JPS63195408A - エンジンのコンロツドの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンのコンロッドの製造方法に関し、特
にコンロッドの本体部とキャップ部とを一体的に成形し
たものを分離製造するコンロッドの製造方法に関する。

〔従来技術〕

近年、内燃機関は高出力化され且つ高速運転されるよう
になってきており、これに伴いピストンとクランク軸を
連結するコンロッドとしては軽量で且つ疲労強度の高い
ものが要求されている。

そこで、コンロッドの軽量化を図るため、大端部と小端
部とを結ぶステム部を薄肉に成形すると、ステム部や大
端部の疲労強度が低下し、疲労破壊が発生する虞がある
。このため、鍛造品・鋳造品によらず疲労強度向上の手
段として浸炭焼入れ処理やガス軟窒化処理などの硬化処
理を施すことが検討されている。

ところで、硬化処理を施すとコンロッドの表面に高硬度
の層が形成され仕上げ加工が困難になることから、硬化
処理を施す前に仕上げ加工が施される。この場合、例え
ば第８図に示すように、コンロッドの本体部１０１とキ
ャップ部１０２との一体的鋳造、本体部１０１とキャッ
プ部１０２との境界部の切断、抱き合せ面１０３の機械
加工、本体部１０１とキャップ部１０２とを締結するボ
ルト１０４のアッシー、大端部の軸孔内面仕上げ加工、
硬化処理、ボルト１０４の交換、ボルト１０４の再アッ
シーなどの多数の工程を踏んで製造することになる。

一方、コンロッドの本体部とキャップ部との組立精度を
向上させるため、本体部とキャップ部とを機械的に破断
する方法も既に知られている。例えば、特開昭５８−３
７３１１号公報には、鍛造により一体的に形成したコン
ロッドに浸炭焼入れ処理を施し、大端部の肉厚との関係
で内部に高硬度部と低硬度部とを形成してから大端部を
機械的に破断し、高硬度部と低既度部との破断時の挙動
の相違から破断面に確実に凹凸部を形成させる方法が記
載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記第８図の方法によりコンロッドを製造する場合には
、工程数が多くなること、硬化処理によって硬化し強度
低下したボルトを新たなボルトに交換しなければならな
いのでコストアップ要因となること、などの問題がある
。

一方、上記公報に記載の方法を適用し、仕上げ加工後に
浸炭焼入れ処理を施して大端部を破断する場合には、上
記の問題は解消するけれども、浸炭焼入れ処理は約９０
０°Ｃ以上もの高温で処理するので、処理後の残留歪が
大きくなる。そのため、浸炭焼入れ処理後に再度仕上げ
加工を施すことが必要となるが、浸炭焼入れ処理により
硬化したものを仕上げ加工することは非常に困難である
。

しかも、コンロッドの大端部のように大強度の部材を常
温で破断する場合には、大型の破断装置が必要となり設
備費の面でも不利である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るエンジンのコンロッドの製造方法は、コン
ロッドの本体部とキャップ部とを一体的に成形し、次に
分離してコンロッドを製造する製造方法において、上記
一体成形のコンロッドに機械加工を施し、次に軟窒化処
理を施し、その後低温処理を施した状態で本体部とキャ
ップ部との境界部を脆性破壊により破断して分離するも
のである。

〔作用〕

本発明に係るエンジンのコンロッドの製造方法において
は、コンロッドを一体的に成形して機械加工を施し、そ
の後一体化しているコンロッドに比較的低温の軟窒化処
理を施すので、その熱処理に伴う変形が殆んど生じず機
械加工した状態の精度が維持される。

上記軟窒化処理によりコンロッドの全表面に高硬度の窒
化物の層が形成され、その疲労強度が向上する。

上記軟窒化処理後、コンロッドを低温処理した状態で本
体部とキャップ部との境界部を脆性破壊により破断する
と、その境界部には凹凸の脆性破断面が生じるので、本
体部とキャップ部とをその脆性破断面を介して高精度に
組立てることが可能となる。低温脆性を活用して破断す
るので−、比較的小さな荷重で破断することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係るエンジンのコンロッドの製造方法によれば
、以上説明したように、本体部とキャップ部とを一体化
したまま機械加工しそれを軟窒化処理することにより、
熱処理に伴う変形（歪）を最小限に抑えて高精度のコン
ロッドを得ることが出来、軟窒化処理を施すことにより
、疲労強度の高いコンロッドを得ることが出来る一０更
に、低温処理した状態で脆性破壊により破断するので小
型の破断装置で容易に破断てきる。そして、軟窒化処理
後に破断するので、軟窒化処理後にボルトで本体部とキ
ャップ部とを締結する必要がなく、ボルト交換のコスト
を節減することが出来、工程数も減少するので製造コ・
ストを大幅に低減することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本実施例は自動車用エンジンのコンロッドを製造する場
合のものであり、第１図〜第５図により詳しく説明する
。

