JP2005074537A - コネクティングロッドの分割加工方法及びその分割加工装置 - Google Patents

コネクティングロッドの分割加工方法及びその分割加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】コネクティングロッドを破断分割する際に付与される予備荷重、衝撃荷重の大きさ及び付与される時間を高精度に制御し、コネクティングロッドの製品品質を向上させると共に、生産効率の向上を図る。
【解決手段】コネクティングロッド30の大端部38の結合孔を一対の拡張具にセットする。これらの拡張具に圧入されている楔部材78に予備荷重付与機構56の付勢による予備荷重を付与することによって、大端部38の結合孔の内面に拡張具を略圧着させる。その後、回転駆動源57を回転駆動させることによりガイド部120が周面に形成された回転部材104を回転させ、前記ガイド部120に係合された第1及び第2ローラ96a、96bを介してシャフト81を下方へと変位させることにより、楔部材78の圧入方向に衝撃荷重を付与して大端部38を破断分割する。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば、車両用のエンジン部品を構成するコネクティングロッドの分割加工方法及びその分割加工装置に関し、一層詳細には、大端部と小端部とを有するコネクティングロッドを一体成形した後、大端部をキャップ部とロッド部に破断分割するコネクティングロッドの分割加工方法及びその分割加工装置に関する。
従来から、例えば、車両用のエンジンには、ピストンピンとクランクピンとを連結するコネクティングロッドが広く用いられている。このコネクティングロッドは、前記クランクピンに連結される大端部と、前記ピストンピンに連結される小端部とを有しており、その製造工程では、コネクティングロッドの大端部から小端部までを一体に成形した後、前記大端部をキャップ部とロッド部とに破断分割することが一般的に行われている。
この種のコネクティングロッドを破断分割する方法として、例えば、以下の従来技術を挙げることができる。
図17に示されるように、軸部1の小端部2と軸部1の大端部3にキャップ部4を一体成形したコンロッド5に対して、一方の治具6に他方の治具7を固定することによりコンロッド5を保持する。そして、ゴム層等からなる加圧用ホース8に加圧用液体を加圧供給することにより、大端部3の大端孔3aの内側面全体に一定の静圧を負荷し、大端孔3aに予め形成された溝9の部分から破断分離させる構成が採用されている。これにより、加圧用液体の加圧作用下に大端部3に歪みを生じさせることなくキャップ部4を破断分離すると共に、加圧用ホース8に対してコンロッド5及び治具6、7を複数配置することにより、一度に多数のコンロッド5を処理することが可能になるとしている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−245122号公報
しかしながら、特許文献1では、加圧用ホース8に対して加圧用液体を供給し、前記加圧用液体の液圧によって大端部3を破断分割している。そのため、コネクティングロッド5を破断分割する際、加圧用ホース8に供給される加圧用液体の液圧を高精度に制御することが困難である。そのため、前記加圧用ホース8を介して大端部3に付与される荷重値を高精度に制御することが難しい。また同時に、前記加圧用ホース8を介して大端部3に荷重を付与している時間を高精度に制御することが困難である。
そのため、コネクティングロッド5の大端部3を破断分割する際、大端部3の大端孔3aに加圧用ホース8を介して付与される破断荷重が安定しないため、コネクティングロッド5の製品品質を安定化させ且つ高精度に維持することが困難であると共に、前記コネクティングロッドの生産効率が低下するという問題がある。
本発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、コネクティングロッドを破断分割する際に付与される予備荷重、衝撃荷重の大きさ及び付与される時間を高精度に制御することが可能なコネクティングロッドの分割加工方法及びその分割加工装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、大端部と小端部とを有するコネクティングロッドを一体成形した後、前記大端部の結合孔を一対の拡張具にセットし、前記拡張具に楔部材を圧入することによって前記拡張具を拡張させることで、前記大端部をキャップ部とロッド部に破断分割するようにしたコネクティングロッドの分割加工方法であって、前記楔部材の圧入方向に予備荷重を付与することによって前記大端部の前記結合孔の内面に前記拡張具を略圧着させる工程と、
回転駆動源の駆動作用下に回転部材を回転させることによって前記楔部材に連結される荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与し、前記大端部を破断分割する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、楔部材に予備荷重を付与することによって大端部の結合孔の内面に拡張具を略圧着させるようにしている。これにより、被加工物であるコネクティングロッドにおける大端部が拡張具によって確実に保持されて、大端部にがたつきが生じないので、大端部が破断分割される際の歪を可及的に抑制することができる。その結果、真円度が安定したキャップ部及びロッド部を得ることができる。
また、大端部を破断分割する際に、回転駆動源の回転駆動作用下に回転部材を回転させて、荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与するようにしている。このように、回転駆動源の駆動力によって衝撃荷重を付与する方式を採用することで、従来技術に比較してより高精度に破断分割加工を行うことができる。その結果、コネクティングロッドの製品品質が安定且つ向上すると共に、コネクティングロッドの生産効率を向上させることができる。
この場合、回転駆動源に、該回転駆動源の回転出力を検出して演算する演算装置を接続し、前記演算装置によって前記回転出力に基づいて演算された演算結果を前記演算装置に表示するとよい。これにより、分割加工装置によってコネクティングロッドの破断分割加工を行う際、常に回転駆動源の駆動トルク荷重及び回転速度等を演算装置に取り込んで演算、補正して、楔部材に付与される予備荷重及び衝撃荷重の荷重値の増減と経過時間との関係を荷重−時間線図として常に演算装置に表示又は出力することができる。
