(57)【要約】  本発明は、機械要素（２）に滑り面（１）を製作するための方法であって、機械要素（２）の滑り面（１）が、少なくとも１つの別の機械要素に滑り接触するために設けられており、まず、機械要素（２）の表面に少なくとも部分的にコーティング（４）を被着し、その後、このコーティング（４）に、摩擦減少のために、レーザを用いて少なくとも部分的に表面構造（３）を形成し、この表面構造（３）が、レーザを用いたコーティング（４）の局所的な相変換により形成された多数の凸部（７）を有している、方法に関する。さらに、本発明は、前述した方法により形成された滑り面（１）を備えた機械要素（２）にも関する。
2020516774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械要素（２）に滑り面（１）を製作するための方法であって、前記機械要素（２）の前記滑り面（１）が、少なくとも１つの別の機械要素に滑り接触するために設けられている、方法において、
まず、前記機械要素（２）の表面に少なくとも部分的にコーティング（４）を被着し、その後、該コーティング（４）に、摩擦減少のために、レーザを用いて少なくとも部分的に表面構造（３）を形成し、該表面構造（３）が、レーザを用いた前記コーティング（４）の局所的な相変換により形成された多数の凸部（７）を有していることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記コーティング（４）を前記機械要素（２）の前記表面に少なくとも部分的にＰＶＤ法またはＰＡＣＶＤ法またはＣＶＤ法によって被着することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
機械要素（２）であって、少なくとも１つの別の機械要素に滑り接触するために設けられた滑り面（１）を有しており、該滑り面（１）が、少なくとも部分的なコーティング（４）と、該コーティング（４）上の少なくとも部分的な表面構造（３）とを有しており、該表面構造（３）が、レーザを用いた前記コーティング（４）の局所的な相変換によって形成されている、機械要素（２）。
【請求項４】
前記コーティング（４）が、少なくとも部分的にアモルファスカーボンから形成されていることを特徴とする、請求項３記載の機械要素（２）。
【請求項５】
前記コーティング（４）が、少なくとも部分的に水素フリーテトラヘドラルアモルファスカーボンから形成されていることを特徴とする、請求項３または４記載の機械要素（２）。
【請求項６】
前記凸部（７）が、０．０２〜２μｍのそれぞれの高さを有していることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか１項記載の機械要素（２）。
【請求項７】
前記凸部（７）が、１〜１００μｍのそれぞれの直径を有していることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか１項記載の機械要素（２）。
【請求項８】
前記凸部（７）が、少なくとも部分的にグラファイトから形成されていることを特徴とする、請求項３から７までのいずれか１項記載の機械要素（２）。
【請求項９】
前記機械要素（２）がバケットタペットとして形成されていることを特徴とする、請求項３から８までのいずれか１項記載の機械要素（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械要素に滑り面を製作するための方法に関する。さらに、本発明は、滑り面を備えた機械要素にも関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００９０６０９２４号明細書には、真空トライボロジに使用するための固体潤滑剤を含んだ構造が記載されている。この構造では、基材ベースに、ダイヤモンド状炭素から成る層を含む層列が形成される。さらに、この層列にまたは基材ベースと層列とに、レーザ干渉法を用いて、固体潤滑剤で満たされる凹部構造が形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、機械要素に滑り面を製作するための方法ならびに滑り面を備えた機械要素を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、請求項１の前提部から出発して、請求項１の特徴部に記載の特徴に関連して解決される。請求項１を引用する従属請求項には、本発明の有利な改良形態が記載してある。
【０００５】
機械要素に滑り面を製作するための本発明に係る方法の範囲内では、まず、機械要素の表面に少なくとも部分的にコーティングが被着され、その後、このコーティングに、摩擦減少のために、レーザを用いて少なくとも部分的に表面構造が形成され、この表面構造が、レーザを用いたコーティングの局所的な相変換により形成された多数の凸部を有している。
【０００６】
言い換えると、機械要素の表面の被覆直後に、レーザを用いてコーティングの局所的な相変換によって表面構造の形成が行われる。コーティングに設けられた凸部によって、機械要素の滑り面が形成される。機械要素は、特にバケットタペットとして形成されている。機械要素は、好ましくは、別の機械要素に対して滑り転がり接触を有するために設けられている。さらに、機械要素は、内燃機関の動弁システムに用いられるレバー状のカムフォロワとして形成されていてもよいし、ポンプの構成要素として形成されていてもよい。
【０００７】
