摺動部材、弁体およびフォーセットバルブ
【課題】 摺動部材およびこれを用いた弁体およびフォーセットバルブの摩擦係数を小さくする。
【解決手段】 互いに摺動し合うための第１摺動体２ａおよび第２摺動体２ｂを備えた摺動部材３０であって、第１摺動体２ａおよび第２摺動体２ｂのそれぞれの摺動面が、多数の開口を有し気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミック体からなり、多数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした第１摺動体２ａと第２摺動体２ｂの開口面積比率の差が０．１〜１２％である摺動部材とする。
【解決手段】 互いに摺動し合うための第１摺動体２ａおよび第２摺動体２ｂを備えた摺動部材３０であって、第１摺動体２ａおよび第２摺動体２ｂのそれぞれの摺動面が、多数の開口を有し気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミック体からなり、多数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした第１摺動体２ａと第２摺動体２ｂの開口面積比率の差が０．１〜１２％である摺動部材とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材、弁体およびフォーセットバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素からなる摺動部材は、水栓バルブなどのフォーセットバルブの弁体として用いられている。例えば、メカニカルシール用部材は、炭化珪素からなる摺動部材の１つである。
【０００３】
特許文献１には、２〜１２容量％の範囲の調節された気孔率を含み、その気孔が一般に球形状で実質的に焼結体中を均一に分布している。そして、平均直径５０〜５００μである炭化珪素焼結体と、この炭化珪素焼結体を含むメカニカルシール用部材とが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、湯水混合栓が開示されている。この湯水混合栓は、少なくとも摺接面が多孔質炭化珪素焼結体の空孔内表面に撥水剤層を有する。そして湯水混合栓は、平均気孔径が５μｍ以下の複合体からなる一方の弁体と、少なくとも摺接面が緻密質セラミック焼結体からなる他方の弁体と、を有する。この複合体の気孔率は５〜２０％であることが記載されている。
【特許文献１】特開平７−３３５５０号公報
【特許文献２】特開平９−１５９０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
摺動部材は、互いに摺動する２つの部材の摺動時における摩擦係数が小さいことが求められている。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦係数を小さくすることができる摺動部材、弁体およびフォーセットバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の摺動部材は、互いに摺動し合うための第１摺動体および第２摺動体を備えた摺動部材であって、前記第１摺動体および前記第２摺動体のそれぞれの摺動面が、複数の開口を有し気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミック体からなり、前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした前記第１摺動体と前記第２摺動体の開口面積比率の差が０．１〜１２％であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の弁体は、上記摺動部材も用いたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明のフォーセットバルブは上記弁体を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の摺動部材、弁体およびフォーセットバルブによれば、摩擦係数を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る最良の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に示すように、摺動部材３０は、互いに摺動し合うための第１摺動体１０および第２摺動体２０を備え、第１摺動体１０の摺動面（第２摺動体２０に対面する面）４ａに多数の開口６、第２摺動体２０の摺動面（第２摺動体２０に対面する面）４ｂに多数の開口８を有する。第１摺動体１０、第２摺動体２０は、いずれも気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミック体２ａ，２ｂからなり、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした第１摺動体１０と第２摺動体２０の開口面積比率の差が０．１〜１２％である。
【００１３】
次に、図２〜４について説明する。ここで、開口面積比率を０．１〜１２％に設定できる場合には、図２（ｂ）および図４（ａ）に示すように、図２（ｂ）の第２摺動部材２０を、図４（ａ）の第１摺動体１０として用いることができる。
【００１４】
第１摺動体１０および第２摺動体２０の気孔率は、閉気孔（閉じた空間からなる、気孔または空隙）と開気孔（外部空間に向かって開いている箇所を有する、気孔または空隙）をあわせた気孔の気孔率である。気孔率が１５％以下の摺動部材３０は、各摺動体に連通気孔（摺動体の摺動面からこの摺動面に対向する面へつながっている気孔）が無いので、各摺動体の摺動面から水等の流体が浸透しない。このため、摺動面４ａ，４ｂが高い気密性を保持した状態で、摺動部材３０を摺動させることができる。
【００１５】
第１摺動体１０および第２摺動体２０を炭化珪素を主成分としたのは、摩擦抵抗を小さくできるセラミックス２ａ、２ｂだからである。炭化珪素が主成分であるとは、セラミック体２ａ，２ｂの５０質量％以上が炭化珪素からなることをいう。より好ましくは、セラミック体２ａ、２ｂの９０質量％以上が炭化珪素からなる。この炭化珪素は、α−炭化珪素とすることにより、摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００１６】
第１摺動体１０の摺動面４ａは、平面視した場合、多数の開口６を有している。これら開口６は、円相当径が１５μｍを超える開口６ａと、円相当径が１５μｍ以下の開口６ｂとからなる。開口６ａは、単独で存在する略円形状の開口６ａ１と、２つの開口６ａ１がつながった複合開口６ａ１を有している。開口６ｂは、略円形状の開口６ｂ１と、円形または略円形でない開口６ｂ２からなる。図示しないが、開口６ａ２は、円相当径が１５μｍ以上であれば、開口６ａ１と６ｂ１がつながったもの、開口６ａ１と６ｂ２がつながったもの、または、開口６ａ１，６ｂ１および６ｂ２がつながったものでもよい。
【００１７】
第２摺動体２０の摺動面４ｂは、平面視した場合、多数の開口８を有している。円相当径が１５μｍを超える略円形状の開口８ａ１、円相当径が１５μｍ以下の略円形状の開口８ｂ１、円形または略円形状でない開口８ｂ２を有している。図３（ｂ），図４（ｂ）に示す第２摺動体２０の摺動面４ｂには、円相当径が１５μｍ以上の開口は存在しない。
【００１８】
開口６，８のうち、円相当径が１５μｍを超える開口（６ａ１，６ａ２，８ａ１）を対象とした第１摺動体１０と第２摺動体２０の開口面積比率の差を０．１〜１２％に設定することにより、摩擦係数を小さくすることができる。
