(57)【要約】【課題】一対の弁体同士のシール性を保った状態で、長期間にわたってリンキング（凝着）の発生を十分に防止することができない。【解決手段】アルミナ質焼結体からなる一対の弁体２，３を相対摺動させて流路の開通および遮断をするバルブ部材であって、前記弁体２，３の少なくとも一方の摺動部２ａ，３ａがアルミナ結晶粒子に炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択される楔形状の硬質結晶粒子が分散されてなる。【選択図】図１
2008050199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ質焼結体からなる一対の弁体を相対摺動させて流路の開通および遮断をするバルブ部材であって、前記弁体の少なくとも一方の摺動部は、アルミナ結晶粒子に炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択される楔形状の硬質結晶粒子が分散されてなることを特徴とするバルブ部材。
【請求項２】
前記硬質結晶粒子は、炭化珪素からなることを特徴とする請求項１に記載のバルブ部材。
【請求項３】
前記結晶粒子は、緑色炭化珪素からなることを特徴とする請求項２に記載のバルブ部材。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のバルブ部材を用いて成ることを特徴とするバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルレバー混合栓、サーモスタット混合栓等の湯水混合栓、医療用サンプリングバルブ、薬液用バルブ等に用いられる一対の弁体からなるバルブ部材、またこのバルブ部材を用いてなるバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シングルレバー混合栓、サーモスタット混合栓等の湯水混合栓に用いられるバルブは、一対の円盤状のアルミナ質焼結体から成る弁体を相対的に摺動させることによって、各弁体に形成した流路の開通および遮断をするようになっている。
【０００３】
図３に一般的なバルブ部材を用いてなるバルブの斜視図を示す。図３において、バルブ２０は可動弁体２１と固定弁体２２とからなるバルブ部材を互いの摺動面２１ａ，２２ａで接した状態とし、レバー２３の操作で可動弁体２１を動かすことにより、可動弁体２１および固定弁体２２のそれぞれ内部に形成した流路２１ｂ，２２ｂの開通および遮断を行い、供給される流体の流量を調整するようになっている。
【０００４】
このようなセラミック製のバルブとして、特許文献１では、湯水混合栓の摺動部で相互に摺動する水栓用バルブ部材において、前記バルブ部材の少なくとも一方側の部材の摺動面にアモルファス炭化珪素薄膜を形成したことから、完全なシール性を保った状態で、長期間にわたってリンキング（凝着）の発生を防止し、摺動特性の改善することが示されている。また、炭化珪素薄膜の他にＤＬＣ膜や、炭化珪素薄膜およびＤＬＣ膜を形成したものも提案されている。
【０００５】
特許文献２では、ＴｉＯ2，ＭｇＡｌ2 Ｏ4およびＦｅＡｌ2Ｏ4から選ばれたいずれかからなる、平均粒径０．２μｍ以下の結晶粒子をアルミナ結晶粒内に１体積％以上の比率で分散し、気孔率が３％以下であるアルミナ焼結体より一対の弁体を構成したものであり、摺動特性を改善することが示されている。
【０００６】
特許文献３では、図４に示すように可動弁体２１および固定弁体２２のいずれかの摺動面２１ａ，２２ａに潤滑剤２４が供給されたマイクロクラック２１ｃ，２２ｃを多数均一的に存在させたものであり、完全なシール性を保った状態で、長期間にわたってリンキング（凝着）の発生を防止し、摺動特性を改善することが示されている。
【０００７】
図４は特許文献３で提案された水栓バルブ２０を模式的に示した部分断面図である。
【特許文献１】特開平８−２４７３１８号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６９２４号公報
【特許文献３】特開平４―３４７０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、弁体の摺動面に炭化珪素等の薄膜を形成したバルブ部材では、摺動特性の改善がある程度確認されるものの、薄膜が摩滅したり剥離したりすると、急激に摺動特性が低下し、リンキング（凝着）が発生するという問題があった。このリンキングが発生すると、湯水を吐水、あるいは止水する際にシングルレバーを動かせない、動かせたとしても両手を使わなければ動かせないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２のバルブ部材は、弁体にＴｉＯ２，ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＦｅＡｌ２Ｏ４から選ばれた結晶粒子をアルミナ結晶粒子内に分散しているため、バルブ部材の熱的安定性および化学的安定性を向上させるものの、分散させた結晶粒子（以下、分散粒子という。）はいずれもアルミナ結晶粒子より硬度が低く、特に弁体同士を強く締めすぎてしまうと、分散粒子はアルミナ結晶粒子より先に摩滅し、リンキングが発生するという問題があった。また、特許文献３のバルブ部材では、摺動特性の改善はみられるものの、摺動摩耗により摺動面が摩耗して、マイクロクラック２１ｃ，２２ｃの幅の狭い起点側が摺動面２１ａ，２２ａ上に露出すると、リンキングが発生するという問題があった。
