JP5340822B2 - 金属製部品の破断開始部形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のコネクティングロッド（以下、単に「コンロッド」とする）などの金属製部品の破断開始部を形成する金属製部品の破断開始部形成方法に関する。

例えば自動車のコンロッドなどの大端部の内周面において、厚さ方向互いに対向する位置に、溝状や僅かな間隔を隔てて直線状に連なった凹み部からなる破断開始部を形成する技術は従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような破断開始部を形成するにあたって、特許文献１においてはレーザー装置が用いられている。レーザー装置によって正確な破断開始部を形成するためには、数千万円もするそれなりに高価な装置を導入して設置しなければならない。そのため、このレーザー装置の代わりに専用のブローチ盤を用いてＶ字溝をなす破断開始部を形成する場合もある。

また、このようなレーザー装置やブローチ盤を用いる代わりに、専用のノコギリ刃を介して、溝部を形成することなく所定間隔隔てた凹み部を多数機械加工によって形成する場合もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１４４４６７号公報（段落（０００２）、（０００３）、図１、図３〜図６） 特開２００８−３６７０６号公報

上述のようなレーザー装置としては、一般に、ＹＡＧレーザー装置が使用される。このＹＡＧレーザー装置を用いた場合の金属製部品の破断開始部を形成する問題点について説明する。ＹＡＧレーザー装置を用いた場合、一般にレーザー光を励起するフラッシュランプを定期交換しなければならず、これにかかるランニングコストが高くつく。また、一旦ＹＡＧレーザー装置が故障すると、通常の保守点検員では対応できないため、レーザー故障時に伴って長時間に及ぶラインストップを引き起こす懸念がある。このような長時間に及ぶラインストップは、その後の後工程におけるラインストップも誘発し、製造ライン全体のラインストップを招き、生産計画に大幅な狂いを生じさせてしまう。

また、金属製部品は、その製法によって鍛造又は焼結によるものが考えられる。そして、金属製部品の一例としてコンロッドを挙げると、鍛造でできたコンロッドであっても焼結でできたコンロッドであっても、これに単なるＶ字溝からなる破断開始部を形成した場合、以下の共通の課題が生じる。

具体的には、鍛造又は焼結の何れからなるコンロッドにおいても、Ｖ字溝をブローチ加工によって形成した場合、そのブローチ刃が新しい場合はＶ字溝の溝底部のＲが小さくなり、マンドレルでコンロッド大端部を破断した場合に、許容範囲内の破断面が得られる。しかしながら、ブローチ刃が長期間の使用により摩耗した場合、Ｖ字溝の溝底部のＲが大きくなるので、マンドレルでコンロッド大端部を拡開した場合に均一な破断面が得られなくなる場合がある。また、摩耗したブローチ刃を用いてＶ字溝を溝加工した場合、コンロッド破断時の引張り力が大きくなり、コンロッド破断装置の動力もそれに応じて必要とし、省エネルギの要請に反する。

また、破断開始部として単なるＶ字溝を機械加工しただけの鍛造でできたコンロッドをマンドレルを介した大端部の拡開によって破断した場合、鍛造コンロッドの材料強度が高いがゆえに、破断時のクランク穴変形が破断した製品毎に定められた変形許容値を超えてしまう可能性が高くなる。このような破断工程によって生じる破断面には、ディンプル（フラクトグラフィーにおいて使われている学術用語であり、延性破壊を特徴づける破壊組織）が破断面に形成される虞がある。

通常、コンロッド破断工程の後工程で溝部はボーリング加工で除去されるが、かかるディンプルは、ボーリング加工で除去しきれない範囲に残る。このようなディンプルは、コンロッド破断時にコンロッド破断面が塑性変形して生じるものであり、このようなディンプルが残ったままのコンロッド破断面同士を無理に合わせると、その部分の応力が高くなって、最終製品段階で問題となる。

本発明の目的は、破断後に安定した破断面を得ることのできる金属製部品の破断開始部を低コストで形成する方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、
金属製部品の破断開始部に対応する部分に溝部を機械加工によって形成する第１のステップと、
前記溝部の底の部分に複数の凹み部を互いに所定間隔隔てて形成する第２のステップと、を有することを特徴としている。

