JPH08103841A - 半割り機械部品の製造方法 - Google Patents

半割り機械部品の製造方法

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JPH08103841A
JPH08103841A JP6333282A JP33328294A JPH08103841A JP H08103841 A JPH08103841 A JP H08103841A JP 6333282 A JP6333282 A JP 6333282A JP 33328294 A JP33328294 A JP 33328294A JP H08103841 A JPH08103841 A JP H08103841A
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Zenzo Ishijima
善三 石島
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秀二 佐々木
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英雄 四方
Katsuhiko Ueda
勝彦 上田
Hideo Urata
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Abstract

(57)【要約】 【目的】例えばコネクティングロッドや軸受等の半割れ
機械部品を、合わせ面が互いにかみ合う凹凸を有し、位
置決めが容易で寸法精度よく製造する。 【構成】分割端面５で分割した素材、または両部材を焼
結接合した素材を、同一金型内で圧縮して、分割端面５
が密着するまで塑性変形させ、その後、分割端面５が破
断する方向へ荷重を加えて分割端面５を破断分割する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、内燃機関、ピ
ストン型圧縮機、ピストンポンプ等に用いられるコネク
ティングロッド及びそのキャップや、半割り型滑り軸受
のような半割り機械部品を製造する製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】コネクティングロッドは、図１に示すよ
うにピストンピン孔３を備えた小端部６と、クランクシ
ャフトに嵌合する孔を備えた大端部７とを棒部４で連結
した形状をしている。大端部７側は組み付けの都合上、
合わせ面（分割端面）５で分割された半割り状態であ
り、主体部１とキャップ部２からなっている。主体部１
とキャップ部２は、図示していないボルト孔にボルトを
通して一体に固定される。
【０００３】従来、コネクティングロッドの主体部とキ
ャップ部を製作する場合、鋳造や鍛造等により主体部と
キャップ部を一体形状に形成し、切断及び切削加工する
か又は、同様な製法で分割された各部材を製作し、切削
等の加工を行っている。
【０００４】また、粉末冶金法で製作する場合は、主体
部とキャップ部を一体形状に圧粉成形及び焼結し、必要
に応じて鍛造を施して高密度とした後、主体部とキャッ
プ部を分割する方法が提案されており、この分割方法と
しては、例えば、実公昭５７−４７４５３号公報、特公
平２−２６０８７号公報記載のように、破断予定部に分
割補助孔を設けておき破断する方法、特公昭５８−４４
８９０号公報記載のように、破断予定部の両端面に切り
欠き溝を設け、残りの肉部を破断したのち切削加工する
方法、破断予定部に浸炭焼き入れにより硬さの異なる部
分を設けておき、破断することにより破面を凹凸にする
方法、特開平１−２７２７０５号公報記載のように、成
形体に破断予定部となる箇所に溝を設けて焼結と鍛造を
行うことにより、溝部に酸化被膜を形成した後、破断す
る方法等が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一体または分割した形
状に造形した鋳造体、鍛造体、焼結体等の素材を切断し
たり切削加工により真円度や寸法形状を整える方法は、
高度な加工技術が要求されるほか、加工工程が多く、コ
スト低減のために改善の余地がある。
【０００６】切削加工による古典的な製造方法に比べれ
ば、焼結合金の素材を用い、前記した従来の破断分割方
法によれば、分割端面の切削加工がないので、コスト面
で有利であるほか、破断面をそのまま合わせ面とするこ
とができると共に、合わせ面に互いに噛み合う凹凸が生
じるので主体部とキャップ部の位置決めができるという
利点がある。
【０００７】しかし、分割するにはかなり大きな破壊荷
重を必要とすること、アルミニウム合金のように延性の
高い材料の場合は変形を生じ易いので、材料の選定に制
約があること、破断分割予定部位外の箇所で破断するこ
とがあること、組み付け時の位置決め作業性に改善の余
地があること等の問題がある。
【０００８】本発明は、このような半割り機械要素の造
形性がよく、機械加工を施す場合に各部材が分離しない
程度の適度な密着強度を備え、分割が容易であり、組み
付け時の位置決め作業性及び組み付け寸法精度のよい製
造方法を提供することを目的になされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の製造方法は、分割予定面で分割された溶製
