JP2016070297A - 内燃機関のコネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】連結孔の軸方向外側の端部付近から受ける動力伝達ピンの面圧を効率良く低減することができる内燃機関のコネクティングロッドを提供する。
【解決手段】コネクティングロッド母材１４に母材孔１５を形成し、母材孔１５の内周面に、コネクティングロッド母材１４よりも軟質な被覆材から成る被覆層１６を被着する。母材孔１５は、軸方向の中央領域に形成される一定内径の円筒内面部１７と、円筒内面部１７の軸方向外側に連設され、軸方向外側に向かって拡径するテーパ内面部１８と、を有する。被覆層１６は、円筒内面部１７に被着され内面が略一定内径の第１被覆部１９と、テーパ内面部１８に被着され第１被覆部１９に連接するとともに肉厚が軸方向外側に向かって漸増する第２被覆部２０と、を有する。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関のコネクティングロッドに関するものである。

内燃機関においては、ピストンピンとクランクピンとがコネクティングロッドによって連結され、シリンダの軸線に沿うピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される。コネクティングロッドの一端部側には、ピストンピンに連結される小径の連結孔が設けられ、コネクティングロッドの他端部側には、クランクピンに連結される大径の連結孔が設けられている。

ピストンピンやクランクピン等の動力伝達ピンには、内燃機関の運転中に、コネクティングロッドの連結孔の縁部から大きな荷重が作用する。このため、動力伝達ピンの耐摩耗性を向上させるために、コネクティングロッド母材の母材孔の内周面に、コネクティグロッド母材よりも軟質の被覆材をメッキ等によって被着して、連結孔を形成するようにしたコネクティングロッドが案出されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５１１５００号公報

上記従来のコネクティングロッドは、連結孔の縁部から動力伝達ピンに大きな荷重が作用したときに、連結孔に被着した軟質な被覆材が弾性的に変形し、それによって動力伝達ピンが連結孔の縁部から受ける面圧を低減することができる。

ところで、内燃機関において機関の運転速度が高まると、動力伝達ピンがしなり、動力伝達ピンの軸端側がコネクティングロッドの連結孔の軸方向外側の端部付近により強く押し付けられる。
しかし、上記従来のコネクティングロッドにおいては、連結孔を構成する母材孔の一定内径の内周面に均一に被覆材が被着されているため、動力伝達ピン上の連結孔の軸方向外側の端部付近と接触する部分の面圧を効率良く低減することがむずかしい。

そこでこの発明は、連結孔の軸方向外側の端部付近から受ける動力伝達ピンの面圧を効率良く低減することができる内燃機関のコネクティングロッドを提供しようとするものである。

この発明に係る内燃機関のコネクティングロッドは、上記課題を解決するために、動力伝達ピン（６）が摺動可能に嵌合される連結孔（１１）を有し、前記連結孔（１１）が、コネクティングロッド母材（１４）に形成された母材孔（１５）の内周面に、当該コネクティングロッド母材（１４）よりも軟質な被覆材を被着して構成される内燃機関のコネクティングロッドにおいて、前記母材孔（１５）は、軸方向の中央領域に形成される一定内径の円筒内面部（１７）と、当該円筒内面部（１７）の軸方向外側に連設され軸方向外側に向かって拡径するテーパ内面部（１８）と、を備え、前記被覆材から成る被覆層（１６）は、前記円筒内面部（１７）に被着され内面が略一定内径の第１被覆部（１９）と、前記テーパ内面部（１８）に被着され前記第１被覆部（１９）に連接するとともに肉厚が軸方向外側に向かって漸増する第２被覆部（２０）と、を備えるようにした。

これにより、母材孔（１５）のテーパ内面部（１８）に、コネクティングロッド母材（１４）よりも軟質な被覆材が被着され、第１被覆部（１９）に連接する第２被覆部（２０）の肉厚が軸方向外側に向かって漸増するため、連結孔（１１）に嵌合される動力伝達ピン（６）がしなるときに連結孔（１１）の軸方向外側領域ほど被覆材による緩衝作用が高まる。

前記第２被覆部（２０）の内周面は、前記第１被覆部（１９）の内周面と連続する略一定内径に形成されるようにしても良い。
この場合、動力伝達ピン（６）のしなりが小さいときに、第１被覆部（１９）と第２被覆部（２０）の広い範囲で動力伝達ピン（６）を支持することができる。したがって、動力伝達ピン（６）のしなりの小さいときにおける動力伝達ピン（６）の面圧が低する。

