JPS5977117A - 内燃機関のコネクテイングロツド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽量化された内燃）幾関の二１ネクディング
ロツドに関するものである。往復動型内燃機関にあって
は、ピストンカップ、ピストンピン、コネクティングロ
ッド等の可動部分の軽」化が強く要請されている。これ
は、′４］復動部分の軽量化により、運動系のバランス
を良好にし、振動間合を軽減きけるとともに運動系の慣
性を減じて、−Ｌンジン回転速度の速やかな変化を容易
にし、燃費の向−Ｌに奇！：３づるためである。ところ
で］ネクアイングロットには、ピストンに作用する爆発
力による汀線応力、曲ＩＪ応力、１ｎ竹力による引っ張
り応力、曲げ応力が練り返し的に作用し、更に、ピスト
ンピン、クランクシｌｙノドとの摺仙部には、耐摩耗性
も要求される。これらの要求を嵩だすため、従来の二）
ネクアイング１１ツドは、主として鉄鋼−Ｃ製作され、
ｍｍが犬となるＶｉｌが避ｊＪられながった。

＝１ネクディングに１ットの軽量化のために、鉄鋼製の
コネクティングロッドに代り、アルミニウム合金あるい
はチタニウム合金製の一１ネタディングロフトも既に知
られている。しかし、アルミニウム合金製のコネクティ
ングロッドは、主として、強ｔａ上の制約が人さく、チ
タニウム合金製のコネクテイング１」ノドは、成形と加
工が困難で、量産化が困！Ｉ！１１　’（ある。このた
め、いずれのコネクティングロッドも広く応用されるに
（３Ｌ至って（１な（へ〇水腎明は、かかる問題を解決
づるために（ｊ？案されたもので、炭素繊玲（１、カラ
ス繊維等の強化繊維を含む樹Ｂｉ’＝　ＦＪ合ＩＣ構成
され、軽量でかつ機械的強度の大きい一１ネクテイング
１」ノドとその製造り法を提供覆るものである。

木光明のコネクティングロッドは、ビス（〜ンビンか挿
入される軸受孔をもつ円筒状の繊維強化複合材製のビン
部材と、クランクシＡ・ノドが挿入される軸受孔をもつ
円筒状の繊に１１強化少合材製のシャフト部材と、該ビ
ン部材Ｊ：ｉ　Ｊ：び該シト７１〜部月を一体的に連結
づる繊維強化複合材製の連結部材とで構成されているこ
とを１４徴とづるものである。

ぞして、木ブを明の一１ネクｊイングＤツドの製造方法
は、ビス］・ンビンが挿入される軸受孔をもつ円筒状の
ビン部材、クランクシト７１−が挿入される軸受孔をも
つ円筒状のシャツ１一部材、Ｊ３よび該ビン部材と該シ
ャフト部材との外周面を覆うエンドレスベルト状の引張
部は各々フィラメントあるいはアープワインディング法
？１′製造し、これらビン部材、シャフト部材および引
張部と、別個に繊維強化複合材で製造した該ビン部材と
シト７１〜８］（祠どの間に挟持される圧縮部とを所定
の位置に配置して接着剤で一体的に接合することを特徴
とするものである。さらに、本発明の＝１ネクブイング
１」ノドの製造方法の第２発明は、土ンＩ〜レスｌ＼ル
１〜１／＜の引っ張り部を既に個々に成形されたビン部
材とシャフト部材との外周面に冶って、フイラメン１−
あるいはデーブラインディング法で一体的１こ成形し、
コネクティングロッドをＭ　Ａすることを特徴とするも
のである。

上記３つの発明は、いずれも内燃機関のコネクティング
ロッド及びその製造方法に閉覆るものＣある。以下、一
括して本発明として説明する。

木光明Ｃ繊帷強化復合祠とは、カラス繊軒１、炭素綴紐
、ホに】ン繊紺、商標名のクプラー等で知られる高配向
右機繊肩１等の高強度高弾性率を持つ強化４ｆｉＪｉ紐
を、１ポキシ樹１１ｉ？、ポリイミド樹脂、ポリ」、ス
プル樹脂で−の他の樹脂で結合した複合材料を言う。又
良識１１ｆｔとは、フーｆラメン］へ状の長い繊維を言
う。

