JP2780459B2 - コネクティングロッド - Google Patents
コネクティングロッドInfo
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- JP2780459B2 JP2780459B2 JP21010790A JP21010790A JP2780459B2 JP 2780459 B2 JP2780459 B2 JP 2780459B2 JP 21010790 A JP21010790 A JP 21010790A JP 21010790 A JP21010790 A JP 21010790A JP 2780459 B2 JP2780459 B2 JP 2780459B2
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- Japan
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- connecting rod
- cap
- column
- large end
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レシプロエンジンに用いられるコネクティ
ングロッドに係り、特に鍛造により形成される鋼製のコ
ネクティンッグロッドに関する。
ングロッドに係り、特に鍛造により形成される鋼製のコ
ネクティンッグロッドに関する。
（従来の技術） コネクティングロッド（以下、単にコンロッドとい
う）は、燃焼圧をクランクシャフトに伝えるものである
ため、十分なる強度と剛性を有することが要求される。
そして従来、このコンロッドとしては炭素鋼、合金鋼等
の熱間鍛造品が多く用いられ、前記した強度、剛性面で
は一応の満足を得ていた。
う）は、燃焼圧をクランクシャフトに伝えるものである
ため、十分なる強度と剛性を有することが要求される。
そして従来、このコンロッドとしては炭素鋼、合金鋼等
の熱間鍛造品が多く用いられ、前記した強度、剛性面で
は一応の満足を得ていた。
ところで近年、エンジンの高回転、高出力化が進む中
で、コンロッドの慣性質量を小さくすることの要求が高
まり、コンロッドをいかに軽量化するかが重要な課題と
なってきている。
で、コンロッドの慣性質量を小さくすることの要求が高
まり、コンロッドをいかに軽量化するかが重要な課題と
なってきている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、熱間鍛造により形成される上記従来の
鋼製コンロッドでは、その表層部に酸化スケールや脱炭
層などの異常層が形成されるため、その厚さや幅を削減
すると疲労強度の面で新たな問題が生じ、思うように軽
量化を図れないという制約があった。
鋼製コンロッドでは、その表層部に酸化スケールや脱炭
層などの異常層が形成されるため、その厚さや幅を削減
すると疲労強度の面で新たな問題が生じ、思うように軽
量化を図れないという制約があった。
なお、例えば実開昭55−7415号公報には、コラム部の
両端に小端部、大端部をそれぞれ設け、前記大端部を前
記コラム部の延長部とキャップとの連結によって形成し
た鋼製のコンロッドにおいて、前記キャップを鋼材料か
ら形成すると共に、その他の部分を軽量のチタンあるい
はアルミニウム合金から形成する技術が示されている。
しかしながら、かゝるコンロッドによれば、ヤング率の
低下（チタン合金のヤング率は鉄の約半分）により大端
部の剛性低下を招いたり、あるいは線膨張係数の違いに
より一体加工後、コラム延長部とキャップとの合せ面に
段差（食い違い）が生じたりして、信頼性に欠けるもの
となる。
両端に小端部、大端部をそれぞれ設け、前記大端部を前
記コラム部の延長部とキャップとの連結によって形成し
た鋼製のコンロッドにおいて、前記キャップを鋼材料か
ら形成すると共に、その他の部分を軽量のチタンあるい
はアルミニウム合金から形成する技術が示されている。
しかしながら、かゝるコンロッドによれば、ヤング率の
低下（チタン合金のヤング率は鉄の約半分）により大端
部の剛性低下を招いたり、あるいは線膨張係数の違いに
より一体加工後、コラム延長部とキャップとの合せ面に
段差（食い違い）が生じたりして、信頼性に欠けるもの
となる。
本発明は、上記従来の問題を解決することを課題とし
てなされたもので、その目的とするところは、鋼材料の
有する強度、剛性面での優位性を生かしながら、可及的
軽量化を達成し、なおかつ精度的にも満足する鋼製コン
ロッドを提供することにある。
てなされたもので、その目的とするところは、鋼材料の
