイド（以下、ＷＣという）含有量９５％超の超硬材料からなる弁体頭部３２と、基端側に設けられ、弁ステム２６との溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部３６と、弁体頭部３２と可溶接部３６との間に設けられ、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料および溶接可能材料の両材料が混在する混在部３４とを有する複合材料から構成される。
そして、弁体２８の可溶接部３６と弁ステム２６とが溶接部３８を介して接続され、固定される。
一方、図２に示すアングル弁１０において、トリム装置３０の弁座２２は、リング状の部材であって、その内周面側に設けられ、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料からなる内縁部４０と、外周面側に設けられ、金属等の強度確保材料からなり、弁座本体を構成する外縁部４４と、内縁部４０と外縁部４４との間に設けられ、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料および強度確保材料の両材料が混在する混在部４２とを有する複合材料から構成される。
【００２２】
これに対し、図３に示すように、従来のアングル弁２００においては、トリム装置２０４の弁体２０６は、例えば、特許文献１などの従来技術の項で詳述したように、Ｃｏ含有量が５〜１２％、あるいは５〜２５％、つまりＷＣ含有量９５％以下のタングステンカーバイド（ＷＣ−Ｃｏ）超硬材料の単一材料からなる棒状の部材であり、その基端側がステンレス等の金属材料からなる弁ステム２０２にろう付けされ、弁体２０６と弁ステム２０２とは銀ろう部２０８を介して接続され、固定される。また、トリム装置２０４の弁座２１０は、同様に、ＷＣ−Ｃｏや焼結ダイヤモンドなどの超硬材料の単一材料からなるリング状の部材である。
【００２３】
まず、図２、図４（ａ）および（ｂ）に示すトリム装置３０の弁体２８について説明する。これらの図に示すように、トリム装置３０の弁体２８の先端側に設けられる弁体頭部３２は、これに対向して設けられる弁座２２の内縁部４０と接離して、アングル弁１０の流路を流れる流体の量や圧力を制御するものである。
図２に示す本発明のアングル弁１０においては、トリム装置３０の弁体２８の弁体頭部３２は、弁体２８の本体をなし、流体、特に固体粒子を含む流体や、気相、液相および固相の３相流体などによる磨耗が発生しやすい部位であって、本発明の特徴とする部分であり、本発明では、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料によって形成される。
【００２４】
このため、本発明のアングル弁１０においては、たとえ、固体粒子を含む流体と接触しても、磨耗や腐食が発生したり、進行したりせず、高い耐摩耗性、耐食性および耐久性を維持することができる。これに対し、図３に示す従来のアングル弁２００においては、トリム装置２０４の弁体２０６および弁座２１０は、ＷＣ含有量９５％以下のＷＣ−Ｃｏから形成されているため、磨耗や腐食が発生し、また進行して、破損に至ることがあることは上述した通りである。
ここで、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料には、ＷＣの含有量が９５％を超え、つまり、バインダとしてのＣｏなどの不純物の含有量が５％未満の超硬材料および不純物を含まないＷＣの含有量が１００％の純粋なＷＣからなる超硬材料が含まれる。
なお、本発明に用いられるＷＣ含有量９５％超の超硬材料に含まれる５％未満の物質としては、バインダ成分、第２成分、反応生成物、分解生成物などとして、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ、ＴｉＣ、ＴａＣ、Ｗなどが含まれていても良いし、また、不可避不純物として、Ｆｅ，Ｍｏ，Ｃａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｇなどが含まれていてもよい。
【００２５】
次に、弁体２８の可溶接部（または溶接可能部）３６は、弁ステム２６と接する側に設けられ、弁ステム２６と弁体２８とを溶接可能とするための部位であって、弁ステム２６と同じ材料、もしくは弁ステム２６との溶接性に富む材料などの溶接可能材料を使用して形成する。ここで、通常、弁ステム２６にステンレス等の金属材料が用いられるため、可溶接部３６にも溶接可能材料としてステンレス等の金属材料を用いるのが良い、
なお、弁ステム２６に用いられる金属材料としては、耐食性や耐久性に優れ、溶接可能な金属材料であれば、特に制限的ではないが、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、モネル、インコロイ等のニッケル合金のほか、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金や化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属、などを用いることができる。
【００２６】
したがって、弁体２８の可溶接部３６に用いられる溶接可能材料としても、耐食性や耐久性に優れ、溶接可能な金属材料であれば、特に制限的ではなく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、モネル、インコロイ等のニッケル合金のほか、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金および化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属などを用いることができる。
このように、本発明においては、弁体２８の基端部に可溶接部３６を設けることにより、可溶接部３６と弁ステム２６との間に溶接によって溶接部３８を形成して、両者を溶接によって接合することができる。
【００２７】
次に、弁体２８の混在部３４は、弁体２８の弁体頭部３２と可溶接部３６との間に設けられる部位であって、弁体頭部３２に用いられるＷＣ含有量９５％超の超硬材料と可溶接部３６に用いられる溶接可能材料との両材料を混在させた材料から形成される。
ここで、混在部３４における両材料の混在状態としては、弁体頭部３２と可溶接部３６とを強度などの所定の機械的性質を維持できるようにつなぐ焼結ができれば、特に制限的ではないが、図４（ａ）に示す混在部３４ａのように、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料と溶接可能材料との両材料が傾斜組成となる状態、および図４（ｂ）に示す混在部３４ｂのように、両材料が互いに分散する状態とするのが好ましい。
【００２８】
このように、本発明においては、弁体２８の弁体頭部３２と可溶接部３６との間に混在部３４を設けることにより、弁体頭部３２と可溶接部３６とを強度などの機械的性質を維持しながら両者を繋ぐことができ、弁体２８の強度などの機械的性質を良好なものとすると共に、溶接性のないＷＣ含有量９５％超の超硬材料からなる弁体頭部３２を持つ弁体２８に、溶接性のある部位を形成することができる。
なお、混在部３４を設けるのが好ましい理由は、混在部３４を設けないと、超硬材料中のＷＣ以外の成分の有無に係わらず、超硬材料と同種あるいは他の金属との溶接性が極めて低く、溶接に伴う熱負荷や、弁体頭部３２と可溶接部３６との熱膨張整数の相違などの理由により、弁体頭部３２の接合部側で破壊したり、溶接強度が低くなり、実使用に耐えることができない虞があるからである。このように、混在部３４を設けることにより、これらの問題を一気に解決することが可能となる。
【００２９】
図４（ａ）に示す混在部３４ａでは、弁体頭部３２と接する側では、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料の割合を１００％とし、弁体頭部３２から離れて可溶接部３６に近付くにつれて、少しずつ超硬材料の割合を減らすと共に溶接可能材料の割合を増やし、可溶接部３６と接する側では、溶接可能材料の割合を１００％とするように組成を傾斜させることができるが、本発明は、これに限定されず、弁体頭部３２と接する側における超硬材料の割合が５０％超であり、可溶接部３６と接する側における溶接可能材料の割合が５０％超であり、混在部３４ａ内での組成が傾斜していれば、どのような割合であっても良いし、どのように傾斜していても良く、両材料に応じて適切に選択すれば良い。例えば、焼結前の粉末充填の際に、一方の材料から他方の材料に向けて１０％ずつ組成割合を１０段階変化させて充填させても良い。このようにして組成を傾斜させることにより、十分な強度を有する弁体を得ることができる。
また、このような混在部３４ａの材料組織としては、融点の低い方の物質（可溶接部３６の金属）が超硬材料中の粒界部に拡散・浸透したような組織となっている。
【００３０】
また、図４（ｂ）に示す混在部３４ｂでは、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料と溶接可能材料とを均等に混在させ、すなわち、両材料を５０％ずつ互いに分散させておくのが好ましく、また、均一に混在、分散させておくのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、両材料がマトリックスと分散との関係の、すなわち一方がマトリックスとなり、他方が分散している分散型複合材料となっていれば良く、両材料をどのような割合で分散させても良いし、どのように分散させても良い。例えば、焼結前の粉末の前処理として、超硬材料でコーティングされたステンレス製容器の中に、所定量、例えば、容器容積の４０％に相当する量のＷＣ含有量９５％超の超硬材料と溶接可能材料の混合物と、所定量、例えば、同３０％に相当する量の超硬ボールを投入し、所定速度で所定時間、例えば、毎分１００回転の速度で２４時間ボールミル混合攪拌しておくことにより、十分な強度を有する弁体を得ることができる。
【００３１】
本発明においては、図４（ａ）または（ｂ）に示すように、弁体２８を構成する弁体頭部３２の粉末成形体をＷＣ含有量９５％超の超硬材料の粉末で形成し、これに一体的に続くように、混在部３４（３４ａ、３４ｂ）の粉末成形体を超硬材料および溶接可能材料の各粉末を混在状態（傾斜組成、分散）に合わせて混合して形成し、さらに、これに一体的に続くように、可溶接部３６の粉末成形体を溶接可能材料の粉末で形成して、弁体２８の一体化された複合粉末成形体を形成し、弁体２８の複合粉末成形体を焼結して、適切な寸法および形状に機械加工することにより、図４（ａ）または（ｂ）に示す複合部材からなる弁体２８の焼結体を作製することができる。
