JP3547744B2 - 分割された少なくとも一つの転動体用軸受面を有する部品の製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、一部が軸受カバーにあり、一部が部品にある分割された少なくとも一つの転動体（ころがり体）用軸受面を有する部品を製作するための方法に関する。
このような部品は例えば、小さな連接棒アイ、シャフトおよび大きな連接棒アイを備えた連接棒として形成可能である。この場合、大きな連接棒アイは連接棒をクランク軸に軸承するための分割された軸受座を備えている。本発明が特に連接棒の製作に関するので、次に、主として連接棒を問題にする。しかし、これが連接棒への制限につながるものではない。
連接棒は一般的に次のようにして作られる。先ず最初に成形部材を例えば鍛造、鋳造または粉末冶金法によって製作される。この場合、大きな連接棒アイの内法寸法は余剰寸法を有する。この状態で大きな連接棒アイが例えば鋸引きによって分割される。それによって余剰寸法は充分に除去される。これによって形成された連接棒キャップと残りの連接棒の分離面は、他の方法段階で、例えば研磨によって寸法通りに加工される。連接棒キャップは完成した状態で連接棒ボルトによって残りの連接棒に固定される。この場合、そのために必要なボルト穴は分割の前または分割の後にあけることができる。続いて、連接棒の組み立て状態で、軸受メタル半部を収容するために軸受座の機械的な加工が行われる。この軸受メタル半部は連接棒とクランク軸の間に設けられ、滑り軸受を形成する。
連接棒キャップを残りの連接棒から分離するための他の方法がドイツ連邦共和国特許第3806236号明細書により知られている。その際、連接棒キャップは破断分離によって残りの連接棒から分離される。この場合、分離面として、不ぞろいの大きな表面を有する破断面が生じる。それによって、残りの連接棒上での連接棒キャップの側方のずれがほとんどなくなる。それによって一方では、連接棒の軸受座における軸受メタルの固定が改善され、他方ではその都度分離された連接棒キャップだけしか残りの連接棒に固定することができない。なぜなら、破断面が一種類しかないからである。従って、例えばエンジンの組み立てまたは修理の際の個々の部品の取り違えがなくなる。
エンジンの形成に応じて、普通に行われる、クランク軸上での連接棒の滑り軸承の代わりに、特にニードル軸受によってころがり軸承することが合目的または必要である。これは例えば大容積のエンジンまたは小型のエンジンの場合である。
クランク軸と連接棒の間に転動体を配置する場合には、他方の軸受面、すなわち連接棒に設けられた軸受面も、大きな硬度を有する必要がある。なぜなら、転動体による連続的な応力に耐えなければならないからである。更に、組み立て上の理由から、この軸受面を分割された軸受面として形成する必要がある。従って、普通の軸受メタル半部の使用またはこれと同様に形成された転動体用の外側の軸受レースの使用は不可能である。更に、転動体と分割された外側の軸受レースを同時に使用することによって、連接棒の構造的な外径寸法、ひいてはエンジンの往復運動可能な質量およびエンジンの重量が大きくなる。それによって、特にエンジンの燃料消費に悪影響を与える。
分割された軸受座の面に、例えば周辺層硬化によって、ころがり軸承に相当する硬度を付与することができる。しかし、連接棒を製作するための材料は、必要な炭素含有量を持っていない。なぜなら、炭素含有量が多くなると、変形や機械加工が困難になるからである。従って、周辺層硬化の前に炭素を含む雰囲気でこのような連接棒を増炭する必要がある。その際、連接棒の大きな応力に基づいて、軸受面の範囲だけが増炭されるので、コストのかかる準備手段によって残りの連接棒の周辺層の増炭を防止しなければならない。
転動体のための分割された軸受面を有する部品を製作する場合の他の問題は、回転連動の度に転動体が軸受カバーと残りの部分の間の分離個所を越えて運動することにある。注意深く機械加工しても、小さな分離継ぎ目の形をした分離個所が残る。更に、組み立て後軸受カバーが残りの部分上で側方へずれることによって、半径方向と軸方向において分離継ぎ目が大きくなるので、軸受面がもはや平らに形成されないという危険がある。この両現象は、転動体の過早の摩耗を引き起こし、それによってエンジンの故障を生じる。
本発明の根底をなす課題は、上記欠点が充分に除去される、分割された少なくとも一つの転動体用軸受面を有する部品を製作するための方法を提供することである。更に、この方法は簡単かつ低コストで実施できるようにすべきである。
