JP6066916B2 - アッセンブリ、摩擦力結合部を形成する方法、コーティングされた軸受構成部材及び摩擦を増大させる塗料 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦を増大させる塗料に関する。さらに本発明は、コーティングされた機械部品、２つの機械部品を備えるアッセンブリ及び２つの機械部品間の摩擦力結合部を形成する方法に関する。

機械部品は、例えば、結合のために設けられた接触面の領域において高い圧着圧で押し合わされることにより、互いに高信頼性に結合可能である。圧着圧は、例えばボルト、ねじ又はこれに類する結合手段により形成可能である。これらの結合手段は、機械部品を接触面に対して横切る方向、特に垂直に、互いに締め付ける。接触面間の摩擦から結果的に生じる摩擦力が超えられない限り、機械部品からなる結合体は、機械的に安定である。すなわち、機械部品間の相対運動は起こらない。同じことは、摩擦モーメントについても言える。

摩擦力の高さは、接触面の圧着圧及び摩擦係数に依存している。危険な状況は、加えられる力に最大で対抗し得る摩擦力が超えられてしまうほどに、結合体に作用する負荷が高い場合に発生し得る。このような状況において、本来は引張り負荷のために設計されている結合手段に、剪断負荷が働き、結合手段が故障したり、結合体が内部運動により破壊されたりする恐れがある。それゆえ結合体は、与えることができる摩擦力が、予定される運転条件下で、様々な力により超えられることがないように設計されることが望ましい。

高い摩擦力は、高い圧着圧及び高い摩擦係数により達成可能である。所定の限度内であれば、相応に高い圧着圧による高い摩擦力の達成は、まだ比較的容易に可能である。しかし、圧着圧が極めて高い場合、ますます高い要求が、結合手段の引張り負荷に対する負荷容量と、結合すべき機械部品の圧縮負荷に対する負荷容量とに課されることになる。これらの要求を満たすことは、ますます困難であるか、又は、仮に満たすことができたとしても、容認できない程の手間あるいはコストをもってしてのみ可能である。それゆえ、特に結合体が高い負荷に曝されている用途においては、できる限り高い摩擦係数を達成することが望ましい。このような用途の例は、軸受、特に風力発電設備のロータ軸受の固定である。このような用途では、できる限り高い摩擦モーメントを軸受、例えば複列円錐ころ軸受のインナレース又はアウタレースと、対応する固定フランジとの間に達成することが必要であるか、又は望ましい場合がある。同じことは、複数のインナレースを備える軸受についても言える。このような場合、インナレース間の相対運動は、回避されることが望ましい。

本発明の課題は、２つの機械部品の接触面間にできる限り高い摩擦係数を達成することである。特に摩擦係数は、ＴＬ／ＴＰ‐ＫＯＲ‐Ｓｔａｈｌｂａｕｔｅｎ，Ａｎｈａｎｇ Ｅ，Ｂｌａｔｔ ８５，Ｖｅｒｋｅｈｒｓｂｌａｔｔ‐Ｄｏｋｕｍｅｎｔ Ｎｒ．Ｂ５２５９に記載の亜鉛粉塵を有するアルカリシリケートをベースとする耐滑動性の結合部のための公知のコーティング材料の所定の表面品質で提供され得る摩擦係数と比較して、より高いことが望ましい。好ましくは、高い摩擦係数は、表面の事前の吹付け加工（Ｓｔｒａｈｌｅｎ）なしに達成され、その結果、表面の手間のかかる準備が不要であり、研磨性の粒子による軸受の汚れのリスクが存在しないことが望ましい。

この課題は、並列の関係にある請求項の特徴の組み合わせにより解決される。

本発明に係る摩擦を増大させる塗料は、内容物質としてバインダと硬質物質粒子とを含み、硬質物質粒子は、チタン‐ホウ素‐化合物を有するか、又はチタン‐ホウ素‐化合物からなる。

さらに本発明は、摩擦を増大させる塗料であって、内容物質としてバインダと硬質物質粒子とを含み、硬質物質粒子は、少なくとも２０００Ｎ／ｍｍ^２、好ましくは少なくとも２５００Ｎ／ｍｍ^２のヌープ硬度ＨＫ０．１を有する、摩擦を増大させる塗料に関する。例えばヌープ硬度ＨＫ０．１は、２６００Ｎ／ｍｍ^２であってよい。択一的に又は付加的に、硬質物質粒子は、少なくとも８．０、好ましくは少なくとも９．０のＭＯＳ硬度を有していてもよい。例えばＭＯＳ硬度は、９．５であってもよい。さらに硬質物質粒子は、室温で最大１×１０^−４Ωｃｍ、好ましくは最大５×１０^−５Ωｃｍの比電気抵抗を有している。特に硬質物質粒子は、室温で９〜１５×１０^−６Ωｃｍの比電気抵抗を有していてよい。

本発明は、極めて高い摩擦係数の達成を可能にするという利点を有している。別の利点は、機械部品の表面の手間のかかる準備、特に塗料を塗工すべき表面の吹付け加工が不要である点にある。プロセスを単純化する利点に対して付加的に、吹付け加工プロセスから生じる研磨性の物質の残渣が機械部品を永続的に損傷させるというリスクが回避される。

導電性の硬質物質粒子の使用により、塗料による機械部品の望ましくない電気絶縁は回避される。さらに、ほぼ全面的に導電性の塗料層を形成する可能性が与えられる。このことは、例えば有効な防食の形成に関して有利に作用し得る。

硬質物質粒子は、セラミック材料を有するか、又はセラミック材料からなっていてよい。セラミック材料により、安価に極めて高い硬さが実現される。

本発明に係る塗料は、ポリウレタンをベースとする塗料であってよい。この種の塗料は、最適に準備されていない下地にも極めて高い付着性を示す。原理的には、エポキシ樹脂をベースとする塗料も可能である。さらに塗料は、好ましくは１成分系である。１成分系は、処理に要する手間が極めて少ない。しかし、塗料を２成分系として形成することも可能である。

