JP2006508302A - 軸受シェル、軸受及び軸受シェルの製造方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも滑り軸受材料（３）で被覆されている、金属製の担持体材料（２）を備えた軸受シェル１を開示する。担持体材料（２）の背面側で、少なくとも一つの油を移送する溝がスタンピングされている。このような軸受シェルを製造する方法は、以下の方法工程、すなわち、
少なくとも一つの滑り軸受材料で金属担持体材料の片側を被覆して、複合材料から成るストリップを製造する工程、
ストリップの露出している担持体材料に溝をスタンピングする工程、
材料片に切断する工程、
材料片を成形して軸受シェルにする工程、及び
材料の除去と関連した軸受シェルの内側加工工程
を包含する。

Description

本発明は、少なくとも滑り軸受材料で被覆されている、金属、特に鋼製の担持体材料を備えた軸受シェルに関する。さらに本発明は、このような軸受シェルの用途、このような軸受シェルから構成される軸受、ならびに軸受シェルの製造方法にも関する。

このような軸受シェルは、特に内燃機関、クランクシャフト軸受及び連接棒に使用される。内燃機関内で油を移送する様式に応じて、この軸受シェルは油孔を、そして摺動面内、すなわち滑り軸受材料内には油溝を備えている。この油溝は油孔と連結しており、かつ軸受材料内に削り加工される。このような油溝は、通常、軸受シェルの内周全体にわたって延びている。油溝が軸受背面部に設けられている限り、軸受シェルとは船用ディーゼルエンジン用の大寸法の軸受シェルであり、この場合油溝は軸受シェル内周全体にわたり延びている。

新しいＰＫＷエンジンのデザインは、変更された油移送部を備えており、潤滑油の一部を軸受シェルの周囲で移送しなければならない。軸受収容部において油溝を用いた実験は、複雑でかつ費用がかかることがわかった。これ以外の短所は、このような溝が軸受ケーシングから軸受キャップの中まで延びていなければならないことであり、従って軸受ケーシングと軸受キャップとの間の領域内での材料の脆弱化により、安定化が問題となる。さらに、自由に使える場所は、そこにある保持ネジのために極めてわずかである。

特許文献１から、滑り軸受部材が知られており、この滑り軸受部材は軸受背面部に、液状潤滑剤用の排出通路として、接触面の最大１５％を占める細い通路を備えている。この排出通路の深さは０．０３〜０．２ｍｍで指定されている。この方法により、軸受を収容している機械部分と軸受収容部を協働保持している部材を強化する必要なく、従って重厚に形成する必要なく、軸受の背面と収容孔との間のオイルカーボンの堆積を防止できる。
座り面間に浸透する潤滑剤は、座り面の自由端の方へ向かう相対運動の過程で逃げてしまうおそれがある。それに応じて、排出通路は全て、滑り軸受部材の軸方向端縁部に通じていなければならない。このように、これらの排出通路は目的に合った油の案内には適さない。排出通路の製造の様式に関しては、何の提示もしていない。
ドイツ国特許第３３２８５０９号明細書

従って本発明の課題は、軸受シェルの背面部における油の移送を可能にする、低価格の軸受シェルを提供することである。さらに本発明の課題は、このような軸受シェルの製造方法を提供することにある。

このような課題は、少なくとも一つの油を移送する溝が、担持体材料の背面側にスタンピングされていることにより解決される。

油を移送する溝を軸受シェルの担持体材料内に案内することは、この溝を軸受収容部に案内することよりも容易であることがわかった。この場合、同時に軸受ケーシングと軸受キャップの過渡領域内での材料の脆弱化は回避される。軸受シェルの材料の脆弱化は、軸受シェルの負荷容量と寿命に関して何の否定的な効果も有していない。

さらに、溝を軸受シェルの金属背面部内にスタンピングすることは、例えばフライス加工のような他の方法を用いてこれを実施するに比べて、はるかに費用をかけずに実施できることがわかった。従って全体的に見て、外側溝を備えた軸受シェルは割安に製造できる。

溝は軸受シェル端部から軸受シェルの外周部分に渡って延びているのが好ましい。このような新しい内燃機関の設計に関しては、溝が軸受シェルの外周全体に渡って延びている必要ではない。なぜなら、軸受ケーシングあるいは軸受キャップ内の油供給管路と油排出管路は、軸受シェルの頂点領域内に設けられているからである。

