KR20080030642A

KR20080030642A - 주조된 삽입체를 구비하는 커넥팅 로드

Info

Publication number: KR20080030642A
Application number: KR1020087002503A
Authority: KR
Inventors: 조엘 에이치. 만델; 도날드 디. 쿠퍼; 칼 제이. 랑라프
Original assignee: 지케이엔 신터 메탈즈, 인크.
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-04-04
Also published as: CA2615759A1; US20080264378A1; MX2008000881A; EP1913292A2; BRPI0613635A2; JP2009503374A; WO2007015879A2; CN101248304B; US8336425B2; ZA200801155B; CN101248304A; WO2007015879A3

Abstract

두 단부 섹션들 사이에 비임 섹션을 가지는 왕복 피스톤 엔진에서 사용되는 타입의 주조 금속 커넥팅 로드가 제공된다. 비임 섹션 및 단부 섹션은 서로 일체형이며 주조 금속 재료로 적어도 부분적으로 제조된다. 커넥팅 로드의 적어도 비임 섹션은 소결 분말 금속 재료로 제조된 삽입체를 포함한다. 그러한 삽입체는 커넥팅 로드의 주조 금속 재료에 의해서 적어도 부분적으로 캡슐화된다. 삽입체는 커넥팅 로드를 보강하고, 그리고 커넥팅 로드의 주조 금속 보다 삽입체의 재료와 보다 더 유사한 재료로 제조되는 엔진의 주변 부분 또는 결합되는 부분의 특성과 매칭될 수 있도록 도울 수 있을 것이다. 예를 들어 알루미늄 합금일 수 있는 커넥팅 로드의 주조 금속 재료는 필요한 곳에서 높은 가공성을 가지는 국부적인 영역을 제공할 수 있다.

Description

주조된 삽입체를 구비하는 커넥팅 로드{CONNECTING ROD WITH CASTIN INSERT}

본 출원은 2005년 7월 21일자로 출원된 미국 가명세서 출원 제 60/701,153 호를 기초로 우선권을 주장한다.

본 발명은 예를 들어 왕복식 피스톤 엔진에서 사용되는 타입의 커넥팅 로드에 관한 것이고, 특히 커넥팅 로드의 주조에 관한 것이다.

내연 기관 및 왕복 피스톤에 사용되는 커넥팅 로드에는 엔진의 작동 중에 큰 응력을 받게 되고, 그에 따라 그러한 커넥팅 로드는 매우 견고하여야 하고 바람직하게는 경량이어야 한다. 커넥팅 로드의 경우에, 커넥팅 로드의 단부에는 크랭크 핀 및 리스트(wrist) 핀 각각을 위한 보어(bore)가 기계가공(machined)되어야 하며, 통상적으로 커넥팅 로드의 캡을 구비하는 크랭크샤프트를 커넥팅 로드의 나머지 부분에 고정할 수 있도록 커넥팅 로드의 크랭크 단부는 드릴가공되고 탭핑가공(tapped)되어야 할 것이다.

필요한 강도 및 중량이 조합된 통상적인 재료를 이용하여 커넥팅 로드를 형성하는 것은 커넥팅 로드의 기계가공을 어렵게 할 수 있으며, 특히 기계가공 작업에 이용되는 툴링(tooling) 및 공구(tool)의 마모 및 균열(tear)을 증대시킬 수 있 다. 그에 따라, 종래 기술에 따른 커넥팅 로드에서의 해결책은 가공성을 위해 강도 및 중량 측면에서 손해를 보는 것(compromise)이었다.

작은 엔진의 경우에, 커넥팅 로드의 재료는 주조 알루미늄 합금일 수 있을 것이다. 그러한 재료는 기계가공이 가능하나, 강도의 측면에서는 경계선(marginal)에 있을 것이며, 크랭크샤프트 또는 리스트 핀과 상당히 다른 열팽창계수를 가질 것이다.

