JP3947618B2 - コネクティングロッドの加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両用エンジン部品のコネクティングロッドを製造するにあたり、作業の段取りの簡素化と工数の削減化を図り、しかも安定した品質を有するコネクティングロッドを得ることが可能なコネクティングロッドの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、車両用エンジンのピストンピンとクランクピンを連結するコネクティングロッドでは、クランクピンに連結する大端部側の連結孔部分がキャップ部とロッド部に分割されているのが一般的である。
【０００３】
そして、このようなコネクティングロッドは、クランクピンをキャップ部とロッド部で挟んで締め付けてクランクシャフトに結合するようにしているが、この締付結合時に、両者の合せ方法を間違えて結合したり、合せ面が位置ずれしたりしないよう、当初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、その後、大端部の結合孔部分を破断分割してキャップ部とロッド部に二分することで、破断面を故意に凹凸の粗面にし、誤組み付け、位置ずれを防止するようにした技術が知られている。
【０００４】
このような従来技術に係る加工方法の代表例では、図１１Ａ〜図１１Ｈに示すように、大端部１と小端部２を有するコネクティングロッド３を一体成形し、図１１Ａに示すように結合孔４の真円粗加工を行った後、図１１Ｂに示すように結合孔４の真円仕上げ加工を行い、図１１Ｃに示すように結合孔４の内周面の左右に厚み方向に沿ってノッチ５ａ、５ｂを加工した後、結合孔４の内周部に押し広げるような荷重を加えて、図１１Ｄに示すようにキャップ部６とロッド部７に破断分割するようにしている。
【０００５】
ここで、破断分割する前に結合孔４の真円仕上げ加工を行うのは、結合孔４の内周部に荷重を加える際、内周部に凹凸があると拡張押圧部に均等荷重をかけることができず、その後、仮組み付けができなくなるような歪みが発生することを防止するためである。
【０００６】
そして、このように分割されたキャップ部６とロッド部７を図１１Ｅに示すように仮組み付けして締結ボルト８ａ、８ｂで所定の結合荷重を付与すると、結合孔４は、図１２Ｄに示すように、締め付けによって発生した歪みにより変形する。そこで、図１１Ｆに示すように所定の結合荷重を与えた状態で再度真円仕上げ加工を行い、加工終了後に図１１Ｇに示すようにクランクピンに結合する際、結合孔４の真円が確保され、図１１Ｈに示すようにクランクピンとの間に偏摩耗等が生じない。
【０００７】
ところが、上記のような従来技術に係る加工方法では、破断分割する前と後にそれぞれ結合孔４の真円仕上げ加工を行うようにしており、加工工数が増えるばかりでなく、分割面の正確な面合せと締結ボルト８ａ、８ｂによる高精度な締め付け作業を複数回行う必要があり、段取りが複雑で手間がかかるという問題があった。
【０００８】
そこで、本出願人は、このような一連の加工系列を簡素化し、簡単に段取りできるコネクティングロッドの加工方法を提案している（特願平８−２８４３８４号参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、例えば、車両用エンジンのコネクティングロッドの品質をより一層向上させ、しかも前記コネクティングロッドの品質を安定化させることが可能なコネクティングロッドの加工方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、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、その後、大端部の結合孔を破断分割してキャップ部とロッド部に二分するようにしたコネクティングロッドの加工方法であって、大端部を破断分割する前に、キャップ部とロッド部の結合荷重と略同等の荷重を大端部に与え、且つ前記大端部を軸方向に押圧する荷重を付与した状態で結合孔の真円加工を行い、その後、大端部を破断分割するようにした。
【００１１】
このように、大端部を分割する前に、大端部に結合荷重と同等の荷重を与えれば、結合時とほぼ同じ歪みを与えることができ、この状態で真円加工すれば、破断分割した後に再度真円仕上げ加工を行わなくても、公差内の真円度が確保される。
【００１２】
また、キャップ部とロッド部の結合荷重と略同等の荷重と軸方向を押圧する荷重とを共に付与した状態で結合孔の真円加工を行うことにより、前記ノッチ加工および真円加工の際に発生する残留加工応力が破断によって開放されることによる変形を阻止することができる。この結果、品質をより一層向上させ、安定した品質を有するコネクティングロッドを得ることができる。
【００１３】
なお、大端部に結合荷重と同等の荷重を与えるには、締結ボルトを使用して所定のトルクで締め付けるようにしてもよく、または締結ボルトを使用しないで、何らかの手段で大端部の締め付け方向に沿って所定の圧縮力を加えるようにしてもよい。