溝は円周方向に、言い換えれば軸受シェルの軸方向端面に対して平行に延びているのが好ましい。

二つの軸受シェルから成る軸受内で、一方の軸受シェルから、他方の軸受シェルへ背面側で油を移送することができるように、溝は軸受シェルのパーティング面に通じているのが好ましい。

溝はα≦１２０°の円周角範囲に渡り、特にα≦９０°の円周角範囲に渡り延びているのが好ましく、この場合この円周角範囲はパーティング面から計算される。

溝はパーティング面の領域内でその最大深さＴ_ｍａｘを有しており、この深さＴは溝に沿ってＴ＝０まで連続的に減少するのが好ましい。このことは溝が軸受シェルの外側面内に連続的に移行するという意味である。

深さＴ_ｍａｘは≦０．８Ｄであるのが好ましく、この場合Ｄは担持体材料の肉厚を示している。溝の深さと幅は、移送されるべき油の量に関連した要求仕様に合わせる。この場合もう一方では、溝をスタンピングしている最中に、担持体材料がほんのわずかに変形することに注意しなければならない。このことは本方法に関連してさらに詳細に説明する。

滑り軸受材料は、アルミニウム合金、焼結青銅あるいは鋳造青銅から成るのが好ましい。好ましい材料は、ＡｌＳｎ６，ＣｕＡｌ７，Ｃｕ８０Ｓｎ１０Ｐｂ１０あるいはＣｕ８０Ｓｎ１０Ｚｎ１０である。

もし必要であれば、少なくとも一つの中間層が担持体材料と滑り軸受材料との間に設けられていてもよい。滑り軸受材料上に被覆を重ねることも可能である。

本発明による二つの軸受シェルから構成された軸受にあっては、軸受シェルはどちらも、溝が通じているパーティング面が、重なり合っているように設けられている。
軸受シェルは、内燃機関の主要軸受に使用されるのが好ましい。

このような軸受シェルの製造方法には、以下の方法工程が定められている。

−少なくとも一つの滑り軸受材料で金属担持体材料の片側を被覆して、複合材料から成るストリップを製造する工程、
−ストリップの露出している担持体材料に溝をスタンピングする工程、
−材料片に切断する工程、
−材料片を成形して軸受シェルにする工程、及び
−材料の除去と関連した軸受シェルの内側加工工程。

溝をストリップ材料内にスタンピングすることが、従来の軸受シェル製造工程に組み込むことができることがわかった。この場合、スタンピングステーションを製造手順内に収容するのが必要であることにすぎない。溝の機械加工と比べて、スタンピング加工は明らかに迅速である。したがって、軸受シェルの総製造時間は、ほんのわずかばかり長くなるだけにすぎない。

さらに、スタンピングの際に必ず発生する材料のずれによる悪影響は、後に続く作業において簡単に修正されることもわかった。溝を仕上げられた軸受シェル内にスタンピングすると、費用のかかる付加的な後加工が必要になるであろう。

材料片の分離は、ストリップ送り方向に対して垂直に延びている分離線に沿って行われ、この場合、ストリップの幅に依存して、材料片は送り方向に対して垂直にかあるいは送り方向に対して平行に延びている。後者の場合、ストリップの幅は分離された材料片の幅に相当している。

材料片の縁部の加工は、成形の前後に行うことができる。

溝はその長手方向軸線に関して、ストリップ送り方向に対して垂直にスタンピングされるのが好ましい。このことは、ストリップ材料から相前後して、ストリップ送り方向に対して垂直に延びている材料片が切断され、この材料片が引き続いて成形されて軸受シェルになる点で、軸受シェルを製造する際に行われる従来の作業経過の一つに合致している。材料片が送り方向に延びていると、溝はそれに応じてその長手方向軸線に関して、送り方向にスタンピングされる。

溝は連続して減少する深さでもってスタンピングされるのが好ましい。

滑り軸受材料は、増大した過剰寸法で、担持体材料に取付けられるのが好ましい。軸受シェルの内側を、例えば孔あけ法で加工する際に、軸受材料の肉厚は最終寸法につめられる。

仕上げられた軸受シェルの内側加工は、従来の軸受シェルの製造においても行われている。ただし、この従来の内側加工は、わずかな過剰寸法でもって担持体材料に取付けられることを前提条件として必要とするにすぎない。

