(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアリングシェル（１）の突出を求める方法であって、
ａ）複数の支持点で前記ベアリングシェル（１）を固定するステップと、
ｂ）前記ベアリングシェル（１）が径方向に弾性変形するように前記ベアリングシェル（１）の少なくとも１つの点に１つ以上の試験力（Ｆ，ｘ）を加えるステップと、
ｃ）前記ベアリングシェル（１）の１つ以上の測定点で前記ベアリングシェルの径方向の変形を測定するステップと、
ｄ）測定した前記変形から前記突出（ＳＮ）を求めるステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記ステップｂ）で、力を時系列に順に制御するようにして試験力（Ｆ，ｘ）が加えられ、前記ステップｃ）で、前記変形が時系列に順に測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｄ）で求める前記突出（ＳＮ）は、形状変化のモデルを用いて求められ、該形状変化のモデルは、前記ステップａ）より前に、一連のマスターシェルに基づいて材料特性および分析モデルから経験的に求められ、製品の部品の比較測定から適応的に求められ、またはそれらの組み合わせにより求められることが好ましいことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）より前に、１つ以上の支持点に試験力が加えられる、または、１つ以上の支持点が、変位を制御するように移動され、前記支持点の１つまたは複数を前記ベアリングシェル（１）の座標系における径方向に変位させることが好ましいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｂ）で、試験力（Ｆ，ｘ）が前記ベアリングシェル（１）の頂点に加えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
領域全体で前記ベアリングシェル（１）に１つ以上の試験力（Ｆ，ｘ）が与えられ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】
前記ベアリングシェルは、２つの分離面（１０）とベアリングの裏部（１２）とを備え、前記ステップｃ）での前記ベアリングシェル（１）の形状の変化の測定を、非接触式に、前記各分離面（１０）から約３０度の点の所の、前記ベアリングシェル（１）の前記裏部（１２）上の２つの測定位置で行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）より前に行われる追加のステップで、変形時の１つ以上の測定位置についての変位の差を求めるのに用いられる基準測定を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記ベアリングシェルは、２つの分離面（１０）を備え、
ステップｃ）の前に、前記ベアリングシェルの前記分離面（１０）での横方向の規制力により前記ベアリングシェル（１）の広がりを打ち消すことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
ベアリングシェル（１）の突出を測定する装置であって、
１つ以上の支持点でベアリングシェル（１）を固定するのに適した固定装置（３０）と、
１つ以上の試験力（Ｆ，ｘ）を前記ベアリングシェル（１）の少なくとも１つの点に加える１つ以上の変形装置と、
前記ベアリングシェル（１）が径方向に弾性変形するように前記変形装置により前記ベアリングシェル（１）の少なくとも１つの点に１つ以上の試験力（Ｆ，ｘ）が加えられている時に、１つ以上の点で前記ベアリングシェルの径方向の変形を測定することができる１つ以上の測定装置（３１）と、
前記ベアリングシェル（１）の測定された前記変形から前記ベアリングシェルの前記突出を求めることができる前記突出を求める装置と、
を備える装置。
【請求項１１】
前記固定装置（３０）の１つ以上の支持点は、前記変形装置を用いて試験力（Ｆ，ｘ）を加えること、または、変位を制御することが可能であり、前記支持点の１つまたは複数が、前記ベアリングシェル（１）の座標系における径方向に変位可能であることが好ましいことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
試験力は、前記変形装置（３２）によって前記ベアリングシェル（１）の頂点に与えることができることを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記変形装置は、電気的な線形のユニットおよび／または圧電アクチュエータを有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記ベアリングシェル（１）に一定の領域にわたって１つ以上の試験力（Ｆ，ｘ）を加えることができることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
