JP6313709B2 - 滑り軸受用軸受シェルを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、滑り軸受用軸受シェルを製造する方法に関する。本発明はさらに、そのような方法を使用して製造される軸受シェルに関する。

例えば自動車のエンジンで使用される２成分系アルミニウム軸受シェルは、疲労に曝されることが知られる。このような軸受シェルは、鋼裏金及びロールメッキプロセスにより前記鋼裏金に塗布される、例えばアルミニウム−スズ合金からなっていてよい軸受メタル層からなる。軸受シェルの機械的特性を改善させるため、前記鋼裏金と前記軸受メタル層との間にさらに中間金属層を挿入可能である。

しかしながらこのように構成された軸受シェルは、このようなコンポジット材料の製造プロセスのせいで、また前記軸受メタルの機械的特性のせいで、約７０ＭＰａまでのエンジン負荷で、その負荷能力に制限がある。

シャフト、歯車、スプリングもしくはさらにコネクティングロッドにおける向上した疲労強度を生成するため、当該技術水準により、これらの表面は、鋼、セラミック及び／又はガラスビーズによりボンバード処理される（いわゆる「ショットピーニング（Ｋｕｇｅｌｓｔｒａｈｌｅｎ）」）。これにより、圧縮残留応力が近表面領域に生じ、前記圧縮残留応力は歪み硬化（Ｋａｌｔｖｅｒｆｅｓｔｉｇｕｎｇ）による向上した疲労強度をもたらす。

技術水準：
ＤＤ２５９０２１Ａ１は、レシプロ圧縮機駆動装置のラジアル軸受を開示する。ここではコンポジット軸受として設計されたラジアル軸受が記載されており、該軸受は、ハウジング内へ設置することにより、及びそれに付随して現れた変形により、定義された圧縮プレテンションが滑り層内に発達するように、そのジオメトリに関して構成されている。これにより、軸受の負荷能力が向上し得る。

あるいは、ＤＥ１０２００７０２８８８８Ａ１は、コンポーネントの強度を増強するための、クランクシャフト（即ち軸受に対向する回転子）の領域の特定の目的に合致した機械的な歪み硬化を開示している。従って、（軸受シェルとは異なり）軸受に対向する回転子の歪み硬化に関するものではあるが、この効果はＤＤ２５９０２１Ａと実質的に同様である。

ＤＥ１０２００５０５５７０８Ａ１は、研磨粒子を照射することによるキャビティを形成する方法に関する。

ＤＥ３７１５３２３Ａ１は、請求項１の上位概念に該当する技術水準を構成する。ＤＥ１０２００７０４２８３３Ａ１，ＷＯ２０１０／０１７９８４Ａ１及びＤＥ１０２００５０２３５４１Ａ１は、さらなるに技術水準を構成する。

旧東ドイツ特許ＤＤ２５９０２１Ａ１号明細書 ドイツ特許出願公開ＤＥ１０２００７０２８８８８Ａ１号公報 ドイツ特許出願公開ＤＥ１０２００５０５５７０８Ａ１号公報 ドイツ出願公開ＤＥ３７１５３２３Ａ１号公報 ドイツ出願公開ＤＥ１０２００７０４２８３３Ａ１号公報 国際公開ＷＯ２０１０／０１７９８４Ａ１号 ドイツ出願公開ＤＥ１０２００５０２３５４１Ａ１号公報

発明の説明：
本発明は、滑り軸受シェルの軸受メタルの疲労強度を向上させる方法を開発することを目指している。

この課題は、本願請求項１に記載された方法により解決される。

したがって、さらに仕上げられた軸受シェルは、軸受メタル側面に（即ち、使用中の対向する回転子の反対側にある軸受シェルの側面）コランダム粒子で投射される。好ましくは、ここでは８０乃至９９％酸化アルミニウムからなる投射コランダムが使用される。モース硬度スケールによると、その硬さは１０に近い。特に、通常はカーブしている軸受シェルにおいて、「軸受メタル側面」は凹部側である。投射により、圧縮残留応力が軸受シェルの投射された材料内に生じる。

