特開 2023-160765 軸受ユニットのための軸受要素及び寿命が向上された軸受ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023160765

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】軸受ユニットのための軸受要素及び寿命が向上された軸受ユニット

(51)【国際特許分類】

   C23C 26/00 20060101AFI20231026BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20231026BHJP

   F16C 33/30 20060101ALI20231026BHJP

   F16C 33/66 20060101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

C23C26/00 A

F16C19/06

F16C33/30

F16C33/66 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023065746

(22)【出願日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】2203737

(32)【優先日】2022-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】508282993

【氏名又は名称】アクティエボラゲット・エスコーエッフ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】パウル・ディートル

(72)【発明者】

【氏名】シャオボ・ジョウ

【テーマコード（参考）】

3J701

4K044

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA13

3J701AA15

3J701AA16

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA09

3J701BA10

3J701BA49

3J701BA50

3J701BA69

3J701BA70

3J701CA15

3J701CA33

3J701DA20

3J701EA03

3J701EA36

3J701EA37

3J701EA44

3J701EA55

3J701EA78

3J701FA32

3J701GA60

3J701XB03

3J701XB26

3J701XB33

3J701XE03

3J701XE50

4K044AA02

4K044AA13

4K044AA16

4K044AB10

4K044BA02

4K044BA18

4K044BA19

4K044BB03

4K044BB04

4K044BB11

4K044BB13

4K044BC01

4K044BC06

4K044CA13

4K044CA53

(57)【要約】

【課題】耐摩耗性の向上と、軸受要素と他の軸受要素との間の接触面を潤滑する能力の向上と、の組み合わせにより、より長く使用できる軸受ユニットの軸受要素を提供する。
【解決手段】軸受ユニット（１）の軸受要素（１０）は、別の軸受要素と接触するための表面（１１）と、基材（６）と、基材の摩耗耐性を向上させるための第１コーティング（８）であって、第１コーティングは、基材上に塗布され、固体潤滑剤を含む、第１コーティング（８）と、を備え、軸受要素は、第１コーティングよりも軟らかい第２コーティング（９）を備え、第２コーティングは、第１コーティング上に塗布され、固体潤滑剤を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸受ユニット（１）の軸受要素（１０）であって、
－別の軸受要素と接触するための表面（１１）と、
－基材（６）と、
－前記基材の摩耗耐性を向上させるための第１コーティング（８）であって、前記第１コーティングは、前記基材上に塗布され、固体潤滑剤を含む、第１コーティング（８）と、
を備える、軸受要素において、
前記軸受要素は、前記第１コーティングよりも軟らかい第２コーティング（９）を備え、前記第２コーティングは、前記第１コーティング上に塗布され、固体潤滑剤を含むことを特徴とする、軸受要素。

【請求項2】

前記第１コーティング及び前記第２コーティングの前記固体潤滑剤は、ＭｏＳ_２であることを特徴とする、請求項１に記載の軸受要素。

【請求項3】

前記第１コーティングは、Ｔｉを含み、Ｔｉの含有量は３％ａｔ～３０％ａｔの間であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の軸受要素。

【請求項4】

前記第１コーティングは、７００ＨＶ～２５００ＨＶの間の硬度を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受要素。

【請求項5】

前記第１コーティングは、０．２ミクロン～４ミクロンの間の厚さを有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の軸受要素。

【請求項6】

前記第２コーティングの前記固体潤滑剤は、２０％ａｔ～６０％ａｔの間の含有量を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の軸受要素。

【請求項7】

前記第２コーティングは、接着剤又はエポキシ等の接合材をさらに含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の軸受要素。

【請求項8】

前記第２コーティングの硬度は、１５０ＨＶ以下であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の軸受要素。

【請求項9】

前記第１コーティングは、前記基材上に最初に塗布される結合層（７）を備えることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の軸受要素。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の軸受要素を備える軸受ユニット（１）であって、前記軸受要素は、リング、転動要素、ケージ、セパレータ、又はスペーサであることを特徴とする、軸受ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸受ユニットの軸受要素に関する。

【0002】

本発明は、また、少なくとも１つの軸受要素を有する軸受ユニットにも関する。本発明は、特に、転動要素軸受に関する。

【背景技術】

【0003】

ある用途、例えば真空中では、軸受ユニットの接触領域、例えば転動要素と軌道輪又はケージとの接触を潤滑するためにグリース又はオイルを使用することは不可能であるか、望ましいことではない。

【0004】

接触領域を潤滑するために、黒鉛又は二硫化モリブデンＭｏＳ_２等の固体潤滑剤を用いることが知られている。

【0005】

接触領域の摩耗に対する抵抗を低減し、同時に接触領域に固体潤滑剤を供給するために、特許文献１から、軸受ユニットの要素を金属ドープＭｏＳ_２を含む硬質固体潤滑剤でコーティングすることが知られている。

【0006】

さらなる改良がまだ可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】欧州特許第１４７０３４３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、耐摩耗性の向上と、軸受要素と他の軸受要素との間の接触面を潤滑する能力の向上と、の組み合わせにより、より長く使用できる軸受ユニットの軸受要素を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

