JP5810376B2 - 軸受シェルの構造化された滑り面を機械加工するための工具及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造化（構造が形成された）された滑り面を有する軸受シェル、スピンドルのスピンドルヘッドに取付けられた２つの切削カートリッジを有する、軸受シェルの滑り面を機械加工するための工具、及びこのようなスピンドルを使用して軸受シェルを機械加工するための方法に関する。

軸受シェルの滑り面の機械加工は今日では、いわゆる軸受シェルの機械加工によって実行される。スピンドルはここで回転速度Ｘ（回転／分）で回転するとともに送り速度Ｙ（ｍｍ／分）で軸方向に移動する。機械加工は、互いに１８０度で反対側に位置する２つの切削カートリッジであるスピンドルヘッドに挿入されたスピンドルを用いて実行される。

この種のスピンドルは図１に示される。スピンドル２０は、ある壁厚さに軸受シェル３０を切削するための第１の切削カートリッジ２１、及び以下に説明されるいわゆる露出領域（つぶれ除去面）を形成するための第２の切削カートリッジ２２を有する。切削カートリッジ２１及び２２は、スピンドルヘッドに軸方向にオフセットして配置される。切削円の直径は、スピンドル２０が動いていないときに調整され得る。機械加工プロセス中、２つの切削カートリッジは、それらの２０の半径方向軸方向に関して、すなわちスピンドルの半径方向に、固定される。

図２Ａは、軸受シェル３０の（図３に示された一点鎖線に沿った）断面図を示す。図２Ａに示されるように、滑り面３１は、軸受シェルの軸方向に沿って平坦である。スピンドルの回転速度とともに機械加工の送り速度に依存して、滑り面を機械加工するとき、多少細かいが非常に均一の溝の経路が滑り面上に形成される（図示せず）。個別の溝は、一様且つ、軸受シェルの曲率半径を除いて、平らな方法で延びる。この現象は、このプロセスの結果として生じ、上述の種類の切削工具を使用する場合、避けることができない。

露出領域は、軸受シェルの端部の領域として理解されるべきであり、この領域では、軸受シェルの壁厚さが軸受シェルの他の部分の壁厚さに比べて連続的に減少する。このように、軸受を形成する２つの軸受シェルの連結部における不正確さによる、軸受シェル内を転がる軸の磨耗は、減少され得る。

軸受およびそこに取り付けられた軸の磨耗のさらなる原因は、荷重が軸に加えられるときの極小の曲げ又は傾斜である。軸受が内燃エンジンの高荷重に曝されるコンロッドアイ又は他の軸受である場合、これらの軸受の軸の偏荷重は、エンジンの運転挙動に不利な影響を及ぼす。

本発明の目的は、改善された磨耗特性を有する軸受シェル、このような軸受シェルを製造するための工具及び方法を提供することである。

この目的は、請求項１、８及び１２の特徴によって達成される。

本発明による工具は、好ましくは、円筒形のスピンドルを有し、このスピンドルは回転駆動部によって駆動されると同時に送り運動を実行する。スピンドルは、回転軸周りに回転するとともに、外周においてスピンドルに取付けられる又は挿入される、少なくとも１つの第１の切削カートリッジを有する。軸受シェルの機械加工中、切削カートリッジの切削領域は、軸受シェルの滑り層に接触し、スピンドルの回転によって軸受シェルをある壁厚さに切削し、この結果として実際の滑り面も同時に作り出される。本発明によれば、第１の切削カートリッジは、工具の作動中、調整手段によってその軸方向に調整され得る。調整の方向は、回転軸の方向と異なり、したがって調整の方向は、回転軸に直交する方向に、非ゼロ成分を有する。これは、軸受シェルを機械加工するとき、輪郭が軸受シェルの滑り領域に目標とされた方法で実現されることを可能にする。この製造プロセスの結果として、軸受シェルが上述のように非常に一様な輪郭形成を受ける場合、この輪郭は、目標輪郭によって重ね合わせられる。したがって、この目標構造形成は、おそらく必然的に実現される極小の溝の輪郭形成と区別され、また製造プロセスの結果として生じる輪郭形成の均一性のために区別できる。目標輪郭形成のために、滑り軸受シェルとそこに取り付けられた軸との間の潤滑フィルムの形成が改善され、作動中の非常時の回転特性が改善され、作動中の滑り軸受位置におけるオイル損失の減少が達成される。これらの利点は、作動中且つ荷重下の軸の極小の曲げ又は傾きが、運転状態に適合された滑り面形状によって、補償される又は少なくとも減少されることで、達成される。

