特表 2022-534416 多結晶ダイヤモンドリニア軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-29

(54)【発明の名称】多結晶ダイヤモンドリニア軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/24 20060101AFI20220722BHJP

【ＦＩ】

F16C33/24 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021570804

(86)(22)【出願日】2020-06-10

(85)【翻訳文提出日】2022-01-27

(86)【国際出願番号】 US2020037048

(87)【国際公開番号】W WO2021011128

(87)【国際公開日】2021-01-21

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521042998

【氏名又は名称】エックスアール ダウンホール リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100224672

【弁理士】

【氏名又は名称】深田 孝徳

(72)【発明者】

【氏名】プレヴォスト グレゴリー

(72)【発明者】

【氏名】キング ウィリアム ダブリュ

(72)【発明者】

【氏名】ミース デヴィッド ピー

(72)【発明者】

【氏名】リース マイケル アール

【テーマコード（参考）】

3J011

【Ｆターム（参考）】

3J011AA20

3J011BA07

3J011DA01

3J011KA02

3J011KA07

3J011MA02

3J011QA03

3J011SB02

3J011SB03

3J011SB12

3J011SB15

3J011SB20

3J011SE02

3J011SE10

(57)【要約】

【課題】ダイヤモンド溶媒－触媒軸受と係合される多結晶ダイヤモンド軸受面を含むリニア軸受アセンブリ、リニア軸受アセンブリを作って使用する方法を提供する。
【解決課題】リニア軸受アセンブリであって、面を有する本体を含むリニア軸受と、 前記面と結合されて多結晶ダイヤモンド軸受面を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素と、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する該材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素と、を含み、前記リニア軸受は、前記多結晶ダイヤモンド軸受面が前記ダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように前記対向構成要素と可動結合される、アセンブリである。
【選択図】図１Ｄ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リニア軸受アセンブリであって、
面を有する本体を含むリニア軸受と、
前記面と結合されて多結晶ダイヤモンド軸受面を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素と、
材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する該材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素と、
を含み、
前記リニア軸受は、前記多結晶ダイヤモンド軸受面が前記ダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように前記対向構成要素と可動結合される、
ことを特徴とするアセンブリ。

【請求項2】

前記多結晶ダイヤモンド軸受面は、５μｉｎよりも細かい面仕上げを有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項3】

前記対向軸受面は、硬化、メッキ、被覆、又はクラッディングされることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項4】

前記対向軸受面の前記材料は、該材料の前記全重量に基づいて５から１００重量％の前記ダイヤモンド溶媒－触媒を含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項5】

前記ダイヤモンド溶媒－触媒は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、又はタンタルを含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項6】

前記対向軸受面の前記材料は、超硬材料よりも軟質であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項7】

潤滑化されることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項8】

無潤滑のものであることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項9】

前記多結晶ダイヤモンド軸受面は、前記対向軸受面と直接接触していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項10】

流体フィルムが、前記多結晶ダイヤモンド軸受面と前記対向軸受面の間に位置決めされることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項11】

前記多結晶ダイヤモンド軸受面は、前記本体の前記面と面一であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項12】

前記多結晶ダイヤモンド軸受面は、前記本体の前記面の上方に隆起されることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項13】

前記多結晶ダイヤモンド軸受面は、平面、凸面、又は凹面であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項14】

前記多結晶ダイヤモンド軸受要素は、前記本体の前記面が前記対向軸受面から離間関係に維持されるように位置決めされることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項15】

前記多結晶ダイヤモンド軸受要素は、前記本体の前記面の上方に隆起され、
前記対向軸受面は、前記対向構成要素内の凹面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項16】

前記リニア軸受の前記本体は、その上に第２の対向軸受面を有し、
前記対向構成要素は、その上に第２の多結晶ダイヤモンド軸受要素を有し、
前記第２の多結晶ダイヤモンド軸受要素の多結晶ダイヤモンド軸受面が、前記第２の対向軸受面と係合される、
ことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項17】

前記リニア軸受は、中空シリンダの環帯を定める前記本体の前記面を有する該中空シリンダであり、
前記対向構成要素は、前記中空シリンダの前記環帯内に位置決めされた管状体であり、
前記管状体の外面が、その上の前記対向軸受面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項18】

前記対向構成要素は、中空シリンダの環帯を定める前記対向軸受面を有する該中空シリンダであり、
前記リニア軸受は、前記中空シリンダの前記環帯内に位置決めされた管状体であり、
前記管状体の外面が、前記本体の前記面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項19】

前記多結晶ダイヤモンド軸受要素は、少なくとも１つの湾曲した又は面取りしたエッジを有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項20】

荷重を担持する方法であって、
面を有する本体を含むリニア軸受と、該面と結合されて多結晶ダイヤモンド軸受面を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素とを与える段階と、
材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する該材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素を与える段階と、
前記多結晶ダイヤモンド軸受面が前記ダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように前記リニア軸受を前記対向構成要素と可動結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項21】

リニア軸受アセンブリであって、
面を有する本体を含むリニア軸受と、
前記面と結合されて多結晶ダイヤモンド軸受面を各々が有する複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素と、
材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する該材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素と、
を含み、
前記リニア軸受は、前記多結晶ダイヤモンド軸受面が前記ダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように前記対向構成要素と可動結合される、
ことを特徴とするアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１８年７月３０日出願の「超硬要素を有するローラーボールアセンブリ（Ｒｏｌｌｅｒ Ｂａｌｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」という名称の米国特許出願第１６／０４９，６３１号（係属中）の一部継続出願である。本出願はまた、それ自体が現在では米国特許第１０，４６５，７７５号として出されている２０１８年７月３０日出願の米国特許出願第１６／０４９，５８８号、２０１８年７月３０日出願の第１６／０４９，６０８号（係属中）、及び２０１８年７月３０日出願の第１６／０４９，６１７号（係属中）の一部継続出願である２０１９年５月２９日出願の「ダイヤモンド対ダイヤモンド反応材料軸受係合のための材料処理（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｄｉａｍｏｎｄ－ｏｎ－Ｄｉａｍｏｎｄ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔｓ）」という名称の米国特許出願第１６／４２５，７５８号（係属中）の一部継続出願である。米国特許出願第１６／４２５，７５８号、第１６／０４９，５８８号、第１６／０４９，６０８号、第１６／０４９，６１７号、及び第１６／０４９，６３１号の各々の全体は、引用によって本明細書に組み込まれている。

【0002】

本発明の開示は、多結晶ダイヤモンド軸受面を含むリニア軸受、それを含む装置及びシステム、及びそれを作って使用する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

リニア軸受は、機械ツールガイド、高精度位置決めテーブル、ロボット工学、積層造形プリンタ、移送シャトル、食品加工機器、及び半導体製造を含むがこれらに限定されない無数の用途に使用されている。リニア軸受は、典型的に滑り軸受又はローラーボール案内軸受の形態にある。多くの場合に、ローラーボール案内軸受は、それらが使用時に典型的により低い摩擦係数を与えるので好ましい。

