JP2003155576A - マトリックス内の摩擦を高める粒子で被覆された部材表面、及びその製造方法 - Google Patents
マトリックス内の摩擦を高める粒子で被覆された部材表面、及びその製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マトリックス内の摩擦を高める粒子で被覆さ
れた部材表面を提供すること 【解決手段】 マトリックスが上層及び下層を有し、下
層が摩擦を高める固定のために通常の金属の結合相であ
り、上層が粒子の平均直径の４０〜６０％の厚さを有す
る別の金属の結合相である、マトリックス内の摩擦を高
める粒子で被覆された部材表面。
れた部材表面を提供すること 【解決手段】 マトリックスが上層及び下層を有し、下
層が摩擦を高める固定のために通常の金属の結合相であ
り、上層が粒子の平均直径の４０〜６０％の厚さを有す
る別の金属の結合相である、マトリックス内の摩擦を高
める粒子で被覆された部材表面。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動力伝達表面層及び
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造物の個々の構成要素もしくは部材の
間での動力の伝達は、たいていいわゆる力結合（krafts
chluessige Verbindungen）が用いられる。この場合
に、組み立てられた部材表面の間に生じる付着力が伝達
可能な横方向の力（Querkraefte）の程度を決定する。
いわゆる付着係数μ（＝摩擦係数）は、滑り始める前
に、存在する標準力のどの程度の割合がなお左右方向の
力として結合に導入されえるかを示す。乾燥状態での鋼
表面の結合の場合には付着係数μは約０．１５である。
間での動力の伝達は、たいていいわゆる力結合（krafts
chluessige Verbindungen）が用いられる。この場合
に、組み立てられた部材表面の間に生じる付着力が伝達
可能な横方向の力（Querkraefte）の程度を決定する。
いわゆる付着係数μ（＝摩擦係数）は、滑り始める前
に、存在する標準力のどの程度の割合がなお左右方向の
力として結合に導入されえるかを示す。乾燥状態での鋼
表面の結合の場合には付着係数μは約０．１５である。
【０００３】比較的高い付着係数は、存在する構造物の
負荷容量を高めるか又は同じ機能の場合により軽量の構
造を選択することができる。この要求に続いて、接合す
べき部材表面間の付着を高めるために多数の提案が存在
する。構造物の全体の寿命の間に接合された状態で維持
する引き離し不能な結合の場合、外来物質、たとえば接
着剤、ハンダなどを接合間隙に導入することが確かな技
術である。
負荷容量を高めるか又は同じ機能の場合により軽量の構
造を選択することができる。この要求に続いて、接合す
べき部材表面間の付着を高めるために多数の提案が存在
する。構造物の全体の寿命の間に接合された状態で維持
する引き離し不能な結合の場合、外来物質、たとえば接
着剤、ハンダなどを接合間隙に導入することが確かな技
術である。
【０００４】引き離し可能な結合、特にねじ止め、クラ
ンプ装置、パーキングブレーキなどは、この種の手段は
使用できない。このような場合に通常は、硬質粒子を接
合間隙内へ導入することが試みられ、この硬質粒子は部
材表面内へ部分的に侵入することで微細な形状結合（Mi
kro-Formschluss）を生じさせる。接合面の一方に粒子
混入金属層を被覆技術的に塗布することが特に有効でか
つ再現可能であることは明らかである。この種の摩擦を
高める層は、たとえばLeidlich et al.著, Antriebstec
hnik 38, No. 4に記載されている。ＥＰ９６１０３８Ａ
１は結合部材を記載しており、この部材は両方の表面に
被覆されており、部材表面の直接的な被覆が不可能であ
るような箇所で使用される。この摩擦を高める層の製造
は、金属メッキ浴中に分散した固体粒子を有するメッキ
浴中で行われる。この方法では成長する層内へ連続的に
粒子を組み込むことが行われ、このことは被覆工程の完
了時に組み込まれた粒子が層マトリックスにより僅かな
部分だけ取り囲まれているだけで、従ってこの層マトリ
ックス内での強固に固着していないことになる。
ンプ装置、パーキングブレーキなどは、この種の手段は
使用できない。このような場合に通常は、硬質粒子を接
合間隙内へ導入することが試みられ、この硬質粒子は部
材表面内へ部分的に侵入することで微細な形状結合（Mi
kro-Formschluss）を生じさせる。接合面の一方に粒子
混入金属層を被覆技術的に塗布することが特に有効でか
つ再現可能であることは明らかである。この種の摩擦を
高める層は、たとえばLeidlich et al.著, Antriebstec
hnik 38, No. 4に記載されている。ＥＰ９６１０３８Ａ
