特許 7525513 ガイド部材、そのようなガイド部材を備える機械システム、およびそのようなガイド部材を生産するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】ガイド部材、そのようなガイド部材を備える機械システム、およびそのようなガイド部材を生産するための方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/12 20060101AFI20240723BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20240723BHJP

   F16C 33/08 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

F16C33/12 Z

F16C17/02 Z

F16C33/08

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021569180

(86)(22)【出願日】2020-05-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-25

(86)【国際出願番号】 FR2020050810

(87)【国際公開番号】W WO2020234531

(87)【国際公開日】2020-11-26

【審査請求日】2023-01-27

(31)【優先権主張番号】1905390

(32)【優先日】2019-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】506126266

【氏名又は名称】イドロメカニーク・エ・フロットマン

(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】ファブリス・プロスト

(72)【発明者】

【氏名】ピエリック・パヴァリエ

【審査官】倉田 和博

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５３７０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／００７３９７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３３／０６－３３／１４

Ｆ１６Ｃ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動要素（２０）を装着するためのボア（１４）を備えている本体部（１２）を含み、前記本体部（１２）は金属材料から作られている、ガイド部材（１０）であって、前記ボア（１４）は、０．６ｍｍ以下の拡散深さ（Ｐ１６）にわたるジャミングに対して処理された表面層（１６）を有し、前記表面層（１６）は５から５０μｍの間の深さ（Ｐ１８）にわたって５００Ｈｖ１以上の硬度を有し、前記表面層は、５００Ｈｖ１以上の硬度を有する窒素富化オーステナイトγＮ相に対応し、組合せ層と拡散層との間に配置される中間層を含むことを特徴とするガイド部材（１０）。

【請求項2】

前記金属材料は、鉄系金属材料であることを特徴とする請求項１に記載のガイド部材（１０）。

【請求項3】

前記金属材料は、構造用鋼または低合金鋼から選択されることを特徴とする請求項１または２に記載のガイド部材（１０）。

【請求項4】

前記本体部（１２）の前記金属材料は、２００から６００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項5】

前記金属材料は、３００から６００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項6】

前記金属材料は、４００から５００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項7】

前記表面層（１６）は、０．３ｍｍ以下の拡散深さ（Ｐ１６）にわたってジャミングに対して処理されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項8】

前記表面層（１６）は、２５から５０μｍの間の深さ（Ｐ１８）にわたって５００Ｈｖ１以上である硬度を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項9】

前記表面層（１６）は、５から５０μｍの間の深さ（Ｐ１８）にわたって５５０Ｈｖ１以上である硬度を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項10】

前記表面層（１６）は、２５から５０μｍの間の深さ（Ｐ１８）にわたって５５０Ｈｖ１以上である硬度を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）と、前記ガイド部材（１０）の前記ボア（１４）内に配置構成されている可動要素（２０）とを備える、機械システム（１）。

【請求項12】

可動要素（２０）を装着するためのボア（１４）を備える本体部（１２）を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のガイド部材（１０）を生産するための方法であって、前記方法は次の連続するステップ、すなわち、
－金属材料から前記本体部（１２）を生産するステップと、
－前記ガイド部材（１０）をジャミングから保護するために前記ボア（１４）の表面処理を実行するステップであって、前記表面処理は０．６ｍｍ以下の拡散深さ（Ｐ１６）にわたって前記ボア（１４）の表面層（１６）に影響を及ぼし、前記表面層（１６）は前記表面処理後に５から５０μｍの間の深さ（Ｐ１８）にわたって５５０Ｈｖ１以上の硬度を有し、前記表面層は、５００Ｈｖ１以上の硬度を有する窒素富化オーステナイトγＮ相に対応し、組合せ層と拡散層との間に配置される中間層を含む、ステップと、
を含むことを特徴とする、ガイド部材（１０）を生産するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガイド部材（ｇｕｉｄｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）、そのようなガイド部材を備える機械システム、およびそのようなガイド部材を生産するための方法に関する。

【0002】

本発明の分野は、高荷重の下で振動、並進、または回転で動作し、研磨環境で衝撃を受ける機械システムの分野である。

【背景技術】

【0003】

従来、そのようなシステムは、ＷＯ２００６０８７４９８において説明されているように、ガイド部材と可動要素とを備える。

【0004】

一例として、このシステムは、公共工事または鉱山機械、農業用車両、工業用機械、などのためのジョイントを形成することができる。

【0005】

青銅、複合材料、またはポリマー材料から作られたリングは、高荷重に曝されたとき、シャフトの幾何学的形状に適合し、通常圧力を下げることができるという利点を有する。係数ｐ．Ｖ（Ｎ／ｍｍ^２を単位とする直径方向圧力ｐとｍ／ｓを単位とする円周速度Ｖとの積）が小さくなると、リングの摩耗が減少する。

