WO2005103513A1

WO2005103513A1 - コネクティングロッド及びその製造方法

Info

Publication number: WO2005103513A1
Application number: PCT/JP2005/007782
Authority: WO
Inventors: Kazuo Minemura; Yasuo Momose
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2005-11-03
Also published as: CN100425848C; JP2005308189A; CN1946943A; US20070209629A1

Abstract

　コンロッド（１０）の予備成形体（ＰＲ）における破断予定部位であるノッチ（Ｎ）の底部近傍に、レーザ光やプラズマを照射する。照射後に空気中で放冷すれば、オーステナイト組織がマルテンサイト組織に変態する。この結果、ノッチ（Ｎ）の底部近傍にマルテンサイト部位（２０）が設けられる。

Description

コネクテイングロッド及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、大端部が破断されることによって設けられたキャップ部と本体部とを連結して設けられるコネクテイングロッド及びその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 図 6に示すように、コネクテイングロッド (以下、コンロッドともいう） 1の先端部には第 1 貫通孔 2が設けられ、その一方で、他端部には第 1貫通孔 2に比して小径な第 2貫通孔 3が設けられる。一般的に、第 1貫通孔 2が設けられた側の先端部は大端部 4と指称され、第 2貫通孔 3が設けられた側の他端部は小端部 5と指称される。そして、これら大端部 4と小端部 5が長尺な軸部 6を介して連結されている。

[0003] コンロッド 1の大端部 4は、ノッチ N、 Nを境界として、第 1貫通孔 2の略中央付近で該コンロッド 1の長手方向（図 7における X方向）に対して直交する方向（Y方向）に破断されており、これによりコンロッド 1がキャップ部 7と本体部 8とに分割されている（図 6参照)。なお、キャップ部 7と本体部 8とは、ボルト孔 9に挿入された図示しないボルトによって互いに連結される。

[0004] このように構成されたコンロッド 1の第 1貫通孔 2には、軸受を介してクランクシャフトのジャーナルが軸支される。また、第 2貫通孔 3には、前記軸受とは別の軸受を介して内燃機関を構成するピストンピンが挿入され、該ピストンピンはピストンに通される。すなわち、コンロッド 1は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結し、該クランクシャフトの回転駆動力をピストンへと伝達する機能を営む部材である。

[0005] この種のコンロッド 1は、例えば、図 7に示すように、キャップ部 7と本体部 8とが同一部材として一体的に設けられた予備成形体 PRを鍛造成形した後、該予備成形体 PR に設けられたノッチ N、 Nを起点としてキャップ部 7と本体部 8とに破断し、さらに、ボルト孔 9に通したボルトを介してこれらキャップ部 7と本体部 8とを連結することによって製造される (特許文献 1〜3参照)。

[0006] ところで、このようにして予備成形体 PRをキャップ部 7と本体部 8とに分割する際、必ずしもノッチ Nを起点として大端部 4が破断されるとは限らない。すなわち、ノッチ N 以外の部位から破断が起こることがある。このような事態が生じると、コンロッド 1にノッチ Nが残留するので、該コンロッド 1を内燃機関に取り付けて使用した際にノッチ Nから破断することが懸念される。

[0007] 従って、ノッチ N以外の部位から破断が生じた予備成形体 PRは、コンロッド 1として使用されな、が、このためにコンロッド 1の製造歩留まりが低下すると、う不具合がある。

[0008] そこで、特許文献 4には、ノッチ近傍に水素を拡散させて水素脆ィ匕を生じさせることにより、該ノッチ近傍が脆性破壊を起こし易、ようにすることが提案されて、る。

[0009] また、特許文献 5には、外方に突出する突起部を分割予定部位に設け、この突起部を圧潰することによって前記分割予定部位を他の部位に比して高硬度にした後、該分割予定部位から破断を行うことが提案されている。

特許文献 1 :特開昭 61— 21414号公報

特許文献 2 :特公平 3— 18053号公報

特許文献 3：特開昭 64 - 64729号公報

特許文献 4：特開平 11― 108039号公報

特許文献 5：特開平 6— 99318号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、特許文献 4に記載された技術では、ノッチのみならず他の部位に水素が進入することを回避することが困難である。このため、コンロッドにおける破断部位以外の部位が脆ィ匕し、該コンロッドの機械強度が低下することが懸念される。