１は結合部材を記載しており、この部材は両方の表面に
被覆されており、部材表面の直接的な被覆が不可能であ
るような箇所で使用される。この摩擦を高める層の製造
は、金属メッキ浴中に分散した固体粒子を有するメッキ
浴中で行われる。この方法では成長する層内へ連続的に
粒子を組み込むことが行われ、このことは被覆工程の完
了時に組み込まれた粒子が層マトリックスにより僅かな
部分だけ取り囲まれているだけで、従ってこの層マトリ
ックス内での強固に固着していないことになる。
【０００５】このように被覆された部材をさらに取り扱
う場合に、充分に固着されていない粒子は除去すること
ができる。たとえば自動車の組立での使用において、オ
イルチャンバ内に組立箇所がある場合にはこのようなこ
とは完全に受け入れられない、それというのも剥がれた
硬質粒子、特にたいていは動力伝達する被覆用に使用さ
れたダイアモンド粒は、油によって軸受内へ搬送されて
しまい、軸受箇所の早期の摩耗を引き起こしてしまう。
この問題を解決するために、不十分に固着された粒子を
機械加工によって最終的な組立の前に意図的に除去する
ことが基本的に考えられる。しかしながらこの処置は、
残留する表面にとって実際に好ましくないか、機能的に
損傷されることが判明した、それというのもこの表面は
加工工具の不可避な摩耗によって汚染されるかもしくは
塞がれてしまい、このことがこのように処理された被覆
された表面の本来の動力伝達機能を損なってしまう。
う場合に、充分に固着されていない粒子は除去すること
ができる。たとえば自動車の組立での使用において、オ
イルチャンバ内に組立箇所がある場合にはこのようなこ
とは完全に受け入れられない、それというのも剥がれた
硬質粒子、特にたいていは動力伝達する被覆用に使用さ
れたダイアモンド粒は、油によって軸受内へ搬送されて
しまい、軸受箇所の早期の摩耗を引き起こしてしまう。
この問題を解決するために、不十分に固着された粒子を
機械加工によって最終的な組立の前に意図的に除去する
ことが基本的に考えられる。しかしながらこの処置は、
残留する表面にとって実際に好ましくないか、機能的に
損傷されることが判明した、それというのもこの表面は
加工工具の不可避な摩耗によって汚染されるかもしくは
塞がれてしまい、このことがこのように処理された被覆
された表面の本来の動力伝達機能を損なってしまう。
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ９６１０３８Ａ１
【非特許文献１】Leidlich et al.著, Antriebstechnik
38, No. 4
38, No. 4
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、前記の問題を有していない、マトリックス内の摩擦
を高める粒子で被覆された部材表面５（図１）を提供す
ることであった。
は、前記の問題を有していない、マトリックス内の摩擦
を高める粒子で被覆された部材表面５（図１）を提供す
ることであった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の課題は、マトリッ
クス１が上層及び下層を有し、その際、下層２は摩擦を
高める固定のために通常の金属結合相であり、上層３が
粒子４（図１）の平均直径の４０〜６０％の厚さを有す
る別の金属結合相であることにより解決される。
クス１が上層及び下層を有し、その際、下層２は摩擦を
高める固定のために通常の金属結合相であり、上層３が
粒子４（図１）の平均直径の４０〜６０％の厚さを有す
る別の金属結合相であることにより解決される。
【０００９】このマトリックスがこの２つの層からなる
のが有利である。
のが有利である。
【００１０】粒子は有利に摩擦を高める層のために通常
の粒子であり、これはたとえばＥＰ−Ａ−０９６１０３
８，第３頁１０行〜２０行から公知である。特に有利な
のはダイアモンド粒子である。
の粒子であり、これはたとえばＥＰ−Ａ−０９６１０３
８，第３頁１０行〜２０行から公知である。特に有利な
のはダイアモンド粒子である。
【００１１】この粒子は有利に５μｍ〜３５μｍ、特に
有利に１０μｍ〜２５μｍの平均直径を有する。
有利に１０μｍ〜２５μｍの平均直径を有する。
【００１２】この下層は、有利に摩擦を高めるための層
のために通常の、たとえばすでに前記の文献から公知の
ような金属結合相である。無電界メッキによるニッケル
（chemisch Nickel）からなる金属結合相であるのが特
に有利である。
のために通常の、たとえばすでに前記の文献から公知の
ような金属結合相である。無電界メッキによるニッケル
（chemisch Nickel）からなる金属結合相であるのが特
に有利である。
【００１３】この下層は５〜１５μｍの厚さを有するの
が有利である。
が有利である。
【００１４】この上層は無電界メッキによるニッケルか
