JP6157937B2 - 弁装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、弁装置およびその製造方法に関する。

火力発電プラント等の蒸気タービンには、蒸気の流入を制御するために、主蒸気止め弁，蒸気加減弁，再熱蒸気止め弁，中間阻止弁，タービンバイパス弁等の種々の弁装置が付設されている。

上記弁装置においては、可動部材とこれに摺接する静止部材、例えば弁棒とブッシュとの材料の組み合わせとして、耐摩耗性を増加させて耐用年数を長くする目的で、例えばブッシュ材料を１２％クロム鋼、弁棒の材料をニッケル３０〜５０％オーステナイト系耐熱合金とし、かつそれら部材の表面硬化熱処理方法として窒化処理を施すことが広く知られている。

特開平６−１０１７６９号公報

近年、火力発電プラント等の高効率化が押し進められ、蒸気温度は、５９３℃、６００℃、６１０℃というように上昇してきている。今後は、蒸気温度が７００℃以上となることが考えられる。

一方で、弁装置の可動部材とこれに摺接する静止部材、例えば弁棒とブッシュとの接触面に施される窒化処理は、高温の下では、金属表面が活性化状態となり、雰囲気中の高温水蒸気と反応して酸化皮膜を生成しやすい。生成した酸化皮膜は、弁の繰返し開閉動作の度に剥離を起こし、剥離片が弁棒の摺動により表面の凹部に局部的に堆積してブッシュとの間隙を埋め、弁棒のスティックを発生させる。また、弁棒とブッシュとの接触面に形成される窒化層は、その窒化処理温度に因り約５００℃以上で分解し、軟化する性質を持ち、また窒化層の厚さが極めて薄いと窒化層が無くなり、摩耗が急激に進展する等、弁の動作不調の要因となる。

この窒化処理を改善する目的から、静止部材となるブッシュなどの摺接面に、コバルト基硬質合金を肉盛り溶接にて形成する技術が採用されるようになってきた。一般的なコバルト基硬質合金は、コバルトを主成分とし、３０％程度のクロム，４〜１５％のタングステンを含有する合金で、耐摩耗性に優れた材料として広く知られているが、コバルトを多く含むので耐酸化性にも高い特性を持っている。

しかし、このようなコバルト基硬質合金を、可動部材となる弁棒の摺接面に肉盛り溶接にて形成すると、弁棒の形状が長尺の丸棒であることから、製造途中に許容できない曲がりが発生しやすくなる。この曲がり発生の原因は、肉盛り溶接による入熱量が大きいことにある。更には、この場合、可動部材となる弁棒の摺接面に形成された金属材料が、静止部材となるブッシュの摺接面に形成された金属材料と同種となることから、滑り運動（摺動）に際して凝着摩耗が発生しやすい。例えば弁棒とブッシュの構造においては、弁の開閉に際し弁棒には蒸気力が作用するため、弁棒がブッシュの内面（摺動面）に押し付けられ、摺動面の面圧が過大に上昇しながら摺動することになり、凝着摩耗が発生しやすい状態となる。

このようなことから、可動部材に肉盛部を形成する際の入熱量を抑えるとともに、摺接面における凝着摩耗の発生を抑え、耐摩耗性を向上させることが可能な技術の提示が望まれる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、可動部材に肉盛部を形成する際の入熱量を抑えるとともに、摺接面における凝着摩耗の発生を抑え、耐摩耗性を向上させて耐用年数を長くすることが可能な弁装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

一実施形態による弁装置は、可動部材となる弁棒もしくは弁体の摺接面に肉盛部を一体に備え、前記肉盛部は、金属を主成分とする成形体により構成される電極と前記弁棒もしくは前記弁体の被処理部との間にパルス状の放電を発生させて前記電極の材料を前記被処理部の表面に溶着させ堆積させて形成されたものであり、静止部材となるブッシュもしくはスリーブの摺接面に表面層を一体に備え、前記表面層は、金属浸透法による表面硬化熱処理によって第１の皮膜を形成してなるものであり、前記弁棒もしくは前記弁体の摺接面と前記ブッシュもしくは前記スリーブの摺接面とが、弁の開閉動作に伴って摺接する。

本発明によれば、可動部材に肉盛部を形成する際の入熱量を抑えるとともに、摺接面における凝着摩耗の発生を抑え、耐摩耗性を向上させて耐用年数を長くすることが可能となる。