その結果、コネクティングロッドが破断分割される際に付与される荷重を、常に演算装置の画面等を介して容易に確認することができ、コネクティングロッドの大端部を破断分割する際の品質管理及び生産管理を簡便に行うことが可能となると共に、演算結果と最適な荷重値等を比較して偏差を零となるように回転駆動源から電気信号を荷重機構へと供給することにより、一層コネクティングロッドの品質を向上させることができる。
また、本発明は、大端部と小端部とを有するコネクティングロッドを一体成形した後、前記大端部の結合孔を一対の拡張具にセットし、前記拡張具に楔部材を圧入することによって前記拡張具を拡張させることで、前記大端部をキャップ部とロッド部に破断分割するようにしたコネクティングロッドの分割加工装置であって、前記大端部の前記結合孔の内面に前記拡張具を略圧着させるために、前記楔部材の圧入方向に予備荷重を付与する予備荷重付与機構と、前記大端部を破断分割するために、回転駆動源の駆動作用下に回転部材を回転させることによって前記楔部材に連結される荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与する荷重機構とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、予備荷重付与機構を介して楔部材に予備荷重を付与することにより大端部の結合孔の内面に拡張具を略圧着させるようにしている。このため、被加工物であるコネクティングロッドにおける大端部が拡張具によって確実に保持されて、大端部にがたつきが生じないので、大端部が破断分割される際の歪を可及的に抑制することができる。その結果、真円度が安定したキャップ部及びロッド部を得ることができる。
また、大端部を破断分割する際に、回転駆動源の回転駆動作用下に回転部材を回転させて、荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与するようにしている。このような荷重機構を採用することで、従来技術に比較してより高精度に破断分割加工を行うことができる。その結果、コネクティングロッドの製品品質が安定且つ向上すると共に、コネクティングロッドの生産効率を向上させることができる。
さらに、回転部材の外周面に、半径外方向に沿って突出した環状のガイド部を形成し、前記ガイド部が前記楔部材の圧入方向に沿って連続的に変化して形成されている。このように、環状に形成されるガイド部材を前記楔部材の圧入方向に沿って連続的に変化させることにより、前記ガイド部に係合される荷重伝達具をガイド部の回転作用下に軸線方向に沿って連続的に変位させることができる。そのため、前記ガイド部の形状を変化させることにより、前記ガイド部の形状に応じた予備荷重及び衝撃荷重を荷重伝達具に対して付与することができる。
さらにまた、ガイド部に、略水平に形成される平坦部と、前記平坦部に連続して形成されると共に、前記平坦部に対して前記楔部材から離間する方向に離間して略平行に形成され、予備荷重を付与する際に前記荷重伝達具と係合する第1段部と、前記第1段部に連続して形成されると共に、前記第1段部に対して楔部材から離間する方向に所定長だけ屈曲して形成され、衝撃荷重を付与する際に前記荷重伝達具と係合する第2段部と、を備え、
前記平坦部、第1段部及び第2段部が、前記回転部材の回転方向に沿って順次形成されている。このように、ガイド部に荷重伝達具が係合された状態で回転部材が回転し、前記ガイド部の平坦部から第1段部へと移行することにより前記荷重伝達具が楔部材より離間する方向へと変位し、前記荷重伝達具を介して楔部材の圧入方向に予備荷重を好適に付与することができる。
そして、さらに、ガイド部の第1段部に荷重伝達具が係合された状態で回転部材の回転作用下に第2段部へと移行することにより、前記荷重伝達具が楔部材から離間する方向へとさらに変位し、前記荷重伝達具を介して楔部材の圧入方向に前記予備荷重よりも大きな衝撃荷重を好適に付与することができる。
また、荷重伝達具は、前記回転部材のガイド部に係合されるローラを介して、前記回転部材の回転作用下に軸線方向に沿って変位し、前記衝撃荷重が付与されるシャフトからなり、前記シャフトは、前記楔部材に前記予備荷重を付与するシリンダのピストンロッドと一体的に形成されとよい。これにより、簡単な構成で楔部材に対して予備荷重及び衝撃荷重を容易且つ確実に付与することができる。
さらに、予備荷重付与機構は、予備荷重を付与するシリンダを備え、シリンダは、楔部材に前記予備荷重を伝達するピストンロッドと、前記ピストンロッドに対して前記楔部材の前記圧入方向と一体的に変位すると共に、前記楔部材の前記圧入方向とは反対方向に離間可能なピストンとを有している。このように、シリンダのピストンが、ピストンロッドに対して楔部材の圧入方向とは反対方向に離間可能であるため、荷重機構によって衝撃荷重を付与する際に、この衝撃荷重がシリンダによって減衰されることがなく、楔部材に所定の衝撃荷重を確実に付与することができる。
さらにまた、回転駆動源には、外周面にねじが刻設されたボールねじ軸が一体的に回転するように連結され、前記ボールねじに螺合され、該ボールねじの回転作用下に軸線方向に沿って変位するナット部材によってリンク機構を介して接続された連結アームが軸線方向に沿って変位し、前記楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与するとよい。このように、ボールねじにおけるねじピッチをナット部材の変位速度が増大するように形成することにより、ナット部材を介して軸線方向に沿って変位する連結アームの軸線方向への変位速度を増大させることができる。そのため、連結アームから楔部材の圧入方向へと付与される衝撃荷重をより一層増大させることができる。
またさらに、回転駆動源には、複数の歯部を有するギアが設けられ、前記ギアと噛合して前記ギアの回転作用下に軸線方向に沿って変位する噛合部材によって前記楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与するとよい。このように、噛合部材と噛合するギアの外周径を増減させることにより、簡便に噛合部材の軸線方向に沿った変位速度を変更することができるため、それに伴って楔部材に付与される衝撃荷重の大きさを簡便に調整することができる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、被加工物であるコネクティングロッドにおける大端部が拡張具によって確実に保持されて、大端部にがたつきが生じないので、大端部が破断分割される際の歪を可及的に抑制することができる。その結果、真円度が安定したキャップ部及びロッド部を得ることができる。
