JP2016109140A - Bolt assembly and carburization method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、一対の第1分割部材と第2分割部材とを固定ボルトにより固定したボルト組立体に関し、特に、このボルト組立体の表面に浸炭処理を施す技術に関する。 The present invention relates to a bolt assembly in which a pair of first divided members and second divided members are fixed with fixing bolts, and more particularly to a technique for performing a carburizing process on the surface of the bolt assembly.
内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構は、特許文献1に記載されているように、クランクシャフトのクランピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、このロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、機関本体に回転可能に支持されるコントロールシャフトと、このコントロールシャフトと上記ロアーリンクとを連結するコントロールリンクと、を有している。 As described in Patent Document 1, a multi-link type piston-crank mechanism of an internal combustion engine includes a lower link rotatably attached to a crank pin of a crankshaft, an upper link connecting the lower link and the piston, A control shaft that is rotatably supported by the engine body, and a control link that connects the control shaft and the lower link are provided.
ロアーリンクは、クランクピンに後から組付可能なように、一対の第1分割部材と第2分割部材とをクランクピンを挟んで固定ボルトにより締結・固定するボルト組立体として構成されている。 The lower link is configured as a bolt assembly that fastens and fixes a pair of first divided member and second divided member with a fixing bolt with the crank pin interposed therebetween so that the lower link can be assembled later.
この種のボルト組立体では、一般的に、一方の第1分割部材に固定ボルトの頭部が着座する座面が設けられ、他方の第2分割部材のボルト孔には、固定ボルトの軸部の外周に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成されている。 In this type of bolt assembly, generally, one first divided member is provided with a seating surface on which the head of the fixing bolt is seated, and the bolt hole of the other second divided member is provided with a shaft portion of the fixing bolt. An internal thread portion that is screwed into an external thread portion formed on the outer periphery of the external thread is formed.
ボルト組立体としてのロアーリンクには、内燃機関の運転中に燃焼荷重や慣性荷重が繰り返し作用するために、疲労強度や座面強度を確保するために、その表面に炭素を添加する浸炭処理(その後の焼き入れ、焼き戻し工程も含む)を行なうことが望ましい。浸炭処理が施された浸炭層では、その表面硬さが向上して、疲労強度が向上するとともに、固定ボルトの頭部が着座する第1分割部材の座面では、その座屈強度が向上する。 The lower link as the bolt assembly is subjected to a carburizing treatment in which carbon is added to the surface in order to ensure fatigue strength and bearing surface strength because combustion load and inertial load repeatedly act during operation of the internal combustion engine. It is desirable to perform subsequent quenching and tempering steps). In the carburized layer subjected to the carburizing treatment, the surface hardness is improved, the fatigue strength is improved, and the buckling strength is improved in the seating surface of the first divided member on which the head of the fixing bolt is seated. .
一方、第2分割部材のボルト孔の内周に形成された雌ねじ部に浸炭処理が施されると、ねじ噛み合い部分のピッチの変形を招いたり、硬度の増加に伴い靱性が低下することで、ねじ噛み合い部分の耐久性や信頼性が低下することが懸念される。従って、雌ねじ部が形成されたボルト孔には、浸炭処理を施さない、つまり防炭処理を行なうことが望ましい。 On the other hand, when carburizing treatment is performed on the internal thread portion formed on the inner periphery of the bolt hole of the second divided member, the pitch of the screw meshing portion may be deformed, or the toughness may be reduced as the hardness increases. There is a concern that the durability and reliability of the screw-engaged portion may be reduced. Therefore, it is desirable that the bolt hole in which the female screw portion is formed is not subjected to carburizing treatment, that is, is subjected to a carbon-proofing treatment.
このような防炭処理として、予め固定ボルトにより一対の分割部材を締結・固定し、この固定ボルトによりボルト孔を塞いだ状態で浸炭処理を行なうことで、ボルト孔を防炭することが考えられる。 As such a carburizing treatment, it is conceivable that the bolt holes are carburized by fastening and fixing a pair of divided members with fixing bolts in advance and performing the carburizing treatment in a state where the bolt holes are closed with the fixing bolts. .