第１の実施形態の製造方法により製造した部材を用いた弁装置の構成例を示す断面図。 被処理部に肉盛部を形成するための製造装置の構成を示す図。 被処理部に肉盛部を形成する具体的な製造方法の一例を示す断面図（その１）。 被処理部に肉盛部を形成する具体的な製造方法の一例を示す断面図（その２）。 被処理部に表面層を形成する具体的な製造方法の一例を示す断面図（その１）。 被処理部に表面層を形成する具体的な製造方法の一例を示す断面図（その２）。 第４の実施形態の製造方法により製造した部材を用いた弁装置の構成例を示す断面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
最初に第１の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態における弁装置、ここでは図示しない高圧タービンの前段に設置され、流入する蒸気量を制御することで高圧タービンの回転数を制御するために使用される蒸気加減弁を例として示した断面図である。

蒸気加減弁は、蒸気弁本体２００、ブッシュ２０１、上蓋２０２、蒸気の出口としての弁座２０３、弁体２０４、弁棒２０５、蒸気の入口である開口２０７、蒸気の出口である開口２０８、弁棒２０５及び弁体２０４の挿入口である開口２０９、を有する。蒸気弁本体２００では、開口２０９を通じて蒸気室２１０内に挿入された弁棒２０５の軸方向の動きにより弁体２０４にて弁座２０３の開口２０８を開閉する。上蓋２０２は、蒸気弁本体２００の開口２０９の上部に固定されており、蒸気弁本体２００の上面を閉塞するものである。上蓋２０２の上方には油圧駆動機構２０６が設置されており、油圧駆動機構２０６には弁棒２０５が下方（鉛直方向）に向けて連結されている。この弁棒２０５は、油圧駆動機構２０６により上下に往復動作するようになっている。蒸気加減弁では、上蓋２０２の貫穴口が弁棒２０５との摺動面となることから、この部分に摩擦に強い金属を素材とする円筒状のブッシュ２０１が挿着されており、軸方向に動く弁棒２０５が横ぶれしないようにブッシュ２０１にてガイドするものである。弁体２０４は弁座２０３に当接して弁座２０３の開口を開閉するように設けられている。この弁体２０４は、弁棒２０５の先端部に設けられている。

ここでは、可動部材となる弁棒２０５を例にとり、その摺接面に耐摩耗性に優れたコバルト基硬質合金を肉盛りする方法について説明する。なお、この場合の摺接面は弁棒２０５の外面にある。

図２は、被処理部に肉盛を施す放電加工法を示す概念図である。

図２に示すように、放電加工機に備えられる電気絶縁性のある液体Ｌ（又は気中）において、電極１０１は直流電源１０３の陰極と接続され、また直流電源１０３の陽極に接続された被処理部１００との間に微小間隙を保持した状態で、直流電源１０３の電圧を当該電極１０１と当該被処理部１００との間で印加又は印加を停止することによりパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、当該電極１０１の材料を当該被処理部１００の表面に溶着させ、堆積させる。ここで、被処理部１００とは、図１における弁棒２０５又はブッシュ２０１の摺動しながら接する摺接面を意味しており、弁棒２０５とブッシュ２０１の少なくとも一方の摺接面に肉盛部１０２を一体的に備え、肉盛部１０２は金属を主成分とする成形体により構成される電極と弁棒２０５又はブッシュ２０１からなる被処理部との間にパルス状の放電を発生させて電極の材料を被処理部の表面に溶着させ堆積させることによって肉盛部１０２を形成したものであり、電極の材料としてコバルト基硬質合金を用いた。一般的なコバルト基硬質合金は、コバルトを主成分とし、３０％程度のクロム，４〜１５％のタングステンを含有する合金で、耐摩耗性に優れた材料として広く知られているが、コバルトを多く含んでいるので耐酸化性にも高い特性を持っている。

