(57)【要約】【課題】本発明は、少なくとも、基体と、該基体上に設けられた層システムとから成るすべり要素に関するものである。【解決手段】この層システムは少なくとも１つの、前記基体上に設けられた、厚さｓ１の第１の層と、該第１の層にしまい込まれ、したがって前記基体上に少なくとも固定された、平均サイズｄを有する硬質材料粒子とを含んでいる。本発明によれば、前記第１の層の前記厚さｓ１が、前記硬質材料粒子の前記平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるように採寸されており、前記硬質材料粒子によって当該すべり要素の表面構造が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基体（１１）と、該基体上に設けられた層システム（２）とから成るすべり要素であって、該層システムが、以下の特徴：
ａ）前記基体（１１）上に設けられた、厚さｓ１の第１の層（２１）と、
ｂ）該第１の層（２１）にしまい込まれ、したがって前記基体（１１）上に少なくとも固定された、平均サイズｄを有する複数の硬質材料粒子（３）と
を含む、前記すべり要素（１）において、
前記第１の層（２１）の前記厚さｓ１が、前記硬質材料粒子（３）の前記平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるように採寸されていること、及び
前記硬質材料粒子（３）によって当該すべり要素（１）の表面構造が形成されていること
を特徴とするすべり要素。
【請求項２】
前記硬質材料粒子（３）の少なくとも一部が前記第１の層（２１）を越える突出部（３２）を備えていることを特徴とする請求項１記載のすべり要素（１）。
【請求項３】
少なくとも、基体（１１）と、該基体上に設けられた層システム（２）とから成るすべり要素であって、前記層システムが、以下の特徴：
ａ）前記基体（１１）上に設けられた、厚さｓ１の第１の層（２１）と、
ｂ）該第１の層（２１）にしまい込まれ、したがって前記基体（１１）上に少なくとも固定された、平均サイズｄを有する複数の硬質材料粒子（３）を備え、このとき、該硬質材料粒子（３）の少なくとも一部が前記第１の層（２１）を越える突出部（３２）を備えていること、
を含む、前記すべり要素（１）において、
前記第１の層（２１）上に厚さｓ２の第２の層（２２）が設けられており、該第２の層を通って前記硬質材料粒子（３）がはめ込まれていること、
第１あるいは第２の層（２１，２２）の前記厚さｓ１及びｓ２が、これらの合計において前記硬質材料粒子（３）の前記平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるよう採寸されていること、及び
前記硬質材料粒子（３）によって当該すべり要素（１）の表面構造が形成されていること
を特徴とするすべり要素。
【請求項４】
前記硬質材料粒子（３）の少なくとも一部が前記第２の層（２２）を越える突出部（３２）を備えていることを特徴とする請求項３記載のすべり要素（１）。
【請求項５】
前記硬質材料粒子（３）がそのサイズの最大で９０％まで包囲されていることを特徴とする請求項２又は４記載のすべり要素（１）。
【請求項６】
前記第１の層（２１）の厚さｓ１が前記硬質材料粒子（３）の前記平均サイズｄの少なくとも１０％、かつ、最大でも３０％であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項７】
前記硬質材料粒子（３）が単一層として前記基体（１１）上に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項８】
前記硬質材料粒子（３）が実質的に球状の形状を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項９】
前記硬質材料粒子（３）が二酸化ケイ素及び／又は炭化ホウ素から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項１０】
前記硬質材料粒子（３）の前記平均サイズｄが少なくとも１μｍ、かつ、最大でも２０μｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項１１】
前記基体（１１）とは反対側の前記層システム（２）の表面（２５）の１０％〜５０％にかけて前記硬質材料粒子（３）が存在していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項１２】
