JP2012141030A - 内燃機関用コネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、破断分割工法で製造される内燃機関用コネクティングロッドの組み付け精度向上を目的とする。
【解決手段】この発明は、大端部と小端部を備えたコネクティングロッドを一体成形し、次に、大端部の結合孔部分を破断分割工法でキャップ部とロッド部に二分し、大端部を破断分割する前に大端部の結合孔が真円加工された内燃機関用コネクティングロッドにおいて、真円加工前の大端部の結合孔部分内周の形状を楕円形状とし、楕円形状は、大端部の結合孔部分のキャップ部とロッド部の分割線上と楕円の長軸が同軸であり、大端部の中心と小端部の中心を結ぶロッド中心線上と楕円の短軸が同軸であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関用コネクティングロッドに係り、特に、破断分割工法でキャップ部とロッド部に二分した大端部の結合孔部分の真円度を向上を図った内燃機関用コネクティングロッドに関する。

図７に示すように、ピストンの往復運動をクランクシャフトに伝達するための内燃機関用コネクティングロッド１０１には、大端部１０２と小端部１０３を棹部１０４を挟んで一体成形し、大端部１０２の結合孔部分１０５を破断分割工法でキャップ部１０６とロッド部１０７に二分したものがある。大端部１０２の結合孔部分１０５の内周には、最終的に真円形状の結合孔１０８が形成される（図９（Ｆ）参照）。
前記内燃機関用コネクティングロッド１０１は、大端部１０２の中心Ｃ１と小端部１０３の中心Ｃ２を結ぶ線分をロッド中心線Ｌ１とし、大端部１０２の中心Ｃ１を通りロッド中心線Ｌ１と直交してキャップ部１０６とロッド部１０７の分割面Ｐと重なる線分を分割線Ｌ２とすると、図８に示すように、真円加工前の結合孔部分１０５の内周の形状を円形状としている。結合孔部分１０５の内周の円形状は、大端部１０２の中心Ｃ１からロッド中心線Ｌ１に対して直交する分割線Ｌ２方向の長さ（半径）Ｘａと、大端部１０２の中心Ｃ１からロッド中心線Ｌ１に対して同軸方向の長さ（半径）Ｙａを等しい長さ（Ｘａ＝Ｙａ）としている。

前記内燃機関用コネクティングロッド１０１は、図９に示すように、結合孔部分１０５の内周を円形状とした大端部１０２を小端部１０３と合わせて鍛造により一体成型し（Ａ）、大端部１０２の結合孔部分１０５の内周を結合孔１０８の真円形状とする粗加工を行い（Ｂ）、結合孔部分１０５の内周のキャップ部１０６とロッド部１０７の境目となる分割面Ｐにノッチ１０９の加工を行い（Ｃ）、ノッチ１０９を起点に衝撃的に破断させてキャップ部１０６とロッド部１０７に分割する（Ｄ）。
次に、内燃機関用コネクティングロッド１０１は、分割したキャップ部１０６とロッド部１０７を分割面Ｐで合わせてボルト１１０で締め付け（Ｅ）、大端部１０２の結合孔部分１０５の内周を結合孔１０８の真円形状とする仕上げ加工を行う（Ｆ）。
その後、この内燃機関用コネクティングロッド１０１は、ボルト１１０を緩めてキャップ部１０６とロッド部１０７を分割面Ｐで分解し（Ｇ）、キャップ部１０６とロッド部１０７の間にクランクシャフトのクランクピン１１１を挟んでボルト１１０を締め付けることでクランクシャフトに組み付ける（Ｈ）。
この破断分割工法の内燃機関用コネクティングロッド１０１は、キャップ部１０６とロッド部１０７の破断の際に分割面Ｐに発生する破断面を位置決めツールとして使用し、結合孔１０８の真円仕上げ加工後に分解してクランクシャフトに再度組付けた際の、結合孔１０８の真円度の再現性向上と位置決め部品の省略ができる。破断面は、破断分割後の再組付け時に、精密な噛み合わせによる位置決めの再現性を満たし、また、クランクシャフトの組み付けて使用中に分割面Ｐがずれないようにするため、脆性破断面が必要となる。

