KR20010014087A - 얇은 미끄럼 베어링 층을 구비한 커넥팅 로드 - Google Patents

Abstract

내연 기관에 사용되는 커넥팅 로드의 커넥팅 로드 아이 속에는 베어링 쉘이 삽입된다. 베어링 쉘을 끼워 맞춰 넣는 것은 잠재적인 결함의 근원이 되는 제조 단계를 이룬다. 본 발명에 따른 신규의 방법의 목적은 조립 작업의 수고를 덜 필요로 하고 베어링 메탈에 견고하게 결합되는 커넥팅 로드 베어링을 제조하는 것이다. 본 발명에 따르면, 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 예비 스핀들 가공하고, 큰 커넥팅 로드 아이에 크랙을 형성하며, 큰 커넥팅 로드 아이를 추가로 스핀들 가공하고, 큰 커넥팅 로드 아이에 대해 샌드블라스팅을 실시하며, 큰 커넥팅 로드 아이를 알루미늄 청동으로 미세 다공이 수반되도록 플라즈마 코팅한다. 플라즈마 분사 공정을 시작할 때에는 플라즈마 층이 커넥팅 로드 아이의 재료에 양호하게 결합되고 플라즈마 층의 다공성이 낮아지는 결과를 가져올 정도로 높은 고온으로 플라즈마 층을 용착한다. 커넥팅 로드 아이의 재료가 달구어져 무르게 되는 것을 방지하기 위해, 플라즈마 층의 후속 가공에 의해 제거되는 구역에 대해서는 플라즈마 층의 용착 온도를 강하시킨다. 플라즈마 코팅을 한 후에는 베어링 커버(9)를 떼어냄으로써 커넥팅 로드 아이를 개방하는데, 그에 따라 플라즈마 층(16)도 파단된다. 이어서, 커버(9)를 다시 조립하여 나사로 조이고, 정밀 스핀들 가공에 의해 실제의 미끄럼 층을 생성한다. 플라즈마 층(16)은 오일 보유 용적을 증대시키기 위해 환형 홈(32)을 구비한다. 본 발명은 내연 기관에 사용된다.

Description

얇은 미끄럼 베어링 층을 구비한 커넥팅 로드{CONNECTING ROD WITH A THIN PLAIN BEARING LAYER}

현재 사용되고 있는 커넥팅 로드, 특히 내연 기관용 커넥팅 로드는 소위 절단형 커넥팅 로드(cutout connecting rod)로서 또는 크랙 커넥팅 로드(crack connecting rod)로서 구성되어 있다. 그러한 커넥팅 로드에서는 크랭크 샤프트의 둘레에 맞물리는 큰 커넥팅 로드 아이가 절단되거나 갈라진다. 작은 커넥팅 로드 아이는 통상적으로 직선형 볼트에 의해 피스톤과 결합되기 때문에 개방될 필요가 없다.

커넥팅 로드 아이에는 베어링 부하에 따라 상이한 베어링 쉘(미끄럼 베어링)이 마련된다. 베어링 쉘로서는 통상적으로 DIN 17210 또는 SAE 1010에 따른 C 10 강으로 형성된 보강 쉘 재료가 사용된다. 베어링 쉘은 구조 형태 및 용도에 따라 냉간 경화될 수 있다. 그러한 베어링 쉘 상에는 예상되는 베어링 부하에 의존하여 예컨대 화이트 메탈(white metal), 납 청동(lead bronze), 경금속, 스패터 층 등과 같은 고유의 미끄럼 베어링 층이 부착된다. 베어링 쉘은 3성분 베어링 쉘, 2성분 베어링 쉘 또는 순 성분 베어링 쉘 등으로서 구성될 수 있다. 베어링 쉘이 조립 후에 장애가 없이 고정되도록 하기 위해, 베어링 쉘은 예비 응력을 동반하여 조립된다.

베어링 쉘은 그 재료의 측면에서 비용의 요인이 될 뿐만 아니라, 제조의 복잡성을 내포하고 있으며, 실수를 유발하는 원인이 된다. 다시 말하면, 예컨대 조립 시에 베어링 쉘 또는 베어링 쉘의 반쪽을 삽입하는 것을 깜빡 잊어버릴 수 있는데, 그로 인해 엔진이 심각할 정도로 손상된다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 커넥팅 로드의 제조 방법 및 청구항 17의 전제부에 따른 커넥팅 로드에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면 및 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 커넥팅 로드의 정면도.

도 2는 커넥팅 로드의 측면도.

도 3은 큰 커넥팅 로드 아이에서의 층의 구조를 나타낸 도면.

도 4는 크랭크 샤프트 베어링 핀 및 미세 다공성 베어링 층을 구비한 커넥팅 로드 커버를 나타낸 도면.

도 5는 반경 방향 윤활유 홈을 구비한 도 4의 커넥팅 로드 커버를 나타낸 도면.

도 6은 다수의 반경 방향 윤활유 홈을 구비한 커넥팅 로드 커버를 나타낸 도면.

본 발명의 목적은 얇은 미끄럼 베어링 층을 구비한 커넥팅 로드 베어링을 제조하는 것이다.

그러한 목적은 방법과 관련하여 청구항 1의 조치에 의해 달성된다.

또한, 그러한 목적은 커넥팅 로드와 관련하여 청구항 17의 조치에 의해 달성된다.

종속 청구항들은 바람직한 실시예들을 나타내고 있다.

본 발명에 따르면, 특히 큰 커넥팅 로드 아이, 그러나 필요한 경우에는 양자의 커넥팅 로드 아이 모두에 해당할 수도 있는 커넥팅 로드 아이 속에 더 이상 베어링 쉘을 삽입하지 않고, 베어링 층을 열 분사에 의해 직접 커넥팅 로드 아이 상에 부착하게 된다. 열 분사로서는 특히 플라즈마 분사를 사용한다. 특히, 커넥팅 로드는 내연 기관의 구성 부품이다. 베어링 층의 부착 인장 강도를 높이기 위해, 코팅하려는 커넥팅 로드 아이의 재료를 거칠게 만들 수 있는데, 그 경우에 상이한 체망 라인(sieve line)으로 입자를 분사하여 거칠게 만드는 것이 바람직하다. 베어링 층 상에 잔류하는 오일 량을 증대시키기 위해, 베어링 층은 홈 및/또는 미세 다공을 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 베어링 층을 부착하기 전에 커넥팅 아이를 가공하게 되는데, 그러한 가공에서는 커넥팅 로드 아이를 공칭 치수의 공차 범위 내에 있는 실제 치수로 가공한다. 특히, 그 경우에는 가공을 예컨대 스핀들 가공에 의한 절삭 가공으로 실시한다. 특히 바람직한 것은 그러한 제조 공정 중의 가공을 베어링 재료의 분사 시에도 커넥팅 로드 아이의 실제 치수가 여전히 공칭 치수의 오차 범위 내에 있도록 실시하는 것이다. 그것은 가공 후에, 그리고 분사 전에 커넥팅 로드 아이의 실제 치수를 공차로부터 벗어나도록 변경하는 작업 단계를 실시하지 않음을 의미한다. 그 경우, 가공과 분사와의 사이에 실시될 수도 있는 작업 단계는 예컨대 커넥팅 로드 아이 표면을 거칠게 만드는 작업, 커넥팅 로드 측면을 브로치 가공하는 작업 등이다.

커넥팅 로드 아이를 크랙을 형성함으로써 개방하는 것이 특히 바람직한데, 그 때에는 통상적으로 노치를 형성하는 작업 단계 및 파단하는 작업 단계를 사용한다. 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공을 특히 그러한 크랙 형성의 과정 후에 실시하는데, 선택적으로, 그러나 바람직하게는 부가적으로 크랙 형성의 과정 또는 커넥팅 로드 아이의 개방 전에도 커넥팅 로드 아이의 직경을 가공한다.

커넥팅 로드 아이를 특히 크랙 형성에 의한 개방 전에 가공하는 것의 장점은 경우에 따라서는 커넥팅 로드 아이를 절삭 후속 가공할 필요가 없이 바로 코팅할 수 있을 정도로 깔끔한 크랙 형성의 과정이 이루어질 수 있어서 단지 약간의 시간만이 지체될 뿐이라는데 있다. 커넥팅 로드 아이를 개방한 후에 실시하는 가공에서는 베어링 층을 기지의 작은 공차의 직경을 동반한 커넥팅 로드 아이 상에 분사할 수 있어서 매우 얇은 두께의 부착이 이루어질 수 있도록 하는 것이 특히 바람직하다. 그를 위해, 가공을 120㎛, 바람직하게는 75 ㎛, 특히 50 ㎛의 공차까지 실시하는 것이 좋다. 즉, 본 발명에 따르면 베어링 재료를 100 내지 600 ㎛, 특히 150 내지 400 ㎛의 평균 두께(후속 가공 전의 평균 두께)로 분사하는 것이 가능한데, 숙련된 대량 처리 시에는 주어진 범위의 아래쪽 절반 범위에 해당하는 층 두께가 가능하다. 그것은 커넥팅 로드 아이의 직경을 가공하는 본 발명에 따른 가공 단계가 없었더라면 필요로 하였을 층 두께보다도 약 50 내지 200 ㎛ 정도 더 얇은 것이다.

