专利名称：圆盘阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种圆盘阀及利用该圆盘阀的水龙头。
背景技术：
近年，作为水龙头的阀而广泛地利用陶瓷圆盘(例如日本国特开昭56-134671号公报(专利文献I))。由于陶瓷与金属相比硬度、强度等的机械特性优异，因而试图利用其特性，来提高圆盘阀的耐久性能。实际的利用中，为了减少陶瓷彼此的摩擦，开始广泛地在阀的滑动面上供给润滑脂等的润滑成分。
但是，存在如下课题，由于长年的使用，润滑脂等的润滑成分干枯，减少摩擦变得不充分，导致滑动特性恶化。而且，还存在如下课题，因为润滑成分的种类而由使用期间引起的变质或凝固、因附着异物而导致滑动特性恶化。为了应对上述课题，日本国特开平02-256973号公报(专利文献2)提出有一种技术，在滑动面上实施机械加工，来改善滑动特性。根据该公报，在圆盘阀中，通过使2张阀芯中的至少一个的滑接面成为中央部呈凸状的隆起形状，而可以在保持密封性的基础上改善各阀芯间的滑动特性，不使用润滑剂便能减小操作转矩。具体来说，使一个滑接面成为中央部突出高度为I 3μηι的凸曲面状的隆起形状,使另一个滑接面为平坦度Ιμπι以下。而且，使各滑接面的算术平均粗糙度Ra为O. I μ m以下。而且日本国特开平07-190208号公报(专利文献3)提出有一种技术，通过用具有自我润滑性的碳化硅-碳系复合材料来构成圆盘阀，来改善圆盘阀的滑动特性。在该公报中，通过与对比例的对比而能够明确利用具有自我润滑性的材料可得到良好的滑动特性。在该公报的对比例中，可动圆盘、固定圆盘都使用纯度89%的氧化铝，固定侧圆盘的平坦度为O. 9 μ m，算术平均粗糙度Ra为O. I μ m，可动圆盘的平坦度为O. 6 μ m，算术平均粗糙度Ra为O. Ιμπι。在耐久试验中，在未涂布硅类润滑脂的条件下进行时操作转矩急剧增加，5万次便变得无法进行操作。专利文献I :日本国特开昭56-134671号公报专利文献2 :日本国特开平02-256973号公报专利文献3 :日本国特开平07-190208号公报
发明内容
本发明者这次得到了如下见解，通过使圆盘构件的滑动面满足特定条件，而不需要润滑脂等的润滑成分，而且也不必一定是具有自我润滑性的材料，便能够实现具有良好滑动特性的圆盘阀。本发明基于上述见解。因而，本发明的目的在于提供一种圆盘阀，不需要润滑脂等的润滑成分，而且不必一定是具有自我润滑性的材料，且具有良好的滑动性能。而且，本发明的圆盘阀是由在至少一个上具有流水孔的均由陶瓷材料形成的第一圆盘构件和第二圆盘构件构成，通过使所述第一圆盘构件和第二圆盘构件以滑接的状态相对移动而进行所述流水孔的连通、遮断的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件的与第二圆盘构件滑接的滑动面的日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度(Rk)及减小的波峰高度(Rpk)的合计值为15nm以下，并且使用时未在所述第一圆盘构件和第二圆盘构件之间供给润滑剂。
图I是表示本发明实施例所涉及的圆盘构件的俯视图。图2是表示本发明实施例所涉及的单柄水龙头的内部结构的立体图。图3是表示本发明实施例所涉及的操作转矩的变化的曲线图。
符号说明I-可动圆盘；11_可动圆盘流水孔；2_固定圆盘；21_吐水流水孔；22_供水流水孔；23_供热水流水孔；3_操作柄；4_滑动杆。