内燃機関用コネクティングロッド１０１は、破断分割前の大端部１０２の分割面Ｐの破断面積Ｓａ（図７（Ｂ）参照）が大きいと、大端部１０２の破断時に塑性変形（延性変形）が発生する。このため、内燃機関用コネクティングロッド１０１は、仕上げ加工時の基準寸法に近似した実測寸法（図９（Ｆ）参照）が、組付け時に基準寸法から大きく外れてしまい（図９（Ｈ）参照）、大端部１０２の結合孔１０８の再現性が無くなってしまう。内燃機関用コネクティングロッド１０１は、結合孔１０８の真円度の再現性が無くなることで、大端部１０２の結合孔部分１０５と相手側であるクランクシャフトのクランクピン１１１との間の組み付け精度の悪化を招き、クランクシャフトのクランクピン１１１の偏摩耗による異音の発生や耐久性の低下等の不具合を招くことになる。
また、内燃機関用コネクティングロッド１０１は、軽量化のため、大端部１０２の剛性を落とすと、破断面積も小さくなるが、剛性が低いため、破断分割時のエネルギーで塑性変形（延性変形）が発生し、上記同様に再現性が無くなってしまう。

これに対して、特開平１０−１２８４８２号公報には、大端部を破断分割する前に、大端部を締結ボルトまたはワーククランプで締結荷重と同等の負荷を与えた状態にして結合孔の真円加工を行い、真円加工後に負荷を解除して大端部を破断分割してキャップ部とロッド部に二分した内燃機関用コネクティングロッドが開示されている（特許文献１）。

特開平１０−１２８４８２号公報

ところで、従来技術では、以下の問題がある。
破断分割工法で製造される内燃機関用コネクティングロッドは、大端部の形状を軽量化すると、剛性が低下する。破断分割工法で製造される内燃機関用コネクティングロッドは、剛性の低下により、破断分割時に塑性変形が発生するため、分解して再度組付けた際の結合孔の真円度の再現性が悪くなり、組み付け精度の悪化を招く。
破断分割工法で製造される内燃機関用コネクティングロッドは、破断分割性向上のため、破断分割面積を小さくしようと結合孔の内径形状を大きくすると、大端部の剛性が低下し、上記同様に再度組付けた際の結合孔の再現性が悪化する。なお、内燃機関用コネクティングロッドの材料により破断分割性が異なる為、結合孔の内径形状を大きくすることは、破断分割性の悪い材料の時に有効な手段となる場合がある。

この発明は、破断分割工法で製造される内燃機関用コネクティングロッドの組み付け精度向上を目的とする。

この発明は、大端部と小端部を備えたコネクティングロッドを一体成形し、次に、前記大端部の結合孔部分を破断分割工法でキャップ部とロッド部に二分し、前記大端部を破断分割する前に大端部の結合孔が真円加工された内燃機関用コネクティングロッドにおいて、前記真円加工前の大端部の結合孔部分内周の形状を楕円形状とし、前記楕円形状は、前記大端部の結合孔部分のキャップ部とロッド部の分割線上と楕円の長軸が同軸であり、前記大端部の中心と前記小端部の中心を結ぶロッド中心線上と楕円の短軸が同軸であることを特徴とする。

この発明の内燃機関用コネクティングロッドは、大端部の結合孔部分を楕円形状とすることで、結合孔部分の肉厚が増し、剛性を向上することができる。
かつ、この発明の内燃機関用コネクティングロッドは、分割線と楕円の長軸が同軸であり、破断面積は変わらないので、破断面は脆性破断面を得やすくなる。脆性破断面であると、キャップ部とロッド部の再組み付け時に破断面がしっかりと組み合わさり、大端部の結合孔部分の真円度の再現性を向上することができる。
このため、この発明の内燃機関用コネクティングロッドは、結合孔の真円度が向上することで、大端部の結合孔部分と相手側であるクランクシャフトのクランクピンとの間の組み付け精度を向上することができ、偏摩耗が生じることがない。

図１（Ａ）は真円加工前のコネクティングロッドの正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＭ−Ｍ線による断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＮ−Ｎ線による断面図である。（実施例１） 図２は真円加工前の大端部の拡大正面図である。（実施例１） 図３（Ａ）〜（Ｈ）はコネクティングロッドの製造時の工程図である。（実施例１） 図４（Ａ）は真円加工前のコネクティングロッドの正面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＱ−Ｑ線による断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＲ−Ｒ線による断面図である。（実施例２） 図５は真円加工前の大端部の拡大正面図である。（実施例２） 図６（Ａ）〜（Ｉ）はコネクティングロッドの製造時の工程図である。（実施例２） 図７（Ａ）は真円加工前のコネクティングロッドの正面図、図７（Ｂ）は図４（Ａ）のＪ−Ｊ線による断面図、図７（Ｃ）は図７（Ａ）のＫ−Ｋ線による断面図である。（従来例） 図８は真円加工前の大端部の拡大正面図である。（従来例） 図９（Ａ）〜（Ｇ）はコネクティングロッドの製造時の工程図である。（従来例）

