JPH1162945A

JPH1162945A - 鋳造コンロッドおよびロッド部並びにキャップ部

Info

Publication number: JPH1162945A
Application number: JP10050394A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Sekiguchi; 謙一郎関口; Hideki Yamaura; 秀樹山浦; Kimiteru Otsuka; 公輝大塚; Nobuo Komine; 信夫小峰
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】鍛造品並みの疲労強度を有する球状黒鉛鋳鉄
鋳造品よりなるエンジン用破断分割型コンロッドを提供
すること。【解決手段】基地組織をパーライト相主体とした球状
黒鉛鋳鉄鋳造品よりなるコンロッドであって、該コンロ
ッドの大端部を破断分割し、再組付けを行う破断分割型
コンロッドである。該球状黒鉛鋳鉄鋳造品の組成は、重
量比率で、Ｃ３．０〜４．０％、Ｓｉ２．０〜２．８
％、Ｍｎ０．２〜０．６％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．
０２％以下、Ｃｕ０．４〜１．３％、残部実質的にＦｅ
および不可避的不純物であり、８３０〜８７０°Ｃに
０．５〜１時間保持均熱後、放冷または強制空冷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造コンロッドに
関し、より詳しくは、重量精度が良く、かつ大端部およ
びキャップ部を一体に鋳造した後に破断分割できて、鍛
鋼品に匹敵する疲労強度を有し、形状の自由度が高い鋳
造コンロッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０にエンジンの主要構成部品である
コンロッドの組立状態の斜視図を示す。図１０で、コン
ロッド５１は、ピストン６１の往復運動をクランクシャ
フト６３の回転運動にする連接部材である。そのロッド
部５１ａは、ピストンピン６２に接続される小端部５
２、クランクシャフト６３への嵌合部を持つ大端部５４
および連桿部５３からなる。コンロッド５１のクランク
シャフト６３への組み付けは、大端部５４とキャップ部
５５の内径にホワイトメタル製のベアリング６５を介装
し、ボルト５９およびナット６０で締結することで行
う。そして一般には、小端部５２、連桿部５３および大
端部５４が一つとなったロッド部５１ａ、とキャップ部
５５を別体で製作している。

【０００３】コンロッド５１は、単に往復運動をするわ
けではなく、往復運動しながらピストンピン６２に接続
される小端部５２を中心にして首振り運動をする。こう
した複雑な運動をするうえに、混合気の燃焼により強い
爆発力を受けるため、高い強度、特に圧縮・引張の繰り
返し応力に対する高い疲労強度が要求される。

【０００４】従来、コンロッド５１としてのロッド部５
１ａおよびキャップ部５５は、機械構造用炭素鋼のうち
のＳ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃなどを用い、熱間鍛造により所定
の形状に成形し、その後、強度を得るために焼入れ焼戻
しなどの熱処理（調質ともいう）が施されていた。しか
し、熱間鍛造後の調質処理は多くのエネルギーを必要と
することから、調質処理を廃止して省エネルギーを図る
べく、Ｃ０.２〜０．５％程度含有する中炭素鋼にＶ
０．０３〜０．２０％添加した非調質鋼が提案され、こ
の非調質鋼を熱間鍛造した後に自然空冷することで必要
な性能を持つ鍛造コンロッドが現在まで使用されてきて
いる。

【０００５】そして、特開平８−２８４９４５号公報に
は、鍛造工程において、ロッド部の大端部、およびキャ
ップ部の内周面に、それらの接合面の形成予想にわたり
軸方向溝を形成し、接合面が大端部およびキャップ部の
内周面の直径線からずれてもそれらの内端縁を軸方向溝
内に留め、クランクシャフトへの装着性に支障がないよ
うにする開示がある。

【０００６】またコンロッドを粉末冶金法で製造するこ
とも行われてきている。この粉末冶金法によるコンロッ
ドは、原料粉末を潤滑剤とともに混合した後、キャップ
を含めて一体に圧粉体を成形し、不活性雰囲気内で焼結
し、さらに強度を確保するために鍛造を施すことが行わ
れる。得られたコンロッド形状の焼結体は、大端部とキ
ャップ部に連通する締結ボルト孔をあけ、次いでコンロ
ッド焼結体に付けた切り欠き溝を境にして機械的に破断
することで、大端部とキャップ部に破断面を有する焼結
コンロッドとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
鍛造コンロッドは、まだまだ材料費が高く、成形するの
に鍛造用金型に抜け勾配を付けて行うが、一度でコンロ
ッドの最終形状にすることはできず数回に分けて鍛造し
なければならない。また、コンロッドをエンジンに組み
付ける際には、回転バランスを考慮して、コンロッド一
個一個の重量を測定して選択組み合わせしているが、コ
ンロッド一個一個の重量のバラツキはより少ない方が管
理が容易となる。上記の鍛造法では、摩耗などから鍛造
金型の形状が長期にわたって保持できず、コンロッド一
個一個の重量のバラツキが発生しやすい。

【０００８】一方、焼結コンロッドは、金型に粉末を充
填して成形するので、コンロッド一個一個の重量のバラ
ツキが少ない。しかし、原料粉末の価格が高く、また原
料粉末、成形、雰囲気内焼結、鍛造など多くの工程を必
要として製造期間がかかり、さらに、焼結、鍛造工程
は、熱エネルギーを多く必要とする。そのため、焼結コ
ンロッドは一部の高級な車種にしか適用することができ
ない。

【０００９】ところで、図１１に示すような鋳造コンロ
ッドも見られる。この鋳造コンロッド１１には、小端部
５２側に堰１１と、キャップ部５５側の堰５５ｂとから
溶湯を注入して鋳造している。このように多数の堰１
１、５５ｂを有する鋳造コンロッドは、重量にバラツキ
が発生するおそれがあり、また、堰５５ｂなどを除去す
るのに多くの工数を必要とする。