こうして得られた焼結弁体２８の可溶接部３６を弁ステム２６に溶接することにより、両者間を溶接部３８を介して容易かつ堅固に接合することができる。本発明においては、弁体２８と弁ステム２６とは溶接により接合されているので、図３に示す弁ステム２０２と弁体２０６とは、銀ろう２０８を介してろう付けにより接合される従来のアングル弁２００の場合ように、低い耐食性のために、流体との接触による腐食の進行や、接合強度の低下や、寿命短縮などを招くことがない。
本発明に用いられる弁体２８およびこれを用いるアングル弁１０は、基本的に以上のように構成される。
【００３２】
上述した実施例では、弁体２８の弁体頭部３２は、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料で形成されていたが、本発明はこれに限定されず、複数の材料から構成される複合部材によって形成しても良い。
図５（ａ）に、図２に示すアングル弁の弁ステムおよび弁体の他の実施例を示す。なお、図５（ａ）に示す弁ステム２６および弁体２８ｃは、図２に示す弁ステム２６および弁体２８と、弁体頭部３２と３２ａとの構成が異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、弁体２８ｃは、弁体頭部３２ａ、混在部３４（３４ａ、３４ｂ：図４参照）および可溶接部３６から構成され、可溶接部３６が溶接部３８を介して弁ステム２６に溶接接合されている。
弁体２８ｃの弁体頭部３２ａは、ＷＣ含有量９５％超の超硬材料からなる周縁部４６と、強度確保材料からなる芯部５０と、周縁部４６と芯部５０との間に超硬材料および強度確保材料の両材料が混在する混在部４８とを有する複合部材からなる。
ここで、弁体頭部３２ａの周縁部４６は、形状は円筒状であり、図２、図４（ａ）および（ｂ）に示す弁体２８の弁体頭部３２と形状は異なるが、弁体頭部３２と同様な超硬材料を用いて、同様にして円筒状に構成すれば良い。
【００３４】
芯部５０は、弁体頭部３２ａの中心部分となる弁体頭部本体、したがって、いわば弁体本体を形成する円柱状部材であり、強度確保材料からなり、弁体頭部３２ａおよび弁体２８ｃの強度を確保する部分である。
ここで、芯部５０を形成する強度確保材料は、弁体頭部３２ａおよび弁体２８ｃの強度を確保できる材料であれば、どのようなものでも良いが、例えば、特許文献１に開示の超微粒子ＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ含有量５〜１２％、ＴｉＣおよびＴａＣの総含有量１〜４％）および従来のＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ含有量５〜２５％）の超硬材料（以下、両者を総称してＷＣ−Ｃｏ系超硬材料という）などのように、耐食性や硬さは劣るが、所定の強度を持つ超硬材料も好ましい。このようなＷＣ−Ｃｏ系超硬材料としては、所定の強度を確保できれば、どのような超硬材料でも良い。
このほか、芯部５０を形成する強度確保材料としては、所定の強度を確保できれば、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、モネル、インコロイ等のニッケル合金も用いることができるし、その他に用いることのできる材料として、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金および化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属なども挙げることができる。
【００３５】
弁体頭部３２ａの混在部４８は、弁体頭部３２ａの周縁部４６と芯部５０との間に設けられる部位であって、周縁部４６に用いられるＷＣ含有量９５％超の超硬材料（以下、ＷＣ系超硬材料という）と芯部５０に用いられるＷＣ−Ｃｏ系超硬材料との両超硬材料を混在させた材料から形成される。
ここで、混在部４８における両材料の混在状態としては、周縁部４６と芯部５０とを強度などの所定の機械的性質を維持できるようにつなぐ焼結ができれば、特に制限的ではないが、ＷＣ系超硬材料とＷＣ−Ｃｏ系超硬材料との両材料が傾斜組成となる状態、および両材料が互いに分散する状態とするのが好ましい。
【００３６】
このように、本発明においては、弁体２８ｃの弁体頭部３２ａの周縁部４６と芯部５０との間に混在部４８を設けることにより、周縁部４６の高い硬度と芯部５０の強度を維持しながら周縁部４６と芯部５０とを繋ぐ（接合する）ことができ、弁体２８の表面硬度および強度ならびに耐衝撃性などの機械的性質を良好なものとすることができる。なお、混在部４８を設けて、耐衝撃性を向上させるのは、弁の使用目的によっては、頻繁に開閉が繰り返され、弁体と弁座の接触衝撃による欠損／破損を防ぎうるだけの耐衝撃性の付与が求められる場合があるからである。
また、混在部４８を設けるのが好ましい理由は、混在部３４の場合と同様に、混在部４８を設けないと、超硬材料中のＷＣ以外の成分の有無に係わらず、超硬材料と同種あるいは他の金属との接合性が極めて低く、接合に伴う熱負荷や、周辺部４６と芯部５０との熱膨張係数の相違などの理由により、周辺部４６が破壊したり、芯部５０との接合強度が低くなり、実使用に耐えることができない虞があるからである。このように、混在部４８を設けることにより、これらの問題を一気に解決することが可能となる。
【００３７】
混在部４８では、周縁部４６と接する側では、ＷＣ系超硬材料の割合を１００％とし、周縁部４６から離れて芯部５０に近付くにつれて、少しずつＷＣ系超硬材料の割合を減らすと共にＷＣ−Ｃｏ系超硬材料の割合を増やし、芯部５０と接する側では、ＷＣ−Ｃｏ系超硬材料の割合を１００％とするように組成を傾斜させることができるが、本発明は、これに限定されず、周縁部４６と接する側におけるＷＣ系超硬材料の割合が５０％超であり、芯部５０と接する側におけるＷＣ−Ｃｏ系超硬材料の割合が５０％超であり、混在部４８内での組成が傾斜していれば、どのような割合であっても良いし、どのように傾斜していても良く、両材料に応じて適切に選択すれば良い。例えば、焼結前の粉末充填の際に、一方の材料から他方の材料に向けて２０％ずつ組成割合を５段階変化させて充填させても良い。このようにして組成を傾斜させることにより、十分な強度を有する弁体を得ることができる。
また、このような混在部４８の材料組織としては、融点の低い方の物質（芯部５０の強度確保材料（例えば、可溶接金属））が超硬材料中の粒界部に拡散・浸透したような組織となっている。
【００３８】
また、混在部４８では、ＷＣ系超硬材料とＷＣ−Ｃｏ系超硬材料とを均等に混在させ、すなわち、両材料を５０％ずつ互いに分散させておくのが好ましく、また、均一に混在、分散させておくのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、両材料がマトリックスと分散との関係の、すなわち一方がマトリックスとなり、他方が分散している分散型複合材料となっていれば良く、両材料をどのような割合で分散させても良いし、どのように分散させても良い。例えば、焼結前の粉末の前処理として、超硬材料でコーティングされたステンレス製容器の中に、所定量、例えば、容器容積の４０％に相当する量のＷＣ含有量９５％超の超硬材料とＷＣ−Ｃｏ系超硬材料（または溶接可能材料）との混合物と、所定量、例えば、同３０％に相当する量の超硬ボールを投入し、所定速度で所定時間、例えば、毎分１００回転の速度で２４時間ボールミル混合攪拌しておくことにより、十分な強度を有する弁体を得ることができる。
【００３９】
本発明においては、まず、図５（ａ）に示すように、弁体２８ｃの弁体頭部３２ａを構成する芯部５０の粉末成形体をＷＣ−Ｃｏ系超硬材料の粉末で形成し、その外側周囲に一体的に覆うように、混在部４８の粉末成形体をＷＣ−Ｃｏ系超硬材料およびＷＣ系超硬材料の各粉末を混在状態（傾斜組成、分散）に合わせて混合して形成し、さらに、その外側周囲に一体的に覆うように、周縁部４６の粉末成形体をＷＣ系超硬材料の粉末で形成して、弁体頭部３２ａの一体化された複合粉末成形体を形成し、これに一体的に続くように、混在部３４（３４ａ、３４ｂ）の粉末成形体をＷＣ系超硬材料および溶接可能材料の各粉末を混在状態（傾斜組成、分散）に合わせて混合して形成し、さらに、これに一体的に続くように、可溶接部３６の粉末成形体を溶接可能材料の粉末で形成して、弁体２８ｃの一体化された複合粉末成形体を形成し、弁体２８ｃの複合粉末成形体を焼結して、適切な寸法および形状に機械加工することにより、図５（ａ）に示す複合部材からなる弁体２８ｃの焼結体を作製することができる。なお、この際、弁体２８ｃの混在部３４は、弁体頭部３２ａの芯部５０と可溶接部３６との間に介在するように形成しても良い。
【００４０】
こうして得られた焼結弁体２８ｃの可溶接部３６を弁ステム２６に溶接することにより、両者間を溶接部３８を介して容易かつ堅固に接合することができる。本発明においては、弁体２８ｃと弁ステム２６とは溶接により接合されているので、図３に示す弁ステム２０２と弁体２０６とは、銀ろう２０８を介してろう付けにより接合される従来のアングル弁２００の場合ように、低い耐食性のために、流体との接触による腐食の進行や、接合強度の低下や、寿命短縮などを招くことがない。
上述した例では、芯部５０に強度確保材料としてＷＣ−Ｃｏ系超硬材料を用い、周縁部４６にＷＣ系超硬材料を用いた場合の混在部４８の形成について述べたが、本発明は、これに限定されず、芯部５０に用いる強度確保材料としてＷＣ−Ｃｏ系超硬材料以外の上述した強度確保材料を用いた場合も、ＷＣ−Ｃｏ系超硬材料を他の強度確保材料に変えるだけで、同様にして混在部４８を形成することができるのは言うまでもない。
本発明に用いられる弁体２８ｃおよびこれを用いる弁１０は、基本的に以上のように構成される。
【００４１】
なお、図５（ａ）に示す例では、弁体２８ｃを、周縁部４６、混在部４８および芯部５０を有する複合部材からなる弁体頭部３２ａと、混在部３４と、可溶接部３６とで構成したが、本発明はこれに限定されず、芯部５０を構成する強度確保材料としてステンレス等の溶接可能材料や溶接可能な金属材料を用いることができる場合には、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、弁体２８ｃにおいて、混在部３４および可溶接部３６を形成せず、弁体頭部３２ｂ、３２ｃ自体を弁体２８ｄ、２８ｅとして用いても良い。
すなわち、上述したように、芯部５０を構成する強度確保材料として、ＷＣ−Ｃｏ系超硬材料の代わりにステンレス等の溶接可能材料を用い、芯部５０を、その頂部に円板部５０ａを持ち、断面Ｔ字状の円柱状部材として形成して、弁体頭部３２ｂの一体化された複合粉末成形体を形成した後、混在部３４の粉末成形体および可溶接部３６の粉末成形体を形成することなく、弁体頭部３２ｂの複合粉末成形体を焼結して、適切な寸法および形状に機械加工することにより、図５（ｂ）に示す複合部材からなる弁体２８ｄの焼結体を作製することができる。なお、図示例では、円板部５０ａの直径を、周縁部４６の外径に略等しく形成するのが好ましい。
【００４２】
