JP2001524183A - 鍛造された破断分離連結コンポーネントの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 別のコンポーネントの周りでの再組立てのために分離可能な部品から形成されたコンポーネントを製造する製造方法。まず、例えば分離したロッド（３）及びキャップ（５）を作り、加工前に鍛造又はコイニングして接合する。鍛造品の嵌合面には、隆起溝又はくぼみ／突起型の凹部が形成されているため、自力で位置決めをすることが可能である。加工後、鍛造品を、最初に分離した際の分離線に沿って破断分離し、組合わされた二つの面を得る。内燃エンジン用のコネクティングロッド等を形成するため再度組み立て作業を行う前に、前記組合わされた二つの面に対して更なる処理を施す必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】 鍛造された破断分離連結コンポーネントの製造方法発明の属する技術分野 本発明は、破断分離コネクティングロッドの製造方法に係り、別のコンポーネ ントの周囲での再組み立てのために分解しなければならない内燃エンジンやその 他の鍛造コンポーネント用の破断分離コネクティングロッドの製造方法に関する 。先行技術の説明 Hoagらの、フォード自動車株式会社に譲渡されている、米国特許第4,936,163 号、第4,993,134号、第5,109,605号、及び第5,131,577号は、加工が施され予め 応力が加えられた一つの部品を破断することによってコネクティングロッドを製 造する方法を開示している。鍛造された一つの部品を破断分離することによって コネクティングセッドを製造する同様の方法が、１９９３年３月に発行されたSA E Technical Paper No.930491のRajeshwar K.Guptaによる“Recent Development s in Materials and Processes for Automotive Connccting Rods”、米国特許 第4,884,900号（Piraultら）、第4,970,783号及び第5,135,587号（Olaniranら） に述べられている。これらの破断分離法を用いて形成されるコンポーネントの材 料は、粉末鍛造材、鋳鉄等の、比較的硬質で脆い低延性（強度）材である。 Baileyらの米国特許第3,818,577号が述べる通り、破断分離は、低価格エンジ ン用のコネクティングロッド等の機械コンポーネントを製造するための製造費を 低減する見地から、有利である。しかしながら、例えばディーゼルエンジンや高 出力ガソリンエンジンに使用される高品質のコネクティングロッド等は、過度の 歪みなしに破壊するのには不向きである高強度、高延性（強度）材を用いること を必要とする、ということも彼らは示している。 上記の理由により、Baileyらは、単一片として形成された部品を加工してから 電子ビームを使用して所望の分離面に沿って超硬脆性鋼鉄の脆性領域を作ること によって、高強度のコネクティングセッドを製造する方法を開示している。この 脆性領域は、材 料を金属のオーステナイト温度以上に加熱してから急冷することによって作られ る。その後、部品は脆化された破断線に沿って二片に破断され、一組の部品が該 二つの部品間に滑りにくい不規則な嵌合面を有するようになる。しかしながら、 電子ビームは厚い断面を持つ部品は貫通できない可能性があり、このためこのよ うな部分を処理することができない可能性があるので、ボア部内において制御さ れた薄い領域を得ることは困難である。更に、この処理によって該ボアの元来は 延性のある面に硬く脆い縞部分ができるため、ボアの仕上げ加工時に工具につい て問顕が起こる。更にまた、この処理は、応力除去の必要性が生じる可能性を考 えにいれなくても、高価な装置及び更なる処理操作を要し、これらは全て経費を 高くする。 Ladinの米国特許第3,978,566号は、複数の組み合わされた断面を備えた分離構 造の部材を有するコンポーネントを組み立てる処理を開示しており、この処理で は、個々のコンポーネントが、別々に製造され、予備的に加工されてから、接合 された組立品へと接着剤によって固着され、この組立品がユニットとして仕上げ 加工される。仕上げ加工の後、該組立品は分割され、コンポーネントの最終的な 組み立てのために、組み合わされた対の断面を提供する。