前記第１被覆部（１９）と前記第２被覆部（２０）の連続した内周面は除去加工面とされるようにしても良い。
この場合、第１被覆部（１９）と第２被覆部（２０）の内周面を、除去加工によって容易にかつ精度よく連続した略一定内径の面とすることができる。

前記被覆層（１６）は、前記第２被覆部（２０）の軸方向外側に連設され、内周面が軸方向外側に向かって拡径する第３被覆部（２１）を備えるようにしても良い。
この場合、動力伝達ピン（６）が大きくしなるときに、被覆層の広い範囲で動力伝達ピン（６）のしなりに追従し易くなる。したがって、動力伝達ピン（６）が大きくしなったときに、動力伝達ピン（６）が連結孔（１１）の軸方向外側の端部付近から受ける面圧をより低減することができる。

前記母材孔（１５）の前記テーパ内面部（１８）は、軸方向内側領域の拡径割合よりも軸方向外側領域の拡径割合の方が大きく設定されることが望ましい。
この場合、第２被覆部（２０）の軸方向外側に、第３被覆部（２１）を容易に形成することができる。

前記母材孔（１５）の前記テーパ内面部（１８）は、テーパ角度が多段階に変化する複数段のテーパ面によって形成されるようにしても良い。
この場合、拡径割合が変化する母材孔（１５）のテーパ内面部（１８）を、切削や研削等の除去加工によって容易に形成することができる。

前記母材孔（１５）の前記テーパ内面部（１８）は、前記円筒内面部（１７）の軸方向外側に隣接する第１テーパ部（１８Ａ）と、当該第１テーパ部（１８Ａ）の軸方向外側に隣接する第２テーパ部（１８Ｂ）と、を有し、前記円筒内面部（１７）と前記第１テーパ部（１８Ａ）の成す角度は、前記第１テーパ部（１８Ａ）と前記第２テーパ部（１８Ｂ）の成す角度よりも大きく設定されるようにしても良い。
この場合、動力伝達ピン（６）が大きくしなるときに、動力伝達ピン（６）が連結孔（１１）の軸方向外側の端部付近から大きな面圧を受けにくくなる。

この発明によれば、母材孔のテーパ内面部に、コネクティングロッド母材よりも軟質な被覆材が被着され、第１被覆部に連接する第２被覆部の肉厚が軸方向外側に向かって漸増するため、動力伝達ピンが連結孔の軸方向外側の端部付近から受ける面圧を効率良く低減することができる。

この発明の一実施形態に係る内燃機関の側面図である。 この発明の一実施形態に係るコネクティングロッドの正面図である。 この発明の一実施形態に係るコネクティングロッドの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に対応する断面図である。 この発明の一実施形態に係るコネクティングロッドの図３のＩＶ部に対応する断面図である。 この発明の一実施形態に係るコネクティングロッドの図３のＩＶ部に対応する断面図である。 この発明の一実施形態に係るコネクティングロッドの製造工程を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順で示す図３のＩＶ部に対応する断面図である。 この発明の他の実施形態に係るコネクティングロッドの図３のＩＶ部に対応する断面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この実施形態に係るコネクティングロッド１０を採用した内燃機関１を概略的に示す図である。この内燃機関１は、自動二輪車等の鞍乗り型車両に用いられる。なお、同図においては、矢印ＦＲは、車両搭載時における前方を指し、矢印ＵＰは、車両搭載時における上方を指している。
図１に示すように、内燃機関１のシリンダ部２には、ピストン３が摺動自在に収容され、シリンダ部２の下方のクランクケース４内には、クランクシャフト５が回転自在に支持されている。ピストン３の内側には、半径方向に沿って延出するピストンピン６が取り付けられている。クランクシャフト５には、クランクシャフト５の回転軸７と偏心してクランクピン８が一体に設けられている。この実施形態の場合、ピストンピン６が動力伝達ピンを構成している。

図２，図３は、コネクティングロッド１０を示す図である。
これらの図に示すように、コネクティングロッド１０は、長手方向の一端側に小径の連結孔１１が形成され、長手方向の他端側に大径の連結孔１２が形成されている。小径の連結孔１１には、ピストンピン６が摺動自在に嵌合され、大径の連結孔１２にはクランクピン８が摺動自在に嵌合される。コネクティングロッド１０の主要部（コネクティングロッド母材）は、クロムモリブデン鋼や炭素鋼、アルミニウム合金等により、鋳造や鍛造によって形成されている。

また、コネクティングロッド１０の小径の連結孔１１側の端部と大径の連結孔１２側の端部とは、図３に示すように、いずれも略円筒状に形成されている。ただし、小径の連結孔１１側の端部（略円筒部）は、コネクティングロッド１０の延出端１０Ｅ側（図３中では上側）の軸方向幅に比較して基部１０Ｅｂ側（図３中では下型）の軸方向幅が広い断面略台形状に形成されている。したがって、この実施形態の場合、小径の連結孔１１においては、機関の運転時にピストン３に作用する爆発荷重を、より広い面積で有利に受け止めることができる。