しかしながら、ボルト孔の一端が開口する第2分割部材の表面が、このボルト孔の直交方向に対して傾斜もしくは湾曲する傾斜・湾曲面となっている場合、このボルト孔の傾斜・湾曲面にボルトの頭部やナットを着座させることができない。このため、傾斜・湾曲面に開口するボルト孔の開口部からボルト孔に浸炭処理が施されて、ねじ噛み合い部分の耐久性や信頼性が低下することが懸念される。 However, when the surface of the second divided member where one end of the bolt hole opens is an inclined / curved surface that is inclined or curved with respect to the direction perpendicular to the bolt hole, the bolt is inclined to the inclined / curved surface of the bolt hole. The head and nut cannot be seated. For this reason, there is a concern that the carburizing process is performed on the bolt hole from the opening of the bolt hole that opens to the inclined / curved surface, and the durability and reliability of the screw meshing portion are lowered.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ねじ噛み合い部分を有するボルト孔の浸炭を防止して、ねじ噛み合い部分のピッチの変形や硬度の増加に伴う靱性の低下を抑制することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and prevents carburization of a bolt hole having a screw engaging portion, and suppresses a decrease in toughness due to a pitch deformation or an increase in hardness of the screw engaging portion. The purpose is that.
本発明は、固定ボルトにより固定される第1分割部材と第2分割部材とを有するボルト組立体の表面に浸炭処理を施す浸炭工程を有するボルト組立体の浸炭方法に関する。 The present invention relates to a carburizing method for a bolt assembly including a carburizing step of carburizing a surface of a bolt assembly having a first divided member and a second divided member fixed by fixing bolts.
上記第1分割部材と第2分割部材には、上記固定ボルトの軸部が挿通するボルト孔が貫通形成され、一方の第1分割部材には、上記固定ボルトの頭部が着座する平坦な座面が設けられるとともに、他方の第2分割部材のボルト孔の内周には、上記固定ボルトの軸部の外周に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成され、かつ、上記第2分割部材には、上記ボルト孔の一端が開口する表面が、このボルト孔の直交方向に対して傾斜・湾曲する傾斜・湾曲面をなしている。 The first divided member and the second divided member are formed with a bolt hole through which the shaft portion of the fixing bolt is inserted, and one first divided member is a flat seat on which the head of the fixing bolt is seated. A surface is provided, and on the inner periphery of the bolt hole of the other second divided member, a female screw portion that is screwed into a male screw portion formed on the outer periphery of the shaft portion of the fixing bolt is formed, and the second In the divided member, the surface where one end of the bolt hole is opened forms an inclined / curved surface which is inclined / curved with respect to the direction perpendicular to the bolt hole.
そして、上記浸炭工程では、上記固定ボルトに代えて浸炭用治具を用いて上記第1分割部材と第2分割部材とを固定した状態で浸炭処理を行い、この浸炭用治具は、上記傾斜・湾曲面に開口するボルト孔を塞ぐボルト孔閉塞部を有している。 In the carburizing step, carburizing treatment is performed in a state where the first divided member and the second divided member are fixed using a carburizing jig instead of the fixing bolt. -It has the bolt hole obstruction | occlusion part which plugs up the bolt hole opened to a curved surface.
本発明によれば、浸炭工程では、浸炭用治具のボルト孔閉塞部によって傾斜・湾曲面に開口するボルト孔を塞ぐように構成されているために、ねじ噛み合い部分を有するボルト孔の浸炭を防止して、ねじ噛み合い部分のピッチの変形や硬度の増加に伴う靱性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in the carburizing process, since the bolt hole opened to the inclined / curved surface is closed by the bolt hole closing portion of the carburizing jig, the carburizing of the bolt hole having the screw engagement portion is performed. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the toughness due to the pitch deformation and the hardness increase of the screw meshing portion.
以下、図示実施例により本発明を説明する。図1は、本発明に係るリンク機構の一例としての内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構を示す断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to illustrated embodiments. FIG. 1 is a sectional view showing a multi-link piston-crank mechanism of an internal combustion engine as an example of a link mechanism according to the present invention.