この放電加工法では、電極の粒子単位で母材を溶融して肉盛部を形成することから、被処理部の母材への入熱が少ないため、被処理部を変形させずに肉盛りを行うことができる。更に電極成分が被処理部と溶け合って接合しているので、肉盛部と被処理部の母材との密着性が高く肉盛部が剥離することがない。また、この放電加工法は入熱が少ないことから、被処理部の母材表層に熱影響部（HAZ: Heat-Affected Zone）を形成しない。一般的な溶接方法では、母材の表層１〜３ｍｍ程度が熱影響部として形成され、母材本来の組織とは異なる結晶粒の粗大化、それに伴う熱処理時の再熱割れ（ＳＲ割れ）や残留応力による経年的な割れが発生するが、本実施形態の放電加工法によれば、入熱に起因する母材表層の熱影響部の形成を防止でき、欠陥の少ない高品質な製品を製造できる。

次に、図３Ａ，図３Ｂを参照して、被処理部１００に肉盛部１０２を形成する具体的な製造方法の一例を説明する。

図３Ａは、被処理部（素材）に図２に示す放電加工機を用いて、肉盛部１０２を形成した状態を示している。放電加工法により形成される肉盛部１０２は、電極１０１の材料の粒子が被処理部１００の表面から拡散浸透した拡散浸透層１０２ａと、この拡散層には電極１０１の材料の粒子が溶着して堆積した堆積層１０２ｂを含んでいる。

拡散浸透層１０２ａは、被処理部１００にコバルト基硬質合金を放電加工により肉盛りしたものであるため、組成比が厚さ方向へ傾斜的に変化する傾斜組成の溶融部が生成されている。ここでは、適正な放電条件を選択することにより、母材への入熱量を制限すべく溶融部となる拡散浸透層１０２ａの厚さは、２０μｍ以下であって最小１μｍ以上、望ましくは５μｍ以上とすることが好ましい。溶融部を有する傾斜組成は、傾斜機能材料となり被処理部１００の母材と接する境界近傍の線膨張係数は略等しくなり、線膨張係数の差がほとんど生じないため、肉盛部１０２の残留応力を解消することができる。この結果、被処理部１００の表面に施した肉盛部１０２の亀裂の発生を防止することができる。堆積層１０２ｂは、放電加工を採用したことに起因する堆積層１０２ｂの厚さに制限はないが、コバルト基硬質合金の持つ耐摩耗性や耐酸化性を有効に発揮させるためにもその厚みは５０μｍ〜３００μｍ程度が望ましい。

ここで、電極１０１は、金属を主成分とする粉末をプレスにより圧縮もしくは加熱処理して成形した成形体により構成される成形電極であるが、その他公知の製造方法によって成形しても差し支えない。

電極１０１の材料としては、耐熱衝撃性と耐酸化性を有し、被処理部の母材よりも硬度の高いコバルト基硬質合金もしくはニッケル基硬質合金が適するが、これら以外にも、高温度において優れた耐酸化性を示す例えば窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタンアルミウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化チタンタングステン（Ｔｉ−ｗ）Ｎ、炭化チタンモリブデン（Ｔｉ−Ｍｏ）Ｃ、窒化クロムケイ素（ＣｒＳｉＮ）および窒化チタンケイ素（ＴｉＳｉＮ）等のファインセラミックス材が挙げられる。

これらファインセラミックスの粉末、または当該粉末と前述の硬質合金とを混合した粉末から成形される電極１０１も考えられるが、今後の更なる蒸気条件の上昇に伴い新たな材料が開発されても、本実施形態の放電加工による製造方法によれば、肉盛部は傾斜機能材料となり得るため、適用可能なことは言うまでもない。

ここで、弁棒２０５の材料は例えばクロム−モリブデン鋼，クロム−モリブデン−バナジウム鋼，クロム−モリブデン−タングステン−バナジウム鋼，９％クロム鋼，１２％クロム鋼，ニッケル基やコバルト基の高温耐熱合金等が選定されるが、これら既存の材料に限定されることなく、今後の更なる蒸気条件の上昇に伴い新たな材料が開発されても、本実施形態による製造方法が適用可能なことは言うまでもない。

図３Ｂは、肉盛した後の肉盛部１０２において、肉盛部１０２の表面に電極の粒子が堆積して生じた歪な凹凸を機械加工、たとえば研削盤や研磨盤等により所定の形状や寸法および幾何公差を有するように、表面粗さ（最大高さ粗さ）Ｒｚが１２．５より細かく仕上げた状態を示している。

