JP2002516961A - 固着された滑り軸受層を備えた連接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 内燃機関の連接棒では、連接棒端部に軸受ブッシュが使用される。軸受ブッシュを使用すると、製作が面倒であり、故障の原因になる。新しい方法によって、組み立てコストを低減し、軸受メタルに固定連結された連接棒軸受を製作すべきである。本発明では、連接棒大端部（３）がアルミニウム青銅で微小孔プラズマコーティングされる。プラズマコーティングを開始するために、プラズマ層は高い温度で溶着される。連接棒端部の材料の灼熱を避けるために、プラズマ層の後の加工の際に切除される範囲のためのプラズマ層の溶着温度は低下させられる。プラズマコーティングの後で、連接棒端部は軸受キャップ（９）を取り外すことによって開放される。この場合、プラズマ層（１６）は破断される。続いて、キャップ（９）が再びボルト止めされ、本来の滑り層が精密スピンドル加工によって製作される。オイル保持容積を改善するために、プラズマ層（１６）は環状溝（３２）を有する。粒度を大きくしながら砂粒子でコーティングすべき表面を複数回サンドブラスト処理することにより、アルミニウム青銅と連接棒材料との固定連結が達成される。本発明は内燃機関で用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、請求項１の上位概念に記載した連接棒の製作方法に関する。

【０００１】 今日使用される、特に内燃機関用の連接棒は、いわゆる切断型連接棒としてま
たはクラック型連接棒として形成される。この場合、クランク軸を取り囲む連接
棒大端部が切断されるかまたはクラックを形成される。連接棒小端部は通常は開
放されない。というのは、真っ直ぐなピンを介してピストンに連結されるからで
ある。

【０００２】 軸受の荷重に応じて、連接棒端部は異なる軸受ブッシュ（滑り軸受）を備えて
いる。軸受ブッシュとしては特に、支持シェル材料が使用される。この支持シェ
ル材料は通常はＤＩＮ１７２１０またはＳＡＥ１０１０に従って鋼Ｃ１０によっ
て形成される。軸受ブッシュは形状や用途に応じて冷間硬化させることができる
。この支持シェル材料には、本来の滑り軸受層、例えば軟質金属、銅と鉛の合金
、軽金属、スパッタリング層等が、予想される軸受荷重に応じて被覆形成される
。軸受ブッシュは３成分軸受ブッシュ、２成分軸受ブッシュまたは中実ブッシュ
等として形成される。組み立ての後で軸受ブッシュが申し分のないように固着さ
れるようにするために、軸受ブッシュは初期応力を加えて取付けられる。

【０００３】 軸受ブッシュは材料的なコスト要因であるだけでなく、製造コスト要因を有し
、かつ故障源でもある。例えば組み立て時に軸受ブッシュまたは軸受ブッシュ半
部の挿入を忘れることがあり、それによって重大なエンジン故障につながる。

【０００４】 本発明の課題は、滑り層の強度が大きな連接棒軸受を製作することである。

【０００５】 この課題は請求項１の手段によって解決される。

【０００６】 従属請求項は好ましい実施形を示している。

【０００７】 本発明では、特に連接棒大端部であるかまたは場合によっては連接棒両端部で
ある連接棒端部内に、軸受ブッシュはもはや挿入されず、軸受層が溶射によって
連接棒端部に直接的に被覆形成される。溶射としては特にプラズマ溶射が使用さ
れる。連接棒は特に内燃機関の部品である。軸受層の接着引張り強度を高めるた
めに、連接棒端部の被覆すべき材料をざらざらにすることができる。この場合、
異なる粒度勾配曲線で溶射すると有利である。軸受層上の残留オイル量を増大さ
せるために、軸受層は溝を有し、およびまたは多孔性である。

【０００８】 本発明では、軸受材料が溶射特にプラズマ溶射の過程で異なる温度で基質上に
溶着される。異なる温度は異なるパラメータ変更によって達成可能である。この
場合、１つまたは複数のパラメータを変更することができる。変更すべきパラメ
ータは特に、温度を上昇させるための、バーナーの電流または電圧の上昇、冷却
ガスまたは担体ガスの供給低減、燃焼ガス（例えば水素）供給増大、供給すべき
軸受材料の流量の低減、軸受材料の粒度の縮小または軸受材料の組成の変更であ
る。溶着温度を低下させるためには、１つまたは複数のパラメータの場合におい
て上記と逆に変更される。

【０００９】 軸受材料の被覆形成温度が溶射の過程で低下させられると特に有利である。基
本的には、後の時点で、被覆形成温度を再び高めることができる。しかし、低下
したままであると有利である。溶射される軸受層の表面が切除されるときに、軸
受層の切除すべき部分が低い温度で溶射されると特に有利である。この場合、切
除は好ましくは、高温で溶射された軸受層範囲内まで行われる。この方法の場合
には、軸受層の切除すべき範囲が、軸受層の後加工の後で除去される比較的に低
価値の層成分を含むように、温度が低下させられると特に有利である。

【００１０】 本発明による方法の場合には、軸受材料を連接棒基質に被覆形成する開始温度
は、被覆形成温度で処理されるように高めることが可能である。この被覆形成温
度は、必要な軸受層全体をこの温度で被覆形成するときに、連接棒材料を灼熱さ
せることになるような温度である。これにより、連接棒端部の基質に対する軸受
層の接着強度が非常に高くなり、所望される場合には、軸受層の低い多孔率が達
成される。

【００１１】 本発明に従って有利に使用される異なる粒度勾配曲線は、メッシュ分級とも呼
ばれる。この場合、本発明に従って、特に１６〜２３０メッシュ（１６，１８，
２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０，６０，７０，８０，１００，１２
０，１４０，１７０，２００，２３０）の等級が使用される。メッシュの数は、
使用される篩の平方インチ（6.45cm² ）あたりの穴の数である。誤差および篩ワ
イヤ太さを含めた個々の粒度勾配曲線は例えば、化学と物理のハンドブック(Han
dbook of Chemisutry and Physics)６４版、１９８３／８４年、CRC Press Inc.
フロリダ州、S.F-114 から推察可能である。

