(57)【要約】  平坦な軸受シェル（１）であって、平坦な軸受シェルのスライド面（２）は、平坦な軸受シェルの頂端の領域において、少なくとも縁領域（２１）で軸方向において凸面状に湾曲させられ、湾曲は平坦な軸受シェルの頂端で最も顕著であり、平坦な軸受シェルの円周方向において２つの部分表面（３）に向かって連続的に減少する。前記種類の平坦なシェルを製造するための方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な軸受シェルであって、
当該平坦な軸受シェルのスライド面は、当該平坦な軸受シェルの頂端の領域において、少なくとも縁領域で軸方向において凸面状に湾曲させられ、
前記湾曲は、当該平坦な軸受シェルの頂端で最も顕著であり、当該平坦な軸受シェルの円周方向において、２つの部分表面に向かって連続的に減少する、
平坦な軸受シェル。
【請求項２】
少なくとも前記２つの部分表面で凸面状のプロファイルがもたらされないよう、前記湾曲は円周方向において連続的に先細くなって無くなることを特徴とする、請求項１に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項３】
当該平坦な軸受シェルの前記スライド面は、縁領域で軸方向において凸面状に湾曲させられ、それらの間で平坦であり、前記湾曲領域と前記平坦領域との間の移行は連続的であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項４】
前記縁領域における軸方向における曲率半径は一定であることを特徴とする、請求項３に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項５】
前記縁領域における軸方向における曲率半径は変化することを特徴とする、請求項３に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項６】
当該平坦な軸受シェルの前記スライド面は、全幅に亘って軸方向において湾曲させられ、該湾曲は連続的に凸面状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項７】
全幅に亘る軸方向における曲率半径は一定であることを特徴とする、請求項６に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項８】
軸方向における曲率半径は、内側から外側に変化することを特徴とする、請求項６に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項９】
前記スライド面の厚さ減少は、２μｍ〜８μｍの間であることを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の平坦な軸受シェル。
【請求項１０】
回転するドリルスピンドルを使用して平坦な軸受シェルを製造する方法であって、
ａ）穿孔用の保持治具内に軸受シェルブランクを締め付けるステップと、
ｂ）請求項１乃至９に記載の丸いスライド面を有する平坦な軸受シェルが製造されるように、前記平坦な軸受シェルの前記スライド面を仕上げ穿孔するために製造されるべき前記平坦な軸受シェルの軸方向に沿う前記軸受シェルブランク及び前記ドリルスピンドルの相対的な直線動作を、前記軸受シェルブランク及びそれに対して直交する前記ドリルスピンドルの相対的な動作を重ね合わせるステップとを含む、
方法。
【請求項１１】