【0004】

滑り軸受及びローラーボール案内軸受の両方は、潤滑又は無潤滑である場合がある。多くの事例では、無潤滑リニア軸受は、起動時に摩擦に起因して移動に対する抵抗を示し、この移動抵抗は、移動の精度に悪影響を及ぼす。しかし、リニア軸受内で摩擦を低減するために潤滑剤を使用することは、稼働中の保守の必要性が生じる可能性がある。潤滑剤は、更に、汚染を貯め込む可能性がある。

【0005】

多くの従来技術のリニア軸受は、再循環ボールを使用する。再循環ボールタイプの軸受は、直線往復運動と組み合わされた回転移動を示す場合がある往復運動円筒シャフトに対処する機能を有する。再循環ボール軸受は、適正に機能するのに多数の高精度ローラーボールと複雑なボール走行チャネルとを必要とする。ローラーボールが主要荷重担持構造点であるリニア軸受では、ローラーボール上へのかつ対向面に対する荷重が問題である。

【0006】

リニア軸受に関連する関連背景技術を提供する一部の参考文献は、米国特許第２，６９３，３９６号明細書、第３，６０３，６５２号明細書、第５，１９３，３６３号明細書、第４，４２８，６２７号明細書、第９，２２２，５１５号明細書、及び第５，６１８，１１４号明細書である。

【0007】

移動部品内で多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）要素が使用される時に、典型的には、係合面と対向係合面の両方は、多結晶ダイヤモンドから構成される。これは、少なくとも部分的には、炭化タングステンによって支持されるか又はされないかのいずれかである熱的安定多結晶ダイヤモンド（ＴＳＰ）と多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＤＣ）とがダイヤモンド反応材料の機械加工での使用に対する忌避として考えられてきたためである。ダイヤモンド反応材料は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、又はタンタルを含むダイヤモンド触媒又は溶媒元素（ダイヤモンド溶媒－触媒又はダイヤモンド触媒－溶媒とも呼ぶ）を微量よりも多く含有する金属、金属合金、複合材、硬化肉盛、コーティング、又はメッキを含む。更に、多結晶ダイヤモンドの使用のこの従来の忌避は、微量よりも多いダイヤモンド触媒又は溶媒元素を含有する鉄ベース、コバルトベース、及びニッケルベースの超合金を含むいわゆる「超合金」にまで及んでいる。移動部品でのある一定の面速度では、切削先端などで発生する荷重及び付随する温度は、多くの場合にダイヤモンドのグラファイト化温度（すなわち、約７００℃）を超え、これは、ダイヤモンド触媒又は溶媒元素の存在下で構成要素の急激な摩耗及び不良に至る可能性がある。理論に縛られることなく、特定の不具合機構は、機械加工されている炭素誘引材料との炭素含有ダイヤモンドの化学相互作用からもたらされると考えられる。ダイヤモンド触媒又は溶媒含有金属又は合金機械加工に対する多結晶ダイヤモンドの忌避に関連する例示的な参考文献は、米国特許第３，７４５，６２３号明細書である。ダイヤモンド触媒又はダイヤモンド溶媒含有材料の機械加工に対する多結晶ダイヤモンドの忌避は、そのような材料との接触がある全ての用途での多結晶ダイヤモンドの使用の回避を長きにわたって引き起こしてきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許出願第１６／０４９，６３１号明細書

【特許文献2】米国特許第１０，４６５，７７５号明細書

【特許文献3】米国特許出願第１６／０４９，５８８号明細書

【特許文献4】米国特許出願第１６／０４９，６０８号明細書

【特許文献5】米国特許出願第１６／０４９，６１７号明細書

【特許文献6】米国特許出願第１６／４２５，７５８号明細書

【特許文献7】米国特許第２，６９３，３９６号明細書

【特許文献8】米国特許第３，６０３，６５２号明細書

【特許文献9】米国特許第５，１９３，３６３号明細書

【特許文献10】米国特許第４，４２８，６２７号明細書

【特許文献11】米国特許第９，２２２，５１５号明細書

【特許文献12】米国特許第５，６１８，１１４号明細書

【特許文献13】米国特許第３，７４５，６２３号明細書

【特許文献14】米国特許第５，４４７，２０８号明細書

【特許文献15】米国特許第５，６５３，３００号明細書

【特許文献16】米国特許第６，６５５，８４５号明細書

【特許文献17】米国特許第７，１９８，０４３号明細書

【特許文献18】米国特許第８，６２７，９０４号明細書

【特許文献19】米国特許第５，３８５，７１５号明細書

【特許文献20】米国特許第８，４８５，２８４号明細書

【特許文献21】米国特許第６，８１４，７７５号明細書

【特許文献22】米国特許第５，２７１，７４９号明細書

【特許文献23】米国特許第５，９４８，５４１号明細書

【特許文献24】米国特許第４，９０６，５２８号明細書

【特許文献25】米国特許第７，７３７，３７７号明細書

【特許文献26】米国特許第５，０１１，５１５号明細書

【特許文献27】米国特許第３，６５０，７１４号明細書

【特許文献28】米国特許第２，９４７，６０９号明細書

【特許文献29】米国特許第８，７６４，２９５号明細書

【特許文献30】米国特許第３，５８２，１６１号明細書

【特許文献31】米国特許第３，７５２，５４１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

使用中に低い摩擦係数を示し、長い寿命を有し、点荷重を受けにくく、許容不能な摩耗増加なしに汚染に耐えることができ、かつ必ずしも潤滑剤を必要としないリニア軸受を有することが望ましいと考えられる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の開示の一部の実施形態は、リニア軸受アセンブリを含む。アセンブリは、面を備えた本体を有するリニア軸受を含む。多結晶ダイヤモンド軸受要素が、面と結合される。多結晶ダイヤモンド軸受要素は、多結晶ダイヤモンド軸受面を有する。アセンブリは、対向軸受面をその上に有する対向構成要素を含む。対向軸受面は、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する材料を有する。リニア軸受は、多結晶ダイヤモンド軸受面がダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように対向構成要素と可動結合される。

【0011】

本発明の開示の一部の実施形態は、荷重を担持する方法を含む。本方法は、面を備えた本体を有するリニア軸受と、この面と結合された多結晶ダイヤモンド軸受要素とを与える段階を含む。多結晶ダイヤモンド軸受要素は、多結晶ダイヤモンド軸受面を有する。本方法は、対向軸受面をその上に有する対向構成要素を与える段階を含む。対向軸受面は、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する材料を含む。本方法は、多結晶ダイヤモンド軸受面がダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるようにリニア軸受を対向構成要素と可動結合する段階を含む。

【0012】

本発明の開示の一部の実施形態は、リニア軸受アセンブリを含む。アセンブリは、面を備えた本体を有するリニア軸受を含む。複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素が、面と結合される。各多結晶ダイヤモンド軸受要素は、多結晶ダイヤモンド軸受面を有する。アセンブリは、対向軸受面をその上に有する対向構成要素を含む。対向軸受面は、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する材料を含む。リニア軸受は、多結晶ダイヤモンド軸受面がダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように対向構成要素と可動結合される。