このような方法により、滑り軸受側の軸受シェル（すなわち実質的に軸受シェルの軸受メタル）は粒子の衝撃により圧縮される。粒子は表面に衝突し、表面から反射される。これにより、該粒子は、軸受シェルに対するこれらの衝撃及びこれら運動エネルギーの少なくとも一部を放出し、表面近傍における材料を圧縮する。さらに、応力が軸受メタル内に局部的に構築される一方で、軸受メタルの表面粗さは同時にわずかに増す。投射（Ｓｔｒａｈｌｅｎ）のせいで生じた圧縮残留応力により、軸受シェルの疲労強度が増す。

コランダムによる投射の特有の利点は、その高い硬度によるものである（モース硬さ９）。これにより、粒子は軸受上で衝撃時にわずかに変形し、これは特に、硬くない粒子による場合と比べて、粒子はこれらの運動エネルギーのかなり大きな量を軸受シェルに付与できるという利点をもたらし、加工された軸受シェルの向上した硬度をもたらす。投射コランダムを使用する１つの利点は、その耐摩耗性であり、すなわちコランダムは容易に再使用可能である。

好ましい実施態様は、従属する方法クレーム２に記載される。

２．５乃至５バールの圧力を軸受メタルに対する粒子投射に使用するのが好ましい。前記圧力は、空気（もしくは他のガス）がコランダムを収容するノズルへ供給される圧力である。これにより、特に良好な表面圧縮応力が達成され、それにより圧縮残留応力が非常に効率的に生成され得る一方で、今度は、軸受シェルに対するダメージを避けるのに、もしくは過剰に高い粒子の衝撃速度のせいで粗くなりすぎた表面粗さを避けるのに十分なほど圧力が低い。

課題のさらなる解決策は、請求項３に記載の軸受シェルにより提供される。この軸受シェルは、請求項１乃至２に記載の方法ステップから生じる利点を有する。

好ましくは、投射されない近表面領域における軸受メタルは、約１１５ Ｈｖ ０．０１以下の硬さを有する一方で、投射されたエリアにおける軸受メタルは、約１３０ Ｈｖ ０．０１以上の硬さを有する。これは、前記非投射領域と比べて１０％以上だけ、即ち約１３％の硬さの増加に対応する。これにより、軸受メタルの明らかに増加した強度は、投射の結果によるものであり、軸受材料として費用のかかる別の原材料を使用する必要はない。

さらに、軸受シェルは２以上の層からなることが有利であることが証明された。これは、いくつかの材料のポジティブな特性がここで組み合わせ可能であるという利点を有する。特に、例えばある金属は、高い表面強度及び疲労強度を特徴とする軸受メタルとして使用可能である一方で、可能な限り硬く、可能な限り長い耐用寿命を有するある材料が、母材用として使用される。

さらに、軸受メタルとしてアルミニウム合金、好ましくはアルミニウム−スズ合金を使用すること、及び軸受メタルを好ましくはロールメッキ加工により鋼裏金上に塗付したことが好ましい。軸受メタルとしてアルミニウム合金を使用する利点は、この材料、特にアルミニウム−スズ合金が軸受メタルとして優れた特性を有し、またはっきり定義されていることである。さらに、コンポジット材料（即ちバンド）を製造するためのプロセス、並びに軸受シェルを製造するための及びその表面処理プロセスは知られており、よく使いこなされている。

軸受メタルをロールメッキ加工により鋼裏金上に適用することは有利である。なぜなら、これは鋼裏金とメッキ材料との良い結合を特徴とする費用のかからない方法である一方で、鋼は高い強度、簡易な加工性及び低いコストを特徴とするからである。また、軸受シェルが３層からなり、その中間層が好ましくは純粋なアルミニウム又はわずかな合金元素Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ及び／もしくはＳｉを有するアルミニウム合金からなるならば、それが有利であることが分かった。このような合金化中間層は、特に疲労強度について高い要求がされる場合に使用される。特に、その中間層はまた、軸受メタルと母材との向上した結合に貢献する。

本開示はまた、１個もしくは数個の軸受シェル用１個もしくは数個のホルダーを有するデバイス、および前記ホルダー内に保持される軸受シェルに対してコランダムを投射するのに適した１個の投射デバイスに関する。これは、請求項１乃至２に関して述べた利点を有する方法を実施可能にするものとして有利である。さらに、この方法を実施するための具体的なデバイスを有することにより、このようなデバイスが利用可能でない場合よりも、高い効率が達成可能である。