このように、芯部５０が溶接可能材料で形成されている弁体頭部３２ｂ自体を弁体２８ｄとして形成することにより、弁ステム２６を弁体頭部３２ｂの芯部５０の円板部５０ａに直接溶接して、弁ステム２６と芯部５０の円板部５０ａとの間に溶接部３８を形成し、弁ステム２６と、芯部５０、したがって弁体２８ｄとを接合することもできる。
なお、図５（ｂ）のように、芯部５０を断面「Ｔ字型」となるように構成する理由は、芯部５０（円板部５０ａ）と弁ステム２６との溶接は外周部でのみ可能なことからである。このような構成の場合、芯部５０（円板部５０ａ）と弁ステム２６とを結合する方法として、拡散接合も十分に適用可能である。
さらに、図５（ｃ）に示す弁体２８ｅのように、弁体頭部３２ｃの芯部５０の頭部の円板部５０ａ（可溶接部側）にねじ部５０ｂを設け、弁ステム２６側にねじ穴２６ａを設け、芯部５０のねじ部５０ｂを弁ステム２６のねじ穴２６ａに螺合させてねじ止めするように構成しても良い。
【００４３】
次に、図２、図６（ａ）および（ｂ）に示すトリム装置３０の弁座２２および２２ａについて説明する。
図２および図６（ａ）に示す本発明のアングル弁１０においては、上述したように、トリム装置３０の弁座２２は、リング状の内縁部４０、混在部４２および外縁部４４から構成される。
これらの図に示すように、トリム装置３０の弁座２２の内縁部４０は、弁座２２の最も内側に形成されるリング状の部材であって、トリム装置３０の弁体２８の弁体頭部３２と同様に、流体、特に固体粒子を含む流体や、気相、液相および固相の３相流体などによる磨耗が発生しやすい部位であって、本発明の特徴とする部分であり、本発明では、ＷＣ含有量９５％超のＷＣ系超硬材料によって形成される。
【００４４】
このため、本発明のアングル弁１０においては、たとえ、弁座２２の内縁部４０が、固体粒子を含む流体と接触しても、磨耗や腐食が発生したり、進行したりせず、高い耐摩耗性、耐食性および耐久性を維持することができる。これに対し、図３に示す従来のアングル弁２００においては、トリム装置２０４の弁座２１０は、ＷＣ含有量９５％以下のＷＣ−Ｃｏ系超硬材料から形成されているため、磨耗や腐食が発生し、また進行して、破損に至ることがあることは上述した通りである。
ここで、弁座２２の内縁部４０に用いられるＷＣ系超硬材料としては、トリム装置３０の弁体２８に用いられるＷＣ系超硬材料と同様なものを用いれば良い。
【００４５】
外縁部４４は、弁座２２の最も外側に形成され、弁座２２の本体をなすリング状の部材であって、強度確保材料からなり、弁座２２の強度を確保する部分である。
ここで、外縁部４４を形成する強度確保材料は、弁座２２の強度を確保できる材料であれば、どのようなものでも良いが、例えばステンレス等の金属材料であるのが好ましい。
このほか、外縁部４４を形成する強度確保材料としては、所定の強度を確保できれば、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、モネル、インコロイ等のニッケル合金を用いることができるし、その他に用いることのできる材料として、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金および化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属なども挙げることができる。
【００４６】
弁座２２の混在部４２は、弁座２２の内縁部４０と外縁部４４との間に設けられる部位であって、内縁部４０に用いられるＷＣ系超硬材料と外縁部４４に用いられる強度確保材料との両材料を混在させた材料から形成される。
ここで、混在部４２における両材料の混在状態としては、内縁部４０と外縁部４４とを強度などの所定の機械的性質を維持できるようにつなぐ焼結ができれば、特に制限的ではないが、ＷＣ系超硬材料と強度確保材料との両材料が傾斜組成となる状態、および両材料が互いに分散する状態とするのが好ましい。
【００４７】
このように、本発明においては、弁座２２の内縁部４０と外縁部４４との間に混在部４２を設けることにより、内縁部４０の高い硬度と外縁部４４の強度を維持しながら内縁部４０と外縁部４４とを繋ぐ（接合する）ことができ、弁座２２の内周表面硬度および強度ならびに耐衝撃性などの機械的性質を良好なものとすることができる。なお、混在部４２を設けて、耐衝撃性を向上させるのは、弁の使用目的によっては、頻繁に開閉が繰り返され、弁体と弁座の接触衝撃による欠損／破損を防ぎうるだけの耐衝撃性の付与が求められる場合があるが、混在部の存在により、衝撃吸収・緩和効果が望めるからである。
また、混在部４２を設けるのが好ましい理由は、混在部４８の場合と同様に、混在部４２を設けないと、超硬材料中のＷＣ以外の成分の有無に係わらず、超硬材料と同種あるいは他の金属との接合性が極めて低く、接合に伴う熱負荷や、内縁部４０と外縁部４４との熱膨張係数の相違などの理由により、内縁部４０が破壊したり、外縁部４４との接合強度が低くなり、実使用に耐えることができない虞があるからである。このように、混在部４２を設けることにより、これらの問題を一気に解決することが可能となる。
【００４８】
混在部４２では、内縁部４０と接する側では、ＷＣ系超硬材料の割合を１００％とし、内縁部４０から離れて外縁部４４に近付くにつれて、少しずつＷＣ系超硬材料の割合を減らすと共に強度確保材料の割合を増やし、外縁部４４と接する側では、強度確保材料の割合を１００％とするように組成を傾斜させることができるが、本発明は、これに限定されず、内縁部４０と接する側におけるＷＣ系超硬材料の割合が５０％超であり、外縁部４４と接する側における強度確保材料の割合が５０％超であり、混在部４２内での組成が傾斜していれば、どのような割合であっても良いし、どのように傾斜していても良く、両材料に応じて適切に選択すれば良い。例えば、焼結前の粉末充填の際に、一方の材料から他方の材料に向けて２５％ずつ組成割合を４段階変化させて充填させても良い。このようにして組成を傾斜させることにより、十分な強度を有する弁座を得ることができる。
また、このような混在部４２の材料組織としては、融点の低い方の物質（外縁部４４の強度確保材料（例えば、可溶接金属））が超硬材料中の粒界部に拡散・浸透したような組織となっている。
【００４９】
また、混在部４２では、ＷＣ系超硬材料と強度確保材料とを均等に混在させ、すなわち、両材料を５０％ずつ互いに分散させておくのが好ましく、また、均一に混在、分散させておくのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、両材料がマトリックスと分散との関係の、すなわち一方がマトリックスとなり、他方が分散している分散型複合材料となっていれば良く、両材料をどのような割合で分散させても良いし、どのように分散させても良い。
例えば、焼結前の粉末の前処理として、超硬材料でコーティングされたステンレス製容器の中に、所定量、例えば、容器容積の４０％に相当する量のＷＣ含有量９５％超の超硬材料とＷＣ−Ｃｏ系超硬材料（または溶接可能材料）との混合物と、所定量、例えば、同３０％に相当する量の超硬ボールを投入し、所定速度で所定時間、例えば、毎分１００回転の速度で２４時間ボールミル混合攪拌しておくことにより、十分な強度を有する弁座を得ることができる。
【００５０】
本発明においては、まず、図６（ａ）に示すように、弁座２２を構成する内縁部４０の粉末成形体をＷＣ系超硬材料の粉末でリング状に形成し、その外周面を一体的に覆うように、混在部４２の粉末成形体をＷＣ系超硬材料および強度確保材料の各粉末を混在状態（傾斜組成、分散）に合わせて混合してリング状に形成し、さらに、その外周面を一体的に覆うように、外縁部４４の粉末成形体を強度確保材料の粉末でリング状に形成して、弁座２２の一体化された複合粉末成形体を形成し、弁座２２の複合粉末成形体を焼結して、適切な寸法および形状に機械加工することにより、図６（ａ）に示す複合部材からなる弁座２２の焼結体を作製することができる。
【００５１】
上述した例では、流体が通過するリング状の弁座２２の貫通孔の内周面を形成する内縁部４０のみをＷＣ系超硬材料で形成しているが、流体は、リング状の内縁部４０の内周面だけではなく、弁座２２の上縁部にも接触するので、図６（ｂ）に示すように、弁座２２ａの上縁部５２も、ＷＣ系超硬材料で形成してもよい。
このようにすることにより、弁座２２ａにおいては、内縁部４０および上縁部５２を含む、流体と接触する流体接触部を、ＷＣ系超硬材料で形成することができ、弁座２２ａの磨耗を防止することができる。
本発明に用いられる弁座２２，２２ａおよびこれを用いる弁１０は、基本的に以上のように構成される。
【００５２】
上述した実施例は、本発明の種々の実施形態をアングル弁に適用した実施例であるが、本発明は上記実施例に限定される訳ではなく、種々のタイプの弁に適用可能である。
図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明が適用される偏心形回転弁の一実施例の要部の正面から見た断面図および上面から見た断面図である。
これらの図に示すように、偏心形回転弁６０は、鋳型等からなる弁本体６２と、弁本体６２内で直管状に伸びる流路６４と、流路６４の中途部に形成された弁室６６と、流路６４の流体の流れ方向と直交する軸線を回転中心とする図示上下一対の弁軸（弁ステム）６８と、弁軸６８に保持された弁体（弁プラグ）７０とを備えている。
【００５３】
弁本体６２の一方の側（図７（ａ）の弁室６６よりも図示左側）には保持部（リテーナ）７２と弁座（シートリング）７４とが設けられている。また、流路６４は、実質的に保持部７２と弁座７４と弁室６６とによって形成されている。
また、弁本体６２は、一方の側に流路６４に連通する開口部６５ａを、他方の側に（図７（ａ）の弁室６６よりも図示右側）に流路６４に連通する開口部６５ｂを有する。また、弁本体６２には、開口部６５ａに配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部６２ａと、開口部６５ｂに配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部６２ｂが形成されている。
なお、弁本体６２に保持部７２によって保持される弁座７４と一対の弁軸６８に保持された弁体７０とは、トリム装置７６を構成する。
なお、偏心形回転弁６０においては、開口部６５ａおよび開口部６５ｂのいずれが上流側となる配置して用いることができるが、スラリーなどの摩耗性流体を通過させる場合には、開口部６５ａを上流側に配置して用いる場合には、摩耗性流体が弁本体６２の内壁面にぶつかり、その内壁面を摩耗するので、例えば、支持部７２などを高硬度にすることにより、逆に、開口部６５ｂを上流側に配置して用いるのが良い。すなわち、偏心形回転弁６０は、標準的な用途の場合には、開口部６５ａ（弁座７４）が上流側、開口部６５ｂ（弁体７０）が下流側となるように配置されるのが良いが、耐摩耗性用途の場合は、本体内面を守るため、開口部６５ｂ（弁体７０）が上流側、開口部６５ａ（弁座７４）が下流側となるように配置されるのが好ましい。