この課題は本発明に従い、少なくとも0.5重量％の炭素を含む材料から成形品を作り、この成形品から軸受カバーを破断分離によって分離し、その部品の少なくとも軸受面の範囲に、周辺層硬化によって少なくとも55HRC、特に少なくとも60HRCの硬度が与えられることによって解決される。その際、本発明に従って、周辺層硬化の前または後で、軸受カバーの分離が破断分離によって行われる。成形品は例えば粉末冶金法、例えば焼結または焼結鍛造によって作ることができる。これは、付加的な増炭手段を必要としないで、周辺層硬化のために必要な炭素含有層を含む材料を使用することができるという利点がある。この増やされた炭素含有量は、成形付与プロセスの後で、一般的にその次に行われる変形プロセス、すなわち補正または鍛造の際に、妨害作用しない。なぜなら、変形寸法が少なくて済むからである。破断分離による残りの部分からの軸受カバーの分離は、軸方向と半径方向における側方へのずれが充分に回避されるという利点がある。従って、続いて行われる軸受面の機械加工に依存して、運転中も残る分離継ぎ目なしに軸受面を形成することができる。これは、それぞれの個々の部品の間の継ぎ目線がきわめて微細な不均一な線であるので、可能である。従って、特にニードル軸受の場合に、転動体は常に一範囲が、軸受面の一方または他方の部分の平らな区間に載り、軸受カバーと残りの部分の間を移行するときに転動体が分離継ぎ目に乗り越える必要がない。
所望の分離個所で残りの部分から軸受カバーを破断分離するために、軸受カバーと残りの部分の間のこの分離個所の範囲において、少なくとも一つの裂け目を軸受面の範囲に設けると合目的である。裂け目は例えば機械加工、例えばフライス加工によって成形品に形成可能である。更に、成形品の粉末冶金製作のために必要なプレス型は、圧粉体の成形のために形成された範囲を有するので、圧粉体はその後に続く焼結プロセスの前に、既に裂け目を備えることができる。従って、軸受面の範囲に裂け目を形成することが合目的である。というのは、対向する破断面の間の連結線が円形の軸受面の直径に沿って延び、それによって、軸受すべき軸と部品の申し分のない組み立てが可能であるからである。しかし、このような裂け目は一般的に、部品の組み立て後でも、軸受面に設けられる。従って、本発明の他の実施形では、破断分離の後で裂け目は機械加工によってほぼ完全に除去され、その後初めて、軸受の周辺層硬化および機械的な超仕上げ加工が行われる。これは、部品がまだ硬化していないときに、裂け目を除去するための機械加工が行われるので、そのために簡単な工具で充分であるという利点がある。
本発明の他の有利な実施形では、裂け目が分離個所の範囲において、周辺層硬化によって達成可能な硬化深さよりも浅い深さを有する。従って、裂け目を除去するための、それに続いて行われる機械加工の際に、硬化した周辺層はこの機械加工によって除去されない。更に、裂け目を除去するための機械的な粗加工と、軸受面を正確な寸法に仕上げるための機械的な超仕上げ加工を、一つの加工工程で、すなわち部品を一度締付け固定した状態で、行うことができるという利点がある。
本発明に従って更に、成形品を焼結鍛造によって作ることができる。この場合、適当に形成されたプレス型によって圧粉体を製作する際に、裂け目を形成することができる。焼結と鍛造の間で、裂け目の表面は保護層、特に酸化層を得る。この酸化層はその後に行われる成形品への鍛造の際にほとんど完全に閉鎖される。従って、裂け目は裂け目としてもはや存在しない。しかし、塗布された保護層はこの個所での粉末冶金の出発材料の連結を阻止する。それにもかかわらず、破断分離は所望の分離個所で行われる。これは、破断分離と部品の組み立ての後で、転動体の転動に悪影響を与える分離継ぎ目が存在しないという利点を有する。従って、裂け目個所を除去するための機械加工は不要である。しかし、裂け目をこのように形成した場合でも、機械加工によって、裂け目、すなわち保護層を備えた範囲を除去することが合目的である。なぜなら、この周辺範囲が転動体による応力に持ち堪えることが常に保証されるとは限らないので、軸受面の破壊につながるからである。
軸受カバーが残りの部分からの分離後再びこの残りの部分に連結されると合目的である。それに続く機械加工工程、すなわち周辺層硬化およびまたは裂け目を除去するための機械加工およびまたは超仕上げ加工は、部品の組み立て状態で行うことができる。これは一方では、分割された軸受面を形成する個々の軸受面区間が正確な寸法に加工されるという利点がある。他方では、連接棒を組み立てる際に初めて、個々の部品を再び互いに分離すればよい、それによって、一方では互いに付設された部品の取り違えが回避され、他方では破断面の損傷が防止される。例えば機械的な変形によって破断面が損傷すると、部分がもはや積み重ねることができず、互いに連結不可能になる。