【００１９】
摺動部材３０は、フォーセットバルブ用の弁体として最も適した部材である。通常、弁体などの摺動部材は、摺動面に水またはアルコールなどの液体を介在させて摺動される。フォーセットバルブの場合は摺動面に水が介在する。
【００２０】
第１摺動体１０と第２摺動体２０の摩擦係数が低くなる理由は、以下のように推定される。炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とするセラミック体は、介在する水またはアルコールなどと反応して、摺動面４ａ，４ｂに表面改質物質を生成させる。この表面改質物質は、シラノール基（−ＳｉＯＨ）、水和化ＳｉＯ２ゲルなどであると考えられる。表面改質物質は極薄い層であると考えられる。摺動面４ａ，４ｂの間に表面改質物質が介在すると、セラミック体２ａ，２ｂの摩擦係数を十分に小さくすることができる。表面改質物質を摺動面４ａ，４ｂに介在させるには、一定の大きさ以上の開口が多数あることが必要である。この大きさが、円相当径で１５μｍ以上であると考えられる。
【００２１】
また、第１摺動体１０と第２摺動体２０が摺動すると、摺動面４ａ，４ｂのいずれか一方の表面の微細形状が他方の微細形状に似てくる現象（いわゆる「なじみ」）が観察される。このなじみを効果的に発生できれば摩擦係数は小さくなる。摺動面の一方が他方の摺動面になじむには、表面の開口面積比率が異なっている必要がある。この開口面積比率の差が０．１〜１２％である。開口面積比率の差が０．１〜１２％であれば、なじみの効果を十分出すことができる。
【００２２】
次に、さらに好ましい実施形態について説明する。円相当径が１５μｍ以上の開口６ａ１，８ａ１は、図示されているように、略円形であることが好ましく、開口６ａ２は略円形の開口が複数つながったものであることが好ましい。この理由は明確ではないが、摺動時に表面改質物質が開口６ａ１，８ａ１，６ａ２に入りやすく、かつ離脱しにくいので、摩擦抵抗を小さくすることができるからであると考えられる。
【００２３】
摺動部材３０は、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の平均値が４５μｍ以下であることが好ましい。これにより、摩擦係数をさらに小さくすることができる。この理由は明確ではないが、表面改質物質がより効果的に開口６ａ１，８ａ１，６ａ２に入りやすく、かつ離脱しにくいので、摩擦抵抗を小さくすることができるからであると考えられる。
【００２４】
摺動部材３０は、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の最大値が７８μｍ以下であることが好ましい。これにより、摩擦係数をさらに小さくすることができる。この理由は明確ではないが、円相当径が７８μｍ以下であると開口に表面改質物質が偏在することが抑制されることにより、摩擦係数を十分に小さくできるからであると考えられる。
【００２５】
第１摺動体の摺動面と第２摺動体の摺動面との算術平均高さ（Ｒａ）の差が０．３μｍ以下（ただし、前記多数の開口のうち円相当径が５μｍを超える開口を除く。）である摺動部材は、さらに摩擦係数を低くすることができる。この理由は明確ではないが、先に述べた「なじみ」の効果を高めることができるからであると考えられる。
【００２６】
摺動部材３０の各特性の測定方法について説明する。気孔率は、第１摺動体１０、第２摺動体２０、またはこれらを適当な大きさに加工したサンプルを用いて、アルキメデス法により測定する。
【００２７】
主成分は、第１摺動体１０および第２摺動体２０をＸ線回折により測定し、主結晶相が炭化珪素であることを確認することにより、主成分を炭化珪素とみなす。主結晶相が炭化珪素であるとは、最も大きなＸ線回折ピークが炭化珪素に帰属することをいう。さらに、ＩＣＰ発光分光分析により、珪素と炭素の合計含有量が、５０質量％以上あることによっても、主成分が炭化珪素であることを確認することができる。
【００２８】
開口の円相当径は下記式（１）により算出される。開口の円相当径（φ）とは、開口部を画像解析により面積の等しい円Ｃ（図５を参照）に置き換えた場合、この円の直径Ｄであり、下記式（１）に示すように定義される。
【００２９】
開口の円相当径（φ）＝（４×Ｓ／π）１／２・・・（１）
ただし、 π：円周率（＝３．１４とみなす）
Ｓ：開口の面積
式（１）で示される円相当径（φ）は、次のように測定することが好ましいが、円相当径を正確に測定できる方法であれば他の方法で測定してもよい。下記の方法により円相当径の平均値、最大値などを求めることができる。測定面は、摺動面４ａ，４ｂであるが、これらの面が鏡面（算術平均高さで０．０５μｍ以下）でない場合は、鏡面に加工してから測定する。
＜第１の測定方法＞
測定面を工業顕微鏡、レーザ顕微鏡またはデジタルマイクロスコープなどにより撮影し、それぞれの開口の円相当径をソフトウェア解析して計算する。例えば、レーザ顕微鏡としては、キーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００、ＶＫ−９７００、オリンパス株式会社の走査型共焦点レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ３１００またはナノサーチ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ３５００等を用いることができる。ここで、１５μｍ以下の開口部を測定の対象外とする。
＜第２の測定方法＞
工業顕微鏡を用いて、倍率を５０倍とし、測定面を撮影して得られた画像を、画像解析ソフトを用いて解析することにより求めることができる。画像解析ソフトとしては、例えば、「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用い、粒子解析という手法を適用する。ここで、１５μｍ以下の開口部を測定の対象外とする。
【００３０】
開口面積比率の差は、摺動部材１０の開口面積比率と、摺動部材２０の開口面積比率の差の絶対値である。
【００３１】
算術平均粗さＲａは、次のように測定する。５μｍ以下の開口を測定の対象外として、キーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００、ＶＫ−９７００またはオリンパス株式会社の走査型共焦点レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ３１００などのレーザ顕微鏡を用いて測定することが好ましい。接触式の測定機の場合、円相当径が１５μｍ以下の開口と１５μｍよりも大きい開口の判別が困難なため、接触式の測定機は用いない方が好ましい。
【００３２】
摩擦係数は、一例を挙げると、次のようにして測定する。摺動部材３０を水の入った恒温槽に埋没させる。水温は例えば２２〜２６℃に設定する。摺動部材２ａ，２ｂを当接させた状態で、バネ等を用いて摺動面に１００Ｎ程度の荷重を印加する。摩擦運動として第１摺動体または第２摺動体を往復運動させる（この往復運動は一定の直線方向においてでもよい）。往復運動は、最大速度１ｍｍ／秒程度で１往復１０秒程度の一定間隔とし、サイン波を用いた変速運動を数時間継続する。摩擦係数は、１０００回／秒程度の分解能で検知可能な測定機を用い、例えば３０分毎の一定間隔で測定する。往復回数は、合計で数千回〜数万回である。
【００３３】
次に、摺動部材３０を構成する第１摺動体１０、第２摺動体２０の製造方法を説明する。第１摺動体１０または第２摺動体のうち少なくとも一方は、以下の方法により製造する。
