JP5883644B2 - コネクティングロッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コネクティングロッドの大端部をキャップ部位とロッド本体部位とにカチ割り工法により分割して大端部を形成するようにしたコネクティングロッドの製造方法に関する。

エンジンは、ピストンの直線往復運動をクランク軸の回転運動に変換するためにコネクティングロッドを有している。コネクティングロッドは、一端部にピストンに連結される小端部が設けられたロッド本体部を有し、ロッド本体部の他端部にはクランク軸に連結される大端部が設けられている。小端部にはピストンピンが装着される貫通孔が設けられ、大端部にはクランク軸に装着される貫通孔が設けられている。

コネクティングロッドの大端部をロッド本体部とキャップ部位とにより形成し、キャップ部位をロッド本体部にボルトにより取り付けるようにしたタイプは、組立式のコネクティングロッドとなる。この組立式のコネクティングロッドの製造工法としては、特許文献１に記載されるように、予め一体に形成された大端部をキャップ部位とロッド本体部位とに破断分割させるようにしたカチ割り工法がある。

特開２００５−３０５６４６号公報

この工法によりコネクティングロッドを製造するには、鍛造や鋳造により小端部と大端部とがロッド本体の端部に一体に形成され、小端部と大端部には貫通孔がそれぞれ形成される。一体に形成された大端部は貫通孔の両側の脚部とこれらの脚部に連結される閉塞部とを有しており、大端部をキャップ部位とロッド本体部位とに分割する前には、脚部には予めボルト取付孔が機械加工される。

ロッド本体に一体に形成された大端部を分割する際には、クランク軸が装着される貫通孔の内周面に、その中心軸を介して相互に対向するノッチつまり切り込みが予め形成され、分割治具により大端部をキャップ部位とロッド本体部位とに切り込みの部分を破断開始位置として破断分割させている。このようなカチ割り工法つまり破断工法により破断分割されたキャップ部位とロッド本体部位との破断面には、凹凸部つまりギザギサ部が形成されることになり、ロッド本体部位にキャップ部位を組み付けることにより、コネクティングロッドをクランク軸に装着すると、凹凸部を有する破断面が噛み合った状態となって面ずれを防止することができる。破断面の形成位置としては、コネクティングロッドの中心軸に直角となった直角面に形成する場合と、この中心軸に対して傾斜した傾斜面に形成する場合がある。

このようなカチ割り工法により大端部をロッド本体部位とキャップ部位とに分割したときに、破断面の凹凸が粗くなると、破断面に欠けやひび割れが発生し易くなり、コネクティングロッドの製造歩留まりを低下させることになる。そこで、破断面に欠け等の品質不良が発生する原因を探求した結果、切り込み部から開始される破断面の亀裂速度を大きくするとともに亀裂進展の速度変化を小さくすると、破断面における品質不良の発生を防止できることが判明した。

本発明の目的は、キャップ部位とロッド本体部位と間の破断面における品質不良の発生を防止して歩留まり良くコネクティングロッドを製造し得るようにすることにある。

本発明のコネクティングロッドの製造方法は、コネクティングロッドの端部に形成される貫通孔により当該貫通孔の両側の脚部と当該脚部に連結される閉塞部とを有する大端部を、キャップ部位とロッド本体部位とにカチ割り工法により分割するコネクティングロッドの製造方法であって、両方の前記脚部に形成されるボルト取付孔の中心軸を横切る方向の基準線上の前記脚部の外側端部の端部肉厚を、前記ボルト取付孔の中心軸に直交するとともに前記貫通孔の中心軸に平行な平行軸線上の前記脚部の両側部の側部肉厚と同一またはそれよりも薄くなる位置に、前記ボルト取付孔を形成する工程と、前記貫通孔の内周面に相互に対向させて前記貫通孔の軸方向に伸びる切り込みを形成する工程と、を有し、それぞれの前記脚部の外周面に円弧状部が形成され、前記ボルト取付孔の中心軸間の取付孔ピッチは、前記円弧状部の曲率中心軸間の曲率ピッチと同一に設定されるか、または前記曲率ピッチよりも大きく設定され、前記切り込みを破断開始位置として前記脚部を前記キャップ部位と前記ロッド本体部位とに分割する際に、前記脚部のうち前記両側部から前記外側端部に進む破断亀裂の進展速度の変化を小さくすることを特徴とする。