【0013】

本発明の開示のシステム、装置、及び／又は方法の特徴及び利点をより詳細に理解することができるように、本明細書の一部を形成する添付図面に示すこれらのシステム、装置、及び／又は方法の実施形態を参照することにより、上記で簡単に要約した説明のより具体的な説明を行うことができる。しかし、これらの図面が様々な単に例示的実施形態しか示しておらず、従って、本発明の開示の概念は、他の有効な実施形態を含むことができるので、これらの図面を本発明の開示の概念を限定するものと見なすべきではないことに注意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1A】多結晶ダイヤモンド軸受要素の上面図である。

【図1B】複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素をその上に有するリニア軸受の上面図である。

【図1C】多結晶ダイヤモンド軸受要素の側面図である。

【図1D】対向軸受面と係合されて複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素をその上に有するリニア軸受の側面図である。

【図2A】複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素をその上に有するリニア軸受の上面図である。

【図2B】対向軸受面と係合された図２Ｂのリニア軸受の側面図である。

【図3A】その複数の面上に多結晶ダイヤモンド軸受要素を有するリニア軸受を描く図である。

【図3B】その複数の面上に多結晶ダイヤモンド軸受要素を有するリニア軸受を描く図である。

【図4A】その複数の面上に多結晶ダイヤモンド軸受要素を有するリニア軸受を描く図である。

【図4B】図４Ａのリニア軸受の別の図である。

【図5A】対向係合面と係合されて多結晶ダイヤモンド軸受要素の単一列をその上に有するリニア軸受の側面図である。

【図5B】図５Ａのリニア軸受の上面図である。

【図6A】対向係合面と係合されて多結晶ダイヤモンド軸受要素の複数の列を有するリニア軸受アセンブリの側面図である。

【図6B】図６Ａのリニア軸受の一部分の上面図である。

【図7A】管状体の対向係合面と係合されて複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素をその上に有する円筒リニア軸受アセンブリの端面図である。

【図7B】図７Ａのリニア軸受アセンブリの側面断面図である。

【図8A】異なる面輪郭を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素の様々な実施形態のうちの１つを描く図である。

【図8B】異なる面輪郭を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素の様々な実施形態のうちの１つを描く図である。

【図8C】異なる面輪郭を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素の様々な実施形態のうちの１つを描く図である。

【図8D】異なる面輪郭を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素の様々な実施形態のうちの１つを描く図である。

【図8E】異なる面輪郭を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素の様々な実施形態のうちの１つを描く図である。

【図9A】本発明の開示による連続スリーブ軸受を描く図である。

【図9B】本発明の開示による連続スリーブ軸受を描く図である。

【図9C】本発明の開示による連続スリーブ軸受を描く図である。

【図9D】本発明の開示による連続スリーブ軸受を描く図である。

【図10A】本発明の開示による開放スリーブ軸受を描く図である。

【図10B】本発明の開示による開放スリーブ軸受を描く図である。

【図10C】本発明の開示による開放スリーブ軸受を描く図である。

【図10D】本発明の開示による開放スリーブ軸受を描く図である。

【0015】

ここで、本発明の開示によるシステム、装置、及び方法を様々な例示的実施形態を示す添付図面を参照してより完全に以下に説明する。しかし、本発明の開示による概念は、多くの異なる形態に具現化することができ、本明細書に示す例示実施形態によって限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の開示が徹底的で完全なものになり、様々な概念の範囲及び実施の最良かつ好ましいモードを当業者に完全に伝えることになるように提供するものである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の開示のある一定の実施形態は、多結晶ダイヤモンド軸受面を含むリニア軸受、そのようなリニア軸受を含む装置及びシステム、及びそのようなリニア軸受を作って使用する方法を含む。一部の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、潤滑軸受である。他の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、無潤滑軸受である。

【0017】

本明細書に開示するリニア軸受は、その上に１又は２以上の多結晶ダイヤモンド軸受要素を含む。各多結晶ダイヤモンド軸受要素は、リニア軸受のダイヤモンド軸受面（「係合面」とも呼ぶ）を与える。望ましい構成に依存して、ダイヤモンド軸受面は、平坦面又は湾曲面（例えば、凹面又は、凸面）とすることができる。少なくとも一部の実施形態では、ダイヤモンド係合面は、対向軸受面（「対向係合面」とも呼ぶ）と係合され、この場合に、対向軸受面は、ダイヤモンド反応材料である。

【0018】

ダイヤモンド反応材料との多結晶ダイヤモンドのインタフェース
一部の実施形態では、本発明の開示は、リニア軸受のダイヤモンド軸受面とダイヤモンド溶媒－触媒面を含む対向軸受面との間の接触のインタフェースを規定する。例えば、多結晶ダイヤモンド面は、ダイヤモンド溶媒－触媒面との摺動接触及び／又は転動接触に向けてリニア軸受内の軸受面上に又はそれとして位置決めされて配置することができる。本明細書に使用する場合に、「係合面」又は「軸受面」は、リニア軸受の作動時に「係合面」又は「軸受面」が２つの構成要素の間の接触をインタフェースするようにリニア軸受の中に位置決めされて配置された材料又は構成要素（例えば、多結晶ダイヤモンド又はダイヤモンド反応材料）の面を意味する。一部の実施形態では、本明細書に開示するダイヤモンド軸受面は、流体フィルムをその間に挟まずに対向軸受面との直接接触（すなわち、境界潤滑）状態にある。一部の実施形態では、ダイヤモンド軸受面と対向軸受面の間には、これらの面が互いに直接接触状態にならず、この流体フィルムを通して係合されるように流体フィルムが発現することができる（すなわち、流体力学的潤滑）。一部の態様では、ダイヤモンド軸受面と対向軸受面の間の接触は、直接接触と流体フィルムの間（又はこれらの混合状態）にある（すなわち、混合境界潤滑）。

【0019】

ダイヤモンド軸受面
一部の実施形態では、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド面は、リニア軸受に結合された又は他にその中に又はそれと共に組み込まれた多結晶ダイヤモンド要素の面である。一部の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は、リニア軸受の面と面一であるように位置決めされる。他の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は、リニア軸受の面の上方に隆起されるように位置決めされる。他の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は、リニア軸受の面の下方に陥入するように位置決めされる。一部の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は、リニア軸受の面に対して静止状態にある。他の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は、リニア軸受の面に対して可動（例えば、順応的）である。本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド要素は、炭化タングステンによって支持されるか又はされないかのいずれかである熱的安定多結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＤＣ）とするか又はこれらを含むことができる。ある一定の用途では、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド要素は、外側多結晶ダイヤモンド面と支持炭化タングステンスラグの間に高コバルト含有量の転移層を有する。多結晶ダイヤモンド要素は、炭化タングステンによって支持することができるか又は支持されず、リニア軸受に直接装着された「独立タイプ」の多結晶ダイヤモンド要素とすることができる。多結晶ダイヤモンド要素は、未浸出、浸出、浸出及び再充填、熱的に安定、化学蒸着（ＣＶＤ）被覆されたもの、又は当業技術で公知の様々な手法で加工されたものとすることができる。

