KR20190077216A

KR20190077216A - 커넥팅 로드의 제조 방법 및 커넥팅 로드

Info

Publication number: KR20190077216A
Application number: KR1020180144365A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 가와조에
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2019-07-03
Also published as: CN109989995B; RU2694986C1; EP3502495B1; US10480565B2; JP6958340B2; CN109989995A; BR102018076968A2; US20190195273A1; KR102256027B1; JP2019113145A; EP3502495A1

Abstract

커넥팅 로드의 제조 방법은, 커넥팅 로드의 단부에 형성된 관통 구멍(14)의 내주면에, 상기 관통 구멍(14)의 축 방향으로 나열되어 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 구멍(51)을 상기 파단 기점부(50, 60)로서 형성하는 것과, 복수의 상기 제1 구멍(51)에 대하여 상기 축 방향으로 나열되어 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 구멍(55)을, 서로 인접한 상기 제1 구멍(51)의 사이에 상기 파단 기점부(50, 60)로서 형성하는 것과, 상기 파단 기점부(50, 60)를 기점으로 하여 상기 커넥팅 로드의 상기 단부를 로드부(20)와 캡부(30)로 파단 분할하는 것을 포함한다.

Description

커넥팅 로드의 제조 방법 및 커넥팅 로드 {CONNECTING ROD MANUFACTURING METHOD AND CONNECTING ROD}

본 발명은, 커넥팅 로드의 제조 방법 및 커넥팅 로드에 관한 것이다.

단부에 형성된 관통 구멍의 내주면에, 관통 구멍의 축 방향에 걸쳐서 동일한 방향으로 연장된 복수의 구멍을 형성하고, 이 복수의 구멍을 파단 기점부로 하여, 단부를 로드부와 캡부로 파단 분할하는 커넥팅 로드의 제조 방법이 알려져 있다(예를 들어 WO2004/007980 참조).

파단 후의 로드부와 캡부는, 파단면끼리가 위치 정렬되어 조립 장착되기 때문에, 로드부와 캡부는 취성 파단에 의해 파단되어 파단면의 면 성상이 확보되어 있는 것이 요망된다.

그러나, 복수의 구멍의 형상이나 위치의 변동 등에 의해, 파단시에서의 초기 균열의 발생 개소에 변동이 발생하는 경우가 있다. 이것에 기인하여 로드부와 캡부가 부분적으로 연성 파단되어, 파단면의 면 성상이 악화되고, 파단면끼리의 위치 정렬의 정밀도가 저하될 가능성이 있다.

그래서 본 발명은, 로드부와 캡부의 파단면의 면 성상이 확보된 커넥팅 로드의 제조 방법 및 커넥팅 로드를 제공한다.

본 발명의 제1 양태는, 커넥팅 로드의 단부에 형성된 관통 구멍의 상기 내주면에, 상기 관통 구멍의 상기 축 방향으로 나열되어 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 구멍을 상기 파단 기점부로서 형성하는 것과, 복수의 상기 제1 구멍에 대하여 상기 축 방향으로 나열되어 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 구멍을, 서로 인접한 상기 제1 구멍의 사이에 상기 파단 기점부로서 형성하는 것과, 상기 파단 기점부를 기점으로 하여 상기 커넥팅 로드의 상기 단부를 로드부와 캡부로 파단 분할하는 것을 구비하는 커넥팅 로드의 제조 방법에 관한 것이다.

제1 구멍과 제2 구멍은 상이한 방향으로 연장되어 있으며, 서로 인접한 제1 구멍의 사이에 제2 구멍이 형성되기 때문에, 관통 구멍의 내주면과 서로 인접하는 제1 및 제2 구멍에 포위되는 영역은, 파단 강도에 대해서는 기여하기 어려운 영역이 된다. 따라서, 파단 기점부로서 동일 방향으로 연장된 복수의 구멍만이 형성되어 있는 경우와 비교하여, 파단 기점부에서의 파단 강도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 파단시에는, 커넥팅 로드의 축 방향으로 나열된 복수의 제1 및 제2 구멍이 연통되도록 초기 균열이 발생하고, 균일한 초기 균열이 형성된다. 이와 같이 초기 균열이 균일하게 형성되기 때문에, 그 후의 균열의 전파의 변동도 억제되어, 취성 파단을 확보할 수 있다. 이와 같이 하여, 로드부와 캡부의 파단면의 면 성상을 확보할 수 있다.

서로 인접한 상기 제1 및 제2 구멍은, 부분적으로 연통하고 있어도 된다.

서로 인접한 상기 제1 및 제2 구멍의, 상기 내주면에서의 개구 단부끼리는 연통하고 있어도 된다.

상기 제1 구멍은, 서로 인접한 3개의 상기 제2 구멍 중 일단부에 위치한 상기 제2 구멍과 상기 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 상기 3개의 상기 제2 구멍 중 타단부에 위치한 상기 제2 구멍과 선단부끼리가 연통하고, 상기 3개의 상기 제2 구멍의 상기 일단부와 상기 타단부 사이에 위치한 상기 제2 구멍과 도중에 연통하고 있어도 된다.

상기 제1 구멍은, 서로 인접한 2개의 상기 제2 구멍의 한쪽과 상기 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 상기 2개의 상기 제2 구멍의 다른쪽과 선단부끼리가 연통하고 있어도 된다.

상기 2개의 상기 제2 구멍은, 상기 관통 구멍의 내주면에 대하여 직교하는 방향으로 연장되어 있어도 된다.

상기 제2 구멍은, 서로 인접한 2개의 상기 제1 구멍의 한쪽과 도중에 연통하고, 상기 2개의 상기 제1 구멍의 다른쪽과 도중에 연통하고 있어도 된다.

