JPH04228559A - ローラ本体およびその製造方法 - Google Patents

ローラ本体およびその製造方法

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JPH04228559A
JPH04228559A JP3096618A JP9661891A JPH04228559A JP H04228559 A JPH04228559 A JP H04228559A JP 3096618 A JP3096618 A JP 3096618A JP 9661891 A JP9661891 A JP 9661891A JP H04228559 A JPH04228559 A JP H04228559A
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tic
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carbide
coating
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JP3096618A
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Jean-Daniel Fridez
イェアン−ダニエル・フリデッツ
Georges W Keller
ゲオルゲス・ヴェー・ケラー
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SAPHIRWERK IND AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はローラ軸受または平軸受
のローラ本体(球軸受の球など)に関し、特にセラミッ
ク材料のコア本体を有するローラ本体または軸受素子お
よびそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】セラ
ミック材料、特に工学的セラミック、または構造的セラ
ミックは公知で、多年にわたって使用されている。主と
してアルミニウム酸化物(Al2O3)、ジルコン酸化
物(ZrO2 )、シリコン炭化物(SiC)、シリコ
ン窒化物/サイアロン(Si3N4)などが含まれ実際
上の用途が増大している。これらの材料は、例えば以下
の文献に記載されている。−テクニッシェ・ケラミック
(Technishe  Keramik)ウイルマン
ほか(G.Willmann,  B.Wielage
)著、バルカン・フェルラーク(VULKAN  VE
RLAG,Essen,1989)−セラミックハンド
ブック(Handbook  and  Proper
ties  of  Technical  and 
 Engineering  Ceramics)モレ
ル(R.Morrel)著、ロンドン、1985年
【0003】工学的セラミック材料、特にシリコン窒化
物Si3N4は、特にその耐高温性、高い硬度、高い形
状安定性(高い弾性係数)、優れた耐腐食性によって金
属材料と相違している。しかし、非潤滑状態では摩擦お
よび摩耗が比較的高い(ウォイト著の文献(M.Woy
dt:”Friction  and  Wear  
Characteristics  of  Engi
neering  Ceramicsin  Unlu
bricated  Operation”  SWI
SS  MATERIALS  1  1989)19
ページ参照)。セラミック材料、主としてシリコン窒化
物製のローラ本体を使用することは球軸受の技術分野に
おいて多くの技術的用途がある。
【0004】剛性の高いローラ本体を製造する別の公知
の技術として、鋼または硬質金属の本体に硬質層(チタ
ニウム炭化物TiCなど)被覆を施したものがある。チ
タニウム炭化物の層の配置はCVD(化学的蒸着)また
はPVD(物理的蒸着)により行う。ローラ本体は高強
度、長寿命、耐腐食性、低摩擦、高摩耗抵抗性をその高
い表面品質のために有し、バウイングほか著の文献(H
.Bowing,H.Hintermann,W.Ha
nni:”Ball  bearing  with 
 CVD−TiC  coated  compone
nts”  第3回ヨーロッパスペース機構およびトリ
ボロジイ会議報告、1987年9月30日−10月2日
  スペイン、マドリッド)に記載の方法によって製造
される。。
【0005】鋼または硬質金属の工具にチタニウム炭化
物TiC、チタニウム窒化物TiNまたはチタニウム炭
窒化物TiCNの被覆を施したものは特に良好な切削性
能と切削刃の摩耗抵抗性を与えることは公知であるが、
この技術はローラ本体の被覆に無関係である。キントほ
か著の文献(D.T.Quinto,E.Valeri
us:”Proceedings  of  New 
 CoatingTechnology”  COAT
  TECH  89,DEMAT  EXPOSIT
ION  MA−NAGING,  Frankfur
t,1989)、および、ラビほか著の文献(K.V.
