JPH08246007A - ディッパー付きコンロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製作上の作業性がよく、安価に、ディッパー
付きコンロッドを粉末冶金法で製作する方法を提供す
る。 【構成】 コンロッドの大端部外縁から放射方向に伸長
したディッパーを有するコンロッドを粉末冶金法により
製作する場合において、該コンロッドの形状の焼結合金
素材１０を加熱し、ディッパー部キャビティ１５を有す
る金型内で加圧して塑性変形させて、コンロッドの大端
部外縁からディッパー部キャビティ１５内へ合金素材１
０の一部を塑性流動させてディッパーを造形することを
特徴とするディッパー付きコンロッドの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関などのコン
ロッドのうち、オイルパン内の潤滑油を掻き揚げて摺動
部に飛散させるためのディッパーを有するコンロッドを
粉末冶金法によって製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンのクランクシャフトや
ピストンピンなどの摺動部は、通常オイルポンプ等で強
制潤滑を行なっているが、例えば、汎用エンジンでは、
クランクシャフトの円軌道回転を利用して、コンロッド
の大端部に設けたディッパーによって、クランクシャフ
ト下方のオイルパン内の潤滑油を掻き揚げて飛散させる
方法を用いることにより、構造を簡素化している。この
ディッパーは、コンロッドとは別に製作してコンロッド
にねじ止めしたものや、ダイキャストによるアルミニウ
ム合金製コンロッドのようにコンロッドと一体に成形し
たものがある。なお、焼結合金製コンロッドでは、通常
前者のねじ止めを用いている。

【０００３】一方、コンロッドは、鉄鋼材料の鍛造、ア
ルミ合金のダイキャスト、あるいは鉄合金やアルミ合金
の焼結などの方法によって製作しているが、材料歩留ま
りや造形性、複合合金組織による強度および摺動特性の
付与性能等の面から焼結材料を用いる粉末冶金法による
ものが増加している。また、近時の軽量化指向からアル
ミ合金製のものが注目されている。粉末冶金法によるコ
ンロッドは、金属粉末の圧粉成形、焼結、高密度化およ
び造形のための塑性加工などの工程を経て製作する。

【０００４】また、コンロッドはクランクシャフトに組
み付ける都合上、大端部が半分に分割され、ボルトによ
ってコンロッドの主体部とキャップ部とを固定して使用
するので、その分割手段が種々提案されている。本出願
人も特願平６−３３３２８２号および特願平７−１３８
１号において提案しており、前者は、コンロッドの分割
予定面で分割された各素材を、金型内で分割予定面を対
向させて加圧し、分割予定面が密着するまで塑性変形さ
せて接合し、この塑性加工体に密着部が破断する方向へ
荷重を加えて破断分割することを要旨とするものであ
る。後者は、コンロッドの主体部とキャップ部とを、分
割予定面に沿って互いにずれのある一体成形体に圧粉成
形して焼結体とし、その焼結体を前記ずれを零にする方
向に金型内で圧縮して分割予定面に剪断力を付与した
後、分割予定面が密着するまで加圧し塑性変形させて接
合し、その塑性加工体に密着部が破断する方向へ荷重を
加えて破断分割するものである。これらの方法によれ
ば、分割予定面が密着するまで塑性変形させると、密着
面にうねりと波状のしわが形成されて適度の強度で接着
するので、ボルト穴加工に好都合であり、分割が容易で
あると共に、そのうねりとしわのために、整合組み付け
を行なう際に位置決めの精度および作業性がよいという
特長が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】コンロッドとディッパ
ーとが一体的に形成されたものを粉末冶金法で製作する
場合、先ず一体形状の圧粉体を作り、焼結および塑性加
工を施す通常の方法で製作することができるが、ディッ
パー部は細長い形状であるため、圧粉体のディッパー部
が破損し易く、圧粉体の離型、次工程への移送および焼
結炉への挿入の際に取り扱いが困難であり、焼結による
ディッパー部の変形も大きい。また、ディッパー部を形
成するためのキャビティを備えた金型はダイ面積が大き
く、金型の構造もコンロッドのみの場合よりも複雑なの
で高価であり、このような金型を粉末成形と塑性加工の
両方に用いると製造コストが割高になるという問題があ
る。この発明は、製作工程における作業性がよく、ディ
ッパー付きコンロッドを粉末冶金法によって安価に製作
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記ような目的を達成す
るために、この発明のディッパー付きコンロッドの製造
方法は、大端部および小端部を備え、かつディッパー部
がない従来のコンロッド形状の焼結合金素材を用い、こ
の素材を塑性変形し易いように加熱した状態で、ディッ
パー部キャビティを有する塑性加工用の金型キャビティ
内で加圧して塑性変形させ、コンロッドの大端部外縁か
らディッパー部キャビティ内に焼結合金を塑性流動させ
ることによってディッパーを造形することを特徴とする
ものでる。この方法では、塑性加工するための焼結合金
素材の大端部のディッパーが形成される部分の近傍にお
いて、合金素材の密度または高さ（肉厚）が、大端部の
他の部分より大きく形成することが望ましい。また、塑
性加工用金型のディッパー部を形成するキャビティは、
上パンチ側に向かって傾斜していることが望ましい。ま
た、この方法を適用し得る焼結合金は、塑性流動するも
のであれば何れでもよく、特に限定されないが、比較的
低温で塑性加工を施すことができるアルミニウム合金が
好適である。