また、大端部を破断分割する際に、回転駆動源の回転駆動作用下に回転部材を回転させることによって、荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与するようにしているので、従来技術に比較してより高精度に破断分割加工を行うことができる。その結果、コネクティングロッドの製品品質が安定且つ向上すると共に、コネクティングロッドの生産効率を向上させることができる。
さらに、回転駆動源の回転出力を検出して演算する演算装置を回転駆動源へと接続し、前記演算装置によって前記回転出力に基づいて演算された演算結果を前記演算装置に表示することにより、常に回転駆動源の駆動トルク荷重及び回転速度等に基づいて予備荷重及び衝撃荷重の荷重値の増減と時間との関係を把握することができるため、コネクティングロッドの大端部を破断分割する際の品質管理及び生産管理を簡便に行うことが可能となる。
本発明に係るコネクティングロッドの分割加工方法に関し、それを実施する分割加工装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図1Aは、本発明が適用される被加工物としてのコネクティングロッド30の斜視図であり、図1Bは、コネクティングロッド30がキャップ部32とロッド部34に破断分割された状態を示す斜視図である。
コネクティングロッド30は、略円形状の結合孔36を介してキャップ部32とロッド部34とが一体的に形成された大端部38と、大端部38とは反対側に配置される小端部40とを有する。このコネクティングロッド30は、例えば、鋳造又は鍛造等によって一体成形される。
また、コネクティングロッド30の大端部38の両側には、ドリル等の図示しない穿孔手段によってボルト孔42a、42bがそれぞれ形成される。これらのボルト孔42a、42bには、例えば、エンジン等の組立工程において、図示しないボルトがキャップ部32側からそれぞれ螺入され、キャップ部32がロッド部34に締め付けられる。このようにして、破断分割されたキャップ部32をロッド部34に締結することにより、コネクティングロッド30の大端部38が前記エンジンのクランクピンに連結される。
なお、図1A中、参照符号44は、大端部38におけるキャップ部32とロッド部34との境界部位となる分割部を示す。この分割部44は、大端部38の両側において、結合孔36を中心に対向した部位に設定される。
図2及び図3において、参照符号50は、本発明の第1の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置を示す。
このコネクティングロッド30の分割加工装置50は、コネクティングロッド30がセットされると共に、前記コネクティングロッド30を保持するワーク保持機構52と、前記コネクティングロッドの大端部38を破断分離するための破断分離機構54と、前記破断分離機構54に予備荷重を付与する予備荷重付与機構56と、回転駆動源57の駆動作用下に破断分離機構54に衝撃荷重を付与する荷重機構58とからなる。
ワーク保持機構52は、コネクティングロッド30の受台60と、小端部40を介してコネクティングロッド30を位置決めすると共に保持する固定ピン62と、前記ボルト孔42a、42bに指向してコネクティングロッド30を大端部38側から横方向(図4中、矢印X方向)に保持するスライドピン64とを備えている。
スライドピン64は、スライドプレート66を介して油圧シリンダ68aに連結されている。このように油圧シリンダ68aを用いるのは、大端部38側からコネクティングロッド30を確実に保持すると共に、大端部38が破断分割される際のキャップ部32の飛散を確実に阻止することができるためである。なお、第1の実施の形態では、油圧シリンダ68aから付与される荷重は、例えば、約0〜490[N]の範囲で調節可能としている。
さらに、ワーク保持機構52には、図4に示されるように、矢印Y方向に大端部38の分割部44を両側から押圧するための一対の押圧具70、72を設けてもよい。この押圧具70、72は、尖頭状に形成された当接部位70a、72aをそれぞれ有している。また、押圧具70、72における当接部位70a、72aとは反対側の端部は、油圧シリンダ68b、68cにそれぞれ連結されている。
破断分離機構54は、大端部38の結合孔36がセットされる一対の拡張具74、76と、この拡張具74、76を拡張させるために圧入される楔部材78とを備えている。
図6A及び図6Bに示されるように、拡張具74、76は、平面略半円状に形成され、それぞれ円弧状部位74a、76aと、直線部位74b、76bとを有する。円弧状部位74a、76aは、大端部38の結合孔36の内面と略同一の曲率に形成され、前記内面に略圧着可能である。直線部位74b、76bの中央部には、楔部材78が嵌挿される窪み部74c、76cが形成されている。これらの窪み部74c、76cの中、一方の窪み部74cの壁面74dは、概ね立壁状に形成され、他方の窪み部76cの壁面76dは、上方側に指向して外方に傾斜するテーパ状に形成されている(図6B参照)。
楔部材78は、その先端部78aに指向して拡幅するテーパ面78bを有する。このテーパ面78bが前記拡張具76の壁面76dに摺接するようにして、楔部材78が窪み部74c、76cに嵌挿される。従って、楔部材78が図6B中、下方側に付勢されると、テーパ面78bと壁面76dとの摺動作用によって、拡張具76がスライドしながら拡張されることになる。
図2及び図3に示されるように、予備荷重付与機構56には、楔部材78に付与する予備荷重を発生する油圧シリンダ82が備えられている。この油圧シリンダ82は、連結ピン等から構成される連結部材79を介して楔部材78の他端部78cに連結されるピストンロッド(荷重伝達具)80と、ピストンロッド80に形成された環状の段差面80aに係合する段付部84aを有するピストン84を備えている。
ピストンロッド80は、ピストン84の中央部を貫通し、ピストン84に対して摺動自在である。従って、油圧シリンダ82のピストン84は、ピストンロッド80に対して楔部材78の圧入方向と一体的に変位すると共に、楔部材78の圧入方向とは反対方向に離間可能である。換言すると、油圧シリンダ82は、ピストン84を介して、ピストンロッド80の一方向にのみ前記予備荷重を付与することが可能である。なお、第1の実施の形態では、楔部材78に付与される予備荷重は、例えば、約0〜49[kN]の範囲で調節可能としている。