前記第１の層（２１）が化学的に分離されたニッケルであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項１３】
前記第２の層（２２）が化学的に又はガルバーニ電流によって分離された層であり、この層の硬さが少なくとも８０ＨＶ０．１、かつ、最大でも２５０ＨＶ０．１であることを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項１４】
前記第２の層（２２）内に複数の別の粒子（４）が入れられており、これら粒子が前記硬質材料粒子（３）よりもはるかに小さなサイズを有していることを特徴とする請求項１３記載のすべり要素（１）。
【請求項１５】
前記層システム（２）が、前記基体（１１）とは反対側のその表面（２５）において、前記各硬質材料粒子（３）間の複数の凹部（５）を備えており、該凹部（５）の少なくとも一部が隣り合った前記硬質材料粒子（３）から離間していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のすべり要素（１）。
【請求項１６】
前記凹部（５）のサイズが前記硬質材料粒子（３）の前記平均サイズｄと略同一であることを特徴とする請求項１５記載のすべり要素（１）。
【請求項１７】
前記基体（１１）とは反対側の前記層システム（２）の前記表面（２５）の１０％〜５０％にかけて前記凹部（５）が存在していることを特徴とする請求項１５又は１６記載のすべり要素（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層システムを有するすべり要素に関するものである。すべり要素は、少なくとも１つの軸受及びカウンタ軸受部材から成る軸受対を有する軸受システムにおいて用いられる。軸受及びカウンタ軸受部材は、それぞれ少なくとも１つの軸受面を備えている。すべり軸受について特徴的なのは、軸受面に沿った軸受とカウンタ軸受部材の間の相対運動である。この相対運動は、少なからぬ摩擦力の原因、したがって出力損失の原因となる。例えばコンロッド軸受のような原動機的な応用においては、この出力損失は、燃料の追加コストによって補償される必要がある。さらに、摩擦力により、部材の摩耗に至ってしまう。
【背景技術】
【０００２】
軸受面の適切なコーティングにより、すべり軸受における摩擦状態を改善可能であることが知られている。特に、コーティングは、なじみ層（Ｅｉｎｌａｕｆｓｃｈｉｃｈｔｅｎ）としての役割を担う。このなじみ層は、軸受の部材における寸法公差を埋め合わせるものである。
【０００３】
特許文献１から、複数の硬質材料粒子を有する層システムを備えたすべり軸受が知られている。これら硬質材料粒子は、特別な硬質粒子層内に完全に組み入れられている。これら硬質材料粒子は、０．５〜１５０μｍの平均サイズを有するとともに、硬質粒子層の厚さよりもはるかに小さい。硬質粒子層は、軸受金属と別の層の間にある。最も外側の層は保護層である。表面の構造については詳しく述べられていない。
【０００４】
さらに、特許文献２から、すべり層を有するすべり要素が知られている。このすべり層は、複数の中空空間を形成する、すべり材料との組合せにおける支持構造部によって構成されている。支持構造部の材料は、すべり材料よりも高い強度を備えている。表面の構造については開示されていない。
【０００５】
特許文献３からは、ピストンリングのすべり層としての、耐すべり摩耗性を有する複合コーティングが見て取れる。連結合金には硬質材料粒子及び固体の潤滑剤から成る粒子が埋め込まれており、硬質材料粒子は、潤滑剤粒子よりも小さい。このコーティングは、溶射によって設けられている。複合コーティングの厚さは粉末微粒子の平均サイズよりも実質的に大きく、これら粉末微粒子は、硬質材料粒子及び連結合金相を含んでいる。硬質材料粒子による表面の構造については開示されていない。
【０００６】
また、特許文献４には、すべり層を有するすべり軸受が記載されている。すべり層の表面は、複数の丸い凸部及び凹部を備えている。すべり層は、電子ビーム蒸着によって支持体上に設けられた金属製の合金で構成されている。このすべり層は、硬質材料粒子を含んでいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７２２９６９９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３５６７８４号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０７２５１５８号明細書
