JP2000502149A - 構成部品、特に内燃機関の連接棒の折断分離のための裂け目位置を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 好適な折断生成のため、裂け目位置が少なくとも部分的に折断分離面の１側に沿い構成部品表面から配置されかつ間隔部により互いに分離された凹部により生成される、構成部品、特に内燃機関用連接棒の折断分離のための裂け目位置生成方法において、可延性金属からなる構成部品に、間隔部が少なくともその構成部品表面に近い自由端部域にて、折断生成のための最初のスタート裂け目を生成するため、その横断面に亘る組織変化により全体的に砕け易くされることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 構成部品、特に内燃機関の連接棒の折断分離のための 裂け目位置を形成する方法 本発明は、特許請求の範囲第１項の前提部分に記載の方法に関する。 米国特許第５，２０８，９７９号明細書より、折断分離により分割可能な構成 部品の折断分離面にて折断分離割れ目を形成する方法は周知である。それぞれの 底部にほぼナイフのように鋭い折断分離割れ目を達成するため、レーザを用いて 構成部品の適宜の位置にその表面からＶ状横断面をもって前記折断分離割れ目を 構成する。その場合、折断分離割れ目の深さ寸法は、構成部品表面におけるその 幅に比べより大きく選択される。 著しく重要な折断分離面の品質のために、折断分離の始めに折断分離割れ目の 面部に先ず毛のように細かいスタート裂け目を形成することは周知であるが、こ のスタート裂け目は、構成部品組織の不均一なために折断分離割れ目の長さに亘 り適切に生成することができない。 この欠点は、ドイツ実用新案第２９，５１９，１２６号公報の記載によれば、 特に連接棒として構成されかつ直径方向に裂け目位置を配置した凹部を備える加 工品に対し、米国特許第５，２０８，９７９号によるレーザを用いて生成した通 しの直線状のＶ状割れ目の代わりに、隣接して配置した複数の線状の凹みが割れ 目 区域として機能することによって解消されるとしている。この場合、割れ目区域 の境界における熱の導入と結びついた組織変化（マルテンサイト）が著しく小さ いように、指状または円筒状の袋穴として構成された割れ目区域を穿孔するため に用いるレーザの出力が低減されている。その際、明確な目的は、割れ目区域間 に残る間隔部にいずれの場合も通しの組織変化の生ずるのを阻止し、折断分離の 後にこの裂け目位置をなお切削加工により除去できるようにすることである。 さらに、制御された折断のために、自然の硬さの加工品においてレーザを用い て隣接して配置された一連の袋穴を生成することは、１９９０年４月発行の米国 の雑誌「メカニカル エンジニアリング」の第４１頁左欄の論説「レーザへのデ トロイト調査」に記載されているように、周知である。 本発明の課題は、折断分離により分割可能な可延性金属からなる構成部品にお いて、折断分離面に適切な折断生成のために設けられた裂け目位置を、それぞれ の裂け目位置の長さに亘り適宜分割されたスタート裂け目が得られるように形成 することである。 この課題は、特許請求の範囲の請求項１により解決される。すなわち、可延性 金属からなる構成部品において、間隔部が少なくともその構成部品表面に近い自 由端部域にて、折断生成のための最初のスタート裂け目を生成するため、その横 断面に亘る組織変化により全体的に砕け易くされる。 本発明の方法により形成された裂け目位置により、従来の連続 した刻み目分離線に対し、または列をなして配置された柔らかい材料の刻み目区 域に対し、複数の横断薄弱の砕け易い間隔部が短い線部分として有利に生成され 、その全体の長さは連続した刻み目分離線または多数の刻み目区域に対し著しく 短くなる。