次に、弁の開閉動作に伴って弁棒２０５と摺接する静止部材のブッシュ２０１を例にとり、その摺接面にクロマイジング処理を施す様子を説明する。なお、この場合の摺接面はブッシュ２０１の内面にあり、クロマイジング処理を施す面はブッシュ２０１の内面にある。

ここで、クロマイジング処理などのような金属の拡散現象を利用して、表面から他の金属を拡散浸透させて合金層をつくる金属浸透法は、金属被処理物に対してクロムなどの金属を含む粉末を混合して非酸化性雰囲気中で加熱し、金属被処理物の原子間にクロムなどの原子を浸透させ、表面を合金層（例えば鉄とクロムとの合金）にする。

この場合、浸透する金属は被処理物と直接接触することによって被処理物表面に移行するものと、浸透促進剤として少量加えられるハロゲン化物によって気相でハロゲン化金属が生成され、それが被処理物表面に析出定着した後に浸透するものとがある。

いずれにしても、素材の金属と拡散浸透したクロムとが合金として一体化しているので、メッキ法のように剥離することはなく、また化学蒸着法（ＣＶＤ）のように特殊な処理装置の必要性もない。しかも基本的には母材金属材料の物理的特性を特に変化させることなく表面層を均一に処理できるという特徴を有する。

図４Ａ，図４Ｂを参照して、具体的な製造方法の一例を説明する。

まず被処理面となるブッシュ２０１の内面を洗浄するためホーニング作業を行った後、図４Ａに示すようにブッシュ２０１を反応容器３０７内の浸炭剤３０８に埋没させ、約１０００〜１２００℃で一定時間熱処理し、炉冷，空冷を行う。その後、浸炭処理面の洗浄，保護のための処理を行い浸炭処理が完了する。浸炭剤３０８には木炭粉末に炭酸バリウムを混合したものを使用する。この処理により約１００〜２００μｍの浸炭層が形成できる。

次にクロマイジング処理を行う。浸炭層を形成したブッシュ２０１に再度ホーニング作業を行った後、図４Ｂに示すようにクロム，酸化アルミニウム，塩化アンモニウムの粉末剤からなる粉末パック剤３０９中に埋没させ、約１０５０〜１２５０℃で一定時間熱処理を行う。このときの加熱雰囲気はアルゴンガス雰囲気とする。その後、ブッシュ２０１内面の洗浄，保護のための処理を行い、クロマイジング処理が完了する。この処理により約２０〜３０μｍのクロムカーバイド層（ＣｒＣ）が形成できる。クロマイジング処理後、調質処理として真空雰囲気下にて約１０００〜１２００℃で焼き入れ、約６００〜８００℃で焼き戻し処理を行う。

最後にホーニング作業を行い、所定の寸法および幾何公差を有するように、表面粗さ（最大高さ粗さ）Ｒｚが１２．５より細かく仕上げ、一連のクロマイジング処理工程が終了となる。

以上から、ブッシュ２０１にクロマイジング処理を施した結果、摺接面となるブッシュ２０１の内面には、第１の皮膜となるクロムカーバイド層（ＣｒＣ）が形成される。クロムカーバイド層（ＣｒＣ）は、コバルト基硬質合金と同様、耐酸化，耐摩耗性に優れた皮膜であり、例えばブッシュ２０１の材料が１２Ｃｒ鋼の場合、常温硬さ１５５０ＨＶ，高温（６００℃）硬さ１１００ＨＶと高温でも高硬度を維持しているため、摺接面に施した場合、耐摩耗性を向上させることができる。また、耐酸化特性においても酸化増量は非常に小さいため、摺接面の耐酸化特性を向上させることができ、高温蒸気条件下において酸化スケールの生成を防止できる。なお、クロマイジング処理を施した表面は非常に硬く、加工性が悪くなるので、摺接面にのみ処理する。またクロマイジング処理を施さない部位については浸炭防止剤を塗布し、摺接面以外での反応が起きないように考慮する必要がある。

ここで、ブッシュ２０１の材料は１２％クロム鋼以外に例えばクロム−モリブデン鋼，クロム−モリブデン−バナジウム鋼，クロム−モリブデン−タングステン−バナジウム鋼，９％クロム鋼，ニッケル基やコバルト基の高温耐熱合金等が選定されるが、これら既存の材料に限定されることなく、鋼種としてのフェライト系あるいはマルテンサイト系あるいはオーステナイト系のいずれかからなる耐熱合金鋼を適用することが可能である。また、今後の更なる蒸気条件の上昇に伴い新たな材料が開発されても、本実施形態による製造方法が適用可能なことは言うまでもない。

