(57)【要約】【課題】軸受部品の表面の減摩特性を改善すること；及び、著しく長い耐用年数を有する、構造的により簡単な改善された軸受装置を提案すること。【解決手段】基体を被覆するための、とりわけ軸受装置の軸受部品を被覆するためのスプレー粉において、少なくとも次の組成：亜鉛＝５〜３０重量％、スズ＝１〜１０重量％、ケイ素＝０．１〜３重量％、アルミニウム＝０．１〜７重量％、鉄＝０．０１〜２重量％、マンガン＝０．０１〜４重量％、コバルト＝０．０１〜３重量％、銅＝１００重量％に対する残りの重量％、を含有している、上記スプレー粉。【選択図】図１
2006097134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体２を被覆するための、とりわけ軸受装置の軸受部品２を被覆するためのスプレー粉において、少なくとも次の組成：
亜鉛＝５〜３０重量％、
スズ＝１〜１０重量％、
ケイ素＝０．１〜３重量％、
アルミニウム＝０．１〜７重量％、
鉄＝０．０１〜２重量％、
マンガン＝０．０１〜４重量％、
コバルト＝０．０１〜３重量％、
銅＝１００重量％に対する残りの重量％
を含有している、上記スプレー粉。
【請求項２】
チタン０．０１〜１重量％を更に含有している、請求項１に記載のスプレー粉。
【請求項３】
スプレー粉の粒径が、５μｍ〜１２０μｍの間、好ましくは１０μｍ〜６０μｍの間にある、請求項１又は２に記載のスプレー粉。
【請求項４】
気体ノズル通過、水ノズル通過、焼結、噴霧乾燥、又は機械的合金化によって提供されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスプレー粉。
【請求項５】
溶射によって施用された銅含有表面層、とりわけ軸受装置の軸受部品２の軸受層であって、それの表面層３が、少なくとも次の組成：
亜鉛＝５〜３０重量％、
スズ＝１〜１０重量％、
ケイ素＝０．１〜３重量％、
アルミニウム＝０．１〜７重量％、
鉄＝０．０１〜２重量％、
マンガン＝０．０１〜４重量％、
コバルト＝０．０１〜３重量％、
銅＝１００重量％に対する残りの重量％
を含有している、上記表面層。
【請求項６】
チタン０．０１〜１重量％を更に含有している、請求項５に記載の表面層。
【請求項７】
α銅混合結晶のベースマトリックスを含有している、請求項５又は６に記載の表面層。
【請求項８】
硬質相４として、鉄及び／又はコバルト及び／又はマンガン及び／又はケイ素の沈澱物を含有している、請求項５〜７のいずれか１項に記載の表面層。
【請求項９】
０．５〜５体積％、とりわけ１〜３体積％の気孔率を有している、請求項５〜８のいずれか１項に記載の表面層。
【請求項１０】
ホーニング仕上げによって仕上げられている、請求項５〜９のいずれか１項に記載の表面層。
【請求項１１】
軸受の軸受部分２の上の表面層３を製造するため、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の表面層３を製造するためのスプレー方法であって、該スプレー方法が、溶射法、とりわけ、大気圧プラズマ溶射法、真空プラズマ溶射法、ＨＶＯＦ法、火炎溶射法、又は冷ガス溶射法である、上記スプレー方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプレー粉(spray powder)；スプレー粉を用いて作られる銅含有表面層、とりわけ、軸受装置の軸受部分の上の表面層；及び、そのような表面層を塗布するための方法；であって、各々のカテゴリーの独立請求項の前提部分に基づくものに関する。
【背景技術】
【０００２】
あらゆる種類の軸受装置、例えば、滑り軸受及び転動体軸受、は、技術的に用いられる軸受の大部分を占めている。下記における用語「軸受(bearing)又は軸受装置(bearing apparatus)」は、支持接触(supporting contact)に関して協同し、軸受の機能を規定するあらゆる軸受部品（例えば、互いに転がるか又は互いに摺動するか又は互いに支持されている軸受部品）に対して用いられている。