【００１０】本発明の課題は、重量精度が良く、かつ大
端部およびキャップ部を一体に鋳造した後に破断分割で
きて、鍛鋼品に匹敵する疲労強度を有し、経済的に製造
できる鋳造コンロッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本出願人は先に特開平９
−８７７９５号公報として、減圧吸引鋳造法を適用し
て、球状黒鉛鋳鉄鋳造品の表面近傍および／または内部
に鋳造欠陥がないかまたは疲労強度に対する感受性がに
ぶい鋳造欠陥として、鍛造品なみの球状黒鉛鋳鉄鋳造品
とし、これを繰り返し応力を受ける部品、たとえばコン
ロッドに適用することを提案している。すなわち、吸引
鋳造装置の減圧容器内にキャビティを形成した鋳型を配
設し、溶湯導入部を保持炉の溶湯に浸漬して吸引注湯す
ることにより、たとえ酸化物等の介在物を溶湯に多く含
んだ球状黒鉛鋳鉄であっても、疲労強度が鍛造なみまた
はそれ以上とするものである。そして、この特開平９−
８７７９５号公報の技術のコンロッドへの適用をさらに
発展させ、重量精度を向上して、しかも大端部とキャッ
プ部を一体で鋳造後、破断分割できる鋳造コンロッドの
開発が望まれていた。

【００１２】本発明者らは、重量精度が向上できて、し
かもロッド部とキャップ部を一体で鋳造後、破断分割で
きる鋳造コンロッドについて鋭意研究してきた。その結
果、減圧吸引鋳造での減圧容器内に収納する鋳型につい
て、コンロッドを形成するキャビティの小端部側からの
み溶湯を注入させ、さらに個々のキャビティにかかる減
圧度が均一となるような積層鋳型として鋳造すること、
そして鋳造後に空圧で瞬間的に衝撃力を発生させる破断
装置によって、大端部とキャップ部を正確に破断するこ
と、などにより上記課題が解決でき、しかも注入歩留が
よく、さらに、鋳型を積層すれば、１回の鋳造でコンロ
ッドが１００〜２００個得られて、きわめて生産性が向
上することを見出し、本発明に想到した。

【００１３】すなわち、本発明の鋳造コンロッドは、基
地組織がパーライト相主体とした球状黒鉛鋳鉄鋳造品か
らなる鋳造コンロッドであって、前記鋳造コンロッドの
小端部、連桿部、大端部およびキャップ部を前記小端部
周囲のみに堰を設け一体に鋳造した後に、前記大端部と
キャップ部を破断分割していることを特徴とする。さら
に本発明の鋳造コンロッドは、基地組織がパーライト相
主体とした球状黒鉛鋳鉄鋳造品からなり小端部、連桿
部、大端部およびキャップ部からなるコンロッドの大端
部とキャップ部と間が鋳肌面以外からなることを特徴と
する。

【００１４】また、本発明の鋳造コンロッドは、質量比
率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：２．０〜２．８
％、Ｍｎ：０．２〜０．６％、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．４〜１．３％、Ｍｇ：
０．０１〜０．０８％以下、残部実質的にＦｅおよび不
可避的不純物の組成で、黒鉛を除くパーライトの面積率
が９０％以上の球状黒鉛鋳鉄鋳造品からなり、小端部、
連桿部、大端部およびキャップ部を前記小端部周囲のみ
に堰を設け一体に鋳造した後に、前記大端部とキャップ
部が破断分割していることを特徴とする。そして、前記
組成が、好ましくは質量比率で、Ｃ：３．７〜３．８
％、Ｓｉ：２．４〜２．６％、Ｍｎ：０．４〜０．４５
％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１２％以下、Ｃ
ｕ：０．７０〜０．７５％、Ｍｇ：０．０３３〜０．０
３９％、残部実質的にＦｅおよび不可避的不純物の組成
からなることを特徴とする。

【００１５】また、前記小端部の堰が鋳造コンロッドの
軸中心に配置されていることを特徴とする。

【００１６】また、鋳造コンロッドが、前記大端部とキ
ャップ部を破断分割後、分割面については機械加工をし
ないか、または前記大端部とキャップ部を破断分割後、
分割面を機械加工することを特徴とする。

【００１７】また、鋳造コンロッドが、減圧吸引鋳造に
より得られることを特徴とする。

【００１８】そして好ましくは、鋳造コンロッドが、鋳
造後８３０〜８７０℃の温度に０．５〜１時間にわたっ
て保持均熱した後、大気中放冷または強制空冷する熱処
理を施し、またはさらにショットピーニングを施して得
られることを特徴とする。

【００１９】本発明の鋳造コンロッドは、連桿部の鋳肌
面から０．１〜０．５ｍｍ深さの部位で、圧縮残留応力
のピーク値が少なくとも−２００Ｎ／ｍｍ²以上付与さ
れ、連桿部の破断までの繰り返し回数１０⁷回における
公称応力振幅が１８０Ｎ／ｍｍ²以上有することを特徴
とする。

【００２０】また、本発明の鋳造コンロッドのロッド部
は、基地組織がパーライト相主体とした球状黒鉛鋳鉄鋳
造品からなるコンロッドの小端部、連桿部および大端部
からなるロッド部を、キャップ部と一体に鋳造した後
に、前記大端部とキャップ部を破断分割したことを特徴
とする。また、本発明の鋳造コンロッドのキャップ部
は、基基地組織がパーライト相主体とした球状黒鉛鋳鉄
鋳造品からなるコンロッドのキャップ部を、小端部、連
桿部および大端部からなるロッド部と一体に鋳造した後
に、前記キャップ部と大端部を破断分割したことを特徴
とする。