【００３４】
炭化珪素粉末と、シリコーンビーズ、ポリスチレンおよびポリアクリルースチレンの少なくとも１種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズからなる気孔形成剤と、この気孔形成剤を分散させる気孔分散剤と、水と、必要に応じてセラミックスの粉末を分散させる分散剤とを、ボールミルまたはビーズミルで混合してスラリーとする。このスラリーに焼結助剤および成形助剤としてバインダーを添加し、混合した後、噴霧乾燥することで顆粒が得られる。大部分の顆粒には気孔形成剤が内包された状態となる。焼結助剤は酸化アルミニウム粉末とイットリア等の希土類酸化物粉末とを用いることが好ましい。
【００３５】
このような気孔形成剤は、その圧縮強度が１．２ＭＰａ以下と低い。このため、成形工程で加圧方向に容易に塑性変形して、弾性回復に伴って発生しやすいマイクロクラックの発生を未然に抑えることができるという利点を有している。この気孔形成剤は、加熱により熱分解または消失し、摺動面に開口を形成する。
【００３６】
第１の製造方法において、気孔分散剤を用いることが重要である。摺動部材３０には気孔形成剤が焼失して形成された焼失性気孔である開口部６ａ１，６ａ２，８ａ１，８ｂ１が存在する。
【００３７】
しかしながら、この気孔形成剤は、疎水性であることから、気孔分散剤が存在することで、凝集しにくくなる。これにより、摺動面上で開口同士が連結して大きな開口が発生することが低減される。すなわち、添加した気孔分散剤は気孔形成剤に吸着することにより、気孔形成剤がスラリー中に容易に湿潤し浸透するので、気孔形成剤がスラリー中で凝集しにくくなり、スラリー中に分散する。
【００３８】
気孔分散剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩またはリン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤が好ましい。アニオン界面活性剤が気孔形成剤に吸着することで気孔形成剤はスラリー中に容易に湿潤し、浸透する。さらにアニオン界面活性剤が有する親水基の電荷反発により、気孔形成剤の再凝集がさらに抑制される。このため、気孔形成剤がスラリー中に凝集しにくくなり、十分に分散することができる。アニオン界面活性剤は、気孔形成剤をスラリーに湿潤させ、浸透させる効果が高い。
【００３９】
次いで、顆粒を所定の成形型に充填し、成形圧力４９〜１４７ＭＰａの範囲で適宜選択される成形圧力で球状に成形して成形体を得る。
【００４０】
成形体を窒素雰囲気中、温度４５０〜６５０℃、保持時間２〜１０時間で脱脂して、脱脂体とする。この脱脂体を焼成炉に入れ、アルゴンガスの減圧雰囲気中、温度１８００〜２１００℃、保持時間３〜５時間で保持し、焼成することにより炭化珪素質焼結体とすることができる。
【００４１】
得られた焼結体を所望の形状に加工するとともに、摺動面を平滑にして第１摺動体１０，第２摺動体２０を得ることができる。
【００４２】
第１摺動体１０と第２摺動体２０の気孔率、開口の円相当径の平均値および円相当径の最大値を上記範囲にするためには、次の方法を用いることができる。
【００４３】
摺動部材３０の気孔率を１５％以下とするためには、気孔形成剤の添加量を、炭化珪素粉末と焼結助剤の合計１００質量％に対して、０．１質量％以上４．１質量％以下とする。また、気孔分散剤を気孔形成剤１００質量％に対し０．１質量％以上添加し、焼成温度を１８００〜２１００℃に設定する。
【００４４】
第１摺動体２ａ、第２摺動体２ｂは、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口６ａ１，６ａ２，８ａ１を対象とした第１摺動体２ａと第２摺動体２ｂの開口面積比率の差が０．１〜１２％になる部材から選択する。
【００４５】
多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口６ａ１，６ａ２，８ａ１において、円相当径の平均値が４５μｍ以下である摺動部材を製造するためには、気孔形成剤の平均粒径を２７μｍ以下にする。円相当径の平均値は、気孔形成剤の粒径が大きいほど、また気孔形成剤の添加量が多いほど、大きくなる傾向がある。気孔形成剤の平均粒径が同程度でも、気孔形成剤の添加量が多いと、１５μｍを超える開口の円相当径の平均値が大きくなる場合がある。
【００４６】
円相当径が１５μｍを超える開口６ａ１，６ａ２，８ａ１において、円相当径の最大値が７８μｍ以下である摺動部材を製造するためには、気孔形成剤の最大粒径を７０μｍ以下にする。円相当径の最大値は、気孔形成剤の最大粒径が大きいほど大きくなる傾向がある。また、気孔形成剤の添加量が多いほど、円相当径の最大値が大きくなる傾向がある。
【００４７】
第２摺動体２０は、気孔形成剤を添加しない方法によっても製造することができる。この方法においては、気孔形成剤を添加しない点以外は、上記の製造方法と同じ方法によって製造することができる。
【００４８】
第１摺動体１０の摺動面４ａと第２摺動体２０の摺動面４との算術平均高さ（Ｒａ）の差が０．３μｍ以下（ただし、複数の開口のうち円相当径が５μｍを超える開口を除く。）である摺動部材３０を製造するには、摺動面４ａ，４ｂの研磨条件を変えればよい。
【００４９】
図６に示すように、フォーセットバルブ４０は、互いの摺動面４２ａ，４４ａを当接し摺動させる基板状の固定弁体４２と回転弁体４４とを備えている。固定弁体４２、回転弁体４４の一方が第１摺動体１０、他方が第２摺動体からなる。
【００５０】
固定弁体４２は、樹脂ケース（図示しない）に固定され、可動弁体４４は樹脂ケースの内部で、固定弁体４２上で可動するように構成されている。固定弁体４２，可動弁体４４内にはそれぞれ厚み方向に流体通路４２ｂ，４４ｂが形成され、双方の流体通路４２ｂ，４４ｂは、摺動面４２ａ，４４ａ上で連結している。
【００５１】
可動弁体４４にはレバー４６が固定され、このレバー４６を上下方向あるいは回転方向に動かすことにより可動弁体１８は可動する。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、流体通路４２ｂ，４４ｂが開いた状態では、矢印方向から水，湯水等の流体が流体通路４２ｂ，４４ｂに順次流れ、フォーセットバルブ４０に接続された蛇口（図示しない）から流体が吐出する。
【００５３】
他方、図６（ｂ）に示すように、レバー４６で可動弁体４４を上下方向のいずれかに動かすことによって流体通路４２ｂ，４４ｂ間を閉ざすことができ、蛇口からの流体の吐出を制止することができる。
【００５４】
可動弁体４４を回転方向に動かすことによって、流体通路４２ｂ，４４ｂが連結する端面の面積が調整されるので、蛇口から吐出する流体の流量を調整することができる。
【００５５】
本実施形態のフォーセットバルブ４０は、固定弁体４２と回転弁体４４との摩擦係数が小さな本実施形態の摺動部材を用いているため、長期信頼性が高い。
【実施例】
【００５６】
炭化珪素粉末に、酸化アルミニウム粉末とイットリア粉末とを焼結助剤として添加した。また、ポリスチレンからなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズを気孔形成剤として添加した。ここで、気孔形成剤は表１に示す最大径および平均径の気孔形成剤を用い、表１に示す添加量とした。さらに、気孔分散剤としてポリカルボン酸ナトリウムを、気孔形成剤１００質量％に対して０．２質量％添加して、調合原料とした。
【００５７】