【特許文献４】独国特許発明第１９８２４３１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、軸受システムのための改良されたすべり要素を提供することを基礎とするものである。特に、適切な層システムによって、少なくとも１つの軸受面上での軸受システムのなじみ特性が改善されるべきである。この層システムは、高いはめあい精度で軸受システムに適合しているべきであるとともに、わずかな厚さであってもその完全な機能が発揮されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、請求項１の特徴及び請求項３の特徴によって表現されている。他の引用請求項は、本発明の有利な形成及び発展形態に関するものである。
【００１０】
本発明は、少なくとも、基体と、該基体上に設けられた層システムとから成るすべり要素を含むものである。このとき、基体は、好ましくは、金属製の軸受材料から成る構成部材を含むことができる。層システムは、少なくとも１つの、基体上に設けられた、厚さｓ１の第１の層と、該第１の層へしまい込まれ、したがって基体上に少なくとも固定された、平均サイズｄを有する硬質材料粒子とを含んでいる。本発明によれば、第１の層の厚さｓ１は、当該厚さが硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるように採寸されている。また、硬質材料粒子によってすべり要素の表面構造が形成されている。
【００１１】
ここで、本発明は、構造化された表面が改善されたすべり軸受のなじみ特性を生じさせるという考察に基づいている。硬質材料粒子は、なじみ過程において軸受対のカウンタ軸受部材における研磨効果を発揮するものである。硬質材料粒子は、基体の表面上において、適切な層によって固定される。層における硬質材料粒子の固定は、機械的な挟み込みによってなされる。この目的のために、第１の層の厚さｓ１は、硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも６０％となっている。したがって、硬質材料粒子の多くは、そのサイズの少なくとも６０％まで第１の層内に浸漬され得るという可能性を有している。最も有利な場合には、アンダーカットによって硬質材料粒子の機械的な挟み込みが実現し、この機械的な挟み込みは、硬質材料粒子の周りに第１の層の材料を形成するものである。そして、硬質材料粒子は、横穴におけるようにその体積の一部を占めている。第１の層の厚さｓ１は、硬質材料粒子の平均サイズｄの最大でも９０％である。これにより、硬質材料粒子の多くはすべり要素の基体上で支持され、同時に、本発明による構造がすべり要素の外側の表面に施される。基体上で支持される硬質材料粒子は、負荷の下で更に第１の層へ埋没し得ない。すべり要素の表面の有利な特性は、これにより維持される。
【００１２】
本発明によれば、硬質材料粒子によって生じる表面構造が層システムの表面上に形成されるよう、硬質材料粒子は層内へ組み入れられている。このとき、一方では、島のような硬質材料粒子の一部が層システムにおける一番上の層の表面から突出することが可能である。したがって、この盛り上がった、露出した範囲は、直接表面構造を示すものである。他方で、硬質材料粒子を層システムにおける一番上の層で覆いつつも、層システムの表面上に盛り上がった範囲を有するトポグラフィが形成されるよう層システム全体を形成することも可能である。盛り上がった範囲では、硬質材料粒子は、層システムの外側の表面の下方にある。硬質材料粒子は、表面トポグラフィを維持しつつ層から成長する。盛り上がった範囲により、本発明による表面構造も同様に得られる。このような層システムは、例えば物理的な又は化学的な気相成長法によって形成され得る。記載された両バリエーションの組合せも可能である。好ましくは、個々の各硬質材料粒子は、互いに離間していることが可能である。これにより、はっきりした表面構造が可能となる。
【００１３】