【００１２】 連接棒の熱コーティングの際、例えばアルミニウム青銅からなる使用可能な軸
受層は、高い層内部応力を有することが判った。この層内部応力は特に、多孔率
の低い材料を被覆形成することによって高めるられる。この場合、軸受層の接着
強度を高めるための手段が必要であることが判った。これは本発明に従い、高い
被覆形成開始温度のほかに、連接棒端部が少なくとも１つの細かい粒度勾配曲線
と少なくとも１つの粗い粒度勾配曲線によってサンドブラスト（粒子噴射）され
ることによって有利に達成される。

【００１３】 連接棒軸受の信頼性のある形成は、軸受力を確実にかつ許容温度で伝達するた
めに、軸受の耐摩耗設計および構造を必要とする。耐摩耗性は、滑り面が耐荷重
能力のある潤滑フィルム（オイルフィルム）によって互いに分離されているとき
に達成される。このような潤滑フィルムは滑り軸受の場合、やや偏心的な軸支承
によって生じる。これにより、回転軸はポンプ作用を有し、このポンプ作用は潤
滑剤（エンジンオイル）を（偏心した）軸受隙間内に搬送する。この場合、収斂
する軸受隙間ではオイル圧力が高まる。すなわち、潤滑剤は狭い横断面内に押さ
れる。この場合、軸の回転運動が開始されるときまたは非常にゆっくり行われる
ときに、“境界潤滑”（境界面摩擦−ジャーナル上の軸受材料）の状態が生じる
。回転運動が速くなることにより、つながるオイルフィルムがまだ形成されてい
なくても、オイルフィルムはジャーナルを支持する働きをする。これは“混合摩
擦”、すなわち同時に行われる境界面摩擦と浮動摩擦の状態である。この状態は
主としてエンジンの始動および停止時に生じる。回転速度が更に上昇すると、軸
受遊びの半分の厚さの、流体力学的に支持する潤滑フィルム層が形成される。こ
の状態は“浮動摩擦”である。この場合、軸受遊びは通常は１５〜６０μｍであ
る。

【００１４】 特に滑り軸受層内の微小孔およびまたは溝に関連して、適当な軸受材料によっ
て連接棒（大）端部を本発明に従ってプラズマコーティングすることにより、連
接棒軸受内に大きなオイル保持容積（オイル収容容積）が形成される。それによ
って、相対的に運動する部品の摩擦ひいては摩耗が、特に境界潤滑および混合摩
擦の際に低下する。オイル保持容積は少なくとも１つの溝を連接棒軸受に形成す
ることによって大幅に改善される。この溝は半径方向溝として形成すると特に有
利である。オイル保持能力を更に高めるために、この溝は加工しないでそのまま
になっている。すなわち、製作上の原因でざらざらした表面を有する。

【００１５】 好ましくは切削加工される滑り軸受面の多孔性でかつ圧力に対して安定してい
る表面構造と、非常にざらざらした表面構造を有する加工されていない溝は、い
かなる軸受状態でも、回転運動やオイル圧力に関係なく、或る程度のオイルを軸
受内に貯蔵する働きをする。これにより、低いクランク軸回転数のときに既に境
界面摩擦と混合摩擦の状態を通過し、それによって（ほとんど）摩耗しない流体
力学的潤滑状態を早く達成することができる。すなわち、エンジン始動状態およ
びエンジン停止状態での緊急時回転特性が大幅に改善される。それによって、同
じ軸受寸法で大きな軸受荷重が可能である。

【００１６】 本発明は次の効果を奏する。連接棒の場合一般的である、滑り軸受面を形成す
る軸受ブッシュを省略可能である。というのは、本発明に従い、軸受コーティン
グが連接棒材料に形成され、挿入される何らかの要素には形成されないからであ
る。これにより同時に、軸受ブッシュの組み立てが不要である。軸受ブッシュの
省略およびまたは本発明による滑り軸受層の後切削加工により、誤差が小さくな
る。普通の連接棒軸受の場合には、３つの誤差がある。第１の誤差はクランク軸
の誤差であり、第２の誤差は連接棒内の（軸受ブッシュの）滑り層によって決定
され、第３の誤差は軸受ブッシュを挿入する連接棒端部によって決定される。本
発明によるコーティングと軸受層の後加工によって、第３の誤差が無くなる。更
に、本発明に従い、ボルト範囲に大きな材料厚さを有する。というのは、本発明
に従って被覆形成される軸受層は、軸受ブッシュよりも薄い厚さを有するからで
ある。これにより、連接棒の外形寸法が同じ場合に大きな荷重が可能である。第
３の誤差（連接棒端部の誤差）は、本発明の場合には、非常に大まかに定寸可能
である。というのは、第２の誤差寸法まで例えば精密スピンドル（精密ホーニン
グ）によって切除される後続のコーティングによって、この第２の誤差が相殺可
能であるからである。

【００１７】 本発明に従い、軸受層は好ましくは、場合によっては層を切除した後で、少な
くとも表面に或る程度の多孔性を有するように溶着される。この多孔性は、酸化
物封じ込めによって形成される微小孔を有する軸受層が形成されることによって
得られる。この酸化物は層表面の後加工時にブローチ加工されて露出した微小孔
を形成する。多孔率は軸受面において好ましくは約0.2 〜６％、特に0.5 〜４％
である。更に、微小孔が互いに接続しておらず、微小孔の孔容積が主として閉じ
た孔によって形成されていると有利である。この微小孔は流体力学的微小圧力室
潤滑システムを形成する。この場合、微小孔は例えば表面加工（例えば精密スピ
ンドル加工）の切削加工工程によって開放される。この場合、滑り軸受面内の孔
はオイル保持室としての働きをするので、エンジンスタートまたはエンジン停止
の瞬間に、およびクランク軸の回転が開始されるときまたは徐々に停止するとき
に、例えば滑り軸受内のオイル圧力が既に低下しているかまたは上昇させなけれ
ばならなくても、微小孔からのエンジンオイルがクランク軸に付着することによ
って、滑りフィルム形成（浮動摩擦）のために充分なオイル量が供される。本発
明による微小圧力室システムによって、混合摩擦の範囲が大幅に短くなる。これ
によって、鉛合金、亜鉛合金またはニッケル合金等のような付加的な滑り軸受物
質を挿入しないで、軸受の緊急時回転特性が大幅に改善される。孔の大きさと孔
の容積は好ましくは、滑り表面の軸受荷重に応じて溶射時に調節される。通常は
、孔容積の大部分は0.2 〜250 μｍ、特に１〜５０μｍの大きさの孔である。