그에 따라, 기계가공이 가능하고, 강하고, 경량이며, 크랭크샤프트 및 리스트 핀 재료와 열적으로 양립가능(compatible)하며, 경제적으로 제조될 수 있는 커넥팅 로드 구성이 요구되고 있다.

본 발명은 분말 금속 삽입체를 가지는 주조(cast) 금속 커넥팅 로드를 제공한다. 삽입체는 커넥팅 로드를 보강하고, 그리고 커넥팅 로드의 주조 금속 보다 삽입체의 재료와 보다 더 유사한 재료로 제조되는 엔진의 주변 부분 또는 결합되는(mating) 부분의 특성과 매칭(match)될 수 있도록 도울 수 있을 것이다.

커넥팅 로드의 주조 금속 재료, 예를 들어 알루미늄 합금은 또한 필요한 곳에서 높은 가공성이 요구되는 국부적인 영역을 제공할 수 있을 것이다. 본 명세서에서, 가공성은 비교적 용이한 금속의 기계가공을 나타내며, 특정된 표준 조건하에서 엔지니어링 재료의 가공성에 대한 상대적인 측정을 제공하는 여러 가지 가공성 지수들이 공지되어 있다는 것을 이해할 것이다. 바람직하게, 주조 작업 중에 주형(mold)내에 위치되는 삽입체는 알루미늄 합금 재료에 의해서 둘러싸이고 적어도 부분적으로 용침(infiltration)된다. 최종 커넥팅 로드에서 알루미늄 합금과 기계적으로 일체화된 삽입체는 커넥팅 로드의 강도를 증대시키고, 커넥팅 로드 복합 재료가 크랭크샤프트 및 리스트 핀의 재료 특성과 특히, 크랭크샤프트 및 리스트 핀의 열팽창 특성과 매칭되도록 돕는다.

주조 알루미늄이 침투된 비교적 높은 강도의 소결 분말 금속 삽입체를 가지는 본 발명의 복합 커넥팅 로드는 주조 알루미늄 커넥팅 로드를 보다 크고 보다 고성능의 엔진에 적용할 수 있도록 돕는다. 종래에는 그러한 엔진의 커넥팅 로드가 주로 철계(ferrous) 재료로 제조되었으며, 그러한 철계 재료는 비교적 중량이고 또 기계적 가공이 곤란하였다.

일 측면에서, 본 발명은 두 단부 섹션들 사이에 비임 섹션(beam section)을 가지는 주조 금속 커넥팅 로드를 제공한다. 비임 섹션 및 단부 섹션은 서로 일체형이며 주조 금속 재료로 적어도 부분적으로 제조된다. 커넥팅 로드의 적어도 비임 섹션은 소결 분말 금속 재료로 제조된 삽입체를 포함한다. 그러한 삽입체는 커넥팅 로드의 주조 금속 재료에 의해서 적어도 부분적으로 캡슐화된다(encapsulated).

