JP2006308027A - Connecting rod, manufacturing method thereof, internal combustion engine, automobile - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a split type connecting rod of a titanium alloy easily manufactured by a fracture splitting method, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The split type connecting rod is formed from a titanium alloy and comprises a rod body part 10, and a large end part 30 provided to one end of the rod body part 10. The large end part 30 is fracture-split into a rod part 33 continuous to one end of the rod body part 10 and a cap part 34 connected to the rod part 33. The large end part 30 includes an inclusion 8 near a parting surface P between the rod part 33 and the cap part 34, with the length direction of the inclusion 8 forming 0°-30° against the parting surface P. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、クランクシャフトとピストンとを連結するコンロッドおよびその製造方法に関し、特に、大端部が破断分割された破断分割型のコンロッドおよびその製造方法に関する。また、本発明は、そのようなコンロッドを備えた内燃機関や自動車両にも関する。   The present invention relates to a connecting rod that connects a crankshaft and a piston, and a method for manufacturing the connecting rod, and more particularly, to a break-dividing connecting rod having a large end portion divided by breaking, and a method for manufacturing the connecting rod. The present invention also relates to an internal combustion engine or a motor vehicle provided with such a connecting rod.

自動車両の内燃機関には、クランクシャフトとピストンとを連結するために、コンロッド(あるいはコネクティングロッド)と呼ばれる部材が用いられている。図32に、従来のコンロッド401を示す。コンロッド401は、棒状のロッド本体部410と、ロッド本体部410の一端に設けられた小端部420と、ロッド本体部410の他端に設けられた大端部430とを有している。   In an internal combustion engine of a motor vehicle, a member called a connecting rod (or connecting rod) is used to connect a crankshaft and a piston. FIG. 32 shows a conventional connecting rod 401. The connecting rod 401 has a rod-shaped rod body 410, a small end 420 provided at one end of the rod body 410, and a large end 430 provided at the other end of the rod body 410.

小端部420は、ピストンピンを通すための貫通孔425を有し、ピストンに接続される。一方、大端部430は、クランクピンを通すための貫通孔435を有し、クランクシャフトに接続される。   The small end portion 420 has a through hole 425 for passing a piston pin, and is connected to the piston. On the other hand, the large end portion 430 has a through hole 435 through which the crankpin is passed, and is connected to the crankshaft.

大端部430は、ロッド本体部410の一端に連続するロッド部433と、ロッド部433にボルト440によって結合されるキャップ部434とに分割されている。そのため、図32に示したコンロッド401は、分割型のコンロッドと呼ばれる。   The large end portion 430 is divided into a rod portion 433 that is continuous with one end of the rod body portion 410 and a cap portion 434 that is coupled to the rod portion 433 by a bolt 440. For this reason, the connecting rod 401 shown in FIG. 32 is called a split connecting rod.

従来、コンロッドの材料としては鋼が広く用いられてきたが、近年、コンロッドの軽量化のためにチタン合金を用いることが提案されている。チタン合金を用いてコンロッドを製造する方法としては、特許文献1に開示されているような閉塞鍛造や密閉鍛造、あるいは、非特許文献1に開示されているような熱間鍛造が挙げられる。   Conventionally, steel has been widely used as a material for connecting rods, but in recent years, it has been proposed to use a titanium alloy for reducing the weight of connecting rods. Examples of a method for producing a connecting rod using a titanium alloy include closed forging and closed forging as disclosed in Patent Document 1, or hot forging as disclosed in Non-Patent Document 1.

これらの方法を用いて図32に示したような分割型コンロッドを製造する場合、大端部を一体で、つまり、ロッド部とキャップ部とを一体で鍛造することにより、材料の歩留まりを高くすることができる。しかしながら、このようにして鍛造を行うと、当然ながら、その後にロッド部とキャップ部とを機械加工によって切り離す必要がある。また、切り離し後にも、ロッド部およびキャップ部の互いに当接する面を加工したり、ロッド部とキャップ部とを精度良く組み付けるための位置決め加工を行ったりする必要がある。チタン合金は、一般に、機械加工性が鋼よりも悪いため、これらの一連の加工工程が、チタン合金製のコンロッドの生産性の悪化や製造コストの増加の一因となっている。   When a split type connecting rod as shown in FIG. 32 is manufactured by using these methods, the yield of the material is increased by forging the large end portion integrally, that is, the rod portion and the cap portion. be able to. However, when forging is performed in this manner, naturally, the rod portion and the cap portion need to be separated by machining after that. In addition, even after the separation, it is necessary to process the surfaces of the rod portion and the cap portion that are in contact with each other and to perform positioning processing for assembling the rod portion and the cap portion with high accuracy. Titanium alloys generally have poorer machinability than steel, and these series of processing steps contribute to the deterioration of productivity and the increase of manufacturing costs of connecting rods made of titanium alloy.

この問題を解決する手法として、破断工法が提案されている。破断工法は、大端部を一体に形成した後に、脆性破断によってロッド部とキャップ部とに分割する手法である。ロッド部およびキャップ部の破断面には、脆性破断によって微細な凹凸が相補的に形成される。これらの破断面に対しては、別途に加工を行う必要がない。また、破断面に相補的に形成された微細な凹凸によって、ロッド部とキャップ部とを組み付けたときに精度良く位置決めを行うことができるので、位置決め構造を形成するための加工を行う必要もない。   As a technique for solving this problem, a fracture method has been proposed. The fracture method is a method in which a large end portion is integrally formed and then divided into a rod portion and a cap portion by brittle fracture. On the fracture surface of the rod part and the cap part, fine irregularities are complementarily formed by brittle fracture. There is no need to process these fractured surfaces separately. In addition, the fine unevenness formed in a complementary manner to the fractured surface enables accurate positioning when the rod part and the cap part are assembled, so there is no need to perform processing for forming the positioning structure. .

この破断工法は、焼結鋼、炭素鋼、非調質鋼および浸炭鋼などの鋼材を用いたコンロッドについては多く実施されているが、チタン合金製のコンロッドについては、これまで実施された例がなく、チタン合金製のコンロッドに実施することは事実上不可能と考えられてきた。なぜならば、チタン合金は靭性が高いので、脆性破断が必要である破断工法をチタン合金製のコンロッドに対して行うことは極端に難しいからである。   This fracture method has been widely used for connecting rods using steel materials such as sintered steel, carbon steel, non-tempered steel, and carburized steel. However, it has been considered virtually impossible to carry out on a connecting rod made of titanium alloy. This is because a titanium alloy has high toughness, and it is extremely difficult to perform a fracture method that requires brittle fracture on a connecting rod made of titanium alloy.

また、チタン合金製コンロッドの破断分割は、以下の理由からも難しかった。従来、チタン合金製のコンロッドは、まず、チタン合金塊を塑性加工によって板状や棒状にし、これらの板状や棒状の部材からコンロッドを打ち抜くかあるいは切り出すことによって製造されてきた。あるいは、チタン合金製のコンロッドは、丸棒や板材その他の素形材から鍛造を行い、その鍛造品を仕上げ機械加工することによって製造されてきた。   Moreover, the fracture | rupture division | segmentation of the titanium alloy connecting rod was also difficult for the following reasons. Conventionally, titanium alloy connecting rods have been manufactured by first forming a titanium alloy block into a plate shape or a rod shape by plastic working, and then punching or cutting the connecting rod from these plate or rod-shaped members. Or the connecting rod made from a titanium alloy has been manufactured by forging from a round bar, a board | plate material, and another shaped material, and finishing-machining the forging product.

その際、型設計の容易さや、強度向上、歩留まりの向上のために、図33に示すように、コンロッドを構成するチタン合金のメタルフロー(ファイバーフローとも呼ばれる)がコンロッドの長手方向に平行になるように設計が行われてきた。メタルフローは、鍛造製品にみられる金属組織の流れであり、鍛流線とも呼ばれる。鍛造製品の切断面を腐食すると、メタルフローが繊維状の金属組織として視認される。図33には、メタルフローを模式的に実線MFで示している。上述のように設計されたコンロッドの大端部を破断分割するためには、メタルフローを横切るように、つまり、繊維状の金属組織を切断するように脆性破断を行わなければならない。このような脆性破断を、靭性の高いチタン合金製のコンロッドにおいて行うことは困難である。   At that time, in order to facilitate mold design, improve strength, and improve yield, the metal flow (also called fiber flow) of the titanium alloy constituting the connecting rod is parallel to the longitudinal direction of the connecting rod as shown in FIG. The design has been done so. Metal flow is a flow of metal structure found in forged products, and is also called forging line. When the cut surface of the forged product is corroded, the metal flow is visually recognized as a fibrous metal structure. In FIG. 33, the metal flow is schematically indicated by a solid line MF. In order to break and break the large end of the connecting rod designed as described above, a brittle fracture must be performed so as to cross the metal flow, that is, to cut the fibrous metal structure. It is difficult to perform such a brittle fracture in a connecting rod made of titanium alloy having high toughness.

特許文献2には、圧延鍛造により形成されたコンロッドの破断分割を容易にする手法として、図34に示すように、メタルフローをコンロッドの長手方向に直交させる手法が開示されている。特許文献2には、この手法によれば、メタルフローを横切らないように破断を行うことができるので、破断分割を容易に行うことができると記載されている。また、特許文献2には、全般にわたって鋼製のコンロッドについての説明が記載されているが、この手法をアルミニウム合金製やチタン合金製のコンロッドに用いることができることが付加的に記載されている。
特開昭60−247432号公報 特開平9−182932号公報 松原敏彦、「快削チタン合金コネクティングロッドの開発」、チタニウム・ジルコニウム、平成3年10月、第39巻、第4号、p. 175-184
Patent Document 2 discloses a technique for making the metal flow orthogonal to the longitudinal direction of the connecting rod, as shown in FIG. 34, as a technique for facilitating the fracture division of the connecting rod formed by rolling forging. Patent Document 2 describes that, according to this method, the fracture can be performed so as not to cross the metal flow, so that the fracture can be easily divided. Moreover, although patent document 2 describes the description about steel connecting rods in general, it is additionally described that this method can be used for connecting rods made of aluminum alloy or titanium alloy.
JP-A-60-247432 JP-A-9-182932 Toshihiko Matsubara, “Development of Free-cutting Titanium Alloy Connecting Rod”, Titanium / Zirconium, October 1991, Vol. 39, No. 4, p. 175-184

しかしながら、本願発明者が、チタン合金製のコンロッドにおける破断分割について詳細な検討を行ったところ、鋼よりも靭性の高いチタン合金から形成されたコンロッドでは、メタルフローを所定の方向に設定するだけでは、破断分割を容易に行うことはできないことがわかった。   However, the inventor of the present application has conducted a detailed study on fracture splitting in a titanium alloy connecting rod. With a connecting rod formed of a titanium alloy having higher toughness than steel, simply setting the metal flow in a predetermined direction. It has been found that break splitting cannot be performed easily.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、破断分割法によって容易に製造可能なチタン合金製の分割型コンロッドおよびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a split connecting rod made of titanium alloy that can be easily manufactured by a fracture splitting method and a manufacturing method thereof.

