JPH07100712A - アルミ合金系コンロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】クラッキング法により分離したコンロッド本体
２とキャップ３とを改めて組付ける際に、合わせ面を一
致させるのに有利であり、コンロッド本体２とキャップ
３との密着度を高くするのに有利なアルミ合金系コンロ
ッドの製造方法を提供する。 【構成】コンロッド本体２とキャップ３とを一体的に形
成した急冷凝固アルミ高合金粉末を焼結したコンロッド
素材を用いる。コンロッド素材の連結孔５に、鉄系焼結
体からなるブッシュ６を嵌入する。そしてコンロッド素
材をブッシュ６と共に破断し、コンロッド本体２とキャ
ップ３とに分離する。ブッシュ６の破断面６５ｈ、６６
ｈに基づき、コンロッド本体２とキャップ３とを接合す
ると共に、ブッシュ６のボルト挿通孔６０に挿通したボ
ルト７の雄螺子部７１をブッシュ６の雌螺子部６９に螺
着し、コンロッド８を得る。ブッシュ６の軸端面６ｘに
ボルト７の頭部７２は着座している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンロッド素材を破断す
るクラッキング法を採用したアルミ合金系のコンロッド
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において、ピストンとクランク
シャフトとを連結するためにコネクチングロッドとも呼
ばれるコンロッドが使用されている。このコンロッド
は、一般的に、図６に示す様に、ピストンピンが装備さ
れる側の小端部１０１を備えたコンロッド本体１００
と、コンロッド本体１００と別体のキャップ２００とを
有し、そして、キャップ２００の挿通孔２０１に通した
ボルト３００を、コンロッド本体１００の孔１００ｂの
雌螺子部１００ｃに螺着して、コンロッド本体１００と
キャップ２００とを連結している。

【０００３】ところで近年、コンロッドの製造方法とし
てクラッキング法を採用したものが知られている。即
ち、特開平１−２７２７０５号公報に開示されている様
に、コンロッド本体とキャップとを一体的に連設すると
ともに両者の境界域に溝を有するコンロッド素材を形成
する工程と、プレスにより溝を介してコンロッド素材を
破断し、コンロッド本体とキャップとに分離する工程
と、分離したコンロッド本体とキャップとをボルトで螺
着して組付ける工程とを実施する方法である。ここで、
コンロッド本体及びキャップの破断面には凹凸が形成さ
れるため、分離したコンロッド本体とキャップとを改め
て組付ける際に、合わせ面が正確に一致し、組付けが容
易である。

【０００４】さらに近年、軽量化等の観点から、鉄系コ
ンロッドに代えてアルミ合金系コンロッドの開発が進め
られている。このアルミ合金系コンロッドに上記したク
ラッキング法を適用しようとしても、コンロッド本体と
キャップとの境界域の破断面が直線的に進行するため、
コンロッド本体及びキャップの破断面が滑らかな平滑面
となり、鉄系コンロッドの破断面の様な凹凸は得られな
い。コンロッドを構成するアルミ合金系は合金元素が多
く含有される関係上高強度であるものの低延性となり、
伸び値が低いためと考えられる。そのため、分離したコ
ンロッド本体とキャップとを改めて組付ける際に、合わ
せ面が正確に一致しにくく、充分な密着度が得られない
おそれがある。

【０００５】また上記したアルミ合金系コンロッドで
は、コンロッド本体とキャップとをボルトで連結したと
しても、使用に伴いボルトの軸力が低下し、コンロッド
本体とキャップとの合わせ面の口開き量が大きくなるこ
とがある。これは好ましくない。コンロッド本体の雌螺
子部を構成するアルミ合金系は高温強度が必ずしも充分
ではなく、内燃機関のコンロッドが到達する高温域にお
いてクリープ変形し易いからである。かかる問題を改善
するために、雌螺子部を備えた鉄系ブッシュをコンロッ
ド本体に装備し、ボルトを鉄系ブッシュの雌螺子部に螺
着するものも知られている（実開昭５９−１４７９１６
号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した実情
に鑑みなされたものであり、請求項１は、コンロッドが
アルミ合金系からなる場合であっても、クラッキング法
により分離したコンロッド本体とキャップとを改めて組
付ける際に、合わせ面を一致させるのに有利であり、コ
ンロッド本体とキャップとの密着度を高くするのに有利
なアルミ合金系コンロッドの製造方法を提供することに
ある。

