JP2006507452A - 粉末金属接続ロッド - Google Patents

Abstract

内燃機関のための接続ロッドは第１の組成物の非鉄粉末金属材料本体を含む。当該本体は小さな端部開口部および大きな端部開口部を有する。軸受面部分は大きな端部開口部を囲み、第１の非鉄組成物とは異なる第２の組成物の非鉄粉末金属材料で製作される。第１の組成物および第２の組成物は一緒に成形および焼結され、軸受面部分の第２の材料は大きな端部開口部を囲み、その周りに局在化される。

Description

発明の背景
１．発明の分野
この発明は概して粉末金属接続ロッドに関し、より特定的には、接続ロッドの軸受面の形成に関する。

２．関連技術
接続ロッドは典型的には鉄材で鍛造され、その両端部がピストンアセンブリのリストピンとクランクシャフトのクランクとに取付けられるよう構成されている。接続ロッドが鉄粉末金属から作られることも公知である。２つの端部のうち大きい方の端部がクランクに接続され、この大きい方の端部は、典型的には、当該クランクを軸支するために端部のボア内に挿入される別個に形成された軸受を有する。当該軸受は、典型的には、弓形の鋼の裏当てを有する２分割されたシェル型の軸受であり、その上にアルミニウムまたは銅ベースの合金などの非鉄軸受材料の層が適用されて、接続ロッドのクランクに低摩擦の軸受面を設ける。

接続ロッドとは別個に軸受を形成することにより、接続ロッドを製造する費用と複雑さとが増す。

発明の概要
内燃機関のための粉末金属接続ロッドは、第１の組成物の非鉄粉末金属材料で製作された接続ロッド本体を含む。当該本体は、リストピンに接続するための小さな端部開口部と、クランクシャフトに接続するための大きな端部開口部とを有する。接続ロッドの軸受面部分は少なくとも大きな端部開口部を囲み、第１の組成物とは異なる第２の組成物の非鉄粉末金属材料で製作され、接続ロッド本体と一体化された１つの構造として合わせて成形および焼結される。

この発明の別の局面に従うと、少なくとも１つの端部開口部を有する接続ロッドを作製するための方法が提供される。当該方法は、非鉄粉末金属材料の第１の組成物と当該第１の組成物とは異なる非鉄粉末金属材料の第２の組成物とを準備するステップを含む。第１の組成物および第２の組成物は一緒に成形および焼結される。第２の材料は局在化され、少なくとも１つの端部開口部を囲む軸受面部分を形成する。

この発明は、非鉄粉末金属接続ロッドを作製するための単純なプロセスを提供する利点を有する。

この発明の別の利点は、接続ロッドが粉末金属で製作された一体型の軸受で形成され、当該軸受が本体の圧縮および焼結中に接続ロッドの本体と冶金学的に一体化されることである。これは、接続ロッドの製造および構成を単純にするさらなる利点を有する。

軸受部分の一体化には、軸受を別個に作製して当該ロッドに据付けたり、接続ロッドの大きな端部において適所に従来の半割り軸受を支持するのに通常必要とされる高い締付け荷重を与えたりする必要性をなくす利点がある。

この発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面と関連して考慮されるとより容易に理解されるだろう。

好ましい実施例の詳細な説明
この発明の現在好ましい実施例に従って構成された接続ロッドが図１において１０で概略的に示される。接続ロッド１０は本体１２を有し、当該本体１２は、小さな端部１４と大きな端部１６とその間にあるロッド部分１５と備える。軸受面部分１８は、クランクシャフト（図示せず）と接続ロッド１０の大きな端部１６との間の摩擦を減じるよう大きな端部１６内に形成される。接続ロッド１０の本体１２は第１の非鉄粉末金属材料組成物から形成され、軸受面部分１８は第１の組成物とは異なる第２の非鉄粉末金属材料組成物から形成される。第１および第２の粉末金属材料組成物は一緒に成形および焼結されて接続ロッド１０を形成する。

接続ロッド１０の小さな端部１４は開口部２０を有する。図１に図示のとおり、ブッシング２２は好ましくは開口部２０に挿入される。当該ブッシング２２は好適な如何なる軸受材料からも構成され、公知の態様でピストン（図示せず）のリストピン（図示せず）を軸支する。

大きな端部１６は開口部２４を有し、その周りに軸受面部分１８が形成される。大きな端部１６は好ましくは分割面２５で分割されて、分離可能な軸受キャップ２６を規定する。当該軸受キャップ２６は、１対の締結具２８などによって公知の態様で接続ロッド１０の残りの部分に着脱可能に留められる。軸受キャップ２６は、好ましくは、締結具２８を受けるための１対の開口部３０を有し、大きな端部１６のもう片方は、好ましくは、公知の態様で締結具２８を螺合するための１対のねじ切りされた開口部３２を有する。

第１の組成および第２の組成は、好ましくは、材料が１つの構造として一緒に成形および焼結され得るように互いに冶金学的に適合するよう選択される。第１の組成物および第２の組成物は好ましくはアルミニウムベースの合金粉末であるが、この発明は、他の非鉄の冶金学的に適合した組成物、たとえばマグネシウムベースの合金なども企図する。第１の組成物は、好ましくは炭化ケイ素を含むアルミニウムベースの粉末金属合金材料を含み得るが、金属基複合材料を作り出し、本体１２の実質的な部分またはその大部分を形成する。金属基複合材料は、接続ロッド１０に優れた圧縮および引張強度特性を与える。第２の組成物は、軸受の用途に適したいくつかのアルミニウムベースの粉末金属合金材料のいずれかを含み得る。