その場合、小さい横断面に分布した折断分離力により、砕け易くされ 裂け目の生じ易い間隔部にて、裂け目位置に亘り適宜に分割したスタート裂け目 が生成される。その都度の砕け易くする方法と関連して間隔部横断面を選択する ことにより、本発明によるすべての裂け目位置に亘りスタート裂け目を同時に生 成することが有利に達成され、それによって個々の単一スタート裂け目を防止す ることができる。さらに、スタート裂け目それ自体は、焼結鍛造製構成部品に関 してドイツ特許第３，８０６，２３６号明細書より周知である。 本発明の構成では、凹部が間隔部間のそれぞれの底部にて少なくとも折断分離 面の範囲にて付加的に砕け易くされることにより、前述した点がなお向上される 。 それによって、間隔部のその都度の最も弱い横断面に形成されるスタート裂け 目は、間隔部を通して進捗する際凹部の間のそれぞれの底部に達するとき、合体 して１つの通しの破砕前端部となる特長がある。 炭素含有量Ｃ≒０，５５ないし０，８５％の鉄材料からなる構成部品を用いる 場合、本発明による裂け目位置は費用の掛らない手段で実現できる。なんとなれ ば、間隔部および（または）凹部 の破砕容易化が温度に依存する組織変化により達成可能だからである。特に、こ の場合、組織変化として自己焼き入れによる硬化が有利である。 前述の手段は、次のように置き換えると特に有利である。すなわち、本発明の 方法において、放射線エネルギーによる構成部品材料の溶融により生成した周知 の凹部に基づいて、レーザによる放射線エネルギーを次のように導入しかつ溶融 した材料を空気放射または酸素放射により吹き出しおよび（または）燃焼させる のである。つまり、間隔部の少なくとも構成部品表面に近いその自由な端部域に て、鋭角をなして重なり合う（砕け易くされた）組織変化の区域を第１番目のス タート裂け目の生成のために形成するのである。裂け目位置の範囲における後処 理をなくするために、隣接する凹部間の間隔部は、構成部品表面に対しより深く されて配置され、このために特に空気放射または酸素放射が付加的に用いられる 。 本発明の方法により間隔部に生成されかつ重なり合う砕け易くされる区域は、 レーザ装置を用い、パルス式レーザ放射線の横断面に亘りガウス配分曲線に従い 配分した放射線エネルギーでもって、凹部を漏斗状に構成することにより、特に 有利にかつ簡単に得られる。 凹部の形成のために前述のようにレーザをうまく適用することにより、自己焼 き入れによって全側にて凹部内に形成された通例ガラス性硬化層が間隔部を少な くとも最小の横断面で貫通するこ とが達成される。さらに、それによって裂け目位置の底部まで達する裂け易い構 成が得られ、この構成は硬化の過程に従いスタート裂け目としての硬化裂け目を 既に有する。 特にパルス式レーザにより形成された凹部は、その配置の方向のそれぞれ任意 の横断面において、隣接して構成部品表面に約０，４ｍｍまでの幅および約０， ４ｍｍと０，９ｍｍとの間の深さを有する。これらの比較的狭い裂け目位置の長 所は、例えば軸受孔の最終の精密加工の後にさらに軸受け金またはころ軸受を適 用するとき、前記の裂け目位置を構成部品に残しておくことができることである 。このための補助として、本発明の方法の別の構成により、切断部に隣接する漏 斗状凹部から生成される砕け易くされた間隔部の頂部が、構成部品表面に対しそ れぞれの低い間隔位置に置かれるようにされている。 本発明の方法を実施するため、構成部品の凹部（軸受孔）内に直径上配置した 裂け目位置を同時に構成するために、交差するレーザ放射線をもったレーザ装置 を用い、そしてレーザ光学系の保護のため収納部内に位置する構成部品が、レー ザ装置に対し隣接しかつ間隔を置いて配置された凹部の形成のため送り移動を行 う簡単な構成の装置が提案される。 他の方式で製作された間隔部と凹部とを、裂け容易性を高めるため電子線によ り硬化することも本発明の枠内のことである。