JP2012082845A - 破断分割コンロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】破断分割時の亀裂合流に伴う欠けや段差の発生を防ぎ、これにより、欠けによるエンジン焼付きの危険をなくすとともに、欠け除去工程を削減してコストダウンを図ることを目的とする。
【解決手段】本発明は、大端部３がコンロッド本体１０とキャップ１１に破断分割されるとともにコンロッド本体１０とキャップ１１がボルト１４によって締結される破断分割コンロッド１の製造方法であって、大端部３をコンロッド本体１０とキャップ１１に破断分割する工程より後に、ボルト１４を挿通させるボルト孔１３を大端部３に穿設する工程が行われることを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両用エンジン部品である破断分割コンロッドの製造方法に関する。

一般に、自動車用エンジン等の車両用エンジンでは、ピストンピンとクランクピンの連結にコンロッドが使用されている。このコンロッドには、ピストンピンに組み付けられる小端部が一端に形成されるとともに、クランクピンに組付けられる大端部が他端に形成されている。

コンロッドの製造において、コンロッド本体とキャップの位置決め精度を向上させるため、一体成型したコンロッド本体とキャップを破断により分割する、いわゆる破断分割型の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。

一般的な製造方法によって製造された破断分割型コンロッドの破断直後のコンロッド３１における大端部３２の構成を、図９に示す。大端部３２は、クランクピン（図示せず）への組み付けを可能とするために、破断面３４を境にコンロッド本体３５とキャップ３６とに分割されている。大端部３２には、クランクピンを貫挿させるための大端穴３３が中央に形成されるとともに、コンロッド本体３５とキャップ３６を締結するボルト（図示せず）を挿通させるためのボルト孔３７が幅方向両端に穿設されている。

この場合の製造工程としては、（１）鍛造成型（コンロッド本体３５とキャップ３６の一体成型）、（２）粗加工、（３）大端部３２のボルト孔加工、（４）大端部３２の内周のノッチ加工、（５）大端部３２の破断分割、（６）破断分割によって生じる欠けの除去、（７）大端部３２のボルト締結、（８）仕上げ加工、の全８工程で行うのが一般的である。

特開平０３−０１４９０４号公報

しかし、この工程では、「（３）大端部３２のボルト孔加工」が「（５）大端部３２の破断分割」の前に行われることにより、ボルト孔３７が既に穿設された大端部３２に対して破断分割が行われることになる。そのため、図１０に矢印で示されるように、大端部３２を破断分割する時に、亀裂がボルト孔３７を迂回するように２方向から進展することになる。これに伴って、図１１に矢印Ｘで示されるように、破断面３４における２つの亀裂が合流する箇所にて、亀裂合流のズレによる欠けや段差が発生する可能性がある。そして、この欠けがエンジン内部に入ると焼付きの原因となり、エンジンの破損を招く危険がある。また、このようなエンジン内部への欠けの侵入を防止するために、「（６）破断分割によって生じる欠けの除去」が必要となり、作業工程が煩雑化する。

更に、「（３）大端部３２のボルト孔加工」が「（５）大端部３２の破断分割」の前に行われることで、破断分割時の大端部３２の塑性変形によりボルト孔３７の倒れが起こり（図９参照）、組付不良が発生する可能性がある。

そこで、本発明は上記の事情を考慮し、大端部を破断分割する時の亀裂合流に伴う欠けや段差の発生を防ぎ、これにより、欠けによるエンジン焼付きの危険をなくすとともに、欠け除去工程を削減してコストダウンを図ることを目的としている。

本発明は、大端部がコンロッド本体とキャップに破断分割されるとともに前記コンロッド本体と前記キャップがボルトによって締結される破断分割コンロッドの製造方法であって、前記大端部を前記コンロッド本体と前記キャップに破断分割する工程より後に、前記ボルトを挿通させるボルト孔を前記大端部に穿設する工程が行われることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、ボルト孔が穿設されていない大端部に対して破断分割を行うことができ、破断分割時の亀裂がボルト孔を迂回するように２方向から進展することがなく、亀裂の合流がなくなるため、欠けや段差の発生を防ぐことができる。これにより、欠けによるエンジン焼付きの危険をなくすことができる。また、破断面のブラッシング等の欠け除去工程を削減でき、コストダウンも図ることができる。