本発明による表面構造により、すべり性の使用に対して有利な表面を有するすべり要素が得られる。すべり軸受のなじみ段階では、まずは、表面構造の最高点においてのみ軸受のすべり面とカウンタ軸受部材のすべり面の間の接触が存在する。表面構造における盛り上がった範囲間の中間空間は、潤滑剤で満たされ得るとともに、したがってていねいななじみ過程に寄与するものである。なじみ過程中に擦過粒子が発生する場合には、これら擦過粒子を中間空間へ退避させることができるとともに、軸受範囲から除去し、又は層の材料によって吸収することが可能である。軸受のなじみは、硬質材料粒子の露出し、盛り上がった範囲のわずかな損傷であったとしても、恒常的なものと結びついている。なじみ過程の終了後には平らにされた表面が存在し、層システムは、支持作用を有する耐摩耗性の構造要素すなわち硬質材料粒子及び比較的軟らかく可延性の中間範囲で構成される。このために、好ましくは、層システムは、少なくとも８０ＨＶ０．１、かつ、最大で２５０ＨＶ０．１の硬さの材料から成る少なくとも１つの層を備えている。
【００１４】
好ましくは、硬質材料粒子は均一な大きさを備えている。これは、個々の粒子のサイズｄｉが全ての硬質材料粒子の平均サイズｄからのわずかにしか偏差を有さないことを意味している。ここで、個々の粒子のサイズｄｉは、粒子に対して体積の同じ球の直径と理解されるべきである。硬質材料粒子のサイズが均一となればなるほど、一方でできるだけ多くの硬質材料粒子の十分な固定が達成され他方でできるだけ多くの硬質材料粒子を表面構造の形成に貢献させるように、第１の層の厚さｓ１を適合させることが容易となる。小さな硬質材料粒子は、わずかな層厚でも固定され得るが、層厚が厚くなるにつれて硬質材料粒子が層内で完全に消失してしまいかねない。大きな硬質材料粒子は、表面構造の形成に際して非常に役に立つものであるものの、その固定のために比較的厚い層厚を必要とする。好ましくは、硬質材料粒子のサイズ分布の標準偏差は、大きさ分布の平均値の最大で１０％である。
【００１５】
本発明によれば、第１の層の厚さｓ１は、当該厚さが硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるよう採寸されている。層厚の採寸のためのこの基準は、特に硬質材料粒子が均一な大きさを有している場合に適している。
【００１６】
硬質材料粒子は、好ましくはコーナ部及びエッジ部のない形状を備えている。特にこれら硬質材料粒子は、だ円体状又は球体状の形状を有することができる。
【００１７】
本発明の好ましい形態においては、硬質材料粒子の少なくとも一部が第１の層を越える突出部を備えることが可能である。したがって、硬質材料粒子は、その一部が島状に層から突出するように層内へ組み込まれる。粒子のこの突出部は、粒子の形状に応じて、例えば丸い先端の形状又はその他の種類の形状に形成された凸部を有することが可能である。単に１つの層のみで構成された層システムにおいては、これら粒子の突出部自体がすべり要素の表面構造を形成している。このような層システムの特別な利点は、簡易かつしたがって安価な層構造との組合せによる迅速ななじませである。この場合、十分な挟み込みを確保するために、硬質材料粒子は、そのサイズの少なくとも６０％まで層内に埋め込まれているべきである。好ましくは、硬質材料粒子は、そのサイズの最大で９０％まで第１の層によって包囲されることができる。そうすると、第１の層を越える突出部は、硬質材料粒子のサイズの少なくとも１０％である。これにより、十分な表面構造が保証される。
【００１８】
本発明の他の形態は、少なくとも、基体と、該基体上に設けられた層システムとから成るすべり要素を含んでいる。このとき、基体は、好ましくは、金属製の軸受材料から成る構成部材を含むことができる。層システムは、基体上に設けられた少なくとも１つの、厚さｓ１の第１の層と、該第１の層上にしまい込まれ、したがって基体上に少なくとも固定された、平均サイズｄを有する硬質材料粒子とを含んでいる。ここで、硬質材料粒子の少なくとも一部は、第１の層を越える突出部を備えている。本発明によれば、第１の層上に厚さｓ２の第２の層が設けられており、該第２の層を通って硬質材料粒子がはめ込まれている。第１あるいは第２の層の厚さｓ１及びｓ２は、これらの合計において硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるよう採寸されている。本発明によれば、硬質材料粒子によってすべり要素の表面構造が形成されている。
【００１９】