本発明の請求項１に係る金属製部品の破断開始部形成方法によると、ＹＡＧレーザー装置を用いて金属製部品の破断開始部を形成する場合に生じる課題を解決できる。具体的には、レーザー励起用のフラッシュランプの定期交換による高価なランニングコストを必要としなくなる。また、ＹＡＧレーザー装置の故障時に保守点検員が対応できないことに起因する長期間に及ぶラインストップを招かないで済む。これによって、破断製品を予め決められた生産計画通りに生産することができる。

また、鍛造材からなる金属製部品に単なる溝部からなる金属製部品の破断開始部を形成した場合の課題を解決できる。具体的には、単なる溝部のみからなる破断開始部が形成された鍛造でできた金属製部品を破断したときに生じるようなディンプルの発生を防止できる。これによって、破断後の金属製部品の破断面同士を再び合わせたときに、局部的に応力が高くなる領域が発生せず、安定した品質の最終製品を得ることができる。

また、本発明の請求項２に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、請求項１に記載の金属製部品の破断開始部形成方法において、
前記第１のステップにおいて、前記溝部をブローチ加工によって形成することを特徴としている。

本発明の請求項２に係る金属製部品の破断開始部形成方法によると、金属製部品の破断開始部の溝部をブローチ加工によって形成する場合の課題を解決できる。具体的には、金属製部品が鍛造又は焼結の何れでできていても、摩耗したブローチ刃を用いて溝部を形成した後に破断した際に、溝部の底部に凹み部を所定間隔形成しているおかげで安定した破断面を得ることができる。

また、本発明の請求項３に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、請求項１又は請求項２に記載の金属製部品の破断開始部形成方法において、
前記第１のステップにおいて、前記溝部をノコギリ刃によって形成することを特徴としている。

本発明の請求項３に係る金属製部品の破断開始部形成方法によると、金属製部品の破断開始部の溝部をノコギリ刃によって形成する場合の課題を解決できる。具体的には、金属製部品が鍛造又は焼結の何れでできていても、摩耗したノコギリ刃を用いて溝部を形成した後に破断した際に、溝部の底部に凹み部を所定間隔形成しているおかげで安定した破断面を得ることができる。

また、本発明の請求項４に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法において、
前記凹み部の開口部の形状が、円又は楕円の何れかであることを特徴としている。

凹み部の開口部が円又は楕円の何れの形状であっても、溝部の底部に凹み部が所定間隔隔てて形成されていれば、本発明の作用を十分発揮することできる。

また、本発明の請求項５に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法において、
前記凹み部の開口部の形状が、２（ｎ＋１）角形（ｎは正の整数）であって、一方の対向する対の頂点の並び方向が前記溝部の延在方向と合致していることを特徴としている。

凹み部の開口部がこのような形状を有することで、金属製部品の破断が開口部の一方の対向する対の頂点から始まると共に、溝部の延在方向に沿って広がっていくので、ばらつきのない均一な破断面とすることができる。

また、本発明の請求項６に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法において、
前記凹み部のピッチをｐ、前記凹み部の開口部の長手方向の長さをｄｍ、余肉率をＲｔ＝（ｐ−ｄｍ）／ｐとすると、余肉率Ｒｔは、０より大きく、１未満であることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る金属製部品の破断開始部形成方法によると、余肉率Ｒｔが１に近いことで、凹み部は溝部両端部近傍にそれぞれ１つずつ形成され、余肉率Ｒｔが０に近いことで、凹み部はその開口部の長手方向端部が互いに接しない僅かに離間した状態で多数の凹み部が並んで形成されることになる。このような何れの場合、又はその中間の凹み部の配列具合等、様々な配列具合で凹み部が溝部の底部に形成されていても、本発明の作用を発揮することができる。

また、本発明の請求項７に係るコンロッドの製造方法によると、前記金属製部品がコンロッドからなり、破断開始部が形成されていないコンロッドを用意する第１のステップと、前記コンロッドの大端部の内周面の対向する位置に前記請求項１乃至請求項６の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法を適用して破断開始部を形成する第２のステップと、マンドレルを用いて前記コンロッドの大端部の破断開始部が形成された内周面を拡開することでコンロッドを破断する第３のステップとを有することを特徴としている。

係るコンロッドの製造方法によると、従来に比べて格段に小さい衝撃エネルギーで均一な破断面を有するコンロッドを製造することができ、省エネルギーの要請に答えつつ高品質のコンロッドを得ることができる。