【００２１】以下、本発明の鋳造コンロッドの組成、組
織、機械的性質の数値限定の理由を説明する。（１）パーライト相主体の球状黒鉛鋳鉄鋳造品パーライト相主体、特にパーライトの面積率が９０％以
上の球状黒鉛鋳鉄鋳造品とすることにより強度を確保
し、鍛鋼品に比して形状の自由度が増し、焼結鍛造品に
比して工程数が少なく、低コストで製造できるコンロッ
ドとなる。

【００２２】（２）ロッド部とキャップ部を一体鋳造ロッド部とキャップ部を一体で鋳造すると、同じ個数同
時に鋳造でき、かつ別体での鋳造に比べて鋳造歩留を向
上して、生産管理、品質管理が容易となる。

【００２３】（３）小端部周囲のみに堰小端部の周囲のみに堰を有する鋳型により鋳造し、その
後、堰を除去した鋳造コンロッドは、鋳造方案部が少な
いので、形状精度を出しやすく、鋳仕上げ工数が低減で
きる。さらに、重量バラツキが減少することにより、高
速回転に対応できる。

【００２４】（４）大端部とキャップ部を破断分割破断分割したときに分割面の金属の塑性変形を極力防止
して、組付けしたときに良好な締結を確保するため、空
圧破断装置を用いて瞬間的に破断分割を行う。

【００２５】（５）Ｃ：３．０〜４．０％、好ましく
は、Ｃ：３．７〜３．８％Ｃは、Ｓｉの量にも関係するが、Ｃ：３．０％未満では
チルが発生しやすくなるとともに鋳造性が悪くなる。一
方、Ｃ：４．０％を超えると強度が低下する。従って、
Ｃ：３．０〜４．０％、好ましくは、Ｃ：３．７〜３．
８％とする。

【００２６】（６）Ｓｉ：２．０〜２．８％、好ましく
は、Ｓｉ：２．４〜２．６％Ｓｉは、Ｃとともに鋳鉄において重要な成分であり、Ｓ
ｉ：２．０％未満では注湯時の溶湯の流動性が悪くな
り、また炭化物生成傾向が増大する。一方、Ｓｉ：２．
８％を超えるとパーライト量の制御が困難で、均一なパ
ーライト組織を得ることが難しく、また靱性の低下を招
く。従って、Ｓｉ：２．０〜２．８％、好ましくは、Ｓ
ｉ：Ｓｉ：２．４〜２．６％とする。

【００２７】（７）Ｍｎ：０．２〜０．６％、好ましく
は、Ｍｎ：０．４〜０．４５％Ｍｎは、焼入性を増し、強度の上昇に有効なパーライト
形成元素である。Ｍｎ：０．２％未満では熱処理効果が
期待できず、一方、Ｍｎ：０．６％を越えると靱性の低
下を招く。従って、Ｍｎ：０．２〜０．６％とする。好
ましくは、Ｍｎ：０．４〜０．４５％である。

【００２８】（８）Ｐ：０．０３％以下Ｐは、球状化阻害元素であり、Ｐが過多になるとＦｅと
Ｐの化合物が析出して機械的性質を低下させる。このた
め、Ｐ：０．０３％以下とする。

【００２９】（９）Ｓ：０．０２％以下、好ましくは、
Ｓ：０．０１２％以下Ｓは、球状化阻害元素であり、Ｓ：０．０２％以下、好
ましくは、Ｓ：０．０１２％以下とする。

【００３０】（１０）Ｃｕ：０．４〜１．３％、好まし
くは、Ｃｕ：０．７０〜０．７５％Ｃｕは、炭化物生成傾向を持たないパーライト安定化元
素で、基地強化促進効果のために必要である。Ｃｕ：
０．４％未満では効果が少ない。一方、Ｃｕ：１．３％
を越えると靱性の低下を招く。従って、Ｃｕ：０．４〜
１．３％、好ましくは、Ｃｕ：０．７０〜０．７５％と
する。

【００３１】（１１）Ｍｇ：０．０１〜０．０８％、好
ましくは、Ｍｇ：０．０３３〜０．０３９％Ｍｇ：０．０１％未満では黒鉛を球状化する効果が少な
い。一方、Ｍｇ：０．０８％を超えてもその効果が少な
く、チル発生の要因となる。従って、Ｍｇ：０．０１〜
０．０８％、好ましくは、Ｍｇ：０．０３３〜０．０３
９％とする。

【００３２】（１２）鋳造後、８３０〜８７０℃の温度
に０．５〜１時間にわたって保持均熱した後、大気中放
冷または強制空冷上記組成からなる鋳造コンロッドを、熱処理炉中で８３
０〜８７０℃の温度に０．５〜１時間にわたって保持均
熱してオーステナイト化した後、大気中放冷または強制
空冷を行う。８６０℃の温度に５０分間保持均熱した
後、熱処理炉から取り出して大気中放冷した一実施例で
見てみると、小物の場合には部分的なチルが発生する傾
向にあるが、鋳放しでたとえ部分的なチルが存在してい
たとしても、この熱処理を施すことにより、チルが解消
され、均一で微細なパーライト基地の組織が得られ、安
定した強さが得られる。

【００３３】（１３）ショットピーニングショットピーニングを施すことにより、鋳造コンロッド
表面に残留圧縮応力を付与して疲労強度を向上する。

【００３４】（１４）ロッド部とキャップ部を破断分割
後、分割部については機械加工しないロッド部とキャップ部を破断分割した後、破断面を接合
し、ロッド部とキャップ部を締め付けると、破断面の凹
凸が噛み合い、破断面がわからないほどきれいに接合で
きる。そして、大端部とキャップ部で形成される内径の
位置ずれがなくなる。