材または焼結材料からなる各素材を製作し、この素材を
分割予定面を対向させて金型内で加圧し、分割予定面が
密着するまで塑性変形させて塑性加工体とし、ついでこ
の塑性加工体の分割予定面が破断する方向へ荷重を加え
て破断分割することを特徴とする半割り機械部品の製造
方法である。
【００１０】前記の素材は、溶製金属材料の場合は鍛
造、鋳造、打ち抜き、破断、切断等により製作したも
の、又は粉末冶金法で製作したものである。合金は、鉄
合金、銅合金、アルミニウム合金等、常温または加熱し
て塑性変形するものであればよいが、特にアルミニウム
合金が適している。また、一方に溶製材料を用い、他方
に焼結合金を用いる組合わせとすることができる。
【００１１】本発明の第２の発明は、孔部を横断する分
割予定面で分割された焼結材料からなる各素材を製作
し、この素材を分割予定面を当接して焼結接合し、孔部
を押し拡げつつ塑性加工金型内に挿入し、焼結接合した
面を破断しまたはこの面に沿う割れを生じさせたのち加
圧し、分割予定面が密着するまで塑性変形させて塑性加
工体とし、ついで塑性加工体の分割予定面が破断する方
向へ荷重を加えて破断分割することを特徴とする半割り
機械部品の製造方法である。この場合、孔部を横断する
箇所で接合された焼結体の孔部内径寸法が塑性加工用金
型のコアロッドより小さく、孔部の外形が塑性加工用金
型のダイ内孔より小さい形状の素材を製作し、金型内に
挿入する過程で素材の内孔をコアロッドで押し拡げて接
合面を破断し、または接合面に割れを設けた後、その金
型内で加圧して塑性変形させるとよい。
【００１２】焼結合金の素材は、各部分を別々に圧粉成
形、焼結して得ることができる。この場合、それぞれを
別々の金型を用いて製作してもよいが、前記各素材の製
作は、各素材を造形するキャビティが１個のダイに形成
されている金型を用いて焼結合金の圧粉成形を同時に行
うことでもよく、また、分割された圧粉体を製作する他
の方法としては、各素材が合体された一体形状に圧粉成
形し、該圧粉成形体を分割予定面から破断分割すること
でもよい。破断は、圧粉体の一方側を固定し、分割予定
箇所の端面または外側面から刃物を押圧する方法があ
る。この場合、分割予定箇所にＵまたはＶ字形の溝を設
けておくことが好ましく、分割予定面が破断する方向へ
付勢する適度な推力を与えることが望ましい。
【００１３】また、それぞれ密度または加圧方向高さが
異なる各焼結体を塑性変形することとしてもよい。
【００１４】さらに、少なくとも分割予定面にショット
ブラスト処理またはブラッシングを施した各焼結体を、
加圧して塑性変形することとしてもよい。塑性加工用の
素材が分割されている場合は、塑性変形した両部材の接
着力を高めるために、素材の分割端面に予めショットブ
ラスト、ワイヤーブラッシ等によって比較的小さい凹凸
を形成する工程を付加することができる。
【００１５】各部材が異なる組成の合金からなる素材を
用い、製作される機械部品の部分構成に必要な性質に対
応させることができる。
【００１６】素材の分割予定面（合わせ面）は平面でも
よいが、片方の合わせ面に凹凸を設けるか、両部材の合
わせ面に互いに噛み合う凹凸を鋳型や金型等で形成して
おくことができる。
【００１７】部材の一方の密度が低い焼結合金製の素材
または厚さが薄い焼結合金製の素材を用いると、部分密
度が異なる半割り機械部品を製作することができる。
【００１８】前記各素材の焼結合金からなる圧粉体の少
なくとも一方の分割予定面に、焼結温度以下で溶融する
金属の被膜を形成した後、分割予定面を当接して焼結接
合すると好ましい。圧粉体を焼結接合する際に、圧粉体
の分割端面に、圧粉体の焼結温度以下で溶融する低融点
金属の被膜を塗布等により形成すことにより、焼結接合
が強固になり、塑性加工に先立つ接合面の破断または割
れを形成したとき、その破壊面が粗面になり、塑性加工
後の両部材の接着強度を高めることができる。低融点金
属は、素材が鉄合金の場合はＣｕ、素材が銅合金の場合
はＳｎやＳｎ合金、基材がアルミニウム合金の場合はＳ
ｎ、Ａｌ−Ｓｎ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚ
ｎ合金等が挙げられる。
【００１９】一方、塑性変形した両部材の接着強度を低
くするために、各素材の少なくとも一方の分割予定面に
剥離性被膜を設けることができる。被膜は、通常の塑性
加工潤滑剤、潤滑油、グリース等の油類、ろう、植物ま
たは動物油脂、石鹸等の油脂類、ＣＭＣ、酢酸ビニー
ル、セルロース等の高分子化合物、黒鉛塗料、ペンキ等
の塗料類を適用することができる。被膜の形成は、塑性
加工する前の素材に塗布するとか、焼結素材の場合は圧
粉体に塗布して焼結するとか、温間または熱間の塑性加
工では、前記の有機化合物を塗布したのち加熱して炭化
した被膜にすることができる。また、鉄合金の場合は燐
酸被膜を形成することができる。
【００２０】また、塑性加工用金型のダイ形状に対し
て、素材の大きさを小さく形成しておき、素材を横方向
に変形させてもよく、ほぼ同一プロフィールの形として
変形することとしてもよく、また、やや大きめに形成し
