JPS6084418A - 繊維強化金属製内燃機関用コネクテイングロツド - 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】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関のコネクティングロッドに係り、更
に詳細には強化繊維にて複合強化された軽金属よりなる
コネクティングロッドに係る。

従来技術 内燃機関の］ネクテイングロツドは、一般に、クランク
シ１１フトを受け入れる大端孔を有する大端部と、ピス
トンピンを受け入れる小端孔を有する小端部と、大端部
と小端部とを一体に接続づるアーム部とを有し、炭素鋼
の如き鋼にて形成されている。かかる鋼にて形成された
コネクティングロッドは重量が大きく内燃機関の軽り目
ヒを図ることが困難であるため、コネクテイング［ｊラ
ドをアルミニウム合金の如き軽金属にて形成し、アルミ
ナ繊維の如き強化繊維にて複合強化することが試みられ
ている。この場合従来より一般に、強化繊維束は■小端
孔の周り及びアーム部にヘアピン形に充填されるか、又
は■最も高強度であることを要求されるアーム部にのみ
充填されている。

しかし上述の■のコネクティングロッドに於【は、アー
ム部を十分に強化づるに足る数の強化繊維束を小端孔の
周りにも充填すると、小端部の寸法が大きくなり、コネ
クティング「ｊラドの大端部ど小端部との間の重量バラ
ンスが不良となるだけぐなく、ヘッド部に燃焼室窪みを
自りるピストンを組込まれた内燃機関に於ては、ヘッド
部の裏面と〕ネクティングロツドの小端部とが干渉して
しまうという不具合がある。また上述の■のコネクティ
ングロッドに於ては、小端部の強度が不十分どなり、特
に内燃機関が苛酷な条ｆ′１にて運転されるど強化繊帷
凍の端面に於てコネクティングロッドが破壊づることが
ある。

発明の目的 本発明は、従来の繊維強化金属製のニナネクテインクロ
ンドに於ける上述の如き不具合に鑑み、かかる不具合を
生じることがないＪ、う改良されＩこ械＃強化金属製の
内燃機関用コネクティングロッドを提供することを目的
どしている。

発明の構成 かかる目的は、本発明によれば、クランクシトフトを受
け入れる大端孔を有する大端部とピストンピンを受（Ｊ
入れる小端孔を右する小端部と前記大端部と前記小端部
とを一体に接続Ｊるアーム部とを有する内燃機関用コネ
クティングロッドにして、前記小端孔の周り及び前記ア
ーム部にヘアピン形に配向された部分を含み艮ｍ帷より
なる第一の強化繊維束と、実質的に前記アーム部にのみ
その軸線に沿って配向された長繊維よりなる第二の強化
繊維束とにより複合強化された軽金、属よりなる内燃機
関用コネクティングロッドによって達成される。

発明の作用及び効果 本発明によれば、最も高強度であることを要求されるア
ーム部は第一の強化４ＨＭ束及び第二の強化繊維束にに
り複合強化されるので、アーム部の強度に優れており、
まＩこ小端部は小端孔の周り及びアーム部にヘアピン形
に配向された部分を含む第一の強化繊維束にて複合強化
されるので、小端部の強度及び小端部とアーム部どの一
体性に優れており、更に小端部は第一の強化ＩＩｌ維束
紐束にて複合強化されるので、小端部の大きさが大ぎく
なって重量バランスが不良になったり小端部がビス［−
ンヘッド部の裏面と干渉したりづる不具合を確実に回避
することのできる軽量なコネクティングロッドを得るこ
とができる。

本発明の一つの好ましい実施例に於χは、第一の強化繊
維束は大端孔の周りをも逆目して閉ループ式に配向され
、第二の強化繊維束は第一の強化繊維束のアーム部に充
填された部分の間にてアーム部に充填され、大端孔及び
小端孔の周りの部分はそれぞれ大端孔及び小端孔の周り
に実質的に円形に配向された第三及び第四の強化繊維束
にて複合強化され、これによりアーム部と小端部との一
体性のみならず、アーム部と大端部との一体性及び大端
孔及び小端孔の真円度が良好に確保される。

尚、本発明によるコネクティングロッドを構成づる軽金
属はアルミニウム、マグネシウム、及びこれらを主成分
どする合金であってよく、また第−及び第二の強化ｍ紐
束を構成する良識１ｆｔは上述の軽金属との両立性に優
れまた強電向上効果等に優れたアルミナａｓ　ｍ　、炭
素側１炭化ケイ素織紐、ボロン繊維等であってよく、特
にクトの強化繊維束を構成する強化ｌ１１１１ｉとして
はアルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、炭素Ｉｌ維が適して
おり、第二の強化繊維束を構成づる強化繊維としてはア
ルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維が適している
。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明づる。

