【手続補正書】
【提出日】平成17年1月21日(2005.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  コネクティングロッド端部における軸受材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】  軸受層が設けられたコネクティングロッド端部を備えたコネクティングロッドを製造するための方法において、
軸受層を、軸受材料の容射によってコネクティングロッド端部に直接塗布することを特徴とする方法。
【請求項２】  軸受材料を、プラズマ容射によって塗布することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】  軸受材料として、金属、特に合金、及び特に異なった金属の混合物を塗布することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】  軸受材料として、青銅、特にアルミニウム青銅を塗布することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】  軸受材料として、金属−軟質材料層及び／または金属−固体潤滑材料層を塗布することを特徴とする請求項３または４記載の方法。
【請求項６】  塗布した軸受材料を機械的な追加工、特に切削することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】  塗布した軸受材料を、ホーニング加工或いは仕上げスピンドル加工することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】  ホーニング加工の際、塗布した軸受材料の２０〜３００μｍ、特に５０〜２００μｍを取り除くことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】  仕上げスピンドル加工の際、５０〜１０００μｍ、特に１００〜５００μｍを取り除くことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】  軸受材料を、場合によっては追加工の後、１５０〜８００μｍ、特に２００〜５００μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】  コネクティングロッド端部を、軸受材料を塗布した後に初めて開放することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】  コネクティングロッド端部を、切り込み、そして破断することによって開放することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】  コネクティングロッド端部を、軸受材料を塗布する前に切り込み、そして軸受材料を塗布した後に破断することによって開放することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】  コネクティングロッド端部を、軸受材料を塗布する前に切開することによって開放することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】  開放されたコネクティングロッド端部を組み立て、切り込み、その後軸受材料をコーティングし、そして破断することを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】  開放されたコネクティングロッド端部を組み立て、コーティングし、その後切り込んで破断することを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】  軸受材料の機械的な追加工を、コネクティングロッド端部の開放後に初めて行うことを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１つと関連した請求項１１〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】  軸受材料を塗布した後、オイル流路をコネクティングロッド端部に穿孔することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】  軸受材料を塗布した後、コネクティングロッドの平面部を追加工、特に研磨することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】  軸受材料を塗布する前、コネクティングロッド端部を、特にサンドブラストによって粗面化することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】  コネクティングロッド端部を、４〜３０μｍ、特に８〜１２μｍの平均表面粗さＲａに粗面化することを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】  複数のコネクティングロッドを、その軸受材料でコーティングすべきコネクティングロッド端部を同軸に積み重ねて処理することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】  