本発明によるコンロッドは、チタン合金から形成され、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端に設けられ、貫通孔を有する大端部とを備え、前記大端部が、前記ロッド本体部の前記一端に連続するロッド部と、前記ロッド部に結合されるキャップ部とに破断分割された分割型コンロッドであって、前記大端部は、前記ロッド部と前記キャップ部との合わせ面の近傍に介在物を含み、前記介在物の長手方向が前記合わせ面に対して0°以上30°以下の角をなし、そのことによって上記目的が達成される。   The connecting rod according to the present invention is made of a titanium alloy, and includes a rod main body portion and a large end portion provided at one end of the rod main body portion and having a through hole, and the large end portion is the rod body portion. A split-type connecting rod that is broken and divided into a rod portion that is continuous to one end and a cap portion that is coupled to the rod portion, wherein the large end portion is in the vicinity of the mating surface of the rod portion and the cap portion. Including inclusions, the longitudinal direction of the inclusions forms an angle of 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the mating surface, whereby the above object is achieved.

ある好適な実施形態において、前記介在物の長手方向は、前記合わせ面に対して略平行である。   In a preferred embodiment, the longitudinal direction of the inclusion is substantially parallel to the mating surface.

ある好適な実施形態において、前記合わせ面の近傍におけるメタルフローは前記介在物の長手方向に略平行である。   In a preferred embodiment, the metal flow in the vicinity of the mating surface is substantially parallel to the longitudinal direction of the inclusion.

ある好適な実施形態において、前記チタン合金は、希土類元素および硫黄を含み、前記介在物は、希土類元素と硫黄の化合物である。   In a preferred embodiment, the titanium alloy includes a rare earth element and sulfur, and the inclusion is a compound of a rare earth element and sulfur.

ある好適な実施形態において、前記チタン合金は、0.05wt%以上0.7wt%以下の希土類元素および0.05wt%以上0.2wt%以下の硫黄を含む。   In a preferred embodiment, the titanium alloy includes 0.05 wt% or more and 0.7 wt% or less of a rare earth element and 0.05 wt% or more and 0.2 wt% or less of sulfur.

ある好適な実施形態において、前記チタン合金は、2.5wt%以上6.75wt%以下のアルミニウムおよび1.6wt%以上4.5wt%以下のバナジウムを含む。   In a preferred embodiment, the titanium alloy includes 2.5 wt% to 6.75 wt% aluminum and 1.6 wt% to 4.5 wt% vanadium.

ある好適な実施形態において、本発明によるコンロッドは、ロックウェル硬さが33HRC以上である。   In a preferred embodiment, the connecting rod according to the present invention has a Rockwell hardness of 33 HRC or higher.

本発明による内燃機関は、上記構成を有するコンロッドを備えており、そのことによって上記目的が達成される。   The internal combustion engine according to the present invention includes a connecting rod having the above-described configuration, thereby achieving the above object.

本発明による自動車両は、上記構成を有する内燃機関を備えており、そのことによって上記目的が達成される。   The motor vehicle according to the present invention includes an internal combustion engine having the above-described configuration, thereby achieving the above object.

本発明によるコンロッドの製造方法は、チタン合金から形成され、ロッド本体部および前記ロッド本体部の一端に設けられた大端部を有するコンロッドを用意する工程と、前記コンロッドの前記大端部を所定の破断予定面に沿って破断分割する工程とを包含する破断分割型コンロッドの製造方法であって、前記コンロッドを用意する工程は、前記コンロッドの前記大端部が前記破断予定面の近傍に介在物を含み、且つ、前記介在物の長手方向が前記破断予定面に対して0°以上30°以下の角をなすように行われ、そのことによって上記目的が達成される。   A method for manufacturing a connecting rod according to the present invention includes a step of preparing a connecting rod formed of a titanium alloy and having a rod main body and a large end provided at one end of the rod main body, and the large end of the connecting rod is predetermined. A split split type connecting rod manufacturing method including a step of splitting along a planned fracture surface, wherein the step of preparing the connecting rod is such that the large end of the connecting rod is interposed in the vicinity of the planned fracture surface The inclusions are included and the longitudinal direction of the inclusions forms an angle of 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the planned fracture surface, thereby achieving the above object.

ある好適な実施形態において、前記コンロッドを用意する工程は、熱処理を行う工程を包含する。   In a preferred embodiment, the step of preparing the connecting rod includes a step of performing a heat treatment.

ある好適な実施形態において、本発明によるコンロッドの製造方法は、前記大端部を破断分割する工程の前に、前記コンロッドを冷却する工程を包含する。   In a preferred embodiment, the connecting rod manufacturing method according to the present invention includes a step of cooling the connecting rod before the step of breaking and breaking the large end portion.

本発明によるチタン合金製のコンロッドの大端部は、ロッド部とキャップ部との合わせ面の近傍に介在物を含んでおり、この介在物の長手方向は、合わせ面に対して0°以上30°以下の角をなしている。そのため、介在物によって合わせ面に沿った破断分割が助長され、破断分割を容易に行うことができる。   The large end portion of the connecting rod made of titanium alloy according to the present invention includes an inclusion in the vicinity of the mating surface between the rod portion and the cap portion, and the longitudinal direction of the inclusion is 0 ° or more and 30 with respect to the mating surface. The corner is less than °. Therefore, the break division along the mating surface is facilitated by inclusions, and the break division can be easily performed.

本願発明者は、チタン合金製のコンロッドについて破断分割を好適に行うための手法を種々検討した。その結果、破断分割される部分の近傍に介在物を存在させ、さらに、その介在物の長手方向を所定の方向に向けることにより、従来不可能であると思われていたチタン合金製コンロッドの破断分割を容易に行うことができることを見出した。本願発明は、上記知見に基づいて想到されたものである。   The inventor of the present application has studied various methods for suitably performing fracture division on a titanium alloy connecting rod. As a result, the inclusion of the inclusions in the vicinity of the portion to be divided by breakage, and further, by breaking the longitudinal direction of the inclusions in a predetermined direction, fracture of the titanium alloy connecting rod, which has been considered impossible in the past It was found that the division can be performed easily. The present invention has been conceived based on the above findings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

図1および図2に、本実施形態におけるチタン合金製のコンロッド1を示す。図1および図2は、それぞれ破断分割前のコンロッド1を模式的に示す斜視図および平面図である。   1 and 2 show a connecting rod 1 made of a titanium alloy in the present embodiment. FIG. 1 and FIG. 2 are a perspective view and a plan view, respectively, schematically showing the connecting rod 1 before breaking division.

コンロッド1は、図1および図2に示すように、ロッド本体部10と、ロッド本体部10の一端に設けられた小端部20と、ロッド本体部10の他端に設けられた大端部30とを備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the connecting rod 1 includes a rod body 10, a small end 20 provided at one end of the rod body 10, and a large end provided at the other end of the rod body 10. 30.

小端部20には、ピストンピンを通すための貫通孔(「ピストンピン孔」と呼ぶ)25が形成されている。一方、大端部30には、クランクピンを通すための貫通孔(「クランクピン孔」と呼ぶ)35が形成されている。クランクピン孔35は、典型的にはピストンピン孔25よりも大径である。   A through hole (referred to as “piston pin hole”) 25 through which the piston pin passes is formed in the small end portion 20. On the other hand, the large end 30 is formed with a through hole (referred to as “crank pin hole”) 35 through which the crank pin passes. The crank pin hole 35 is typically larger in diameter than the piston pin hole 25.

大端部30は、ロッド本体部10から両側方に広がる肩部31aおよび31bを有している。大端部30の肩部31aおよび31bには、ボルトを通すためのボルト孔32が形成されている。本実施形態では、ボルト孔32は、キャップ部34側からロッド部33側に向かって延び、ロッド部33内部に底面を有する有底孔である。   The large end portion 30 has shoulder portions 31 a and 31 b extending from the rod main body portion 10 on both sides. Bolt holes 32 for passing bolts are formed in the shoulder portions 31 a and 31 b of the large end portion 30. In the present embodiment, the bolt hole 32 is a bottomed hole that extends from the cap portion 34 side toward the rod portion 33 side and has a bottom surface inside the rod portion 33.

以下の説明においては、ロッド本体部10の延びる方向を「長手方向」と呼び、クランクピン孔35の中心軸(図1中に一点鎖線で示されている)の方向を「軸方向」と呼ぶ。また、長手方向および軸方向に直交する方向を「幅方向」と呼ぶ。また、図1以降の図面において、長手方向を矢印Zで示し、軸方向を矢印Xで示し、幅方向を矢印Yで示す。   In the following description, the direction in which the rod body 10 extends is referred to as “longitudinal direction”, and the direction of the central axis of the crankpin hole 35 (shown by a one-dot chain line in FIG. 1) is referred to as “axial direction”. . A direction orthogonal to the longitudinal direction and the axial direction is referred to as a “width direction”. 1 and subsequent drawings, the longitudinal direction is indicated by an arrow Z, the axial direction is indicated by an arrow X, and the width direction is indicated by an arrow Y.

破断分割前の大端部30では、図1および図2に示すように、ロッド部33およびキャップ部34が一体に形成されている。大端部30は、軸方向Xおよび幅方向Yに平行な(すなわち長手方向Xに直交する)破断予定面Aに沿って破断分割される。破断予定面Aは、クランクピン孔35の中心軸を通るように設定される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rod portion 33 and the cap portion 34 are integrally formed in the large end portion 30 before the fracture division. The large end portion 30 is broken and divided along a planned fracture surface A parallel to the axial direction X and the width direction Y (that is, orthogonal to the longitudinal direction X). The planned fracture surface A is set so as to pass through the central axis of the crankpin hole 35.

図3に、破断分割後のコンロッド1を示す。コンロッド1の大端部30は、ロッド本体部10の他端に連続するロッド部33と、ロッド部33に結合部材(ここではボルト40)によって結合されるキャップ部34とに分割されている。   FIG. 3 shows the connecting rod 1 after fracture division. The large end portion 30 of the connecting rod 1 is divided into a rod portion 33 continuing to the other end of the rod main body portion 10 and a cap portion 34 coupled to the rod portion 33 by a coupling member (here, a bolt 40).

破断分割によって、ロッド部33およびキャップ部34には、それぞれ微細な凹凸を有する破断面Fが形成される。ロッド部33の破断面Fとキャップ部34の破断面Fとを互いに当接させ、ボルト孔32にボルト40をねじ込むことによって、ロッド部33とキャップ部34とが互いに結合される。ロッド部33およびキャップ部34の破断面Fは、互いに相補的な凹凸を有するので、ロッド部33およびキャップ部34の位置決めが正確になされる。また、破断面Fの凹凸同士が嵌合することによって、ロッド部33とキャップ部34との結合がより強固となり、大端部30全体の剛性が向上する。   By the fracture division, the fracture surface F having fine irregularities is formed in the rod portion 33 and the cap portion 34, respectively. By bringing the fracture surface F of the rod portion 33 and the fracture surface F of the cap portion 34 into contact with each other and screwing the bolt 40 into the bolt hole 32, the rod portion 33 and the cap portion 34 are coupled to each other. Since the fracture surface F of the rod part 33 and the cap part 34 has irregularities complementary to each other, the rod part 33 and the cap part 34 are accurately positioned. Moreover, when the unevenness | corrugation of the torn surface F fits, the coupling | bonding of the rod part 33 and the cap part 34 becomes firmer, and the rigidity of the big end part 30 whole improves.