本発明のコネクティングロッドの製造方法は、コネクティングロッドの端部に形成される貫通孔により当該貫通孔の両側の脚部と当該脚部に連結される閉塞部とを有する大端部を、キャップ部位とロッド本体部位とにカチ割り工法により分割するコネクティングロッドの製造方法であって、両方の前記脚部に形成されるボルト取付孔の中心軸を横切る方向の基準線上の前記脚部の外側端部の端部肉厚を、前記ボルト取付孔の中心軸に直交するとともに前記貫通孔の中心軸に平行な平行軸線上の前記脚部の両側部の側部肉厚と同一またはそれよりも薄くなる位置に、前記ボルト取付孔を形成する工程と、前記貫通孔の内周面に相互に対向させて前記貫通孔の軸方向に伸びる切り込みを形成する工程と、を有し、前記ボルト取付孔の中心軸間の取付孔ピッチは、前記脚部の外周面に接する仮想内の曲率中心軸間の曲率ピッチと同一に設定されるか、または曲率ピッチよりも大きく設定され、前記切り込みを破断開始位置として前記脚部を前記キャップ部位と前記ロッド本体部位とに分割する際に、前記脚部のうち前記両側部から前記外側端部に進む破断亀裂の進展速度の変化を小さくすることを特徴とする。

本発明は大端部をカチ割り工法によりロッド本体部位とキャップ部位とに分割して形成されるコネクティングロッドにおいて、カチ割り工法を行う前に予め大端部の脚部に形成されるボルト取付孔の位置を設定することにより、大端部のカチ割り時に破断面の亀裂速度を大きくすることができるとともに亀裂進展の速度変化を小さくすることができる。これにより、破断面における欠けやひび割れの発生を防止することができ、コネクティングロッドの製造歩留まりを大幅に向上させることができる。

（Ａ）は鍛造加工された状態のコネクティングロッドを示す一部切欠き正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された大端部の脚部にボルト取付孔が形成された状態のコネクティングロッドを示す一部切欠き正面図である。 （Ａ）は大端部に形成された貫通孔の内周面に切り込みが形成された状態におけるコネクティングロッドの一部切欠き正面図であり、（Ｂ）は貫通孔に分割治具が挿入された状態におけるコネクティングロッドの一部切欠き正面図であり、（Ｃ）は大端部がキャップ部位とロッド本体部とに分割された状態におけるコネクティングロッドの一部切欠き正面図である。 図２（Ｃ）における破断面の破断亀裂の進展状況を示す平面図である。 コネクティングロッドの大端部の変形例における破断面を示す平面図である。 コネクティングロッドの大端部の他の変形例における破断面を示す平面図である。 コネクティングロッドの大端部の他の変形例における破断面を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、コネクティングロッド１０は、一端部に小端部１１が設けられ、他端部に大端部１２が設けられたロッド本体１３を有している。小端部１１には貫通孔１４が形成され、この貫通孔１４には図示しないピストンピンが貫通し、ピストンピンによりコネクティングロッド１０はピストンに連結される。大端部１２には貫通孔１４よりも大径の貫通孔１５が形成され、この貫通孔１５には図示しないクランク軸のクランクピンが貫通し、コネクティングロッド１０はクランク軸に連結される。

図１（Ａ）はコネクティングロッド１０が鍛造により製造された状態を示している。鍛造加工された状態においては、図示するように、大端部１２は小端部１１およびロッド本体１３よりも幅寸法が大きく設定され、貫通孔１５の両側は脚部１６ａ，１６ｂとなっており、これらの脚部１６ａ，１６ｂを連結する閉塞部１７がそれぞれの脚部１６ａ，１６ｂと一体となっている。