具体实施例方式本发明的圆盘阀除构成圆盘阀的第一及第二圆盘构件满足后述的必要条件以外，意味着与本发明所属的领域中被分类或理解为圆盘阀，而且今后被理解的圆盘阀相同的圆盘阀。本发明的圆盘阀的具体构成的例示在后面说明，但是本发明的圆盘阀至少由两个圆盘构件构成。通常，圆盘构件由被称为可动圆盘和固定圆盘的至少两个圆盘构成，本发明中第一圆盘构件及第二圆盘构件可以是可动圆盘及固定圆盘的任意一个，但是优选使第一圆盘构件为可动圆盘。在本发明中，使该第一圆盘构件的滑动面的日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度(core roughness depth) (Rk)及减小的波峰高度(reduced peak height)(Rpk)的合计值为15nm以下,优选为IOnm以下。通过使圆盘阀的第一圆盘构件的滑动面的Rk及Rpk的合计值为上述数值以下，即使不使用具有自我润滑性的材料、不供给润滑剂，也能发挥良好的滑动性能。在本发明中以日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度(Rk)及减小的波峰高度(Rpk)规定圆盘阀的第一圆盘构件的滑动面。通常，对表面平滑性进行评价时多使用日本工业标准JIS B 0671所规定的算术平均粗糙度Ra。但是根据本发明者所得到的见解，与该Ra相比，上述Rk及Rpk的合计值是能够更加贴切地表示圆盘阀的圆盘构件的滑动特性的指标。Rk及Rpk的合计值是根据表面粗糙度曲线，对其平均线至测定曲线的偏差的绝对值进行合计、平均的值。该Rk及Rpk的合计值的指标的意义与圆盘阀的圆盘构件的滑动特性的关系并不明确，但是可以如下考虑。即，在本发明中，圆盘阀的第一圆盘构件滑动面的Rk及Rpk的合计值为15nm以下。虽然无法直接对比该Rk及Rpk的合计值和Ra,但是可作为倾向表示近似的值。但是，对于本发明的圆盘阀的第一圆盘构件这样的具有极高的表面平滑性的表面，Ra较大地受到存在于表面的孔(孔隙)的影响，但是发现即使存在这种孔(孔隙)，其对密合性或滑动特性给予的影响也较小。即，以往优选考虑的Ra为O. I μ m以下的程度，也就是IOOnm以下的程度，但是发现在比其更高的表面平滑性的15nm以下的领域中，无法用Ra正确地判定对滑动性能给予影响的凸部状态。而且，根据具备具有这种高平滑性的表面的圆盘构件，即使不使用具有自我润滑性的材料、不供给润滑剂，也能得到发挥良好的滑动性能这样的显著效果。因而，例如即使在材料的密度低而在滑动面上存在孔隙的情况下，也能通过使Rk及Rpk的合计值处在上述范围内，而发挥极为良好的滑动性能，因此，本发明在材料选择方面也更为有利。在本发明中，将日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度(Rk)、减小的波峰高度(Rpk)、减小的波谷深度(reduced valley depth)(Rvk)中的中心粗糙度深度(Rk)及减小的波峰高度(Rpk)作为指标。由此，可以除去因材料密度引起的孔隙的影响，并正确地判定对滑动性能给予影响的凸部状态。根据本发明一个优选的方式，第二圆盘构件的滑动面的算术平均粗糙度Ra优选为O. 5μηι以下,更加优选为O. 3 μ m以下,最好优选为O. 2 μ m以下。第二圆盘构件的表面平滑性处于该范围内时，可以得到圆盘阀整体良好的滑动性能及良好的密封性能。 根据本发明其它优选的方式，优选第一圆盘构件、第二圆盘构件为在滑动面的中央部上具有凸部的隆起形状。通过使圆盘构件的滑动面为这种形状，可以控制接触面积，可在保持良好的密封性的基础上，进一步提高滑动性能。在本发明中，使滑动面为隆起形状时，对于平坦度，上限优选为I. O μ m以下，更加优选为O. 5 μ m以下。通过使平坦度处在该范围内可以发挥良好的耐水压性，减少液体从滑动面漏出的可能性。这里所说的平坦度是指相对于基准平面的面的起伏，例如用富士胶片株式会社制造的FUJIN0NF601小型激光干涉仪来进行测定。