(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の作業面上にプラズマ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を有するもので、この硬質物層は閉塞体の作業面に装着された付着層分とそれに接続する被覆層たるスライド層分とから成り、炭素を含有する付着層分が閉塞体の作業面に対する付着の向上を助ける最初の珪素分を有し、そして、それに後続する炭素含有被覆層たるスライド層分がより低いスライド−及び付着摩擦係数を得るために付着層分より比較的少量の珪素分を有するか、或いは珪素フリーであるものであって、付着層分が、その柔靭な特性及びその強度に関して比較的脆くて硬い被覆層たるスライド層分の固有応力を閉塞体の作業面に対する付着能力を著しく減少すること無く受け止めることができる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、
上記パッキングエレメントは、水道機器であるワンハンド混合水栓用のコーティングの施された閉塞弁類、調節機器の使用に供せられるとともに、上記パッキングエレメントの被覆層たるスライド層部分の厚みが１マイクロメートル未満であ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。
【請求項２】
上記パッキングエレメントの付着層部と被覆層部たるスライド層分の厚みの相関関係が１：０．９〜１：０．４、好ましくは１：０．６であることを特徴とする請求項１記載の閉鎖器具と調節器具用のパッキングエレメント。
【請求項３】
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の作業面上にプラズマ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を装着し、この硬質物層は閉塞体の作業面に付着部分とそれに接続する被覆層たるスライド層分とを装着し、炭素を含有する付着層分が閉塞体の作業面に対する付着の向上を助ける最初の珪素分を形成し、そして、それに後続する炭素含有被覆層たるスライド層分がより低いスライド−及び付着摩擦係数を得るために付着層分より比較的少量の珪素分を有するか、或いは珪素フリーであるもので形成し、付着部分がその柔靭な特性及びその強度に関して比較的脆くて硬い被覆層たるスライド層分の固有応力を閉塞体の作業面に対する付着能力を著しく減少すること無く受け止めることができるように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に於いて、
上記パッキングエレメントの被覆層たるスライド層分及び付着層分の層厚をプラズマＣＶＤコーティング室内での層の分離装着時間をパラメーターとして選択して調節し、最初に、閉塞体に硬質物を装着する作業面がアルゴンで約１５分〜２５分腐刻し、その時、コーティング室を陰極噴霧装置として使用し、それに続いて、付着層分の塗着及びその上に硬質物質層の被覆層たるスライド層分を塗着するため、前記コーティング室を高周波プラズマＣＶＤ装置として起用し、その際、２５分〜２０分間付着層分をテトラメチルシランから分離し、それに続き、１０分〜１５分間被覆層たるスライド層分をテトラメチルシランとヘキサンの混合比が１：１．５好ましくは１：２の混合ガスから分離し、その際、付着層部のスライド層に対する層厚の相関関係がマイクロメートルで約１：０．６となるようにし、水道機器であるワンハンド混合水栓用のコーティングの施された閉塞弁類、調節機器の使用に供す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の製造の為の方法。
【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、この硬質層は閉塞体の作業面に塗着された接着層部分とその上に載る表面被覆層（スライド層）部分を包括する。接着層部分は閉塞体の作用面に対する接着力を高める最初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の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添加イオン砲を通じて行なわれる。この際、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と、これに属するプラズマＣＶＤコーティング法はＤＥ−ＯＳ３８３２６９２で知られている。
これによると閉塞体は、その作業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、コーティング室は当初スパッター設備として運転される。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接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設備として運転される。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接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（最適な形として水道機器、例えばワンハンド混合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あり、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の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る。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、理想化された接着−乃至スライド層分のコーティング室内での分離時間の選択による層圧相関関係が閉塞体の付着層分の熱湯条件下に於ける接着特性を著しく改善する能力を持ち、更に、付着層分の接着特性が理想化された−及びスライド層相関関係を持つパッキングエレメントが加えて熱処理も受けると、更に強められることであった。この際、温度が５００℃で３０分〜６０分まで、乃至温度が９００℃で０．５分〜１分までであると、特に良好な成果に導く。
特に有利な点として判明したのは、スライド層分を過度に薄く選ぶことである。比較的薄いスライド層分の固有応力は、十分厚い付着層分により閉塞体に対するその接着能力が、長時間に渡る熱湯負荷下に於いても著しい負荷を受けることなく受け止められることができる。本発明の通り、厚みの相関関係がマイクロメートル単位で付着層分とスライド層分の間で１：０．９〜１：０．４、好ましくは１：０．６であれば良い成果が達成できる。
理想的な付着−／スライド層の相関関係は、それから付着乃至スライド層分が分離されるガスの選択によっても影響できる。この為、付着層分の分離の為にテトラメチルシラン、そしてスライド層分の分離にはテトラメチルシランとヘキサンの混合ガスを選ぶと有利であり得る。この際、テトラメチルシランとヘキサンの混合比は、１：１．５〜１：２である。テトラメチルシランとヘキサンが類似のガスにより置換され得ることは明らかである。
付着層分が、比較的硬く脆いスライド層分の固有応力を受け止めることができるために、これは付着層分と比較して多めの可塑性乃至柔靭性特性を持っている。この膨張可能で変形可能な特性は付着層分の分離の際、珪素／炭素／水素の割合がスライド層分のそれと明らかに異なって選択されることにより得られる。と言うことで特定の厚さの付着層部の十分な柔靭性が確保できるように付着層部分の珪素分はスライド層部分のそれより著しく多く選ばれ、そして相応に付着層部分の炭素分はスライド層のそれより著しく少なく選ばれる。
付着層分の分離とそれに続くスライド層分の分離の際のプロセス管理により、有利な方法として付着層分とスライド層分の間の移行は流動的になされる。この際、付着層分とスライド層分のそれぞれ異なった珪素／炭素／水素分は互いに段階的或いは連続的に適合される。
本発明は、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。室床は真空装置と繋がる吸気用のもう一つの接続を持つ。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。
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約８×１０-5ミリバール（＝０．０８マイクロバール）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、陰極敷板とその上に載るセラミック盤がイオン射撃により１５〜２５分間、好ましくは２０分間物理的に腐刻される陰極噴霧（スパッター）装置として仕事をする。
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。これは硬質物層の接着層部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ためである。
陰極の電圧が約５００ボルトに低減された場合、付着層部が約２０分〜３０分間１マイクロメートルの厚みまで塗着される。これに引き続きスライド層部が接着層部の上に分離塗着される。この時、テトラメチルシランとヘキサンの割合が１：１．５〜１：５、好ましくは１：２の混合ガスが使用される。
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段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。スライド層分のコーティング時間は、層厚約０．４〜０．９マイクロメートル、好ましくは０．６マイクロメートルを得るために約１０分〜１５分かかる。
付着層分のスライド層分に対する層厚関係が１マイクロメートル対０．６マイクロメートルの場合、高めのスライド層分の固有応力は、付着層分によりセラミック体の作業面に働く付着分の接着能力が悪影響を受けることなく、既に良く吸収される。
この付着分の良好な接着条件は、コーティングの施されたセラミック体を後熱処理をすると、更に改良が可能である。特に良い結果が出るのは、このセラミック体が約５００℃で３０分〜６０分の長さ、或いは約９００℃で０．５分〜１分の熱処理を行なう場合である。