상기 제2 구멍은, 상기 제1 구멍보다도 짧아도 된다.

상기 제1 구멍을 형성하는 것과 상기 제2 구멍을 형성하는 것 사이에 상기 파단 기점부를 냉각하는 것을 더 구비해도 된다.

상기 파단 기점부는, 상기 관통 구멍의 중심을 통해 서로 대향한 제1 및 제2 파단 기점부를 포함하고, 상기 제1 파단 기점부로서 복수의 상기 제1 구멍이 레이저 가공에 의해 형성된 후의 상기 제1 파단 기점부를 냉각하는 것의 실행 중이며 상기 제1 파단 기점부로서 복수의 상기 제2 구멍이 형성되기 전에, 상기 제2 파단 기점부로서 복수의 상기 제1 구멍 또는 복수의 상기 제2 구멍이 레이저 가공에 의해 형성되어도 된다.

선단부가 서로 인접하는 상기 제1 및 제2 구멍의 각각의 내경 d와 상기 선단부끼리의 사이의 상기 축 방향에서의 거리 A의 관계는, -(d/4)≤A≤d를 만족시켜도 된다.

상기 제1 및 제2 구멍의 축의 상대 각도 α는, 30°≤α≤150°를 만족시켜도 된다.

본 발명의 제2 양태는, 파단면을 가진 로드부와, 파단면을 갖고, 상기 파단면끼리가 위치 정렬된 상태에서 상기 로드부와 함께 관통 구멍을 획정하는 캡부를 구비하는 커넥팅 로드에 관한 것이다. 본 발명의 제2 양태는, 상기 파단면끼리가 위치 정렬된 상태에서, 상기 파단면끼리의 사이에는, 상기 관통 구멍의 축 방향으로 나열되어 상기 관통 구멍의 내주면으로부터 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 구멍과, 복수의 상기 제1 구멍에 대하여 상기 축 방향으로 나열되어 상기 내주면으로부터 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 구멍을 갖는다.

본 발명에 따르면, 로드부와 캡부의 파단면의 면 성상이 확보된 커넥팅 로드의 제조 방법 및 커넥팅 로드를 제공할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1a는, 내연 기관의 커넥팅 로드의 모재의 설명도이다.
도 1b는, 도 1a의 부분 확대도이다.
도 1c는, 도 1b의 A 화살표도이다.
도 2a는, 도 1c의 I-I 단면도이다.
도 2b는, 도 2a의 부분 확대도이다.
도 3a는, 비교예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 3b는, 비교예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 3c는, 비교예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 3d는, 비교예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 4a는, 본 실시예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 4b는, 본 실시예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 4c는, 본 실시예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 4d는, 본 실시예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다.
도 5a는, 본 실시예의 구멍의 선단부의 확대도이다.
도 5b는, 비교예의 구멍의 선단부의 확대도이다.
도 5c는, 비교예의 구멍의 선단부의 확대도이다.
도 5d는, 비교예의 구멍의 선단부의 확대도이다.
도 5e는, 비교예의 구멍의 선단부의 확대도이다.
도 6a는, 변형예인 구멍의 확대도이다.
도 6b는, 변형예인 구멍의 확대도이다.
도 7a는, 변형예인 구멍의 확대도이다.
도 7b는, 변형예인 구멍의 확대도이다.
도 8은, 파단 기점부의 형성 공정을 도시한 흐름도이다.
도 9a는, 파단 기점부의 형성 공정의 설명도이다.
도 9b는, 파단 기점부의 형성 공정의 설명도이다.
도 9c는, 파단 기점부의 형성 공정의 설명도이다.
도 10a는, 파단 기점부의 형성 공정의 설명도이다.
도 10b는, 파단 기점부의 형성 공정의 설명도이다.
도 10c는, 파단 기점부의 형성 공정의 설명도이다.
도 11은, 파단 기점부의 형성 공정의 변형예를 도시한 흐름도이다.
도 12a는, 파단 기점부의 형성 공정의 변형예의 설명도이다.
도 12b는, 파단 기점부의 형성 공정의 변형예의 설명도이다.
도 12c는, 파단 기점부의 형성 공정의 변형예의 설명도이다.
도 12d는, 파단 기점부의 형성 공정의 변형예의 설명도이다.

도 1a는, 내연 기관의 커넥팅 로드의 모재(1)의 설명도이다. 모재(1)는, 주조 또는 단조에 의해 형성된 강재이다. 모재(1)는, 긴 쪽 방향인 Y 방향의 일단부측에 있는 소단부(11)에 관통 구멍(12)이 형성되어 있으며, Y 방향의 타단부측에 있는 대단부(13)에는 관통 구멍(14)이 형성되어 있다. 완성 후의 커넥팅 로드에 있어서는, 관통 구멍(12) 및 관통 구멍(14)에 각각 피스톤 핀 및 크랭크 핀이 삽입되어 내연 기관에 조립 장착된다.

