JP4384336B2

JP4384336B2 - ピストンピンの製造方法

Info

Publication number: JP4384336B2
Application number: JP2000141277A
Authority: JP
Inventors: 浩司八木; 豪伊藤; 孝雄稲垣
Original assignee: ティーアールダブリュオートモーティブジャパン株式会社
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: JP2001324017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、農耕機械、航空機等に使用されるレシプロ型内燃機関において、ピストンとコネクティング・ロッドとを連結するのに使用されるピストンピンの製造方法に係り、詳しくは加工性に優れていて、製造コストを低減することができるピストンピンの製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種のピストンピンとして、例えば棒鋼、条鋼を冷間鍛造してなる、中空穴５１を有するピストンピン・ブランク５０（図６参照）を使用して製造したものが知られている。このピストンピンには、ピストン及びコネクティング・ロッドに組み付ける際に、組付けがスムーズに行えるようにするため、ピストンピンの軸線方向両端（長さ方向両端）の角部分にテーパやアールが付けられている。
【０００３】
このようにテーパやアールを付けたピストンピンの製造方法として、例えばピストンピン・ブランク５０に機械加工を施して、全長を所望の寸法に仕上げると共に、軸線方向両端の角部分に図７に示すようにテーパ部５２を設けるか、或いは図８に示すようにアール５３を設け、しかる後、必要な熱処理及び外径の仕上げ研削を施すようにしている。
【０００４】
しかし、この機械加工による製造方法では、切削、研削加工数が多く、製造コストが高騰化する問題がある。
【０００５】
一方、図９及び図１０に示すように、ピストンピン・ブランク５０を、上型５４、下型５５からなるダイス５６にセットして、冷間鍛造により上型５４、下型５５にそれぞれ設けたアール部Ｒをピストンピン・ブランク５０の軸線方向両端角部分に転写する（アール部Ｒに沿うようにピストンピン・ブランク５０の軸線方向両端の角部分を塑性変形する）と共に、ピストンピンに要求される全長に仕上げる方法が知られている。
【０００６】
しかし、冷間鍛造によりピストンピンを製造する場合、ピストンピン・ブランク５０の軸線方向両端の角部分の材料は余分であり、ピストンピン・ブランク５０を塑性変形する過程で余分な材料が他の部分に逃げて、この結果、ピストンピン・ブランク５０の中空穴５１の内径が縮小すると共に、上型５４と下型５５との合わせ面の間隙５７に相当するピストンピン・ブランク５０の外周面箇所にバ５８が生じる。このため、冷間鍛造後にピストンピン・ブランク５０の外周面及び中空穴５１の内周面を機械加工して、バリ５８を除去し、縮小した中空穴を元の内径に戻すことが必要となるが、これら機械加工は上述したピストンピンの製造方法で行う機械加工に比して手間が係り、かえって製造コストが高騰化する問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、切削、研削等の機械加工による仕上げを必要とせずに、塑性加工のみでピストンピンを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、ピストンとコネクティング・ロッドとを連結する、中空穴を有するピストンピンに、該ピストンピンの軸線方向両端（長さ方向両端）の角部分に塑性加工によりアール又はテーパを付すようにした、ピストンピンの製造方法において、軸線方向両端部分での肉厚が他の部分の肉厚よりも薄くなるように予め加工した、ピストンピン・ブランクを使用し、該ピストンピン・ブランクの軸線方向両端の角部分に、塑性加工によりアール又はテーパを付することを特徴とする。
【０００９】
ピストンピンに加工されるピストンピン・ブランクを、塑性加工前にその軸線方向両端部分（長さ方向両端部分）での肉厚が他の部分での肉厚よりも薄く形成する方法としては、例えばピストンピン・ブランクの軸線方向両端部に、段部を介して中空穴の内径よりも大きい内径の穴を予め形成する方法と、順次内径が小さくなり、最小径部の内径が中空穴の内径と等しい、テーパ穴を予め形成する方法と、段部を介して中空穴の内径よりも大きい内径の穴と、最大径部の内径が該穴の内径と等しく、最小径部の内径が中空穴の内径と等しいテーパ状の穴とを、予め形成する方法とがある。
【００１０】
本発明の方法によれば、ピストンピン・ブランクの軸線方向両端部分（長さ方向両端部分）での肉厚を他の部分に比して薄くしてあるので、この軸線方向両端の角部分に塑性加工によりアール又はテーパを付しても、ピストンピン・ブランクの軸線方向両端部分での肉厚と他の部分での肉厚が等しい従来の場合のように余分な材料を角部分から逃がす必要はなく、塑性変形は角部分だけであり、他の部分では塑性変形が生じるおそれはなく、この結果、ピストンピン・ブランクの中空穴の内径が縮小したり、外周面にバリが生じたりするおそれはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１乃至図５に本発明のピストンピンの製造方法の一実施例を示す。図１は本発明の方法に使用するピストンピン・ブランクの縦断面図、図２は図１に示すピストンピン・ブランクの変形例を示す縦断面図、図３は図１に示すピストンピン・ブランクの別の変形例を示す縦断面図、図４は図１に示すピストンピン・ブランクを塑性加工（冷間鍛造）する過程を説明するための図であって、ピストンピン・ブランクをダイス内にセットした状態を説明縦断面図、図５は図１に示すピストンピン・ブランクを塑性加工（冷間鍛造）する過程を説明するための図であって、ダイスのアール部によりピストンピン・ブランクの軸線方向両端の角部分を面取した（アールを付した）状態の説明縦断面図である。