ておき絞り込むように変形する方法を適用することがで
きる。
【００２１】孔部で半割りされる機械部品の塑性加工に
おいて、機械部品の孔部を造形するコアロッドが軸方向
に２分割され、該コアロッドの対向面が金型キャビティ
中で隙間を形成する構造の金型を用い、各素材を加圧し
てその分割予定面が密着するまで塑性変形させて塑性加
工体とし、該塑性加工体の孔部中にウエブを形成するこ
ととする。
【００２２】塑性変形量を大きくする場合は、余肉（ウ
エブ）を形成するような金型を用いる。余肉は物品の孔
の内径に設けることが好ましい。そのために、機械部品
の孔部を造形するコアロッドが軸方向に２分割され、そ
のコアロッドの対向面が金型キャビティ中で隙間を形成
する構造の金型が用いられる。
【００２３】素材を金型内で塑性変形させる場合、合金
の種類、素材の形状、焼結合金の場合は必要とする密度
等により、冷間、温間或いは熱間のいずれかが適用され
る。
【００２４】さらに、温間または熱間で塑性加工した塑
性加工体を常温で加圧しサイジングすると共に分割予定
面近傍の応力または分割予定面に沿う亀裂を増大させ
る。
【００２５】上述した各種の方法により塑性変形させて
密着した半割り機械部品の接着力を弱めて分割を更に容
易にするために、各部素材を温間または熱間で加圧し塑
性変形した後、その塑性加工体を常温で加圧しサイジン
グすると共に分割予定面近傍の応力を増大させるか、ま
たは分割予定面に沿う亀裂を増大させる方法、塑性加工
体または前記サイジング体を加熱・急冷し、分割予定部
の応力または亀裂を増大させる方法を付加することがで
きる。加熱・急冷は、鉄鋼材料の焼き入れ・焼戻し、ア
ルミニウム合金の溶体化処理を兼ねることができる。
【００２６】この製法に適する半割り機械部品として
は、コネクティングロッド、コネクティングロッドの大
端部に装着されるメインベアリングのような滑り軸受が
挙げられるが、延性が高く塑性変形し易いアルミニウム
合金製のコネクティングロッドを製作する場合は、この
発明の製造方法が最も好ましい方法である。
【００２７】特に、本出願人による特願平６−３７６０
６号で提案したアルミニウム焼結合金によれば、耐摩耗
性及び延性の点で優れ、コネクティングロッドとしての
強度と軸受摺動特性とを兼ね備えたものであり、大端部
及び小端部の軸孔を切削等の加工をするだけで、そのま
ま使用することが可能となる。このアルミニウム焼結合
金の組成及び金属組織についての詳細は特願平６−３７
６０６号で述べられているが、組成はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
−Ｍｇ系の合金を基本としており、初晶Ｓｉが分散した
状態で所定量のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ系合金相と、
比較的に軟質なＡｌ固溶体相との斑組織をしており、硬
質粒子の脱落が防止され耐摩耗性（引っ掻き摩耗が減
少）に優れているものである。この斑組織の面積比が２
０〜８０：８０〜２０、及び初晶Ｓｉの最大粒径が５〜
６０μｍに特定することにより、強度と耐摩耗性が良好
であり、更に遷移金属を所定量含有していることで粒界
のＣｕ合金相を減少し、延性も改善されている合金であ
る。
【００２８】なお、塑性加工されたコネクティングロッ
ドや軸受は、適宜の切削加工を行ったり、合金の性質を
高めるために、必要に応じて熱処理（焼入れ、焼戻し、
溶体化、時効処理）や表面処理を施す場合があることは
従来と同様である。
【００２９】また、塑性加工され密着接合している半割
り機械部品の分割は、孔明けや切削加工を施した後に行
うことができる。分割は、分割予定面を境にして折り曲
げたり、軸孔にテーパピンを圧入したり、軸孔中に軸孔
と嵌合する半割り治具を装着し、くさびを治具間に押し
入れて拡張する方法などにより行うことができる。
【００３０】
【作用】一対の塑性変形する合金製素材を金型に入れ、
圧縮して塑性変形させると、両素材の分割端面が密着す
ると共に、金型キャビティの形状に造形される。
【００３１】塑性加工を行った両部材の合わせ面（密着
面）は、素材の塑性流動によってうねりを生じると共に
複数の波状の凹凸（しわ）を形成して密着する。塑性変
形しやすい合金または加熱され塑性変形し易くなった合
金はより顕著となる。
【００３２】この適度な密着は、切削加工やねじ孔の加
工をする際に両部材がずれ動くことがないので、加工能
率及び寸法精度の点で好都合である。また、一端分割し
たのち、再び合体整合組み立てするときに、このうねり
と波状の凹凸によって位置決め作業が容易であり、位置
決め精度が良好である。
【００３３】通常、合金素材の表面には酸化物が形成さ
れており、塑性加工を行い密着した面（分割予定面）は
脆性な結合をしているので、密着状態はそれほど強固な
ものではないため、外力により容易に分離することがで
きる。
【００３４】素材が焼結合金の場合、分割された圧粉体
が、１個のダイで同時に成形する方法によれば、能率よ
く製作ができる。一体に成形した圧粉体を所定箇所で破
断分割する方法によれば、焼結体や鍛造体を破断するよ
うな大きな破断荷重が必要でなく、また、破断面は凹凸
が多く、前述した密着した面のうねりと波状の凹凸と合