作为形成本发明的圆盘构件的材料，可以适宜地利用碳化硅、氮化硅等的非氧化物类陶瓷及其复合材料、或氧化铝、氧化锆(包括完全稳定化、部分稳定化的氧化锆)等的氧化物类陶瓷材料及其复合材料。碳化硅是从良好性能的观点出发而优选的材料，氧化铝是从制造成本的观点出发而优选的材料。在本发明的圆盘构件中，可以在上述陶瓷中添加各种辅助成分。例如，像日本国特开2005-206460号公报所记载的那样，通过在氧化铝中添加钠、镁、钙、硅、钴、镍等的各种辅助成分，或添加高岭土、膨润土、有机碳粘土(木节土kibushic lay)、娃目粘土、水招英石、硅铁石、叶蜡石、云母组、蒙脱石组、蛭石、绿泥石组、坡缕石、高岭石、珍珠陶土、地开石、埃洛石等的粘土矿物，可以促进内部孔隙的减少以及低温烧结性的提高等。此时，添加的辅助成分优选为10重量％以下O重量％以上,尤其优选为6重量％以下4重量％以上。而且，还优选使用将氧化铝作为主成分，通过添加氧化锆，来提高耐磨损性能的材料。此时，作为所添加的氧化锆，从耐水性方面出发优选稳定化氧化锆，尤其优选使用部分稳定化氧化锆。作为所添加的氧化锆的量，优选为10重量％以下2. 5重量％以上，尤其优选为5重量％左右。作为用于氧化锆部分稳定化而添加的材料，可以适宜地利用Mg0、Ca0、Y203等，从强度的观点出发优选Y203。作为添加量优选为2mol%以上8mol%以下，优选为3mol%左右。在本发明的圆盘构件的成型中，可以适宜地利用已知陶瓷的成型方法。例如，通过金属型、浇注、注射法等使粉末陶瓷材料成型，可以考虑进行常压成型的方法。作为本发明的圆盘构件的制造方法，可以适宜地利用众所周知的制造方法。从生产效率的观点出发优选常压烧结，但是也可以通过气压烧结、热压、热等静压烧结(HIP)等来进行制造。通过用众所周知的方法对由上述方法制造的圆盘构件的滑动面进行表面加工来提高平滑性。例如，为了在研磨工序中得到所希望的表面粗糙度，用自由磨粒或固结磨粒对烧成体进行加工后，用金刚石的自由磨粒进行加工，以最终通过机械研磨得到所希望的表面粗糙度和表面形状、精度。图I中示出本发明的圆盘阀的圆盘构件的模式图。图I (a)中示出可动圆盘1，图I (b)中示出固定圆盘2。可动圆盘I的滑动面在其中央部附近形成有可动圆盘流水孔11。而且，在固定圆盘2的滑动面上分别连接有与水龙头的吐水口连接的吐水流水孔21、与供水管连接的供水流水孔22、与供热水管连接的供热水流水孔23。可动圆盘I和固定圆盘2以各自的滑动面接触的形式形成圆盘阀。在止水状态下供水流水孔22、供热水流水孔23处于与可动圆盘流水孔11被遮断的状态，来自供水管、供热水管的冷热水处于止水状态。
在通水状态下通过使可动圆盘I滑动，而使可动圆盘流水孔11处于与供水流水孔
22、供热水流水孔23连通的状态。此时，从供水流水孔22、供热水流水孔23供给的冷热水流经可动圆盘流水孔11，并流入吐水流水孔21，由此构成通水的构造。而且，通过使可动圆盘I沿纸面方向左右倾动，而使可动圆盘流水孔11与供水流水孔22、供热水流水孔23的连通面积发生变化，由此，可变更所吐出的冷热水的混合比率，通过仅与其中一个连通，还能够仅吐出热水或冷水。在此，示出了冷热水混合水龙头所使用的圆盘构件，但是只要圆盘构件是在固定圆盘、可动圆盘的至少其中一个上设置流水孔，并通过相对移动来进行连通、遮断，则可以是任意的形式，可以适宜地应用众所周知的圆盘构件的形状。通过众所周知的构件和众所周知的方法来组装由上述方法加工的圆盘构件而成为本发明的圆盘阀。而且，通过用众所周知的方法将该圆盘阀装入水龙头而可以得到手柄水龙头。只要手柄水龙头是单水龙头、冷热水混合水龙头等使用圆盘阀的水龙头，则没有特别限定。作为应用了本发明的圆盘阀，圆盘构件也可以为两张以上。例如，如图2所示，以如下方式进行配置，设置固定圆盘2',用固定圆盘2、2'夹着可动圆盘I。