内燃機関の一連のシリンダの複数の、特に全てのコネクティングロッドを積み重ねて処理することを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】  軸受材料でコーティングすべき一方又は両方のコネクティングロッド端部を、その平面部の少なくとも一方に対し、コネクティングロッド端部とほぼ同じ大きさの開口部を備えるテンプレートによって、この開口部が同軸にコネクティングロッド端部上に配置されるようにテンプレートで覆うことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】  一連のコネクティングロッドの少なくとも個々のコネクティングロッドの、軸受材料でコーティングすべきコネクティングロッド端部及び／または軸受材料でコーティングしたコネクティングロッド端部を、非破壊的な方法で測定することを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】  軸受材料を、回転噴射ノズル、或いは軸受材料噴射用の回転偏向部材を用いて塗布することを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】  軸受材料を、粉末状で噴射することを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】  容射の間、ガス流、特に空気流が、３〜１５ｍ／ｓ、特に５〜１０ｍ／ｓの流速でコネクティングロッド端部を通過することを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】  容射を、０．５〜２０ｍｍ／ｓ、特に２〜８ｍｍ／ｓの送り速度でコネクティングロッド端部を通るように行うことを特徴とする請求項１〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】  軸受材料を、場合によっては部分的に再び取り除くが、軸受層を形成する複数の層、特に４〜３０層で塗布することを特徴とする請求項１〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】  個々の層を、異なった塗布方向に、特に互いに逆方向に塗布することを特徴とする請求項３０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載したコネクティングロッド端部を製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、特に内燃機関のために使用されるコネクティングロッドは、いわゆる切断式コネクティングロッド或いはクラッキング式コネクティングロッドとして形成されている。この場合、クランク軸を包囲するコネクティングロッド大端部は、切断或いはクラッキングされる。コネクティングロッド小端部は、通常開放する必要はない。何故なら、この小端部は、真直ぐなピンを介してピストンに連結されるからである。
【０００３】
軸受負荷に応じて、これらのコネクティングロッド端部は異なる軸受シェル（すべり軸受）を備えている。この軸受シェルとして、特に、通常ＤＩＮ  １７２１０乃至はＳＡＥ  １０１０によるＣ１０鋼から形成されているシェル支持材料が使用される。軸受シェルは、構造上の形及び用途に応じて冷間硬化することができる。このシェル支持材料の上に、本来のすべり軸受摺動層、例えばホワイトメタル、鉛青銅、軽金属、スパッタ層等が、期待すべき軸受負荷に依存して塗布される。この軸受シェルの形成は、３成分の、２成分の或いは中実の軸受シェル等として行われる。軸受シェルに、組立て後欠点のない締まりばめが得られるように、軸受シェルは、予荷重をもって組み立てられる。
【０００４】
この軸受シェルは、材料上のコスト要因であるばかりでなく、生産費も含み、故障源でもある。従って、例えば組立ての際、軸受シェル或いは軸受シェル半分体の使用が忘れられ、これにより、エンジンに相当な損害を与える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、コネクティングロッド軸受を削減された組立て費で製造することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、特許請求の範囲第１項の措置によって解決される。
【０００７】
下位の請求項は、有利な実施の形態を示す。
【０００８】
本発明によれば、コネクティングロッド端部−これは、特にコネクティングロッド大端部であり、場合によってはコネクティングロッド両端部でもあるが−に、もはや軸受シェルは使用されずに、軸受層が、溶射によってコネクティングロッド端部に直接塗布される。溶射として、特にプラズマ溶射が使用される。このコネクティングロッドは、特に内燃機関の部分である。
【０００９】
軸受層を溶射する場合、金属を溶射することが有利であり、その際、金属合金を使用することが好ましい。さらに、異なった金属の混合物（特に、金属合金）を使用することも好ましい。そのような混合物は、例えばアルミニウムと錫の混合物であり、その際、混合物が粉末状の個々の成分を混合することによって得られることが特に有利である。金属粉末の分級は、特に、個々の溶射パラメータに依存し、当業者は、一連の実験によって容易に確認できる。軸受材料として、青銅、特にアルミニウム青銅（アルミニウム／錫）を使用することが有利である。しかし、銅青銅並びに金属−軟質材料層及び／または金属−固体潤滑材料層も使用できる。軟質材料として、例えば合金化されたアルミニウム（アルミニウム／銅／マグネシウム／クロム）のようなより硬い金属中に分布している鉛のような軟質金属が使用される。しかし、この軟質材料として、例えばフルオロポリマー（例えばポリテトラフルオロエチレン）のような他の材料を使用することもできる。固体潤滑材料として、例えば二硫化モリブデン、窒化ホウ素或いはグラファイトのような化合物が適している。
