JPWO2019150464A1 - 締結構造体 - Google Patents

Abstract

互いに接合した一対の締結部材１０５Ａをボルトで連結した締結構造体１０５であって、前記締結部材１０５は、鉄鋼を材料とし、接合面Ｓａ以外の表面の硬さがロックウェル硬さで５０ＨＲＣ以上であり、前記接合面Ｓａの硬さがロックウェル硬さで３０ＨＲＣ以上５０ＨＲＣ未満であり、前記接合面Ｓａの算術平均粗さＲａが、０．２μｍ以上０．５μｍ以下である締結構造体１０５とし、製造コストを抑制しつつ、曲げ疲労強度の確保とフレッティングで発生した摩耗粉による二次破損の防止との両立を実現した。

Description

本発明は、互いに接合した一対の締結部材をボルトで連結した締結構造体に関し、具体的には、リンク機構の構成要素などに用いられる締結構造体に関するものである。

上記したような締結構造体としては、例えば、可変圧縮比エンジンの複動リンク機構に用いられる中間リンクがある。この中間リンクは、クランクシャフトのクランクピンに装着する都合上、クランクピンの挿通部分で分割した一対の締結部材で構成してある。そして、中間リンクは、クランクピンを挟んで互いに接合した締結部材同士をボルトで連結することでクランクピンに装着される。また、各締結部材には、複動リンク機構を構成する他のリンクが夫々連結される。

上記の中間リンク（締結構造体）は、エンジンの運転時に曲げ入力を繰り返し受けるので、製造するに際し、曲げ疲労強度の高い材料や強化プロセスが必要である。高硬度及び高靱性を確保したリンクとしては、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｎｉ及びＣｏを適正に添加した鋼材であって、６００℃以上の高温焼き戻しにより、硬さＨＲＣ５０以上である高硬度高靱性鋼を提供することが記載されている。

日本国特開２００３−３２８０７８号公報

ところで、上記したような締結構造体では、ボルトとの間のクリアランスにより、締結部材の接合面同士が、相対的な微小往復運動を繰り返すこととなり、接合面のこすれ摩耗であるフレッティング（Fretting）が生じる。そこで、締結構造体には、特許文献１に記載されたような高硬度及び高靱性の鋼材を採用することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載された鋼材は、焼き戻し温度が高いうえに、材料の添加元素が多いことから、製造コストが嵩むという問題点があった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、互いに接合した一対の締結部材をボルトで連結した締結構造体であって、製造コストを抑制しつつ、曲げ疲労強度の確保とフレッティングによる二次破損の防止とを両立させることができる締結構造体を提供することを目的としている。

本発明に係わる締結構造体は、互いに接合した一対の締結部材をボルトで連結した構造を有している。そして、締結構造体の前記締結部材は、鉄鋼を材料とし、接合面以外の表面の硬さが、ロックウェル硬さで５０ＨＲＣ以上であり、前記接合面の硬さが、ロックウェル硬さで３０ＨＲＣ以上５０ＨＲＣ未満であり、前記接合面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴としている。上記の締結構造体は、締結部材の製造において、多くの添加元素や高温の焼き戻しを必要とせず、鉄鋼を材料として、浸炭処理及び焼き入れによって所望の硬さを確保することが可能である。

本発明に係わる締結構造体は、前記締結部材の接合面以外の表面の硬さをロックウェル硬さで５０ＨＲＣ以上とすることで、全体の曲げ疲労強度を確保して、曲げ疲労による表面亀裂破損を防止する。また、締結構造体は、前記締結部材の接合面の硬さをロックウェル硬さで３０ＨＲＣ以上５０ＨＲＣ未満とし、且つ算術平均粗さＲａを０．２μｍ以上０．５μｍ以下とすることで、フレッティングにより接合面に発生した摩耗粉を粗さの谷の部分に包含するようにし、摩耗粉による二次破損を防止する。

このようにして、締結構造体は、互いに接合した一対の締結部材をボルトで連結した構造において、製造コストを抑制しつつ、曲げ疲労強度の確保とフレッティングによる二次破損の防止とを両立させることができる。