しかしながら、この方 法にも幾つかの短所がある。 まず、二段階（予備と仕上げ）の加工工程が必要であるだけでなく、接着剤が コンポーネントの最終的な組み立ての前に除去される場合、更に複雑になる。更 にまた、接着剤の適用は、接合面の注意深い洗浄や部品の再分解後に接着剤が除 去される場合は更なる洗浄工程を必要とする、余分な工程である。また一方で、 もし一度部品が再分解された後で接着剤が除去されないと、部品が最終的に充分 な強さをもって組み立てられることを妨げるガスケットとして接着剤が働く可能 性があったり、あるいは取り付け時に接着剤が全体的あるいは部分的に圧縮した り脱落したりして強さや耐久性に悪影響を与え、ひいてはエンジンに問題をきた す可能性がある。また、取り付け時に接着剤が圧縮したり脱落したりしないとし ても、接着剤が例えばエンジン環境においてコネクティングロッドに存在するオ イルと反応して、結果として化学変化を起こすかもしれず、これもまた強さや耐 久性に悪影響を及ぼす。更に、組み合う表面が滑らかなので、ダボや他の手段に よって部品間の相対的な動きを防ぐ必要がある。 したがって、接着剤又は局部脆化を必要とせずに高強度かつ高延性の性質を持 つ材料を効果的に使用することができる破断分離処理が、依然必要とされている 。更に、そのような処理を、組み合わされるコンポーネント間に自己配置力を与 えることによって、ダボ等の別の追加要素の必要性をなくす方法で実現すること が望ましい。発明の概要 本発明はかかる問題点を考慮し、内燃エンジン、及び別の部品の周囲で再度組 み立てるために分離しなければならないコネクティングロッド等の鍛造コンポー ネントを製造する方法で、接着剤や局部脆化を使用せずに、従来破断分離鍛造コ ンポーネントに使用された粉末鍛造材や鋳鉄等の典型的な「分断可能な」材料よ りも更に高い疲労強度を持つ材料を使用して得る有利な破断分離を可能にする方 法を提供することを目的とする。 本発明の他の目的は鍛造部品を機械的に自己配置できる及び／あるいはどの加 工にも先立って治金接合され、一旦接合されて加工（例：粗穿孔、ドリル穿孔、 及びネジタップ）されることができる、コネクティングロッド製造工程を提供す ることにある。 また本発明の更なる目的は、上記目的を、更なる適合面を用意することなく接 合面の破断分離及び再組み立てを可能にする方法で達成することである。また更 に本発明は上記目的を、鍛造によって製造された部品についてだけでなく、例え ば、鋳造、粉末治金、鋳造、ダイ鋳造（金属注入）等のエンジンコンポーネント の製造で知られる他の処理工程について実現することである。 これらの及び他の目的は本願の実施例によって実現される。特に、本発明の処 理は、例えばロッドやキャップ等の部品を分けて製造することに始まり、それら 部品を加工前にコイニングするか一度に組み立てるかする。部品の適合面は、窪 み又は畝状の溝形のような適合あるいは復帰特性を有する形状に形成され、自己 配置能力を与えている。部品は加工後、元の区分に沿って分断され、再度組み立 てる前にそれ以上の処理を必要としない二つの独特の合わせ面が得られる。 本発明の上記及び更なる目的、特徴、及び利点は図表することを唯一の目的と し本 発明による数例の実施を表示する次の図面から明らかになる。図面の簡単な説明 図１及び図２は本発明の第１の実施例に従って製造された連結部のそれぞれ立 面図及び断面図である。 図３及び図４は本発明の第２の実施例によるコネクティングロッドのロッド部 のそれぞれ側面図及び端部立面図である。 図５及び図６は本発明の第２の実施例によるコネクティングロッドのキャップ 部のそれぞれ側面図及び端部立面図である。発明を実施するための最良の態様 本発明は、別のコンポーネントの周囲での再組立てのために分解できなくては ならない、二つの部品から形成される鍛造コンポーネントを製造する方法である 。例として、図１及び図２に、ロッド部品３とキャップ部品５とから構成される 接続リンク１を示し、図３、図４、図５及び図６に、例えば図示しないクランク シャフトの周りでの組み立てのための、ロッド３’とキャップ５’とを有する内 燃機関用のコネクティングロッド１’を示す。 ロッド部品３及びキャップ部品５は、コネクティングロッド用として知られて いる従来の適当な高強度及び高延性（強度）の鍛造合金から作られた二つの分か れた部品として鍛造される。