(57)【要約】【課題】  潤滑油を介在させなくても円滑な作動を維持できるエアー切換弁を提供する。【解決手段】  互いに摺動可能に嵌合するスプール１１とバルブハウジング１５を備え、スプール１１を移動してエアーの流れ方向を切換えるエアー切換弁１０において、スプール１１のランド部１２の表面に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜２０を形成した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摺動可能に嵌合するスプールとバルブハウジングを備え、スプールを移動してエアーの流れ方向を切換えるエアー切換弁において、
互いに摺接する前記スプールと前記バルブハウジングの各表面うち少なくとも一方に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜を形成したことを特徴とするエアー切換弁。
【請求項２】
前記表面にニッケルメッキ層を形成し、このニッケルメッキ層の表面に前記ＤＬＣコーティング膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエアー切換弁。
【請求項３】
前記ＤＬＣコーティング膜は、前記表面に金属ターゲットのみをスパッタしてボンド層を形成し、このボンド層上に金属ターゲットとグラファイトターゲットを同時にスパッタしかつターゲット出力を次第に変化させることにより中間層を形成し、この中間層上に金属ターゲットとグラファイトターゲットを同時にスパッタしかつターゲット出力を略一定にすることにより金属の比率を３〜１８％の範囲にしたトップ層を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のエアー切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機械の動力伝達機構に用いられるエアー切換弁の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エアー切換弁は、互いに摺動可能に嵌合するスプールとバルブハウジングにより構成され、スプールが軸方向に移動することによりエアーの流れ方向を切換えるようになっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−００２３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のエアー切換弁にあっては、スプール、バルブハウジングの摺接部の摩耗を防止するために潤滑油を介在させる必要があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、潤滑油を介在させなくても円滑な作動を維持できるエアー切換弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、互いに摺動可能に嵌合するスプールとバルブハウジングを備え、スプールを移動してエアーの流れ方向を切換えるエアー切換弁に適用する。
【０００６】
そして、互いに摺接するスプールとバルブハウジングの各表面うち少なくとも一方に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜を形成したことを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、エアー切換弁は互いに摺接するスプールとバルブハウジングの各表面うち少なくとも一方に高硬度のＤＬＣコーティング膜を形成する構造のため、摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜によってバルブハウジングとの摺接部に働く摩擦力を低減し、スプールを軸方向に移動する駆動力を小さくするとともに、スプール及びバルブハウジングの摩耗を減らし、エアー切換弁の寿命延長がはかれる。そして、スプールとバルブハウジング間のクリアランスを小さくすることが可能となり、各ポート間のエア洩れを低減することができる。
【０００８】
さらに、エアー切換弁は潤滑油を供給しなくても円滑な作動性が確保されるため、無給油状態で作動させることが可能となり、メンテナンスを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１に示すように、エアー切換弁１０は、互いに摺動可能に嵌合するスプール１１とバルブハウジング１５によって構成され、スプール１１を移動してエアーの流れ方向を切換えるようになっている。
【００１１】
バルブハウジング１５にはハウジング穴１６が形成される。一方、円柱状のスプール１１はその外周部に４つのランド部１２が形成され、各ランド部１２がハウジング穴１６に摺動可能に挿入される。
【００１２】
バルブハウジング１５には３つのポート１７，１８，１９が形成され、各ポート１７，１８，１９に図示しない配管が接続されている。スプール１１は図示しない駆動機構によって軸方向に移動し、図示したようにポート１７，１８を連通するポジションと、図にて左側に移動してポート１８，１９を連通するポジションとに切換えられ、各配管を介して導かれるエアーの流れ方向を切換えるようになっている。
【００１３】
そして本発明の要旨とするところであるが、スプール１１のランド部１２の表面に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜２０を形成する。ＤＬＣコーティング膜２０の厚さは、例えば数μ程度以下の寸法である。
【００１４】
ＤＬＣコーティング膜２０は、アンバランスマグネトロンスパッタ法（以下、「ＵＢＭスパッタ法」と称する）によって形成される。
【００１５】
スパッタの原理は、図３に示すように、アルゴン等の不活性ガスを導入した真空中でターゲット４１を陰極として陽極の間でグロー放電させてプラズマを形成し、このプラズマ中のイオンをターゲット４１に衝突させてターゲット４１の原子を弾き飛ばし、この原子をターゲット４１と対向して配置されたワーク（スプール１１）２１上に堆積させて皮膜を形成するようになっている。
【００１６】
ＵＢＭスパッタ法は、スパッタ蒸発源４０ａ〜４０ｄにターゲット４１の中心部と周辺部で異なる磁気特性を有する磁場４２，４３が配置されて、プラズマを形成しつつ強力な磁場４２により発生する磁力線の一部がワーク２１の近傍に達し、ワーク２１にバイアス電圧を印加することによって、ターゲット材４１を構成する物質がワーク２１上に堆積される。
【００１７】
図４は、ＵＢＭスパッタ装置５０の基本構成を示す。真空チャンバ５１に４つのスパッタ蒸発源４０ａ〜４０ｄが設けられ、その中央に配置された自公転式ワークテーブル５６上にワーク２１が置かれ、ワーク２１にコーティングが行われる。スパッタ蒸発源４０ａ〜４０ｄには皮膜材料となる平板状ターゲットが取り付けられる。真空チャンバ５１にはアルゴン等の不活性ガスとメタンガス等の炭化水素ガスが所定量充填される。
【００１８】
スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃにはターゲットとしてグラファイトを使用し、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄにはターゲットとして金属を使用する。