尚、各熱処理工程での処理時間は形状や材質毎に異なり、一連のクロマイジング処理による皮膜の厚みは処理時間及び処理温度に依存する。

この第１の実施形態によれば、可動部材については、被処理部１００に例えばコバルト基硬質合金を放電加工により肉盛りし、その際に適正な放電条件を選択することにより、母材への入熱量を制限することができ、また、溶融部を有する傾斜組成を傾斜機能材料とすることができ、被処理部１００の母材と接する境界近傍の線膨張係数を略等しくすることができるため、線膨張係数の差がほとんど生じず、肉盛部１０２の残留応力を解消することができ、被処理部１００の表面に施した肉盛部１０２の亀裂の発生を防止することができる。

一方、静止部材については、例えばクロマイジング処理を施すことにより、摺接面には、第１の皮膜となるクロムカーバイド層が形成されるため、コバルト基硬質合金と同様、耐酸化，耐摩耗性に優れた皮膜となり、高温でも高硬度を維持することが可能となり、耐摩耗性を向上させることができ、耐酸化特性においても酸化増量は非常に小さいため、摺接面の耐酸化特性を向上させることができ、高温蒸気条件下において酸化スケールの生成を防止できる。

更に、可動部材と静止部材とではそれぞれ異なる種類の金属材料で皮膜が形成されており、かつ可動部材には相手材と凝着しにくい材料を用いて凝着しにくい皮膜が形成されており、静止部材にも相手材と凝着しにくい材料を用いて凝着しにくい皮膜が形成されているため、これらの組み合わせから凝着摩耗の発生を抑えることができ、耐摩耗性を向上させて耐用年数を長くすることができる。

すなわち、従来においては、可動部材となる弁棒の摺接面に形成された金属材料が、静止部材となるブッシュの摺接面に形成された金属材料と同種であると、滑り運動（摺動）に際して凝着摩耗が発生しやすく、例えば弁棒とブッシュの構造においては、弁の開閉に際し弁棒には蒸気力が作用するため、弁棒がブッシュの内面（摺動面）に押し付けられ、摺動面の面圧が過大に上昇しながら摺動することになり、凝着摩耗が発生しやすい状態となっていたが、本実施形態によれば、静止部材および静止部材の摺接面に対してそれぞれ異種の金属材料を用いており、かつ前述した特定の材料を用いて特定の加工を施しているために、凝着摩耗の発生を抑えることができ、耐摩耗性を向上させて耐用年数を長くすることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

第２の実施形態は、弁の開閉動作に伴って弁棒２０５と摺接する静止部材のブッシュ２０１の摺接面にチタナイジング処理を施こして第１の皮膜を形成したものである。なお、この場合の摺接面はブッシュ２０１の内面にある。

クロマイジング処理以外に摩耗しやすい環境下でも好適に使用するための表面硬化熱処理法として、第１の実施形態のような金属浸透法を用い、チタンを拡散するチタナイジング処理がある。すなわち、耐摩耗性向上のために表面にチタンを浸透させてチタンカーバイド層（ＴｉＣ）を形成するものがある。チタンは比重が小さく軽量で、機械的強度、耐腐食性に優れているので、こうした表面硬化熱処理としては好適な素材といえる。

このようなチタンカーバイド層（ＴｉＣ）を形成する技術は、チタン粉末を主剤とし、アルミナ粉末、塩化アンモニウム粉末などの処理剤内に、ブッシュ２０１を埋めて、水素ガス等の還元性ガス雰囲気下で加熱処理することにより形成する技術であり、第１の実施形態のクロマイジングのクロムをチタンに置き換えたものである。

チタンカーバイド層（ＴｉＣ）は、非常に高硬質であるという特性を有しており、クロムカーバイト層（ＣｒＣ）と同様に耐酸化，耐摩耗性に優れた酸化膜である。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１の皮膜を形成する表面硬化熱処理法として、クロマイジング処理やチタナイジング処理以外の金属浸透法や、今後の技術革新により金属の拡散現象を利用した新たな拡散浸透技術が開発されても、本実施形態による製造方法と同様に適用可能なことは言うまでもない。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