以下、図面に基づいて実施例を説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例１を示すものである。図１に示すように、ピストンの往復運動をクランクシャフトに伝達するための内燃機関用コネクティングロッド１は、大端部２と小端部３を棹部４を挟んで一体成形し、大端部２の結合孔部分５を破断分割工法でキャップ部６とロッド部７に二分している。大端部２の結合孔部分５の内周には、最終的に真円形状の結合孔８が形成される（図３（Ｆ）参照）。
内燃機関用コネクティングロッド１は、大端部２の中心Ｃ１と小端部３の中心Ｃ２を結ぶ線分をロッド中心線Ｌ１とし、大端部２の中心Ｃ１を通りロッド中心線Ｌ１と直交してキャップ部６とロッド部７の分割面Ｐと重なる線分を分割線Ｌ２とすると、図２に示すように、真円加工前の結合孔部分５の内周の形状を楕円形状としている。結合孔部分５の内周の楕円形状は、大端部２の結合孔部分５のキャップ部６とロッド部７の分割線Ｌ２上と楕円の長軸が同軸であり、大端部２の中心Ｃ１と小端部３の中心Ｃ２を結ぶロッド中心線Ｌ１上と楕円の短軸が同軸である。
この結合孔部分５の内周の楕円形状は、大端部２の中心Ｃ１からロッド中心線Ｌ１に対して直交する分割線Ｌ２方向の長さ（長半径）をＸｂ、大端部２の中心Ｃ１からロッド中心線Ｌ１方向の長さ（短半径）をＹｂとすると、Ｘｂ＞Ｙｂである。この楕円形状は、分割線Ｌ２方向の長さＸｂを従来の結合孔部分の内周の分割線Ｌ２方向の長さＸａ（図８参照）と同等ないし以下（Ｘｂ≦Ｘａ）にし、ロッド中心線Ｌ１方向の長さＹｂを従来の結合孔部分の内周のロッド中心線Ｌ１方向の長さＹａ（図８参照）よりも小さく（Ｙｂ＜Ｙａ）している。

前記内燃機関用コネクティングロッド１は、図３に示すように、結合孔部分５の内周を楕円形状とした大端部２を小端部３と合わせて鍛造により一体成型し（Ａ）、大端部２の結合孔部分５の内周を楕円形状とする粗加工を行い（Ｂ）、結合孔部分５の内周のキャップ部６とロッド部７の境目となる分割面Ｐにレーザによるノッチ９の加工を行い（Ｃ）、ノッチ９を起点に衝撃的に破断させてキャップ部６とロッド部７に分割する（Ｄ）。
次に、内燃機関用コネクティングロッド１は、分割したキャップ部６とロッド部７を分割面Ｐで合わせてボルト１０で締め付け（Ｅ）、大端部２の結合孔部分５の内周を結合孔８の真円状態とする仕上げ加工を行う（Ｆ）。
その後、この内燃機関用コネクティングロッド１は、ボルト１０を緩めてキャップ部６とロッド部７を分割面Ｐで分解し（Ｇ）、キャップ部６とロッド部７の間にクランクシャフトのクランクピン１１を挟んでボルト１０を締め付けることでクランクシャフトに組み付ける（Ｈ）。