わせて、位置決め作業性及び位置決め精度を向上する。
【００３５】焼結接合し一体となった素材を用いると、
塑性加工用金型に挿入する際の取り扱い性がよくなる。
また、この焼結接合した素材を塑性変形用の金型キャビ
ティに挿入する際に、素材の内径を金型のコアロッドで
拡張して接合部にひび割れまたは破断を生じさせると、
割れ面または破断面は凹凸状態になり、その後、上下パ
ンチで押圧して分割予定面を密着するまで塑性変形させ
ることにより、前記した密着した面のうねりと波状の凹
凸に加えて更に凹凸が増加し、位置決め作業性及び位置
決め精度が向上する。
【００３６】また、焼結接合の際に、接合面に素材と合
金化する低融点金属の被膜を介在させると、焼結接合力
が増加するので、塑性変形する前のひび割れまたは破断
による凹凸を更に大きくすることとができる。
【００３７】さらに、素材の分割端面に素材成形用金型
などで凹凸を設けておけば、塑性変形させた後の合わせ
面の接触面積が多いので塑性加工後の接着力を高くし、
破断分割をし難くする効果がある。また、この凹凸は、
素材を塑性変形するために金型へ供給するときや、塑性
加工体を切削加工やボルト孔加工等をするとき、分割し
たのち再び合体整合するときに、位置決めをより容易に
する。
【００３８】また、接着を強くする他の手段として、加
圧して塑性変形するまえに、分割した両素材の少なくと
も分割端面にショットブラストまたはブラッシングを施
せば、分割端面の汚れが少なく、一部に新生面が表わ
れ、面の凹凸が塑性変形で噛み合うなどにより、分割を
し難くする。
【００３９】塑性加工の際に、被加工体の外形を金型の
ダイで形成し、軸孔にウエブ（余肉）を形成するように
すると、余肉部は、材料が比較的強固に接合されている
ので、両部材を分割し難くする作用をする。軸孔の余肉
の大小によって部材結合力を調整することができ、除去
すれば分割が容易になる。また余肉を設けると、塑性加
工体の端面平行度が容易に得られる。
【００４０】一方、塑性加工される素材の分割端面に各
種の塗膜または酸化物等の剥離性被膜を設けると、塑性
加工された後の両部材の密着性が弱くなり、塑性加工体
の分割を容易にすることができる。
【００４１】また、塑性加工体の密着部に亀裂または内
部集中応力を生じさせる工程を追加しても分割を容易に
することができる。この亀裂または内部応力は、塑性加
工体を常温の金型内で圧縮することにより形成すること
ができる。この工程は、余肉部の除去、外形のサイジン
グを兼ねることができる。コアロッドで軸孔を拡張する
ようにしたり、密着面に金属間化合物が形成されている
場合は更に効果がある。また、塑性加工体または前記の
サイジング体を加熱・急冷しても同様に応力集中して分
割を容易にする。
【００４２】上述したように、半割り機械部品の材質、
大きさ、肉厚、切削加工の要否等により、塑性加工体の
結合状態（破断分割性）を調整することが可能で、結合
力を増加させる手段と減少させる手段を併用することも
できる。
【００４３】本発明の製造方法は、溶製材料、焼結合金
を問わず塑性加工ができる各種の合金を適用することが
できる。例えば、コネクティングロッドの場合、主体部
を強度が高く摺動特性のよい合金を用い、キャップ部を
低級な合金を用いる組合わせとか、主体部を焼結合金と
しキャップ部を溶製材料を用いる組合わせ等、要求性能
に応じて適宜選択することができる。
【００４４】焼結合金製の場合に、強度、摺動、含油特
性、軽量化を考慮して、半割りされる両部材の密度を異
なるようにすることができる。コネクティングロッドの
キャップ部の密度を低くするとキャップ部の重量が減
り、使用中の慣性力を低減することができる。軸受の密
度の低い部分は含油量を多くする。異なる密度にするに
は、異なる成形体密度にするか、塑性加工時の変形量が
異なるように、素材の高さを変えることによっても可能
である。
【００４５】この製造方法によれば、軽い力で分割する
ことができるので、特に、従来法では分割時に変形し易
かった銅合金製やアルミニウム合金製に適している。
【００４６】また、部品の軽量化指向にマッチするアル
ミニウム合金によれば、延性に優れているので、前述し
た塑性加工による密着面のうねりと波状の凹凸（しわ）
が生じ易く、組み付け時の位置決めを正確に精度よく容
易に行うことができる。また、素材の製作は、粉末冶金
法によれば造形性及び量産性に優れ好適である。
【００４７】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。図
１はコネクティングロッドの上視図で、主体部１とキャ
ップ部２とに分割され、主体部１はピストンピン孔３を
備えた小端部６と大端部７とを棒部４で連結した構造で
ある。この主体部１とキャップ部２のニアネットシェー
プな素材は、鋳造、鍛造、粉末冶金等によって製作する
ことができるが、まず、粉末冶金法による場合について
説明する。
【００４８】図２は、主体部１とキャップ部２とに分割
端面で分割したコネクティングロッドの上視図である。
このような配置で、粉末成形ダイにキャビティを設け、
圧粉成形する。
【００４９】図３は、図２のＡ−Ａ断面の成形金型縦断