모재(1)는, Y 방향으로 연속된 로드부(20) 및 캡부(30)를 갖고 있다. 로드부(20)에는, 소단부(11) 및 관통 구멍(12)이나, 관통 구멍(14)의 반원 부분이 형성되어 있다. 캡부(30)에는, 관통 구멍(14)의 나머지 반원 부분이 형성되어 있다. 로드부(20)와 캡부(30)는, 상세하게는 후술하지만, 관통 구멍(14)의 내주면 상에 형성된 파단 기점부(50 및 60)를 기점으로 하여 파단 분할된다. 파단 기점부(50 및 60)는, 관통 구멍(14)을 짧은 쪽 방향인 X 방향으로부터 사이에 두는 위치에 형성되어 있다. 로드부(20)와 캡부(30)는, 관통 구멍(14) 내에 소정의 지그가 삽입되어 로드부(20)와 캡부(30)를 Y 방향으로 분리하도록 인장 하중이 부여됨으로써, 파단 기점부(50 및 60)를 기점으로 하여 파단 분할된다. 구체적으로는, 관통 구멍(14) 내에 한 쌍의 분할 조각을 Y 방향으로 나열되도록 세팅하고, 이 분할 조각의 사이에 테이퍼 부재를 삽입하여, 테이퍼 부재가 한 쌍의 분할 조각을 Y 방향으로 분리하도록 테이퍼 부재에 상방으로부터 충격을 부여한다. 이에 의해 한 쌍의 분할 조각은 분리되고, 로드부(20)와 캡부(30)를 Y 방향으로 분리하도록 인장 하중이 부여되어 파단 기점부(50 및 60)를 기점으로 하여 파단 분할된다. 또한, 로드부(20) 및 캡부(30)에는, 파단 분할 후에 서로 접속하기 위한 볼트가 삽입되는 볼트 구멍(15 및 16)이 형성되어 있다. 볼트 구멍(15 및 16)도, 관통 구멍(14)을 X 방향으로부터 사이에 두는 위치에 형성되어 있다.

도 1b는, 도 1a의 부분 확대도이며, 도 1c는, 도 1b의 A 화살표도이다. 파단 기점부(50)는, 모재(1)의 두께 방향이며 관통 구멍(14)의 축 방향이기도 한 Z 방향으로 나열되도록 형성된 복수의 구멍으로 구성되어 있다. 이들 복수의 구멍의 축은, Y 방향에 직교한 평면 내에 포함되도록 형성되어 있다. 파단 기점부(60)에 대해서도 마찬가지이다. 파단 기점부(50 및 60)는, 제1 및 제2 파단 기점부의 일례이다.

도 2a는, 도 1c의 I-I 단면도이다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 파단 기점부(50)는 복수의 구멍(51 및 55)으로 구성되어 있다. 구멍(51 및 55)은, 관통 구멍(14)의 내주면으로부터 서로 상이한 방향으로 연장되어 있다. 복수의 구멍(51)은 서로 평행하게 연장되어 있으며, 복수의 구멍(55)도 서로 평행하게 연장되어 있다. 구멍(51 및 55)은, 레이저 가공에 의해 형성되어 있다. 파단 기점부(60)에 대해서도 마찬가지이다. 구멍(51 및 55)은, 제1 및 제2 구멍의 일례이다.

도 2b는, 도 2a의 부분 확대도이다. 또한, 도 2b에 있어서는, 해칭을 생략하고 있다. 구멍(51 및 55)은, 단면에서 보아 X자 형상으로 형성되어 있으며, 구멍(51 및 55)은 선단부끼리 연통하고 있다. 구멍(51 및 55)의 각 내경 d는, 대략 동일하게 설정되어 있다. 구멍(51 및 55)의 X 방향에서의 각각의 깊이 D1 및 D5는, 상세하게는 후술하지만 대략 동일하게 설정되어 있다. 인접하는 구멍(51)의 Z 방향에서의 피치 P1과, 인접하는 구멍(55)의 Z 방향에서의 피치 P5는, 상세하게는 후술하지만 소정의 범위 내에서 대략 동일하게 설정되어 있다. 구멍(51 및 55)의 각각의 축의 상대 각도 α는, 소정의 각도 범위 내로 설정되어 있다. 선단부가 서로 인접하는 구멍(51 및 55)의 선단부끼리의 Z 방향에서의 거리 A는, 상세하게는 후술하지만 소정의 범위 내로 설정되어 있다.

구멍(51)은, 서로 인접한 3개의 구멍(55) 중 일단부에 위치한 구멍(55)과 관통 구멍(14)의 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 이 3개의 구멍(55) 중 타단부에 위치한 구멍(55)과 선단부끼리가 연통하고, 3개의 구멍(55)의 일단부와 타단부 사이에 위치한 구멍(55)과 도중에 연통하고 있다. 즉, 하나의 구멍(51)은 3개의 구멍(55)과 연통하고 있다. 마찬가지로, 구멍(55)은, 서로 인접한 3개의 구멍(51) 중 일단부에 위치한 구멍(51)과 관통 구멍(14)의 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 이 3개의 구멍(51) 중 타단부에 위치한 구멍(51)과 선단부끼리가 연통하고, 3개의 구멍(51)의 일단부와 타단부 사이에 위치한 구멍(51)과 도중에 연통하고 있다. 즉, 하나의 구멍(55)은 3개의 구멍(51)과 연통하고 있다. 이와 같이, 구멍(51 및 55)은 서로 많은 개소에서 연통하고 있다.