第１の組成物および第２の組成物は一緒に未焼結または「未処理の状態」に成形されて、全体的に接続ロッド１０の形をした粉末金属予備成形物を設ける。第１の組成物が本体１２の実質的な部分を形成し、第２の組成物が大きな開口部２４の周りに局在化して、軸受面部分１８を形成した状態で、成形された接続ロッド予備成形物が焼結される。

焼結プロセスは、第１および第２の成形された組成物を一般的な焼結温度で加熱しこれを予め定められた時間に亘って維持することによって実行される。「焼結温度」という語は材料が焼結サイクル中に焼結される温度を意味し、実際の温度値はそのサイクル中に変動する可能性があるが、それにも拘らず当該材料が焼結サイクル中に互いに共通の温度で維持されることが理解される。接続ロッド１０を焼結すると、接続ロッド１０の大きな端部１６は、開口部３０およびねじ付き開口部３２が大きな端部１６の両側に形成されるように機械加工され得る。開口部３０、３２を形成すると、軸受キャップ２６が、好ましくは、公知の切断または破断プロセスによって接続ロッド１０の残りの部分から分離される
。

図２に最も良く示されるように、軸受面１８の部分は本体１２と一体化された１つの構造として形成される。軸受面部分１８は開口部２４を囲み、当該開口部２４を区画し、当該開口部２４の径方向の外側で延在し、ここで、図２において断続的な鎖線３３で概略的に示される界面において本体１２の第１の材料と冶金学的に結合または一体化される。界面３３においては、第１の材料および第２の材料は当該界面３３に亘って材料を拡散させるよう一緒に焼結される。これにより、材料を１つの一体型の構造として一体化する分離不可能で永久的な結合部が作り出され、開口部２４の周りに第２の材料が集中した別個の領域が維持されて軸受面部分１８が規定される。第１の組成物が好ましくはアルミニウムベースの材料であるので、当該第１の組成物は、軸受面１８が損傷を被る場合には有利には応急の磨耗面をもたらす。

図３に最も良く示されるように、接続ロッドの現在好ましい構成の代替的な実施例が１１０で概略的に示される。接続ロッド１１０は、小さな端部１１４を備えた本体１１２を有する。小さな端部１１４は、先の実施例における大きな端部１６と同様に構成され得る。したがって、先の実施例におけるように開口部２０内に挿入されるブッシング２２を有するのではなく、軸受面部分１１８が、好ましくは大きな端部１６の開口部２４で用いられる第２の粉末金属組成物を用いて小さな端部１１４の開口部１２０内に形成され得る。その他の点では、接続ロッド１１０の構造が先の実施例における接続ロッド１０の構造と実質的に同じであることが理解される筈である。

明らかに、上述の教示を考慮に入れるとこの発明の多くの変更例および変形例が可能である。したがって、この発明が、特定的に記載される以外の方法で添付の特許請求の範囲内で実施可能であることが理解されるべきである。この発明は添付の特許請求の範囲によって規定される。

この発明の現在好ましい実施例に従って構成された接続ロッドを示す平面図である。 接続ロッドを示す拡大された部分断面図である。 接続ロッドの分割面に沿った断面図である。

Claims (9)

1. 内燃機関のための粉末金属接続ロッドであって、
   リストピンに接続するための小さな端部開口部と、クランクシャフトに接続するための大きな端部開口部とを有し第１の組成物の非鉄粉末金属材料を成形および焼結して製作された接続ロッド本体と、
   少なくとも前記大きな端部開口部を囲み、前記第１の組成物とは異なる第２の組成物の非鉄粉末金属材料で製作され、前記接続ロッド本体と一体化された１つの構造として成形および焼結される接続ロッド本体の軸受面部分とを含む、粉末金属接続ロッド。
2. 前記第１の組成物および前記第２の組成物は各々アルミニウムベース合金の組成物である、請求項１に記載の接続ロッド。
3. 前記第２の組成物は軸受金属合金を含む、請求項２に記載の接続ロッド。
4. 前記接続ロッド本体は前記大きな端部開口部において分割される、請求項１に記載の接続ロッド。
5. 少なくとも端部開口部を有する接続ロッドを作製する方法であって、
   第１の組成物の非鉄粉末金属材料を準備するステップと、
   前記第１の組成物とは異なる第２の組成物の非鉄粉末金属材料を準備するステップと、
   前記第１および前記第２の粉末金属材料を型に配置するステップとを含み、前記第１の材料は接続ロッド材料の大部分を構成し、前記第２の材料は少なくとも１つの端部開口部の周りに局在化し、前記第１の組成物および前記第２の組成物を成形および焼結して前記第１の粉末金属材料の接続ロッドの本体と、前記第２の材料の前記少なくとも１つの端部開口部を囲む軸受面部分とを形成する、方法。
6. アルミニウムベース合金の組成物から前記第１および前記第２の粉末金属組成物を選択するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の組成物および前記第２の組成物は同じ温度で焼結される、請求項５に記載の方法。
8. 前記第２の材料は前記接続ロッドの大きな端部開口部の周りに配置される、請求項５に記載の方法。
9. 前記大きな端部開口部において前記接続ロッドを分割するステップを含む、請求項８に記載の方法。

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