しかしながら、溝の大きさに応じて、スタンピングにより軸受材料の変形が生じることがあり、この変形は従来の内側後加工では完全に取り除くことはできないことがわかった。対応して多量の材料の除去が、内側加工と付随して行われる場合にだけ、この変形の除去が完全に上手くいくにすぎないことがわかった。すなわち軸受材料は増大した過剰寸法で取付けなければならず、従って軸受材料内の変形を完全に除去できるように、相当な量の材料の除去を、軸受シェルの内側面全体に渡って行うことができる。従って、摺動面はその最適な輪郭外形を得る。増大した過剰寸法は、≧０．２ｍｍ、言い換えれば材料肉厚が、最終寸法を越えて、≧０．２ｍｍである。

溝をストリップ材料にスタンピングすることにより、材料がずれるために、ストリップ平面内でストリップが広がりかつ湾曲する。従来の加工機械は、直線のストリップを加工するために設計されているので、溝に相対しているストリップの側に、各々少なくとも一つの補整スタンピング部が導入されると有利である。

この補整スタンピングは、同等の材料ずれが、溝のスタンピング時に生じるように、ストリップ平面内で起こるように行われる。もう一方においては、補整溝の領域を材料から切り取られねばならない場合、補整溝のスタンピングにより、材料の屑は増えないことに留意しなければならない。

従って、補整スタンピング部は分割線の領域内で導入されることが有利であることがわかった。そこで材料片は溝が導入された後、切り離される。この領域はいずれにせよ、後続して行われる材料片の縁部加工によって加工され、従って縁部領域内の不慮の変形も取り除くことができる。

補整スタンピング部として、楔状の溝がスタンピングされ、その先端部は相対しているストリップの側を指し示しており、そこで溝がスタンピングされる。

さらに、ストリップの広がりは、材料片の切り離しのための順送型（Folgewerkzeug）が、相応するように適合している場合に受入れられる。補整溝のスタンピングはこの場合省くことができる。

本発明の代表的実施例を、この後続けて図に基づき詳しく説明する。

図１では軸受シェル１を斜視図で見ることができる。軸受シェルは金属製の担持体材料２、ここでは鋼を有しており、この担持体は、摺動面を形成している滑り軸受材料３で被覆されている。軸受シェル１の二つの上部端面は、パーティング面４ａ，４ｂとして示してある。パーティング面４ａから始まって、溝６は軸受シェル１の外周長さにわたり延びている。溝６は担持体材料２内にスタンピングされ、かつパーティング面４ａの領域内で見られるように、台形状の横断面（図２及び３も参照）を有する。
パーティング面４ａの領域内において、溝６はその深さが最大である。この深さは溝に沿って減少し、従って溝６はその端部６‘で終わり、かつ担持体材料２の表面に移行する。溝６は軸受シェルの軸方向端面に対して平行に延びている。

図２には、図１に示した軸受シェル１のＡ−Ａ線に沿った断面図を図示してある。溝６は軸受シェル１の外周の円周角範囲８に渡って延びている。溝６の最大深さＴ_ｍａｘは、パーティング面４ａの領域内で達せられ、それにより溝６はパーティング面４ａに向かって開いている。深さＴは円周角範囲８にわたり連続的に減少し、この円周角範囲は、ここで示した実施形態において約８０°である。最大深さＴ_ｍａｘは、ここで示した実施形態において約０．４Ｄであり、この場合Ｄは担持体材料の肉厚を示す。さらに図２に示した軸受シェルは、軸受シェルの頂上部に油孔７ａを付加的に備えている。

図３では、二つの軸受シェル１から成る軸受９を斜視図で見ることができる。両軸受シェル１は、上部及び下部の軸受シェルの両溝６が互いに移行し合い、従って共通の溝を形成するように設けられている。

図４ａには、材料ストリップ１０を平面図で示してあり、この材料ストリップは、滑り軸受材料３で被覆された担持体材料２から成り、かつ送り方向１１に移動する。ここでは直線の材料ストリップ１０であり、その両縁部１６，１７は互いに平行に整向されている。

担持体材料２と滑り軸受材料３とから成る複合材料を有するこのような材料ストリップ１０は、図４ｂで概略的に示すように、スタンピングステーション１２に供給される。

スタンピングステーション１２において、送り方向１１に対して垂直に延びている溝６がスタンピングされ、この場合さらに補整スタンピング部１４が、楔状の溝の形で、分割線１３の領域内に導入される。この分割線１３は、材料片１５が後に続く作業過程において切断される線を言う。切断される材料片１５は、仕上げられた軸受シェル１に造りかえられる中間製品を形成する。