この調合原料をボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリーとした。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加し、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径８０μｍの炭化珪素の顆粒を作製した。
【００５８】
この顆粒を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形して円板形状の成形体とした。得られた成形体は窒素雰囲気中、２０時間で昇温し、６００℃で５時間保持後、自然冷却して脱脂し、脱脂体とした。
【００５９】
次に、脱脂体を２０３０℃にて５時間保持して焼成することにより、板形状の炭化珪素質焼結体を得た。そして、各炭化珪素質焼結体の表面を精密研磨し、直径３０ｍｍ、厚み３ｍｍの第１摺動体１０、直径２０ｍｍ、厚み３ｍｍの第２摺動体２０の各一組の摺動部材３０からなる試料Ｎｏ．１〜１８を得た。
【００６０】
得られた試料の各特性を次のようにして測定、計算した。
＜開口の円相当径＞
測定面をキーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００により撮影し、それぞれの開口の円相当径の平均値、最大値をソフトウェア解析して計算した。ここで、１５μｍ以下の開口は測定の対象外とした。
＜開口面積比率の差＞
摺動部材１０の開口面積比率と、摺動部材２０の開口面積比率との差の絶対値である。
＜算術平均高さ（Ｒａ）＞
円相当径が５μｍ以下の開口を対象外とし、キーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００を用いてＲａを測定した。
【００６１】
摩擦係数は、次のようにして測定した。摺動部材３０を２２〜２６℃に設定された水の入った恒温槽に埋没させた。摺動部材２ａ，２ｂを当接させた状態で、バネを用いて摺動面に垂直方向に１００Ｎの荷重を印加した。摩擦運動として第１摺動体または第２摺動体を往復運動させた。往復運動は、最大速度１ｍｍ／秒程度で１往復１０秒程度の一定間隔とし、サイン波を用いた変速運動を６継続した。摩擦係数は、１０００／秒の分解能を有するサンプリング間隔で検知し、３０分毎の一定間隔で測定した。往復回数は、合計で約２８８０回である。表１に示した摩擦係数は、摺動開始後２時間〜６時間の平均値である。摩擦係数は、摩擦係数は、摩擦力Ｆ÷荷重（１００Ｎ）により計算した。
【００６２】
表１に示す条件以外は上記例と同様にして、試料Ｎｏ．１９〜２２を作製し、上記実施例と同様にして評価した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
なお、表１中における小文字ｖは焼成前（スラリー）であり、Ｖは焼成後を示し、ｖ１，Ｖ１は第１摺動体を示し、ｖ２，Ｖ２は第２摺動体を示す。
【００６５】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜１８は、摩擦係数が０．０９〜０．２６と小さかった。特に、円相当径の平均値が４５μｍ以下、円相当径の最大値が７８μｍ以下の試料Ｎｏ．１〜１６は、摩擦係数が０．０９〜０．２１以下と小さかった。
【００６６】
これに対して、気孔率が１５％を超えた試料Ｎｏ．１９，２０の摩擦係数は０．４２，０．４６と大きかった。また、開口面積比率の差が０％の試料Ｎｏ．２１の摩擦係数は０．４０、開口面積比率の差が１２．６％の試料Ｎｏ．２２の摩擦係数は０．４１と大きかった。
【００６７】
次に、特開平９−１５９０３５号公報に記載されている内容を参考にして、次のようにして試料Ｎｏ．２３（表１に記載しない）を作製した。
【００６８】
第１摺動体として、直径２０ｍｍ、厚み３ｍｍ、アルミナ純度９６質量％、密度３．７５ｇ／ｃｍ３の緻密質アルミナ焼結体（気孔率０．０５体積％）を作製した。
【００６９】
平均粒径が０．２８μｍでβ型結晶よりなる炭化珪素粉末と、焼結助剤として酸化アルミニウム粉末およびイットリア粉末とを出発原料として用いた。出発原料に、水とバンダーを添加し、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径８０μｍの炭化珪素の顆粒を作製した。この顆粒を試料Ｎｏ．１〜１８と同様の条件にして成形した。そして、アルゴンガス中、１８００℃で３時間、焼成して炭化珪素質焼結体を得た。得られた炭化珪素質焼結体に、平均粒径が０．１４μｍのポリテトラフルオロエチレン微粒子を６０質量％分散させた懸濁液に真空下で浸漬した。次いで、４００℃の温度でポリテトラフルオロエチレンを焼き付けて、撥水剤層をその表面に有する第２摺動体を作製した。この第２摺動体は、平均気孔径が２μｍ、気孔率が１６％であった。
【００７０】
緻密質アルミナ焼結体からなる第１摺動体と、撥水剤層を有する第２摺動体とを用いて、実施例と同様に摩擦運動を行い、摩擦係数を測定した。その結果、試料Ｎｏ．２３は摩擦係数が０．３８と大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の摺動部材の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の摺動部材の一実施形態を示す第１摺動体の拡大平面写真であり、（ｂ）は第２摺動体の拡大平面写真である。
【図３】（ａ）は本発明の摺動部材の他の実施形態を示す第１摺動体の拡大平面写真であり、（ｂ）は第２摺動体の拡大平面写真である。
【図４】（ａ）は本発明の摺動部材の他の実施形態を示す第１摺動体の拡大平面写真であり、（ｂ）は第２摺動体の拡大平面写真である。
【図５】（ａ）は開口部と、開口部と面積が等しい円との関係を示す平面模式図であり、（ｂ）は隣接する開口部同士が重なっている状態を示す平面模式図である。
【図６】本発明の摺動部材の一例をフォーセットバルブに適用した例を示し、（ａ）は流体通路を開いた状態を示す斜視図であり、（ｂ）は流体通路を閉じた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
２ａ：第１摺動体
２ｂ：第２摺動体
４ａ，４ｂ，４２ａ，４４ａ：摺動面
６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２，６ａ，６ｂ，６：第１摺動体の開口
８ａ１，８ｂ１，８ｂ２，８ａ，８：第２摺動体の開口
１０：第１摺動体
２０：第２摺動体
３０：摺動部材
４０：フォーセットバルブ
４２：固定弁体
４４：回転弁体
４２ｂ，４４ｂ：流体通路
４６：レバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材、弁体およびフォーセットバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素からなる摺動部材は、水栓バルブなどのフォーセットバルブの弁体として用いられている。例えば、メカニカルシール用部材は、炭化珪素からなる摺動部材の１つである。
【０００３】
特許文献１には、２〜１２容量％の範囲の調節された気孔率を含み、その気孔が一般に球形状で実質的に焼結体中を均一に分布している。そして、平均直径５０〜５００μである炭化珪素焼結体と、この炭化珪素焼結体を含むメカニカルシール用部材とが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、湯水混合栓が開示されている。この湯水混合栓は、少なくとも摺接面が多孔質炭化珪素焼結体の空孔内表面に撥水剤層を有する。そして湯水混合栓は、平均気孔径が５μｍ以下の複合体からなる一方の弁体と、少なくとも摺接面が緻密質セラミック焼結体からなる他方の弁体と、を有する。この複合体の気孔率は５〜２０％であることが記載されている。
