(57)【要約】【課題】摺動層の表面に形成された凹凸への摩擦力由来の応力集中が抑制され、摩擦力による水栓装置用セラミック構造体の微小なひび割れの発生を抑制する。【解決手段】水栓装置用セラミック構造体であって、セラミック製の基体と、該基体の表面に形成された摺動層とを備え、前記基体が、表面に気孔を有さない緻密質のセラミックで形成され、前記摺動層が、ダイヤモンドライクカーボンで形成され、前記摺動層の表面の摩擦係数が、前記基体の表面の摩擦係数より小さい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水栓装置用セラミック構造体であって、
セラミック製の基体と、
該基体の表面に形成された摺動層とを備え、
前記基体が、表面に気孔を有さない緻密質のセラミックで形成され、
前記摺動層が、ダイヤモンドライクカーボンで形成され、
前記摺動層の表面の摩擦係数が、前記基体の表面の摩擦係数より小さいことを特徴とする水栓装置用セラミック構造体。
【請求項２】
水栓装置用すべり弁であって、
流入口と流出口とを有する固定弁体と、
該固定弁体の上を摺動して前記流出口を開閉する可動弁体とを備え、
前記固定弁体および前記可動弁体のいずれか一方が、請求項１に記載された水栓装置用セラミック構造体によって形成されていることを特徴とする水栓装置用すべり弁。
【請求項３】
前記固定弁体および前記可動弁体の基体とが、請求項１に記載された水栓装置用セラミック構造体の基体であることを特徴とする請求項２に記載された水栓装置用すべり弁。
【請求項４】
シングルレバー水栓装置に内蔵される水栓装置用カートリッジであって、
該水栓装置用カートリッジの外郭を形成するカバーと、
該カバー内に配置される請求項２または請求項３に記載された固定弁体と、
該固定弁体の上を摺動する請求項２または請求項３に記載された可動弁体と、
該可動弁体を操作する操作機構とを備えていることを特徴とする水栓装置用カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルレバー水栓装置に用いられるセラミック構造体、すべり弁およびカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、湯と水とを混合可能なシングルレバー水栓装置に内蔵されるすべり弁として、複数の板状の弁体（可動弁体及び固定弁体）を互いに摺接させた状態で相対摺動させることによって、各弁体に形成した流体通路の開閉を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０２２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された摺動装置（すべり弁）は、一対の摺動部材のうちの一方の摺動部材は、多孔質セラミックスを主成分とし表面に複数の開気孔を有する基体と、他方の摺動部材との当接領域に対応する基体の表面部分を覆って他方の摺動部材と当接する摺動面を構成するダイヤモンド状硬質炭素膜とを有し、表面部分にある開気孔の中に、ダイヤモンド状硬質炭素を主成分とする粒状体が配置されているものである。
しかしながら、上記特許文献１に記載された摺動装置では、基体の表面に開気孔が存在するため、摺動部材どうしを摺動させると、この開気孔周辺に摩擦力による応力が集中して微小なひび割れ（クラック）が生じる恐れがある。
このような微小なひび割れが進展すると摺動部材自体が割れてしまう恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、摺動層の表面に形成された凹凸への摩擦力由来の応力集中が抑制され、摩擦力による水栓装置用セラミック構造体の微小なひび割れの発生を抑制した水栓装置用セラミック構造体、水栓装置用すべり弁および水栓装置用カートリッジを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、水栓装置用セラミック構造体であって、セラミック製の基体と、該基体の表面に形成された摺動層とを備え、前記基体が、表面に気孔を有さない緻密質のセラミックで形成され、前記摺動層が、ダイヤモンドライクカーボンで形成され、前記摺動層の表面の摩擦係数が、前記基体の表面の摩擦係数より小さいことにより、前述した課題を解決するものである。