有する強度、剛性面での優位性を生かしながら、可及的
軽量化を達成し、なおかつ精度的にも満足する鋼製コン
ロッドを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、コラム部の両端
に小端部、大端部をそれぞれ設け、前記大端部を前記コ
ラム部の延長部とキャップとの連結によって形成した鋼
製のコンロッドにおいて、前記キャップを標準の熱間鍛
造温度で鍛造形成すると共に、該キャップを除く部分を
脱炭の生じない温度で鍛造形成したことを特徴とする。
に小端部、大端部をそれぞれ設け、前記大端部を前記コ
ラム部の延長部とキャップとの連結によって形成した鋼
製のコンロッドにおいて、前記キャップを標準の熱間鍛
造温度で鍛造形成すると共に、該キャップを除く部分を
脱炭の生じない温度で鍛造形成したことを特徴とする。
本発明において、上記鋼の種類は特に問わないもの
で、汎用の炭素鋼、合金鋼等を選択することができる
他、イオウ（Ｓ）、テルル（Te）、カルシウム（Ca）等
の快削性元素を添加した鋼を選択することができる。こ
れら鋼の標準的な熱間鍛造温度（鍛造開始温度）は1200
℃程度であるが、本発明では、キャップについてはこの
標準熱間鍛造温度を採用し、その他の部分すなわちコラ
ム部、小端部等については脱炭の生じない鍛造温度を採
用する。この脱炭の発生しない温度は、標準熱間鍛造温
度よりかなり低い温度となるが、鍛造加工性も考慮して
1000℃程度とするのが望ましい。
で、汎用の炭素鋼、合金鋼等を選択することができる
他、イオウ（Ｓ）、テルル（Te）、カルシウム（Ca）等
の快削性元素を添加した鋼を選択することができる。こ
れら鋼の標準的な熱間鍛造温度（鍛造開始温度）は1200
℃程度であるが、本発明では、キャップについてはこの
標準熱間鍛造温度を採用し、その他の部分すなわちコラ
ム部、小端部等については脱炭の生じない鍛造温度を採
用する。この脱炭の発生しない温度は、標準熱間鍛造温
度よりかなり低い温度となるが、鍛造加工性も考慮して
1000℃程度とするのが望ましい。
また本発明において、上記コラム部とこのコラム部か
ら小端部または大端部へのつなぎとなるＲ部分とは、疲
労強度をより高めるためにショットピーニング仕上げと
することができる。
ら小端部または大端部へのつなぎとなるＲ部分とは、疲
労強度をより高めるためにショットピーニング仕上げと
することができる。
（作用） 上記のように構成したコンロッドにおいては、キャッ
プを除く部分を脱炭の生じない温度で鍛造形成したの
で、該部分の表層部から脱炭層が無くなるばかりか、酸
化スケールも大幅に削減されて、強度特に疲労強度が増
大する、この結果、その疲労強度の増大分、厚さまたは
幅を削減できることとなり軽量化に寄与する。またキャ
ップとその他の部分とは同じ鋼材から形成したので、大
端部の剛性が低下したり、その合せ面に段差が生じるこ
ともなくなる。
プを除く部分を脱炭の生じない温度で鍛造形成したの
で、該部分の表層部から脱炭層が無くなるばかりか、酸
化スケールも大幅に削減されて、強度特に疲労強度が増
大する、この結果、その疲労強度の増大分、厚さまたは
幅を削減できることとなり軽量化に寄与する。またキャ
ップとその他の部分とは同じ鋼材から形成したので、大
端部の剛性が低下したり、その合せ面に段差が生じるこ
ともなくなる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。
る。
第１図は、本発明にかゝるコンロッドを示したもので
ある。同図において、１はコラム部、２はコラム部１の
一端に設けられた、ピストンピン（図示略）に連結され
る小端部、３はコラム部１の他端に設けられた、クラン
クピン（図示略）に連結される大端部である。大端部３
は、コラム部１の延長部1aとキャップ４との二分割構成
とされており、キャップ４はボルト５を用いてコラム延
長部1aに一体化されている。本実施例においてキャップ
５とこのキャップ５を除く部分すなわちコラム部１、コ
ラム延長部1aおよび小端部２を含む部分（以下、ロッド
側部分６という）とは、炭素鋼素材を鍛造することによ
り形成される。しかして、この鍛造に際しては、キャッ
プ５については標準の熱間鍛造温度（1200℃程度）でい
わゆる熱間鍛造を行い、一方ロッド側部分６については
脱炭を生じない温度（1000℃程度）でいわゆる半熱間鍛
造を行ようにする。
ある。同図において、１はコラム部、２はコラム部１の
一端に設けられた、ピストンピン（図示略）に連結され
る小端部、３はコラム部１の他端に設けられた、クラン