本発明に係わる締結構造体の第１実施形態において、締結構造体が適用可能な可変圧縮比エンジンを説明する断面図である。 締結構造体である中間リンクを分解状態にして説明する側面図である。 ビッカース硬さと表面からの深さ（距離）との関係を示すグラフである。 締結部材であるリンク部材を説明する斜視図である。 締結構造体のボルトの挿通部分を示す断面図である。 疲労強度と浸炭深さとの関係を示すグラフである。

〈第１実施形態〉
図１は、本発明に係わる締結構造体が適用可能な可変圧縮比エンジンを説明する断面図である。図示の可変圧縮比エンジンＥは、シリンダ１０１の内部を往復動するピストン１０２に、ピストンピン１０３を介してアッパリンク１０４の上端部が連結してある。アッパリンク１０４は、下端部に、第１リンクピンＰ１及び第１ブッシュＢ１を介して中間リンク１０５の一端部が連結してある。

中間リンク１０５は、中央にクランクシャフト１０６のクランクピン１０７が挿通してあると共に、他端部に、第２リンクピンＰ２及び第２ブッシュＢ２を介してロアリンク１０８の上端部が連結してある。ロアリンク１０８は、下端部に、コントロールロッド１０９が連結してあると共に、このコントロールロッド１０９を平行に往復移動させるアクチュエータ（図示せず）に接続してある。

上記構成を備えた可変圧縮比エンジンＥは、コントロールロッド１０９を移動させて、ロアリンク１０８をクランクピン１０７を中心にして回動させる。これにより、可変圧縮比エンジンＥは、クランクピン１０７からピストンピン１０３までの長さであるコンロッド長Ｌを変化させ、ピストン１０２のストロークを変化させて圧縮比を変更する。

ここで、中間リンク１０５は、クランクシャフト１０６のクランクピン１０７に装着する都合上、図２に示すように、クランクピン１０７の挿通部分で分割した一対のリンク部材１０５Ａ，１０５Ａで構成してある。２つのリンク部材１０５Ａ，１０５Ａは、図２に示す側面において、クランクピン１０７を中心とした回転対称形状を有する同一構造の部品である。

この中間リンク１０５は、クランクピン１０７を挟んだ状態にしてリンク部材１０５Ａ，１０５Ａ同士を接合し、図２中に示すように、各リンク部材１０５Ａを通して相手側のリンク部材１０５Ａに螺着するボルトＢＴで連結する。これにより、中間リンク１０５は、クランクピン１０７に装着される。

そして、中間リンク１０５は、一方のリンク部材１０５Ａに、第１リンクピンＰ１及び第１ブッシュＢ１を介して、アッパリンク１０４の下端部を回転可能に連結する。また、他方のリンク部材１０５Ａには、第２リンクピンＰ２及び第２ブッシュＢ２を介して、ロアリンク１０８の上端部を連結する。

上記の中間リンク１０５は、可変圧縮比エンジンＥの運転時、ピストン１０２の往復動に伴って、クランクシャフト１０６の中心軸回りにクランクピン１０７を回動させる動作をするので、曲げ入力を繰り返し受ける。また、中間リンク１０５は、クランクピン１０７に装着する都合上、一対のリンク部材１０５Ａ，１０５Ａで構成される分割構造にせざるを得ない。

このため、中間リンク１０５は、ボルトＢＴとの間のクリアランスにより、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａ同士が、相対的な微小往復運動を繰り返すこととなり、接合面Ｓａのこすれ摩耗であるフレッティングが生じる。

本発明の締結構造体は、上記の中間リンク１０５に好適である。以下の説明では、一対の締結部材から成る締結構造体として、一対のリンク部材１０５Ａ，１０５Ａから成る中間リンク１０５を例示する。

すなわち、中間リンク１０５は、上述のとおり、互いに接合した一対のリンク部材１０５Ａ，１０５ＡをボルトＢＴで連結したものである。リンク部材１０５Ａは、鉄鋼を材料とし、接合面Ｓａ以外の表面の硬さをロックウェル硬さで５０ＨＲＣ以上とし、接合面Ｓａの硬さをロックウェル硬さで３０〜５０ＨＲＣとし、接合面Ｓａの算術平均粗さＲａを０．２〜０．５μｍとしている。