単なる例ではあるが、本方法を、焼き入れ及び焼き なましされた４１４０や１５Ｂ４１Ａのような鋼鉄合金から鍛造された部品を用 いて行ってもよい。 コネクティングセッド１は、ロッド３とキャップ５とを二つの分かれた部品と して高温鍛造することによって作られる。図２に示すように、組み立てられる際 にこれらの部品を正しい位置関係に保つ働きをする嵌合面を作るために、一方の 部品はくさび形溝７を有し、他方の部品は対応するくさび形凸部９を有する。あ るいは、図３〜６の実施の形態に示すように、一方の部品、例えばロッド３’に は少なくとも一つのくぼみ又は突起１２が形成され、他方の部品、例えばキャッ プ５’にはくぼみ又は突起 形状の凹部１４が形成される。二つの表面を互いに位置決めする、互いに組み合 う特徴を備えた、他の形状を使用してもよい。 例えばプレスフィットや摩擦接合によって図のように組み立てられる加工され ていない鍛造された部品３、５で（又は部品３’、５’の組立品等で）、組立品 はそれらの嵌合面間に機械的結合及び／又は金属的結合を形成するために鍛造又 は低温コイニングされる。組み立てや低温コイニング又は鍛造の前に、結合強度 を適当な程度に合わせるために、前記嵌合面にコーティングを施してもよい。例 えば、比較的弱い結合を作るためには窒化ホウ素、グラファイト、又は二硫化モ リブデンを使用してもよく、生じる結合を強めるためには銅やニッケルを使用し てもよい。次いで、部品３、３’、５、５’は、単一の部品として加工、例えば ボア１５の大まかなボーリングや、部品３、５を使用時に保持するために使用さ れるタップねじ用の穴あけやタッピングが行われる。一つの組立品としての加工 の後、加工された組立品は部品３、５、あるいは３’、５’の元の嵌合面に沿っ て決められた分離線に沿って破断分離される。結果として、元の凸部及び溝ある いはくぼみ／突起及び凹部の組み合わせと破断処理で作られた表面の粗さとによ って、取付のために再び組み立てる際に部品３、５、あるいは３’、５’が正確 に位置決めされる。 この方法は、組立品の動きを防止するためのダボピンを省略することができ、 鍛造された部品の一時的な結合の前にも、また結合された部品の破断分離の後に も、接合部を正確に嵌合させるための接触面の費用のかかる加工を必要としない 。破断分離鍛造コンポーネントのために従来使用されている粉末鍛造材や鋳鉄の ような典型的な「破断可能な」素材よりも高い疲れ強さをもつ素材を用い、かつ 、接着剤や局部脆化を用いることなく、破断分離の利点が得られる。 本発明に係る様々な実施の形態が図示され説明されたが、本発明はこれに限定 されず、当業者に知られているような様々な変形や改良が可能である。例えば、 本発明は内燃機関用のコネクティングロッドの製造に関して説明され、その状況 において特に好ましいが、軸箱や軸受胴等の、別のコンポーネントの周りでの再 組立のために分離されなくてはならない他の部品の製造に幅広く適用できる。同 様に、上述した実施の 形態では、鍛造された部品の使用について説明されているが、本発明は、いかな る公知の処理やこのような部品を製造するために好ましい素材によって製造され た望ましい種類のコンポーネントのための部品にも適用できる。すなわち、ロッ ド及びキャップ形状の部品は、鋳造、粉末冶金（圧縮／燃結）、ダイキャスト（ 金属噴射鋳造）、あるいは、粒子の流れ、硫化物の含有物の微細構造や形状等を 制御することなどによって、またあるいは、上述した素材に加えてチタンや他の 鉄系の素材や金属母体混合物などによって、構造要求に応じて各部品の性質を合 わせるための製造処理を使用することにより、製造される。更に、二つの部品の 各々は、別の方法及び／又は素材で製造されてもよい。例えば、前述した本発明 の結合、加工、破断分離の処理へのいかなる変化も必要とせずに、一方の部品は 経済的なコストで高い完全性を得るためにインベストメント精密鋳造鋼鉄から製 造され、他方の部品は鍛造あるいは粉末冶金処理で製造されることができる。し たがって、本発明はここで図示され説明された詳細に限定されず、請求の範囲に 包含された全ての変化と変更とを含む。産業上の利用可能性 本発明は、内燃エンジン用のコネクティングロッド、軸箱や軸受胴等の、別の コンポーネントの周りでの再組立のために分離されなくてはならないコンポーネ ントの製造に広く利用可能である。