【０００７】また請求項２は、コンロッドがアルミ合金
系からなる場合であっても、ボルトの軸力の低下を防止
するのに有利なアルミ合金系コンロッドの製造方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るコンロッ
ドの製造方法は、ピストンピンが装備される側の小端部
を備えたコンロッド本体とコンロッド本体に一体的に連
設されたキャップとを有すると共に、コンロッド本体と
キャップとを連通する連結孔を有するアルミ合金系のコ
ンロッド素材と、ボルト挿通孔を有すると共にコンロッ
ド素材の連結孔に嵌合される鉄系ブッシュとを用い、コ
ンロッド素材の連結孔に鉄系ブッシュを嵌入する嵌入工
程と、鉄系ブッシュを嵌入した状態のコンロッド素材の
うちコンロッド本体とキャップとの境界域を鉄系ブッシ
ュと共に破断し、コンロッド素材をコンロッド本体とキ
ャップとに分離する分離工程と、鉄系ブッシュの破断面
に基づき、コンロッド本体の破断面とキャップの破断面
とを接合すると共に、ボルト挿通孔に挿通したボルトに
より、コンロッド本体とキャップとを連結し、コンロッ
ドを得る連結工程とを順に実施することを特徴とするも
のである。

【０００９】請求項２では、連結孔は、コンロッド本体
側に座面を備えた座ぐり部を有し、鉄系ブッシュは、座
ぐり部に嵌合すると共に座ぐり部の座面に着座する段部
を備えた大径部を有し、鉄系ブッシュの軸長方向の一方
の軸端面はキャップに表出しており、軸端面にボルトの
頭部が着座していることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】分離工程では、コンロッド素材を破断してコン
ロッド本体とキャップとに分離するが、この際に鉄系ブ
ッシュも破断して分離される。ここで、アルミ合金系の
コンロッド本体及びキャップの破断面には凹凸が形成さ
れず平滑となる。しかし鉄系ブッシュの破断面には、ア
ルミ合金系のコンロッド本体やキャップの破断面とは異
なり凹凸が生じる。

【００１１】連結工程では、鉄系ブッシュの破断面を利
用して、コンロッド本体の破断面とキャップの破断面と
を接合するので接合度が確保され、コンロッド本体とキ
ャップとの密着度が良好となる。請求項２ではボルト頭
部が着座している軸端面をもつブッシュは鉄系のため、
その軸端面の陥没は軽減または回避され、更に連結孔は
段付きのためボルトの締結力も確保される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明方法の実施例を説明する。本方
法では図１に示すアルミ合金系のコンロッド素材１を用
いる。コンロッド素材１は次の様に製造されている。即
ち、急冷凝固アルミ合金系粉末を５００°Ｃ程度で連続
的に押し出し成形した連続押出品を所要の厚みにスライ
スして成形体を得る。そしてその成形体を約４５０°Ｃ
に加熱した状態で、鍛造型を用いて密閉鍛造する等して
コンロッド素材１は形成されている。なお急冷凝固アル
ミ合金系粉末の組成は、合金元素を過飽和に固溶してお
り、基本的には重量％で、Ａｌ−１７％Ｓｉ−５％Ｆｅ
−５％Ｃｕである。

【００１３】図１から理解できる様に、上記したコンロ
ッド素材１はコンロッド本体２とキャップ３とが一体的
に連設状態に成形されたものであり、クランクシャフト
が挿入される大端孔１０を備え、且つピストンピンが装
備される側の小端部１１を備えている。本方法では鍛造
の際に、コンロッド本体２とキャップ３との境界に溝１
ｆを同時に形成しておく。なお図１では大端孔１０の図
示左方の溝１ｆのみ図示され、右方の溝は省略されてい
る。

【００１４】次に上記した常温域のコンロッド素材１を
加熱して熱処理（Ｔ６処理）し、組織において微細な金
属間化合物を時効析出させる。その後、コンロッド素材
１の両脇域に連結孔５を加工する。図１に示す様に、連
結孔５は、コンロッド本体２側に座面５０を備えた座ぐ
り部５２を有する。図３から理解できる様に、連結孔５
の内面５ｃの横断面形状は長円形状をなしている。