上記の中間リンク１０５は、リンク部材１０５の製造において、従来のような多くの添加元素や高温の焼き戻しを必要とせず、鉄鋼を材料とし、浸炭処理及び焼き入れによって所望の硬さを確保することが可能である。また、リンク部材１０５は、浸炭及び焼き入れの処理後、接合面Ｓａを研磨することにより、接合面Ｓａの硬さをロックウェル硬さで３０ＨＲＣ以上５０ＨＲＣ未満、接合面Ｓａの算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上０．５μｍ以下となるように制御することができる。

上記の中間リンク１０５は、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａ以外の硬さの下限を規定することで、ボルト締結時に面圧により座屈しないようにし、硬さの上限を規定することで、全体の曲げ疲労強度を確保して、曲げ疲労による表面亀裂破損を防止することができる。また、中間リンク１０５は、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａのロックウェル硬さを接合面よりも軟らかくすることで、フレッティングにより生じた摩耗粉の硬さも下がることになり、摩耗粉による二次破損を防ぐことができる。さらに、接合面の算術平均粗さＲａを規定することで、フレッティングにより接合面Ｓａに発生した摩耗粉を粗さの谷の部分に包含するようにし、摩耗粉による二次破損を防止する。なお、摩耗粉は、粒径０．１μｍ以下の微粉末である。

このようにして、中間リンク（締結構造体）１０５は、互いに接合した一対のリンク部材（締結部材）１０５ＡをボルトＢＴで連結した構造において、製造コストを抑制しつつ、曲げ疲労強度の確保とフレッティングの摩耗粉による二次破損の防止とを両立させることができる。

また、中間リンク１０５は、より望ましい実施形態として、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａの表層が、マルテンサイト組織であると共に、残留オーステナイトを５％以上１５％以下に含むものとすることができる。

つまり、中間リンク１０５は、接合面Ｓａの表層を、硬く緻密なマルテンサイト組織とし、且つ残留オーステナイトを上限１５％として包含する組織とする。これにより、中間リンク１０５は、接合面Ｓａの硬さを確保することができる。

また、中間リンク１０５は、その接合面Ｓａの表層を、硬く緻密なマルテンサイト組織とし、且つ残留オーステナイトを下限５％として包含する組織とする。これにより、中間リンク１０５は、表面粗さの谷の部分に加えて、軟らかく変形能の高いオーステナイト相により、接合面Ｓａのフレッティングで生じた摩耗粉をより多く埋没させ、摩耗粉による二次破損をより確実に防止する。

さらに、中間リンク１０５は、より望ましい実施形態として、図３に示すように、接合面Ｓａの硬さが表面から内部に向けて減少しており、その減少勾配として、表面から０．５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に離れた位置（深さ位置）のビッカース硬さが５５０ＨＶであるものとすることができる。また、硬さは炭素濃度が高いほど硬いことから、表面から内部に向けて炭素濃度も減少している。

つまり、一対のリンク部材１０５Ａ，１０５Ａでは、接合面Ｓａのフレッティング摩耗を防止するには、接合面Ｓａの面圧を高めて、運転時の滑り量を抑制することが有効である。そこで、リンク部材１０５は、その内部に硬さの高い有効硬化層を設けることで、高面圧時の耐陥没性を確保し、ボルト締結時の陥没による面圧低下の抑制と、滑りの抑制とを両立させることができる。

さらに、中間リンク１０５は、より望ましい実施形態として、ボルトＢＴによるリンク部材１０５Ａ同士の締結軸力が、１３００ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下であるものとすることができる。つまり、中間リンク１０５は、内部における上記の有効硬化層に対して、陥没しない範囲のボルト軸力を提供することができる。

さらに、中間リンク１０５は、より好ましい実施形態として、図４に示すように、リンク部材１０５Ａが、接合面ＳａにおけるボルトＢＴの挿通部１１０に、ざぐり状の凹部１０５Ｂを設けることができる。

