JP2013204635A - コンロッドの製造方法及びコンロッド - Google Patents

Abstract

【課題】コンロッド粗材を破断分割して所謂斜め割りタイプのコンロッドを製造する際の歩留まりを向上することができるコンロッドの製造方法及を提供する。
【解決手段】コンロッドステム５の中心線Ｌ１の垂直面Ｐ１に対して所定の角度を有する分割予定面Ｐ２’に沿って大端部７を破断分割してコンロッド本邸２とキャップ１６とを製造するコンロッド１の製造において、大端部７の内周面に対をなして設定される破断分割の起点部のうち、コンロッドステム５の中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’とのなす角度α１が狭角となる側の起点部に第１のノッチ２１ａを形成するとともに、中心線Ｌ１と分割予定面お２’とのなす角度α２が広角となる側の起点部に第１のノッチ２１ａよりも深い第２のノッチ２１ｂを形成し、これら第１のノッチ２１ａと第２のノッチ２１ｂとをそれぞれ起点として分割予定面Ｐ２’に沿って大端部７を破断分割する。
【選択図】図５

Description

本発明は、大端部が環状に一体形成されたコンロッド粗材を破断分割してコンロッド本体とキャップとを製造するコンロッドの製造方法及びコンロッドに関する。

従来、エンジンのコンロッドの製造については、大端部が環状に一体形成された鍛造品等からなるコンロッド粗材を破断分割してコンロッド本体とキャップとを製造する、所謂クラッキング法が実用化されている。この種のクラッキング法によるコンロッドでは、キャップを連結するに際し、当該キャップの破断面をコンロッド本体の破断面に合わせることによって、位置決め行われる。従って、クラッキング法によるコンロッドは、位置決め用のノックピンやリーマボルト等を必要とせず、その分、大端部側の肉厚を薄肉化することができ、小型化や軽量化等を容易に実現することができる。さらに、クラッキング法によるコンロッドは、コンロッド本体とキャップとの接合面の加工を必要とせず、その分、製造工程も簡略化できる。

この種のコンロッドとして、例えば、特許文献１には、コンロッド本体として破断分断される側の側面にのみ、キャップ側の側面に比べて外側方に張り出す張り出し部を形成することにより、破断起点部を設定する技術が開示されている。

特開２００６−１２５５９５号公報

ところで、クラッキング法を用いてコンロッド本体とキャップとを製造した場合、破断分割した破断面等に欠けやクラック等が発生することがある。そして、このような欠けやクラックが所定以上発生したと評価されたコンロッドは、不良品として扱われる。

このような欠けやクラック等の発生は、特に、コンロッド本体とキャップとの分割面がコンロッドステムの中心線の垂直面に対して所定の角度を有する所謂斜め割りタイプのコンロッドを製造する際に多く発生する傾向があり、歩留まりの向上が強く求められていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、コンロッド粗材を破断分割して所謂斜め割りタイプのコンロッドを製造する際の歩留まりを向上することができるコンロッドの製造方法及びコンロッドを提供することを目的とする。

本発明の一態様によるコンロッドの製造方法は、コンロッドステムの基端部に環状の大端部が一体形成されたコンロッド粗材の前記大端部を、前記コンロッドステムの中心線の垂直面に対して所定の角度を有する分割予定面に沿って破断分割してコンロッド本体とキャップとを製造するコンロッドの製造方法であって、前記大端部の内周面に対をなして設定される破断分割の起点部のうち、前記コンロッドステムの中心線と前記分割予定面とのなす角度が狭角となる側の前記起点部に第１のノッチを形成する第１のノッチ形成工程と、前記コンロッドステムの中心線と前記分割予定面とのなす角度が広角となる側の前記起点部に第１のノッチよりも深い第２のノッチを形成する第２のノッチ形成工程と、前記第１のノッチと前記第２のノッチとをそれぞれ起点として前記分割予定面に沿って前記大端部を破断分割する破断分割工程と、を備えたものである。