【0020】

一部の実施形態では、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド要素の係合面は、平面、凸面、又は凹面である。一部の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は、面取りエッジを有する。多結晶ダイヤモンド要素は、用途に依存して３ｍｍ（約１／８’’）程度の小さい直径又は７５ｍｍ（約３’’）程度の大きい直径を有することができる。一般的に、多結晶ダイヤモンド要素は、８ｍｍ（約５／１６’’）と２５ｍｍ（約１’’）の間の直径を有する。

【0021】

多結晶ダイヤモンド要素は、最も一般的に円筒形で利用可能であるが、本出願の技術は、正方形、矩形、楕円形、図を参照して本明細書に説明する形状のうちのいずれか、又は当業技術で公知のいずれかの他の適切な形状である多結晶ダイヤモンド要素を用いて実施することができることは理解される。

【0022】

多結晶ダイヤモンド要素は、対向軸受面上の多結晶ダイヤモンド要素係合面との重複接触に対する必要性の懸念なしに接触の望ましいインタフェースを提供するためのいずれかのパターン、レイアウト、間隔、又は千鳥配置でリニア軸受内に配置することができる。本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド要素は、一部の実施形態では、対向軸受面と適合するようには成形されない。本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド要素は、他の実施形態では対向軸受面と適合するように成形される。

【0023】

１つの性能基準は、多結晶ダイヤモンド要素が、対向係合面とのあらゆるエッジ接触を排除するように構成かつ位置決めされることである。一部の態様では、多結晶ダイヤモンド要素には、エッジアール処理が施される。

【0024】

ある一定の用途では、多結晶ダイヤモンド又は少なくともその係合面は、ラッピング又はポリッシングされ、任意的に高度にラッピング又は高度にポリッシングされる。少なくとも一部の用途では高度にポリッシングされた多結晶ダイヤモンドが使用されるが、本発明の開示の範囲は、高度にポリッシングされた多結晶ダイヤモンドに限定されず、高度にラッピング又はポリッシングされた多結晶ダイヤモンドを含む。本明細書に使用する場合に、面は、２０μｉｎの面仕上げ又は約１８μｉｎから約２２μｉｎの範囲である面仕上げのような約２０μｉｎの面仕上げを有する場合に「高度にラッピングされた」として定義される。本明細書に使用する場合に、面は、約１０μｉｎよりも細かいか又は約２μｉｎから約１０μｉｎまでの面仕上げを有する場合に「ポリッシングされた」として定義される。本明細書に使用する場合に、面は、約２μｉｎよりも細かいか又は約０．５μｉｎから約２μｉｎ未満までの面仕上げを有する場合に「高度にポリッシングされた」として定義される。一部の態様では、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド係合面は、０．５μｉｎから４０μｉｎ、２μｉｎから３０μｉｎ、５μｉｎから２０μｉｎ、又は８μｉｎから１５μｉｎの範囲であるか、又は２０μｉｎよりも小さく、１０μｉｎよりも小さく、又は２μｉｎよりも小さく、又はこれらの間のいずれかの範囲の面仕上げを有する。理論に縛られることなく、０．５μｉｎの面仕上げまでポリッシングされた多結晶ダイヤモンドは、２０～４０μｉｎの面仕上げを有する標準ラッピングされた多結晶ダイヤモンドの約半分の摩擦係数を有すると考えられる。Ｌｕｎｄ他に付与され、その全体が引用によって本明細書に組み込まれている米国特許第５，４４７，２０８号明細書及び第５，６５３，３００号明細書は、多結晶ダイヤモンドのポリッシングに関する開示を提供している。当業者には理解されるように、面テクスチャ又は面トポグラフィとも呼ぶ面仕上げは、起伏、面粗度、及び波形によって定義される面特徴である。面仕上げは、ＡＳＭＥ Ｂ４６．１－２００９に従って決定することができる。面仕上げは、例えば、粗面計、レーザ顕微鏡、又は原子間力顕微鏡を用いて測定することができる。一部の実施形態では、対向係合面は、０．５μｉｎから２，０００μｉｎ、１μｉｎから１，９００μｉｎ、５μｉｎから１，５００μｉｎ、１０μｉｎから１，２００μｉｎ、５０μｉｎから１，０００μｉｎ、１００μｉｎから８００μｉｎ、又は２００μｉｎから６００μｉｎまでの面仕上げを有する。一部の実施形態では、対向係合面は、係合面よりも大まかな（すなわち、粗い）面仕上げを有する。

【0025】

対向係合面
対向軸受面は、ダイヤモンド反応材料の面である。本明細書に使用する場合に、「ダイヤモンド反応材料」は、「ダイヤモンド触媒－溶媒」、「触媒－溶媒」、「ダイヤモンド溶媒－触媒」、又は「溶媒－触媒」とも呼ぶダイヤモンド触媒又はダイヤモンド溶媒を微量よりも多く含有する材料である。公知の溶媒－触媒の一部の例は、米国特許第６，６５５，８４５号明細書、米国特許第３，７４５，６２３号明細書、米国特許第７，１９８，０４３号明細書、米国特許第８，６２７，９０４号明細書、米国特許第５，３８５，７１５号明細書、米国特許第８，４８５，２８４号明細書、米国特許第６，８１４，７７５号明細書、米国特許第５，２７１，７４９号明細書、米国特許第５，９４８，５４１号明細書、米国特許第４，９０６，５２８号明細書、米国特許第７，７３７，３７７号明細書、米国特許第５，０１１，５１５号明細書、米国特許第３，６５０，７１４号明細書、米国特許第２，９４７，６０９号明細書、及び米国特許第８，７６４，２９５号明細書に開示されている。本明細書に使用する場合に、「微量」よりも多いダイヤモンド触媒又はダイヤモンド溶媒を含有するダイヤモンド反応材料は、ダイヤモンド反応材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセント（重量％）のダイヤモンド触媒又はダイヤモンド溶媒含有材料である。一部の態様では、本明細書に開示するダイヤモンド反応材料は、その全重量に基づいて２重量％から１００重量％、５重量％から９５重量％、１０重量％から９０重量％、１５重量％から８５重量％、２０重量％から８０重量％、２５重量％から７５重量％、２５重量％から７０重量％、３０重量％から６５重量％、３５重量％から６０重量％、４０重量％から５５重量％、又は４５重量％から５０重量％のダイヤモンド触媒又はダイヤモンド溶媒を含有する。当業者には理解されるように、ダイヤモンド溶媒－触媒は、例えば、荷重下でダイヤモンドのグラファイト化温度（すなわち、約７００℃）又はそれよりも高い温度で多結晶ダイヤモンドと反応（例えば、触媒及び／又は可溶化）し、多結晶ダイヤモンドのグラファイト化をもたらす機能を有する化学元素、化合物、又は材料（例えば、金属）である。従って、ダイヤモンド反応材料は、荷重下でダイヤモンドのグラファイト化温度又はそれよりも高い温度でダイヤモンド先端式ツールのような多結晶ダイヤモンドで形成された又はそれを含有する構成要素の摩耗、時に急激な摩耗、及び不良をもたらす可能性がある材料を含む。ダイヤモンド反応材料は、微量よりも多いダイヤモンド溶媒－触媒を含有する金属、合金、及び複合材を含むがこれらに限定されない。一部の態様では、ダイヤモンド反応材料は、硬化肉盛、コーティング、又はメッキの形態にある。一部の例示的ダイヤモンド溶媒－触媒は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、タンタル、及びこれらの合金を含む。従って、ダイヤモンド反応材料は、微量よりも多い鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、タンタル、又はこれらの合金を含む材料とすることができる。一例示的ダイヤモンド反応材料は鋼鉄である。一部の態様では、ダイヤモンド反応材料は、鉄系超合金、コバルト系超合金、又はニッケル系超合金含むがこれらに限定されない超合金である。ある一定の態様では、ダイヤモンド反応材料は、いわゆる「超硬材料」ではない及び／又はそれを含まない（すなわち、特定的に除外する）。当業者には理解されるように、「超硬材料」は、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ、ヌープ硬さ、及び／又はビッカース硬さに従って決定することができる材料の硬度によって定義される材料の部類である。例えば、超硬材料は、ビッカース硬度試験によって測定された時に４０ギガパスカル（ＧＰａ）よりも大きい硬度値を有する材料を含む。本明細書に使用する場合に、「超硬材料」は、例えば、これらの硬度スケールのうちの１つに従って決定された場合に炭化タングステンタイル及び／又は炭化タングステン超硬合金を含む炭化タングステンと少なくとも同程度に硬質の材料である。当業者は、ブリネル硬さ試験を例えばＡＳＴＭ Ｅ１０－１８に従って実施することができ、ビッカース硬度試験を例えばＡＳＴＭ Ｅ９２－１７に従って実施することができ、ロックウェル硬度試験を例えばＡＳＴＭ Ｅ１８に従って実施することができ、ヌープ硬度試験を例えばＡＳＴＭ Ｅ３８４－１７に従って実施することができることを理解するであろう。本明細書に開示する「超硬材料」は、タイル炭化タングステン、炭化タングステン超硬合金、浸透された炭化タングステン母材、炭化珪素、窒化珪素、立方晶窒化ホウ素、及び多結晶ダイヤモンドを含むがこれらに限定されない。従って、一部の態様では、「ダイヤモンド反応材料」は、上述の硬度試験のうちの１つ、例えば、ブリネル硬さに従って決定された場合に超硬材料よりも軟質である（硬質ではない）例えば炭化タングステン（例えば、タイル又は超硬合金）よりも硬質ではない材料（例えば、金属、合金、複合材）で部分的又は全体的に構成される。

