JPS63199916A - 複合コンロツド - 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） この発明は、自動車エンジンに適した軽量裔強度の複合
コンロッド（コネクチングロッド）に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

内燃機関のピストンとクランクを連結するコンロッドは
、鋼の熱間鍛造品、ダクタイル鋳鉄の鋳造品が多いが、
これ等は材料の比重が大きく重いため、軽量化指向の高
い自動車エンジンには不向きになってきている。

一方、軽量コンロフトとしては、高力アルミニウム合金
（ＪＩＳ　７０７５，２０１４）の熱間鍛造品、鋳造ア
ルミニウム合金ＡＣ８Ａ、Ａ−３９０の鋳造品が考えら
れるが２これ等は、疲労強度や高温強度が不充分で実用
に耐えない。

また、急冷アルミニウム合金で全体を作ることも考えら
れるが、かがる合金は鍛造性が良くなし゛ので、製造に
手間がががり、製品が高価になる。

さらに、複合材料（ＦＲＭ）を用いようとすると経済性
と無切削加工性に問題がでる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その
目的は軽量かつ高強度で信顯性が高く、しかも経済的な
コンロフトを実現して提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するため、コンロッドの
棟部と大・小端部を異質の材料で形成する。具体的には
、第１図乃至第３図における棟部１を、弾性率１２，０
００Ｋｇ４／ｍｓ”以上、引張す強２ｋ　６０Ｋｇｆ／
Ｉａｌｌ”以上の材料で、一方、大端部２と小端部３は
、共に弾性率８，０００〜１１，０００Ｋｇｆ／ｍｍ”
　、引１り強さ４０Ｋｇｆ／ｍｍ”以上、比ｆｆｉ　２
．６〜３　、ｏノに強に軽合金で各々形成する。そして
棟部１と大・小端部２．３とを、鑞材を用いずに機械的
接合部４を介して一体化し、所望の複合コンロッド５に
仕上げる。

このようにすれば、棟部１の高強度、高調性は、それに
適した材料、例えば、綱やそれよりも低比重の焼結鋼を
用いることによって確保することができる。

また、軽量化の目的は、主として高強度軽合金との複合
化によって達成でき、棟部の断面積を鋳鉄等よりも小さ
くし得ること、棟部の材料に低比重の焼結鋼を利用でき
ることも効果の増強に役立つ。

さらに、後述する理由によって接合部の信頼性も不足な
く確保することができる。

なお、棟部に用いる焼結鋼は、比重が７．０〜７．４の
ものが望ましい。

また、大・小端部の材料としては、晶析出物のサイズが
１０μｍを越えない急冷粉末アルミニウム合金が好まし
い、それ等の理由は、材料の数値限定の理由と共に以下
に述べる。

棟部の材料の弾性率を１２．０００Ｋｇｆ／ｍｍ”　以
上トシたのは、これ以下であると、使用時の応力にょる
棟部の弾性変形が大きくなってシリンダー等に接触した
り、ピストンヘッドがバルブに衝突してエンジンを破壊
したりするため、少なくとも、そのような事態を避ける
上で鋳鉄並みの１２＋　ＯＯＯＫｇｆ／ｓ＋ｓ＋”が必
要である。また、棟部の引張り強さが６０Ｋｇｆノｍｌ
１１２以下であると断面積を大きくしなければならず、
軽量化につながらないので、最低限現行のダクタイル鋳
鉄並みの６０ｋｇｆ／ｍｍ”が必要である。

次に、大・小端部の材料は、まず、軽量でないと意味が
ない、従って、十分な軽量化効果を得るためには、これ
等の比重をＡＩｌの比重（約２．７）のせいぜい１割増
し程度を限度とする必要がある。

また、その大・小端部の弾性率がｓ、ｏｏｏにｇｆ／ｍ
ｍ”以下であるとやはり弾性変形が大きく、また、棹部
材との弾性変形の差による歪が疲労破壊を招く可能性が
高まるため避ける必要がある。一方、弾性率の上限は棟
部の弾性率に近づけるに越したことはないが、軽量合金
で１１，０００Ｋｇｆ／＋ｎｍ’以上の数値を得るのは
現実的に不可能であるので、非現実的な部分は除外した
。引張り強さは、４０Ｋｇｆ／ｗ＋ｎ＋”以下であると
断面積増加により軽量化効果が薄れる。

棟部と大・小端部の一体化を機械的接合によって行うの
は、鑞付は接合法によると、接合界面に存在する第３の
合金層の機械的特性が、接合の対象材と著しく異なるた
め、破壊の起点となり易く、（ｉｔ　転性に欠けること
による。この発明の場合、結合の信頼性は、上述の欠点
のない機械的接合部を採用したことと、大・小端部の強
度、剛性を棹部材に近づけであることによって充分に確
保される。

かかる接合部の好ましい形態としては、大小端部の材料
を鍛造により塑性変形させて棟部端に係合一体化させる
ものや残留応力を利用した嵌め合いによる接合部等があ
る。いずれも機械的な接続であるので信頼性に優れるほ
か、前者は大端部、小端部が鋳造成形されるケースが多
いため、製造の合理化を期待でき、一方、後者の接合部
は寸法情度を保ち易いと云うメリットがある。

次に、棟部の材料として挙げた焼結鋼は、鋼材に比べて
約５〜１０％の重量軽減が計れるほか、経済性の面でも
優れている。この焼結鋼の比重の望ましい範囲を特定し
たのは、７０．以下の場合、密度が低くて充分な焼結体
強さが得られず、一方、比重が７．４を越える密度では
軽量化のメリットが少ない上に再圧縮等の費用が嵩むプ
ロセスが必要になり、発明の効果が薄れることによる。

