JP2011099473A - コネクティングロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大端部を所定の分割面で確実に破断分割可能であり、破断分割後の仕上げ加工における工具寿命およびコネクティングロッドの機械的強度を低下させることのないコネクティングロッドの製造方法を提案する。
【解決手段】コネクティングロッドの製造方法は、第一貫通孔を有する大端部と、前記第一貫通孔に比べて小径な第二貫通孔を有する小端部と、前記大端部と前記小端部とを互いに連結する軸部と、を一体に備えた予備成形体を成形する工程Ｓ１と、前記大端部の分割予定部位にレーザ加工で切り欠きを形成する工程Ｓ３と、前記分割予定部位に破断荷重を加え前記大端部を分割する工程Ｓ４と、分割された前記大端部を締結部材で連結する工程Ｓ５と、前記第一貫通孔を真円に粗仕上げ加工し前記レーザ加工時の熱影響硬化部を除去する工程Ｓ６と、前記第一貫通孔を真円に最終仕上げ加工する工程Ｓ７と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、破断分割したロッド本体とキャップ部とを連結して構成されるコネクティングロッドの製造方法に関する。

コネクティングロッドは、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結し、ピストンの往復運動をクランクシャフトに伝達する機能を有する。

また、コネクティングロッドは、一方の自由端部に第一貫通孔を有し、他方の自由端部に第一貫通孔に比べて小径な第二貫通孔を有する。一般的に、第一貫通孔を有する一方の自由端部は大端部と呼ばれ、第二貫通孔を有する他方の自由端部は小端部と呼ばれる。そして、コネクティングロッドは、大端部と、小端部と、大端部と小端部と互いに連結する軸部と、を備える。

コネクティングロッドの大端部は、第一貫通孔の略中心を通り軸部の長手軸に略直交する平面（以下、「分割面」という。）において分割できる。これにより、コネクティングロッドは、小端部と軸部と大端部の軸部側の半部とが一体に形成されたロッド本体と、大端部の残部であるキャップ部と、に分割できる。分割されたそれぞれの部分は、ボルト等の締結部材によって一体的に結合される。

このように構成されたコネクティングロッドは、第一貫通孔に挿入されたクランクピンによってクランクシャフトに連結され、第二貫通孔に挿入されたピストンピンによってピストンに連結される。なお、クランクピンは、ロッド本体およびキャップ部によって挟み込むようにして第一貫通孔に挿入される。

破断分割型のコネクティングロッドの製造方法は、例えば、大端部と小端部と軸部とを一体に備えた予備成形体を成形する工程と、予備成形体の大端部に切り欠きを成形する工程と、切り欠きを起点にして予備成形体を破断して予備成形体をロッド本体とキャップ部とに分割する工程と、ロッド本体とキャップ部とを締結部材で連結する工程と、を有する。

ところで、予備成形体をロッド本体とキャップ部とに分割する工程において、大端部は、必ずしも切り欠きを起点として破断されるとは限らず、切り欠き以外の部位を起点として破断が起こることがある。切り欠き以外の部位を起点として破断した予備成形体は、切り欠きが残留してしまうので、内燃機関に取り付けて使用した際に切り欠きから破断することが懸念される。したがって、このような予備成形体は、コネクティングロッドとして使用できず、製造歩留まりを低下させる。

そこで、切り欠きの底部近傍にマルテンサイト組織を形成することによって、切り欠きを起点とする脆性破壊を起こし易くしたコネクティングロッドの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３０８１８９号公報

破断分割型のコネクティングロッドの製造方法は、予備成形体をロッド本体とキャップ部とに分割する工程の後、第一貫通孔の内径の真円度を保証するため仕上げ加工を行う。

仕上げ加工における切削工具は、切り欠きの底部近傍に形成されたマルテンサイト組織を切削することになる。この部分は、マルテンサイト組織に変態していない他の部分（オーステナイト組織の部分）に比べて非常に硬く、工具の寿命を著しく消耗させる。

また、破断分割のために形成したマルテンサイト組織がコネクティングロッドの完成品に残留すると、コネクティングロッドの機械的強度が低下する虞がある。さらに、残留したマルテンサイト組織が締結部材のボルト穴に接近している場合にも、コネクティングロッドの機械的強度が低下する虞がある。