【００１４】
また、請求項２では、大端部に荷重を付与する際、真円加工のためのワーククランプ治具を兼用して行うようにした。そして、ワーククランプ治具でコネクティングロッドを位置決めすると同時に、大端部に対して締付方向および軸方向に沿って所定の圧縮力を加えた状態で真円加工する。
【００１５】
このようにすることで、作業の段取りが簡単になり、設備等の簡素化が図られる。
【００１６】
さらに、請求項３では、ワーククランプ治具を構成する押圧部材の第１押圧部および第２押圧部によって結合荷重と略同等の締付荷重を大端部に付与するとともに、第３押圧部によって軸方向に押圧する変形荷重を大端部に同時に付与した状態において結合孔の真円加工を行うようにした。この結果、大端部に対し締付荷重および変形荷重を簡便に付与することができ、作業効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項４では、コネクティングロッドを鋳鉄製とし、また破断分割を結合孔の内周の所定部にレーザによるノッチ加工を施して行うようにした。
【００１８】
ここで、鋳鉄製のコネクティングロッドにレーザ加工を施すと、ノッチ加工部の近傍の組織が硬くて脆いセメンタイトに変質し、破断分裂加工時に結合孔の内周部に荷重を加えると、歪みを伴わないでノッチ部に沿って綺麗に分割することができる。
【００１９】
また、レーザ加工によれば、結合孔の内周面に容易に加工を行うことができ、しかも、例えば非直線上のノッチ部も容易に加工できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコネクティングロッドの加工方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２１】
図１Ａ〜図１Ｇは本発明のコネクティングロッドの加工方法の第１構成例を説明する工程図、図２Ａ〜図２Ｆは大端部の結合孔の形状を示す説明図、図３は分割加工装置の一例を示す側面図、図４は分割加工装置の平面図、図５は拡張具と楔の斜視図、図６はノッチ部の一例を示す説明図である。
【００２２】
鋳鉄製のコネクティングロッド１０を大端部１２から小端部１４まで一体に成形した後、図１Ａに示すように大端部１２の結合孔１６の真円粗加工を行う。そして結合孔１６の真円粗加工が終了すると、結合孔１６は図２Ａに示すように略真円に形成される。
【００２３】
因みに、本実施の形態におけるコネクティングロッド１０の鋳造は、例えば鋳型内で外殻部分が半凝固状となり、内部が未凝固のうちに取り出すような鋳造法が採用されている。
【００２４】
次いで図１Ｂに示すように、結合孔１６の内周面のうち分割面に対応して対向する２箇所にレーザにてノッチ加工が行われ、ノッチ部１８ａ、１８ｂが形成される。
【００２５】
このノッチ加工は、例えば、ワイヤカット加工、機械加工、レーザ加工等によって行い、図６に示すように、例えば、深さ１．０ｍｍ程度の断面Ｖ字型溝を厚み方向に沿って形成するようにしている。また、このノッチ部１８ａ、１８ｂは、厚み方向に沿って直線状でもよく、千鳥状等の非直線にしてもよい。そしてこのようにノッチ部１８ａ、１８ｂを非直線にすると、破断面が波打ち状態にうねり、面合わせ時の誤組み付け、位置ずれ防止等に有効であり、このような非直線のノッチ部１８ａ、１８ｂはレーザ加工を採用すれば容易に加工できる。
【００２６】
次に、図１Ｃに示すように、大端部１２の両サイドに形成されているボルト孔に一組の締付ボルト２０ａ、２０ｂを挿入して締め付けることにより大端部１２に対して締付荷重を付与するとともに、前記一組の締付ボルト２０ａ、２０ｂ間の湾曲部２２に対して図示しない押圧手段によって軸方向（矢印Ａ方向）に変形荷重を付与する。この場合、本実施の形態では、ボルト孔の一端側にタッピング加工等によって雌ネジが形成されており、この雌ネジに締付ボルト２０ａ、２０ｂの雄ネジをネジ込んで締め付ける。そして、この締付荷重は、エンジン組立時にキャップ部２４とロッド部２６を締結する結合荷重と同一の負荷が得られる荷重としている。
【００２７】
すると、それまで略真円であった結合孔１６は、前記締付荷重および変形荷重に起因する歪みによって図２Ｃに示すように変形する。すなわち、結合孔１６には、前記締付荷重の作用下に略Ｖ字状の溝部２８ａ、２８ｂが略対称に左右に対向して形成されるとともに、前記変形荷重の作用下に中心部に向かって曲線状に膨出する膨出部３０ａ、３０ｂが上下方向に対向して形成される。
【００２８】
次いで、図１Ｄに示すように、結合孔１６の真円仕上げ加工を行う。すなわち、大端部１２に対して、一組の締付ボルト２０ａ、２０ｂによって締付荷重が付与されているとともに、図示しない押圧手段を介して軸方向（矢印Ａ方向）に向かって変形荷重が同時に付与された状態において真円仕上げ加工が行われる。
【００２９】