【0006】

しかしながら、表面硬度は低く、その結果、磨損への耐性は低い。

【0007】

結果として、高荷重および高摩耗に曝される用途では、機械的特性が高く（Ｒｅ＞８００ＭＰａ）、硬度が高い鋼鉄を使用するのが慣例である。これらの鋼鉄は熱処理されており、ベイナイトまたはマルテンサイト構造を有している。

【0008】

しかしながら、機械的特性が著しく大きいことから、これらのリングは、軸の曲げに適合できない。このため、局所的ｐ．Ｖ係数が非常に高くなり、したがって、摩耗が生じ、次いで、ジャミング（ｊａｍｍｉｎｇ）が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】国際公開第２００６／０８７４９８号

【文献】欧州特許出願公開第０９８７４５６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、上記の不利点を克服する改善されたガイド部材を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的のために、本発明は、可動要素を装着するためのボアを備えている本体部を含む、ガイド部材に関するものであり、この本体部は金属材料から作られており、ボアは、０．６ｍｍ以下の拡散深さ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）にわたるジャミングに対して処理された表面層を有し、この表面層は５から５０μｍの間の深さにわたって５００Ｈｖ１以上の硬度を有することを特徴とする。

【0012】

したがって、本発明は、研磨環境内で高荷重および衝撃の下にある用途の範囲内において、耐ジャミング性、耐摩耗性、および適合性の間に優れた妥協点を有する、高性能のガイド部材を実現することを可能にする。このガイド部材は、通常はかなり高価なカテゴリの鋼鉄、さらにはより長く、より深い表面処理を用いた場合に得られる、高い性能を有している。提案されている解決策は、性能／価格比が改善されており、より競争力がある。

【0013】

本発明の他の有利な特徴により、個別にまたは組み合わせて以下のことが言える。
－金属材料は、鉄系金属材料である。
－金属材料は、構造用鋼または低合金鋼から選択される。
－本体部の金属材料は、２００から６００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有する。
－金属材料は、３００から６００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有する。
－金属材料は、４００から５００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有する。
－表面層は、０．３ｍｍ以下の拡散深さにわたってジャミング防止処理されている。
－表面層は、２５から５０μｍの間の深さにわたって５００Ｈｖ１以上の硬度を有する。
－表面層は、５から５０μｍの間の深さにわたって５５０Ｈｖ１以上の硬度を有する。
－表面層は、２５から５０μｍの間の深さにわたって５５０Ｈｖ１以上の硬度を有する。

【0014】

本発明は、先行する請求項の１つに記載のガイド部材と、このガイド部材のボア内に配置構成されている可動要素とを備える、機械システムにも関係する。

【0015】

本発明は、上で説明されているようなガイド部材を生産するための方法にも関係し、前記ガイド部材は可動要素を装着するためのボアを備える本体部を含み、この方法は次の連続するステップ、すなわち、
－金属材料から本体部を生産するステップ、
－ガイド部材をジャミングから保護するためにボアの表面処理を実行するステップであって、表面処理は０．６ｍｍ以下の拡散深さでボアの表面層に影響を及ぼし、表面層は、表面処理後に、５から５０μｍの間の深さにわたって５５０Ｈｖ１以上の硬度を有する、ステップを含むことを特徴とする方法に関する。

【0016】

本発明は、非限定的な例のみを用いて与えられ、添付図面を参照しつつ行われる次の説明からよりよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明によるガイド部材と、可動要素とを備える、本発明による機械化システムの長手方向断面図である。

【図2】図１の詳細ＩＩの拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１および図２は、本発明によるリング１０と、長手方向軸Ｘ１に沿ってリング１０内に配置構成されているシャフト２０とを備える、本発明による機械システム１を示している。

【0019】

システム１は、研磨環境における高荷重および／または衝撃に耐えるように設計されている。システム１は、たとえば、公共工事または鉱山機械、農業用車両、鋼鉄産業用の工業用機械などのためのジョイントを構成する。

【0020】

リング１０は、本体部１２と、本体部１２内に形成される円筒形プロファイルを有するボア１４とを備える。ボア１４は、連続または往復運動に従って、軸Ｘ１を中心とする回転および／または軸Ｘ１に沿った並進により可動であるシャフト２０を受け入れるように設けられている。リング１０は、回転および／または並進するシャフト２０をガイドするための部材を構成する。