【００１８】 本発明による軸受層の製作時の普通の工程は次の通りである。先ず最初に、被
覆すべき基質表面（例えば連接棒大端部）が洗浄され、特に脂肪が除去される。
これは例えば高温蒸気によって行われる。続いて、基質表面が例えばAl₂O₃ によ
ってサンドブラストされる。この場合、SiO₂またはSiC を使用してもよい。噴射
圧は好ましくは３〜８バール、特に４〜６バールである。その際、異なる粒度で
加工される。この場合好ましくは、増大する粒度（粗くなる粒度勾配曲線）が使
用される。すなわち、先ず最初に、細かい粒子が砂吹きされ、そして粗い粒子が
砂吹きされる。少なくとも３の異なる粒度（粗くなる粒度勾配曲線）が使用され
ると特に有利である。この場合、粒度は普通のメッシュ範囲内にある。細かい粒
度のためには好ましくはメッシュ８０以下、特にメッシュ１００〜２３０が使用
される。中間の粒度のためには好ましくはメッシュ１００〜４０、特にメッシュ
８０〜４５の粒子の大きさが使用される。粗い粒度のためには好ましくはメッシ
ュ４５、特にメッシュ３０から特にメッシュ１６（標準粒度600 μｍ〜1.18ｍｍ
）までが使用される。

【００１９】 サンドブラストの際の異なる粒度によって、刻み目、例えば破断刻み目または
溝の範囲においても、良好な表面粗さが得られる。この場合、滑らかな範囲にお
いては、山と谷の平均高さＲＡが約５〜１０μｍ、特に6.5 〜８μｍの表面構造
が得られ、ＲＺの場合約３５〜６０μｍ、特に４２〜５４μｍである。このよう
なサンドブラストによるざらざらによって、連接棒上の溶射層の接着引張り強度
がきわめて良好である。

【００２０】 続いて、AlCuFe合金（アルミニウム青銅）によるプラズマコーティングが行わ
れる。好ましくは多孔率が増大する溶射軸受層が作られる（その代わりにまたは
それに加えて、溶射中温度を低下させる手段が使用される）。この場合、第１の
層として、小さな多孔率（２％以下、特に１％以下）を有する層が作られる。そ
のためには例えば約３８μｍ（４００メッシュ）の粉末粒度が適している。この
下側のコーティングは約１００〜３００μｍ、特に２００〜２５０μｍの層厚で
作られる。この層の多孔率は約２〜６％、特に2.5 〜４％である。この場合例え
ば、約６３μｍ（メッシュ２３０）の大きさの粉末粒子が使用される。この場合
、粉末粒度は、粉末の少なくとも４０重量％、特に少なくとも５０重量％が標準
粒度以下であり、好ましくは少なくとも７０重量％、特に少なくとも８０重量％
が最も近い等級内にあり、少なくとも９０重量％がダブル直径（ハーフメッシュ
大きさ）内にあるように選定される。

【００２１】 この場合、層厚は下側のコーティングのために記載した範囲内で選択される。
１つだけの層を形成するときには、この層の厚さは好ましくは１００〜６００μ
ｍ、特に２００〜４００μｍである。

【００２２】 本発明では、多孔率が低下するにつれて層内部応力が増大することが判った。
それによっって、連接棒端部から層が剥離する危険がある。本発明は特に、連接
棒端部における層のきわめて高い接着強度が達成される特別なサンドプラストス
テップによって、この危険に対処する。本発明に従って他方では、層の被覆形成
温度を高めることによって、大きすぎる層内部応力による層の剥離が防止される
。これは例えばプラズマバーナーの電圧または電流を高めることによって行われ
る。これにより、層は基質（連接棒端部）に良好に分配され、良好な接着が達成
される。これは好ましくは、被覆層が上記のように或る程度小さな多孔率を有す
るような程度でのみ行われる。他方では、被覆形成温度の増大は基板の灼熱の危
険をもたらす。すなわち、基板が過熱され得る。これは特に鉄材料の場合に問題
である。本発明ではこれに対処するために、下層だけが高い被覆形成温度で溶着
される。他の層形成は低温でかつ高い多孔率で行われる。この高い多孔率が所望
な滑り軸受に適していないときには、この高い多孔率の層を後続の加工の際に切
除すると、本発明にとって問題ではなくなる。この場合、高い多孔率の層または
低温で被覆された層は、機械的な後加工のための基質形成のためにのみ役立つ。

【００２３】 軸受層の被覆形成は好ましくは１回の作業工程で行われる。すなわち、コーテ
ィングは中断されない。異なる孔率を達成するために、自動粉末適合およびまた
はパラメータ適合が行われると有利である。

【００２４】 下側の軸受層は好ましくは、例えば軸受ブッシュの破断の際に連接棒のクラッ
ク形成によって生じる非円形部（代表的な非円形部は３０〜１５０μｍ）を覆い
、後加工のために所望される厚さを得るために、連接棒の軸受材料上に方法技術
的に簡単に被覆形成可能な特に多孔性の他の層によって覆うことができる。この
層は本来の滑り軸受層（小さな多孔性層）内まで大きな問題なく切除可能である
。この方法により、層内部応力の調整、連接棒の灼熱防止または少しだけの灼熱
および滑り軸受層の大きな接着引張り強度が達成される。この接着引張り強度は
通常は２０Ｎ／ｍｍ² 以上、特に２５Ｎ／ｍｍ² 以上である。２８Ｎ／ｍｍ² 以
上の接着引張り強度が可能である。アルミニウム青銅によって例えば約１８５Ｈ
Ｖ_0.3 以上の層硬さが得られる。