【００５４】
弁軸６８は、ここでは、流路６４を挟むように２本に分割されており、各一端が弁本体６２を貫通して弁本体６２または駆動部（図示せず）に保持されている。
弁体７０は、流路６４の流体の流れを開閉する弁体本体７０ａと、この弁体頭部７０ａを弁軸６８に固定するための平面視略扇形状のフランジ７０ｂとによって断面略コ字形状に形成されている。
このような構成において、偏心形回転弁６０では、トリム装置７６の弁体７０が、弁軸６８によって回転され、弁体７０の弁体頭部７０ａが弁座７４に位置している時、開口部６５ａと開口部６５ｂとの間の流路６４内の流体の流れを防止すると共に、弁体７０が、弁軸６８によって回転され、弁体７０の弁体本体７０ａが弁座７４から離れて位置し、流路６４を開いている時、開口部６５ａと開口部６５ｂとの間の流路６４内に流体を流すよう構成され、弁本体６２の流路６４の内部を、例えば硬質の固体粒子を含んだ流体が流れる。こうして、トリム装置７６は、偏心形回転弁６０を通過する流体の流れを制御し、偏心形回転弁６０前後の流体の圧力を調節する。
【００５５】
ここで、本発明の偏心形回転弁６０においては、トリム装置７６の弁座７４および／または弁体７０は、その一部または全部が、ＷＣの含有量が９５％超のＷＣ系超硬材料よりなる焼結部材により構成されている。その結果、流体の通過に伴う弁座７４および／または弁体７０の摩耗を防止することができる。
なお、ここでは、図示しないが、図７に示す弁体７０は、図１〜５（ｃ）に示す弁体２８〜２８ｅとその形状は異なるが、弁体本体７０ａを、図２〜５（ｃ）に示す弁体２８〜２８ｅに相当するものとして、ＷＣ系超硬材料よりなる弁体頭部、混在部および可溶接部で構成し、弁体本体７０ａの可溶接部にフランジ７０ｂを溶接するようにしても良いし、または、弁体本体７０ａをＷＣ系超硬材料よりなる弁体頭部とし、フランジ７０ｂを可溶接部とし、弁体本体７０ａとフランジ７０ｂとの間に混在部を形成し、フランジ７０ｂを弁軸６８に溶接するようにしても良いし、弁体本体７０ａ自体もしくはその弁体頭部を、ＷＣ系超硬材料よりなる周縁部、混在部および芯部で構成しても良い。
また、図７に示す弁座７４は、図１〜５（ｃ）に示す弁座２２とその形状は異なるが、弁座７４を、ＷＣ系超硬材料よりなる内縁部、混在部および外縁部で構成しても良い。
【００５６】
また、図８は、本発明が適用される微小流量調節弁の一実施例の要部の断面図である。
同図に示すように、微小流量調節弁８０は、図示左右に延びかつその中途部で図示上下にオーバーラップした状態で連通された流路８２を備えた弁本体８４と、流路８２の上下にオーバーラップした部分を弁室８６としてその弁室８６を開閉する弁体８８と、弁室８６を構成する流路８２の上下に跨ると共に実質的に弁体８８により開閉される弁座（シート、オリフィス）９０とを備えている。
また、弁本体８４には、弁体８８を先端に設けた弁ステム９２を駆動させる駆動部９４が設けられている。
また、弁本体８４は、流体流入側（図８の弁室８６よりも図示左側）に流路８２に連通する導入口ポート（開口部）８５ａを、流体排出側（図８の弁室８６よりも図示右側）に流路８２に連通する送出口ポート（開口部）８５ｂを有する。また、弁本体８４には、導入口ポート８５ａに上流側配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部８４ａと、送出口ポート８５ｂに下流側配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部８４ｂが形成されている。
なお、弁本体８４に保持される弁座９０と弁ステム９２の先端に設けられた弁体８８とは、トリム装置９６を構成する。
【００５７】
このような構成において、微小流量調節弁８０では、トリム装置９６の弁座９０および弁体８８は、駆動部９４によって上下に駆動される弁ステム９２によって弁体８８が弁座９０に位置している時、導入口ポート８５ａと送出口ポート８５ｂとの間の流路８２内の流体の流れを防止すると共に、弁ステム９２によって弁体８８が弁座９０から離れて位置している時、導入口ポート８５ａと送出口ポート８５ｂとの間の流路８２内に流体を流すよう構成される。こうして、トリム装置９６は、微小流量調節弁８０を通過する流体の流れを制御し、微小流量調節弁８０前後の流体の圧力を調節する。
【００５８】
ここで、本発明においては、トリム装置９６の弁座９０および／または弁体８８は、その一部または全部が、ＷＣ系超硬材料よりなる焼結部材により構成されている。その結果、流体の通過に伴う弁座９０および／または弁体８８の摩耗を防止することができる。
なお、ここでは、図示しないが、図８に示す弁体８８を、図１〜５（ｃ）に示す弁体２８と同様に、ＷＣ系超硬材料よりなる弁体頭部、混在部および可溶接部で構成し、弁体８８の可溶接部に弁ステム９２を溶接するようにしても良いし、弁体８８の弁体頭部を、ＷＣ系超硬材料よりなる周縁部、混在部および芯部で構成しても良い。
また、図８に示す弁座９０を、図２および図６に示す弁座２２と同様に、ＷＣ系超硬材料よりなる内縁部、混在部および外縁部で構成しても良い。
【００５９】
また、図９は、本発明が適用されるアングル弁の他の実施例の断面図である。
なお、図９に示すアングル弁１００は、図１に示すアングル弁１０と、弁本体の構造が異なり、トリム装置のケージを備えておらず、駆動部ユニットの全体が図示されている点で相違するが、これら以外は、略同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
図９に示すように、アングル弁１００は、断面略Ｌ字状に連続する流路１０２を形成する弁本体１０４と、流路１０２の中途部に形成された弁室１０６と、弁本体１０４に上方で支持され、弁室１０６に上側から一部が臨むガイド１０８と、弁本体１０４に下方側で支持され、ガイド１０８と対向するように弁室１０６に下側から一部が臨む弁座（シートリング）１１０と、弁本体１０４に連結される駆動部ユニット１１２と、ガイド１０８を貫通し、一端が駆動部ユニット１１２に支持された弁ステム１１４と、弁ステム１１４の先端に設けられた、弁室１０６内に臨む弁体（弁プラグ）１１６とを備えている。
なお、弁本体１０４に保持される弁座１１０と弁ステム１１４６の先端に設けられた弁体１１６とは、トリム装置１１８を構成する。なお、図示例では、このトリム装置１１８としては、さらに、ガイド１８を含んでも良い。
【００６０】
弁本体１０４は、Ｌ字状流路１０２の水平流路１０２ａおよびこれに連通する弁室１０６を形成する弁箱（ボディ）１２０と、弁箱１２０の上部に載置され、その間にガイド１０８を保持する弁蓋（ボンネット）１２２と、弁箱１２０の下部を支持し、その間に弁座１１０を保持する円筒状弁基台１２４とを有し、弁蓋１２２とガイド１０８の鍔部１０８ａとの間およびガイド１０８の鍔部１０８ａと弁箱１２０との間、ならびに、弁箱１２０と弁座１１０の鍔部１１０ａとの間および弁座１１０の鍔部１１０ａと弁基台１２４との間には、それぞれガスケット１２６が介挿される。円筒状弁基台１２４の内周には、弁室１０６に連通するＬ字状流路１０２の垂直流路１０２ｂを形成するスリーブ１２８がスリーブ押え１３０によって取り付けられている。
【００６１】
また、弁本体１０４は、弁箱１２０の流体流入側（図９中、弁室１０６よりも左側）に流路１０２の水平流路１０２ａに連通する導入口ポート（開口部）１０５ａを、弁基台１２４の流体排出側（図９中、弁室１０６よりも下側）に流路１０２の垂直流路１０２ｂに連通する送出口ポート（開口部）１０５ｂを有する。また、弁箱１２０には、導入口ポート１０５ａに上流側配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部１２０ａと、弁基台１２４には、送出口ポート１０５ｂに下流側配管（図示せず）を接続するための配管接続用のフランジ部１２４ａが形成されている。
また、駆動ユニット１１２は、弁本体１０４の弁蓋１２２の上部に取り付けられるヨーク１３２と、ヨーク１３２の上部に取り付けられる駆動装置１３４とを有する。なお、弁ステム１１４は、弁蓋１２２に、弁ステム１１４の一端に連結される弁プラグ１１６は、ガイド１０８に上下動可能に支持され、弁ステム１１４の他端は、箱状のヨーク１３２に覆われて、駆動装置１３４に連結されて、上下に駆動される。
【００６２】
このような構成において、アングル弁１００では、トリム装置１１８の弁座１１０および弁体１１６は、駆動部ユニット１１２によって上下に駆動される弁ステム１１４によって弁体１１６が弁座１１０に位置している時、導入口ポート１０５ａと送出口ポート１０５ｂとの間の流路１０２内の流体の流れを防止すると共に、弁ステム１１４によって弁体１１６が弁座１１０から離れて位置している時、導入口ポート１０５ａと送出口ポート１５ｂとの間の流路１０２内に流体を流すよう構成される。こうして、トリム装置１１８は、アングル弁１００を通過する流体の流れを制御し、アングル弁１００前後の流体の圧力を調節する。
【００６３】
ところで、アングル弁１００の場合、図９に示すように、トリム装置１１８の弁体１１６の弁体頭部１１６ａおよび弁座１１０の内周面、さらには、スリーブ１２８の弁座側の内周面などの参照符号Ｗで示される領域が磨耗する領域である。
しかしながら、本発明においては、トリム装置１１８の弁座１１０および／または弁体１１６は、図１に示すトリム装置３０の弁座２２および／または弁体２８と同様に、その一部または全部が、タングステンカーバイド（ＷＣ）の含有量が９５％超の超硬材料よりなる焼結部材により構成されている。その結果、流体の通過に伴う弁座１１０および／または弁体１１６、さらには、スリーブ１２８の摩耗を防止することができる。
なお、本発明のアングル弁１００の弁ステム１１４、トリム装置１１８の弁座１１０および弁体１１６は、図１に示すアングル弁１０の弁ステム２６、トリム装置３０の弁座２２および弁体２８と同様な構成を有するものであるので、その詳細な構成についての説明は省略する。
【実施例】
【００６４】
以下に、本発明に係る弁について実施例を挙げて具体的に説明する。
（実施例１）
図９にアングル弁１００に用いる弁体のブラストエロージョンテストを以下に示す実験条件で行った。
【００６５】
サンプルとして、組成がＷＣ９６％およびＣｏ４％であり、形状がφ８ｍｍ×３ｍｍの焼結弁体サンプルを作製した。
ブラストエロージョンテストは、ブラスト材をノズルから所定噴射条件で弁体サンプルに噴射することを１ショットとして繰り返して複数のショット行い、１０ショット後、３０ショット後および１００ショット後の３種について、それぞれ弁体サンプルの磨耗量（磨耗深さ：μｍ）を三鷹工器株式会社製  非接触三次元測定器  ＮＨ−３ＳＰで計測した。その結果を表１および図１０に示す。
なお、テストに用いたブラスト材は、ホワイトアルミナ（９８％Ａｌ２Ｏ３、硬さ：Ｈｖ２０５０）、粒度：＃２４０、粒子径：〜１２７μｍのものであった。