【0026】

対向軸受面は、金属又は合金の全重量に基づいて少なくとも２重量％のダイヤモンド溶媒－触媒を含有する金属又は合金であるか又はこれらを含む。ダイヤモンド溶媒－触媒は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、タンタル、又はこれらの合金とすることができる。対向軸受面は、金属又は合金の全重量に基づいて２重量％から１００重量％、５重量％から９５重量％、１０重量％から９０重量％、１５重量％から８５重量％、２０重量％から８０重量％、２５重量％から７５重量％、２５重量％から７０重量％、３０重量％から６５重量％、３５重量％から６０重量％、４０重量％から５５重量％、又は４５重量％から５０重量％のダイヤモンド溶媒－触媒（例えば、２から１００重量％の鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、タンタル、又はこれらの合金）を含有する金属又は合金であるか又はそれを含む。

【0027】

一部の態様では、対向軸受面は、それに炭素が付加されたものである。一部のそのような態様では、炭素は、ダイヤモンド軸受面との係合の前に対向軸受面に付加される。例えば、対向軸受面には、炭素を飽和させることができる。理論に縛られることなく、そのような炭素付加は、対向軸受面内で多結晶ダイヤモンド要素の面のグラファイト化によって炭素を誘引するダイヤモンド溶媒－触媒の機能を低減すると考えられる。すなわち、対向軸受面に付加される炭素は、炭素犠牲層として機能する。更に、対向面は、’７５８出願に開示及び説明されている方法のうちのいずれかによって処理することができる。本明細書に開示する対向軸受面は、少なくとも２重量％のダイヤモンド溶媒－触媒を含有する面とすることができる。

【0028】

一部の実施形態では、対向軸受面は、米国特許出願第１６／４２５，７５８号明細書により処理された面である。例えば、対向軸受面（対向係合面とも呼ぶ）は、バニシ仕上げ及びショットピーニングを含む冷間加工及び加工硬化、及び／又は無心焼入れ、肌焼入れ、及びサブゼロ低温凍結処理を含む熱処理工程等によって硬化させることができる。同様に、対向軸受面は、クロムメッキを含む電解メッキ、無電解メッキ、リン酸塩処理、物理蒸着（ＰＶＤ）と化学蒸着（ＣＶＤ）とを含む蒸着、又は陽極処理等によってメッキ及び／又は被覆することができる。同様に、対向軸受面は、ロールボンディング、レーザクラッディング、又は爆発溶接等によってクラッディングすることができる。

【0029】

リニア軸受
一部の実施形態は、ダイヤモンド溶媒－触媒の１又は２以上の対向軸受面と係合された１又は２以上の多結晶ダイヤモンド軸受面を含むリニア軸受を含む。一部の実施形態では、多結晶ダイヤモンド軸受面は、高度にラッピングされた面、ポリッシングされた面、又は高度にポリッシングされた面である。リニア軸受の多結晶ダイヤモンド軸受面は、ダイヤモンド溶媒－触媒面である対向軸受面（すなわち、リニア軸受の対向面）との摺動係合状態にある。リニア軸受の望ましい構成に依存して、ダイヤモンド軸受面と対向軸受面の間の摺動係合は、平坦面インタフェース、湾曲（例えば、円筒形面インタフェース、又は平坦面インタフェースと湾曲面インタフェースの組合せとすることができる。

【0030】

図１Ａは、多結晶ダイヤモンド軸受要素１００を示している。多結晶ダイヤモンド軸受要素１００は、支持体１０４上に支持された多結晶ダイヤモンド１０６を有する。多結晶ダイヤモンド１０６は、ダイヤモンド軸受面１０２を有する。ダイヤモンド軸受面１０２は、ラッピングされた、高度にラッピングされた、ポリッシングされた、又は高度にポリッシングされたものとすることができる。

【0031】

図１Ｂは、リニア軸受１０８を示している。リニア軸受１０８は、本体の面１１０を含む。面１１０には、ダイヤモンド軸受面１０２を各々が有する複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素１００が結合される。複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素１００は、ダイヤモンド軸受面１０２が面１１０の上方に隆起されるように又はダイヤモンド軸受面１０２が面１１０と面一になるように面１１０と結合することができる。図１Ｂに示すように、多結晶ダイヤモンド軸受要素１００は、面１１０上に千鳥配置行パターンに配置することができる。当然ながら、本発明の開示はこの配置に限定されず、多結晶ダイヤモンド軸受要素は、他のパターンに配置することができ、又はランダムに配置することができる。