硬質物質粒子は、二ホウ化チタンを有するか、又は二ホウ化チタンからなっていてよい。二ホウ化チタンは、極めて高い硬さと、良好な導電性とを兼備している。

本発明に係る塗料は、防食塗料として形成されており、別の内容物質として防食材料を含んでいてもよい。このことは、表面上への塗料の塗布により付加的な手間なしに防食が達成されるという利点を有している。特に本発明に係る塗料は、防食材料として亜鉛を含んでいてよい。

防食材料は、導電性であってよい。特に防食材料は、少なくとも１×１０^６Ａ／Ｖｍ、好ましくは少なくとも１０×１０^６Ａ／Ｖｍの導電性を有していてよい。典型的な値は、１６．７〜１８．３×１０^６Ａ／Ｖｍである。防食材料は固体であってよい。固体は、特に、作用する圧力が強いときでも、塗料により形成される層の圧縮性が制限されているという利点も有している。このことから結果的に、この種の層により持続的に機械的に安定な結合体を形成する可能性が生じる。その際、防食材料は、硬質物質粒子より低い硬さを有していてよい。さらに防食材料は、少なくとも一部において粉末形状（Ｐｕｌｖｅｒｆｏｒｍ）であってよい。防食材料は、少なくとも一部において薄片形状（Ｌａｍｅｌｌｅｎｆｏｒｍ）であってもよい。特に防食材料は、亜鉛を有するか、又は亜鉛からなっていてよい。

本発明に係る塗料は、別の内容物質として別の硬質物質粒子を含んでいてよい。この別の硬質物質粒子は、上述の硬質物質材料とは別の機能に関して最適化可能である。例えば、ばらつきの少ない粒径を有し、これに応じて機械部品間のスペーサとして使用可能な別の硬質物質粒子が使用可能である。例えば、別の硬質物質材料は、炭化ホウ素を有するか、又は炭化ホウ素からなっていてよい。

さらに塗料は、溶媒、例えばナフサを含んでいてよい。

物質の成分の百分率に関して以下に挙げるすべての表示は、それぞれ体積に関する。すなわち、％表示は、それぞれ体積％である。

溶媒を含めた塗料の体積に関して、溶媒の割合は、２０〜４０％であってよい。その際、溶媒を含めた塗料は、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％の割合の硬質物質粒子を有していてよい。別の硬質物質粒子が存在する場合、塗料は、全体で少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％の割合の硬質物質粒子及び別の硬質物質粒子を有していてよい。さらに、溶媒を含めた塗料は、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％の割合の防食材料を有していてよい。

溶媒なしの体積に関して、塗料は、２０〜４０％の割合のバインダを含んでいてよい。これより高い割合のバインダは、不十分な防食を結果として伴う。バインダの割合がこれより低くなると、下地への塗料の十分な付着強度は、もはや保証されていない。さらに塗料は、溶媒なしの体積に関して最大で１０％の添加剤を含んでいてよい。例えば塗料は、添加剤としてチキソトロープ剤（Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｅｒｕｎｇｓｍｉｔｔｅｌ）を含んでいてよい。全体として、塗料は、溶媒なしの体積に関して、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％の割合の、バインダなしの固体成分を有していてよい。

溶媒、バインダ及び添加剤なしの塗料の体積に関して、塗料は、３０〜７０％、特に４０〜６０％の割合の硬質物質粒子を含んでいてよい。これより低い割合の硬質物質粒子は、明らかに低い摩擦値を結果として伴う。防食材料の割合は、同じ基準量で７０〜３０％、特に６０〜４０％であってよい。防食材料の割合がこれより低くなると、不十分な防食が生じる。さらに塗料は、最大３０％、好ましくは少なくとも２０％の別の硬質物質粒子の割合を置換物質として有していてよい。

硬質物質粒子は、最大１００μｍ、好ましくは最大６０μｍの平均粒径を有していてよい。さらに硬質物質粒子は、少なくとも５μｍ、好ましくは少なくとも１０μｍの平均粒径を有していてよい。さらに硬質物質粒子は、最大１５０μｍ、好ましくは最大１１０μｍの最大粒径を有していてよい。

さらに本発明は、チタン‐ホウ素‐化合物からなる硬質物質粒子を含むコーティングを備える、コーティングされた機械部品に関する。

さらに本発明は、第１の当接面を有する第１の機械部品と、第２の当接面を有する第２の機械部品とを備えるアッセンブリに関する。第１の当接面又は第２の当接面は、本発明に係る塗料によりコーティングされている。さらに、第１の当接面及び第２の当接面には、互いに予圧が与えられている。

第１の機械部品及び／又は第２の機械部品は、軸受構成部材、特に風力発電設備の大型軸受の軸受構成部材として形成されていてよい。軸受構成部材は、軸受レース、特に転がり軸受又は滑り軸受の軸受レース、特に内レース又は外レースとして形成されていてよい。第１の当接面又は第２の当接面は、例えば内レースの孔面、外レースの周面、内レースの端面、外レースの端面、ハウジングの孔面、軸の周面、ハウジングの端面又は軸の肩部の端面であってよい。

乾燥状態の塗料の層厚さは、少なくとも１５μｍ、好ましくは少なくとも２０μｍであってよい。さらに乾燥状態の塗料の層厚さは、最高７０μｍ、好ましくは最高５０μｍであってよい。

加えて本発明は、第１の機械部品と第２の機械部品との間の摩擦力結合（ｒｅｉｂｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力による束縛）部を形成する方法に関する。本発明に係る方法では、第１の機械部品の第１の当接面又は第２の機械部品の第２の当接面に本発明に係る塗料を塗布する。塗料の乾燥後、第１の機械部品及び第２の機械部品を当接面の領域で押し合わせ、これにより、塗料中に含まれる硬質物質粒子の少なくとも幾つかを第１の当接面及び第２の当接面に押し込む。これにより形成される形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式の微細結合部は、極めて高い摩擦係数を結果として伴う。

塗料中に含まれる固体、例えば亜鉛は、後により高い圧着圧が働いても、塗料層が大して圧縮されず、これにより寸法の変化や、摩耗を促進させる微小運動が発生し得ないことを達成可能である。硬質物質粒子だけでは、硬質物質粒子が圧力の上昇とともにますます深く当接面に押し込まれてしまうので、当接面の十分安定な支持は保証されない。