前記穿孔用の保持治具は静止的であり、前記２つの相対的な動作は、前記ドリルスピンドルを移動させることによって生成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ドリルスピンドルは静止的であり、前記２つの相対的な動作は、前記穿孔用の保持治具を移動させることによって生成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ドリルスピンドルは、少なくとも１つの調節可能な切断カートリッジを含み、請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に記載の丸いスライド面を有する平坦な軸受シェルが製造されるように、前記ドリルスピンドルの動作中に前記少なくとも１つの調節可能な切断カートリッジを径方向に調節し得ることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部分的に凸面状に湾曲したスライド面を有する平坦な軸受シェルに関する。本発明はこの種類の平坦な軸受シェルを製造する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受シェルのスライド面の機械加工は、軸受シェルを穿孔することによって行われる。これは回転速度Ｘ（回転／分）で回転し且つ機械加工されるべき軸受シェルの軸方向における送り量（ミリメートル／回転）で移動するドリルスピンドルを含む。穿孔は、例えば、ドリルスピンドルのスピンドルヘッド内に装着される、互いに１８０°対向して位置付けられる２つの切断カートリッジを備えるドリルスピンドルを使用して行われる。
【０００３】
ドリルスピンドルは、軸受シェルを（連続的に或いは不連続的に）特定の壁厚まで切断するための第１の切断カートリッジを含み、任意的に、いわゆる露出領域を形成するための第２の切断カートリッジを含む。露出領域は、軸受シェルの両端部にある領域又は軸受シェルの壁厚が軸受シェルの残部の壁厚と比べて減少させられる部分表面の領域における領域として理解されるべきである。このようにして、軸受を形成する２つの軸受シェルの接合の不正確性に起因する、軸受シェル内を動くシェルの摩耗を減少させることが可能である。１８０°で互いに対向して位置付けられる２つの切断カートリッジは、スピンドルヘッド上で軸方向に移動させられるよう配置される。ドリルスピンドルが空転しているとき、切断円の直径を調節することが可能である。
【０００４】
機械加工プロセス中、２つの切断カートリッジは、それらの軸方向に対して、即ち、ドリルスピンドルの径方向において、所定の位置に固定される。
【０００５】
ドリルスピンドルの精密に直線的な送り移動の結果、同様に精密に直線的な方法において機械加工されるスライド面の表面幾何学的構成も、平坦な軸受シェル上に創成される。
【０００６】
そのような軸受シェル１’が図１に示されている。プロファイルのないスライド面が２’で示され、軸受シェル１’の縁領域にある２つの部分表面が３’で示されている。（図１に示す破線及び点線に沿う）従来的なプロファイルのない軸受シェル１を通じた断面が図２に示されている。スライド面２’は軸受シェルの軸方向に沿って平坦である。
【０００７】
特に内燃機関では、平坦な軸受シェルの軸方向において見られるときの平坦な軸受シェルの外側領域とシャフトとの間の接触まで、極めて高い負荷が起こる。平坦な軸受シェルの軸方向における平坦な軸受シェルの外側領域とシャフトとの間の高い油圧は、動作中に平坦な軸受位置で多量の油損失を引き起こす。平坦な軸受シェルとシャフトとの間の油膜の引裂けは、平坦な軸受シェルとシャフトとの間の接触ゾーンの領域において極めて高いレベルの摩耗及び材料疲労をもたらす。軸受のスライド面及び軸受内に含まれるシャフトの摩耗の１つの原因は、シャフトＷの傾斜を大いに誇張した状態で図４に概略的に示すような、荷重下のシャフトの最小の屈曲又は傾斜である。軸受が高い荷重に晒される燃焼エンジン内のコネクティングロッド軸受又は主軸受であるならば、軸受上のシャフトのこれらの不均一な荷重は、究極的に、エンジンの動作性能に対して有害な影響を有する。具体的には、エンジンの動作状態に対して相当な影響を有する重大な欠陥は、最大荷重に晒される平坦な軸受シェルの領域において、即ち、軸受シェルの頂端において特に起こり得る。これによって引き起こされる欠陥は、エンジンの動作状態に対する阻害を引き起こし、エンジンの完全な破壊さえも引き起こし得る。
【０００８】