第１工程において、調質中炭素鋳鋼（例えば、Ｃ：０．
４％を含むもの）又は非調質鋳鋼（例えば、Ｃ：０．４
％、ｖ：０゜１％を含むもの）を用い、大端部１とステ
ム部２と小端部３とからなる鋳鋼製の一体化されたコン
ロッドＣを鋳造する〔第１図、第５図（ａ）〕。

上記のように、■を添加した非調質鋳鋼では調質鋳鋼に
比較して、後述のガス軟窒化処理の硬化深さが大きくな
るので、後述のように脆性破壊するときの変形量が少な
くなることから、上記非調質鋳鋼を用いることがより望
ましい。

第２工程において、大端部１のクランクピン挿入用軸孔
４及び小端部３のピントンピン挿入用軸孔５の内周面を
仕上げ機械加工するとともに、コンロッドＣの本体部Ｃ
！ｌとキャップ部Ｃ６との境界部６の表面に深さ約４鶴
の■溝７を機械加工する。但し、その他必要な部分の仕
上げ機械加工も行なう〔第２図、第３図、第５図（ｂ）
〕。

第３工程において、上記仕上げ加工され一体化している
コンロッドＣを熱処理炉に入れ、コンロッドＣの全表面
に対して所定の条件でガス軟窒化処理を施す〔第５図（
Ｃ）〕。

この場合、アンモニアガスとエンリッチガスとが略同比
率で混合した処理ガスを用い、５７０°Ｃで３時間処理
してから空気中で徐冷する。

上記のように、ガス軟窒化処理を施すのは、コンロッド
Ｃの表面を硬化させて疲労強度を高めるため及び後述の
ように破断するときに破断しやすくするためである。

上記ガス軟窒化処理は約５７０°Ｃの比較的低温でなさ
れるので、処理後の残留歪は微少であり、コンロッドＣ
の寸法精度に悪影響を及ぼすことがない。そのため、ガ
ス軟窒化処理後に再仕上げ加工を行う必要はない。

第４工程において、上記ガス軟窒化処理されたコンロッ
ドＣ（この状態では一体化している）を約−４０°Ｃ以
下に低温処理し、その低温状態のコンロッドＣのコンロ
ッド本体部Ｃｍ　とキャップ部Ｃｃとの境界部６を脆性
破壊により破断する〔第４図、第５図（ｄ）〕。

上記低温処理する場合、少なくとも上記境界部６をドラ
イアイスや液体窒素により冷却する。このように低温処
理するのは低温脆性により比較的小さな荷重で破断する
ためである。

上記のように、コンロッド本体部Ｃ！ｌとキャップ部Ｃ
ｃとの境界部６を破断する場合、例えばコンロッドＣを
水平状態に倒し、境界部６の両側で２点支持し、上方よ
りＶ溝７の近傍部に衝撃力を加えて破断する。このとき
、コンロッドＣは一４０°Ｃ以下に冷却されているので
、低温脆性で破断し、その破断面は凹凸のある脆性破断
面となる。

このように境界部６を破断するのは、ガス軟窒化処理後
軸孔４・５などの仕上げ加工精度に影響を及ぼさずにキ
ャップ部Ｃ０を分離するため及びコンロッド本体部Ｃ８
にキャッ７°部Ｃ９を高精度に組付は得るようにするた
めである。

これにより、ガス軟窒化処理時にキャップ部Ｃ９をボル
ト８で固定しておく必要がないので、そのボルト８が硬
化し使用不能になることもない。

第５工程において、コンロッド本体部Ｃ１にキャップ部
Ｃ６を組付けて１対のボルト８・ナツト８ａで締結する
〔第５図（ｅ）、）　。

以上のような第１〜第５工程により、疲労強度に優れ、
軽量で、高精度のコンロッ゛ドＣを製造することが出来
る。

以下、上記コンロッドの製造方法を確立するに際して行
なった各種測定結果並びにデータなどについて比較例（
ガス軟窒化処理に代えて浸炭焼入れ処理を施すもの）と
の関連で説明する。