第１及び第２の層の本発明による組合せによって、軸受のすべり特性を改善するとともに、例えば軸受負荷、動作温度、擦過粒子及びコスト上限のような境界条件について層システムを最適に適合することが可能である。非常に良好なすべり特性を有する多数の層は、硬質材料粒子をあらかじめ設定された基礎材料上に固定するのに適していない。このような場合には、硬質材料粒子を比較的薄い第１の層によって基体上でまずは単に固定し、つづいて第２の層としての実際に所望される層を既に固定された硬質材料粒子の間の第１の層上に設けることが可能である。このようにして、硬質材料粒子は、はめ込まれ、その挟み込みによって強化される。第２の層の形成後に、意義のある表面構造が形成されるよう、硬質材料粒子は第１の層を越える十分な突出部を備える必要がある。ここで、この要件を満たすために、第１あるいは第２の層の厚さｓ１及びｓ２は、これらの合計において硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるよう採寸される。本発明による利点は、硬質材料粒子が１つの層を通ってのみはめ込まれている場合にも相応して生じる。
【００２０】
また、第２の層上に１つ又は複数の別の層を設けることが有利であり得る。
【００２１】
２つ以上の層を有する層システムにおいては、島のような硬質材料粒子の一部を層システムにおける一番上の層の表面から突出させるか、又は硬質材料粒子を層システムにおける一番上の層で覆うものの、層システムの表面上に盛り上がった範囲を有するトポグラフィが形成されるよう層システム全体を形成することが可能である。
【００２２】
本発明の特に有利な実施形態においては、硬質材料粒子の少なくとも一部が第２の層を越える突出部を備えることができる。したがって、硬質材料粒子は、その一部が島状に層から突出するよう第２の層によってはめ込まれる。この実施形態においては、これら粒子の突出部自体が、すべり要素の表面構造を形成することが可能である。このような層システムの特別な利点は、一方では迅速ななじみであり、他方では最適に適合可能な一番上の層である。特に、第２の層は、すべり要素の基体の材料にかかわらず選択されることができる。第２の層の厚さｓ２は、十分な挟み込みを確保するために、硬質材料粒子がそのサイズの少なくとも６０％まで層内に埋め込まれるように採寸されているべきである。好ましくは、硬質材料粒子は、そのサイズの最大で９０％まで第１及び第２の層によって包囲されることが可能である。そうすると、突出部は、硬質材料粒子のサイズの少なくとも１０％である。これにより、十分な表面構造が保証される。
【００２３】
第１あるいは第２の層の厚さｓ１及びｓ２は、これらの合計において硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも６０％、かつ、最大でも９０％であるよう採寸されている。層厚の採寸のためのこの基準は、特に硬質材料粒子が均一な大きさを備えている場合に適したものである。
【００２４】
好ましくは、少なくとも２つの層を有する層システムにおいて、第１の層の厚さｓ１が硬質材料粒子の平均サイズｄの少なくとも１０％、かつ、最大でも３０％であり得る。これにより、わずかな厚さの第１の層において、同時に硬質材料粒子の一時的で十分な固定が可能である。第１の層上に設けられた第２の層によって、硬質材料粒子が更にはめ込まれるとともに、層システムへ組み込まれる。
【００２５】
好ましくは、硬質材料粒子を単一層として基体上に固定することが可能である。この場合、全ての硬質材料粒子が、基体の表面から略同一の距離を有することができるとともに、好ましくは基体の表面の直近に位置決めされる。硬質材料粒子のこのような配置は、例えば沈積によって達成され得る。硬質材料粒子の単一層の特別な利点は、硬質材料粒子について使用される量の効率的な活用である：理想的な場合には、各硬質材料粒子は、すべり要素の表面構造に寄与し、各硬質材料粒子は、その上に位置する粒子によって覆い隠されることがない。したがって、比較的薄い層システムが十分に目的とする機能を備えることが可能である。硬質材料粒子が単一層の場合には、層システムが全体として硬質材料粒子の平均サイズｄよりも厚いことはほとんどない。
【００２６】