【００１９】
ＤＬＣコーティング膜２０は、図２に示すように、ステンレス製ワーク２１の表面にニッケルメッキ層６１を形成し、このニッケルメッキ層６１の表面にボンド層６２、中間層６３、トップ層６４が順に積層して形成される。
【００２０】
図５は、上記ＤＬＣコーティング膜２０を形成するのにあたって、ターゲット出力が変化する様子を示している。
【００２１】
ボンド層６２は、金属ターゲット４０ｂ，４０ｄのみをスパッタして、金属膜として形成される。このボンド層６２を形成するのにあたって、図５に示すように、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲット出力を１００％とし、スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲット出力を０％と一定にして、所定時間だけスパッタが行われる。
【００２２】
中間層６３は、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲットとスパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲットを同時にスパッタし、ターゲット出力を次第に変化させて金属と炭素の傾斜組成膜として形成される。この中間層６３を形成するのにあたって、図５に示すように、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲット出力を１００％から一次的に減少させる一方、スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲット出力を０％から一次的に増加させて、所定時間だけスパッタが行われる。
【００２３】
トップ層６４は、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲットとスパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲットを同時にスパッタし、ターゲット出力を略一定にしてスパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲットとスパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲットのスパッタ率を所定範囲に保って、所定時間だけスパッタが行われる。
【００２４】
このトップ層６４を形成するのにあたって、図５に示すように、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲット出力を１０％程度とし、スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲット出力を９０％程度と一定にして、トップ層６４に含まれる金属の比率は３〜１８％の範囲に設定する。さらに望ましくは、トップ層６４に含まれる金属の比率を３〜１２％の範囲に設定する。
【００２５】
以上のように構成されて、次に作用について説明する。
【００２６】
ステンレス製のワーク２１の表面にニッケルメッキ層６１を形成した後、金属の比率を１００％にしたボンド層６２を設けることにより、母材に対するＤＬＣコーティング膜２０の結合強度を高められる。
【００２７】
金属の比率を１００％にしたボンド層６２上に金属の比率を次第に減らす金属と炭素の傾斜組成膜からなる中間層６３を設け、中間層６３の上に炭素を主成分とするトップ層６４を設けることにより、ＤＬＣコーティング膜２０におけるトップ層６４の結合強度を高められる。
【００２８】
トップ層６４の金属の比率を３〜１８％の範囲に設定することにより、トップ層６４の密着性や靱性を高められ、高荷重によってワーク２１が変形するような場合、割れや、剥離が生じることを防止できる。そして、トップ層６４の硬度の低下を抑えられ、耐摩耗性を確保できる。
【００２９】
図６にトップ層６４に含まれる金属の比率と靱性及び硬度の関係を示すように、金属の比率を３〜１８％の範囲に設定することにより、トップ層６４の靱性と硬度の両方を高められる。さらにトップ層６４に含まれる金属の比率を３〜１２％の範囲に設定することにより、トップ層６４の靱性と硬度の両方を著しく高められる。
【００３０】
これに対して従来は、トップ層に含まれる金属の比率が０％になっていたため、密着性や靱性が不足し、トップ層に割れや剥離が生じやすいという問題点があった。
【００３１】
この結果、高荷重を受けるワーク２１の表面にＤＬＣコーティング膜２０を形成しても、ＤＬＣコーティング膜２０の割れや剥離が生じることを回避し、実用化が可能となる。
【００３２】
スプール１１の各ランド部１２の表面に高硬度のＤＬＣコーティング膜２０を形成する構造のため、摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜２０によってバルブハウジング１５との摺接部に働く摩擦力を低減し、スプール１１を軸方向に移動する駆動力を小さくするとともに、スプール１１及びハウジング穴１６の摩耗を減らし、エアー切換弁１０の寿命延長がはかれる。そして、各ランド部１２とハウジング穴１６のクリアランスを小さくすることが可能となり、各ポート１７，１８，１９間のエア洩れを低減することができる。
【００３３】
さらに、エアー切換弁１０は潤滑油を供給しなくても円滑な作動性が確保されるため、無給油状態で作動させることが可能となる。この結果、スプール１１は潤滑油が飛散したり、潤滑油から塵埃が発生することを回避し、例えばクリーンルーム等に対応することが可能となる。
【００３４】
他の実施の形態として、バルブハウジング１５のハウジング穴１６の表面に前記のＤＬＣコーティング膜２０を形成しても良く、同様の効果が得られる。
【００３５】
また、スプール１１のランド部１２とバルブハウジング１５のハウジング穴１６の両表面に前記のＤＬＣコーティング膜２０を形成しても良く、同様の効果が得られる。
【００３６】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、開閉弁、流量制御弁、方向切換弁等、種々のエアー切換弁に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態を示し、エアー切換弁の側面図。
【図２】同じくＤＬＣコーティング膜の断面図。
【図３】同じくスパッタ法の原理を示す説明図。
【図４】同じくＵＢＭスパッタ装置の構成図。
【図５】同じくターゲット出力が変化する様子を示す特性図。
【図６】同じくトップ層に含まれる金属の比率と靱性及び硬度の関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００３９】
１０  エアー切換弁
１１  スプール
１２  ランド部
１５  バルブハウジング
１６  ハウジング穴
２０  ＤＬＣコーティング膜
２１  ワーク
４０ａ〜４０ｄ  スパッタ蒸発源
５０  ＵＢＭスパッタ装置
６１  メッキ層
６２  ボンド層
６３  中間層
６４  トップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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