【0032】

図１Ｃは、ダイヤモンド軸受面１０２を有し、支持体１０４上に支持された多結晶ダイヤモンド１０６を含む図１Ａの多結晶ダイヤモンド軸受要素１００の側面図を示している。

【0033】

図１Ｄは、対向軸受面１１４を有する対向軸受要素１１２（又は対向構成要素）と係合された図１Ｂのリニア軸受１０８を含む軸受アセンブリ１０００の側面を示している。対向軸受面１１４は、ダイヤモンド溶媒－触媒材料の面である。

【0034】

図１Ｄの実施形態では、ダイヤモンド軸受面１０２が面１１０の上方に隆起されるように複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素１００が面１１０と結合される。従って、リニア軸受１０８が対向軸受要素１１２と係合された時に、ダイヤモンド軸受面１０２は対向軸受面１１４に係合するが、面１１０は、対向軸受面１１４から離間し、それと係合されない。しかし、本発明の開示はこの特定の配置に限定されず、ダイヤモンド軸受面がリニア軸受の面と面一になるように複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素をリニア軸受の面と結合することができる。そのような面一装着式実施形態では、ダイヤモンド軸受面とリニア軸受との面は、両方共に対向軸受面と接触状態になると考えられる（任意的に同時に）。対向軸受面１１４を単一面として示すが、本発明の開示はこの特定の配置に限定されず、対向軸受面は、複数の不連続面とすることができる。同様に、多結晶ダイヤモンド要素１００を複数のダイヤモンド軸受面１０２を与えるものとして示すが、本発明の開示はこの特定の配置に限定されず、ダイヤモンド軸受面は、単一多結晶ダイヤモンド要素によって与えられた単一面とすることができる。

【0035】

軸受アセンブリ１０００内では、リニア軸受１０８と対向軸受要素１１２は、これらの一方が他方に対して移動（例えば、摺動）するように移動（例えば、摺動）係合する。

【0036】

図２Ａは、面２１０を含むリニア軸受２０８を示している。面２１０には、複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素２００が結合される。各多結晶ダイヤモンド軸受要素２００は、支持体２０４上に支持された多結晶ダイヤモンド２０６を含み、各多結晶ダイヤモンド２０６はダイヤモンド軸受面２０２を有する。

【0037】

図２Ｂは、対向軸受面２１４を有する対向軸受要素２１２と係合された図２Ａのリニア軸受２０８を含む軸受アセンブリ２０００の側面を示している。対向軸受面２１４は、ダイヤモンド溶媒－触媒材料の面である。図２Ｂの実施形態では、複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素２００は、ダイヤモンド軸受面２０２が面２１０の上方に隆起されるように面２１０と結合される。従って、リニア軸受２０８が対向軸受要素２１２と係合された時に、ダイヤモンド軸受面２０２は対向軸受面２１４に係合するが、面２１０は、対向軸受面２１４から離間し、それと係合されない。図２Ｂに示すように、支持体２０４は、面２１０の中に少なくとも部分的に埋め込まれる。

【0038】

図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれが面３１０及び３１１を有し、これらの面に角度３１３での曲げ部を含む多面リニア軸受３０８ａ及び３０８ｂを示している。図３Ａに示すように、多結晶ダイヤモンド要素３００（支持体３０４上の多結晶ダイヤモンド３０６）は、それが面３１１と結合され、ダイヤモンド軸受面３０２が面３１０に係合するように面３１０及び３１１に対して位置決めされて配置される。図３Ｂに示すように、多結晶ダイヤモンド要素３００は、それが面３１０と結合され、ダイヤモンド軸受面３０２が面３１１に係合するように面３１０及び３１１に対して位置決めされて配置される。従って、多結晶ダイヤモンド要素３００は、リニア軸受３０８ａ内では隣接対向係合面３１０に係合するように配置され、リニア軸受３０８ｂ内では隣接対向係合面３１１に係合するように位置決めされる。図３Ａ及び図３Ｂでは面一装着されないものとして示されているが、一部の実施形態では、多結晶ダイヤモンド要素は面一装着される。

【0039】

図４Ａ及び図４Ｂは、非平坦面４１１を有する多面リニア軸受４０８を示している。多結晶ダイヤモンド要素４００（支持体４０４上の多結晶ダイヤモンド４０６を含む）は、ダイヤモンド軸受面４０２が対向軸受面４１０に係合するように面４１１上に面４１０に対して位置決めされて配置される。

【0040】

図５Ａは、対向軸受要素５１２の対向軸受面５１４と移動係合したリニア軸受５０８を含む軸受アセンブリ５０００を示している。図５Ｂは、対向軸受要素５１２から分離した状態にあるリニア軸受要素５０８の上面図である。図５Ａに示すように、多結晶軸受要素５００（支持体５０４上の多結晶ダイヤモンド５０６を含む）は、凹面湾曲対向軸受面５１４と係合された凸面湾曲ダイヤモンド軸受面５０２（例えば、ドーム形面）を有する。多結晶軸受要素５００は、面５１０が対向軸受面５１４及び対向軸受面５１５からの離間関係に維持されるようにサイズ決定及び配置される。図５Ａ及び図５Ｂの実施形態は、位置合わせされた多結晶軸受要素５００の単一の直線列を有する。しかし、本発明の開示はそのような配置に限定されず、多結晶軸受要素の複数の列を含むことができる。

【0041】

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、多結晶ダイヤモンド軸受要素は、軸受アセンブリ内の１つの面のみの上に配置されることに限定されない。図６Ａを参照すると、軸受アセンブリ６０００は、リニア軸受６０８ｂと移動係合したリニア軸受６０８ａを含む。リニア軸受６０８ａは、ダイヤモンド軸受面６０２ａを有する多結晶ダイヤモンド軸受要素６００ａの単一列を含む。リニア軸受６０８ａは、多結晶ダイヤモンド軸受要素６００ａの単一列の両側に１つずつ、対向係合面６１４ａの２つの列を更に含む。リニア軸受６０８ｂは、ダイヤモンド軸受面６０２ｂを有する多結晶ダイヤモンド軸受要素６００ｂの２つの列を含む。リニア軸受６０８ｂは、多結晶ダイヤモンド軸受要素６００ｂの２つの行の間に対向係合面６１４ｂの単一列を更に含む。リニア軸受６０８ａがリニア軸受６０８ｂと移動係合すると、ダイヤモンド軸受面６０２ａは対向軸受面６１４ｂと係合され、ダイヤモンド軸受面６０２ｂは対向軸受面６１４ａに係合する。従って、リニア軸受６０８ａ及び６０８ｂの各々が、対向リニア軸受の対向軸受面との係合のためのダイヤモンド軸受面を与え、更に対向リニア軸受のダイヤモンド軸受面との係合のための対向軸受面（ダイヤモンド反応材料の）を与える。面６１０ａと６１０ｂとは、互いにの離間関係に維持される。