【００１０】
軸受材料を過大寸法となるように容射し、引き続き、機械的に追加工することが、特に有利である。この追加工のために、例えばホーニング加工が用いられ、ここでは特に仕上げスピンドル加工が適している。ホーニング加工の場合、軸受材料の２０〜３００μｍ、特に５０〜２００μｍが取り除かれるのが有利であり、仕上げスピンドル加工の場合、５０〜１０００μｍ、特に１００〜５００μｍの過大寸法であるのが有利である。
【００１１】
（過大寸法の取り除いた後）仕上げられた軸受層は、好ましくは１５０〜８００μｍ、特に２００〜５００μｍである。このような層は、その厚さが２．５ｍｍの範囲内にある通常の軸受シェルよりも著しく薄い。このことは、コネクティンロッドに、より多くの材料が残っている（より大きな負荷が可能である）こと、またはコネクティングロッドが、より少ない重量で形成できることを意味する。
【００１２】
本発明によれば、軸受材料で容射によってコーティングされたコネクティングロッド端部は、軸受材料を塗布した後に初めて開放できるということが有利である。この方式は、特に、コネクティングロッド端部が破断により開かれる（クラッキングされる）場合に使用される。この方法では、コネクティングロッド端部（内側）に、所望の破断位置にそれぞれ１つの切込みが設けられる。この切込みは、レーザーによって形成されることが特に有利であり、その際、例えば固体レーザーを約４５°の角度でコネクティングロッド端部に導入する。レーザー出力として、特に５〜１０ｋＷの出力が使用される。この切込みは、０．３〜０．８ｍｍの幅と、０．２〜０．７ｍｍの深さで形成される。通常、この破断位置は、コネクティングロッド端部のほぼ中央に位置する。選択的に、切込みを、例えばブローチ加工工具、特に衝撃式のものを用いて形成することもできる。
【００１３】
コネクティングロッド端部を切り込み、そして破断する場合、先ずコネクティングロッド端部を切り込み、次いで軸受材料を溶射によって塗布し、引き続き、破断を行うように、方法工程が行われることが有利である。この方式によれば、破断位置或いは個々の軸受シェルの間にある隙間がなくなる（或いは最小になる）。そのような隙間は、エンジンに大きな負荷がかかる場合に、油膜の剥離を促進する。軸受材料のコーティングの前に切り込む方式によって、より優れた潤滑特性が得られる。事情によっては、軸受材料のコーティングの前に破断することもでき、その際には、次いで（好ましくは切込むことなしに）再び破断する。
【００１４】
コネクティングロッド端部を、切開することによって開放する場合、これは、溶射により軸受材料を塗布する前に行うことが好ましい。この方式では、コネクティングロッド端部が切開され、そして残ったコネクティングロッドロッド部とコネクティングロッドキャップとの分離面を、滑らかになるように個々にブローチ加工する。次いで、これらの部分を再び組み立て、孔及びネジ部を設け、相互ネジ止めする。ここでも、特に軸受材料によるコーティングの前に、再び相互ネジ止めされたコネクティングロッド端部に切込みを（分離位置に）形成することが有利である。引き続き、コネクティングロッド端部は、軸受層を分離するために再度破断により開かれることが有利である。この場合、破断が不均一である場合、軸受層自体を切り込まなければならない。
【００１５】
上述した軸受層の加工（ホーニング加工或いはスピンドル加工）を、コネクティングロッド端部の開放後に初めて行うことが特に有利である。これにより、軸受層を破断する場合に破断縁に偶発的に発生するバリが、過大寸法部の除去と同時に取り除かれる。
【００１６】
本発明により製造されたコネクティングロッドでは、オイル流路をコネクティングロッド端部に形成することもできる。このオイル流路は、軸受層を塗布した後に初めて、特にその追加工をした後に、コネクティングロッド端部に穿孔される。この場合、オイル流路は、コネクティングロッドロッド部を通って反対側のコネクティングロッド端部まで穿孔してもよい。
【００１７】
本発明によれば、コネクティングロッドの平面部（大端部の側面部）を、軸受層を塗布した後に初めて追加工することが有利である。ここでは特に、この追加工が平面部の研磨により行われる。
【００１８】
本発明の方法では、コーティングの前に、有利なことに、コネクティングロッド端部を粗面化する作業ステップが行われる。この粗面化はサンドブラストによって行われることが特に有利であるが、しかし、高圧下にある流体を放射することも可能である。この場合、端部の材質を、特にＣ７０鋼を、４〜３０μｍｍ、特に８〜１２μｍの平均表面粗さＲａに粗面化することが有利である。このような平均表面粗さの場合、コネクティングロッド端部の材料への軸受材料の特に良好な付着が得られる。
【００１９】