凹部１０５Ｂは、図５にも示すように、各リンク部材１０５Ａにおいて、ボルトＢＴの頭部側に設けてある。つまり、ボルトＢＴの挿通部１１０は、一方のリンク部材１０５Ａのボルト通し孔１１０Ａと、他方のリンク部材１０５Ａのめねじ孔１１０Ｂとで構成される。そこで、各リンク部材１０５Ａは、ボルトＢＴの頭部側、すなわちボルト通し孔１１０Ａ側となる位置に凹部１０５Ｂを設けている。

なお、凹部１０５Ｂは、ボルトＢＴのめねじ側に設けることも可能であるが、図示例のようにボルトＢＴの頭部側に設ければ、ボルトＢＴとめねじ孔１１０Ｂとの充分な螺合範囲を確保することができる。

また、凹部１０５Ｂは、ボルトＢＴの挿通部１１０と同心状に形成してあり、その形状がとくに限定されるものではないが、機械的な強度を考慮して内面を曲面にしたものが望ましく、図示例では、機械的強度の確保に有利である半球状としている。

ここで、一対の部材をボルトＢＴで連結する場合、互いの接合面Ｓａに生じる面圧は、ボルトＢＴを中心とする同心円上に集中することが周知であり、それ以外の部分では不均一になり易い。接合面Ｓａにおいて面圧が集中する円は、図５に示すように、ボルトＢＴの頭部中心を頂点とし且つ底面と斜辺との成す角度θが４５度である円錐形の底面を決定する円である。そこで、上記の凹部１０５Ｂは、接合面Ｓａにおける開口部の直径Ｒ１を、上記円錐形の底部の直径Ｒ２よりも小さくしている。

つまり、中間リンク１０５は、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａにおいて、面圧が集中する部分よりも内側の領域を凹部１０５Ｂにより排除した構造である。これにより、中間リンク１０５は、リンク部材１０５Ａ同士の接合面積を減少させ、その分、接合面Ｓａにおける面圧の分布を均一にすると共に、ボルトＢＴの締結軸力を受けた際に、凹部１０５Ｂの存在により構造的に生じる応力を利用して、面圧を向上させることができる。

さらに、中間リンク１０５は、より望ましい実施形態として、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａの炭素濃度が、０．４ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下であるものとすることができる。つまり、中間リンク１０５は、接合面Ｓａにおける炭素濃度の範囲を規定することで、接合面Ｓａの表層の残留オーステナイト量を容易に制御することができる。

さらに、中間リンク１０５は、図１に基づいて説明したように、クランクシャフト１０６の下側に配置したコントロールシャフト１０９の回転位置に応じて、ピストン１０２の上死点を変えて圧縮比を連続的に変化させる可変圧縮比エンジンＥに用いられる。中間リンク１０５は、クランクシャフト１０６のクランクピン１０７を挟んで互いに接合した一方及び他方のリンク部材１０５Ａ，１０５ＡをボルトＢＴにより連結した構造を有している。

そして、一方のリンク部材１０５Ａには、上端部をピストン１０２に連結した第１リンク１０４の下端部が回転可能に連結される。また、他方のリンク部材１０５Ａには、下端部をコントロールシャフト１０９の偏心軸部に連結した第２リンク１０８の上端部が回転可能に連結される。

上記の中間リンク１０５は、先述したとおり、可変圧縮比エンジンＥの運転時に曲げ入力を繰り返し受けると共に、リンク部材１０５Ａ同士が、接合面Ｓａにおいて相対的な微小往復運動を繰り返すこととなる。

これに対して、中間リンク１０５は、リンク部材１０５Ａの接合面Ｓａ以外の表面の硬さを規定し、また、接合面Ｓａのロックウェル硬さ及び算術平均粗さＲａを規定することで、座屈防止や全体の曲げ疲労強度を確保すると共に、フレッティングで接合面Ｓａに発生した摩耗粉を粗さの谷の部分に包含し、摩耗粉による二次破損を防止する。これにより、中間リンク１０５は、可変圧縮比エンジンＥの耐久性の向上に貢献し得るものとなる。

また、上記の中間リンク１０５は、より望ましい実施形態として、その製造に際し、リンク部材１０５Ａに浸炭処理を行う工程を備え、浸炭処理が、真空浸炭処理であるものとすることができる。