커넥팅 로드의 주조 금속 재료는 삽입체의 소결 분말 금속 재료 보다 더 가공성을 가지는 재료일 것이다. 예를 들어, 주조 금속 재료는 알루미늄 합금일 수 있고, 삽입체의 소결 분말 금속 재료는 대부분이 철 분말로 구성될 수 있을 것이다. 주조 금속 분말은 삽입체의 기공(pores)으로 적어도 부분적으로 침투될 것이다. 삽입체는 천공형(preforated) 비임 섹션을 가질 것이고, 커넥팅 로드의 단부 섹션들 중 하나내로 연장하는 핑거(finger)를 가질 수 있다. 또한, 삽입체는 커넥팅 로드내의 단부 섹션들 중 하나내의 홀(hole)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 커넥팅 로드내의 단부 섹션들 중 하나는 엔진의 피스톤에 고정될 수 있도록 그 크기가 결정될 것이며, 삽입체는 피스톤에 고정되도록 그 크기가 결정된 단부 섹션에서 확장 섹션을 가질 수 있다. 커넥팅 로드의 단부 섹션들 중 하나는 엔진의 크랭크샤프트에 고정될 수 있도록 그 크기가 결정될 것이고, 상기 삽입체는 크랭크샤프트에 고정되도록 그 크기가 결정된 단부 섹션에서 확장 섹션을 가질 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 두 단부 섹션 사이에 비임 섹션을 가지는 주조 커넥팅 로드를 형성하는 방법을 제공하며, 이때 상기 비임 섹션 및 두 개의 단부 섹션은 서로 일체형이다. 이러한 방법에서, 소결 분말 금속 삽입체가 주형내에 정위치되고, 적어도 주조 커넥팅 로드의 비임 섹션이 주조 금속 재료에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 삽입체를 포함하도록 금속 재료가 주형내로 도입된다. 금속 재료는 소결 분말 금속 삽입체 보다 더 가공성을 가지는 재료일 것이다. 예를 들어, 금속 재료는 알루미늄 합금일 수 있고, 소결 분말 금속 삽입체는 주로 철로 구성된다. 이러한 방법에서, 소결 분말 금속 삽입체는 기공을 포함하도록 형성될 수 있으며, 주조 금속 재료는 주조 중에 삽입체의 기공들내로 적어도 부분적으로 침투된다. 이러한 방법에서, 삽입체는 핑거를 가지도록 형성될 수 있고, 핑거가 주조 커넥팅 로드의 단부 섹션들 중 하나내로 연장하도록 삽입체가 주형내에 정위치된다. 이러한 방법에서, 삽입체가 주조 커넥팅 로드 내의 단부 섹션들 중 하나내의 홀을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 삽입체가 주형내에 배치될 수 있다.

본 발명의 추가적인 목적 및 이점들을 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 분명히 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명을 포함하는 커넥팅 로드의 입체 모형(solid model)을 도시한 도면으로서, 주조 알루미늄(삽입체내로 침투된 주조 알루미늄을 제외)을 점선으로 그리고 삽입체를 실선으로 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1과 유사한 커넥팅 로드를 다른 각도에서 도시한 사시도이다.

도 3은 도 1의 커넥팅 로드의 측면도이다.

도 4는 도 1과 유사한 커넥팅 로드의 제 2 실시예의 사시도이다.

도 5는 도 1 내지 도 3의 삽입체만을 도시한 사시도이다.

도 6은 도 5와 유사한 삽입체를 다른 각도에서 도시한 사시도이다.

도 7은 도 5 의 삽입체의 측면도이다.

도 8은 도 5의 삽입체의 정면도이다.

도 9는 도 5의 삽입체의 단부를 도시한 도면이다.

이하에서는, 도면들에 걸쳐서 유사한 부분들에 대해서는 유사한 참조부호로서 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 커넥팅 로드(10)가 중앙 비임 섹션(12)을 구비하며, 상기 비임 섹션의 일 단부에는 피스톤 단부(14)가 일체로 연결 되고 타 단분에는 크랭크 단부(16)가 일체로 연결된다. 피스톤 단부(14)는 피스톤의 리스트 핀(그리고, 베어링이 있는 경우에, 베어링)을 수용하기 위한 작은 관통 보어(18)를 가지며, 크랭크 단부(16)는 베어링 및 크랭크샤프트의 저어널(journal)을 수용하기 위해 적어도 부분적으로 형성된 보다 큰 보어(20)를 구비한다. 크랭크 단부(16)에 볼트로 체결되는 베어링 캡(도시 하지 않음)이 보어(20)의 다른 쪽 절반부를 제공한다. 만약, 보어(20) 전체가 단부(16)에 형성된다면, 그 단부(16)는 보어(20)의 측부들에 위치하는 대향 노치들(notches)을 구비할 수 있으며, 상기 노치들은 단부(16)의 베이스 부분 또는 잔류부로부터 분할시키는 단절부(fracture)에 의해서 단부(16)의 크랭크샤프트 캡 부분이 분리될 수 있도록 응력을 집중시키며, 이는 커넥팅 로드의 캡과 나머지 부분 사이의 인터페이스(interface)를 형성하며, 그러한 인터페이스는 캡과 나머지 부분을 높은 위치 정확도로 재조립(refitting)할 수 있게 허용한다. 너트와 함께 또는 너트 없이 볼트를 이용하여 베어링 캡을 단부(16)에 고정할 수 있도록, 나사가 형성될 수 있는 보어(27)가 보어(20)의 양 측부에서 단부(16)에 형성된다.