ＤＥ１０２０８１１８Ａ１によれば、この問題は、従来的には、図３及び５に示すように、（軸受の軸方向において見られるときの）平坦な軸受の２つの端部分を丸く構成することによって解決される。縁領域２１’での湾曲は、クランクピン又はシャフトが荷重下で曲がるときに、平坦な軸受の端部分が互いに衝突し合うことを防止する。
【０００９】
ＤＥ１０２０８１１８Ａ１によれば、荷重下でのシャフト屈曲の問題に加えて、荷重下での軸受の変形の問題も考慮に入れられなければならない。軸方向において見られるときの平坦な軸受の中央部分には、縁領域よりも高い油圧がある。スライド面が縁領域で丸く構成されるとしても油膜が引き裂け得るように、場所に依存する油圧は軸受のスライド面を凹面状態に変形させる。しかしながら、より大きい程度の丸みは一貫せず、耐荷重領域を最大限化させる。
【００１０】
シャフトの傾斜又は屈曲と区別されるべき上記問題を解決するために、ＤＥ１０２０８１１８Ａ１は、円筒形の軸受表面と、軸受表面の各軸方向端面上の傾斜端部分とを含む。傾斜表面は、軸受の軸方向において見られるときに、軸受表面の特定の軸方向位置から縁に延び、円筒形の軸受表面の外周に沿う傾斜表面の軸方向長さは異なる。軸受の円周方向における傾斜表面の軸方向長さは、スライド層の荷重の下で起こり得る変形に適合させられる。１つの実施態様において、傾斜表面の軸方向長さは、軸受シェルの頂端で最長であり且つ軸受シェルの円周方向端部に向かってより短いように選択される。端領域での傾斜の程度及び傾斜の軸方向長さを選択することによって、油圧に起因する軸受シェルの変形の補償が求められる。
【００１１】
これと区別されるべきことは、上述の軸受内のシャフトの屈曲又は傾斜の問題であり、従来的に、それは軸受の外周全体に亘って軸受シェルの端部を丸めることによって対処される。軸受シェルの端部を僅かに丸めることは、シャフトの屈曲又は傾斜の故に油膜が裂けるという問題を十分に解決しない。しかしながら、スライド面の極めて丸い構造は、軸受内のシャフトの案内精度を減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の１つの目的は、軸受シェル内に位置付けられるシャフトの屈曲又は傾斜に起因する（軸方向において見られるときの）軸受シェルの縁領域における油膜の裂けの蓋然性が減少させられると同時に、軸受内のシャフトの案内精度が維持される、軸受シェルを提供することである。本発明の更なる目的は、スライド面のプロファイル化を追加的に実現し得るそのような軸受を製造する方法を、削減された労力で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
それらの課題は、請求項１に従った平坦な軸受シェル、及び請求項１０に従ったそのような軸受シェルを製造する方法で解決される。
【００１４】
本発明に従った平坦な軸受シェルは、（軸受シェルの円周方向において見られるときに）頂端の領域において軸方向に凸面状に湾曲させられるスライド面と、少なくとも１つの縁領域とを含む。その湾曲は頂端で最も顕著であり、平坦な軸受シェルの円周方向において２つの部分表面に向かって連続的に減少させる。動作中に起こるシャフトの屈曲又は傾斜の故に、傾斜幾何学的構成を平坦な軸受シェルの頂端に最も顕著に実施すれば十分である。よって、スライド面の領域は、頂端領域から離れたままであり、その場合、スライド面は、僅かに湾曲させられるだけであるか、或いは全く湾曲させられない。従って、円周方向において連続的に湾曲させられるスライド面と比べて、シャフトの案内は向上させられる。凸面状の湾曲は、軸受の縁領域における油膜の引裂けの可能性を減少させる。湾曲の結果、軸受の変形に向けられる端領域の傾斜とは対照的に、異なるシャフトの屈曲の程度及び／又は傾斜角が考慮に入れられる。このようにして、起こる傾斜角及び屈曲振幅に対する直接的な影響を有する摩耗に起因するシャフトとスライド面との間の遊びの増大が考慮に入れられる。
【００１５】