そして、真円仕上げ加工が終了した後、図１Ｅに示すように締付ボルト２０ａ、２０ｂを外し、その後、図１Ｆに示すように破断分割加工を行い、ノッチ部１８ａ、１８ｂを破断起点にしてキャップ部２４とロッド部２６とに分割する。
【００３０】
ここで、破断分割加工の一例について図３〜図４に基づき説明する。
【００３１】
図３、図４に示すように、コネクティングロッド１０を分割加工装置の受台３２にセットする。この受台３２は、小端部１４を支持する小端部支持部材３４と、大端部１２の一端側を支持する大端部支持部材３６ａ、３６ｂと、分割されたキャップ部２４の飛散を防止する飛散防止部材３８を備えており、この受台３２にコネクティングロッド１０をセットした後、大端部１２の結合孔１６に図５に示すような半円盤状の一対の拡張具４０ａ、４０ｂを挿入し、拡張具４０ａ、４０ｂの対面部に形成された楔挿入凹部４２ａ、４２ｂをロッド軸方向に拡張させて破断分割するようにしている。
【００３２】
そして楔４４を打ち込むと、コネクティングロッド１０の大端部１２はノッチ部１８ａ、１８ｂの箇所から破断してキャップ部２４とロッド部２６とに分割される。
【００３３】
この際、ノッチ部１８ａ、１８ｂ近傍の組織は、レーザ加工によってセメンタイトが晶出して脆くなっており、ノッチ部１８ａ、１８ｂが破断起点となって綺麗に破断され、歪み等を少なくできる。
【００３４】
そして破断分割が終えると、一連の加工が終了し、部品として送り出されるが、このような方法で加工した後、エンジン組立工程等で、図１Ｇに示すようにクランクピンに連結して締付ボルト２０ａ、２０ｂを締め付けると、結合孔１６は公差範囲内で真円が確保される。
【００３５】
以上のような加工方法において、分割前に締付ボルト２０ａ、２０ｂを締め付けて結合荷重と同等の締付荷重を与え、且つ押圧手段を介して変形荷重を付与し、前記締付荷重および変形荷重が共に付与された状態で真円仕上げ加工を行うとともに、その後、破断分割するようにしたため、図１１に示す従来技術に比べて破断分割前の真円仕上げ加工を廃止することができ、工数削減を図ることができる。しかも、破断分割の際に発生する残留加工応力の開放による変形を阻止することができる。
【００３６】
次に上記方法のうち、結合荷重と同等の締付荷重および変形荷重を与える方法として、真円加工のためのワーククランプ治具を兼用する第２構成例について図７および図８に基づき説明する。
【００３７】
ここで、図７はワーククランプ治具の要部斜視図、図８Ａ〜図８Ｇは本発明のコネクティングロッドの加工方法の第２構成例を説明する工程図である。
【００３８】
このワーククランプ治具４６は、コネクティングロッド１０を位置決めしつつ大端部１２に対し締付荷重および変形荷重を同時に且つ簡便に付与することができるように構成されている。
【００３９】
前記ワーククランプ治具４６は、図７に示すように、大端部１２のボルト孔が形成された部分をコネクティングロッド１０の軸方向に押圧する第１押圧部４８および第２押圧部５０と左右のボルト孔間の湾曲部２２を軸方向に押圧する第３押圧部５２とが一体的に形成された押圧部材５４と、前記押圧部材５４の反対側に配設され、左右のボルト孔の一端側に部分的に挿入されてコネクティングロッド１０を位置決めし且つ大端部１２の軸方向の移動を阻止する一対の位置決め部材５６ａ、５６ｂと、ピストンロッド５８が前記押圧部材５４に連結され、大端部１２を位置決め部材５６ａ、５６ｂ側に向けて押圧するシリンダ６０とから構成される。
【００４０】
この場合、シリンダ６０の駆動作用下に、位置決め部材５６ａ、５６ｂによって固定された大端部１２に対し、第１押圧部４８および第２押圧部５０によって締付荷重を付与するとともに、第３押圧部５２によって変形荷重を付与することができるように構成されている。
【００４１】
そして、このワーククランプ治具４６を活用したコネクティングロッド１０の加工方法は、前記第１構成例と同様に、図８Ｂに示すようにノッチ加工を終えた後、図８Ｃに示すようにコネクティングロッド１０をワーククランプ治具４６にセットし、シリンダ６０の駆動作用下に、第１押圧部４８および第２押圧部５０によって結合荷重と略同等の締付荷重を与えるとともに、第３押圧部５２によって変形荷重を同時に付与した状態において、図８Ｄに示すように結合孔１６に対し真円仕上げ加工を行う。
【００４２】
真円仕上げ加工が終了すると、図８Ｅに示すように、シリンダ６０のピストンロッド５８を後退させて荷重を解除し、以降、前記第１構成例と同様の工程で破断分割する。
【００４３】
そして、このようなワーククランプ治具４６を用いて荷重を与えるようにすれば、締付ボルト２０ａ、２０ｂを使用して締め付ける必要がなくなり、作業の段取りがより一層簡単となって、設備費用の削減も図られる。しかも、大端部１２に対して締付荷重および変形荷重を同時に且つ簡便に付与することができるため、作業効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、図１０に示すように、第１押圧部４８ａ、第２押圧部５０ａ並びに第３押圧部５２ａにそれぞれ分割して形成された押圧部材５４ａを用いてもよい。この場合、第１押圧部４８ａ、第２押圧部５０ａ並びに第３押圧部５２ａにそれぞれピストンロッド５８ａ〜５８ｃが連結される。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果乃至利点を有する。