이어서, 로드부(20)와 캡부(30)의 파단시에서의 균열의 전파에 대하여, 비교예를 사용하여 설명한다. 도 3a 내지 도 3d는, 비교예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다. 비교예인 파단 기점부(50v)는 본 실시예의 파단 기점부(50)와는 달리, 동일 방향으로 연장된 복수의 구멍(51v)만으로 구성되어 있다. 구멍(51v)은 깊이가 비교적 얕고, 그 선단부의 아르가 비교적 크다. 또한, 복수의 구멍(51v)의 피치나 깊이의 변동이 크다. 도 3b 내지 도 3d에 도시한 바와 같이, 파단시에는 파단 기점부(50v)를 기점으로 하여 관통 구멍(14v)의 내주면측으로부터 외주면측으로 균열이 전파되지만, 상기와 같이 복수의 구멍(51v)의 피치나 깊이의 변동이 크면, 도 3b에 도시한 바와 같이 파단시에서의 초기 균열의 Z 방향에서의 발생 개소에 변동이 발생하기 쉽다. 이것에 기인하여 도 3c에 도시한 바와 같이 Z 방향에서의 위치마다의 X 방향에서의 균열의 전파에도 변동이 발생하여, 도 3d에 도시한 바와 같이 볼트 구멍(15)을 돌아 들어간 균열끼리의 합류 개소에도 변동이 발생한다. 이와 같이 초기 균열의 발생 개소에 변동이 있으면, 균열 전파시에 재료의 소성 변형이 동반하는 연성 파단이 발생하기 쉽다. 또한, 구멍(51v)의 깊이가 비교적 얕고, 그 선단부의 아르가 비교적 크면, 구멍(51v)의 선단부 주변에서의 응력 집중 계수는 작아져, 파단시에 구멍(51v)의 선단부에 응력이 집중되기 어려워진다. 그 결과, 구멍(51v)의 주변으로부터 발생하는 초기 균열의 발생시에도 연성 파단이 발생하기 쉬워진다. 이상에 의해, 파단면(Fv)의 면 성상이 악화되고, 파단면(Fv)끼리의 위치 정렬의 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 또한, 구멍의 선단부 주변에서의 응력 집중 계수는 구멍의 깊이가 얕을수록 저하되고, 구멍의 선단부의 아르가 클수록 저하된다.

도 4a 내지 도 4d는, 본 실시예에서의 파단시의 균열의 전파에 관한 설명도이다. 도 4b에 도시한 바와 같이 초기 균열은, Z 방향에서의 위치마다 변동되지 않고, 대략 동시에 발생한다. 그 이유는, 구멍(51)과 구멍(55)은 상이한 방향으로 연장되어 있으며, 서로 인접한 구멍(51)의 사이에 구멍(55)이 형성되어 있기 때문이다. 이 때문에, 관통 구멍(14)의 내주면과 서로 인접한 구멍(51 및 55)으로 포위되는 영역은, 파단 강도에 대하여 기여하기 어려운 영역이 된다. 이 때문에, 이러한 복수의 구멍(51 및 55)이 형성되어 있음으로써, 파단 기점부로서 일정한 피치로 동일 방향으로 연장된 복수의 구멍만이 형성되어 있는 경우와 비교하여, 파단 강도가 저하되어 있다. 이에 의해 파단시에는, Z 방향으로 나열된 복수의 구멍(51 및 55)이 연통하도록 초기 균열이 발생하고, 균일한 초기 균열이 형성되기 때문이다. 상세하게는, 파단시에 구멍(51)의 선단부에 집중된 응력이 인접한 구멍(55)의 선단부에 영향을 미치고, 구멍(55)의 선단부에 집중된 응력이 인접한 구멍(51)의 선단부에 영향을 미치고, Z 방향으로 나열된 복수의 구멍(51 및 55)이 연통되도록 균열이 발생하기 쉽기 때문이라고 생각된다. 이에 의해, 도 4c에 도시한 바와 같이 Z 방향에서의 위치마다의 X 방향에서의 균열의 전파의 변동이 억제되어, 도 4d에 도시한 바와 같이 볼트 구멍(15)을 돌아 들어가도록 전파하여 합류한다. 이와 같이 균열이 균일하게 전파됨으로써 소성 변형이 억제되고, 취성 파단이 확보되고, 파단면(F)의 면 성상이 확보된다. 따라서, 파단면(F)끼리의 위치 정렬의 정밀도가 확보되어 있다. 이러한 취성 파단을 확보하는 관점에서, 본 실시예에서의 구멍(51 및 55)은, 그 선단부끼리의 거리나 상대 각도 등이 소정의 범위 내로 설정되어 있다. 상세하게는 후술한다.

이어서, 본 실시예의 구멍(51 및 55)의 선단부끼리의 거리나 상대 각도에 대하여, 비교예와 비교하여 설명한다. 도 5a는, 본 실시예의 구멍(51 및 55)의 선단부의 확대도이다. 또한, 도 5a에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해 해칭을 생략하고 있다. 구멍(51 및 55)의 선단부끼리의 거리(A)는 대략 제로로 설정되고, 구멍(51 및 55)의 축의 상대 각도 α는 대략 60°로 설정되어 있다. 거리(A)는 제로로 설정되어 있기 때문에, 구멍(51 및 55)의 선단부끼리는 접하도록 연통하고 있다.

도 5b는, 비교예의 구멍(51w 및 55w)의 선단부의 확대도이다. 또한, 비교예에 대해서는, 본 실시예와 유사한 부호를 붙여 중복된 설명을 생략한다. 비교예에서의 구멍의 내경은, 구멍(51 및 55)의 각각과 동일한 내경(d)으로서 설명한다. 구멍(51w 및 55w)의 선단부끼리의 거리(Aw)는, 내경(d)보다도 크게 설정되어 있다. 이 때문에, 파단시에 구멍(51w 및 55w)의 각각의 선단부에 집중되는 응력이 서로 간섭하는 것이 곤란해질 가능성이 있다. 따라서, 파단시에서의 초기 균열의 발생 개소에서의 Z 방향에서의 위치의 변동이 발생하기 쉬워질 가능성이 있다. 따라서, 거리(A)는 A≤d를 만족시키는 것이 바람직하다. 본 실시예의 구멍(51 및 55)에서는, 거리(A)가 대략 제로로 설정되어 있기 때문에, 파단시에 구멍(51 및 55)의 각각의 선단부에 집중되는 응력의 상호 간섭이 용이해진다. 이 때문에, Z 방향으로 나열된 복수의 구멍(51 및 55)이 연통되도록 초기 균열이 발생하고, 균일한 초기 균열이 형성된다.

