(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッキングエレメント、特に閉塞弁類、調節機器用で盤形状、ピストン状或いは球状の金属製、或いはセラミック材料の様な非金属製の閉塞体で形成されたもので該閉塞体の作用面上にプラズマＣＶＤ或いはプラズマ重合により炭素と珪素を含有する硬質物層を装着させ、その後コーティングを終了した閉塞体が熱処理される閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメントの製造の為の方法であって、上記硬質物層が閉塞体の作用面に塗着されて付着層分とその後に続く被覆層分たるスライド層分から成り、そして、その時炭素を含む付着層分が閉塞体の作用面での接着を良好にする第一の珪素分を、そして、それに続く炭素を含有する被覆層分が、より少ないスライド−及び接着摩擦係数を達成する為に、付着層分より少ない第二の珪素分を持つ、或いは、珪素フリーとなし、且つ、被覆層分たるスライド層分が過度に薄くされ、そして付着層分が被覆層分たるスライド層分の固有応力を吸収するために、比較的厚く形成させる閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメントの製造の為の方法に於いて、
上記閉塞体の作用面にコーティングをする為に最初に該閉塞体の作用面にアルゴンによる物理的なエッチングを施し、続いて該エッチングのされた作業面に硬質層の付着層の分離の為にプロセスガスとして、テトラメチルシランを、そして、被覆層分たるスライド層分の分離の為にプロセスガスをテトラメチルシランとヘキサンの混合ガスを、混合比、テトラメチルシラン：ヘキサンが１：１．５〜１：５、好ましくは約１：２で使用し、そして、層厚の相関関係がマイクロメートルで付着層分：スライド層分が、約１：０．９〜１：１．５、好ましくは１：０．６となるように形成し、そして、上記コーティングを終了した閉塞体が熱処理されるに当たり、約５００℃で約３０分〜約１時間或いは９００℃で約０．５分〜約１分の熱処理を施すことを特徴とする閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメントの製造の為の方法。
【請求項２】
パッキングエレメント、特に閉塞弁類、調節機器用で盤形状、ピストン状或いは球状の金属製、或いはセラミック材料の様な非金属製の閉塞体で形成されたもので該閉塞体の作用面上にプラズマＣＶＤ或いはプラズマ重合により装着された炭素と珪素を含有する硬質物層を持つもので、コーティングを終了した閉塞体が熱処理される閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメントであって、上記硬質物層が閉塞体の作用面に塗着された付着層分とその後に続く被覆層分から成り、そして、その炭素を含む付着層分が閉塞体の作用面での接着を良好にする第一の珪素分を、そして、それに続く炭素を含有する被覆層分たるスライド層分が、より少ないスライド−及び接着摩擦係数を達成する為に、付着層分より少ない第二の珪素分を持つ、或いは、珪素フリーであり、且つ、被覆層分たるスライド層分が過度に薄くされ、そして付着層分が被覆層分たるスライド層分の固有応力を吸収するために、比較的厚く形成された閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメントに於いて、
上記閉塞体の作用面のコーティングの為に最初に該閉塞体の作用面にアルゴンによる物理的なエッチングを施し、続いて該エッチングのなされた作業面に硬質層の付着層の分離の為にプロセスガスとして、テトラメチルシランを、そして、スライド層の分離の為にプロセスガスをテトラメチルシランとヘキサンの混合ガスを、混合比、テトラメチルシラン：ヘキサンが１：１．５〜１：５、好ましくは約１：２で使用され、そして、層厚の相関関係がマイクロメートルで付着層分：スライド層分が、約１：０．９〜１：１．５、好ましくは１：０．６となるように高周波プラズマＣＶＤにより硬質層をコーティング形成し、そして、上記コーティングを終了した閉塞体が熱処理されるに当たり、約５００℃で約３０分〜約１時間或いは９００℃で約０．５分〜約１分の熱処理が施された閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメントの製造の為の方法によって形成されたところの、ワンハンド混合水栓用のコーティングが施された閉塞弁類、調節機器の使用に供せられることを特徴とする閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメント。
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に閉鎖器具と調節器具の為のパッキングエレメントに関するものである。エレメントは盤形状、ピストン形状或いは球形状の閉塞体により形成される。この閉塞体は金属系或いは非金属系の材料であり得る。この材料は例えば、セラミック材料である可能性もある。これには酸化アルミニウムAl2O3及び多種の珪素カーバイドSiC，Si2C及び窒化珪素Si3N4も含まれる。