クピン（図示略）に連結される大端部である。大端部３
は、コラム部１の延長部1aとキャップ４との二分割構成
とされており、キャップ４はボルト５を用いてコラム延
長部1aに一体化されている。本実施例においてキャップ
５とこのキャップ５を除く部分すなわちコラム部１、コ
ラム延長部1aおよび小端部２を含む部分（以下、ロッド
側部分６という）とは、炭素鋼素材を鍛造することによ
り形成される。しかして、この鍛造に際しては、キャッ
プ５については標準の熱間鍛造温度（1200℃程度）でい
わゆる熱間鍛造を行い、一方ロッド側部分６については
脱炭を生じない温度（1000℃程度）でいわゆる半熱間鍛
造を行ようにする。
なお、小端部２のピストンピン用孔2aは、上記鍛造後
機械加工により仕上げられる。また大端部３のクランク
ピン用孔3aは、鍛造後ボルト５にてキャップ４を一体化
した状態で同様に機械加工により仕上げられる。また所
望により、コラム部１とこのコラム部１から小端部２ま
たは大端部３へのつなぎとなるＲ部分7,8とを含む部分
はショットピーニングにより仕上げられる。
機械加工により仕上げられる。また大端部３のクランク
ピン用孔3aは、鍛造後ボルト５にてキャップ４を一体化
した状態で同様に機械加工により仕上げられる。また所
望により、コラム部１とこのコラム部１から小端部２ま
たは大端部３へのつなぎとなるＲ部分7,8とを含む部分
はショットピーニングにより仕上げられる。
こゝで、ショットピーニングを施さないコンロッドを
実施例品１、ショットピーニングを施したコンロッドを
実施例品２として、これらを後述する各種試験に供し
た。なお、比較のため、全ての部分について熱間鍛造を
行った従来の鋼製コンロッド（従来品）についても同様
の試験に供した。
実施例品１、ショットピーニングを施したコンロッドを
実施例品２として、これらを後述する各種試験に供し
た。なお、比較のため、全ての部分について熱間鍛造を
行った従来の鋼製コンロッド（従来品）についても同様
の試験に供した。
第２図は、疲労試験の結果を示したものである。これ
より、本発明にかゝる実施例品１、２は従来品に比して
いずれも疲れ限度が増大し、疲労強度が増大しているこ
とが明らかになった。実施例品1,2の疲労強度が増大し
たのは、そのロッド側部分６を半熱間鍛造したので、そ
の表層部から脱炭層が排除されたこと、並びに酸化スケ
ールの発生が抑えられたことによるもので、酸化スケー
ルの削減により表面粗さが細かくなったことがさらにこ
の疲労強度の増大に寄与したものである。なお、実施例
品の比較ではショットピーニングを施した実施例品２の
疲れ限度がショットピーニングを施さない実施例品１に
比して大きく、ショットピーニングが疲労強度の増大に
好影響を与えることが明らかである。
より、本発明にかゝる実施例品１、２は従来品に比して
いずれも疲れ限度が増大し、疲労強度が増大しているこ
とが明らかになった。実施例品1,2の疲労強度が増大し
たのは、そのロッド側部分６を半熱間鍛造したので、そ
の表層部から脱炭層が排除されたこと、並びに酸化スケ
ールの発生が抑えられたことによるもので、酸化スケー
ルの削減により表面粗さが細かくなったことがさらにこ
の疲労強度の増大に寄与したものである。なお、実施例
品の比較ではショットピーニングを施した実施例品２の
疲れ限度がショットピーニングを施さない実施例品１に
比して大きく、ショットピーニングが疲労強度の増大に
好影響を与えることが明らかである。
第３図は、コラム部の余裕率を見たものである。これ
より実線Ａで表わす本実施例品１は、その疲労強度の増
大によりコラム部１を狭幅に形成しても、破線Ｂで表わ
す従来品と同等の余裕率を確保できることが明らかで、
コラム部１の軽量化を達成できる。
より実線Ａで表わす本実施例品１は、その疲労強度の増
大によりコラム部１を狭幅に形成しても、破線Ｂで表わ
す従来品と同等の余裕率を確保できることが明らかで、
コラム部１の軽量化を達成できる。
第４図は、コンロッドの重量とエンジンのシリンダボ
ア径との関係を示したものである。これより実線Ａで表
わす実施例品１の重量は各シリンダボア径に対して、破
線Ｂで表わす比較品の重量に比して小さくできる。な
お、その軽量化程度は従来品の約10％となっている。
ア径との関係を示したものである。これより実線Ａで表
わす実施例品１の重量は各シリンダボア径に対して、破
線Ｂで表わす比較品の重量に比して小さくできる。な
お、その軽量化程度は従来品の約10％となっている。
第５図はコンロッドの重量バラツキを示したものであ
る。これより実線Ａで表わす本実施例品１の重量バラツ
