JPS5943643B2 - 連接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軽量で、かつ機械的強度が大きく、高速運転を
可能にする連接棒に関するものである。

現在、自動車、印刷機およびミシン等の広範囲の機械に
おいて、往復運動を回転運動に、または回転運動を往復
運動に変換するクランク機構が用いられている。このク
ランク機構を構成する諸要素のなかで、前記二つの運動
の変換に直接かかわる要素である連接棒（コネクテイン
グ・ロッド）は、必要不可欠のものである。

第１図および第２図は、従来の連接棒の一般的な構造を
示す図である。

同図において、この連接棒１は、その両端に軸受部２お
よび３をもち、これらがリブ４とフランジ５とにより連
接されている構造になつており、一般に金属を鋳造する
ことによりー体成型されている。

この連接棒１は、軸受部２および３の内側に、それぞれ
ベアリングを介在して挿入、支持される運動軸の運動に
より、動力を変換、伝達する。

この際、連接棒１には一般に圧縮荷重または引張り荷重
のうち、いずれか一方の荷重が支配的に作用する。とこ
ろで近年、自動車、印刷機およびミシン等のクランク機
構を用いる機械の高速化が進みつつあり、それに伴つて
クランク機構における連接棒の運動も、必然的に高加速
度化しつ一つある。

しかるに従来の連接棒は、上述のように金属で作られて
いるので、連接棒自体の質量は相当大きいのが実状であ
る。したがつて、前記の機械の運転時には連接棒の慣性
力、すなわち連接棒の質量と加速度との積もまた相当大
きい。こうした慣性力は、連接棒に対し、圧縮荷重に対
しては引張り荷重を、また引張り荷重に対しては圧縮荷
重を交互に、かつ同程度の大きさを以てくり返し作用す
るようになる。

従来はこれに対処するため、上述の構造からなる連接棒
の谷要素（軸受部、リプおよびフランジ）の肉厚を増す
などして、連接棒の機械的強度を上げるようにしている
が、この結果連接棒の質量がさらにふえ、かえつて慣性
力は増大する。

この増大した慣性力に耐えるため、各要素の肉厚をさら
に増さねばならず、したがつて慣性力がいよいよ増大す
るという悪循環に陥つている。一方、実公昭５２−２１
３８４号公報には、アルミニウム合金などの軽合金を、
いわゆる芯材とし、その軽合金製芯材の外表面にエポ千
シ樹脂などの接着剤を含浸した炭素繊維束をその繊維軸
がロツドの長手方向になるように引きそろえて配置し、
ホツトプレスして上記外表面に炭素繊維束を添着してな
る連接棒が記載されている。

すなわち、この従来の連接棒は、軽合金製芯材の外表面
に、その長手方向に延びる炭素繊維束による補強樹脂層
を形成することにより、軽量で引張りや圧縮強度に強い
連接棒を得んとするものである。しかしながら、かかる
従来の連接棒は、一部に炭素繊維補強樹脂を使用してい
るとはいえ主体は依然として金属であるから、それほど
大きな軽量化効果が得られるわけではない。また、アル
ミニウム合金などの軽合金の熱膨張係数は炭素繊維補強
樹脂のそれより一般に二桁も大きいから、ホツトプレス
した後冷却すると大きな残留応力が発生し、その残留応
力によつて炭素繊維補強樹脂層による補強効果が一部相
殺されてしまうので、補強効果自体もそれほど期待でき
ない。さらに、芯材と炭素繊維補強樹脂層の界面に上記
残留応力による大きな剪断力が働くので、長手方向の交
番荷重が加わると炭素繊維補強樹脂層が剥離してしまう
という欠点もある。かかる剥離は、ロツド本体とその両
端の軸受部との結合部分がくびれていて、そのくびれ部
分に応力が集中することから一層助長される。さらにま
た、炭素繊維補強樹脂は導電性を有するが、アルミニウ
ム合金などの軽合金と炭素繊維補強樹脂はイオン化傾向
が大きく異なるので、芯材が徐々に電蝕されてしまうと
いう問題もある。また、登録実用新案第３４６４３８号
公報にも、同様に、金属と繊維補強樹脂との、いわゆる
複合構成を有する連接棒が記載されている。しかしなが
ら、かかる連接棒もまた、複合構成を採つているため、
上記実公昭５２−２１３８４号公報に記載されている連
接棒と同様の欠点をもつている。本発明の目的は、従来
の連接棒にみられる上述の悪循環を打破し、軽量でかつ
機械的強度が大きく、高速運転を可能にするばかりか、
耐久性の高い連接棒を提供することにある。この目的を
達成するために、本発明においては、一対の円筒状軸受
部と、前記一対の軸受部の間にあつて、それら一対の軸
受部を一対に結合している板状リブと、前記一対の軸受
部とリブとからなる一体部材の側壁に、その側壁の全周
にわたつて、かつ軸受部およびリブと一体に設けたフラ
ンジとを有し、前記一対の軸受部の円筒軸は互に平行で
、かつ同一平面内にあり、その平面と前記リブの板面は
互に直交しており、前記リブの側壁は前記一対の軸受部
の外共通接線上にあり、前記軸受部およびリブは樹脂ま
たは繊維補強樹脂からなり、前記フランジは前記一体部
材の側壁の周方向に巻回された炭素繊維の連続繊維で補
強された樹脂からなることを特徴とする連接棒が提供さ
れる。