また、本発明の一態様によるコンロッドは、前記コンロッドの製造方法を用いてコンロッド本体とキャップとを製造したものである。

本発明によれば、コンロッド粗材を破断分割して所謂斜め割りタイプのコンロッドを製造する際の歩留まりを向上することができる。

コンロッドを示す平面図 コンロッドを示す分解斜視図 コンロッドの製造工程を示すフローチャート コンロッド粗材を示す斜視図 コンロッド粗材を示す平面図 破断分割装置にセットされたコンロッド粗材を示す斜視図 図６のVII−VII線に沿う断面図 コンロッド粗材の変形例を示す平面図 コンロッドの変形例を示す分解斜視図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はコンロッドを示す平面図、図２はコンロッドを示す分解斜視図、図３はコンロッドの製造工程を示すフローチャート、図４はコンロッド粗材を示す斜視図、図５はコンロッド粗材を示す平面図、図６は破断分割装置にセットされたコンロッド粗材を示す斜視図、図７は図６のVII−VII線に沿う断面図、図８はコンロッド粗材の変形例を示す平面図、図９はコンロッドの変形例を示す分解斜視図である。

図１，２に示すエンジンのコンロッド１は、コンロッドステム５と、コンロッドステム５の先端部に設けられた環状の小端部６と、コンロッドステム５の基端部に設けられた環状の大端部７と、を有して構成されている。

小端部６は、軸受孔６ａを備えた略円環状の部材で構成されている。この小端部６の軸受孔６ａには、ベアリングを介してピストンピンが回転可能に支持され、このピストンピンを介して、ピストンが揺動自在に連結される（何れも図示せず）。

大端部７は、小端部６よりも大径の軸受孔７ａが開口する環状部１０と、この環状部１０の外周部において互いに平行に延在する一対のリブ１１とを備えて構成されている。

この大端部７は、小端部６及びコンロッドステム５とともに一体のコンロッド本体２を構成する略半円環状の大端部半体１５と、この大端部半体１５に接合する略半円環状のキャップ１６とに分割形成されている。

後述するように、これら大端部半体１５（コンロッド本体２）とキャップ１６は、鍛造等によって一体形成されたコンロッド粗材２０を、各リブ１１の延在方向に対して垂直に破断分割することによって製造される。そして、これら大端部半体１５及びキャップ１６の各破断面は、そのまま、互いの接合面１５ａ，１６ａとして用いられる。

また、各リブ１１には、分割された各接合面１５ａ，１６ａがそれぞれ接合された状態において、キャップ１６側から大端部半体１５側へと連続するボルト穴１７がそれぞれ穿設されている。そして、各ボルト穴１７にそれぞれボルト１８が螺合されることにより、キャップ１６は大端部半体１５に対して締結固定される。その際、大端部７の軸受孔７ａには、ベアリングが挟み込まれ、このベアリングを介して、クランクシャフトのクランクピンが回転可能に支持される（何れも図示せず）。

ここで、図１に示すように、本実施形態のコンロッド１では、平面視した状態において、大端部半体１５とキャップ１６との各接合面１５ａ，１６ａが、コンロッドステム５の中心線Ｌ１の垂直面Ｐ１に対して所定角度傾斜した分割面Ｐ２上に形成されている。より具体的には、本実施形態のコンロッド１は、小端部６の中心軸Ｏ１と大端部７の中心軸Ｏ２とを結ぶコンロッドステム５の中心線Ｌ１の垂直面Ｐ１と、エンジンの排気（ＥＸＨ）側に位置する接合面１５ａ，１６ａ（分割面Ｐ２）とのなす角度α１が狭角に設定され、吸気（ＩＮＴ）側に位置する接合面１５ａ，１６ａ（分割面Ｐ２）とのなす角度α２が広角に設定された、所謂斜め割りタイプのコンロッドで構成されている。

次に、このようなコンロッド１の製造方法について、図３に示すフローチャートに従って説明する。上述のように、コンロッド１は、鍛造等によって製造されたコンロッド粗材２０を破断分割することによって製造されるものである。

ここで、例えば、図４に示すように、コンロッド粗材２０は、コンロッドステム５と、小端部６と、分割前の大端部７（環状部１０及びリブ１１）と、が鍛造等によって一体形成されたものである。

このコンロッド粗材２０が投入されると、先ず、ステップＳ１において、大端部７の各リブ１１に対し、それぞれ、基端側からボルト穴１７が穿設される（図５参照）。

続くステップＳ２において、大端部７の軸受孔７ａの内周面に対をなして設定される各破断分割の起点部に対し、それぞれレーザ照射或いは機械加工等が行われることにより、例えば、図５に示すように、第１のノッチ２１ａ及び第２のノッチ２１ｂがそれぞれ形成される（第１のノッチ形成工程、第２のノッチ形成工程）。