これにより、中間リンク１０５は、酸化を防止しつつ、リンク部材１０５の接合面Ｓａにおける炭素濃度を容易に制御することができると共に、通常の硬さ検査では管理しづらい表面の軟化層の発生を抑制することができる。その結果、粒界酸化層の管理を不要にすることができる。また、真空浸炭処理を真空浸炭ガス焼入れとすることにより、冷却速度を容易に制御して、残留オーステナイト量を抑制することができる。

図６は、疲労強度と浸炭深さとの関係を示すグラフである。同グラフから明らかなように、リンク部材１０５に浸炭処理をする場合、浸炭深さを０．４ｍｍ以上１．６ｍｍ以下の範囲にすると、６５０ＭＰａ以上の疲労強度を得ることができる。

〈実施例〉
ここで、以下に説明する処理手順により、実施例１〜１５及び比較例１〜５のリンク部材（締結部材）を製造した。リンク部材の材料にはＳＣｒ４２０Ｈ（ＪＩＳ）を用いた。

実施例１〜１４は、真空浸炭処理を行った。この真空浸炭処理では、鉄鋼製のリンク部材を炉内部に投入後、炉内を真空にして１０５０℃で加熱した。その後、炉内にアセチレンガスを３０秒間導入し、次に、窒素ガスを４分間導入してリンク部材を浸炭処理をした。これを１パルスとして数回繰り返した。その後、浸炭温度よりも低い温度で焼き入れ前の保持をし、その後、窒素ガスでリンク部材に焼き入れ（冷却）を行った。焼き入れの際、窒素ガスの供給圧力は１．０ＭＰａとした。

実施例１５は、ガス浸炭処理を行った。このガス浸炭処理では、鉄鋼製のリンク部材を炉内に投入後、炉内にブタンガスを導入して炉内のカーボンポテンシャル（ＣＰ）を０．８に設定し、リンク部材に９３０℃で２．５時間の浸炭処理をした。

そして、実施例１〜１５及び比較例１〜５では、焼入れ前の保持温度を異ならせた。この保持温度は、リンク部材の接合面以外の部分の硬さを決定する条件であり、低いと軟らかく、高いと硬くなる。なお、リンク部材の接合面以外の硬さは、単位当たりのボリュームが大きい部分で評価するのが望ましいので、ボルト挿通孔の側面部（例えば図２中に示すＡ部）で測定した。

また、実施例１〜１５及び比較例１〜５では、焼入れの姿勢を異ならせた。焼入れの姿勢は、リンク部材の接合面に対する窒素ガスの当て方であり、接合面の硬さを決定する条件である。「縦」は、リンク部材の接合面に対して窒素ガスを直接当てる姿勢であり、この場合、急冷されるので硬くなる。また、「平」は、リンク部材の接合面に対して窒素ガスを巻き揉ませて当てる姿勢であり、この場合、温度が下がりにくいので軟らかくなる。

さらに、実施例１〜１５及び比較例１〜５では、リンク部材の接合面を、算術平均粗さＲａが表１となるよう研磨した。

さらに、実施例１〜１５及び比較例１〜５では、リンク部材に対する浸炭処理のパルス回数を異ならせた。パルス回数は、接合面の表面から０．５〜０．６ｍｍ離れた位置のビッカース硬さを５５０ＨＶにするための条件であり、パルス回数が多くなるほど、内部まで炭素が届いて硬くなる。

さらに、実施例１〜１５及び比較例１〜５では、焼き入れガス温度を異ならせた。この焼き入れガス温度は、リンク部材の接合面のオーステナイト残量を決定する条件であり、ガス温度が高いほど残留オーステナイト量が多くなる。

実施例１〜１５及び比較例１〜５について、リンク部材の接合面以外の部分のロックウェル硬さ、リンク部材の接合面の残留オーステナイト量、粒界酸化層の有無及び厚さ、リンク部材の接合面のロックウェル硬さ、炭素量（炭素濃度）、算術平均粗さＲａ、及びビッカース硬さが５５０ＨＶとなる深さ（接合面からの深さ）を測定した。なお、実施例１２を除く各実施例及び比較例では、接合面におけるざぐり状の凹部を半球の椀形とした。実施例１２は、接合面が凹部の無い平面である。