また、予備荷重付与機構56には、ピストンロッド80を介して楔部材78に連結される荷重伝達用のシャフト(荷重伝達具)81が備えられている。このシャフト81は、前記段差面80a側において、ピストンロッド80と一体的に形成されている。そして、シャフト81は上端側プレート85aの孔部86に挿通され、前記孔部86に装着されたブッシュ88を介して軸線方向に沿って変位自在に支持されている。一方、シャフト81の他端側には、該シャフト81より太軸状の連結シャフト90が一体的に連結され、この連結シャフト90も同様に筐体92における本体部94の孔部86に装着されたブッシュ88を介して軸線方向に沿って変位自在に支持されている。
さらに、連結シャフト90には、荷重機構58側の側面に一組の第1及び第2ローラ96a、96bが回転自在に軸支されている。この第1及び第2ローラ96a、96bは略円形状に形成され、前記シャフト81の軸線と略直交し、且つ軸線方向に沿って所定間隔離間して略平行に設けられている。なお、一組の第1及び第2ローラ96a、96bは、シャフト81の軸線方向に沿って一直線上となるように設けられている(図2参照)。
荷重機構58には、上端側プレート85aの上面に連結され、電気信号によって回転駆動する回転駆動源57と、前記本体部94の内部に設けられる一組の第1及び第2軸受100a、100bを介して回転自在に設けられる回転軸102と、前記回転軸102の略中央部に一体的に装着され、回転駆動源57の回転駆動作用下に回転駆動する回転部材104とが備えられている。
回転駆動源57(例えば、ステッピングモータ)には、下方に向かって突出して駆動軸106が設けられ、図示しない電源からの電流によって回転駆動する。前記駆動軸106は上端側プレート85a及び本体部94に形成された挿通孔108を介して該本体部94の内部に挿通され、前記駆動軸106の下端部には、外周面に沿って複数の歯部が刻設されたピニオンギア(ギア)110が装着されている。
また、本体部94には、その上部に第1装着穴112aが形成されると共に、前記本体部94の内部に形成される空間116に臨むように第2装着穴112bが形成されている。そして、前記第1及び第2装着穴112a、112bには一組の第1及び第2軸受100a、100bが装着され、前記第1及び第2軸受100a、100bには、筐体92の軸線と略平行に設けられる回転軸102の両端部が回転自在に保持されている。すなわち、回転軸102は、第1及び第2軸受100a、100bを介して駆動軸106と略平行に設けられている。
回転軸102の略中央部には半径内方向に縮径した凹部(図示せず)が形成され、前記凹部には本体部94における空間116の内部に配設される略円形状の回転部材104が一体的に装着されている。この回転部材104は、回転軸102に形成された図示しないスプライン溝やキー部材を介して前記回転軸102に対する回転動作が規制され、前記回転部材104が回転軸102と一体的に回転する。
一方、回転部材104の上部には、その周方向に沿ってリング状のリングギア118が嵌合され、前記リングギア118の外周面には、その周面に沿って複数の歯部が刻設されている。そして、前記リングギア118の歯部は、駆動軸106に装着されたピニオンギア110の外周面と対向する位置に設けられ、前記ピニオンギア110の歯部と噛合している。すなわち、回転駆動源57の回転駆動作用下に駆動軸106に設けられたピニオンギア110が回転した際、前記ピニオンギア110に噛合されたリングギア118を介して回転部材104が回転軸102を中心として回転する。
また、回転部材104の外周面には、半径外方向に向かって所定長だけ突出したガイド部120が形成されている。ガイド部120は、回転部材104の周面に沿って環状に形成されると共に、前記周面における周縁部に設けられている。なお、ガイド部120の上面と下面との間の厚さT(図8及び図9参照)は、該ガイド部120の周方向に沿って略均一となるように形成されている。
そして、ガイド部120は、シャフト81に設けられた一組の第1及び第2ローラ96a、96bの間の空間に臨むように設けられ、前記ガイド部120の上面が上部側の第1ローラ96aと当接すると共に、前記ガイド部120の下面が下部側の第2ローラ96bと当接している。
すなわち、ガイド部120が第1及び第2ローラ96a、96bの間で挟持されることにより、回転駆動源57の回転駆動作用下に回転部材104が回転した際、第1及び第2ローラ96a、96bが前記ガイド部120の上面及び下面に当接して回転する。ガイド部120は第1ローラ96aと第2ローラ96bとの間に係合され、前記第1及び第2ローラ96a、96bが設けられた連結シャフト90の軸線方向に沿った変位が規制された状態にある。
換言すると、ガイド部120が回転することにより、前記ガイド部120に係合された第1及び第2ローラ96a、96bが、連続的に屈曲して形成されたガイド部120に沿って変位し、前記第1及び第2ローラ96a、96bが装着されたシャフト81が軸線方向に沿って変位する。
このガイド部120は、図7及び図8に示されるように、回転部材104の軸線方向に沿った高さ方向の段差位置が周方向で変化するように形成されている。
以下、例えば、図10に示されるように、回転部材104におけるガイド部120(図7参照)の外周面上の基準となる基点を点Aとし、前記点Aから時計回り(矢印J方向)にガイド部120の形状について詳細に説明する。
先ず、前記点Aから点Bまでの所定角度αの範囲内におけるガイド部120には、回転部材104の軸線方向における略同一の高さ且つ略水平となった平坦部122(図11参照)が形成されている。
次に、図11に示されるように、点Bから点Cに向かって下方に徐々に傾斜した後、前記点Cから点Dの位置までの所定角度β(図10参照)の範囲で、前記点Aにおける高さ方向の位置Hより所定高さH1だけ下方となった第1段部124が形成されている。
さらに、点Dから点Eに向かって徐々に下方へと傾斜する第1傾斜面126が形成され、前記点Eから点Fの位置までの所定角度γの範囲では,前記第1傾斜面126と連続し、点Aにおける高さ方向の位置Hより所定高さH2だけ下方となった第2段部128が形成されている(H1<H2)。
そして、第2段部128の点Fから点Gに向かって徐々に上方に傾斜する第2傾斜面130が形成され、点Gにおいて再び点Aと略同一の高さ位置Hとなるように形成されている。なお、ガイド部120における平坦部122、第1段部124及び第2段部128は、第1傾斜面126、第2傾斜面130等を介して連続的に形成されている。
この平坦部122、第1段部124及び第2段部128は、回転部材104の回転方向(図7中、矢印J方向)に向かって平坦部122、第1段部124、第2段部128の順に形成されている。