面図である。ダイ１０には主体部１とキャップ部２を成
形するダイ孔があり、小径コア１１と、主体部１用の上
下パンチ２１、３１、及びキャップ部用の上下パンチ２
２、３２から構成され、通常の方法で粉末充填し、主体
部の圧粉体８１、キャップ部の圧粉体８２が成形され
る。
【００５０】焼結は通常の方法で行われる。また、焼結
温度の低い予備焼結でもよい。主体部１とキャップ部２
の焼結体は、塑性加工用潤滑剤を塗布し、分割端面５を
対向した状態で図４に示すように金型中で圧縮し塑性加
工が施される。金型は、ダイ１０、小径コア１１、大径
コア１２、上下パンチ２３、３３からなっている。密度
がさほど高くなくてもよい場合、または塑性変形しやす
い合金の場合は、通常のサイジングやコイニングと同様
に常温で圧縮される。
【００５１】温間や熱間で鍛造する場合は、焼結体を炉
で加熱し、潤滑剤が塗布された金型中で圧縮される。ま
た、圧粉体を加熱焼結し、焼結体が熱せられた状態から
鍛造温度まで冷却して鍛造すると、省エネルギーで行う
ことができる。
【００５２】アルミニウム合金の場合は、焼結体表面に
酸化膜が形成されているので、特別な前処理を施さない
で塑性加工しても主体部１とキャップ部２を容易に分割
することができるが、鉄系焼結合金で製作する場合に
は、塗膜や酸化処理またはボンデ処理（燐酸被膜処理）
を施すと、塑性加工した後の分割が容易になる。塑性加
工体を分割端面から分割し易くするために、焼結体に塗
膜を設ける場合は、噴霧が適している。酸化処理は、焼
結体を冷却過程で空気にさらすことでもよく、熱間鍛造
では、無酸化雰囲気中で加熱したワークを短時間大気中
にさらすことによっても可能である。
【００５３】塑性加工したコネクティングロッドの合わ
せ面（分割端面）５を分割して観察すると、加圧方向と
略平行に複数の波状しわが形成されていると共に、面が
うねった状態になり、主体部１とキャッブ部２の合わせ
面（分割端面）５の波状の凹凸とうねりを利用して当接
すると、両部材が滑ることなく容易に確実に位置決めす
ることが可能である。
【００５４】焼結体素材の合わせ面（分割端面）５に予
め粉末成形金型で凹凸を設ける場合では、例えば図５に
示す形状にする。合わせ面５の接触面積が大きいほど接
着強度が大きくなり、適度な接着強度は、分割する前に
切削加工する場合に好適である。これらの分割端面５の
凹凸は、粉末成形金型で施される。図５（ｃ）や図５
（ｄ）の凹凸形状では、主体部１またはキャップ部２の
一方の部材の分割端面５に凹凸を形成し、他方の部材の
分割端面５は平坦な形状に圧粉成形したものでもよく、
塑性変形を施すときに主体部１とキャップ部２の２部材
が噛み合うまで圧縮すれば、凹凸の合致した合わせ面
（分割端面）５が得られる。
【００５５】次に、圧粉体を破断する方法による場合に
ついて説明する。図７は、図６に示すコネクティングロ
ッドの圧粉体のＡ−Ａ縦断面図である。図２の形状と異
なる点は、小端部６及び大端部７の厚みが大きいことで
ある。合わせ面（分割端面）５、即ち破断予定部の端面
に、成形パンチに設けた突起により形成した断面Ｖ字形
の溝８を形成してある。
【００５６】図８は、圧粉体８３の破断工程を説明する
縦断面図であり、圧粉体８３は、主体部１だけが受け治
具４１に乗り、押え治具４２で挾持されている。刃物４
３から圧粉体８３に掛かる荷重が偏荷重にならないよう
に受け治具４１、押え治具４２の各治具のプロフィール
が調整されている。圧粉体８３の下面の溝８には、受け
治具４１の突起４１ａが嵌合しており、突起４１ａのキ
ャップ部寄りは斜面４１ｂになっている。上面の溝８の
上方から刃物４３が押え治具４２の端面に沿って下方へ
押し下げられる構造になっている。刃物４３を押し下げ
てこれを圧粉体８３に進入させると、圧粉体８３にひび
割れができ、破断する。刃物４３を進入させる際に、パ
ンチ等でキャップ部２の上面縁部を下方へ付勢しておく
と、破断面にひび割れができることなく奇麗な破断面
（分割端面）が得られる。
【００５７】薄肉円筒状の半割り軸受の場合は、円筒状
圧粉体の内径にコアロッドを嵌合させておき、圧粉体の
分割予定部外径に刃物を進入させることにより分割する
ことができる。
【００５８】圧粉体の焼結及び塑性加工は前例と同様に
行われる。合わせ面（分割端面）５は前例のものより一
層凹凸が多くなり、結合力も強くなる。
【００５９】次に、圧粉体の焼結接合について説明す
る。前記した金型で成形した圧粉体または刃物で破断し
た圧粉体の分割端面を当接して、セラミックス等の耐熱
材料で作られた焼結治具で圧粉体が焼結中に移動しない
ように保持し、焼結される。接合力を高めるためには、
圧粉体の分割端面に鉄合金の場合はＣｕの被膜、銅合金
ではＳｎの被膜、アルミニウム合金ではＳｎ、Ａｌ−
０．５％Ｓｎ合金、Ａｌ−５％Ｚｎ合金のような低融点
で素材と合金化する金属の被膜が施される。接合力を弱
めるには、圧粉体の分割端面に黒鉛等の塗膜が設けられ
る。
【００６０】次に、素材に溶製材を用いた実施例により
本発明を説明する。コネクティングロッドの主体部１と
キャップ部２とに分割された図９に示す形状に、ダクタ
イル鋳鉄製の素材と、１％Ｓｉ、４％Ｃｕ、０．８％Ｍ
ｎ、０．５％Ｍｇを含有するアルミニウム合金（ＪＩＳ