電子線による硬化それ自体は、米 国特許第３，８１８，５７７号明細書より周知である。 さらに、熱的方法によりまたは機械的加工により、および（または）鋳造によ り生成された間隔部および（または）凹部の破砕容易化をも、それぞれの構成部 品組織内へのガス流導入により得られるが、これは特に例えば米国特許第４，９ ７０，７８３号明細書に記載の水素破砕容易化により周知である。 軸受孔内の直径上に裂け目位置を配置した構成部品を構成する場合、裂け目位 置がそれぞれの軸受孔の最終精密加工の前に連接棒または機械軸受として構成さ れた構成部品に配置されていること、および各軸受蓋がねじ突部の間に次のよう に曲げ弾性的に形成されており、すなわち前加工した軸受孔に比べ直径で０，０ ５ないし０，１５ｍｍだけ小さく選択された破砕突起により、間隔部および（ま たは）凹部にスタート裂け目を生成する用をなす弾性変形が生成されることによ り、本発明の方法が有利に適用される。この手段の長所は、砕け易くされた間隔 部における破砕負荷の始めの高い引張応力が、破砕面品質に重要なスタート裂け 目の生成のために生ずることである。 以下に、本発明を図示の実施例について説明する。 図１は往復動機械用連接棒の大きな軸受穴部における裂け目位置の斜視図であ る。 図２は裂け目位置の拡大部分図である。 図３は裂け目位置の拡大縦断面図である。 図４はレーザ装置を固定配置した連接棒用加工装置であり、連接棒における裂 け目位置を縦断面で示す。 図示しない往復動内燃機関の１部を示す連接棒１は鋼製であり、その炭素含有 量は Ｃ≒０，５５ないし０，８５％ に選択されている。連接棒１は、そのシャ フト部２にねじ突部４を具備する大きな軸受穴部３を備える。この軸受穴部３は 、軸受蓋５により２つに分割されている。 軸受穴部３の２分割は折断分離により行われ、このため折断分離面６には、好 適な折断生成のため、軸受孔７に対角線上に配置された裂け目位置８（１つのみ 示す）が本発明の方法により形成される。 好適な折断分離生成のための各裂け目位置８を形成する従来周知の出発点は、 各裂け目位置８が折断分離面６の１側に沿い構成部品表面９から離れて設けられ かつ間隔部１０により互いに分離された凹部１１により生成されることである。 品質のよい折断分離に重要な第１番目のスタート裂け目を生成するため、間隔部 １０は、本発明による方法により、少なくとも構成部品表面に近いその自由な端 部域に、その横断面に亘る組織変化（マルテンサイト）により全体的に砕け易く される。この破砕容易化は、周知の硬化により、あるいは水素破砕容易化または 窒素破砕容易化により達成することができる。 間隔部１０および（または）凹部１１を少なくとも領域毎に硬化する場合、周 囲の構成部品に熱を導出することにより自己焼き入れを行うような方法が有利で ある。このために、凹部１１を中間に配置される間隔部１０とともに、機械的加 工によりおよび （または）鋳造により生成する場合、周知の電子線法の適用も考えられる。本発 明により少なくとも区域毎に一貫して砕け易くされた間隔部１０は特に亀裂を生 じ易く、これは毛のように細かいスタート裂け目の形成に用いるのに有利である 。これによって、折断分離に必要な力は低減され、それにも拘らず高い折断分離 面品質が得られる。 凹部１１を放射線エネルギーによる構成部品材料の溶融・蒸発により生成し、 そして凹部１１の境界が溶融により生成された組織変化１２を有する周知の手段 を基として、不均質な組織の鋼製連接棒１に毛のように細かいスタート裂け目を 生成する有利な条件が、本発明の別の方法により次のように達成される。