本发明的圆盘阀与材质无关具有良好的滑动性。具体来说，对于本发明的圆盘阀，即使材料密度低而在滑动面上存在孔隙时，也可以通过使表面的突出部及中心的平滑性处在规定范围内来发挥良好的滑动性能。实施例下面，通过将本发明应用于单柄型冷热水混合水龙头的圆盘阀的实施例及对比例，进一步详细地进行说明，但是本发明并未限定于这些实施例。实施例I在碳化硅粉末中作为烧结辅助剂配合规定量的碳(C)、碳化硼(B4C)，进而添加规定量的成型用粘合剂而得到料浆。对如此得到的料浆进行喷雾干燥而成为颗粒，对其进行冲压成型后，通过常压烧结而得到碳化硅烧结体。用固结磨粒对所得到的碳化硅烧结体的滑动部进行磨削加工，其后进行机械研磨加工，得到固定圆盘。此时，在机械研磨加工中用金刚石的自由磨粒进行加工。可动圆盘在与固定圆盘同样的步骤的基础上，用更细的金刚石的自由磨粒进行追加的机械研磨加工，以得到精度更好的表面粗糙度。利用富士胶片株式会社制造的FUJINON F601小型激光干涉仪测定了所得到的圆盘构件的加工后的平坦度。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 27 μ m，固定圆盘滑动面的平坦度为O. 26 μ m。而且，利用表面粗糙度测定器(株式会社小坂研究所表面粗糙度仪SE3500)测定了表面粗糙度。其结果，可动圆盘滑动面的日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度(Rk)及减小的波峰高度(Rpk)的合计值为4. 7nm,固定圆盘滑动面的算术平均粗糙度(Ra)为O. 16 μ m。通过装入上述圆盘构件，而得到如图2所示的单柄型冷热水混合水龙头。另外，在图2中，单柄型冷热水混合水龙头由可动圆盘I、固定圆盘2、操作柄3及滑动杆4构成。其为如下构造，使用者通过使操作柄3上下移动，而使与操作柄3连接的滑动杆4可动，与此相伴可动圆盘I相对于固定圆盘2相对地滑动，由此各自设置的流水孔接通并通水。
在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验，结果如图3所示，即使超过10万次也能得到保持良好的操作转矩的结果。实施例2与实施例I同样地对与实施例I同样得到的烧成体进行加工后而得到固定圆盘及可动圆盘。利用与实施例I同样的方法测定了上述圆盘构件的滑动面。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 26 μ m,固定圆盘滑动面的平坦度为O. 28 μ m。而且，对于表面粗糙度，可动圆盘滑动面的Rk及Rpk的合计值为3. 8nm,固定圆盘滑动面的Ra为O. 14 μ m。通过与实施例I同样地装入上述圆盘构件，而得到单柄型冷热水混合水龙头。在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验。其结果如图3所示，即使超过10万次也能得到保持良好的操作转矩的结果。对比例I用固结磨粒对与实施例I同样得到的烧成体的滑动部进行磨削加工，得到可动圆盘。而且，在与可动圆盘同样的步骤的基础上，用金刚石的自由磨粒进行机械研磨加工，得到固定圆盘。加工后，利用与实施例I同样的方法测定了它们的滑动面。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 53 μ m,固定圆盘滑动面的平坦度为O. 25 μ m。而且，对于表面粗糙度,可动圆盘滑动面的Rk及Rpk的合计值为122. 5nm,固定圆盘滑动面的Ra为O. 15 μ m。通过与实施例I同样地装入上述圆盘构件，而得到单柄型冷热水混合水龙头。在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验，结果如图3所示，操作转矩急剧增加，3万次便发生止水不良而变为无法操作。