以下、本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。第
３図および第４図は、本発明の実施例からなる連接棒の
構造を示す図である。

同図に示すように、連接棒１は両端部に軸受部２および
３を有し、その間をリブ４によつて一体に結合されてお
り、さらにこの軸受部２および３とリブ４とからなる一
体部材の側壁には、その側壁の全周にわたつて、かつ上
記軸受部２，３およびリブ４と一体にフランジ５が設け
られている。

フランジ５は、あたかも軸受部２，３間に掛け渡された
ベルトの如き形状をもつていて、くびれ部分を有しない
。また、上記軸受部２，３の円筒軸は互に平行で、かつ
同一平面内にあり、その平面とリブ４の板面とは互に直
交している。また、リブ４の側壁は軸受部２，３の外共
通接線上にあり、したがつてくびれ部分を有しない。軸
受部２および３は、それぞれ二重の筒状体２１，２２，
および３１，３２からなつている。

筒状体２１および３１は、ともに繊維補強樹脂からなつ
ている。たとえば、樹脂を含浸した炭素繊維が軸方向に
対し、±８００の角度でクロスワインドして積層されて
なる繊維補強樹脂のパイプを、必要な長さに切断したも
のからなつている。この筒状体２１および３１の各内側
に、それぞれ筒状体２１および３１と長さの等しい、硬
度の高い金属からなる円筒２２および３２が圧入、嵌合
されている。この金層円筒２２および３２としては、と
もに焼人れを施して硬度を高めたクロムモリブデン鋼が
望ましい。リブ４は、やはり繊維補強樹脂からなつてい
る。

たとえば、樹脂を含浸した炭素繊維が連接棒１の長さ方
向に対し、それぞれ００，＋３００，−３０樹，一３０
０，＋３００，および００の角度を以てこの順に６層に
積層され、第５図に示すような表面形状を有する、繊維
補強樹脂からなる積層板状体とすることができる。リブ
４の両端部は、第５図に示すように半円形状に加工され
、そのそれぞれに前記軸受部２および３が接着剤塗布に
より、一体に結合される。

このリブ４により、前記軸受部２および３の間に加えら
れる圧縮荷重が、主に支えられる。フランジ５は、本発
明の連接棒において最も重要な役割をもつており、前記
軸受部２，３の周囲およびリブ４の両側壁、つまり軸受
部２，３とリブ４とからなる一体部材の側壁の周方向に
巻回された炭素繊維の連続繊維で補強された樹脂からな
つている。

このフランジ５は、よく知られているプリプレグ法ある
いはフイラメント・ワインデイング法のいずれかにより
、前記軸受部２および３の円筒高さよりは低く、かつ前
記リブ４の側壁高さよりは高くなるように、樹脂を含浸
した炭素繊維の連続繊維を複数層巻回することによつて
構成してなり、前記軸受部２および３の間に加えられる
引張り荷重を主に支える役目をする。

すなわち、第３図および第４図において、連接棒１にか
かる圧縮荷重は主にリブ４で支えられるが、引張り荷重
は主にフランジ５で支えられる。

そのためには、炭素繊維の連続繊維を軸受部２，３およ
びリブ４とからなる一体部材の側壁の周方向に巻回し、
そのように巻回された炭素繊維の連続繊維で樹脂を補強
して上記一体部材の側壁の周方向にベルト状のフランジ
を形成することが必要である。上述した実施例において
は、繊維補強樹脂からなる軸受部はそれぞれその内側に
、焼入れを施したクロムモリブデン鋼のような金属から
なる円筒を嵌合しているが、この金属円筒を必要とする
はど硬度の高さが要求されない場合には、もちろん、こ
の金属円筒はなくてもよい。

たとえば、ガラス繊維補強樹脂からなる円筒の内側に、
炭素繊維補強樹脂からなる円筒を嵌合してなる二重筒状
体を、軸受部として用いてもよい。リブには補強材とし
て他の繊維、たとえばガラス繊維や有機高弾性繊維等を
、炭素繊維に混人することができる。