コネクティングロッド端部における軸受層の特に有利な製造のために、少なくとも一方のコネクティングロッド端部の平面部を、コネクティングロッド端部の範囲に開口部を有するテンプレートによって覆う。この開口部は、コネクティングロッド端部とほぼ同じ大きさであり、その結果、一方では、このテンプレートがコーティング工程を阻害せず、他方でコネクティングロッド端部の領域内の平面部のコーティングが十分に回避される。一方の平面部のみがテンプレートで覆われる場合、他方の平面部は、コネクティングロッド端部の範囲が、同様にテンプレートのような開口部を有するパレット上に位置することが有利である。
【００２０】
本発明により、個々のコネクティングロッドのコネクティングロッド端部を１つの作業工程でコーティングすることが有利である。このため、複数のコネクティングロッド、有利には２〜１０個、特に４〜８個のコネクティングロッドは、コーティングすべきコネクティングロッド端部が円筒体を形成するように積み重なっている。この目的のため、特殊なパレットには、コネクティングロッドを調心するホルダー部が設けられ、このホルダー部内にコネクティングロッドが収納される。有利なことに、この方法で実際同時にコーティングするコネクティングロッドは、引き続き内燃機関に一緒に組込むために、グループとして維持される。内燃機関の（同じ様式の）全コネクティングロッドを積み重ねて一緒にコーティングすることが有利である。シリンダの数（例えば１２気筒）のために構造上これが不可能な時、少なくとも一連のシリンダ（Ｖ１２エンジンの場合は６つ）のコネクティングロッドを積み重ねてコーティングする。この方式によって、同じ品質のコネクティングロッドを内燃機関に組込むことが達成される。
【００２１】
特に多数のコネクティングロッドを積み重ねてコーティングする場合、溶射の間、ガス流がコネクティングロッド端部を通過することが特に有利である。ガス流として、特に空気が適しており、空気は調節かつ浄化されている。特に、空気流は、実際に油分及び水分を有さず、そして可能な限り予め設定された温度領域（約２０°Ｃ）にあるべきである。この空気流は、有利なことに、３〜１５ｍ／ｓ、特に５〜８ｍ／ｓの流速（空気下降速度）を有する。このガス流によって、溶射の際、発生する過剰な溶射が吹き飛ばされる。
【００２２】
軸受材料の溶射が、回転する溶射ノズルによって行われることが有利であり、その溶射ノズルは、特にコネクティングロッド端部の上方から回転しながら１個のコネクティングロッドの端部（または多数のコネクティングロッドの端部）に挿入される。そのような溶射ノズルによって、特に一様なコーティングがコネクティングロッドに得られる。本発明によるコネクティングロッド端部のコーティングをする場合、この溶射ノズルは、好ましくは０．５〜２０ｍｍ／ｓ、特に２〜８ｍｍ／ｓの送り速度でプラズマ内に導入されかつこれを通過する。
【００２３】
溶射による塗布の際、軸受材料をコネクティングロッド端部に複数の層を塗布することが特に好ましく、その際、特に４〜３０層がコネクティングロッド端部に形成される。この場合、これらの層が異なった方向に塗布されることが有利であり、このことは、更にまた層の質を改善するために役立つ。これは、コネクティングロッド端部において、溶射ノズルが走入及び走出中にコネクティングロッド端部をコーティングすることによって得られ、その際、回転する溶射ノズルは、好ましいことにその回転方向を維持する。
【００２４】
本発明により、コネクティングロッドは、一連の工程において軸受材料でコーティングされる。この場合、一連のコネクティングロッドの少なくとも個々のコネクティングロッドが測定される場合が有利である。この場合、特に平均表面粗さＲａ及び／または軸受材料自体（例えば、混合物を使用した場合、軸受材料の分布の均一性）が測定される。このコネクティングロッドの測定を非破壊で行うことが特に好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、添付した図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（クラッッキング式コネクティングロッドの製造工程）
例えばこれまで軸受シェルが設けられるような、例えばＣ７０鋼からなる通常のコネクティングロッド１（図１及び図２）は、製造ラインに配置される。これに、側面部２の予備研磨が続く。次いで、コネクティングロッドの大端部３及び小端部４が予備加工、即ち所定の寸法に加工される。それに加えて、側面部２には、コネクティングロッドキャップ９用のネジ穴加工が行われる、即ち孔５及びネジ部６が形成される。
【００２７】
コネクティングロッドをクラッキングする準備のために、コネクティングロッド大端部３には固体レーザー７が４５°の角度で導入される。このレーザー７によって、コネクティングロッド大端部３の両側でかつその中央部に、それぞれ１つの切込み８が、約０．５ｍｍの幅及び約０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの深さでそれぞれ焼き付けられる。選択的に、切込みは、ブローチ加工工具によって形成してもよい。
【００２８】
切込み８を形成した後、コネクティングロッド大端部３は、後述するようにプラズマコーティングされる。このプラズマ層を塗布した後、コネクティングロッド大端部３は、プラズマ層と共に破断装置によって、約１００ｋＮの破断力でクラッキングされる。この破断位置は、（圧縮空気で吹き払われて）清掃され、そして破断されたコネクティングロッド軸受キャップ９はボルト１０によって所定のトルクで組み立てられる。コネクティングロッド小端部もまた、ブッシュ１１を圧入することによって組み立てられる。その後、平面部１２が仕上げ研磨される。