好ましくは、凸面状のプロファイルが２つの部分表面にもたらされないように、湾曲は円周方向において連続的に先細くなって無くなる。これは屈曲の案内精度を更に向上させる。その上、このようにして、部分表面の領域における軸受シェルの壁厚の減少を示す露出領域を特に容易に統合し得る。露出領域は、特に軸受を形成するために軸受シェルが共に高圧で押圧されるという事実から見て、内向きに突出する接合面で部分表面の内縁に至る２つの軸受シェルの接合面での不正確性を防止する。この結果、シェルの動作特性は向上させられ、シャフトの軸受の摩耗の削減が達成される。露出領域の製造のために、ドリルスピンドルは、軸受シェルを（連続的に又は不連続的に）特定の厚さまで切断するために、第１の切断カートリッジに加えて、第２の切断カートリッジを含む。第１の切断カートリッジは、工具の送り方向において、第２の切断カートリッジの背後で片寄らされる（オフセットされる）ように配置されるのが好ましい。２つの切断カートリッジは、互いに１８０°で対向し合うようにドリルスピンドルに取り付けられるのが好ましい。機械加工中に第２の切断カートリッジを適切に位置付け且つ軸受シェル軸に対して穿孔工具を傾斜させることによって、露出領域を軸受シェルの端部に形成し得る。
【００１６】
軸受シェルのスライド面は、縁領域で軸方向に湾曲させられ、それらの間で平坦であり、湾曲領域と平坦領域との間の移行は連続的であるのが好ましい。このようにして、シャフトの傾斜又は屈曲の場合における不連続的な移行は直線的な非円形のスライド面の縁に対する類似の効果を有するので、軸受シェルの案内精度が向上させられる。平坦領域と湾曲領域との間の不連続な移行を回避することは、移行領域における油膜の引裂けの蓋然性を減少させる。
【００１７】
軸方向において見られるときに、縁領域における曲率半径は一定であるのが好ましい。換言すれば、曲率半径が定められない平坦領域に加えて、軸受シェルは、軸方向において、縁領域において一定の曲率半径を有する湾曲を含む。このようにして、軸受シェルの構造及び製造は単純化される。一定な曲率半径は、傾斜とは対照的に、縁に向かう軸受シェルの厚みの益々の削減を引き起こす。このようにして、シャフトの様々の傾斜角及び／又は屈曲の程度が補償される。
【００１８】
軸方向において見られるときに、縁領域における曲率半径は変化するのが好ましい。変化する曲率半径を用いるならば、縁領域における厚さの変化の量、即ち、削減の増大の大きさを、シャフトの様々の傾斜角又は屈曲の程度の個別の分布に合わせてより良好に調節し得る。その変化は一定であるのが好ましい。
【００１９】
軸受シェルのスライド面は全幅に亘って軸方向において湾曲させられ、湾曲は連続的に凸面状であるのが好ましい。連続的に凸面状の湾曲を用いるならば、シャフトの傾斜又は屈曲の結果としての油膜の引裂けの蓋然性は最小限化させられる。更に、円周方向において減少し、任意的に、部分表面に向かって全体的に先細る湾曲によって、軸受シェルの十分な案内精度が保証される。
【００２０】
簡単な製造方法を用いて、軸受シェルの軸方向に対するシャフトの様々なピッチに合わせた良好な調節可能性を保証するために、全幅に亘る軸方向における曲率半径は一定であるのが好ましい。
【００２１】
動作中のシャフトの様々の傾斜角又は屈曲の程度の個々の分布を補償するために、軸方向における曲率半径は内側から外側に変化するのが好ましい。その変化は一定であるのが好ましい。
【００２２】
（軸方向において見られるときに）頂端の領域におけるスライド面の厚さの減少は、２μｍ〜８μｍであるのが好ましい。この選択は傾斜角補償と特に燃焼エンジン内のコネクティングロッド軸受を用いた案内安定性との間の優れた妥協であることが分かった。
【００２３】
上述のような軸受シェルを製造するための工具は、回転式駆動装置によって駆動される円筒形のドリルスピンドルを含む。ドリルスピンドルは回転軸の周りを回転し、外周縁でドリルスピンドルに取り付けられる又は付着させられる少なくとも１つの第１の切断カートリッジを含む。スピンドルは、上述のように、露出領域を形成するための或いは微細構造を製造するための更なる切断カートリッジを含む。軸受シェルブランク（素材）の機械加工中、切断カートリッジの切断領域は、軸受シェルブランクのスライド層と接触するようになり、ドリルスピンドルが回転すると、軸受シェルを（連続的に又は不連続的に）特定の壁厚まで切断し、それによって、実際のスライド面も同時に製造される。