도 5c는, 비교예의 구멍(51x 및 55x)의 확대도이다. 구멍(51x 및 55x)의 선단부끼리의 거리 Ax는, -(d/4)보다도 작은 값으로 설정되어 있다. 즉, 구멍(51x 및 55x)의 선단부끼리의 겹침량이 크게 형성되어 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 이들 복수의 구멍은, 레이저 가공에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 구멍(51x 및 55x)과 같이 선단부끼리의 겹침량이 큰 것은, 레이저의 조사에 의해 동일 개소가 되는 구멍(51x 및 55x)의 선단부에 많은 열량이 가해진 것을 나타내고, 이 선단부에서의 아르가 지나치게 커져 있을 가능성이 있다. 선단부의 아르가 지나치게 커지면, 응력 집중 계수가 저하되어 파단시에는 선단부에 응력이 집중되기 어려워지고, 연성 파단되기 쉬워진다. 따라서, 거리 A는 -(d/4)≤A를 만족시키는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본 실시예의 구멍(51 및 55)에서의 거리 A는 제로로 설정되어 있기 때문에, 선단부에서의 아르가 지나치게 커지는 것이 억제되어 있으며, 응력 집중 계수가 확보되고, 취성 파단이 확보되어 있다.

도 5d는, 비교예의 구멍(51y 및 55y)의 확대도이다. 구멍(51y 및 55y)의 축의 상대 각도 αy는 30° 미만으로 설정되어 있다. 이 경우에도, 구멍(51y 및 55y)의 선단부끼리의 겹침량이 큰 것을 나타내고, 구멍(51y 및 55y)이 겹쳐 있는 영역에서 레이저의 조사에 보다 많은 열량이 가해진 것을 나타낸다. 따라서 이 경우에도, 선단부에서의 아르가 지나치게 커져 있을 가능성이 있으며, 연성 파단되기 쉬워질 가능성이 있다. 따라서, 상대 각도 α는, 30°≤α를 만족시키는 것이 바람직하다. 본 실시예의 구멍(51 및 55)에서는, 상대 각도 α는 대략 60°로 설정되어 있기 때문에, 선단부에서의 아르가 지나치게 커지는 것이 억제되어 있다.

도 5e는, 비교예의 구멍(51z 및 55z)의 확대도이다. 구멍(51z 및 55z)의 축의 상대 각도 αz는, 150°보다도 크게 설정되어 있다. 이 경우, 관통 구멍(14)의 내주면에 대하여 레이저의 조사 각도가 지나치게 급해져, 구멍(51z 및 55z)을 형성하는 것이 곤란해지고, 구멍(51z 및 55z)의 깊이를 확보하는 것도 곤란해질 가능성이 있다. 구멍(51z 및 55z)의 깊이를 확보할 수 없으면, 응력 집중 계수가 저하되고, 연성 파단하기 쉬워질 가능성이 있다. 따라서, 상대 각도 α는 α≤150°를 만족시키는 것이 바람직하다. 본 실시예의 구멍(51 및 55)에서는, 상대 각도 α는 대략 60°로 설정되어 있으며, 구멍(51 및 55)의 형성이 용이하고, 구멍(51 및 55)의 깊이도 확보하는 것이 용이하다.

이상과 같이, 취성 파단을 실현하기 위해서는, 거리 A는 -(d/4)≤A≤d를 만족시키는 것이 바람직하고, 상대 각도 α는 30°≤α≤150°를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한 보다 바람직하게는 -(d/8)≤A≤d/2를 만족하고, 15°≤α≤75°를 만족시키는 것이다.

또한, 피치(P1 및 P5)의 각각은, 구멍의 내경 d의 2배 정도가 바람직하다. 피치가 지나치게 좁으면, 레이저 가공에 의해 좁은 영역에 많은 구멍을 형성할 필요가 있으며, 레이저의 조사에 의해 모재(1)에 가해지는 열량이 증가하여 온도가 상승하고, 이에 따라 레이저 가공 중에서의 구멍의 치수 정밀도에 영향을 줄 가능성이 있기 때문이다. 또한, 레이저의 조사 횟수가 증가하여 제조 비용이 증대될 가능성도 있다.

또한, 도 2b에 도시한 바와 같이, 인접한 구멍(51 및 55)의, 관통 구멍(14)의 내주면 상에 개구된 개구 단부끼리는 서로 연통하고 있는 것이 바람직하다. 개구 단부끼리가 연통하고 있음으로써, 개구 단부끼리가 연통하지 않고 이격되어 있는 경우와 비교하여, 관통 구멍(14)의 내주면측에서의 파단 강도를 저하시킬 수 있고, 취성 파단을 확보할 수 있기 때문이다.

또한, 로드부(20) 및 캡부(30)의 파단면에는, 파단 전의 복수의 구멍(51 및 55)이 홈 형상이 되어 노출되지만, 그 후에 파단면끼리가 위치 정렬된 상태에서는, 파단면끼리의 사이에 파단 전의 상태와 마찬가지인 복수의 구멍(51 및 55)이 다시 획정된다. 파단 기점부(60)에 대해서도 마찬가지이다. 따라서, 파단 후에 로드부(20) 및 캡부(30)가 체결되어 제조된 커넥팅 로드에 관해서도, 파단 기점부(50)의 구멍(51 및 55)이 상기한 요건을 만족시키는지 여부를 확인할 수 있다.