このように構成された請求項１に係る発明の水栓装置用セラミック構造体によれば、基体が、表面に気孔を有さない緻密質のセラミックで形成され、摺動層が、ダイヤモンドライクカーボンで形成されていることにより、表面粗さの小さい基体の表面に摺動層が形成されるため、水栓装置用セラミック構造体の表面粗さを小さくすることができる。
さらに、摺動層の表面の摩擦係数が、基体の表面の摩擦係数より小さいことにより、摺動層に作用する摩擦力が小さくなるため、摺動層の表面に形成された凹凸への摩擦力由来の応力集中が抑制され、摩擦力による水栓装置用セラミック構造体の微小なひび割れの発生を抑制することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、水栓装置用すべり弁であって、流入口と流出口とを有する固定弁体と、該固定弁体の上を摺動して前記流出口を開閉する可動弁体とを備え、前記固定弁体および前記可動弁体のいずれか一方が、請求項１に記載された水栓装置用セラミック構造体によって形成されていることにより、前述した課題を解決するものである。
このように構成された請求項２に係る発明の水栓装置用すべり弁によれば、固定弁体および可動弁体のいずれか一方が、請求項１に記載された水栓装置用セラミック構造体によって形成されていることにより、固定弁体の上を可動弁体が滑らかに摺動するため、すべり弁の開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載され水栓装置用すべり弁の構成に加えて、前記固定弁体および前記可動弁体の基体とが、請求項１に記載された水栓装置用セラミック構造体の基体であることにより、前述した課題を解決するものである。
固定弁体と可動弁体とが単純に同じ材料で形成されていると、固定弁体と可動弁体との間にリンキング（Ｗｒｉｎｇｉｎｇ）と呼ばれる現象が起こり、固定弁体と可動弁体とが密接され、可動弁体が固定弁体上を摺動できなくなってしまう。
そこで、上記のように構成された請求項３に係る発明の水栓装置用すべり弁によれば、請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、固定弁体の基体と可動弁体の基体との間に摺動層が形成されていることにより、リンキングが抑制されるため、固定弁体の基体と可動弁体の基体が同じ材料であっても、すべり弁の開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、シングルレバー水栓装置に内蔵される水栓装置用カートリッジであって、該水栓装置用カートリッジの外郭を形成するカバーと、該カバー内に配置される請求項２または請求項３に記載された固定弁体と、該固定弁体の上を摺動する請求項２または請求項３に記載された可動弁体と、該可動弁体を操作する操作機構とを備えていることにより、前述した課題を解決するものである。
このように構成された請求項４に係る発明の水栓装置用カートリッジによれば、水栓装置用カートリッジの外郭を形成するカバーと、このカバー内に配置される請求項２または請求項３に記載された固定弁体と、この固定弁体の上を摺動する請求項２または請求項３に記載された可動弁体と、この可動弁体を操作する操作機構とを備えていることにより、固定弁体の上を可動弁体が滑らかに摺動するため、水栓装置用カートリッジの開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、摺動層の表面に形成された凹凸への摩擦力由来の応力集中が抑制され、摩擦力による水栓装置用セラミック構造体の微小なひび割れの発生を抑制した水栓装置用セラミック構造体、水栓装置用すべり弁および水栓装置用カートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態である水栓装置用カートリッジを内蔵するシングルレバー水栓装置の斜視外観図。
【図２】本発明の実施形態である水栓装置用カートリッジの分解斜視図。
【図３】本発明の実施形態である可動弁体のＴＥＭ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１および図３に基づいて、本発明の実施形態ついて説明する。