본 발명에 따른 처리에서는 부착된 베어링 층을 그 정격 두께로 되도록 제거하는 크기가 통상적으로 평균 100 내지 400 ㎛, 특히 150 내지 250 ㎛의 제거로 충분할 만큼 작을 수 있다.

그에 상응하여, 본 발명에 따른 처리에 의해 평균 정격 두께(즉, 베어링 층의 절삭 후속 가공 후의 두께)가 30 내지 200 ㎛, 특히 60 내지 150 ㎛인 베어링 층이 생성된다. 베어링 층은 커넥팅 로드 아이의 강도에 별로 기여하는 바가 없기 때문에, 본 발명에 따라 매우 얇은 베어링 층으로 처리함으로써 전술된 비용상의 장점 이외에도 동일한 외형 치수의 커넥팅 로드에서 종래까지 실현될 수 없었던 커넥팅 로드 아이의 횡단면상의 두께가 얻어질 수 있는 장점이 제공된다. 예컨대, 커넥팅 로드 커버의 나사 결합부의 구역에서 측면당 총 약 2.4 ㎜의 두께 증가가 얻어지는데, 그것은 다른 모든 공지의 미끄럼 베어링 코팅에 의한 두께보다 더 큰 것이다.

본 발명에 따른 처리에서는 다음의 작업 단계들을 사용하는 것이 특히 바람직하다:

- 반제품 커넥팅 로드에 있는 커넥팅 로드 아이를 예비 스핀들 가공하는 단계;

- 커넥팅 로드 아이에 크랙을 형성하는 단계(노치 형성 및 파단에 의해);

- 재조립된 커넥팅 로드 아이를 코팅의 공차까지 후속 스핀들 가공하는 단계;

- 커넥팅 로드 아이를 플라즈마 코팅하는 단계;

- 플라즈마 코팅을 베어링의 공차까지 마감 스핀들 가공하는 단계.

그러한 제조 단계들을 조합함으로써 최소의 제조 비용을 들여서 커넥팅 로드 아이의 최적의 강도를 얻게 된다. 원칙적으로, 본 발명에 따른 처리 방법은 절단형 커넥팅 로드에도 적용될 수 있는데, 다만 그 경우에는 커넥팅 로드를 절단하기 때문에 비용상으로 크랙을 형성하는 것에 비해 불리하다는 것을 감수해야 한다.

바람직한 것은 열 분사, 특히 플라즈마 분사를 진행하는 중에 베어링 재료를 상이한 온도로 기재 상에 용착하는 것이다. 그러한 상이한 온도는 각종의 파라미터를 변경하는 것에 의해 얻어지는데, 그 경우에 하나 이상의 파라미터가 변경될 수 있다. 특히, 온도의 상승을 위해 변경될 수 있는 파라미터는 버너의 전류 또는 전압을 상승시키는 것, 냉각 가스 또는 캐리어 가스를 감소시키는 것, 연소 가스(예컨대, 수소)의 공급을 증대시키는 것, 공급하려는 베어링 재료의 질량 류를 감소시키는 것, 베어링 재료의 입자 크기를 감소시키는 것 또는 베어링 재료의 조성을 변경하는 것이다. 용착 온도를 낮추려면, 전술된 하나 이상의 파라미터에 대해 반대의 조치를 취하면 된다.

특히 바람직한 것은 열 분사를 진행하는 중에 베어링 재료의 부착 온도를 강하시키는 것이다. 원칙적으로, 추후의 시점에 부착 온도를 다시 상승시킬 수 있지만, 부착 온도를 강하시킨 채로 유지하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 열 분사된 베어링 층의 표면을 제거하는 것인데, 그와 같이 제거하는 베어링 층의 부분은 저온에서 분사된 것을 그 대상으로 하지만, 바람직한 경우에는 고온에서 분사된 베어링 층의 구역에까지 제거를 실시한다. 특히, 그와 같이 처리 할 때에는 제거하려는 베어링 층의 구역이 베어링 층의 후속 가공 후에 제거되는 비교적 낮은 값의 층 분율에 해당하도록 온도를 강하시키는 것이 특히 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서는 베어링 재료를 커넥팅 로드의 기재 상에 부착하기 시작할 때의 초기 온도를 그러한 온도로 필요한 전체의 베어링 층을 부착한다면 커넥팅 로드 재료가 달구어져 무르게 되는 결과를 가져 올 만큼 높은 부착 온도로 작업이 이루어지도록 상승시킬 수 있다. 그에 의해, 베어링 층이 매우 높은 부착 강도로 커넥팅 로드의 기재 상에 부착되고, 바람직한 경우에는 베어링 층의 다공성이 낮아지게 된다.

본 발명에 따라 바람직하게 사용되는 상이한 체망 라인은 메시 등급으로서 표시될 수 있는데, 본 발명에 따르면 특히 16 메시 내지 230 메시(16, 18, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 100, 120, 140, 170, 200 및 230 메시)의 등급이 사용된다. 메시 수는 사용되는 체망의 제곱 인치(6.45 ㎠)당 구멍의 수로 주어진다. 공차 및 체망 와이어의 굵기를 비롯한 개개의 체망 라인에 관해서는 예컨대 물리 화학 핸드북(Handbook of Chemistry and Physics), 64판, 1983/84, CRC Press Inc. Florida, S.F-114가 인용될 수 있다.

커넥팅 로드 아이를 열 코팅할 경우, 예컨대 알루미늄 청동으로 이루어지는 사용될 수 있는 베어링 층은 특히 다공성이 낮은 재료를 부착함으로 인해 증대된 높은 잔류 응력을 수반하는 것으로 확인되었다. 그것은 베어링 층의 부착 강도를 상승시키기 위한 조치가 필요함을 알려 주는 것이다. 그러한 조치는 본 발명에 따라 초기 부착 온도를 높게 하는 것 이외에 커넥팅 로드 아이를 하나 이상의 미세한 체망 라인 및 하나 이상의 조대한 체망 라인에 의해 샌드블라스팅(sandblasting; 입자 분사)함으로써 구현된다. 커넥팅 로드 베어링을 작동의 신뢰성이 높도록 형성하려면 베어링을 내마모적으로 설계하고 구성하여 베어링력이 최대 허용 온도에서도 확실하게 전달되도록 하는 것이 필요하다. 내마모성은 지지력이 있는 윤활유 막(오일 막)에 의해 미끄럼 면이 서로 분리될 경우에는 언제든지 확보된다. 그러한 윤활유 막은 미끄럼 베어링에서는 경미하게 편심된 샤프트 베어링 장치에 의해 제공된다. 그에 의하면, 회전 샤프트는 윤활유(엔진 오일)를 베어링 틈새(편심된 베어링 틈새)에 이송하는 펌핑 작용을 하게 되는데, 그러한 펌핑 작용 시에 수렴적으로 형성된 베어링 틈새에 오일 압력이 형성된다. 즉, 윤활유는 가장 좁은 횡단면부로 가압된다. 그 경우, 샤프트의 회전 이동이 시작되거나 그 회전 이동이 매우 완만하게 이루어질 때에는 "임계 마찰"(샤프트 저널에 대한 베어링 재료의 계면 마찰)의 상태가 발생된다. 회전 이동이 증대되면, 지지력이 있는 해당 오일 막이 아직 형성되지 않았음에도 불구하고 오일 막이 샤프트 저널을 지지하는 데 관여한다. 그것은 "혼합 마찰"의 상태, 즉 계면 마찰과 부유 마찰이 동시에 존재하는 상태이다. 그러한 상태는 주로 엔진을 시동하거나 정지시킬 때에 나타난다. 이어서, 회전 속도가 더욱 증대되면, 두께가 베어링 틈새의 절반인 유체 역학적 지지 윤활유 막 층이 형성된다. 그러한 상태가 곧 "부유 마찰"의 상태이다. 그 경우, 베어링 틈새의 크기는 통상적으로 15 내지 60 ㎛이다.

본 발명에 따라 미끄럼 베어링 층 내에 미세 다공 및/또는 홈을 제공하면서 커넥팅 로드 아이(큰 커넥팅 로드 아이)를 해당 베어링 재료로 플라즈마 코팅함으로써, 커넥팅 로드 베어링 내에서 높은 오일 보유 용량이 구현되고, 그에 의해 특히 임계 마찰 및 혼합 마찰 시에 상호 이동되는 부분의 마찰 및 그에 따른 마모가 감소된다. 오일 보유 용량은 커넥팅 로드 베어링에 하나 이상의 홈을 마련함으로써 현격히 개선되는데, 그러한 하나 이상의 홈은 반경 방향 홈으로서 형성되는 것이 특히 바람직하다. 오일 보유 용량을 더욱 증대시키려면, 그러한 홈을 다듬질 가공하지 않은 채로(적어도 대폭적인 다듬질 가공을 하지는 않은 채로), 즉 제조 조건에 따른 거친 표면 구조를 동반한 채로 그대로 놔둔다.