本発明によると、破断後に安定した破断面を得ることのできる金属製部品の破断開始部を低コストで形成する方法を提供できる。

本発明に係る金属製部品の破断開始部形成方法を適用するコンロッドの大端部の斜視図である。 図１に示したコンロッドの破断開始部を部分的に拡大して示す斜視図である。 図１とは異なる方向から示すコンロッドの大端部の斜視図である。 図３に示したコンロッドの破断開始部を長手方向全体に亘って示す拡大斜視図である。 図１に示したコンロッドの破断開始部の第１変形例を部分的に示す斜示図である。 図１に示したコンロッドの破断開始部の第２変形例を部分的に示す斜示図である。 本発明の一実施形態に係る金属製部品の破断開始部形成方法を適用するコンロッド破断装置を示す側面図である。 本発明の第１の評価試験における比較例の破断面を撮影した顕微鏡写真の写しである。 本発明の第１の評価試験における本実施例の破断面を撮影した顕微鏡写真の写しである。 本発明の第２の評価試験における比較例及び本実施例Ａ〜Ｃのシャルピー試験機を用いた破断時の吸収エネルギを示す特性図である。 本発明の第３の評価試験結果を示す比較例の余肉率とシャルピー衝撃値との関係の特性図である。

以下、本発明の一実施形態に係る金属製部品の破断開始部形成方法について図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、鍛造材からなる自動車のコンロッドの大端部の内周面に厚さ方向互いに対向する位置に破断開始部を形成する方法である。

本実施形態に係る金属製部品の破断開始部形成方法は、金属製部品であるコンロッドの破断開始部に対応する部分に溝部を形成する第１のステップと、溝部の底の部分に複数の凹み部を互いに所定間隔隔てて形成する第２のステップと、を有する。

そして、第１のステップにおいて、ブローチ加工装置にブローチ刃をセットしてコンロッド大端部の内周面の互いに対向する位置に本実施形態ではＶ字溝をブローチ加工によって形成するようになっている。なお、ブローチ刃によって形成する溝部は、後述するようにＶ字溝の代わりにＵ字溝や半円状の溝であってもかまわない。

また、第２のステップにおいて、凹み部形成用の刃具を用意し、この刃具を用いてＶ字溝の底の部分に複数の凹み部を互いに所定間隔隔てて形成するようになっている。

以下、これらのステップの具体的内容について作用と共により詳細に説明する。図１は、本発明に係る金属製部品の破断開始部形成方法を適用するコンロッドの大端部の部分的斜視図である。また、図２は、図１に示したコンロッドの破断開始部を部分的に拡大して示す斜視図である。また、図３は、図１とは異なる方向から示すコンロッドの大端部の斜視図である。また、図４は、図３に示したコンロッドの破断開始部を溝部の長手方向全体に亘って示す拡大斜視図である。

第１のステップにおいては、コンロッド１の破断開始部である大端部１０の内周面１０ａにその厚さ（奥行き）方向に互いに対向するＶ字溝１１を形成する。この際、例えばコンロッド１の大端部１０の内径が５０ｍｍ、大端部内周壁の厚さ方向の長さが２０ｍｍとすると、このコンロッド大端部１０の内周面１０aの直径方向互いに対向する位置にコンロッド大端部１０の一端開口部から他端開口部に亘ってＶ字溝１１を形成する。ここで、Ｖ字溝１１の深さは、一例として１ｍｍ、開き角度は６０度とする。なお、このＶ字溝１１の形成にあたってブローチ盤のブローチ刃を用いる。

なお、Ｖ字溝１１の底部のＲは、ブローチ刃の使用度合いに応じて変わり、交換直後のブローチ刃の場合はＲ＝０．２ｍｍ、交換後かなり時間が経過してある程度摩耗したブローチ刃を用いてＶ字溝１１を形成した場合は、Ｒ＝０．４ｍｍ程度となる。

次いで、第２のステップにおいては、凹み部形成用の刃具を用意し、この刃具を用いてＶ字溝１１の底の部分に、開口部が菱形状をなしその長手方向がＶ字溝１１の延在方向と合致する複数の凹み部１２を所定間隔隔てて形成する（図２及び図４参照）。この場合の凹み部の寸法の一例として、開口部の大きさは、長手方向が０．３６ｍｍ、短手方向が０．２４ｍｍ、深さは０．２ｍｍ、凹み部間の間隔は０．４５ｍｍとなっている。