図2及び図3に示されるように、分割加工装置50を構成する前記の各構成要素は、筐体92に載置されている。なお、前記シャフト81は、筐体92の下端側プレート85b及び上端側プレート85aに装着されたブッシュ88によって軸方向に摺動自在に支持されると共に、その径方向の移動が規制されている。
また、上端側プレート85a、下端側プレート85b及び本体部94とから構成される筐体92の側面には、作業者による分割加工装置50の操作や所望データの入力等を行うと共に、分割加工装置50の動作状態や入力されたデータ等を表示する操作・表示部132が備えられている。この操作・表示部132は、分割加工装置50の全体を統合して制御する制御盤134に接続されている。
本発明の第1の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置50は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
先ず、一体成形されたコネクティングロッド30がワーク保持機構52の受台60にセットされる(図5参照)。その際、コネクティングロッド30は、固定ピン62による小端部40側の位置決め作用下に、拡張具74、76を大端部38の結合孔36に嵌め込むようにセットされる。なお、この場合、回転部材104におけるガイド部120は、点Gから点Bまでの間に形成される平坦部122が第1ローラ96aと第2ローラ96bとの間に係合されている状態にある。
次いで、図示しない圧油供給源を介して油圧シリンダ82に圧油が供給され、前記圧油の押圧作用下にピストン84が下方に作動する。そして、このピストン84の作動に伴って、段付部84aに係合されている段差面80aを介してピストンロッド80が同様に下方に作動される(図8参照)。
これと同時に、図示しない電源より制御盤134を介して電流を回転駆動源57へと供給することにより駆動軸106に連結されたピニオンギア110が回転し、前記ピニオンギア110に噛合された回転部材104のリングギア118を介して回転部材104が回転する。そして、前記回転部材104の回転作用下にガイド部120が第1ローラ96aと第2ローラ96bとの間に係合された状態で時計回り(矢印J方向)に回転する。その際、第1ローラ96a及び第2ローラ96bとの間に係合されたガイド部120の平坦部122が、その回転作用下に点B及び点Cを経て第1段部124へと移行する。
すなわち、油圧シリンダ82の付勢作用下に下方へと変位するピストンロッド80の軸線方向に沿った変位量と、回転部材104における平坦部122と第1段部124との所定高さH1とは略同一となるように形成されている。そのため、油圧シリンダ82の付勢作用下にピストンロッド80を介してシャフト81及び連結シャフト90が下方へと変位した際においても、前記連結シャフト90に設けられた第1及び第2ローラ96a、96bがガイド部120に係合した状態で平坦部122から第1段部124へと移行して、第1及び第2ローラ96a、96bが装着される連結シャフト90の下方への変位に対応することができる。
換言すると、図8に示されるように、油圧シリンダ82によって楔部材78に予備荷重を付与する変位動作と、回転駆動源57の駆動作用下に回転部材104を回転させ、第1ローラ96aと第2ローラ96bとの間に係合されたガイドプレートを平坦部122から第1段部124へと移行させるように回転させる回転動作とを連動するように制御している。
そして、前記油圧シリンダ82の付勢作用下に下方へと変位するピストンロッド80によって、該ピストンロッド80に連結された楔部材78が下方に付勢され、楔部材78に予備荷重が付与される。これにより、楔部材78が拡張具74、76の各窪み部74c、76cに圧入されて、一方の拡張具76が、その壁面76dと楔部材78のテーパ面78bとの摺動作用下に、スライドしながら拡張される。そして、前記拡張具74と共に拡張具76が大端部38の結合孔36の内面に略圧着される。
この場合、楔部材78に付与される予備荷重は、前述した範囲内(約0〜49[kN])において、拡張具74、76が大端部38の結合孔36の内面に接触しても、大端部38が破断されない程度、すなわち、大端部38の弾性変形可能な範囲内に調節されている。これにより、大端部38と拡張具74、76との間にがたつきが生じることがなく、被加工物であるコネクティングロッド30が拡張具74、76によって確実に保持される。
なお、楔部材78に予備荷重が付与されている状態では、第1及び第2ローラ96a、96bは、回転部材104におけるガイド部120の第1段部124に係合されている。
これと略同時に、油圧シリンダ68aが付勢され、各スライドピン64がボルト孔42a、42bに挿入されて、コネクティングロッド30が大端部38側から横方向(図4中、矢印X方向)に保持される。その際、押圧具70、72を作動させ、分割部44において大端部38を両側から押圧する(図4中、矢印Y方向)工程を付加しても良い。
この状態で、回転部材104のさらなる回転作用下に、第1ローラ96aと第2ローラ96bとの間に係合されたガイド部120が、第1段部124から点D及び点Eからなる第1傾斜面126を介して第2段部128へと移行する。その際、第2段部128は、第1ローラ96aと第2ローラ96bとの間に係合されていた第1段部124よりさらに軸線方向に沿った下方に形成されているため、第1ローラ96a及び第2ローラ96bが第1段部124から前記第2段部128へと係合した状態で移行することにより、前記第1ローラ96a及び第2ローラ96bが装着された連結シャフト90及びシャフト81が強制的に下方へと変位させられる。
そして、シャフト81の下方への変位作用下に一体的に形成されるピストンロッド80を介して楔部材78に衝撃荷重が付与される。
また、この際、図12に示されるように、第1及び第2ローラ96a、96bが第2段部128に係合している点Dから点Gの間における回転駆動源57の回転数を増大して回転部材104の回転数を増大させることにより、連結シャフト90及びシャフト81の下方への変位速度を増大させ、ピストンロッド80を介して付与される衝撃荷重を一層増大させている。なお、第1及び第2ローラ96a、96bが点Dから点Gの間に係合している際の回転部材104の回転速度は、略等速となるように設定されている。
すなわち、圧油を介してピストン84及びピストンロッド80を下方へと変位する油圧シリンダ82の変位動作(ストロ−ク量)と、回転駆動源57の回転駆動力によって回転する回転部材104の回転量、回転速度等、が互いに連動して駆動するように制御されている。
その際、油圧シリンダ82のピストン84が、シャフト81に対して楔部材78の圧入方向、すなわち、前記衝撃荷重の方向とは反対方向に離間可能であるため、この衝撃荷重が油圧シリンダ82によって減衰されることがなく、楔部材78に所定の衝撃荷重が確実に付与される。