도 1 내지 도 4에서, 보다 밝은 점선으로 표시된 재료가 알루미늄 합금과 같은 주조 재료일 것이며, 보다 어두운 실선으로 표시된 재료가 주로 철을 포함하는 분말 금속 재료와 같은 소결 분말 금속 재료로 제조된 삽입체(34)이다. 삽입체는 기계가공 작업을 반드시 거칠 필요가 없고, 비교적 강하고 경질인 MPIF(Metal Power Industries Federation) P/F 4660 Modified 재료 등으로 제조될 수 있을 것이다. MPIF P/F 4660 Modified 는 철, 1.75-2.00 중량% 니켈, 0.50-0.60 중량% 몰 리브덴, 0.10-0.25 중량% 망간, 그리고 탄소(그라파이트로서 약 0.60 중량%)로 구성된다. 그에 따라, 통상적으로 MPIF P/F 4660 Modified 는 95% 이상의 철을 포함한다. 최종 부품에서의 MPIF P/F 4660 Modified 의 경도는 약 HRC 45이고, 최종 부품에서의 MPIF P/F 4660 Modified 의 인장 강도는 약 1650 MPa이다. 최종 부품에서의 MPIF P/F 4660 Modified 의 밀도는 약 7.80 g/cc이다. 만약, 삽입체(34)가 기계가공된다면, 예를 들어 홀이 드릴가공되거나 나사부가 절삭가공된다면, 그러한 삽입체는 MPIF P/F 11C60 으로 제조될 수 있을 것이며, 그러한 MPIF P/F 11C60 는 소결 분말 금속 커넥팅 로드가 제조될 수 있는 현존하는 커넥팅 로드 분말 금속 재료이다. MPIF P/F 11C60는 철, 1.8-2.2 중량% 구리, 0.3-0.5 중량%, 0.10-0.25 중량% 망간, 그리고 탄소(그라파이트로서 약 0.60 중량%)로 구성되며, 최종 부품에서의 경도는 약 HRC 25 이고, 인장 강도는 약 900 MPa이며, 밀도는 약 7.80 g/cc이다. 그에 따라, MPIF P/F 11C60는 통상적으로 95% 이상의 철을 포함한다.

현재의 커넥팅 로드들의 대부분은 비임 섹션에서 주로 문제가 발생하고, 그에 따라 비임 섹션의 강도가 증대된다. 두 단부(14 및 16)는 보다 연질의 재료로 제조될 필요가 있는데, 이는 보어(18 및 20)의 기계가공을 허용하고 또 크랭크 단부 볼트 홀(27)의 드릴링가공 및/또는 탭핑가공을 허용하기 위한 것이다.

또한, 삽입체에 대해 기타 재료도 이용될 수 있을 것이다. 미국 특허 제 5,501,529 호에는 베어링 지지 삽입체가 개시되어 있으며, 이때 소결 분말 금속은 알루미늄 합금 엔진 블럭으로 주조(cast)되고 주조 프로세스 중에 주조 알루미늄으로 침투된다. 이러한 특허, 그리고 본 명세서에서 언급되는 기타 특허 및 공보들 은 본 명세서에서 참조로 포함된다.