本実施形態におけるコンロッド1は、チタン合金中に介在物を含んでいる。図4は、後述するようにして実際に試作したコンロッドの断面を示す顕微鏡写真である。図4に示すように、チタン合金のマトリクス中に介在物8が存在している。介在物8は、異方的な形状を有し、例えば図4に示したような針状(繊維状)や楕円状である。介在物8の長さは、典型的には、10μm〜400μm程度である。なお、図4に例示した介在物8は、希土類元素と硫黄の化合物である。   The connecting rod 1 in the present embodiment includes inclusions in the titanium alloy. FIG. 4 is a photomicrograph showing a cross section of a connecting rod actually produced as described later. As shown in FIG. 4, inclusions 8 are present in the matrix of the titanium alloy. The inclusion 8 has an anisotropic shape, for example, a needle shape (fiber shape) or an ellipse shape as shown in FIG. The length of the inclusion 8 is typically about 10 μm to 400 μm. The inclusion 8 illustrated in FIG. 4 is a rare earth element and sulfur compound.

図5に、ロッド部33とキャップ部34との合わせ面P近傍における介在物8の様子を模式的に示す。図5では、合わせ面P近傍の断面Cにおける介在物8を図中右下に拡大して示している。   FIG. 5 schematically shows the state of the inclusion 8 in the vicinity of the mating surface P between the rod portion 33 and the cap portion 34. In FIG. 5, the inclusion 8 in the cross section C in the vicinity of the mating surface P is shown enlarged in the lower right in the drawing.

図5に示すように、介在物8は、合わせ面Pに略平行に延びている。言い換えると、介在物8は、その長手方向が合わせ面Pに対して略平行となるように並んでいる。ここでは、キャップ部34の断面内の介在物8を示したが、ロッド部33の断面においても、介在物8の長手方向は合わせ面Pに略平行である。   As shown in FIG. 5, the inclusion 8 extends substantially parallel to the mating surface P. In other words, the inclusions 8 are arranged so that the longitudinal direction thereof is substantially parallel to the mating surface P. Here, the inclusion 8 in the cross section of the cap portion 34 is shown, but also in the cross section of the rod portion 33, the longitudinal direction of the inclusion 8 is substantially parallel to the mating surface P.

なお、本願明細書では、ロッド部33とキャップ部34との「合わせ面」は、ロッド部33とキャップ部34の表面に形成された微細な凹凸を含む実際の破断面Fではなく、破断分割前のコンロッド1における破断予定面Aと一致する仮想的な面Pを指す。本実施形態では、図1に示したように長手方向Xに直交する(つまり軸方向Xおよび幅方向Yに平行な)破断予定面Aに沿って破断分割が行われるので、合わせ面Pは、長手方向Zに直交し、軸方向Xおよび幅方向Yに平行な平面である。なお、破断予定面Aおよび合わせ面Pは、ここで例示したものに限定されない。破断予定面Aおよび合わせ面Pは、長手方向Zに直交していなくてもよいし、軸方向Xおよび幅方向Yに平行でなくてもよい。   In the specification of the present application, the “mating surface” between the rod portion 33 and the cap portion 34 is not an actual fracture surface F including fine irregularities formed on the surfaces of the rod portion 33 and the cap portion 34, but a fracture division. It refers to a virtual surface P that coincides with the planned fracture surface A in the previous connecting rod 1. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the fracture plane is divided along the planned fracture plane A that is orthogonal to the longitudinal direction X (that is, parallel to the axial direction X and the width direction Y). It is a plane orthogonal to the longitudinal direction Z and parallel to the axial direction X and the width direction Y. Note that the planned fracture surface A and the mating surface P are not limited to those exemplified here. The planned fracture surface A and the mating surface P may not be orthogonal to the longitudinal direction Z, and may not be parallel to the axial direction X and the width direction Y.

また、図6に、本実施形態におけるコンロッド1のメタルフローを示す。図6中に実線MFで模式的に示すように、合わせ面P近傍におけるメタルフローは、合わせ面Pに略平行である。従って、合わせ面P近傍におけるメタルフローは、介在物8の長手方向に略平行である。このように、介在物8は、典型的には、その長手方向がメタルフローに沿うように並ぶ。これは、メタルフローが形成される際の金属組織の流れに追従して介在物8が伸びるためであると考えられる。従って、後述するように、メタルフローを合わせ面Pに略平行に設定することにより、介在物8の長手方向を合わせ面Pに略平行にすることができる。   FIG. 6 shows a metal flow of the connecting rod 1 in the present embodiment. As schematically shown by the solid line MF in FIG. 6, the metal flow in the vicinity of the mating surface P is substantially parallel to the mating surface P. Therefore, the metal flow in the vicinity of the mating surface P is substantially parallel to the longitudinal direction of the inclusion 8. Thus, the inclusions 8 are typically arranged so that the longitudinal direction thereof follows the metal flow. This is considered to be because inclusions 8 extend following the flow of the metal structure when the metal flow is formed. Therefore, the longitudinal direction of the inclusion 8 can be made substantially parallel to the mating surface P by setting the metal flow substantially parallel to the mating surface P, as will be described later.

上述したように、本実施形態におけるコンロッド1では、メタルフローが合わせ面P(破断分割前の破断予定面A)に対して略平行である。そのため、メタルフローを横切らないように破断分割を行うことができるので、破断分割が容易である。   As described above, in the connecting rod 1 in the present embodiment, the metal flow is substantially parallel to the mating surface P (the planned fracture surface A before the fracture split). For this reason, the fracture division can be performed so as not to cross the metal flow, and the fracture division is easy.

さらに、本実施形態におけるコンロッド1は、ロッド部33とキャップ部34との合わせ面Pの近傍に、長手方向が合わせ面Pに略平行な介在物8を含んでいる。本願発明者が種々の検討を行ったところによれば、このような介在物8を含むことによって、破断分割をより容易に、より確実に行うことができた。これは、異方的な形状を有する介在物8が破断の起点となることによって、介在物8の長手方向に平行な面に沿った脆性破断が助長されるためであると考えられる。   Further, the connecting rod 1 in the present embodiment includes inclusions 8 whose longitudinal direction is substantially parallel to the mating surface P in the vicinity of the mating surface P between the rod portion 33 and the cap portion 34. According to various studies by the inventor of the present application, the inclusion of such inclusions 8 enables easier and more reliable break division. This is considered to be because the inclusion 8 having an anisotropic shape serves as the starting point of the break, thereby promoting the brittle break along the plane parallel to the longitudinal direction of the inclusion 8.

なお、ここでは、介在物8の長手方向およびメタルフローが軸方向Xに略平行な場合(図5および図6)を例示したが、本発明はこれに限定されない。介在物8の長手方向およびメタルフローは、合わせ面Pに略平行であればよく、合わせ面P内のいずれの方位に向いていてもよい。介在物8の長手方向およびメタルフローは、例えば、図7および図8に示すように幅方向Yに対して略平行(つまり軸方向Xに対して略直交)であってもよいし、軸方向Xおよび幅方向Yに交差していてもよい。   In addition, although the case where the longitudinal direction of the inclusion 8 and the metal flow are substantially parallel to the axial direction X is illustrated here (FIGS. 5 and 6), the present invention is not limited to this. The longitudinal direction and metal flow of the inclusions 8 need only be substantially parallel to the mating surface P, and may be directed to any orientation in the mating surface P. The longitudinal direction and metal flow of the inclusion 8 may be substantially parallel to the width direction Y (that is, substantially orthogonal to the axial direction X) as shown in FIGS. X and width direction Y may be crossed.

また、介在物8の長手方向およびメタルフローは、図9に示すように、合わせ面Pに対して比較的小さな角度であれば傾斜していてもよい。介在物8の長手方向と合わせ面Pとのなす角θが、0°以上30°以下であれば、破断分割を従来に比べ容易に行うことができる。この理由を図10(a)〜(c)を参照しながら説明する。   Further, as shown in FIG. 9, the longitudinal direction of the inclusion 8 and the metal flow may be inclined as long as the angle is relatively small with respect to the mating surface P. If the angle θ formed by the longitudinal direction of the inclusion 8 and the mating surface P is 0 ° or more and 30 ° or less, the fracture division can be easily performed as compared with the conventional case. The reason for this will be described with reference to FIGS.

図10(a)に示すように、介在物8の長手方向と合わせ面Pとのなす角θが90°である場合、メタルフローに直交する面に沿って破断を行うことになる。そのため、繊維状の金属組織を切断するように破断分割を行わなければならず、破断分割を好適に行うことが難しい。   As shown in FIG. 10A, when the angle θ formed by the longitudinal direction of the inclusion 8 and the mating surface P is 90 °, the fracture occurs along the plane orthogonal to the metal flow. For this reason, it is necessary to perform fracture division so as to cut the fibrous metal structure, and it is difficult to suitably perform the fracture division.

これに対し、図10(b)に示すように、介在物8の長手方向が合わせ面Pに対して比較的小さな角度で傾斜している場合には、メタルフローに交差する面に沿って破断を行うことにはなるが、図10(a)に示す場合よりも破断を容易に行うことができる。これは、メタルフローを模式的に示す実線MFが合わせ面Pを横切る数を図10(a)と図10(b)とで比較することからもわかるように、切断すべき繊維状組織の数が少なくなるからである。例えば、図10(b)に例示したように、介在物8の長手方向と合わせ面Pとのなす角θが30°であると、切断すべき繊維状組織の数が約1/2となる。   On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the longitudinal direction of the inclusion 8 is inclined at a relatively small angle with respect to the mating surface P, it breaks along the surface intersecting the metal flow. However, the fracture can be performed more easily than in the case shown in FIG. This is the number of fibrous structures to be cut, as can be seen from comparing the number of solid lines MF that schematically show the metal flow across the mating surface P in FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b). This is because there are fewer. For example, as illustrated in FIG. 10B, when the angle θ formed by the longitudinal direction of the inclusion 8 and the mating surface P is 30 °, the number of fibrous structures to be cut is approximately ½. .

また、図10(c)に示すように、介在物8の長手方向およびメタルフローと合わせ面Pとのなす角θが0°である場合には、メタルフローに平行な面に沿って破断を行うことになる。そのため、破断分割をさらに容易に行うことができる。   In addition, as shown in FIG. 10C, when the angle θ between the longitudinal direction of the inclusion 8 and the metal flow and the mating surface P is 0 °, the fracture occurs along a plane parallel to the metal flow. Will do. For this reason, it is possible to more easily carry out break division.

このように、介在物8の長手方向と合わせ面Pとのなす角θを0°以上30°以下とすることによって、θ=90°である場合と比較して破断すべき繊維状組織の数を約1/2以下とすることができ、そのため、破断分割を十分に容易に行うことができる。   Thus, by setting the angle θ between the longitudinal direction of the inclusion 8 and the mating surface P to be 0 ° or more and 30 ° or less, the number of fibrous structures to be broken as compared to the case where θ = 90 ° is obtained. Can be reduced to about ½ or less, and therefore, the fracture division can be performed sufficiently easily.

なお、本実施形態では、図2に示したように、ボルト孔32が有底孔である。このような構造を採用すると、図32に示したようにボルト孔としてロッド部を貫通する貫通孔を形成した場合に比べ、ロッド部33の剛性を向上することができる。ボルト孔として貫通孔を形成した場合であっても、ロッド部を肉厚にすることによって剛性を確保することはできるが、その場合、コンロッドの重量化を招いてしまう。これに対し、ボルト孔32を有底孔にすると、ロッド部33の剛性を確保しつつ、コンロッド1の軽量化を図ることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the bolt hole 32 is a bottomed hole. When such a structure is employed, the rigidity of the rod portion 33 can be improved as compared with the case where a through hole penetrating the rod portion is formed as a bolt hole as shown in FIG. Even when a through hole is formed as a bolt hole, rigidity can be ensured by making the rod portion thick, but in this case, the connecting rod is increased in weight. On the other hand, when the bolt hole 32 is a bottomed hole, the connecting rod 1 can be reduced in weight while ensuring the rigidity of the rod portion 33.