[0011] また、特許文献 5に記載された技術では、突起部を設ける工程と、該突起部を圧潰する工程とを行う必要があり、煩雑であるとともに、コンロッドの生産効率を低下させてしまう。

[0012] さらに、予備成形体の肉厚は概して大きぐこのためにノッチを設けたとしても、大端部を分割するために大きな破断荷重が必要となる。従って、破断装置自体も大型となるため、高額な設備投資が必要となる。 [0013] この不具合を解消するために、ノッチの深さを大きくすることが想起される。しかしながら、この場合、本体部とキャップ部との当接面積が小さくなるので、これら本体部とキャップ部との連結強度が小さくなるという不都合を招く。

[0014] 本発明の一般的な目的は、キャップ部と本体部との当接面積が大きいコネクティングロッドを提供することにある。

[0015] 本発明の主たる目的は、本体部とキャップ部との連結強度が十分に確保されたコネクティングロッドを提供することにある。

[0016] 本発明の別の目的は、上記したコネクテイングロッドを得ることが可能なコネクティングロッドの製造方法を提供することにある。

[0017] 本発明に係る一実施形態によれば、第 1貫通孔が設けられた大端部と、前記第 1貫通孔に比して小径な第 2貫通孔が設けられた小端部と、前記大端部と前記小端部とを互いに連結する長尺な軸部とを有し、

前記大端部が分割されるとともに、分割された前記大端部同士が連結され、前記大端部における分割部位にマルテンサイト組織が形成されているコネクティングロッドが提供される。

[0018] 本発明にお、ては、分割部位にマルテンサイト組織が形成されて、る。大端部は、このマルテンサイト組織に脆性破壊を生じさせることによって容易に破断される。

[0019] このコネクティングロッドは、マルテンサイト組織が形成されていない部位での炭素の割合が 0. 1重量％以上であり、且つマルテンサイト組織の Cスケールのロックゥェル硬度 (HRC)が 30以上であることが好ましい。このような構成とすることにより、確実にマルテンサイト組織力ゝら脆性破壊を起こさせることができるようになる。

[0020] また、本発明に係る別の一実施形態によれば、第 1貫通孔が設けられた大端部と、前記第 1貫通孔に比して小径な第 2貫通孔が設けられた小端部と、前記大端部と前記小端部とを互いに連結する長尺な軸部とを同一部材中に一体的に有する予備成形体を作製する工程と、

前記大端部における分割予定部位をマルテンサイト組織に変態させる工程と、マルテンサイト組織が形成された前記分割予定部位に対して破断荷重を加え、該分割予定部位カゝら前記大端部を破断する工程と、破断された前記大端部同士を連結する工程と、

を有するコネクテイングロッドの製造方法が提供される。

[0021] マルテンサイト組織は概して高硬度であり、このために靱性が低い。従って、容易に脆性破壊を起こす。このため、マルテンサイト組織を起点として大端部を容易に破断することができる。また、マルテンサイト組織以外が脆性破壊を起こすことがないので

、所定の分割予定部位力確実に破断することができる。

[0022] し力も、大端部が容易に破断するため、破断荷重を小さくすることができる。このため、破断装置を小さくすることができ、結局、設備投資を低廉ィ匕することができる。

[0023] さらに、分割予定部位のみをマルテンサイト組織に変態させるので、予備成形体、ひいてはコンロッド全体が脆性を示すことを回避することもできる。

[0024] このように、本発明におヽては、破断予定部位にマルテンサイト組織を形成し、このマルテンサイト組織に脆性破壊を生じさせて大端部を分割させるようにして、る。このため、加える破断荷重を小さくすることができるので破断装置を小型化することができ

、結局、設備投資が低廉化する。

[0025] また、マルテンサイト組織以外が脆性破壊を起こすことがな!ヽので、所定の分割予定部位力確実に破断することができる。

[0026] その上、突起部を設けた後に該突起部を圧潰するという煩雑な作業を行う必要がなぐコンロッドの生産効率が低下することもない。

[0027] さらにまた、分割予定部位にノッチを設ける必要が特にな、ので工程数が減少し、このためにコンロッドの生産効率が向上するとともに、ノッチ形成装置が不要となるのでコスト的に有利である。