また、１ショットの噴射条件は、ノズル径：０．６ｍｍφ、噴射圧力：０．８ ＭＰａＧ、粒子速度：１１０ｍ／ｓｅｃ、噴射時間：８０ｍｓｅｃＯＮ／４０ｍｓｅｃＯＦＦ、ワーク距離：３ｍｍ、入射角：９０°であった。
【００６６】
（実施例２〜４）
弁体サンプルの組成をＷＣ９７．５％（Ｃｏ２．５％）、ＷＣ９９％（Ｃｏ１％）およびＷＣ１００％に変えた以外は、実施例１と同様にして、ブラストエロージョンテストを行い、１０ショット後、３０ショット後および１００ショット後の弁体サンプルの磨耗量を計測した。その結果を表１および図１０に示す。
（比較例１〜２）
弁体サンプルの組成をＷＣ９２％（Ｃｏ８％）（従来のＷＣ超硬材料製焼結体）およびＷＣ９５％（Ｃｏ５％）に変えた以外は、実施例１と同様にして、ブラストエロージョンテストを行い、１０ショット後、３０ショット後および１００ショット後の弁体サンプルの磨耗量を計測した。その結果を表１および図１０に示す。
【００６７】
【表１】
2010121735.tif 000003
【００６８】
表１および図１０に示す結果から明らかなように、１０ショットおよび３０ショットでは、比較例１および２の弁体サンプルにおいても、その磨耗量は、１１．７μｍ以下と少ないものの、１００ショットでは、比較例１および２では、それぞれ５９μｍおよび６７．３μｍとなるのに対し、実施例１〜４では、それぞれ、４３．１μｍ、２７．５μｍ、２０．９μｍおよび０．１μｍ以下であり、比較例１および２に比べ、略２／３程度、略１／２程度、略１／３程度および略１／６００以下となっており、実施例１〜４の各弁体サンプルには、顕著な効果があることが分かる。特に、実施例４のＷＣ含有量１００％の弁体サンプルでは、比較例１および２に対して、圧倒的に優位な効果が得られることがわかる。
以上から、本発明の効果は明らかである。
【００６９】
なお、本発明者は、参考例として、ＳＵＳ３１６、ステライト溶着、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜３μｍおよび焼結ダイヤモンドの組成の弁体サンプル（形状は実施例１と同じ）についても、実施例１と同様に、ブラストエロージョンテストを行い、図示しないが、ＳＵＳ３１６およびステライト溶着の場合には比較例１と、ＤＬＣ被膜３μｍの場合には実施例３と、焼結ダイヤモンドの場合には実施例４と同程度の磨耗量となることを確認した。
【００７０】
また、ＷＣ１００％超硬材料の焼結体からなる弁体サンプルと同等のブラストエロージョン特性を有する焼結ダイヤモンドで弁体や弁座を成型する際の困難性について検証した結果を以下に示す。
以下の理由で焼結ダイヤモンドを用いる場合には、製造コストが莫大なものになり、また、形状対応力の乏しく、使用に制限が存在することが分かった。
１）原石の粒を揃えるため、ふるいにかけるが難しかった。
２）製造工程で４０００℃、５万気圧での焼結が必要であり、バインダにＣｏを使用する必要があった。
３）天然ダイヤのパウダで加工することなるが加工が困難で精度が十分にでなかった。すなわち、弁座（シートリング）は加工できるが、弁体（プラグ）の特性部が加工できなかった。
４）大きさに制限があった。例えば、丸棒φ８ｍｍが限界であった。なお、ＷＣベースのダイヤモンド層（例えば、ＤＬＣ層なども含む）の場合にも、板材では、最大φ７０ｍｍで層厚さ１．５ｍｍが限界であり、棒材では、最大φ３７ｍｍ×９ｍｍので、層厚さ１．０ｍｍが限界であった。
５）金属との接合、連結が困難であった。例えば、焼きばめ、銀ロー付け等ができなかった。このため、ＷＣをベースにＣｏバインダを利用してダイヤモンドのパウダを積層させる必要があったが、バインダにＣｏを用いるため、使用温度に制限があった。
６）機械的に脆いため、物理的な衝撃、あるいは熱的衝撃に弱く、簡単に割れてしまう欠点があった。このため、混在する異物を弁座部に噛み込んだ場合に割れたり、急激な温度差によって割れることがあった。
【００７１】
次に、流量調節制御弁としてアングル型調節弁（全体構造図：図９に示すアングル弁１００、弁体１１６の外径φ６．９ｍｍ、弁座１１０の内径φ７ｍｍ）を工業プラントとして多結晶シリコン製造ラインに適用した場合のその適用条件および適用結果を検証した結果を以下に示す。
運転条件としては、製造工程で発生した余剰した四塩化珪素を排出するラインで使用した。このラインでは、金属シリコンと塩化水素を２００℃〜５００℃で反応させ後に冷却し、蒸留し精製された高純度のトリクロロシランを高温で水素を用い還元析出させ、その際、未反応のトリクロロシランと副生した四塩化珪素に分離されるが、蒸留工程の時に余剰した四塩化珪素は系外へ排出された。
１次圧：１００〜５００ＫＰaＧ、２次圧：大気開放、温度：５０〜１００℃であった。流体は、四塩化珪素に高硬度微粒子のスラリーが含まれていた。流体内に存在する高硬度微粒子のスラリーが弁座部を通過する際に摩耗を引き起こした。
このラインに取り付けられている弁は、流量調節制御用途であるため、プロセスの運転条件が変更されない限り、ほぼ一定弁開度で維持されていることが多く、弁体および弁座が流体から受けるダメージは同一の場所となった。
ここで、弁体および弁座の一部が摩耗すると、流体の通過面積が大きくなるため、制御するための弁の弁開度は下がってしまった。また、この場所で摩耗が進み、更に弁開度が下がった。
また、弁体および弁座の摩耗は、流体を閉止する弁座部に到達すると、必要な時に流体を閉止することができず、また、上述した摩耗を繰り返していることから、使用に耐えられないものとなった。
【００７２】
本出願人の１人は、このようなラインに、自ら作製した種々の材質による弁（アングル弁１００）を適用した際に各材質の弁の寿命を実測した結果、同ラインでの材質別の寿命は、例えば、ダイヤ粒子複合ニッケルメッキ（ＣＤＣ）製では、1週間、ステライトＮｏ１２製では、３ヶ月、従来ＷＣ（ＷＣ９２％）超硬材料製では、1年であったことを確認していた。
上記３材料およびＷＣ１００％の超硬材料製の弁体および弁座を持つ弁を上記運転条件下で一定期間使用の後、その摩耗の程度を比較したところ、ＷＣ１００％超硬材料製の場合は、従来ＷＣ（ＷＣ９２％）超硬材料製の場合の１／１０以下であった。このことにより、ＷＣ１００％超硬材料製の弁体および弁座を持つ弁の寿命は、少なくとも３年以上であると見積もることができる。
【００７３】
ところで、上記各実施例や実施形態では、弁としてアングル弁１０、１００、偏心型回転弁６０、微小流量調節弁８０として開示したが、これら以外の弁への適用も可能であることは勿論である。
また、本発明の弁とすることにより、キャビテーションやフラッシング、例えば、弁内の縮流部で最大流速、最低圧力となり、ここでキャビティが発生し、その後流で圧壊して弁体や弁座の表面部が強い圧力受けても、摩耗することを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明の弁は、耐摩耗性、耐食性および耐久性の向上した弁を提供することができる。また、本発明は、弁体および弁座などの部品の強度を維持することができる弁を提供することができる。
また、本発明は、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる弁を提供することができる。
さらに、本発明は、材料コストおよび製造コストを抑えたものでありながら、バルブ性能の信頼性を向上させることができる弁を提供することができ、
従って、本発明は、石炭液化プラントにおける石炭スラリーの減圧制御ラインや化学プラントにおける各種触媒等の固体粒子を含む固液二相流の減圧・流量調節制御ラインでの使用にも耐えることができる弁を提供でき、本発明の産業上の利用可能性は、極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁を適用したアングル弁の一実施例の要部の断面図である。
【図２】図１に示すアングル弁の弁ステム、トリム装置の弁座および弁体の一実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図である。
【図３】従来のアングル弁の弁ステム、トリム装置の弁座および弁体の詳細な構成を示す断面模式図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図２に示す弁体の一実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２に示すアングル弁の弁ステムおよび弁体の他の実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図である。
【図６】（ａ）は、図２に示す弁体の一実施例の詳細な構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す弁体の変形例である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明が適用される偏心形回転弁の一実施例の要部の正面から見た断面図および上面から見た断面図である。
【図８】本発明が適用される微小流量調節弁の一実施例の要部の断面図である。
【図９】本発明が適用されるアングル弁の他の実施例の断面図である。
【図１０】本発明の実施例および比較例の弁体サンプルのショット数に対する磨耗量（磨耗深さ）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１０、１００  アングル弁
１２、６４、８２、１０２  流路
１４、６２、８４、１０４  弁本体
１６、６６、８６、１０６  弁室
２２、７４、９０、１１０  弁座
２６、９２、１１４  弁ステム
２８、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、７０、８８、１１６  弁体
３０、７６、９６、１１８  トリム装置
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、１１６ａ  弁体頭部
３４、４２、４８  混在部
３６  可溶接部（溶接可能部）
３８  溶接部
４０  内縁部
４４  外縁部
４６  周縁部
５０  芯部
５２  上縁部
６０  偏心形回転弁
６８  弁軸
８０  微小流量調節弁
【図１】
2010121735.tif 000004
【図２】
2010121735.tif 000005
【図３】
2010121735.tif 000006
【図４】
2010121735.tif 000007
【図５】
2010121735.tif 000008
【図６】
2010121735.tif 000009
【図７】
2010121735.tif 000010
【図８】
2010121735.tif 000011
【図９】
2010121735.tif 000012
【図１０】