そして、楔部材78が拡張具74、76の各窪み部74c、76cにさらに圧入されて、一方の拡張具76が、その壁面76dと楔部材78のテーパ面78bとの摺動作用下に、スライドしながらさらに拡張される。この拡張具76の拡張に伴って、大端部38は、その弾性変形可能な限界を超えて、押圧具70、72によって応力が集中された分割部44を境界にキャップ部32とロッド部34とに破断分割される(図1B参照)。この際、キャップ部32は、油圧シリンダ68aの付勢作用下にスライドピン64によって保持されているため、破断分割されたキャップ部32の飛散が確実に阻止される(図4参照)。
一方、分割加工装置によってコネクティングロッド30がキャップ部32とロッド部34とに破断分割される際には、図13に示されるように、コネクティングロッド30に対して予備荷重付与機構56を介して一定時間だけ予備荷重が付与された(図13中、K参照)後、荷重機構58を介して衝撃荷重が付与されることにより、先ず一方側の分割部44が破断分割され(図13中、L参照)、若干の時間差Δtがあった後、他方の分割部44が破断分割される(図13中、M参照)。すなわち、コネクティングロッド30が破断分割される場合には、図13に示されるように、上述のような荷重と時間との関係を有している。
その際、図14に示されるように、分割加工装置50における回転駆動源57へ電流を供給する制御盤134に配線を介してA/D変換器136を接続し、前記A/D変換器136をパーソナルコンピュータ(演算装置)138に接続して、油圧シリンダ82及び回転駆動源57の駆動作用下にコネクティングロッド30に対して、予備荷重又は衝撃荷重を付与している場合、前記回転駆動源57にかかる駆動トルク荷重、回転速度等に基づいたアナログ信号をA/D変換器136によってデジタル信号へと変換した後、パーソナルコンピュータ138へと出力している。そして、パーソナルコンピュータ138において前記デジタル信号に基づいた演算及び補正等を行うことにより、図13に示されるような回転駆動源57の駆動トルク荷重、回転速度等に基づいた荷重−時間線図を、パーソナルコンピュータ138の画面上等に出力することができる。
すなわち、パーソナルコンピュータ138に予め設定された予備荷重及び衝撃荷重の大きさ、予備荷重及び衝撃荷重を付与している時間等を入力しておき、コネクティングロッド30を破断分割した際、回転駆動源57にかかる駆動トルク荷重、回転速度等に基づいた出力信号をパーソナルコンピュータ138において演算及び補正等を行った出力結果と比較することにより、コネクティングロッド30の破断分割が正常に行われたか否かを簡便に確認することができる。そのため、コネクティングロッド30を破断分割する際の品質及び生産管理をパーソナルコンピュータ138を用いて効率的に行うことができる。
また、一方側の分割部44と他方の分割部44とがそれぞれ破断分割される際に生じる左右の破断時間差Δtの大きさを比較することによっても、品質及び生産管理を行うことができる。すなわち、左右の破断時間差Δtが大きい場合、コネクティングロッド30の品質が低下することが懸念されるが、パーソナルコンピュータ138によって検出された破断時間差Δtと、最適な破断時間差Δtとの偏差が零となるように、回転駆動源57に対して電気信号を供給するフィードバック制御を行うことにより、最適な破断時間差Δtを得ることができるため、コネクティングロッド30の品質を安定及び向上させることができる。
なお、第1の実施の形態では、予備荷重付与機構56として油圧シリンダ82を用いた場合を例示しているが、例えば、おもり57より軽量なおもりやスプリング等の弾性部材等を用いてもよい。
以上のように、第1の実施の形態では、分割加工装置50によってコネクティングロッド30の破断分割加工を行う際、常に回転駆動源57の駆動トルク荷重及び回転速度等をA/D変換器136を介してパーソナルコンピュータ138に取り込んで演算、補正している。このようにすることにより、荷重機構58の回転部材104を介して楔部材78に付与される予備荷重及び衝撃荷重の荷重値の増減と経過時間との関係を荷重−時間線図(図13参照)として、常時、パーソナルコンピュータ138上に表示又は出力することができる。
その結果、コネクティングロッド30が破断分割される際に付与される荷重を、常にパーソナルコンピュータ138の画面等を介して容易に確認することができ、コネクティングロッド30の大端部38を破断分割した際の品質管理を簡便に行うことが可能となる。
また、このようにコネクティングロッド30に付与された荷重値と荷重が付与された時間との関係からなる出力結果を、データとして保存して蓄積しておくことにより、現在製造されているコネクティングロッド30と過去に製造されたコネクティングロッド30との破断分割時における荷重値、荷重を付与する時間等を比較することができる。そのため、複数製造されるコネクティングロッド30の単体毎の品質管理も同時に行うことができる。
さらに、一般的に、コネクティングロッド30の破断分割加工を行う際には、各種類毎に区分した複数のコネクティングロッド30を単一の製造ロットとし、前記製造ロットを一区分として製造を行っている。その際、単一の製造ロット内で加工を行う複数のコネクティングロッド30においてそれぞれの荷重値、時間等を制御することにより、前記製造ロット内でのコネクティングロッド30の品質を安定化させることができ、容易に生産管理を行うことが可能となる。
なお、各製造ロット間の比較を行うこともできるため、前記検出された結果と予め設定された最適の荷重値等を比較し回転駆動源57に対して最適の荷重値等が得られる電流を供給して制御することにより、一層コネクティングロッド30の品質の安定化を図ることができると共に、生産管理の効率を向上させることができる。
さらにまた、コネクティングロッド30の大端部38を破断分割する際に、回転駆動源57の回転駆動作用下に荷重機構58の回転部材104を回転させてシャフト81を変位させることにより、衝撃荷重を付与している。このような荷重機構58を採用することにより、衝撃荷重を付与する際に発生する騒音を低減することができるため、コネクティングロッド30の製造環境をより良好にすることができる。
またさらに、回転部材104の外周面に形成されるガイド部120の形状、すなわち、平坦部122、第1段部124、第2段部128の形状を任意の形状に変更すると共に、前記ガイド部120の形状に応じて油圧シリンダ82を変位させるように制御することにより、大端部38を破断分割する際における楔部材78に付与する予備荷重及び衝撃荷重の大きさ、前記楔部材78に予備荷重及び衝撃荷重を付与する時間等を自在に調整することができる。