前記測定装置（３１）は、１つ以上の光学センサーを有することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１６】
前記ベアリングシェルは、２つの分離面（１０）と１つのベアリングの裏部（１２）とを備え、前記測定装置（３１）は、試験力（Ｆ，ｘ）が加えられてうる時に前記各分離面（１０）から約３０度の点の所の、前記ベアリングの裏部（１２）で前記ベアリングシェル（１）の形状の変化を測定することができる非接触式の２つの距離センサーを備えることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１７】
前記突出（ＳＮ）を求める前記装置は、形状変化のモデルを用いて前記突出（ＳＮ）を求めるコンピュータユニットを備え、前記形状変化のモデルは、材料特性値および分析モデルからなるモデル、一連のマスターシェルから経験的に求められたモデル、製品の部品を用いた比較測定から適応的に求められたモデル、またはそれらの組み合わせであることが好ましいことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアリングシェルの突出を測定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、スライド面１１と、ベアリング裏部１２と、分離面１０とが設けられているベアリングシェル１を示している。図１では、潤滑溝および潤滑開口がスライド面１１に示されている。図示のベアリングシェル１１は、例えば、コネクティングロッドベアリングとして用いることができる。
【０００３】
ベアリングシェル１は、通常、図２に示すように広がりｄ３を有し、すなわち、ベアリングシェル１の、分離面１０間にわたって測定した直径が、ベアリングシェル（１）がハウジングの受け部にはめ込まれた際のベアリングシェルの直径ｄ２よりも大きい。この結果、組み立て時にハウジングの壁部に対して良好に据え付けられ、ベアリングシェル１が抜け落ちたり回転したりするのが防がれる。設置した状態での、すなわち、広がりが無い状態でのベアリングシェル１の半径を、Ｑ値として示す。
【０００４】
また、ベアリングシェル１は、いわゆる「突出」を有している。図３では、突出はＳＮとして示されている。ベアリングシェルの円周の長さは、ハウジングの受け部の円周の長さよりも突出ＳＮの値だけ大きい。ベアリングシェル１が設置されると、ベアリングの円周の長さが弾性的に縮められる。こうして生じさせられる圧縮圧により、ベアリングが正確に固定されることが保証される。図３では、ベアリングシェル１１は測定用凹部２０に押し込まれている。測定用凹部との関係から分かるように、ベアリングシェル１がベアリングに固有の作動力ＦＢで測定用凹部２０に押し付けられるとベアリングシェル１の円周の長さが測定用凹部２０の円周の長さを超える長さを、ベアリングシェル１の主な特徴として、突出ＳＮで示している。Ｄｃｂは、測定用凹部の試験据え付け直径を示している。技術的理由から、この主な特徴は精度良く製造できるものではないので、設計仕様に応じて試験しなければならない。典型的な突出の目標値は、５０〜１５０μｍで、公差は１０〜３０μｍである。
【０００５】
図３に示す先行技術によると、ベアリングシェル１は、規定の挿入力を規定の接近速度で加えることで、ベアリングに固有の測定用凹部２０に押し付けられている。このプロセスでは、がんじょうに、硬く構成された凹部２０とぴったり合わせることが求められる。ベアリングシェル１の、測定用凹部の縁を越えて突出する長さである突出ＳＮは、接触式の、または非接触式の手段により測定される。
【０００６】
上記の方法は、測定用凹部に高い精度を必要とし、また、ベアリングシェルの種類毎に異なる測定用凹部を必要とする。さらに、摩擦の影響が測定結果に悪影響を与え、ベアリングシェルの特性に影響する可能性がある。
【０００７】
先行技術の他の方法や提案は、ベアリングの裏部にわたって延ばされ、または摩擦ホイールを用いて裏部に沿って移動する測定バンドを用いた円周の測定に関係している。起こり得る測定バンドの伸びや摩擦ホイールの滑りが、測定結果に悪影響を与える可能性がある。また、測定装置の摩耗もまた測定結果に悪影響を与える。
【０００８】
上述の方法は、比較的長いサイクルタイムを必要とする。ベアリングに固有の測定用凹部を用いることなく、１ｓ未満のサイクルタイムで１０〜３０μｍの範囲の公差で、再現でき、比較でき、追跡できる突出の測定を可能にする経済的な試験手法が求められている。
【０００９】
特許文献１には、ベアリングシェルの、負荷によらない突出値を求める方法が記載されている。このために、突出の弾性的な短縮が、ベアリングシェルの分離面に加えられる試験力の関数として測定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第３４３５２４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、効率が改善された、ベアリングシェルの突出を求める方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１に係る方法と請求項１２に係る装置により解決される。