塗料は、湿った状態で少なくとも２０μｍ、好ましくは少なくとも２５μｍの層厚さで塗布可能である。さらに塗料は、湿った状態で最高８０μｍ、好ましくは最高６０μｍの層厚さで塗布可能である。塗料は、第１の機械部品又は第２の機械部品の、対向面に当接しない別の面にも塗布可能である。第１の機械部品及び／又は第２の機械部品は、軸受構成部材、特に大型軸受の軸受構成部材、特に風力発電設備の大型軸受の軸受構成部材であってよい。

以下に、本発明に係る塗料の組成及び用途に関する実施の形態を参照しながら、本発明について詳細に説明する。

本発明により形成される摩擦力結合部を説明する原理図である。

以下にさらに詳細に説明するように、本発明に係る塗料は、当初発生する所望の成形（Ｅｉｎｆｏｒｍｕｎｇ）後、ほぼ非圧縮性であり、摩擦を増大させるとともに腐食から保護する特性を有している（片側の塗布の場合の対向面の保護も含む）。塗料は、特に大型軸受のための塗膜、特に転がり軸受又は滑り軸受の外面及び複列の円錐ころ軸受の内レース当接面のための塗膜として好適である。塗料は、例えば大型転がり軸受において使用可能であり、このような大型転がり軸受は、風力発電設備や、その他の大型の機械に組み付けられる。

大型軸受の場合、幾つかの面においては、外面の防食に加え、高められた摩擦値が、例えば何かが取り付けられる予定の面上に所望されている。しかし、そこでは、一般に防食の必要性は比較的低い。また、例えば内レース半部間において、簡単に摩擦値の増大が達成されることが望ましい。

大型転がり軸受のための理想的な塗料に課される要求は、複雑である。塗料は、長期にわたって有害に働く微細な汚れとなり得る研磨性の物質の残留の危険を回避するために、吹付け加工されずに精密加工された鋼表面上に、その不十分な粗さにもかかわらず特に良好に付着することが望ましい。塗料は、失敗することなく簡単に混合可能、かつ所定の層厚さで均質に塗布可能であることが望ましい。塗料は、良好に被覆し、唯一の層として仕上げられることが望ましい。塗料は、機械的な負荷に耐え得る状態へと極めて急速に硬化することが望ましい。塗料は、硬化後は耐摩耗性であり、かつ高い圧縮強さを有していることが望ましい。塗料は、絶対的に耐油性でなければならない。塗料は、塗布中に毛管作用で間隙内に僅かにしか流入すべきでない。そして塗料は、硬化後はフランジ結合部に力が加わったときに任意にクリープ、流動又はたわむことがあってはならない。塗料は、その一方で、脆性であってはならないか、又は剥落する傾向を示してはならず、かつ残留弾性を有していなければならない。同時に塗料は、最大の防食を提供し、付加的に、高められた静止摩擦値を提供することが望ましい。

要求の一部は、バインダが約３０％である（つまり、乾燥した層中に、すなわち溶媒なしで固体が約７０％である）ときに容易にかつ均質に塗布可能であり、速乾性であり、高付着強度を有し、化学的にも機械的にも安定であり、弾性にもかかわらず充填物質により低圧縮性である、湿気硬化型の１成分‐ポリウレタン‐系（Ｅｉｎｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅｎ−Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎ−Ｓｙｓｔｅｍ：以下、略して１Ｋ‐ＰＵ‐系ともいう）の選択により解決される。塗料の硬化は、ＰＵ‐系の官能末端基（イソシアネート）の架橋を介して実施される。乾燥した層の体積は、乾燥していない層の体積の約７０％である。ローラを用いた一度塗りにより、４０μｍ±５μｍの乾燥した層の層厚さが達成される。

シリケートとは異なり、ポリウレタンは、バインダの割合が高いと、吹付け加工されない転がり軸受表面にも極めて良好に付着する。ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４６２４の規定による付着強度試験において、研削され、吹付け加工されない鋼表面上での裂断値は、典型的には１７〜２０ＭＰａである。裂断時の破断はコーティング内部で発生する。

その際、純粋な防食は、乾燥した層中の例えば６０〜７０％の割合の亜鉛粉末により達成可能である。このような金属粉末が充填された塗料は、固体粉末とバインダとの間の反応を示さず、亜鉛粉末は、簡単にポリウレタンにより表面に「接着」される。これにより、他の充填剤を、それが不活性であり、かつＰＵと反応しない限り、無条件で接着することも可能である。

硫酸バリウム等の硬質の着色充填添加剤からタルク粉末又はＰＴＦＥ等の軟質の添加剤まで、原理的には無限のバリエーションが考えられる。

例えば、塗料、好ましくは湿気硬化型の１Ｋ‐ＰＵをベースとする塗料には、摩擦値を増大させる粉末、最も簡単な事例では例えば石英粉末、及び場合によっては亜鉛粉末も、同時に防食又はマトリックスの圧縮強さが要求される場合、添加される。粘度は、ポリウレタンの予備架橋度及び溶媒の割合を介して、ローラ塗布時に例えば４０μｍの所望の層厚さが達成されるように調節可能である。

しかし、亜鉛粉末が完全に又は部分的に、摩擦値を増大させる粉末により置換されると、防食は失われるか、又は少なくとも減じられる。このことは、亜鉛粒子が互いに接触する場合にのみ、防食が成立することに起因する。亜鉛粒子が互いに接触するには、極めて高い割合の亜鉛、つまり、純粋に電気防食のために単位面積当たり必要な量より多くの亜鉛量を必要とする。

確かに、亜鉛が充填された塗料は、当然、高められた摩擦値、特に亜鉛‐シリケート‐塗料、例えば亜鉛粉末を有するアルカリシリケート‐塗料よりも高められた摩擦値を有しているが、この摩擦値は、より細かく調節可能でもなければ、さらに増大可能でもない。

摩擦力結合式の亜鉛塗料に対する摩擦のさらなる増大は、微細な噛み合いを伴う硬質の粒子を必要とする。硬質の粒子により、結合すべき機械部品との形状結合式の微細結合部が形成可能である。さらに、硬質の粒子は、亜鉛を高い割合で含有するマトリックスのクリープに対抗する層中のアンカーポイントとして機能し得る。