磨耗の徴候は一般に、支持接触、とりわけ、軸受滑り面上の支持接触に関して協同している軸受滑り面において生じる摩擦と関連している。磨耗のこれら徴候が、完全な軸受装置の交換を必要としないように、軸受胴が、（とりわけ、滑り軸受の中で）使用される。該軸受胴は、それの損耗の程度に応じて交換することができる。しかし、このことによって、滑り軸受の構造が著しく複雑になっており、更に、軸受胴を交換するためには、費用のかかる整備処置が必要となる。
【０００３】
滑り軸受、とりわけ、軸受胴を有しているスプリット形滑り軸受(split sliding bearings)、は、しばしば、シャフトの軸受のために用いられる。連結軸受(combined bearing)も、軸受及び転動体軸受(rolling element bearings)において時々用いられる。シャフトは一般に、鍛造鋼；若しくは、球状黒鉛を含有する鋳鉄；から鍛造され、対応する部分は、熱処理可能な鋼から鍛造されるか、焼結されるか、又は時々、可鍛鋳鉄からも造られる。軸受胴は大抵、いわゆる二層軸受又は三層軸受として実現される。しかし、この種の軸受胴を製造することは、比較的高価である。エンジンの長い稼動時間によって、軸受胴は、最終的に軸受胴の取り換えが必要となる程度まで磨滅してしまい、既に上述したように、このようなエンジンの軸受胴を交換することは、高いコストと関連している。
【０００４】
しかし、他の種類の軸受（例えば、玉軸受）において、軸受部品（例えば、玉軸受の玉、玉軸受によって支持されるべき車軸、玉軸受の玉のための保持器、又は玉軸受の他の軸受部品）が早期に損耗することは、修復し且つ整備するのに著しい作業を伴ない、結局、著しいコストに関係する基本的問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、軸受部品の表面の減摩特性を改善すること；及び、著しく長い耐用年数を有する、構造的により簡単な改善された軸受装置を提案すること；である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を満たす本発明の主題は、各々のカテゴリーの独立請求項の特徴によって特徴付けられる。
各々の独立請求項は、本発明のとりわけ好都合な具体例に関する。
従って、本発明は、基体を被覆するためのスプレー粉（とりわけ、軸受装置の軸受部品を被覆するためのスプレー粉）であって、少なくとも次の組成：即ち、亜鉛＝５〜３０重量％、スズ＝１〜１０重量％、ケイ素＝０．１重量％、アルミニウム＝０．１〜７重量％、鉄＝０．０１〜２重量％、マンガン＝０．０１〜４重量％、コバルト＝０．０１〜３重量％、銅＝残りの重量％、を含有している該スプレー粉に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によると一例として、スプレー粉を用いて、熱的被覆法により銅含有表面層を基体に施用することのできる該スプレー粉が提供される。この態様において、本発明によるスプレー粉の決め手となる成分は、一面において、鉄、コバルト、マンガン及びケイ素である。これら成分は、本発明によるスプレー粉を用いて噴霧された層の中に、加工部材の上に噴霧された液状粉(liquid powder)を冷却した時、金属間相又は金属間化合物として硬質相の形態で沈澱してしまう。その結果、幾分分離された領域が該層の中に生じ、それら領域は、空間的に幾分分離されている複数の硬質相であって、既に記述された金属間相；又は、鉄、コバルト、マンガン及びケイ素の金属間化合物；でできた該硬質相を形成する。それら硬質相は、相対的に硬質の複数の領域（即ち、別種の相対的に軟質の銅含有ベースマトリックスであって、銅、アルミニウム及び亜鉛を本質的に含有し、従って、取り囲まれている複数の硬質相の領域に比べて軟質の銅含有ベースマトリックスを形成する銅−アルミニウム−亜鉛ベースマトリックスを形成している該銅含有ベースマトリックスの中で、高い硬度を有している複数の領域）を形成している。