对比例2用固结磨粒对与实施例I同样得到的烧成体的滑动部进行磨削加工，其后用金刚石的自由磨粒进行机械研磨加工，由此得到固定圆盘及可动圆盘。加工后，利用与实施例I同样的方法测定了它们的滑动面。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 21 μ m,固定圆盘滑动面的平坦度为O. 26 μ m。而且，对于表面粗糙度，可动圆盘滑动面的Rk及Rpk的合计值为46. 7nm,固定圆盘滑动面的Ra为O. 16 μ m。通过与实施例I同样地装入上述圆盘构件，而得到单柄型冷热水混合水龙头。在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验，结果如图3所示，操作转矩急剧增加，5万次便发生止水不良而变为无法操作。对比例3用自由磨粒对与实施例I同样得到的烧成体的滑动部进行磨削加工，其后用金刚石的自由磨粒进行机械研磨加工，由此得到固定圆盘及可动圆盘。加工后，利用与实施例I同样的方法测定了它们的滑动面。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 22 μ m,固定圆盘滑动面的平坦度为O. 25 μ m。 而且，对于表面粗糙度,可动圆盘滑动面的Rk及Rpk的合计值为38. 6nm,固定圆盘滑动面的Ra为O. 16 μ m。通过与实施例I同样地装入上述圆盘构件，而得到单柄型冷热水混合水龙头。在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验，结果如图3所示，操作转矩急剧增加，7万次便发生止水不良而变为无法操作。实施例3在易烧结性氧化铝(昭和电工制造:AL160SG)中添加5%的部分稳定化氧化锆(东曹制造TZ-3Y-E)，进而添加规定量的成型用粘合剂而得到料浆。对如此得到的料浆进行喷雾干燥而成为颗粒，对其进行冲压成型后，通过大气烧成而得到添加有氧化锆的氧化铝烧结体。用固结磨粒对所得到的烧结体的滑动面进行磨削加工，其后进行机械研磨加工，得到固定圆盘。此时，在机械研磨加工中用金刚石的自由磨粒进行加工。可动圆盘在与固定圆盘同样的步骤的基础上，用更细的金刚石的自由磨粒进行追加的机械研磨加工，以得到精度更好的表面粗糙度。加工后，利用与实施例I同样的方法测定了它们的滑动面。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 3 μ m，固定圆盘滑动面的平坦度为O. 25 μ m。而且，对于表面粗糙度，可动圆盘滑动面的Rk及Rpk的合计值为12nm，固定圆盘滑动面的Ra为O. 15 μ m。通过与实施例I同样地装入上述圆盘构件，而得到单柄型冷热水混合水龙头。在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验。其结果，即使超过10万次也能保持良好的操作转矩。实施例4在混合有由MgO、CaO、SiO2、及Fe2O3组成的夹杂成分的96%氧化铝混合粉末中添加规定量的成型用粘合剂而得到料浆。对如此得到的料浆进行喷雾干燥而成为颗粒，对其进行冲压成型后，通过大气烧成而得到96%氧化铝烧结体。用固结磨粒对所得到的烧结体的滑动面进行磨削加工，其后进行机械研磨加工，得到固定圆盘。此时，在机械研磨加工中用金刚石的自由磨粒进行加工。可动圆盘在与固定圆盘同样的步骤的基础上，用更细的金刚石的自由磨粒进行追加的机械研磨加工，以得到精度更好的表面粗糙度。加工后，利用与实施例I同样的方法测定了它们的滑动面。其结果，可动圆盘滑动面的平坦度为O. 32 μ m,固定圆盘滑动面的平坦度为O. 28 μ m。而且，对于表面粗糙度,可动圆盘滑动面的Rk及Rpk的合计值为15nm，固定圆盘滑动面的Ra为O. 14 μ m。通过与实施例I同样地装入上述圆盘构件，而得到单柄型冷热水混合水龙头。在所得到的单柄型冷热水混合水龙头中，使吐水量在冷水侧、热水侧均保持8L/min而使手柄上下左右地移动从而进行了耐久试验。其结果，即使超过10万次也能保持良好的操作转矩。表I