上述のようなコンロッド１の破断開始部を形成することで、従来のようにＹＡＧレーザー装置を用いて金属製部品の一つとしてのコンロッドの破断開始部を形成する場合の欠点、即ちレーザー励起用のフラッシュランプの定期交換による高価なランニングコストを招かなくて済む。また、ＹＡＧレーザー装置の故障時に保守点検員が対応できないことに起因する長期間に及ぶラインストップを招かないで済む。これによって、破断製品を予め決められた生産計画通りに生産することができる。

また、本実施形態に係る金属製部品の破断開始部形成方法によると、Ｖ字溝１１のみからなるコンロッドの破断開始部をブローチ加工によって形成する場合の課題を解決できる。具体的には、コンロッドが鍛造又は焼結の何れでできていても、摩耗したブローチ刃を用いてＶ字溝１１を形成した後に破断した際に、Ｖ字溝１１の底部に凹み部１２を所定間隔形成しているおかげで安定した破断面を得ることができる。これは、ブローチ刃を用いて溝部を形成すれば、ブローチ刃先端の摩耗度合いによらず均一の破断面を得ることができることを意味し、溝部がＶ字溝の代わりにＵ字溝や半円状の溝であっても同様の作用を本発明が発揮することが可能である。

ここで、上述した本発明に係る金属製部品の破断開始部形成方法において、凹み部のピッチをｐ、凹み部の開口部の長手方向の長さをｄｍ、余肉率をＲｔ＝（ｐ−ｄｍ）／ｐとすると、余肉率Ｒｔは、０より大きく、１未満となっている。余肉率Ｒｔが１に近いことで、凹み部は溝部両端部近傍にそれぞれ１つずつ形成され、余肉率Ｒｔが０に近いことで、凹み部はその開口部の長手方向端部が互いに接しない僅かに離間した状態で多数の凹み部が並んで形成されることになる。このような何れの場合、又はその中間の凹み部の配列具合等、様々な配列具合で凹み部がＶ字溝の底部に形成されていても、本発明の作用を発揮することができる。

なお、上述した実施形態においては余肉率Ｒｔが０に近い場合を示している。これによって、凹み部１２はその開口部の長手方向端部が互いに接しない僅かに離間した状態で並んで形成されるようになる。

また、上述の実施形態においては、Ｖ字溝の底部に形成される凹み部１３は開口部が菱形形状を有していたが、例えば図５に示すように開口部が楕円形状を有し、楕円の長軸方向がＶ字溝の延在方向と合致している複数の凹み部１３が所定距離隔ててＶ字溝１１の底部に形成されている実施態様であっても良く、図６に示すように、開口部が単なる円形の凹み部１４がＶ字溝の底部に所定間隔隔ててＶ字溝１１の底部に形成されていても良い。

なお、本発明者は、これらの凹み部について、凹み部が菱形、楕円形、円形の全ての場合を含めて、本発明にとって好ましい寸法関係について以下のように考察したので、これを記載する。

凹み部寸法の範囲としては、以下の寸法範囲が好ましい。まず、凹み開口部の長手方向の寸法範囲については、ｄｍ：凹み部の開口部の長手方向の長さ、Ｌ：溝の全長（Ｖ溝、Ｕ溝他全ての溝形態を含む）とすると、０＜ｄｍ＜Ｌ／２の寸法関係にあることが好ましい。次いで、凹み開口部の短手方向の寸法範囲については、ｄｓ：凹み部の開口部の短手方向の長さ、ｄｍ：凹み部の開口部の長手方向の長さとすると、０＜ｄｓ≦ｄｍの寸法関係にあることが好ましい。次いで、凹みの深さの範囲については、０＜（凹みの深さ）≦１ｍｍの寸法関係にあることが好ましい。

続いて、コンロッドの両端に引張り応力を作用させてコンロッド破断開始部から均一な破断面となるコンロッド破断面を得るためのコンロッド破断装置を図面に基づいて以下に説明する。