本発明の有利な一実施形態においては、硬質材料粒子は、実質的に球状の形状を有することができる。したがって、硬質材料粒子は、好ましくは略理想的な球形状を有している。通常の製造誤差の範囲内での理想的な球形状からの偏差は許容し得る。この実施形態において、硬質材料粒子のサイズｄｉは粒子直径で記載されている。硬質材料粒子が均一の大きさを有している場合には、この実施形態においても有意義である。したがって、粒子直径のばらつきはわずかであるべきである。本発明のこの実施形態によって達成される利点は、特に、幾何形状的に略完璧に丸められた粒子の丸い先端により、ていねいななじみ過程がサポートされるとともに、カウンタすべり面のアグレシブ摩耗が最小化されることにある。
【００２７】
本発明の有利な一実施形態においては、硬質材料粒子を二酸化ケイ素で構成することができる。二酸化ケイ素から成る球状の粒子は、有利にはトライボロジカルな特性を備えている。そのほか、これら粒子は、商業的に高い品質を有している。これに代えて、炭化ホウ素から成る球状の粒子を用いることも可能である。炭化ホウ素によっても、驚くほど良好な結果を得ることができる。層システムにおける二酸化ケイ素から成る粒子と炭化ホウ素から成る粒子の組合せも用いることが可能である。
【００２８】
好ましい実施形態において、硬質材料粒子の平均サイズｄは、少なくとも１μｍ、かつ、最大でも２０μｍであり得る。特に好ましくは、硬質材料粒子の平均サイズは、少なくとも３μｍ、かつ、最大でも１５μｍであり得る。特に、硬質材料粒子の平均サイズは、少なくとも５μｍ、かつ、最大でも１０μｍであり得る。硬質材料粒子の平均サイズが小さくなればなるほど、十分な表面構造が形成されるよう硬質材料粒子を層へ埋め込むことが難しくなる。硬質材料粒子の平均サイズｄが大きくなればなるほど、層システムはより厚く構成される必要がある。しかしながら、コストの理由から、薄い層システムが有利である。好ましくは、層システム全体の厚さは最大でも２０μｍである。また、層厚が増加するのに伴い、軸受対のはめあい精度が悪化してしまう。層厚の相対的な精度が同じであれば、より厚い層は、より大きな層厚の絶対的な偏差を有してしまう。すべり要素においては、通常、最大で１μｍの寸法誤差が遵守されるべきである。層システムの厚さが大きくなればなるほど、その達成は困難になる。
【００２９】
本発明の別の有利な一実施形態においては、基体とは反対側の層システムの表面の１０％〜５０％にかけて硬質材料粒子が存在することが可能である。基体とは反対側の層システムの表面の１０％未満にかけて硬質材料粒子が存在する場合には、耐摩耗性の構造要素の支持作用がわずかすぎてしまう。特に好ましくは、十分な支持作用が得られるよう、基体とは反対側の層システムの表面の少なくとも２０％にかけて硬質材料粒子が存在することができる。基体とは反対側の層システムの表面の５０％より多くにかけて硬質材料粒子が存在する場合には、十分な規模で擦過粒子を収容するのに、個々の硬質材料粒子間の中間空間が小さすぎてしまう。特に好ましくは、硬質材料粒子で覆われた表面の割合が少なくとも２０％、かつ、最大でも３０％である。単位面積当たりの硬質材料粒子の数は、粒子サイズに依存して適切に選択されるべきである。
【００３０】
好ましくは、本発明による層システムを有するすべり要素において、第１の層は、化学的に分離されたニッケルであり得る。化学的に分離されたニッケルから成る層により、例えば二酸化ケイ素粒子のような硬質材料粒子は、特に容易に固定され得る。化学的に分離されたニッケル層においては、層厚が好ましくは２〜３μｍである。２μｍの層厚は下限を示すものであり、このような層は、この下限まで再現可能に設けることが可能である。一方、このような層は比較的コストがかかるものであるため、層を薄く維持すべきである。少なくとも２μｍ、かつ、最大でも３μｍの層厚の最適な範囲は、このことに由来するものである。
【００３１】
少なくとも２つの層を有する本発明による層システムにおいて、第２の層が化学的に又はガルバーニ電流によって分離された層であり、この層の硬さが少なくとも８０ＨＶ０．１、かつ、最大でも２５０ＨＶ０．１であることが特に有利であり得る。したがって、好ましくは各硬質材料粒子の間の範囲には、比較的軟らかい可延性の材料から成る層が存在する。したがって、すべり面とカウンタ軸受の間で漂遊する異質粒子が軟らかい層へ押し込まれることができ、したがって封じ込めることが保証される。
【００３２】
第１及び第２の層がその化学的組成において互いに異なっていることも可能である。また、第２の層が第１の層とは異なる他の方法で設けられていることも可能である。特に、２つの同一材料の層が異なる方法で設けられることが合目的であり得る。さらに、第２の層は、その表面において、第１の層とは異なる他の粗さを有することも可能である。特に、第２の層は、第１の層よりも大きな粗さを有することができる。より大きな粗さにより、潤滑剤のリザーバとしての役割を担う範囲を形成することが可能である。