【００３５】（１５）ロッド部とキャップ部を破断分割
後、分割部を機械加工分割部での大端部およびキャップ部ともに機械加工代を
それぞれ設け、ロッド部とキャップ部を一体に鋳造した
後に分割部で破断分割すると、ロッド部とキャップ部が
一体で同じ個数同時に鋳造できる。また、別体での鋳造
に比べて鋳造歩留を向上して、生産管理、品質管理が容
易となる。

【００３６】（１６）連桿部の鋳肌面から０．１〜０．
５ｍｍ深さの部位で、圧縮残留応力のピーク値が少なく
とも−２００Ｎ／ｍｍ²以上付与鍛造法によるコンロッドと同等かまたはそれ以上の強度
が付与できる。

【００３７】（１７）連桿部の破断までの繰り返し回数
１０⁷回における公称応力振幅が１８０Ｎ／ｍｍ²以上鍛造法によるコンロッドと同等かまたはそれ以上の強度
が付与できる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を詳細に
説明する。（実施の形態１）図１は、実施の形態１の鋳造コンロッ
ドを組み立てた正面図である。図２は、実施の形態１の
鋳造コンロッドの素材の正面図である。図２で、鋳造コ
ンロッド１は、基地組織がパーライト相主体とした球状
黒鉛鋳鉄鋳造品からなる鋳造コンロッド１であって、外
径２５ｍｍの小端部２、幅１７ｍｍの連桿部３、および
内径３５ｍｍを有し、幅６７ｍｍ×厚さ２４ｍｍの大端
部４からなるロッド部１ａと、内径３５ｍｍを有し、幅
６７ｍｍ×厚さ２４ｍｍのキャップ部５からなる。そし
て、小端部２ａ周囲のみに堰１１を設け、ロッド部１ａ
とキャップ部５を一体に鋳造した後に、分割面８で破断
分割している。また、分割を容易にするために、分割部
１８にＲ０．８ｍｍの軸方向溝８ａ、８ｂを形成してい
る。

【００３９】実施の形態１の鋳造コンロッド１は、以下
の工程で製造することができる。（１）球状黒鉛鋳鉄組成の溶湯を溶製質量比率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：２．０〜
２．８％、Ｍｎ：０．２〜０．６％、Ｐ：０．０３％以
下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．４〜１．３％、Ｍ
ｇ：０．０１〜０．０８％、好ましくは質量比率で、
Ｃ：３．７〜３．８％、Ｓｉ：２．４〜２．６％、Ｍ
ｎ：０．４〜０．４５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０１２％以下、Ｃｕ：０．７０〜０．７５％、Ｍ
ｇ：０．０３３〜０．０３９％、残部実質的にＦｅおよ
び不可避的不純物の組成の溶湯を高周波溶解炉で溶解す
る。

【００４０】（２）鋳型の準備コンロッドを鋳造する鋳型を準備する。図４は、実施の
形態１に用いる鋳型の平面図と、鋳型の２層分を矢視
（Ａ―Ａ）と矢視（Ｂ−Ｂ）を合成した断面図である。

【００４１】鋳型２０は、直径５２０ｍｍ×厚さ３０ｍ
ｍの円盤状からなり、円盤状の鋳型２０を重ねたとき
に、上下に分割して形成されたものが、小端部キャビテ
ィ２２、連桿部キャビティ２３、大端部キャビティ２
４、およびキャップ部キャビティ２５となるキャビティ
２０ａが形成される。キャビティ２０ａは、放射状に１
２個形成し、中心の直径１００ｍｍの湯道２８から小端
部キャビティ２２に向けて堰２１を接続している。小端
部キャビティ２２を湯道２８側にするのは、鋳型２０に
多数配置できるからである。また鋳型２０には、上面に
ダボ２６、下面にダボ穴２８を３等配し、鋳型２０を積
層したときにダボ２０とダボ穴２８で位置決めしてい
る。なお、鋳型２０は、熱硬化性樹脂により珪砂を結合
するシェル砂で造型している。鋳型の材料は、造型性お
よび通気性の点から、例えばけい砂７号を材料とした砂
鋳型４が好適である。

【００４２】図５は、減圧吸引鋳造装置の要部断面図で
ある。図５には、減圧容器３１内に鋳型２０を積層して
配設した状態を示している。図５に示すとおり、最下段
の鋳型２０には突出して吸引口３８と、この吸引口３８
の周囲に保護枠２０ｅを設け、フィルター２０ｄを内設
している。一方、最上段の鋳型２０の湯道２８、その上
半分を封鎖している。鋳型２０の外周近くには、上に凸
部、下に凹部を形成して型合わせ時に嵌合させ、通常、
減圧吸引したとき溶湯４６は鋳型２０外での減圧容器３
１内に流出しないが、万が一に備えて溶湯４６が鋳型２
０外に流出しないようにしている。

【００４３】次に、鋳型２０を８段に積層する。なお、
最下段の鋳型下にはナット付きの敷板３７ａを、最上段
の鋳型上には孔付きの押え板３７ｃを配置し、３本のボ
ルト３７ｄで締め付けて、鋳型を組立てる。

【００４４】（３）減圧吸引鋳造図５に示す減圧吸引鋳造装置３０は、積層した鋳型２０
を収納し底部に開口部３５ａを有する内径６００ｍｍ、
高さ８００ｍｍの鉄製減圧容器３１、減圧容器３１内を
減圧する真空ポンプ３５とその時間経過ごとの減圧度を
制御する減圧制御装置３６、減圧容器３１内に配設する
積層した鋳型２０などからなる。鋳型の湯道８の下端は
減圧容器３１の開口部３１ａから突出させている。