【００１３】
本発明による方法を用いることにより、試験力を加えることによるベアリングシェルの弾性変形から突出が求められる。このため、ベアリングシェルは複数の支持点で固定される。この固定は、別々の点で行っても、ベアリングの複数の区域に沿って行ってもよい。後続のステップで、ベアリングシェルが径方向に弾性変形するように、ベアリングシェルの少なくとも１つの点または少なくとも１つの領域に１つ以上の試験力が加えられる。変形中または変形後に、ベアリングシェルの選択された測定点の径方向での変位が測定される。ベアリングシェルの変形から突出を求めることができる。ベアリングシェルは複数の別々の点でまたは複数の特定の領域で固定されるので、基本的に外周全体を覆う測定用凹部なしで済ませることができる。これにより、測定凹部を用いることに付随する上記の不都合が解消される。変形の測定は、非接触式の手段および／または接触式の手段により行うことができる。また、測定は、ベアリングの裏部（外面）および／またはスライド（内）面で行うことができる。そして、所定の負荷を加えた状態でのベアリングシェルにおける径方向の形状の変化が検出される。測定用凹部なしで済ませることにより、測定機器のコストが低減される。０．７５秒未満の測定サイクルを達成でき、これにより測定サイクルが上述の先行技術の半分になる。よって、この試験手順を、製造中に、（成形による、約０．８ｓのサイクルタイムでの）突出の発生に続いて直ぐに用いることができる。測定中に必要とされる力は、測定用凹部を用いる上記の方法によるよりも２〜１０倍小さい。したがって、試験装置をこれに応じて、より小さくより経済的に構成することができる。
【００１４】
突出を求める精度を向上させるために、試験力を、力を時系列に順に制御して加え、および／または、変形を時系列に順に測定することが好ましい。
【００１５】
突出は、形状変化のモデルに基づいて求められることが好ましい。そして、突出は、形状変化のモデルとの比較または形状変化のモデルからの計算により求めることができる。
【００１６】
形状変化のモデルは、例えば、変形特性を用いて突出を算出することができる理論モデルとすることができる。ベアリングシェルの実際の形状変化のふるまいは、材料特性値とは別に、滑り軸受の形状や他のパラメータ、そして、特に、突出に左右される。このため、突出は形状変化のふるまいに基づいて算出することができる。分析モデルとは別に、形状変化のモデルは、一連のマスターシェルに基づいて経験的に求め、製品の部品の比較測定から適応的に求め、またはそれらの互いに異なるモデルの組み合わせから求めることができる。ベアリングシェルの突出を求めるのに適したモデルは、まず、所与の、または検出された力での（実際上静的な、または動的な負荷を加えた状態での）測定可能な形状変化に応じて、実際に生じるパラメータ範囲内で適切にかつ明確に突出を表すことができなければならない。分析モデルは、ベアリングシェルの形状（直径、バンドの厚み、幅、孔、溝、カム、広がり、傾斜位置、裏部の欠陥）と、ベアリングシェルの材料（裏部、スライド面）と、製造時の前処理とを考慮するものであることが好ましい。突出を最終的に求めるために、経験的なデータが考慮される場合、基本的なモデルにより、個々のベアリングシェルについての測定または一群のベアリングシェルのランダムサンプルに基づく測定によって、形状変化のみに関するものではない試験の下でベアリングシェルの、さらなるパラメータを求めることが必要となる場合がある。この種の測定変数は、広がり、傾斜位置、分離面の形状、裏部の形状、表面粗さ、弾性係数、硬度、壁厚、およびベアリングシェルの幅とすることができる。
【００１７】
１つ以上の試験力を、１つ以上の支持点に直接加え、または、１つ以上の支持点を変位させることが好ましい。試験力の付与または支持点の変位の経路の制御を、ベアリングシェルの変形から突出を求めるためにベアリングシェルを変形させるのに役立てることができる。または、変位可能な取付け点を用いて、試験力が加えられるベアリングシェルに、開始時の構成を設定することができる。
【００１８】
１以上の支持点をベアリングシェルの座標系における径方向に変位させることが好ましい。このようにして、試験力がベアリングシェルに加えられる前に、ベアリングシェルの広がりを取り除くことが好ましい。
【００１９】
試験力の付与は、簡単で再現可能な方法を実現するために、ベアリングシェルの頂点への験試荷重の付与を含むことが好ましい。
【００２０】
ベアリングシェルが弾性変形するのが保証されるように１つ以上の試験力を一定の領域にわたって加えることが好ましい。
【００２１】
好ましい実施態様では、ベアリングシェルの形状変化の測定は、非接触手段を用いて、各分離面から約３０度離れた点の所の、ベアリングシェルの裏部上の２つの測定点で行われる。よって、２つの測定点での平均を用いることによって、例えば、孔やカム等によるベアリングシェルの非対称な構成を補償することができ、突出を求める精度を向上させることができる。