構造化された輪郭を効率的に実現するために、調整の方向は好ましくは、回転軸に実質的に直交する。

スピンドルは好ましくは、少なくとも１つの第２の切削カートリッジを有する。このために、第１の切削カートリッジは好ましくは、工具の送り方向において、第２の切削カートリッジの後ろにオフセットして配置される。２つの切削カートリッジは好ましくは、スピンドルに互いに１８０度反対に取り付けられる。第２の切削カートリッジの適切な位置決め及び機械加工中の軸受シェルの軸に対する機械加工工具の傾動によって、露出面が軸受シェルの端部に形成され得る。露出領域によって、２つの軸受シェルの連結部における不正確さが内向きに突出する連結部における部分表面の内側端部をもたらすことが防がれる。この結果として、軸の回転特性が向上し、軸受および軸の磨耗が減少する。単に１つの工具および単に１つの機械加工ステップによって、磨耗を最適化するとともに回転特性を向上させる２つの方策がこのように実現され得る。目標輪郭を実現するための別々の機械加工ステップは必要とされない。２つの方策の相乗効果がその中にある。

切削カートリッジは好ましくは、回転軸の方向と異なる調整方向に調整手段によって調整されることができ、一方でスピンドルは回転駆動部によって回転される。もちろん、軸受シェルの構造化された溝輪郭を形成するための２つの第１の切削カートリッジの一方のみが、調整の方向に調整可能であることも考えられる。

調整手段又は複数の調整手段（調整可能な切削カートリッジが複数の場合）は好ましくは、圧電素子を有する。したがって、好ましくはスピンドルヘッドに配置されるピエゾ素子による連続的な又はある周波数での調整の可能性が作り出される。切削カートリッジは、好ましくは切削カートリッジがピエゾ素子に対して支えられるようにスピンドルヘッドに構造的に配置される。ピエゾ素子の対応する駆動によって、この素子は伸張し、したがって切削カートリッジの位置を軸方向に変える。短い反応時間及びピエゾ素子が動作する精密さにより、機械加工プロセスに適している切削カートリッジを調整する可能性が作り出される。

本発明によれば、工具は、軸方向に輪郭形成された軸受シェルの製造を可能にし、この軸受シェルの滑り面は目標凸輪郭を有する。

目標輪郭は好ましくは、軸受シェルの軸方向における滑り面の端部領域に配置される。軸受を形成するように２つの軸受シェルが接続される軸受シェルの端部は、軸方向における端部領域と区別されることになる。軸方向における輪郭が２つの端部から軸受シェル内に延びる範囲は、特定の要件及び荷重に適合され得る。もちろん、目標輪郭はまた、露出領域に提供され得る。

滑り面は好ましくは、軸方向の端部領域において湾曲し、その間は平坦であり、滑り面は端部領域において凸状に湾曲される、すなわち、滑り面、又は滑り面及び露出領域は、軸受シェルの中心点（円の中心）から離れて湾曲する。代替的には、軸受シェルの滑り面、及び任意選択で露出領域は、軸受シェルの軸方向の端部領域において曲率半径が最大になり滑り面の湾曲が凸である状態で、全領域に渡って軸方向に湾曲する。いずれの場合も、湾曲した軸受面の単純な製造の場合に、軸受シェル内において荷重下で回転する軸の極小の曲げ又は傾きは、少なくとも部分的に補償される。

図１は、１つは露出領域を機械加工するため、もう１つは軸受シェルの滑り領域を機械加工するための、２つの切削工具を有するスピンドルを示す。 図２Ａは、従来の、平坦な滑り面輪郭を示す。 図２Ｂは、湾曲した滑り面輪郭を示す。 図２Ｃは、軸受シェルの端部領域において湾曲した滑り面輪郭を示す。 図３は、端部領域において湾曲した滑り面輪郭を有する軸受シェルの斜視図を示す。

図１を参照して上述されたのは、軸受シェルの滑り面を機械加工するための従来の工具である。本発明による実施形態では、切削カートリッジ２１がピエゾ素子に対して支持される（図１には図示せず）。ピエゾ素子又は複数のピエゾ素子（複数の切削カートリッジの場合）の対応する駆動によって、この素子は伸張し、したがって、切削カートリッジの位置を軸方向、すなわち、スピンドル２０に対して主に半径方向に変える。