摩擦を増大させる添加剤の要求は、良好な表面シーリング及び高い防食の要求と対立する。摩擦を増大させる添加剤又は研磨性の粒子は、一部では防食を極端に低下させる。ここでは、やはり有利な防食を提供するものの、摩擦力結合式にのみ働く、他の古典的な添加剤、例えば鉄雲母等は、助けとはならない。最大の摩擦値は、微細な噛み合いを伴う硬質の粒子を必要とする。

いずれも高い硬度と、組立時に圧着圧が作用したときの微細な噛み合いとに基づいて摩擦を増大させる添加剤としての硬質物質粒子について、様々なバリエーションが考えられる。

最大の摩擦増大が重要であるときは、角のある幾何学形状を有する極めて硬質の粒子、例えば砥粒が適している。特に、靱性の高い砥粒種、例えば単結晶コランダム、立方晶系の特殊コランダム（ｋｕｂｉｓｃｈｅｒ Ｅｄｅｌｋｏｒｕｎｄ）又はジルコニウムコランダムが考えられる。また、安価に利用可能な石英粉末（モース硬度７）も使用可能である。しかし、上述の材料は、すべて、圧力がかかると破砕する傾向がある。このことは、粒子の尖った自由端が破砕し、作用を弱め、遅くとも大型転がり軸受の取り外す際に、表面上に微細な研磨性の粉塵を生じるというリスクをもたらす。この種のリスクは、特に、摩擦の増大、例えば大型軸受の隣接する内レース間の摩擦の増大のために塗装が施されるべきであり、そこから転動軌道への接近性が、場合によってはそこに設けられたシールリングを取り外した後に存在する場合に生じ得る。さらに、摩擦を増大させる作用は、硬質物質粒子の崩壊により低下し得る。例えば大型転がり軸受を取り外し、次いで再度取り付けた後では、摩擦の増大に関して既に著しい作用損失が発生し得る。大型転がり軸受は、最初の組立時、予期されない理由から分解されるか、又は組立前に機械的な負荷を受けると、作用は既に最初の組立時に極端に低下してしまう。これにより、上述の材料は、本源的には、組立後の調整及び取り扱いの失敗を許容しない使い捨てのコーティングのために適している。可能な使用事例は、主に、大型転がり軸受において一回しか締結されないフランジ結合部、例えば外側のフランジ結合部である。この種の使用においては、これらの材料により安価かつ良好に明りょうな摩擦値上昇が達成されるが、高い防食作用は有しない。

当初の取り付け及び取り外しに関して複数回の又は少なくともより確実な使用可能性を伴う、両内レースの突き合わせ部のような清浄度の面で敏感な領域が問題となるときは、Ａｌ_２Ｏ_３の代わりに、例えば酸化ジルコニウム球（ＺｒＯ_２）を使用することが考えられる。酸化ジルコニウム球は、転がり軸受鋼と類似の硬さしか有さず、破砕せず、つまり安全と言える。例えば、６８％の酸化ジルコニウムと、３２％のガラス相非晶質酸化ケイ素とを有する、７００ＨＶの球としての酸化ジルコニウム球が利用可能である。しかし、達成可能な摩擦値は、上述の砥粒種より低い。これは、転がり軸受の硬化された鋼への侵入の度合が、硬さ及び形状のために少なく、球状の形状が、むしろ、荷重の作用下で転動する傾向を示すからである。

上述の材料バリエーションは、それぞれ異なる利点と制約とを有している。しかし、すべてにおいて共通しているのは、防食がほぼ失われていることである。

別の可能性は、例えば炭化ホウ素粉末（Ｂｏｒｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）Ｂ_４Ｃである。適当な粒度の炭化ホウ素粉末が利用可能である。例えば１２〜４０μｍの粒度のものが利用可能である（等級Ｆ３６０）。この粒度のものは、単層で４０μｍの厚さのＰＵ‐塗料層内に収まる。炭化ホウ素粉末は、ダイヤモンドに匹敵する硬さを有しているが、明らかに低価である。健康上の危険（純粋に粉塵が肺や眼に及ぼす負担からくる健康上の危険）は、粉末が塗料内に結合されて、吸い込まれることがなくなれば、直ちに解消される。この場合、衝撃のない圧力ではまったく破砕せず、硬化された転がり軸受鋼内に難なく押し込まれる、極めて安定な、それにもかかわらず安価な粒子、つまり、外フランジ及び内レース結合部の要求の良好な共生を有する。しかし、炭化ホウ素粉末によっても、防食は達成されない。

それゆえ、本発明の枠内では、別の硬質物質粒子が好まれる。本発明は、湿気硬化形の１Ｋ‐ＰＵ‐塗料を、約７０％の固体成分のうち、例えば４０〜６０％までが亜鉛であり、６０％〜４０％までが高導電性の、Ｂ_４Ｃに似た硬質物質であるように形成することを提案する。この硬質物質は、二ホウ化チタンＴｉＢ_２である。二ホウ化チタンは、導電性のセラミック粉末であり、塗料にはこれまで一切使用されていない。二ホウ化チタンは、許容可能な価格で、しかも適当な粒径で入手可能である。室温で、二ホウ化チタンは、９〜１５×１０^−６Ωｃｍの比電気抵抗を有している。