【０００７】素材の圧粉成形は、通常の金型で行うこと
ができるが、成形体の形状としては、棒部の一端に大端
部および他端に小端部を有するニアネットシェープのコ
ンロッド形状、その圧粉体を大端部で分割したもの、大
端部で分割された形状の主体部とキャップ部とをそれぞ
れ圧粉成形したもの、および主体部とキャップ部とが一
体であり、大端部の分割予定面に沿って互いにずれのあ
る形状のもの等に適用することができる。焼結は通常の
方法により行い、塑性加工は焼結炉中で加熱された素材
をそのまま用いたり、あるいは一度冷却した焼結体を再
加熱することにより行なう。塑性加工用の金型は、圧粉
成形用の金型とほぼ同様の構造であるが、ダイの大端部
を形成するキャビティの側部にディッパー部キャビティ
が付加されている。すなわち、ダイにディッパー部キャ
ビティを形成する凹部を設け、それを上パンチで塞ぐ
か、またはダイにディッパー部形状の孔を設け、下パン
チを嵌合させてディッパー部キャビティを形成する凹部
を形成し、それを上パンチで塞ぐ構造になっている。ま
た、上パンチに段部を形成することによって、ディッパ
ー部キャビティの位置を下方へずらせることもできる。
さらに、塑性加工体を離型するときにディッパー部を下
方から押し上げるためのエジェクターピン（突出ピン）
を設けることが望ましい。なお、塑性加工体に、さらに
適宜の機械加工、ショットピーニングまたは熱処理など
を施すことは従来と同様である。

【０００８】

【作用】加熱した焼結合金は塑性変形し易くなるので、
ディッパー部キャビティのある塑性加工用金型中で、加
熱された焼結合金のコンロッド素材を加圧すると、焼結
合金の密度が上昇し、コンロッドの形状に造形されると
同時に、ディッパー部キャビティ中へ焼結合金材料が塑
性流動してキャビティーを充填し、コンロッドとディッ
パーが一体となった成形体が得られる。分割予定面で分
割されたコンロッドの主体部とキャップ部とからなる焼
結合金素材を用いる場合は、上記の作用に加えて、塑性
変形により主体部とキャップ部の対向面が密着し、密着
面にうねりと多数のしわが形成される。

【０００９】ディッパー部キャビティ中へ焼結材料が塑
性流動する際に、その部分に上パンチが当接しない場合
は、材料は上パンチ側へ向かって流動する性質があるの
でディッパー部キャビティを上パンチ側に向かって傾斜
した形状にすると、塑性流動材料と金型壁面との摩擦が
少なくなり、造形性が良好になる。

【００１０】塑性加工前の焼結合金素材のディッパーが
形成されるべき部分の近傍において、上記素材の密度ま
たは高さを大端部の他の部分より大きく形成すると、塑
性加工の際の加圧の初期段階でその部分の圧力が高くな
り、他の部分に先行してディッパー部キャビティへの塑
性流動が開始されるので、長いディッパーを形成する場
合には好ましい結果を得ることができる。

【００１１】コンロッドの大端部の何れの部分から何れ
の方向へディッパーを形成するかについては、そのコン
ロッドを使用するエンジンの構造によって定められる。
また、ディッパーは大端部のキャップ部および主体部側
の何れにも同様に形成することができる。さらに、ディ
ッパー部はコンロッドの端面に沿って、あるいは両端面
の中間部分に形成することが可能であり、直線的にもま
た湾曲した形状にも形成することができる。ウエブ（余
肉）を形成する場合は、切削加工されるコンロッドの軸
孔内に形成させることが好ましい。また、ディッパー部
の先端にウエブを形成してもよい。