【００１５】本方法ではボルト挿通孔６０を備えた鉄系
ブッシュ６を用いる。鉄系ブッシュ６は大径部６２を備
えている。大径部６２は、座ぐり部５２に嵌合すると共
に、座面５０に着座する段部６２ｅを有する。更に、鉄
系ブッシュ６のボルト挿通孔６０のうち、大径部６２側
には雌螺子部６９が形成されている。鉄系ブッシュ６の
横断面形状を図３に示す。図３に示す様に、鉄系ブッシ
ュ６の外面６ｉは横断面長円形状をなしている。鉄系ブ
ッシュ６は基本組成が重量％でＦｅ−０．５８％Ｃ−２
％Ｃｕの粉末（平均粒径Ｄ₅₀＝７８μｍ程度）を圧縮し
た圧粉体を焼結した鉄系焼結体からなるものである。次
に嵌入工程を行う。即ち、コンロッド素材１の連結孔５
に鉄系ブッシュ６を嵌入する。この状態では、図２から
理解できる様に、鉄系ブッシュ６の大径部６２は座ぐり
部５２に嵌合しており、かつ、大径部６２の段部６２ｅ
は、座ぐり部５２の座面５０に着座しており、更に、鉄
系ブッシュ６の軸長方向の一方の軸端面６ｘはキャップ
３の座面３ｘ側に表出している。ここで、鉄系ブッシュ
６の段部６２ｅが座ぐり部５２の座面５０に着座するの
で、鉄系ブッシュ６はその軸長方向において位置決めさ
れる。また横断面長円形状の連結孔５の内面５ｃに鉄系
ブッシュ６の横断面長円形状の外面６ｉが嵌合するの
で、鉄系ブッシュ６はその周方向において位置決めされ
る。

【００１６】次に分離工程を行う。即ち、鉄系ブッシュ
６を嵌入した状態のコンロッド素材１をプレスして、溝
１ｆを介して、コンロッド本体２とキャップ３との境界
域を鉄系ブッシュ６と共に破断する。これにより、コン
ロッド素材１をコンロッド本体２とキャップ３とに分離
する。この際、鉄系ブッシュ６もコンロッド本体２側の
第１部分６５と、キャップ３側の第２部分６６とに分離
される。コンロッド本体２の破断面２ｈ及びキャップ３
の破断面３ｈは、凹凸が形成されず実質的に平滑面とな
る。しかし鉄系ブッシュ６の第１部分６５の破断面６５
ｈ及び第２部分６６の破断面６６ｈには微細な凹凸が生
じる。

【００１７】次に連結工程を行う。即ち、鉄系ブッシュ
６を構成する第１部分６５の破断面６５ｈ及び第２部分
６６の破断面６６ｈの凹凸を利用して、コンロッド本体
２の破断面２ｈとキャップ３の破断面３ｈとを対面さ
せ、コンロッド本体２の破断面２ｈとキャップ３の破断
面３ｈとを接合する。この場合、鉄系ブッシュ６の大径
部６２の段部６２ｅが座ぐり部５２の座面５０に着座す
るので、鉄系ブッシュ６はその軸長方向に確実に位置決
めされる。また横断面長円形状の連結孔５の内面５ｃ
に、鉄系ブッシュ６の横断面長円形状の外面６ｉが嵌合
しているので、鉄系ブッシュ６はその周方向においても
確実に位置決めされ、従って鉄系ブッシュ６は位置決め
基準手段となり得る。

【００１８】更に本方法ではボルト７を用いる。ボルト
７は、外周部に雄螺子部７１を備えた長い軸部７０と、
軸部７０の基端部に連設された頭部７２とで構成されて
いる。そしてボルト７を鉄系ブッシュ６のボルト挿通孔
６０に挿通し、その雄螺子部７１を鉄系ブッシュ６の雌
螺子部６９に螺着することにより、コンロッド本体２と
キャップ３とを連結し、これにより完成品としてのコン
ロッド８を得る。この場合、コンロッド本体２とキャッ
プ３との境界における口開きを阻止すべく、ボルト７の
軸力を高めた状態で行う。