【００２５】 主としてディーゼルエンジンにおいて設けられるような、連接棒、特に連接棒
大端部の高荷重滑り軸受層のために、滑り軸受層内の残留オイル量を増大させる
と有利である。これは本発明に従い、滑り軸受層内に１つまたは複数の潤滑溝を
形成することにより、エンジン停止時またはアイドリング回転数以下のエンジン
回転数においてオイル保持容積を増大させることによって達成される。これによ
って、エンジン始動またはエンジン停止時に、混合摩擦の範囲を短時間で通過す
る。この短い時間は滑りフィルムの長い維持または迅速な形成の結果である。こ
の滑りフィルムは、微小孔または溝からのエンジンオイルがクランク軸に付着す
ることによって生じる。特に多孔性表面と共に、軸受層に少なくとも１個の溝を
形成することによって、ポンプのオイル圧力が既に低下したり、上昇し始めると
きでも、潤滑フィルムは“長く”維持される。溝が主として半径方向に、すなわ
ち周方向に延びていると、溝効果が特に有利である。その際、溝が閉じていると
、すなわち無端溝、特にリング状の無端溝であると特に有利である。溝は好まし
くはＶ字形または台形に形成される。この場合、溝の側面は互いに特に３０〜８
０°、特に４５〜６０°をなしている。溝の深さは0.2 〜１ｍｍ、特に0.4 〜0.
6 ｍｍが適している。溝の数は特に、滑り軸受の幅、滑り軸受の接触面積の割合
および必要な付加的なオイル保持容積に依存する。上記の溝形状と溝深さは、溶
射コーティング前の状態である。溶射コーティングとしてプラズマ溶射を使用す
ると特に有利である。

【００２６】 １つまたは複数の溝を形成した後で、基質表面は好ましくは、滑り層、特に上
記の異なる多孔率の複合軸受層で被覆される。それに続く軸受面の後加工の際、
特に溝が後加工されないかまたは少しだけしか後加工されないので、ざらざらし
た（プラズマ）層構造がきわめて良好なオイル保持を生じる。

【００２７】 軸受層の溶射の際に、金属が溶射されると有利である。この場合、好ましくは
金属合金が使用される。更に、好ましくはいろいろな金属の混合物（特に金属合
金）が使用される。このような混合物は例えばアルミニウムと亜鉛の混合物であ
る。この場合、個々の成分を粉末形態で混合することによって、混合物が特に有
利に得られる。金属粉末の分級は特に個々の溶射パラメータに依存し、専門家に
よる一連の実験で容易に検出可能である。軸受材料としては、青銅、特にアルミ
ニウム青銅（アルミニウム／亜鉛）が好ましいがしかし、銅の青銅や金属−軟質
物質−層およびまたは金属−固体潤滑物質−層を使用することができる。軟質物
質としては、例えば亜鉛のような軟質金属が使用され、この軟質物質は例えばア
ルミニウム合金（アルミニウム／銅／マグネシウム／クロム）のような硬い金属
内に分配される。しかし、軟質物質として、例えばフルオロポリマー（例えばポ
リテトラフルオロエチレン）のような他の材料を使用することができる。固体潤
滑物質としては、二硫化モリブデン、窒化ホウ素またはグラファイトのような化
合物が適している。

【００２８】 軸受材料を過剰に溶射すると有利である。この軸受材料は続いて後加工される
。後加工のために、例えばホーニング、特に精密スピンドル加工が適している。
ホーニングの際に好ましくは、軸受材料の２０〜３００μｍ、特に５０〜２００
μｍが切除される。精密スピンドル加工の際に、過剰量は好ましくは５０〜１０
００μｍ、特に１００〜５００μｍである。

【００２９】 （余剰量の除去の後の）完成した軸受層は特に、１５０〜８００μｍ、特に２
００〜５００μｍである。このような層は、2.5 ｍｍの範囲内の厚さの普通の軸
受ブッシュよりも非常に薄い。これは、多くの材料が連接棒に残ったままである
こと（高荷重に耐える）あるいは軽量の連接棒を製作することができることを意
味する。

【００３０】 本発明では、溶射によって軸受材料で被覆される連接棒端部は好ましくは、軸
受材料を被覆形成した後で初めて開放される。この方法は、連接棒端部が破断さ
れる（クラックを形成される）ときに使用される。この方法の場合には、連接棒
端部は（内側に）所望な破断個所に各々１つの刻み目を備えている。この刻み目
ｇａにレーザによって形成されると有利である。この場合例えば、ＦＫレーザが
約４５°で連接棒端部に作用する。レーザ出力として特に５〜１０ｋＷが使用さ
れる。刻み目は好ましくは幅が0.3 〜0.8mm であり、深さが0.2 〜0.7mm に形成
される。破断個所は通常は連接棒端部のほぼ中央に形成される。その代わりに、
エロージョンによってまたはブローチ工具を用いて例えば突くことによって刻み
目が形成される。

【００３１】 連接棒端部に刻み目を形成し破断する際に、先ず最初に連接棒に刻み目を入れ
（例えば工具、レーザまたはエロージョンによって）、そして溶射によって軸受
材料を被覆し、続いて破断すると有利である。この方法によらない場合に破断個
所または個々の軸受ブッシュの間に存在する隙間が、この方法では無くなる（か
または最小となる）。このような隙間はエンジン高負荷の場合に、オイルフィル
ムの亀裂を促進する。軸受材料のコーティングの前に刻み目を設けることにより
、良好な潤滑特性が達成される。事情によっては、軸受材料のコーティングの前
い破断してもよい。それに続いて、軸受材料はもう一度（好ましくは刻み目なし
で）破断される。