절삭 가공되는 것이 바람직한 다공성이지만 압력에 안정한 미끄럼 베어링 면의 표면 구조와 매우 거친 표면 구조를 동반한 다듬질 가공되지 않은 홈에 의해, 회전 이동 및 오일 압력과는 상관이 없이 임의의 베어링 상태에서 일정 정도의 분율의 오일이 저유된다. 그에 의해, 크랭크 샤프트의 회전 속도가 낮을 때에도 이미 임계 마찰 및 혼합 마찰의 상태를 지나서 신속하게 마모가 없는(거의 마모가 없는) 유체 역학적 윤활의 상태에 도달될 수 있다. 즉, 엔진 시동 상태 및 엔진 정지 상태에서 긴급히 요구되는 미끄럼 특성이 현격히 개선되고, 그에 의해 베어링 치수가 동일하더라도 더욱 높은 베어링 부하를 지지하는 것이 가능하다.

본 발명의 장점은 다음과 같다: 본 발명에 따라 베어링 코팅을 커넥팅 로드 재료 상에 부착할 수 있기 때문에(별도로 삽입되는 요소 상에 부착하는 것이 아님), 그렇지 않은 커넥팅 로드의 경우에 통상적으로 마련되는 베어링 쉘이 생략될 수 있다. 그에 의해, 베어링 쉘을 조립하는 것도 역시 동시에 생략될 수 있다. 베어링 쉘의 생략 및/또는 본 발명에 따른 미끄럼 베어링 층의 후속 절삭 가공에 의해 공차의 수가 감소된다. 통상의 커넥팅 로드 베어링에서는 3개의 공차가 존재하는데, 그 중의 제1 공차는 크랭크 샤프트의 공차이고, 제2 공차는 커넥팅 로드의 미끄럼 층(베어링 쉘)에 의해 결정되는 공차이며, 제3 공차는 그 속에 베어링 쉘이 삽입되는 커넥팅 로드 아이에 의해 결정되는 공차이다. 본 발명에 따라 베어링 층을 코팅하고 후속 가공함으로써 제3 공차가 생략된다. 또한, 본 발명에 따라 부착되는 베어링 층의 두께가 베어링 쉘의 두께보다 더 얇기 때문에, 본 발명에 의하면 나사 구역의 재료 두께도 보다 더 두꺼워진다; 그에 의해, 커넥팅 로드의 외형 치수가 동일하더라도 더욱 높은 부하를 지지하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 제3 공차(커넥팅 로드 아이의 공차)의 크기가 매우 커도 무방한데, 그 이유는 후속된 코팅이 예컨대 정밀 스핀들 가공에 의해 제2 공차의 치수로 제거됨으로써 그러한 제3 공차가 보상되기 때문이다.

본 발명에 따르면, 층을 제거한 후에 필요한 경우에는 베어링 층이 적어도 표면에서 어느 정도의 다공성을 수반하도록 베어링 층을 분사하는 것이 바람직하다. 그러한 다공성은 미세 다공을 구비한 베어링 층을 생성함으로써 얻어지는데, 그 미세 다공은 층 표면의 후속 가공 시에 속이 빈 미세 다공을 형성한 채로 제거되는 산화물 함유물에 의해서도 형성된다. 다공률은 미끄럼 면 구역에서 0.2 내지 6 %, 특히 0.5 내지 4 %인 것이 바람직하다. 또한, 미세 다공은 서로 결합되지 않아서 미세 다공의 다공 용적이 주로 폐쇄된 다공에 의해 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 그러한 미세 다공은 유체 역학적 미세 압력실 윤활 시스템을 형성하는데, 그 미세 다공은 표면 가공(예컨대, 정밀 스핀들 가공)의 절삭 과정에 의해 개방된다. 그 경우, 미끄럼 면 내에 있는 다공은 오일 보유실로서의 역할을 하여 엔진 시동 또는 엔진 정지의 순간에, 그리고 크랭크 샤프트의 회전이 시작되거나 정지되는 순간에 미끄럼 베어링의 오일 압력이 이미 떨어졌거나 비로소 형성되어야 함에도 불구하고 미세 다공으로부터 나온 엔진 오일이 크랭크 샤프트에 점착되는 것으로 추정되는 작용에 의해 미끄럼 막의 형성(부유 마찰)에 충분한 오일 용량이 가용되도록 한다. 본 발명에 따라 존재하는 미세 압력실 시스템에 의해 혼합 마찰의 구간이 현저히 단축된다. 그에 의해, 납 합금, 아연 합금 또는 니켈 합금 등과 같은 추가의 미끄럼 베어링 재료를 도입할 필요가 없이 긴급히 요구되는 베어링의 미끄럼 특성이 현격히 향상된다. 다공의 크기 및 다공의 용적은 미끄럼 면의 베어링 부하에 따라 열 분사 시에 설정되는 것이 바람직하다. 통상적으로, 다공 용적의 대부분을 차지하는 것은 크기가 0.2 내지 250 ㎛, 특히 1 내지 50 ㎛인 다공이다.

본 발명에 따른 베어링 층을 제조할 때에 진행되는 일반적인 과정은 다음과 같다: 우선, 코팅하려는 기재 표면(예컨대, 큰 커넥팅 로드 아이)을 세정한다. 특히, 탈지시킨다. 그것은 예컨대 과열 증기에 의해 실시된다. 이어서, 기재 표면을 Al₂O₃로 샌드블라스팅하는데, SiO₂또는 SiC를 사용할 수도 있다. 블라스팅(분사) 압력은 3 내지 8 bar, 특히 4 내지 6 bar인 것이 바람직한데, 상이한 입자 크기로 작업을 한다. 그 경우에 바람직한 것은 점차 증가되는 입자 크기(점차 조대해지는 체망 라인)를 사용하는 것이다. 즉, 먼저 미세한 입자로 샌드블라스팅한 후에 조대한 입자로 샌드블라스팅한다. 특히 바람직한 것은 3가지 이상의 상이한 입자 크기(점차 조대해지는 3개 이상의 체망 라인)를 사용하는 것이다. 그 경우, 입자 크기는 통상의 메시 범위 내에 있는데, 입자 크기를 미세하게 할 경우에는 80 메시 이하, 특히 100 내지 230 메시의 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 입자 크기를 중간 정도로 할 경우에는 100 메시 이상, 특히 40 메시까지의 입자를 사용하는 것이 바람직하고, 80 내지 45 메시의 입자를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 입자 크기를 조대하게 할 경우에는 45 메시 이상, 특히 30 메시 이상의 입자를 사용하는 것이 바람직하고, 16 메시까지(600 ㎛ 내지 1.18 ㎜의 표준 체망 크기)의 입자를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

샌드블라스팅 시에 상이한 입자 크기로 작업을 함으로써, 예컨대 파단 노치와 같은 노치 또는 홈의 구역에서도 양호한 표면 거칠기가 얻어지는데, 평탄한 구역에서는 RZ가 약 35 내지 60 ㎛, 특히 42내지 54 ㎛이면서 평균 거칠기 심도(RA)가 약 5 내지 10 ㎛, 특히 6.5 내지 8 ㎛인 표면 구조가 얻어진다. 그와 같이 샌드블라스팅에 의해 기재 표면을 거칠게 함으로써, 열 분사되는 층이 양호한 부착 강도로 커넥팅 로드 상에 부착된다.

이어서, 예컨대 AlCuFe 합금(알루미늄 청동)으로 플라즈마 코팅을 실시한다. 바람직한 것은 열 분사되는 베어링 층을 그 다공성이 증가되도록 생성하는 것인데(선택적으로 또는 부가적으로 열 분사 중에 온도를 상이하게 강하시키는 조치를 사용할 수도 있음), 제1 층으로서 다공성이 낮은(≤2 %, 특히 ≤1 %) 층을 생성한다. 그에 적합한 분말 입자는 예컨대 크기가 약 38 ㎛(400 메시)인 분말 입자이다. 그러한 하부 코팅을 약 100 내지 300 ㎛, 특히 200 내지 250 ㎛의 층 두께로 생성한다. 그 다음으로, 다공률이 약 2 내지 6 %, 특히 2.5 내지 4 %인 층을 생성하는데, 그 때에는 예컨대 크기가 약 63 ㎛(230 메시)인 분말 입자를 사용한다. 그 경우, 분말 입자의 크기는 분말의 40 중량 % 이상, 특히 50 중량 % 이상이 표준 체망 크기 이하이고, 바람직하게는 70 중량 % 이상, 특히 80 중량 % 이상이 다음 등급의 크기 이내에 있으며, 더욱 바람직하게는 90 중량 % 이상이 직경의 2배(하프 메시 크기) 이내에 있도록 선택된다.