次に、本実施形態におけるコンロッド1の製造方法を説明する。ここでは、図11および図12に示すコンロッド1を例として製造方法を説明する。図11および図12は、破断分割前のコンロッド1を示す図であり、クランクピン孔35の内周面に形成される好ましい構造の一例を具体的に示している。以下、簡単にこの構造を説明し、続いて、コンロッド1の製造方法を説明する。   Next, the manufacturing method of the connecting rod 1 in this embodiment is demonstrated. Here, the manufacturing method will be described using the connecting rod 1 shown in FIGS. 11 and 12 as an example. FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams showing the connecting rod 1 before breaking and dividing, and specifically show an example of a preferable structure formed on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. Hereinafter, this structure will be briefly described, and subsequently, a method for manufacturing the connecting rod 1 will be described.

クランクピン孔35の内周面には、軸方向Xに延びる破断起点溝50が形成されている。破断起点溝50は、クランクピン孔35の内周面と破断予定面Aとが交差する部分の中央部に位置している。破断起点溝50は、クランクピン孔35の内周面の互いに対向する位置のそれぞれに形成されている。   A fracture starting groove 50 extending in the axial direction X is formed on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. The fracture start groove 50 is located at the center of the portion where the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 and the planned fracture surface A intersect. The fracture starting groove 50 is formed in each of the mutually opposing positions on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

また、破断起点溝50の両側には、ベアリングとして機能する軸受けメタルを係止するための軸受け係止溝51が形成されている。軸受け係止溝51により軸受けメタルの回転が阻止される。各軸受け係止溝51は、曲面状の底面を有する凹部からなり、クランクピン孔35の周方向に延びるように設けられている。軸受け係止溝51の底面は、軸方向Xに垂直な断面で円弧状に湾曲している。   Further, on both sides of the fracture starting groove 50, bearing locking grooves 51 for locking a bearing metal functioning as a bearing are formed. The bearing locking groove 51 prevents the bearing metal from rotating. Each bearing locking groove 51 includes a concave portion having a curved bottom surface, and is provided so as to extend in the circumferential direction of the crankpin hole 35. The bottom surface of the bearing locking groove 51 is curved in an arc shape with a cross section perpendicular to the axial direction X.

さらに、軸受け係止溝51の両側に、切り欠き部52がそれぞれ設けられている。各切り欠き部52は、曲面状の底面を有し、クランクピン孔35の周方向に延びるように設けられている。各切り欠き部52の底面は、軸方向Xに垂直な断面で円弧状に湾曲している。また、クランクピン孔35の縁部を面取りすることによりクランクピン孔35の周方向に延びる面取り部53がそれぞれ設けられている。   Further, notches 52 are respectively provided on both sides of the bearing locking groove 51. Each notch 52 has a curved bottom surface and is provided so as to extend in the circumferential direction of the crankpin hole 35. The bottom surface of each notch 52 is curved in an arc shape with a cross section perpendicular to the axial direction X. Further, chamfered portions 53 extending in the circumferential direction of the crankpin hole 35 are provided by chamfering the edge portion of the crankpin hole 35.

続いて、このコンロッド1の製造方法を説明する。図13は、本実施形態における製造方法を示すフローチャートである。   Then, the manufacturing method of this connecting rod 1 is demonstrated. FIG. 13 is a flowchart showing the manufacturing method in the present embodiment.

まず、チタン合金を用いて鍛造により、ロッド本体部10、小端部20および大端部30を備えたコンロッド1の素体を形成する(ステップS1)。例えば、チタン合金のインゴットを用意し、このインゴットを熱間鍛造することによって、図14および図15に示すような板状部材60および62を形成する。その後、これらの板状部材60および62から、図14および図15中に点線で示すように切り出しを行う。介在物8の長手方向およびメタルフローは、圧延や鍛造などの塑性加工の際の変形方向に沿うように形成される。従って、塑性変形の方向とコンロッド素体の長手方向とが直交するようにコンロッド素体を形成することによって、介在物8の長手方向およびメタルフローを破断予定面A(分割後の合わせ面P)に対して略平行とすることができる。   First, an element body of the connecting rod 1 including the rod main body portion 10, the small end portion 20, and the large end portion 30 is formed by forging using a titanium alloy (step S1). For example, by preparing a titanium alloy ingot and hot forging the ingot, plate members 60 and 62 as shown in FIGS. 14 and 15 are formed. Thereafter, the plate-like members 60 and 62 are cut out as indicated by dotted lines in FIGS. 14 and 15. The longitudinal direction of the inclusions 8 and the metal flow are formed along the deformation direction in plastic processing such as rolling or forging. Therefore, by forming the connecting rod body so that the direction of plastic deformation and the longitudinal direction of the connecting rod body are orthogonal to each other, the longitudinal direction of the inclusions 8 and the metal flow are changed to the planned fracture surface A (the divided mating surface P). It can be made substantially parallel to.

本実施形態では、材料のチタン合金として、組成がTi−3Al−2V−S−REM(希土類元素、具体的にはLaとCeのミッシュメタル)のチタン合金(例えば大同特殊鋼社製DAT52F)を用いる。   In the present embodiment, a titanium alloy having a composition of Ti-3Al-2V-S-REM (rare earth elements, specifically, La and Ce misch metal) is used as a material titanium alloy (for example, DAT52F manufactured by Daido Steel). Use.

希土類元素および硫黄を含むチタン合金を用いることにより、これらの化合物を介在物としてチタン合金中に存在させることができ、それによって既に述べたように破断分割を容易に行うことができる。希土類元素の含有量は、0.05wt%以上0.7wt%以下であることが好ましく、硫黄の含有量は、0.05wt%以上0.2wt%以下であることが好ましい。   By using a titanium alloy containing a rare earth element and sulfur, these compounds can be present as inclusions in the titanium alloy, and as described above, the fracture division can be easily performed. The rare earth element content is preferably 0.05 wt% or more and 0.7 wt% or less, and the sulfur content is preferably 0.05 wt% or more and 0.2 wt% or less.

また、2.5wt%以上6.75wt%以下のアルミニウムおよび1.6wt%以上4.5wt%以下のバナジウムを含むチタン合金は、硬さに優れるので、このようなチタン合金を用いることにより、強度の向上を図るとともに脆性破断を行いやすくすることができる。   Further, a titanium alloy containing 2.5 wt% or more and 6.75 wt% or less of aluminum and 1.6 wt% or more and 4.5 wt% or less of vanadium is excellent in hardness. It is possible to improve brittleness and facilitate brittle fracture.

次に、コンロッド1に機械加工を行う(ステップS2)。図16は、機械加工の詳細な工程を示すフローチャートである。まず、コンロッド1の厚さ面(軸方向Xに垂直な面)を研削し(ステップS21)、続いて、小端部20および大端部30にそれぞれピストンピン孔25およびクランクピン孔35を形成する(ステップS22)。   Next, the connecting rod 1 is machined (step S2). FIG. 16 is a flowchart showing detailed steps of machining. First, the thickness surface (surface perpendicular to the axial direction X) of the connecting rod 1 is ground (step S21), and subsequently, the piston pin hole 25 and the crankpin hole 35 are formed in the small end portion 20 and the large end portion 30, respectively. (Step S22).

次に、大端部30のクランクピン孔35の内周面に軸受け係止溝51を形成し(ステップS23)、その後、軸受け係止溝51の両側に切り欠き部52を形成する(ステップS24)。続いて、クランクピン孔35の縁部に面取り部53を形成し(ステップS25)、その後、コンロッド1の肩部31a、31bにそれぞれボルト孔32を形成する(ステップS26)。ピストンピン孔25、クランクピン孔35、軸受け係止溝51、切り欠き部52、面取り部53およびボルト孔32の形成は、切削により行う。   Next, the bearing locking groove 51 is formed on the inner peripheral surface of the crank pin hole 35 of the large end 30 (step S23), and then the notches 52 are formed on both sides of the bearing locking groove 51 (step S24). ). Subsequently, a chamfered portion 53 is formed at the edge of the crankpin hole 35 (step S25), and then bolt holes 32 are formed in the shoulder portions 31a and 31b of the connecting rod 1 (step S26). The piston pin hole 25, the crank pin hole 35, the bearing locking groove 51, the notch 52, the chamfer 53, and the bolt hole 32 are formed by cutting.

最後に、クランクピン孔35の内周面に破断起点溝50を形成する(ステップS27)。本実施形態では、破断起点溝50をワイヤカット放電加工により形成する。   Finally, the fracture starting groove 50 is formed on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 (step S27). In this embodiment, the break starting groove 50 is formed by wire cut electric discharge machining.

ワイヤカット放電加工では、クランクピン孔35の内周面の軸方向Xに沿って導電性ワイヤを配置し、この導電性ワイヤとクランクピン孔35の内周面との間にパルス状の高電圧を印加する。それにより、導電性ワイヤとクランクピン孔35の内周面との間にコロナ放電が引き起こされ、クランクピン孔35の内周面が線状に削り取られる。その結果、クランクピン孔35の内周面の中央部に、軸方向Xに直線状に延びる破断起点溝50が形成される。ワイヤカット放電加工によれば、複数のコンロッド1に同時に破断起点溝50を形成することができる。そのため、生産効率が向上する。なお、レーザ加工、切削等の他の機械加工により破断起点溝50を形成してもよい。   In the wire cut electric discharge machining, a conductive wire is disposed along the axial direction X of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, and a pulse-like high voltage is provided between the conductive wire and the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. Apply. Accordingly, corona discharge is caused between the conductive wire and the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, and the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is scraped into a linear shape. As a result, a fracture starting groove 50 that extends linearly in the axial direction X is formed at the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. According to the wire cut electric discharge machining, the break starting groove 50 can be simultaneously formed in the plurality of connecting rods 1. Therefore, production efficiency is improved. The fracture starting groove 50 may be formed by other machining such as laser machining or cutting.

また、コンロッド1の厚さ面の研削、ピストンピン孔25およびクランクピン孔35の形成、軸受け係止溝51の形成、切り欠き部52の形成、面取り部53の形成、ボルト孔32の形成および破断起点溝50の形成は、図16に例示した順序に限定されず、任意の順序で行うことができる。例えば、破断起点溝50の形成後に軸受け係止溝51、切り欠き部52および面取り部53を形成してもよい。   Further, grinding of the thickness surface of the connecting rod 1, formation of the piston pin hole 25 and crank pin hole 35, formation of the bearing locking groove 51, formation of the notch portion 52, formation of the chamfered portion 53, formation of the bolt hole 32, and The formation of the break starting groove 50 is not limited to the order illustrated in FIG. 16, and can be performed in any order. For example, the bearing locking groove 51, the cutout portion 52, and the chamfered portion 53 may be formed after the formation of the fracture starting groove 50.

続いて、コンロッド1に対して熱処理を行う(図13のステップS3)。本実施形態では、焼なまし処理、固溶化処理および時効処理を順次行う。それぞれの処理の条件の一例を表1に示す。また、表1には、焼なまし処理後と、固溶化処理および時効処理後のそれぞれについて、コンロッド1のロックウェル硬さ(HRC)を併せて示している。   Subsequently, heat treatment is performed on the connecting rod 1 (step S3 in FIG. 13). In this embodiment, annealing treatment, solution treatment, and aging treatment are sequentially performed. An example of each processing condition is shown in Table 1. Table 1 also shows the Rockwell hardness (HRC) of the connecting rod 1 for each of the annealing treatment, the solution treatment and the aging treatment.