また、前記ボルト孔を前記大端部に穿設する工程は、前記コンロッド本体と前記キャップの破断面を合わせて、前記破断分割コンロッドの長手方向と幅方向の２方向を治具によって固定した状態で行われても良い。

このような構成を採用することにより、ボルト孔を大端部に穿設する際、穿設位置の精度を確保することができるとともに、ボルト孔の倒れが発生せず、組付不良を防止できる。

また、前記ボルト孔を前記大端部に穿設する工程の後に、前記治具の位置を変えずに前記ボルト孔に前記ボルトを挿通させて前記コンロッド本体と前記キャップを締結させる工程が行われても良い。

このような構成を採用することにより、大端部の破断分割後に行われる大端部のボルト締結において、破断面のズレを防止することができる。

本発明の破断分割コンロッドの製造方法によれば、破断分割時の亀裂合流に伴う欠けや段差の発生を防ぎ、これにより、欠けによるエンジン焼付きの危険をなくすとともに、欠け除去工程を削減してコストダウンを図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造された破断分割コンロッドの正面図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、製造工程を示すフローチャート図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、（ａ）は、鍛造成型及び粗加工完了後のコンロッド粗材を示す正面図であり、（ｂ）は、ノッチ加工完了後のコンロッド粗材を示す正面図であり、（ｃ）は、破断分割完了後の破断分割コンロッドを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、ボルト孔穿設直前の破断分割コンロッド及び治具を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、ボルト孔穿設直前の破断分割コンロッド及び治具を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、破断分割コンロッドの厚み方向を固定する治具を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、（ａ）は、ボルト孔加工完了後の破断分割コンロッド及び治具を示す正面図であり、（ｂ）は、ボルト締結完了後の破断分割コンロッド及び治具を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る破断分割コンロッドの製造方法において、破断面における亀裂の進展方向を示す断面図である。 従来例に係る製造方法によって製造された破断分割コンロッドの大端部を示す平面図である。 従来例に係る破断分割コンロッドの製造方法において、破断面における亀裂の進展方向を示す断面図である。 従来例に係る破断分割コンロッドの製造方法において、大端部の亀裂合流部分のズレを示す斜視図である。

以下、図面に基づき、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態では、自動車用エンジンに用いられる破断分割コンロッド１（以下、「コンロッド１」と略称する。）の製造に本発明を適用した場合について説明する。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造されるコンロッド１の全体の構成について説明する。以下、図１における上下方向をコンロッド１の長手方向、図１における左右方向をコンロッド１の幅方向、図１における前後方向、即ち、長手方向及び幅方向に垂直な方向をコンロッド１の厚み方向とする。

コンロッド１は、クランクピン（図示せず）を貫挿可能な大端穴２が厚み方向に穿設された大端部３と、ピストンピン（図示せず）を貫挿可能な小端穴４が厚み方向に穿設された小端部５と、大端部３と小端部５を連結するロッド部６と、を備えている。

大端部３には大端穴２の内周部の幅方向両側にノッチ７が設けられるとともに、ノッチ７から幅方向外側に向かって破断面８が形成されており、この破断面８を境に、コンロッド本体１０とキャップ１１とに大端部３が破断分割されている。大端部３の外周面には、幅方向両端部分に平坦面１２が長手方向に設けられており、この平坦面１２の幅方向内側には平坦面１２と平行にボルト孔１３が穿設されており、ボルト孔１３に挿通されたボルト１４により、コンロッド本体１０とキャップ１１とが締結されている。