【００２２】
試験力の付与より前に行われる追加の方法のステップで、変形時の１つ以上の測定点での変位の差を求めるのに用いられる基準測定を行うことが好ましい。これによって、測定される変形が、測定されるベアリングシェルに関するものとなることが保障され、その結果、突出を求める精度が向上する。
【００２３】
分離面での横方向の規制力によりベアリングシェルの広がりを打ち消すことが好ましく、これにより、突出を求める精度および再現性を向上させることができる。このために、測定されるベアリングシェルを両方の分離面で固定することが好ましい。
【００２４】
上記の方法の説明は、突出を求める装置へと移行できる特徴を含んでいる。特に、上記の方法を実行するのに適した装置は、１つ以上の支持点または支持領域でベアリングシェルを固定するのに適した固定装置と、１つ以上の試験力をベアリングシェルの少なくとも１つの位置へと加える１つ以上の変形装置と、ベアリングシェルが径方向に弾性変形するように変形装置によりベアリングシェルの少なくとも１つの点に１つ以上の試験力を加えている時に、１つ以上の点、領域、または区間でベアリングシェルの径方向の変形を測定することができる１つ以上の測定装置と、ベアリングシェルの、測定された変形からベアリングシェルの突出を求めることができる、突出を求める装置と、を備えている。
【００２５】
固定装置の１以上の支持点は変位可能であり、および／または試験力を加えることができることが好ましい。ベアリングシェルの断面がほぼ半円形であるため、問題としている支持点をベアリングシェルの座標系における径方向に変位させることができることが好ましい。このように、設けられた変位可能な２つの支持点により分離面でベアリングシェルを固定すると、ベアリングシェルの広がりを打ち消すことができる。
【００２６】
上記の好ましい方法の一つを実現するために、変形装置は、ベアリングシェルの頂点に試験力を加えることができるように構成することが好ましい。
【００２７】
また、変形装置は、制御されたやり方でかつ弾性領域で変形を行うことができるように、電気的な線形のユニットおよび／または圧電アクチュエータを有することが好ましい。
【００２８】
同じ理由で、また、ベアリングシェルへの負荷をできるだけ小さくするために、１つ以上の試験力がベアリングシェルに、一定の領域にわたって加えられることが好ましい。
【００２９】
測定装置は、接触することなくベアリングシェルの変形を測定できるように、また、突出を求める間、ベアリングシェルに加えられる負荷をできるたけ小さくするために、１つ以上の光学センサーを有することが好ましい。
【００３０】
好ましい実施態様では、測定装置は、試験力が加えられている時に、各分離面から約３０度の点の所の、ベアリングの裏部でベアリングシェルの形状変化を測定することができる非接触式の２つの距離センサーを備えている。したがって、２つの測定点で平均することによって、例えば、孔やカム等によるベアリングシェルの非対称な構成を補償することができ、突出を求める精度を向上させることができる。
【００３１】
また、突出を求める装置は、上述の形状変化のモデルの１つを用いて突出を求めるコンピュータを備えることが好ましい。したがって、構成にあまり苦労することなく、この構成を、異なるベアリングシェルに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、記載の方法および記載の装置による測定に適したベアリングシェルを示している。
【図２】図２は、ベアリングシェルの「広がり」を示している。
【図３】図３は、測定用凹部を用いた先行技術による突出の測定方法を示している。
【図４】図４は、突出を求める装置の実施形態を示し、方法を明らかにしている。
【図５】図５は、ベアリングシェルの頂点に加えられる力を用いたベアリングシェルの変形のシミュレートを示している。
【図６】図６は、ベアリングシェルの最大の変形のシミュレーション結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図４は、突出を求める測定装置の実施形態を示している。この測定装置は、２つの固定ブロック３０を有する固定装置を備えている。よって、ベアリングシェル１は、複数の点または複数の部分（以下、「支持点」と呼ぶ）で固定される。試験装置の構成に応じて、個々の支持点に力を加えることができ、または、変位を制御するように、好ましくはベアリングシェルの座標系で径方向に支持点を変位させることができる。本実施形態では、ベアリングシェル１は両分離面１０で固定される。
【００３４】
変位可能な固定ブロック３０を用いて、ベアリングシェル１の広がりが打ち消されることが好ましい。これに続いて、押し付け部３２を用い、試験力Ｆまたは変位を制御するように規制された力ｘがベアリングシェル１の頂点に加えられる。力が伝達されている間の塑性変形を防ぐように、作動部材（好ましくは電気的な線形のユニットまたは圧電アクチュエータ）を介してベアリングの裏部または分離面の、一定の領域にわたって力が伝達されるようにすることができる。