図１（Ｂ）は大端部１２の脚部１６ａ，１６ｂに機械加工によりボルト取付孔１８ａ，１８ｂを形成した状態を示している。それぞれのボルト取付孔１８ａ，１８ｂは、貫通孔１５の中心軸Ｏ_１と貫通孔１４の中心軸Ｏ_２とに交差して伸びる方向のロッド中心線Ｌに平行となって脚部１６ａ，１６ｂを貫通している。

大端部１２を分割する際には、予め貫通孔１５の内周面には、図２（Ａ）に示されるように、断面Ｖ字形状のノッチつまり切り込み２１ａ，２１ｂが相互に対向するようにレーザー加工される。それぞれの切り込み２１ａ，２１ｂは貫通孔１５の中心軸Ｏ_１に沿う方向つまり貫通孔１５の軸方向に沿って伸びており、両方の切り込み２１ａ，２１ｂは中心軸Ｏ_１を含むとともにロッド中心線Ｌに対して直角方向となる直角面Ｈ内に形成されている。

図２（Ｂ）はコネクティングロッド１０を分割治具２２に装着した状態を示し、貫通孔１５内には分割治具２２が挿入される。カチ割り治具としての分割治具２２はそれぞれほぼ半円形状の固定金具２２ａと移動金具２２ｂとを有し、移動金具２２ｂを固定金具２２ａから離す方向に移動させる。図２（Ｃ）はカチ割り工法により、大端部１２がロッド本体部位１２ａとキャップ部位１２ｂとに分割された状態を示す。カチ割り工法により脚部１６ａ，１６ｂはボルト取付孔１８ａ，１８ｂを含む面を破断面としてロッド本体部位１２ａとキャップ部位１２ｂとに分離される。それぞれの部位は脚部１６ａ，１６ｂを一部有しており、脚部の一部と閉塞部１７とによりキャップ部位１２ｂが形成される。このように、コネクティングロッド１０は、鍛造加工により図１（Ａ）に示す形状に製造された後に、図１（Ｂ）に示すように機械加工によるボルト取付孔１８ａ，１８ｂを形成する孔開け工程と、図２（Ａ）に示すようにレーザーによる切り込み形成工程とが実行された後に、図２（Ｂ）に示すカチ割り工法により大端部１２はロッド本体部位１２ａとキャップ部位１２ｂとに分割される。

両方の部位の破断面には、カチ割り工法により微細な凹凸つまりギザギザ部が形成されるので、大端部１２をクランク軸に装着すると、両方の破断面のギザギザ部が噛み合った状態となってロッド本体部位１２ａとキャップ部位１２ｂとが面ずれを起こすことが防止されるとともに、両方の部位を正確に位置決めすることができる。

図３はキャップ部位１２ｂの破断面２３を示す平面図である。破断面２３の形状は、ロッド本体部位１２ａについても同様である。

図３に示されるように、それぞれの脚部１６ａ，１６ｂに形成されるボルト取付孔１８ａ，１８ｂの内径をＲ_１とし、それぞれのボルト取付孔１８ａ，１８ｂの中心軸Ｏを横切る方向の仮想線を基準線Ｓとすると、この基準線Ｓ上における両方のボルト取付孔１８ａ，１８ｂの中心軸Ｏ相互間の距離が取付孔ピッチＰ_１となる。脚部１６ａ，１６ｂの外側端部２４ａ，２４ｂにおける基準線Ｓ上の肉厚を端部肉厚Ｅとし、ボルト取付孔１８ａ，１８ｂの中心軸Ｏに直交するとともに貫通孔１５の中心軸Ｏ_１に平行な平行軸線Ｊ上における脚部１６ａ，１６ｂの肉厚を側部肉厚Ｆとすると、端部肉厚Ｅは側部肉厚Ｆと同一または側部肉厚Ｆよりも薄く設定されている。このように、それぞれのボルト取付孔１８ａ，１８ｂは、端部肉厚Ｅが側部肉厚Ｆと同一またはそれよりも薄くなる位置に形成されている。