또한, 층 두께도 역시 하부 코팅에 주어지는 범위로 선택된다. 단지 하나의 층만을 형성할 경우, 그러한 층 두께는 100 내지 600 ㎛, 특히 200 내지 400 ㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 다공성이 낮아짐에 따라 층의 잔류 응력이 증대되어 층이 커넥팅 로드 아이로부터 떼어질 위험이 있는 것으로 판명되었다. 본 발명은 특히 층이 높은 부착 강도로 커넥팅 로드 아이 상에 부착되도록 하는 특수한 샌드블라스팅에 의해 그에 대처하고 있다. 다른 한편으로, 본 발명에 따라 층의 부착 온도를 상승시킴으로써 지나치게 높은 층의 잔류 응력으로 인한 층의 떼어짐이 방지된다. 그것은 예컨대 플라즈마 버너의 전압 또는 전류를 상승시킴으로써 이루어진다. 그에 의해, 층이 양호하게 기재(커넥팅 로드 아이) 상에 분배되어 양호하게 부착된다. 그것은 전술된 바와 같이 부착된 층이 여전히 어느 정도 낮은 다공성을 수반하는 한도에서만 실시되는 것이 바람직하다. 한편, 부착 온도를 상승시키는 것에 의해 기재가 달구어져 무르게 될 위험도 함께 동반된다. 즉, 기재가 과열될 수 있다. 그것은 특히 철 재료에서 문제가 된다. 본 발명에 따르면, 단지 하부 코팅만을 높은 부착 온도로 용착함으로써 역시 그에 대처하게 된다. 추가의 층을 형성하는 것은 보다 더 낮은 온도로, 그리고 특히 높은 다공성을 수반하여 실시된다. 그러한 높은 다공성이 원하는 미끄럼 베어링에 적합한 것이 아닐 경우라도 본 발명에 따라 다공성이 높은 그러한 층을 연이은 가공에서 제거한다면 아무런 문제가 될 것이 없다. 그 경우, 다공성이 높은 층 또는 낮은 온도에서 부착된 층은 단지 후속 기계 가공을 위한 기재를 얻기 위해 사용되는 것에 불과할 뿐이다.

바람직한 것은 베어링 층을 하나의 작업 과정으로 부착하는 것, 즉 코팅 과정을 단절시킴이 없이 진행하는 것이다. 그를 위해, 자동적으로 분말 및/또는 파라미터를 조절하여 상이한 다공성을 얻는 것이 바람직하다.

하부 베어링 층은 예컨대 베어링 쉘의 파단 시에 커넥팅 로드에 크랙이 형성됨으로 인해 생성된 비원형 부분(전형적으로, 비원형 부분의 크기는 30 내지 150 ㎛임)을 차폐하는 것이 바람직하고, 추후의 후속 가공을 위한 충분한 두께가 얻어지도록 추가의 층, 특히 처리 기술상으로 더욱 간단하게 커넥팅 로드 상에 부착될 수 있는 다공성 층으로 덮여질 수 있다. 그러한 층은 다시 큰 어려움이 없이 고유의 미끄럼 베어링 층(다공성이 낮은 층)에 이를 때까지 제거될 수 있다. 그러한 처리 형식에 의해, 층의 잔류 응력이 조절되고, 커넥팅 로드가 달구어져 무르게 되는 것이 배제되거나 그 정도로가 단지 적은 정도에 불과하게 되며, 통상적으로 ≥20 N/㎟, 특히 ≥25 N/㎟에 이르는 높은 미끄럼 베어링 층의 부착 인장 강도가 얻어진다. 28 N/㎟를 넘는 부착 이장 강도가 가능하다. 알루미늄 청동에서는 예컨대 약 185 HV_0.3이상의 층 경도가 얻어질 수 있다. 디젤 엔진에서 주로 나타나는 바와 같이, 커넥팅 로드, 특히 큰 커넥팅 로드 아이에 있는 미끄럼 베어링 층에 높은 부하가 걸릴 경우에는 미끄럼 베어링 층 내에 잔류하는 오일 량을 증대시키는 것이 바람직하다. 그것은 본 발명에 따라 하나 이상의 윤활유 홈을 미끄럼 베어링 층에 마련하여 엔진 정지 시의 오일 보유 용적 또는 공전 회전 속도 미만의 엔진 회전 속도에서의 오일 보유 용적을 증대시킴으로써 이루어진다. 그에 의해, 엔진 시동 또는 엔진 정지 시에 혼합 마찰의 구간이 짧은 시간 내에 지나가 버린다. 그러한 짧은 시간은 미세 다공 또는 홈으로부터 나온 엔진 오일이 크랭크 샤프트에 점착됨으로써 미끄럼 막이 더욱 오랫동안 유지되거나 더욱 신속하게 형성되는 것에 기인한 결과이다. 특히 약간 다공성의 표면과 함께 베어링 층에 하나 이상의 홈을 마련함으로써, 펌프의 오일 압력이 이미 강하되었거나 이제 막 형성되기 시작했음에도 불구하고 윤활유 막이 더욱 오랫동안 유지된다. 홈이 주로 반경 방향으로, 즉 원주 방향으로 연장될 경우에 홈에 의한 효과가 특히 유리하게 작용한다. 또한, 홈은 폐쇄되는 것, 즉 무단 홈, 특히 환형 무단 홈인 것이 매우 바람직하다. 홈은 V형 또는 사다리꼴로 형성되는 것이 바람직한데, 그 경우에 홈의 측면은 서로 30 내지 80 °, 특히 45 내지 60°의 각도를 이루는 것이 바람직하다. 홈의 깊이로서는 0.2 내지 1㎜, 특히 0.4 내지 0.6 ㎜의 깊이가 적합하다. 홈의 개수는 미끄럼 베어링의 폭, 미끄럼 베어링의 지지 분담률 및 필요한 추가의 오일 보유 용적에 따라 조정되는 것이 바람직하다. 주어진 홈의 형태 및 깊이는 열 분사 코팅을 하기 전의 상태와 관련되는 것이 바람직하다. 열 분사 코팅으로서는 플라즈마 코팅을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

바람직한 것은 기재 표면을 하나 이상의 홈을 마련한 후에 미끄럼 층, 특히 전술된 바와 같이 다공성이 상이한 복합 베어링 층으로 코팅하는 것이다. 연이은 후속 가공 시에는 홈을 다듬질 가공하지 않거나 약간만 다듬질 가공하여 거친 층 구조(플라즈마 층 구조)에 의해 오일이 매우 양호하게 보유되도록 하는 것이 바람직하다.

베어링 층을 분사할 때에는 금속을 분사하는 것이 바람직한데, 특히 금속 합금을 사용하는 것이 좋다. 또한, 각종 금속(특히, 금속 합금)의 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 그러한 혼합물은 예컨대 알루미늄과 아연의 혼합물일 수 있는데, 그 경우에 개개의 성분을 분말의 형태로 혼합하여 그러한 혼합물을 얻는 것이 특히 바람직하다. 금속 분말의 유형별 분류는 특히 개개의 분사 파라미터에 의존하고, 일련의 실험을 통해 당업자에게 쉽게 파악될 수 있다. 베어링 재료로서는 청동, 특히 알루미늄 청동(알루미늄/아연)을 사용하는 것이 바람직하지만, 구리 청동 및 금속/연질 재료 층 및/또는 금속/고체 유제 층을 사용할 수도 있다. 연질 재료로서는 경질 금속, 예컨대 합금된 알루미늄(알루미늄/구리/망간/크롬) 중에 분포되는 납과 같은 연질 금속을 사용한다. 그러나, 플루오르화 중합체(예컨대, 폴리테트라플루오르에틸렌; polytetrafluorethylene)와 같은 다른 재료를 연질 재료로서 사용할 수도 있다. 고체 유제로서는 예컨대 이황화몰리브덴, 아질산붕소(boronnitrite) 또는 흑연과 같은 화합물이 적합하다.

베어링 재료를 과잉 량으로 분사한 후에 연이어 그 과잉 량을 기계적으로 후속 가공하는 것이 특히 바람직하다. 후속 가공에는 예컨대 호닝 가공을 사용하는데, 본 발명에서는 특히 정밀 스핀들 가공이 적합하다. 호닝 가공 시에는 베어링 재료의 20 내지 300 ㎛, 특히 50 내지 200 ㎛를 제거하는 것이 좋고, 정밀 스핀들 가공 시에는 제거되는 과잉 량이 50 내지 1000 ㎛, 특히 100 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다.