【特許文献１】特開平７−３３５５０号公報
【特許文献２】特開平９−１５９０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
摺動部材は、互いに摺動する２つの部材の摺動時における摩擦係数が小さいことが求められている。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦係数を小さくすることができる摺動部材、弁体およびフォーセットバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の摺動部材は、互いに摺動し合うための第１摺動体および第２摺動体を備えた摺動部材であって、前記第１摺動体および前記第２摺動体のそれぞれの摺動面が、複数の開口を有し気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミック体からなり、前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした前記第１摺動体と前記第２摺動体の開口面積比率の差が０．１〜１２％であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の弁体は、上記摺動部材も用いたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明のフォーセットバルブは上記弁体を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の摺動部材、弁体およびフォーセットバルブによれば、摩擦係数を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る最良の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に示すように、摺動部材３０は、互いに摺動し合うための第１摺動体１０および第２摺動体２０を備え、第１摺動体１０の摺動面（第２摺動体２０に対面する面）４ａに多数の開口６、第２摺動体２０の摺動面（第２摺動体２０に対面する面）４ｂに多数の開口８を有する。第１摺動体１０、第２摺動体２０は、いずれも気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミック体２ａ，２ｂからなり、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした第１摺動体１０と第２摺動体２０の開口面積比率の差が０．１〜１２％である。
【００１３】
次に、図２〜４について説明する。ここで、開口面積比率を０．１〜１２％に設定できる場合には、図２（ｂ）および図４（ａ）に示すように、図２（ｂ）の第２摺動部材２０を、図４（ａ）の第１摺動体１０として用いることができる。
【００１４】
第１摺動体１０および第２摺動体２０の気孔率は、閉気孔（閉じた空間からなる、気孔または空隙）と開気孔（外部空間に向かって開いている箇所を有する、気孔または空隙）をあわせた気孔の気孔率である。気孔率が１５％以下の摺動部材３０は、各摺動体に連通気孔（摺動体の摺動面からこの摺動面に対向する面へつながっている気孔）が無いので、各摺動体の摺動面から水等の流体が浸透しない。このため、摺動面４ａ，４ｂが高い気密性を保持した状態で、摺動部材３０を摺動させることができる。
【００１５】
第１摺動体１０および第２摺動体２０を炭化珪素を主成分としたのは、摩擦抵抗を小さくできるセラミックス２ａ、２ｂだからである。炭化珪素が主成分であるとは、セラミック体２ａ，２ｂの５０質量％以上が炭化珪素からなることをいう。より好ましくは、セラミック体２ａ、２ｂの９０質量％以上が炭化珪素からなる。この炭化珪素は、α−炭化珪素とすることにより、摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００１６】
第１摺動体１０の摺動面４ａは、平面視した場合、多数の開口６を有している。これら開口６は、円相当径が１５μｍを超える開口６ａと、円相当径が１５μｍ以下の開口６ｂとからなる。開口６ａは、単独で存在する略円形状の開口６ａ１と、２つの開口６ａ１がつながった複合開口６ａ１を有している。開口６ｂは、略円形状の開口６ｂ１と、円形または略円形でない開口６ｂ２からなる。図示しないが、開口６ａ２は、円相当径が１５μｍ以上であれば、開口６ａ１と６ｂ１がつながったもの、開口６ａ１と６ｂ２がつながったもの、または、開口６ａ１，６ｂ１および６ｂ２がつながったものでもよい。
【００１７】
第２摺動体２０の摺動面４ｂは、平面視した場合、多数の開口８を有している。円相当径が１５μｍを超える略円形状の開口８ａ１、円相当径が１５μｍ以下の略円形状の開口８ｂ１、円形または略円形状でない開口８ｂ２を有している。図３（ｂ），図４（ｂ）に示す第２摺動体２０の摺動面４ｂには、円相当径が１５μｍ以上の開口は存在しない。
【００１８】
開口６，８のうち、円相当径が１５μｍを超える開口（６ａ１，６ａ２，８ａ１）を対象とした第１摺動体１０と第２摺動体２０の開口面積比率の差を０．１〜１２％に設定することにより、摩擦係数を小さくすることができる。
【００１９】
摺動部材３０は、フォーセットバルブ用の弁体として最も適した部材である。通常、弁体などの摺動部材は、摺動面に水またはアルコールなどの液体を介在させて摺動される。フォーセットバルブの場合は摺動面に水が介在する。
【００２０】
第１摺動体１０と第２摺動体２０の摩擦係数が低くなる理由は、以下のように推定される。炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とするセラミック体は、介在する水またはアルコールなどと反応して、摺動面４ａ，４ｂに表面改質物質を生成させる。この表面改質物質は、シラノール基（−ＳｉＯＨ）、水和化ＳｉＯ２ゲルなどであると考えられる。表面改質物質は極薄い層であると考えられる。摺動面４ａ，４ｂの間に表面改質物質が介在すると、セラミック体２ａ，２ｂの摩擦係数を十分に小さくすることができる。表面改質物質を摺動面４ａ，４ｂに介在させるには、一定の大きさ以上の開口が多数あることが必要である。この大きさが、円相当径で１５μｍ以上であると考えられる。
【００２１】
また、第１摺動体１０と第２摺動体２０が摺動すると、摺動面４ａ，４ｂのいずれか一方の表面の微細形状が他方の微細形状に似てくる現象（いわゆる「なじみ」）が観察される。このなじみを効果的に発生できれば摩擦係数は小さくなる。摺動面の一方が他方の摺動面になじむには、表面の開口面積比率が異なっている必要がある。この開口面積比率の差が０．１〜１２％である。開口面積比率の差が０．１〜１２％であれば、なじみの効果を十分出すことができる。
【００２２】
次に、さらに好ましい実施形態について説明する。円相当径が１５μｍ以上の開口６ａ１，８ａ１は、図示されているように、略円形であることが好ましく、開口６ａ２は略円形の開口が複数つながったものであることが好ましい。この理由は明確ではないが、摺動時に表面改質物質が開口６ａ１，８ａ１，６ａ２に入りやすく、かつ離脱しにくいので、摩擦抵抗を小さくすることができるからであると考えられる。
【００２３】
摺動部材３０は、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の平均値が４５μｍ以下であることが好ましい。これにより、摩擦係数をさらに小さくすることができる。この理由は明確ではないが、表面改質物質がより効果的に開口６ａ１，８ａ１，６ａ２に入りやすく、かつ離脱しにくいので、摩擦抵抗を小さくすることができるからであると考えられる。