[0028] なお、分割予定部位にノッチを予め設けるようにしてもよ!、。この場合、ノッチの底部をマルテンサイト組織に変態させればよい。このようにノッチを設ける場合、ノッチ以外の箇所から破断が生じることはなぐ最終製品であるコンロッドにノッチが残留することもない。すなわち、ノッチが残留していないコンロッドを得ることができ、このためにコンロッドの製造歩留まりが著しく向上する。

[0029] 分割予定部位にのみマルテンサイト変態を起こさせる手法としては、例えば、分割予定部位に対してレーザ光又はプラズマを照射するという極めて簡便な方法が挙げられる。

[0030] また、予備成形体を、炭素の割合が 0. 1重量％以上である鋼材力も作製することが好ましい。この場合、得られたマルテンサイト組織の HRCが 30以上と比較的高硬度を示す。このような高硬度の部位は容易に脆性破壊を起こすので、大端部を破断させることが一層容易となる。

図面の簡単な説明

[0031] [図 1]図 1は、本実施の形態に係るコンロッドの全体概略正面図である。

[図 2]図 2は、図 1のコンロッドに設けられたノッチ近傍を拡大した要部拡大断面図である。

[図 3]図 3A〜図 3Eは、図 1のコンロッドの製造過程を示すフロー図である。

[図 4]図 4は、底部が湾曲したノッチが設けられた部位を拡大した要部拡大断面図である。

[図 5]図 5は、別の実施の形態における破断予定部位を拡大した要部拡大断面図である。

[図 6]図 6は、従来技術に係るコンロッドの全体概略斜視図である。

[図 7]図 7は、破断される前の予備成形体の概略全体斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下、本発明に係るコネクティングロッド及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図 6及び図 7に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

[0033] 図 1は、本実施の形態に係るコンロッド 10の全体概略正面図である。このコンロッド 10は、第 1貫通孔 2が設けられた大端部 4と、該第 1貫通孔 2に比して小径な第 2貫通孔 3が設けられた小端部 5と、これら大端部 4と小端部 5とを連結する軸部 6とを有する。

[0034] この場合、コンロッド 10は、炭素の割合が 0. 1重量％以上である鋼材、例えば、クロムモリブデン鋼力なる。

[0035] そして、第 1貫通孔 2が略中央付近で該コンロッド 10の長手方向（図 1における X方向）に対して直交する方向（Y方向）に破断されており、これによりコンロッド 10がキヤップ部 7と本体部 8とに分割されている。図 1から諒解されるように、このコンロッド 10 においても、大端部 4がノッチ N、 Nを起点として分割されている。

[0036] 勿論、キャップ部 7と本体部 8とは、孔部 9、 9に挿入されるボルト 12、 12を介して互いに連結される。

[0037] ここで、ノッチ Nの近傍を拡大して図 2に示す。この場合、ノッチ Nの深さ Dは概ね 0

. 5〜0. 8mmであり、開口幅 Wiま概ね 0. 15〜0. 20mmである。大端咅4ίま、このノツチ Νの底部略中央から破断されて、る。

[0038] そして、図 2に示すように、ノッチ Νの底部近傍には、マルテンサイト組織が形成された部位 (以下、この部位をマルテンサイト部位と表記し、参照符号を 20とする）が存在する。このマルテンサイト部位 20は、マルテンサイト組織が形成されていない他の部位に比して硬度が高い。

[0039] 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残余の一方は低下する。従って、マルテンサイト部位 20は他の部位に比して靱性が低ぐこのため、該マルテンサイト部位 20には、脆性破壊が比較的生じ易い。

[0040] すなわち、本実施の形態にぉヽては、脆性破壊を生じ易!、マルテンサイト部位 20 力 Sノッチ Νの底部近傍に設けられている。後述するように、このマルテンサイト部位 20 が脆性破壊を起こすことによって、大端部 4が破断される。

[0041] マルテンサイト部位 20の HRCは、 30以上であることが好ましい。 30未満であると、靱性が大きくなるので脆性破壊が生じ難い。 HRCが 40以上であることがより好ましい