コンロッド1の強度を向上する観点および脆性破断を行いやすくする観点からは、熱処理後のロックウェル硬さが33HRC以上であることが好ましい。   From the viewpoint of improving the strength of the connecting rod 1 and facilitating brittle fracture, the Rockwell hardness after the heat treatment is preferably 33 HRC or more.

続いて、コンロッド1に表面硬化処理を行い(ステップS4)、その後、大端部30のボルト孔32内に雌ねじ加工を行う(ステップS5)。表面硬化処理は、例えば、コンロッド1の表面に窒化クロムをPVD法によってコーティングすることによって行われる。   Subsequently, a surface hardening process is performed on the connecting rod 1 (step S4), and then an internal thread process is performed in the bolt hole 32 of the large end 30 (step S5). The surface hardening treatment is performed, for example, by coating the surface of the connecting rod 1 with chromium nitride by the PVD method.

次に、コンロッド1の大端部30をロッド部33とキャップ部34とに破断分割する(ステップS6)。   Next, the large end portion 30 of the connecting rod 1 is broken and divided into the rod portion 33 and the cap portion 34 (step S6).

図17に、破断分割の手法の一例を示す。図17に示すように、水平方向に移動可能なスライダ200、201の凸部をコンロッド1の大端部30のクランクピン孔35内に挿入し、スライダ200、201の凸部間にくさび202を錘203により打ち込む。これにより、コンロッド1の大端部30が破断起点溝50を起点として破断予定面Aに沿ってロッド部33とキャップ部34とに破断分割される。   FIG. 17 shows an example of the breaking division method. As shown in FIG. 17, the convex portions of the sliders 200 and 201 that are movable in the horizontal direction are inserted into the crank pin holes 35 of the large end 30 of the connecting rod 1, and a wedge 202 is inserted between the convex portions of the sliders 200 and 201. Driving with the weight 203. As a result, the large end portion 30 of the connecting rod 1 is broken and divided into the rod portion 33 and the cap portion 34 along the planned fracture surface A, starting from the fracture starting groove 50.

なお、大端部30を破断分割する工程の前に、予め大端部30を所定の温度以下(例えば−40℃以下)に冷却しておくことが好ましい。大端部30の冷却は、例えば、コンロッド1を液体窒素に浸すことによって行うことができる。破断分割工程の前にこのような冷却工程を行うことにより、チタン合金製のコンロッド1の破断分割を容易に行うことができる。従来、このような冷却工程は、鋼製の破断分割型コンロッドに対して行われることはあった。鋼製のコンロッドの場合、荷重を加えられた際の破壊様式が延性破壊から脆性破壊に変化する温度(「延性―脆性遷移温度」と呼ばれる)が室温以下であるため、冷却工程を行うことによって破断分割を容易に行うことができるようになるからである。しかしながら、チタン合金では、この延性―脆性遷移温度がもともと室温以上である。そのため、冷却工程を行う意味は一見ないようにも思える。ところが、本願発明者が、このような技術常識にとらわれることなく敢えて冷却工程を行ったところ、チタン合金製のコンロッドについても破断分割が容易になることが実験的に確認された。この理由は、靭性が若干でも低下することによって破断分割が容易になったのではないかと推測される。   In addition, it is preferable to cool the large end 30 to a predetermined temperature or lower (for example, −40 ° C. or lower) in advance before the step of breaking and dividing the large end 30. The large end 30 can be cooled, for example, by immersing the connecting rod 1 in liquid nitrogen. By performing such a cooling step before the fracture splitting step, the fracture split of the connecting rod 1 made of titanium alloy can be easily performed. Conventionally, such a cooling process has been performed on a steel fracture split type connecting rod. In the case of steel connecting rods, the temperature at which the fracture mode when a load is applied changes from ductile fracture to brittle fracture (called the “ductility-brittle transition temperature”) is below room temperature. This is because break division can be easily performed. However, in a titanium alloy, this ductile-brittle transition temperature is originally above room temperature. Therefore, it seems that the meaning of performing the cooling process does not seem at first glance. However, when the present inventor dared to perform the cooling step without being bound by such common technical knowledge, it was experimentally confirmed that the fracture splitting of the titanium alloy connecting rod is facilitated. The reason for this is presumed that fracture splitting was facilitated by a slight decrease in toughness.

続いて、ロッド部33の破断面Fとキャップ部34の破断面Fとを位置合わせして接触させた状態でボルト孔32にボルト40を挿し込むことにより、ロッド部33とキャップ部34とを組み付ける(図13のステップS7)。   Subsequently, by inserting the bolt 40 into the bolt hole 32 in a state where the fracture surface F of the rod portion 33 and the fracture surface F of the cap portion 34 are in contact with each other, the rod portion 33 and the cap portion 34 are connected. Assembling (step S7 in FIG. 13).

次に、組み付けられたコンロッド1の小端部20のピストンピン孔25および大端部30のクランクピン孔35の内周面を研削する(ステップS8)。このようにして、分割型のコンロッド1が製造される。   Next, the inner peripheral surfaces of the piston pin hole 25 at the small end portion 20 and the crank pin hole 35 at the large end portion 30 of the assembled connecting rod 1 are ground (step S8). In this way, the split connecting rod 1 is manufactured.

その後、組み付けられたコンロッド1の大端部30からボルト40を外すことにより、ロッド部33およびキャップ部34を分解する(ステップS9)。最後に、分解されたロッド部33およびキャップ部34をクランクシャフトのクランクピンに組み付ける(ステップS10)。   Then, the rod part 33 and the cap part 34 are disassembled by removing the bolt 40 from the large end part 30 of the assembled connecting rod 1 (step S9). Finally, the disassembled rod part 33 and cap part 34 are assembled to the crankpin of the crankshaft (step S10).

本実施形態の製造方法では、上述したように、介在物の長手方向が破断予定面に略平行なコンロッドを用意し、このコンロッドに対して破断分割を行うので、破断分割を容易に行うことができる。   In the manufacturing method of the present embodiment, as described above, a connecting rod whose longitudinal direction of inclusions is substantially parallel to the plane to be broken is prepared, and the breaking division is performed on the connecting rod, so that the breaking division can be easily performed. it can.

図18(a)〜(e)に、実際に試作したコンロッド1の大端部30の破断面の写真を示す。図18(b)、(c)および(d)は、図18(a)中の丸で囲まれた部分18B、18Cおよび18Dの拡大写真であり、図18(e)は、図18(b)中の丸で囲まれた部分18Eの拡大写真である。介在物8およびメタルフローは、軸方向X(紙面上下方向)に平行である。図18(a)〜(e)に示すように、破断面Fの全面にわたって微細な凹凸を有する脆性破面が得られており、破断分割が好適に行われたことがわかる。   18 (a) to 18 (e) show photographs of the fracture surface of the large end 30 of the connecting rod 1 actually manufactured. 18 (b), (c) and (d) are enlarged photographs of the circled portions 18B, 18C and 18D in FIG. 18 (a), and FIG. 18 (e) is the same as FIG. 18 (b). ) An enlarged photograph of a portion 18E surrounded by a circle inside. The inclusions 8 and the metal flow are parallel to the axial direction X (up and down direction on the paper surface). As shown in FIGS. 18A to 18E, a brittle fracture surface having fine irregularities is obtained over the entire surface of the fracture surface F, and it can be seen that the fracture division was suitably performed.

なお、本実施形態では、介在物の長手方向が破断予定面に対して略平行なコンロッドを用意する場合を例示したが、介在物の長手方向は、破断予定面に対して30°以下の角度である限り傾斜していてもよい。   In the present embodiment, the case where a connecting rod in which the longitudinal direction of inclusions is substantially parallel to the planned fracture surface is illustrated, but the longitudinal direction of the inclusion is an angle of 30 ° or less with respect to the planned fracture surface. As long as it is, it may be inclined.

また、本実施形態では、図11および図12に示したように、クランクピン孔35の内周面には、破断起点溝50、軸受け係止溝51および切欠き部52が形成されている。これらを、破断分割の際の応力が破断起点溝50に集中するような形状に形成すると、破断分割の際の「二重割れ」を防止することができるので、より好ましい。以下、より詳しく説明する。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, a fracture starting groove 50, a bearing locking groove 51, and a notch 52 are formed on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. It is more preferable that these are formed in such a shape that the stress at the time of fracture division concentrates on the fracture starting groove 50, because "double cracking" at the time of fracture division can be prevented. This will be described in more detail below.

図19(a)、(b)および(c)に、破断起点溝50、切り欠き部52および軸受け係止溝51の断面形状をそれぞれ示す。   19A, 19B, and 19C show cross-sectional shapes of the fracture starting groove 50, the notch 52, and the bearing locking groove 51, respectively.

図19(a)に示すように、破断起点溝50は、略平行に対向する面および半円形の底面から構成される。破断起点溝50の深さH1は例えば0.5mmであり、底面の曲率半径R1は例えば0.1mmである。   As shown in FIG. 19 (a), the fracture starting groove 50 is composed of a substantially parallel surface and a semicircular bottom surface. The depth H1 of the fracture starting groove 50 is, for example, 0.5 mm, and the curvature radius R1 of the bottom surface is, for example, 0.1 mm.

図19(b)に示すように、切り欠き部52は、円弧状の底面から構成される。切り欠き部52の深さH2は例えば0.5mmであり、底面の曲率半径R2は例えば6.5mmである。   As shown in FIG. 19 (b), the notch 52 is formed of an arc-shaped bottom surface. The depth H2 of the notch 52 is, for example, 0.5 mm, and the curvature radius R2 of the bottom surface is, for example, 6.5 mm.

図19(c)に示すように、軸受け係止溝51は円弧状の底面から構成される。軸受け係止溝51の深さH3は例えば1.6mmであり、底面の曲率半径R3は例えば6.5mmである。   As shown in FIG. 19 (c), the bearing locking groove 51 is composed of an arc-shaped bottom surface. The depth H3 of the bearing locking groove 51 is, for example, 1.6 mm, and the curvature radius R3 of the bottom surface is, for example, 6.5 mm.

切り欠き部52の深さH2および軸受け係止溝51の深さH3は、破断起点溝50の深さH1以上である。本実施の形態では、切り欠き部52の深さH2は、破断起点溝50の深さH1とほぼ等しく、軸受け係止溝51の深さH3は、破断起点溝50の深さH1よりも大きい。また、切り欠き部52の底面の曲率半径R2は、破断起点溝50の底面の曲率半径R1よりも大きく、軸受け係止溝51の底面の曲率半径R3は、破断起点溝50の底面の曲率半径R1よりも大きい。   The depth H2 of the notch 52 and the depth H3 of the bearing locking groove 51 are equal to or greater than the depth H1 of the fracture starting groove 50. In the present embodiment, the depth H2 of the notch 52 is substantially equal to the depth H1 of the fracture start groove 50, and the depth H3 of the bearing locking groove 51 is greater than the depth H1 of the fracture start groove 50. . Further, the curvature radius R2 of the bottom surface of the notch 52 is larger than the curvature radius R1 of the bottom surface of the fracture start groove 50, and the curvature radius R3 of the bottom surface of the bearing locking groove 51 is the curvature radius of the bottom surface of the fracture start groove 50. Greater than R1.

一般に、応力集中係数αは下記式(1)により求められる。なお、式(1)において、Hは切り欠きの深さを表わし、Rは切り欠きの曲率半径を表わす。   In general, the stress concentration coefficient α is obtained by the following equation (1). In Equation (1), H represents the depth of the notch, and R represents the radius of curvature of the notch.

