JPH02133168A - クランクシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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クランクシャ
フトの製造方法、特に軸受メタルを一体に有するクラン
クシャフトの製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に、レシプロエンジンのクランクシャフトは、中炭
素鋼を用いて鍛造や鋳造により製造され、第６図に符号
ｌで示すように、シリンダブロックのハウジング部（図
示略）に支承されて回転中心となるジャーナル部２と後
述するコネクティングロッドを取付けるためのピン部３
と、両部２，３を連結するアーム部４とを有する形状と
されている。

か＼るクランクシャフトにおいて、前記ジャーナル部２
やピン部３の焼付き、あるいは摩耗損失を防止するため
１通常、クランクシャフトと前記ハウジングあるいはコ
ネクティングロッドとの結合部には軸受メタルが介装さ
れる。これを、コネクティングロッド側を例にとって説
明すると、第７図に示すように、コネクティングロッド
５の大端部６は大端部本体７とキャップ体８とに二分割
されており、前記ピン部３に対する組付けに際して、半
割りの軸受部材９がこれら大端部本体Ｂとキャップ体７
との内周面に当てられ、ボルト１０による一体化と′同
時に軸受部材９も一体化するようにしていた。なお、コ
ネクティングロッド５の小端部１１はブツシュ１２を介
してピストンピン！３に組付けされる。

ところで、上記軸受部材９は、裏金（バックメタルと称
する）としての鋼板の上に耐焼付性に優れた軸受メタル
用金属粉を積層し、これを焼結させた後に全体を圧延し
、さらにこの圧延材を所定形状に曲げ成形して製作され
ており、その厚みのほとんどが前記裏金（軸受メタルの
厚さ　０．２層ｌに対して裏金の厚さ　１．５〜２．０
ｍｍ　）で占められている。一方コネクティングンロッ
ド５は、エンジンの振動、騒音を低減する観点から、可
及的に軽量であることが望まれている。しかしながら、
前記軸受部材３を形成する裏金の厚さが大きいため、相
対的に前記大端部６の内径が拡大し、強度保証の観点か
ら、コネクティングロッド５の大端部６の外形を大径化
せざるを得ないようになり、結果として該コネクティン
グロッド５の重量増加を招き、さらにはシリンダブロッ
クのハウジングの大型化を招くこととなっていた。

そこで最近、上記クランクシャフトｌのピン部３とコネ
クティングロッド５の大端部６との少なくとも一方に軸
受メタルを一体成形する試みがなされ、既に実開昭６２
−５５７２１号公報（先行技術Ａ）に開示されている。

この方法によれば、上記したバックメタルを省略するこ
とができ、コネクティングロッドおよびシリンダブロッ
クのハウジングの小型化を達成できるようになる。

なお、本発明とは目的が異るが、ピン部およびジャーナ
ル部表面に円筒の被せ金を拡散接合するようにしたクラ
ンクシャフトが、実開昭６１９７６１７号公報（先行技
術Ｂ）に示されており、前記被せ金として軸受材を用い
ることにより、上記軸受メタル一体型のクランクシャフ
トを製造することが可能になる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記先行技術Ａによれば、軸受メタルを
一体化する方法として、焼結溶融固着する方法を採用し
ているため、所望の接合強度を得るのが困難で、クラン
クシャフトの強度を保証するのが難かしくなり、一方先
行技術Ｂを利用した場合には、拡散接合に長時間を要し
て生産性の低下を招くようになり、何れも根本的な対策
にならないという問題があった。

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、ピン部ま
たはジャーナル部に軸受メタルを安定かつ高能率に一体
形成することができるクランクシャフトの製造方法を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するため、クランクシャフト
のピン部の外周面にろう材を積層すると共に、このろう
材の上に軸受材を被せ、しかる後にこの軸受材を型押し
しつ一高周波誘導加熱し該軸受材を前記ピン部に一体化
するように構成したことを要旨とする。

本発明において、上記ろう材の種類は特定するもノテな
く、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ等の１
種または数種から成る合金を選択することができる。ま
たこれらろうう材をピン部またはジャーナル部の外周面
に積層する方法も任意であり、例えば粉末のろう材をフ
ラックスとともに対象箇所に塗布し、あるいはろう材を
溶かした溶融金属浴の中に対象部分をデイ−２ピングし
て溶融メツキするようにしても良い。

また本発明において、上記軸受材の種類も特定するもの
でなく、摺動特性に優れたＡｎ　−Ｐｂ−Ｓｎ系合金、
Ｃｕ−Ｐｂ−５ｎ系合金等を用いることができる。これ
ら軸受材は、予め薄板（０，５〜１．０ｍ腸）を半円形
に曲げ成形したものを用意し、これをろう材の上に被せ
るようにしても、あるいは粉末の軸受材にバインダーを
混合したスラリーを用意し、これを上記ろう材の上に塗
布するようにしても良い。