【００２４】
本発明に従った平坦な軸受シェルを製造するために、先ず、ブランクが穿孔用の保持治具内で締め付けられる。スライド面の製造は、ドリルスピンドルと軸受シェルブランクとの間の２つの相対的な動作を重ね合わせる（オーバーラップさせる）ことによって行われる。丸いスライド面を有する軸受シェルが製造されるよう、ドリルスピンドルの回転に加えて、第１の相対的な動作、即ち、軸受シェルのスライド面を仕上げ穿孔するために製造されるべき軸受シェルの軸方向に沿う軸受シェルブランク及びドリルスピンドルの直線的な相対動作、及び第１の動作と重なり合い且つ第１の動作に対して直交する軸受シェルブランク及びドリルスピンドルの第２の相対的な動作が行われる。
【００２５】
穿孔用の固定的な又は静止的な保持治具或いは固定的又は静止的な回転ドリルスピンドルを使用して、２つの相対的な動作、即ち、軸方向の相対的な動作及びそれに直交する相対的な動作を生成し得る。同様に着想可能なものは、使用されるドリルスピンドルが、その回転動作に加えて、穿孔用の保持治具の送り動作と同時に重なり合う垂直動作を行うような混合である。逆に、使用されるドリルスピンドルは、その回転動作に加えて、穿孔用の保持治具の垂直動作と同時に重なり合う送り動作を行い得る。
【００２６】
工具の動作中に調節手段を用いて第１の切断カートリッジをその軸方向において調節し得るならば、スライド面をプロファイル化するためのドリルスピンドル全体の径方向の動作を補償し得る。調節方向が回転軸に対して直交する方向において非消失成分を有するように、調節方向は回転軸の方向と異なる。このようにして、軸受シェルからの穿孔中に的を絞った方法において凸面状湾曲を実現し得る。
【００２７】
上述の製造方法の全てにおいて、単一の動作で、同時プロファイル化を伴うスライド面の仕上げ穿孔を行うことが可能であり、任意的に、露出領域を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】直線的に機械加工されたプロファイルなしのスライド面を有する軸受シェルを示す斜視図である。
【図２】図１に従った軸受シェルを示す断面図である。
【図３】縁領域で丸められたスライド面プロファイルを有する軸受シェルを示す断面図である。
【図４】軸受に向かって傾斜させられたシャフトを示す概略図であり、軸受は直線的に機械加工されたプロファイルなしのスライド面を有する。
【図５】軸受に向かって傾斜させられたシャフトを示す概略図であり、軸受は縁領域で丸められたスライド面プロファイルを有する。
【図６】縁領域で凸面状に丸められたスライド面プロファイルを有する軸受シェルを示す斜視図であり、凸面状の湾曲は部分表面に向かって先細くなっている。
【図７Ａ】一定の曲率半径を備えるスライド面プロファイルを有する軸受シェルを示す概略図及びＡ−Ａに沿う断面図である。
【図７Ｂ】一定に変化する曲率半径を備えるスライド面プロファイルを有する軸受シェルを示す概略図及びＢ−Ｂに沿う断面図である。
【図７Ｃ】一定の曲率半径及び平坦な領域を備えるスライド面プロファイルを有する軸受シェルを示す概略図及びＣ−Ｃに沿う断面図である。
【図７Ｄ】一定に変化する曲率半径及び平坦な領域を備えるスライド面プロファイルを有する軸受シェルを示す概略図及びＤ−Ｄに沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図６は、（軸受シェル１の軸方向において見られるときの）縁領域で凸面状に丸められたスライド面プロファイル２１を有する軸受シェル１を示しており、凸面状の湾曲は、部分表面３に向かって先細くなっている。
【００３０】
縁領域での湾曲２１の結果、軸受シェル１の縁での油膜の引裂けの蓋然性が減少させられるので、荷重の下で動作する軸受シェル１内のシャフトの屈曲又は傾斜の影響は、摩擦又は動作特性に関して軽減される。図３、５、６、及び７Ａ乃至７Ｄにおける湾曲は、例示の目的のために大きく誇張されていることが記されなければならない。