。なお、マルテンサイト部位 20以外の HRCは、 25以下程度であればよいが、特にこれに限定されるものではな、。

[0042] このように、本実施の形態に係るコンロッド 10における大端部 4は、ノッチ Νの底部を起点とする破断により、該ノッチ Νを境界として図 1における Υ方向に破断されて!、る。すなわち、破断は、ノッチ Ν、 Ν以外の箇所からは生じていない。

[0043] また、ノッチ Νの深さ Dは lmm未満であり、且つ開口幅 Wは 0. 5mm程度と小さ!/、。

従って、キャップ部 7と本体部 8との当接面積が大きくなり、これらキャップ部 7と本体部 8との連結強度も確保される。

[0044] このコンロッド 10は、以下のようにして作製することができる。 [0045] 図 3Aに示すように、先ず、好ましくは炭素の割合が 0. 1重量％以上であり、且つ H RCが 25未満であるクロムモリブデン鋼力もなるワークに対して鍛造成形を施し、予備成形体 PRを作製する。

[0046] 次に、図 3Bに示すように、この予備成形体 PRの大端部 4に設けられた第 1貫通孔

2の略中央部付近にノッチ N、 Nを設ける。

[0047] 次に、このノッチ N、 Nの底部近傍にマルテンサイト組織を形成する。すなわち、予備成形体 PRにおけるノッチ N、 Nの底部近傍を選択的に加熱した後に急冷し、該ノツチ N、 Nの底部近傍におけるオーステナイト組織をマルテンサイト組織に変態させる。

[0048] ノッチ N、 Nの底部近傍を選択的に加熱する手法としては、特に限定されるものではないが、例えば、図 3Cに示すように、レーザ光を集中的に照射する方法が例示される。なお、レーザ光の照射深さは、予備成形体 PRの肉厚にも依存して設定される 1S 概ね 0. 12mm程度で十分である。また、レーザ光に代替してプラズマを照射するようにしてちょい。

[0049] レーザ光やプラズマを照射することによってノッチ N、 Nの底部近傍を高温にした後、照射を停止して大気中で放冷する。この放冷に伴ってマルテンサイト変態が生じ、その結果、マルテンサイト部位 20が生成する（図 2参照)。予備成形体 PRの材質が、炭素の割合が 0. 1重量％以上の鋼材である場合、マルテンサイト部位 20の HRCは 30以上となる。

[0050] 次に、予備成形体 PRに対し、焼き戻しが行われることなく図 3Dに示す破断加工が施される。焼き戻しが行われた場合、マルテンサイト部位 20の靱性が向上し、脆性破壊が生じ難くなるからである。

[0051] 破断加工を行う際に荷重が加えられると、マルテンサイト部位 20が脆性破壊を起こす。すなわち、マルテンサイト部位 20に、ノッチ Nを起点とするクラックが発生する。このクラックが順次伝播していくことにより、最終的に、大端部 4が分割されてキヤップ部 7と本体部 8とが設けられる（図 2参照)。

[0052] このように、マルテンサイト部位 20が脆性破壊を起こすので、クラックを発生 ·伝播させるために加える破断荷重を従来技術に比して小さくすることができる。すなわち、破断装置を小型化することができ、結局、設備投資を低廉ィ匕することができる。

[0053] 最後に、図 3Eに示すように、キャップ部 7と本体部 8とをボルト 12、 12によって連結すれば、コンロッド 10が得られるに至る。

[0054] このように、本実施の形態によれば、破断箇所の起点となるノッチ N、 Nの底部近傍にマルテンサイト部位 20を設けるという簡便な作業を行うことにより、脆性破壊が該底部近傍でのみ起こるようにすることができる。すなわち、他の部位に脆性破壊を招くような組織を生成させることがないので、ノッチ Nが確実に起点となり、大端部 4を容易に破断することができる。従って、大端部 4がノッチ N、 N以外の箇所力も破断されること力なく、製造後のコンロッド 10にノッチ N、 Nが残留することもないので、コンロッド 10の製造歩留まりが低下することがない。

[0055] し力も、上記したように、ノッチ Nの深さ Dは lmm未満であり、且つ開口幅 Wは 0. 5 mm程度であればよい。従って、破断された後のキャップ部 7と本体部 8との当接面積力 S小さくなることを回避することができるので、キャップ部 7と本体部 8との連結強度が /J、さくなることもない。