この複リンク式ピストン−クランク機構は、内燃機関のピストン11とクランクシャフト12のクランクピン13とを複数のリンク部品で連結するものであって、基本的な構造は上記の特開2012−67758等にも記載のように公知であるので、ここでは簡単に説明する。
This multi-link type piston-crank mechanism connects the
この複リンク式ピストン−クランク機構は、クランクピン13に回転可能に取り付けられるロアーリンク14と、このロアーリンク14とピストン11とを連結するアッパーリンク15と、機関本体としてのシリンダーブロック10に回転可能に支持されるコントロールシャフト16と、このコントロールシャフト16とロアーリンク14とを連結するコントロールリンク17と、を有している。
This multi-link type piston-crank mechanism is rotatable to a
ピストン11とアッパーリンク15の上端とはピストンピン18により相対回転可能に連結されており、アッパーリンク15の下端とロアーリンク14とは第1連結ピン19により相対回転可能に連結されており、コントロールリンク17の上端とロアーリンク14とは第2連結ピン20により相対回転可能に連結されており、コントロールリンク17の下端はコントロールシャフト16に偏心して設けられた偏心軸部16Aに相対回転可能に取り付けられている。
The
また、図示していないが、コントロールシャフト16の回転位置を変更可能なモータや油圧アクチュエータ等のアクチュエータを設け、このアクチュエータによりコントロールシャフト16の回転位置を変更することによって、ピストン11の上死点位置及び下死点位置を含むピストン11のストローク特性を変化させ、ひいては機関圧縮比を変更することが可能である。アクチュエータの動作は図示せぬ制御部によって機関運転状態に応じて制御される。
Although not shown, an actuator such as a motor or a hydraulic actuator capable of changing the rotation position of the
図2は、本発明の第1実施例に係るボルト組立体としてのロアーリンク14を示す断面図である。ロアーリンク14は、クランクシャフト12のクランクピン13に後から組み付けることができるように、クランクピン13を挟んで一対の固定ボルト21により締結・固定される一対の第1分割部材22と第2分割部材23とを有するボルト組立体として構成されており、各分割部材22,23には、クランクピン13を回転可能に支持する軸受面24の半分がそれぞれ半割形状に形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
また、ロアーリンク14は、第1連結ピン19が回転可能に貫通するアッパーリンク15のピンボス部25を両側から挟み込むように、第1連結ピン19が圧入により固定される薄板状の第1ピンボス部26が二股形状に形成されている。なお、図2の断面図では一方の第1ピンボス部26のみが描かれている。この二股形状の第1ピンボス部26の間にアッパーリンク15のピンボス部25を配置した上で、第1連結ピン19を、ロアーリンク14の第1ピンボス部26に圧入により固定しつつ、アッパーリンク15のピンボス部25に回転可能に貫通させることで、アッパーリンク15とロアーリンク14とが相対回転可能に連結される。
The
同様に、第2連結ピン20が回転可能に貫通するコントロールリンク17のピンボス部27を両側から挟み込むように、第2連結ピン20が圧入により固定される薄板状の第2ピンボス部28が二股形状に形成されている。なお、図2の断面図では一方の第2ピンボス部28のみが描かれている。この二股形状の第2ピンボス部28の間にコントロールリンク17のピンボス部27を配置した上で、第2連結ピン20を、一対の第2ピンボス部28に圧入により固定しつつ、コントロールリンク17のピンボス部27に回転可能に貫通させることで、コントロールリンク17とロアーリンク14とが相対回転可能に連結される。
Similarly, the thin plate-like second
なお、一方の分割部材に荷重や応力が集中することのないように、第1分割部材22と第2分割部材23のうち、一方の第2分割部材23に第1ピンボス部26、他方の第1分割部材22に第2ピンボス部28が設けられている。
Of the first divided
次に、固定ボルト21による締結部分の構造について、図2及び図3を参照して詳細に説明する。なお、固定ボルト21は2本あるが、基本的に両者の構造は同じであるために、ここではアッパーリンク15寄り(図2の右側)の固定ボルト21の固定構造を例にとって説明する。ここで、本明細書においては便宜上、一対の分割部材22,23のうち、固定ボルト21の頭部33が着座する方を「第1分割部材」と呼び、固定ボルト21の軸部31の雄ねじ部が螺合する方を「第2分割部材」と呼んでいる。従って、他方のコントロールリンク17側の固定ボルト21の締結構造に着目した場合には、以下の説明とは第1分割部材と第2分割部材の関係が逆になる。
Next, the structure of the fastening portion by the
固定ボルト21は、外周に雄ねじ部が形成された軸部31と、この軸部31の一端に設けられ、軸部31よりも大径な頭部33と、を有している。第1分割部材22には、固定ボルト21の頭部33の平坦な裏面34が着座する平坦な座面35が設けられるとともに、固定ボルト21の軸部31が貫通する第1ボルト孔36が貫通形成されている。第1ボルト孔36は、一端が座面35に開口し、他端が第1分割部材22と第2分割部材23の合わせ面37に開口している。
The
第2分割部材23には、固定ボルト21の軸部31が挿通する第2ボルト孔38が貫通形成されている。この第2ボルト孔38の内周には、固定ボルト21の軸部31の外周に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部39が形成されている。第2ボルト孔38の一端は両分割部材22,23の合わせ面37に開口し、他端は二股形状をなす一対の第1ピンボス部26同士を繋ぐ底面40に開口している。ここで、底面40は、ピンボス部25,27との干渉を回避するように、適宜に傾斜もしくは湾曲する傾斜・湾曲面をなしている。
The second divided