2010121735.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁体の一部または全部、もしくは、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項２】
前記超硬材料の焼結体のタングステンカーバイド含有量が、１００％未満である請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記超硬材料の焼結体のタングステンカーバイド含有量が、９７．５％以上、９９％以下である請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
前記超硬材料の焼結体は、タングステンカーバイドと、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含む請求項１〜３のいずれかに記載の弁。
【請求項５】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁体の一部または全部が、タングステンカーバイドと、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項６】
前記弁体は、
その一部または全部が前記超硬材料の前記焼結体からなる弁体頭部と、
前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、
前記弁体頭部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の弁。
【請求項７】
前記弁体頭部は、
前記超硬材料の前記焼結体からなる前記部位である周縁部と、
強度確保材料からなる芯部と、
前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項６に記載の弁。
【請求項８】
前記弁体の前記第１混在部は、前記弁体頭部の前記芯部と前記可溶接部との間に介在することを特徴とする請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記弁体は、
前記超硬材料の前記焼結体からなる周縁部と、
強度確保材料からなる芯部と、
前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の弁。
【請求項１０】
前記弁体は、さらに、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、
前記芯部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有することを特徴とする請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記弁体の前記可溶接部は、前記弁ステムに溶接されていることを特徴とする請求項６〜８および１０のいずれかに記載の弁。
【請求項１２】
前記弁座の一部または全部が、前記超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の弁。
【請求項１３】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイドと、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項１４】
前記弁座は、
強度確保材料からなる外縁部と、
前記超硬材料の焼結体よりなる内縁部と、
前記外縁部と前記内縁部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第３混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１〜４及び１２〜１３のいずれかに記載の弁。
【請求項１５】
前記弁座は、前記内縁部を含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の前記焼結体よりなり、前記流体と接触する流体接触部を有し、
前記第３混在部は、前記外縁部と前記流体接触面部との間に介在することを特徴とする請求項１〜４及び１２〜１４のいずれかに記載の弁。
【請求項１６】
前記流体接触部は、前記内縁部および前記弁体側の上縁部を有することを特徴とする請求項１５に記載の弁。
【請求項１７】
前記超硬材料の焼結体は、タングステンカーバイドと、Ｃｏとを含む請求項１〜１６のいずれかに記載の弁。
【請求項１８】
前記超硬材料の焼結体は、さらにＴｉＣ及びＴａＣの少なくとも１種を含む請求項１〜１７のいずれかに記載の弁。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁体の一部または全部、もしくは、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁体の一部または全部、もしくは、前記弁座の一部または全部をタングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料で構成することにより、弁体、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
ここで、前記超硬材料の焼結体のタングステンカーバイド含有量が、１００％未満であるのが好ましく、また、９７．５％以上、９９％以下であるのがより好ましい。
また、前記超硬材料の焼結体は、タングステンカーバイドと、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含むのが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁体の一部または全部が、タングステンカーバイドと、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁体の一部または全部をＣｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含むタングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料で構成することにより、弁体、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
ここで、前記弁体は、その一部または全部が前記超硬材料の前記焼結体からなる弁体頭部と、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、前記弁体頭部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる。
また、前記弁体頭部は、前記超硬材料の前記焼結体からなる前記部位である周縁部と、強度確保材料からなる芯部と、前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁体などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁体の前記第１混在部は、前記弁体頭部の前記芯部と前記可溶接部との間に介在することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、前記弁体は、前記超硬材料の前記焼結体からなる周縁部と、強度確保材料からなる芯部と、前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁体などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁体は、さらに、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、前記芯部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有することが好ましい。
この場合、さらに、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる。
また、前記弁体の前記可溶接部は、前記弁ステムに溶接されていることが好ましい。
また、前記弁座の一部または全部が、前記超硬材料の焼結体よりなることが好ましい。
また、前記弁体の一部または全部、および／または前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９６％以上の超硬材料の焼結体よりなることがより好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第３の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイドと、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含み、タングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁座の一部または全部をＣｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含むタングステンカーバイド含有量９５％超の超硬材料で構成することにより、弁座、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ここで、前記弁座は、強度確保材料からなる外縁部と、前記超硬材料の焼結体よりなる内縁部と、前記外縁部と前記内縁部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第３混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁座などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁座は、前記内縁部を含み、前記超硬材料の前記焼結体よりなり、前記流体と接触する流体接触部を有し、前記第３混在部は、前記外縁部と前記流体接触面部との間に介在することが好ましい。
また、前記流体接触部は、前記内縁部および前記弁体側の上縁部を有することが好ましい。
また、前記超硬材料の焼結体は、タングステンカーバイドと、Ｃｏとを含むのが好ましく、またさらに、ＴｉＣ及びＴａＣの少なくとも１種を含むのがより好ましい。
また、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９６％以上の超硬材料の焼結体よりなることがより好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次に、弁体２８の可溶接部（または溶接可能部）３６は、弁ステム２６と接する側に設けられ、弁ステム２６と弁体２８とを溶接可能とするための部位であって、弁ステム２６と同じ材料、もしくは弁ステム２６との溶接性に富む材料などの溶接可能材料を使用して形成する。ここで、通常、弁ステム２６にステンレス等の金属材料が用いられるため、可溶接部３６にも溶接可能材料としてステンレス等の金属材料を用いるのが良い、