本発明において、高周波誘導加熱する際、型を用いて外
部から押圧するが、この型としては、耐熱性に優れたセ
ラミックスを用いるのが望ましい、なお、軸受材として
粉末を用いた場合は、高周波誘導加熱によりろう付と焼
結とを同時に行うようにするが、この加熱処理絆了後に
、さらにバーニッシュ加工を施して焼結層を圧延し、焼
結組織の稠密化を図るようにするのが望ましい。

さらに本発明において、軸受材を一体化する部分として
クランクシャフトのピン部を選択したが、該ピン部に対
すると同様にクランクシャフトのジャーナル部にも軸受
材を一体化しても良い。

（作用） 上記構成のクランクシャフトの製造方法において、ろう
付によりピン部に軸受材を安定して保持させることがで
き、しかも高周波誘導加熱を利用することにより短時間
で軸受材を接合することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面も参照して説明する。

なお、こ−では前出第６図に示したクランクシャフトも
参照し、同一符号をそのま覧用いることとする。

実施例！ ＪＩＳ　５５０Ｇを素材として鍛造により、ジャーナル
部２の直径５８■、ピン部３の直径４２ｍｍの大きさを
有するクランクシャフト１　（第６図）を製造し、その
ジャーナル部２およびピン部３の外周面に、重量比テ４
ＩＣｕ−４，５Ｘ　Ａｎ　−０，２ＸＭｎ−０゜ｌＸＭ
ｇ−残部Ｚｎから成る合金粉ろう材をフラックスととも
にポリビニールアルコールで混合したものを０．２鵬脂
厚さに塗布し乾燥させた。一方、別途１４＄５ｎ−３，
５＄Ｐｂ−１駕Ｃｕ−３ＸＳｉ−残部Ａ！ｌから成るＡ
ｎベース合金を溶製し、０．５層重の厚さに圧延後、所
定長さに切断し、さらに半円形に曲げ成形して軸受材を
得、これを前記ろう材の上に被せて、後述する加熱処理
を施した。

第１図〜第３図は、クランクシャフトｌのピン部を対象
に実施した加熱処理の態様を示したものである。これら
の図において、１は上記のようにして得たクランクシャ
フト、２１はこのクランクシャフト１のピン部３に塗布
されたろう材、２２は上記のようにして得た軸受材、２
３は加圧型、２４は高周波加熱コイルである。加圧型２
３は上下一対に用意され、それぞれはアクチュエータ（
図示略）に結ぶ一対のホルダー２５　、２５に保持され
ている。各加圧型２３はセラミックス（−例として、窒
化ケイ素）から半円形に形成され、それぞれの内周面に
前記軸受材２２を嵌合保持できるようになっている。−
丈高周波加熱コイル２４は、前記加圧型２３の背面に当
接する状態で前記ホルダー２５．２５に内装されている
。モして該高周波加熱コイル２４は、加圧型２３と一体
に移動して、該加圧型２３の型閉じ状態（第２図）にお
いて一対の摺動部２４ａを当接させて導通状態となり、
高周波電源２８との間に閉回路を形成するようになって
いる。

上記態様において、先ず第１図に示す型開き状態におい
て、予めろう材２１を塗布したクランクシャツ）１のピ
ン部３を加圧型２３　、２３の中央に位置決めするとと
もに、各加圧型２３．２３の内周面に軸受材２を保持さ
せる０次にアクチュエータ（図示略）の作動により各ホ
ルダー２５．２５を相対前進させる。このホルダー２５
．２５の前進により高周波加熱コイル２４の摺動部２４
ａが当接し、この段階から高周波電源２Ｂから高周波加
熱コイル２４に周波数２０ＫＨｚ　、出力３０ｋｗで通
電を開始し、さらに加圧型２３．２３が第２図に示すよ
うに完全に型閉じ状態となるまで６秒間通電を継続した
。この通電によりピン部３の外周面は４６０℃まで加熱
され、その熱を受けてろう材２１が半溶融状態となって
、軸受材２２はピン部３の外周面にろう付された。その
後、ピン部３の外周面の温度が約３５０℃になるまで自
然冷却し。

さらに約１００℃までエアにより強制冷却してろう付を
完了させた。しかして、加圧型２３．２３にて外部から
押圧しつ覧ろう付を行ったことにより、軸受材２２はピ
ン部３の全周にわたって均一な厚さとなった。