あるいは第６図に示すように、リブ４を構成する繊維補
強樹脂層１０の内側に、軽量発泡樹脂層１１、たとえば
ポリスチレンフオーム等の層をはさんだり、または第７
図に示すように内側を中空１２にしたりして、リブ４の
横断面の厚み方向の中心軸Ｘ−Ｘに関する断面二次モー
メントを大きくすることにより、圧縮荷重によつて生ず
る危険性のある座屈に抗する強度を増すことができる。
樹脂としてはエポ千シ樹脂が最も望ましいが、これ以外
の熱硬化・計樹脂、たとえばフエノール樹脂、不飽和ポ
リエステルまたはポリイミド等も、同様に用いることが
できる。

また、第３図および第４図に示すような軸受部２，３お
よびリブ４の三者を、ナイロン等の熱可塑性樹脂単体、
あるいは繊維で補強された上述の熱可塑性樹脂を用いて
射出成型法により一体成型し、この一体成型部材の側壁
全周に、上述の実施例のようにして熱硬化性樹脂を含浸
した炭素繊維の連続繊維を巻回してフランジ５を形成し
、以て連接棒１を製造することもできる。

上述の実施例で得られた本発明の連接棒と、従来の連接
棒との同一仕様品（軸受部の径が互いに等しく、かつ軸
受部間の距離も互いに等しい仕様品）について測定して
得られた、質量、破壊圧縮荷重と引張り荷重の値、およ
び単位質量あたりの破壊引張り荷重を次表に示す。

上の表に示すように、同一仕様品について、本発明の連
接棒は従来の連接棒の約半分に軽量化でき、しかも破壊
圧縮荷重や引張り荷重はともに約１．１倍と若干大きい
。

したがつて、単位質量あたりの破壊圧縮荷重や引張り荷
重ほともに２倍に増大し、高速で用いられる場合にも、
従来の連接棒より２倍も慣性力に耐えることが可能であ
る。以上説明したように、本発明の連接棒は、軸受部お
よびリブを樹脂または繊維補強樹脂で構成し、またフラ
ンジを炭素繊維補強樹脂で構成しているから、上述した
従米の連接棒のどれよりも軽量で慣性力（質量×加速度
）が小さい。そのため、これを構成要素とする、たとえ
ば自動車、印刷機、ミシンなどの装置は高速運転が可能
であり、しかも振動が少ない。。

−ニニ：ｉ：：１Ｊ：＝；１，つとからなる一体部材の
側壁に、その側壁の全周にわたつて、かつ前記軸受部お
よびリブと一体に繊維補強樹脂製フランジを設け、その
フランジには高強度、高弾性で樹脂の補強効果が高い炭
素繊維を、連続繊維の形で、しかも前記側壁の周方向に
巻回して使用しているから、連接棒に加わる、主として
引張り荷重を効果的に支えることができ、機械的強度が
高い。

さらに、本発明の連接棒は、前記一対の軸受部の円筒軸
が互に平行で、かつ同一平面内にあり、その平面とリブ
の板面が互に直交しており、しかもリブの側壁が前記一
対の軸受部の外共通接線上にある、つまりリブが、した
がつてフランジもまたくびれ部分を有していないから、
機械的強度が高いばかりでなく、長手方向の圧縮または
引張り荷重が加わつたときにリブとフランジの一体結合
がくびれ部分から剥離するのを防止することができ、耐
久性が高い。

さらにまた、本発明の連接棒は、実公昭５２−２１３８
４号公報や登録実用新案第３４６４３８号公報に記載さ
れている従来の連接棒のように、金属と繊維補強樹脂と
いう、物理的性質が全く異なる材料の、いわゆる複合構
成を採つていないから、両者の熱膨張係数が異なること
による残留応力や、その残留応力による剪断力が問題に
なることがないし、電蝕が問題になることもないから、
機械的強度のみならず耐久性も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来の連接棒の一般的な構造を
示すそれぞれ正面図、および側面図。 第３図および第４図は、本発明の実施例からなる連接棒
の構造を示すそれぞれ正面図、および側面図。第５図は
、本発明の実施例からなる連接棒における、リブの形状
を示す平面図。第６図は、第５図におけるＡ−Ａ矢視切
断面を示す断面図。第７図は、第６図の他の場合を示す
断面図。１：連接棒、２，３：軸受部、４：リブ、５：
フランジ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の円筒状軸受部と、前記一対の軸受部の間にあ
   つて、それら一対の軸受部を一体に結合している板状リ
   ブと、前記一対の軸受部とリブとからなる一体部材の側
   壁に、その側壁の全周にわたつて、かつ軸受部およびリ
   ブと一体に設けたフランジとを有し、前記一対の軸受部
   の円筒軸は互に平行で、かつ同一平面内にあり、その平
   面と前記リブの板面は互に直交しており、前記リブの側
   壁は前記一対の軸受部の外共通接線上にあり、前記軸受
   部およびリブは樹脂または繊維補強樹脂からなり、前記
   フランジは前記一体部材の側壁の周方向に巻回された炭
   素繊維の連続繊維で補強された樹脂からなることを特徴
   とする連接棒。