삽입체(34)는 다음과 같이 분말 금속 소결 프로세스에서 제조될 수 있다. 삽입체(34)를 제조하는 프로세스에서, 최종 삽입체(34)의 투과성을 증대 또는 최대화하기 위해서 삽입체(34)의 제조를 위한 분말 금속의 입자 크기 분포 범위를 비교적 좁게 제한하는 것이 바람직할 것이다. 이를 달성하기 위해, 분말 재료를 적절한 크기 범위로 스크리닝(screen)할 수 있을 것이다. 조대한(coarse) 재료의 경우에, -30 메시(mesh) 내지 + 100 메시(ASTM 표준 메시 크기)의 크기 범위가 바람직하다. 중간 크기 범위의 경우에, -100 메시 내지 + 325 메시의 크기 범위가 이용될 수 있을 것이며, 미세한 재료의 경우에 -325 메시의 크기가 이용될 수 있을 것이다.

스크리닝된 재료를 1-6 중량%의 비금속 분말, 예를 들어 유기 스테아르산염(stearate) 분말과 혼합할 수 있을 것이며, 그러한 비금속 분말은 기공 형성제 및 사출 윤활제의 역할을 하고 소결 프로세스에서 연소될 것이다. 이어서, 이러한 혼합된 재료를 예를 들어 평방인치당 5-15톤의 비교적 낮은 압력으로 원하는 삽입체 형상으로 압밀(compact)한다. 다른 옵션으로서, 보다 높은 백분율의 비-금속 분말을 보다 높은 압력에서 압밀하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 이어서, 압밀된 삽입체가 주형으로부터 사출된다. 프로세스의 이러한 스테이지에서, 통상적으로 삽입체는 "그린(green)" 상태라고 지칭된다.

이어서, 소위 당업계에 공지된 바와 같이, 그린 삽입체를 보호 분위기내에서 가열함으로써 소결한다. 명목상, 이러한 작업은 2050℉의 온도에서 15분 동안 실 시될 것이다. 이어서, 소결된 삽입체를 상온으로 냉각시킨다. 최종적인 삽입체(34)는, ASTM(American Society for Testing and Materials) Standard No. B328에 의해 측정되었을 때 15-60%인, 무작위로 그리고 균일하게 분포되고 개방형인 상호연결된 다공성(porosity)을 가진다. 통상적으로 삽입체(34)의 소결 재료의 전체 밀도가 입방 센티미터당 7.8 그램인 반면, 선택적으로 본 발명의 삽입체(34)의 밀도는 입방 센티미터당 약 5 그램이 될 것이다. 그러나, 주조 프로세스 중에 용융 알루미늄 합금이 삽입체(34)를 충분히 침투할 수 있는 개방형의 상호연결된 다공성의 백분율이 본 발명의 범위 내에 있게 된다. 또한, 본 발명은 모래 주형, 로스트 폼(lost foam), 다이 캐스팅 또는 기타 프로세스를 포함하는 임의의 적절한 주조 프로세스에 통합될 수 있고, 중력 공급식 또는 저압식 주조 프로세스이나 기타 주조 프로세스에 적용되어 삽입체(34)의 공극내로 재료를 충분히 침투시킬 수 있을 것이다.

주소 프로세스에서, 주조 주형내에 다른 타입의 삽입체가 위치되는 공지된 것과 동일한 방식으로 삽입체(34)가 로드(rod; 10)를 위한 주형내에 위치되며, 용융된 재료가 주형내로 도입된다. 삽입체(34)가 용융 재료에 대해 투과성을 가지기 때문에, 용융 재료가 삽입체(34)내로 유동되어 삽입체(34)의 상호 연결된 공극들의 대부분 또는 전부가 아니더라도 많은 부분을 채울 것이다. 용융 재료가 냉각될 때, 삽입체(34)는 실질적으로 보다 더 중실(solid) 상태가 될 것이며, 알루미늄 합금 재료와 삽입체(34)의 재료로 이루어진 금속 매트릭스 복합체(metal matrix composite; MMC)로 구성될 것이다.

용융 금속이 침투될 수 있게 제조된 삽입체(34)는 삽입체(34)의 공극을 용융 금속으로 충진함으로써 그 삽입체(34)를 강화시킬 수 있고, 주조 중에 삽입체(34)를 유지하는 로드(10)와 삽입체(34) 사이에 기계적인 상호연결을 생성한다. 또한, 삽입체(34)는 원하는 기계가공성 및 열팽창 특성을 로드(10)에 부여한다.