従って、以下にいっそう詳しく説明されるように、本発明によるスプレー粉は、加工部材の表面であって支持接触に関しもう１つの表面と協同している該加工部材表面を被覆するのにとりわけ適している。なぜなら、一方では、軟質の銅含有ベースマトリックスが、表面層の摺動特性を著しく改善し；また他方では、該銅含有層の中に取り囲まれている硬質相を有する領域が、軟質の銅含有ベースマトリックスを著しく安定させて、該銅含有層に、必要な硬度を局部的に付与し；その結果、該銅含有層の摺動特性が著しく改善されるだけでなく、該表面層が、機械的負荷及び損耗に対する非常に優れた保護を提供するからである。従って、例えば、シャフトのための軸受サドルの表面；又は、対応する部分の軸受領域；に、そのような層が有利に与えられる場合がある。
【０００８】
好ましい態様におけるスプレー粉は、チタン０．０１〜１重量％を更に含有する。この態様において、チタンもまた、金属間相又は金属間化合物の中に追加成分として移動して、硬質相の硬度を更に増大させ、その結果、このスプレー粉を用いて噴霧された表面層は、損耗に対して更に良好に保護される。
溶射においてとりわけ優れた結果を達成するためには、該スプレー粉の粒径はとりわけ、５μｍ〜１２０μｍの間、好ましくは１０μｍ〜６０μｍの間であるのが好都合であり；更に、該スプレー粉は、気体ノズル通過、水ノズル通過、焼結、噴霧乾燥、又は機械的合金化によって製造されるのが好ましい。
該スプレー粉はとりわけ、支持接触に関してもう１つの加工部材と協同する加工部材の上に、表面層の溶射を行うのに適している。
【０００９】
本発明によると、溶射によって施用される銅含有表面層（とりわけ、軸受装置の軸受部品の軸受層）は、少なくとも次の組成：亜鉛＝５〜３０重量％、スズ＝１〜１０重量％、ケイ素＝０．１〜３重量％、アルミニウム＝０．１〜７重量％、鉄＝０．０１〜２重量％、マンガン＝０．０１〜４重量％、コバルト＝０．０１〜３重量％、銅＝残りの重量％、を含有している。
【００１０】
既に説明したように、本発明による表面層は、鉄、コバルト、マンガン及びケイ素でできている、幾分分離された硬質相(isolated hard phases)であって、追加的にチタンをも含有し、それに対応して、空間的に幾分分離された領域を形成している該硬質相を有している。これらの硬質相は、相対的に硬質の複数の領域（即ち、別の相対的に軟質の銅含有層であって銅、アルミニウム及び亜鉛のベースマトリックスによって本質的に形成されている該銅含有層の中で硬度が高い複数の領域）を形成している。この硬質相の硬度は、この態様では、例えば、３００ＨＶ〜５００ＨＶの間になっていることがあり、ここに、ＨＶは、通常のビッカース硬度を意味し、約４００ＨＶになっているのが好ましい。それに対して、それら硬質相の外側の諸領域における銅含有層は、８０ＨＶ〜２００ＨＶの間の硬度、好ましくは約１００ＨＶの硬度を有していることがあり、該表面層は、α銅のベースマトリックスであるのが好ましい。
【００１１】
この態様における、銅含有ベースマトリックスは、摺動特性が、乾燥潤滑と、潤滑剤により与えられる、２つの軸受部品の間の潤滑との両方によって著しく改善される結果となるだけでなく；軸受であってそれの複数の軸受部品が支持接触に関して協同する該軸受の実用寿命をも延ばす結果となる。銅含有ベースマトリックスは、相対的に低い硬度を有している（換言すれば、相対的に軟質である）ので、このベースマトリックスは、軸受の複数の軸受部品の間に入り込むとりわけ硬質の異物を取り込むことができる。なぜなら、それら異物は、該銅マトリックスの軟質銅合金の中に押し込められ、その結果、それら軸受部品の表面は、それら硬質の異物による損傷から保護されるからである。このことは、軟質の銅含有ベースマトリックスがそれら硬質の異物を濾過して取り除くこと（言うなれば、即ち、それら異物が、該銅含有ベースマトリックスの中に永久に埋め込まれること）を意味する。