次に、第2の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置150を図15に示す。なお、上述した第1の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置50と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この第2の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置150では、回転駆動源152を上端側プレート85aに挿通されるシャフト154の軸線と略直交するように設け、前記回転駆動源152の駆動軸106と外周面にねじが刻設されたボールねじ156をカップリング部材158を介して一体的に連結している。そして、前記ボールねじ156に矩形状のナット部材160を螺合させ、前記ナット部材160の上部及び下部にリンク機構162を設けている。
このナット部材160の上部側には、リンクピン164が軸支された第1リンク支持部166が設けられ、前記第1リンク支持部166には、リンクピン164を介して第1アーム168の一端部が回動自在に支持されている。また、第1アーム168の他端部は、リンクピン164が軸支された第2リンク支持部170に支持され、前記第2リンク支持部170が断面略L字状の連結アーム172の下端部に設けられている。この連結アーム172は、図示しないガイド手段によって軸線方向に沿って変位自在に支持され、その上部は略水平に形成されてシャフト154が挿通される挿入孔174が形成されている。前記挿入孔176にはシャフト154が軸線方向に沿って変位自在に挿通されている。そして、シャフト154の下端部には、半径外方向に拡径したフランジ部176が形成されている。
一方、ナット部材160の下部側には、リンクピン164が軸支された第3リンク支持部178が設けられ、前記第3リンク支持部178には、リンクピン164を介して第2アーム180の一端部が回動自在に支持されている。第2アーム180の他端部は、リンクピン164が軸支された第4リンク支持部182に回動自在に支持され、前記第4リンク支持部182が本体部94の内部に連結されている。
このように構成することにより、回転駆動源152の回転駆動作用下にボールねじ156が一体的に回転し、前記ボールねじ156の回転作用下にナット部材160が回転駆動源152から離間する方向に変位する。そして、第1アーム168を介して連結アーム172が下方へと変位して、前記連結アーム172の変位作用下にシャフト154のフランジ部176が下方へと押圧されるため、前記シャフト154の下方への押圧作用下に前記シャフト154に連結された楔部材78(図2及び図3参照)に衝撃荷重が付与される。
すなわち、第2の実施の形態では、回転駆動源152の回転駆動力をリンク機構162を介して連結アーム172へと伝達すると共に、前記ボールねじ156におけるねじピッチをナット部材160の変位速度が増大するように形成することにより、前記連結アーム172の軸線方向に沿った変位速度を増大させることができる。そのため、連結アーム172からシャフト154のフランジ部176に付与される押圧力を増大させることができ、より一層大きな衝撃荷重を楔部材78へと付与することができる。
次に、第3の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置200を図16に示す。なお、上述した第1の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置50と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この第3の実施の形態に係るコネクティングロッド30の分割加工装置200では、回転駆動源202を上端側プレート85aに挿通されるシャフト214の軸線と略直交するように設け、前記回転駆動源202の駆動軸106に連結されたピニオンギア110と噛合する歯部を有する長尺状のラック部材(噛合部材)204を本体部94の内部に設けている。このラック部材204は、シャフト214と略平行に設けられると共に、本体部94の内側面に形成されるガイド部206を介して軸線方向に沿って変位自在に係合されている。
また、ラック部材204の上端部には、該ラック部材204の軸線と略直交するように押圧部材208が連結され、前記押圧部材208に形成される挿入孔210には、上端側プレート85aに挿通されたシャフト214が挿通されている。このシャフト214の下端部には、半径外方向に拡径したフランジ部212が形成されている。
このように構成することにより、回転駆動源202の回転駆動作用下にピニオンギア110が一体的に回転し、前記ピニオンギア110が噛合したラック部材204が軸線方向に沿って下方へと変位する。そして、前記ラック部材204の変位作用下に押圧部材208が一体的に下方へと変位し、前記押圧部材208がシャフト214のフランジ部212を下方へと押圧する。そのため、シャフト214の下方への押圧作用下に前記シャフト214に連結された楔部材78に対し、衝撃荷重が付与される。
すなわち、第3の実施の形態では、ラック部材204と噛合するピニオンギア110の外周径を増減させることにより、簡便にラック部材204の変位速度を変更することができるため、それに伴って楔部材78(図2及び図3参照)に付与される衝撃荷重の大きさを簡便に調整することができる。
図1Aは、本発明が適用されるコネクティングロッドの斜視図であり、 図1Bは、前記コネクティングロッドがキャップ部とロッド部に破断分割された状態を示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係る分割加工装置の一部断面正面図である。 図2の分割加工装置における一部断面側面図である。 図2の分割加工装置における拡大上面図である。 図2の分割加工装置におけるワーク保持機構の斜視図である。 図6Aは、前記分割加工装置における破断分割機構の拡大平面図であり、 図6Bは、前記破断分割機構の拡大断面図である。 第1及び第2ローラがガイド部に係合された状態を示す回転部材の斜視図である。 分割加工装置における予備荷重付与機構により予備荷重が付与された状態を示す一部省略拡大断面図である。 分割加工装置における荷重機構を介して衝撃荷重が付与された状態を示す一部省略拡大断面図である。 回転部材におけるガイド部の周方向に沿った形状の相違を説明するための模式図である。 回転部材におけるガイド部の断面形状を線図として示す模式図である。 回転部材が回転した際におけるシャフトのストローク量、回転部材の回転角度及び回転速度を示す特性曲線図である。 コネクティングロッドに付与される荷重と時間との関係を示す特性曲線図である。 分割加工装置においてコネクティングロッドに付与される荷重を検出し、コネクティングロッドの品質管理等を行う工程を示すブロック図である。 本発明の第2の実施の形態に係る分割加工装置の一部省略模式図である。 本発明の第3の実施の形態に係る分割加工装置の一部省略模式図である。 従来技術に係るコンロッドの破断方法を説明する断面図である。