図１は本発明の第１実施形態である水栓装置用カートリッジを内蔵するシングルレバー水栓装置の斜視外観図であり、図２は本発明の実施形態である水栓装置用カートリッジの分解斜視図であり、図３は本発明の実施形態である可動弁体のＴＥＭ断面図である。
【００１３】
＜１．シングルレバー水栓装置の構成＞
本発明の実施形態であるシングルレバー水栓装置Ｆは、主にキッチンに設置されるものである。
シングルレバー水栓装置Ｆは、図１では図示されない水栓装置用カートリッジであるバルブカートリッジ１００（図２参照）と、このバルブカートリッジ１００を覆う水栓装置カバーＣと、この水栓装置カバーＣの上部に位置し、バルブカートリッジ１００と連結されているレバーハンドルＬＨと、先端に吐水口Ｓが形成されると共に使用者によって引き出し自在なハンドルシャワーＨＳとを備えている。
【００１４】
そして、シングルレバー水栓装置Ｆのバルブカートリッジ１００は給水源から伸びる水供給管ＣＴ、給湯源から伸びる湯供給管ＨＴがそれぞれ連通されている。
さらに、バルブカートリッジ１００は下流配管Ｔと連通しており、この下流配管ＴがハンドシャワーＨＳの吐水口Ｓと連通している。
【００１５】
このように構成されたシングルレバー水栓装置Ｆにおいて、レバーハンドルＬＨを操作することで、吐水口Ｓから吐水される湯水の温度および流量が調節される。
【００１６】
＜２．バルブカートリッジの構成＞
続いて、シングルレバー水栓装置Ｆに収納されたバルブカートリッジ１００の構造について説明する。
バルブカートリッジ１００は概ね円柱状であり、上方でレバーハンドルＬＨと連結しており、下方で水供給管ＣＴ、湯供給管ＨＴおよび下流配管Ｔと連通している。
【００１７】
バルブカートリッジ１００は、バルブカートリッジ１００の外郭を形成するカバー１１０と、このカバー１１０内にパッキン１２０を介して載置される水栓装置用すべり弁であるすべり弁１３０と、このすべり弁１３０を操作する操作機構１４０とを少なくとも備えている。
【００１８】
カバー１１０は、側面および底面を形成する円筒状のケース１１１と、上面を形成する円形の蓋体１１２とを有している。
【００１９】
ケース１１１は、円筒状の側壁１１１ａと、３つの連通穴（水用、湯用、流出用）を有する底壁１１１ｂとから形成されている。
蓋体１１２には、上面視の中央部に円形の開口１１２ａが形成されており、この開口１１２ａから操作機構１４０の一部が突出している。
【００２０】
パッキン１２０は、２つの開口を有した平板状の部材であり、ケース１１１の底壁１１１ｂとすべり弁１３０との間の水密を確保するものであると共にケース１１１内の流路（水供給流路、湯供給流路、流出流路）を仕切っている。
【００２１】
すべり弁１３０は、パッキン１２０と底面で当接する平板状の固定弁体１３１と、この固定弁体１３１の摺動面１３１ａ上を摺動する概ねＵ字状の可動弁体１３２とにより構成されている。
すべり弁１３０の構造については、後に詳述する。
【００２２】
操作機構１４０は、蓋体１１２の開口１１２ａから突出してレバーハンドルＬＨと連結しているレバー１４１と、このレバー１４１の動きを規制するレバーガイド１４２と、このレバーガイド１４２を支持すると共に可動弁体１３２に載置される支持部材１４３とを備えている。
【００２３】
レバー１４１は、一端がレバーハンドルＬＨと連結する四角柱状の柱状部１４１ａと、柱状部１４１ａの他端と接続されると共にレバーガイド１４２に当接する球状部１４１ｂと、一端が球状部１４１ｂと接続されると共に他端が支持部材１４３に接続される球状の接続部１４１ｃとから形成されている。
支持部材１４３は、外周に可動弁体１３２と係合する係合爪１４３ａを３つ有しており（なお、この係合爪１４３ａの個数は３つに限定されるものではない）、中央にはレバー１４１の接続部１４１ｃが挿入されるレバー接続孔１４３ｂを有している。
【００２４】
このようにバルブカートリッジ１００が構成されていることにより、レバーハンドルＬＨの動作（回転動作、上下動作）に応じて、レバー１４１が動き、この動きに応じて支持部材１４３と一体となった可動弁体１３２が固定弁体１３１上を摺動する。
すなわち、レバーハンドルＬＨを左右に回転させると、可動弁体１３２は固定弁体１３１上の摺動面１３１ａと垂直な回動軸の回りを周回する。
また、レバーハンドルＬＨを上下に動かすと、可動弁体１３２は固定弁体１３１の摺動面１３１ａ上を直線運動する。
【００２５】