【００１３】
本実施例では、図１に示す、中空穴１１を有するピストンピン・ブランク１０を使用する。このピストンピン・ブランク１０は、例えば棒鋼、条鋼を冷間鍛造することにより製造され、その軸線方向両端（長さ方向両端）部分に、段部１２を介して中空穴１１の内径よりも大きい内径を有する穴１３がそれぞれ形成される。
【００１４】
この穴１３により、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分の肉厚が他の部分の肉厚よりも薄くなる。穴１３の内径（ピストンピン・ブランク１０の軸方向両端部分での肉厚Ｐ）と穴１３の深さＳ（図４参照）は、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端の角部分に形成するアール１４（図５参照）の大きさより決まる。アール１４を大きく取る場合には、穴１３の内径及び深さＳを大きくするか、又は深さＳを一定にして内径を大きくするか或いは内径を一定にして深さＳを大きくする。
【００１５】
次に図４及び図５を参照してピストンピン・ブランク１０を冷間鍛造してピストンピンを製造する方法について説明する。
【００１６】
冷間鍛造に使用するダイス２０は、上型２１と下型２２とからなり、これら上型２１と下型２２にピストンピン・ブランク１０の直径よりも僅かに大きい直径を有するキャビティ２３，２４がそれぞれ形成され、これらキャビティ２３，２４の底部に隅部にアール部Ｒがそれぞれ形成されている。ダイス２０については従来の製造方法で使用するものと何ら変わらない。
【００１７】
先ず、図４に示すように、ピストンピン・ブランク１０を下型２２のキャビティ２４内に挿入する。これにより、ピストンピン・ブランク１０のほぼ下半分はキャビティ２４内に収まる。次いで、油圧シリンダ（図示せず）等により、上型２１を下型２２に対して下降させると、この下降の過程で上型２１のキャビティ２３内にピストンピン・ブランク１０の上半分が収まり、更に上型２１を下型２２に対して所定の圧力で下降限界位置まで下降させると、図５に示すようにキャビティ２３，２４のアール部Ｒにならうようにしてピストンピン・ブランク１０の軸方向両端の角部分が塑性変形によって面取りされる（アール１４が付される）と共に、ピストンピン・ブランク１０の全長が所定の長さＬに形成される。
【００１８】
冷間鍛造時、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分で塑性変形が生じるが、その他の部分では塑性変形は生じない。したがって、中空穴１１の内径が縮小したり、ピストンピン・ブランク１０の外周面（上型２１と下型２２との合わせ面の間隙に相当する箇所２５）にバリが生じたりするおそれはなく、冷間鍛造終了後、ダイス２０から取り出したピストンピン・ブランク１０は仕上げ加工を施すことなく、そのままピストンピンとして使用することができる。
【００１９】
本実施例では上述したようにピストンピン・ブランク１０を冷間鍛造するだけでピストンピンを製造することができる。
【００２０】
製造されたピストンピンは、その軸線方向両端の角部分が面取りされて（アール１４が付されて）いることから、ピストン及びコネクティング・ロッドの取付穴内にスムーズに挿入することができて、ピストンとコネクティング・ロッドとの連結作業が効率よく行われる。また、ピストンピンの軸方向両端部分には元々余り専断応力が作用せず、肉厚を薄くした後、面取りを行っても（アール１４を付しても）何ら支障がない上に、面取りしないて（アール１４を付さない）ピストンピンに比して軽量化を図ることができる。
【００２１】
図２は図１に示すピストンピン・ブランク１０の変形例を示しており、穴１３の代わりに、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分に例えば冷間鍛造によりテーパ穴１５をそれぞれ形成している。このテーパ穴１５は、中空穴１１と同軸で、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端で最大径となり、ピストンピン・ブランク１０の中央部分に向かって順次内径が小さくなる。テーパ穴１５の最小径部分は中空穴１１の内径と略等しい。テーパ穴１５の最大径及び深さは、面取りする大きさにより決まり、大きく面取りする場合、最大径及び深さを大きくするか、又は最大径或いは深さの何れか一方を大きくする。
【００２２】
テーパ穴１５により、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分の肉厚が他の部分の肉厚よりも薄くなる。
【００２３】
