JPS6376904A - 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 この発明は、圧縮機や内燃機関に使用されるコネクティ
ングロッド、特に軽量化の要請に応えて材質的に改善さ
れたコネクティングロッドに関する。

従来の技術 ］ネクティングロッドは、高速運転に伴う往復慣性力を
極力小さくして振動を少なくするために、可及的軽量で
あることが望まれる。一方、慣性力によって破壊しない
だけでなく、騒音低下、エンジン効率の向上等のために
、弾性変形を少なくして極力ビストン上死点におけるク
リアランスを小さくすることが必要である。

従来、上記のような要請に対応するものとして、Ａｎ−
Ｃｕ系のＡ２０２４合金、あるいは過共晶範囲に多量の
８１を含有するＡｆｌ−高８１合金よるなるコンロッド
が使用されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような高強度アルミニウム合金を
用いたコネクティングロッドの場合、材質的にその弾性
率はせいぜい７５００〜８０００　Ｋｇ　ｆ　／−程度
であり、期待値に対して未だ充分に満足すべきものでは
なかった。このため、即ち弾性率が低いために、その分
の強度を補うべく、断面積を大きくせざるを得ず、軽量
化の要請に十分な満足を与えることができなかった。

問題点を解決する為の手段 この発明は、弾性率及び高温強度特性に極めて優れた特
定構成の粒子分散形へΩ基複合材を用いることにより、
コネクティングロッドの軽量化、小型化に成功したもの
である。

即ち、この発明はＡΩまたはその合金をマトリックスと
し、該マトリックス中に強化粒子が分散された粒子分散
形Ａρ基基台合材らなり、該複合材は、 Ｏ及びＣの合計含有量が容積比（Ｖｒ（。

十Ｃ）〕において、 Ｖ　ｒ　　（ｏ　＋　ｃ　）　≦２０％であり、かつ 強化粒子とＯ及びＣの合計含有量が容積比（Ｖ　　（ｏ
　＋　ｃ　）　＋　Ｖｒ　　（強化粒子）〕において、 Ｖ　　（ｏ　＋　ｃ　）　＋　Ｖ　ｒ　　（強化粒子）
≦４０％ であることを特徴とするコネクティングロッドを要旨と
する。

ところで、軽量かつ高強度素材として、アルミニウムベ
ースの粒子分散形複合材の存在は従来から良く知られて
いるところである。斯る複合材にあって、その特性を充
分に発揮せしめるためには、強化粒子がマトリックス中
に均一に分散していることが重要である。而して、従来
、粒子分散形複合材の製造においては、強化粒子の均一
分散性を向上する目的から、メカニカルアロイングの技
術を利用することが検討され注目されている。即ち、メ
カニカルアロイングにより、予めマトリックス材料と強
化粒子との間に強い結合を生じさせた複合粉をつくり、
この複合粉を二次的材料として通常の粉末冶金の技術に
従って複合材を製造することが検討されている（例えば
特開昭６０−１３１９４３号、同６０−１３１９号、同
６０−９８３７号参照）。

ところが、メカニカルアロイングの技術を用いて製造さ
れたアルミニウム基複合材においては、概して延性が低
く脆くなる傾向を示し、低靭性、難加工であるというよ
うな問題を有するところから、コネクティングロッドへ
の適用は阻まれていたのが実情である。

本発明者は、このような問題点の原因について考究した
ところ、その主要な１つの原因として、メカニカルアロ
イングを用いるかぎり、該工程中に不可避的に入り込ん
でくるＯ及びＣの量が多くなり、その結果平均粒子間距
離が短くなって転位の拘束力が高まるため、延性の低下
をもたらし、脆くなるものであることを解明し得た。こ
の発明は、斯る知見から、複合材中の０、Ｃの含有量を
強化粒子量との相対関係で制御することにより、良好な
延性を保持しつつ、高弾性、高耐熱強度を得て、コネク
ティングロッドへの適用の道を開いたものである。

この発明によるコネクティングロッドは、その材料とし
て用いる粒子分散形Ａρ基基台合材して、次の条件を満
たすべきものとする。

（１）　　先ず、複合材中のＯ及びＣの含有量が、それ
らの合計における容積比において２０％以下であるもの
とする。

即ち、０及びＣの合計含有量の重量百分率を、下記の式
により体積分率、即ち容積比（Ｖｆ（ｏ＋ｃ））に換算
する。

Ｖｆ　　（ｏ＋ｃ）　≦１．　７１Ｘ　（ｖｔ％Ｏ）＋
３、　７１Ｘ　（ｗｔ％Ｏ） そして、この容積比が、 Ｖ　ｆ　　（ｏ　＋　ｃ　）６２０％ であることを必要条件とする。