（１）　　シャルピー衝撃値については次の第１表のと
おりである。

第１表 （２）　　熱処理後の変形量測定結果 熱処理（ガス軟窒化処理と浸炭焼入れ処理）後における
調質鋳鋼製コンロッドＣの変形量を測定した結果は第２
表のとおりである。

この場合の変形量とは、第６図におけるＡＢ面（大端部
端面）を基準とした０点（小端部端面）の変形量である
。

第２表 （３）破断後の大端部変形量測定結果 第６図のように大端部を２点支持し、矢印の方向から衝
撃力を加えて破断したときの破断後におけるＡＢ面（大
端部端面）の変形量（平面度）は次の第３表のとおりで
ある。

尚、第３表中、調質鋳鋼とは３４０Ｃ２非調質鋳鋼とは
３４０ＣにＶ　：　０．１％を添加したものである。

第３表 備考：※は破断じなかったものである。

尚、上記調質処理、ガス軟窒化処理、浸炭焼入れ処理の
条件は次のとおりである。

調質処理：９００°ＣＸ２時間→油冷→６５０°ＣＸ２
時間→空冷 ガス軟窒化処理：５７０°ＣＸ３時間→空冷但し、アン
モニアガスとエンリッチと が同比率の混合ガスによる。

浸炭焼入れ処理：９２０°ＣＸ２時間→８５０°ｔ：　
Ｘ　０．５時間→油冷 但し、カーボンポテンシャルが０．８５％の処理ガスに
よる。

（４）静的破断荷重測定結果 第７図（ａｌ（ｂ）　（但し、ｎ単位）に図示のテスト
ピースＰを用い、図示のように２点支持し中央に静的荷
重を加えて破断したときの破断荷重は第４表のとおりで
ある。尚、テストピースＰは前記同様の非調質鋳鋼製で
ガス軟窒化処理したものである。

第４表 上記（１）〜（４）で説明した各種測定データからも判
るように、本発明のコンロッドの製造方法によれば、ガ
ス軟窒化処理に伴う変形量も僅小で、破断後の大端部の
平面度にも優れるので、寸法精度の高いコンロッドＣを
製造することが出来、低温処理して破断するので小型の
破断装置で容易に破断できる。なお、低温処理は０°Ｃ
以下にするのが好ましい。

そして、凹凸のある脆性破断面を組合せてコンロッド本
体部Ｃ８とキャップ部Ｃｃとを組付けるので最終的に極
めて高精度のコンロッドＣを得ることが出来る。

なお、前述の各実施例では、コンロッドの材質として鋳
鋼を用いたがこれに替えて鍛造成形される各種鋼材を用
いることができる。また、軟窒化処理としては、ガス軟
窒化処理の外にタフトライド処理を行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図は鋳造され
たコンロッドの正面図、第２図は機械加工後のコンロッ
ドの一部切欠縦断側面図、第３図は■溝の拡大断面図、
第４図は破断後のコンロッド本体部とキャップ部との正
面図、第５図（ａ）〜（ｅ）はコンロッドの製造工程の
説明図、第６図は変形量測定個所及び破断方法を示す説
明図、第７図（ａ）は静的破断荷重測定におけるテスト
ピースと荷重付加方法を示す説明図、第７図（ｂ）は同
じくテストピースの断面図、第８図（ａ）〜（ｈｌは従
来技術に係る第５図相当図である。 Ｃ・・コンロッド、　Ｃ８・・本体部、Ｃｃ　　・・キ
ャップ部。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第６図 第７図 （２）　　　　　　　　（ｂ） ↓ 第１図　　　　　第２図 第４図 ンロッド 第５図 （ａ）　　　　（ｂ）　　　　（ｃ） 第８図 （ａ）　　　（ｂ）　　　（ｃ）　　　　（ｃｆ）鋳造
　　　キャップ切断　　　加工　　　ボルト　　　内ア
ッシー （ｄ）　　　　　　　　（ｅ） 破断分離　　　　ボルト アッシー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンロッドの本体部とキャップ部とを一体的に成
   形し、次に分離してコンロッドを製造する製造方法にお
   いて、 上記一体成形のコンロッドに機械加工を施し、次に軟窒
   化処理を施し、 その後低温処理を施した状態で本体部とキャップ部との
   境界部を脆性破壊により破断して分離することを特徴と
   するエンジンのコンロッドの製造方法。