【００１２】焼結合金の材料としては、鉄系、銅系、ア
ルミニウム系等の何れの材料を用いることも可能である
が、比較的低温で塑性変形が可能なアルミニウム合金が
適している。またアルミニウム合金はコンロッドの軽量
化にも寄与する。好ましいアルミニウム合金としては、
本出願人らが特願平６−３７６０６号に提案した焼結合
金を挙げることができる。その焼結合金は耐摩耗性およ
び延性の点で優れ、コン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、大端部および小端部の
軸孔を切削等により加工するのみで、そのまま使用する
ことが可能となる。前記アルミニウム焼結合金の組成お
よび金属組織は、上記特許出願に詳述したが、その組成
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、比較的軟質なＡl固溶体相との斑組織を呈し
ており、硬質粒子の脱落が防止され、耐摩耗性、特に引
掻き摩耗に対する抵抗性が優れているものである。この
斑組織の、Ａl−Ｓi系合金相とＡl固溶体相との面積比
を２０〜８０：８０〜２０にし、初晶Ｓiの最大粒径を
５〜６０μｍに特定することにより、強度と耐摩耗性が
良好となり、更に遷移金属を所定量含有させることによ
り、粒界のＣu合金相が減少し、延性も改善された合金
となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の製造方法をさ
らに説明する。先ず、図１はディッパー付きコンロッド
の一例を示す平面図である。コンロッドは、クランクシ
ャフトの軸受となる大端部１、ピストン側の軸受けとな
る小端部２、およびそれを連結する棒部３からなる主体
部４、大端部の中心において分割および整合される分割
面７を境界とするキャップ部５、ならびにキャップ部５
の外周面の端部寄りから伸びたディッパー６からなる。
但し、ボルト孔などは図示を省略する。図２は、上記の
ようなコンロッドを製作するために使用する圧粉体から
なる焼結合金素材の平面図である。この場合、合金混合
粉を金型で圧縮し、コンロッドの主体部４とキャップ部
５の圧粉体を別々に製作したものである。

【００１４】図３および図４は、本発明の製造方法にお
ける塑性加工の原理を説明するための金型の略示縦断面
図である。図３の金型は、ダイ１１には金型キャビティ
１１ａおよびディッパー部キャビティ１５となる段状空
間部が形成されており、その空間部を下パンチ１２およ
び上パンチ１３で塞ぐ構成である。なお成形体１０ｂの
離型時にディッパー部を押し上げるための突出ピン１４
をダイ１１に設ける。図３（ａ）は、金型キャビティ１
１ａ中に装入した焼結合金素材１０を、下パンチ１２お
よび上パンチ１３で圧縮する操作を開始した状態であ
る。圧縮により焼結合金素材１０の密度が上昇して、金
型キャビティ１１ａ内に密着すると共に、ディッパー部
キャビティ１５内へ材料の一部が塑性流動し始める。図
３（ｂ）は圧縮の最終段階を示し、焼結合金が造形さ
れ、ディッパー部も形成されている。さらに、図３
（ｃ）に示すように、下パンチ１２および突出ピン１４
により成形体１０ｂを押し出して離型する。

【００１５】図４は、上記の場合とほぼ同様であるが、
異なる点は、焼結合金素材のディッパーが形成される部
分の近傍の上端面に凸部１０ａを設け、金型の上パンチ
１３のディッパー部に対応する部分に段差１３ａを設け
ることにより、ディッパーの根元が成形体１０ｂの外周
面の中間部に形成されるようにしたものである。図４
（ａ）は、焼結合金素材１０を金型キャビティ１１ａ内
に装入した状態であり、図４（ｂ）に示すように上下の
パンチ１２、１３によって圧縮を開始すると、凸部１０
ａの近傍に先ず圧縮力が加わり、次いで他の部分にも圧
縮力が加わると共に、焼結合金素材１０は金型キャビテ
ィ１１ａに密着して、ディッパー部キャビティ１５内へ
塑性流動し始める。図４（ｃ）は加圧の最終段階であ
り、ディッパーは成形体１０ｂの外周面の中間部に形成
されている。成形体１０ｂの離型は前記と同様に行う。

【００１６】上記のようなディッパー付きコンロッドの
製作を一実施例により説明する。焼結合金素材の製作
は、Ａl−２０％Ｓi合金粉と純Ａl粉とを６０：４０の
割合で混合した粉末に、Ｃu−４％Ｎi合金粉とＡl−５
０％Ｍg合金粉および成形潤滑剤を混合し、全体組成を
重量比で、Ｓi １２％、Ｃu ３％、Ｍg ０.５％、Ｎi
０.１３％、および残部をＡlとし、この混合粉末を金型
で圧縮し、コンロッドの主体部４とキャップ部５の圧粉
体を別々に製作した。密度は２.２５g/cm³である。上記
成形体を、窒素ガス中において温度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
を行った。主体部およびキャップ部の焼結合金素材を４
５０℃に加熱し、これに黒鉛粉分散潤滑油を塗布して４
００℃に加熱した金型に入れて、以下の方法で塑性加工
を行った。