완성된 베어링 층(과잉 량을 제거한 후의 베어링 층)은 150 내지 800 ㎛, 특히 200 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다. 그러한 층은 두께가 2.5 ㎜의 범위에 있는 통상의 베어링 쉘보다 현저히 더 얇다. 그것은 커넥팅 로드에 더 많은 재료가 남아 있게 된다는 것(더욱 높은 부하가 가능하다는 것) 또는 커넥팅 로드가 작은 중량으로 제조될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 열 분사에 의해 베어링 재료로 코팅되는 커넥팅 로드 아이를 베어링 재료를 부착하고 난 후에 비로소 개방하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 그러한 처리 형식은 커넥팅 로드 아이를 파단할 경우(크랙을 형성할 경우)에 사용된다. 그러한 처리 시에는 커넥팅 로드(커넥팅 로드의 내측)의 원하는 파단 부위에 각각 노치를 마련한다. 특히 바람직한 것은 레이저에 의해 노치를 마련하는 것인데, 그 경우에 예컨대 FK-레이저를 약 45°의 각도를 이룬 채로 커넥팅 로드 아이 속으로 들여보낸다. 레이저 출력으로서는 특히 5 내지 10 ㎾를 사용한다. 노치를 0.3 내지 0.8 ㎜의 폭과 0.2 내지 0.7 ㎜의 깊이로 마련하는 것이 바람직하다. 파단 부위는 통상적으로 커넥팅 로드 아이의 대략 중앙에 자리잡게 된다. 선택적으로, 노치를 에칭에 의해 마련하거나 예컨대 브로치(broach) 가공으로 긁어냄으로써 마련할 수도 있다.

커넥팅 로드 아이에 노치를 마련하여 커넥팅 로드 아이를 파단할 경우에는 우선 커넥팅 로드 아이에 노치를 마련하고(예컨대, 공구, 레이저 또는 에칭에 의해), 이어서 열 분사에 의해 베어링 재료를 부착한 후에 파단을 실시하는 형식으로 처리를 진행하는 것이 바람직하다. 그러한 처리 형식에 의해, 다른 경우에는 파단 부위 또는 개개의 베어링 쉘 사이에 존재하였을 틈새가 없어진다(또는 최소화된다). 그러한 틈새는 높은 엔진 부하가 걸릴 때에 오일 막의 파열을 촉진한다. 베어링 재료를 코팅하기 전에 노치를 마련하는 처리 형식에 의해 윤활유의 특성이 양호해진다. 사정에 따라서는 파단도 역시 베어링 재료를 코팅하기 전에 실시할 수 있는데, 그 경우에는 코팅된 베어링 재료를 연이어 재차(바람직하게도 노치를 마련할 필요가 없이) 파단하게 된다.

커넥팅 로드 아이를 절단에 의해 개방할 경우에는 그것을 열 분사에 의한 베어링 재료의 부착 전에 실시하는 것이 바람직하다. 그러한 처리 형식에서는 커넥팅 로드 아이를 절단하고, 남겨진 커넥팅 로드 링크와 커넥팅 로드 커버의 분리 면을 각각 평탄하게 긁어낸다. 이어서, 양자의 부품을 다시 조립하고, 구멍 및 나선부를 마련하여 함께 나사 결합시킨다. 그 경우에도 역시 특히 베어링 재료로 코팅하기 전에 다시 나사 결합되는 커넥팅 로드 아이에 노치를 마련하는 것(절단 부위에)이 바람직하다. 이어서, 베어링 층을 절단하기 위해 다시 커넥팅 로드 아이를 파단한다. 그 경우에 파단이 지나치게 불균일하게 이루어지면, 베어링 층 자체에 노치를 마련할 필요가 있다.

특히 바람직한 것은 전술된 베어링 층의 가공(호닝 가공 또는 정밀 스핀들 가공)을 커넥팅 로드 아이를 개방하고 난 후에 비로소 실시하는 것이다. 그에 의해, 베어링 층의 파단 시에 경우에 따라 생길 수 있는 파단 연부의 뾰족한 부위가 과잉 량의 제거에 의해 동시에 제거된다.

본 발명에 따라 커넥팅 로드를 제조함에 있어서, 커넥팅 로드 아이에 오일 채널을 마련할 수도 있다. 바람직한 것은 그러한 오일 채널을 베어링 층을 부착하고 특히 그 베어링 층의 후속 가공을 하고 난 후에 비로소 보링 가공하는 것이다. 그 경우, 오일 채널을 커넥팅 로드를 관통하여 맞은 편의 커넥팅 로드 아이까지 보링 가공할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 커넥팅 로드의 평탄 면(넓은 측면)도 역시 베어링 층을 부착하고 난 후에 비로소 후속 가공하는 것이 바람직하다. 그 경우에 바람직한 것은 그러한 후속 가공을 평탄 면의 연마에 의해 실시하는 것이다.

본 발명에 따른 처리 방법에서는 코팅에 선행하여 커넥팅 로드 아이를 거칠게 만드는 작업 단계를 실시하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 샌드블라스팅에 의해 거칠게 만드는 것이지만, 고압 하에 있는 유체를 분사하는 것도 가능하다. 그 경우, 커넥팅 로드 아이의 재료, 특히 C 70 강을 4 내지 30 ㎛, 특히 8 내지 12 ㎛의 평균 거칠기 심도(R_a)로 거칠게 만드는 것이 좋다. 평균 거칠기 심도가 그러할 경우에는 베어링 재료가 커넥팅 로드 아이의 재료에 매우 양호하게 부착된다.

매우 바람직하게 커넥팅 로드 아이에 베어링 층을 제조하려면, 커넥팅 로드 아이의 하나 이상의 평탄 면을 커넥팅 로드 아이의 구역에 개구부를 구비한 마스킹 프레임으로 차폐시킨다. 그러한 개구부는 커넥팅 로드 아이와 대략 동일한 크기이어야 하는데, 그래야만 한편으로는 코팅 과정이 마스킹 프레임에 의해 방해되지 않고 다른 한편으로는 커넥팅 로드 아이의 구역에 있는 평탄 면이 코팅되는 것을 대폭적으로 방지하게 된다. 하나의 평탄 면만을 마스킹 프레임으로 차폐시킬 경우에는 다른 평탄 면을 마스킹 프레임과 마찬가지로 커넥팅 로드 아이의 구역에 개구부를 구비한 팔레트 상에 놓는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 개개의 커넥팅 로드의 커넥팅 로드 아이를 하나의 작업 과정으로 코팅한다. 그를 위해, 2 내지 10개, 특히 4 내지 8개의 다수의 커넥팅 로드를 코팅하려는 커넥팅 로드 아이가 원통을 형성하도록 서로 겹쳐 놓는다. 그와 관련하여, 특수한 팔레트 상에 커넥팅 로드를 센터링시키는 유지부를 마련하여 그 속에 커넥팅 로드를 끼워 넣는 방안이 있을 수 있다. 그러한 처리에서 실질적으로 동시에 코팅된 커넥팅 로드를 그룹으로서 유지하여 연이어 공동으로 내연 기관에 내장하는 것이 바람직하다. 바람직한 것은 내연 기관에 있는 모든 커넥팅 로드(동일한 유형의 커넥팅 로드)를 서로 겹쳐 놓고 공동으로 코팅하는 것이다. 그것이 실린더의 개수(예컨대, 12기통)로 인해 구조적으로 불가능한 경우에는 적어도 동일 계열의 실린더(12기통 엔진에서는 6개)의 커넥팅 로드를 서로 겹쳐 놓고 코팅한다. 그러한 처리 형식에 의해 동일한 품질의 커넥팅 로드를 내연 기관에 내장하는 것이 실현된다.

열 분사를 하는 동안에는 커넥팅 로드 아이를 통해 가스 류를 통과시키는 것이 특히 바람직하다. 가스 류로서는 조건에 맞게 조절되고 정화된 공기가 적합하다. 특히, 공기 류는 실질적으로 탈지되고 습기가 없어야 하며 가능한 한 미리 주어진 온도 대역(약 20℃ 정도)에 있어야 한다. 공기 류의 유속(공기 하강 속도)은 3 내지 15 m/s, 특히 5 내지 8 m/s인 것이 바람직하다. 그러한 가스 류에 의해 분사 시에 생기는 과도 분사물이 날아가 떨어진다.

베어링 재료의 분사를 회전 분사 노즐, 특히 커넥팅 로드 아이의 상부에서 이미 회전되고 있는 채로 커넥팅 로드 아이(다수의 커넥팅 로드 아이) 속에 들어가는 회전 분사 노즐에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 그러한 분사 노즐에 의해 커넥팅 로드 아이에 매우 균일한 코팅이 이루어진다. 본 발명에 따라 커넥팅 로드 아이를 코팅할 때에는 분사 노즐을 0.5 내지 20 ㎜/s, 특히 2 내지 8 ㎜/s의 전진 속도로 커넥팅 로드 아이 속을 통해 통과시키는 것이 바람직하다.

