JPH03500802A - 連接棒 - 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】 連　接　棒 本発明は連接棒、特に内燃機関等の機械のピストンとクランク軸を連結するため に使用される種類の連接棒に係る。

従来、連接棒は金属で形成されており、連接棒自身の駆動に動力を要するため、 使用中の機関で生み出される動力の相当の部分が浪費される結果となっている。

そのため、連接棒の重量、ひいては慣性を低減するべく多大な努力が成されてい る。最近になって、エポキシ、ポリエステルおよびビニルエステル等の樹脂、ポ リアミド、ポリイミド、ＰＥＥＫ　（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥ５（ ポリエーテルスルホン）、ポリエーテルイミドのようなプラスチックにガラス、 炭素、ホウ素の繊維を生め込んだ繊維強化プラスチック（Ｆ　ＲＰ）が開発され 、これを連接棒に使用することに大きな関心が持たれるようになった。ＦＲＰ材 料を使用すれば必要強度を有し、しかも重量を大幅に低減した連接棒が実現でき るはずであるが、ＦＲＰの使用による利点およびＦＲＰ製棒の開発のために費さ れた労力の割には、まだＦＲＰ製連接棒の実用化には至っていない。ＦＲＰ製連 接棒の構成の可否に関わる問題の１つさして連接棒をピストンおよびクランク軸 に取着する方法がある。ピストンに連結される方の連接棒端部が一般に小端部と して知られているのに対し、クランク軸に連結される方の端部は大端部として知 られている。問題が生じるのはほとんどの場合この大端部においてである。従来 の連接棒は大端部において、クランク軸を取囲むように形成された穴の、連接棒 の軸に対して直角を成す対角線を連結するのは、ボルトとナツトによるのが普通 である。しかしＦＲＰ製連接棒の場合、その中に存在する主な応力が特に圧縮時 には張力であるため、ＦＲＰ材料に含まれる繊維が連接棒の軸に対して実質的に 縦方向に配列されてるいのが普通である。

その結果ボルトを通すために連接棒の大端部に穿孔させる穴は隣接する繊維に対 して実質的に平行となる。ボルトとナツトを組合せる結果、剪断効果が生まれる が、ＦＲＰ材料は繊維の配列方向に対して平行に作用する剪断力に対して弱い。

この問題を解決するべく、いろいろな試みが成されて来た。例えば、ＦＲＰと金 属を併用して連接棒を製造する、大端部に金属製インサートを挿入する、大端部 の繊維を斜めに配列し、繊維を通るボルト穴が繊維の配列方向に対して直角にな るようにする（その結果、大端部の幅が太き（なり過ぎるのが普通である）、キ ャップの半径方向の深さを超えて伸びる脚部を有するフォーク形取付具を、ボル ト・ナツトが連接棒軸に直交し、かつ該脚部を通過した状態で使用するなどの方 法が試みられている。

本発明は新規の形式のＦＲＰ連接棒を提供するものである。

本発明による連接棒は、バックボーンが連続繊維による繊維強化プラスチックか ら形成され且つ少なくとも実質的割合の連続繊維がバックボーン長手方向に沿っ て一方向的に配列されており、大端部および小端部の少なくとも一方が短繊維に よる繊維強化プラスチックから形成され、短繊維が不規則的に配列されており、 該端部材料とバックボーン材料が接合されている。

一方の端部のみを短繊維ＦＲＰで形成する場合は、大端部になるのが普通である 。

バックボーンは曲げ、ねじりに対しである程度の剛性を持たせるように形成する のが普通である。好適実施態様としては、２つのチャネル部分を該チャネルの基 部に沿って接合してバックボーンを構成する。

端部材料とバックボーン材料の接合は射出成形によるのが望ましい。また、２つ のチャネルを接合してバックボーンを形成する作業と、バックボーンと端部との 接合を１回の工程で行なっても良い。

本発明の一実施態様を形成する方法として、連続繊維ＦＲＰシートで実質的割合 の繊維がチャネルの長手方向に沿うようにしたものを２枚の金属薄板の間にはさ んで積層体になし、該積層体を適当な温度に加熱すると共に第１金型に対して空 気圧で押圧することによって２つの同形チャネル部分を連続繊維ＦＲＰから形成 した後、チャネル部分の基部においてチャネルを接合してバックボーンを形成し 、該バックボーンを大端部の形状を与える第２金型に関して位置決めした後、短 繊維ＦＲＰ材料を該材料がバックボーン材料と接合するように注入する方法があ る。