ここで、破断分割の各起点部は、コンロッド粗材２０と後述する破断分割装置３０（図６，７参照）との関係に基づいて定められる。すなわち、コンロッド粗材２０と破断分割装置３０との関係を設定することにより、当該破断分割装置３０によってコンロッド粗材２０の大端部７に付与される応力の方向が定められ、これにより、大端部７に対して仮想的な分割予定面Ｐ２’が定められる。上述の各接合面１５ａ，１６ａを得るため、この分割予定面Ｐ２’は、各リブ１１の延在方向に垂直な面であって、且つ、コンロッドステム５の中心線Ｌ１の垂直面Ｐ１に対して所定角度傾斜した面（すなわち、上述の分割面Ｐ２と同一面）に設定される。そして、この分割予定面Ｐ２’と大端部７の内周面の各交線がそれぞれ起点部として設定され、この起点部に沿って大端部７の厚さ方向に延在する第１，第２のノッチ２１ａ，２１ｂが形成される。

この場合において、第１，第２のノッチ２１ａ，２１ｂの各深さは、例えば、実験やシミュレーション等に基づいて、不等に設定される。具体的には、例えば、図５に示すように、第１，第２のノッチ２１ａ，２１ｂの深さｄ１，ｄ２は、コンロッドステム５の中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’とのなす角度α１が狭角となる側の起点部に形成する第１のノッチ２１ａの深さｄ１よりも、中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’とのなす角度α２が広角となる側の起点部に形成する第２のノッチ２１ｂの深さｄ２の方が相対的に深くなるよう設定される。より具体的には、例えば、第１，第２のノッチ２１ａ，２１ｂの深さｄ１，ｄ２は、第２のノッチ２１ｂの深さｄ２が第１のノッチ２１ａの深さｄ１に対して最大で２倍程度の深さを超えない範囲内で設定される。

続くステップＳ３において、コンロッド粗材２０は、破断分割装置３０にセットされ、この破断分割装置３０を用いたクラッキング処理により、コンロッド本体２とキャップ１６とに分割される（破断分割工程）。

ここで、例えば、図６，７に示すように、破断分割装置３０は、コンロッド粗材２０の小端部６から大端部７の先端側の部位（分割後に大端部半体１５となる部位）までが載置される第１のスライダ３１と、大端部７の基端側の部位（分割後にキャップ１６となる部位）が載置される第２のスライダ３２と、を有して構成されている。第１のスライダ３１の基端部には、大端部７の軸受孔７ａの先端側に嵌合する略半円柱形状をなす第１の嵌合片３１ａが立設されている。一方、第２のスライダ３２の先端部には、大端部７の軸受孔７ａの基端側に嵌合する略半円柱形状をなす第２の係合片３２ａが立設されている。さらに、第２のスライダ３２の両側部及び基端部には、大端部７のリブ１１及び環状部１０にそれぞれ当接するガイド部材３２ｂが立設されている。

このような破断分割装置３０に対し、コンロッド粗材２０は、大端部７の軸受孔７ａが第１，第２の嵌合片３１ａ，３２ａに嵌合され、且つ、リブ１１及び環状部１０がガイド部材３２ｂによって位置決めされた状態で、第１，第２のスライダ３１，３２上に載置される。そして、第１，第２の嵌合片３１ａ，３２ａの間隙に楔状のパンチ３３が打ち込まれることにより、コンロッド粗材２０は、コンロッド本体２とキャップ１６とに分割される。

この場合において、斜め割りタイプのコンロッド粗材２０では、分割予定面Ｐ２’の垂線Ｌ２方向に対して大端部７の先端側の形状が非対称となっており、当該部分の剛性等が相違するため、たとえＥＸＨ側とＩＮＴ側とで各リブ１１の形状等が対称であったとしても、各嵌合片３１ａ，３２ａから大端部７に付与された応力は、ＥＸＨ側とＩＮＴ側とで非対称に伝達される。このような応力伝達の非対称性は、破断の開始タイミング等にも影響し、図６に示す例では、ＥＸＨ側に対し、ＩＮＴ側の破断が相対的に遅れる傾向にある。このような現象に対応し、上述のステップＳ２で形成した第２のノッチ２１ｂの深さｄ２は第１のノッチ２１ａの深さｄ１に対して相対的に深く形成されるものであり、これらｄ１，ｄ２を最適化することにより、大端部７のＥＸＨ側とＩＮＴ側は略同タイミングにて破断される。