【００１２】
従って、例えば、湿式潤滑による軸受の表面層に、本発明による表面層が与えられると、とりわけ好都合である。これらのような軸受は一般に、あらゆる種類の不純物（例えば、エンジン内の非常に様々な位置で起こり得る摩損による物質）を含有し得る潤滑油を用いて滑らかにされている。対応する濾過装置（例えば、自動車のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの中の油フィルタ）が、疑いの余地なくしばしば与えられている。しかし、ある粒径の粒子のみが、濾過装置を用いている潤滑油から濾過によって効果的に取り除かれることがある。マイクロメータ寸法のより小さい粒子は、濾過によって全く取り除かれないか又は不十分な量のみ濾過によって取り除かれ、その結果、それらのより小さい粒子は、シャフトの複数の部品であって支持接触している該部品の間に入り込み、そして、長期間に渡ってこれら軸受に損傷を与える。しかし、もし対応するそれら表面に、本発明による表面層が与えられるならば、損傷を与える不純物は、軸受が作動している間に軟質銅含有表面層の中に取り込まれ、その結果、支持接触に関して協同しているそれら表面は、不純物（換言すれば、汚染粒子又は異物）によって何ら損傷を受けない。
【００１３】
実用面でとりわけ重要である具体例において、該表面層は、０．５〜５体積％の間、とりわけ１〜３体積％の間の気孔率(porosity)を有する。この気孔率は、支持接触に関して協同する２つの軸受部品の間の摺動特性に対して非常に好都合な効果を有する。なぜなら、それら気孔は、困難な潤滑条件の下でも、それら軸受部品を滑らかにするのに十分な潤滑剤が常に存在するように、潤滑油のための貯蔵ポケット(storage pockets)を形成するからである。この態様において、０．５〜５体積％の間、とりわけ１〜３体積％の間の気孔率がとりわけ有利な効果を有し、このようにして、それら軸受部品の間の潤滑は、不十分な潤滑の場合だけでなく、流体力学的潤滑の場合も、更に改善される結果となる。
本発明による表面層は、それの品質を高めるために及び／又は特別な幾何学的必要条件に適応させるために、ホーニング仕上げ(honing)によって仕上げられると好都合である。
【００１４】
支持されるべき２つの軸受部品の間に軸受胴を更に有している、従来技術から知られている軸受装置について、特定の利点が生じる。軸受胴は、例えばシャフトの中で用いられており、当業者には周知であるように、シャフトそれ自体と、軸受サドルの中に形成されている軸受凹部(bearing recess)の内部との間に配列されている。それら軸受胴それら自体は、例えばシャフトよりも低い硬度を有する材料から造られており；その結果、先ず第１に、それら軸受胴は、作動中に損耗が増大し；その結果、それに対応してシャフトそれ自体の損耗は低減されることがあり、そして、軸受サドルは実質的に、摩擦によっては損耗しない。なぜなら、シャフトは、軸受サドルと直接的には協同せずに、軸受胴と協同するからである。これらのような軸受装置において、このことは、軸受胴が与えられることは絶対必要であることを意味する。なぜなら、さもなければ、シャフトそれ自体及び／又は軸受サドルが比較的短い時間で磨滅してしまい、従って、軸受サドルとシャフトとを備えた軸受全体が実質的に交換されなければならないのに対し、もし軸受胴が追加的に与えられれば、軸受胴のみを交換すれば済むからである。
【００１５】
軸受胴を有する軸受が比較的複雑であり、従って、費用がかかること、及び、軸受胴の交換が相当な尽力と費用とに関連することは、明白である。