【００４５】積層した鋳型２０を減圧容器３１内に収納
した後、減圧容器３１と蓋３３をシリンダー３３ｂで駆
動されるクランプ３３ｃで密着する。なお３１ｄ、３３
ｄはシールである。

【００４６】減圧吸引鋳造は次のとおり行う。吸引ヘッ
ド３４を、駆動手段（図示せず）で下降させて押え板３
７ｃに密着する。続いて、真空ポンプ３５を作動させて
減圧力を白矢印方向に作用させるとともに減圧容器３１
を下降させる。そして、前記の組成に溶製した１３４０
〜１４１０℃の溶湯４６に鋳型２０の吸引口３８を浸漬
する。浸漬すると減圧度が僅かに変化する。これを、吸
引口３８が溶湯に浸漬したことの検知手段として、減圧
制御手段３６により時間−減圧度の制御を開始する。

【００４７】減圧容器３１内が、１０〜２０ｓ（秒）間
に−３５０〜−４７０ｍｍＨｇに減圧されると、鋳型２
０の周囲からすべてのキャビティ２０ａに吸引力が作用
し、溶湯４６は、フィルター２０ｄでろ過され、湯道２
８、堰２１を経てキャビティ２０ａに、静かに、急速に
充填される。また減圧容器３１内で発生したガスは吸引
排出され、鋳造コンロッドへの空気の巻き込みがなくな
る。

【００４８】充填された溶湯４６は、吸引力によりキャ
ビティ２０ａ内に停留するが、時間の経過とともに順次
凝固が進行する。ある一定の凝固率すなわち固相率に達
した部分は、吸引力を解除しても流動しないためキャビ
ティ２０ａ外に流出しない。そして、吸引開始からある
所定時間後に吸引力を解除することで、未凝固の湯道２
８を重力で、溶湯４６を溶湯保持炉４５に戻す。

【００４９】（４）型ばらし鋳造後、積層した鋳型２０を減圧容器３１から取り出し
て冷却し、その後型ばらしを行なう。同時に９０個鋳造
された鋳造コンロッド１は、湯道２８と繋がらずバラバ
ラになっているので、通常の重力鋳造での後処理工程で
行われる湯口折りや湯道折りが不要となる。また、湯道
２８が溶湯保持炉４５に戻るので、注入重量に対する鋳
造品重量すなわち注入歩留が大幅に向上する。

【００５０】このあと、鋳造コンロッド１の表面に付着
した鋳物砂やスケールを、ショットブラストで除去す
る。

【００５１】（５）熱処理鋳造コンロッド１を黒鉛を除くパーライトの面積率が９
０％以上で、均一なパーライト組織にするため、必要に
応じて熱処理を施す。実施の形態１では、連続熱処理炉
を用い、８６０℃の温度に０．２５〜１．５時間にわた
って保持均熱した後、強制空冷する。得られた組織は黒
鉛を除いたパーライトの面積率が９５％以上の微細パー
ライトで、硬度は小端部表面でＨＢ（ブルネル）２７０
〜２９０と均一となっている。

【００５２】（６）ショットピーニング続いて、前記熱処理を施した鋳鉄コンロッド１の表面
に、アークハイト０．５〜１．０ｍｍでショットピーニ
ングを施す。アークハイト０．７ｍｍでショットピーニ
ングを施した場合、連桿部３の鋳肌面から０．１〜０．
５ｍｍ深さの部位は、圧縮残留応力（０．１ｍｍ単位で
５点測定）が平均値−２０８Ｎ／ｍｍ²以上となる。ま
た疲労強度は、破断までの繰り返し数１０⁷回における
公称応力振幅が１８５Ｎ／ｍｍ²以上となる。また、鋳
造コンロッド１は、鋳造品の表面部近傍および／または
内部の鋳造欠陥がないか、または目標の疲労強度を確保
できる鋳造欠陥にすることができる。このため鍛造品と
同等あるいはそれ以上の疲労強度を有する素材となる。
上記のとおり、ショットピーニングを施せば、あるレベ
ルの鋳造欠陥を排除でき、破断までの繰り返し数１０⁷
回における公称応力振幅が１８５Ｎ／ｍｍ²以上が可能
となる。

【００５３】（７）破断分割図７は、空圧破断装置の要部断面図である。空圧破断装
置７０は、畜圧室７１に開口部７３を介して連通する案
内筒７２、一端が畜圧室７１に連設したシリンダ７１ａ
にピストン７５で嵌合するとともに他端が開口部７３を
静止時に封止でき始動時に開放できるバルブ７４を形成
した中空桿７６、中空桿７６にハンマー引込シリンダ７
６ａを形成しこのハンマー引込シリンダ７６ａにピスト
ン７７ｂで嵌合するとともに他端をハンマー７９に連結
する連結桿７７などからなる。そして、静止時には開口
部７３をハンマー７９が上昇して封止している。中空桿
７６と一体となったバルブ７４が開口部７３を開放する
ことで、畜圧室７１内の圧縮空気によりハンマー７９が
白矢印方向に瞬間的に駆動される。また、取付具８１
は、鋳造コンロッド１の大端部４とキャップ部５の内径
９に嵌合して、分割部８を拡開できる拡開手段８２、８
３を有し、ハンマー７９に与えた衝撃力により拡開手段
８２、８３が瞬時に拡開し、大端部４とキャップ部５を
２分割にする。なお、この空圧駆動装置７０は畜圧室７
１と案内筒７３の中間で架台（図示せず）で強固に保持
している。