補整スタンピング部１４は楔状であり、従って最大の材料のずれはストリップ１０の縁部１６で生じる。このような補整スタンピング部１４が省かれていたなら、ストリップ１０は歪み、かつ多数の溝６をスタンピングした後、一点鎖線で指示し、かつ参照符号１０‘で示した湾曲形状を呈するであろう。

補整スタンピング部１４により、溝６のスタンピングにもかかわらず、ストリップ１０ａの縁部１６と１７の平行を保持することができる。これに関しては、楔状の溝１４の最大幅が溝１６の幅にほぼ相当することを留意しなければならない。

軸受シェルの斜視図である。 図１に示した軸受シェルのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 二つの軸受シェルから成る軸受の斜視図である。 第一実施形態による、ストリップ加工の材料ストリップの平面図である。 第一実施形態による、ストリップ加工の材料ストリップの平面図である。

符号の説明

１ 軸受シェル
２ 担持体材料
３ 滑り軸受材料
４ａ パーティング面
４ｂ パーティング面
５ 摺動面
６ 溝
６‘ 溝端部
７ａ 油孔
７ｂ 油孔
８ 角度範囲
９ 軸受
１０ ストリップ
１０‘ ストリップ
１１ 送り方向
１２ スタンピングステーション
１３ 分割線
１４ 補整スタンピング部
１５ 材料片
１５‘ 材料片
１６ 縁部
１７ 縁部

Claims (18)

1. 少なくとも滑り軸受材料で被覆されている、金属、特に鋼製の担持体材料を備えた軸受シェルにおいて、
   少なくとも一つの油を移送する溝（６）が、担持体材料（２）の背面側にスタンピングされていることを特徴とする軸受シェル。
2. 溝（６）が軸受シェル端部から、軸受シェル（１）の外周部分（８）に渡って延びていることを特徴とする請求項１記載の軸受シェル。
3. 溝（６）が円周方向に延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受シェル。
4. 溝（６）が軸受シェル（１）のパーティング面（４ａ）に通じていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の軸受シェル。
5. 溝（６）がα≦１２０°の円周角範囲（８）に渡り延びてい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軸受シェル。
6. 溝（６）がα≦９０°の円周角範囲（８）に渡り延びていることを特徴とする請求項５記載の軸受シェル。
7. 溝（６）がパーティング面（４ａ）の領域内でその最大深さＴ_ｍａｘを有していること、
   および、この深さＴが溝（６）に沿ってＴ＝０まで連続的に減少し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軸受シェル。
8. 深さＴ_ｍａｘが≦０．８Ｄであり、この場合Ｄが担持体材料の肉厚であることを特徴とする請求項７記載の軸受シェル。
9. 滑り軸受材料（３）が、アルミニウム合金あるいは焼結青銅から成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軸受シェル。
10. 両軸受シェル（１）が、溝（６）が通じているパーティング面（４ａ）が、重なり合っているように設けられてい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二つの軸受シェル（１）を備えた軸受。
11. 内燃機関の主要軸受における、請求項１に記載の軸受シェルの使用。
12. 以下の方法工程、すなわち
    −少なくとも一つの滑り軸受材料で金属担持体材料の片側を被覆して、複合材料から成るストリップを製造する工程、
    −ストリップの露出している担持体材料に溝をスタンピングする工程、
    −材料片に切断する工程、
    −材料片を成形して軸受シェルにする工程、および
    −材料の除去と関連した軸受シェルの内側加工工程
    により、軸受シェルを製造する方法。
13. 溝がストリップ送り方向に対して垂直にスタンピングされることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 溝が連続して減少する深さＴでもってスタンピングされることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
15. 滑り軸受材料が、増大する過剰寸法で、担持体材料に取付けられること、および
    軸受シェルを内側加工する場合、軸受材料の肉厚が最終寸法につめられることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の方法。
16. 溝に相対しているストリップの側に、各々少なくとも一つの補整スタンピング部が導入されることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一つに記載の方法。
17. 補整スタンピング部が分割線の領域内で導入されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 補整スタンピング部として、楔状の溝がスタンピングされることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。

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