【００１７】図５は、上記塑性加工に用いた金型の縦断
面図であり、図１のＶ−Ｖ線における断面に対応する。
ダイ１１に第１下パンチ１２ａと、ディッパー部に対応
する第２下パンチ１２ｂが嵌合している。下パンチ１２
ａ、１２ｂには、小端部の軸孔形成用小コア１６、大端
部の軸孔形成用下大コア１７、突出ピン１４が嵌合して
いる。上方には、上パンチ１３とそれに嵌合する上大コ
ア１８を設ける。上大コア１８の下端面には突起１８ａ
を形成し、圧縮の際に、下大コア１７の上端面と突起１
８ａとがコンロッド大端部の軸孔のほぼ中間で当接し
て、隙間１９を形成し、その隙間１９内にウエブを形成
させるようにする。

【００１８】上記の場合、加圧力約６トン/cm²で焼結合
金の密度比が９８％となり、コンロッドおよび長さ約６
０mmのディッパーを一体に成形することができた。分割
面７はうねりおよびしわが密着した状態であり、適度な
接着強度を有し、外力により容易に主体部４とキャップ
部５とに分割することができた。また、分割面７のうね
りおよびしわを利用して整合組立てを精度よく行うこと
ができた。

【００１９】図６は、コンロッドの大端部および大端部
から伸びたディッパーの縦断面図である。図６（ａ）
は、図５に示す金型で塑性加工したもの、図６（ｂ）
は、図４に示す構造の金型で塑性加工したもの、および
図６（ｃ）は、上パンチおよび第２下パンチの形状を、
ディッパー部キャビティが上パンチ側へ傾斜するように
変形した金型を使用して塑性加工したものである。

【００２０】

【発明の効果】上記のように、この発明の粉末冶金法に
よるディッパー付きコンロッドの製造方法によれば、成
形体を通常のコンロッド素材の形状に成形した後、鍛造
による塑性変形によって、ディッパーを形成してディッ
パー付きコンロッドを形成することができるので、圧粉
体の取り扱いに特別の注意を払う必要がない。また、材
料歩留まりがよく、金型費用を増加させることがないの
で、ディッパー付きコンロッドを効率よく安価に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディッパー付きコンロッドの平面図である。

【図２】実施例の焼結合金素材の平面図である。

【図３】本発明に係る塑性加工の原理を説明する金型の
略示縦断面図である。

【図４】本発明に係る塑性加工の原理を説明する別の金
型の略示縦断面図である。

【図５】実施例の塑性加工に用いた金型の縦断面図で、
図１のＶ−Ｖ線断面に対応する。

【図６】ディッパーの取付け位置およびその形状を例示
する大端部の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 大端部 ２ 小端部 ３ 棒部 ４ 主体部 ５ キャップ部 ６ ディッパー ７ 分割面 １０ 焼結合金素材 １０ａ 凸部 １０ｂ 成形体 １１ ダイ １１ａ 金型キャビティ １２ 下パンチ １２ａ 第１下パンチ １２ｂ 第２下パンチ １３ 上パンチ １３ａ 段差 １４ 突出ピン １５ ディッパー部キャビティ １６ 小コア １７ 下大コア １８ 上大コア １８ａ 突起 １９ 隙間

フロントページの続き (72)発明者 杉本 幸男 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 (72)発明者 川瀬 祥司 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンロッドの大端部外縁から放射方向に
   伸長したディッパーを有するコンロッドを粉末冶金法に
   より製作する場合において、該コンロッドの形状の焼結
   合金素材を加熱し、ディッパー部キャビティを有する金
   型内で加圧して塑性変形せしめて、コンロッドの大端部
   外縁からディッパー部キャビティ内へ素材の一部を塑性
   流動させることによってディッパーを造形することを特
   徴とするディッパー付きコンロッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記塑性変形される焼結合金素材の大端
   部のディッパーが形成されるべき部分の近傍において、
   該素材の密度または高さを、大端部の他の部分より大き
   く形成することを特徴とする請求項１に記載のディッパ
   ー付きコンロッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記ディッパー部キャビティが上パンチ
   側に向かって傾斜した金型を使用することを特徴とする
   請求項１または２に記載のディッパー付きコンロッドの
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記焼結合金素材としてアルミニウム合
   金からなる素材を使用することを特徴とする請求項１か
   ら３のいずれかに記載のディッパー付きコンロッドの製
   造方法。