【００５４】詳細に空圧駆動破断装置７０の動作を説明
する。先ず、押釦８７を押していない状態で、点線で示
す空圧回路から畜圧室７１内に圧縮空気が供給され、ま
たシリンダ７１ａとピストン７５との間に介装したばね
８６によってピストン７５は下降している。そして、ピ
ストン７５と連結する中空桿７６の一端のバルブ７４は
開口部７３を封止している。また、中空桿７６の給気口
７６ｂを経て供給された圧縮空気により、ピストン７７
ｂを押し上げ、このピストン７７ｂと一体となった連結
桿７７およびハンマー７９は案内筒７２内で上昇待機し
ている。

【００５５】次に、押釦８７を押すと、実線で示す空圧
回路よりシリンダ７１ａ内に圧縮空気が供給されてピス
トン７５を押し上げる。このピストン７５に中空桿７６
で連結しているバルブ７４が上昇して開口部７３を開放
する。バルブ７４には開口部７３との嵌合部に切り欠き
を形成しているので、畜圧室７１内に畜えられらた圧縮
空気が一気に開口部７３から吹き出す。そして、ハンマ
ー７９が瞬間的に下方に突出してピン９４の頂部９４ａ
を叩く。楔ピン９４が拡開手段８２、８３を矢印方向に
力を伝達することにより、鋳造コンロッド１は瞬間にし
かも正確に、分割部８で破断する。空圧駆動による瞬時
の破断分割のため、破断面には塑性変形による細長い針
状金属突起の発生は見られず、破断分割面を機械加工し
ないままでの組付けでは、分割部８を分割前の原形に復
元する良好な締結を行うことができる。分割部とする起
点位置に予め軸方向溝８ａ、８ｂを設けておくことは、
破断位置を定めるうえで好ましい。

【００５６】破断後は、押釦８７を放せば、ピストン７
５を押し上げていた圧縮空気が排気され、ばね８６によ
りバルブ７４が開口部７３を封止し、ピストン７７ｂが
給気口７６ｂからの圧縮空気で上昇し、初めの状態に復
帰する。

【００５７】空圧破断装置７０には、さらに連結桿７７
とハンマー７９の間に介装した鼓状の緩衝体７７ａを設
けているので、破断時の衝撃を緩和して連結桿７７の破
損を防止する。さらに、ハンマー７９上部が案内筒７２
の緩衝体７３ａにまず当接して衝撃を緩和し、また、テ
ーパ部７９ａが相手のテーパ部と当接するようにしてい
るので、空圧破断装置７１のテスト時または空打ち時の
損傷を防止する。

【００５８】従来のコンロッドの分割法では、油圧によ
り分割部内径を拡開して２分割にするが、分割が直線状
にならない、変形するなどの精度不具合となるものがあ
る。完成した鋳造コンロッド１は、接合部８を接合し、
コンロッドボルトを規定トルクで締め付けると、破断面
がわからないほどきれいで、破断面の凹凸を噛み合わせ
て接合できる。そして、大端部４とキャップ６は使用中
位置ずれがななく、締結するボルト穴ピッチは±０．０
２〜０．０３ｍｍときわめて高精度に組立できる。さら
に、重量のバラツキが６ｇ以内となり、これは鍛造法に
よるコンロッドの１／２以下のバラツキである。回転バ
ランスを考慮して、コンロッド一個一個の重量を測定し
て選択組み合わせしているが、鋳造コンロッド一個一個
の重量のバラツキが少ないので管理が容易となる。

【００５９】（実施の形態２）図３は、実施の形態２の
鋳造コンロッドの正面図を示し、分割部で破断分割後、
分割面を機械加工するものである。なお、図３の鋳造コ
ンロッド１０において、実施の形態１と同一部分は同じ
符号で示す。実施の形態２の鋳造コンロッド１０は、基
地組織がパーライト相主体とした球状黒鉛鋳鉄鋳造品か
らなる鋳造コンロッドであって、小端部２、連桿部３お
よび大端部４からなるロッド部１ａと、キャップ部５か
らなる。そして、小端部２ａ周囲のみに堰１１を設け、
ロッド部１ａとキャップ部５一体に鋳造した後に、分割
面８で破断分割している。鋳造コンロッド１０の分割部
１８には、大端部４およびキャップ部５ともに機械加工
代４ａ、４ｂをそれぞれ設け、長内径としている。

【００６０】この鋳造コンロッド１０によれば、ロッド
部１ａとキャップ部５を一体で同じ個数同時に鋳造でき
る。また、鋳造コンロッド１０によれば、別体での鋳造
に比べて鋳造歩留を向上して鋳造でき、生産管理、品質
管理が容易となる。そして、鋳造コンロッド１０では、
従来の鍛造法によるコンロッドの加工ラインをそのまま
利用できて、新規に設ける必要がない。

【００６１】鋳造コンロッド１０の製造方法は、主に鋳
型や減圧吸引鋳造装置の構成が多少異なる以外、実施の
形態１と略同じである。実施の形態１の鋳造コンロッド
１の製造方法との相違点を中心に説明する。

【００６２】図６は、実施の形態２で用いる減圧吸引鋳
造装置の要部断面図である。減圧吸引鋳造装置３０ａ
は、底部に開口部３５ａを有する内径６００ｍｍ、高さ
８００ｍｍを有する鉄製の減圧容器３１、減圧容器３１
内を減圧する真空ポンプ３５とその時間経過ごとの減圧
度を制御する減圧制御装置３６、減圧容器３１内に配設
する積層した鋳型２０などからなる。また、減圧容器３
１の開口部３５ａから鋳型２０の湯道２８の下端の吸引
口３８を突出させ、溶湯保持炉４５内の溶湯４６を減圧
吸引鋳造できるようにしている。