なお、ジャーナル部２についても、上記と同様の手順に
より高周波ろう付を施した。ただし、この場合の高周波
加熱条件は、周波数２０ＫＨ２，出力４０ｋｗ、加熱時
間６秒とした。

実施例２ 実施例１と同様に製造したクランクシャフト１のジャー
ナル部２およびピン部３の外周面に、　　ＪＩＳ　ＢＡ
ｇ−４から成る銀ろう粉末をフラックスとともに０．０
５１腸の厚さに塗布し乾燥させ、さらにコノ上に、　２
８駕Ｐｂ−４５ＸＳｎ−２，５＄Ｚｎ−残部Ｃｕから成
る合金粉末をポリビニールアルコールと混合して得たス
ラリーを０．６■■の厚さに塗布し、前記実施例１と同
様に加熱処理を施した。

この時の加熱温度は８３０℃として、この温度でろう付
と軸受材の焼結とを終了させ、その後、３００℃まで冷
却した時点で、後述するローラバニッシュ加工を施した
。

ローラバニッシュ加工は、第４図に示すように、２個の
ローラ３１，３１を配した■ブロック状の固定ホルダー
３２と１（［１のローラ３１を配した可動ホルダー３３
との間に、予め上記のように焼結層（軸受材）３０を設
けて成るクランクシャフト１のピン部ｌ　（ジャーナル
部２側は省略）を位置決めし、可動ホルダー３３を移動
させて３個のローラ３１で該ピン部３を押圧しつ一、ク
ランクシャフト１を回転させる方法により行ない、焼結
層３０の厚さを０．４ｍｍまで圧延した。

以下、上記実施例１および実施例２で得たクランクシャ
フトの評価試験結果について説明する。

評価試験例１ 先ず、上記のようにして得た軸受メタル一体型のクラン
クシャフトのジャーナル部２およびピン部３に袖穴加工
を施し、続いてジャーナル部２およびピン部３を機械加
工により、各軸受材２２．３０の厚さが０．１８腸票に
なるように仕上げてクランクシャフトを完成させた。そ
して、各実施例のクランクシャフトを直列４気筒４サイ
クルエンジン（ボア径８１　Ｗ寵、ストローク７７＋ｓ
■。

排気量１５８７０Ｃ）に組付け、全負荷３００時間のベ
ンチ試験に供し、各軸受メタル（軸受材）の摩耗、剥離
状態を観察した。この結果、前出第７図に示した一般の
軸受メタル組付型のクランクシャフトに比して全く損色
がないことが確認できた。

評価試験例２ 本発明の方法によれば、クランクシャフトに軸受メタル
を一体とした分、これに取付くコネクティングロッド５
の大端部８　（第７図）の内径を相対的に小さくできる
ので、逆に同一の強度を確保する上では、該大端部８の
外形を小径にし得るようになる。そこで、従来のＪＩＳ
　５５５Ｃ製コネクテイングロツド（従来品）の重量８
４０ｇに対して重量を５５０ｇに減少させたコネクティ
ングロッド（軽量化品）を製造し、これを疲労試験に供
した。疲労試験は、コネクティングロッドの小端部と大
端部の孔に鋼製の軸を挿入し、油圧サーボ試験機を用い
て両輪間に交番荷重を加える方法によった。なお、比較
のため、従来品（重量８４０　ｇ　）も同様の疲労試験
に供した。この結果、第５図に示すように、軽量化品は
従来品と同等の耐疲労性を有することが明らかになった
。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように１本発明にか＼るコネクテ
ィングロッドの製造方法によれば、ろう付によりピン部
に軸受材を安定して保持させることができるので、クラ
ンクシャフトの耐久、信頼性が著しく向上する効果が得
られた。

また高周波誘導加熱を利用することにより短時間で軸受
材を接合することができ、生産性の向上に大きく寄与す
る効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明で用いた加熱装置の構造および
その使用態様を示したもので、第１図と第２図は正面図
、第３図は側面図であり、第４図は本発明で実施したロ
ーラバーニッシュ加工の態様を示す模式図、第５図は本
発明で得たクランクシャフトに取付くコネクティングロ
ッドの疲労試験結果を従来品と対比して示すグラフ、第
６図はクランクシャフトの一般形状を示す正面図、第７
図は従来一般のコネクティングロッドの取付態様を示す
断面図である。 ２　・・・　ジャーナル部 ビン部 ろう材 軸受材 加圧型 高周波加熱コイル 第１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）クランクシャフトのピン部の外周面にろう材を積
   層すると共に、このろう材の上に軸受材を被せ、しかる
   後にこの軸受材を型押ししつゝ高周波誘導加熱し該軸受
   材を前記ピン部に一体化することを特徴とするクランク
   シャフトの製造方法。