コンロッド破断装置２は、図７に示すように、コンロッド１を載置する基盤１００に互いに離反する方向に移動可能に配設され、コンロッド１の大端部１０及びロッド部を水平に支持する第１の支持部材１０１及び第２の支持部材１０２と、これらの支持部材１０１，１０２に垂設され、各外周面がそれぞれコンロッド大端部の開口部内面に当接して嵌合する２つのマンドレル半部１０３ａ，１０３ｂからなる半割型のマンドレル１０３を備えている。

そして、各マンドレル半部１０３ａ，１０３ｂの対向する端面と当接する面が夫々テーパ面をなし、各マンドレル半部１０３ａ，１０３ｂを均等に離反拡張させる楔１０５と、楔１０５に荷重を加えるアクチュエータ１０６と、アクチュエータ１０６に与圧荷重を加えて楔１０５を介してコンロッド開口部内面に各マンドレル半部１０３ａ，１０３ｂを当接させた後、破断荷重を加えて開口部を瞬時に破断する図示しない制御手段を備えている。

かかる構造を有するコンロッド破断装置２を用いたコンロッド破断方法は次のように行われる。まず、スプリングでマンドレル１０３を互いに向かい合う方向に付勢し、マンドレルを縮めてコンロッドの大端部の開口に進入させる。そして、楔先端のテーパ部がマンドレル１０３ａ，１０３ｂに当接するまで楔１０５を押し込んだ状態で一旦止め、上述した制御手段を介してアクチュエータ１０６が楔１０５に動加重を加え、これによってコンロッドの上述した破断開始部に拡張力を加えて瞬時に破断する。なお、上述のマンドレル１０３を互いに向かい合う方向に付勢してマンドレルを縮めるに際して、スプリングの代わりに油圧シリンダやエアシリンダ等のアクチュエーターを用いても構わない。

これによって、以下の評価試験結果から明らかなように、従来のコンロッド破断に必要な破断エネルギーよりもはるかに小さな破断エネルギーで均一な破断面を有するようにコンロッドを破断することができる。

以下に上述した実施形態に係る本発明の有用性を裏付ける評価試験を行ったので、その評価試験結果について説明する。なお、この評価試験においては、第１の評価試験乃至第３の評価試験の３種類の評価試験を行った。

最初に第１の評価試験乃至第３の評価試験において共通して使用した試験片について説明する。この第１の評価試験乃至第３の評価試験において用いた試験片は、ＪＩＳのスペックに基づくものを採用した。この際の規格番号は、「ＪＩＳ Ｚ ２２４２」であり、規格名称は、「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」である。なお、実施例で使用した試験片の大きさはＪＩＳ通りであるが、溝部の寸法はＪＩＳに規定されたものと異なっている。

最初に第１の評価試験について説明する。第１の評価試験においては、比較例として、ＹＡＧレーザー装置を用いた従来の破断開始部形成方法によって破断開始部を試験片に形成した。一方、第１の評価試験における本実施例としては、本発明による破断開始部形成方法に基づいて破断開始部を試験片に形成した。そして、これら比較例と本実施例の試験片を実際に破断してみて、その破断面を観察して評価した。

具体的には、比較例においては最大ピーク出力４．５ｋＷのＹＡＧレーザー装置を用いて、励起パルス２００Ｈｚのレーザー光を試験片に照射した。これによって、隣接する凹み部の中心間隔が０．１６ｍｍ、深さ０．６ｍｍの凹み部が連続して形成された試験片を形成した。

また、本実施例においては、上述の実施形態における底部がＲ＝０．２ｍｍ、Ｖ字溝の開き角度（Ｖ字溝の対向する斜面のなす角度）が６０度となるようなＶ字溝をブローチ加工（機械加工）して、試験片として製造すると共に、このコンロッドのＶ字溝の底部に凹み部形成用の刃具を用いて開口形状が楕円形であってその長手方向がＶ字溝の延在方向と合致する凹み部を所定間隔隔てた破断開始部を有する試験片を本実施例に関する試験片とした。なお、本実施例に関する試験片としては、凹み部の開口部の大きさは、長手方向が０．２７ｍｍ、短手方向が０．１９ｍｍ、深さが０．２ｍｍ、凹み部間の間隔は０．３４ｍｍとした。