軸受要素は、基材と、基材の耐摩耗性を向上させるための第１コーティングと、を備える。第１コーティングは、基材上に塗布され、固体潤滑剤を含む。

【0010】

軸受要素は、第１コーティングよりも軟らかい第２コーティングを備える。第２コーティングは、第１コーティング上に塗布され、固体潤滑剤を含む。

【0011】

有利ではあるが強制されない本発明のさらなる態様によれば、このような軸受要素は、以下の特徴のうちの１つ又はいくつかを組み込むことができる：
－第１コーティング及び第２コーティングの固体潤滑剤は、ＭｏＳ_２である；
－第１コーティングはＴｉを含み、その含有量は３ａｔ％～３０ａｔ％である；
－第１コーティングは、７５０ＨＶ～２５００ＨＶの間の硬度を有する；
－第１コーティングの厚さは、０．２μｍ～４μｍの間である；
－第２コーティングの固体潤滑剤は、２０ａｔ％～６０ａｔ％の間の含有量を有する；
－第２コーティングは、接着剤又はエポキシ等の接合材をさらに含む；
－第２コーティングの硬度は、１５０ＨＶ以下である；
－第１コーティングは、基材上に最初に塗布される結合層（７）を備える。

【0012】

本発明の別の目的は、本発明による軸受要素を含む軸受ユニットである。軸受要素は、例えば、リング、転動要素、ケージ、セパレータ又はスペーサであり得る。

【0013】

本発明のおかげで、軸受ユニットの寿命は、特に、軸受ユニットが加速度、速度、荷重又は温度の点で厳しい又は極端な条件で動作する場合に、増加する。

【0014】

次に、本発明の目的を制限することのない例示的な例としての付属の図に対応して、本発明が説明される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明による軸受ユニットの長手方向断面を示す。

【図2】本発明による軸受ユニットの軸受要素の詳細を部分図で模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明による軸受ユニットは、内輪と外輪とを備える。内輪及び外輪は、共通の回転軸に沿って互いに対して回転可能である。

【0017】

本発明の好ましい実施形態では、軸受ユニットは滑り軸受であり、内輪及び外輪は、一方が他方に対してそれぞれ回転しているときに一方が他方に対して直接摺動接触している。

【0018】

本発明の別の好ましい実施形態では、軸受ユニットは、内輪と外輪との間に転動要素をさらに備える。

【0019】

本発明の別の好ましい実施形態では、軸受ユニットは、（１つ又はいくつかの隣接する部分で）転動要素を互いに対して所定の相対位置に保持するためのケージをさらに備える。

【0020】

本発明の別の好ましい実施形態では、軸受ユニットは、複数のスペーサをさらに備え、各スペーサは、２つの隣接する転動要素を分離している。

【0021】

本発明の別の好ましい実施形態では、軸受ユニットは、内輪と外輪との間に転動要素を有するが、転動要素を分離するためのケージやスペーサを有しない総ころ軸受である。

【0022】

本発明の好ましい実施形態では、転動要素はボールである。

【0023】

代替的には、転動要素は、円筒ころ、テーパころ、トロイダルころ、又はバレルころなどのころである。

【0024】

図１は、内輪２と、外輪３と、内輪と外輪との間に位置するボール状の転動要素４と、ボールを円周方向に一定の距離で定位置に保持するケージ５と、を備える軸受ユニット１を示している。

【0025】

図２は、軸受要素１０の部分図を示している。軸受要素１０は、他の軸受要素と接触することが意図された表面１１を有する。

【0026】

本発明による軸受要素は、基材６と、基材の耐摩耗性を向上させる第１コーティング８と、を備える。第１コーティングは、基材上に塗布され、固体潤滑剤を備える。

【0027】

第１コーティングが施された領域における軸受要素の耐摩耗性を高めるために、第１コーティングの硬度は、その領域における基材の硬度よりも大きい。

【0028】

本発明による軸受要素は、例えば、内輪又は外輪などのリング、又はブッシュである。

【0029】

また、軸受要素は、ボール又はころ等の転動要素であってもよい。

【0030】

また、軸受要素は、複数の転動要素を互いに所定の距離に維持するためのケージ、又は連続する２つの転動要素の間に配置されるスペーサとすることもできる。

【0031】

軸受ユニットの好ましい実施形態では、軸受ユニットは本発明による複数の軸受要素を備える。

【0032】

軸受ユニットの好ましい実施形態では、軸受ユニットはセラミック材料から作られた内輪、外輪及び転動要素を備え、本発明による軸受要素は内輪であり、転動要素が走行可能な内輪の軌道上に二重コーティングが施される。

【0033】

軸受ユニットの別の好ましい実施形態では、軸受ユニットは金属材料から作られた内輪、外輪及び転動要素を備え、二重コーティングは、内輪の軌道上及び転動要素上に塗布される。