しかし、対照的に、もし軸受装置の軸受部品に、本発明による表面層が与えられた場合、軸受胴は完全に省略することができる。なぜなら、本発明による表面層は、諸軸受部品が損耗するのを防ぐので、既知の軸受装置では軸受部品を保護するのに役立つ軸受胴は不要となり得るからである。
【００１６】
最終的に本発明は、本発明によるスプレー粉を用いて、エンジンの軸受の軸受部品の上に、本発明による表面層を製造するためのスプレー方法(spray method)であって、とりわけ、大気圧プラズマ溶射法(atmospheric plasma spray method)、真空プラズマ溶射法(vacuum plasma spray method)、ＨＶＯＦ（高速ガスフレーム溶射）法、火炎溶射法(flame spray method)、又は冷ガス溶射法(cold gas spray method)の該スプレー方法に関する。
本発明は、概略的に示す図面の助けを借りて、以下により詳しく記述される。
【実施例１】
【００１７】
図１は、解体されている本発明による表面層３を有するシャフトの軸受部品２の略図を示す。これは、エンジンのための軸受の軸受サドル２１を通る断面を示す。軸受サドル２１は、本発明による表面層３が与えられている軸受表面５を有している。表面層３は、領域４と、表面層３の軟質銅含有ベースマトリックスとを含有している。該領域４は、鉄、コバルト、マンガン及びケイ素でできた複数の硬質相から形成されており、チタンを含有することがあり、しかも、機械的損耗に対して必要な抵抗性を該表面層を与える。他方、該軟質銅含有ベースマトリックスは、汚染物質粒子を埋め込むのに適している。汚染物質粒子は、例えば、潤滑油によって軸受まで運搬されることがある。また、該潤滑油は、それ自体知られているやり方で、図示されていない油ポンプによって、軸受サドル２１の表面と、同様に図示されていないその中のシャフトジャーナルとの間に、潤滑油開口６を通して押し付けられる。該表面層３を用いる結果として、軸受胴は、図１に例示される軸受において不必要なものとなる。なぜなら、一方においては、表面層３は、軸受サドル２１の表面層５が作動中に損耗するのを防ぎ、また他方においては、表面層３上のシャフトの摺動能力が、銅含有ベースマトリックスによって、軸受胴（例えば、既知であり且つ従来技術において必要である軸受胴）がもはや必要でなくなる程度まで改善されるからである。
【００１８】
本発明によると、例えば、溶射によって軸受装置の軸受部品を被覆するためのスプレー粉が提供される。この態様における、本発明によるスプレー粉を用いて噴霧された表面層の特徴は、本発明による銅含有層の摺動特性が、乾燥潤滑と潤滑剤によって達成される２つの軸受部品の間の潤滑との両方によって著しく改善される結果となるだけでなく、埋め込まれている複数の硬質相が、軸受であってそれの複数の軸受部品が支持接触に関して協同する該軸受の耐久性を著しく延ばす結果となることである。これの理由はとりわけ、２つの軸受部品の間に配置されるあらゆる汚染物質粒子が、軟質の銅含有ベースマトリックスの中に埋め込まれ、そうされることによって、該汚染物質粒子が該軸受部品の表面にそれ以上の損傷を生じさせないように、該銅含有ベースマトリックスが、該汚染物質粒子と結合することである。この態様において本発明による銅含有表面層は同時に、被覆された軸受部品が（例えば、摩擦による）損耗から非常に良好に保護され；且つ、軸受胴（例えば、従来技術では必要である軸受胴、とりわけ、シャフト軸受又は他の軸受における軸受胴）が不要となり得る；のに十分に高い、該硬質相に起因する硬度を有している。従って、それ自体は知られている軸受部品の実用寿命も対応する軸受の実用寿命も、全体として著しく増大するだけでなく、幾種類かの既知の軸受装置の構造を著しく簡略化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による表面層を有する軸受の軸受部品を示す。
【図１】
2006097134.tif 000003