【００６３】鋳型２０は、各々の鋳型２０のキャップ部
２５外側に吸引口２０ｂを形成し、鋳型２０を積層した
とき、吸引口２０ｂが最下の鋳型の中間から最上の鋳型
まで貫通している。吸引口２０ｂは、鋳砂が鋳造時の機
械的、熱的衝撃によって破砕しない程度に、キャップ部
の側面に近接しているのが好ましい。なお、鋳型２０の
コンロッドとなるキャビティの配置は実施の形態１と同
じである。

【００６４】また、鋳型２０の外周、底部および上部に
は塗型４０を施し、吸引ヘッド３４ａを鋳型の最上部に
密着させて減圧したとき、減圧吸引力が鋳型の内部で作
用するようにしている。

【００６５】減圧吸引鋳造は以下のとおり行う。真空ポ
ンプ３５を作動させるとともに減圧容器３１を下降さ
せ、Ｃ：３．７〜３．８％、Ｓｉ：２．４〜２．６％、
Ｍｎ：０．４〜０．４５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０１２％以下、Ｃｕ：０．７０〜０．７５％、Ｍ
ｇ：０．０３３〜０．０３９％、残部実質的にＦｅおよ
び不可避的不純物の組成に溶製した溶湯保持炉４５内の
溶湯４６に、鋳型２０の溶湯導入口３８を浸漬する。湯
面検知センサー３１ｂで湯面を検知して、減圧容器３１
内の時間−減圧度の制御を開始する。吸引ヘッド３４ａ
から白矢印方向に減圧され、積層した鋳型を貫通した吸
引口２０ｂからキャップ部５を含めキャビティ２０ａに
吸引力が作用する。そして、溶湯４６は、フィルター２
０ｄでろ過され、湯道２８、堰２１を経てキャビティに
静かに、急速に充填される。また減圧容器３１内で発生
したガスは吸引排出され、鋳造コンロッド１０への空気
の巻き込みがなくなる。

【００６６】完成した鋳造コンロッド１０は、基地組織
がパーライト相主体とした球状黒鉛鋳鉄鋳造品であっ
て、重量のバラツキが６ｇ以内となり、これは鍛造法に
よるコンロッドの１／２以下のバラツキである。回転バ
ランスを考慮して、コンロッド一個一個の重量を測定し
て選択組み合わせしているが、鋳造コンロッド一個一個
の重量のバラツキが少ないので管理が容易となる。

【００６７】

【発明の効果】以上、詳細に説明のとおり、本発明の鋳
造コンロッドは、基地組織がパーライト相主体とした球
状黒鉛鋳鉄鋳造品からなる鋳造コンロッドであって、前
記鋳造コンロッドの小端部、連桿部、大端部およびキャ
ップ部を前記小端部周囲のみに堰を設け一体に鋳造した
後に、前記大端部とキャップ部を破断分割しているの
で、以下の優れた効果を奏する。（１）ロッド部とキャップ部を一体で同じ個数同時に鋳
造するので、別体での鋳造に比べて鋳造歩留が向上し、
かつ生産管理、品質管理が容易となる。（２）鍛鋼品に匹敵する疲労強度を有する。（３）重量精度が良い。（４）形状の自由度が高い。（５）破断後、破断面の凹凸を噛み合わせて接合する鋳
造コンロッドは、ロッド部とキャップ部を締め付ける
と、破断面の凹凸が噛み合い、破断面がわからないほど
きれいに接合できる。そして、大端部とキャップ部で形
成される内径の位置ずれがなくなる。（６）破断後、分割部を機械加工する鋳造コンロッド
は、従来の鍛造法によるコンロッドの加工ラインをその
まま利用できて、新規に設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の鋳造コンロッドを組立てた状態
の正面図である。