【００３３】
別の特に好ましい一実施形態においては、第２の層内に複数の別の粒子が入れられており、これら粒子が硬質材料粒子よりもはるかに小さなサイズを有することが可能である。これら別の粒子は、特に硬質材料粒子又は潤滑剤粒子であり得る。これら粒子により、層システムの耐摩耗性及びトライボロジカルな特性が改善される。
【００３４】
別の有利な一実施形態においては、層システムが、基体とは反対側のその表面において、各硬質材料粒子間の複数の凹部を備えることができる。このとき、凹部の少なくとも一部が、隣り合った硬質材料粒子から離間している。「凹部」という概念は、この関連において、硬質材料粒子の平らにされた範囲に対してより深い硬質材料粒子間の範囲を意味するのではなく、個々の硬質材料粒子の間の箇所における局所的な、好ましくはくぼみ状の凹部を意味する。このとき、これら凹部の最深点は、層システムの最も外側の層の平均表面より下のレベルにある。これら凹部の特別な利点は、軸受システムのトライボロジカルな特性の改善にある。これら凹部は、一方では潤滑剤のためのリザーバを形成することができ、他方では当該凹部によって異質粒子を良好に収容し、したがって封じ込めることが可能である。
【００３５】
ここで、凹部のサイズが硬質材料粒子の平均サイズｄと略同一であることが特に有利であり得る。これにより、この大きさの異質粒子も特に良好に収容することができ、したがって封じ込めることが可能である。硬質材料粒子が第１の層によって十分に基体上に固定されていない場合に、このような凹部が生じる。硬質材料粒子は、わずかな負荷において固定層から抜け出し、対応する凹部を層に残す。第１の層上に別の１つの層が設けられる場合には、第１の層におけるこれら凹部は、第２の層によって満たされるのではなく、第２の層の高さ断面において描写される。この描写は、おおまかな近似において写実的に描かれることができる。したがって、第２の層の表面上では、第１の層における当初の凹部をまだ認識し得る。
【００３６】
本発明の特に好ましい実施形態においては、基体とは反対側の層システムの表面の１０％〜５０％にかけて凹部が存在し得る。基体とは反対側の層システムの表面の１０％未満にかけて凹部が存在する場合には、凹部の有利な作用がわずかすぎてしまう。基体とは反対側の層システムの表面の５０％より多くにかけて凹部が存在する場合には、層システムが全体として不安定すぎてしまう。
【００３７】
本発明の実施例は、概略的な図面に基づいて詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】硬質材料粒子及び第１の層を有する層システムを備えたすべり要素の断面図である。
【図２】硬質材料粒子、第１の層及び第２の層を有する層システムを備えたすべり要素の断面図である。
【図３】硬質材料粒子、凹部、第１の層及び第２の層を有する層システムを備えたすべり要素の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
互いに対応する部材には、全ての図において同一の参照符号が付されている。
【００４０】
図１には、基体１１及び層システム２を有する本発明によるすべり要素１の断面が概略的に示されている。層システム２は第１の層２１を備えており、この第１の層では、複数の硬質材料粒子３が固定され、はめ込まれている。これら硬質材料粒子３は、球状の形状及び均一の大きさを有している。これら硬質材料粒子は、単一層を形成しているとともに、基体１１の表面の直近にある。第１の層２１の厚さｓ１は、硬質材料粒子３の直径ｄの約７５％である。したがって、硬質材料粒子３は、基体１１とは反対側の層システム２の表面２５を越えて突出部３２を備えている。この突出部３２は、硬質材料粒子３の直径ｄの約２５％である。第１の層２１は、他の粒子を含むことも可能である。
【００４１】