図３において破断面２３に付された矢印は、図２（Ｂ）に示されるように、分割治具２２により大端部１２をロッド本体部位１２ａとキャップ部位１２ｂとに分割する際における破断亀裂の進行状況を示している。亀裂の発生は、切り込み２１ａ，２１ｂを破断開始位置として矢印で示すように、ボルト取付孔１８ａ，１８ｂに沿って側部肉厚Ｆの部分を横切りながら端部肉厚Ｅの部分に到達する。端部肉厚Ｅの部分では、これに向けて両方の側部肉厚Ｆを通過した破断亀裂が衝突することになる。両方の破断亀裂がこの端部肉厚Ｅの部分で衝突すると、この端部肉厚Ｅの部分の亀裂進展の速度が他の部分よりも遅くなる。この部分の亀裂進展の速度がそれよりも上流側の亀裂進展速度よりも遅くなると、脚部１６ａ，１６ｂの端部肉厚Ｅの部分に欠けやひび割れが発生してしまい、コネクティングロッド１０の製造歩留まりを低下させることになる。

図示するように、端部肉厚Ｅが側部肉厚Ｆよりも薄くなる（Ｅ＜Ｆ）位置にボルト取付孔１８ａ，１８ｂを形成すると、端部肉厚Ｅの部分における亀裂進展速度の変化をそれよりも上流側の部分における亀裂進展速度の変化に近い値に設定することができ、破断面２３の全体における亀裂進展の速度変化を小さくすることができる。これにより、破断面２３のうち端部肉厚Ｅの部分とその近傍における欠けやひび割れの発生が防止され、コネクティングロッド１０の製造歩留まりを向上させることができた。実験によると、端部肉厚Ｅの部分の厚み寸法と側部肉厚Ｆの部分の厚み寸法とを同一（Ｅ＝Ｆ）としても、端部肉厚Ｅの部分における欠けやひび割れの発生を防止することができたが、端部肉厚Ｅの寸法が側部肉厚Ｆの寸法よりも大きくなる位置にボルト取付孔１８ａ，１８ｂを形成すると、破断面２３に欠けやひび割れの発生が知見された。このように、端部肉厚Ｅを側部肉厚Ｆと同一または側部肉厚Ｆよりも薄くすると、脚部１６ａ，１６ｂのうち端部肉厚Ｅの部分における破断亀裂の進展速度の変化をそれよりも上流側の進展速度の変化に近くすることができ、破断面２３に欠けやひび割れ等の品質欠陥が発生しないことが確認された。

図３に示す脚部１６ａ，１６ｂの外周面のうち脚部の側面の部分には円弧状面２５が形成され、端面の部分には平坦面２６が形成され、脚部１６ａ，１６ｂの側面は平坦面２７となっている。円弧状面２５に内接する仮想円つまり円弧状面２５の曲率半径をＴとすると、両方の平坦面２７の間の寸法は円弧状面２５の曲率半径Ｔよりも大きく設定されており、平坦面２７と円弧状面２５との間は凹形状のＲ面つまり円弧状面２８となっている。円弧状面２５の曲率半径Ｔの曲率中心軸をＱとし、両方の曲率中心軸Ｑ相互間の距離を曲率ピッチＰ_２とすると、曲率ピッチＰ_２は取付孔ピッチＰ_１よりも小さい値に設定されている。つまり、取付孔ピッチＰ_１は曲率ピッチＰ_２よりも大きい値（Ｐ_１＞Ｐ_２）に設定されている。このように、両方のピッチの大小関係となるように、それぞれのボルト取付孔１８ａ，１８の位置を設定すると、破断面２３のうち側部肉厚Ｆの部分から端部肉厚Ｅの部分に向けて亀裂が進展する際にも、亀裂進展の速度変化を小さくすることができ、側部肉厚Ｆの部分と端部肉厚Ｅの間の領域における欠けやひび割れの発生を低減できることが判明した。取付孔ピッチＰ_１と曲率ピッチＰ_２とをほぼ同一の値（Ｐ_１＝Ｐ_２）に設定しても同様の領域に欠けやひび割れの発生が低減できたが、取付ピッチＰ_１よりも曲率ピッチＰ_２を大きくすると、上記領域には欠けやひび割れの発生が認められた。この理由は、側部肉厚Ｆの部分と端部肉厚Ｅとの間の領域における肉厚を同一か、端部肉厚Ｅの部分に向けて漸減すると、亀裂進展の速度変化を小さくすることができるからであると考えられる。破断面２３全体における欠けやひび割れの発生が低減されると、コネクティングロッド１０の製造歩留まりを向上させることができる。