らなるのが有利である。
らなるのが有利である。
【００１５】この上層は５〜１５μｍの厚さを有するの
が有利である。
が有利である。
【００１６】この上層の厚さは粒子直径の半分であるの
が特に有利である。
が特に有利である。
【００１７】マトリックスのこの二層構造は付着粒子を
マトリックス中で、この粒子が剥がれないように固着す
る。
マトリックス中で、この粒子が剥がれないように固着す
る。
【００１８】層マトリックス内での硬質粒子のこの確実
な固着は、動力伝達のために用いられる粒子を含有しな
い付加的な金属層の設置によって達成される。この粒子
の固定を純粋に機械的に行い、かつ付着力又はその他の
結合力を生じさせないために、安定化すべき粒子は少な
くともこの粒子の赤道までマトリックス材料により取り
囲まれていなければならない。付加的に設置すべき層
は、従って、動力伝達する粒子が、新しいマトリックス
表面からその直径の半分よりも大きく突き出ない程度の
厚さに選択される。
な固着は、動力伝達のために用いられる粒子を含有しな
い付加的な金属層の設置によって達成される。この粒子
の固定を純粋に機械的に行い、かつ付着力又はその他の
結合力を生じさせないために、安定化すべき粒子は少な
くともこの粒子の赤道までマトリックス材料により取り
囲まれていなければならない。付加的に設置すべき層
は、従って、動力伝達する粒子が、新しいマトリックス
表面からその直径の半分よりも大きく突き出ない程度の
厚さに選択される。
【００１９】本発明による表面は、先行技術において通
常の方法を用いて摩擦を高める粒子を含有する層を設置
された表面に、付加的に無電界メッキによるニッケルか
らなる被覆を設けることにより製造される。この付加的
被覆は、同様に先行技術から公知の方法を用いて設置す
るのが有利である。この浴は完全に固体粒子不含である
のが有利である。しかしながらたいていの場合には、第
２の層の強度特性に適切に影響を及ぼすために１〜４μ
ｍの粒度の主に微細な粒子がこの浴中に分散されていて
いるのも有利である。被覆すべき表面は部材の表面であ
ることができるが、同様にバネ弾性シートの表面である
こともできる。
常の方法を用いて摩擦を高める粒子を含有する層を設置
された表面に、付加的に無電界メッキによるニッケルか
らなる被覆を設けることにより製造される。この付加的
被覆は、同様に先行技術から公知の方法を用いて設置す
るのが有利である。この浴は完全に固体粒子不含である
のが有利である。しかしながらたいていの場合には、第
２の層の強度特性に適切に影響を及ぼすために１〜４μ
ｍの粒度の主に微細な粒子がこの浴中に分散されていて
いるのも有利である。被覆すべき表面は部材の表面であ
ることができるが、同様にバネ弾性シートの表面である
こともできる。
【００２０】材料の強度を高めるために、最終的に熱処
理が実施される。この熱処理は１５０〜４００℃の温度
範囲で１〜５時間の期間で行われる。３３０℃を上回る
温度で、この無電界メッキによるニッケル層の場合には
Ｎｉ３−Ｐ結晶の析出現象が生じ、この結晶は圧縮残留
応力及び硬度の向上を生じさせる。挿入された粒子がそ
れによりより強固に保持されるために、マトリックスの
この圧縮残留応力は好ましい。
理が実施される。この熱処理は１５０〜４００℃の温度
範囲で１〜５時間の期間で行われる。３３０℃を上回る
温度で、この無電界メッキによるニッケル層の場合には
Ｎｉ３−Ｐ結晶の析出現象が生じ、この結晶は圧縮残留
応力及び硬度の向上を生じさせる。挿入された粒子がそ
れによりより強固に保持されるために、マトリックスの
この圧縮残留応力は好ましい。
【００２１】圧縮残留応力は所定の範囲内で熱処理なし
でも層中での微細な固体粒子野分散によって生じるた
め、上層が微細粒子を有する分散相として構成されてい
る場合に、被覆すべき部材の熱処理に敏感な基材の場合
でも所望の固定効果を低い硬化温度でも達成することが
できる。この微細粒子自体は動力伝達プロセスには関与
しない。
でも層中での微細な固体粒子野分散によって生じるた
め、上層が微細粒子を有する分散相として構成されてい
る場合に、被覆すべき部材の熱処理に敏感な基材の場合
でも所望の固定効果を低い硬化温度でも達成することが
できる。この微細粒子自体は動力伝達プロセスには関与
しない。
【００２２】図１は本発明による被覆の構造を図示によ
り示す。
り示す。
【００２３】次の実施例は本発明をさらに詳説する。
【００２４】
【実施例】シャフトジャーナルの歯車の焼ばめを改善す
るために、歯車の穿孔部に摩擦を高める被覆を設ける。
このシャフトジャーナルは粗面性Ｒｚ＝８μｍを有す
る。被覆として１０μｍの粒度の挿入されたダイアモン
ド粒子を有する無電界メッキによるニッケルが用いられ
る。
るために、歯車の穿孔部に摩擦を高める被覆を設ける。
このシャフトジャーナルは粗面性Ｒｚ＝８μｍを有す
る。被覆として１０μｍの粒度の挿入されたダイアモン