Ravi,J.M.Pinneo:同一文献385ペー
ジ)参照。
【0006】要約すれば、現在のローラ軸受本体は以下
のものがある。 −通常用の鋼のローラ本体、 −長寿命用の鋼−チタニウム炭化物(TiC)のローラ
本体、 −中間温度(700度まで)用の硬質金属−チタニウム
炭化物(TiC)のローラ本体、 −高温度(1000度まで)用の窒化シリコンSi3N
4のローラ本体。
【0007】今日の平軸受として該軸受の作動状態によ
り部分的に潤滑されるものとして、鋼、真鍮/青銅、プ
ラスチック(テフロン、ポリアミドなど)があり、これ
らは外部から潤滑せしめられるか、または表面に自己潤
滑層を設ける(青銅、テフロンおよび鉛の混合物など)
ことによって自己潤滑せしめられる。潤滑媒体は通常油
、低温度用グリース、または高温度用として二硫化モリ
ブデンMoS2またはグラファイトとする。
【0008】本発明の目的は公知のローラ本体および平
軸受を特に低摩擦性と高摩耗抵抗性に関して改良し、高
温度条件での使用を可能とする技術を得るにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によればローラ軸
受または平軸受用のローラ本体にして、密度が6・5以
下、ビッカース硬度1000以上のセラミック材料、特
に窒化シリコン製とし、主に被覆層を設けることが著し
い改良を与える(接着層を設け、または設けずに)こと
が判った。これは推奨される表面構造の選択と組合わせ
により、セラミック材料の特性を高強度、弾性強度30
0MPa以上、1000度Cまでの温度抵抗性、比重3
ないし6・5g/立方cmの軽量性、3・0ないし10
×10−6/度Kの低熱膨張性と硬質の層(ビッカース
2000以上の高硬度、高強度、800度Cまでの高温
特性、低摩擦および低摩耗性)を有している。両材料の
組合わせと表面品質Raを例えば0・025μm未満と
することにより低摩擦性と高摩耗抵抗性と高負荷抵抗性
とが得られる。本発明によりローラ本体の製造方法も提
供され、特殊の用途例えば高温無潤滑運転などにも使用
される。
【0010】チタニウム窒化物TiNまたはチタニウム
炭窒化物TiCNの接着層を窒化シリコンSi3N4の
コア本体とチタニウム炭化物の被覆との間に設けること
によって、著しく良好な結果が得られる。
【0011】層がダイアモンド材料(非結晶性または多
結晶性)を含むときは、チタニウム窒化物TiN+チタ
ニウム炭化物TiCまたはチタニウム炭窒化物TiCN
が窒化シリコンSi3N4のコア本体の接着層として適
している。
【0012】チタニウム窒化物、チタニウム炭化物また
はチタニウム炭窒化物の層は化学的または物理的蒸着(
CVDまたはPVD)によって良好に施すことができる
。望ましい層の厚さは本発明により1ないし10μmと
する。
【0013】ダイアモンド層は、熱フィラメント化学的
蒸着(CVD)、マイクロ波活性プラズマCVD法、エ
レクトロン補助CVD、または活性プラズマCVD法に
よって施される。層の厚さは望ましくは1ないし10μ
mとする。
【0014】最適のローラ本体と平軸受素子は、コア本
体が窒化シリコンSi3N4(高圧縮または高等方圧縮
窒化シリコン)の場合に製作される。
【0015】これらのローラ本体または平軸受素子の運
転特性は、本体の表面仕上げ粗度が0・01μm以下の
場合に特に良好である。粗度の値Raをマイクロインチ
で示すものが前述バウイング氏の文献の157ページに
記載されている。粗度の値の低い硬質被覆のローラ本体
および平軸受本体は摩耗が最小で摩擦が最小である。
【0016】表面品質Ra0・01μmとなるまで精密
研磨を行うことが高品質のローラ本体または平軸受素子
の製造に必要である。コア本体に適用したチタニウム炭
化物、チタニウム炭窒化物またはダイアモンドの研磨表
面と鋼素子との間の摩擦係数は無潤滑状態で0・05な
いし0・3であることが判った。
【0017】本発明の上述以外の目的、構成および効果
は、以下の説明および例示の目的で本発明の実施例とし
ての球体およびローラ本体を示す添付図面を参照するこ
とにより明確となされる。
【0018】
【実施例】 図1に示す球は高強度の窒化シリコンSi
3N4製のコア本体1を含む。該コア本体は被覆以前に
研削および研磨されて真円度0・01μm以下とし、表
面品質Raを0・01μmとする。薄い約0・5μmの
厚さのチタニウム窒化物TiNの層が接着層2として硬
質層とコア本体との間に配置される。チタニウム炭化物
TiCの約0・5μmの厚さの硬質層3が接着層の上に
配置される。層3は表面品質Raが約0・01μmで全
体の被覆された球の真円度が(直径1ないし10mmの
場合)約0・1μmである。球は高技術の球軸受に特に
適しており、高い負荷担持能力を無潤滑運転状態で達成
する。
【0019】図2は円筒形のローラ本体を示し、サイア
ロン(SiALON)シリコン窒化物のコア本体1と、
チタニウム炭窒化物TiCN(厚さ0・5μm以下)の
接着層2と、チタニウム炭化物(厚さ0・5μm以下)
の外側層3とを有する。外側層3は表面品質Raが約0
・01μmで、全体の被覆された円筒の真円度が(直径
3ないし10mmの場合)約0・5μmである。ローラ
本体は高い温度および/または無潤滑運転状態に適して
いる。
【0020】第3図は窒化シリコンSi3N4製のコア
本体1と、チタニウム窒化物TiN+チタニウム炭化物
TiC(厚さ1μm以下)の接着層2と、CVD法で設
けられたダイアモンド材料(厚さ2μm以下)の外側層
3とを含む球の実施例を示す。層3は表面品質Raが約
0・01μm、被覆された球(直径1mm)の真円度は
0・1μmである。このダイアモンド被覆の球は無潤滑