また、先に述べた急冷アルミニウム合金は、大・小端の
軽量、高強度材として、最適な材料であって、他の溶解
法による合金では得難い特性を容易に得ることができる
。しかし、晶析出物が１０μｍ以上になると、強度特性
が著しく劣化するため、避ける必要がある。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を述べる。

第４図及び第５図に示す形状、寸法の複合コンロッドを
製作した。

使用材料、棟部と大・小端部の接合構造、材料と接合部
の組合せは以下の通りである。

・棹部材（Ａ　−Ｂの２種） Ａ　：　　Ｆｅ−４Ｎ＋−０，５Ｍｏ−１，５Ｃｕ　　
焼結鋼比重７．２５ｇ／ｃｃ　、弾性率１４．５００Ｋ
ｇｆ／ｎ＋ａ＋”引張り強さくδＢ）　＝　９６Ｋｇｆ
／ｍｓ”Ｂ　：　　Ｆｅ−ｌＣｒ−０，８Ｍｎ−０，２
５Ｍｏ−０，６Ｃ焼結鋼比重７．３５ｇ／ｃｃ　、弾性
率１５，５００Ｋｄ／ａｕ＋”δＢ　　＝　１００Ｋｇ
ｆ／ａｍ” ・大・小端部材（Ｘ−Ｙの２種） Ｘ：　＾１−２０Ｓ＋−５Ｆｅ−２Ｎ＋比重２．８５ｇ
／ｃｏ＋３、弾性率１０，２００Ｋｇｆ／ａｓ”δＢ　
＝　４６Ｋｇｆ／ｎ＋ｍ”　　（但し、　Ｐ／Ｍ＾１）
Ｙ　：　Ａｊ！−１２Ｓｉ−３Ｃｕ−０，５Ｍｇ−２０
ＳｉＣ比重２．７２ｇ／ｃｍ’、弾性率１０，０００Ｋ
ｇｆ／ｍｍ”δＢ　＝４５Ｋｇｆ／ｍｍ” 接合構造（ア・イの２通り） ア：　第６図の（ａｌ、（ｂｌに示すように、鍛造によ
って大・小端部材を塑性変形させ、棹部材を包み込むよ
うに一体化する鍛 造接合。

イ：　第７図に示すように棹部材の膨出した端部に深さ
が１．！ｌ＋ｗｍのローレフトＲを切って大・小端部の
受は溝に圧入す る残留応力を利用した嵌め合い接合。

・組合せ（第１表に示す４通り） 第　　１　　表 以上の組合せで作製した同一形状の複合コンロッドと、
比較のために、ＡＳＢ、Ｘ、Ｙの各単体で作製したコン
ロッドを試料として、サーボパルサー試験機による引張
り一圧縮疲労試験を実施した。その結果を各コンロッド
の単重量と併せて第２表に示す。

第　　　２　　　表 上の表から判るように、■〜■のいずれの組合せにおい
ても、実用に耐える複合コンロッドを得ることができ、
かつ２０％以上の重量軽減が計れた。

また、そのいずれも、製造は容易であった。

〔効果〕

以上述べたように、この発明は、棟部を高強度、高剛性
材によって形成し、一方、大・小端部は強度、剛性を極
力棟部に近づけた高強度軽量合金によって形成し、それ
等を機械的接合部を介して一体化したものであるから、
従来のコンロッドと比較して２割以上の軽量化が計れる
。また、一方では、作動中の弾性変形を小さく押え、結
合部の信顛性を不足なく確保してコンロフトに対する要
求特性を充分に満足させることができ、内燃機関、特に
自動機エンジンの軽量化に貢献することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のコンロッドの一例を示す平面図、第
２図は嵌め合いを縦向きに行った他の実施例の平面図、
第３図は嵌め合いを横向きに行った他の実施例の平面図
、第４図は試験に用いたコンロフトの寸法図、第５図は
第４図のＣ−Ｃ断面図、第６図の（Ｅｌｌ、偽）は鍛造
接合の工程を示す図、第７図は嵌め合い接合に採用した
棟部端のローレット加工部を示す図、第８図は焼結鋼の
引張り強さを、第９図は焼結鋼のヤング率を示すグラフ
である。 １・・・・・・棟部、２・・・・・・大端部、３・・・
・・・小端部、４・・・・・・機械的接合部、５・・・
・・・複合コンロッド。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）棹部が弾性率１２，０００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上
   、引張り強さ６０Ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の材料で形成さ
   れ、一方、大端部と小端部は弾性率８，０００〜１１，
   ０００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２、引張り強さ４０Ｋｇｆ／ｍｍ
   ＾２以上、比重２．６〜３．０の材料で形成され、その
   棹部と大・小端部とが機械的接合部を介して一体化され
   ている複合コンロッド。
2. （２）上記棹部の材料が比重７．０〜７．４の焼結鋼で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   複合コンロッド。
3. （３）上記大端部及び小端部の材料が、晶析出物のサイ
   ズが１０μｍを越えない急冷粉末アルミニウム合金であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第（
   ２）項記載の複合コンロッド。
4. （４）上記機械的接合部が、大・小端部の材料を塑性変
   形させて棹部端に係合せしめたものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項記載の複
   合コンロッド。
5. （５）上記機械的接合部が、残留応力を利用した嵌め合
   いによるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項乃至第（３）項記載の複合コンロッド。