【００３１】
図７Ａによれば、平坦な軸受シェル１の頂端にあるスライド面２のプロファイルは、一定の曲率半径で、その全長に亘って軸方向に凸面状に湾曲させられている。このプロファイルは連続的に減少し、平坦な軸受シェル１の円周方向において２つの部分表面３に向かって先細くなっている。
【００３２】
更なる実施態様において、図７Ｂに従ったプロファイルは、平坦な軸受シェル１の頂端で、一定に変化する曲率半径で、その全長に亘って軸方向に凸面状に湾曲させられている。このプロファイルは連続的に減少し、平坦な軸受シェル１の円周方向において２つの部分表面３に向かって先細くなっている。
【００３３】
更なる実施態様において、図７Ｃに従った平坦な軸受シェル１のスライド面２のプロファイルは、頂端で、一定の曲率半径で、縁領域２１において軸方向に凸面状に湾曲させられている。２つの凸面状に湾曲させられた縁領域２１の間で、スライド面２は平坦である。スライド面の湾曲領域から平坦領域への移行は連続的である。このプロファイルも連続的に減少し、平坦な軸受シェル１の円周方向において２つの部分表面３に向かって先細くなっている。
【００３４】
更なる実施態様において、図７Ｄに従ったスライド面２のプロファイルは、平坦な軸受シェル１の頂端で、一定に変化する曲率半径で、軸方向に凸面状に湾曲させられている。２つの凸面状に湾曲する縁領域２１の間で、スライド面２は平坦である。スライド面２の湾曲領域から平坦領域への移行は連続的である。このプロファイルも連続的に減少し、平坦な軸受シェル１の円周方向において
２つの部分表面３に向かって先細くなっている。
【００３５】
軸受シェルの製造のために、ドリルスピンドルが使用される。ドリルスピンドルは、第１の切断カートリッジを含み、任意的に、露出領域を形成するための第２の切断カートリッジを含む。
【００３６】
穿孔用の保持治具内に締め付けられる軸受シェルブランクのプロファイル化されたスライド面２を製造するために、使用されるドリルスピンドルは、その回転動作に加えて、送り動作と、同時に行われるようこの送り動作と重なり合う垂直動作とを行う。このために、機械加工されるべき平坦な軸受シェルブランクは、穿孔のために固定的な又は静止保持する治具内に保持されるのが好ましい。
【００３７】
代替的に、穿孔用の保持治具によっても、同時に行われるべき送り動作及び垂直動作を行い得る。この場合、使用されるドリルスピンドルは、その回転動作のみを行い、その上、それは固定的である。
【００３８】
更なる代替が、その回転動作に加えて、穿孔用の保持治具の送り動作と同時に重なり合う垂直動作を行う、使用されるドリルスピンドルによって達成される。
【００３９】
更なる代替が、その回転動作に加えて、穿孔用の保持治具の垂直動作と同時に重なり合う送り動作を行う、使用されるドリルスピンドルによって達成される。
【００４０】
代替的に、径方向に移動可能な方法において、第１の及び／又は第２の切断カートリッジをドリルスピンドル上に設け得る。切断カートリッジは、例えば、ピエゾ素子に対して筋交いされ(braced)得る。ピエゾ素子又は（複数の切断カートリッジの場合における）複数のピエゾ素子の対応する作動を用いて、ピエゾ素子は膨張し、従って、大部分はドリルスピンドルの径方向において、切断カートリッジの位置を変更させる。このようにして、ドリルスピンドル全体又は穿孔用の保持治具の垂直動作を用いずに既述のプロファイル化をもたらし得る。むしろ、切断カートリッジ又は複数の切断カートリッジを単に上昇させ且つ下降させることによって、既述のプロファイル化をもたらし得る。
【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【国際調査報告】
2014516144.tif 000013
2014516144.tif 000014
2014516144.tif 000015
2014516144.tif 000016