【００２９】
その際、コネクティングロッドの大端部３は、場合によってはその小端部４もまた、図中符号１６の寸法（図３）に形成される。これは、仕上げホーニング加工或いは仕上げスピンドル加工によって行われる。引き続き、コネクティングロッドは完全に清掃され、測定され、そして分級される。
【００３０】
（切断式クティングロッドの製造工程）
切断式コネクティングロッドの製造工程は、ほぼ上述の工程と同じであるが、しかし、コネクティングロッド端部は、側面部、上面部及びボルト支持部をブローチ加工した後、切開することによって既に分離されている。切開後、コネクティングロッドロッド部とコネクティングロッドキャップの分離面は、別個にブローチ加工される。これには、洗浄工程が続き、この洗浄工程の後、コネクティングロッド小端部が予備加工され、そして仕上げ加工される。その際、キャップ用ボルトは、孔及びネジ部に導入されることによって側面部に収容される。コネクティングロッドロッド部及びコネクティングロッドキャップの分離面は、仕上げ研磨され、再度洗浄され、そしてコネクティングロッドキャップがコネクティングロッドロッド部に組み立てられる。切断面は、再び固体レーザーによって切り込まれ、引き続き、コネクティングロッド大端部には軸受層が設けられ、そして再び軸受層が破断される。
【００３１】
例えば、コネクティングロッド小端部４への軸受シェル１１の圧入のような個々の製造ステップは、全工程の異なった所で行うことができ、例えばプラズマコーティングの前に行うことも可能である。
【００３２】
（コネクティングロッド大端部のプラズマコーティングの製造工程）
プラズマコーティングのために、コネクティングロッドは洗浄され、そしてコネクティングロッド大端部は高温蒸気で脱脂され、その後、残りの湿気がなくなるように乾燥される。そのように前処理されたコネクティングロッドは、４〜８個が上下に積み重ねられ、その結果、これらのコネクティングロッド大端部は、同軸に特殊なパレットの対応する開口部上に置かれている。その際、コネクティングロッドは、予備加工されたコネクティングロッド小端部及びコネクティングロッドロッド部または側面部が整列され、かつ固定されていることが有利である。このコネクティングロッドが載せられたパレットは、準備区域を介してサンドブラストユニットに達し、そこでは、コネクティングロッド大端部がサンドブラストによって約８〜１２μｍの平均表面粗さＲａになされる。引き続き、コネクティングロッドは清掃ステーションに案内され、そしてサンドブラストがなされた表面が圧縮空気によって吹き払われる。最後に、前処理がなされたコネクティングロッドは、プラズマステーションに案内され、そこでは、コネクティングロッド大端部が、回転するプラズマトーチによって約０．５ｍｍの層厚さ１５でアルミニウム青銅をコーティングされる（図３）。その後、コーティングされたコネクティングロッドが冷却区域に入り、冷却されたコネクティングロッドが特殊なパレットから取り出され、上述の別の加工工程に供給される。
【００３３】
本発明により製造されたコネクティングロッドは、コネクティングロッド大端部内にいかなる軸受シェルも有さないという利点があり、それ故、軸受シェルの組立て自体及び支持溝の形成並びに軸受シェルのバリ取りも省略できる。これにより、コストの面からみてプラズマ層を塗布することは競争力がある。それに加えて、組立て時、軸受シェルを省略することができるので、プラズマコーティングしたコネクティングロッドの場合、組立ての確実性が高められる。
【００３４】
追加工の後にプラズマ層は、約０．３ｍｍの厚さでしかないが、軸受シェルは２．５ｍｍであるので、本発明のコネクティングロッドは、コネクティングロッド大端部が、軸受キャップ固定部の範囲に大きなウェブ幅を有する。これにより、過負荷エンジン用のコネクティングロッドに対するより大きな負荷及び／または重量の軽減が可能になる。それに加えて、より大きな負荷がかかった場合に油膜が剥離し始める２つの軸受シェル半分体の間の隙間がない。従って、本発明により製造されたコネクティングロッドは、良好な潤滑特性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
コネクティングロッドの正面図である。
【図２】
コネクティングロッドの側面図である。
【図３】
コネクティングロッド大端部における層構造を示す。
【符号の説明】
１                        コネクティングロッド
２                        側面部
３                        コネクティングロッド大端部
４                        コネクティングロッド小端部
５                        孔
６                        ネジ部
７                        レーザー
８                        切込み
９                        コネクティングロッドキャップ
１０                      ボルト
１１                      ブッシュ
１２                      平面部