【００３２】 連接棒端部が切断によって開放される場合、これは好ましくは、溶射による軸
受材料の被覆の前に行われる。この方法の場合、連接棒端部が切断され、連接棒
本体と連接棒キャップの合わせ面が個別的に滑らかにブローチ削りされる。この
部品は続いて組み立てられ、穴とねじが形成されてボルト止めされる。再びボル
ト止めされた連接棒端部には好ましくは、特に軸受材料にコーティングの前に、
（分離個所に）刻み目が形成される。続いて、軸受層を分離するために、連接棒
端部が再び破断される。この場合、破断が不均一に行われるときには、軸受層自
体に刻み目を入れなければならない。

【００３３】 軸受層の上記加工（ホーニングまたはスピンドル加工）は好ましくは、連接棒
端部の開放の後で初めて行われる。これによって、場合によって軸受層の破断時
に発生する破断エッジのまくれが、過剰量の除去と同時に除去される。

【００３４】 本発明に従って製作された連接棒には、オイル通路を連接棒端部に穿設するこ
とができる。このオイル通路は好ましくは、軸受層を被覆形成した後で初めて、
特にその後加工の後で初めて、連接棒端部に穿孔される。この場合、オイル通路
は連接棒本体を通って反対側の連接棒端部まで穿孔することができる。

【００３５】 本発明に従って、軸受層を被覆した後で初めて、連接棒の端面（大きな側面）
を後加工すると有利である。後加工は好ましくは端面の研削によって行われる。

【００３６】 本発明による方法の場合、コーティングの前に、連接棒端部をざらざらにする
加工ステップが設けられる。サンドブラストによってざらざらにすると特に有利
である。しかし、高圧の液体を噴射してもよい。この場合、連接棒端部の材料、
特にＣ７０鋼は、山から谷までの平均高さＲ_a が４〜３０μｍ、特に８〜１２μ
ｍになるようにざらざらにされる。このようなざらざらの平均高さの場合、連接
棒端部の材料上での軸受材料のきわめて良好な接着が達成される。

【００３７】 連接棒端部における軸受層のきわめて有利な製作のために、連接棒端部の少な
くとも一方の端面が型で被覆される。この型は連接棒端部の範囲に穴を備えてい
る。この穴は連接簿端部の穴とほぼ同じ大きさであるので、コーティングは型に
よって妨害されることがなく、連接棒端部の範囲における端面のコーティングが
避けられる。一方の端面だけが型で被覆されると、他方の端面は好ましくはパレ
ット上に載せられる。このパレットは連接棒の範囲に同様に、型のような穴を備
えている。

【００３８】 本発明に従って、個々の連接棒の端部が１回の作業工程でコーティングされる
と有利である。そのために、複数の連接棒、好ましくは２〜１０個、特に４〜８
個の連接棒は、コーティングすべき連接棒端部が円筒を形成するように重ねられ
る。そのために、連接棒を位置決めするホルダーを特殊パレット上に設けること
ができる。このホルダー内に連接棒が挿入される。この方法の場合、同時に被覆
される連接棒は、それに続いて内燃機関に一緒に取付けるために、グループとし
て持続的に取り扱われる。内燃機関のすべての（同じような）連接棒は重ねるこ
とによって一緒にコーティングされる。シリンダの数（例えば１２シリンダ）の
ためにこれが不可能であるときには、少なくとも１つのシリンダバンクの連接棒
（Ｖ１２エンジンの場合には６個）が重ねてコーティングされる。この方法によ
り、同じ品質の連接棒を内燃機関に取付けることができる。

【００３９】 特に複数の連接棒を重ねてコーティングするときに、溶射中、ガス流が連接棒
端部を通過すると特に有利である。ガス流としては特に、調和され浄化された空
気が適している。特に、空気は脂肪や水分を含まないようにすべきであり、かつ
できるだけ所定の温度範囲（約２０°Ｃ）内にあるようにすべきである。空気流
は好ましくは、３〜１５ｍ／ｓ、特に５〜８ｍ／ｓの流速（空気下降速度）を有
する。ガス流によって、溶射時に発生するスプレーしぶきが吹き飛ばされる。

【００４０】 軸受材料の溶射は特に、回転する噴射ノズルによって行われる。この噴射ノズ
ルは特に、連接棒端部の上方で回転して連接棒端部内に入れられる。このような
噴射ノズルによって、連接棒端部内にきわめて均一なコーティングが行われる。
噴射ノズルは本発明による連接棒のコーティングの際に、連接棒内への特に0.5
〜20ｍｍ／ｓ、特に２〜８ｍｍ／ｓの送りによって連接棒端部に通される。

【００４１】 溶射の際に、軸受材料の複数の層が連接棒端部に被覆されると特に有利である
。この場合、４〜３０個の層を連接棒端部に形成することができる。その際、こ
の層は好ましくは異なる方向に被覆される。これは、層品質を改善する働きをす
る。これは連接棒端部の場合、噴射ノズルが内部に挿入されるときと外に出され
るときに連接棒端部をコーティングする。この場合、回転する噴射ノズルは特に
その回転方向を維持する。

【００４２】 本発明では、連接棒が大量生産で軸受材料によって被覆される。この場合、一
連の個々の連接棒を測定すると有利である。この場合、特に山と谷の平均高さＲ _a およびまたは軸受材料自体（例えば混合物を使用する際の軸受材料の分布の均
一性）が測定される。連接棒の測定が破壊せずに行われると特に有利である。

【００４３】 上記の特徴と手段および次に説明する特徴と手段は、連接棒のような本発明に
よる方法のために同じように適用される。

【００４４】 次に、図と実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。

【００４５】 上述の方法ステップは一部だけが必須である。基本的には個々の方法ステップ
を省略、補足、代替的実施およびまたは他の方法ステップと交換可能である。 クラック型連接棒の製作工程 今かで例えばＣ７０鋼製の軸受ブッシュを備えていたような普通の連接棒１（
図１，２）が、製作ラインに置かれる。これに続いて、側面２の粗研削が行われ
る。続いて、連接棒大端部３と小端部４のが予備加工される。すなわち、寸法が
合わせられる。更に、連接棒キャップ９のためのねじ穴加工が側面２で行われる
。すなわち、穴５とねじ６が形成される。