このＯとＣの合計含有量の容積比が２０％をこえると、
複合材中において平均粒子間距離が短くなり、転位の拘
束力が高まる結果、延性の低下、脆化を招き、必要とさ
れる強度を得ることができない。最も好ましくは、０及
びＣの含有量の範囲は Ｖｌ’　　（ｏ＋ｃ）６１０％ に制御されるべきである。

（２）　　次に、強化粒子の含有量と前記０及びＣの含
有量の和において、その容積比（Ｖｆ　　（ｏ＋ｃ）＋
Ｖｆ（強化粒子）〕が４４０％下であること、即ち Ｖｆ’　　（ｏ十ｃ）　＋Ｖｌ’　（強化粒子）５４０
％ であることを必要とする。

この値が４０％をこえるときも、延性の低下により材料
が脆いものとなり、必要とされる強度を得ることができ
ない。

（３）　　更に、強化粒子はその平均粒径（Ｑ、）が１
０μｍ以下、即ち ４５１０μｍ であることが望ましい。即ち、強化粒子平均径が１０μ
ｍをこえると、介在物として応力集中源となるため、複
合材の機械的強度の向上効果に乏しく、延性、ヤング率
も低いものとなる。

好ましくは上記平均粒径（ρ）は５μｍ以下とするのが
良い。

上記複合材の製造は、ＡΩ粉末と強化粒子とを必要に応
じて予備混合したのち、メカニカルアロイング処理を行
って複合粉とし、これを回収して圧粉容器に充填し、加
熱による脱ガス処理を行う。そして更に熱間圧粉を行っ
て所定の塊としたのち、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧
延等の所要の熱間加工を施して所期する分散強化形ｉ基
台合材を得るものである。なお、上記工程は、バッチ処
理工程によるが、連続処理工程で複合材をつくる場合は
、メカニカルアロイング後、搬送、加熱脱ガス、コンテ
ナ充填、熱間圧粉の処理を順次行い、次いで上記熱間押
出し等の成形加工を施して複合材とするものである。そ
して、この発明のコネクティングロッドは、上記により
製造された複合材を、更に鍛造等の２次加工を施して製
品とするものである。

上記製造工程において、この発明のコネクティングロッ
ドは、０及びＣの含有量を複合材の製造工程において前
記の範囲に制御する手段として、特にメカニカルアロイ
ング工程から、回収または搬送、脱ガス、熱間圧粉に至
る一連の工程を、Ａｒガス、Ｎ２ガス、あるいは真空等
により非酸化性に制御した雰囲気中で行い、もってＯの
侵入を防ぐものとすると共に、かつメカニカルアロイン
グ工程中に混合粉末材料中に必要的に添加される有機焼
付き防止剤の添加量を可及的少量に規制して、複合材中
にＣが過剰に含有されないようにする。

焼付き防止剤には、エタノールその他の各種有機溶剤が
使用される。従って、その添加量が増えるに従って、複
合材中に多くのＣが含有される結果を生じるので、可及
的少ない添加量を選ぶべきであるが、メカニカルアロイ
ングを支障なく行うためには、マトリックスＡｆｌ粉末
及び強化粒子の混合物の全体重Ｑ　Ｉ　Ｋｇに対し、概
ね５ｃｃ程度は最低必要である。しかしながら、６０ｃ
ｃをこえて多量に添加することは有害であり、好ましく
は４０ｃｃ程度以下の範囲で使用することが望ましい。

マトリックスとするＡΩまたはその合金粉末は、特に限
定されるものではないが、それ自体も高強度のものを選
んで使用することが望ましい。例えばＡ６０００系の合
金を好適に使用しうるが、他の系の各種のものを任意に
単独または組合わせにおいて使用しても良い。その人Ω
粉末の平均粒径は２０μｍ程度のものが一般的に良好に
用いられる。

一方、強化相のための強化粒子は、既知の硬い酸化物、
炭化物、窒化物、ホウ化物、金属間化合物の群から選択
される任意の１種または２種以上が用いられる。

発明の効果 前記の構成になるこの発明のコネクティングロッドは、
それ自体高弾性率、高耐熱強度を有し、ひいてはその肉
厚を減らして大幅な軽量化を達成しうる。ちなみに従来
のＡ２０２４合金を用いたコネクティングロッドに較べ
、２０％以上の軽量化が可能となり、小型化、騒音低下
、エンジン効率の向上等に貢献しうる。