【００１０】
上述した通り、特許文献１〜３で提案されたバルブ部材は、ある程度摺動特性の改善が確認されるものの、要求される摺動特性が高まる中、リンキングの発生を十分に防止することができないという問題を有していた。
【００１１】
本発明は、上述のような課題を解決するためのものであって、高い摺動特性を備えたバルブ部材およびバルブを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のバルブ部材は、アルミナ質焼結体からなる一対の弁体を相対摺動させて流路の開通および遮断をするバルブ部材であって、前記弁体の少なくとも一方の摺動部がアルミナ結晶粒子に楔形状の炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択される硬質結晶粒子が分散されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のバルブ部材は、前記硬質の結晶粒子は、炭化珪素からなることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明のバルブ部材は、前記結晶粒子は、緑色炭化珪素からなることを特徴とする。
【００１５】
またさらに、本発明のバルブは、前記バルブ部材を用いて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のバルブ部材は、アルミナ質焼結体からなる弁体の少なくとも一方の摺動部がアルミナ結晶粒子に楔形状の炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択される硬質結晶粒子が分散されてなることから、摺動時に楔形状の硬質結晶粒子は、対向する摺動面に継続して微小なスクラッチを形成でき、このスクラッチによって摺動面に適正な隙間が確保され、摺動面全体に潤滑剤が適正に供給されるため、弁体のリンキングを防止することができる。
【００１７】
特に、前記硬質結晶粒子が炭化珪素からなる場合、硬質結晶粒子とアルミナ結晶粒子との硬度差が適正に保たれるため、摺動中、対向する摺動面に容易にスクラッチを入れられ、リンキングの防止により効果的である。
【００１８】
また、前記硬質結晶粒子が緑色炭化珪素からなる場合、硬質結晶粒子は黒色炭化珪素からなる結晶粒子より純度および硬度が高いため、不純物が２枚の弁体間に介在して悪影響を及ぼすおそれが低くなり、バルブの信頼性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明のバルブ部材を用いたバルブ１の一実施形態を示す斜視図であって、このようなバルブ１は可動弁体２と、固定弁体３とからなるバルブ部材を、互いの摺動部２ａ，３ａが接する摺動面Ａを有し、レバー４の操作で可動弁体２を動かすことにより、可動弁体２および固定弁体３のそれぞれ内部に形成した流路２ｂ，３ｂの開通および遮断を行い、供給される流体の流量を調整するようになっている。
【００２１】
バルブ部材を構成する可動弁体２、固定弁体３は、その強度、耐食性等の面からアルミナ質焼結体からなり、アルミナ純度９４％以上の焼結体を用いることが好ましい。
【００２２】
可動弁体２、固定弁体３は、その摺動部２ａ，３ａがアルミナの結晶粒子に炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択される楔形状の硬質結晶粒子５が分散されて成ることが重要である。
【００２３】
図２（ａ）は本発明のバルブ部材の弁体同士の摺動部２ａ，３ａの近傍を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の摺動部２ａ，３ａに形成される楔形状の硬質結晶粒子を示すためのＢ部における模式図である。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、摺動部２ａ，３ａにアルミナの結晶粒子６に楔形状の硬質結晶粒子５が分散されて成るため、摺動時に楔形状の硬質粒子５により、可動弁体２、固定弁体３の各摺動部２ａ，３ａに継続してスクラッチを形成することができ、適正な隙間が確保され、可動弁体２、固定弁体３の各摺動部２ａ，３ａで形成される摺動面Ａの全体に潤滑剤が適正に供給されるため、可動弁体２、固定弁体３のリンキング（凝着）を防止することができる。
【００２５】
また、アルミナ結晶粒子６に硬質結晶粒子５が表面を覆うように形成されているものではなく、アルミナ結晶粒子６に硬質結晶粒子５が分散しているため、繰り返しの摺動においても硬質結晶粒子５が脱粒しにくく、常に摺動面Ａに位置する摺動部２ａ，３ａにスクラッチを形成することができる。
【００２６】
楔形状の硬質結晶粒子５として、炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択されるが、これらはいずれもその硬度がアルミナの結晶粒子より高いため、炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンを主成分として焼結体とした場合には、ビッカース硬度（Ｈｖ）は、それぞれ約２２ＧＰａ、３０GＰａ、２８ＧＰａ、２９GＰａ、また単結晶アルミナがコランダム、サファイヤである場合にはそれぞれ約２０ＧＰａ、約２３ＧＰａであり、アルミナ質焼結体のビッカース硬度（Ｈｖ）１４ＧＰａより高く、その差は６ＧＰａ以上である。
【００２７】
なお、楔形状の硬質結晶粒子５として、コランダムを選択した場合、入手が容易でしかも安価に製造できることから、電融アルミナを用いることが好適である。
