(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも１つのトレッド上を適切にコーティングすることによって、ベアリングシステムのならし特性が改善されたベアリングシステムを提供する。【解決手段】少なくとも１つのベアリングと、少なくとも１つの対向部材を有するベアリング対を備えたベアリングシステムであって、ベアリング対の少なくとも１つのトレッド上にコーティングが被着されているベアリングシステムにおいて、コーティングは、主成分がアモルファスＳｉＯ２である層を有している。このコーティングを、高い嵌め合い精度で適合化する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのベアリングと、少なくとも１つの対向部材を有するベアリング対を備えたベアリングシステムであって、その際、前記ベアリング対の少なくとも１つのトレッド上にコーティングが被着されているベアリングシステムにおいて、コーティングは、主成分がアモルファスＳｉＯ２である層を有していることを特徴とするベアリングシステム。
【請求項２】
層は、少なくとも９０重量％のアモルファスＳｉＯ２製であることを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【請求項３】
アモルファスＳｉＯ２製の層は表面層として被着されていることを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【請求項４】
アモルファスＳｉＯ２製の層は摩耗層であることを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【請求項５】
アモルファスＳｉＯ２製の層は、少なくとも１０ｎｍ及び高々５００ｎｍの厚みを有していることを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【請求項６】
アモルファスＳｉＯ２製の層は、少なくとも１００ｎｍ及び高々３００ｎｍの厚みを有していることを特徴とする請求項５のベアリングシステム。
【請求項７】
アモルファスＳｉＯ２製の層の厚みは、被着面の９０％で、＋／−１０％より多く前記層の平均厚みと相違していないことを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【請求項８】
アモルファスＳｉＯ２製の層は、更に有機ラジカルを含有していることを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【請求項９】
アモルファスＳｉＯ２製の層は、更にセラミック酸化物を含有していることを特徴とする請求項１のベアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのベアリングと、１つの対向部材を有するベアリング対を備えたベアリングシステムであり、その際、ベアリング対の少なくとも１つのトレッド上にコーティングがベアリング特性の改善のために被着されている。
【背景技術】
【０００２】
ベアリング特性を改善させるために、ベアリング対のトレッドをコーティングすることが公知である。殊に、コーティングが摩耗層として使われ、その際、摩耗層は、ベアリングの各構成部品での測定許容偏差を補償する。内燃機関のベアリングでは、ダイアモンドライクカーボン製の硬質材料層（ＤＬＣ膜）が使用されている（例えば、各刊行物特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載されている）。しかし、ＤＬＣ膜は、非常に硬く、不均一な塗布になり易い。コネクティングロッドの上側のベアリングで、ピストンピンがベアリングブッシュ内で収縮し、その結果、高い損耗を引き起こし、ベアリングの遊びが拡大してしまう。更に、ＤＬＣ膜は高価である。
【０００３】
ベアリングシステムでは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）製の各層も使用されている。幾つかの場合には、この各層は、中間層として又は接着増進層として使われる（例えば、各刊行物特許文献６、特許文献７、及び、特許文献８に記載されている）。各メッキ浴内での各ローラに、ＳｉＯ２を含有していて、数μｍの各層厚を有する各表面層が設けられている。特許文献９及び特許文献１０には、そのような各層を溶射により被着することが提案されている。そのような厚い各層は、各ベアリング対向部材の高い嵌め合い精度が必要であるベアリングシステム用には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号９６／０４４８５