キσ１は、破線Ｂで表わす比較品の重量バラツキσ２に
比して約半分になっている。これは、鍛造に際して酸化
スケールの巻き込みがなくなったためであると推定され
る。
る。これより実線Ａで表わす本実施例品１の重量バラツ
キσ１は、破線Ｂで表わす比較品の重量バラツキσ２に
比して約半分になっている。これは、鍛造に際して酸化
スケールの巻き込みがなくなったためであると推定され
る。
第６図は、コンロッドの大端部３の剛性と慣性力との
関係を示したものである。試験は、コンロッドをコラム
部１の軸方向に所定の速度で引張り、この時の大端部３
のクランクピン用孔3aの径δの変形量を測定する方法に
よった。これより白丸で表わす本実施例品１は、その軽
量化により慣性力が低下するので、黒丸で表わす比較品
に比して大端部３の変形量が抑えられる。
関係を示したものである。試験は、コンロッドをコラム
部１の軸方向に所定の速度で引張り、この時の大端部３
のクランクピン用孔3aの径δの変形量を測定する方法に
よった。これより白丸で表わす本実施例品１は、その軽
量化により慣性力が低下するので、黒丸で表わす比較品
に比して大端部３の変形量が抑えられる。
第７図は、コンロッドのボルト５の螺合部（ボルトネ
ジ部）に発生する応力と慣性力との関係を示したもので
ある。これより白丸で表わす本実施例品１は黒丸で表わ
す比較品に比し、ボルトネジ部の応力が小さくなる。こ
れは、その軽量化により大端部３の変形量が抑えられた
ためである。
ジ部）に発生する応力と慣性力との関係を示したもので
ある。これより白丸で表わす本実施例品１は黒丸で表わ
す比較品に比し、ボルトネジ部の応力が小さくなる。こ
れは、その軽量化により大端部３の変形量が抑えられた
ためである。
第８図は、上記コンロッドを組込んだエンジンのレス
ポンスの状況を示したものである。これより実線Ａで表
わす本実施例品１は、破線Ｂで表わす比較品に比し、各
エンジン回転数に到達する時間が短く、エンジンレスポ
ンス性に優れていることが明らかである。
ポンスの状況を示したものである。これより実線Ａで表
わす本実施例品１は、破線Ｂで表わす比較品に比し、各
エンジン回転数に到達する時間が短く、エンジンレスポ
ンス性に優れていることが明らかである。
第９図は、コンロッドを構成するコラム延長部1aとキ
ャップ４との食い違い量を示したものである。なお、こ
ゝでは比較例として、全ての部分について熱間鍛造を行
った従来の鋼製コンロッド（比較品１）およびチタン製
の軸側部分６に対して鋼製のキャップ４を組合わせたコ
ンロッド（比較品２）を用いた。これより比較品２では
線膨張係数に差があるため、加工後の残留応力解放によ
り大端部の合せ面に大きな食い違いが発生するが、本実
施例品１では既存の鋼製コンロッド（比較品１）と同様
に、この食い違いは非常に小さいものとなる。
ャップ４との食い違い量を示したものである。なお、こ
ゝでは比較例として、全ての部分について熱間鍛造を行
った従来の鋼製コンロッド（比較品１）およびチタン製
の軸側部分６に対して鋼製のキャップ４を組合わせたコ
ンロッド（比較品２）を用いた。これより比較品２では
線膨張係数に差があるため、加工後の残留応力解放によ
り大端部の合せ面に大きな食い違いが発生するが、本実
施例品１では既存の鋼製コンロッド（比較品１）と同様
に、この食い違いは非常に小さいものとなる。
（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明にかゝるコネク
ティングロッドによれば、その大部分から脱炭層を排除
しかつ酸化スケールを削減できるので、疲労強度を可及
的に増大せしめることが可能になり、その疲労強度の増
大分、全体の軽量化を達成できる効果がある。またキャ
ップとその他の部分とを同じ鋼材から形成したので、大
端部の剛性が低下したり、大端部の合せ面に食い違い段
差が生じることもなくなり、信頼性の向上に大きく寄与
する効果がある。
ティングロッドによれば、その大部分から脱炭層を排除
しかつ酸化スケールを削減できるので、疲労強度を可及
的に増大せしめることが可能になり、その疲労強度の増
大分、全体の軽量化を達成できる効果がある。またキャ
ップとその他の部分とを同じ鋼材から形成したので、大
端部の剛性が低下したり、大端部の合せ面に食い違い段
差が生じることもなくなり、信頼性の向上に大きく寄与
する効果がある。
第１図は、本発明にかゝるコネクティングロッドの平面
図、第２図は、本発明にかゝるコネクティングロッドの
疲労試験結果を従来のコネクティングロッドのそれと対