連接棒の最終的形状を与える金型においてバックボーンを位置決めし、大端部と 小端部の両方に短繊維ＦＲＰを注入してバックボーンの両端部を同時に処理する こともできる。

好適なＦＲＰ材料は熱可塑性材料であり、例えばポリエーテルエーテルケトン（ ＰＥＥＫ）等である。特に、ＦｉｂｅｒｉｌｅＣｏｍｐｘＢ製造のＦｉｂｅｒｉ ｌｅ　（登録商標）ＡＰＣ２が好適であり、短繊維材料として好適なのがＩＣＩ ｐｌｃ製造のＶｉｃＩｒｔｘ　（登録商標）である。この材料は強化繊維の割合 および種類を変えて入手することができる。

次に、添付図面を参照しながら本発明の一実施態様およびその製造方法について 例示的な意味でのみ詳しく説明する。

第１図は、連接棒の立面図である。

第２図は第１図の■−■線に沿って取った連接棒の端面断面図である。

第３図は第１図の■−■線に沿って取った平面断面図である。

第４図は第１〜３図に示した連接棒のバックボーン部材を製造するための装置を 示す斜視図である。

第５図はバックボーン部材の平面図である。

第６図はバックボーン部材の端面図である。

第７図はピストン側端部部材とバックボーン部材を接合するための装置を示す斜 視図である。

連接棒（第１〜３図）　１０は、それぞれ連続繊維ＦＲＰ材料で形成される２つ のチャネル部材１２．１３から成るバックボーン１１を有し、チャネル部材の連 続繊維は連接棒の中心線１４と実質的に一方向的に配列されている。各チャネル 部材１２．１３　（第３図参照）が基部１５と側部１６とフランジ部１７を備え ており、フランジ部材１７は第１図の１８に示すようにバックボーンｌｌの第１ 端部の付近まで伸長されている。短繊維ＦＲＰから形成される大端部２０がバッ クボーン１１の端部１９に接合され、接合部はフランジ１７の伸長部１８を超え て延びている。半円形のチャネル２１がバックボーン１１の第１端部１９の中心 線１４に関して対称的に配置される。大端部２０は、半円形チャネル２１と補完 的な半円形チャネル２３を形成するキャップ部２２とは、大端部２０およびキャ ップ部２２に設けた穴（不図示）を通るボルト２４とナツト２５によって連結さ れる。

フランジ１７の伸長部３１を有するバックボーン１１の第２端部３０に、短繊維 ＦＲＰから成る小端部３２が接合される。

小端部３２とバックボーン１１を貫通する穴３３が、その中心線がバックボーン １１の軸と一致するように設けられている。

第１〜３図を参照して以上に説明して来た連接棒は、第４〜７図に示すように、 アルミニウム等の２枚の金属薄板４１の間に連続繊維ＦＲＰのシート４０をはさ んで積層体にし、空気圧（４２に示す）等によって該シートを金型４４の溝４３ の中に圧入する方法で製造することができる。シート４０内の繊維の配列は、形 成されるチャネル部材（第５．６図）の軸に沿って実質的に縦方向に並ぶように しなければならない。チャネル部材は基部１５と側部１６とフランジ１７を有す る。機械加工によって特大サイズのフランジを形成するか、あるいはシート４０ を成形してフランジ１７上に伸長部１１３１を形成する。このように形成した２ つの同形チャネル部材の基部１５と基部１５を接合することによってバックボー ン１１が形成される（第６図）。

端部部材２０または端部３２を適当な端部形状を与える金型を有する型箱５０（ 第７図）の内部に配置し、開口部５１から短繊維ＦＲＰを注入して端部部材２０ または３２を端部１９または３０に取着する。金型を適当な温度に保持すること によって、バックボーン１１の材料と端部部材の材料を接合することができる。

最終的な連接棒の形状を与える型の中にチャネル部材を配置し、チャネル部材の 基部１５を接合すると同時に型箱５０と同様の大端部２０用型箱と小端部３２用 型箱への短繊維ＦＲＰの注入を行なうことによって１回の作業で連接棒を形成す ることもできる。

本発明による連接棒を、バックボーンをＦｉｂｅｒｉｌｅ　（登録商標）ＡＰＣ ２から形成し、端部部材を強化用炭素繊維を３０％含むＶｉｃｌｏｒｅｘ　（登 録商標）から形成して作成した後試験を行なった。