【００１９】この状態では、図２から理解できる様に、
鉄系ブッシュ６の軸長方向の一方の軸端面６ｘはキャッ
プ３の座面３ｘに表出しており、ボルト７の頭部７２は
鉄系ブッシュ６の軸端面６ｘに着座している。この軸端
面６ｘは鉄系焼結体で形成されているので、軸端面６ｘ
の陥没はアルミ系合金を採用した場合に比較して軽減ま
たは回避できる。さらに、ボルト７の雄螺子部７１は鉄
系ブッシュ６の雌螺子部６９に螺着しているので、雌螺
子部６９のクリープ変形、クリープ変形に起因するへた
りも軽減または回避できる。更に鉄系ブッシュ６の雌螺
子部６９の欠けも軽減または回避できる。従ってボルト
７の軸力の低下を効果的に防止できる。

【００２０】（試験例）図４はアルミ合金系及び鉄系に
おける面圧と陥没進行量との関係を示すグラフである。
図５はアルミ合金系及び鉄系における加熱温度と軸力保
持率との関係を示すグラフである。この試験は、雌螺子
部を備えた円筒形状（内径：８．２ｍｍ）のモデル試験
片を採用し、アルミ合金系及び鉄系でモデル試験片をそ
れぞれ形成し、各モデル試験片の雌螺子部にボルトを螺
着させて測定している。軸力保持率はボルトの伸び量に
基づき算定した。アルミ合金系はコンロッド素材１の組
成と同様のものを採用した。鉄系は鉄系ブッシュ６の組
成と同様のものを採用した。図４及び図５から理解でき
る様に、鉄系では陥没進行量が小さく、軸力保持率も高
いことがわかる。

【００２１】（他の例）上記した例では鉄系ブッシュ６
は焼結体で形成しているが、これに限らず鋳造品特に鋳
鉄でも良い。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に係る方法では、コンロッド本
体及びキャップの破断面が平滑な場合であっても、鉄系
ブッシュの破断面の凹凸を利用して、コンロッド本体の
破断面とキャップの破断面とを対面させ、コンロッド本
体とキャップとを接合できるので接合度が確保され、コ
ンロッド本体とキャップとの密着度を確保できる。

【００２３】請求項２に係る方法では、鉄系ブッシュの
軸端面の陥没を軽減または回避できるので、ボルトの軸
力を確保するのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】連結孔付近を断面にして示すコンロッド素材の
平面図である。

【図２】連結孔付近を断面にして示す連結工程後のコン
ロッドの平面図である。

【図３】連結孔付近の横断面図である。

【図４】アルミ合金系及び鉄系における面圧と陥没進行
量との関係を示すグラフである。

【図５】アルミ合金系及び鉄系における加熱温度と軸力
保持率との関係を示すグラフである。

【図６】従来のコンロッドの組付を示す斜視図である。

【符号の説明】

図中、１はコンロッド素材、２はコンロッド本体、３は
キャップ、６０はボルト挿通孔、５は連結孔、６は鉄系
ブッシュ、６ｘは軸端面、７はボルト、７２は頭部、８
はコンロッドを示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンピンが装備される側の小端部を備
   えたコンロッド本体と該コンロッド本体に一体的に連設
   されたキャップとを有すると共に、該コンロッド本体と
   該キャップとを連通する連結孔を有するアルミ合金系の
   コンロッド素材と、 ボルト挿通孔を有すると共に該コンロッド素材の該連結
   孔に嵌合される鉄系ブッシュとを用い、 該コンロッド素材の該連結孔に鉄系ブッシュを嵌入する
   嵌入工程と、 該鉄系ブッシュを嵌入した状態の該コンロッド素材のう
   ち該コンロッド本体とキャップとの境界域を鉄系ブッシ
   ュと共に破断し、該コンロッド素材を該コンロッド本体
   と該キャップとに分離する分離工程と、 該鉄系ブッシュの破断面に基づき、該コンロッド本体の
   破断面と該キャップの破断面とを接合すると共に、該ボ
   ルト挿通孔に挿通したボルトにより、該コンロッド本体
   と該キャップとを連結してコンロッドを得る連結工程と
   を順に実施することを特徴とするアルミ合金系コンロッ
   ドの製造方法。
2. 【請求項２】該連結孔は、該コンロッド本体側に座面を
   備えた座ぐり部を有し、該鉄系ブッシュは、該座ぐり部
   に嵌合すると共に該座ぐり部の座面に着座する段部を備
   えた大径部を有し、該鉄系ブッシュの軸長方向の一方の
   軸端面は該キャップに表出しており、該軸端面に該ボル
   トの頭部が着座していることを特徴とする請求項１に記
   載のアルミ合金系コンロッドの製造方法。