【００４６】
すなわち、大端部を破断分割する前に、キャップ部とロッド部の結合荷重と同等の負荷を大端部に与え、且つ前記大端部を軸方向に押圧する荷重を付与した状態で結合孔の真円加工を行い、その後、大端部を破断分割するようにしたため、真円仕上げ加工を何度も行う必要がなくなり、工数の削減が図られる。
【００４７】
また、大端部に負荷を与える際、真円加工のためのワーククランプ治具を兼用することにより、作業の段取りがより簡単になり、設備等の簡素化も図られる。
【００４８】
さらに、ノッチ加工および真円加工の際に発生する残留加工応力が破断によって開放されることによる変形を阻止することができる。この結果、品質をより一層向上させ、安定した品質を有するコネクティングロッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜図１Ｇは、本発明の実施の形態に係るコネクティングロッドの加工方法の第１構成例を説明する工程図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｆは、前記第１構成例におけるコネクティングロッドの大端部の結合孔の形状を示す説明図である。
【図３】分割加工装置の一例を示す側面図である。
【図４】図３に示す分割加工装置の平面図である。
【図５】図３に示す分割加工装置を構成する拡張具と楔の斜視図である。
【図６】ノッチ部の一例を示す説明図である。
【図７】ワーククランプ治具の要部斜視図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｇは、本発明のコネクティングロッドの加工方法の第２構成例を説明する工程図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｆは、前記第２構成例におけるコネクティングロッドの大端部の結合孔の形状を示す説明図である。
【図１０】ワーククランプ治具の変形例を示す要部斜視図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｈは、従来技術に係るコネクティングロッドの加工方法を説明する工程図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｆは、従来技術に係るコネクティングロッドの加工方法によって形成された大端部の結合孔の形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…コネクティングロッド １２…大端部
１４…小端部 １６…結合孔
１８ａ、１８ｂ…ノッチ部 ２０ａ、２０ｂ…締付ボルト
２２…湾曲部 ２４…キャップ部
２６…ロッド部 ２８ａ、２８ｂ…溝部
３０ａ、３０ｂ…膨出部 ４６…ワーククランプ治具
４８、４８ａ、５０、５０ａ、５２、５２ａ…押圧部
５４、５４ａ…押圧部材 ６０…シリンダ

Claims (4)

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、その後、大端部の結合孔部分を破断分割してキャップ部とロッド部に二分するようにしたコネクティングロッドの加工方法であって、
   前記大端部を破断分割する前に、キャップ部とロッド部の結合荷重と略同等の荷重を大端部に与え、且つ前記大端部を軸方向に押圧する荷重を付与した状態で結合孔の真円加工を行い、その後、前記大端部を破断分割することを特徴とするコネクティングロッドの加工方法。
2. 請求項１記載のコネクティングロッドの加工方法において、前記大端部に荷重を付与する際、前記真円加工のためのワーククランプ治具を兼用して行うことを特徴とするコネクティングロッドの加工方法。
3. 請求項２記載のコネクティングロッドの加工方法において、前記ワーククランプ治具は押圧部材を有し、前記押圧部材の第１押圧部および第２押圧部によって結合荷重と略同等の締付荷重を大端部に付与するとともに、前記押圧部材の第３押圧部によって軸方向に押圧する変形荷重を大端部に同時に付与することを特徴とするコネクティングロッドの加工方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコネクティングロッドの加工方法において、前記コネクティングロッドは鋳鉄製であり、また前記破断分割は、結合孔の内周の所定部にレーザによるノッチ加工が施されて行われることを特徴とするコネクティングロッドの加工方法。

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