そこで、本発明は、大端部を所定の分割面で確実に破断分割可能であり、破断分割後の仕上げ加工における工具寿命およびコネクティングロッドの機械的強度を低下させることのないコネクティングロッドの製造方法を提案する。

前記の課題を解決するため本発明に係るコネクティングロッドの製造方法は、第一貫通孔を有する大端部と、前記第一貫通孔に比べて小径な第二貫通孔を有する小端部と、前記大端部と前記小端部とを互いに連結する軸部と、を一体に備えた予備成形体を成形する工程と、前記大端部の分割予定部位にレーザ加工で切り欠きを形成する工程と、前記分割予定部位に破断荷重を加え前記大端部を分割する工程と、分割された前記大端部を締結部材で連結する工程と、前記第一貫通孔を真円に粗仕上げ加工し前記レーザ加工時の熱影響硬化部を除去する工程と、前記第一貫通孔を真円に最終仕上げ加工する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、大端部を所定の分割面で確実に破断分割可能であり、破断分割後の仕上げ加工における工具寿命およびコネクティングロッドの機械的強度を低下させることのないコネクティングロッドの製造方法を提供できる。

本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法によって製造されたコネクティングロッドの一例を概略的に示した正面図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法を示したフローチャート。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の粗材成形工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法のボルト穴加工工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の大端部ノッチ加工工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の破断分割工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の締結工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の大端部真円粗仕上げ加工工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の大端部真円最終仕上げ加工工程を概略的に示した図。 本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法における大端部の加工の過程を概略的に示した図。

以下、本発明に係るコネクティングロッドの製造方法の実施の形態について、図１から図１０を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法によって製造されたコネクティングロッドの一例を概略的に示した正面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法によって製造されたコネクティングロッド１は、第一貫通孔２を有する大端部３と、第一貫通孔２に比べて小径な第二貫通孔４を有する小端部５と、大端部３と小端部５とを互いに連結する軸部６と、を備える。

大端部３は、第一貫通孔２の略中心を通り軸部６の長手軸に略直交する分割面Ｓにおいて分割される。また、大端部３は、軸部６に一体な第一半部３ａと、第一半部３ａとともに第一貫通孔２を形成する第二半部３ｂと、第一半部３ａと第二半部３ｂとを結合させる締結部材９と、を備える。これにより、コネクティングロッド１は、小端部５と軸部６と大端部３の第一半部３ａとが一体に形成されたロッド本体１１と、大端部３の第二半部３ｂであるキャップ部１２とに分割できる。

締結部材９は、例えばボルトであり、第二半部３ｂに形成された貫通孔１４を通り、第一半部３ａに形成されたボルト穴１５に締結される。

図２は、本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法を示したフローチャートである。

図３から図９は、本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法の過程を概略的に示した図である。なお、図３は、コネクティングロッドの製造方法における粗材成形工程Ｓ１を概略的に示した図であり、図４は、コネクティングロッドの製造方法におけるボルト穴加工工程Ｓ２を概略的に示した図であり、図５は、コネクティングロッドの製造方法における大端部ノッチ加工工程Ｓ３を概略的に示した図であり、図６は、コネクティングロッドの製造方法における破断分割工程Ｓ４を概略的に示した図であり、図７は、コネクティングロッドの製造方法における締結工程Ｓ５を概略的に示した図であり、図８は、コネクティングロッドの製造方法における大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６を概略的に示した図であり、図９は、コネクティングロッドの製造方法における大端部真円最終仕上げ加工工程Ｓ７を概略的に示した図である。