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权利要求
1.一种圆盘阀，是由在至少一个上具有流水孔的均由陶瓷材料形成的第一圆盘构件和第二圆盘构件构成，通过使所述第一圆盘构件和第二圆盘构件以滑接的状态相对移动而进行所述流水孔的连通、遮断的圆盘阀，其特征在于， 所述第一圆盘构件的与第二圆盘构件滑接的滑动面的日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度Rk及减小的波峰高度Rpk的合计值为15nm以下，并且使用时未在所述第一圆盘构件和第二圆盘构件之间供给润滑剂。
2.根据权利要求I所述的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件的滑动面的日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度Rk及减小的波峰高度Rpk的合计值为IOnm以下。
3.根据权利要求I或2所述的圆盘阀，其特征在于，所述第二圆盘构件的与第一圆盘构件滑接的滑动面的算术平均粗糙度Ra为O. 2 μ m以下。
4.根据权利要求I至3中任意一项所述的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件及/或所述第二圆盘构件的滑动面呈如下形状，在中央部具有高度为O. 5μπι以下的凸部。
5.根据权利要求I至4中任意一项所述的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件及/或所述第二圆盘构件的滑动面由氧化铝形成。
6.根据权利要求I至5中任意一项所述的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件的滑动面由碳化硅形成。
7.根据权利要求I至6中任意一项所述的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件由不具有自我润滑性的陶瓷材料形成。
8.—种手柄式水龙头，其特征在于，具备 权利要求I至7中任意一项所述的圆盘阀； 杠杆手柄，使所述圆盘阀在滑接的状态下相对移动； 及水龙头主体，具有与所述圆盘阀的流水孔连结的供水路， 使用时未在所述第一圆盘构件和第二圆盘构件之间供给润滑剂。
全文摘要
本发明提供一种圆盘阀，不需要润滑脂等的润滑成分，而且不必一定是具有自我润滑性的材料，且具有良好的滑动性能。一种圆盘阀，是由在至少一个上具有流水孔的均由陶瓷材料形成的第一圆盘构件和第二圆盘构件构成，通过使所述第一圆盘构件和第二圆盘构件以滑接的状态相对移动而进行所述流水孔的连通、遮断的圆盘阀，其特征在于，所述第一圆盘构件的与第二圆盘构件滑接的滑动面的日本工业标准JIS B 0671所规定的中心粗糙度深度(Rk)及减小的波峰高度(Rpk)的合计值为15nm以下，并且使用时未在所述第一圆盘构件和第二圆盘构件之间供给润滑剂。
文档编号F16K3/30GK102840349SQ201210210830
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者谷口隆博, 下釜玲, 高桥忠利, 伊藤武彦, 宇都圣一, 松本高志, 堀博志, 野中信浩, 永井宏明 申请人:Toto株式会社