α=1+2√(H/R) …(1)   α = 1 + 2√ (H / R) (1)

破断起点溝50の深さH1が0.5mmであり、曲率半径R1が0.1である場合には、上式(1)より応力集中係数αは5.5となる。また、切り欠き部52の深さH2が0.5mmであり、曲率半径R2が6.5mmである場合には、上式(1)より応力集中係数αは1.6となる。また、軸受け係止溝51の深さH3が1.6mmであり、曲率半径R3が6.5mmである場合には、上式(1)より応力集中係数αは2.0となる。   When the depth H1 of the fracture starting groove 50 is 0.5 mm and the radius of curvature R1 is 0.1, the stress concentration factor α is 5.5 from the above equation (1). When the depth H2 of the notch 52 is 0.5 mm and the radius of curvature R2 is 6.5 mm, the stress concentration factor α is 1.6 from the above equation (1). When the depth H3 of the bearing locking groove 51 is 1.6 mm and the curvature radius R3 is 6.5 mm, the stress concentration factor α is 2.0 from the above equation (1).

このように、破断起点溝50の応力集中係数は切り欠き部52および軸受け係止溝51の応力集中係数よりも大きくなっている。   As described above, the stress concentration factor of the fracture starting groove 50 is larger than the stress concentration factors of the notch 52 and the bearing locking groove 51.

したがって、クランクピン孔35の内周面の破断起点溝50に応力が集中し、切り欠き部52および軸受け係止溝51では応力集中が緩和される。それにより、クランクピン孔35の内周面の中央部に応力が集中する。   Therefore, stress concentrates in the fracture starting groove 50 on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, and the stress concentration is relaxed in the notch 52 and the bearing locking groove 51. As a result, stress is concentrated at the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

ここで、大端部30の破断分割時の破断起点溝50および切り欠き部52の作用をより詳しく説明する。まず、切り欠き部52が設けられていない場合の大端部30において破断が進行する様子を図20〜図23を参照しながら説明し、続いて、切り欠き部52が設けられている場合の大端部30において破断が進行する様子を図24〜図26を参照しながら説明する。   Here, the operation of the break starting groove 50 and the notch 52 at the time of breaking the large end 30 will be described in more detail. First, how the fracture proceeds at the large end 30 when the notch 52 is not provided will be described with reference to FIGS. 20 to 23, and then, when the notch 52 is provided. The manner in which the breakage proceeds at the large end 30 will be described with reference to FIGS.

図20に示す大端部30では、クランクピン孔35の内周面の中央部に形成された破断起点溝50の両側に1対の軸受け係止溝51が形成されており、さらに、これらの軸受け係止溝51の外側(クランクピン孔35の内周面の両端部)にも破断起点溝50が形成されている。   In the large end portion 30 shown in FIG. 20, a pair of bearing locking grooves 51 are formed on both sides of the fracture starting groove 50 formed in the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. The fracture starting groove 50 is also formed outside the bearing locking groove 51 (both ends of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35).

通常、応力は肉薄部分および端部に集中しやすい。大端部30の中央部にボルト孔32が設けられているので、クランクピン孔35の内周面の中央部が肉薄部分となる。そのため、クランクピン孔35の内周面の中央部および両端部に応力が集中する。   Usually, the stress tends to concentrate on the thin portion and the end portion. Since the bolt hole 32 is provided in the central portion of the large end portion 30, the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is a thin portion. Therefore, stress concentrates on the central portion and both end portions of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

したがって、図20に示す大端部30では、破断の起点がクランクピン孔35の内周面の中央部の破断起点溝50および両端部の破断起点溝50の3箇所となる。その結果、図20に矢印で示すように、破断がクランクピン孔35の内周面の中央部および両端部の3箇所から進行する。   Therefore, in the large end portion 30 shown in FIG. 20, there are three break starting points: a break starting groove 50 at the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 and a break starting groove 50 at both ends. As a result, as indicated by arrows in FIG. 20, the breakage progresses from three locations, the central portion and both end portions of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

この場合、図21および図22に示すように、クランクピン孔35の内周面の中央部からの破断により形成される破断面aとクランクピン孔35の内周面の両端部からの破断により形成される破断面bとが異なる高さに発生すると、図23(a)に示すように、破断面aと破断面bとが間隔をおいて重なり合う領域350が生じ、二重割れが発生する。   In this case, as shown in FIGS. 21 and 22, the fracture surface a formed by the fracture from the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 and the fracture from both ends of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 When the fracture surface b to be formed is generated at a different height, as shown in FIG. 23A, a region 350 where the fracture surface a and the fracture surface b overlap with each other is generated, and double cracking occurs. .

なお、図22に示すように、後の工程でクランクピン孔35の内周面がD−D線まで研削される。また、従来の分割型コンロッドの製造方法では、破断分割後の工程でクランクピン孔35の縁部がE−E線まで面取りされる。   In addition, as shown in FIG. 22, the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is ground to the DD line in a later step. Further, in the conventional method for manufacturing the split connecting rod, the edge of the crankpin hole 35 is chamfered to the line EE in the step after the fracture split.

次に、図23(b)に示すように、ロッド部33とキャップ部34とが分離されると、破断面aと破断面bとの合流部Mに段差が生じる。図21に示すように、合流部Mは、大端部30の幅方向Yにおける中心線L1よりもクランクピン孔35に近い位置に発生する。   Next, as shown in FIG. 23B, when the rod portion 33 and the cap portion 34 are separated, a step is generated at the joining portion M of the fracture surface a and the fracture surface b. As shown in FIG. 21, the merge portion M is generated at a position closer to the crankpin hole 35 than the center line L <b> 1 in the width direction Y of the large end portion 30.

その後、図23(c)に示すように、ロッド部33とキャップ部34とが組み付けられた後、D−D線までクランクピン孔35の内周面が研削される。ロッド部33とキャップ部34とが分解されると、図23(d)に示すように、破断面aと破断面bとが重なり合う領域350から破片341の欠落が起こる。   Then, as shown in FIG.23 (c), after the rod part 33 and the cap part 34 are assembled | attached, the internal peripheral surface of the crankpin hole 35 is ground to DD line. When the rod part 33 and the cap part 34 are disassembled, as shown in FIG. 23D, the broken piece 341 is missing from the region 350 where the fracture surface a and the fracture surface b overlap.

これに対し、図24に示す大端部30では、クランクピン孔35の内周面の中央部に形成された破断起点溝50の両側に1対の軸受け係止溝51が形成されており、これらの軸受け係止溝51の外側(クランクピン孔35の両端部)に切り欠き部52が形成されている。さらに、クランクピン孔35の縁部には面取り部53が形成されている。   On the other hand, in the large end portion 30 shown in FIG. 24, a pair of bearing locking grooves 51 are formed on both sides of the fracture starting groove 50 formed in the center portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. Cutout portions 52 are formed outside the bearing locking grooves 51 (both ends of the crankpin hole 35). Further, a chamfered portion 53 is formed at the edge of the crankpin hole 35.

切り欠き部52の応力集中係数は、破断起点溝50の応力集中係数に比べて小さいので、クランクピン孔35の両端部での応力集中が緩和される。また、クランクピン孔35の縁部には面取り部53が形成されているので、クランクピン孔35の縁部での応力集中が緩和される。そのため、クランクピン孔35の内周面の中央部に応力が集中する。   Since the stress concentration coefficient of the notch 52 is smaller than the stress concentration coefficient of the fracture starting groove 50, the stress concentration at both ends of the crankpin hole 35 is relaxed. Further, since the chamfered portion 53 is formed at the edge of the crankpin hole 35, stress concentration at the edge of the crankpin hole 35 is alleviated. Therefore, stress concentrates on the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

したがって、図24に示す例では、破断の起点がクランクピン孔35の内周面の中央部の1箇所となる。その結果、図24に矢印で示すように、破断がクランクピン孔35の内周面の中央部の1箇所から進行する。   Therefore, in the example shown in FIG. 24, the starting point of the break is one place in the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. As a result, as shown by the arrow in FIG.

この場合、図25に示すように、クランクピン孔35の内周面の中央部からの破断により破断面Fが形成される。図26(a)に示すように、1つの破断面Fによりロッド部33とキャップ部34とが破断分割され、二重割れが発生しない。   In this case, as shown in FIG. 25, the fracture surface F is formed by the fracture from the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. As shown in FIG. 26 (a), the rod portion 33 and the cap portion 34 are broken and divided by one fracture surface F, and double cracking does not occur.

したがって、図26(b)に示すように、ロッド部33とキャップ部34とが分離されたときに、破断面Fに段差が生じない。   Therefore, as shown in FIG. 26B, when the rod portion 33 and the cap portion 34 are separated, no step is generated on the fracture surface F.

その後、図26(c)に示すように、ロッド部33とキャップ部34とが組み付けられた後に、D−D線までクランクピン孔35の内周面が研削される。図26(d)に示すように、ロッド部33とキャップ部34とが分解された場合にも、破片の欠落が起こらない。   Then, as shown in FIG.26 (c), after the rod part 33 and the cap part 34 are assembled | attached, the internal peripheral surface of the crankpin hole 35 is ground to DD line. As shown in FIG. 26 (d), even when the rod portion 33 and the cap portion 34 are disassembled, no fragments are lost.

このように、切り欠き部52が設けられている場合、図25に示すように、大端部30の幅方向Yにおける中心線L1とクランクピン孔35の内周面との間の領域に複数の破断面の重なり合う領域が存在しない。少なくとも軸方向Xに平行なボルト孔32の接線L2とクランクピン孔35の内周面との間の領域に複数の破断面の重なり合う領域が存在しない場合には、クランクピン孔35の内周面の研削の際に破片が欠落することが防止される。   Thus, when the notch 52 is provided, as shown in FIG. 25, a plurality of regions are formed in the region between the center line L1 in the width direction Y of the large end 30 and the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. There are no overlapping areas of fracture surfaces. When there is no overlapping region of a plurality of fracture surfaces in a region between at least the tangent L2 of the bolt hole 32 parallel to the axial direction X and the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 It is possible to prevent fragments from being lost during grinding.

上述したように、クランクピン孔35の内周面に、破断の起点がクランクピン孔35の内周面の1箇所となるような構造を形成すると、大端部30が1つの破断面Fによりロッド部33とキャップ部34とに破断分割されるので、二重割れの発生を防止できる。したがって、破断面Fに大きな突起部が生じることが防止されるとともに破断面Fから破片が欠落することが防止される。その結果、ロッド部33とキャップ部34との組み付け時に高い真円度および真筒度が得られるとともに、製造不良品の発生率が低減される。   As described above, when a structure is formed on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 such that the starting point of breakage is one place on the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, the large end 30 is formed by one fracture surface F. Since the rod part 33 and the cap part 34 are broken and divided, the occurrence of double cracks can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent a large protruding portion from being generated on the fracture surface F and to prevent a piece from being lost from the fracture surface F. As a result, high roundness and roundness are obtained at the time of assembling the rod portion 33 and the cap portion 34, and the occurrence rate of defective products is reduced.

なお、クランクピン孔35の内周面に形成する構造は、ここで例示したものに限定されない。   In addition, the structure formed in the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is not limited to what was illustrated here.