友１九１ 第１図は本発明によるコネクティングロッドの一つの実
施例を示す解図的断面図、第２図は第１図の線ｎ　−ｎ
による断面図である。これらの図に於て、１及び２はそ
れぞれコネクティングロッド本体及びコネクテイングロ
ツド二′＋セツブを示している。コネクティングロッド
本体１及びコネクティングロッドキャップ２は一対のボ
ルト３及びナツト４により、それぞれ合せ面１ａ及び２
ａが互いに当接した状態にて互いに締結されるようにな
っており、また互いに共働して図には示されていないク
ランクシトフトを受入れる大端孔５を４ｊ′する大端部
６を郭定Ｊるようになっている。＝１ネクティングロツ
ド本体１の大端部６とは反対側の咽部、即ち小端孔７に
は図には示されていないピストンビンを受入れる小端孔
８が設けられている。

二１ネクテイングＤツド本体１及びコネクアイング１］
ツドキャップ２はアルミニウム合金（ＪＩＳ規格八〇へ
Ａ＞にて形成されており、大端孔５及び小端孔８の周り
を迂回して閉ループ式に配向された長繊維よりなる一対
の第一の強化ｕ＆雑束９及び１０と、第一の強化ｍ紐束
９及び１０のアーム部１１に充填された部分の間にて実
質的にアーム部１１にのみその軸線１２に沿って配向さ
れた長繊維よりなる一対の第二の強化繊維束１３及び１
４と、第一の強化繊維束９及び１０の両側にて大端孔５
の周りに円形に配向された長繊頼よりなる一対の第三の
強化繊維束１５及び１６と、第一の強化繊絹束９及び１
０の両側にて小端孔８の周りに円形に配向されｔこ長繊
維よりなる一対の第四の強化繊維束１７及び１８とによ
り複合強化されている。第一乃至第四の強化繊維束を構
成づる長繊維はアルミナ繊維（デュポン社製ファイバＦ
　Ｐ（＠録商標））である。

また図示の実施例に於ては、大端部６の四つの隅部即ち
ボルト３の座面１９及び２０と第一の強化繊維束９及び
１０との間の部分２１及び２２、ナツト４の座面２３及
び２４と第一の強化繊維束９及び１０との間の部分２５
及び２６（よ、図には示されていないが無作為に配向さ
れたアルミナ知繊維（デュポン社製ファイバＦＰ（登録
商標）を約５ｍｍに剪断したもの）にて複合強化されて
いる。

上述の如く構成されたコネクティングロッドは以下の如
く製造された。

先ず図には示されていないがそれぞれフランジを有する
直径１２８ｍｍ、５３ｍｍ、１８１１＋ｍの円柱体にア
ルミナ繊維（デュポン社製ファイバＦ１）（登録商標）
）のヤーンを巻付けることにより、第３図乃至第５図に
示されでいる如く、外径１３８ｎ＋ｎ＋。

内径１２８ｍｍ、、厚さ８ＩｎＩＩＩの環状の第一の強
化繊維束９（及び１０）（断面のｍ相数（５０，０００
本）、外径７１ｍｍ、内径５３１１１！Ｉ＋、厚さ５ｍ
ｍの環状の第三の強化繊維束１５（及び１６）　（断面
の繊維数７３．５００本）、及び外径２５ｍｍ、内径１
３ｍｍ、厚さ８１１Ｉ１１の環状の第四の強化繊紹束１
７（及び１８）（断＋１ｉｉ（７）［ｔ［４５、、、Ｏ
ＯＯ木）ヲソれぞれ１２個形成した。またアルミナ５ｅ
ａｔのヤーンを９５ＩｎＩｌｌの長さに切断して束ねる
ことにより、第６図に示されている如く、長さ９５Ｉｌ
ｌＩＩｌ、幅８ＩＩ１ｍ、高さ６１ＲＩｌｌの棒状の第
二の強化繊維束１３３（及び１４）（断面の繊維数９０
．０００本）を１２個形成しｌこ　。

次いでステンレス鋼（ＪＩＳ規格５ｔＪＳ３０４　）の
板（板厚１．５ｍｍ）をプレス加コーすることにより形
成され、第７図に示されている如く含ぜ而２７にて互い
に当接した状態に組立てられると内部に製造されるべき
コネクティングロッドに実質的に対応づる形状の空間を
郭定する窪み２８と、窪み２８により郭定される空間と
該空間の外部とを連通プる通路を郭定する１ｌｌｌｓ　
２９とをそれぞれ有する二つの半休３０よりなる容器を
６組用意した。

尚各容器の一方の半休３０の窪み２８の大小端部を郭定
づる部分には、それぞれステンレス鋼（ＪＩｓ規格５Ｕ
Ｓ３０４）よりなる外径５３　ｍｍ、長ざ２６１１板厚
１１ＩＩＩ１１のバイブ３１及び外径１８ｆｆｌＩ１１
、長さ２６町ｍ１板厚１１ＩＩＩ１１のパイプ３２がｍ
接により固定されていた。