この内燃機関用コネクティングロッド１は、破断分割前の大端部２の結合孔部分５の内周の形状を楕円形状としているので、大端部２の分割面Ｐの破断面積Ｓｃ（図１（Ｂ）参照）を従来の大端部の破断面積Ｓａ（図７（Ｂ）参照）と同じ（Ｓｃ＝Ｓａ）にしながら、大端部２の分割面Ｐ以外の部分の断面積Ｓｄ（図１（Ｃ）参照）を従来の大端部の断面積Ｓｂ（図７（Ｃ）参照）よりも大きくし（Ｓｂ＜Ｓｄ）、結合孔部分５の肉厚をまして剛性を向上している。
これより、この内燃機関用コネクティングロッド１は、大端部２の剛性を高めて破断時の塑性変形（延性変形）を抑制することができ、仕上げ加工時の基準寸法に近似した実測寸法（図３（Ｆ）参照）が組付け時に基準寸法から外れることがなく（図３（Ｈ）参照）、大端部２の結合孔８の真円度の再現性を向上することができる。
かつ、この内燃機関用コネクティングロッド１は、分割線Ｌ２と楕円の長軸が同軸であり、破断面積Ｓｃは従来の破断面積Ｓａ（図７（Ｂ）参照）と変わらないので、破断面は破壊に至るまでにほとんど塑性変形を伴わない脆性破断面を得やすくなる。破断面が脆性破断面であると、キャップ部６とロッド部７の再組み付け時に破断面がしっかりと組み合わさり、大端部２の結合孔部分５の真円度の再現性を向上することができる。
このため、この内燃機関用コネクティングロッド１は、結合孔８の真円度が向上することで、大端部２の結合孔部分５と相手側であるクランクシャフトのクランクピン１１との間の組み付け精度を向上することができ、偏摩耗が生じることがなく、偏摩耗による異音の発生や耐久性の低下等の不具合を招くことがない。

図４〜図６は、この発明の実施例２を示すものである。図４に示すように、ピストンの往復運動をクランクシャフトに伝達するための内燃機関用コネクティングロッド１は、大端部２と小端部３を棹部４を挟んで一体成形し、大端部２の結合孔部分５を破断分割工法でキャップ部６とロッド部７に二分している。大端部２の結合孔部分５の内周には、最終的に真円形状の結合孔８が形成される。
内燃機関用コネクティングロッド１は、大端部２の中心Ｃ１と小端部３の中心Ｃ２を結ぶ線分をロッド中心線Ｌ１とし、大端部２の中心Ｃ１を通りロッド中心線Ｌ１と直交してキャップ部６とロッド部７の分割面Ｐと重なる線分を分割線Ｌ２とすると、図５に示すように、真円加工前の結合孔部分５の内周の形状を円形状とし、かつ、キャップ部６とロッド部７の結合孔部分５の内周の分割面Ｐそれぞれに分割線Ｌ２上に中心点を持つ半円筒状の切り欠き部１２・１３を設けている。
この結合孔部分５の内周の円形状は、大端部２の中心Ｃ１からロッド中心線Ｌ１に対して直交する分割線Ｌ２方向の長さ（半径）をＸｃ、大端部２の中心Ｃ１からロッド中心線Ｌ１に対して同軸方向の長さ（半径）をＹｃとすると、Ｘｃ＝Ｙｃである。この円形状は、分割線Ｌ２方向の長さＸｃを従来の結合孔部分の内周の分割線Ｌ２方向の長さＸａ（図８参照）よりも小さく（Ｘｃ＜Ｘａ）し、ロッド中心線Ｌ１方向の長さＹｃを従来の結合孔部分の内周のロッド中心線Ｌ１方向の長さＹａ（図８参照）よりも小さく（Ｙｃ＜Ｙａ）している。さらに、この円形状は、結合孔部分５の内周の分割面Ｐ部分に幅Ｓの切り欠き部１２・１３を形成している。したがって、結合孔部分５の内周の分割線Ｌ２方向の長さは、切り欠き部１２・１３によりＸｃ＋Ｓとなり、従来の結合孔部分の内周の分割線Ｌ２方向の長さＸａと同等ないし以上（Ｘｃ＋Ｓ≧Ｘａ）としている。

前記内燃機関用コネクティングロッド１は、図６に示すように、結合孔部分５の内周を円形状とした大端部２を小端部３と合わせて鍛造により一体成型し（Ａ）、大端部２の結合孔部分５の内周を円形状とする粗加工を行い（Ｂ）、結合孔部分５の内周の分割面Ｐそれぞれに分割線Ｌ２上に中心点を持つ半円筒状の切り欠き部１２・１３を形成する追加工を行い（Ｃ）、結合孔部分５の内周のキャップ部６とロッド部７の境目となる切り欠き部１２・１３にレーザによるノッチ９の加工を行い（Ｄ）、ノッチ９を起点に衝撃的に破断させてキャップ部６とロッド部７に分割する（Ｅ）。
次に、内燃機関用コネクティングロッド１は、分割したキャップ部６とロッド部７を分割面Ｐで合わせてボルト１０で締め付け（Ｆ）、大端部２の結合孔部分５の内周を結合孔８の真円状態とする仕上げ加工を行う（Ｇ）。
その後、この内燃機関用コネクティングロッド１は、ボルト１０を緩めてキャップ部６とロッド部７を分割面Ｐで分解し（Ｈ）、キャップ部６とロッド部７の間にクランクシャフトのクランクピン１１を挟んでボルト１０を締め付けることでクランクシャフトに組み付ける（Ｉ）。