이어서 복수의 변형예에 대하여 설명한다. 도 6a 내지 7b는, 변형예인 구멍의 확대도이다. 또한, 변형예에 대해서도 본 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 중복된 설명을 생략한다. 도 6a에 도시하는 파단 기점부(50a)의 구멍(51a 및 55a)은, 단면에서 보아 V자 형상으로 형성되어 있다. 상술한 본 실시예의 구멍(51 및 55)과는 달리, 구멍(51a 및 55a)은 도중에 연통하고 있지 않고, 상대 각도 αa는 대략 30°로 설정되어 있다. 구체적으로는, 구멍(51a)은, 서로 인접한 2개의 구멍(55a)의 한쪽과 관통 구멍(14)의 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 2개의 구멍(55a)의 다른쪽과 선단부끼리가 연통하고 있다. 마찬가지로, 구멍(55a)은, 서로 인접한 2개의 구멍(51a)의 한쪽과 관통 구멍(14)의 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 2개의 구멍(51a)의 다른쪽과 선단부끼리가 연통하고 있다. 이 경우에 있어서도, 인접하는 구멍(51a 및 55a)과 관통 구멍(14)의 내주면으로 포위되는 영역에서의 파단 강도를 저감할 수 있으며, 취성 파단을 확보할 수 있다.

도 6b에 도시하는 파단 기점부(50b)의 구멍(51 및 55b)은, 단면에서 보아 V자 형상으로 형성되어 있다. 구멍(55b)은, X 방향으로 대략 평행하게 연장되어 있다. 바꾸어 말하면, 구멍(55b)은 관통 구멍(14)의 직경 방향으로 연장되어 있다. 구멍(55b)과 같이, 관통 구멍(14)의 내주면에 대하여 직교하는 방향으로 연장되어 있어도 된다. 이 경우에도, 인접하는 구멍(51 및 55b)과 관통 구멍(14)의 내주면으로 포위되는 영역에서의 파단 강도를 저감할 수 있으며, 취성 파단을 확보할 수 있다. 또한, 구멍(51 및 55b)의 축의 상대 각도 αb는, 대략 30°로 설정되어 있다.

도 7a에 도시하는 파단 기점부(50c)의 구멍(55c)의 피치(P5c)는, 구멍(51)의 피치(P1)의 대략 3배로 설정되고, 피치비는 1:3으로 설정되어 있다. 이에 의해, 구멍(51)에 대하여 구멍(55c)의 수가 적어도 되고, 구멍(55c)을 형성하기 위한 레이저 조사 횟수를 저감할 수 있으며, 제조 공정을 간소화할 수 있다. 또한, 구멍(55c)은 4개의 구멍(51)과 연통하고 있기 때문에, 파단 강도를 저감할 수 있으며, 취성 파단을 확보할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 구멍(55c)과, 이 구멍(55c)에 연통한 4개의 구멍(51)과, 관통 구멍(14)의 내주면으로 포위되는 영역이 확보되어, 파단 강도를 저감할 수 있으며, 취성 파단을 확보할 수 있다. 또한, 상이한 방향으로 연장된 구멍이 서로 연통하고, 또한 피치비가 1:3을 초과하여 커지면, 구멍끼리의 상대 각도가 지나치게 커져, 관통 구멍(14)의 내주면으로의 레이저의 조사가 곤란해질 가능성이 있다. 따라서 피치비는, 1:1부터 1:3까지의 사이가 바람직하다. 또한, 구멍(51 및 55c)의 축의 상대 각도 αc는, 대략 90°로 설정되어 있다. 본 변형예에서는, 반드시 구멍(55c)이 4개의 구멍(51)과 연통하고 있을 필요는 없으며, 구멍(55c)은, 서로 인접한 2개의 구멍(51)의 한쪽과 도중에 연통하고, 이 2개의 구멍(51)의 다른쪽과 도중에 연통하고 있으면 된다.

도 7b에 도시하는 구멍(55d)의 깊이(D5d)는, 구멍(51)의 깊이(D1)의 절반으로 설정되어 있으며, 구멍의 깊이의 비는 1:0.5로 설정되어 있다. 즉, 구멍(55d)은, 구멍(51)보다도 짧게 형성되어 있다. 이 경우에도 구멍(51)과 구멍(55d)과 관통 구멍(14)의 내주면 사이의 영역이 확보되어, 파단 강도를 저감할 수 있으며, 취성 파단을 확보할 수 있다. 또한, 구멍(55d)은, 구멍(51)의 도중 부분에서 연통하고 있기 때문에, 보다 파단 강도를 저감할 수 있으며, 취성 파단을 확보할 수 있다. 또한, 구멍(55d)의 깊이는 구멍(51)보다도 얕기 때문에, 구멍(55d)을 형성하기 위한 레이저의 출력을 저감할 수 있으며, 레이저 가공에 요하는 시간도 삭감할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다.

또한, 도 6a, 도 6b 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 서로 인접하여 상이한 방향으로 연장된 2개의 구멍의 개구 단부는 서로 연통하고 있는 것이 바람직하지만, 이것으로 한정되지 않으며, 도 7a에 도시한 바와 같이 이격되어 있어도 된다.