【００２４】
摺動部材３０は、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の最大値が７８μｍ以下であることが好ましい。これにより、摩擦係数をさらに小さくすることができる。この理由は明確ではないが、円相当径が７８μｍ以下であると開口に表面改質物質が偏在することが抑制されることにより、摩擦係数を十分に小さくできるからであると考えられる。
【００２５】
第１摺動体の摺動面と第２摺動体の摺動面との算術平均高さ（Ｒａ）の差が０．３μｍ以下（ただし、前記多数の開口のうち円相当径が５μｍを超える開口を除く。）である摺動部材は、さらに摩擦係数を低くすることができる。この理由は明確ではないが、先に述べた「なじみ」の効果を高めることができるからであると考えられる。
【００２６】
摺動部材３０の各特性の測定方法について説明する。気孔率は、第１摺動体１０、第２摺動体２０、またはこれらを適当な大きさに加工したサンプルを用いて、アルキメデス法により測定する。
【００２７】
主成分は、第１摺動体１０および第２摺動体２０をＸ線回折により測定し、主結晶相が炭化珪素であることを確認することにより、主成分を炭化珪素とみなす。主結晶相が炭化珪素であるとは、最も大きなＸ線回折ピークが炭化珪素に帰属することをいう。さらに、ＩＣＰ発光分光分析により、珪素と炭素の合計含有量が、５０質量％以上あることによっても、主成分が炭化珪素であることを確認することができる。
【００２８】
開口の円相当径は下記式（１）により算出される。開口の円相当径（φ）とは、開口部を画像解析により面積の等しい円Ｃ（図５を参照）に置き換えた場合、この円の直径Ｄであり、下記式（１）に示すように定義される。
【００２９】
開口の円相当径（φ）＝（４×Ｓ／π）１／２・・・（１）
ただし、 π：円周率（＝３．１４とみなす）
Ｓ：開口の面積
式（１）で示される円相当径（φ）は、次のように測定することが好ましいが、円相当径を正確に測定できる方法であれば他の方法で測定してもよい。下記の方法により円相当径の平均値、最大値などを求めることができる。測定面は、摺動面４ａ，４ｂであるが、これらの面が鏡面（算術平均高さで０．０５μｍ以下）でない場合は、鏡面に加工してから測定する。
＜第１の測定方法＞
測定面を工業顕微鏡、レーザ顕微鏡またはデジタルマイクロスコープなどにより撮影し、それぞれの開口の円相当径をソフトウェア解析して計算する。例えば、レーザ顕微鏡としては、キーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００、ＶＫ−９７００、オリンパス株式会社の走査型共焦点レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ３１００またはナノサーチ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ３５００等を用いることができる。ここで、１５μｍ以下の開口部を測定の対象外とする。
＜第２の測定方法＞
工業顕微鏡を用いて、倍率を５０倍とし、測定面を撮影して得られた画像を、画像解析ソフトを用いて解析することにより求めることができる。画像解析ソフトとしては、例えば、「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用い、粒子解析という手法を適用する。ここで、１５μｍ以下の開口部を測定の対象外とする。
【００３０】
開口面積比率の差は、摺動部材１０の開口面積比率と、摺動部材２０の開口面積比率の差の絶対値である。
【００３１】
算術平均粗さＲａは、次のように測定する。５μｍ以下の開口を測定の対象外として、キーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００、ＶＫ−９７００またはオリンパス株式会社の走査型共焦点レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ３１００などのレーザ顕微鏡を用いて測定することが好ましい。接触式の測定機の場合、円相当径が１５μｍ以下の開口と１５μｍよりも大きい開口の判別が困難なため、接触式の測定機は用いない方が好ましい。
【００３２】
摩擦係数は、一例を挙げると、次のようにして測定する。摺動部材３０を水の入った恒温槽に埋没させる。水温は例えば２２〜２６℃に設定する。摺動部材２ａ，２ｂを当接させた状態で、バネ等を用いて摺動面に１００Ｎ程度の荷重を印加する。摩擦運動として第１摺動体または第２摺動体を往復運動させる（この往復運動は一定の直線方向においてでもよい）。往復運動は、最大速度１ｍｍ／秒程度で１往復１０秒程度の一定間隔とし、サイン波を用いた変速運動を数時間継続する。摩擦係数は、１０００回／秒程度の分解能で検知可能な測定機を用い、例えば３０分毎の一定間隔で測定する。往復回数は、合計で数千回〜数万回である。
【００３３】
次に、摺動部材３０を構成する第１摺動体１０、第２摺動体２０の製造方法を説明する。第１摺動体１０または第２摺動体のうち少なくとも一方は、以下の方法により製造する。
【００３４】
炭化珪素粉末と、シリコーンビーズ、ポリスチレンおよびポリアクリルースチレンの少なくとも１種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズからなる気孔形成剤と、この気孔形成剤を分散させる気孔分散剤と、水と、必要に応じてセラミックスの粉末を分散させる分散剤とを、ボールミルまたはビーズミルで混合してスラリーとする。このスラリーに焼結助剤および成形助剤としてバインダーを添加し、混合した後、噴霧乾燥することで顆粒が得られる。大部分の顆粒には気孔形成剤が内包された状態となる。焼結助剤は酸化アルミニウム粉末とイットリア等の希土類酸化物粉末とを用いることが好ましい。
【００３５】
このような気孔形成剤は、その圧縮強度が１．２ＭＰａ以下と低い。このため、成形工程で加圧方向に容易に塑性変形して、弾性回復に伴って発生しやすいマイクロクラックの発生を未然に抑えることができるという利点を有している。この気孔形成剤は、加熱により熱分解または消失し、摺動面に開口を形成する。
【００３６】
第１の製造方法において、気孔分散剤を用いることが重要である。摺動部材３０には気孔形成剤が焼失して形成された焼失性気孔である開口部６ａ１，６ａ２，８ａ１，８ｂ１が存在する。
【００３７】
しかしながら、この気孔形成剤は、疎水性であることから、気孔分散剤が存在することで、凝集しにくくなる。これにより、摺動面上で開口同士が連結して大きな開口が発生することが低減される。すなわち、添加した気孔分散剤は気孔形成剤に吸着することにより、気孔形成剤がスラリー中に容易に湿潤し浸透するので、気孔形成剤がスラリー中で凝集しにくくなり、スラリー中に分散する。
【００３８】
気孔分散剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩またはリン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤が好ましい。アニオン界面活性剤が気孔形成剤に吸着することで気孔形成剤はスラリー中に容易に湿潤し、浸透する。さらにアニオン界面活性剤が有する親水基の電荷反発により、気孔形成剤の再凝集がさらに抑制される。このため、気孔形成剤がスラリー中に凝集しにくくなり、十分に分散することができる。アニオン界面活性剤は、気孔形成剤をスラリーに湿潤させ、浸透させる効果が高い。