ここで、図８は、第１の評価試験の比較例によって形成した破断開始部を有する試験片を、シャルピー衝撃試験機を用いて破断した際の破断面の組織を示した顕微鏡写真である。また、図９は、第１の評価試験の本実施例によって形成した破断開始部を有する試験片を、シャルピー衝撃試験機を用いて破断した際のの組織を示した顕微鏡写真である。これらの双方の破断面を示した組織図から明らかなように、本実施例によっても本比較例と同等に安定した破断面を得られることが分かった。

これに加えて、本発明による金属製部品の破断開始部形成方法によると、図９の破断面の組織から分かるように、鍛造材からなる金属製部品に単なるＶ字溝からなる金属製部品の破断開始部を形成した場合、即ち単なるＶ字溝のみからなる破断開始部が形成された鍛造でできた金属製部品を破断したときに生じるようなディンプルの発生を防止できることが分かった。これによって、本発明を適用した場合、破断後の金属製部品の破断面同士を再び合わせたときに、局部的に応力が高くなる領域が発生せず、安定した品質の最終製品を得ることが確認できた。

続いて、第２の評価試験について説明する。第２の評価試験においては、ブローチ加工によって単にＶ字溝のみを形成した試験片を第２の評価試験の比較例とした。ここで、第２の評価試験の本実施例は、本実施例Ａ、本実施例Ｂ、本実施例Ｃの３つの実施例から構成した。具体的には、鍛造でできた試験片にブローチ加工によってＶ字溝を形成すると共に、このＶ字溝の底部に凹み部形成刃具を用いて凹み部を所定間隔隔てて形成した試験片を第２の評価試験の３つの本実施例とした。

なお、これら第２の評価試験の比較例及び実施例に関するＶ字溝の寸法については、底部がＲ＝０．２ｍｍとＲ＝０．４ｍｍの２種類、Ｖ字溝の開き角度（Ｖ字溝の対向する斜面のなす角度）が６０度となるようにした。

また、本実施例における凹み部の寸法については、実施例Ａとして開口部が円形形状を有する凹み部を所定間隔隔てて形成した。なお、凹み部の開口部の大きさは、直径０．１９ｍｍ、深さが０．２ｍｍ、凹み部間の間隔は０．２４ｍｍとした。

また、実施例Ｂとしては、開口形状が楕円であってその長軸方向がＶ字溝の延在方向と合致する凹み部を所定間隔隔てて形成した。なお、凹み部の開口部の大きさは、長軸径が０．２１ｍｍ、短軸径が０．１９ｍｍ、深さが０．２ｍｍ、凹み部間の間隔は０．２６５ｍｍとした。

また、実施例Ｃとしては、開口形状が楕円であってその長軸方向がＶ字溝の延在方向と合致する凹み部を所定間隔隔てて形成した。なお、凹み部の開口部の大きさは、長軸径が０．２７ｍｍ、短軸径が０．１９ｍｍ、深さが０．２ｍｍ、凹み部間の間隔は０．３４ｍｍとした。

そして、この第２の評価試験の比較例及び実施例Ａ〜Ｃに係る試験片をシャルピー衝撃試験機を介して破断する際にＶ字溝の底部のＲの大きさに応じた吸収エネルギを測定してグラフ化した。なお、Ｖ字溝の底部をＲ＝０．２ｍｍの場合は、交換直後で摩耗していない状態のブローチ刃を用いたＶ字溝であり、Ｒ＝０．４ｍｍのＶ字溝はブローチ刃を交換した後、長時間使用して刃先が摩耗した状態のブローチ刃を用いてできたＶ字溝である。

図１０は、本発明の実施例における比較例及び本実施例のシャルピー試験機を用いた破断時の吸収エネルギを示す特性図である。図１０において、比較例では、ブローチ刃の摩耗度合いが小さいＶ字溝の底部の半径Ｒ＝０．２ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値は、１５６ｋＪ／ｍ^２であるのに対し、ブローチ刃の摩耗度合いが大きいＶ溝の底部の半径Ｒ＝０．４ｍｍの場合は、シャルピー衝撃値の平均値は２３５ｋＪ／ｍ^２となり、両者のシャルピー衝撃値がかなり大きく、かつ、Ｒ＝０．４ｍｍの場合とＲ＝０．２ｍｍの場合との差もかなり大きいことが分かった。