이어서, 커넥팅 로드의 제조 공정에 있어서의 파단 기점부(50 및 60)를 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 도 8은, 파단 기점부(50 및 60)의 형성 공정을 도시한 흐름도이다. 도 9a 내지 도 10c는, 파단 기점부(50 및 60)의 형성 공정의 설명도이다. 우선 도 9a에 도시한 바와 같이, 레이저 발진기(100)로부터 조사된 레이저의 진행 방향을, 모재(1)의 일방측에 배치된 프리즘(110)에 의해 제어하고, 모재(1)의 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(15)측에 레이저를 조사하여, 복수의 구멍(51)을 형성한다(스텝 S1). 스텝 S1의 공정은, Z 방향으로 나열되어 제1 방향으로 연장된 복수의 구멍(51)을 파단 기점부(50)로서 형성하는 제1 공정의 일례이다. 이어서, 도 9b에 도시한 바와 같이, 레이저의 조사에 의해 고온이 된 모재(1)의 구멍(51) 부근을 냉각한다(스텝 S3). 또한, 이 냉각은, 자연 방열에 의한 것이어도 되고, 팬 등을 사용한 강제 냉각이어도 된다.

이어서, 도 9c에 도시한 바와 같이, 레이저 발진기(100)로부터 조사된 레이저의 진행 방향을, 모재(1)의 타방측에 배치된 프리즘(120)을 사용하여 제어하여, 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(15)측에 레이저를 조사하여 복수의 구멍(55)을 형성한다(스텝 S5). 스텝 S5의 공정은, 복수의 구멍(51)에 대하여 Z 방향으로 나열되어 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장된 복수의 구멍(55)을, 복수의 구멍(51)에 더하여 파단 기점부(50)로서 형성하는 제2 공정의 일례이다. 이어서, 상술한 경우와 마찬가지로 모재(1)의 구멍(55) 부근을 냉각한다(스텝 S7). 이어서, 도 10a에 도시한 바와 같이, 모재(1)를 반전시켜(스텝 S9), 다시 프리즘(110)을 사용하여 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(16)측에 구멍(61)을 형성한다(스텝 S11). 이에 의해, 구멍(61)은 구멍(51)과 평행하게 형성된다. 스텝 S11의 공정은, 상술한 제1 공정의 일례이다. 이어서, 도 10b에 도시한 바와 같이 모재(1)의 구멍(61) 부근을 냉각한다(스텝 S13). 이어서, 다시 프리즘(120)을 사용하여 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(16)측에 레이저를 조사하여 복수의 구멍(65)을 형성한다(스텝 S15). 이에 의해 구멍(65)은, 구멍(55)과 평행하게 형성된다. 스텝 S15의 공정은, 상술한 제2 공정의 일례이다. 이어서, 상술한 경우와 마찬가지로 모재(1)의 구멍(65) 부근을 냉각한다(스텝 S17). 이와 같이 하여, 모재(1)에 파단 기점부(50 및 60)가 형성된다. 또한, 구멍(61 및 65)은 제1 및 제2 구멍의 일례이다.

상술한 바와 같이, 레이저의 조사 후에 조사된 개소를 냉각하는 이유에 대하여 설명한다. 레이저의 조사에 의해 고온 상태에 있는 개소에 다시 레이저가 조사되면, 그 개소가 더 고온이 되어, 원하는 구멍 직경이나 원하는 선단부의 아르의 크기를 초과하여 커질 가능성이 있다. 이에 의해, 구멍의 치수 정밀도가 저하되어, 특히 구멍의 선단부의 아르의 크기가 증대되어, 취성 파단을 확보할 수 없을 가능성이 있다. 따라서 본 실시예와 같이, 레이저의 조사 후에 조사된 개소를 냉각한 후 다시 레이저를 조사함으로써, 취성 파단을 확보할 수 있다.

이어서 파단 기점부(50 및 60)의 형성 공정의 변형예에 대하여 설명한다. 도 11은, 파단 기점부(50 및 60)의 형성 공정의 변형예를 도시한 흐름도이다. 도 12a 내지 도 12d는, 파단 기점부(50 및 60)의 형성 공정의 변형예의 설명도이다. 우선, 도 12a에 도시한 바와 같이, 상술한 경우와 마찬가지로 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(15)측에 구멍(51)을 형성한다(스텝 S1a). 스텝 S1a의 공정은, 상술한 제1 공정의 일례이다. 이어서, 도 12b에 도시한 바와 같이, 모재(1)를 반전하여(스텝 S3a), 모재(1)의 구멍(51) 부근을 냉각하면서 프리즘(110)을 사용하여 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(16)측에 구멍(61)을 형성한다(스텝 S5a). 스텝 S5a의 공정은, 제1 공정에 의해 파단 기점부(50)로서 복수의 구멍(51)이 레이저 가공에 의해 형성된 후의 파단 기점부(50)를 냉각하는 제3 공정의 실행 중이며 제2 공정에 의해 파단 기점부(50)로서 복수의 구멍(55)이 형성되기 전에, 파단 기점부(60)로서 복수의 구멍(61)이 레이저 가공에 의해 형성되는 공정의 일례이다. 이어서, 도 12c에 도시한 바와 같이, 모재(1)를 반전하여(스텝 S7a), 모재(1)의 구멍(61) 부근을 냉각하면서 프리즘(120)을 사용하여 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(15)측에 구멍(55)을 형성한다(스텝 S9a). 스텝 S9a의 공정은, 제1 공정에 의해 파단 기점부(60)로서 복수의 구멍(61)이 레이저 가공에 의해 형성된 후의 파단 기점부(60)를 냉각하는 제3 공정의 실행 중이며 제2 공정에 의해 파단 기점부(60)로서 복수의 구멍(65)이 형성되기 전에, 파단 기점부(50)로서 복수의 구멍(55)이 레이저 가공에 의해 형성되는 공정의 일례이다. 이와 같이 하여 파단 기점부(50)가 형성된다. 이어서, 도 12d에 도시한 바와 같이, 모재(1)를 반전하여(스텝 S11a), 모재(1)의 구멍(55) 부근을 냉각하면서 관통 구멍(14)의 내주면의 볼트 구멍(16)측에 구멍(65)을 형성한다(스텝 S13a). 이어서, 모재(1)의 구멍(65) 부근을 냉각한다(스텝 S15a). 이와 같이 하여 파단 기점부(60)가 형성된다.