テーパ穴１５を有する、ピストンピン・ブランク１０の場合も図４及び図５に示すようにして、冷間鍛造を施すことによりピストンピンに加工することができる。この場合も冷間鍛造の過程でピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分で塑性変形が生じるが、その他の部分では塑性変形は生じない。したがって、中空穴１１の内径が縮小したり、ピストンピン・ブランク１０の外周面にバリが生じたりするおそれはなく、冷間鍛造終了後、仕上げ加工を施すことなく、そのままピストンピンとして使用することができる。
【００２４】
図３は図１に示すピストンピン・ブランク１０の別の変形例を示しており、穴１３の代わりに、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分に、例えば冷間鍛造により、穴１６をそれぞれ形成している。各穴１６は、それぞれ、中空穴１１よりも内径の大きな穴部分１７と、この穴部分１７と連続し、最大径が穴部分１７の内径と等しく、ピストンピン・ブランク１０の中央部分に向かって順次内径が小さくなるように形成したテーパ穴部分１８とからなる。テーパ穴部分１８の最小径部分は中空穴１１の内径と略等しい。
【００２５】
この穴１８により、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端部分の肉厚が他の部分の肉厚よりも薄くなる。
【００２６】
穴１６を有する、ピストンピン・ブランク１０の場合も図１、図２に示すピストンピン・ブランク１０の場合と同様に、冷間鍛造を施すことによりピストンピンを製造することができ、仕上げ加工を施す必要がない。
【００２７】
上記実施例では、ピストンピン・ブランク１０の軸線方向両端の角部分を面取りした（アール１４を付した）場合を示したが、このアール１４の代わりにテーパを設けてもよいことは勿論である。
【００２８】
本発明では、軸線方向両端部分での肉厚が他の部分よりも薄くしたピストンピン・ブランク１０を使用する点に特徴を有するものであり、ピストンピン・ブランク１０として図１乃至図３に示すものに限定されるものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピストンピン・ブランクを、塑性加工前にその軸線方向両端部分での肉厚を他の部分の肉厚よりも薄くなるように、予め加工するようにしているので、塑性加工のみでアール（テーパ）を付してピストンピンを製造することができ、冷間鍛造後に仕上げの機械加工を施さなくても済む。また、機械加工のみでピストンピン・ブランクからピストンピンを製造する場合や、ピストンピン・ブランクを冷間鍛造した後、機械加工で仕上げをしてピストンピンを製造する場合に比して、製造コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に使用するピストンピン・ブランクの縦断面図である。
【図２】図１に示すピストンピン・ブランクの変形例を示す縦断面図である。
【図３】図１に示すピストンピン・ブランクの別の変形例を示す縦断面図である。
【図４】図１に示すピストンピン・ブランクを塑性加工（冷間鍛造）する過程を説明するための図であって、ピストンピン・ブランクをダイス内にセットした状態を説明縦断面図である。
【図５】図１に示すピストンピン・ブランクを塑性加工（冷間鍛造）する過程を説明するための図であって、ダイスのアール面取りによりピストンピン・ブランクの軸線方向両端の角部分を面取してアールを付した状態の説明縦断面図である。
【図６】従来のピストンピンを製造するのに使用するピストンピン・ブランクの縦断面図である。
【図７】図６のピストンピン・ブランクを機械加工して製造したピストンピンの縦断面図である。
【図８】図６のピストンピン・ブランクを機械加工して製造した、別のピストンピンの縦断面図である。
【図９】図６のピストンピン・ブランクを冷間鍛造してピストンピンを製造する過程を説明する図であって、ピストンピン・ブランクをダイス内にセットした状態の説明縦断面図である。
【図１０】図６のピストンピン・ブランクを冷間鍛造してピストンピンを製造する過程を説明する図であって、冷間鍛造の過程でバリが生じた状態の説明断面図である。
【符号の説明】
１０ピストンピン・ブランク１８テーパ穴部
１１中空穴２０ダイス
１２段部２１上型
１３，１６穴２２下型
１４アール２３，２４キャビティ
１５テーパ穴Ｒアール部
１７穴部分

Claims

ピストンとコネクティング・ロッドとを連結する、中空穴を有するピストンピンに、該ピストンピンの外周の軸線方向両端の角部分に塑性加工によりアール又はテーパを付すようにした、ピストンピンの製造方法において、
前記ピストンピン・ブランクの軸線方向両端部に、前記中空穴の内径よりも大きい内径の円筒形穴を予め形成することにより、前記ピストンピン・ブランクの軸線方向両端部分の肉厚を他の部分での肉厚よりも薄くなるように予め加工した、ピストンピン・ブランクを使用し、該ピストンピン・ブランクの軸線方向両端の角部分に、塑性加工によりアール又はテーパを付することを特徴とする、ピストンピンの製造方法。
請求項１に記載のピストンピンの製造方法にして、
前記円筒形穴に隣接して、最大径部の内径が前記円筒形穴の内径と等しく、最小径部の内径が前記中空穴の内径と等しい、テーパ状の穴を、予め形成する、ピストンピンの製造方法。
請求項１又は２に記載のピストンピンの製造方法にして、
前記塑性加工は冷間鍛造であることを特徴とする、ピストンピンの製造方法。