【0021】

リング１０とシャフト２０との間の摩擦界面、より具体的にはボア１４とシャフト２０の外面との間の摩擦界面は、好ましくは潤滑される。ボア１４は、ＥＰ０９８７４５６およびＷＯ２００６０８７４９８において説明されているように、滑らかであるか、または潤滑剤予備として働くキャビティを備えることができる。

【0022】

本体部１２は、２００から６００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有する金属材料から作られる。有利には、金属材料は、構造用鋼または低合金鋼（少なくとも９５％の鉄および炭素を含む）から選択され得る。これは、リング１０を生産するコストを大幅に削減し、以下に詳述される、いくつかの利点をもたらす。金属材料は、好ましくは３００から６００ＭＰａの間、なおいっそう好ましくは４００から５００ＭＰａの間の降伏強度Ｒｅを有する。

【0023】

非限定的な例を挙げると、本体部１２の材料は、次の金属材料から選択され得る。

【0024】

【表1】

【0025】

本発明により、ボア１４は、０．３ｍｍ以下の拡散深さＰ１６にわたってジャミングに対して処理された表面層１６を有する。表面層１６は、１０から５０μｍの間の深さＰ１８にわたって５００Ｈｖ１以上の硬度を有する。硬度は、５００から６５０Ｈｖ１の間であってよく、好ましくは５５０Ｈｖ１以上である。深さＰ１８は、好ましくは２０μｍから５０μｍの間である。たとえば、ボア１４に施されるジャミング防止表面処理の拡散深さＰ１６は、０．２ｍｍであり、硬度は３０μｍの深さＰ１８にわたって６００Ｈｖ１に等しいものとしてよい。深さＰ１６およびＰ１８は、簡略化の観点から、図２において縮尺通りでない。

【0026】

好ましくは、ジャミング防止処理は窒化である。

【0027】

硬化深さＰ１８が低すぎる（＜１０μｍ）場合、耐摩耗性は低くなりすぎる。深さＰ１８が大きすぎる（＞５０μｍ）と、表面層１６は脆くてあまり弾力的でなくなり、したがって剥離を生じやすく、適合の能力が小さくなる。

【0028】

ジャミング防止表面処理の拡散深さＰ１６は、最大の適合の特性を保持するために０．３ｍｍに制限される。したがって、表面処理は、少なくとも４％の圧縮を受けたときに剥離を生じないという利点を有する。

【0029】

好ましくは、表面層１６は、２５から５０μｍの間の深さＰ１８にわたって、５００Ｈｖ１以上、より好ましくは５５０Ｈｖ１以上の硬度を有する。少なくとも２５μｍの深さとすることで、耐摩耗性を高めることによって、ガイド部材の耐用年数をさらに延ばすことが可能になる。

【0030】

特定の一実施形態により、ジャミングに対して処理された表面層１６は、深さＰ１８における組合せ層（白色層とも呼ばれる）と、深さＰ１６における拡散層とを含む。

【0031】

好ましくは、ジャミングに対して処理された表面層１６は、組合せ層と拡散層との間に配置される、中間層も含む。

【0032】

この中間層は、好ましくは、２０から５０μｍの間、より好ましくは２５から５０μｍの間の深さのところに配置される。少なくとも２５μｍの深さＰ１８では、耐摩耗性を高めることによって、中間層の耐用年数が延び、したがってガイド要素の耐用年数も延びる。５０μｍ以下の深さでは、中間層の弾性が高まり、したがって、ガイド要素の弾性も高まり、適合能力を改善し、剥離発生を制限する。

【0033】

中間層は、２０から５０μｍ、好ましくは２５から５０μｍの間の深さＰ１８にわたって、５００Ｈｖ１以上、好ましくは５５０Ｈｖ１以上の硬度を有する。

【0034】

中間層は、ジャミングに対する処理が高温、すなわち５９２℃以上の温度で実行されたときに、ジャミングに対する処理の間に、特に窒化または浸炭窒化によって、形成される。

【0035】

５９２℃の温度は、鉄－窒素状態図においてオーステナイト相のフェライト相を画定する。５９２℃より高い場合、上で説明されている中間層に対応する、γＮ相（窒素富化オーステナイト）が形成される。

【0036】

ボア１４の後処理に続き、中間層の硬度をチェックすることが可能である。高温の後処理では、高硬度の中間層を得ることが可能であり、低温の処理では、低硬度の中間層を得ることが可能である。使用することが可能な後処理の例は、たとえば、３５０℃から５００℃の間の溶融塩浴による酸化、３５０℃から５００℃の間のガス酸化、または１２０℃から１６０℃の間の沸点での塩水中の酸化を含む。