合金番号２０１４相当）の鋳造体を作製した。
【００６１】図１１は、塑性加工用の金型縦断面図であ
る。ダイ１０、小径コア１１、大径コア１２、上下パン
チ２３、３３からなっており、大径コア１２は上パンチ
３３側の大径上コア１２ａと、下パンチ２３側の大径下
コア１２ｂに分かれていて、加圧のときに両コア間に隙
間１２Ｃができるような構造になっている。コネクティ
ングロッドが上下パンチ２３、３３で圧縮されると、分
割端面が密着すると共に、大端部７の余肉は隙間１２Ｃ
の中に形成されるわけである。
【００６２】鋳鉄製の素材は９５０℃、アルミニウム合
金製の素材は４５０℃に加熱し、黒鉛粉分散潤滑油が塗
布され４００℃に加熱された金型に入れて図１１のよう
に加圧し塑性加工を行った。大端部の内径に余肉が出て
おり、分割端面は少しうねりを生じて密着している。各
塑性加工体は、ショットブラスト処理して表面の汚れを
除去したのち余肉を切除し、大端部の内径にテーパピン
を挿入して主体部とキャップ部を分離した。
【００６３】鋳鉄製の方が分離荷重が低い。分割端面
は、両端面が噛み合うように全体にうねりと、材料が塑
性流動した方向に沿って複数のしわができており、ふた
たび両部材を組合わせる場合、このうねりとしわを利用
して正確に行うことができた。うねりとしわは、アルミ
ニウム合金の方が顕著である。
【００６４】次に、アルミニウム焼結合金を用いた実施
例により本発明を説明する。以下、合金の組成は重量％
である。コネクティングロッドの形状は図１０に示す通
りである。図１０（ａ）は上視図、図１０（ｂ）は分割
端面５の分割断面形状である。棒部４の両端部に細長い
凹部４ａがあり、大端部７の周りにはフランジ部７ａを
備えていると共に、分割端面（合わせ面）５は軸心に対
して角度６７度の傾きになっているものである。
【００６５】まず、Ａｌ−２０％Ｓｉ合金粉と純Ａｌ粉
を６０：４０の割合で混ぜ合わせた粉末にＣｕ−４％Ｎ
ｉ合金粉とＡｌ５０％Ｍｇ合金粉及び成形潤滑剤を混合
し、全体組成でＳｉ１２％、Ｃｕ３％、Ｍｇ０．５％、
Ｎｉ０．１３％、残部Ａｌとし、この混合粉を金型で圧
縮し、コネクティングロッドの主体部とキャップ部の圧
粉体を別々に製作した。密度はそれぞれ２．２５ｇ／ｃ
ｍ3 のものとキャップ部が２．０ｇ／ｃｍ3 のものであ
る。
【００６６】また、純Ａｌ粉に成形潤滑剤を混合し、キ
ャップ部素材形状に密度２．２ｇ／ｃｍ3 に圧粉成形し
た。各成形体は窒素ガス中で、温度４００℃で加熱して
成形潤滑剤を除去した後、５４０℃で１時間の焼結を
し、Ａｌ合金製の主体部（素材Ａ）、Ａｌ合金製のキャ
ップ部（素材Ｂ）、密度が低いＡｌ合金製のキャップ部
（素材Ｃ）、純Ａｌ製のキャップ部（素材Ｄ）を作製し
た。
【００６７】また、前者のアルミニウム合金圧粉体を用
い、主体部及びキャップ部の分割端面を当接した状態で
同様に焼結した試料（素材Ｅ）と、主体部の分割端面に
錫微粒子分散塗料を刷毛塗りし乾燥したのち、同様に主
体部及びキャップ部の分割端面を当接した状態で焼結し
た試料（素材Ｆ）を製作した。この焼結接合した試料
（素材Ｅ、Ｆ）を分割端面から分割すると、点状または
面状に冶金的に接合していることを示す破断面を呈して
いる。また、接合面に錫を塗布したもの（素材Ｆ）は破
断面の凹凸が大きくなっている。
【００６８】これらの素材を用い、塑性加工（温間鍛
造）を行った。素材は、素材Ａと素材Ｂの組合わせ、素
材Ａと素材Ｃの組合わせ、素材Ａと素材Ｄの組合わせ、
及び焼結接合された素材Ｅ及び素材Ｆである。
【００６９】素材は４５０℃に加熱し、黒鉛粉分散潤滑
油が塗布され４００℃に加熱された金型に入れて図１１
のように加圧した。素材Ｅ及び素材Ｆは、金型にセット
する作業性が優れている。
【００７０】各塑性加工体は、ショットブラスト処理し
て表面の汚れを除去したのち大端部軸孔内の余肉を切除
し、大端部の内径にテーパピンを挿入して主体部とキャ
ップ部を分離した。分離に要する最大荷重を比べると、
焼結接合した素材のもの（素材Ｅ、Ｆ）が高く、キャッ
プ部に密度が低いＡｌ合金製（素材Ｃ）を用いたものが
低い。また、キャップ部に純Ａｌ製を用いたもの（素材
Ｄ）は、うねりが比較的大きい。
【００７１】図１２は、塑性加工用金型の縦断面図で、
図１１の構造とほぼ同様であるが、異なる点は大端部側
のダイ１０の内孔が素材の外形より大きく、大径上下コ
ア１２ａ、１２ｂが素材の内径より大きく設定されてお
り、主体部側の内径面を基準にしてキャップ部を図中右
側に引き離すように、素材内径軸心とコア軸心がずれい
る。また、大径上コア１２ａの端面部に突起１２ｄを備
えてあり、突起１２ｄが大径下コア１２ｂに当接する
と、図１１に示したと同じ隙間１２ｃを形成して、大径
上下コア１２ａ、１２ｂは所定位置まで下降して停止す
る構造になっている。
【００７２】素材は、ダイキャビティ中で大径上下パン
チ１２ａ、１２ｂで挾持されてダイキャビティ中に挿入
されると共に素材の内径を拡張して焼結接合部を破断ま
たは割れを形成したのち、上下パンチ２３、３３で圧縮
して素材を塑性変形させるようになっている。
【００７３】図１２の金型を用い、焼結接合した素材
（素材Ｅ）を前記したと同様に加熱して塑性加工を行っ
た。製作された塑性加工体の余肉部を切除した後、テー