【００３５】
図５は、押し付け部３２による力Ｆの影響下でのベアリングシェル１の、シミュレートした変形を示している。この変形は、変位を制御されており、頂点が１０μｍだけ１／２Ｑ＋１０μｍに変位させられている。図５では、ベアリングシェル１の径方向の変形が網掛けで示されて強調されている。
【００３６】
測定装置は、試験力が加えられている間に、センサー３１を用いてベアリングシェルの複数の点または区域でベアリングシェル１の中心に対して所的の方向（ベアリングシェルに対する径方向が好ましい）の絶対な距離の測定または距離の変化の測定を行う。センサー３１は、測定装置にしっかりと接続することができ、または、各支持点３０に可動に接続することができる。測定点は、ベアリングシェル１のスライド面（内径）またはベアリングの裏部（外径）に設けることができる。用いられるセンサー３１は、接触式または非接触式の距離センサーとすることができる。区域全体の領域にわたって複数の距離を検出するために、光学センサーは三角測量の原理にしたがって用いることが好ましい。図示の好ましい実施形態では、各分離面１０から３０度の点で、負荷を加えた状態でのベアリングの裏部の形状の変化を検出する２つの非接触式の距離センサー３１が設けらていれる。
【００３７】
最も簡単な場合、分離面１０への横方向に規制する力により広がりが打ち消された後、センサー３１まで距離の基準測定が行われる。その後、鉛直方向の力Ｆ，ｘが頂点に加えられることで、頂部の距離が、Ｑ値に所定の距離だけ加算した値に達し（変位を制御した負荷で）、センサー３１への距離が新たに測定される。再度、分離面１０から３０度の点でベアリングシェルの径方向で距離が求められる。変位の差が、鉛直方向の（変位を制御された）負荷を加えた状態での径方向の形状の変化である。この差が、突出を自動的に計算して求めるための主要な入力変数となる。
【００３８】
ベアリングシェルが、非対称に配置された孔やカム等を有することによる非対称の変形を最小にするために、両方（右側および左側）の測定点の平均値を算出することが好ましい。
【００３９】
この変数および他の入力変数の算出は、プロセスコンピュータを用いて、最も簡単な場合はＰＣを用いて行うことが好ましい。
【００４０】
測定装置は、別の測定時に、または負荷を加えた状態で形状が変化している間に、場合によっては無作為のサンプリングにより、広がり、ベアリングの裏部の形状、分離面のト形状、表面粗さ、硬度、壁厚、およびスライド面のマクロフォームなどの変数を検出するセンサーをさらに備えることができる。
【００４１】
他の入力変数の情報（例えば、先行技術の処理）を、他のシステムから転送し、演算時に補正用の入力変数として用いることができる。
【００４２】
上記した測定方法の可能な実現方法の１つは、有限要素法を用いてシミュレートすることである。
【００４３】
シミュレートを用いた構成は、ベアリングシェルの頂部の支持部として働くブロックを有している。ベアリングシェルは、その分離面の所で横方向に支持され、両分離面に試験力で負荷が加えられる。同様に、支持ブロックを介して負荷を加えることにより鉛直方向の試験力も加えることができる。シミュレートの手順によって、まず、ベアリングシェルの実際の広がりが、分離面の近くでベアリングの裏部に水平方向に作用する力により打ち消される。両分離面は、外径（Ｑ値）の目標寸法になるように同時に押圧される。この時点では、頂部は鉛直方向の力を解除されている。次に、分離面から３０度の区域に近いベアリングの裏部の部分の距離の最初の測定が行われる。ベアリングの軸線からセンサーまでの径方向の距離が求められる（変形前の基準測定）。次に、分離面の支持平面からの距離が所定の距離になるまで、支持ブロックがベアリングシェルの分離面に向けて変位させられる。この距離は、このシミュレーションでは、Ｑ値／２＋１０μｍとして選択される。これによりベアリングシェルの形状が径方向に歪められる。次に、分離面から３０度の区域での径方向の距離の２回目の測定が行われる。これら２つの測定値の差により、広がりを打ち消した後の径方向の形状の最大の偏差が得られる。接触式または非接触式の手段による別の、または同時の測定で広がりがわかると、差の測定への広がりの影響を計算により補正することができる。
【００４４】
図６は、１／２Ｑ＋１０μｍに変位を制御した変形を示している。図６は、所与の突出（ｙ軸の「突出」）の場合の、直径Ｑ、壁厚ｗ、およびのベアリングシェル幅ｂを様々な値として変位を制御した負荷を加えた状態でのベアリングシェルの最大の変形（ｘ軸の「変形」）のシミュレーションの結果を示している。図６によって示されているように、広がりがなければ、上記の差は突出に比例する。この差の測定は、孔、溝、カムの存在に多少左右される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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