粉末焼法による成形品の製作のために、本発明に従って、0.5〜１重量％の炭素を含有する焼結材料が使用される。炭素含有量が0.7重量％であると有利である。更に、要求に応じて、炭素含有量は１重量％以上、例えば１〜２重量％にすることができる。材料の炭素含有量が多いことによって、充分な周辺層硬化が達成可能である。
周辺層硬化は本発明に従って、高周波焼き入れによって行うことができる。この方法は簡単かつ低コストで行うことができる。高周波焼き入れによる周辺層硬化の際に、方法の種類に応じて、0.01〜6mmの硬化深さが達成される。周辺層硬化の後で初めて裂け目を除去する場合には、硬化深さを深くすると合目的である。それによって、裂け目を機械的に除去し、それに続いて軸受面を機械的に超仕上げ加工した後でも、部品上に充分に硬化した層が存在する。
申し分のない破断面を得るために、材料は充分な脆弱破壊状態を有する必要がある。そのために、成形品が少なくとも分離個所の範囲において、破断分離前に、適切な熱処理、例えば冷却によって、脆弱化されると、合目的である。分離個所の冷却は例えば液状ガス、例えば窒素を部分的に塗布または吹きつけることによって達成可能である。
本発明は更に、少なくとも軸受面の範囲に少なくとも55HRCの硬化された周辺層を備え、軸受カバーと残りの部分との間の分離個所に、破断分離によって生じた分離面を備えている、一部が軸受カバーにあり、一部が部品にある分割された少なくとも一つの転動体用軸受面を有する部品に関する。この部品は、少なくとも0.5重量％の炭素を含む材料からなっている。部品は例えば、分割された連接棒ヘッドを備えた内燃機関用連接棒として形成されている。部品または連接棒が冒頭に述べた種類の本発明による方法によって製作されると、特に合目的である。
図に基づいて本発明を詳しく説明する。
図１は連接棒を示す図、
図２は破断分離後の軸受カバーを示す図、
図３は図１のIII部分の詳細図、
図４は図１のIII部分の他の実施例の詳細図である。
連接棒として形成した図示の部品11は、シャフト12、小さな連接棒アイ14および大きな連接棒アイ15を備えている。大きな連接棒15は分割されて形成されている。この場合、図1,3,4に示した実施例は、軸受カバー18を残りの部分13から破断分離する前の連接棒の状態を示している。
ほぼ平らな平面16に沿って延びる分離個所の範囲において、軸受面（回転面）20の範囲に、裂け目17,24が設けられている。誤解を防止するために、ここで、軸に付設された、大きな連接棒アイの内側表面はそれぞれ、連接棒の機械加工と関係なく、軸受面であると理解すべきであることを指摘しておく。
図３の実施例に従って、裂け目17は連接棒11の軸受面20にほぼくさび状に加工されている。しかし、裂け目は他の形状であってもよい。裂け目17は例えば機械加工によってあるいは軸受面上に圧粉体を形成するためのプレス型の適当な形状によって形成することができる。図４の実施例では、閉じた裂け目が形成されている。この裂け目は焼結鍛造（粉末鍛造）によって成形品を製作する際に焼結して保護層を塗布した後で鍛造工程によって閉鎖されている。保護層は例えば酸化層として形成されている。この酸化層は、裂け目を有する成形品が焼結後大気雰囲気によって鍛造されることにより製作される。この場合にも、元の裂け目は適当に形成されたプレス型または機械加工によって製作可能である。
図２には、残りの連接棒13から破断分離した後の軸受カバー18が示してある。破断分離によって生じた分離面19は大きくて不均一な表面を有する。この表面はそれぞれ、残りの連接棒13の対応する分離面にぴったり合致している。軸受カバー18は破断分離後、通常は図示していない連接棒ボルトによって再び残りの連接棒13に連結される。その際、連接棒ボルトのための穴は破断分離前または破断分離後に形成可能である。
連接棒は軸受面20の範囲に、周辺層を硬化した範囲22を備えている。この範囲は図において一点鎖線23によって示してある。図に示した実施例の場合には、硬化深さが裂け目17または24の深さよりも深いので、裂け目17または24を除去するための適当な機械加工の後でも、そしてその後に行われる軸受面20の正確な寸法のための仕上げ加工の後でも、硬くて充分な大きさの層が存在する。
図に示した実施例の場合には、周辺層硬化後、破断分離が行われる。勿論、破断分離した後、周辺層を硬化することができる。この場合、図示とほぼ同じ硬化深さがをじることができる。