＜３．すべり弁の構成＞
続いて、すべり弁１３０の構造について、図２および図３を用いて更に説明する。
前述のように、すべり弁１３０は固定弁体１３１と可動弁体１３２とから構成されており、可動弁体１３２が固定弁体１３１上を摺動することで、弁として機能している。
【００２６】
固定弁体１３１はセラミック製であり、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分としている。
なお、本明細書における「主成分」とは、５０質量％以上であることを意味する。
【００２７】
固定弁体１３１の表面には、摺動面１３１ａと共に、流入口である水連通孔１３１ｂおよび湯連通孔１３１ｃが形成されている。
さらに、固定弁体１３１には上面視で三角形状の切り欠き１３１ｄが形成されており、この切り欠き１３１ｄが流出口となり、下流配管Ｔと連通している。
【００２８】
可動弁体１３２は水栓装置用セラミック構造体によって構成されている。
図３に示すように、水栓装置用セラミック構造体は基体１３２ａと摺動層１３２ｂとを有している。
【００２９】
基体１３２ａはセラミック製であり、炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分としている。
さらに、この基体１３２ａは平均気孔径が１０μm以上の吸水率が０．４％以下の緻密質セラミックである。
基体１３２ａは吸水率が０．４％以下の緻密質セラミックであるため、基体１３２ａの表面に気孔をほぼ有さない。
これにより、基体１３２ａの表面はほぼ平滑に（すなわち、表面粗さが小さく）なっている。
【００３０】
なお、本明細書における「吸水率」（Ａｗ［％］）とは、ＪＩＳ  Ｃ２１４１にて規定されている値であり、次の式で表される。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
ここで、ｍ１は試験片を摂氏１０５〜１２０度に調整した恒温槽中で乾燥し、恒量に達したとき恒温槽から取り出し、デシケータに入れて室温に達した後、はかりで量った質量（乾燥質量）であり、ｍ３は飽水試験片を水中から取り出し、湿ったガーゼで手早く表面の水滴をぬぐった後、はかりで量った質量（飽水試験片の質量）である。
【００３３】
また、摺動層１３２ｂは、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ；ＤＬＣ）で形成されており、その厚さは基体１３２ａより薄い。
なお、本明細書における「ダイヤモンドライクカーボン」とは、実質的に炭素からなると共に、若干の結晶質を含んでいても良いが基本的に非晶質構造をしたダイヤモンド状硬質炭素のことであり、規則的な結晶構造を持つダイヤモンド、立方晶窒化硼素、六方晶窒化硼素とは異なる組成を有する。
【００３４】
そして、ほぼ平滑な基体１３２ａの表面にＤＬＣの摺動層１３２ｂが形成されているため、摺動層１３２ｂの表面もほぼ平滑になっている。
すなわち、可動弁体１３２の摺動面は、ほぼ平滑になっている。
【００３５】
さらに、摺動層１３２ｂに用いるＤＬＣの摩擦係数は、基体１３２ａに用いるＳｉＣの摩擦係数より小さい。
すなわち、摺動層１３２ｂの表面の摩擦係数が基体１３２ａの表面の摩擦係数より小さい。
【００３６】
このような構成により、可動弁体１３２が固定弁体１３１の上を摺動して、固定弁体１３１上の流出口（切り欠き１３１ｄ）を開閉する。
【００３７】
＜４．作用効果＞
このようにして得られた本発明の実施形態である水栓装置用カートリッジであるバルブカートリッジ１００は、バルブカートリッジ１００の外郭を形成するカバー１１０と、このカバー１１０内に配置される固定弁体１３１と、この固定弁体１３１の上を摺動する可動弁体１３２と、この可動弁体１３２を操作する操作機構１４０とを備えていることにより、固定弁体１３１の上を可動弁体１３２が滑らかに摺動するため、バルブカートリッジ１００の開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【００３８】
また、水栓装置用すべり弁であるすべり弁１３０は、可動弁体１３２が、水栓装置用セラミック構造体によって形成されていることにより、固定弁体１３１の上を可動弁体１３２が滑らかに摺動するため、すべり弁１３０の開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【００３９】