調整可能な切削カートリッジを使用する場合、例えば、図２Ｂ、２Ｃ及び３に示されたような軸受シェルの輪郭が製造され得る。特に端部領域３２における湾曲によって、軸受シェル内において荷重下で回転する曲げ又は傾きによる磨耗の影響及び回転特性が減少する。図２Ｂ、２Ｃ及び３における湾曲が説明目的のために大いに誇張されているという事実に留意されたい。
なお、本発明に係る実施形態による工具は、回転軸周りに回転できるスピンドル（２０）を駆動するための回転駆動部と、前記スピンドル（２０）を回転させることによってある壁厚さに軸受けシェル（３０）を切削するように、前記スピンドル（２０）に取付けられた少なくとも１つの第１の切削カートリッジ（２１）と、を有する、前記軸受シェル（３０）の滑り面を機械加工するための工具であって、前記第１の切削カートリッジ（２１）は、前記スピンドル（２０）の半径方向の構成成分を有する調整方向に調整手段によって調整されることができる一方、前記スピンドル（２０）は前記回転駆動部によって回転され、前記スピンドル（２０）は、少なくとも１つの第２の切削カートリッジ（２２）を有し、前記第２の切削カートリッジ（２２）は、露出領域を形成するために設けられ、前記第２の切削カートリッジは、前記工具の送り方向に前記第１の切削カートリッジ（２１）の前にあり得る。
また、前記調整方向は、前記スピンドル（２０）の軸に直交し得る。
また、２つの前記切削カートリッジ（２１、２２）は、互いに前記スピンドル（２０）の１８０度反対側に取り付けられ得る。
また、両方の切削カートリッジは、それぞれが前記スピンドル（２０）の半径方向の構成成分を有する調整方向に調整手段によって調整されることができる一方、前記スピンドル（２０）は前記回転駆動部によって回転され得る。
また、前記調整手段はピエゾ素子であり得る。
また、いずれかの上記の工具を使用して機械加工される軸受シェルは、前記軸受シェル（３０）の前記滑り面（３１）が、前記軸受シェルの軸方向に沿った目標凸輪郭及び前記露出領域を有し得る。
また、前記目標輪郭は、前記軸受シェル（３０）の前記軸方向における前記滑り面（３１）の前記端部領域（３２）に設けられ得る。
また、前記軸受シェル（３０）は、前記軸方向の前記端部領域（３２）において湾曲され、前記端部領域の間で平坦であり、前記滑り面（３１）は、前記端部領域（３２）において凸状に湾曲され得る。
また、前記軸受シェル（３０）の前記滑り面（３１）は、前記軸方向の全領域に渡って湾曲され、曲率が前記軸受シェル（３０）の軸方向における前記端部領域（３２）において最大であるとともに前記滑り面（３１）の湾曲が凸であり得る。
また、いずれかの上記工具を使用して軸受シェル（３０）を機械加工する方法は、前記第１の切削カートリッジは、前記スピンドル（２０）を回転させることによってある厚さに前記軸受シェル（３０）を切削し、前記第１の切削カートリッジは、前記軸受シェル（３０）の前記滑り面（３１）に目標輪郭を形成するように、切削プロセス中に前記調整方向に調整され、前記露出領域が前記第２の切削カートリッジによって形成され得る。
また、前記第１の切削カートリッジの調整は、周期的に行われ得る。
また、上記方法は、いずれかの上記輪郭形成された軸受シェル（３０）が製造されるように、調整が行われ得る。

Claims (11)

1. 回転軸周りに回転できるスピンドルを駆動するための回転駆動部と、前記スピンドルを回転させることによってある壁厚さに軸受シェルを切削するように、前記スピンドルに取付けられた第１の切削カートリッジと、を有する、前記軸受シェルの滑り面を機械加工するための工具であって、
   前記第１の切削カートリッジは、前記スピンドルの半径方向の構成成分を有する調整方向に調整手段によって調整されることができる一方、前記スピンドルは前記回転駆動部によって回転され、
   前記スピンドルは、第２の切削カートリッジを有し、前記第２の切削カートリッジは、２つの半円形の前記軸受シェルを円形の軸受を形成するように接続する一方の前記軸受シェルの前記半円形の弧の端部の領域である露出領域を機械加工するために設けられ、前記第２の切削カートリッジは、前記工具の送り方向に関して前記第１の切削カートリッジの上流にある、
   工具。
2. 前記調整方向は、前記スピンドルの軸に直交する、
   請求項１に記載の工具。
3. ２つの前記切削カートリッジは、互いに前記スピンドルの１８０度反対側に取り付けられる、
   請求項１に記載の工具。
4. 両方の切削カートリッジは、それぞれが前記スピンドルの半径方向の構成成分を有する調整方向に調整手段によって調整されることができる一方、前記スピンドルは前記回転駆動部によって回転される、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の工具。
5. 前記調整手段はピエゾ素子である、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の工具。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の工具を使用して軸受シェルを機械加工する方法であって、
   前記第１の切削カートリッジは、前記スピンドルを回転させることによってある厚さに前記軸受シェルを切削し、
   前記第１の切削カートリッジは、前記軸受シェルの前記滑り面に目標外側断面形状を形成するように、切削プロセス中に前記調整方向に調整され、
   前記露出領域が前記第２の切削カートリッジによって形成される、
   方法。
7. 前記軸受シェルの前記滑り面は、前記軸受シェルの軸方向に沿った目標凸状外側断面形状及び前記露出領域を有する、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記目標外側断面形状は、前記軸受シェルの前記軸方向における前記滑り面の端部領域に設けられる、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記軸受シェルは、前記軸方向の前記滑り面の前記端部領域において湾曲され、前記滑り面の前記端部領域の間で平坦であり、前記滑り面は、前記滑り面の前記端部領域において凸状に湾曲される、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記軸受シェルの前記滑り面は、前記軸方向の全領域に渡って湾曲され、曲率が前記軸受シェルの軸方向における前記滑り面の前記端部領域において最大であるとともに前記滑り面の湾曲が凸である、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記第１の切削カートリッジの調整は、ある周期に応じて行われる、
    請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
    

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