本発明の好ましい実施形態の詳細説明：
ＡｌＳｎからなる軸受メタル層を有する軸受シェル（以下にさらに記載される）は、ノズルから出現するコランダム粒子を有する、（以下にさらに記載される）軸受シェル用投射デバイス内で投射される。ここで、ノズルは、気圧２．５乃至５バール、好ましくは３．０乃至４．０バールで空気を放出する空気供給手段（例えばブロワ―）に接続されている。前記コランダム粒子は、ノズル内に供給され、空気フローにより運ばれ、その後空気フローにより軸受シェルに対して投射される。軸受シェルに対して投射されるその粒子は、平均直径１０乃至６０μｍを有する。

コランダム粒子は、投射方向に対して実質的に垂直に配置された軸受シェルの軸受メタルに衝突する。ただし、当然ながら投射方向と軸受シェルとの間のあらゆる他の角度が考えられる。軸受シェルは、処理の間、コランダム粒子のビームに対して実質的に静止して保持される。

すでに述べたように、軸受シェルとして、ＡｌＳｎ軸受メタル層を有する軸受シェルが使用される。前記軸受メタル層は、合金元素、例えばＮｉ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＶもしくはＭｇを含有可能である。しかしながら、これらは実際の効果、即ち表面内の圧縮残留応力の発生に必要ではない。このような軸受シェルの典型的な寸法は、例えば軸受幅２０ｍｍにおける半径６０ｍｍである。しかしながら、これから逸脱した軸受寸法に対しても、方法を使用可能である。特に、この軸受シェル軸受シェルは３層からなる。すなわちタイプＣ−１０もしくはＣ−２２の約１．２ｍｍ厚さの鋼からなる鋼裏金と、その鋼裏金の上に軸受メタルとして適用されるＡｌＣｕＭｇＳｉからなる中間層と、例えば０．１５乃至０．３ｍｍの厚さを有するＡｌＳｎＮｉＭｎからなる層とからなる。

アルミニウム−スズ合金が軸受シェルの内側上に、すなわち凹部側上にあるように、軸受シェルはカーブしている。

軸受メタルは、硬さ約１３０ Ｈｖ ０．０１を有するまで投射される一方で、非投射軸受メタルは硬さ約１１５ Ｈｖ ０．０１を有する。その限りでは、軸受メタルの硬さは、約１３％だけ増加した。前述の硬さの度数は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ６５０７により測定されるビッカース硬さ度数である。

当該技術水準と比較して、投射された滑り軸受は向上した疲労強度及び耐摩耗性を特徴とする。

前述の軸受シェル用投射デバイスは、１個もしくは数個の軸受シェルを収容するための１個もしくは数個のホルダーを有するデバイスである。さらに、該デバイスは、コランダム用投射デバイス少なくとも１個を有する。該投射デバイスによりコランダムはホルダー内に保持された軸受シェルに対して投射可能である。前記ノズルは、このコランダム用投射デバイスの一部を形成する。上ですでに述べたように、空気供給手段が投射デバイスに接続されるが、ただし該手段について空気の代わりにいずれの任意の他のガスを使用可能である。

Claims (4)

1. 滑り軸受用軸受シェルを製造する方法であって、
   前記軸受シェルの、アルミニウム合金又はアルミニウム−スズ合金からなる軸受メタル側面は、平均直径１０乃至６０μｍを有するコランダム粒子で投射され、それにより、前記軸受シェルの投射された側面内に圧縮残留応力を発生させる、方法であって、
   前記軸受メタル側面に対して前記粒子を圧力２．５乃至５バールで投射すること、
   前記軸受シェルの軸受メタルは前記粒子の衝撃により圧縮されること、
   投射された領域における前記軸受メタルは、硬さ１１５Ｈｖ０．０１〜１３０Ｈｖ０．０１を有すること、を特徴とする方法。
2. 前記軸受シェルの投射されない領域における軸受メタルは硬さ最大約１１５Ｈｖ０．０１を有する一方で、投射された領域における軸受メタルは硬さ最低約１３０Ｈｖ０．０１を有し、及び／又は前記硬さは投射により、投射されない領域と比べて１０％以上だけ局所的に増加する、請求項１に記載の方法。
3. ２以上の層からなる軸受シェルが投射される、請求項１に記載の方法。
4. 軸受シェルの軸受メタルとして、アルミニウム合金、又はアルミニウム−スズ合金を使用し、及び前記軸受メタルはロールメッキ加工により鋼裏金上に適用される、請求項１に記載の方法。