【００４６】 クラッキングの準備のために、ＦＫレーザ７が４５°の角度で連接棒大端部３
に向けられる。このレーザ７によって、連接棒大端部３の両側と中央にそれぞれ
、幅が約0.5mm で深さが約0.3 〜0.5mm の刻み目が形成される。その代わりに、
ブローチ工具によって刻み目を形成してもよい。

【００４７】 刻み目８が形成された後で、連接棒大端部３は、後述するように、プラズマコ
ーティングされる。プラズマ層を形成した後で、連接棒大端部３はプラズマ層と
共に、約１００ｋＮの破壊力を有する破断装置によってクラック（亀裂）を入れ
られる。破断個所は洗浄され（圧縮空気を吹き付けられ）、破断した連接棒キャ
ップ９はボルト１０によって、所定のトルクで組み立てられる。連接棒小端部も
、ブッシュ１１を圧入することによって組み立てられる。その後で、端面１２が
仕上げ研削される。

【００４８】 今や、大端部３と場合によっては小端部４は寸法１６（図３）となる。これは
、精密ドリルすなわち精密スピンドルによって行われる。続いて、連接棒は仕上
げ洗浄、測定および分級される。 切断型連接棒の製作工程 切断型連接棒の製作過程は上記の過程と実質的に同じであるがしかし、連接棒
端部は側面、ヘッド面およびボルト座をブローチ削りした後で、切断によって分
離される。切断の後で、連接棒本体の合わせ面と連接棒キャップの合わせ面は別
々にブローチ加工される。これに洗浄ステップが続く。この洗浄ステップの後で
、連接棒小端部が粗加工および仕上げ加工される。今や、側面に穴とねじを形成
することによって、キャップボルトが挿入される。連接棒本体と連接棒キャップ
の合わせ面が仕上げ研削され、もう一度洗浄され、連接棒キャップが連接棒本体
に取付けられる。切断面に再びＦＫレーザによって刻み目が形成され、続いて連
接棒大端部が軸受層を備える。この軸受層は続いて再び破断される。

【００４９】 例えば連接棒小端部４への圧入のような軸受ブッシュ１１の個々の製作ステッ
プは、工程全体の異なる個所で行うことができ、例えばプラズマコーティングの
前に行うことができる。 連接棒大端部の製作工程のプラズマコーティング プラズマコーティングのために、連接棒は洗浄され、連接棒大端部は高温蒸気
で脱脂され、その後残留水分が乾燥除去される。このようにして前処理された連
接棒は４〜８本上下に重ねられるので、連接棒大端部が特殊パレットの穴上に同
心的に位置する。その際、連接棒は好ましくは、予備加工された連接棒小端部と
連接棒本体または側面によって方向づけられて固定される。連接棒を載せた特殊
パレットは、準備領域を経てサンドブラストユニット内に達する。このサンドブ
ラストユニット内では、連接棒大端部は砂噴射によってざらざらの凹凸の（山か
ら谷までの）平均高さが約８〜１２μｍとなる。続いて、連接棒は洗浄ステーシ
ョンに移動し、噴射された表面に圧縮空気が吹き付けられて清掃される。前処理
された連接棒は最後に、プラズマステーションに移動する。このプラズマステー
ションでは、連接棒大端部が回転するプラズマバーナーによって、約0.5mm の層
厚でアルミニウム青銅が被覆される（図３）。被覆された連接棒はその後で、冷
却領域に達し、そこから、冷却された連接棒は特殊パレットによって取り出され
、上述の再加工部に供給される。

【００５０】 本発明に従って製作された連接棒は、連接棒大端部に軸受ブッシュを含んでい
ないので、軸受ブッシュの組み立てと、軸受ブッシュの保持溝またはデバリング
が省略されるという利点がわる。これにより、プラズマ層の形成がコスト的に競
争力がつく。更に、プラズマコーティングされた連接棒は組み立て信頼性が高ま
る。というのは、軸受ブッシュの組み立てを逸することがないからである。

【００５１】 本発明による連接棒は大端部において、軸受押えの範囲内に大きなウェブ幅を
有する。というのは、後加工の後で、プラズマ層がたったの約0.3mm の厚さであ
り、軸受ブッシュの厚さが2.5mm に増大するからである。これにより、高負荷エ
ンジンのための連接棒高負荷およびまたは重量の低減が可能である。更に、２個
の軸受ブッシュ半部の間の隙間がなくなる。高負荷の場合、この隙間のところで
オイルフィルムが途切れ始める。それによって、本発明に従って製作された連接
棒は良好な潤滑特性を有する。 被覆形成工程 上述の製作工程で述べたように、半径方向の溝を有するコーティングすべき表
面の洗浄は高温蒸気によって行われる。この場合、実際に１００％の脂肪除去が
達成される。基質表面（鉄材料、例えばＣ７０）をざらざらにすることは、約４
〜６バールの噴射圧力でかつ粒の大きさを高めて、Al₂O₃ による複数回のサンド
ブラスト処理を行うことによって達成される。クラック型連接棒またはコーティ
ング型連接棒における、侵食される破断刻み目のための第１回目の噴射作業は、
0.063 〜0.15mmφ（２３０〜１００メッシュ）の粒径で行われる。基質表面と半
径方向溝のための第２回目の噴射作業は0.18〜0.35mmφ（８０〜４５メッシュ）
の粒径で行われ、基質表面と半径方向溝のための第３回目の噴射作業は0.6 〜1.
1mm φ（３０〜１６メッシュ）の粒径で行われる。他の作業ステップとして、続
いてアルミニウム−銅−鉄−合金によるプラズマコーティングが行われる。この
場合、例えばアルミニウムを５〜１５％、鉄を１〜５％、コバルトを１〜４％そ
してマンガンを0.5 〜４％含むアルミニウム青銅、特にアルミニウムを９〜１２
％、マンガンを約２％、コバルトを約２〜2.5 ％そして鉄を約３〜４％含むアル
ミニウム青銅を使用することができる。第１回目のプラズマコーティングは約２
００〜２５０μｍの層厚でそして平均で約３８μｍのコーティング材料の粉末粒
度で行われる。この場合、その都度使用されるバーナーに関連する被覆パラメー
タによって、層内に１％以下の多孔率が生じる。幾分粗い粉末粒（約６５μｍφ
）によって中断しないで更にコーティングが行われる。この場合、２００〜２５
０μｍの層厚が形成される。この場合、装置パラメータは1.5 〜3.5 ％の多孔率
が達成されるように調節される。