분사에 의한 부착 시에는 베어링 재료의 다수의 층을 커넥팅 로드 아이 상에 부착하는 것이 매우 바람직한데, 특히 4 내지 30개의 층을 형성한다. 그 경우에 바람직한 것은 층을 상이한 방향으로 부착하는 것으로, 그것은 다시 층의 품질을 개선하는 역할을 한다. 그것은 커넥팅 로드 아이에서 회전 분사 노즐이 그 회전 방향을 그대로 유지하면서 커넥팅 로드 아이 속으로 들어가는 동안 및 커넥팅 로드 아이로부터 나오는 동안에 커넥팅 로드 아이를 코팅함으로써 실현된다.

본 발명에 따르면, 커넥팅 로드를 조별 생산 형식으로 베어링 재료로 코팅한다. 그 경우, 조별 생산품의 하나 이상의 개개의 커넥팅 로드를 측정 검사하는 것이 바람직하다. 그와 관련하여, 특히 평균 거칠기 심도(Ra) 및/또는 베어링 재료 자체(예컨대, 혼합물을 사용할 경우에 베어링 재료의 분포의 균일성)를 측정 검사한다. 특히 바람직한 것은 커넥팅 로드의 측정 검사를 비파괴 형식으로 실시하는 것이다.

전술된, 그리고 후술되는 특징 및 조치는 본 발명에 따른 방법에 대해서도 커넥팅 로드와 동일하게 적용된다.

실시되는 처리 단계들은 단지 부분적으로만 필수적으로 연계된다. 원칙적으로, 개개의 처리 단계의 생략, 보충, 선택적 실시 및/또는 다른 것으로의 교체가 가능하다.

크랙 커넥팅 로드의 제조 과정

예컨대 C 70 강으로 이루어지고 종래에는 베어링 쉘을 구비하였던 통상의 커넥팅 로드(1)(도 1 및 도 2)를 제조 라인 상에 놓는다. 그 다음으로, 측면(2)을 예비 연마한다. 이어서, 큰 커넥팅 로드 아이 및 작은 커넥팅 로드 아이(3, 4)를 예비 가공한다. 즉, 해당 치수로 만든다. 또한, 커넥팅 로드 커버에 대해 측면(2)에서의 나사 천공 가공을 실시한다. 즉, 구멍(5)과 나선부(6)를 마련한다.

크랙을 예비 가공하기 위해, FK-레이저(7)를 45°의 각도를 이룬 채로 큰 커넥팅 로드 아이(3) 속으로 들여보낸다. 레이저(7)에 의해 큰 커넥팅 로드 아이(3)에는 양쪽으로 중앙에 폭이 약 0.5 ㎜이고 깊이가 약 0.3 내지 0.5 ㎜인 노치(8)가 각각 연소되어 새겨진다. 선택적으로, 노치를 브로치에 의해 마련할 수도 있다.

노치(8)를 마련한 후에는 상세히 후술되는 바와 같이 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 플라즈마 코팅한다. 플라즈마 층을 부착한 다음에는 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 플라즈마 층과 함께 파단 장치에 의해 약 100 kN의 파단력으로 파단하여 크랙을 형성한다. 파단 부위를 세정하고(압축 공기로 송풍함), 파단 분리된 커넥팅 로드 커버(9)를 나사(10)에 의해 미리 주어진 토크로 조립한다. 작은 커넥팅 로드 아이(4)도 역시 부시(11)를 압입함으로써 조립한다. 그 다음으로, 평탄 면(12)을 마감 연마한다.

이제, 큰 커넥팅 로드 아이(3)는 물론 경우에 따라서는 작은 커넥팅 로드 아이(4)를 해당 치수(16)(도 3을 참조)로 만든다. 그것은 정밀 보링 가공 또는 정밀 스핀들 가공에 의해 이루어진다. 이어서, 커넥팅 로드를 완전히 세정하고, 측정 검사하여 분류한다.

절단형 커넥팅 로드의 제조 과정

절단형 커넥팅 로드의 제조 과정은 근본적으로 전술된 과정과 동일하지만, 다만 측면, 헤드 면 및 나사 접촉 면을 브로치 가공한 후에 이미 커넥팅 로드 아이를 절단에 의해 분리시킨다. 그와 같이 절단한 후에는 커넥팅 로드 링크와 커넥팅 로드 커버에 있는 분리 면을 개별적으로 브로치 가공한다. 이어서, 세정 단계를 실시한 후에 작은 커넥팅 로드 아이를 예비 가공 및 마감 가공한다. 이제, 측면에 구멍 및 나선부를 마련하여 커버 나사를 장착한다. 커넥팅 로드 링크와 커넥팅 로드 커버에 있는 분리 면을 마감 가공하고, 다시 한번 세정한 후에 커넥팅 로드 커버를 커넥팅 로드 링크에 조립한다. 다시 FK-레이저에 의해 절단 면에 노치를 마련하고, 큰 커넥팅 로드 아이에 베어링 층을 마련한 후에 다시 베어링 층을 파단한다.

예컨대 작은 커넥팅 로드 아이(4) 속에 베어링 쉘(11)을 압입하는 것과 같은 개별적인 제조 단계는 전체 과정 중의 상이한 시점에 실시될 수 있는데, 예컨대 플라즈마 코팅을 하기 전에 이미 실시될 수 있다.

큰 커넥팅 로드 아이를 플라즈마 코팅하는 제조 과정

플라즈마 코팅을 위해, 커넥팅 로드를 세정하고, 큰 커넥팅 로드 아이를 탈지시킨 후에 건조시켜 실질적으로 습기를 제거한다. 그와 같이 전처리된 커넥팅 로드를 2 내지 4개로 서로 겹쳐 쌓아서 큰 커넥팅 로드 아이가 동심상으로 해당 팔레트의 개구부 상에 놓여지도록 한다. 그 경우, 커넥팅 로드를 전처리된 작은 커넥팅 로드 아이 및 커넥팅 로드 링크 또는 측면에 의해 정향시키고 고정시키는 것이 바람직하다. 커넥팅 로드를 적재한 팔레트를 준비 구역을 경유하여 샌드블라스팅 유닛에 도달시키고, 그 샌드블라스팅 유닛에서 큰 커넥팅 로드 아이를 샌드블라스팅에 의해 약 8 내지 12 ㎛의 평균 거칠기 심도로 거칠게 만든다. 이어서, 커넥팅 로드를 세정 스테이션으로 이송하고, 샌드블라스팅된 표면에 압축 공기를 송풍하여 그 표면을 세정한다. 끝으로, 전처리된 커넥팅 로드를 플라즈마 스테이션으로 이송하고, 그 플라즈마 스테이션에서 큰 커넥팅 로드 아이를 회전 플라즈마 버너에 의해 약 0.5 ㎜의 층 두께(15)(도 3을 참조)의 알루미늄 청동으로 코팅한다. 그 다음으로, 코팅된 커넥팅 로드를 냉각 구역으로 이송하고, 냉각된 커넥팅 로드를 특수 팔레트에 의해 그 냉각 구역으로부터 인출하여 전술된 후속 가공부에 공급한다.

본 발명에 따라 제조된 커넥팅 로드의 장점은 큰 커넥팅 로드 아이 속에 베어링 쉘이 들어가지 않음으로 인해 베어링 쉘의 조립 자체가 생략되고, 베어링 쉘을 위한 유지 홈을 마련하는 작업과 베어링 쉘의 뾰족한 모서리를 제거하는 작업이 생략된다는데 있다. 그에 의해, 플라즈마 층을 부착하는 것이 비용상으로 경쟁력이 있게 된다. 또한, 플라즈마 코팅된 커넥팅 로드에서는 조립 시에 베어링 쉘을 빠뜨린다는 것이 있을 수 없기 때문에 조립의 신뢰성이 향상된다.

본 발명에 따른 커넥팅 로드에서는 큰 커넥팅 로드 아이가 베어링 커버를 고정시키는 구역에서 보다 더 두꺼운 브리지 폭을 수반하게 되는데, 그 이유는 플라즈마 층이 후속 가공 후에 약 0.3 ㎜의 두께로 되는데 반해 베어링 쉘의 두께가 2.5 ㎜에 달하기 때문이다. 그에 의해, 높은 부하가 걸리는 엔진에서의 커넥팅 로드 부하 지지력의 상승 및/또는 중량 절감이 가능하다. 또한, 2개의 베어링 쉘 반쪽 사이에 생기는 틈새가 없어지는데, 그러한 틈새는 높은 부하가 걸릴 경우에 오일 막의 파열이 시작되는 지점에 해당한다. 즉, 본 발명에 따라 제조된 커넥팅 로드는 양호한 윤활유 특성을 수반한다.