【００３９】
次いで、顆粒を所定の成形型に充填し、成形圧力４９〜１４７ＭＰａの範囲で適宜選択される成形圧力で球状に成形して成形体を得る。
【００４０】
成形体を窒素雰囲気中、温度４５０〜６５０℃、保持時間２〜１０時間で脱脂して、脱脂体とする。この脱脂体を焼成炉に入れ、アルゴンガスの減圧雰囲気中、温度１８００〜２１００℃、保持時間３〜５時間で保持し、焼成することにより炭化珪素質焼結体とすることができる。
【００４１】
得られた焼結体を所望の形状に加工するとともに、摺動面を平滑にして第１摺動体１０，第２摺動体２０を得ることができる。
【００４２】
第１摺動体１０と第２摺動体２０の気孔率、開口の円相当径の平均値および円相当径の最大値を上記範囲にするためには、次の方法を用いることができる。
【００４３】
摺動部材３０の気孔率を１５％以下とするためには、気孔形成剤の添加量を、炭化珪素粉末と焼結助剤の合計１００質量％に対して、０．１質量％以上４．１質量％以下とする。また、気孔分散剤を気孔形成剤１００質量％に対し０．１質量％以上添加し、焼成温度を１８００〜２１００℃に設定する。
【００４４】
第１摺動体２ａ、第２摺動体２ｂは、多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口６ａ１，６ａ２，８ａ１を対象とした第１摺動体２ａと第２摺動体２ｂの開口面積比率の差が０．１〜１２％になる部材から選択する。
【００４５】
多数の開口６，８のうち円相当径が１５μｍを超える開口６ａ１，６ａ２，８ａ１において、円相当径の平均値が４５μｍ以下である摺動部材を製造するためには、気孔形成剤の平均粒径を２７μｍ以下にする。円相当径の平均値は、気孔形成剤の粒径が大きいほど、また気孔形成剤の添加量が多いほど、大きくなる傾向がある。気孔形成剤の平均粒径が同程度でも、気孔形成剤の添加量が多いと、１５μｍを超える開口の円相当径の平均値が大きくなる場合がある。
【００４６】
円相当径が１５μｍを超える開口６ａ１，６ａ２，８ａ１において、円相当径の最大値が７８μｍ以下である摺動部材を製造するためには、気孔形成剤の最大粒径を７０μｍ以下にする。円相当径の最大値は、気孔形成剤の最大粒径が大きいほど大きくなる傾向がある。また、気孔形成剤の添加量が多いほど、円相当径の最大値が大きくなる傾向がある。
【００４７】
第２摺動体２０は、気孔形成剤を添加しない方法によっても製造することができる。この方法においては、気孔形成剤を添加しない点以外は、上記の製造方法と同じ方法によって製造することができる。
【００４８】
第１摺動体１０の摺動面４ａと第２摺動体２０の摺動面４との算術平均高さ（Ｒａ）の差が０．３μｍ以下（ただし、複数の開口のうち円相当径が５μｍを超える開口を除く。）である摺動部材３０を製造するには、摺動面４ａ，４ｂの研磨条件を変えればよい。
【００４９】
図６に示すように、フォーセットバルブ４０は、互いの摺動面４２ａ，４４ａを当接し摺動させる基板状の固定弁体４２と回転弁体４４とを備えている。固定弁体４２、回転弁体４４の一方が第１摺動体１０、他方が第２摺動体からなる。
【００５０】
固定弁体４２は、樹脂ケース（図示しない）に固定され、可動弁体４４は樹脂ケースの内部で、固定弁体４２上で可動するように構成されている。固定弁体４２，可動弁体４４内にはそれぞれ厚み方向に流体通路４２ｂ，４４ｂが形成され、双方の流体通路４２ｂ，４４ｂは、摺動面４２ａ，４４ａ上で連結している。
【００５１】
可動弁体４４にはレバー４６が固定され、このレバー４６を上下方向あるいは回転方向に動かすことにより可動弁体１８は可動する。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、流体通路４２ｂ，４４ｂが開いた状態では、矢印方向から水，湯水等の流体が流体通路４２ｂ，４４ｂに順次流れ、フォーセットバルブ４０に接続された蛇口（図示しない）から流体が吐出する。
【００５３】
他方、図６（ｂ）に示すように、レバー４６で可動弁体４４を上下方向のいずれかに動かすことによって流体通路４２ｂ，４４ｂ間を閉ざすことができ、蛇口からの流体の吐出を制止することができる。
【００５４】
可動弁体４４を回転方向に動かすことによって、流体通路４２ｂ，４４ｂが連結する端面の面積が調整されるので、蛇口から吐出する流体の流量を調整することができる。
【００５５】
本実施形態のフォーセットバルブ４０は、固定弁体４２と回転弁体４４との摩擦係数が小さな本実施形態の摺動部材を用いているため、長期信頼性が高い。
【実施例】
【００５６】
炭化珪素粉末に、酸化アルミニウム粉末とイットリア粉末とを焼結助剤として添加した。また、ポリスチレンからなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズを気孔形成剤として添加した。ここで、気孔形成剤は表１に示す最大径および平均径の気孔形成剤を用い、表１に示す添加量とした。さらに、気孔分散剤としてポリカルボン酸ナトリウムを、気孔形成剤１００質量％に対して０．２質量％添加して、調合原料とした。
【００５７】
この調合原料をボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリーとした。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加し、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径８０μｍの炭化珪素の顆粒を作製した。
【００５８】
この顆粒を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形して円板形状の成形体とした。得られた成形体は窒素雰囲気中、２０時間で昇温し、６００℃で５時間保持後、自然冷却して脱脂し、脱脂体とした。
【００５９】
次に、脱脂体を２０３０℃にて５時間保持して焼成することにより、板形状の炭化珪素質焼結体を得た。そして、各炭化珪素質焼結体の表面を精密研磨し、直径３０ｍｍ、厚み３ｍｍの第１摺動体１０、直径２０ｍｍ、厚み３ｍｍの第２摺動体２０の各一組の摺動部材３０からなる試料Ｎｏ．１〜１８を得た。
【００６０】
得られた試料の各特性を次のようにして測定、計算した。
＜開口の円相当径＞
測定面をキーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００により撮影し、それぞれの開口の円相当径の平均値、最大値をソフトウェア解析して計算した。ここで、１５μｍ以下の開口は測定の対象外とした。
＜開口面積比率の差＞
摺動部材１０の開口面積比率と、摺動部材２０の開口面積比率との差の絶対値である。
＜算術平均高さ（Ｒａ）＞
円相当径が５μｍ以下の開口を対象外とし、キーエンス株式会社のカラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−８７００を用いてＲａを測定した。
【００６１】
摩擦係数は、次のようにして測定した。摺動部材３０を２２〜２６℃に設定された水の入った恒温槽に埋没させた。摺動部材２ａ，２ｂを当接させた状態で、バネを用いて摺動面に垂直方向に１００Ｎの荷重を印加した。摩擦運動として第１摺動体または第２摺動体を往復運動させた。往復運動は、最大速度１ｍｍ／秒程度で１往復１０秒程度の一定間隔とし、サイン波を用いた変速運動を６継続した。摩擦係数は、１０００／秒の分解能を有するサンプリング間隔で検知し、３０分毎の一定間隔で測定した。往復回数は、合計で約２８８０回である。表１に示した摩擦係数は、摺動開始後２時間〜６時間の平均値である。摩擦係数は、摩擦係数は、摩擦力Ｆ÷荷重（１００Ｎ）により計算した。