この種の塗料は、接合パートナ間の絶縁体としては機能しない。それ自体は不活性のＴｉＢ_２の優れた導電性により、残された亜鉛粒子は、さらに電気的に互いに接続される。これにより、亜鉛粉塵量は、防食に関する欠点を有することなく、明らかに減少可能である。能動型の陰極防食が成立する。塩水噴霧試験は、防食が塗料層の部分的な損傷時ですら維持されることを示している。その際、純粋なポリウレタン‐亜鉛‐塗料と同じ品質の防食が達成される。２つの４０μｍ層により達成可能な防食は、ＥＮ ＩＳＯ １２９４４‐２：２０００の規定によれば、約Ｃ４／１０年に相当する。硬質物質粒子は、それどころか、不動態化された表面又は対向面上で、ＰＵにより弱められフラットに当接する粒子接触よりも電気的に密接な、加圧下で噛み合う完全に直の強制接触に至る。これにより、この硬質物質粒子は、割合が減じられた亜鉛粒子間の電気的な接続をつなぎ、両表面を接点接続し、塗装されていない対向面も、場合によっては存在する酸化物層を貫いて接続する（好ましくは接合パートナの一方のみが塗装される）とともに、硬化された転がり軸受鋼に侵入して摩擦値を増大させる微細な噛み合いに至り、かつ破砕する傾向は低い。破砕性は、葉片状の破断傾向を示す。このことは、破断がＰＵ‐マトリックス内にとどまる可能性を高める。微細な噛み合いは、オイル又はグリースが施された面ですら、摩擦値が上昇するように働く。モース硬度は、Ｂ_４Ｃと同程度の９．５であり、ダイヤモンドに近く、またヌープ硬度及びビッカース硬度で比較しても、機械的な負荷容量は、比較対象としてのＢ_４Ｃを大きく下回ることはない（ヌープ硬度３０００／２６００及びビッカース硬度３８００／３３００）。製造側でなされるＴｉＢ_２を破砕する粉砕法から、角張って尖った押し込み可能な粒子が得られ、スクリーニングされて略すべての粒径の入手可能性が得られる。重要なのは、特にメッシュ４００〜メッシュ７００の範囲である。この範囲は、約５０μｍあるいは約１００μｍの最大の粒子に相当する。これにより、ＴｉＢ_２は、幾つかの従来慣用の粒子、例えば、これまで細かい粒度ではまったく入手不能な、その他に考慮可能な靱性の高いジルコニウムコランダムと比較しても有利である。これにより、塗料における固体の高い割合により、機械的に堅固な、耐衝撃性のコーティングが形成される。このことは、塗装された機械部品の取り扱いを容易にする。

塗料は、ディソルバディスクにより混合可能である。塗料の高い内部摩擦の結果、混合時に強い温度上昇が発生し得る。この温度上昇は、他方、塗料中に含まれる分子の拡大を促進し得る。さらに、硬質物質粒子の粉砕が発生し得る。これらの理由から、混合時間及びディソルバディスクの回転速度は、十分な混合のために必要な最低限に制限される。

本発明の典型的な配合は、つまり、以下のとおりである（％表示は、それぞれ、提示する基準に関し、基準におけるそれぞれの割合を体積％で示すものである。）。

塗料は、２０％〜４０％、特に３０％の溶媒成分（例えばナフサ）を含んでいる。

溶媒成分を差し引いた残りの乾燥成分は、以下の組成を有する。ここで、百分率の基準量は、乾燥成分全体である：
‐２０〜４０％、特に３０％の１成分形の湿気硬化形のポリウレタン（芳香族ポリイソシアネートをベースとする。）、
‐５０〜８０％の固体成分、
‐１０％までの添加剤（固体又は液体）。

ポリウレタンの割合が２０％より少ないと、機械部品の表面への塗料の付着に関する問題が生じる。４０％を超えると、塗料層の体積全体にわたる一貫した電気的な接続を前提とし得ないので、塗料の防食作用は、もはや保証されない。

固体成分は、以下の組成を有している。ここで、百分率の基準量は、固体成分全体である：
‐３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％、特に４０％の、メッシュ７００の粒度の二ホウ化チタン、
‐３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％、特に６０％の、５μｍの粒度を有する亜鉛。

ＴｉＢ_２の表面残留湿度は、＜０．１％とする。このことは、湿気に反応するバインダにとって重要である。二ホウ化チタンの２０％までは、炭化ホウ素Ｂ_４Ｃに置換可能である。亜鉛は、特に亜鉛粉末の形態で塗料に混合される。亜鉛粉末は、部分的に亜鉛薄片に置換されてもよい。亜鉛薄片が含まれていない場合は、チキソトロープ添加剤が設けられてもよい。

申告する典型的な内容物質は、例えば：
亜鉛粉末、亜鉛粉塵、安定化／亜鉛粉末、亜鉛粉塵、非安定化／酸化亜鉛／亜鉛薄片／リン酸亜鉛／１，３，５‐トリメチルベンゼン／メシチレン／キシレン、異性体混合物／クメン／ジフェニルメタンジイソシアネート、異性体及び同族体／１，２，４‐トリメチルベンゼン／溶媒ナフサ、である。

２つの機械部品の摩擦力結合のために、本発明の枠内で、以下の工程を行う。

まず、一方の機械部品の、他方の機械部品がその対向面でもって当接することになる面領域に、塗料をコーティングする。塗料のコーティングは、凝固点まで及びこれを下回る温度で可能である。塗料の乾燥後、コーティングした面と対向面とを互いに当接させ、かつ所定の圧着圧で互いに圧着する。圧着圧の高さは、塗料中に含まれる硬質物質粒子の少なくとも幾つかが、コーティングした面にも、対向面にも押し込まれ、これにより両表面に局所的な凹部を形成するように選択される。圧着圧は、例えば約１００ＭＰａであってよい。圧着圧は、機械部品をねじで互いに締め付けることにより形成可能である。圧着圧は、このレベルで必ずしも永続的に維持される必要はない。その元の値の２０％までの低下は、一般にまだ摩擦力結合の不全には至らない。しかし、当初は、十分に高い圧着圧を作用させることが重要である。

使用を容易にするとともに、使用の信頼性を向上させるために、塗料は、色及び／又は構造のインジケータを包含していてよい。第１のインジケータにより、塗料の乾燥度が表示可能である。つまり、湿った状態の塗料、すなわち塗布直後の塗料は、ダークグレーの色を有している。この色は、乾燥すると、明るくなっていき、ミドルグレーになる。こうして、塗料が十分に乾燥しているか否か、これにより、塗料を塗布した機械部品を組み立ててもよいか否かを確認することができる。別のインジケータは、塗膜に対して既にどの程度強く機械的な負荷を加えられたかを表示可能である。これにより、例えば、この塗膜が施された機械部品を取り外したときに、正確な圧着圧が存在していたか否かを検査することができ、かつ機械部品が既に組み立てられたことがあること及び塗膜が再組立の前に置換されねばならないことが判る。別のインジケータは、特に組み合わされた色及び構造のインジケータであってよい。この組み合わされた色及び構造のインジケータは、機械的な負荷の強さに基づいて非可逆的に、純銀色／グレーにまだらの入った外観を塗膜に付与する。