なお、弁ステム２６に用いられる金属材料としては、耐食性や耐久性に優れ、溶接可能な金属材料であれば、特に制限的ではないが、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、モネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）等のニッケル合金のほか、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金や化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属、などを用いることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
したがって、弁体２８の可溶接部３６に用いられる溶接可能材料としても、耐食性や耐久性に優れ、溶接可能な金属材料であれば、特に制限的ではなく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、モネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）等のニッケル合金のほか、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金および化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属などを用いることができる。
このように、本発明においては、弁体２８の基端部に可溶接部３６を設けることにより、可溶接部３６と弁ステム２６との間に溶接によって溶接部３８を形成して、両者を溶接によって接合することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
芯部５０は、弁体頭部３２ａの中心部分となる弁体頭部本体、したがって、いわば弁体本体を形成する円柱状部材であり、強度確保材料からなり、弁体頭部３２ａおよび弁体２８ｃの強度を確保する部分である。
ここで、芯部５０を形成する強度確保材料は、弁体頭部３２ａおよび弁体２８ｃの強度を確保できる材料であれば、どのようなものでも良いが、例えば、特許文献１に開示の超微粒子ＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ含有量５〜１２％、ＴｉＣおよびＴａＣの総含有量１〜４％）および従来のＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ含有量５〜２５％）の超硬材料（以下、両者を総称してＷＣ−Ｃｏ系超硬材料という）などのように、耐食性や硬さは劣るが、所定の強度を持つ超硬材料も好ましい。このようなＷＣ−Ｃｏ系超硬材料としては、所定の強度を確保できれば、どのような超硬材料でも良い。
このほか、芯部５０を形成する強度確保材料としては、所定の強度を確保できれば、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、モネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）等のニッケル合金も用いることができるし、その他に用いることのできる材料として、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金および化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属なども挙げることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
外縁部４４は、弁座２２の最も外側に形成され、弁座２２の本体をなすリング状の部材であって、強度確保材料からなり、弁座２２の強度を確保する部分である。
ここで、外縁部４４を形成する強度確保材料は、弁座２２の強度を確保できる材料であれば、どのようなものでも良いが、例えばステンレス等の金属材料であるのが好ましい。
このほか、外縁部４４を形成する強度確保材料としては、所定の強度を確保できれば、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、モネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）等のニッケル合金を用いることができるし、その他に用いることのできる材料として、クロム合金、マグネシウム合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、ジルコニウム合金、金属間化合物等の合金および化合物、またニッケル、ジルコニウム、チタン等の金属なども挙げることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月30日(2009.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁体の一部または全部、もしくは、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項２】
前記超硬材料の焼結体のタングステンカーバイド含有量が、１００％未満である請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記超硬材料の焼結体のタングステンカーバイド含有量が、９７．５％以上、９９％以下である請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
前記超硬材料の焼結体は、含有量が９７．５％以上のタングステンカーバイドと、残部として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種および不可避的不純物とを含む請求項１〜３のいずれかに記載の弁。
【請求項５】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁体の一部または全部が、含有量が９７．５％以上のタングステンカーバイドと、残部として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種および不可避的不純物とを含む超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項６】
前記弁体は、
その一部または全部が前記超硬材料の前記焼結体からなる弁体頭部と、
前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、
前記弁体頭部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の弁。
【請求項７】
前記弁体頭部は、
前記超硬材料の前記焼結体からなる前記部位である周縁部と、
強度確保材料からなる芯部と、
前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項６に記載の弁。
【請求項８】
前記弁体の前記第１混在部は、前記弁体頭部の前記芯部と前記可溶接部との間に介在することを特徴とする請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記弁体は、
前記超硬材料の前記焼結体からなる周縁部と、
強度確保材料からなる芯部と、
前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の弁。
【請求項１０】
前記弁体は、さらに、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、
前記芯部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有することを特徴とする請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記弁体の前記可溶接部は、前記弁ステムに溶接されていることを特徴とする請求項６〜８および１０のいずれかに記載の弁。
【請求項１２】
前記弁座の一部または全部が、前記超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の弁。
【請求項１３】
２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、
この弁本体に貫通する弁ステムと、
前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、
前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、
前記弁座の一部または全部が、含有量が９７．５％以上のタングステンカーバイドと、残部として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種および不可避的不純物とを含む超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする弁。
【請求項１４】
前記弁座は、
強度確保材料からなる外縁部と、
前記超硬材料の焼結体よりなる内縁部と、
前記外縁部と前記内縁部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第３混在部と、を有する複合部材であることを特徴とする請求項１〜４および１２〜１３のいずれかに記載の弁。
【請求項１５】
前記弁座は、前記内縁部を含み、前記超硬材料の前記焼結体よりなり、前記流体と接触する流体接触部を有し、
前記第３混在部は、前記外縁部と前記流体接触面部との間に介在することを特徴とする請求項１〜４および１２〜１４のいずれかに記載の弁。
【請求項１６】
前記流体接触部は、前記内縁部および前記弁体側の上縁部を有することを特徴とする請求項１５に記載の弁。
【請求項１７】
前記超硬材料の焼結体は、タングステンカーバイドと、Ｃｏとを含む請求項１〜１６のいずれかに記載の弁。
【請求項１８】
前記超硬材料の焼結体は、さらにＴｉＣおよびＴａＣの少なくとも１種を含む請求項１７に記載の弁。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁体の一部または全部、もしくは、前記弁座の一部または全部が、タングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本発明の弁によれば、弁体の一部または全部、もしくは、前記弁座の一部または全部をタングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料で構成することにより、弁体または弁座、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