図４，図５は、コネクティングロッド１０の図３のＩＶ部を拡大して示した断面図である。
コネクティングロッド１０の小径の連結孔１１は、コネクティングロッド母材１４に形成された母材孔１５の内周面に、コネクティングロッド母材１４よりも軟質な銅合金等の被覆材から成る被覆層１６がメッキ等によって被着されている。

母材孔１５は、軸方向の略中央領域に形成される一定内径の円筒内面部１７と、円筒内面部の軸方向外側に連設され、軸方向外側に向かって拡径するテーパ内面部１８と、を有している。なお、図４，図５は、母材孔１５の軸方向の一端側領域（図３中右側領域）のみが示されているが、母材孔１５の軸方向の他端側領域（図３中左側領域）も同様の構造とされている。

この実施形態の場合、母材孔１５のテーパ内面部１８は、テーパ角度が二段階（複数段）に変化するように、第１テーパ部１８Ａと第２テーパ部１８Ｂとから構成されている。第１テーパ部１８Ａは、円筒内面部１７の軸方向外側に隣接し、第２テーパ部１８Ｂは、第１テーパ部１８Ａの軸方向外側に隣接している。円筒内面部１７と第１テーパ部１８Ａの成す角度θ１は、第１テーパ部１８Ａと第２テーパ部１８Ｂの成す角度θ２よりも大きく設定されている。したがって、母材孔１５のテーパ内面部１８は、軸方向内側領域の拡径割合よりも軸方向外側領域の拡径割合の方が大きく設定されている。この実施形態の場合、母材孔１５のテーパ内面部１８は、テーパ角度が多段階に変化する複数段（二段）のテーパ面によって形成されている。

なお、この実施形態の場合、テーパ内面部１８の第２テーパ部１８Ｂは、図２に示すように、コネクティングロッド１０の連結孔１１側の延出端１０Ｅ側（図２中では上側）の軸方向の端面１０Ｅｓの連結孔１１の周縁部の一部（図２中の下縁領域）に、テーパ状の面取り加工を施すことによって形成されている。図２中の符号４０は、面取り加工部である。
ただし、第２テーパ部１８Ｂは、コネクティングロッド１０の連結孔１１側の延出端１０Ｅの軸方向の端面１０Ｅｓの連結孔１１の周縁部の全域にわたって形成するようにしても良い。

また、被覆層１６は、円筒内面部１７に被着され内面が略一定内径の第１被覆部１９と、テーパ内面部１８に被着され第１被覆部１９に隣接する領域の肉厚が軸方向外側に向かって漸増する第２被覆部２０と、第２被覆部２０の軸方向外側に連設されてテーパ内面部１８に被着され、内周面が軸方向外側に向かって拡径する第３被覆部２１と、を有している。この実施形態の場合、第３被覆部２１は、内周面が軸方向外側に向かって二段階に拡径している。図中符号２１ａは、第３被覆部２１の軸方向外側領域で内周面が段階的に拡径する段差被覆部である。

ところで、第２被覆部２０の軸方向外側に連設される第３被覆部２１は、全域において略一定の肉厚とされている。そして、第３被覆部２１は、母材孔１５のテーパ内面部１８のうちの第１テーパ部１８Ａと第２テーパ部１８Ｂとに跨って被着されている。したがって、第３被覆部２１は略一定厚みではあるものの、内周面が軸方向外側に向かって段階的に拡径している。

つづいて、この実施形態に係るコネクティングロッド１０の連結孔１１の加工方法の一例を、図６を参照して説明する。
最初に、コネクティングロッド母材１４を鋳造や鍛造によって造形し、母材孔１５の内面を切削や研削等によって加工する。この段階で、図６（Ａ）に示すように、母材孔１５に円筒内面部１７とテーパ内面部１８（第１テーパ部１８Ａ及び第２テーパ部１８Ｂ）を形成する。