ド粒子を有する無電界メッキによるニッケルが用いられ
る。
【００２５】エンジンのオイルチャンバ内に使用される
焼ばめ結合の継ぎ目において、ダイアモンド粒子は剥が
れてはならない、それというのもこの粒子はオイルフィ
ルターにより充分に捕捉されないためである。
焼ばめ結合の継ぎ目において、ダイアモンド粒子は剥が
れてはならない、それというのもこの粒子はオイルフィ
ルターにより充分に捕捉されないためである。
【００２６】この被覆の設置は、次のように行う：歯車
のかみ合い領域を電気メッキにおいて通常の方法により
処理薬品との接触の前に遮蔽することにより保護する。
この歯車を回転するキャリア上に固定し、このキャリア
と一緒に電気メッキ装置の搬送システム内に取り付け
る。電気メッキの当業者に公知の材料特異的な前処理
（脱脂、酸洗い及び活性化）を実施した後に、この部材
を本来の被覆浴中に浸漬する。この処理は外部電流なし
に（無電界で）運転されるニッケル−次亜リン酸−浴で
あり、この浴内に１０μｍの粒度のダイアモンド粒子が
分散されている。撹拌、ポンプによる循環又は空気の導
入による浴の運動によりダイアモンド粒子の堆積を抑制
する。
のかみ合い領域を電気メッキにおいて通常の方法により
処理薬品との接触の前に遮蔽することにより保護する。
この歯車を回転するキャリア上に固定し、このキャリア
と一緒に電気メッキ装置の搬送システム内に取り付け
る。電気メッキの当業者に公知の材料特異的な前処理
（脱脂、酸洗い及び活性化）を実施した後に、この部材
を本来の被覆浴中に浸漬する。この処理は外部電流なし
に（無電界で）運転されるニッケル−次亜リン酸−浴で
あり、この浴内に１０μｍの粒度のダイアモンド粒子が
分散されている。撹拌、ポンプによる循環又は空気の導
入による浴の運動によりダイアモンド粒子の堆積を抑制
する。
【００２７】被覆工程の間に、被覆すべき全体の表面
（この場合には：穿孔部）上でのダイアモンド粒子の偶
発的沈着を均質にするために、被覆すべき部材を回転さ
せる。ニッケル層の析出を方向的に無関係に部材の全て
の露出した表面上に行う。周期的に上に向かう面上に粒
子が偶発的に沈着することと、ニッケル層が一定に成長
することの相互作用によって粒子が混入された金属層が
生じる。このプロセスは全体の浸漬時間の間に進行する
ため、成長する金属層に固定され始めているが、この層
内で弱く固着しているにすぎない状態の粒子が常に存在
する。
（この場合には：穿孔部）上でのダイアモンド粒子の偶
発的沈着を均質にするために、被覆すべき部材を回転さ
せる。ニッケル層の析出を方向的に無関係に部材の全て
の露出した表面上に行う。周期的に上に向かう面上に粒
子が偶発的に沈着することと、ニッケル層が一定に成長
することの相互作用によって粒子が混入された金属層が
生じる。このプロセスは全体の浸漬時間の間に進行する
ため、成長する金属層に固定され始めているが、この層
内で弱く固着しているにすぎない状態の粒子が常に存在
する。
【００２８】このように被覆された部材をこの浴から取
り出し、次いでキャリアと一緒に超音波を用いてルーズ
に沈着している粒子を除去する。
り出し、次いでキャリアと一緒に超音波を用いてルーズ
に沈着している粒子を除去する。
【００２９】その後、部材の第１のニッケルマトリック
スのこの表面を新たに化学的に活性化し、有利に第１の
層の製造に使用したのと化学的に同じ組成を有するが、
１０μｍより大きな粒度のダイアモンド粒子を有してい
ない第２の被覆浴中にこの部材を浸漬する。
スのこの表面を新たに化学的に活性化し、有利に第１の
層の製造に使用したのと化学的に同じ組成を有するが、
１０μｍより大きな粒度のダイアモンド粒子を有してい
ない第２の被覆浴中にこの部材を浸漬する。
【００３０】この第２の浴中での浸漬時間は、当初の層
マトリックス上に堆積した１０μｍのダイアモンド粒子
の直径の０．５倍のつまり５μｍの厚さの被覆層が成長
するように決定される。これは正確に行うことができ
る、それというのも無電界−ニッケル−浴の析出速度は
公知であり、良好に制御可能であるためである。
マトリックス上に堆積した１０μｍのダイアモンド粒子
の直径の０．５倍のつまり５μｍの厚さの被覆層が成長
するように決定される。これは正確に行うことができ
る、それというのも無電界−ニッケル−浴の析出速度は
公知であり、良好に制御可能であるためである。
【００３１】この部材を第２の被覆浴から取り出した後
に、予め表面上に存在した１０μｍの粒度の全てのダイ
アモンド粒子は少なくともその赤道まで金属マトリック
スにより取り囲まれている。
に、予め表面上に存在した１０μｍの粒度の全てのダイ
アモンド粒子は少なくともその赤道まで金属マトリック
スにより取り囲まれている。
【００３２】材料の強度を高めるために、最終的に１２
０分間で３５０℃の熱処理を実施する。
０分間で３５０℃の熱処理を実施する。
【図１】本発明による被覆の構造の断面図