ロックウェル硬さの測定は、ロックウェル硬さ計でンク部材の接合面以外の部分およびリンク部材の接合面の表面のＨＲＣ硬さ（ＪＩＳ Ｚ２２４５に準拠）を５点平均で求めた。
算術平均粗さＲａの測定は、触針式粗さ計でリンク部材の接合面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準拠）を求めた。
粒界酸化層の有無及び厚さの測定は、電子プローブマイクロアナライザーで、リンク部材の接合面の断面深さ方向の構成元素を分析し、粒界酸化層の有無を確認した。また、断面を走査型電子顕微鏡で観察し粒界酸化層の厚さを測定した。
残留オーステナイト量の測定は、Ｘ線回折装置でリンク部材の接合面の残留オーステナイト量を分析した。
炭素量（炭素濃度）の測定は、電子プローブマイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）でリンク部材の接合面の炭素濃度を測定した。
ビッカース硬さの測定は、ビッカース硬さ計でリンク部材の接合面の断面について、表面からの深さ方向のビッカース硬さを測定し、ビッカース硬さＨＶが５５０ＨＶとなる位置を特定した。（ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて測定）

また、実施例１〜１５及び比較例１〜５について、一対のリンク部材をボルトにより連結して中間リンクとし、ボルトによる締結軸力を測定した。さらに、片振りの疲労試験を行った。具体的には、一対のリンク部材をボルトにより連結して、大気環境中常温にてコンピュータ制御されたInstron8501 hydraulic testing machine を用いて、４８ｋＮの荷重制御下で、片振りで行った。繰返し周波数は１０Ｈｚ、サイクル数は１０００万回とし、試験後のリンク部品の状態を確認した。

実施例１〜１５及び比較例１〜５の各処理条件及び測定結果を表１に示す。

表１から明らかなように、比較例１〜５では、いずれもリンク部材におけるクランクピンの装着部（とくに、装着部と外側との距離の最短部）で破損した。比較例１は、接合面以外の部分のロックウェル硬さが４８ＨＲＣである。比較例２は、接合面のロックウェル硬さが２８ＨＲＣであり、比較例３は、接合面のロックウェル硬さが５４ＨＣＲである。比較例４は、接合面の算術平均粗さＲａが０．７μｍであり、比較例５は、接合面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍである。

これに対して、実施例１〜１５は、いずれも接合面の破損が認められなかった。実施例６〜１５については、フレッティングにより接合面ですれが生じ、微細な亀裂の発生が認められた。実施例１２は、ざぐり状の凹部が無いため、接合面に微細な亀裂が生じた。なお、実施例６〜１５において発生した亀裂は、構造的には影響の無いものであり、製品としても使用可能な極めて微細なものである。

実施例１〜１５を仔細に検討すると、実施例６は、接合面の残留オーステナイト量が４％であり、実施例７は、接合面の残留オーステナイト量が１８％である。実施例８では、ビッカース硬さ５５０ＨＶが得られる深さ（接合面からの距離）が０．４３ｍｍであり、実施例９では、ビッカース硬さ５５０ＨＶが得られる深さが０．６７ｍｍである。

また、実施例１０は、リンク部材同士の締結軸力が１１００ＭＰａであり、実施例１１は、リンク部材同士の締結軸力が１９２０ＭＰａである。実施例１２は、接合面が、上述のとおり凹部の無い平面である。実施例１３は、接合面の炭素量（炭素濃度）が０．３８Ｃｗｔ％であり、実施例１４は、接合面の炭素量が０．７２Ｃｗｔ％である。実施例１５は、ガス浸炭処理を行ったもので、その結果、厚さが２１μｍの粒界酸化層が認められた。この粒界酸化層は、亀裂発生の起点になる可能性があるので、無い方が好ましい。