本発明に係る方法により形成される摩擦力結合部の原理図は、図１に示してある。以下にさらに詳細に説明するように、この摩擦力結合部において、系の層厚さと、選択すべき粒径との間には、必然的に関連性が存在する。

摩擦力結合部は、第１のコンポーネント１と第２のコンポーネント２との間に形成されている。コンポーネント１，２は、任意の機械部品であってよいが、特に、軸受レースと、軸受レースが摩擦力結合部により相対回動不能に結合されるハウジング部品又はフレーム部品とからなるペアである。また、例えば２つの軸受レースからなるペアであってもよい。

第１のコンポーネント１は、第１の当接面３を有し、第２のコンポーネント２は、第２の当接面４を有している。第１の当接面３と第２の当接面４とは、向かい合っており、かつ互いに間隔を置いて配置されている。第１の当接面３と第２の当接面４との間の領域には、摩擦層５が充填されている。摩擦層５は、例えば第１の当接面３に本発明に係る塗料を塗布し、次に乾燥させることによって形成可能である。摩擦層５は、導電性の硬質物質粒子６、特に二ホウ化チタンからなる硬質物質粒子を有している。さらに摩擦層５は、薄片状の防食材料７、特に亜鉛薄片の形態の防食材料７と、粉末状の防食材料８、特に亜鉛粉末の形態の防食材料８とを有している。摩擦層５のすべての内容物質は、マトリックス９、特にポリウレタンからなるバインダの形態のマトリックス９内で結合されている。

図１には、硬質物質粒子６が、圧縮された摩擦層５の厚さより大きな寸法を有しており、これにより両側において摩擦層５から突出して、第１のコンポーネント１の第１の当接面３にも、第２のコンポーネント２の第２の当接面４にも押し込まれていることが看取可能である。こうして、形状結合式の微細結合部が、硬質物質粒子６と両コンポーネント１，２との間に形成される。これらの微細結合部は、結果として極めて高い摩擦係数を伴う。研削される転がり軸受レースの場合、例えば約０．４８の摩擦係数が達成される。硬質物質粒子６には、薄片状の防食材料７及び／又は粉末状の防食材料８が接触可能であり、これにより導電性の接続が形成可能である。薄片状の防食材料７と粉末状の防食材料８との間にも、多重の接触、ひいては導電性の接続が生じる。さらに、摩擦層５の導電性の内容物質と、第１の当接面３及び第２の当接面４との接触が生じる。こうして、摩擦層５の体積全体を介した一貫した導電性の接続が形成されているので、摩擦層５中に含まれる薄片状の防食材料７及び粉末状の防食材料８は、当接面３，４を高信頼性に腐食から保護することができる。

さらに摩擦層５の負荷容量は、薄片状の防食材料７及び粉末状の防食材料８により極めて高い。その結果、摩擦層５は、機械的に極めて安定した結合をコンポーネント１，２間に形成可能である。この結合は、使用中に発生する圧力ピークによっても、緩解したり、損耗したりすることはなく、その寸法安定性に関して悪影響を被ることもない。類似の作用は、十分な負荷容量を提供するが、防食作用は提供しないその他の固体によっても達成される。しかし、このことは、ポリウレタン単独によっては、言及に値する程には達成されない。それというのも、ポリウレタンは、可撓性が極めて高く、クリープ又は流動により変形してしまうからである。

以下の考察は、常に機械的なペアの一方の面のみ、すなわち、図１に示した当接面３，４のうちの一方の当接面のみが塗装されることを前提とする。一方の当接面のみの塗装は、製造コストも低下させる。

塗料の層厚さより明らかに大きな粒子は、表面を粗面化し、かつ塗布を困難にするとともに、コーティングし終えた部品の取扱いを、例えばリフト装置のスリップにより困難にしてしまう。表面は、不均質であり、周囲に対して研磨性に作用する。ローラによる塗布時の大きな粒子の転がり効果により、粒子の後側には、層の欠損が生じる場合がある。

層厚さより遙かに小さく、他の固体に支持され得ない粒子は、部分的にのみ弾性的なＰＵ‐Ｚｎ‐マトリックス内では無効であり、機械的な噛み合いには至らない。硬質のマトリックス内での粒子の結合が必要である（例えば化学ニッケル）か、又は粒子が両組立パートナまで到達する必要がある。それゆえ、弾性的なマトリックスを選択した場合には、比較的大きな粒子が使用されねばならない。他方、すべての硬質物質粒子の直径を層厚さに等しくする必要はない。このことは、逆に、塗料の付着にとって極めて不利となりかねない。亜鉛及びＴｉＢ_２又はＴｉＢ_２及びＢ_４Ｃからなる固体の高い充填度は、粒子が比較的小さい場合であっても、完全な可撓性がＰＵ‐マトリックス内に生じないように働く。

さらに、フランジ又はその他の機械部品を螺止する際の極めて高い負荷の下では、部分的に亜鉛粉末を含む塗料の非固体成分、つまりＰＵの、全面的な当接まで至るクリープは、不可避である。面接触の達成を伴う、螺止により形成される圧着圧の適当な値は、約１００ＭＰａである。この値から出発して、３００ＭＰａへの上昇は、最大２μｍの比較的小さな残留沈下に至る。クリープは観察され得ない。初期圧縮は、約３５μｍの層厚さにおいて約５μｍである。層系の全体的な可撓性は、典型的には７０％の割合の固体のために、それでもなお小さいと見なされ得る。ここで硬質物質粒子は、付加的に、（滑動性の）亜鉛成分が一緒にクリープすることを回避する一助となる。塗料層の高い付着性の結果、上述の圧着圧時でさえ、機械部品の分解後、塗料層の剥離や、塗装されていない対向面への塗料層の転移は、確認できない。溶媒による塗料層の剥離は、不可能である。その結果、塗料層は、機械部品を引き続き使用する場合は、機械的に除去され、再び極めて高い摩擦値を達成するために新しい塗料層に置換されねばならない。

塗布の厚さの差を補償し、大きな接合面の全面的な当接を達成し得るように、クリープ（塑性）及び弾性による塗料層の、例えばシリケート塗料に対して当初は大きな補償可能性が所望されている。