一方、本実施例Ａの場合、ブローチ刃の摩耗度合いが小さいＶ溝部底部の半径Ｒ＝０．２ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値が８９ｋＪ／ｍ^２で、ブローチ刃の摩耗度合いが大きいＶ字溝底部の半径Ｒ＝０．４ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値が１１５ｋＪ／ｍ^２となり、両者とも比較例に比べてシャルピー衝撃値が格段に小さく、かつ、ブローチ刃先端の摩耗前と摩耗後におけるシャルピー衝撃値の差も小さいことが分かった。

また、実施例Ｂの場合、ブローチ刃の摩耗度合いが小さいＶ溝部底部の半径Ｒ＝０．２ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値が８３ｋＪ／ｍ^２で、ブローチ刃の摩耗度合いが大きいＶ字溝底部の半径Ｒ＝０．４ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値が８９ｋＪ／ｍ^２となり、両者とも比較例に比べてシャルピー衝撃値が格段に小さく、かつ、ブローチ刃先端の摩耗前と摩耗後におけるシャルピー衝撃値の差も小さいことが分かった。

また、実施例Ｃの場合、ブローチ刃の摩耗度合いが小さいＶ溝部底部の半径Ｒ＝０．２ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値が７１ｋＪ／ｍ^２で、ブローチ刃の摩耗度合いが大きいＶ字溝底部の半径Ｒ＝０．４ｍｍの場合のシャルピー衝撃値の平均値が８０ｋＪ／ｍ^２となり、両者とも比較例に比べてシャルピー衝撃値が格段に小さく、かつ、ブローチ刃先端の摩耗前と摩耗後におけるシャルピー衝撃値の差も小さいことが分かった。

この第２の評価試験結果を示す図１０から明らかなように、第２の比較例については、ブローチ刃の先端が摩耗しない場合において形成された破断開始部を有する本実施例Ａ〜Ｃについては、シャルピー衝撃試験の結果にさほど大きなエネルギを破断時に吸収することなく破断したことが分かった。

一方、ブローチ刃の先端が摩耗した状態でブローチ加工してＶ字溝を形成した比較例については、シャルピー衝撃試験における破断時のエネルギがかなり大きくなることが分かった。

即ち、比較例においては、ブローチ加工におけるブローチ刃の先端の摩耗度合いに応じて、試験片破断時に吸収される衝撃エネルギが大きく、これに従って、破断された試験片の破断面が変形し歪みが残ることが分かった。一方、本実施例に関しては、図１０の評価試験結果から分かるように、ブローチ刃の先端が新品で摩耗していない場合だけではなく、長期間使用して摩耗した場合であっても、係るブローチ刃を用いて破断開始部となるＶ字溝及びその溝の底部に形成された複数の凹み部を有する破断開始部を有する試験片をシャルピー衝撃試験機を用いて破断した場合、双方ともほぼ同一のあまり大きくない衝撃エネルギで破断することが明らかになった。

即ち、本発明による金属製部品の破断開始部形成方法によると、Ｖ字溝のみからなる金属製部品の破断開始部をブローチ加工によって形成する場合の課題を解決できることが分かった。具体的には、金属製部品が鍛造又は焼結の何れでできていても、摩耗したブローチ刃を用いてＶ字溝を形成した後に破断した場合に、Ｖ字溝の底部に凹み部を所定間隔形成しているおかげで安定した破断面を得ることが分かった。

続いて、第３の評価試験について説明する。第３の評価試験においては、例えば特開２００８−３６７０６号公報に記載されたようなノコギリ刃（カッティングソー）を用いて２つの比較例（比較例Ｐ、比較例Ｑ）を作り、これら２つの比較例をシャルピー試験機で破断する際に要するエネルギを測定した。具体的には、比較例Ｐとして上述した試験片に、深さ０．２ｍｍ、開口部の直径０．１９ｍｍを有する円形の凹み部を、Ｖ字溝を形成することなく直接形成した。この際、凹み部間のピッチについては、異なる４つのピッチとしてそれぞれのピッチに相当する余肉率を求めて各シャルピー衝撃値を測定した。一方、比較例Ｑとしては、開口部が楕円形状を有する凹み部を異なる４つのピッチで所定間隔介したものを４種類形成した。この場合、凹み部の開口部の長軸径は０．２７ｍｍｍ、短軸径は０．１９ｍｍとした。そして、比較例Ｐと同様に凹み部間のピッチについては、異なる４つのピッチとしてそれぞれのピッチに相当する余肉率を求めて各シャルピー衝撃値を測定した。