図４〜図６はそれぞれコネクティングロッド１０の大端部１２の変形例における破断面を示す平面図である。これらの図においては図３における部位と共通する部位には同一の符号が付されている。

図４〜図６に示される大端部１２の脚部１６ａ，１６ｂには、端部肉厚Ｅが側部肉厚Ｆよりも薄くなる（Ｅ＜Ｆ）位置にボルト取付孔１８ａ，１８ｂが形成されている。したがって、図３に示した場合と同様に、端部肉厚Ｅの部分における亀裂進展速度をそれよりも上流側の部分における亀裂進展速度に近い値に設定することができ、破断面２３の全体における亀裂進展の速度変化を小さくすることができる。これにより、端部肉厚Ｅの部分における欠けやひび割れの発生を防止することができる。端部肉厚Ｅの部分の厚み寸法と側部肉厚Ｆの部分の厚み寸法とを同一（Ｅ＝Ｆ）としても、上述のように、端部肉厚Ｅの部分における亀裂進展速度をそれよりも上流側の部分における亀裂進展速度に近い値に設定することができる。

図４に示される大端部１２の脚部１６ａ１６ｂは、外側端部２４ａの外周面がほぼ半円形の円弧状面２５となっている。両方の平坦面２７の間の寸法は円弧状面２５の半径よりも大きく設定されており、平坦面２７と円弧状面２５の間には凹形状の円弧状面２８となっている。

図５に示される大端部１２の脚部１６ａ，１６ｂは、外側端部２４ａが図３に示した場合と同様に平坦面２６であるが、中心軸Ｏ_１に沿う方向の長さが図３における平坦面２６よりも長く設定されている。両方の平坦面２７とこれに対してほぼ直角の平坦面２６との間には、平坦面２６に対してほぼ直角の平坦面３１が形成されており、両方の平坦面２６，３１は凸状の円弧面３２を介して連なっている。

図６に示される大端部１２の脚部１６ａ，１６ｂの断面形状は、図５に示した場合とほぼ同様であるが、平坦面３１の間の寸法が図５に示した場合よりも大きく設定されている。外側端部に形成された平坦面２６の中央部分には突起部３３が設けられており、端部肉厚Ｅは図５に示される端部肉厚Ｅよりも大きくなっている。

図４〜図６に示される大端部１２においては、脚部１６ａ，１６ｂの外周面に内接する曲率半径Ｔの仮想円Ｇの曲率中心軸Ｑ相互間の曲率ピッチＰ_２が上述した場合と同様に取付孔ピッチＰ_１よりも小さい値に設定されている。つまり、取付孔ピッチＰ_１は曲率ピッチＰ_２よりも大きい値（Ｐ_１＞Ｐ_２）に設定されている。このように、両方のピッチの大小関係となるように、それぞれのボルト取付孔１８ａ，１８の位置と脚部１６ａ，１６ｂの外周面の形状を設定すると、破断面２３のうち側部肉厚Ｆの部分から端部肉厚Ｅの部分に向けて亀裂が進展する際にも、側部肉厚Ｆの部分と端部肉厚Ｅの間の領域における欠けやひび割れの発生を低減できる。取付孔ピッチＰ_１と曲率ピッチＰ_２とをほぼ同一の値（Ｐ_１＝Ｐ_２）に設定しても同様の領域に欠けやひび割れの発生が低減できる。