比して示すグラフ、第３図〜第９図は、本発明にかゝる
コネクティングロッドの各種特性を従来のコネクティン
グロッドのそれと対比して示したものであり、第３図は
コラム部の余裕率、第４図は重量軽減効果、第５図は重
量バラツキ、第６図は大端部剛性、第７図はボルトネジ
部に発生する応力、第８図はエンジンレスポンス特性お
よび第９図は大端部の合せ面の食い違い量をそれぞれ示
すグラフである。 １……コラム部 1a……コラム延長部 ２……小端部 ３……大端部 ４……キャップ
図、第２図は、本発明にかゝるコネクティングロッドの
疲労試験結果を従来のコネクティングロッドのそれと対
比して示すグラフ、第３図〜第９図は、本発明にかゝる
コネクティングロッドの各種特性を従来のコネクティン
グロッドのそれと対比して示したものであり、第３図は
コラム部の余裕率、第４図は重量軽減効果、第５図は重
量バラツキ、第６図は大端部剛性、第７図はボルトネジ
部に発生する応力、第８図はエンジンレスポンス特性お
よび第９図は大端部の合せ面の食い違い量をそれぞれ示
すグラフである。 １……コラム部 1a……コラム延長部 ２……小端部 ３……大端部 ４……キャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 栄彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 犬塚 昌彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 吉村 博仁 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 堀 弘平 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−34643（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−34210（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16C 7/02 B21K 1/14
Claims (1)
- 【請求項１】コラム部の両端に小端部、大端部をそれぞ
れ設け、前記大端部を前記コラム部の延長部とキャップ
との連結によって形成した鋼製のコネクティングロッド
において、前記キャップを標準の熱間鍛造温度で鍛造形
成すると共に、該キャップを除く部分を脱炭の生じない
温度で鍛造形成したことを特徴とするコネクティングロ
ッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21010790A JP2780459B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コネクティングロッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21010790A JP2780459B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コネクティングロッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0495607A JPH0495607A (ja) | 1992-03-27 |
| JP2780459B2 true JP2780459B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=16583928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21010790A Expired - Fee Related JP2780459B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コネクティングロッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2780459B2 (ja) |
-
1990
- 1990-08-08 JP JP21010790A patent/JP2780459B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0495607A (ja) | 1992-03-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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