また、可動弁体１３２は、基体１３２ａが、表面に気孔を有さない緻密質のセラミックで形成され、摺動層１３２ｂが、ダイヤモンドライクカーボンで形成されていることにより、表面粗さの小さい基体１３２ａの表面に摺動層１３２ｂが形成されるため、水栓装置用セラミック構造体で形成された可動弁体１３２の表面粗さを小さくすることができる。
さらに、摺動層１３２ｂの表面の摩擦係数が、基体１３２ａの表面の摩擦係数より小さいことにより、摺動層１３２ｂに作用する摩擦力が小さくなるため、摺動層１３２ｂの表面に形成された凹凸への摩擦力由来の応力集中が抑制され、摩擦力による可動弁体１３２の微小なひび割れの発生を抑制することができる。
【００４０】
＜５．変形例＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。
【００４１】
例えば、シングルレバー水栓装置は本実施形態ではキッチンに設置されるものであったが、洗面空間または浴室空間に設置されるものであってもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、可動弁体１３２が水栓装置用セラミック構造体によって形成されていた（すなわち、可動弁体１３２の摺動面に摺動層１３２ｂが設けられていた）が、固定弁体１３１が水栓装置用セラミック構造体によって形成されて（すなわち、固定弁体１３１の表面に摺動層が設けられて）いても良い。
固定弁体１３１が、水栓装置用セラミック構造体によって形成されていることにより、固定弁体１３１の上を可動弁体１３２が滑らかに摺動するため、すべり弁１３０の開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、固定弁体１３１がアルミナ、可動弁体１３２の基体１３２ａがＳｉＣで形成されていたが、可動弁体１３２の基体１３２ａもアルミナで形成しても良い（換言すれば、固定弁体１３１の基体と可動弁体１３２の基体とが水栓装置用セラミック構造体の基体であってもよい。）。
固定弁体と可動弁体とが単純に同じ材料で形成されていると、固定弁体と可動弁体との間にリンギング（Ｗｒｉｎｇｉｎｇ）と呼ばれる現象が起こり、固定弁体と可動弁体とが密接され、可動弁体が固定弁体上を摺動できなくなってしまう。
しかしながら、固定弁体の基体と可動弁体の基体との間に摺動層が形成されていることにより、リンキングが抑制されるため、固定弁体の基体と可動弁体の基体が同じ材料であっても、すべり弁の開閉操作の滑らかさを保つことができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００    ・・・  バルブカートリッジ（水栓装置用カートリッジ）
１１０    ・・・  カバー
１１１    ・・・  ケース
１１１ａ  ・・・  側壁
１１１ｂ  ・・・  底壁
１１２    ・・・  蓋体
１１２ａ  ・・・  開口
１２０    ・・・  パッキン
１３０    ・・・  すべり弁（水栓装置用すべり弁）
１３１    ・・・  固定弁体
１３１ａ  ・・・  摺動面
１３１ｂ  ・・・  水連通孔
１３１ｃ  ・・・  湯連通孔
１３１ｄ  ・・・  切り欠き
１３２    ・・・  可動弁体
１３２ａ  ・・・  基体
１３２ｂ  ・・・  摺動層
１４０    ・・・  操作機構
１４１    ・・・  レバー
１４１ａ  ・・・  柱状部
１４１ｂ  ・・・  球状部
１４１ｃ  ・・・  接続部
１４２    ・・・  レバーガイド
１４３    ・・・  支持部材
１４３ａ  ・・・  係合爪
１４３ｂ  ・・・  レバー接続孔
Ｆ      ・・・  シングルレバー水栓装置
Ｃ      ・・・  水栓装置カバー
ＬＨ    ・・・  レバーハンドル
Ｓ      ・・・  吐水口
ＨＳ    ・・・  ハンドシャワー
ＣＴ    ・・・  水供給管
ＨＴ    ・・・  湯供給管
Ｔ      ・・・  下流配管
【図１】
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【図２】
2017106585.tif 000005
【図３】
2017106585.tif 000006