被試験用端部部材はブロック端部部材から材料を機械加工して第５図および第６ 図に示すようなバックボーンのチャネルを充填して組付けた後、加熱加圧によっ て両者を接合した。この連接棒を機関に使用して最小負荷で１．５’ＯＯ〜３． 　［１１００ｒｐの回転速度で運転したところ、３Ｘ　１０６周期の運転に耐え 、組立品のボルト穴付近にもネック部領域にも疲労き裂の徴候は見られなかった 。

補正口の写しく翻訳文）提出口（特許法第１８４条の８）平成２年４月１８日 置 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示　ＰＣＴ／ＧＢ　８８１００８８１、発明の名称　連　接　 棒 ３、特許出願人 住　所　イギリス国、ロンドン・ニス・ダブリュ・　トエイチ・０　・イー・テ ィー、ビクトリア・ストリート・１０／１８名　称　イギリス国 ４、代　理　人　東京都新宿区新宿１丁目１番１４号　山田ビル５、補正口の提 出年月日　１９８９年１２月２９日６、添附書類の目録 （１）補正口の翻訳文　ｌＸ１１ １・１氏１ 端部材料とバックボーン材料の接合は射出成形によるのが望ましい。また、２つ のチャネルを接合してバックボーンを形成する作業と、バックボーンと端部との 接合を１回の工程で行なっても良い。

本発明の一実施態様を形成する方法として、連続繊維ＦＲＰシートで実質的割合 の繊維がチャネルの長手方向に沿うようにしたものを２枚の金属薄板の間にはさ んで積層体になし、該積層体を適当な温度に加熱すると共に第１金型に対して空 気圧で押圧することによって２つの同形チャネル部分を連続繊維ＦＲＰから形成 した後、チャネル部分の基部においてチャネルを接合してバックボーンを形成し 、該バックボーンを大端部の形状を与える第２金型に関して位置決めした後、短 繊維ＦＲＰ材料を該材料がバックボーン材料と接合するように注入する方法があ る。

補正口の写しく翻訳文）提出口（特許法第１８４条の８）平成２年４月１８日 劉 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示　ＰＣＴ／ＧＢ　８８１００８８１、発明の名称　連　接　 棒 ３、特許出願人 住　所　イギリス国、ロンドン・ニス・ダブリュ・　ｌ・エイチ・０・イー・テ ィー、ビクトリア・ストリート・１０／＋８名　称　イギリス国 ４、代　理　人　東京都新宿区新宿１丁目１番１４号　山田ビル５、補正口の提 出年月Ｆ３　１９９０年２月１２日６、添附書類の目録 （１）補正口の翻訳文　１通 １・１氏　１ 本発明による連接棒は、連続繊維による繊維強化プラスチックから形成され且つ 少なくとも実質的割合の連続繊維がバックボーンの長手方向に沿って配列されて いるバックボーンと、半円形チャネル及びボルトを通してキャップを該大端部に 固着できるように設けられた穴を有する大端部とを含む連接棒であって、該大端 部が前記穴を取囲む短繊維による繊維強化プラスチックから形成され、短繊維が 不規則的に配列されており、前記大端部の材料と前記バックボーンの材料が接合 されていることを特徴とする。

大端部に短繊維による繊維強化プラスチックを使用することは、日本国公開特許 出願抄録Ｖｏ１．７　ｋ１９３（Ｍ−２３８）　（１３３８）　ＩＰ−Ａ−５８ ９４６２０号に開示されている。これはブツシュを必要としない大端部を提供す ることを目的としたものであり、長繊維が大端部および小端部の穴の周辺および 連接棒の長手方向に沿って配列され、短繊維は耐摩耗性を向上する目的で穴の周 辺に不規則的に配列、積層される。大端部を構成する繊維強化プラスチックは長 繊維によるものであり、短繊維による強化プラスチックは大端部のキャップ取付 用ボルトの穴付近ではなく大端部の軸受穴付近に配置されているにすぎない。

バックボーンは曲げ、ねじりに対しである程度の剛性を持たせるように形成する のが普通である。好適実施態様としては、２つのチャネル部分を該チャネルの基 部に沿って接合してバックボーンを構成する。

％ｑ）にコ 請　求　の　範　囲 １、連続繊維による繊維強化プラスチックから形成され、少なくとも実質的割合 の連続繊維がバックボーン（１１）の長手方向に沿って一方向的に配列されてい るバッグボーン（１１）と、半円形チャネル（２１）及びボルト（２４）を通し てキャップ（２２）を該大端部に固着できるように設置すられた穴を存する大端 部（２０）とを含む連接棒であって、該大端部（２０）が前記穴を取囲む短繊維 による繊維強化プラスチックから形成され、短繊維が不規則的に配列されており 、前記大端部（２０）の材料と前記バックボーン（１１）の材料が接合されてい ることを特徴とする連接棒。