도 5 내지 도 9는, 주변의 그리고 침투된 주조 알루미늄을 도시하지 않은 상태에서, 삽입체(34)만을 도시한 도면이다. 상기 삽입체 역시 비임 섹션(36), 피스톤 단부(38) 및 크랭크샤프트 단부(40)를 구비한다. 비임 섹션(36)은 내부에 형성된 홀(42)을 구비하며, 그러한 홀은 강도에 큰 부정적 영향을 미치지 않으면서 재료 및 중량을 줄일 수 있게 한다. 커넥팅 로드(10)에서와 같이, 비임 섹션(36)은, 피스톤 단부(38)와 비교할 때, 상대적으로 얇아서 커넥팅 로드(10)의 주변부(envelope)내에 장착될 수 있고 알루미늄 합금 재료에 의해 전체가 캡슐화될 수 있을 것이다(그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 완전한 캡슐화는 반드시 필수적인 것이 아니다). 단부(38)의 단부면(44)은 오목하고 보어(18)로부터 내측으로 이격되며, 그에 따라 보어(18)와 단부면(44) 사이에는 소정 두께의 알루미늄 합금 재료가 존재한다. 단부(38)는 보어(18)를 보강하고, 단부(38)와 비임(36) 사이의 쇼울더(shoulder)는 삽입체가 알루미늄 합금 재료에 대해 길이방향으로 록킹(lock)되는 것을 돕는다.

다른 단부(40)에서와 유사하게, 폭이 증대되는 단부(40)의 부분에서 쇼율더가 생성된다. 단부(40)는 두 개의 슬롯(52 및 54)과 함께 형성된다. 슬롯(52 및 54)은 단부(40)의 양 측부로 개방되고 단부(40)의 중앙에서 교차하며, 그러한 슬롯 이 교차하는 부분에는 재료가 없어서, 홀(27)이 통과하여 연장할 수 있게 허용하는 간극(clearance)과 함께 단부(40)를 통해 연장하는 홀(56)을 생성하며, 홀(27)과 슬롯(52 및 54) 사이에는 소정 두께의 알루미늄 합금 재료가 있게 된다. 그러한 홀을 분말 금속 압밀체내에 형성하는 방법이 국제특허출원의 공보 WO 2004/112996 A1에 개시되어 있다. WO 2004/112996 A1의 방법에서, 수평 홀 또는 슬롯이 프로세싱 사이클 중에 생성될 수 있다.

특히, 다이, 그리고 펀치라고도 하는 상부 및 하부 툴링 부재들을 포함하는 분말 압밀 툴링 다이 세트가 제공된다. 다이와 상부 및 하부 툴링 부재들은 분말 금속 압밀 프레스내에 설치되어 기계식, 유압식 또는 기타 동력 수단에 의해서 이동된다. 시작 위치에서, 다이는 하부 툴링 부재들과 정렬되고, 하부 툴링 부재들 모두의 상부 표면들은 서로 높이가 맞춰진다(level). 두 번째 단계에서, 하부 툴리 부재들은 서로에 대해 상대적으로 이동되어, 부품의 하부 및 외측 표면들을 형성하는 공동(cavity)을 형성한다. 이러한 것은, 펀치들을 하향 이동시킴으로써 및/또는 다이들을 상향 이동시킴으로써 이루어질 수 있을 것이다. 부품들의 상부 및 내측 표면들은 펀치의 하단부들에 의해서 형성된다. 제 3 단계에서, 결과적인 공동이 분말 금속으로 충진된다. 제 4 단계에서, 상부 툴링 부재들이 다이 공동내로 이동되어 상부 측으로부터 분말을 압밀하기 시작하고, 동시에 하부 툴링 부재들이 다이에 대해 상대적으로 이동되어 하부측으로부터 분말을 압밀하고, 또는 여러 측면(perspective)으로부터 펀치들이 서로를 향해 이동되어 다이에 의해 공동내에 수용된 분말을 그들 사이에서 압밀한다. 제 5 단계에서, 상부 툴링 부재들이 하부 툴링 부재들을 통과할 때까지 펀치들이 서로를 향해 계속적으로 이동한다. 제 6 단계에서, 상부 툴링 부재들이 하부 툴링 부재에 대해 상대적으로 그리고 그로부터 멀리 이동된다.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 단부(40)는 손가락-모양의(finger-like) 곡선형 연장부(60)를 포함하며, 그 곡선형 연장부는 보어(20) 주위로 부분적으로 연장하여 커넥팅 로드의 크랭크샤프트 단부(16)를 보강하고 보어(20)의 열팽창 계수가 크랭크샤프트의 열팽창 계수와 같아지도록 보조하며, 상기 크랭크샤프트는 삽입체(34)와 마찬가지로 철계 재료로 제조될 것이다. 연장부(60)는 크랭크샤프트 단부(16)의 형상과 일치되도록 보어(20)를 향하는 방향으로 오목하게 형성되고, 커넥팅 로드(10)의 주조 알루미늄 재료에 의해 완전히 캡슐화될 수 있을 정도로 크기가 작다.