つまり、固定ボルト21は、燃焼荷重や慣性荷重等を勘案して、二股形状のピンボス部26,28側が軸部31の先端側となるように締結される構造となっており、この関係で、合わせ面37から底面40までの距離が比較的短くなっている。従って、ねじ締結部分の強度・剛性を確保するように、第2ボルト孔38がピンボス部26(28)の底面40にまで貫通する構造とし、雌ねじ部39が形成される第2ボルト孔38の長さを十分に確保するようにしている。
That is, the fixing
図3に示すように、第1分割部材22には、第1ボルト孔36の周囲に、平坦面をなす座面35から第1ボルト孔36へ向けて縮径するように円錐形状に傾斜あるいは湾曲するテーパ面41が形成されている。
As shown in FIG. 3, the first divided
浸炭工程では、例えば、真空引きしたケース内にロアーリンク14を配置し、このケース内に浸炭用のガスを注入・加熱して行なわれる。その後、焼き入れ・焼き戻しにより硬化を行ない、図3の太い実線で示すように、高硬度な浸炭層42がロアーリンク14の表面に形成される。
In the carburizing process, for example, the
ここで本実施例では、浸炭工程の際、固定ボルト21に代えて浸炭用治具43を用いて第1分割部材22と第2分割部材23とを固定した状態で浸炭処理を行うようにしている。この浸炭用治具43は、上記の固定ボルト21と同様に、頭部45と軸部44とを有するボルト形状をなしている。この治具の軸部44は、固定ボルト21の軸部31よりも細く、かつ長く設定されており、第1ボルト孔36及び第2ボルト孔38を貫通して、ピンボス部26の底面40より突き出している。
In this embodiment, in the carburizing step, the carburizing process is performed in a state where the first divided
そして、この底面40より突き出した軸部44の先端部に、底面40すなわち傾斜・湾曲面40に開口する第2ボルト孔38を塞ぐボルト孔閉塞部が設けられている。このボルト孔閉塞部は、第2ボルト孔38を挿通する軸部44と、傾斜・湾曲面40に開口する第2ボルト孔38を塞ぐように、第2ボルト孔38の周囲の傾斜・湾曲面40に着座する可動フランジ部51と、この可動フランジ部51を軸部44に固定するナット部52と、を有している。
A bolt hole closing portion that closes the
ナット部52は、軸部44に螺合する円筒状をなし、その内周面には軸部44の外周に形成された雄ねじ部46に螺合する雌ねじ部56が形成されている。また、ナット部52の軸方向一端部には、可動フランジ部51のフランジ53が軸回りに相対回転可能に嵌合する凹部54が全周にわたって形成されている。凹部54は、ナット部52の外周面より径方向内方へ断面チャンネル形状に窪んだ形状をなしている。可動フランジ部51は、傾斜・湾曲面40に沿って軸方向の寸法が異なる略円筒状の本体55と、この本体55の軸方向一端より径方向内方へフランジ状に張り出して、上記の凹部54に嵌合するフランジ53と、により構成されている。
The
浸炭処理を行なう場合、先ず、浸炭用治具43を図3の下側より第1分割部材22及び第2分割部材23のボルト孔36,38に挿入し、このボルト孔36,38より突出する軸部44の先端部に、可動フランジ部51が取り付けられたナット部52を組み付ける。そして、このナット部52を締め付け方向に回動させることによって、ナット部52と頭部45との間で共締め固定される。これによって、ナット部52に仮止めされている可動フランジ部51が、傾斜・湾曲面40に沿うように軸回りに適宜に回転しながらナット部52に締め付けられることで、その本体55の先端部が、傾斜・湾曲面40における第2ボルト孔38が開口する部分の周囲に全周にわたって強く密着し、この第2ボルト孔38が液密に塞がれる。従って、その後の浸炭処理において、雌ねじ部39が形成されたボルト孔36,38の内部に浸炭処理が施されることを防止することができる。
When performing the carburizing process, first, the carburizing
また、治具の頭部45は、座面35にも浸炭処理が施されるように、座面35に当接することなく、第1分割部材22のテーパ面41に着座するように構成されている。具体的には、治具の頭部45は、軸部44の裏面側が第1分割部材22に形成されたテーパ面41と同様に円錐形状に傾斜する傾斜面部47として構成されている。
Further, the
従って、この浸炭用治具43を締結した際、図3に示すように、傾斜面部47が座面35と接触することなくテーパ面41に着座して強く接触することとなる。この結果、テーパ面41及びボルト孔36,38が浸炭用治具43により密閉状態に塞がれた状態となって、浸炭処理が行なわれることがない。一方、座面35は浸炭用治具43により塞がれることなく露出した状態となるために、浸炭処理が行なわれ、図3の太い実線で示すように、座面35にも浸炭層42が形成されることとなる。
Therefore, when the carburizing
以上のように本実施例では、浸炭処理の際に固定ボルト21に代えて専用の浸炭用治具43を用いることで、雌ねじ部39が形成されるボルト孔36,38の浸炭を確実に防ぎながら、強度が要求される座面35には浸炭処理を施して、浸炭層42を形成することが可能となり、ねじ噛み合い部分の靱性の低下を防ぎつつ、座面35の強度を向上することができる。なお、浸炭用治具43は何度も使い回しが可能であるために、製造コストの増加は最小限に抑制される。
As described above, in the present embodiment, by using the
11…ピストン
12…クランクシャフト
13…クランクピン
14…ロアーリンク
15…アッパーリンク
16…コントロールシャフト
17…コントロールリンク
19…第1連結ピン
20…第2連結ピン
21…固定ボルト
22…第1分割部材
23…第2分割部材
33…頭部
31…軸部
36…第1ボルト孔
38…第2ボルト孔
39…雌ねじ部
40…傾斜・湾曲面
51…可動フランジ部(ボルト孔閉塞部)
52…ナット部(ボルト孔閉塞部)
DESCRIPTION OF
52 ... Nut (bolt hole closing part)
Claims (5)
上記第1分割部材と第2分割部材には、上記固定ボルトの軸部が挿通するボルト孔が貫通形成され、
一方の第1分割部材には、上記固定ボルトの頭部が着座する平坦な座面が設けられるとともに、他方の第2分割部材のボルト孔の内周には、上記固定ボルトの軸部の外周に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成され、