本発明でピン部材とは、ビス１−ンピンが挿入される軸
受孔を持つリング状の部材である。このリンク状の部材
の内周方向に、強化繊維か；関東にも巻かれて樹脂で固
定されている。このため、ピン部材の軸受孔を広りＪ、
うどりる圧力に対しては強化繊維の軸方向に張ツノか作
用することとなり、強化繊維の特１ｆ１がそのまＪ、ピ
ン部材の高強度に反映する。従って、リング状のビン部
材は、比較的厚さか薄いものでｄウー）Ｃも、高い強度
を右Ｊるものとなる。尚、ビン部材の軸受孔の内周面に
プレーンベアリング等の階動（Δを介在することができ
る。

このビン部材を製造する方法は、軸受孔の直径に相当Ｊ
る直径を持つマンドレルを用い、このマンドレルにフィ
ラメントワインディング法あるい（よ、樹脂を含浸した
長繊維のテープをテープワインディング法で巻き（＝Ｊ
す、樹脂を硬化させて長尺管状の繊軒１強化複合拐を素
材どじ、この素材をマンドレルより取り出し、ピン部Ｈ
の巾に合Ｖて、輪切りづることにより本発明のビン部材
を！！！！１造”することができる。尚、ピン部材の軸
受孔に１習動４Δを介在さける場合には、マンドレルに
まず摺動材を被嵌し、（の上から上記したフィフメンｉ
〜ワイングツインディング法あるいは、テープワインデ
ィジグ法により繊維ど樹脂を複合し、樹脂を強化し−（
摺動材と一体的に形成された管状の素材をＩＩる。この
色状の素材を輪切りをリ−ることにより、軸受孔内周面
に摺動材を持つ楳賄強化複合祠製のビン部材が冑られる
。なお摺動材とビン部４１本体を別々に作り、摺動材を
ピン部１本体の中央孔に２工入しで固定しＣもよい。

ピン部材の軸受孔の１径、ビン部材の幅及び厚さ等の１
法については、使用される内燃間開の特、性に合ヒ任意
に選択することがＣきる。

本発明のシト７１〜部月は、おＪ３ざっばに゛占うと上
記したピン部４Ａと同一のものである。一般にシャフト
部材は、ビン部材に比べて大きな軸受孔を右Ｊ゛る。こ
の７ｅめに、シャフト部材はピン部材に比較しＣ人きい
リンク状の形状を有する。本発明のシャフト部材の形状
は、シ１７フトの径に等しい軸受孔を持つリング状で、
その円周方向に強化繊維が幾重にも巻き込Ｊ、４１、樹
脂で固定したものである。シャフト部材の軸受孔内周面
に、摺動材を介在さび−Ｃもよい。

このシト７１〜部月の製造方法は、上記したビン部材の
製造方法と同一である。

本発明の連結部（オは、ビン部材とシャフト部材を一定
間隔に保持して固定するものである。この連結部材は、
ビン部材及びシャフト部材をその外周面にイー）て、エ
ンドレスベルト状に固定づる主とし゛Ｃ引張応力を受ｔ
ノもっ引張部を持つ。尚、エンドレスベルト状の引張部
をピン部材とシャ７１〜部Ｈの外周面に沿って固定づる
だ【ノでは、ビン部材とシト７１〜部月を互いに離す方
向（引っ張り）に対しては、引張部の高い高張力により
、十分な強度を右りる。しかし逆にビン部材とシャフト
部材が互いに、近接づるような即ち、圧縮に対しては弱
い。このためには、引張部を比較的厚い肉厚のものとづ
る必要がある。引張部のピン部材とシトノを一部材の間
にある引張部を互いに接近り−る方向に絞ることも好ま
しい。これにより、圧縮応力が直接引張部に作用Ｊるよ
うになる。