以上の試験結果から、本発明に係る締結構造体（中間リンク）に必要ないしは好適である以下の条件（１）〜（９）を見出した。
（１）接合面以外の表面の硬さがロックウェル硬さで５０ＨＲＣ以上。
（２）接合面の硬さがロックウェル硬さで３０ＨＲＣ以上５０ＨＲＣ未満。
（３）接合面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上０．５μｍ以下。
（４）接合面の表層が残留オーステナイトを５％以上１５％以下に含むマルテンサイト組織。
（５）接合面の表面から０．５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に離れた位置のビッカース硬さが５５０ＨＶ。
（６）ボルトによる締結部材同士の締結軸力が、１３００ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下。
（７）接合面におけるボルトの挿通部にざぐり状の凹部を有する。
（８）接合面の炭素濃度が、０．４ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下。
（９）浸炭処理が、真空浸炭処理である。

本発明に係わる締結構造体は、上記条件（１）〜（９）のうちの少なくとも（１）〜（３）を備えることで、曲げ疲労強度の確保と耐フレッティング性との両立を可能にする一定の効果があることが判明した。また、比較例１〜５から明らかなように、条件（１）〜（３）のうちのいずれかが欠落すると、破損が生じる結果となった。

そして、上記条件（１）〜（９）の全てを満足する実施例１〜５については、接合面におけるフレッティングが抑制され、曲げ疲労強度の確保とフレッティングの摩耗粉による二次破損の防止との両立を達成していることが判明した。換言すれば、本発明に係わる締結構造体として曲げ疲労強度の確保と耐フレッティング性との両立を実現するうえで、上記条件（１）〜（９）の有用性を確認した。

本発明に係わる締結構造体は、その構成の細部が上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、各実施形態では、締結構造体として、可変圧縮比エンジンに用いる中間リンクを例示したが、一対の締結部材をボルトで連結した構造であって、締結部材同士の接合面に相対的な往復動が生じるような各種の締結構造体に適用可能である。

Ｅ 可変圧縮比エンジン
１０２ ピストン
１０４ 第１リンク
１０５ 中間リンク（締結構造体）
１０５Ａ リンク部材（締結部材）
１０５Ｂ 凹部
１０６ クランクシャフト
１０７ コントロールシャフト
１０７ クランクピン
１０８ 第２リンク
ＢＴ ボルト
Ｓａ 接合面

Claims (8)

1. 互いに接合した一対の締結部材をボルトで連結した締結構造体であって、
   前記締結部材は、鉄鋼を材料とし、
   接合面以外の表面の硬さが、ロックウェル硬さで５０ＨＲＣ以上であり、
   前記接合面の硬さが、ロックウェル硬さで３０ＨＲＣ以上５０ＨＲＣ未満であり、
   前記接合面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする締結構造体。
2. 前記締結部材は、前記接合面の表層が、マルテンサイト組織であると共に、残留オーステナイトを５〜１５％含むことを特徴とする請求項１に記載の締結構造体。
3. 前記締結部材は、前記接合面の硬さが、表面から内部に向けて減少しており、
   その減少勾配は、表面から０．５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に離れた位置のビッカース硬さが５５０ＨＶであることを特徴とする請求項１又は２に記載の締結構造体。
4. 前記ボルトによる締結部材同士の締結軸力が、１３００ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の締結構造体。
5. 前記締結部材が、前記接合面における前記ボルトの挿通部に、凹部を有することを特徴とする請求項４に記載の締結構造体。
6. 前記締結部材は、前記接合面の炭素濃度が、０．４ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１〜５に記載の締結構造体。
7. クランクシャフトの下側に配置したコントロールシャフトの回転位置に応じて、ピストンの上死点を変えて圧縮比を連続的に変化させる可変圧縮比エンジンに用いられる締結構造体であって、
   前記クランクシャフトのクランクピンを挟んで互いに接合した一方及び他方の締結部材をボルトにより連結した構造を有し、
   前記一方の締結部材には、上端部を前記ピストンに連結した第１リンクの下端部が回転可能に連結されると共に、前記他方の締結部材には、下端部を前記コントロールシャフトの偏心軸部に連結した第２リンクの上端部が回転可能に連結されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の締結構造体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の締結構造体を製造するに際し、
   前記締結部材に浸炭処理を行う工程を備え、
   前記浸炭処理が、真空浸炭処理であることを特徴とする締結構造体の製造方法。

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