次いで第８図に示されている如く、容器の半休３０の窪
み２８内に第三及び第四の強化繊維束１５及び１７、一
対の第一の強化繊維束９及び１０、一対の第二の強化ｍ
紐束１３及び１４、第三及び第四の強化４１ｉ維束１６
及び１８を配置し、更に半体３０の窪み２８の大端部を
郭定する部分の四つの隅部にアルミノ−短繊維の無作為
に配向されｆｓ集合体３３〜３６を配置し、半休３０の
合せ面２７を互いに密着さぜ、半体３０の外周縁を溶接
づることにより、二つの半休３０により形成された容器
の内部に第一乃至第四の強化繊維束及びアルミナ短１１
維の集合体が配置されたコネクティングロッドのプレフ
ォームを形成した。

次いで上述の如く形成されたプレフオームを電気炉内に
て８００℃に予熱した後、該プレフオーム３７を第９図
に示されている如く高圧鋳造用の＃に型３８内に配置し
た。次いで鋳型３８内に素中く７５０℃のアルミニウム
合金（、）ｉｓＭ４８Ａｃ７△）の溶湯３９を注渇し、
該溶湯をプランジｔ１４０により面圧１５００にυ／ａ
１１９にて加圧し、その加圧状態を溶湯３９が完全に凝
固づるまで保持した。溶湯３９が完全に凝固した後、ノ
ックアウトピン４１によって鋳型３８内より凝固体を取
出し、該凝固体Ｊ、リプレフオーム３７を切出し、プレ
フオーム３７の周縁部を切断して容器を分解することに
より、容器内にて形成されＩＣコネクライング１］ツド
の粗材を取出しｌこ。次いでこのコネクティングロッド
粗材に対し研削等の機械加工を施づことにより、全１％
１７５ｍｍ、大端孔５の直径５３ｍｍ、小端孔８の直径
１８ＩＩｌ１１１１大端孔５の中心ど小端孔８の中心と
の間の距離１２０１１１１１１１大端部６の最大厚さ２
５１１１Ｒ＋、小端部７の最大厚さ２５ｍｍ、アーム部
１１の平均厚さ１５ｍ’ｉｉの第１図及び第２図に示さ
れている如き６気筒２０００ｃｃガソリン機関用のコネ
クティングロッドを６個形成した。

上述の如く形成されたコネクティングロッドの重量は３
２０ｇであり、鋼を鍛造加工することにより形成された
従来の６気筒２０００ｃｃガソリン機関用のコネクティ
ングロッドよりも約３６％軽量なものであった。また上
述の如く形成されたコネクティングロッドを６気筒、総
排気４１２０００ＣＣのガソリン機関に組込み、全負荷
、回転数５８Ｑ　Ｑ　ｒｐｍにて２００時間に亙る連続
耐久試験を行ったところ、耐久試験終了後にも亀裂等の
問題の発生は全く認められず、上述の如く形成されたコ
ネクティングロッドは十分な耐久性を有するものである
ことが確認された。

また比較の目的で、上述の実施例に於ける第一の強化繊
維束と同様、大端孔５及び小端孔８を迂回して閉ループ
式に配向されたアルミナ繊維（デュポン社製ファイバＦ
Ｐ）（登録商標）よりなる環状の強化ａｔ維紐束断面の
繊維数１０５，０００本）にて複合強化されたアルミニ
ウム合金ＬＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ）よりなるコネクティン
グロッドを上述の実施例の場合と同様の要領に１形成し
たところ、このコネクティングロッドのｆｆ１ｌｆｉは
３５０ｇであり、大端部と小端部との間の重量バランス
は上述の実施例の７０（１：２５０（ＩＪ：す１００ｏ
：２５０りに悪化した。