特に、本発明は、従来の技術による破断分離 には不適当な高強度、高延性の金属から作られる必要があるこのようなコンポー ネントの製造において、非常に有効である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (71)出願人 テリー・エム・マキナーニー アメリカ合衆国、47201 インディアナ州、 コロンバス、フランクリンストリート 2602 (71)出願人 デニス・ピー・ポッター アメリカ合衆国、47250 インディアナ州、 マジソン、エヌ・ヒヤーホールドレーン 290 (71)出願人 ジェームズ・エム・ショート アメリカ合衆国、47227 インディアナ州、 サウスコミスキー、3365 ウエスト・シ ー・アール 850 (71)出願人 ポール・エル・ビッガースタッフ アメリカ合衆国、47565 インディアナ州、 ノースベモン、エス・ステイト 215 (71)出願人 ロバート・スティーブンス アメリカ合衆国、47203 インディアナ州、 コロンバス、リバーサイド 4360 (72)発明者 マーティン・アール・マイヤーズ アメリカ合衆国、47201 インディアナ州、 コロンバス、ノースモンローコート 820 (72)発明者 ジェームズ・ダブリュー・パッテント アメリカ合衆国、47246 インディアナ州、 ホープ、19321 イー・エス・アール 46 (72)発明者 ポール・シー・ベッカー アメリカ合衆国、47401 インディアナ州、 ブルーミントン、ウイリアムコート 3504 (72)発明者 テリー・エム・マキナーニー アメリカ合衆国、47201 インディアナ州、 コロンバス、フランクリンストリート 2602 (72)発明者 デニス・ピー・ポッター アメリカ合衆国、47250 インディアナ州、 マジソン、エヌ・ヒヤーホールドレーン 290 (72)発明者 ジェームズ・エム・ショート アメリカ合衆国、47227 インディアナ州、 サウスコミスキー、3365 ウエスト・シ ー・アール 850 (72)発明者 ポール・エル・ビッガースタッフ アメリカ合衆国、47565 インディアナ州、 ノースベモン、エス・ステイト 215 (72)発明者 ロバート・スティーブンス アメリカ合衆国、47203 インディアナ州、 コロンバス、リバーサイド 4360

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．別のコンポーネントの周りでの再組立てのために分離可能な部品から形成さ れるコンポーネントを製造する方法であって、 Ａ）分離した一対の部品を製造する工程と、 Ｂ）機械的及び金属的手段のうち少なくとも一方の手段を介して単一の部品を 形成するために、前記一対の部品を嵌合面に沿って接合する工程と、 Ｃ）前記得られた単一の部品を加工する工程と、 Ｄ）再組立ての前に更なる処理を必要としない二つの組み合わされた表面を有 する一対の部品を得るために、前記嵌合面に沿って延びる分離線に沿って前記単 一の部品を破断する工程と、 から成ることを特徴とする製造方法。 ２．前記分離した部品は、高強度、高延性を有する合金から成ることを特徴とす る請求項１に記載の製造方法。 ３．前記嵌合面は、前記部品のうちの一方に形成された楔形断面を有する隆起と 、前記部品のうちの他方に形成された楔形断面を有する溝と、を有することを特 徴とする請求項２に記載の製造方法。 ４．前記嵌合面は、少なくとも、前記部品のうちの一方に形成された少なくとも 一つの突起と、前記部品のうちの他方に形成された突起型の凹部と、を有するこ とを特徴とする請求項２に記載の製造方法。 ５．前記接合工程は、鍛造及び低温コイニングの一方によって行われることを特 徴とする請求項２に記載の製造方法。 ６．前記嵌合面は、前記部品のうちの一方に形成された楔形断面を有する隆起と 、前 記部品のうちの他方に形成された楔形断面を有する溝と、を有することを特徴と する請求項５に記載の製造方法。 ７．前記嵌合面は、少なくとも、前記部品のうちの一方に形成された少なくとも 一つの突起と、前記部品のうちの他方に形成された突起型の凹部と、を有するこ とを特徴とする請求項５に記載の製造方法。 ８．前記コンポーネントはコネクティングロッドであり、前記一対の部品はロッ ド部及びキャップ部であり、前記ロッド部及び前記キャップ部は、組み立てられ た際に前記分離線上に中心を置く穴を画成することを特徴とする請求項１に記載 の製造方法。 ９．前記分離した部品は、高強度、高延性を有する合金から成ることを特徴とす る請求項８に記載の製造方法。 １０．前記嵌合面は、前記部品のうちの一方に形成された楔形断面を有する隆起 と、前記部品のうちの他方に形成された楔形断面を有する溝と、を有することを 特徴とする請求項９に記載の製造方法。 １１．前記嵌合面は、少なくとも、前記部品のうちの一方に形成された少なくと も一つの突起と、前記部品のうちの他方に形成された突起型の凹部と、を有する ことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。 １２．前記接合工程は、鍛造及び低温コイニングの一方によって行われることを 特徴とする請求項９に記載の製造方法。 １３．前記嵌合面は、前記部品のうちの一方に形成された楔形断面を有する隆起 と、前記部品のうちの他方に形成された楔形断面を有する溝と、を有することを 特徴とす る請求項１２に記載の製造方法。 １４．前記嵌合面は、少なくとも、前記部品のうちの一方に形成された少なくと も一つの突起と、前記部品のうちの他方に形成された突起型の凹部と、を有する ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。 １５．工程Ａで製造された部品に対し、予備的な加工を行わずに、工程Ｂを行う ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 １６．前記分離した部品は、高強度、高延性を有する合金から成ることを特徴と する請求項１５に記載の製造方法。 １７．前記嵌合面は、前記部品のうちの一方に形成された楔形断面を有する隆起 と、前記部品のうちの他方に形成された楔形断面を有する溝と、を有することを 特徴とする請求項１６に記載の製造方法。 １８．前記嵌合面は、少なくとも、前記部品のうちの一方に形成された少なくと も一つの突起と、前記部品のうちの他方に形成された突起型の凹部と、を有する ことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。 １９．前記接合工程は、鍛造及び低温コイニングの一方によって行われることを 特徴とする請求項１６に記載の製造方法。 ２０．前記コンポーネントはコネクティングロッドであり、前記一対の部品はロ ッド部及びキャップ部であり、前記ロッド部及び前記キャップ部は、組み立てら れた際に前記分離線上に中心を置く穴を画成することを特徴とする請求項１６に 記載の製造方法。 ２１．前記一対の分離した部品のうちの少なくとも一方は、鍛造によって製造さ れることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 ２２．前記一対の分離した部品のうちの他方は、鍛造以外の方法によって製造さ れることを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。 ２３．前記分離した部品は、それぞれ異なる材料から製造されることを特徴とす る請求項２１に記載の製造方法。 ２４．前記一対の分離した部品のうちの少なくとも一方は、鋳造によって製造さ れることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 ２５．前記一対の分離した部品のうちの他方は、鋳造以外の方法によって製造さ れることを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。 ２６．前記分離した部品は、それぞれ異なる材料から製造されることを特徴とす る請求項２４に記載の製造方法。 ２７．前記一対の分離した部品のうちの少なくとも一方は、粉末冶金処理によっ て製造されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 ２８．前記一対の分離した部品のうちの他方は、粉末冶金処理以外の方法によっ て製造されることを特徴とする請求項２７に記載の製造方法。 ２９．前記分離した部品は、それぞれ異なる材料から製造されることを特徴とす る請求項２７に記載の製造方法。 ３０．前記分離した部品のうちの一方は、他方と異なる方法によって製造される ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 ３１．前記分離した部品のうちの一方は、他方と異なる材料から製造されること を特徴とする請求項１に記載の製造方法。