さらに、クリープにより硬質物質粒子は露出される。クリープの結果、封止又はシールも生じるので、例えば腐食性の液体が接合面間に浸入することはない。

乾燥した層において７０％の亜鉛を含むＰＵ‐亜鉛‐塗料は、（常に十分に大きな接触面を前提として）３０％より若干多く圧縮され、そして準金属的な硬質層を実現する。まさにそのような非流動性の硬質物質粒子を有する塗料は、さらに低いクリープ作用を有している。例えば４０μｍの層中の３５μｍの粒子は、組立時、かろうじて両側の硬質層を生じる。

一般に、硬質物質粒子のために、最大の粒子が、企図される層厚さを上回り、粒径のガウス分布の最大値が、なおも層厚さの範囲内にあるスクリーニングが使用されると、十分である。

塗料の塗布厚さを正確に制御できないとき、より大きな粒子は、使用時の信頼性を向上させることができる。

一実施の形態においては、厚さ２０〜４５μｍの層（乾燥状態）が形成される。この種の層厚さは、ＰＵの単層の塗布により達成される。より薄い層厚さは、基本的には、従来慣用の亜鉛を含んでいても十分な防食作用を有しない。塗料は、約５０μｍの最大粒子（ｘ１００）及び１５μｍの最大量（ｘ５０）を有する、４００メッシュのスクリーニングを施したＴｉＢ_２粉末を含んでいてよい。これに対して択一的には、塗料は、例えば、約１００μｍの最大粒子（ｘ１００）及び２８μｍの最大量（ｘ５０）を有する、７００メッシュのスクリーニングを施したＴｉＢ_２粉末を含んでいてもよい。亜鉛粉末の粒度は、可及的高い嵩密度が達成されるように、硬質物質粉末の粒度に合わせて調整される。

良好な結果は、例えば、目標層厚さが２５±５μｍ、特に２５〜３０μｍであるとき、４００メッシュのスクリーニングを施した６０％の割合のＴｉＢ_２により達成される。亜鉛粉末の粒径は、約５μｍである。１００ＭＰａの圧着圧において、４μｍの層厚さの圧縮が生じる。その後、層の場合によっては起こり得る当初の非平たん性は、ほぼ補償されており、層内の空洞は、ほぼ埋められている。その結果、機械部品は、それぞれ全面的に層に当接する。圧着圧が３００ＭＰａに高められると、層厚さはさらに２μｍ減少する。圧着圧をさらに高めても、層厚さの言及に値するさらなる減少は達成されない。このことは、主として、圧縮された亜鉛粉末の高い負荷容量から生じる。加えて、硬質物質粒子によって側方への流動は阻止される。ポリウレタンの流動性は、亜鉛粉末及び硬質物質粒子によりやはり強く低減される。これにより、全体として、機械的に高い負荷に耐える、極めて安定な層が形成される。硬質の鋼からなる２つの機械部品の、信頼性の高い摩擦力結合のために、圧着圧は、所与の条件下で少なくとも１００ＭＰａであることが望ましい。

同様のことは、目標層厚さが４０±１０μｍ、特に３５〜４０μｍであるときの、７００メッシュのスクリーニングを施した６０％のＴｉＢ_２にも当てはまる。この場合も、亜鉛粉末の粒径は、約５μｍである。圧着圧が１００ＭＰａであるとき、５μｍの層厚さの圧縮が生じる。圧着圧が３００ＭＰａに高められると、層厚さはさらに５μｍ減少する。硬質の鋼からなる２つの機械部品の、信頼性の高い摩擦力結合のために、圧着圧は、所与の条件下で少なくとも２００ＭＰａであることが望ましい。

また、例えば約３５μｍの目標層厚さにおいて、７００メッシュのスクリーニングを施した４０％の割合のＴｉＢ_２も可能である。この場合も、亜鉛粉末の粒径は、約５μｍである。１００ＭＰａの圧着圧での層厚さの圧縮は、ポリウレタンの架橋度とともに多少変動する。架橋度が低いとき、層厚さの圧縮は５μｍである。架橋度がより高いとき、弾性はより低く、それに応じて、例えば４μｍという若干低い圧縮も生じる。圧着圧が３００ＭＰａに高められると、層厚さは、両事例においてさらに１あるいは２μｍ減少する。その結果、それぞれ、全体として６μｍの減少が生じる。

塗料中に含まれる両方の粉末、又は付加的にＢ_４Ｃが使用される場合には計３つの粉末は、サイズ的に互いに調整され、完成した単層の層の目標厚さ範囲のために設計される。様々な目標層厚さのために、様々な粉末粒度を有する同じ基本配合が使用される。様々な層厚さは、使用される粉末の粒度を介して、かつ同時にＰＵ‐バインダの粘度を介して調節される。より高い溶媒添加（ＶＯＣ）は、粘度を低下させ、層を薄くし、反対に、より低い溶媒添加（ＶＯＣ）は、粘度を上昇させ、層を厚くする。

別の態様において、例えば１０〜３０μｍの粒径を有する付加的な酸化ジルコニウム球（ＳｉＯを含むＺｒＯ_２）が使用される。酸化ジルコニウム球は、７００ＨＶの硬さしか有しないが、非圧縮性の固体充填物であり、割れたり欠けたりする性質を示さない。その球状の形状と、この特性に伴う極めて正確なサイズスクリーニングとにより、酸化ジルコニウム球は、必要なとき、所定のスペーサを生じる。所定の厚さの層を必要とするとき、酸化ジルコニウム球の割合は、亜鉛‐ＰＵ‐マトリックスの滑動、及び予測可能な層厚さにおける二ホウ化チタン粒子の侵入深さを制止することができる。

できる限り最適な結果を達成するために、バインダが塗布後に湿った状態で陥没することは回避されねばならない。このことは、チキソトロピーの調節を必要とする。この理由から、塗料にチキソトロープ剤が添加されると有利である。この塗料は、運動しているときは比較的液状になり（塗布）、運動していないときは比較的固体状になる（乾燥）。

塗料中の内的な電気接触は、亜鉛粉末が使用されるだけでなく、亜鉛薄片の成分も含まれると、改善可能である。亜鉛粉末と亜鉛薄片との混合物中には、相互の接触面が多く、最適な充填密度が得られる。亜鉛薄片の添加は、やはりチキソトロピーを示すようになる。薄片状の導電性の固体の割合は、亜鉛薄片の代わりに、完全に又は部分的に鉄雲母からなっていてもよい。