次に、上記のように加工した母材孔１５に対し、図６（Ｂ）に示すように、被覆材をメッキ等によってほぼ均一厚みに被着する。

この後、被覆材が被着された部分の内面に母材孔１５の円筒内面部１７と略平行になるように、ホーニング加工等の除去加工を施す。これにより、被覆材が被着された部分の軸方向中央領域が所定厚み分除去される。この結果、被覆材のうちの円筒内面部１７を覆う部分はほぼ均一厚みになり、被覆材のうちのテーパ内面部１８を覆う部分は、円筒内面部１７と隣接する部分を始点として軸方向外側に向かって肉厚が漸増する部分ができる。円筒内面部１７を覆う均一厚みの部分は第１被覆部１９となり、円筒内面部１７と隣接する部分を始点として肉厚が漸増する部分は第２被覆部２０となる。そして、テーパ内面部１８に被着された被覆材のうちの除去されなかった部分は第３被覆部２１となる。

以上のように、この実施形態に係るコネクティングロッド１０は、母材孔１５のテーパ内面部１８に、コネクティングロッド母材１４よりも軟質な被覆材が被着され、第１被覆部１９に連接する第２被覆部２０の被覆材の肉厚が軸方向外側に向かって漸増している。このため、この実施形態に係るコネクティングロッド１０を内燃機関に適用した場合には、連結孔１１の軸方向外側の端部付近からピストン６に作用する面圧を効率良く低減することができる。

即ち、内燃機関１の運転に伴う爆発荷重によってピストン３からピストンピン６に作用する荷重が大きくなり、ピストンピン６の軸方向の端縁が上下方向に大きくしなると、通常、そのしなりによって連結孔１１の軸方向の外側領域ほど大きな面圧が作用し易くなる。しかし、この実施形態に係るコネクティングロッド１０においては、母材孔１５の円筒内面部１７の外側に軸方向外側に向かって拡径するテーパ内面部１８が形成され、コネクティングロッド母材１４よりも軟質な被覆材が円筒内面部１７とテーパ内面部１８とに被着されるとともに、テーパ内面部１８に被着される第２被覆部２０の肉厚が軸方向外側に向かって漸増するようになっているため、ピストンピン６のしなりによって面圧が高くなり易い連結孔１１の軸方向外側領域ほど被覆材による緩衝作用を高めることができる。したがって、このコネクティングロッド１０においては、連結孔１１の軸方向外側の端部付近からピストンピン６に作用する面圧を効率良く低減することができる。

また、この実施形態に係るコネクティングロッド１０においては、テーパ内面部１８に被着される第２被覆部２０が、第１被覆部１９と連続する略一定内径に形成されている。このため、ピストンピン６のしなりが小さいときに、第１被覆部１９と第２被覆部２０の広い範囲でピストンピン６を支持することができる。したがって、この実施形態に係るコネクティングロッド１０を採用した場合には、ピストンピン６のしなりの小さいときにも、ピストンピン６と連結孔１１との接触面積を広げて耐摩耗性を向上させることができる。

また、この実施形態に係るコネクティングロッド１０では、第１被覆部１９と第２被覆部２０の連続した一定内径の内周面がホーニング加工等による除去加工面とされているため、第１被覆部１９と第２被覆部２０の内周面とを、容易にかつ精度よく連続した略一定内径の面とすることができる。

また、この実施形態では、被覆層１６の第２被覆部２０の軸方向外側に、内周面が軸方向外側に向かって拡径する第３被覆部２１がさらに設けられているため、ピストンピン６が上下に大きくしなるときに、被覆層１６のより広い範囲がピストンピン６のしなりに追従し易くなる。したがって、この実施形態の場合、大荷重の入力時に連結孔１１の縁部からピストンピン６に作用する面圧をより有利に低減することができる。

また、この実施形態に係るコネクティングロッド１０においては、被覆層１６の第１被覆部１９の軸方向外側に肉厚が漸増する第２被覆部２０が連設され、第２被覆部２０の軸方向外側に、略一定肉厚の第３被覆部２１が、内周面が段階状に拡径するように連設されている。このため、図５に示すように、ピストンピン６が爆発荷重を受けて大きくしなると、しなりの開始当初には、肉厚の漸増する第２被覆部２０において弾性変形量が次第に増加し、その後、略一定厚みで、内周面が段階状に拡径する第３被覆部２１において弾性変形量が徐々に減少する。したがって、この実施形態に係るコネクティングロッド１０を採用した場合には、ピストンピン６が受ける面圧の変化が緩やかになり、その結果、ピストンピン６の耐摩耗においてより有利となる。

さらに、この実施形態に係るコネクティングロッド１０においては、テーパ内面部１８の軸方向外側領域の拡径割合が、テーパ内面部１８の軸方向内側領域の拡径割合よりも大きく設定されるため、テーパ内面部１８に均一に被覆材を被着するだけで、内周面が軸方向外側に向かって拡径する第３被覆部２１を容易に形成することができる。