すなわ ち、レーザ１４、１４’による放射線エネルギーを導入し、溶融した材料を空気 放射または酸素放射により吹き出しおよび（または）燃焼させ、それにより間隔 部１０の少なくとも構成部品表面に近いその自由な端部域にて、鋭角をなして重 なり合う（砕け易くされた）組織変化１２の区域１５を第１番目のスタート裂け 目１３の生成のために形成し、その場合空気放射または酸素放射は構成部品表面 ９に対し深くされた間隔部１０の形成の用をなす。溶融した材料の吹き出しにつ づいて行われる自己焼き入れにより、凹部１１内のすべての側に硬化層１２が形 成され（図２および図３）、そして間隔部１０の少なくともその頂部１６の範囲 の最も小さい横断面にて、硬化層１２が間隔部１０を貫通しており、従って少な くともこの横断面は全体的に砕け易くなっている。 レーザ装置１４、１４’を用い、パルス式レーザ放射線１７、１７’の横断面 に亘りガウス配分曲線に従い配分した放射線エネルギーでもって凹部１１を漏斗 状に構成することにより、重なり合う組織変化１２の区域１５が特に有利にかつ 簡単に達成される。 裂け目位置８の漏斗状凹部１１の形成には、パルス式固体レーサ゛を用いるの が有利であり、それによってそれぞれ幅 Ｂ≒０，２ｍｍ、深さ Ｔ≒０，６ｍｍ の凹部１１の最小寸法でもって、制御して生成した硬化層１２により構成部品、 すなわち連接棒１に部分的に限定した小さい熱導入を行い、構成部品、すなわち 連接棒１が軸受孔７の最精密加工のための過寸法まで既に製作できているように する。このため、さらに本発明は、切断部に隣接する漏斗状凹部１１から生成さ れる砕け易くされた間隔部の頂部１６が、構成部品表面９に対しそれぞれの低い 間隔位置に置かれるようにも作用する。間隔部の頂部１６が構成部品表面９の近 くに異なって位置することにより、特に高い頂部１６がその全体的な砕け易さに より特に裂け目ができ易くなり、従って折断負荷の場合最初に折断し、その結果 低い頂部１６の裂け目生成の誘因となる。 軸受孔７の周囲方向にて上に述べた各裂け目位置８の約０，２ｍｍの小さい幅 のために、ころ軸受または軸受金（いずれも図示せず）を軸受孔７に適用すると き、前記の各裂け目位置８はそのまま残ることが可能であり、それによってその 都度の裂け目位置 ８の除去のための切削加工が省略できて有利である。 本発明の本質は、多くの凹部１１にそれぞれ裂け目位置８があるのではなく、 それぞれの裂け目位置８に充分な数の硬化されたまたは少なくとも部分的に砕け 易くされた間隔部１０がスタート裂け目形成体としてあることである。従って、 裂け目位置８毎の間隔部１０の数は、横断面に縦方向に構成された凹部１１によ っても定まる。これに対し、従来の通しの切欠き分割線（米国特許第５，２０８ ，９７９号）または多数の切欠き区域（ドイツ実用新案第２９，５１９，１２６ 号）に比べ、横断面の弱いかつ砕け易くされた間隔部から形成された複数の短い 線分が生成され、それらの全長さは、上に述べた切欠き分割線または切欠き区域 に比べ、著しく短くかつ折断し易く、従って折断分離力が導入されたとき、この 力は破砕容易化により裂け目の生じ易い多数の間隔部に分散され、その結果多数 のスタート裂け目が好適に生成される特長が生ずる。 全側面に硬化層１２を備える凹部１１がレーザにより好都合に形成されるので 、スタート裂け目１３は、それぞれの凹部１１の底部まで続き、従って折断分離 の始めに裂け目位置８の全長に亘り配分されてスタート裂け目１３が発生し、こ れらスタート裂け目は、凹部１１の問のそれぞれの底部まで間隔部１０を通して 進捗する際、折断分離がさらに進捗するうちに合体して１つの共通の裂け目前端 部となる。裂け目位置８の全長に亘り生成した多くのスタート裂け目１３により 、各構成部品横断面に品質の高い平 坦な折断分離面を持った折断分離が有利に達成される。 図４は、本発明の方法を好適な態様で実施するための装置１８を示す。この装 置は、連接棒１の軸受穴部３内に２つの裂け目位置８を同時に生成するために、 交差する、特に貫通交差するレーザ放射線１７、１７’をもった２個のレーザ装 置１４、１４’を備えている。