【図２】実施の形態１の鋳造コンロッドの素材の正面図
である。

【図３】実施の形態２の鋳造コンロッドの素材の正面図
である。

【図４】実施の形態１の鋳造コンロッドの素材を鋳造す
る鋳型の平面図および断面図である。

【図５】実施の形態１の鋳造コンロッドを鋳造する減圧
吸引鋳造装置の要部断面図である。

【図６】実施の形態２の鋳造コンロッドを鋳造する減圧
吸引鋳造装置の要部断面図である。

【図７】空圧破断装置の要部断面図である。

【図８】鋳造コンロッドの熱処理前の金属顕微鏡組織写
真（×４００）である。

【図９】鋳造コンロッドの熱処理後の金属顕微鏡組織写
真（×４００）である。

【図１０】コンロッドをピストンやクランクシャフトに
組付けようとしている状態を示す斜視図である。

【図１１】従来の鋳造コンロッドを組立てた状態の平面
図である。

【符号の説明】

１、１０：鋳造コンロッド、１ａ：ロッド部、２：小端
部、３：連桿部、４：大端部、４ａ、５ａ：機械加工
代、５：キャップ部、６、７：破断接合面、８：分割
部、８ａ、８ｂ：軸方向溝、９：内径、９ｂ：長内径、
２０：鋳型、２０ａ：キャビティ、２０ｂ：吸引口、２
０ｄ：フィルター、２０ｅ：湯口保護枠、２１：堰、２
２：小端部キャビティ、２３：連桿部キャビティ、２
４：大端部キャビティ、２５：キャップ部キャビティ、
２６：ダボ、２７：ダボ穴、２８：湯道、２９ａ：凸
部、２９ｂ：凹部、３０、３０ａ：減圧吸引鋳造装置、
３１：減圧容器、３１ｂ：湯面検知センサ、３１ｄ：シ
ール、３３：蓋、３３ｂ：シリンダ、３３ｃ：クラン
プ、３３ｄ：シール、３４、３４ａ：吸引ヘッド、３４
ｄ：開口部、３５：真空ポンプ、３５ａ：開口部、３
６：減圧制御手段、３７ａ：敷板、３７ｃ：押え板、３
７ｄ：ボルト、３８：吸引口、４０：塗型、４１：塗
型、４５：溶湯保持炉、４６：溶湯、５１：鋳造コンロ
ッド、５１ａ：ロッド部、５２：小端部、５３：連桿
部、５４：大端部、５５：キャップ部、５５ａ：内径、
５５ｂ：堰、５６、５７：接合面、５８：分割部、５
９：ボルト、６０：ナット、６１：ピストン、６２：ピ
ストンピン、６３：クランクシャフト、６４：ジャーナ
ル、６５：ベアリング、７０：空圧破断装置、７１：畜
圧室、７１ａ：シリンダ、７２：案内筒、７３：開口
部、７３ａ：緩衝体、７４：バルブ、７５：ピストン、
７６：中空桿、７６ａ：ハンマー引込シリンダ、７６
ｂ：給気口、７７：連結桿、７７ｂ：ピストン、７９：
ハンマー、７９ａ：テーパ部、８１：取付治具、８２、
８３：拡開手段、８４：バルブ、８６：ばね、８７：押
釦、９４：楔ピン、９４ａ：頂部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小峰信夫栃木県真岡市鬼怒ケ丘11番地日立金属株式会社素材研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基地組織がパーライト相主体とした球状
黒鉛鋳鉄鋳造品からなる鋳造コンロッドであって、前記
鋳造コンロッドの小端部、連桿部および大端部からなる
ロッド部と、キャップ部を前記小端部周囲のみに堰を設
け一体に鋳造した後に、前記大端部とキャップ部を破断
分割していることを特徴とする鋳造コンロッド。
【請求項２】基地組織がパーライト相主体とした球状
黒鉛鋳鉄鋳造品からなり小端部、連桿部、大端部および
キャップ部からなるコンロッドの大端部とキャップ部と
間が鋳肌面以外からなることを特徴とする鋳造コンロッ
ド。
【請求項３】質量比率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓ
ｉ：２．０〜２．８％、Ｍｎ：０．２〜０．６％、Ｐ：
０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｕ：０．４〜
１．３％、Ｍｇ：０．０１〜０．０８％、残部実質的に
Ｆｅおよび不可避的不純物の組成で、黒鉛を除くパーラ
イトの面積率が９０％以上の球状黒鉛鋳鉄鋳造品からな
り、小端部、連桿部、大端部およびキャップ部を前記小
端部周囲のみに堰を設け一体に鋳造した後に、前記大端
部とキャップ部が破断分割していることを特徴とする鋳
造コンロッド。
【請求項４】前記組成が、好ましくは質量比率で、
Ｃ：３．７〜３．８％、Ｓｉ：２．４〜２．６％、Ｍ
ｎ：０．４〜０．４５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０１２％以下、Ｃｕ：０．７０〜０．７５％、Ｍ
ｇ：０．０３３〜０．０３９％、残部実質的にＦｅおよ
び不可避的不純物の組成からなることを特徴とする請求
項３に記載の鋳造コンロッド。
【請求項５】前記小端部の堰が、鋳造コンロッドの軸
中心に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請
求項４何れか１項に記載の鋳造コンロッド。
【請求項６】鋳造コンロッドが、前記大端部とキャッ
プ部を破断分割後、分割面については機械加工をしない
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５何れか１項に記
載の鋳造コンロッド。
【請求項７】鋳造コンロッドが、前記大端部とキャッ
プ部を破断分割後、分割面を機械加工することを特徴と
する請求項１乃至請求項５何れか１項に記載の鋳造コン
ロッド。
【請求項８】鋳造コンロッドが、減圧吸引鋳造により
得られることを特徴とする請求項１乃至請求項７何れか
１項に記載の鋳造コンロッド。
【請求項９】前記鋳造コンロッドが、鋳造後、８３０
〜８７０℃の温度に０．５〜１時間にわたって保持均熱
した後、大気中放冷または強制空冷する熱処理を施して
得られることを特徴とする請求項１乃至請求項８何れか
１項に記載の鋳造コンロッド。
【請求項１０】前記鋳造コンロッドが、前記ショット
ピーニングを施して得られることを特徴とする請求項１
乃至請求項９何れか１項に記載の鋳造コンロッド。
【請求項１１】前記鋳造コンロッドが、前記連桿部の
鋳肌面から０．１〜０．５ｍｍ深さの部位で、圧縮残留
応力のピーク値が少なくとも−２００Ｎ／ｍｍ²以上付
与されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０
何れか１項に記載の鋳造コンロッド。
【請求項１２】鋳造コンロッドが、前記連桿部の破断
までの繰り返し回数１０⁷回における公称応力振幅が１
８０Ｎ／ｍｍ²以上有することを特徴とする請求項１乃
至請求項１１何れか１項に記載の鋳造コンロッド。
【請求項１３】基地組織がパーライト相主体とした球
状黒鉛鋳鉄鋳造品からなるコンロッドの小端部、連桿部
および大端部からなるロッド部を、キャップ部と一体に
鋳造した後に、前記大端部とキャップ部を破断分割した
ことを特徴とする鋳造コンロッドのロッド部。
【請求項１４】基地組織がパーライト相主体とした球
状黒鉛鋳鉄鋳造品からなるコンロッドのキャップ部を、
小端部、連桿部および大端部からなるロッド部と一体に
鋳造した後に、前記キャップ部と大端部を破断分割した
ことを特徴とする鋳造コンロッドのキャップ部。