【００５２】 このようなコーティングは半径方向溝なしの軸受においても行うことができる
。 半径方向溝を備えた切断型連接棒の製作工程 次に、全体の製作工程について説明する。個々の作業ステップは既述のように
、作業計画に応じて省略、交換、補足または他の作業ステップと置換可能である
。

【００５３】 連接棒未加工品を納品した後で、この連接棒未加工品は製造ライン上に置かれ
る。この製造ラインでは、端面１２の予備研削（粗研削）とブローチ加工が行わ
れる。続いて、側面２、ヘッド面およびボルト座がブローチ加工され、連接棒大
端部が分離される。その後で、合わせ面３０と連接棒大端部３のブローチ加工が
行われる。この場合、連接棒本体と連接棒キャップ９は個別的に加工される。部
品を洗浄した後で、連接棒小端部４が粗加工および仕上げ加工され、連接棒キャ
ップボルト１０のために穴とねじが加工される。連接棒小端部４に軸受ブッシュ
１１が圧入され、押圧され、面取りされる。連接棒本体と連接棒キャップ９の合
わせ面３０は仕上げ研削され、全体がもう一度洗浄される。

【００５４】 その後で、連接棒キャップ９は所定のトルクで連接棒本体に締結され、そして
半径方向溝３２を使用する場合には、溝が例えばフライス加工または旋盤加工に
よって連接棒大端部に形成される。

【００５５】 プラズマ層１５，１６を後で開放するために、破断刻み目が例えばエロージョ
ンまたはレーザによって連接棒大端部に形成される。それに続いて、連接棒大端
部のプラズマコーティングが行われる。

【００５６】 必要な場合には、連接棒の種類の応じて、オイル通路を（連接棒大端部から連
接棒本体を通って連接棒小端部まで）穿孔することができる。これはガソリンエ
ンジンの場合に行うことができ、たいていの場合ディーゼルエンジンで行われる
。

【００５７】 被覆されたプラズマ層１５は連接棒キャップボルト１０を弛めることによって
クラックが入れられる。これはプラズマコーティングに応じて、しばしばプラズ
マ層１５の内部応力によって行われる。連接棒キャップ９が取り外され、破断個
所が吹き飛ばしによって洗浄される。続いて、連接棒キャップ９が再び取付けら
え、連接棒キャップボルト１０が所定のトルクで締付けられる。連接棒大端部が
両側を面取りされ、そして代替物に応じて半径方向溝のエッジが破断される（丸
められる）。

【００５８】 その後で、端面１２が仕上げ研削され、連接棒小端部４が仕上げ穿孔され、連
接棒大端部３が軸受層１６上に固有の軸受面を形成し微小孔３３を露出させるた
めに、仕上げスピンドル加工される。その後の洗浄の後で、連接棒が定寸され、
分級される。この場合好ましくは、２つの誤差等級が選択される。

【００５９】 このようにして製作された連接棒は組み立てラインで分解され、組み立てライ
ンで内燃機関のクランク軸３４に取付けられる。

【００６０】 連接棒大端部をプラズマコーティングし、場合によってはオイル通路を穿孔し
た後で、連接棒大端部の両側を面取りし、代替物に応じて半径方向の溝エッジを
丸めることができる。これに続いて、端面の仕上げ研削が行われ、連接棒小端部
が仕上げ穿孔され、連接棒大端部が仕上げスピンドル加工される。連接棒を洗浄
、定寸および分級した後で、特に組み立てラインで直に、連接棒キャップボルト
を弛めることによってプラズマ層にクラックが形成される。連接棒キャップが取
り外され、破断個所が例えば吹き飛ばしによって清掃される。そして、連接棒は
内燃機関のクランク軸に取付けられる。

【００６１】 例えば連接棒キャップボルト用穴をややずらすことによって、連接棒における
キャップのねじれ防止が有利に行われる。それによって、プラズマ層にクラック
を形成する際に生じるぎざぎざが再び互いに同一に配向される。 クラック型連接棒の製作工程 連接棒未加工品（材料は例えばＣ７０）が製作ライン上に置かれ、粗研削され
る。この場合、側部が平らに研削される。連接棒大端部と小端部の粗加工と、軸
受キャップのためのボルト穴加工（穿孔とねじ切り）が行われる。軸受の種類に
応じて、例えばフライス加工または旋盤加工によって、１つまたは複数の半径方
向溝が連接棒大端部に形成される。続いて、連接棒大端部に例えばＦＫレーザに
よって刻み目が形成される。このレーザは連接棒大端部に４５°で向けられる。
レーザ出力は約７ｋＷである。この場合、両側において、約２ｍｍすれすれの幅
と0.5 ｍｍすれすれの深さの刻み目が大端部の中央に形成される。この刻み目は
ブローチ工具によってあるいはエロージョンによって形成することができる。約
１００ｋＮの破断力を有する破断装置によって、連接棒大端部にクラックが形成
される。連接棒軸受キャップが取り外され、破断個所が例えば圧縮空気によって
清掃される。続いて、連接棒軸受キャップが再び取付けられ、連接棒軸受キャッ
プボルトが所定のトルクで締付けられる。その後、連接棒大端部がプラズマコー
ティングされ、軸受ブッシュが連接棒小端部に圧入される。連接棒大端部の両側
が面取りされ、連接棒側部が仕上げ研削され、連接棒大端部と連接棒小端部が精
密穿孔または精密スピンドル加工される。続いて、連接棒の完全な清掃（洗浄）
と定寸と分級が行われる。組み立てライン上で連接棒が分解され、内燃機関のた
めのクランク軸に取付けられる。