[0056] なお、上記した実施の形態においては、コンロッド 10の材質としてクロムモリブデン鋼を例示した力特にこれに限定されるものではなぐニッケルクロムモリブデン鋼であってもよい。

[0057] また、ノッチ Nの底部は必ずしも鋭角である必要はなぐ図 4に示すように、湾曲していてもよい。

[0058] さらに、ノッチ Nを設ける必要は特にない。すなわち、図 5に示すように、分割予定部位に対し、上記と同様にレーザ光やプラズマを照射してマルテンサイト部位 20を設け、その後、このマルテンサイト部位 20に脆性破壊を生じさせてクラックを発生'伝播させるようにしてちょい。

[0059] この場合、レーザ光やプラズマが照射された箇所には、これらレーザ光やプラズマによって若干エッチングされることにより、深さ 100〜200 m程度の陥没部 22が形成される。予備成形体 PRをキャップ部 7と本体部 8とに破断分割する際、この陥没部 22が破断起点となってクラックが伝播し、破断を容易に行うことができる。

[0060] すなわち、この場合、ノッチ形成装置を使用してノッチ Nを設ける必要がな、ので、工程数が減少するとともに設備投資を低減することができる。結局、コンロッド 10の生産効率が向上するとともに、コスト的に有利となる。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1貫通孔 (2)が設けられた大端部 (4)と、前記第 1貫通孔 (2)に比して小径な第 2 貫通孔（3)が設けられた小端部（5)と、前記大端部 (4)と前記小端部（5)とを互いに連結する長尺な軸部（6)とを有し、

前記大端部 (4)が分割されるとともに、分割された前記大端部 (4)同士が連結され前記大端部 (4)における分割部位にマルテンサイト組織が形成されていることを特徴とするコネクテイングロッド（ 10)。

[2] 請求項 1記載のコネクテイングロッド（10)にお、て、マルテンサイト組織が形成されていない部位での炭素の割合が 0. 1重量％以上であり、且つマルテンサイト組織の Cスケールのロックウェル硬度が 30以上であることを特徴とするコネクティングロッド（ 10)。

[3] 請求項 2記載のコネクテイングロッド（10)にお、て、クロムモリブデン鋼又は-ッケルクロムモリブデン鋼力もなることを特徴とするコネクティングロッド（10)。

[4] 第 1貫通孔 (2)が設けられた大端部 (4)と、前記第 1貫通孔 (2)に比して小径な第 2 貫通孔（3)が設けられた小端部（5)と、前記大端部 (4)と前記小端部（5)とを互いに連結する長尺な軸部 (6)とを同一部材中に一体的に有する予備成形体 (PR)を作製する工程と、

前記大端部 (4)における分割予定部位をマルテンサイト組織に変態させる工程と、マルテンサイト組織が形成された前記分割予定部位に対して破断荷重を加え、該分割予定部位から前記大端部 (4)を破断する工程と、

破断された前記大端部 (4)同士を連結する工程と、

を有することを特徴とするコネクティングロッド（10)の製造方法。

[5] 請求項 4記載の製造方法にお、て、前記分割予定部位にノッチ (N)を予め設けて前記ノッチ (N)の底部をマルテンサイト組織に変態させることを特徴とするコネタティングロッド（10)の製造方法。

[6] 請求項 4又は 5記載の製造方法において、前記分割予定部位に対してレーザ光又はプラズマを照射することによってマルテンサイト組織を形成することを特徴とするコネクティングロッド（10)の製造方法。

[7] 請求項 4〜6の、ずれか 1項に記載の製造方法にお!、て、前記予備成形体 (PR) を、炭素の割合が 0. 1重量％以上である鋼材力も作製し、且つマルテンサイト組織の Cスケールのロックウェル硬度を 30以上とすることを特徴とするコネクティングロッド (10)の製造方法。

[8] 請求項 7記載の製造方法において、クロムモリブデン鋼又はニッケルクロムモリブデン鋼からなる予備成形体 (PR)を使用することを特徴とするコネクティングロッド（10) の製造方法。