図１１は、これら比較例及び本実施例の試験片をシャルピー試験機で破断したときに要した吸収エネルギを示している。この図から分かるように、第３の評価試験における試験片は、これを破断するのに必要なシャルピー衝撃値大きさがかなり大きく、第２の評価試験の本実施例におけるシャルピー衝撃値の約５倍に達していることが分かった。この評価試験の事実から、第３の評価試験の比較例の試験片において、第２の評価試験の本実施例と同様のシャルピー衝撃値をもって２つの破断面を得るためには、凹み部の深さを現状よりも５倍以上深くする必要があると考えられる。そして、実際にはノコギリ刃の刃は周方向に多数形成されているので、このような深い凹み部をノコギリ刃で形成すると、ノコギリ刃の少なくとも何れかの先端がすぐに折れてしまい、均一な深さの凹み部からなる金属製部品の破断開始部を形成することができず、その結果、これを破断した後も均一な破断面が得られないことが分かった。即ち、第３の評価試験における比較例のような金属製部品の破断開始部形成方法では、本発明と同様の均一な破断面を得ることが極めて困難であることが分かった。

なお、上述したＶ字溝の機械加工を行なうに際しては、ブローチ盤を用いたが、この代わりに放電加工で溝部を形成しても良い。

なお、上述の実施形態において、第１のステップにおいてＶ字状の溝部を形成した。また、コンロッド大端部の内周面に対向して形成する溝部は開き角度６０度のＶ字溝とした。しかしながら、これに限定されず開き角度が鈍角でなければ、材料力学上の観点から例えば９０度や４５度、又はその他の角度等、何れの開き角度を選択可能である。

また、溝部の形状は特に限定されず、Ｖ字状の溝部の代わりにＵ字状の溝部や半円状の溝部であっても良い。

なお、本発明は、自動車のコンロッドの破断開始部形成方法に関して説明したが、本発明の破断開始部形成方法は自動車のコンロッドに限定されず、一部に貫通孔を有し、引張り応力をかけて特定の破断部から２分割して半割り部をつくり、当該半割り部の破断面を再び当接させて使用するような、例えばベアリングや半割りスペーサのような部品にも広く適用可能である。

１ コンロッド
２ コンロッド破断装置
１０ 大端部
１０ａ 内周面
１１ Ｖ字溝
１２，１３，１４ 凹み部
１００ 基盤
１０１ 第１の支持部材
１０２ 第２の支持部材
１０３ マンドレル
１０３ａ，１０３ｂ マンドレル半部
１０５ 楔
１０６ アクチュエータ

Claims (7)

1. 金属製部品の破断開始部に対応する部分に溝部を機械加工によって形成する第１のステップと、
   前記溝部の底の部分に複数の凹み部を互いに所定間隔隔てて形成する第２のステップと、を有することを特徴とする金属製部品の破断開始部形成方法。
2. 前記第１のステップにおいて、前記溝部をブローチ加工によって形成することを特徴とする、請求項１に記載の金属製部品の破断開始部形成方法。
3. 前記第１のステップにおいて、前記溝部をノコギリ刃によって形成することを特徴とする、請求項１に記載の金属製部品の破断開始部形成方法。
4. 前記凹み部の開口部の形状が、円又は楕円の何れかであることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法。
5. 前記凹み部の開口部の形状が、２（ｎ＋１）角形（ｎは正の整数）であって、一方の対向する対の頂点の並び方向が前記溝部の延在方向と合致していることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法。
6. 前記凹み部のピッチをｐ、前記凹み部の開口部の長手方向の長さをｄｍ、余肉率をＲｔ＝（ｐ−ｄｍ）／ｐとすると、余肉率Ｒｔは、０より大きく、１未満であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法。
7. 前記金属製部品がコンロッドからなり、破断開始部が形成されていないコンロッドを用意する第１のステップと、前記コンロッドの大端部の内周面の対向する位置に前記請求項１乃至請求項６の何れかに記載の金属製部品の破断開始部形成方法を適用して破断開始部を形成する第２のステップと、マンドレルを用いて前記コンロッドの大端部の破断開始部が形成された内周面を拡開することでコンロッドを破断する第３のステップとを有することを特徴とするコンロッドの製造方法。
   
   

Images