上述のように、鍛造加工により製造されたコネクティングロッド１０の大端部１２の脚部１６ａ，１６ｂにボルト取付孔１８ａ，１８ｂを形成し、ボルト取付孔１８ａ，１８ｂの内周面に切り込み２１ａ，２１ｂを形成した後に、カチ割り工法により大端部１２をロッド本体部位１２ａとキャップ部位１２ｂとに分割することによりコネクティングロッド１０が製造される。このようなカチ割り工法によりコネクティングロッド１０を製造する際に、予めボルト取付孔１８ａ，１８ｂの位置を端部肉厚Ｅと側部肉厚Ｆとの厚み関係がＥ≦Ｆとなるように設定すると、端部肉厚Ｅの部分における欠けやひび割れの発生を防止することができる。さらに、取付孔ピッチＰ_１と曲率ピッチＰ_２との関係をＰ_１≧Ｐ_２に設定すると、破断面２３のうち側部肉厚Ｆの部分から端部肉厚Ｅの部分に向けて亀裂が進展する際にも、側部肉厚Ｆの部分と端部肉厚Ｅの間の領域における欠けやひび割れの発生を低減できる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示するコネクティングロッド１０においては、破断面２３を図２（Ａ）に示すようにロッド中心線Ｌに対して直角方向の直角面Ｈに形成するようにしているが、破断面２３をロッド中心線Ｌに対して傾斜した面に形成するようにしても良い。

１０ コネクティングロッド
１１ 小端部
１２ 大端部
１２ａ ロッド本体部位
１２ｂ キャップ部位
１３ ロッド本体
１４，１５ 貫通孔
１６ａ，１６ｂ 脚部
１７ 閉塞部
１８ａ，１８ｂ ボルト取付孔
２１ａ，２１ｂ 切り込み
２３ 破断面
２４ａ 外側端部
Ｅ 端部肉厚
Ｆ 側部肉厚
Ｇ 仮想円
Ｌ ロッド中心線
Ｏ_１ 中心軸
Ｐ_１ 取付孔ピッチ
Ｐ_２ 曲率ピッチ
Ｑ 曲率中心軸
Ｓ 基準線

Claims (2)

1. コネクティングロッドの端部に形成される貫通孔により当該貫通孔の両側の脚部と当該脚部に連結される閉塞部とを有する大端部を、キャップ部位とロッド本体部位とにカチ割り工法により分割するコネクティングロッドの製造方法であって、
   両方の前記脚部に形成されるボルト取付孔の中心軸を横切る方向の基準線上の前記脚部の外側端部の端部肉厚を、前記ボルト取付孔の中心軸に直交するとともに前記貫通孔の中心軸に平行な平行軸線上の前記脚部の両側部の側部肉厚と同一またはそれよりも薄くなる位置に、前記ボルト取付孔を形成する工程と、
   前記貫通孔の内周面に相互に対向させて前記貫通孔の軸方向に伸びる切り込みを形成する工程と、を有し、
   それぞれの前記脚部の外周面に円弧状部が形成され、前記ボルト取付孔の中心軸間の取付孔ピッチは、前記円弧状部の曲率中心軸間の曲率ピッチと同一に設定されるか、または前記曲率ピッチよりも大きく設定され、
   前記切り込みを破断開始位置として前記脚部を前記キャップ部位と前記ロッド本体部位とに分割する際に、前記脚部のうち前記両側部から前記外側端部に進む破断亀裂の進展速度の変化を小さく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. コネクティングロッドの端部に形成される貫通孔により当該貫通孔の両側の脚部と当該脚部に連結される閉塞部とを有する大端部を、キャップ部位とロッド本体部位とにカチ割り工法により分割するコネクティングロッドの製造方法であって、
   両方の前記脚部に形成されるボルト取付孔の中心軸を横切る方向の基準線上の前記脚部の外側端部の端部肉厚を、前記ボルト取付孔の中心軸に直交するとともに前記貫通孔の中心軸に平行な平行軸線上の前記脚部の両側部の側部肉厚と同一またはそれよりも薄くなる位置に、前記ボルト取付孔を形成する工程と、
   前記貫通孔の内周面に相互に対向させて前記貫通孔の軸方向に伸びる切り込みを形成する工程と、を有し、
   前記ボルト取付孔の中心軸間の取付孔ピッチは、前記脚部の外周面に接する仮想内の曲率中心軸間の曲率ピッチと同一に設定されるか、または曲率ピッチよりも大きく設定され、
   前記切り込みを破断開始位置として前記脚部を前記キャップ部位と前記ロッド本体部位とに分割する際に、前記脚部のうち前記両側部から前記外側端部に進む破断亀裂の進展速度の変化を小さく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。

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