삽입체(34)가 기계가공이 가능한 분말 금속 재료로 제조되지 않고 또 기계가공되도록 예정되어 있지 않는다면, 기계가공을 실시하는 절삭 공구들이 삽입체(34)와 접촉하지 않도록, 특히 기계가공되는 커넥팅 로드(10)의 영역에서, 예를 들어 보어(18) 및 홀(27)에서, 주조 재료가 적절한 두께를 가져야 할 것이다.

전술한 바와 같이, 베어링 캡이 단부(16)에 볼트로 체결되어 보어(20)를 완성한다. 베어링 캡은 또한 전술한 삽입체에서와 유사하게 소결 분말 금속 삽입체가 삽입 주조된 주조 알루미늄 재료로 제조될 수 있다. 이는, 베어링 캡을 보강할 것이며, 크랭크샤프트의 열팽창 계수와 매칭될 수 있게 도울 것이다.

도 4는 삽입체(72)를 제외하고는 커넥팅 로드(10)와 동일한 커넥팅 로드(70) 의 다른 실시예를 도시한다. 삽입체(72)가 단부(40)를 가지지 않는다는 것을 제외하고, 삽입체(72)는 삽입체(34)와 동일하다. 만약, 주어진 용도에서, 커넥팅 로드가 주로 비임 섹션에서 응력을 받는다는 것을 알고 있을 때, 단부(40)를 보강하는 것은 필수적이 아닐 수 있으며, 그에 따라 삽입체(72)가 적용될 수 있을 것이다.

이상에서, 본 발명의 커넥팅 로드 및 삽입체를 구체적으로 설명하였다. 설명된 바람직한 실시예에 대한 많은 변형 실시예 및 개량 실시예를 소위 당업자는 분명히 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 다양한 분말 금속 재료가 삽입체의 단부 섹션들 또는 비임 섹션에 대해서 사용될 수 있을 것이고, 단부 섹션들 자치도 여러 재료로 구성될 수 있을 것이다. 또한, 많은 수의 여러 섹션들이 있을 수 있으며, 예를 들어 중앙의 비임 섹션 자체가 여러 재료로 이루어진 다수의 섹션들로 구성될 수 있을 것이다. 또한, 부품들이 소결 분말 금속(P/M) 재료로 이루어질 수 있고 또는 분말 단조된(powder forged; P/F) 재료일 수 있으며, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "분말 금속" 또는 "소결된 분말 금속"이라는 용어는 단조의 여부에 관계 없이(예를 들어, 단지 소결만 된 경우) 분말 금속 재료를 포함한다. 또한, 비임 섹션은 공기 경화성 분말 금속 재료로 제조될 수 있고 또는 그렇지 않을 수 있으며, 단부 섹션들이 비-공기 경화성(non-air hardening) 분말 금속 재료로 이루어지거나 또는 그렇지 않을 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명은 설명된 바람직한 실시예로 제한되지 않을 것이며, 특허청구범위에 의해서 그 범위가 정해질 것이다.