この閉塞体の作業面（機密面）上にプラズマＣＶＤ或いはプラズマ重合を通じコーティング室中で炭素と珪素分を含む硬質膜が塗着される。この際、この硬質層は本質的に均一で有り得る。しかし、これが薄層の構成であることも可能である。この硬質層が閉塞体の作業面に塗着された付着層部とその上に載る表面被覆層（スライド層）部分を包括し得れば有利である。接着層部分は閉塞体の作用面に対する接着力を高める第一の珪素含有量を持ち、それに追従する炭素を含有する表面被覆層分は、より低いスライド−及び接着摩擦係数を確保する為の接着層分と比べ比較的少量である二つ目の珪素分量を有するか珪素フリーである。
プラズマからの分離はイオン射撃による。例えば、暈光放電によるか或いは付け加えられたイオン砲により行なわれる。炭水化物を孕む雰囲気から耐摩耗性の炭素含有量が分離できる。これは十分に低いスライド−及び接着摩擦係数を持つ。
前述の様なパッキングエレメントで閉塞体の作用面に塗着された付着層分と、それに接続した被覆層分とを包括する硬質物層を持つもので、これに属するプラズマＣＶＤコーティング方法技術で閉塞体の作用面に硬質物層を塗着するものはＤＥ−ＯＳ３８３２６９２で知られている。
これによると閉塞体は、その作用面のコーティングの為のコーティング室中のプラズマに対しマイナスの極になる試品ホールダーの上に置かれる。最初に閉塞体の作業面の物理的なアルゴンによるエッチングをするために、コーティング室は当初スパッター設備として運用される。それに続いてエッチングのなされた作業面の上に硬質層の付着層分を分離させるため、同じ設備がある特定の第一のプロセスパラメーター群で高周波プラズマＣＶＤ設備として運用される。この際、コーティング室のアルゴンガスは、例えば、テトラメチルシランで置換される。変更された二セット目のプロセスパラメーター群のもとで付着層分の分離のあと表面被覆−乃至スライド層分がテトラメチルシランとヘキサンの混合ガスから分離される。
このようにして得られたパッキングエレメントは（最適な形として水道機器、例えばワンハンドミキサー栓用のコーティングの施されたセラミックの盤をあげることができる）、硬質層の塗着のおかげで水の存在にもかかわらず相互間の滑動の際、十分に低いスライド−乃至接着摩擦係数が有り、今までコーティングのなされていなかったセラミック盤の場合に必要であった密閉面に油脂を塗る必要性はもうなくなった。
既知のパッキングエレメントで一層乃至多数層の硬質物層を持つものの不利な点は、熱湯耐久性が多くの場合不満足であることである。特に、これが問題となるのは熱湯耐久性が塗着された硬質層が閉塞体から剥げることなく、１０００稼働時間以上に保たれるべきとされるときである。
この発明の役割は、文初に述べられたような十分に低い接着−乃至スライド摩擦係数を保ちながら高い熱湯耐久性を持つパッキングエレメントを申告することである。好んで起用されるパッキングエレメント、特に盤形状の物が閉塞体の硬質物層の特に接着力が著しく悪影響を受けることなく９５℃で十分な稼働時間を通して、例えば、少なくとも稼働時間１０００時間の熱湯耐久性を持つべきである。
この役割は、請求項１記載の発明によって解決され、有利な実施と修業の継続は他の請求項によって解決される。
発明者にとり驚きであったのは、完璧にコーティングをされた熱処理することにより耐熱湯耐久性が著しく改善されることである。
目標を定めた熱処理をコーティングされた閉塞体に施すことにより、塗着された硬質物層の特に付着強度向上が達せられることは予期できなかった。この際、驚くべき良い再現性のある結果が得られた。これはパッキングエレメントの製造を熱望される高い品質で大きな量を工業的サイズで行なうために格別な重要性を持つ。
この発明に沿って格別に良い結果になるには、塗着された硬質物層が付着層分と被覆層を前述のＤＥ−ＯＳ３８３２６９２に合わせて持っていること、そして、この硬質物層の層構成が硬質物層の付着層分が閉塞体の作用面に対して十分に強い接着性を持つだけでなく、比較的硬くて脆い硬質物層のスライド層分の大きい固有応力を吸収することができるように理想化が行なわれることである。この際に有利になるのは、発明に沿ってスライド層分が過度に薄くされること、そして、それに対して付着層分が十分に分厚く選ばれることである。これにより付着層分がスライド層分の固有応力を吸収できることである。
付着層分は、この為発明に沿い二重の役目を持つことになる。一つには、必要とされる閉塞体に対する接着を極端な熱湯による負荷すなわち９０℃で長い稼働時間である１０００及びそれ以上の時間中も問題なく保たれること、そして、その反面スライド層分の固有応力が接着力の著しい損失無く長期に渡り吸収される得ることである。発明に沿う熱処理により、この付着層の特性は驚くべく著しく改善された長期的に確保され得る。