【0042】

図７Ａ及び図７Ｂは、管状体と係合された軸受要素を含む軸受アセンブリを示している。軸受アセンブリ７０００は、管状体７１２と移動係合した軸受要素７０８を含む。軸受要素７０８は、その中空又はキャビティ７０９を定める面７１０の環帯を有する中空シリンダである。多結晶ダイヤモンド７０６のダイヤモンド軸受面７０２が軸受要素７０８のキャビティ７０９の中に向くように配置されるように、支持体７０４と多結晶ダイヤモンド７０６とを各々が含む複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素７００は、面７１０と結合されてその周りに配置される。管状体７１２の外面は、対向軸受面７１４を定める。管状体７１２は、対向軸受面７１４が軸受要素７０８の多結晶ダイヤモンド軸受要素７００によって外周から囲まれるようにキャビティ７０９の中に配置される。ダイヤモンド軸受面７０２は、対向軸受面７１４と係合され、面７１０が対向軸受面７１４に対する離間関係に維持されるように面７１０から延びるように位置決めされる。当業者は、図７Ａ及び図７Ｂの配置を本発明の開示の範囲から逸脱することなく逆転させることができることを理解するであろう。すなわち、中空シリンダの内面が対向軸受面を定めることができ、多結晶ダイヤモンド軸受要素を対向軸受面との係合に向けて管状体の外面上に配置することができる。管状体７１２を中空として示すが、一部の実施形態では管状体７１２は中実とすることができる。

【0043】

図８Ａ～図８Ｅは、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド軸受要素の様々な実施形態を示している。図８Ａ～図８Ｅから明らかなように、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド軸受要素は、様々な形状、輪郭、及び面特徴を有することができる。当然ながら、当業者は、本明細書に開示する多結晶ダイヤモンド軸受要素が、図８Ａ～図８Ｅに図示の実施形態に限定されないことを理解するであろう。図８Ａは、支持要素８０４上に支持された多結晶ダイヤモンド８０６を含む多結晶ダイヤモンド軸受要素８００ａを示している。多結晶ダイヤモンド８０６は、湾曲エッジ又は面取りエッジ８０３と、直線エッジ８０１と、多結晶ダイヤモンド軸受面８０２とを有する。そのような湾曲又は面取りは、ある一定の用途では、多結晶ダイヤモンド８０６と対向軸受面の間のエッジ接触を排除することができる。図８Ｂの多結晶ダイヤモンド軸受要素８００ｂは、ダイヤモンド軸受面８０２に対して湾曲エッジ又は面取りエッジ８０３とは異なる角度で湾曲した又は面取りされた湾曲エッジ又は面取りエッジ８０５を有する点を除いて図８Ａと実質的に類似である。図８Ｃの多結晶ダイヤモンド軸受要素８００ｃは、ダイヤモンド軸受面８０２に対して湾曲エッジ又は面取りエッジ８０３とは異なる角度で湾曲した又は面取りされた湾曲エッジ又は面取りエッジ８０７を有する点を除いて図８Ａと実質的に類似である。更に、湾曲エッジ又は面取りエッジ８０７は、支持体８０４まで延びて直線エッジ部分を欠き、それに対して図８Ａの多結晶ダイヤモンド８０６は、直線エッジ部分８０１を有する。図８Ｄの多結晶ダイヤモンド軸受要素８００ｄは、ダイヤモンド軸受面８０２に対して湾曲エッジ又は面取りエッジ８０７とは異なる角度で湾曲した又は面取りされた湾曲エッジ又は面取りエッジ８０９を有する点を除いて図８Ｃと実質的に類似である。更に、図８Ｄのものでは、支持体８０４も湾曲エッジ又は面取りエッジ８１１を有する。図８Ｅの多結晶ダイヤモンド軸受要素８００ｅは、複数の異なる湾曲エッジ又は面取りエッジ８１３、８１５、及び８１７を有する点を除いて図８Ａと実質的に類似である。これらの図に示す多結晶ダイヤモンドは、支持要素上に支持されるものとして示したものであるが、本発明の開示は、そのような多結晶ダイヤモンドに限定されず、無支持多結晶ダイヤモンドを含むことができる。

【0044】

リニア軸受スリーブ
図９Ａ～図９Ｄは、本明細書に開示するリニア軸受の連続スリーブ軸受としての例示的用途を示している。軸受アセンブリ９０００は、管状体９１２と移動係合した軸受要素９０８を含む。軸受要素９０８は、本体９１１に結合された中空シリンダ９０９を含む。多結晶ダイヤモンド軸受要素９００は、そのダイヤモンド軸受面９０２が管状体９１２に対面するように配置されるように、中空シリンダ９０９の環帯とその面上で結合されてこの環帯の中に配置される。管状体９１２の外面は、対向軸受面９１４を定める。管状体９１２は、対向軸受面９１４が多結晶ダイヤモンド軸受要素９００によって外周から囲まれるように中空管状体９０９のキャビティ内に位置決めされる。ダイヤモンド軸受面９０２は、対向軸受面９１４に係合するように位置決めされる。当業者は、図９Ａ～図９Ｄの配置を本発明の開示の範囲から逸脱することなく逆転させることができることを理解するであろう。すなわち、中空シリンダの内面が対向軸受面を定めることができ、多結晶ダイヤモンド軸受要素を対向軸受面との係合に向けて管状体の外面上に配置することができる。管状体９１２を中実として示すが、一部の実施形態では管状体は中空とすることができる。

【0045】

図１０Ａ～図１０Ｄは、本明細書に開示するリニア軸受の開放連続スリーブ軸受としての例示的用途を示している。軸受アセンブリ１００００は、レール１０１２と移動係合した軸受要素１００８を含む。レール１０１２は、その管状部分がベース１００７と結合される点を除いて管状体９１２と同様である。軸受要素１００８は、本体１０１１に結合された中空シリンダ１００９を含む。中空シリンダ１００９は、それが１つの側面１００３で開いている点を除いて中空シリンダ９０９と同様である。更に、本体１０１１も、それが１つの側面１００５で開いている点を除いて本体９１１と同様である。多結晶ダイヤモンド軸受要素１０００は、そのダイヤモンド軸受面１００２がレール１０１２に対面するように配置されるように、中空シリンダ１００９の環帯とその面上で結合されてこの環帯の中に配置される。レール１０１２の外面は、対向軸受面１０１４を定める。レール１０１２は、対向軸受面１０１４が多結晶ダイヤモンド軸受要素１０００によって外周から囲まれるように中空管状体１００９のキャビティ内に位置決めされる。ダイヤモンド軸受面１００２は、対向軸受面１０１４に係合するように位置決めされる。当業者は、図１０Ａ～図１０Ｄの配置を本発明の開示の範囲から逸脱することなく逆転させることができることを理解するであろう。すなわち、中空シリンダの内面が対向軸受面を定めることができ、多結晶ダイヤモンド軸受要素を対向軸受面との係合に向けて管状体の外面上に配置することができる。

【0046】

用途
本発明の開示は、（１）使用中の低い摩擦係数、（２）長い運用寿命、（３）点荷重の受け難さ、（４）許容不能な摩耗増加を伴わずに汚染に耐える機能、（５）潤滑剤を用いずに成功裏に作動する機能、又は（６）これらの組合せを示すことができるリニア軸受を規定する。一部の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、０．１又はそれ未満、０．０５又はそれ未満、０．０１又はそれ未満、又は０．０１から０．１までの摩擦係数（ＣｏＦ）を示す。