１ マトリックス、 ２ 下層、 ３ 上層、 ４ 粒
子、 ５ 部材表面
子、 ５ 部材表面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ユルゲン マイアー
ドイツ連邦共和国 ケンプテン ケテラー
ヴェーク １アー
(72)発明者 ヴォルフガング ハッゲンミュラー
ドイツ連邦共和国 ケンプテン ヒーベル
シュトラーセ 18
Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA48 BA14 BA31 BA34
BA36 DA01 DB29 EA01
Claims (9)
- 【請求項１】 マトリックス内の摩擦を高める粒子で被
覆された部材表面において、前記のマトリックスが上層
及び下層を有し、下層が摩擦を高める固定のために通常
の金属の結合相であり、上層が粒子の平均直径の４０〜
６０％の厚さを有する別の金属の結合相であることを特
徴とする、マトリックス内の摩擦を高める粒子で被覆さ
れた部材表面。 - 【請求項２】 摩擦を高める粒子がダイアモンド粒であ
る、請求項１記載の部材表面。 - 【請求項３】 前記の粒子が５μｍ〜３５μｍ、有利に
１０μｍ〜２５μｍの平均直径を有する、請求項１又は
２記載の部材表面。 - 【請求項４】 下層が無電界メッキによるニッケルから
なる金属の結合相である、請求項１から３までのいずれ
か１項記載の部材表面。 - 【請求項５】 下層が５〜１５μｍの厚さを有する、請
求項１から３までのいずれか１項記載の部材表面。 - 【請求項６】 上層が無電界メッキによるニッケルから
なる、請求項１から４までのいずれか１項記載の部材表
面。 - 【請求項７】 上層が、粒子直径の半分に相当する厚さ
を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の部
材表面。 - 【請求項８】 摩擦を高める粒子を含有する被覆を先行
技術において通常の方法を用いて設けた表面に、無電界
メッキによるニッケルからなる付加的な被覆を設けるこ
とを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記
載の部材表面の製造方法。 - 【請求項９】 最終的に１５０〜４００℃の温度範囲内
で、１〜５時間の期間で熱処理を行う、請求項８記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE10148831A DE10148831A1 (de) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Kraftübertragende Oberflächenschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| DE10148831.9 | 2001-10-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003155576A true JP2003155576A (ja) | 2003-05-30 |
Family
ID=7701283
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002291247A Pending JP2003155576A (ja) | 2001-10-04 | 2002-10-03 | マトリックス内の摩擦を高める粒子で被覆された部材表面、及びその製造方法 |
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| DE (1) | DE10148831A1 (ja) |
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| DE102008046911A1 (de) * | 2008-09-12 | 2010-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Verbindungsvorrichtung zum Bereitstellen einer gleitfesten Verbindung |
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| DE102009007992A1 (de) * | 2009-02-07 | 2010-08-19 | Ab Skf | Beschichtungsanordnung |
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| US20030087097A1 (en) | 2003-05-08 |
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