符号の説明
30…コネクティングロッド 32…キャップ部
34…ロッド部 36…結合孔
38…大端部 40…小端部
44…分割部 50、150、200…分割加工装置
52…ワーク保持機構 54…破断分離機構
56…予備荷重付与機構 57、152、202…回転駆動源
58…荷重機構 68a、68b、68c、82…油圧シリンダ
78…楔部材 80…ピストンロッド
84…ピストン 90…連結シャフト
92…筐体 94…本体部
96a…第1ローラ 96b…第2ローラ
104…回転部材 120、206…ガイド部
124…第1段部 128…第2段部
134…制御盤

Claims (9)

  1. 大端部と小端部とを有するコネクティングロッドを一体成形した後、前記大端部の結合孔を一対の拡張具にセットし、前記拡張具に楔部材を圧入することによって前記拡張具を拡張させることで、前記大端部をキャップ部とロッド部に破断分割するようにしたコネクティングロッドの分割加工方法であって、
    前記楔部材の圧入方向に予備荷重を付与することによって前記大端部の前記結合孔の内面に前記拡張具を略圧着させる工程と、
    回転駆動源の駆動作用下に回転部材を回転させることによって前記楔部材に連結される荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与し、前記大端部を破断分割する工程と、
    を有することを特徴とするコネクティングロッドの分割加工方法。
  2. 請求項1記載の分割加工方法において、
    前記回転駆動源には、該回転駆動源の回転出力を検出して演算する演算装置が接続され、前記演算装置によって前記回転出力に基づいて演算された演算結果を前記演算装置に表示することを特徴とするコネクティングロッドの分割加工方法。
  3. 大端部と小端部とを有するコネクティングロッドを一体成形した後、前記大端部の結合孔を一対の拡張具にセットし、前記拡張具に楔部材を圧入することによって前記拡張具を拡張させることで、前記大端部をキャップ部とロッド部に破断分割するようにしたコネクティングロッドの分割加工装置であって、
    前記大端部の前記結合孔の内面に前記拡張具を略圧着させるために、前記楔部材の圧入方向に予備荷重を付与する予備荷重付与機構と、
    前記大端部を破断分割するために、回転駆動源の駆動作用下に回転部材を回転させることによって前記楔部材に連結される荷重伝達具を介して該楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与する荷重機構と、
    を備えることを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
  4. 請求項3記載の分割加工装置において、
    前記回転部材の外周面には、半径外方向に沿って突出した環状のガイド部が形成され、前記ガイド部が前記楔部材の圧入方向に沿って連続的に変化して形成されることを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
  5. 請求項4記載の分割加工装置において、
    前記ガイド部は、略水平に形成される平坦部と、
    前記平坦部に連続して形成されると共に、前記平坦部に対して前記楔部材から離間する方向に離間して略平行に形成され、予備荷重を付与する際に前記荷重伝達具と係合する第1段部と、
    前記第1段部に連続して形成されると共に、前記第1段部に対して楔部材から離間する方向に所定長だけ屈曲して形成され、衝撃荷重を付与する際に前記荷重伝達具を係合する第2段部と、
    を備え、
    前記平坦部、第1段部及び第2段部が、前記回転部材の回転方向に沿って順次形成されることを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
  6. 請求項4記載の分割加工装置において、
    前記荷重伝達具は、前記回転部材のガイド部に係合されるローラを介して、前記回転部材の回転作用下に軸線方向に沿って変位し、前記衝撃荷重が付与されるシャフトからなり、
    前記シャフトは、前記楔部材に前記予備荷重を付与するシリンダのピストンロッドと一体的に形成されることを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
  7. 請求項3記載の分割加工装置において、
    前記予備荷重付与機構は、前記予備荷重を付与するシリンダを備え、
    前記シリンダは、前記楔部材に前記予備荷重を伝達するピストンロッドと、前記ピストンロッドに対して前記楔部材の前記圧入方向と一体的に変位すると共に、前記楔部材の前記圧入方向とは反対方向に離間可能なピストンとを有することを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
  8. 請求項3記載の分割加工装置において、
    前記回転駆動源には、外周面にねじが刻設されたボールねじ軸が一体的に回転するように連結され、前記ボールねじに螺合され、該ボールねじの回転作用下に軸線方向に沿って変位するナット部材によってリンク機構を介して接続された連結アームが軸線方向に沿って変位し、前記楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与することを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
  9. 請求項3記載の分割加工装置において、
    前記回転駆動源には、複数の歯部を有するギアが設けられ、前記ギアと噛合して前記ギアの回転作用下に軸線方向に沿って変位する噛合部材によって前記楔部材の圧入方向に衝撃荷重を付与することを特徴とするコネクティングロッドの分割加工装置。
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