尚、繊維強化複合材、特に良手刀向に長繊維が配向した
４１１ｉ紐強化複合材は、圧縮応力に比較し、引っ張り
応力に強い特性がある。このため、連結部４Ａどじて引
張部とどもにビン部材どシトノ１へ部（Δの間の圧縮応
力を支える圧縮部を設【ｊるのがＯｒましい。圧縮部と
しては、断面円形、９．１’、形等の筒状の圧縮部をそ
の軸方向をビン部材どシャ７１〜部材を結ぶ方向と一致
してビン部材とシｔ・）Ｉ〜部刊の方向に介在させる。

あるいは、圧縮部として断面！−１字、十文字、その仙
断面が４７いに直交している形状を持つ長尺状の型材を
使用づることがぐきる。尚、圧縮部として断面１−１字
の長尺体を用い、そのト１字状のＥいに背向υる外側部
の外周面に、その外周面にり・１向りるエンドレスヘル
ド状の引張部の近接りる部分どう［）を接合さけること
ができる。

連結部（Ａの引張部については、最終製品の一１ネクテ
ィング１」ラドに組み（＝Ｊけられた状態の引張部の形
状ど等しい形状になるようにマンドレル断面を形成し、
このマンドレルにフィラメン１〜あるいは、デーブライ
ンディング法にまり良識絹を巻き例【ブで長尺の管状素
材を形成し、この管状素材を所定の幅に輪切りにりるこ
とにより、引づ良品を製造づることかできる。又、圧縮
部として使用り−る管状素材を製造Ｊる場合には、上記
したフィラメン１へあるいはテープワインデインク法を
用いることができる。この管状素材を所定の長さに切断
りることにより圧縮部が１ｑられる。又管状素材及び断
面１−１字状等の長尺状型材を圧縮部どＪる場合に（よ
、押し出し成形、絞り成形、あるいは型成形を利用Ｊる
ことが−Ｃきる。

本発明のコネクティング１］ツドの製造方法におい（、
側々の部品を製造覆る方法についでは、１−記の通り（
ある。

コネクティングロッドを一体的に相みイ」りる場合には
、連結部材をビン部材及びシト７１〜部月と異種のもの
と考え、ビン部材及びシＶノド部材を組み（＝Ｊりる結
合相お１として用いることがてきる。

たどえばビン部材及びシャフト部材をでれ等の１１１＋
受孔を利用して組み付り工具のシャツ［〜に固定し、ｔ
の外周面にフィラメン１−あるいはデーブワインｊイン
グ法で連結部材の引張部を形成し、その状態（樹１１ｆ
ｔを（ゆ化することにより、連結部材の引張部どビン部
材及びシャフト部材が一体的に結合されＩこ二１ネタテ
ィングＩＩツドを製造りることができる。圧縮部をあら
かじめ製造してｄ３き、この圧縮部も同時に組み込むに
は、−［記ピン部材と、シＶ）１へ部材の間にＩ］−線
部を接着剤を介して固定し、その上から上記しｌごフィ
ラメン１へあるいはｊ−プラインディング法により引張
部を巻きイ１（）て−＝一体的に硬化接合して：１ネタ
ディング１−１ツ１〜を作る事ができる。

まｌζ逆に、上記方法でビン部材とシャツ１へ部材及び
引張部を形成したものをｆＮ＋７内に挿入し、ビン部材
と連結部材及び引張部の間に形成される空間に未硬化の
繊組強化複合材素材を充填し、加熱、加圧して樹脂を硬
化し、圧縮部どづることもできる。更には、ビン部材、
シャフト部材及び連結部材の引張部及び圧縮部を個々に
作り、それらを互いに接着剤で゛接着し−（二１ネタテ
ィング［ｌラドを作ることもできる。　ここで接着剤と
して【よ、エボ：１−シ樹脂、ポリ−イミド樹脂、ポリ
ニスデル樹脂その他の熱硬化性樹脂、特に耐熱性の熱硬
化性樹脂を用いるのが好ｔ　Ｌい。