図２から図９に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、第一予備孔２２を有する予備大端部２３と、第一予備孔２２に比べて小径な第二貫通孔４を有する小端部５と、予備大端部２３と小端部５とを互いに連結する軸部６と、を一体に備えた予備成形体２１を成形する粗材成形工程Ｓ１（図３）と、予備大端部２３に予備ボルト穴２７を形成するボルト穴加工工程Ｓ２（図４）と、予備大端部２３の分割予定部位２８にレーザ加工でノッチ２９（切り欠き）を形成する大端部ノッチ加工工程Ｓ３（図５）と、分割予定部位２８に破断荷重を加え予備大端部２３を分割する破断分割工程Ｓ４（図６）と、分割された予備大端部２３を締結部材９で連結する締結工程Ｓ５（図７）と、第一予備孔２２を真円に粗仕上げ加工しレーザ加工時の熱影響硬化部３１を除去する大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６（図８）（大端部真円粗仕上げ加工工程に変更）と、粗仕上げ加工後の第一予備孔２２を真円に加工し第一貫通孔２に最終仕上げ加工する大端部真円最終仕上げ加工工程Ｓ７（図９）（大端部真円最終仕上げ加工工程に変更）と、を有する。

図３に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、粗材成形工程Ｓ１において、合金鋼や炭素鋼を素材とし、熱間鍛造によって予備成形体２１を成形する。

予備成形体２１は、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法によってコネクティングロッド１として完成される。具体的には、予備成形体２１の予備大端部２３は、コネクティングロッド１の大端部３に加工される。なお、予備成形体２１の小端部５および第二貫通孔４は、粗材成形工程Ｓ１における熱間鍛造の後に仕上げ加工（図示省略）が済まされている。

次に図４に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、ボルト穴加工工程Ｓ２において、予備大端部２３に予備ボルト穴２７を形成する。

予備ボルト穴２７は、予備大端部２３が分割された後、コネクティングロッド１のボルト穴１５および貫通孔１４を構成する。

次に図５に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、大端部ノッチ加工工程Ｓ３において、予備大端部２３の分割予定部位２８にレーザ加工でノッチ２９（切り欠き）を形成する。

分割予定部位２８は、第一予備孔２２の略中心を通り軸部６の長手軸に略直交する分割面Ｓである。

ノッチ２９は、分割面Ｓと第一予備孔２２の内周面２２ａとが交差する部位に形成される。また、ノッチ２９は、レーザ加工によって形成され、ノッチ２９近傍は、加工後の冷却の過程でマルテンサイト変態を生じ、予備大端部２３の他の部分よりも硬い熱影響硬化部３１を形成する。

一般に、硬度と靱性はトレードオフの関係にあり、いずれか一方が向上すると他方は低下する。したがって、熱影響硬化部３１は、予備大端部２３の他の部分に比べて靱性が低い。このため、熱影響硬化部３１は、予備大端部２３の他の部分に比べて脆性破壊が比較的生じ易い。

すなわち、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、ノッチ２９近傍に脆性破壊を生じ易い熱影響硬化部３１を形成している。

次に図６に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、破断分割工程Ｓ４において、分割予定部位２８に破断荷重を加え予備大端部２３を分割する。なお、破断荷重は、軸部６の長手軸方向に加えられる。

また、破断分割工程Ｓ４において予備大端部２３を分割するとき、分割予定部位２８を除く第一予備孔２２の内周面２２ａは、粗材成形工程Ｓ１において成形された予備成形体２１の未加工状態な素地を有する。

予備大端部２３は、破断荷重が加えられると、ノッチ２９の先端を起点に脆性破壊を起こし、ノッチ２９に連続するクラックを発生させる。このクラックが順次伝播していくことにより、予備大端部２３は、最終的に第一半部２３ａと第二半部２３ｂとに分割される。

このように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の製造方法は、予備大端部２３を分割予定部位２８から確実に分割することが可能であり、コネクティングロッド１の製造歩留まりを向上できる。

なお、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法は、破断分割工程Ｓ４より前に予備成形体２１を焼き戻すことなく予備大端部２３を破断分割する。焼き戻しが行われた場合、熱影響硬化部３１の靱性が向上してしまい、ノッチ２９を起点とする脆性破壊が生じ難くなるからである。

図１０は、本発明の実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法における大端部の加工の過程を概略的に示した図である。