【0034】

本発明の好ましい実施形態では、基材は軸受鋼から作られる。

【0035】

代替的には、基材は、Ｓｉ_３Ｎ_４等のセラミック材料、或いはＰＥＥＫ又はＰＡ６．６等のプラスチック材料から作られる。

【0036】

本発明の好ましい実施形態では、第１コーティングの潤滑剤は、ＭｏＳ_２を含む。

【0037】

有利には、第１コーティングの潤滑剤は、ＭｏＳ_２のみを含む。その場合、ＭｏＳ_２は、好ましくはアンチモンフリーである。

【0038】

代替的には、又は補完的に、第１コーティングの潤滑剤は、ＷＳ_２又はＤＬＣを含む、又はＷＳ_２又はＤＬＣのみから作られる。

【0039】

本発明の好ましい実施形態では、第１コーティングは、Ｔｉ又はＭｏ等のドーピング金属を含む。

【0040】

有利には、ドーピング金属はＴｉのみである。

【0041】

本発明の好ましい実施形態では、第１コーティングは、ＭｏＳ_２及びＴｉからなり、Ｔｉの含有量は３％ａｔ～３０％ａｔの間、好ましくは５％ａｔ～１５％ａｔの間である。

【0042】

本発明の好ましい実施形態では、第１コーティングの厚さは、０．２μｍ～４μｍの間、好ましくは０．５μｍ～２μｍの間である。

【0043】

本発明の好ましい実施形態では、第１コーティングの硬度は、７００ＨＶ～２５００ＨＶの間であり、好ましくは、１０００ＨＶ～１５００ＨＶの間である。

【0044】

有利には、第１層は、プラズマ蒸着、好ましくはＰＶＤ（物理蒸着）により付与される。このような堆積は、完成した軸受要素上で実現され、研削又はホーニング等の更なる機械加工、及び熱処理は、堆積の後に軸受要素上で行われない。

【0045】

最初のコーティングがドーピング金属を含む場合、コーティングはいくつかの層で実現される。ある層は主にドーピング金属（例えばＴｉ）を含み、他の層は主に固体潤滑剤（例えばＭｏＳ_２）を含む。有利には、最後の層は純粋な固体潤滑剤から作られる。

【0046】

本発明の好ましい実施形態では、第１コーティングは、基材上に最初に塗布された結合層７をさらに含む。結合層は、基材に対する第１コーティングの固定を強化する。

【0047】

有利には、結合層は、純粋なＴｉから作られる。

【0048】

軸受要素１０は、第２コーティング９をさらに備える。第２コーティングは、第１コーティング上に塗布される。第２コーティングは、第１コーティングよりも軟らかく、すなわち第２コーティングの硬度は、第１コーティングの硬度よりも小さい。第２コーティングは、固体潤滑剤を含む。

【0049】

本発明の好ましい実施形態では、第２コーティングの潤滑剤は、ＭｏＳ_２を含む。

【0050】

有利には、第２コーティングの潤滑剤は、ＭｏＳ_２のみである。

【0051】

代替的には、第２コーティングの潤滑剤は、ＷＳ_２又はＤＬＣである。

【0052】

本発明の好ましい実施形態では、第２コーティングは、固体潤滑剤のみからなる。

【0053】

本発明の別の好ましい実施形態では、第２コーティングは、接着剤又はエポキシ等の接合材も含んでなる。

【0054】

有利には、第２コーティングは、１５０ＨＶ以下の硬度を有する。

【0055】

第２コーティングは第１コーティングよりもはるかに軟らかいので、運転中（回転中）に塑性変形によってしみ戻る。この現象は、軸受要素に受動的自己修復特性を与える。

【0056】

有利なことに、第１コーティングの最上層は多孔質であり、これにより第２コーティングの第１コーティングへの固定が増加する。数ミクロンの空洞があれば、効率的な把持が可能である。

【0057】

好ましくは、第２層は、固体潤滑剤の粉末と、最終的に純粋な固体潤滑剤を残すように蒸発する液体溶媒とを混合することによって得られる混合物を塗装によって適用することによって得られる。有利には、この混合物は、第１コーティングに対する第２コーティングの固定を改善するエポキシ等の接着剤又は接合材をさらに含む。

【0058】

代替的には、第２コーティングは、固体潤滑剤の粉末、液体溶媒、及び任意で接着剤又は接合材を含むエアロゾルを噴霧することによって得られる。

【0059】

本発明のおかげで、軸受要素及び軸受ユニットの耐摩耗性が改善され、同時に潤滑条件も改善される。

【0060】

また、本発明のおかげで、軸受要素又は軸受ユニットが極限状態で使用される場合、例えば、非常に高い回転加速度及び／又は速度、又は非常に高い又は急激な荷重にさらされる場合、従来の軸受と比較して、軸受の寿命が向上する。

【0061】

従って、本発明は、磁気軸受システムのランディング軸受として使用される玉軸受によく適合している。

【符号の説明】

【0062】

１…軸受ユニット
２…内輪
３…外輪
４…転動要素
５…ケージ
６…基材
７…結合層
８…第１コーティング
９…第２コーティング
１０…軸受要素
１１…表面

【図1】

【図2】

【外国語明細書】