第３の実施形態は、弁の開閉動作に伴って弁棒２０５と摺接する静止部材のブッシュ２０１の材料を、高温の蒸気条件下においても高い耐熱性を持ち、酸化スケールが付着しにくいニッケル基耐熱合金およびコバルト基耐熱合金を用い、ブッシュ２０１の摺接面にクロマイジング処理を施したものである。なお、この場合の摺接面はブッシュ２０１の内面にある。一般にクロム含有量が高い合金材も高い耐酸化特性を有していることが広く知られている。

第１の実施形態による製造方法とは異なる、第３の実施形態による製造方法の一例を説明する。

ニッケル基耐熱合金或いはコバルト基耐熱合金のブッシュ２０１の摺動面を、クロム，酸化アルミニウム，塩化アンモニウムの粉末剤からなる粉末パック剤中に埋没させ、約１０５０〜１２５０℃で一定時間熱処理を行い、クロム富化層（クロムリッチ層）を形成する。

その後、ブッシュ２０１の摺動面を１０００〜１１００℃の近傍の大気中で加熱して熱処理を施して表面層に金属浸透法による第１の皮膜を形成するとともに、第１の皮膜の直下に内部酸化により生成されたＣｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）の粒子を微細に分散させる。

その後、切削、研磨等により第１の皮膜を除去して表面を露出させ、第２の皮膜となるＣｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）による酸化膜をブッシュ２０１の摺動面に得ることが出来る。

Ｃｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）は、蒸気タービン設備の運転中に新たな（酸化膜の次の）酸化物の生成が抑制され、より高温、又は長期間での使用が可能となり、更にはＣｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）は潤滑性を有するため、摺動性を向上させることができる。また、Ｃｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）は不動態であり、熱に安定であるため、Ｃｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）の酸化膜が高温下で破壊、腐食されることがない。

なお、粉末パック剤の材料を変更することにより更に有効な第２の皮膜が今後開発されても、本実施形態による製造方法と同様に適用可能なことは言うまでもない。

ここでニッケル基耐熱合金としては、ニッケル−クロム合金やニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−クロム−モリブデン合金等のニッケルを主たる成分とした鉄の合金が用いられ、例えばインコネルが挙げられるが、これら既存の材料に限定されることなく、今後の更なる蒸気条件の上昇に伴い新たな材料が開発されても、本実施形態による製造方法が適用可能なことは言うまでもない。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図５は、図１に示す第１の実施形態である蒸気加減弁のその他の構造を示し、特に弁体周辺部の部分断面図である。なお、第４の実施形態に係る弁装置の基本部分は、図１に示す第１の実施形態と同様であるため、同じ機能を有する部品には同じ符号を用いており、その説明を省略する。従って以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５の蒸気加減弁は、弁棒２０５と弁棒２０５に連動する弁体４１２を軸方向に作動させ、弁の開度を変化させることで蒸気流量の調整機能を有する。一連の動作の中で、弁棒２０５は上蓋４１０内部に設置されたブッシュ２０１を、弁体４１２はスリーブ４１１をそれぞれガイドとして作動する。

スリーブ４１１は、図示しない蒸気弁本体２００の内部にて上蓋４１０に固定されている。弁体４１２は図示しない弁座２０３に当接するように設けられ、弁棒２０５の先端部に組み立てられている。

図１に示す第１の実施形態では、弁開閉に伴って動作する可動部材としての弁棒２０５とこの弁棒２０５に摺接する静止部材としてのブッシュ２０１とを含む弁装置であったが、第４の実施形態では、可動部材として弁体４１２、静止部材としてスリーブ４１１を適用したものである。すなわち、弁体４１２の外面とスリーブ４１１の内面によって摺接面を構成している。

弁体４１２とスリーブ４１１から構成される摺動部には、第１の実施形態から第３の実施形態に基づき、可動部材となる弁体の摺接面に肉盛部を一体に備え、静止部材となるスリーブの摺接面に表面層を一体に備え、この表面層は第１の皮膜および第２の皮膜が形成されている。