부착 과정

전술된 제조 과정에서 설명된 바와 같이, 반경 방향 홈을 구비한 코팅하려는 표면을 과열 증기로 세정할 수 있다. 그 경우, 실질적으로 100 %의 탈지가 이루어진다. 기재 표면(철 재료, 예컨대 C 70)을 약 4 내지 6 bar의 블라스팅 압력에서 입자 크기를 증가시키면서 Al₂O₃로 여러 번 샌드블라스팅함으로써 거칠게 만든다: 크랙 커넥팅 로드 또는 절단형 커넥팅 로드의 에칭된 파단 노치에 대한 제1 블라스팅 작업은 φ0.063 내지 0.15 ㎜(230 내지 100 메시)의 입자 크기로 실시되고, 기재 표면과 반경 방향 홈에 대한 제2 블라스팅 작업은 φ0.18 내지 0.35 ㎜(80 내지 45 메시)의 입자 크기로 실시되며, 기재 표면과 반경 방향 홈에 대한 제3 블라스팅 작업은 φ0.6 내지 1.1 ㎜(30 내지 16 메시)의 입자 크기로 실시된다. 이어서, 후속 작업 단계로서 알루미늄/구리/철 합금으로 플라즈마 코팅을 실시하는데, 그 경우에 예컨대 5 내지 15 %의 알루미늄, 1 내지 5 %의 철, 1 내지 4 %의 코발트 및 0.5 내지 4 %의 망간을 함유한 알루미늄 청동, 특히 9 내지 12 %의 알루미늄, 약 2 %의 망간, 약 2 내지 2.5 %의 코발트 및 약 3 내지 4 %의 철을 함유한 알루미늄 청동을 사용할 수 있다. 코팅 재료의 평균 입자 크기를 약 38 ㎛로 하여 제1 플라즈마 코팅을 약 200 내지 250 ㎛의 두께로 실시하는데, 그와 같이 플라즈마 코팅할 때에는 사용되는 각각의 버너와 관련된 부착 파라미터에 의해 층의 다공률을 ≤1 %로 조절한다. 작업을 단절시킴이 없이 약간 더 조대한 입자 크기(φ약 65 ㎛)로 추가의 코팅을 실시하는데, 그 때에도 역시 약 200 내지 250 ㎛의 층 두께를 형성한다. 그 경우, 장치 파라미터를 다공률이 1.5 내지 3.5 %의 범위에 이르도록 조절한다.

그러한 형식의 코팅은 반경 방향 홈이 없는 베어링에서도 실시될 수 있다.

반경 방향 홈을 구비한 절단형 커넥팅 로드의 제조 과정

이하에서는 전체의 제조 과정을 설명하지만, 전술된 바와 같이 개개의 작업 단계는 작업 플랜에 따라 생략되거나, 상호 교환되거나, 보충되거나 다른 것으로 대체될 수 있다.

반제품 커넥팅 로드를 공급받은 후에 그것을 제조 라인 상에 놓고, 그 제조 라인에서 평탄 면(12)을 예비 연마하고 브로치 가공한다. 이어서, 측면(2), 헤드 면 및 나사 접촉 면을 브로치 가공하고, 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 절단한다. 그 다음으로, 분리 면(30) 및 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 브로치 가공하는데, 그 때에는 커넥팅 로드 링크와 커넥팅 로드 커버(9)를 별개로 가공한다. 각각의 부품을 세정한 후에 작은 커넥팅 로드 아이(4)를 예비 가공 및 마감 가공하고, 커넥팅 로드 나사(10)를 위한 구멍 및 나선부를 절삭한다. 작은 커넥팅 로드 아이(4) 속에 베어링 부시(11)를 압입하여 밀착시키고, 그 베어링 부시(11)에 대해 모서리 따기를 한다. 커넥팅 로드 링크와 커넥팅 로드 커버(9)의 분리 면(30)을 마감 연마하고 다시 한번 완전히 세정한다.

그 다음으로, 커넥팅 로드 커버(9)를 커넥팅 로드 링크 상에 얹고 커넥팅 로드 커버 나사(10)를 미리 주어진 토크로 조이고, 반경 방향 홈(32)을 채용할 경우에는 예컨대 프레이즈 절삭 또는 회전 절삭에 의해 홈을 큰 커넥팅 로드 아이에 마련한다.

추후에 플라즈마 층(15, 16)을 개방하기 위해, 예컨대 에칭 또는 레이저에 의해 파단 노치를 큰 커넥팅 로드 아이에 마련한다. 이어서, 큰 커넥팅 로드 아이를 플라즈마 코팅한다.

커넥팅 로드의 유형에 따라 필요한 경우에는 오일 채널(큰 커넥팅 로드 아이로부터 커넥팅 로드 링크를 통해 작은 커넥팅 로드 아이까지 관통됨)을 보링 가공하는데, 그것은 가솔린 엔진의 경우에도 실시될 수 있지만, 대부분 디젤 엔진의 경우에 실시된다.

커넥팅 로드 커버 나사(10)를 분리시킴으로써 부착된 플라즈마 층(15)에 크랙을 형성하는데, 그것은 플라즈마 코팅에 따라서는 흔히 플라즈마 층(15)의 잔류 응력에 의해 이미 이루어져 있다. 커넥팅 로드 커버(9)를 떼어내고, 파단 부위를 예컨대 공기 송풍에 의해 세정한다. 이어서, 커넥팅 로드 커버(9)를 다시 조립하고, 커넥팅 로드 커버 나사(10)를 주어진 토크로 조인다. 큰 커넥팅 로드 아이(9)에 대해 양쪽에서 모서리 따기를 하고, 선택 사양에 따라 반경 방향 홈의 모서리를 잘라낸다(둥글게 가공한다).

그 다음으로, 평탄 면(12)을 마감 연마하고, 작은 커넥팅 로드 아이(4)를 마감 보링 가공하며, 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 마감 스핀들 가공하여 고유의 미끄럼 면(35)을 생성하고 베어링 층(16)의 미세 다공(33)을 개방한다. 추가의 세정 과정 후에 커넥팅 로드를 측정 검사하여 분류하는데, 그러한 분류 시에는 2개의 부류의 공차를 선택하는 것이 바람직하다.

그와 같이 제조된 커넥팅 로드를 조립 라인에서 분해하고, 다시 그 조립 라인에서 내연 기관의 크랭크 샤프트(34) 상에 조립한다.

큰 커넥팅 로드 아이를 플라즈마 코팅하고 경우에 따라 오일 채널을 보링 가공한 후에 이미 큰 커넥팅 로드 아이에 대해 양쪽에서 모서리 따기를 하고, 선택 사양에 따라 반경 방향 홈의 모서리를 잘라낼 수도 있다. 그 경우, 연이어서 평탄 면을 마감 연마하고, 작은 커넥팅 로드 아이를 마감 보링 가공하며, 큰 커넥팅 로드 아이(3)를 마감 스핀들 가공한다. 이어서, 커넥팅 로드를 세정하고 측정 검사하여 분류한 후에 특히 조립 라인에서 직접 커넥팅 로드 커버 나사의 분리에 의해 플라즈마 층에 크랙을 형성한다. 커넥팅 로드 커버를 떼어내고, 파단 부위를 예컨대 공기 송풍에 의해 세정한다. 그 다음으로, 커넥팅 로드를 내연 기관의 크랭크 샤프트 상에 조립한다.

바람직한 것은 예컨대 커넥팅 로드 커버 나사의 구멍을 약간 엇갈리게 위치시킴으로써 커버가 뒤집어진 채로 조립되는 것을 방지하는 것인데, 그에 의해 크랙을 형성할 때에 플라즈마 층에 생긴 톱니형 부분이 다시 합치되는 상태로 서로 맞대어진다.

반경 방향 홈을 구비한 크랙 커넥팅 로드의 제조 과정

반제품 커넥팅 로드(재료는 예컨대 C 70 강으로 이루어짐)를 제조 라인 상에 놓고, 측면을 평탄하게 연마하는 예비 연마를 실시한다. 큰 커넥팅 로드 아이 및 작은 커넥팅 로드 아이를 예비 가공하고, 베어링 커버에 대해 나사 천공 가공을 실시한다(구멍 및 나선부 절삭). 베어링 유형에 따라 바람직한 경우에는 예컨대 프레이즈 절삭 또는 회전 절삭에 의해 하나 이상의 반경 방향 홈을 큰 커넥팅 로드 아이에 마련한다. 이어서, 예컨대 45°의 각도를 이룬 채로 큰 커넥팅 로드 아이 속으로 들여보내는 FK-레이저에 의해 큰 커넥팅 로드 아이에 노치를 형성한다; 그 때의 레이저 출력은 약 7 ㎾이다. 그 경우, 큰 커넥팅 로드 아이의 양쪽으로 중앙에 폭이 약 2 ㎜에 채 못 미치고 깊이가 약 0.5 ㎜에 채 못 미치는 노치를 마련한다. 노치를 브로치에 의해 또는 에칭에 의해 마련할 수도 있다. 커넥팅 로드 아이를 파단 장치에 의해 약 100 kN의 파단력으로 파단하여 크랙을 형성한다. 커넥팅 로드 베어링 커버를 떼어내고, 파단 부위를 예컨대 압축 공기에 의해 세정한다. 이어서, 커넥팅 로드 베어링 커버를 다시 조립하고, 커넥팅 로드 베어링 커버 나사를 주어진 토크로 조인다. 그 다음으로, 큰 커넥팅 로드 아이를 플라즈마 코팅하고, 작은 커넥팅 로드 아이 속에 베어링 부시를 압입한다. 큰 커넥팅 로드 아이에 대해 양쪽에서 모서리 따기를 하고, 커넥팅 로드의 측면을 마감 연마하며, 큰 커넥팅 로드 아이 및 작은 커넥팅 로드 아이를 정밀 보링 가공하거나 정밀 스핀들 가공한다. 이어서, 커넥팅 로드를 완전히 세정하고, 측정 검사하여 분류한다. 커넥팅 로드를 조립 라인에서 분해하고, 다시 내연 기관의 크랭크 샤프트 상에 조립한다.