【００２８】
また、硬質結晶粒子が楔形状とは、摺動部２ａ，３ａの表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した場合、図２（ｂ）に示されるように硬質結晶粒子５の輪郭線によって形成される交差角θｎ（ｎ＝１，２，・・・）が９０°未満の角度を少なくとも１個以上有する結晶をいう。特に、交差角θｎを６０°以下とすることでさらにスクラッチの形成を容易にすることができる。さらに、楔形状の結晶粒子は、最小となる交差角θｎが摺動部２ａ，３ａに対し、垂直方向に位置することがスクラッチを形成しやすい。
【００２９】
可動弁体２および固定弁体３は、その厚みがいずれも４〜１０ｍｍであり、摺動部２ａ，３ａとは、摺動開始前の摺動面Ａから深さ１ｍｍまでの領域をいい、摺動部２ａ，３ａ以外に楔形状の硬質粒子５があっても何等差し支えない。
【００３０】
ここで、バルブ部材の製造方法について説明する。
【００３１】
バルブ部材を構成する固定弁体３の製造方法としては、先ず、純度９６％のＡｌ２Ｏ３粉末を出発原料とし、これに０．５重量％のＳｉＯ２と、合計０．２質量％のＭｇＯとＣａＯを添加し、さらにポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の成形用バインダーを加え、２４〜１００時間攪拌後、噴霧造粒し、平均粒子径３〜１０μｍのアルミナ質の顆粒を得る。得られた顆粒に楔形状の炭化珪素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化チタンおよび単結晶アルミナの少なくとも1種から選択される硬質の粉末を顆粒１００質量％に対し、例えば１質量％以下（０質量％を含まない）添加、混合する。ここで、硬質の粉末は、ＪＩＳ  Ｒ  ６００１−１９９８で規定する＃８０以上、且つ＃４２０以下の粒度の粉末を用いることが好適である。硬質の粉末が混合された顆粒を成形型に充填し、加圧成形によって円盤形状に成形した後、不活性ガス雰囲気中または真空雰囲気中、約１６００℃で焼成し、焼結体を得る。得られた焼結体に研削加工、研磨加工等を施すことで、直径５ｍｍの流体通路３ｂを有し、外径が３２ｍｍ、厚みが５ｍｍ、摺動面Ａの平坦度が１μｍ以下である固定弁体３を得ることができる。
【００３２】
また、バルブ部材を構成する固定弁体３の他の製造方法としては、上記顆粒を一部抜き出し、前記硬質の粉末をこの顆粒１００質量％に対し、例えば１質量％以下（０質量％を除く）添加、混合してから、成形型に充填した後、硬質の粉末を含まない顆粒をその上部に充填し、加圧成形してもよく、この場合、硬質の粉末が添加、混合された顆粒を成形した部分が焼成後に摺動部となる。加圧成形以後の工程は、上述した方法と同様である。
【００３３】
可動弁体２も、固定弁体３を作製した方法と同様の方法で作製すればよく、直径５ｍｍの流体通路２ｂを有し、外径が２５ｍｍ、厚みが７ｍｍ、摺動部２ａの表面における平坦度が１μｍ以下である可動弁体２を得ることができる。
【００３４】
また、硬質結晶粒子５として、炭化珪素を用いることが好ましい。この場合、楔形状の硬質結晶粒子５とアルミナ結晶粒子６との硬度差が適正に保たれるため、摺動中、摺動部２ａ，３ａに容易にスクラッチを形成でき、リンキングをより有効に防止することができる。
【００３５】
さらに、硬質結晶粒子５として、緑色炭化珪素を用いることがより好ましく、この場合、硬質結晶粒子５は黒色炭化珪素からなる結晶粒子より純度および硬度が高いため、不純物が可動弁体２、固定弁体３間に介在して悪影響を及ぼすおそれが低くなり、バルブ部材の信頼性を高くすることができる。
【００３６】
硬質結晶粒子５は、摺動部２ａ，３ａの表面における硬質結晶粒子５が占める面積の比率により、スクラッチは影響を受ける。本発明のバルブ部材では、硬質結晶粒子５が占める面積を１％以下（０％を含まない）とすることにより、スクラッチが摺動部２ａ，３ａに入り過ぎることがなく、高いシール性を確保することができる。
【００３７】
また、このような可動弁体２と、固定弁体３とからなるバルブ部材を、上述した図１に示すように、互いの摺動部２ａ，３ａが接する摺動面Ａとして、さらに操作用のレバー４を組合せることにより、水栓用、湯水混合栓用等の各種バルブとして有効に用いることができる。本発明のバルブ１は、可動弁体２および固定弁体３のそれぞれ内部に形成した流路２ｂ，３ｂの開通および遮断を行い、供給される流体の流量を調整するようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のバルブの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明のバルブ部材を示す部分断面図であり、（ｂ）は本発明のバルブ部材における結晶構造を示す同図Ｂ部を示す模式図である。
【図３】従来のバルブを示す斜視図である。
【図４】従来のバルブ部材の摺動面近傍を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：水栓バルブ
２：可動弁体、２ａ：摺動部
３：固定弁体、３ａ：摺動部
４：レバー
５：硬質結晶粒子
６：アルミナ結晶粒子
Ａ：摺動面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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