この第４の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上詳述したように、各実施形態によれば、可動部材に肉盛部を形成する際の入熱量を抑えるとともに、摺接面における凝着摩耗の発生を抑え、耐摩耗性を向上させて耐用年数を長くすることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…被処理部、１０１…電極、１０２…肉盛部、１０２ａ…拡散浸透層、１０２ｂ…堆積層、１０３…直流電源、２００…蒸気弁本体、２０１…ブッシュ、２０２…上蓋、２０３…弁座、２０４…弁体、２０５…弁棒、２０６…油圧駆動機構、３０７…反応容器、３０８…浸炭剤、３０９…粉末パック剤、４１０…上蓋、４１１…スリーブ、４１２…弁体。

Claims (6)

1. 可動部材となる弁棒もしくは弁体の摺接面に肉盛部を一体に備え、
   前記肉盛部は、金属を主成分とする成形体により構成される電極と前記弁棒もしくは前記弁体の被処理部との間にパルス状の放電を発生させて前記電極の材料を前記被処理部の表面に溶着させ堆積させて形成されたものであり、
   静止部材となるブッシュもしくはスリーブの摺接面に表面層を一体に備え、
   前記表面層は、金属浸透法による表面硬化熱処理によって第１の皮膜を形成してなるものであり、
   前記弁棒もしくは前記弁体の摺接面と前記ブッシュもしくは前記スリーブの摺接面とが、弁の開閉動作に伴って摺接することを特徴とする弁装置。
2. 可動部材となる弁棒もしくは弁体の摺接面に肉盛部を一体に備え、
   前記肉盛部は、金属を主成分とする成形体により構成される電極と前記弁棒もしくは前記弁体の被処理部との間にパルス状の放電を発生させて前記電極の材料を前記被処理部の表面に溶着させ堆積させて形成されたものであり、
   静止部材となるブッシュもしくはスリーブの摺接面に表面層を一体に備え、
   前記表面層は、金属浸透法による表面硬化熱処理によって第１の皮膜を形成した後、第１の皮膜を除去することにより表面を露出させて第２の皮膜を形成してなるものであり、
   前記弁棒もしくは前記弁体の摺接面と前記ブッシュもしくは前記スリーブの摺接面とが、弁の開閉動作に伴って摺接することを特徴とする弁装置。
3. 静止部材となる前記ブッシュもしくは前記スリーブの前記表面層の第１の皮膜は、
   少なくともクロマイジング処理によるクロムカーバイト層（ＣｒＣ）、およびチタナイジング処理によるチタンカーバイト層（ＴｉＣ）のいずれか
   を含む金属浸透法による表面硬化熱処理によって形成されたこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の弁装置。
4. 静止部材となる前記ブッシュおよび前記スリーブの前記表面層の第２の皮膜は、
   少なくともＣｒ_２Ｏ_３（酸化クロム）を含み形成されたこと
   を特徴とする請求項２又は３に記載の弁装置。
5. 弁の開閉に伴って可動部材と静止部材との摺接面が摺接する弁装置の製造方法であって、
   電気絶縁性のある液中又は気中において、金属を主成分とする成形体により構成される電極と前記可動部材の被処理部との間にパルス状の放電を発生させて前記電極の材料を前記被処理部の表面に溶着させ堆積させることによって、前記可動部材の摺接面に肉盛部を形成し、
   浸炭剤中に埋没させ一定時間熱処理し、次にクロムもしくはチタンを含む粉末剤中に埋没させ一定時間熱処理し、その後調質熱処理、焼き戻し熱処理を施す金属浸透法による表面硬化熱処理によって、前記静止部材の摺接面に耐酸化特性と硬さを有する第１の皮膜を形成する
   ことを特徴とする弁装置の製造方法。
6. 弁の開閉に伴って可動部材と静止部材との摺接面が摺接する弁装置の製造方法であって、
   電気絶縁性のある液中又は気中において、金属を主成分とする成形体により構成される電極と前記可動部材の被処理部との間にパルス状の放電を発生させて前記電極の材料を前記被処理部の表面に溶着させ堆積させることによって、前記可動部材の摺接面に肉盛部を形成し、
   クロムもしくはチタンを含む粉末剤中に埋没させ一定時間熱処理し、その後再び熱処理を施して金属浸透法による第１の皮膜を形成した後、第１の皮膜を切削もしくは研磨により除去して表面を露出させて第２の皮膜を前記静止部材の摺接面に形成する
   ことを特徴とする弁装置の製造方法。

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