【００６２】 特に連接棒キャップボルトを弛めることによるプラズマ層のクラック形成は、
組み立てライン上で直接的にあるいはその前の時点で行うことができる。プラズ
マ層のクラック形成の後で、連接棒キャップ破断個所を清掃（吹き飛ばし）する
ことが推奨される。 プラズマコーティングの製作工程 連接棒が洗浄され、少なくとも連接棒大端部が高温蒸気によって脱脂され、続
いてできるだけ低い残留水分含有量まで乾燥される。複数の連接棒が連接棒大端
部に対して同心的に重ねて特殊パレット上に積層される（通常は４〜８個の連接
棒）。この場合、固定は連接棒小端部と連接棒本体または側面を介して行うこと
ができる。積荷された特殊パレットはニュートラルゾーンを経てサンドプラスト
ユニットに入れられ、位置決めされる。連接棒大端部は上記の砂分級によって約
6.5 〜８μｍの平均凹凸深さにサンドブラスト加工される。続いて、特殊パレッ
トはサンドブラスト加工した連接棒と共に清掃ステーションに移動する。この清
掃ステーションでは、サンドブラスト加工された表面に圧縮空気が吹き付けられ
る。更に、特殊パレットはプラズマステーションに移動する。このプラズマステ
ーションでは、連接棒大端部が先ず最初に、アルミニウム青銅性の小孔の少ない
層で、続いて小孔が幾分多い層で、全体厚さが0.5mm になるまでプラズマコーテ
ィングされる。コーティングされた連接棒は冷却領域に移動させられ、パレット
を冷却した後で再加工のためにパレットから取り外される。

【００６３】 本発明は軸受ブッシュとその組み立てと保持溝とそのためのデバリングを省略
することができるという効果がある。これによって、組み立て信頼性が高まる。
プラズマコーティグによって、軸受キャップ固定部の範囲において大きなウェブ
幅（小さな連接棒穴直径）が得られる。なぜなら、約2.5 ｍｍの軸受ブッシュ厚
さの代わりに、0.5 ｍｍよりも薄いプラズマ層が使用されるからである。これに
よって、高負荷エンジンにおける連接棒高負荷または或る程度の重量低減が可能
である。更に、構造的な原因により事情によってはオイルフィルムを破断するこ
とになる、２個の軸受ブッシュ半部の間の隙間が無くなる。プラズマコーティン
グによって、良好な潤滑特性が達成される。同時に、誤差が小さくなる。なぜな
ら、プラズマコーティングによって誤差等級が無くなるからである。小さな製作
誤差によって良好なエンジン回転が達成される。プラズマコーティングにおいて
半径方向溝を使用することにより、軸受の高荷重と、混合摩擦時間の低減が達成
される。微小圧力室システムは、１つまたは複数の溝と組み合わせて、摩擦係数
を改善する。溝は他の滑り軸受材料で被覆してもよい。この滑り摩擦材料は、コ
ーティングを切削加工した後で溝内に存在する。このような軸受材料は鉛、亜鉛
またはニッケルをベースとするものであってもよい。これによって、軸受の高荷
重または寿命が達成可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 連接棒の正面図である。

【図２】 連接棒の側面図である。

【図３】 連接棒大端部の層構造を示す図である。

【図４】 クランク軸ジャーナルと微小孔の軸受層を備えた連接棒キャップを示す図であ
る。

【図５】 半径方向潤滑溝を備えた図４の連接棒キャップを示す図である。

【図６】 複数の半径方向潤滑溝を備えた連接棒キャップを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １９７ ３３ ９３０．１ (32)優先日 平成９年８月６日(1997．8．6) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ Ｆターム(参考） 3J033 AA04 AB03 AC01 GA05 GA06 GA07 4K031 AA02 AA08 AB02 AB08 BA01 CB07 CB18 CB35 CB50 CB51 DA04 FA04 【要約の続き】 連結が達成される。本発明は内燃機関で用いられる。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連接棒端部内に軸受層が配置され、この軸受層が軸受材料を
   溶射することによって連接棒端部に被覆形成される、連接棒を製作するための方
   法において、軸受材料が溶射の過程で異なる温度で連接棒端部に溶着されること
   を特徴とする方法。
2. 【請求項２】 軸受材料の溶着温度が溶射の過程で低下することを特徴とす
   る請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 溶射される軸受材料が機械的に後加工、特に切削加工される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 低い温度で溶着された軸受材料の少なくとも一部が除去され
   ることを特徴とする請求項２，３記載の方法。
5. 【請求項５】 温度がバーナー、特にプラズマバーナーの電流または電圧の
   変更、燃焼ガス量の変更、冷却ガス量の変更およびまたは溶着すべき軸受材料の
   供給の変更によって変えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに
   記載の方法。
6. 【請求項６】 軸受材料の供給の変更が、軸受材料の原料の変更およびまた
   は供給される軸受材料の粒の大きさの変更およびまたは単位時間あたりの軸受材
   料供給量の変更であることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 軸受材料を連接棒端部に溶着する温度、特に開始温度が、こ
   の温度で軸受層全体を溶着する際に連接棒端部の材料が灼熱するように選定され
   ていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. 【請求項８】 軸受溶射層を形成する前に、粒子噴射によって連接棒端部を
   ざらざらにすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
9. 【請求項９】 山と谷の平均高さＲ_A が４〜３０μｍ、特に６〜１２μｍに
   なるように、連接棒端部をざらざらにすることを特徴とする請求項１〜８のいず
   れか一つに記載の方法。
10. 【請求項１０】 軸受材料がプラズマ溶射によって被覆形成されることを特
    徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
11. 【請求項１１】 軸受材料として金属、特に合金が被覆形成されることを特
    徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
12. 【請求項１２】 軸受材料でコーティングされる連接棒端部を互いに同心的
    に重ねて、連接棒が処理されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つ
    に記載の方法。
13. 【請求項１３】 軸受材料が、場合によっては後加工の後で、１５０〜８０
    ０μｍ、特に２００〜５００μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１
    〜１２のいずれか一つに記載の方法。
14. 【請求項１４】 連接棒端部が刻み目形成と破断によって開放されることを
    特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。