さらに、該装置１８は連接棒１を位置付けるため の収納部１９を有している。壊れ易いレーザ光学系２０、２０’の保護のため、 レーザ装置１４、１４’は装置１８内に固定配置されており、そして収納部１９ は、矢印Ａ方向の予め定めた摺動運動を行うため、レーザ装置１４、１４’に対 し動力的に移動可能に構成されている。 さらに、図４は、レーザ放射線１７、１７’がノズル２１、２１’の開口を通 って放射することを示しており、これらノズルは溶融した材料をそれぞれの凹部 １１から吹き出すための空気または酸素を供給する用をなす。 ２つのレーザ装置１４、１４’の代りに、放射線分割器を備えた単一のレーザ 装置を設けることも可能である。さらに、凹部１１を任意の横断面とし、これに 対し対応する放射線横断面（例えば矩形横断面）を有するレーザ放射線を用いる ことができる。 これにより、別の長所として、裂け目位置８の位置を正確にして製作速度をよ り高めること、および材料カバーを止めることにより収納部１９を簡単にするこ とができる。上に提案した装置１８により、レーザを旋回させることも不要であ る。さらに実験の 示すところによると、直径上にある裂け目位置８にて凹部１１を互いにＶ状に配 置することにより、折断分離力がさらに低減し、それによって構成部品の変形が 減少することが判った。 本発明により間隔部１０が少なくとも部分的にガラス状に砕け易くされた裂け 目位置８を構成することにより、Ｖ状配置でない普通の配置の場合にも、従来の 折断分離刻み目に比べ少なくとも５０％の折断分離力の著しい低減があり、有利 である。これは、間隔部がＶ状配置（図４）された鋼製連接棒１の製作に対し、 少なくとも軸受金用保持溝を含め軸受孔７の最後の最精密加工まで製作されるよ うに適用することができる。また、ねじ突部４間の軸受蓋５は、次のように曲げ 弾性的に構成することができる。すなわち、前加工された軸受孔７に対し直径で ０、０５ないし０、１５ｍｍだけ小さいように選択された図示しない破砕突起に より、間隔部１０および凹部１１におけるスタート裂け目１３の生成の用をなす 弾性変形が生ずるようにするのである。この折断分離により万一卵形変形が残る ときは、これは精密加工のための過寸法内にある。 本発明により、重量の低減したかつ有利に製作される往復動機械用連接棒１が 得られる。 さらに本発明は、折断分離力を軸受孔内にて中心半径方向に導入する場合に有 利に適用することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１０月６日（１９９７．１０．６） 【補正内容】 １．好適な折断生成のため、裂け目位置（８）を、少なくとも部分的に折断分 離面（６）の１側に沿い構成部品表面（９）から配置されかつ間隔部（１０）に より互いに分離されかつ縦方向に周囲を閉止された凹部（１１）により生成され る、構成部品、特に内燃機関用連接棒の折断分離のための裂け目位置形成方法に おいて、 炭素鋼からなる構成部品に、横断薄弱の間隔部（１０）が少なくともその構成 部品表面に近い自由端部域（１５）にて、折断生成のための最初のスタート裂け 目（１３）として特に硬化裂け目を生成するため、その横断面に亘るマルテンサ イトへの温度依存の 組織変化により全体的に砕け易くされることを特徴とする方 法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホッホシュタイナー ヘルムート オーストリア アー・4431 ハイダースホ ーフェン 257