특히 커넥팅 로드 베어링 커버 나사를 분리시킴으로써 플라즈마 층에 크랙을 형성하는 것은 조립 라인에서 직접 실시되거나 그 이전의 시점에서 실시될 수도 있다. 플라즈마 층에 크랙을 형성한 후에는 커넥팅 로드 베어링 커버의 파단 부위를 세정(공기 송풍)하는 것이 좋다.

플라즈마 코팅의 제조 과정

커넥팅 로드를 세정하고 적어도 큰 커넥팅 로드 아이를 과열 증기로 탈지시킨 후에 잔류 습기의 함량이 가능한 한 낮아지도록 건조시킨다. 커넥팅 로드를 큰 커넥팅 로드 아이에 대해 동심상으로 특수 팔레트 상에 겹쳐 쌓는다(통상, 4 내지 8개의 커넥팅 로드). 그 경우, 커넥팅 로드를 작은 커넥팅 로드 아이 및 커넥팅 로드 링크 또는 측면에 의해 고정시킬 수 있다. 커넥팅 로드를 적재한 특수 팔레트를 중립 구역을 경유하여 샌드블라스팅 유닛으로 이송하여 정해진 장소에 위치시킨다. 큰 커넥팅 로드 아이를 전술된 샌드블라스팅 등급으로 샌드블라스팅하여 약 6.5 내지 8 ㎛의 평균 거칠기 심도로 거칠게 만든다. 이어서, 샌드블라스팅된 커넥팅 로드와 함께 특수 팔레트를 세정 스테이션으로 이송하고, 그 세정 스테이션에서 샌드블라스팅된 표면에 압축 공기를 송풍하여 그 표면을 세정한다. 계속적으로, 커넥팅 로드를 플라즈마 스테이션으로 이송하고, 그 플라즈마 스테이션에서 큰 커넥팅 로드 아이를 우선 다공성이 낮은 알루미늄 청동 층으로, 이어서 다소의 다공성을 수반한 알루미늄 청동 층으로 플라즈마 코팅하여 전체 두께가 약 0.5 ㎜로 되도록 한다. 코팅된 커넥팅 로드를 냉각 구역으로 이송하고, 냉각 후에 커넥팅 로드를 특수 팔레트에 의해 인출하여 후속 가공부에 인도한다.

본 발명의 장점은 베어링 쉘 및 그것의 조립이 생략되고, 베어링 쉘을 위한 유지 홈을 마련하는 작업과 베어링 쉘의 뾰족한 모서리를 제거하는 작업이 생략된다는데 있다. 그에 의해, 조립의 신뢰성이 향상된다. 플라즈마 코팅으로 인해 베어링 커버를 고정시키는 구역에서의 브리지 폭이 보다 더 두껍게 되는데(커넥팅 로드 아이의 직경이 보다 더 작아짐), 그 이유는 베어링 쉘의 두께가 약 2.5 ㎜인데 반해 플라즈마 층이 0.5 ㎜ 미만에 불과하기 때문이다. 그에 의해, 높은 부하가 걸리는 엔진에서의 커넥팅 로드 부하 지지력이 상승되거나 중량이 절감될 수 있다. 또한, 2개의 베어링 쉘 반쪽 사이에 생기는 틈새가 없어지는데, 그러한 틈새는 상황에 따라서는 구조적 조건으로 인해 오일 막을 파열시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 코팅에 의해 양호한 윤활유 특성이 얻어진다. 동시에, 하나의 부류의 공차가 플라즈마 코팅에 의해 생략되기 때문에 공차의 수가 감소된다. 그에 수반하여, 제조 공차가 작아짐으로써 엔진의 운전도 양호해진다. 플라즈마 코팅에 반경 방향 홈을 채용함으로써 베어링 부하가 향상되고 혼합 마찰 시간이 단축된다. 미세 압력실 시스템은 특히 하나 이상의 홈과 조합하여 마찰치를 개선시킨다. 홈은 코팅의 절삭 가공 후에도 실질적으로 그 홈 속에만은 여전히 존재하는 다른 미끄럼 베어링 재료로 코팅될 수도 있다. 그러한 베어링 재료는 납, 아연 또는 니켈을 기조로 하는 재료일 수 있다. 그에 의해서도 역시 베어링 부하 및 내구 수명의 향상이 가능하다.

Claims (24)

1. 커넥팅 로드가 커넥팅 로드 아이를 구비하고, 베어링 재료의 열 분사에 의해 커넥팅 로드 아이 상에 부착되는 베어링 층을 커넥팅 로드 아이 속에 배치하는 커넥팅 로드의 제조 방법에 있어서,

   베어링 층을 부착하기 전에 커넥팅 로드 아이의 직경을 공차를 두고 공칭 치수로 가공하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가공을 절삭 가공으로 실시하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 커넥팅 로드 아이를 스핀들 가공하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가공 후에, 그리고 분사 전에 커넥팅 로드 아이의 실제 치수를 공차로부터 벗어나도록 변경하는 작업 단계를 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 커넥팅 로드 아이를 노치 형성 및 파단(크랙 형성)에 의해 개방하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 커넥팅 로드 아이를 개방(커넥팅 로드 베어링 커버의 분리)하기 전에 가공하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 커넥팅 로드 아이를 개방(커넥팅 로드 베어링 커버의 분리)한 후에 가공하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 열 분사된 베어링 재료를 특히 절삭 가공에 의해 기계적으로 후속 가공하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 베어링 층을 30 내지 200 ㎛, 특히 60 내지 150 ㎛의 평균 정격 두께로 되도록 제거하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
10. 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제거하는 크기는 평균 100 내지 400 ㎛, 특히 150 내지 250 ㎛인 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 재료를 후속 가공 전의 두께가 100 내지 600 ㎛, 특히 150 내지 400 ㎛로 되도록 생성하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 층을 열 분사하여 부착하기 전에 커넥팅 로드 아이를 샌드블라스팅(입자 분사)에 의해 거칠게 만드는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
13. 12항에 있어서, 커넥팅 로드 아이를 4 내지 30 ㎛, 특히 6 내지 12 ㎛의 평균 거칠기 심도(R_A)로 거칠게 만드는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 재료를 플라즈마 분사에 의해 부착하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 재료로서 금속, 특히 금속 합금을 부착하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 재료로 코팅하려는 커넥팅 로드 아이를 동심상으로 겹쳐 놓은 채로 다수의 커넥팅 로드를 처리하는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드의 제조 방법.
17. 커넥팅 로드 아이를 구비하고, 커넥팅 로드 아이 속에는 베어링 재료의 열 분사에 의해 커넥팅 로드 아이 상에 부착된 베어링 층이 배치되는 커넥팅 로드에 있어서,

    베어링 층이 부착되기 전에 커넥팅 로드 아이의 직경이 공차를 두고 공칭 치수로 가공되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
18. 제17항에 있어서, 커넥팅 로드 아이는 베어링 층이 부착되기 전에 스핀들 가공되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
19. 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 가공 후에, 그리고 분사 전에 커넥팅 로드 아이의 실제 치수를 공차로부터 벗어나도록 변경하는 작업 단계는 실시되지 않는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
20. 제17항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 커넥팅 로드 아이는 노치 형성 및 파단(크랙 형성)에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
21. 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 커넥팅 로드 아이의 직경은 커넥팅 로드 베어링 커버가 분리되기 전에 가공되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
22. 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 커넥팅 로드 아이의 직경은 커넥팅 로드 베어링 커버가 분리된 후에 가공되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
23. 제17항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 열 분사된 베어링 재료는 베어링 층의 직경의 최종 치수로 특히 절삭 가공에 의해 기계적으로 후속 가공되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.
24. 제23항에 있어서, 베어링 층은 30 내지 200 ㎛, 특히 60 내지 150 ㎛의 평균 잔여 두께가 남도록 제거되는 것을 특징으로 하는 커넥팅 로드.