이상과 같이, 레이저가 조사된 개소를 냉각하면서, 상이한 개소에 레이저를 조사함으로써, 모재(1)에 파단 기점부(50 및 60)를 단기간에 형성할 수 있다. 따라서, 커넥팅 로드의 제조 비용을 저하할 수 있다.

또한, 상술한 공정에서는 하나의 레이저 발진기(100)를 사용하여 파단 기점부(50 및 60)를 형성하는 경우를 설명했지만, 이것으로 한정되지 않으며, 상이한 위치에 배치된 복수의 레이저 발진기(100)를 사용하여 파단 기점부(50 및 60)를 형성해도 된다. 프리즘(110 및 120) 대신에 레이저를 반사하는 미러를 사용해도 된다. 또한, 레이저의 조사에 의한 용융물을 가공 구멍으로부터 배출하기 위한 어시스트 가스를 사용해도 된다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 다양한 변형·변경이 가능하다.

Claims

커넥팅 로드의 제조 방법에 있어서,
상기 커넥팅 로드의 단부에 형성된 관통 구멍(14)의 내주면에, 상기 관통 구멍(14)의 축 방향으로 나열되어 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 구멍(51)을 파단 기점부(50, 60)로서 형성하는 것과,
복수의 상기 제1 구멍(51)에 대하여 상기 축 방향으로 나열되어 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 구멍(55)을, 서로 인접한 상기 제1 구멍의 사이에 상기 파단 기점부(50, 60)로서 형성하는 것과,
상기 파단 기점부(50, 60)를 기점으로 하여 상기 커넥팅 로드의 상기 단부를 로드부(20)와 캡부(30)로 파단 분할하는 것을 포함하는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항에 있어서,
서로 인접한 상기 제1 구멍(51) 및 제2 구멍(55)은, 부분적으로 연통하고 있는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
서로 인접한 상기 제1 구멍(51) 및 제2 구멍(55)의, 상기 내주면에서의 개구 단부끼리는 연통하고 있는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 구멍(51)은, 서로 인접한 3개의 상기 제2 구멍(55) 중 일단부에 위치한 상기 제2 구멍과 상기 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 상기 3개의 상기 제2 구멍(55) 중 타단부에 위치한 상기 제2 구멍과 선단부끼리가 연통하고, 상기 3개의 상기 제2 구멍(55)의 상기 일단부와 상기 타단부 사이에 위치한 상기 제2 구멍과 도중에 연통하고 있는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 구멍(51a)은, 서로 인접한 2개의 상기 제2 구멍(55a)의 한쪽과 상기 내주면에서의 개구 단부끼리가 연통하고, 상기 2개의 상기 제2 구멍(55a)의 다른쪽과 선단부끼리가 연통하고 있는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 2개의 상기 제2 구멍(55b)은, 상기 관통 구멍의 내주면에 대하여 직교하는 방향으로 연장되어 있는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 구멍(55c)은, 서로 인접한 2개의 상기 제1 구멍(51)의 한쪽과 도중에 연통하고, 상기 2개의 상기 제1 구멍(51)의 다른쪽과 도중에 연통하고 있는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 구멍(55d)은, 상기 제1 구멍보다도 짧은, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 구멍(51)을 형성하는 것과 상기 제2 구멍(55)을 형성하는 것 사이에 상기 파단 기점부(50, 60)를 냉각하는 것을 더 포함하는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 파단 기점부(50, 60)는, 상기 관통 구멍(14)의 중심을 통해 서로 대향한 제1 파단 기점부(50) 및 제2 파단 기점부(60)를 포함하고, 상기 제1 파단 기점부(50)로서 복수의 상기 제1 구멍(51)이 레이저 가공에 의해 형성된 후의 상기 제1 파단 기점부(50)를 냉각하는 것의 실행 중이며, 상기 제1 파단 기점부(50)로서 복수의 상기 제2 구멍(55)이 형성되기 전에, 상기 제2 파단 기점부(60)로서 복수의 상기 제1 구멍(51) 또는 복수의 상기 제2 구멍(55)이 레이저 가공에 의해 형성되는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
선단부가 서로 인접하는 상기 제1 구멍(51) 및 제2 구멍(55)의 각각의 내경 d와 상기 선단부끼리의 사이의 상기 축 방향에서의 거리 A의 관계는, -(d/4)≤A≤d를 만족시키는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 구멍(51) 및 제2 구멍(55)의 축의 상대 각도 α는, 30°≤α≤150°를 만족시키는, 커넥팅 로드의 제조 방법.
커넥팅 로드에 있어서,
파단면을 가진 로드부(20)와,
파단면을 갖고, 상기 파단면끼리가 위치 정렬된 상태에서 상기 로드부(20)와 함께 관통 구멍(14)을 획정하는 캡부(30)를 포함하며,
상기 파단면끼리가 위치 정렬된 상태에서, 상기 파단면끼리의 사이에는, 상기 관통 구멍(14)의 축 방향으로 나열되어 상기 관통 구멍(14)의 내주면으로부터 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 구멍(51)과, 복수의 상기 제1 구멍(51)에 대하여 상기 축 방향으로 나열되어 상기 내주면으로부터 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 구멍(55)을 갖는, 커넥팅 로드.