【0037】

金属材料は降伏強度より高い荷重を受けるとつぶれるので、適合がなされた後、機械的応力を受けたゾーンの耐荷重は大きくなる。

【0038】

著しい機械的特性（Ｒｅ＞６００ＭＰａ）を有する金属材料から作られたリングと比較して、あまり著しくない機械的特性（Ｒｅ＜６００ＭＰａ）を有する金属材料から作られたリング１０を使用することで、リング１０とシャフト２０との間の界面における常圧を、それらの対向面の適合によって低減することが可能であり、したがって、係数ｐ．Ｖを低減し、したがって、機械システム１内の摩耗を低減することが可能になる。

【0039】

表面処理は、材料の適合に続き、高い表面硬度を提供し、良好な耐摩耗性および耐ジャミング性を有することを可能にする。

【0040】

意外にも、機械システム１は、材料Ｒｅ＞ＭＰａから作られたリングよりも、材料Ｒｅ＜６００ＭＰａから作られた本発明によるリング１０の方が最終的により効率的である。

【0041】

複合材料およびポリマー材料から作られたリングと比較して、リング１０は、表面層の加工硬化に続きより優れた耐荷重性を有し、表面処理を受けた表面層１６の表面硬度に起因してより優れた耐摩耗性を有する。

【0042】

青銅（１２５＜Ｒｅ＜１７５ＭＰａ）、黄銅（Ｒｅ≒１８０ＭＰａ）および銅アルミニウムのリングと比較して、リング１０は、より優れた耐摩耗性を有する。

【0043】

全体的にまたは表面的に硬化された鋼鉄から作られたリングと比較して（高周波誘導加熱均熱、セメント結合）、リング１０は、より優れた耐ジャミング性およびより優れた荷重適合能力を有する。

【0044】

ボア内に硬質のジャミング防止コーティングを施したリング（溶射、ＰＶＤ、化学的Ｎｉ、硬質Ｃｒなど）と比較して、摩耗および衝撃を受けたコーティングの剥離を回避するために著しい機械的特性（Ｒｅ＞６００ＭＰａ）を有する材料を必要とするが、リング１０は、あまり著しくない機械的特性（Ｒｅ＜６００ＭＰａ）を有する金属材料から作られてもよく、上で提示されている様々な利点をもたらす。

【0045】

リングと、リング内で１０００時間回転できるシャフトとを備える２つの機械システムを使用して比較試験が行われる。
リングがＲｅ＞６００ＭＰａの鋼鉄から作られるときには、適合が不十分であり、荷重はうまく分散されず、荷重が最大となる場所で係数ｐ．Ｖが高くなり、シャフトの著しい摩耗が生じる。

【0046】

リング１０が本発明によるものであり、Ｒｅ＜６００ＭＰａで、ジャミング防止表面処理が施されているときには、適合は十分であり、荷重はよく分散され、係数ｐ．Ｖは制限され、シャフト２０の摩耗は上記の場合よりもかなり少ないことがわかる。

【0047】

本体部１２の半径方向平面での断面を作ることによって、リング１０をより具体的に特徴付けることが求められる。これは、リング１０の加工硬化およびその機械的特性の向上を示すことを可能にする。本体部１２は、３％の変形を受けている、すなわち、ボア１４の直径は３％増加した。変形されたボア１４の表面から０．６ｍｍのところで測定された本体部１２の硬度は、試験前の２６５Ｈｖ０．１に対して２９５Ｈｖ０．１になる、すなわち引張降伏強度Ｒｅは８５０ＭＰａから９５０ＭＰａになった。

【0048】

さらに、機械システム１は、本発明の範囲から逸脱することなく、図１および図２とは異なる形状であってもよい。

【0049】

図示されていない変更形態において、システム１は、リングとは異なるガイド部材１０を備えることができる。

【0050】

別の変更形態（図示せず）によれば、システム１は、シャフトとは異なる要素２０を備えることができ、この要素２０は軸Ｘ１を中心とする回転および／または軸Ｘ１に沿った並進で部材１０内を可動である。

【0051】

別の変更形態（図示せず）によれば、部材１０は、本発明による表面層１６を有する複数のボア１４を備えることができる。

【0052】

さらに、上で述べた様々な実施形態および変更形態の技術的特徴は、全体として、または一部のみで、組み合わせることができる。したがって、機械システム１およびガイド部材１０は、コスト、機能性、および性能の観点から適応され得る。

【符号の説明】

【0053】

１ 機械システム
１０ リング
１２ 本体部
１４ ボア
１６ 表面層
２０ シャフト

【図1】

【図2】