かつ、上記第2分割部材には、上記ボルト孔の一端が開口する表面が、このボルト孔の直交方向に対して傾斜もしくは湾曲する傾斜・湾曲面をなし、
上記浸炭工程では、上記固定ボルトに代えて浸炭用治具を用いて上記第1分割部材と第2分割部材とを固定した状態で浸炭処理を行い、
かつ、上記浸炭用治具は、上記傾斜・湾曲面に開口するボルト孔を塞ぐボルト孔閉塞部を有することを特徴とするボルト組立体の浸炭方法。 In the carburizing method of a bolt assembly including a carburizing step of carburizing the surface of a bolt assembly having a first divided member and a second divided member fixed by a fixing bolt,
A bolt hole through which the shaft portion of the fixing bolt is inserted is formed through the first divided member and the second divided member,
One of the first divided members is provided with a flat seat surface on which the head of the fixing bolt is seated, and the inner periphery of the bolt hole of the other second divided member has an outer periphery of the shaft portion of the fixing bolt. An internal thread portion that is screwed into the external thread portion formed in
And in the second divided member, the surface on which one end of the bolt hole is opened has an inclined / curved surface that is inclined or curved with respect to the orthogonal direction of the bolt hole,
In the carburizing step, carburizing treatment is performed in a state where the first divided member and the second divided member are fixed using a carburizing jig instead of the fixing bolt,
The carburizing method for a bolt assembly, wherein the carburizing jig has a bolt hole closing portion that closes a bolt hole opened in the inclined / curved surface.
上記浸炭用治具は、上記ボルト孔を挿通する軸部と、この軸部の一端に設けられ、上記座面に当接することなくテーパ面に着座するように、上記テーパ面に対応して傾斜する傾斜・湾曲面部と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のボルト組立体の浸炭方法。 A taper surface that is inclined or curved in a conical shape so as to reduce the diameter from the seating surface toward the bolt hole is formed around the bolt hole in the first divided member,
The carburizing jig is provided at one end of the shaft portion through which the bolt hole is inserted, and is inclined corresponding to the tapered surface so as to be seated on the tapered surface without contacting the seating surface. The carburizing method for a bolt assembly according to claim 1 or 2, further comprising an inclined / curved surface portion.
上記複リンク式ピストン−クランク機構は、
上記ロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、
機関本体に回転可能に支持されるコントロールシャフトと、
このコントロールシャフトと上記ロアーリンクとを連結するコントロールリンクと、を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のボルト組立体の浸炭方法。 The bolt assembly is a lower link that is used in a multi-link piston-crank mechanism and is rotatably attached to a crank pin.
The multi-link piston-crank mechanism is
An upper link connecting the lower link and the piston;
A control shaft rotatably supported by the engine body,
The carburizing method for a bolt assembly according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control link for connecting the control shaft and the lower link.
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