コーティングに設けられた凸部によって、摩擦減少が結果的に達成される。この摩擦減少は、両機械要素間の有効接触面積に関連している。改善された摩擦は、例えば、機械要素の表面の約２５％が別の機械要素に有効に接触することにより達成することができる。言い換えると、機械要素の表面または機械要素の表面に形成されたコーティングの約１／４が、別の機械要素に有効に接触する凸部で覆われている。しかしながら、代替的には、機械要素の表面のより大きな割合またはより小さな割合が凸部で覆われていてもよい。この凸部は、好ましくはバケットタペット端面に配置されていて、特に円形に、それぞれ異なる直径を有する複数の円軌道で配置されている。さらに、凸部は、バケットタペット端面に螺線状にまたは無作為に分配されて配置されていてもよいし、均一に分配されてまたは無作為に配置された代替的な形態で形成されていてもよい。補足的には、バケットタペット外周面に複数の別の凸部が形成されていてよい。これらの凸部は、軸線方向に互いに間隔を置いて配置された全周にわたって延びる複数の円軌道で配置することができる。さらに、凸部はバケットタペット外周面に無作為に分配されて配置することができる。好ましくは、凸部が、０．０２〜２μｍの高さと、１〜１００μｍの直径とを有している。凸部同士の間の半径方向のフリースペースは、特に潤滑媒体を収容するために設けることができ、これによって、この潤滑媒体が両機械要素の間の滑り面内に保持される。
【０００８】
「少なくとも部分的に」という表現は、表面構造とコーティングとが、少なくとも機械要素の表面の一部に形成されていることを意味している。しかしながら、さらに、表面構造とコーティングとが、機械要素の表面全体に形成されていることも可能である。
【０００９】
好ましくは、コーティングが、機械要素の表面に少なくとも部分的にＰＶＤ法またはＰＡＣＶＤ法またはＣＶＤ法によって被着される。言い換えると、コーティングは、ＰＶＤ（物理気相成長）またはＰＡＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）またはＣＶＤ（化学気相成長）による方法に従って被着される。ＰＶＤ法では、例えばスパッタリングによって、粒子がターゲット材料から叩き出され、プラズマ内で機械要素の表面に運ばれる。ＣＶＤ法では、気相での化学反応に基づき、機械要素の加熱された表面において層析出が行われる。さらに、ＰＡＣＶＤ法では、層析出が、例えば炭化水素含有のガスのプラズマ励起を介して行われる。
【００１０】
好適には、コーティングが、少なくとも部分的にアモルファスカーボンから形成されている。アモルファスカーボンは、さらに、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）またはダイヤモンドライクカーボンという呼称で知られている。好ましくは、コーティングが、少なくとも部分的に水素フリーテトラヘドラルアモルファスカーボン（ta-C）から形成されている。ＤＬＣは、比較的高い硬度と、高い化学的な抵抗および耐摩耗性と、低い摩擦係数とを有している。レーザのエネルギ供給によって、コーティングが、蒸発温度を下回る温度まで局所的に加熱され、これによって、コーティング内の炭素の相変換が行われる。このとき、アモルファスカーボン層またはｔａ−Ｃ層に予め形成されているｓｐ３結合が部分的にｓｐ２結合に変わる。これによって、コーティングにおける局所的な体積増加またはコーティングの層厚さの局所的な増加が生じる。言い換えると、コーティングから半径方向に突出した、前述した局所的な隆起部が形成される。ｔａ−Ｃにおけるｓｐ３結合の崩壊は、一般的に、７００℃を上回る温度で起こり、酸化は４５０℃を上回る温度で起こる。有利には、グラファイトが比較的良好な潤滑媒体特性を有している。これによって、滑り面における摩擦がさらに低減される。
【００１１】
表面構造を形成するためのコーティングへのレーザ、特にレーザパルスの作用期間は、フェムト秒範囲内〜ナノ秒範囲内にある。特に、レーザのパルス期間は、１００ｆｓ〜１００ｎｓにある。さらに、レーザの波長は、材料の蒸発が回避されるように、機械要素の表面に合わせて調整されており、これによって、レーザ放射の作用ゾーンでのみ局所的な相変換を行うことができる。調整すべき波長は、特に機械要素の材料とコーティングの溶融温度または蒸発温度とに関連している。
【００１２】
コーティングとは、少なくとも１つの層を備えた層列を意味している。特に、複数の層が少なくとも部分的に上下に重なり合ってかつ／または相並んで形成されていてもよい。
【００１３】
以下に、本発明を改善する更なる手段を本発明の好適な実施例の説明と共に３つの図面に基づき詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る機械要素の滑り面の構造を示すための概略的な部分断面図である。
【図２】図１に示した本発明に係る機械要素の概略的な斜視図である。
【図３】図１に示した本発明に係る機械要素の概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１によれば、（図１には単に部分的に示したにすぎない）本発明に係る機械要素２が滑り面１を有している。この滑り面１は、少なくとも１つの別の機械要素（図１には示さず）に滑り接触するために設けられている。機械要素２はコーティング４を有している。このコーティング４には、レーザを用いて多数の凸部７を備えた表面構造３が形成されている。したがって、凸部７が滑り面１を形成している。
【００１６】