次に、図２〜図８を用いて、本発明の一実施形態に係るコンロッド１の製造方法について説明する。なお、コンロッド１の製造における第１〜第７工程を、図２及び本明細書中においてＳ１〜Ｓ７で示す。

まず、鋼材（ＳＣ材ベースの非調質鋼）を鍛造してコンロッド本体１０とキャップ１１とを一体成型し、コンロッド粗材１５を得る。この工程を、鍛造成型Ｓ１とする。次に、このコンロッド粗材１５に対して、スラスト面の成形、大端穴２及び小端穴４の穿設を行う。この工程を、粗加工Ｓ２とする。この粗加工Ｓ２が完了した時点のコンロッド粗材１５を、図３（ａ）に示す。

次に、大端穴２の内周部の幅方向両側部分において、大端部３にノッチ７を設ける（図３（ｂ）参照）。この工程を、ノッチ加工Ｓ３とする。更に、ノッチ７を起点として大端部３を幅方向に破断させ、コンロッド本体１０とキャップ１１に大端部３を破断分割する（図３（ｃ）参照）。これにより、コンロッド粗材１５からコンロッド１を得る。この工程を、破断分割Ｓ４とする。

この破断分割Ｓ４が完了したら、コンロッド１を位置決め機構２０に固定する（図４、図５参照）。以下、本実施形態に用いられる位置決め機構２０の構成について説明する。

位置決め機構２０は、基台２１と治具２２ａ〜２２ｅとにより構成されている。以下、図４における下側を位置決め機構２０の前側とする。

治具２２ａは、基台２１の後部の左右方向中央に配置されている。治具２２ａの左右両側には、固定ネジ穴（図示せず）が上下方向に穿設されており、この固定ネジ穴に貫挿された固定ボルト２３ａにより、治具２２ａが基台２１に固定されている。治具２２ａの前面には、後方に向かってくの字状に屈曲された当接面２４ａが設けられている。

治具２２ｂは、基台２１の前部の左右方向中央に配置されている。治具２２ｂは、左右方向に設けられた固定片２５ｂと、この固定片２５ｂに取り付けられた左右一対の調節ボルト２６ｂと、この調節ボルト２６ｂの後端に固定された当接片２７ｂと、を備えている。固定片２５ｂの左右両端には、固定ネジ穴（図示せず）が上下方向に穿設されており、この固定ネジ穴に貫挿された固定ボルト２３ｂにより、固定片２５ｂが基台２１に固定されている。固定片２５ｂの左右両側には、調節ネジ穴２８ｂが前後方向に穿設されており、この調節ネジ穴２８ｂに、調節ボルト２６ｂが前後方向に進退可能に螺合している。当接片２７ｂの後面には、前方に向かってくの字状に屈曲された当接面２４ｂが設けられている。

治具２２ｃ、２２ｄはそれぞれ、治具２２ｂの後左方、後右方に配置されている。治具２２ｃ、２２ｄは、前後方向に設けられた固定片２５ｃ、２５ｄと、固定片２５ｃ、２５ｄに取り付けられた前後一対の調節ボルト２６ｃ、２６ｄと、調節ボルト２６ｃ、２６ｄの内端部に固定された当接片２７ｃ、２７ｄと、を備えている。固定片２５ｃ、２５ｄの前後両端には、固定ネジ穴（図示せず）が上下方向に穿設されており、この固定ネジ穴に貫挿された固定ボルト２３ｃ、２３ｄにより、治具２２ｃ、２２ｄの固定片２５ｃ、２５ｄが基台２１に固定されている。固定片２５ｃ、２５ｄの前後両側には、調節ネジ穴２８ｃ、２８ｄが左右方向に穿設されており、この調節ネジ穴２８ｃ、２８ｄに、調節ボルト２６ｃ、２６ｄが左右方向に進退可能に螺合している。当接片２７ｃ、２７ｄの内面には、平坦な当接面２４ｃ、２４ｄが設けられている。