亥」Ｌ九２− 第１０図は本発明によるコネクティングロッドの他の一
つの実施例を承り解図的断面図、第１１図は第１０図の
線ＸＩ−ＸＩによる断面図である。

尚これらの図に於て、第１図及び第２図に示されＩＣ部
分と実質的に同一の部分には同一の同号又は’　（ｑき
の符号にて示されている。

この実施例に於ては、コネクティングロッド本体１及び
コネクティングロッドキャップ２はアルミニウム合金（
ＪＩＳＩ格Ａ　０４　Ｃ）にて形成されており、大端孔
５及び小端孔８の周りを迂回して閉ループ式に配向され
た長！ｌ！Ｉｌ［よりなる一対の第一の強化繊維束９′
及び１０′　（断面の繊維数３９３．０００本）と、第
一の強化繊維束のアーム部１１に充填された部分の間に
て軸線１２に沿って配向された長！ｌ維よりなる棒状の
一対の第二の強化＃ＡＭ未１３′及び１４′　（断面の
繊維数１゜７００木）と、第一の強化繊維束９＆び１ｏ
の両側にて大端孔５の周りに円形に配向された長繊維よ
りなる一対の第三の強化１！帷束１５′及び１６′　（
断面（７）４［［６３，０００本）　と、第一ノ強化繊
維束９及び１０の両側にて小端孔８の周りに円形に配向
された長繊維よりなる一対の第四の強化ｍｙ束１７′及
び１８′　（断面の繊維数７３゜５００本）とにより複
合強化されている。第一、第三、及び第四の強化繊維束
を構成する長＃Ａ維は炭素繊維〈東し株式会社製トレカ
（登録商標）Ｍ２Ｏ）であり、第二の強化繊維束を構成
する長繊維はボロン繊維（△ＶＣＯ株式会社製、繊維径
１４０μ）である。

かくして構成されたコネクティングロッドを上述の実施
例１の場合と同一の要領及び同一の用法形状にて形成し
たところ、このコネクティングロッドのｆｆ１ｌｉは２
５５ｇであり、上述の実施例１のコネクティングロッド
よりも更に６５（Ｉ経世であると共に、このコネクテイ
ングロッドは内燃機関用の］ネクアイングロツドとして
十分な耐久ｆｌを有づるもめであることが認められた。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳綱に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
（、本発明の範囲内に゛Ｃ種々の実施例が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコネクｊ“イング自ツドの一つの
実施例を示づ解図的断面図、第２図１．１第１図の線１
１−　ｎによる断面図、第３図乃至第６図はそれぞれ第
一、第三、第四及び第二の強化ｍｔｍ束を示１斜視図、
第７図は第３図乃至第６図に示された強化線ｗ１束を収
容する容器の半休を示１斜祝図、第８図は第３図乃至第
６図に示された強化繊維束と第７図に示された容器の半
休とよりなるコネクティングロッドのプレフオームを示
す分解斜視図、第９図は第８図に示されたプレフオーム
を用いて行われる鋳造工程を示］断面図、第１０図は本
発明によるコネクティングロッドの他の一つの実施例を
示づ解図的断面図、第１１図は第１０図のＭＸ　ｌ　−
、Ｘ　Ｉによる断面図である。 １・・・コネクティングロッド本体、１ａ・・・合せ面
。 ２・・・］］ネクテイングロツドキャンブ、　２ａ・・
・合せ面、３・・・ポルし・、４・・・ナツト、５・・
・大端？し、６・・・大端部、７・・・小端部、８・・
・小端孔、９．１０・・・第一の強化繊維束、１１・・
・アームｌ！１５１２・・・軸線。 １３．１４・・・第二の強化繊維束、１５．１６・・・
第三の強化繊維束、１７．１８・・・第四の強イしｌｉ
　１１束。 １９．２０．２３．２４・・・座面、２７・・・合せ面
。 ２８・・・窪み、２９・・・溝、３０・・・容器、３１
．３２・・・パイプ、３３〜３６・・・アルミナ知繊帷
の集合体。 ３７・・・プレフォーム、３８・・・鋳Ｊｌｌ、３９・
・・アルミニウム合金の溶湯、４０・・・プランジｔ、
４１・・・ノックアウトビン 特許出願人　トヨタ自動車株ｉ（会社 式　理　人　弁理士　明　石　昌　毅 図面の浄古（内容に変更なし） 第１図　第２図 １ １こ 第３図 ７ 第４図　第５図 第　６　図 第７図 第８図 第９図 第１０図　第１１図 （方　式）（自　宛） 手続補正書 昭和５８１［１１月１８０ Ｈ１長官若杉和夫　殿 １、事イ！１の表示　昭和５８年特許願第１９３７７０
号２、発明の名称 繊随強化金属製内燃槻関用＝１ネクテイングロツド３、
補正をする者 事例との関係　特許出願人 住　所　愛知県豊田市トヨタ町１番地 名　称　（３２０）　１〜ヨタ自動小株式会桓４、代理
人 居　所　＠１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号６
．１１１正の対象　図面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランクシ１１フトを受（）入れる大端孔を有する大端
   部とピストンピンを受け入れる小端孔を有づる小端部と
   前記大端部と前記小端部とを一体に接続づるアーム部と
   を有する内燃機関用コネクティングロッドにして、前記
   小端孔の周り及び前記アーム部にヘアピン形に配向され
   た部分を含み長繊維よりなる第一の強化繊維束と、実質
   的に前記アーム部にのみその軸線に沿って配向された長
   ＃＆雑よりなる第二の強化繊維束とにより複合強化され
   た軽金属よりなる内燃機関用コネクティングロッド。