ここで、前記超硬材料の焼結体のタングステンカーバイド含有量が、１００％未満であるのが好ましく、また、９７．５％以上、９９％以下であるのがより好ましい。
また、前記超硬材料の焼結体は、含有量が９７．５％以上のタングステンカーバイド
と、残部として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含むのが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁体の一部または全部が、含有量が９７．５％以上のタングステンカーバイドと、残部として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含む超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁体の一部または全部を、残部としてＣｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含むタングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料で構成することにより、弁体、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
ここで、前記弁体は、その一部または全部が前記超硬材料の前記焼結体からなる弁体頭部と、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、前記弁体頭部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる。
また、前記弁体頭部は、前記超硬材料の前記焼結体からなる前記部位である周縁部と、強度確保材料からなる芯部と、前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁体などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁体の前記第１混在部は、前記弁体頭部の前記芯部と前記可溶接部との間に介在することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、前記弁体は、前記超硬材料の前記焼結体からなる周縁部と、強度確保材料からなる芯部と、前記周縁部と前記芯部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第２混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁体などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁体は、さらに、前記弁ステムとの溶接が可能な溶接可能材料からなる可溶接部と、前記芯部と前記可溶接部との間に前記超硬材料および前記溶接可能材料の両材料が混在する焼結体からなる第１混在部と、を有することが好ましい。
この場合、さらに、弁ステムと弁体との接合をろう付けすることなく、溶接を行うことができる。
また、前記弁体の前記可溶接部は、前記弁ステムに溶接されていることが好ましい。
また、前記弁座の一部または全部が、前記超硬材料の焼結体よりなることが好ましい。
また、前記弁体の一部または全部、および、前記弁座の一部または全部が、前記超硬材料の焼結体よりなることがより好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様の弁は、２つの開口部および前記２つの開口部を連通する流路を有する弁本体と、この弁本体に貫通する弁ステムと、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを制御するトリム装置と、を備える弁であって、前記トリム装置は、前記弁本体の前記流路内に設けられた弁座と、前記弁ステムに取り付けられた弁体とを具え、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座に位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内の流体の流れを防止すると共に、前記弁ステムによって前記弁体が前記弁座から離れて位置している時、前記２つの開口部の間の前記流路内に流体を流すよう構成され、前記弁座の一部または全部が、含有量が９７．５％以上のタングステンカーバイドと、残部として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含む超硬材料の焼結体よりなることを特徴とする。
本態様の弁によれば、弁座の一部または全部を、残部としてＣｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ、ＢおよびＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種とを含むタングステンカーバイド含有量９７．５％以上の超硬材料で構成することにより、弁座、引いては弁の耐摩耗性、耐食性および耐久性を向上させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ここで、前記弁座は、強度確保材料からなる外縁部と、前記超硬材料の焼結体よりなる内縁部と、前記外縁部と前記内縁部との間に前記超硬材料および前記強度確保材料の両材料が混在する焼結体からなる第３混在部と、を有する複合部材であることが好ましい。
この場合、さらに、弁座などの部品の強度を維持することができる。
また、前記弁座は、前記内縁部を含み、前記超硬材料の前記焼結体よりなり、前記流体と接触する流体接触部を有し、前記第３混在部は、前記外縁部と前記流体接触面部との間に介在することが好ましい。
また、前記流体接触部は、前記内縁部および前記弁体側の上縁部を有することが好ましい。
また、前記超硬材料の焼結体は、タングステンカーバイドと、Ｃｏとを含むのが好ましく、またさらに、ＴｉＣおよびＴａＣの少なくとも１種を含むのがより好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
サンプルとして、組成がＷＣ９７．５％およびＣｏ２．５％であり、形状がφ８ｍｍ×３ｍｍの焼結弁体サンプルを作製した。
ブラストエロージョンテストは、ブラスト材をノズルから所定噴射条件で弁体サンプルに噴射することを、１ショットとして繰り返して複数のショット行い、１０ショット後、３０ショット後および１００ショット後の３種について、それぞれ弁体サンプルの磨耗量（磨耗深さ：μｍ）を三鷹工器株式会社製  非接触三次元測定器  ＮＨ−３ＳＰで計測した。その結果を表１および図１０に示す。
なお、テストに用いたブラスト材は、ホワイトアルミナ（９８％Ａｌ２Ｏ３、硬さ：Ｈｖ２０５０）、粒度：＃２４０、粒子径：〜１２７μｍのものであった。
また、１ショットの噴射条件は、ノズル径：０．６ｍｍφ、噴射圧力：０．８ ＭＰａＧ、粒子速度：１１０ｍ／ｓｅｃ、噴射時間：８０ｍｓｅｃＯＮ／４０ｍｓｅｃＯＦＦ、ワーク距離：３ｍｍ、入射角：９０°であった。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
（実施例２〜３および参考例１）
弁体サンプルの組成を、実施例２および３としてそれぞれ、ＷＣ９９％（Ｃｏ１％）およびＷＣ１００％に、参考例１としてＷＣ９６％（Ｃｏ４％）に変えた以外は、実施例１と同様にして、ブラストエロージョンテストを行い、１０ショット後、３０ショット後および１００ショット後の弁体サンプルの磨耗量を計測した。その結果を表１および図１０に示す。
（比較例１〜２）
弁体サンプルの組成をＷＣ９２％（Ｃｏ８％）（従来のＷＣ超硬材料製焼結体）およびＷＣ９５％（Ｃｏ５％）に変えた以外は、実施例１と同様にして、ブラストエロージョンテストを行い、１０ショット後、３０ショット後および１００ショット後の弁体サンプルの磨耗量を計測した。その結果を表１および図１０に示す。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
【表１】
2010121735.tif 000014
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
表１および図１０に示す結果から明らかなように、１０ショットおよび３０ショットでは、比較例１および２の弁体サンプルにおいても、その磨耗量は、１１．７μｍ以下と少ないものの、１００ショットでは、比較例１および２では、それぞれ５９μｍおよび６７．３μｍとなるのに対し、実施例１〜３では、それぞれ、２７．５μｍ、２０．９μｍおよび０．１μｍ以下であり、比較例１および２に比べ、略１／２程度、略１／３程度および略１／６００以下となっており、実施例１〜３の各弁体サンプルには、顕著な効果があることが分かる。特に、実施例３のＷＣ含有量１００％の弁体サンプルでは、比較例１および２に対して、圧倒的に優位な効果が得られることがわかる。
以上から、本発明の効果は明らかである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
また、ＷＣ１００％超硬材料の焼結体からなる弁体サンプルと同等のブラストエロージョン特性を有する焼結ダイヤモンドで弁体や弁座を成型する際の困難性について検証した結果を以下に示す。
以下の理由で焼結ダイヤモンドを用いる場合には、製造コストが莫大なものになり、また、形状対応力の乏しく、使用に制限が存在することが分かった。
１）原石の粒を揃えるため、ふるいにかけるが難しかった。
２）製造工程で４０００℃、５万気圧での焼結が必要であり、バインダにＣｏを使用する必要があった。
３）天然ダイヤのパウダで加工することになるが、加工が困難で精度が十分にでなかった。すなわち、弁座（シートリング）は加工できるが、弁体（プラグ）の特性部が加工できなかった。
４）大きさに制限があった。例えば、丸棒φ８ｍｍが限界であった。なお、ＷＣベースのダイヤモンド層（例えば、ＤＬＣ層なども含む）の場合にも、板材では、最大φ７０ｍｍで層厚さ１．５ｍｍが限界であり、棒材では、最大φ３７ｍｍ×９ｍｍので、層厚さ１．０ｍｍが限界であった。
５）金属との接合、連結が困難であった。例えば、焼きばめ、銀ロー付け等ができなかった。このため、ＷＣをベースにＣｏバインダを利用してダイヤモンドのパウダを積層させる必要があったが、バインダにＣｏを用いるため、使用温度に制限があった。
６）機械的に脆いため、物理的な衝撃、あるいは熱的衝撃に弱く、簡単に割れてしまう欠点があった。このため、混在する異物を弁座部に噛み込んだ場合に割れたり、急激な温度差によって割れることがあった。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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