図２には、基体１１及び層システム２を有する本発明によるすべり要素１の断面が概略的に示されている。層システム２は、複数の硬質材料粒子３と、第１の層２１と、第２の層２２とを備えている。硬質材料粒子３は、球状の形状及び均一の大きさを有している。これら硬質材料粒子は、単一層を形成しているとともに、基体１１の表面の直近にある。これら硬質材料粒子３は、第１の層２１によって基体１１の表面上に固定される。第１の層２１の厚さｓ１は、硬質材料粒子３の直径ｄの約２０％である。硬質材料粒子３は、第２の層２２を通ってはめ込まれている。第２の層２２の厚さｓ２は、硬質材料粒子３が第１の層２１及び第２の層２２を通って当該硬質材料粒子の直径ｄの約７５％まではめ込まれるように選択された。したがって、硬質材料粒子３は、基体１１とは反対側の層システム２の表面２５を越えて突出部３２を備えている。この突出部３２は、硬質材料粒子３の直径の約２５％である。第２の層２２は、硬質材料粒子３の直径ｄよりもはるかに小さな大きさである複数の他の粒子４を含んでいる。
【００４２】
図３には、基体１１及び層システム２を有する本発明によるすべり要素１の断面が概略的に示されている。図２に示されたすべり要素１の場合のように、図３の層システム２は、複数の硬質材料粒子３と、第１の層２１と、第２の層２２とを備えている。加えて、層システム２の外側の表面２５には凹部５が示されている。この凹部５は、隣の各硬質材料粒子３から離間している。図示のように、第１の層２１は既にそこに１つの凹部を備えている。ここで、１つの硬質材料粒子３が、第１の層２１の形成後、かつ、第２の層２２の形成前に第１の層２１から取り出されている。第２の層２２の形成が一定の層厚ｓ２でなされるため、硬質材料粒子３の取り出しによって第１の層２１に生じる凹部が、第２の層２２の表面上にも再び反映されている。第２の層２２の高さ断面において、凹部５を認識し得る。
【００４３】
図３による実施形態が試験された。金属製の基体１１上では、化学的に分離されたニッケルから成る第１の層２１によって、二酸化ケイ素から成る複数の硬質材料粒子３が固定された。二酸化ケイ素粒子の平均直径は８μｍであった。固定層２１の厚さｓ１は約２〜３μｍであった。この第１のコーティングステップによるこのサンプルの試験は、二酸化ケイ素粒子３の一部が固定層２１の形成後に消失したことを示している。これら粒子は、固定層２１に対応する大きさの凹部を残した。第２のコーティングステップでは、二酸化ケイ素粒子３は、ガルバーニ電流によって分離された銅層２２を通ってはめ込まれている。また、この層には、六方晶窒化ホウ素から成る微粒子４が分散されている。第２のコーティングステップによるこのサンプルの試験は、固定層２１において当初規定されていた凹部が、はめ込み層２２の形成時に平らにされるのではなく、このはめ込み層２２の表面２５においてはっきりと認識され得る、ということを示している。全体として、生成された表面は、組み込まれた複数の二酸化ケイ素粒子３及び複数の凹部５を有する粗結晶性の銅層２２を示す。二酸化ケイ素粒子３の被覆密度は、１ｍｍ２につき４０００〜５０００粒子である。別のＲＥＭ試験においては、六方晶窒化ホウ素からなる微粒子４も表面において検出された。
【００４４】
このサンプルにおいては、長期テストとして構想されたトライボロジカルな試験が行われた。なじみ特性（Ｅｉｎｌａｕｆｓｖｅｒｈａｌｔｅｎ）のシミュレーションのために、試験開始時に、摩擦面の負荷が段階的に９．０Ｎ／ｍｍ２の面圧まで高められた。すべり速度は１ｍ／ｓであり、動作温度は１２０℃であった。コーディングされていないすべり軸受材料との比較試験が行われた。６時間の継続試験後に、サンプルが分析された。
【００４５】
コーティングされたサンプルは、なじみ段階の終了後において、コーティングされていないすべり軸受材料より約２５〜３０％低い摩擦係数を示す。また、このサンプルは、試験後に、二酸化ケイ素粒子３の平均直径よりもやや小さな直径を有する複数の凹部５を備えた、明らかに平らにされた表面を示す。凹部５の過剰な数は、少なくとも部分的にふさがれている。凹部５をふさぐ材料は、はめ込み層すなわち銅からおそらく取り去られる材料である。凹部５におけるこの材料がしばしば多孔性の構造を備えていることが際立っている。埋め込まれた二酸化ケイ素粒子３の当初から盛り上がった範囲は、試験後に十分に取り去られており、その結果、すべり要素１は平らにされた表面２５を有している。
【符号の説明】
【００４６】
１  すべり要素
１１  基体
２  層システム
２１  第１の層
２２  第２の層
２５  層システムの表面
３  硬質材料粒子
３２  突出部
４  他の粒子
５  凹部
【図１】
2015206460.tif 000003
【図２】
2015206460.tif 000004
【図３】
2015206460.tif 000005