また、この実施形態に係るコネクティングロッド１０の場合、テーパ内面部１８が、テーパ角度が多段階に変化する複数段のテーパ面によって形成されているため、拡径割合が変化するテーパ内面部１８を、切削等の除去加工によって容易に形成することができる。

さらに、この実施形態に係るコネクティングロッド１０においては、テーパ内面部１８が、円筒内面部１７の軸方向外側に隣接する第１テーパ部１８Ａと、第１テーパ部１８Ａの軸方向外側に隣接する第２テーパ部１８Ｂと、を有し、円筒内面部１７と第１テーパ部１８Ａの成す角度θ１が、第１テーパ部１８Ａと第２テーパ部１８Ｂの成す角度θ２よりも大きく設定されている。このため、この実施形態の場合、ピストンピン６が大きな荷重を受けてしなるときに、ピストンピン６が連結孔１１の軸方向の端部付近から大きな面圧を受けにくくなる。

なお、第１テーパ部１８Ａと第２テーパ部１８Ｂの成す角度θ２は、鈍角にすることが望ましい。この場合、図５に示すように、ピストンピン６がしなってピストンピン６が第３被覆部２１に接触するときに、ピストンピン６の受ける面圧がより上昇しにくくなる。第１テーパ部１８Ａと第２テーパ部１８Ｂの成す角度θ２は、１３５°以上であることが望ましい。

また、この実施形態においては、コネクティングロッド１０の連結孔１１側の延出端１０Ｅの軸方向の端面１０Ｅｓの連結孔１１の周縁部の一部を面取りし、その面取り（面取り加工部４０）によって周縁部の一部に第２テーパ部１８Ｂを形成している。このようにして、第２テーパ部１８Ｂを形成するようにした場合には、高度な加工を要することなく、容易に第２テーパ部１８Ｂを造形することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記の実施形態においては、母材孔１５の円筒内面部１７に隣接するテーパ内面部１８が軸方向外側に向かって拡径するようにように屈曲して形成されているが、図７に示す他の実施形態のように、円筒内面部１７から滑らかに角度が変化するようにテーパ内面部１１８を円弧状に湾曲させるようにしても良い。

６…ピストンピン（動力伝達ピン）
１０，１１０…コネクティングロッド
１１，１１１…連結孔
１４…コネクティングロッド母材
１５…母材孔
１６…被覆層
１７…円筒内面部
１８…テーパ内面部
１８Ａ…第１テーパ部
１８Ｂ…第２テーパ部
１９…第１被覆部
２０…第２被覆部
２１…第３被覆部

Claims (7)

1. 動力伝達ピン（６）が摺動可能に嵌合される連結孔（１１）を有し、
   前記連結孔（１１）が、コネクティングロッド母材（１４）に形成された母材孔（１５）の内周面に、当該コネクティングロッド母材（１４）よりも軟質な被覆材を被着して構成される内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   前記母材孔（１５）は、
   軸方向の中央領域に形成される一定内径の円筒内面部（１７）と、
   当該円筒内面部（１７）の軸方向外側に連設され軸方向外側に向かって拡径するテーパ内面部（１８）と、を備え、
   前記被覆材から成る被覆層（１６）は、
   前記円筒内面部（１７）に被着され内面が略一定内径の第１被覆部（１９）と、
   前記テーパ内面部（１８）に被着され前記第１被覆部（１９）に連接するとともに肉厚が軸方向外側に向かって漸増する第２被覆部（２０）と、を備えることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
2. 前記第２被覆部（２０）の内周面は、前記第１被覆部（１９）の内周面と連続する略一定内径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
3. 前記第１被覆部（１９）と前記第２被覆部（２０）の連続した内周面は除去加工面とされていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
4. 前記被覆層（１６）は、前記第２被覆部（２０）の軸方向外側に連設され、内周面が軸方向外側に向かって拡径する第３被覆部（２１）を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
5. 前記母材孔（１５）の前記テーパ内面部（１８）は、軸方向内側領域の拡径割合よりも軸方向外側領域の拡径割合の方が大きく設定されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
6. 前記母材孔（１５）の前記テーパ内面部（１８）は、テーパ角度が多段階に変化する複数段のテーパ面によって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
7. 前記母材孔（１５）の前記テーパ内面部（１８）は、前記円筒内面部（１７）の軸方向外側に隣接する第１テーパ部（１８Ａ）と、当該第１テーパ部（１８Ａ）の軸方向外側に隣接する第２テーパ部（１８Ｂ）と、を有し、
   前記円筒内面部（１７）と前記第１テーパ部（１８Ａ）の成す角度は、前記第１テーパ部（１８Ａ）と前記第２テーパ部（１８Ｂ）の成す角度よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のコネクティングロッド。

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