治具２２ｅは、図６に示されるように、円柱状を成しており、大端部３に形成された大端穴２と略同一の外径を備えている。治具２２ｅの上端にはフランジ部２９ｅが設けられ、治具２２ｅには、上面の中央から下面の中央まで固定ネジ穴３０ｅが設けられている。

上述の如く構成された位置決め機構２０に、破断分割Ｓ４が完了したコンロッド１を固定するには、治具２２ａの当接面２４ａの左右両側部分に、小端部５の外周面を当接させた状態で、コンロッド１を基台２１の上面に載置する。なお、この状態では、治具２２ｂ〜２２ｄの当接面２４ｂ〜２４ｄとコンロッド１の大端部３の外周面の間には、一定の間隔が設けられている。

この状態から、治具２２ｂの調節ボルト２６ｂを一方向に回転させると、調節ボルト２６ｂが後方に移動し、これに伴って、調節ボルト２６ｂの後端部に固定された当接片２７ｂも後方に移動し、当接片２７ｂの当接面２４ｂの左右両側部分が、大端部３の外周面と当接すると同時に、治具２２ａ、２２ｂの当接面２４ａ、２４ｂの左右両側部分に大端部３、小端部５の外周面が当接する。これにより、コンロッド１の長手方向が固定される。

次に、治具２２ｃ、２２ｄの調節ボルト２６ｃ、２６ｄを一方向に回転させると、調節ボルト２６ｃ、２６ｄが内方に移動し、これに伴って、調節ボルト２６ｃ、２６ｄの内端部に固定された当接片２７ｃ、２７ｄも内側に移動し、当接片２７ｃ、２７ｄの平坦な当接面２４ｃ、２４ｄが、大端部３の平坦面１２と当接する。これにより、コンロッド１の幅方向が固定される。

次に、治具２２ｅを大端部３の大端穴２に挿入し、治具２２ｅのフランジ部２９ｅの下面を、大端穴２の周囲のコンロッド本体１０及びキャップ１１の上面と当接させる。この状態で、治具２２ｅの固定ネジ穴３０ｅに固定ボルト２３ｅを貫挿させて、治具２２ｅを基台２１に固定する。これにより、コンロッド１の厚み方向が固定される。

このようにして位置決め機構２０へのコンロッド１の固定が完了したら、大端部３の幅方向両端部に、ボルト孔１３を長手方向に穿設する（図７（ａ）参照）。この工程を、ボルト孔加工Ｓ５とする。このボルト孔加工Ｓ５の後、治具２２ａ〜ｅの位置を変えずに、ボルト孔１３にボルト１４を挿通させてコンロッド本体１０とキャップ１１とを締結させる（図７（ｂ）参照）。この工程を、ボルト締結Ｓ６とする。このボルト締結Ｓ６が完了したら、位置決め機構２０からコンロッド１を取り外して、最終的な加工を行う。この工程を、仕上げ加工Ｓ７とする。以上Ｓ１〜Ｓ７の工程によりコンロッド１の製造が完了する。これにより、クランクピンへのコンロッド１の組み付けが可能となる。

本実施形態では上述の如く、コンロッド１の製造工程を一部変更し、破断分割Ｓ４の後にボルト孔加工Ｓ５を行っている。従って、ボルト孔１３が穿設されていない大端部３に対して破断分割Ｓ４を行うことができ、破断分割Ｓ４を行う際の亀裂がボルト孔１３を迂回するように２方向から進展することがなく、亀裂の合流がなくなる（図８参照）。そのため、破断面８にズレが生じにくくなるとともに、欠けや段差が発生するのを防ぐことができ、欠けによるエンジン焼付きの危険をなくすことができる。また、破断面８のブラッシング等の欠け除去工程を削減でき、コストダウンも図ることができる。

また、コンロッド１の長手方向、幅方向及び厚み方向の３方向を治具２２ａ〜２２ｅによって固定した状態でボルト孔加工Ｓ５が行われるため、ボルト孔１３の穿設位置の精度を確保することができるとともに、ボルト孔１３の倒れが発生せず、組付不良を防止することができる。