以上、主として粉末冶金法で製作された連接棒について述べた。勿論、連接棒の他の製作方法、例えば鍛造も可能である。この方法は炭素を多く含むことによって適用可能でなければならない。特に、部品の申し分のない破断分離が保証されなければならない。

Claims (18)

1. 一部が軸受カバー（18）にあり、一部が部品（11）にある分割された少なくとも一つの転動体用軸受面（20）を有する部品（11）を製作するための方法において、先ず最初に、少なくとも0.5重量％の炭素を含む材料から成形品を作り、この成形品から軸受カバー（18）を破断分離によって分離し、そして部品の少なくとも軸受面（20）の範囲に、周辺層硬化によって少なくとも55HRCの硬度が与えられることを特徴とする方法。
2. 成形品が粉末冶金法によって作られることを特徴とする請求の範囲第１項の方法。
3. 周辺層硬化が、軸受カバー（18）を残りの部分（13）から破断分離する前に行われることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項の方法。
4. 周辺層硬化が、軸受カバー（18）を残りの部分（13）から破断分離した後で行われることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項の方法。
5. 軸受面（20）が機械的な超仕上げ加工によって、正確な寸法を生じるように加工されることを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか一つの方法。
6. 軸受カバー（18）が破断分離後、残りの部分（13）に取り外し可能に連結され、機械加工およびまたは周辺層硬化が組み立てられた状態で行われることを特徴とする請求の範囲第1,2,4,5項のいずれか一つの方法。
7. 軸受カバー（18）と残りの部分（13）の間の分離個所（16）の範囲に、少なくとも一つの裂け目（17,24）が設けられ、破断分離後、裂け目（17,24）が機械加工によってほぼ完全に除去され、続いて周辺層硬化および軸受面（20）の機械的な超仕上げ加工が行われることを特徴とする請求の範囲第1,2,4,5,6項のいずれか一つの方法。
8. 軸受カバー（18）と残りの部分（13）の間の分離個所（16）の範囲に、少なくとも一つの裂け目（17,24）が設けられ、この裂け目の深さが周辺層加工によって得られた硬化深さよりも深く、機械加工の際およびまたは軸受面（20）の機械的な超仕上げ加工の際に、裂け目（17,24）がほぼ完全に除去されることを特徴とする請求の範囲第１〜７項のいずれか一つの方法。
9. 成形品が0.5〜１重量％の炭素を含む焼結材料で作られることを特徴とする請求の範囲第１〜８項のいずれか一つの方法。
10. 成形品が0.7重量％の炭素を含む焼結材料で作られることを特徴とする請求の範囲第１〜９項のいずれか一つの方法。
11. 成形品が焼結鍛造によって作られ、鍛造の前に裂け目（24）が作られ、かつ保護層が裂け目に付与され、鍛造の際に裂け目がほぼ完全に閉鎖されることを特徴とする請求の範囲第１〜10項のいずれか一つの方法。
12. 周辺層硬化が高周波焼き入れによって行われることを特徴とする請求の範囲第１〜11項のいずれか一つの方法。
13. 部品（11）として、分割された連接棒ヘッド（15）を有する連接棒が製作されることを特徴とする請求の範囲第１〜12項のいずれか一つの方法。
14. 少なくとも0.5重量％の炭素を含む材料からなり、一部が軸受カバー（18）にあり、一部が部分（13）にある分割された少なくとも一つの転動体用軸受面（20）を有し、少なくとも軸受面（20）の範囲に少なくとも55HRCの硬化された周辺層（22）を備え、軸受カバー（18）と残りの部分（13）との間の分離個所（16）に、破断分離によって生じた分離面（19）を備えている部品。
15. 材料が0.5〜１重量％の炭素を含んでいることを特徴とする請求の範囲第14項の部品。
16. 材料が0.7重量％の炭素を含んでいることを特徴とする請求の範囲第14項または第15項の部品。
17. 材料として焼結材料が使用されることを特徴とする請求の範囲第14〜16項のいずれか一つの部品。
18. 部品（11）が分割された連接棒ヘッド（15）を有する連接棒として形成されていることを特徴とする請求の範囲第14〜17項のいずれか一つの部品。

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