続くステップＳ４において、破断分割されたコンロッド粗材２０に対する後加工処理が行われる。すなわち、上述のステップＳ３において分割された大端部７には、付与された応力によって僅かな歪みが生ずる場合がある。そこで、分割された大端部７は、ボルト１８を用いて締結され、軸受孔７ａに対する真円加工が行われる。

このような実施形態によれば、コンロッドステム５の中心線Ｌ１の垂直面Ｐ１に対して所定の角度を有する分割予定面Ｐ２’に沿って大端部７を破断分割してコンロッド本体２とキャップ１６とを製造するコンロッド１の製造において、大端部７の内周面に対をなして設定される破断分割の起点部のうち、コンロッドステム５の中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’とのなす角度α１が狭角となる側の起点部に第１のノッチ２１ａを形成するとともに、中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’とのなす角度α２が広角となる側の起点部に第１のノッチ２１ａよりも深い第２のノッチ２１ｂを形成し、これら第１のノッチ２１ａと第２のノッチ２１ｂとをそれぞれ起点として分割予定面Ｐ２’に沿って大端部７を破断分割することにより、コンロッド粗材２０を破断分割して所謂斜め割りタイプのコンロッド１を製造する際の歩留まりを向上することができる。

すなわち、大端部７の先端側における形状の非対称性等に起因して相違しがちな破断開始タイミングを、大端部７のＥＸＨ側及びＩＮＴ側での各破断のきっかけとなる第１，第２のノッチ２１ａ，２１ｂの深さを異ならせることで一致させることにより、分断による破断面（すなわち、接合面１５ａ，１６ａ）に欠けやクラック等が発生することを効果的に抑制することができる。

この場合において、例えば、図８，９に示すように、大端部７において、環状部１０の肉厚とリブ１１の肉厚とを部分的に一致させる等して、分断により分割される部位の肉厚を均一な肉厚に設定すれば、より効果的に欠けやクラック等の発生を抑制することができる。

１ … コンロッド
２ … コンロッド本体
５ … コンロッドステム
６ … 小端部
６ａ … 軸受孔
７ … 大端部
７ａ … 軸受孔
１０ … 環状部
１１ … リブ
１５ … 大端部半体
１５ａ … 接合面
１６ … キャップ
１６ａ … 接合面
１７ … ボルト穴
１８ … ボルト
２０ … コンロッド粗材
２１ａ … 第１のノッチ
２１ｂ … 第２のノッチ
３０ … 破断分割装置
３１ … 第１のスライダ
３１ａ … 第１の嵌合片
３２ … 第２のスライダ
３２ａ … 第２の係合片
３２ｂ … ガイド部材
３３ … パンチ
Ｌ１ … コンロッドステムの中心線
Ｏ１ … 小端部の中心軸
Ｏ２ … 大端部の中心軸
Ｐ１ … 中心線Ｌ１の垂直面
Ｐ２ … 分割面
Ｐ２’ … 分割予定面
α１ … 中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’との狭角側のなす角度
α２ … 中心線Ｌ１と分割予定面Ｐ２’との広角側のなす角度

Claims (3)

1. コンロッドステムの基端部に環状の大端部が一体形成されたコンロッド粗材の前記大端部を、前記コンロッドステムの中心線の垂直面に対して所定の角度を有する分割予定面に沿って破断分割してコンロッド本体とキャップとを製造するコンロッドの製造方法であって、
   前記大端部の内周面に対をなして設定される破断分割の起点部のうち、前記コンロッドステムの中心線と前記分割予定面とのなす角度が狭角となる側の前記起点部に第１のノッチを形成する第１のノッチ形成工程と、
   前記コンロッドステムの中心線と前記分割予定面とのなす角度が広角となる側の前記起点部に第１のノッチよりも相対的に深い第２のノッチを形成する第２のノッチ形成工程と、
   前記第１のノッチと前記第２のノッチとをそれぞれ起点として前記分割予定面に沿って前記大端部を破断分割する破断分割工程と、を備えたことを特徴とするコンロッドの製造方法。
2. 前記大端部において、前記コンロッド本体と前記キャップとに分割される部位の肉厚を均一な肉厚に設定したことを特徴とする請求項１に記載のコンロッドの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のコンロッドの製造方法を用いてコンロッド本体とキャップとを製造したことを特徴とするコンロッド。

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