本発明の」ネクティング［１ツトはＩｆ強化複合祠でで
さているために、非常に軽オ社である。また、繊維強化
複合材の強化繊維として長繊維を用い、かつ長繊維が張
力のかかる方向に配向埋設されているために、機械的強
度が強い。このため各部材の厚さ等を薄くしでも必要ど
する機械的強度が得られ、より一層軽聞化が達成されて
いる。本発明のコネクティングロッドは、分割割りの組
み立て式クランクシャツ１〜にしか使用で・きない。

以下、実施例により説明づる。

実施例１ 本発明の第１実施例の＝１ネタティング１コツトの平面
図を第１図に第１図のｘ−Ｘ矢視断面図を第２図に承り
。この］ネクラインク！二Ｉツドはビン部材１シ１７ノ
！・部材２、連結部材３を構成Ｊる引張部４　ｉＪ３よ
び圧縮部５とより成る。ビン部材１はビス１〜ンビンが
挿入される軸受孔１１を持つリング状である。このビン
部材１は、軸受孔１１どほぼ等しい直１￥を持つマンド
レルに、エポキシ樹脂を含浸した炭素長繊維のテープを
デーブラインディング法により巻きイ」す、エポキシ樹
脂を硬化して管状の索４Δを形成し、所定の幅に切断し
て製造したものである。

２１７１〜部材２は、組み立て型クランクシャツ１−の
偏心シャツト部に挿入される軸受孔２１を持つリング状
である。このジャ７１へ部材２も、ビン部材１と同様に
、軸受孔２１どほぼ等しいマンドレルにエポキシを含浸
した炭素長繊維よりなるア−ブをデーブワインアインク
法により、マンドレルに巻さ゛つ（）、それを加熱して
エポキシ樹脂を硬化し、長尺管状の素材を製造した。そ
してこれを所定厚さに切断してシせ一ノド部材２とした
ものである。

連結部材をＩＭ成する引ツＩり部４は、ピン部材１とシ
ャフト部材２の外周面にベルト掛けした状態にある。こ
の引張部４もピン部材１及びシャフト部材２と同じよう
に、第１図に示覆引張部４の内周面と等しい断面を持つ
マンドレルにエポキシを含浸し／Ｊ炭素繊軒（テープを
巻き（＝Ｊ　Ｇ：Ｊ、加熱硬化して長尺管状の索材を製
清し、この素材を輪切りにして引張部どじたちの′Ｃあ
る。

圧縮部５は細い室状の中心管体５５１とその両側面に３
・１称的に軸方向と平行に接合された２枚の板材５２ど
よりなる。中心管体５１はその中心孔と等しい断面を持
つマンドレルに１ポキン樹脂を含浸した炭素繊維テープ
を巻さつ（プ、加熱硬化して長尺管状の素材を形成し、
所定長さに切断したものである。又板材５２はゴーボキ
シを含浸したガラス繊維のプリプレグシーｉ−を積層法
により、一定厚さに成形し、第１図に示１所定形状に切
断しｌこもので゛ある。本実施例の＝１ネクティング］
］ツ１−は、上記した部品をエポキシ系接着剤で相互に
張りイ」（）、二」ネクディングに１ットを製造しｌｃ
もので・ある。

本実施例のコネクティングロッドのピン部材１及びシャ
フト部材２は、それらに引張応力が作用りる。円周方向
にカーボン長繊維が配向、埋設され、引張応力をノＪ−
ホン繊紺の軸方向で′受り−Ｃいるために、ピン部材１
及びシャツＩ・部材２は、その信用する引張応力に対し
て充分の強度を右Ｊる。

また、コネクティングロッドのビン部１１とシせ７１〜
部材２の間に発生７る引張応力に対しては、連ｔＪｉ部
材の引張部４がその引張方向に炭免良識眉ｆが配向し−
Ｃいるために、引張応力に対して十分な強度を持つ。更
にピン部材１どシト７１一部材２の間に翔生する圧縮応
力に対しでは、圧縮部５（゛対応している。そしてこの
圧縮部５は中心管体５１と板材５２で３次元的な構成を
もつために、圧縮応力ばかりでなくねじり応力に対して
も強い構造強度を持つ。このように、本実施例のコネク
テインク０ツ１〜は、その信用づる応力を、各部品の構
成成分０ある長繊維の軸方向の引張応力又は圧縮応力ど
じＣ受り、各部品（種々の応力を分担覆る。