２、短繊維ＦＲＰから形成された小端部（３２）をも有することを特徴とする請 求項１に記載の連接棒。

３、バックボーン（１１）がチャネル基部に沿って接合された２つのチャネル部 材（１２，１３）から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の連接棒。

４、連接棒の形成方法であって、連続繊維ＦＲＰシート（４ｏ）で実質的割合の 繊維がチャネルの長手方向に沿うようにしたものを２枚の金属薄板（４１）の間 にはさんで積層体になし、該積層体を適当な温度に加熱した後ダイ（４４）に対 して押圧することによって２つの同形チャネル部材（１２，１３）を連続繊維Ｆ ＲＰから形成した後、該チャネル部材をチャネル部分の基部（１５）において接 合してバックボーン（１１）を形成し、得られたバックボーン（１１）を大端部 の形状を与える第１型箱（５０）に関して位置決めした後、短繊維ＦＲＰ材料を 該材料がバックボーン（１１）の材料と接合するように注入することを特徴とす る連接棒形成方法。

５、小端部（３２）の形状を与える第２型箱（５０）に関してもバックボーン（ １１）を位置決めし、該第２型箱の中に短繊維ＦＲＰを注入することを特徴とす る請求項４に記載の連接棒形成方法。

６、連接棒の形成方法であって、２枚の金属薄板（４１）をも用いて２つの同形 チャネル部材（１２，１３）を連続繊維ＦＲＰから形成することを特徴とする連 接棒形成方法。

国際調査報告 国際調査報告 ＧＢ　８８００８８１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続繊維による繊維強化プラスチックから形成され、少なくとも実質的割合 の連続繊維がバックボーン（１１）の長手方向に沿って一方向的に配列されてい るバックボーン（１１）を含む連接棒であって、大端部（２０）と小端部（３２ ）の少なくとも一方が短繊維による繊維強化プラスチックから形成され、短繊維 が不規則的に配列されており、端部（２０，３２）の材料とバックボーン（１１ ）の材料が接合されていることを特徴とする連接棒。 ２．大端部（２０）のみが短繊維ＦＲＰから形成されていることを特徴とする請 求項１に記載の連接棒。 ３．大端部（２０）と小端部（３２）の両方が短繊維ＦＲＰから形成されている ことを特徴とする請求項１に記載の連接棒。 ４．バックボーン（１１）がチャネル基部に沿って接合された２つのチャネル部 材（１２，１３）から成ることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載 の連接棒。 ５．連接棒の形成方法であって、連続繊維ＦＲＰシート（４０）で実質的割合の 繊維がチャネルの長手方向に沿うようにしたものを２枚の金属薄板（４１）の間 にはさんで積層体になし、該積層体を適当な温度に加熱した後ダイ（４４）に対 して押圧することによって２つの同形チャネル部材（１２，１３）を連続繊維Ｆ ＲＰから形成した後、該チャネル部材をチャネル部分の基部（１５）において接 合してバックボーン（１１）を形成し、得られたバックボーン（１１）を大端部 （２０）の形状を与える第１型箱（５０）に関して位置決めした後、短繊維ＦＲ Ｐ材料を該材料がバックボーン（１１）の材料と接合するように注入することを 特徴とする連接棒形成方法。 ６．小端部（３２）の形状を与える第２型箱（５０）に関してもバックボーン（ １１）を位置決めし、該第２型箱の中に短繊維ＦＲＰ材料を注入することを特徴 とする請求項５に記載の連接棒形成方法。 ７．連接棒の形成方法であって、連続繊維ＦＲＰシート（４０）で、実質的割合 の繊維がチャネル（１２，１３）の長手方向に沿うようにしたものを２枚の金属 薄板（４１）の間にはさんで積層体になし、該積層体を適当な温度に加熱した後 ダイ（４４）に対して押圧することによって２つの同形チャネル部材（１２，１ ３）を連続繊維ＦＲＰからを形成し、これらのチャネル部材（１２，１３）を連 接棒の形状を与える型箱（５０）に配置し、且つそのチャネル基部において接合 すると同時に型端部から短繊維ＦＲＰを注入して大端部（２０）と小端部（３２ ）を形成することを特徴とする連接棒形成方法。 ８．前記積層体を空気圧によってダイ（４４）に対して押圧することを特徴とす る請求項５から７の何れか一項に記載の連接棒形成方法。 ９．請求項１から４の何れか一項に記載の連接棒を含む装置。