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．好適な折断生成のため、裂け目位置（８）が、少なくとも部分的に折断分 離面（６）の１側に沿い構成部品表面（９）から配置されかつ間隔部（１０）に より互いに分離された凹部（１１）により生成される、構成部品、特に内燃機関 用連接棒の折断分離のための裂け目位置形成方法において、 可延性金属からなる構成部品にて、間隔部（１０）が少なくともその構成部品 表面に近い自由端部域（１５）にて、折断生成のための最初のスタート裂け目（ １３）を生成するため、その横断面に亘る組織変化により全体的に砕け易くされ ることを特徴とする方法。 ２．凹部（１１）が、間隔部（１０）間のそれぞれの底部にて少なくとも折断 分離面（６）の範囲にて付加的に砕け易くされることを特徴とする、請求項１に 記載の方法。 ３．炭素含有量Ｃ≒０，５ないし０，８５％の鉄材料を用いる場合、間隔部（ １０）および（または）凹部（１１）の破砕容易化が温度に依存する組織変化（ 自己焼き入れによる硬化；電子線照射）により達成されることを特徴とする、請 求項１または２に記載の方法。 ４．間隔部（１０）および（または）凹部（１１）の破砕容易化が、それぞれ の組織内へのガス流導入（水素または窒素破砕容易化）により達成されることを 特徴とする、請求項１または２に 記載の方法。 ５．凹部（１１）を放射線エネルギーによる構成部品材料の溶融・蒸発により 生成し、そして凹部（１１）の境界が溶融により生成された組織変化（１２）を 有する請求項１ないし３の１つに記載の方法において、レーザ（１４、１４’） による放射線エネルギーを導入し、溶融した材料を空気放射または酸素放射によ り吹き出しおよび（または）燃焼させ、それにより間隔部（１０）の少なくとも 構成部品表面に近いその自由な端部域にて、鋭角をなして重なり合う（砕け易く された）組織変化（１２）の区域（１５）を第１番目のスタート裂け目（１３） の生成のために形成し、さらに空気放射または酸素放射が構成部品表面（９）に 対し深い位置にある間隔部（１０）の形成の用をなすことを特徴とする方法。 ６．レーザ装置（１４、１４’）を用い、パルス式レーザ放射線（１７、１７ ’）の横断面に亘りガウス配分曲線に従い配分した放射線エネルギーでもって、 凹部（１１）を漏斗状に構成することを特徴とする、請求項５に記載の方法。 ７．凹部（１１）がそれぞれの任意の横断面の並び配置の方向に約０，４ｍｍ の幅および約０，４ｍｍと０，９ｍｍとの間の深さを有し、そして切断部に隣接 する漏斗状凹部（１１）から生成される砕け易くされた間隔部の頂部（１６）が 、構成部品表面（９）に対しそれぞれの低い間隔位置に置かれることを特徴とす る、請求項５または６に記載の方法。 ８．請求項５ないし７の１つに記載の方法を実施するための装置において、構 成部品（連接棒１）の凹部（軸受孔７）内に直径上配置した裂け目位置（８）を 同時に構成するために、交差するレーザ放射線（１７、１７’）をもったレーザ 装置（１４、１４’）が用いられ、そして必要に応じ収納部（１９）内に位置す る構成部品がレーザ装置（１４、１４’）に対し送り移動可能に配置されている ことを特徴とする装置。 ９．軸受孔（７）内の直径上配置された裂け目位置（８）を有する、請求項１ ないし８の１つに記載の構成部品において、 裂け目位置（８）がそれぞれの軸受孔（７）の最終精密加工の前に連接棒（１ ）または機械軸受として構成された構成部品に配置されていること、および 各軸受蓋（５）がねじ突部（４）の間に次のように曲げ弾性的に形成されてお り、すなわち 前加工した軸受孔（７）に比べ直径で０，０５ないし０，１５ｍｍだけ小さく 選択された破砕突起により、間隔部（１０）および（または）凹部（１１）にス タート裂け目を生成する用をなす弾性変形が生成される ことを特徴とする構成部品。 １０．間隔部（１０）により分離された凹部（１１）が、熱的方法による以外 に、機械的加工および（または）鋳造によっても生成されることを特徴とする、 請求項１ないし９の１つに記載の構成部品。