また、ボルト孔加工Ｓ５の後に、治具２２ａ〜２２ｅの位置を変えずにボルト締結Ｓ６を行うため、破断分割Ｓ４の後に行われるボルト締結Ｓ６において、コンロッド本体１０とキャップ１１の破断面８同士のズレを防止することができる。

本実施形態では、治具２２ａに設けられた当接面２４ａに小端部５を当接させたが、他の異なる実施形態では、治具２２ａの代わりに小端穴４にシャフト（図示せず）を差し込んでも良い。

また、本実施形態では、小端部５側の治具２２ａを固定して、大端部３側の治具２２ｂを移動させる構成としたが、他の異なる実施形態では、大端部３側の治具２２ｂを固定して、小端部５側の治具２２ａを移動させる構成としてもよい。また、本実施形態では、調節ボルト２６ｂ〜２６ｄによって治具２２ｂ〜２２ｄを移動させる構成としたが、他の異なる実施形態では、ボルトではなく油圧等で治具２２ｂ〜２２ｄを移動させてもよい。

本実施形態では、ボルト孔加工Ｓ５の際に長手方向、幅方向及び厚み方向の３方向すべてについて治具２２ａ〜２２ｅによるコンロッド１の固定を行ったが、他の異なる実施形態では、そのうちの長手方向と幅方向の２方向についてのみ治具によるコンロッド１の固定を行っても良い。この場合にも、３方向のすべてを固定する場合と同様に、ボルト孔１３の穿設位置の精度を確保することができるとともに、ボルト孔１３の倒れが発生せず、組付不良を防止することができる。

本実施形態では、くの字に屈曲する当接面２４ａ、２４ｂを治具２２ａ、２２ｂに設けることでコンロッド１の幅方向への変位が抑制されているため、治具２２ｃ、２２ｄが無くてもボルト孔加工Ｓ５が可能である。しかしながら、破断分割Ｓ４の後にボルト孔加工Ｓ５が行われる場合には、ボルト孔加工Ｓ５を破断分割Ｓ４の前に行う場合よりも、ボルト孔加工Ｓ５の際に幅方向のズレが破断面８に生じやすい。この点を考慮すれば、治具２２ｃ、２２ｄを用いてコンロッド１の幅方向への変位を確実に抑制するのが好ましい。

本実施形態では、自動車用エンジンに用いられるコンロッド１の製造に本発明を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態においては、自動二輪車その他の車両用エンジンに用いられるコンロッド１の製造に本発明を適用することも可能である。本実施形態では、鍛造によりコンロッド粗材１５を形成する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、例えば焼結、鋳造等によりコンロッド粗材１５を形成しても良い。

１ 破断分割コンロッド
３ 大端部
８ 破断面
１０ コンロッド本体
１１ キャップ
１３ ボルト孔
１４ ボルト
２２ａ〜２２ｅ 治具

Claims (3)

1. 大端部がコンロッド本体とキャップに破断分割されるとともに前記コンロッド本体と前記キャップがボルトによって締結される破断分割コンロッドの製造方法であって、
   前記大端部を前記コンロッド本体と前記キャップに破断分割する工程より後に、前記ボルトを挿通させるボルト孔を前記大端部に穿設する工程が行われることを特徴とする破断分割コンロッドの製造方法。
2. 前記ボルト孔を前記大端部に穿設する工程は、前記コンロッド本体と前記キャップの破断面を合わせて、前記破断分割コンロッドの長手方向と幅方向の２方向を治具によって固定した状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の破断分割コンロッドの製造方法。
3. 前記ボルト孔を前記大端部に穿設する工程の後に、前記治具の位置を変えずに前記ボルト孔に前記ボルトを挿通させて前記コンロッド本体と前記キャップを締結させる工程が行われることを特徴とする請求項２に記載の破断分割コンロッドの製造方法。