１‐成分‐ポリウレタンの代わりに、２‐成分‐ポリウレタン又は２‐成分‐エポキシ樹脂が使用されてもよい。しかし、シリケート結合によっては、付着性も成形性（Ｅｉｎｆｏｒｍｂａｒｋｅｉｔ）も達成され得ないので、この結合は排除される。

それぞれ防食又は摩擦値上昇の特性のいずれか１つに合わせて最適化されている２つの塗膜を互いに組み合わせる可能性も存在する。一方の塗膜のためには、１Ｋ‐ポリウレタン‐亜鉛粉末塗料が、外面の純然たる防食のために使用され得る。摩擦値を高めるために接合面に塗布される他方の塗膜のためには、硬質物質粒子が添加されている、同じ１Ｋ‐ポリウレタン‐ベースの別の混合物が使用され得る。両生成物は、バインダが同じであるため、互いに両立し、したがって軸受において塗膜技術的に問題なく重畳可能である。混同を避けるために、生成物の一方には、軽く着色が施されてもよい。例えば亜鉛塗料は軽く赤みがかっている一方、摩擦塗料は、純粋な灰色である。

１ 第１のコンポーネント
２ 第２のコンポーネント
３ 第１の当接面
４ 第２の当接面
５ 摩擦層
６ 硬質物質粒子
７ 薄片状の防食材料
８ 粉末状の防食材料
９ マトリックス

Claims (7)

1. 第１の当接面（３）を有する第１の機械部品（１）と、第２の当接面（４）を有する第２の機械部品（２）とを備えるアッセンブリであって、
   前記第１の機械部品（１）及び／又は前記第２の機械部品（２）は、軸受構成部材として形成されており、
   前記第１の当接面（３）又は前記第２の当接面（４）は、摩擦を増大させる塗料であって、内容物質としてバインダ（９）と硬質物質粒子（６）とを含み、該硬質物質粒子（６）は、チタン‐ホウ素‐化合物を有するか、又はチタン‐ホウ素‐化合物からなる塗料によりコーティングされており、かつ
   前記第１の当接面（３）及び前記第２の当接面（４）には、互いに予圧が与えられており、
   前記硬質物質粒子（６）は、前記第１の当接面（３）と前記第２の当接面（４）との間の、圧縮された摩擦層（５）の厚さより大きな寸法を有していることを特徴とする、アッセンブリ。
2. 第１の当接面（３）を有する第１の機械部品（１）と第２の当接面（４）を有する第２の機械部品（２）との間の摩擦力結合部を形成する方法であって、
   前記第１の当接面（３）及び前記第２の当接面（４）には、互いに予圧が与えられており、
   前記第１の機械部品（１）の第１の当接面（３）又は前記第２の機械部品（２）の第２の当接面（４）に、摩擦を増大させる塗料であって、内容物質としてバインダ（９）と硬質物質粒子（６）とを含み、前記硬質物質粒子（６）は、前記第１の当接面（３）と前記第２の当接面（４）との間の、圧縮された摩擦層（５）の厚さより大きな寸法を有しており、前記硬質物質粒子（６）は、チタン‐ホウ素‐化合物を有するか、又はチタン‐ホウ素‐化合物からなる、塗料を塗布し、前記第１の機械部品（１）及び前記第２の機械部品（２）を、前記塗料の乾燥後、前記第１の当接面（３）及び前記第２の当接面（４）の領域で押し合わせ、これにより、前記塗料中に含まれる硬質物質粒子（６）の少なくとも幾つかを前記第１の当接面（３）及び前記第２の当接面（４）に押し込むことを特徴とする、摩擦力結合部を形成する方法。
3. 第１の機械部品（１）の第１の当接面（３）及び第２の機械部品（２）の第２の当接面（４）との摩擦を増大させる塗料であって、
   前記第１の当接面（３）及び前記第２の当接面（４）には、互いに予圧が与えられており、
   前記塗料は、内容物質としてバインダ（９）と硬質物質粒子（６）とを含み、
   前記硬質物質粒子（６）は、前記第１の当接面（３）と前記第２の当接面（４）との間の、圧縮された摩擦層（５）の厚さより大きな寸法を有しており、
   前記硬質物質粒子（６）は、チタン‐ホウ素‐化合物を有するか、又はチタン‐ホウ素‐化合物からなり、
   前記塗料は、ポリウレタンをベースとする塗料であり、かつ
   前記塗料は、防食塗料として形成されており、別の内容物質として防食材料（７，８）を含む、
   ことを特徴とする、摩擦を増大させる塗料。
4. 第１の機械部品（１）の第１の当接面（３）及び第２の機械部品（２）の第２の当接面（４）との摩擦を増大させる塗料であって、
   前記第１の当接面（３）及び前記第２の当接面（４）には、互いに予圧が与えられており、
   前記塗料は、内容物質としてバインダ（９）と硬質物質粒子（６）とを含み、
   前記硬質物質粒子（６）は、前記第１の当接面（３）と前記第２の当接面（４）との間の、圧縮された摩擦層（５）の厚さより大きな寸法を有しており、
   前記硬質物質粒子（６）は、チタン‐ホウ素‐化合物からなり、少なくとも２０００Ｎ／ｍｍ^２のヌープ硬度ＨＫ０．１又は少なくとも８．０のＭＯＳ硬度及び室温で最大１×１０^−４Ωｃｍの比電気抵抗を有し、
   前記塗料は、ポリウレタンをベースとする塗料であり、かつ
   前記塗料は、防食塗料として形成されており、別の内容物質として、防食材料（７，８）としての亜鉛を含む、
   ことを特徴とする、摩擦を増大させる塗料。
5. 前記硬質物質粒子（６）は、セラミック材料を有するか、又はセラミック材料からなる、請求項４記載の塗料。
6. 前記硬質物質粒子（６）は、二ホウ化チタンを有するか、又は二ホウ化チタンからなる、請求項３又は４記載の塗料。
7. 前記塗料は、別の内容物質として前記硬質物質粒子（６）とは別の硬質物質粒子を含む、請求項３から６までのいずれか１項記載の塗料。

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