閉塞体の熱処理はコーティング後、コーティング室内か或いは、その外例えば圧力釜の中、或いは類似の圧力容器の中で行なえる。熱処理は酸素を含有する雰囲気中、或いは空気中、或いは空気の存在下で大気圧中で行なえる。熱処理は１００℃〜１５００℃の間好ましくは４００℃〜１０００℃の間で行なえる。その際の有利な熱処理時間は０．５〜６０分の間で有り得る。秀でた結果は、温度が５００℃と９００℃の間で達成される。
本発明は、次に限定一切無しで一つの実施例により説明される。
コーティングにはコーティング室が起用される。その主要部分は既にＤＥ−ＯＳ３８３２６９２にて示されたコーティング室に相当する。
この既知のコーティング室は、原則的に電動性のある室床からなり、それに同じく電動性のある全方向に閉止された外被（ケーシング）が接続されている。室床には絶縁された繋ぎが通過口の為に設けられている。これは陰極の敷板の役目をする陰極と高周波装置の形の電源供給の間の繋ぎをする。陰極の敷板の上に閉塞体がコーティングされる平面を上にしておかれる。この場合、限定するわけでは無しに、油圧開閉器用のＡｌ2Ｏ3製セラミック盤である。この際このセラミック盤は、硬質物層でコーティングされており、これはＤＥ−ＯＳ３８３２６９２の内容に通り付着層分と、それに接続する被覆層分から成っている。
室床はこの他、真空装置と繋がる吸気用のもう一つの接続をもつ。最後に室床にはプロセスガスをコーティング室に導入するための接続がある。
コーティングを行なう為に、最初に真空装置が始動されてコーティング室内の圧力が８×１０-5ミリバールに調節される。それに続きガス導入パイプを通してアルゴンがガス圧約６マイクロバールに達するまでコーティング室に注入される。これが終わると高周波装置が始動され暈光放電がはじまる。この際、陰極の直流電圧約６００ボルトが設定される。この時コーティング室は、陰極噴霧（スパッター）装置として運用され、この装置内では陰極敷板と、その上に載るセラミック盤がイオン射撃により物理的に腐刻される。腐刻時間は１５〜２５分間、好ましくは２０分間である。
腐刻周期終了の少し前に既に、室内に流れ込むアルゴンの流入量が段階的に絞られていき、同時にテトラメチルシラン（ＴＭＳ）が室内にだんだん増量されながら導入される。これは硬質物層の付着層分に向かいできる限り滑らかな柔らかい移行することを得る可き為である。陰極の電圧が約５００ボルト〜６００ボルトに低減された場合、硬質物層の付着層部が約１５分〜３０分間１マイクロメートルの厚みに至るまでアルゴンで腐刻がなされた面に塗着される。これは主に非晶質の珪素含有の炭素−／水素層である。これに引続きスライド層部が接着層部の上に分離塗着される。この際、この例の場合、コーティング室内はＴＭＳとヘキサンの割合が約１：１．５〜約１：８の混合ガス、好ましくは１：２〜１：５になるように調節される。秀でた結果は混合比が１：２のとき得られる。
ここでも付着層分からスライド層分への移行部分が滑らかになるようにＴＭＳの導入が移行時間中断階的に絞られていき、それに相応してヘキサンの導入量が段階的に選ばれたＴＭＳ／ヘキサン混合比に達するまで増量される。各段階の間の切り替えステップは、それぞれ約３秒掛かる。スライド層分のコーティング時間は、選択されたスライド層分の層厚に関係して層厚約０．４〜０．９マイクロメートルの場合、約１０分〜２０分掛かる。スライド層分の珪素含有量は明確に付着層分より大きい。相応にスライド層分の炭素含有量は付着層分より明確に大きい。スライド層分の層厚は発明に沿い有利的に付着層分より薄く選ばれる。これは付着層分が比較的大きいスライド層分の固有応力を著しくその閉塞体作用面に対する接着に悪影響を受けることなく吸収できるようにする為である。付着層分のスライド層分に対する層厚の相関関係は、約１：０．９〜１：０．４、好ましくは１：０．６である。
発明に沿い前述の通りコーティングの施された閉塞体には（この例の場合、Ａｌ2Ｏ3製のセラミック盤である）定義された熱処理が施される。本発明は、しかしながら閉塞体の形状に関しても、それに塗着された硬質物層に関しても、このうな閉塞体だけに限られるものではない。その為、均一な或いは重層式の硬質物層である可能性がある。ＤＥ−ＯＳ３８３２６９２に基づくと付着層は必ずしも必要なく十分な接着能力を持つ。例えば、Ｓｉ3Ｎ4製、被覆層であれば直接閉塞体に塗着されることができる。
セラミック盤用のコーティング仕込みＣ３０９９、この場合スライド層分が混合比ＴＭＳ：ヘキサンが約１：２で製造され、そして付着層分のスライド層分に対して厚さの関係が約１マイクロメートル：０．６マイクロメートルであるものに、３００℃〜９００℃で０．５〜６０分の間熱処理が施された。その結果は添付された棒グラフに処理の施されない盤と比較して表示されている。縦軸に閉塞器気中のセラミック盤が９５℃の熱湯負荷を受けて稼働した時間が示されている。熱処理無しの場合、セラミック盤は９５℃の熱湯耐久性が４００時間であると出ている。
秀でた結果は、９００℃で０．５〜１分の間の熱処理と５００℃で３０分〜６０分の間の熱処理の場合達成されている。最大値は９００℃で１分、そして５００℃で１時間の時に熱湯耐久性が夫々２２００時間以上となっている。
【図１】
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