図27に示す大端部30では、クランクピン孔35の内周面の中央部に形成された破断起点溝50の両側に1対の軸受け係止溝51が形成されているとともに、クランクピン孔35の縁部に面取り部53が形成されている。軸受け係止溝51の外側の部分には破断起点溝50および切り欠き部52は形成されずに平坦面となっている。   In the large end portion 30 shown in FIG. 27, a pair of bearing locking grooves 51 are formed on both sides of a fracture starting groove 50 formed in the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, and the crankpin hole A chamfered portion 53 is formed at the edge of 35. In the outer part of the bearing locking groove 51, the fracture starting groove 50 and the notch 52 are not formed but are flat.

平坦面の応力集中係数は、破断起点溝50の応力集中係数に比べて小さいので、クランクピン孔35の内周面の両端部での応力集中が緩和される。また、クランクピン孔35の縁部には面取り部53が形成されているので、クランクピン孔35の縁部での応力集中が緩和される。そのため、クランクピン孔35の内周面の中央部に応力が集中する。   Since the stress concentration coefficient of the flat surface is smaller than the stress concentration coefficient of the fracture starting groove 50, the stress concentration at both ends of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is relaxed. Further, since the chamfered portion 53 is formed at the edge of the crankpin hole 35, stress concentration at the edge of the crankpin hole 35 is alleviated. Therefore, stress concentrates on the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

したがって、破断の起点がクランクピン孔35の内周面の中央部の1箇所となる。その結果、図27に矢印で示すように、破断がクランクピン孔35の内周面の中央部の1箇所から進行する。   Therefore, the starting point of breakage is one place at the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. As a result, as indicated by an arrow in FIG. 27, the breakage proceeds from one central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

この場合、クランクピン孔35の内周面の中央部からの破断により破断面が形成される。従って、大端部30が1つの破断面によりロッド部33とキャップ部34とに破断分割されるので、二重割れが発生しない。   In this case, a fracture surface is formed by the fracture from the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. Accordingly, the large end portion 30 is broken and divided into the rod portion 33 and the cap portion 34 by one fracture surface, so that double cracking does not occur.

図28に示す大端部30では、クランクピン孔35の内周面の中央部に切り欠き部52が形成されており、この切り欠き部52の両側に1対の軸受け係止溝51が形成されている。一方の軸受け係止溝51の外側には破断起点溝50が形成され、他方の軸受け係止溝51の外側にはさらなる切り欠き部52が形成されている。さらに、クランクピン孔35の縁部には面取り部53が形成されている。   In the large end 30 shown in FIG. 28, a notch 52 is formed at the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35, and a pair of bearing locking grooves 51 are formed on both sides of the notch 52. Has been. A fracture starting groove 50 is formed outside one bearing locking groove 51, and a further notch 52 is formed outside the other bearing locking groove 51. Further, a chamfered portion 53 is formed at the edge of the crankpin hole 35.

この場合、クランクピン孔35の内周面のうち、切り欠き部52が設けられている中央部および端部での応力集中が緩和される。また、クランクピン孔35の縁部には面取り部53が形成されているので、クランクピン孔35の縁部での応力集中が緩和される。そのため、クランクピン孔35の内周面の、破断起点溝50が形成されている端部に応力が集中する。   In this case, stress concentration at the central portion and the end portion where the notch portion 52 is provided in the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is alleviated. Further, since the chamfered portion 53 is formed at the edge of the crankpin hole 35, stress concentration at the edge of the crankpin hole 35 is alleviated. Therefore, stress concentrates on the end of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 where the fracture starting groove 50 is formed.

したがって、破断の起点がクランクピン孔35の内周面の一端部の1箇所となる。その結果、図28に矢印で示すように、破断がクランクピン孔35の内周面の一端部の1箇所から進行する。   Therefore, the starting point of breakage is one place on one end of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. As a result, as indicated by an arrow in FIG. 28, the breakage proceeds from one place on one end of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

この場合、クランクピン孔35の内周面の一端部からの破断により破断面が形成される。従って、大端部30が1つの破断面によりロッド部33とキャップ部34とに破断分割されるので、二重割れが発生しない。   In this case, a fracture surface is formed by fracture from one end of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. Accordingly, the large end portion 30 is broken and divided into the rod portion 33 and the cap portion 34 by one fracture surface, so that double cracking does not occur.

図29に示す大端部30では、クランクピン孔35の内周面の中央部に形成された破断起点溝50の両側に1対の軸受け係止溝51が形成されており、これらの軸受け係止溝51の外側に切り欠き部52が形成されている。クランクピン孔35の縁部には面取り部53は形成されていない。   In the large end portion 30 shown in FIG. 29, a pair of bearing locking grooves 51 are formed on both sides of a fracture starting groove 50 formed in the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. A notch 52 is formed outside the stop groove 51. A chamfered portion 53 is not formed at the edge of the crankpin hole 35.

切り欠き部52の応力集中係数は、破断起点溝50の応力集中係数に比べて小さいので、クランクピン孔35の内周面の両端部での応力集中が緩和される。そのため、クランクピン孔35の内周面の中央部に応力が集中する。   Since the stress concentration factor of the notch 52 is smaller than the stress concentration factor of the fracture starting groove 50, the stress concentration at the both ends of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35 is relaxed. Therefore, stress concentrates on the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

したがって、破断の起点がクランクピン孔35の内周面の中央部の1箇所となる。その結果、図29に矢印で示すように、破断がクランクピン孔35の内周面の中央部の1箇所から進行する。   Therefore, the starting point of breakage is one place at the center of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. As a result, as indicated by an arrow in FIG. 29, the breakage proceeds from one central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35.

この場合、クランクピン孔35の内周面の中央部からの破断により破断面が形成される。従って、大端部30が1つの破断面によりロッド部33とキャップ部34とに破断分割されるので、二重割れが発生しない。   In this case, a fracture surface is formed by the fracture from the central portion of the inner peripheral surface of the crankpin hole 35. Accordingly, the large end portion 30 is broken and divided into the rod portion 33 and the cap portion 34 by one fracture surface, so that double cracking does not occur.

本実施形態におけるコンロッド1は、自動車両用や機械用の各種の内燃機関(エンジン)に広く用いられる。図30に、本実施形態の製造方法により製造されたコンロッド1を備えたエンジン100の一例を示す。   The connecting rod 1 in this embodiment is widely used in various internal combustion engines (engines) for motor vehicles and machines. FIG. 30 shows an example of the engine 100 including the connecting rod 1 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment.

エンジン100は、クランクケース110、シリンダブロック120およびシリンダヘッド130を有している。   The engine 100 includes a crankcase 110, a cylinder block 120, and a cylinder head 130.

クランクケース110内にはクランクシャフト111が収容されている。クランクシャフト111は、クランクピン112およびクランクウェブ113を有している。   A crankshaft 111 is accommodated in the crankcase 110. The crankshaft 111 has a crankpin 112 and a crank web 113.

クランクケース110の上に、シリンダブロック120が設けられている。シリンダブロック120には、円筒状のシリンダスリーブ121がはめ込まれており、ピストン122は、シリンダスリーブ121内を往復し得るように設けられている。   A cylinder block 120 is provided on the crankcase 110. The cylinder block 120 is fitted with a cylindrical cylinder sleeve 121, and the piston 122 is provided so as to reciprocate within the cylinder sleeve 121.

シリンダブロック120の上に、シリンダヘッド130が設けられている。シリンダヘッド130は、シリンダブロック120のピストン122やシリンダスリーブ121とともに燃焼室131を形成する。シリンダヘッド130は、吸気ポート132および排気ポート133を有している。吸気ポート132内には燃焼室131内に混合気を供給するための吸気弁134が設けられており、排気ポート内には燃焼室131内の排気を行うための排気弁135が設けられている。   A cylinder head 130 is provided on the cylinder block 120. The cylinder head 130 forms a combustion chamber 131 together with the piston 122 and the cylinder sleeve 121 of the cylinder block 120. The cylinder head 130 has an intake port 132 and an exhaust port 133. An intake valve 134 for supplying air-fuel mixture into the combustion chamber 131 is provided in the intake port 132, and an exhaust valve 135 for exhausting the combustion chamber 131 is provided in the exhaust port. .

ピストン122とクランクシャフト111とは、コンロッド1によって連結されている。具体的には、コンロッド1の小端部10の貫通孔(ピストンピン孔)にピストン122のピストンピン123が挿入されているとともに、大端部20の貫通孔(クランクピン孔)にクランクシャフト111のクランクピン112が挿入されており、そのことによってピストン122とクランクシャフト111とが連結されている。大端部20の貫通孔の内周面とクランクピン112との間には、軸受けメタル114が設けられている。軸受けメタル114は、軸受け係止溝51によって係止されている。   Piston 122 and crankshaft 111 are connected by connecting rod 1. Specifically, the piston pin 123 of the piston 122 is inserted into the through hole (piston pin hole) of the small end portion 10 of the connecting rod 1, and the crankshaft 111 is inserted into the through hole (crank pin hole) of the large end portion 20. The crank pin 112 is inserted, and the piston 122 and the crankshaft 111 are connected to each other. A bearing metal 114 is provided between the inner peripheral surface of the through hole of the large end portion 20 and the crank pin 112. The bearing metal 114 is locked by the bearing locking groove 51.

図30に示すエンジン100は、本実施形態におけるチタン合金製の分割型コンロッド1を有しているので、軽量化、高燃費化および高出力化を実現できる。   Since the engine 100 shown in FIG. 30 has the split type connecting rod 1 made of titanium alloy in the present embodiment, it is possible to realize light weight, high fuel consumption, and high output.

図31に、図30に示したエンジン100を備えた自動二輪車を示す。   FIG. 31 shows a motorcycle including the engine 100 shown in FIG.

図31に示す自動二輪車では、本体フレーム301の前端にヘッドパイプ302が設けられている。ヘッドパイプ302には、フロントフォーク303が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク303の下端には、前輪304が回転可能なように支持されている。   In the motorcycle shown in FIG. 31, a head pipe 302 is provided at the front end of the main body frame 301. A front fork 303 is attached to the head pipe 302 so as to be able to swing in the left-right direction of the vehicle. A front wheel 304 is rotatably supported at the lower end of the front fork 303.

本体フレーム301の後端上部から後方に延びるようにシートレール306が取り付けられている。本体フレーム301上に燃料タンク307が設けられており、シートレール306上にメインシート308aおよびタンデムシート308bが設けられている。   A seat rail 306 is attached so as to extend rearward from the upper rear end of the main body frame 301. A fuel tank 307 is provided on the main body frame 301, and a main seat 308 a and a tandem seat 308 b are provided on the seat rail 306.

また、本体フレーム301の後端に、後方へ延びるリアアーム309が取り付けられている。リアアーム309の後端に後輪310が回転可能なように支持されている。   A rear arm 309 extending rearward is attached to the rear end of the main body frame 301. A rear wheel 310 is rotatably supported at the rear end of the rear arm 309.

本体フレーム301の中央部には、図30に示したエンジン100が保持されている。エンジン100には、本実施形態におけるコンロッド1が用いられている。エンジン100の前方には、ラジエータ311が設けられている。エンジン100の排気ポートには排気管312が接続されており、排気管312の後端にマフラー313が取り付けられている。   The engine 100 shown in FIG. 30 is held at the center of the main body frame 301. For the engine 100, the connecting rod 1 in the present embodiment is used. A radiator 311 is provided in front of the engine 100. An exhaust pipe 312 is connected to the exhaust port of the engine 100, and a muffler 313 is attached to the rear end of the exhaust pipe 312.