実施例 実施例　１ 表１　：材料構成 上記表１に示すＡＱ粉末と強化粒子とを、予備混合し、
これをアトライターを使用して、Ａｒガス雰囲気中で３
時間のメカニカルアロイング処理を行い複合粉を製造し
た。このメカニカルアロイング工程において焼付防止剤
としてエタノール２２　ｃｃ／　１　ｂの割合で添加し
た。比較例の試料Ｎｏ、４は、エタノール添加量を７３
ｃｃ／　Ｉ　Ｋｇとした。

次に、メカニカルアロイングを終えた複合粉をＡ「ガス
雰囲気中で回収し、ＡＱ製正圧粉容器充填した。この回
収・充填を、試料Ｎｏ、１〜３についてはＡｒガス雰囲
気中で行い、試料Ｎｏ、４については大気中で行った。

そして圧粉容器を３　Ｘ　１０−３ｔｏｒｒの真空下で
、いずれも５００℃×５時間の加熱脱ガス処理を施した
のち、熱間ブレス機により、５００℃ｘ７０００Ｋｇの
条件で圧粉成形を行った。続いて押出比１０：１、押出
し温度４５０℃で熱間押出し成形を行い、得られた各種
の１基台合材に鍛造加工を施して、図示のような油孔（
４）を有する連杆部（３）の両端に小端部（２）と大端
部（１）を有するコネクティングロッド（Ａ）を製作し
た。

そこで、この得られたコネクティングロッドにつき、Ｔ
６調質処理後、それらの存する機械的性質を調べると共
に、０及びＣの含有量を調べた。そして、従来のＡ２０
２４合金製のコネクティングロッドの機械的性質と比較
した。結果を表２及び表３に示す。

〔以下余　白〕

上表２．３に示されるように、この発明に従う試料Ｎｏ
、１〜３のコネクティングロッドは、いずれも引張強度
において６０　Ｋｇ　ｆ　／ｍｔｊ、以上、弾性率１１
ｌ１００ＯＮ／Ｉｎ！ｉ以上を有し、従来のＡ２０２４
合金製コネクティングロッドに較べ、弾性率及び強度の
増大により、その肉厚を減らして３０％以上の軽量化を
はかることが可能なものであった。なお、比較例の試料
Ｎｏ、４は、メカニカルアロイングの焼付防止剤（エタ
ノール）の添加量が相対的に多く、しかもメカニカルア
ロイング処理後の複合粉の回収及び容器充填を大気中で
行ったために、０及びＣの含有量ＣＶｆ　　（ｏ十ｃ）
）が２０％をこえて多くなり、そのため脆化して、使用
に耐えるだけの強度が得られず、相対的に性能の劣るも
のであった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るコネクティングロッドの正面図
、第２図は同縦断面図である。 以上 第１図　　第２図 手続補正書 昭和６１年１０月２４日 昭和６１年　特許願　第２２２６６２号２、発明の名称 コネクティングロッド ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　堺市海山町６丁２２４番地 名　称　　　　昭和アルミニウム株式会社代表者　石　
井　　　親 ４、代理人 住所　　　大阪市南区鰻谷中之町７２番４心斎橋岩崎ビ
ル 氏名　　（７１１Ｂ）弁理士清水久装 置　（０６）　２４５−２７１８ ５、補正命令の日付　　（自発補正） ６、補正により増加する発明の数 ７・補正ｏｚ＝を象　　　　明細書の発明の詳細な説明
の欄８、補正の内容 （１）　明細書第６頁第１４行のｒ　（ｖｔ％０）」を
、ｒ　（ｖｔ％Ｃ）Ｊと訂正する。 （２）　同書第７頁第１行の「必要とされる強度を得る
」を「所期する形状に塑性加工する」と訂正する。 （３）　同書第７頁第１４〜１５行の「必要とされる強
度を得る」を［所期する形状に塑性加工する」と訂正す
る。 （４）　同書第１２頁第１１行のｒＮｇＪを「Ｋ’ｊ／
ｄ」と訂正する。 （５）　同書第１５頁第１４〜１５行の「使用に耐える
・・・・・・劣るものであった。」を、「コネクティン
グロッドの形状に鍛造加工することができないものであ
った。」と訂正する。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌまたはその合金をマトリックスとし、該マト
   リックス中に強化粒子が分散された粒子分散形Ａｌ基複
   合材からなり、該複合材は、Ｏ及びＣの合計含有量が容
   積比〔Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）〕において、 Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）≦２０％ であり、かつ 強化粒子とＯ及びＣの合計含有量が容積比 〔Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）〕において、 Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）≦４０％ であることを特徴とするコネクティングロッド。
2. （２）前記強化粒子の平均粒径（ｌ）が ｌ≦１０μｍ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のコ
   ネクティングロッド。