内燃機関用コネクティングロッド１においては、大端部２の結合孔部分５の内周を円形状とすることで結合孔部分５の肉厚が増し、剛性を向上することができる。しかし、キャップ部６とロッド部７に破断する分割面Ｐの部分まで一律に肉厚を増してしまうと破断面積まで増えてしまい、破断分割時に破断面が延性破断面となりやすく、破断分割面として良い破断面を得ることができない。
そこで、この内燃機関用コネクティングロッド１は、破断分割前の大端部２の結合孔部分５の内周の形状を円形状とし、かつ結合孔部分５の内周の分割面Ｐそれぞれに半円筒状の切り欠き部１２・１３を形成しているので、大端部２の分割面Ｐの破断面積Ｓｅ（図４（Ｂ）参照）を従来の大端部の破断面積Ｓａ（図７（Ｂ）参照）と同じ（Ｓｅ＝Ｓａ）にしながら、大端部２の分割面Ｐ以外の部分の断面積Ｓｆ（図４（Ｃ）参照）を従来の大端部の断面積Ｓｂ（図７（Ｃ）参照）よりも大きくし（Ｓｆ＜Ｓｄ）、結合孔部分５の肉厚をまして剛性を確保することができる。
このように、この内燃機関用コネクティングロッド１は、大端部２の結合孔部分５の内周を従来よりも径の小さい円形状としながら、かつ結合孔部分５の内周の分割面Ｐ部分に切欠き部１２・１３を設けることで、破断面積を小さくすることができて、破断面は脆性破断面を得ることができる。脆性破面であると、キャップ部６とロッド部７の再組み付け時に破断面がしっかりと組み合わさり、大端部２の結合孔部分５の真円度の再現性を向上することができる。
このため、この内燃機関用コネクティングロッド１は、結合孔８の真円度が向上することで、大端部２の結合孔部分５と相手側であるクランクシャフトのクランクピン１０との間の組み付け精度を向上することができ、偏摩耗が生じることがなく、偏摩耗による異音の発生や耐久性の低下等の不具合を招くことがない。

この発明は、破断分割工法で製造される内燃機関用コネクティングロッドの組み付け精度を向上することができ、コネクティングロッドだけでなく、破断分割工法で製造される機械部品などにも適用できる。

１ 内燃機関用コネクティングロッド
２ 大端部
３ 小端部
４ 棹部
５ 結合孔部分
６ キャップ部
７ ロッド部
８ 結合孔
９ ノッチ
１０ ボルト
１１ クランクピン

Claims (2)

1. 大端部と小端部を備えたコネクティングロッドを一体成形し、次に、
   前記大端部の結合孔部分を破断分割工法でキャップ部とロッド部に二分し、
   前記大端部を破断分割する前に大端部の結合孔が真円加工された内燃機関用コネクティングロッドにおいて、
   前記真円加工前の大端部の結合孔部分内周の形状を楕円形状とし、
   前記楕円形状は、前記大端部の結合孔部分のキャップ部とロッド部の分割線上と楕円の長軸が同軸であり、前記大端部の中心と前記小端部の中心を結ぶロッド中心線上と楕円の短軸が同軸であることを特徴とする内燃機関用コネクティングロッド。
2. 大端部と小端部を備えたコネクティングロッドを一体成形し、次に、
   前記大端部の結合孔部分を破断分割工法でキャップ部とロッド部に二分し、
   前記大端部を破断分割する前に大端部の結合孔が真円加工された内燃機関用コネクティングロッドにおいて、
   前記真円加工前の大端部の結合孔部分内周の形状を円形状とし、
   かつ、前記キャップ部とロッド部の結合孔部分内周の分割面それぞれに分割線上に中心点を持つ半円筒状の切り欠き部を設けることを特徴とする内燃機関用コネクティングロッド。

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