これにより、コネクティングロッドはそれに作用づる引
張、圧縮応力に耐える−１分な強度を有りるｂのとなっ
ている。これらの理由により、本実施例の」ネクデーｒ
ング１１ツ１〜は、従来の金属製の一ネクティングロッ
トに比較し、重ａが約１／３となり軽量どなつ−Ｃいる
。又繊維強化複合材のもつずく゛れた振動騒音吸１１ゾ
特性により、耐振動性にもづくれ、振動騒音のづくない
内燃機関を構成する］ネクデイングロツドとなっている
。

実施例２ 本グを明の第２実施例のＬ１ネクデイングロツドの平面
図を第３図に、第３図のＹ−Ｙ矢視断面図を第４図に示
１１゜本実施例の＝１ネクテイング１−１ツドは、実施
例１と同様にして製造したピン部材１、シャ７１〜部４
Δ２、引張部４と、本実施例の特色をなり圧縮部６とよ
り成る。本実施例のコネクティングロッドは、ピン部材
１、シャツ］へ部材２、及び引張部４を第３図に示Ｊ完
成品の配置になるように型内に配置し、圧縮部６となる
部分に炭素長繊維のプリプレグシー］へを１ｉ層し、型
内で加圧加熱硬化して圧縮部６を一体的に形成したムの
であるつこれにＪ、す、ビン部′＋Ａ１、シャフト部材
引張部４と圧縮部６を一体的に接合している。

本実施例の：１ネタティングに１ツドも実施例１のコネ
クデインクロツ１−゛と同様に、従来の金属製コネクデ
ィング１］ツドに比較して約１／３の重量となり重量の
軽減が成されでいる。それに、本実施例では、圧−倹一
部（５の成形と同時に他の部分【゛あるピン部材１、シ
ャツ１一部材２及び引張部４を接合し−（いるために、
製造」］稈が簡略化されている。

尚、圧縮部６′としで、第５図にその断面を示づように
、ピン部材１、シト７１〜部（イ２及び引張部１で囲ま
れる部分全てを繊維強化複合材で埋め込ん−（形成づる
こともできる。