【0047】

ある一定の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、機械ツールガイド、高精度位置決めテーブル、ロボット工学、積層造形プリンタ、移送シャトル、食品加工機器、及び半導体製造での使用に適している。当然ながら、本明細書に開示するリニア軸受は、これらの特定の例示的用途に限定されず、米国特許第２，６９３，３９６号明細書、第３，５８２，１６１号明細書、第３，６０３，６５２号明細書、第３，７５２，５４１号明細書、第５，１９３，３６３号明細書、第４，４２８，６２７号明細書、第９，２２２，５１５号明細書、及び第５，６１８，１１４号明細書に開示されている用途のようなリニア軸受が使用される他の用途に使用することができる。一部の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、軸線に沿って２つの反対方向の自由直線運動を可能にするように構成された直線運動軸受又はリニアスライドである。一部のそのような実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、モータ駆動構成要素に対して軸受を提供する。他の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、ダブテールスライド、複合スライド、又はラックスライドのような平軸受である。一部の実施形態では、本明細書に開示するリニア軸受は、比較的重い及び／又は大きい構造物に荷重スライド機能を与えるなどのためのそのような構造物に対する軸受として使用される。例えば、本明細書に開示するリニア軸受は、スキッド板上で油田リグのような重機を移動するのに使用することができる。本明細書に開示するリニア軸受は、橋梁内の伸縮継手、建築物、及びパイプライン支持構造物のような大きい構造物に摺動機能を与え、それによってそのような構造物の移動を可能にするのに使用することができる。

【0048】

実施形態
ここで、ある一定の実施形態を以下に説明する。

【0049】

実施形態１．面を備えた本体を含むリニア軸受と、面と結合され、多結晶ダイヤモンド軸受面を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素と、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素とを含み、多結晶ダイヤモンド軸受面がダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるようにリニア軸受が対向構成要素と可動結合されるリニア軸受アセンブリ。

【0050】

実施形態２．多結晶ダイヤモンド軸受面が、５μｉｎよりも細かい面仕上げを有する実施形態１のアセンブリ。

【0051】

実施形態３．対向軸受面が、硬化された、メッキされた、被覆された、又はクラッディングされたものである実施形態１又は２のいずれかのアセンブリ。

【0052】

実施形態４．対向軸受面の材料が、その全重量に基づいて５重量％から１００重量％のダイヤモンド溶媒－触媒を含む実施形態１から３のいずれかのアセンブリ。

【0053】

実施形態５．ダイヤモンド溶媒－触媒が、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、銅、チタン、又はタンタルを含む実施形態１から４のいずれかのアセンブリ。

【0054】

実施形態６．対向軸受面の材料が、超硬材料よりも軟質である実施形態１から５のいずれかのアセンブリ。

【0055】

実施形態７．リニア軸受アセンブリが、潤滑化されたものである実施形態１から６のいずれかのアセンブリ。

【0056】

実施形態８．リニア軸受アセンブリが、無潤滑のものである実施形態１から６のいずれかのアセンブリ。

【0057】

実施形態９．多結晶ダイヤモンド軸受面が、対向軸受面と直接接触している実施形態１から８のいずれかのアセンブリ。

【0058】

実施形態１０．多結晶ダイヤモンド軸受面と対向軸受面の間に流体フィルムが位置決めされる実施形態１から８のいずれかのアセンブリ。

【0059】

実施形態１１．多結晶ダイヤモンド軸受面が、本体の面と面一である実施形態１から１０のいずれかのアセンブリ。

【0060】

実施形態１２．多結晶ダイヤモンド軸受面が、本体の面の上方に隆起される実施形態１から１０のいずれかのアセンブリ。

【0061】

実施形態１３．多結晶ダイヤモンド軸受面が、平面、凸面、又が、凹面である実施形態１から１２のいずれかのアセンブリ。

【0062】

実施形態１４．多結晶ダイヤモンド軸受要素が、本体の面が対向軸受面から離間関係に維持されるように位置決めされる実施形態１から１３のいずれかのアセンブリ。

【0063】

実施形態１５．多結晶ダイヤモンド軸受要素が、本体の面の上方に隆起され、対向軸受面が、対向構成要素内の凹面である実施形態１から１４のいずれかのアセンブリ。

【0064】

実施形態１６．リニア軸受の本体が、その上に第２の対向軸受面を有し、対向構成要素が、その上に第２の多結晶ダイヤモンド軸受要素を有し、第２の多結晶ダイヤモンド軸受要素の多結晶ダイヤモンド軸受面が、第２の対向軸受面に係合する実施形態１から１５のいずれかのアセンブリ。

【0065】

実施形態１７．リニア軸受が、中空シリンダの環帯を定める本体の面を有する中空シリンダであり、対向構成要素が、中空シリンダの環帯の中に配置された管状体であり、管状体の外面が、対向構成要素上の対向軸受面である実施形態１から１６のいずれかのアセンブリ。

【0066】

実施形態１８．対向構成要素が、中空シリンダの環帯を定める対向軸受面を有する中空シリンダであり、リニア軸受が、中空シリンダの環帯の中に配置された管状体であり、管状体の外面が、本体の面である実施形態１から１６のいずれかのアセンブリ。

【0067】

実施形態１９．多結晶ダイヤモンド軸受要素が、少なくとも１つの湾曲エッジ又は面取りエッジを有する実施形態１から１８のいずれかのアセンブリ。

【0068】

実施形態２０．面を備えた本体を含むリニア軸受と、面と結合され、多結晶ダイヤモンド軸受面を有する多結晶ダイヤモンド軸受要素とを与える段階と、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素を与える段階と、多結晶ダイヤモンド軸受面がダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるようにリニア軸受を対向構成要素と可動結合する段階と含む荷重を担持する方法。

【0069】

実施形態２１．
面を備えた本体を含むリニア軸受と、面と結合され、多結晶ダイヤモンド軸受面を各々が有する複数の多結晶ダイヤモンド軸受要素と、材料の全重量に基づいて少なくとも２重量パーセントのダイヤモンド溶媒－触媒を含有する材料を含む対向軸受面をその上に有する対向構成要素とを含み、リニア軸受が、多結晶ダイヤモンド軸受面がダイヤモンド溶媒－触媒と係合されるように対向構成要素と可動結合されるリニア軸受アセンブリ。

【0070】

以上の実施形態及び利点を詳細に説明したが、本発明の開示の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更、置換、及び修正を加えることができることを理解しなければならない。更に、本発明の開示の範囲は、本明細書に説明する工程、機械、製造、物質組成、手段、方法、及び段階の特定の実施形態に限定されるように意図したものではない。当業者は本発明の開示から直ちに理解されるように、本明細書に説明する対応する実施形態と実質的に同じ機能を実施するか又は実質的に同じ結果をもたらす既存の又は今後に開発されることになる工程、機械、製造、物質組成、手段、方法、又は段階を本発明の開示に従って利用することができる。従って、特許請求の範囲は、そのような工程、機械、製造、物質組成、手段、方法、又は段階をその範囲内に含むように意図している。

【符号の説明】

【0071】

１０２ ダイヤモンド軸受面
１０６ 多結晶ダイヤモンド
１０８ リニア軸受
１１４ 対向軸受面
１０００ 軸受アセンブリ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【国際調査報告】