【特許文献２】ドイツ公開特許１０２００４０１８９２１Ａ１
【特許文献３】ドイツ公開特許１０２００５０４３２１７Ａ１
【特許文献４】ドイツ公開特許１０２００６０１５８８８Ａ１
【特許文献５】ドイツ公開特許１０２００８０２５６８１Ａ１
【特許文献６】ドイツ公開特許２９２６０８０Ａ１
【特許文献７】アメリカ登録特許６４９９８８１Ｂ２
【特許文献８】ドイツ公開特許１００１８６８８Ａ１
【特許文献９】日本公開特許０８０５３７４９Ａ
【特許文献１０】日本公開特許０６２２８７２４
【発明の概要】
【発明が解決しょうとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、改善されたベアリングシステムを提供することにある。殊に、少なくとも1つのトレッド上を適切にコーティングすることによって、ベアリングシステムのならし特性を改善する必要がある。このコーティングは、ベアリングシステムにとって、高い嵌め合い精度で適合化される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ベアリングシステムに関して請求項１の各要件によって示され、つまり、本発明によると、コーティングは、主成分がアモルファスＳｉＯ２である層を有していることによって課題を解決することができる。各従属請求項は、本発明の有利な各実施例を示す。
【０００７】
本発明は、少なくとも１つのベアリングと、少なくとも１つの対向部材を有するベアリング対を備えたベアリングシステムを含む。本発明によると、ベアリング対の少なくとも１つのトレッド上に、主成分がアモルファスＳｉＯ２である層を有しているコーティングが被着されている。
【０００８】
その際、本発明は、各ベアリング特性を改善するために、主成分がアモルファスＳｉＯ２である層を有しているベアリング対のトレッドをコーティングするという考察に基づいている。主成分という概念は、これとの関連で、層が、アモルファスＳｉＯ２の５０重量％より多く、有利には、少なくとも８０重量％からなるということを示す。アモルファスＳｉＯ２とは、本発明の範囲内では、モノマー分子又は小オリゴマーから構成されたＳｉＯ２構造のことであり、つまり、適切な前駆体によって形成されて、構造化のために反応するＳｉＯ２構造のことであるが、例えば、溶融流動から、又は、溶射によるような溶融状態について示されるアモルファスＳｉＯ２構造のことではない。
【０００９】
アモルファスＳｉＯ２層の特性に基づいて、アモルファスＳｉＯ２層は、各ベアリング対の各トレッド上に使用するのに、結晶ＳｉＯ２層よりも一層良好に適している。各原子の長距離秩序なしのために、アモルファスＳｉＯ２層は、結晶ＳｉＯ２層よりも弾性的であり、脆弱ではなく、及び、サブストレートから剥がれにくい。本発明のアモルファスＳｉＯ２層の形成の場合、層は、サブストレート上に形成されており、その際、局所的だが、面付着性の均等な個別の反応性のモノマー分子又は小オリゴマー（適切な前駆体によって形成される）が積層されている。サブストレート近傍のＳｉＯ２構造の、サブストレートへの付着力は、その上に位置しているＳｉＯ２構造内部の凝集力よりも強い。ベアリングシステムでは、各アモルファスＳｉＯ２層は、有利には、金属サブストレート上に被着されている。
【００１０】
本発明のベアリングシステムは、ラジアルベアリングとしても転がり軸受としても実施することができる。アモルファスＳｉＯ２層の各利点は、殊にラジアルベアリングの場合に作用する。
【００１１】
本発明の有利な実施例では、層は、少なくとも９０重量％のアモルファスＳｉＯ２製にすることができる。層は、コーティング工程に基づいて不可避である不純物を含むことがある。この不純物には、前駆体並びに水素原子及びヒドロキシ基からなる有機ラジカルがあげられる。
【００１２】
本発明の有利な実施例では、アモルファスＳｉＯ２製の層は表面層として被着することができる。サブストレート上の種々異なる複数の層から形成された層システムでは、サブストレートから最も遠く離隔した機能層は表面層と呼ばれる。つまり、この表面層は、最上部の機能層を呈しており、従って、ベアリング対の他方の対向部材と直接又は間接的にトライボロジカルに相互作用する。アモルファスＳｉＯ２製の層の高い弾性により、理想的にはベアリング対のトレッド上の非平坦性が補償される。本発明は、アモルファスＳｉＯ２製の層上に、非機能性の、別のカバー層が被着されている実施例も含む。殊に、カバー層の僅かな厚みに基づいて、機能性が予期できないか又は些末な機能性しか予期できないカバー層もこの実施例に含まれる。これは、殊に、１０ｎｍより小さな厚みのカバー層の場合に想定することができる。