滑り面１を製作するためには、まず、機械要素２の表面にコーティング４が被着される。このコーティング４は機械要素２の表面にＣＶＤ法によって被着される。コーティング４は、水素フリーテトラヘドラルアモルファスカーボンから形成されている。続くステップでは、コーティング４にレーザを用いて凸部７を備えた表面構造３が形成される。凸部７は、レーザによるコーティング４の局所的な相変換によって形成される。コーティング４がレーザによって変換温度に加熱され、この変換温度によって、アモルファスカーボンが局所的に相変換されて、グラファイトが形成される。変換温度は、コーティングの蒸発温度も機械要素２の材料の蒸発温度も下回っている。凸部７は、０．０２〜２μｍのそれぞれの高さと、１〜１００μｍのそれぞれの直径とを有している。
【００１７】
図２によれば、本発明に係る機械要素２はバケットタペットとして形成されている。バケットタペット端面６は、摩擦減少のために、アモルファスカーボンから成るコーティング４と、このコーティング４に設けられた表面構造３とを有している。補足的にさらに、バケットタペット外周面５が、摩擦減少のために、水素フリーテトラヘドラルアモルファスカーボンから成るコーティング４と、このコーティング４に設けられた表面構造３とを有していてよい。表面構造３は、レーザを用いて、コーティング４の内部のｔａ−Ｃからａ−Ｃへの局所的な相変換によって形成される。コーティング４の局所的な体積増加によって、バケットタペット端面６において摩擦を減少させる隆起部７が形成される。
【００１８】
図３には、表面構造３の配置形態が本発明に係る機械要素２の平面図で示してある。隆起部７はバケットタペット端面６に半径方向で配置されている。隆起部７はバケットタペット端面６の約２５％を覆っている。
【符号の説明】
【００１９】
１  滑り面
２  機械要素
３  表面構造
４  コーティング
５  バケットタペット外周面
６  バケットタペット端面
７  凸部
【図１】
2020516774.tif 000003
【図２】
2020516774.tif 000004
【図３】
2020516774.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月15日(2019.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械要素（２）に滑り面（１）を製作するための方法であって、前記機械要素（２）の前記滑り面（１）が、少なくとも１つの別の機械要素に滑り接触するために設けられており、まず、前記機械要素（２）の表面に少なくとも部分的に、少なくとも部分的にアモルファスカーボンから成るコーティング（４）を被着し、その後、該コーティング（４）に、摩擦減少のために、レーザを用いて少なくとも部分的に表面構造（３）を形成し、このとき、前記レーザのエネルギ供給によって、前記コーティング（４）を該コーティング（４）の蒸発温度を下回る温度まで局所的に加熱し、前記エネルギ供給の領域で、前記コーティング（４）における局所的な体積増加ひいては前記コーティング（４）の層厚さの局所的な増加を生じさせ、これによって、前記表面構造（３）が、レーザを用いたアモルファスカーボンからグラファイトへの前記コーティング（４）の局所的な相変換により形成された多数の凸部（７）を有している、方法。
【請求項２】
前記コーティング（４）を前記機械要素（２）の前記表面に少なくとも部分的にＰＶＤ法またはＰＡＣＶＤ法またはＣＶＤ法によって被着することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法により製造された機械要素（２）であって、少なくとも１つの別の機械要素に滑り接触するために設けられた滑り面（１）を有しており、該滑り面（１）が、少なくとも部分的にアモルファスカーボンから成る少なくとも部分的なコーティング（４）と、該コーティング（４）上の少なくとも部分的な表面構造（３）とを有している、機械要素（２）において、
前記表面構造（３）が、レーザを用いたアモルファスカーボンからグラファイトへの前記コーティング（４）の局所的な相変換によって形成された多数の凸部（７）を有していることを特徴とする、機械要素（２）。
【請求項４】
前記コーティング（４）が、少なくとも部分的に水素フリーテトラヘドラルアモルファスカーボンから形成されていることを特徴とする、請求項３記載の機械要素（２）。
【請求項５】
前記凸部（７）が、０．０２〜２μｍのそれぞれの高さを有していることを特徴とする、請求項３または４記載の機械要素（２）。
【請求項６】
前記凸部（７）が、１〜１００μｍのそれぞれの直径を有していることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか１項記載の機械要素（２）。
【請求項７】
前記機械要素（２）がバケットタペットとして形成されていることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか１項記載の機械要素（２）。
【請求項８】
前記凸部（７）がバケットタペット端面（６）に配置されていることを特徴とする、請求項７記載の機械要素（２）。
【請求項９】
前記凸部（７）が、前記バケットタペット端面（６）に円形に、それぞれ異なる直径を有する複数の円軌道で配置されていることを特徴とする、請求項８記載の機械要素（２）。
【請求項１０】
前記凸部（７）がバケットタペット外周面（５）に配置されていることを特徴とする、請求項８または９記載の機械要素（２）。
【国際調査報告】
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