エンジン100には変速機315が連結されている。変速機315の出力軸316に駆動スプロケット317が取り付けられている。駆動スプロケット317は、チェーン318を介して後輪310の後輪スプロケット319に連結されている。変速機315およびチェーン318は、エンジン100により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。   A transmission 315 is connected to the engine 100. A drive sprocket 317 is attached to the output shaft 316 of the transmission 315. The drive sprocket 317 is connected to the rear wheel sprocket 319 of the rear wheel 310 via a chain 318. Transmission 315 and chain 318 function as a transmission mechanism that transmits the power generated by engine 100 to the drive wheels.

図31に示した自動二輪車は、本実施形態におけるコンロッド1が用いられたエンジン100を備えているので、好適な性能が得られる。   Since the motorcycle shown in FIG. 31 includes the engine 100 using the connecting rod 1 in the present embodiment, suitable performance can be obtained.

本発明によると、破断分割法によって容易に製造可能なチタン合金製の分割型コンロッドおよびその製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the split type connecting rod made from a titanium alloy which can be easily manufactured with a fracture | rupture splitting method, and its manufacturing method are provided.

本発明によるコンロッドは、各種の内燃機関(例えば自動車両用のエンジン)に広く用いられる。   The connecting rod according to the present invention is widely used in various internal combustion engines (for example, engines for motor vehicles).

本発明の好適な実施形態におけるコンロッドの破断分割前の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state before the fracture | rupture division | segmentation of the connecting rod in suitable embodiment of this invention. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドの破断分割前の状態を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the state before the fracture | rupture division | segmentation of the connecting rod in suitable embodiment of this invention. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドの破断分割後の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view showing typically the state after fracture division of a connecting rod in a suitable embodiment of the present invention. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドに含まれる介在物の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the inclusion contained in the connecting rod in suitable embodiment of this invention. ロッド部とキャップ部との合わせ面近傍における介在物の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of the inclusion in the joint surface vicinity of a rod part and a cap part. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドのメタルフローを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the metal flow of the connecting rod in suitable embodiment of this invention. ロッド部とキャップ部との合わせ面近傍における介在物の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of the inclusion in the joint surface vicinity of a rod part and a cap part. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドのメタルフローを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the metal flow of the connecting rod in suitable embodiment of this invention. 介在物の長手方向と合わせ面との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the longitudinal direction of an inclusion, and a mating surface. (a)〜(c)は、介在物の長手方向と合わせ面とのなす角の好適な範囲を説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the suitable range of the angle | corner which the longitudinal direction of an inclusion and the mating surface make. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドの破断分割前の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state before the fracture | rupture division | segmentation of the connecting rod in suitable embodiment of this invention. 図11に示すコンロッドの一部を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows a part of connecting rod shown in FIG. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the connecting rod in suitable embodiment of this invention. 板状部材からコンロッドの素体を切り出す態様の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the aspect which cuts out the element body of a connecting rod from a plate-shaped member. 板状部材からコンロッドの素体を切り出す態様の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the aspect which cuts out the element body of a connecting rod from a plate-shaped member. 機械加工の詳細な工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed process of machining. 破断分割の手法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the method of fracture | rupture division | segmentation. (a)〜(e)は、実際に試作したコンロッドの大端部の破断面を示す写真である。(b)、(c)および(d)は、(a)中の丸で囲まれた部分18B、18Cおよび18Dの拡大写真であり、(e)は、(b)中の丸で囲まれた部分18Eの拡大写真である。(A)-(e) is a photograph which shows the fracture surface of the big end part of the connecting rod actually produced as an experiment. (B), (c) and (d) are enlarged photographs of the circled portions 18B, 18C and 18D in (a), and (e) is circled in (b). It is an enlarged photograph of the part 18E. (a)は破断起点溝の形状を示す断面図であり、(b)は切り欠き部の形状を示す断面図であり、(c)は軸受け係止溝の形状を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the shape of a fracture | rupture origin groove | channel, (b) is sectional drawing which shows the shape of a notch part, (c) is sectional drawing which shows the shape of a bearing latching groove. 切り欠き部が設けられていない大端部の破断予定面における破断の進行を説明するための図である。It is a figure for demonstrating progress of the fracture | rupture in the fracture | rupture planned surface of the large end part in which the notch part is not provided. 切り欠き部が設けられていない大端部の破断面の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the torn surface of the big end part in which the notch part is not provided. 図21中のC部の拡大図である。It is an enlarged view of the C section in FIG. (a)〜(d)は、切り欠き部が設けられていない大端部の破断から内周面の研削までの工程を模式的に示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows typically the process from the fracture | rupture of the large end part in which the notch part is not provided to grinding of an internal peripheral surface. 切り欠き部が設けられている大端部の破断予定面における破断の進行を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the progress of the fracture | rupture in the planned fracture | rupture surface of the large end part in which the notch part is provided. 切り欠き部が設けられている大端部の破断面の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the torn surface of the large end part in which the notch part is provided. (a)〜(d)は、切り欠き部が設けられている大端部の破断から内周面の研削までの工程を模式的に示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows typically the process from the fracture | rupture of the large end part in which the notch part is provided to grinding of an internal peripheral surface. 二重割れの防止に好適な他の構造を有する大端部の破断予定面における破断の進行を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows progress of the fracture | rupture in the fracture | rupture planned surface of the large end part which has another structure suitable for prevention of a double crack. 二重割れの防止に好適な他の構造を有する大端部の破断予定面における破断の進行を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows progress of the fracture | rupture in the fracture | rupture planned surface of the large end part which has another structure suitable for prevention of a double crack. 二重割れの防止に好適な他の構造を有する大端部の破断予定面における破断の進行を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows progress of the fracture | rupture in the fracture | rupture planned surface of the large end part which has another structure suitable for prevention of a double crack. 本発明の好適な実施形態におけるコンロッドを備えたエンジンの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the engine provided with the connecting rod in suitable embodiment of this invention. 図30に示すエンジンを備えた自動二輪車を模式的に示す断面図である。Fig. 31 is a cross-sectional view schematically showing a motorcycle including the engine shown in Fig. 30. 従来の分割型コンロッドを模式的に示す正面図である。It is a front view which shows the conventional split type connecting rod typically. 従来のコンロッドのメタルフローを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the metal flow of the conventional connecting rod. 特許文献2に開示されているコンロッドのメタルフローを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the metal flow of the connecting rod currently disclosed by patent document 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンロッド
8 介在物
10 ロッド本体部
20 小端部
25 ピストンピン孔
30 大端部
31a、31b 肩部
32 ボルト孔
33 ロッド部
34 キャップ部
35 クランクピン孔
40 ボルト
50 破断起点溝
51 軸受け係止溝
52 切り欠き部
53 面取り部
100 エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Connecting rod 8 Inclusion 10 Rod main-body part 20 Small end part 25 Piston pin hole 30 Large end part 31a, 31b Shoulder part 32 Bolt hole 33 Rod part 34 Cap part 35 Crank pin hole 40 Bolt 50 Break origin groove 51 Bearing locking groove 52 Notch 53 Chamfer 100 Engine

Claims (12)

チタン合金から形成され、
ロッド本体部と、
前記ロッド本体部の一端に設けられ、貫通孔を有する大端部と、を備え、
前記大端部が、前記ロッド本体部の前記一端に連続するロッド部と、前記ロッド部に結合されるキャップ部とに破断分割された分割型コンロッドであって、
前記大端部は、前記ロッド部と前記キャップ部との合わせ面の近傍に介在物を含み、
前記介在物の長手方向が前記合わせ面に対して0°以上30°以下の角をなすコンロッド。
Formed from titanium alloy,
The rod body,
Provided at one end of the rod main body, and a large end having a through hole,
The large end portion is a split-type connecting rod that is broken and divided into a rod portion that is continuous with the one end of the rod body portion and a cap portion that is coupled to the rod portion,
The large end portion includes an inclusion in the vicinity of the mating surface of the rod portion and the cap portion,
A connecting rod in which the longitudinal direction of the inclusions forms an angle of 0 ° to 30 ° with respect to the mating surface.
前記介在物の長手方向が、前記合わせ面に対して略平行である請求項1に記載のコンロッド。   The connecting rod according to claim 1, wherein a longitudinal direction of the inclusion is substantially parallel to the mating surface. 前記合わせ面の近傍におけるメタルフローが前記介在物の長手方向に略平行である請求項1または2に記載のコンロッド。   The connecting rod according to claim 1, wherein a metal flow in the vicinity of the mating surface is substantially parallel to a longitudinal direction of the inclusion. 前記チタン合金は、希土類元素および硫黄を含み、前記介在物は、希土類元素と硫黄の化合物である請求項1から3のいずれかに記載のコンロッド。   The connecting rod according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium alloy includes a rare earth element and sulfur, and the inclusion is a compound of a rare earth element and sulfur. 前記チタン合金は、0.05wt%以上0.7wt%以下の希土類元素および0.05wt%以上0.2wt%以下の硫黄を含む請求項4に記載のコンロッド。   5. The connecting rod according to claim 4, wherein the titanium alloy contains 0.05 wt% or more and 0.7 wt% or less of a rare earth element and 0.05 wt% or more and 0.2 wt% or less of sulfur. 前記チタン合金は、2.5wt%以上6.75wt%以下のアルミニウムおよび1.6wt%以上4.5wt%以下のバナジウムを含む請求項1から5のいずれかに記載のコンロッド。   The connecting rod according to any one of claims 1 to 5, wherein the titanium alloy contains 2.5 wt% or more and 6.75 wt% or less of aluminum and 1.6 wt% or more and 4.5 wt% or less of vanadium. ロックウェル硬さが33HRC以上である請求項1から6のいずれかに記載のコンロッド。   The connecting rod according to any one of claims 1 to 6, wherein the Rockwell hardness is 33 HRC or more. 請求項1から7のいずれかに記載のコンロッドを備えた内燃機関。   An internal combustion engine comprising the connecting rod according to any one of claims 1 to 7. 請求項8に記載の内燃機関を備えた自動車両。   A motor vehicle comprising the internal combustion engine according to claim 8. チタン合金から形成され、ロッド本体部および前記ロッド本体部の一端に設けられた大端部を有するコンロッドを用意する工程と、
前記コンロッドの前記大端部を所定の破断予定面に沿って破断分割する工程と、
を包含する破断分割型コンロッドの製造方法であって、
前記コンロッドを用意する工程は、前記コンロッドの前記大端部が前記破断予定面の近傍に介在物を含み、且つ、前記介在物の長手方向が前記破断予定面に対して0°以上30°以下の角をなすように行われるコンロッドの製造方法。
A step of preparing a connecting rod formed of a titanium alloy and having a rod body portion and a large end portion provided at one end of the rod body portion;
Splitting the large end of the connecting rod along a predetermined fracture planned surface;
A method for producing a fracture split type connecting rod comprising:
In the step of preparing the connecting rod, the large end portion of the connecting rod includes an inclusion in the vicinity of the planned fracture surface, and the longitudinal direction of the inclusion is 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the planned fracture surface. The manufacturing method of the connecting rod performed so that the corner of this may be made.
前記コンロッドを用意する工程は、熱処理を行う工程を包含する請求項10に記載のコンロッドの製造方法。   The method for producing a connecting rod according to claim 10, wherein the step of preparing the connecting rod includes a step of performing a heat treatment. 前記大端部を破断分割する工程の前に、前記コンロッドを冷却する工程を包含する請求項10または11に記載のコンロッドの製造方法。   The manufacturing method of the connecting rod of Claim 10 or 11 including the process of cooling the said connecting rod before the process of fracture-dividing the said big end part.
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