【００１３】
有利には、本発明のベアリングシステムの場合、アモルファスＳｉＯ２製の層は、摩耗層であることができる。摩耗層は、ベアリング、及び／又は、 対向部材の製造に依存する形状偏差を補償するために使われる。摩耗層は、この目的のために、ならし過程中少なくとも部分的に摩耗することができる。アモルファスＳｉＯ２層では、サブストレート近傍のＳｉＯ２構造の、サブストレートへの付着力は、当該サブストレート近傍のＳｉＯ２構造の上に位置しているＳｉＯ２構造内の凝集力よりも強い。この特性は、摩耗層として使用するために重要である。と言うのは、この層を面状に切除せずに、コーティングの極小の各要素を切除することができるからである。更に、層の切除される各要素は弾性であって硬くない。この各要素は、各トレッド間に残存した場合ですら、ベアリング対の作動特性に否定的な影響を及ぼさない。アモルファスＳｉＯ２層の、摩耗層としての利点は、殊に、ラジアルベアリングの滑り面で作用することができる。
【００１４】
本発明の有利な実施例では、アモルファスＳｉＯ２製の層は、少なくとも１０ｎｍ及び高々５００ｎｍの厚みを有することができる。１０ｎｍより小さな厚みは、層の有利な特性を実現するためには不十分である。５００ｎｍ超の層厚では、層が脆化する。本発明の特に有利な実施例では、アモルファスＳｉＯ２製の層は、少なくとも１００ｎｍ及び高々３００ｎｍの厚みを有していることができる。少なくとも１００ｎｍの層厚では、アモルファスＳｉＯ２層の利点は十分に作用する。他方、層厚を増大すると、コーティング時間が長くなり、従って、処理コストが増大する。３００ｎｍの上側限界値は、経済的であることが分かる。更に、層の厚みを最大２５０ｎｍに限定すると有利であり得る。と言うのは、その際、コーティングすべき構成部品の製造時に当該構成部品の寸法を考慮する必要がないからである。
【００１５】
本発明の有利な実施例では、アモルファスＳｉＯ２製の層の厚みは、被着面の９０％で、＋／−１０％より多く前記層の平均厚みと相違していないようにするとよい。アモルファスＳｉＯ２層は、非常に均等な層厚によって特徴付けられる。層厚の局所的な変動、例えば、各構成部品の各縁部での突起は、極めて僅かしか生起しない。従って、コーティングすべき構成部品の製造許容偏差内の層厚の、そのような変動を考慮する必要はない。コーティングすべき構成部品は、何ら問題なく取り付けることができる。この構成部品は、均等なならし特性及び均等なトライボロジカルな特性によって特徴付けられる。
【００１６】
有利には、アモルファスＳｉＯ２製の層は、更に有機ラジカルを含有しているようにすることができる。このために、前駆体からなる有機ラジカルの他に、表面エネルギ及び従ってシステムの濡れ特性に影響することができる機能的な添加物も挙げられる。潤滑剤によるトレッドの濡れは、この関連で有意義である。
【００１７】
有利には、アモルファスＳｉＯ２製の層は、更に別のセラミック酸化物を含有することができる。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２及びＴｉＯ２のようなセラミック酸化物は、層の硬度を変更するのに寄与する。このようにして、アモルファスＳｉＯ２製の層の特性を、それぞれの用途の正確な条件に相応して適合させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、改善されたベアリングシステムを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、後述の実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
スチール製ピストンピンは、当該ピストンピンの表面が３００ｎｍ厚のアモルファスＳｉＯ２製の層でコーティングされた。コーティングされたピストンピンは、コネクティングロッドの、ピストンとの結合部として内燃機関内に組み込まれた。コネクティングロッドエンド内に、銅合金製のラジアルベアリングが組み込まれた。エンジンは、内燃機関用のテストベンチ上でならし試験された。比較対象として、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン製の硬質材料層）でコーティングされたエンジンが使われた。アモルファスＳｉＯ２でコーティングされたベアリングシステムは、光学的及び電子光学的な検査の場合に、試験後に明らかに僅かしか損耗しない。更に、アモルファスＳｉＯ２でコーティングされたピンの場合、ベアリングの遊びの増大は殆ど測定することができなかったが、ＤＬＣコーティングされたピンの場合、ベアリングの遊びは、およそ倍となった。