パピンを軸孔に押し入れ、分割される荷重を測定する
と、焼結接合しない素材を用いて製作されものより高い
荷重であった。
【００７４】次に、主体部とキャップ部ともＡｌ合金製
で焼結接合した素材（素材Ｅ）を用て製作した塑性加工
体を用い、大端部軸孔内の余肉をポンチで打ち抜き切除
したのち、通常の構造の金型により上下パンチで４ ton
／ｃｍ3 で圧縮して大小の軸孔及び外形のサイジングを
行った。テーパピンによるサイジング体の分割荷重は塑
性加工体より低くなった。
【００７５】また、素材Ｅを温度５００℃に加熱したの
ち水中に入れ急冷し、温度２４０℃で時効処理したもの
は、分割荷重は塑性加工体より低くなった。
【００７６】図１３は、Ａｌ合金製の主体部（素材Ａ）
とキャップ部（素材Ｂ）の焼結体を図１１に示す金型で
塑性加工し、温度５００℃から急冷したのち、温度２４
０℃で３時間時効処理したものの分割表面の外観写真で
ある。円い孔はドリル加工して形成されたボルト孔で、
細長く伸びている部分は、塑性加工によって軸孔に生じ
た余肉部である。ボルト孔加工によって両部材は分離し
なかった。また、この材料の金属組織は、気孔は殆ど認
められず、最大粒径が約２５μｍの初晶Ｓｉが分散した
合金相とＡｌ固溶体相の斑組織を呈している。
【００７７】図１３のように、分割端面は突出した部分
やその近傍が凹みになって０．５〜１ｍｍ程度の大きい
うねりがあり、また、加圧方向及び加圧方向から余肉部
に沿って高さが約０．０５ｍｍ程度の沢山の波形のすじ
模様が認められる。
【００７８】このうねりと波形のすじの凹凸は相手側の
合わせ面と噛み合っているので、このうねりと凹凸を利
用して当接することができ、エンジン等に組み付ける際
に、両部材は滑り合うことなく、容易に位置合わせがで
き、精度よく位置決めすることができる。
【００７９】余肉部は白い破断面となっており、両部材
の塑性変形による結合が強固であることを示しており、
孔開け加工等の際には簡単には分割され難く作用し、余
肉部を削除すれば、少ない外力で分割することが可能で
あることが判る。
【００８０】次に、半割り軸受の実施例を説明する。鉛
含有青銅系合金（ＬＢＣ材）の粉末を金型で円筒半割り
形状に圧粉成形し、その焼結体を通常の円筒軸受のサイ
ジング金型中で加圧し、分割端面が密着接合した円筒軸
受を作製した。内径にテーパピンを圧入することにより
半割りにすることができ、分割端面の凹凸により合体が
容易で、しかも所定の真円度が得られた。
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法
は、半割り機械部品の分割予定面で分割した状態の素
材、または両部材を焼結接合した素材を金型内で圧縮し
て分割端面が密着するまで塑性変形させるもので、単純
な工程で分割が容易であり、しかも塑性変形により分割
端面に生じるうねりと波状のしわにより、両部材を精度
よく位置合わせし易く、コネクティングロッドや軸受を
寸法精度よく製作することができる。また、両部材の材
料の選択を適宜行うことができ、また、分割端面への凹
凸付与、焼結接合、余肉の付与、分割予定面に剥離性の
塗膜付与、冷間のサイジング、焼き入れ等の手段を組合
わせることにより、密着結合力を適宜調整することがで
きるので、半割り機械部品の大きさや形状及び切削加工
方法の要求に対応できると共に効率よく製造することが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コネクティングロッドの輪郭を示す上視図であ
る。
【図２】分割されたコネクティングロッドの輪郭を示す
上視図である。
【図３】粉末成形を説明する金型要部縦断面図である。
【図４】塑性加工を説明する金型要部縦断面図である。
【図５】主体部とキャップ部の合わせ面の形態を説明す
るコネクティングロッド大端部の上視図である。
【図６】コネクティングロッドの輪郭を示す上視図であ
る。
【図７】コネクティングロッド成形体の縦断面図であ
る。
【図８】圧粉体の破断方法を説明する装置要部縦断面図
である。
【図９】破断分割された圧粉体の上視図である。
【図１０】コネクティングロッドの輪郭を示す上視図及
び部分断面図である。
【図１１】塑性加工金型の要部縦断面図である。
【図１２】塑性加工用金型の要部縦断面図である。
【図１３】分割端面の凹凸を説明する外観写真である。
【符号の説明】
１ 主体部 ２ キャップ部 ３ ピストンピン孔 ４ 棒部 ５ 合わせ面（分割端面） ６ 小端部 ７ 大端部 ８ 溝 ９ 塑性加工体 １０ ダイ １１ 小径コア １２ａ 大径上コア １２ｂ 大径下コア １２ｄ 突起 ２１、２２、２３ 下パンチ ３１、３２、３３ 上パンチ ４１ 受け治具 ４２ 押え治具 ４３ 刃物
フロントページの続き (72)発明者 佐々木 秀二 千葉県松戸市常盤平３−28−３ (72)発明者 四方 英雄 千葉県松戸市大金平１−48−１ (72)発明者 上田 勝彦 千葉県松戸市常盤平３−28−３ (72)発明者 浦田 秀夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 分割予定面で分割された溶製材または焼
    結材料からなる各素材を製作し、該素材を分割予定面を