【００６２】
表１に示す条件以外は上記例と同様にして、試料Ｎｏ．１９〜２２を作製し、上記実施例と同様にして評価した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
なお、表１中における小文字ｖは焼成前（スラリー）であり、Ｖは焼成後を示し、ｖ１，Ｖ１は第１摺動体を示し、ｖ２，Ｖ２は第２摺動体を示す。
【００６５】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜１８は、摩擦係数が０．０９〜０．２６と小さかった。特に、円相当径の平均値が４５μｍ以下、円相当径の最大値が７８μｍ以下の試料Ｎｏ．１〜１６は、摩擦係数が０．０９〜０．２１以下と小さかった。
【００６６】
これに対して、気孔率が１５％を超えた試料Ｎｏ．１９，２０の摩擦係数は０．４２，０．４６と大きかった。また、開口面積比率の差が０％の試料Ｎｏ．２１の摩擦係数は０．４０、開口面積比率の差が１２．６％の試料Ｎｏ．２２の摩擦係数は０．４１と大きかった。
【００６７】
次に、特開平９−１５９０３５号公報に記載されている内容を参考にして、次のようにして試料Ｎｏ．２３（表１に記載しない）を作製した。
【００６８】
第１摺動体として、直径２０ｍｍ、厚み３ｍｍ、アルミナ純度９６質量％、密度３．７５ｇ／ｃｍ３の緻密質アルミナ焼結体（気孔率０．０５体積％）を作製した。
【００６９】
平均粒径が０．２８μｍでβ型結晶よりなる炭化珪素粉末と、焼結助剤として酸化アルミニウム粉末およびイットリア粉末とを出発原料として用いた。出発原料に、水とバンダーを添加し、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径８０μｍの炭化珪素の顆粒を作製した。この顆粒を試料Ｎｏ．１〜１８と同様の条件にして成形した。そして、アルゴンガス中、１８００℃で３時間、焼成して炭化珪素質焼結体を得た。得られた炭化珪素質焼結体に、平均粒径が０．１４μｍのポリテトラフルオロエチレン微粒子を６０質量％分散させた懸濁液に真空下で浸漬した。次いで、４００℃の温度でポリテトラフルオロエチレンを焼き付けて、撥水剤層をその表面に有する第２摺動体を作製した。この第２摺動体は、平均気孔径が２μｍ、気孔率が１６％であった。
【００７０】
緻密質アルミナ焼結体からなる第１摺動体と、撥水剤層を有する第２摺動体とを用いて、実施例と同様に摩擦運動を行い、摩擦係数を測定した。その結果、試料Ｎｏ．２３は摩擦係数が０．３８と大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の摺動部材の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の摺動部材の一実施形態を示す第１摺動体の拡大平面写真であり、（ｂ）は第２摺動体の拡大平面写真である。
【図３】（ａ）は本発明の摺動部材の他の実施形態を示す第１摺動体の拡大平面写真であり、（ｂ）は第２摺動体の拡大平面写真である。
【図４】（ａ）は本発明の摺動部材の他の実施形態を示す第１摺動体の拡大平面写真であり、（ｂ）は第２摺動体の拡大平面写真である。
【図５】（ａ）は開口部と、開口部と面積が等しい円との関係を示す平面模式図であり、（ｂ）は隣接する開口部同士が重なっている状態を示す平面模式図である。
【図６】本発明の摺動部材の一例をフォーセットバルブに適用した例を示し、（ａ）は流体通路を開いた状態を示す斜視図であり、（ｂ）は流体通路を閉じた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
２ａ：第１摺動体
２ｂ：第２摺動体
４ａ，４ｂ，４２ａ，４４ａ：摺動面
６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２，６ａ，６ｂ，６：第１摺動体の開口
８ａ１，８ｂ１，８ｂ２，８ａ，８：第２摺動体の開口
１０：第１摺動体
２０：第２摺動体
３０：摺動部材
４０：フォーセットバルブ
４２：固定弁体
４４：回転弁体
４２ｂ，４４ｂ：流体通路
４６：レバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摺動し合うための第１摺動体および第２摺動体を備えた摺動部材であって、前記第１摺動体および前記第２摺動体のそれぞれの摺動面が、複数の開口を有し気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミックスからなり、前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした前記第１摺動体と前記第２摺動体の開口面積比率の差が０．１〜１２％であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の平均値が４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の最大値が７８μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記第１摺動体の摺動面と前記第２摺動体の摺動面との算術平均高さ（Ｒａ）の差が０．３μｍ以下（ただし、前記多数の開口のうち円相当径が５μｍを超える開口を除く。）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の摺動部材を用いたことを特徴とする弁体。
【請求項６】
請求項５に記載の弁体を用いたことを特徴とするフォーセットバルブ。
【請求項１】
互いに摺動し合うための第１摺動体および第２摺動体を備えた摺動部材であって、前記第１摺動体および前記第２摺動体のそれぞれの摺動面が、複数の開口を有し気孔率１５％以下の炭化珪素を主成分とするセラミックスからなり、前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口を対象とした前記第１摺動体と前記第２摺動体の開口面積比率の差が０．１〜１２％であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の平均値が４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記複数の開口のうち円相当径が１５μｍを超える開口において、円相当径の最大値が７８μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記第１摺動体の摺動面と前記第２摺動体の摺動面との算術平均高さ（Ｒａ）の差が０．３μｍ以下（ただし、前記多数の開口のうち円相当径が５μｍを超える開口を除く。）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の摺動部材を用いたことを特徴とする弁体。
【請求項６】
請求項５に記載の弁体を用いたことを特徴とするフォーセットバルブ。
【図１】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−６６４２（Ｐ２０１０−６６４２Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６８１４６（Ｐ２００８−１６８１４６）
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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