実施例３ 本発明の第３実施例のコネクティングロッドの平面図を
第６図に、第６図の７−７矢視断面図を第７図に示１０
木実施例のコネクティングロッドは、実施例１ど同じビ
ン部材１、シャフト部材２を用いている。連結部材の引
張部７として、中間部がＵいに接合されためがね状とし
、さらにその外周面に端面矩形パイプ状補強部８が構成
されている。このコネクーｉイングに１ツドは、ビン部
材１とシャ７１一部材２の間にエポキシ樹脂を含浸した
炭素繊維のテープをデーブヮインディング法ＴＪ巻き（
＝Ｊけこれを型内に入れ、第３図に示１ビン部材１とシ
ｉ・フト部材２及びめがね状の引張部７を形成した。ぞ
の後、中間部のネックとなっている引張部７の外周面に
同じく１ボキシを含浸した炭素４８　Ｉｔのエポキシテ
ープを巻き（＝Ｊけ、補強部８を形成したもので（ｌう
る。本実施例の＝１ネクディンクロットはビン部材１と
シャ７１〜部材２との間が細くなっているために、」ン
ジンに組み込んだ場合コネクティングロッドとシリンダ
ーライノーどの緩衝が避（ノられ、ビスｊ−ンス１〜ｌ
」−りに制約のないコネクティングロッドとなっている
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例の＝１ネタティ
ングロッドを示し、第１図はその平面図、第２図は第１
図のＸ−Ｘ矢視断面図、第３図及び第４図（，１本発明
の第２実施例のコネクティングロッドを示し、第３図は
その平面図、第４図は第３３図のＹ−Ｙ矢視断面図、第
５図は第２実施例の変形例Ｃ゛あるコネクティングロッ
ドの第３図のＹ−Ｙ矢視断面図に相当づる断面図、第６
図及び第７図は本発明の第３実施例のコネクテイングし
１ツトを示し、第６図はその平面図、第７図は第６図の
７−７矢視ＩＪｉ面図Ｃある。 １・・・ビン部材　　　２・・・シャ７１〜部材３・・
・連結部ｔｔＡ４．７・・・引張部５．６・・・圧縮部
　　８・・・補強部待ｇＪ［出願人　　株式会社豊［１
３中央１σ（究所代即人　　　弁理士　　大川　宏 同　　　　弁理士　　藤谷　修 同　　　　弁理士　　丸山朗夫 第２図 第４図　　第５図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〈１）ビス１〜ンビンが挿入される軸受孔をもつ円筒状
   の繊紐強化複合月製のビン部材と、クランクシ（・）１
   〜が挿入される軸受孔をもつ円筒状の繊維強化複合材製
   のシ鬼・７１〜部材と、該ビン部材６３Ｊ、び該シャフ
   ト部材を一体的に連結する繊紐強化複合月製の連結部材
   とで構成されていイ）ことを特ＩＧとりる内燃機関の」
   ネクテイングロツト。 （２））土ＩＶ＋部材はビン部（Ａとシャフト部材との
   外周を覆うエンドレスｌベル１〜状の連結部材に作用す
   る引張応力を主として受【プもつ引張部を含む特許請求
   の範囲第１項記載のコネクティングロッド。 （３）連結部材はビン部材とシャフト部材との間に挟持
   された連結部Ｈに作用する圧縮応力を主どじて受（）も
   つ圧縮部を含む特許請求の範囲第２項記載のコネクティ
   ングロッド。 （４）圧縮部は筒状である特許請求の範囲第３項記載の
   コネクティングロッド。 （５）圧縮部は断面Ｌ１字状である特５′［ｈ＾求の範
   囲第３　Ｊｎ記載の＝１ネタティングロッド。 （６）ビン部材とシ鵞・７１一部材との間にある引張部
   の相対向づる部分がＵいに近接りるプノ向に絞られてい
   る特許請求の範囲第２項記載のコネクティング］二１ツ
   ド。 （７）ビン部材、１３よびシャフト部材を構成づる繊維
   強化複合材中の繊維は円周方向に配列する長繊維（−゛
   ある１°■６’ｌ請求の範囲第２Ｊｎ韻戟の一１ネクデ
   ィング［」ラド。 （８）引張部を構成りる繊第１１強化複合材中の繊維は
   長手方向に配列づる長繊維である特許請求の範囲第２項
   記載の二１ネタティングＤツド。 〈９）ピストンピンが挿入される軸受孔をもつ円筒状の
   ビン部材、クランクシトフトが挿入される軸受孔をｂつ
   円筒状の２１１７１〜部材、および該ビン部材と該シャ
   フト部材との外周面を覆う１ンドレスベルト状の引張部
   は各々フイラメン１〜あるい（，１アーブワインア゛イ
   ング法で製造し、これらビン部材、シャフト部材ΔＪＪ
   、び引張部と、別個に繊維強化複合材で製造した該ビン
   部材とシャフト部（４との間に挟持される圧縮部とを所
   定の位置に配置して接着剤°Ｃ一体的転接合りることを
   特徴とづる内燃機関の二」ネクディング１」ノドの製造
   方法。 く１０）ビス１゛・ンビンが挿入される軸受孔をもつ円
   筒状のビン部材、クランクシャフトが挿入される軸受孔
   をもつ円筒状のシトノド部材を各々フィラメントあるい
   はデーブラインディング法で゛製造し、別個に繊維強化
   複合材で製造した該ビン部材どシト７１〜部月どの間に
   挟持される圧縮部とを接着剤を介して所定の位置に配置
   し、その後該ピン部祠とシト７１〜部月との外周面にそ
   って］−シトレスベル１〜状に引張部をフィラメン１〜
   あるいはデーブラインディング法を形成Ｊることを１５
   黴とＪる内燃機関のコネクティングロッドの製造方法。