    対向させて金型内で加圧し、分割予定面が密着するまで
    塑性変形させて塑性加工体とし、ついで該塑性加工体の
    分割予定面が破断する方向へ荷重を加えて破断分割する
    ことを特徴とする半割り機械部品の製造方法。
  2. 【請求項２】 孔部を横断する分割予定面で分割された
    焼結材料からなる各素材を製作し、該素材を分割予定面
    を当接して焼結接合し、該孔部を押し拡げつつ塑性加工
    金型内に挿入し、該焼結接合した面を破断しまたは該面
    に沿う割れを生じさせたのち加圧し、分割予定面が密着
    するまで塑性変形させて塑性加工体とし、ついで該塑性
    加工体の分割予定面が破断する方向へ荷重を加えて破断
    分割することを特徴とする半割り機械部品の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記各素材の製作は、各素材を造形する
    キャビティが１個のダイに形成されている金型を用いて
    焼結合金の圧粉成形を同時に行うことであることを特徴
    とする請求項１または２記載の半割り機械部品の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 前記焼結材料からなる各素材の製作は、
    各素材が合体された一体形状に圧粉成形し、該圧粉成形
    体を分割予定面から破断分割した後焼結することである
    ことを特徴とする請求項１または２記載の半割り機械部
    品の製造方法。
  5. 【請求項５】 それぞれ密度または加圧方向高さが異な
    る各焼結体を塑性変形することを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれかに記載の半割り機械部品の製造方法。
  6. 【請求項６】 少なくとも分割予定面にショットブラス
    ト処理またはブラッシングを施した各焼結体を、加圧し
    て塑性変形することを特徴とする請求項１、３〜５のい
    ずれかに記載の半割り機械部品の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記各素材の焼結合金からなる圧粉体の
    少なくとも一方の分割予定面に、焼結温度以下で溶融す
    る金属の被膜を形成した後、分割予定面を当接して焼結
    接合することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記
    載の半割り機械部品の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記各素材の少なくとも一方の分割予定
    面に剥離性被膜を備えていることを特徴とする請求項１
    〜７のいずれかに記載の半割り機械部品の製造方法。
  9. 【請求項９】 孔部で半割りされる機械部品の塑性加工
    において、機械部品の孔部を造形するコアロッドが軸方
    向に２分割され、該コアロッドの対向面が金型キャビテ
    ィ中で隙間を形成する構造の金型を用い、各素材を加圧
    してその分割予定面が密着するまで塑性変形させて塑性
    加工体とし、該塑性加工体の孔部中にウエブを形成する
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半割
    り機械部品の製造方法。
  10. 【請求項１０】 温間または熱間で塑性加工した塑性加
    工体を常温で加圧しサイジングすると共に分割予定面近
    傍の応力または分割予定面に沿う亀裂を増大させること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半割り機
    械部品の製造方法。
  11. 【請求項１１】 塑性加工体またはサイジング体を加熱
    ・急冷し、分割予定面近傍の応力または分割予定面に沿
    う亀裂を増大させることを特徴とする請求項１〜１０の
    いずれかに記載の半割り機械部品の製造方法。
  12. 【請求項１２】 半割り機械部品がコネクティングロッ
    ド及びそのキャップであることを特徴とする請求項１〜
    １１のいずれかに記載の半割り機械部品の製造方法。
  13. 【請求項１３】 半割り機械部品が滑り軸受であること
    を特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の半割り
    機械部品の製造方法。
  14. 【請求項１４】 塑性加工用の各素材が異なる組成の合
    金からなることを特徴とする請求項１〜３、５〜１３の
    いずれかに記載の半割り機械部品の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記各素材がアルミニウム焼結合金か
    らなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記
    載の半割り機械部品の製造方法。
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