본 발명은 왕복 피스톤 엔진에서 사용되는 타입의 커넥팅 로드를 제공한다.

Claims

커넥팅 로드로서:

두 단부 섹션들 사이의 비임 섹션을 포함하며,

상기 비임 섹션 및 두 단부 섹션들은 서로 일체형이며, 상기 비임 섹션 및 두 단부 섹션들은 주조 금속 재료로 적어도 부분적으로 제조되며,

적어도 비임 섹션이 소결 분말 금속 재료로 제조된 삽입체를 포함하며, 상기 삽입체는 주조 금속 재료에 의해서 적어도 부분적으로 캡슐화되는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 주조 금속 재료가 상기 삽입체의 소결 분말 금속 재료 보다 더 가공성을 가지는 재료인

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 주조 금속 재료가 알루미늄 합금인

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 삽입체가 기공들을 가지고, 상기 주조 금속 재료가 적어도 부분적으로 상기 삽입체의 기공들을 침투하는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 삽입체의 소결 분말 금속 재료가 철 분말을 주성분으로(majority) 포함하는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 삽입체가 천공형 비임 섹션을 구비하는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 삽입체가 상기 커넥팅 로드의 단부 섹션들 중 하나내로 연장하는 핑거 를 구비하는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 삽입체가 상기 커넥팅 로드내의 단부 섹션들 중 하나내의 홀을 적어도 부분적으로 둘러싸는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 커넥팅 로드내의 단부 섹션들 중 하나는 피스톤에 고정되도록 그 크기가 결정되고, 상기 삽입체는 상기 피스톤에 고정되도록 그 크기가 결정되는 단부 섹션에서 확장된 섹션을 구비하는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 커넥팅 로드내의 단부 섹션들 중 하나는 크랭크샤프트에 고정되도록 그 크기가 결정되고, 상기 삽입체는 상기 크랭크샤프트에 고정되도록 그 크기가 결정 되는 단부 섹션에서 확장된 섹션을 구비하는

커넥팅 로드.
제 1 항에 있어서,

상기 단부 섹션들 중 하나가 주조 금속 재료에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 소결 분말 금속 삽입체를 포함하는 베어링 캡을 포함하는

커넥팅 로드.
두 단부 섹션 사이의 비임 섹션을 가지는 주조 커넥팅 로드를 형성하는 방법으로서, 상기 비임 섹션 및 두 개의 단부 섹션이 서로 일체형인, 커넥팅 로드 형성 방법으로서,

소결 분말 금속 삽입체를 주형내에 위치시키는 단계; 및

주조 커넥팅 로드의 적어도 비임 섹션이 주조 금속 재료에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화된 삽입체를 포함하도록, 용융 금속 재료를 주형내로 도입하는 단계를 포함하는

커넥팅 로드 형성 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 주조 금속 재료가 소결 분말 금속 삽입체 보다 더 가공성을 가지는 재료인

커넥팅 로드 형성 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 금속 재료가 알루미늄 합금인

커넥팅 로드 형성 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 소결 분말 금속 삽입체가 철을 주성분으로(majority) 포함하는

커넥팅 로드 형성 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 소결 분말 금속 삽입체가 기공들을 포함하도록 형성되고, 그리고

상기 용융 금속 재료가 적어도 부분적으로 상기 삽입체의 기공들내로 침투하는

커넥팅 로드 형성 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 삽입체가 핑거를 가지도록 형성되고, 그리고

상기 핑거가 주조 커넥팅 로드의 단부 섹션들 중 하나내로 연장하도록 상기 삽입체가 주형내에 위치되는

커넥팅 로드 형성 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 삽입체가 주조 커넥팅 로드내의 단부 섹션들 중 하나내의 홀을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 상기 삽입체가 주형내에 위치되는

커넥팅 로드 형성 방법.