運転状態の球軸受に特に適している。
【0021】図4は鋼のスリーブ5と多層の円筒形本体
6とを有する平軸受の実施例を示しており、本体6は窒
化シリコンSi3N4製のコア本体7と、チタニウム窒
化物の接着層2と、チタニウム炭化物の層3とを含む。 その表面品質と寸法的データとは図2に示す円筒に対応
している。この軸受は高回転速度でかつ無潤滑運転状態
での使用に適している。
【0022】本発明によるローラ本体は、硬度を増大す
るのみでなく、主として摩擦係数を減少せしめ表面の均
質性を増加せしめる。
【0023】上述したローラ本体および軸受素子によっ
て製造された球軸受、ローラ軸受および平軸受は高い負
荷担持能力と、長い寿命と、優れた無潤滑運転状態とを
達成することが判った。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例として示す球の部分断面斜視図
【図2】本発明の実施例として示すローラ本体の部分断
面斜視図。
【図3】本発明の別の実施例として示す球の部分断面斜
視図。
【図4】本発明の別の実施例として示す円筒形の本体が
スリーブに収容されて平軸受を構成する状態を示す部分
断面概略斜視図。
【符号の説明】
1    コア本体 2    中間層(接着層) 3    被覆層 5    スリーブ 6    円筒形本体 7    コア本体

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ローラ軸受または平軸受用のローラ本
    体にして、そのコア本体(1)がセラミック材料、特に
    窒化シリコン(Si3N4)であって密度6・5未満、
    ビッカース硬度1000以上の材料製とし、被覆(3)
    が金属炭化物または金属窒化物特にチタニウム炭化物(
    TiC)、チタニウム窒化物(TiN)、チタニウム炭
    素窒化物(TiCN)、クロム炭化物(CrxCy)を
    含み、または特に化学的に堆積したダイアモンド材料の
    被覆であり、該被覆(3)の表面品質Raが0・025
    μm未満であることを特徴とするローラ本体。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載のローラ本体にして、
    コア本体(1)と被覆(3)との間に接着層(2)が設
    けられ、金属炭化物(TiCなど)または金属窒化物(
    TiNなど)または金属炭酸化物(Al2O3/TiC
    など)または金属酸窒化物(SiALONなど)を含む
    ことを特徴とするローラ本体。
  3. 【請求項3】  請求項1または請求項2に記載のロー
    ラ本体にして、中間層(2)の厚さが約0・1ないし1
    ・0μmであって、被覆(3)の厚さが約1ないし30
    μm、望ましくは1ないし10μmであることを特徴と
    するローラ本体。
  4. 【請求項4】  ローラ本体又は平軸受素子を製造する
    方法にして、コア本体(1)がセラミック材料、特に窒
    化シリコン(Si3N4)であって密度6・5未満、ビ
    ッカース硬度1000以上の材料で、表面品質Raが0
    ・1ないし1・0μmで、真円度が0・1ないし1・0
    μmであり、被覆(3)が金属炭化物または金属窒化物
    、特にチタニウム炭化物(TiC)、チタニウム窒化物
    (TiN)、クロム炭化物(CrxCy)またチタニウ
    ム炭素窒化物(TiCN)を含み、被覆されたコア本体
    をさらに加工、特に研磨して表面品質Raを0・025
    μm以下望ましくは0・01μmとすることを特徴とす
    る方法。
  5. 【請求項5】  ローラ本体または平軸受素子を製造す
    る方法にして、コア本体をセラミック材料、特に窒化シ
    リコン(Si3N4)であり、その表面品質Raを約0
    ・1ないし0・01μmとし、真円度が約0・1ないし
    0・01μmで、ダイアモンド材料で被覆され、被覆さ
    れたコア本体がさらに加工、特に研磨されてその表面品
    質Raを0・025μm未満望ましくは約0・01μm
    とすることを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】  請求項4または請求項5に記載の方法
    にして、コア本体と被覆との間に金属炭化物(TiCな
    ど)、金属窒化物(TiNなど)または金属炭酸化物(
    Al2O3/TiCなど)または金属酸窒化物(SiA
    LON)を含む中間層を接着層として設けることを特徴
    とする方法。
  7. 【請求項7】  請求項4ないし請求項6のいずれか1
    項に記載の方法であって、被覆されたコア本体をさらに
    研磨材なしで円形研磨、平面研磨、円筒研磨またはドラ
    ム研削してその表面品質Raを約0・01μmとするこ
    とを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】  請求項1ないし請求項3のいずれか1
    項に記載のローラ本体あるいは請求項4ないし請求項7
    のいずれか1項に記載の方法によって製造されたローラ
    本体を含むことを特徴とするローラ軸受。
  9. 【請求項9】  請求項1ないし請求項3のいずれか1
    項に記載の軸受素子あるいは請求項4ないし請求項7の
    いずれか1項に記載の方法によって製造された軸受素子
    を含むことを特徴とする平軸受。
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