図８から図１０に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法は、大端部ノッチ加工工程Ｓ３において第一予備孔２２の内周面２２ａにノッチ２９を形成し、大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６においてノッチ２９の周囲に形成された熱影響硬化部３１を全て除去可能な範囲まで第一予備孔２２を拡大させて粗仕上げ加工孔３３とし、大端部真円最終仕上げ加工工程Ｓ７において粗仕上げ加工孔３３をさらに拡大して第一貫通孔２を形成する。

例えば、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法は、第一予備孔２２を内径約５５ｍｍに形成し、第一予備孔２２の内周に径外方向の深さ約１ｍｍのノッチ２９を形成し、分割破断後の粗仕上げ加工において内径約５９．９６ｍｍの粗仕上げ加工孔３３を形成し、粗仕上げ加工孔３３に最終仕上げを行い内径約６０ｍｍの第一貫通孔２を形成する。

粗仕上げ加工における加工代は半径にして約２．４８ｍｍであり、ノッチ２９の深さが約１ｍｍであることから、ノッチ２９の周囲に形成された熱影響硬化部３１は、大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６において確実に除去される。

すなわち、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法は、ノッチ２９の周囲に形成された熱影響硬化部３１を大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６における加工代の範囲に包絡し、大端部真円最終仕上げ加工工程Ｓ７における加工代に及ぼさない。これによってコネクティングロッドの製造方法は、大端部真円最終仕上げ加工工程Ｓ７において熱影響を受けていない部分のみ加工し大端部３を完成させることができる。したがって、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法は、大端部真円最終仕上げ加工工程Ｓ７における切削工具の寿命を低下させることがない。

また、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法によれば、大端部３の破断分割のために形成した熱影響硬化部３１を大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６において全て除去できるので、熱影響硬化部３１の残留にともなうコネクティングロッド１の機械的強度の低下を生じない。

さらに、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法によれば、大端部３の破断分割のために形成した熱影響硬化部３１を大端部真円粗仕上げ加工工程Ｓ６において全て除去できるので、ボルト穴１５周囲の機械的強度の低下も生じない。

さらにまた、本実施形態に係るコネクティングロッドの製造方法によれば、大端部３の破断分割以前に第一予備孔２２を加工する必要が無いので、作業時間および使用工具の観点から非常に効率よく第一貫通孔２の仕上げ加工を行うことができる。

したがって、本発明に係るコネクティングロッド１の製造方法によれば、大端部３を所定の分割面Ｓで確実に破断分割可能であり、破断分割後の仕上げ加工における工具寿命およびコネクティングロッド１の機械的強度を低下させることがない。

１ コネクティングロッド
２ 第一貫通孔
３ 大端部
３ａ 第一半部
３ｂ 第二半部
４ 第二貫通孔
５ 小端部
６ 軸部
９ 締結部材
１１ ロッド本体
１２ キャップ部
１４ 貫通孔
１５ ボルト穴
２２ 第一予備孔
２２ａ 内周面
２３ 予備大端部
２３ａ 第一半部
２３ｂ 第二半部
２１ 予備成形体
２７ 予備ボルト穴
２８ 分割予定部位
２９ ノッチ
３１ 熱影響硬化部
３３ 粗仕上げ加工孔

Claims (3)

1. 第一貫通孔を有する大端部と、前記第一貫通孔に比べて小径な第二貫通孔を有する小端部と、前記大端部と前記小端部とを互いに連結する軸部と、を一体に備えた予備成形体を成形する工程と、
   前記大端部の分割予定部位にレーザ加工で切り欠きを形成する工程と、
   前記分割予定部位に破断荷重を加え前記大端部を分割する工程と、
   分割された前記大端部を締結部材で連結する工程と、
   前記第一貫通孔を真円に粗仕上げ加工し前記レーザ加工時の熱影響硬化部を除去する工程と、
   前記第一貫通孔を真円に最終仕上げ加工する工程と、を有することを特徴とするコネクティングロッドの製造方法。
2. 前記第一貫通孔を真円に粗仕上げ加工するとき、前記レーザ加工時の熱影響硬化部を全て除去することを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッドの製造方法。
3. 前記大端部を分割するとき、前記分割予定部位を除く前記第一貫通孔の内周面は、未加工状態の素地を有することを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッドの製造方法。

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