WO2006059595A1 - 軸受付きコネクティングロッドの製造方法及び軸受付きコネクティングロッド - Google Patents

軸受付きコネクティングロッドの製造方法及び軸受付きコネクティングロッド Download PDF

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WO2006059595A1
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bearing
bearing metal
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Hideki Murakami
Takeshi Shinoda
Keishi Nanbu
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Japan Science And Technology Agency
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Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method of a connecting rod with a bearing and a connecting rod with a bearing.
  • a connecting rod for connecting a piston and a crankshaft of a vehicle engine has a configuration having a large end portion on the crankshaft side, a small end portion on the piston side, and a rod portion therebetween.
  • the small end circular fitting hole (small end hole) is rotatably fitted to the piston pin, and the large end fitting hole (large end hole) is rotatably fitted to the crank pin.
  • a connecting rod bearing (bearing) having a cylindrical shape as a whole is incorporated in the inner surface of each of the fitting holes at the large end and the small end, and each connecting rod is applied via a powerful connecting rod bearing.
  • the inner surface of the fitting hole is rotatably fitted and joined to the crank pin and piston pin.
  • the connecting rod bearing is manufactured separately from the connecting rod in advance and assembled to the inner surface of each fitting hole, and then the connecting rod bearing is connected to the large connecting rod. The end and small end were connected to the crank pin and piston pin.
  • this connecting rod bearing is constructed by joining a bearing metal (alloy) about 0.3 mm thick on a thin plate of about 1.5 mm thick polished steel called a back metal.
  • bearing metal fabrication (2) Thin plate, (3) Cladding of back metal and bearing metal, (4) Machining and complicated processes are required, and it takes a lot of labor and time to manufacture.
  • high accuracy was required when the connecting rod bearing was threaded onto the connecting rod, and it was necessary to handle it with care.
  • bearing metal material is coated on the inner surface of the fitting hole by thermal spraying and a bearing metal layer (bearing) is formed on the inner surface of the fitting hole.
  • a bearing metal layer (bearing)
  • Patent Document 1 discloses an invention about a sliding bearing structure, in which a connecting rod bearing is composed of a back metal and a bearing metal, and in order to suppress fretting wear and the like of the connecting rod bearing. Further, it is disclosed that the hardness is increased by applying shot peening or the like to the outer peripheral surface of the back metal.
  • connecting rod bearing is manufactured separately from the connecting rod in advance and is assembled to the connecting rod.
  • Patent Document 2 discloses an invention relating to a manufacturing method of a connecting rod with a bearing, in which a ring-shaped bearing metal is fitted in a fitting hole of a cap-integrated connecting lot molded body.
  • a technique is disclosed in which the bearing metal is infiltrated into the fitting hole by sintering in a heated state, and then the cap part is cut off.
  • the ring-shaped bearing metal is manufactured separately from the connecting lot in advance, and then assembled and connected to the fitting hole of the connecting rod. Is different.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9 222117
  • Patent Document 2 JP-A-9-137202
  • the present invention can eliminate the process of manufacturing the bearing separately from the connecting rod and the process of assembling the connecting rod, and the process and labor of manufacturing the connecting rod with a bearing.
  • a manufacturing method of a connecting rod with a bearing and a connecting rod with a bearing that can reduce costs and solve the above-mentioned problems caused by the bearing being separate from the connecting port. It was made for the purpose.
  • claim 1 relates to a method of manufacturing a connecting rod with a bearing, wherein a bearing metal material is provided on the inner side of the large end and z or small end circular fitting hole of the connecting rod. Is inserted and set in an internally fitted state as an inner member, and the outer diameter of the cylindrical molded body is set with respect to the axial end surface of the cylindrical molded body. Is a disk-shaped rotary pressurizing part that is smaller than the inner diameter of the fitting hole and larger than the inner diameter of the cylindrical molded body, and the outer peripheral surface of the end part in the axial direction and the traveling direction is substantially tapered.
  • the tapered surface of the rotary pressurizing tool having pressure is pressed under rotation and pressurization, the cylindrical molded body is heated and softened by frictional heat generation, and the rotary pressurizing part is rotated and the rotation of the rotary pressurizing tool is rotated.
  • Bringing a part other than the pressing part into contact with the cylindrical molded body The cylindrical molded body made of the bearing metal material force is plastically flowed in the same axial direction and radial outside as the traveling direction, and the bearing metal layer is formed on the inner surface of the fitting hole. It is characterized by direct bonding.
  • Claim 2 is the entire axial direction according to claim 1, wherein a plurality of the connecting rods are stacked in a state where the axial centers of the fitting holes are aligned, and the fitting holes are combined.
  • the cylindrical molded body of the bearing metal material having a length corresponding to the length is inserted and set inward so as to straddle each fitting hole of a plurality of connecting rods,
  • the bearing metal layer is directly bonded and formed on the inner surface of each fitting hole of each connecting rod by the progress in the axial direction, and then divided into each connecting rod.
  • Claim 3 relates to a connecting rod with a bearing.
  • a cylindrical bearing metal layer formed by directly joining a bearing metal material to the inner surface of a circular fitting hole at the large end and z or small end by plastic heating under friction and under pressure. Is formed.
  • the cylindrical molded body of the bearing metal material is inserted and set in the inner fitting state as an inner member. While rotating the disk-shaped rotary pressurizing part of the rotary pressurizing tool, specifically the taper surface of the outer peripheral surface in the axial direction and in the advancing direction, it is pressed against the axial end surface of the cylindrical molded body of the bearing metal material under pressure, The pressed part is heated and softened by frictional heat generation, and the rotary pressurizing part is rotated, and the part other than the rotary pressurizing part of the rotary pressurizing tool is advanced in the axial direction without contacting the cylindrical formed body.
  • the cylindrical molded body is plastically flowed outward in the same axial direction and radial direction as the above traveling direction by frictional heat generation, and the bearing metal layer is directly joined to the inner surface of the fitting hole of the connecting rod to constitute the bearing.
  • the manufacturing method of the present invention is a bearing metal set on the inner surface of the fitting hole by pressurizing and rotating the taper surface force in the rotary pressurizing tool, more specifically in the disc-shaped rotary pressurizing portion. Since the material is heated and softened by frictional heat generation and plastically flowed to form a bearing metal layer directly on the inner surface of the fitting hole, a large number of connecting rod bearings consisting of a back metal and a bearing metal have been used in the past. This eliminates the need for separate manufacturing through this process, and also eliminates the need for incorporating this into the connecting rod, reducing the manufacturing process of the connecting rod with bearings and reducing the required cost. it can.
  • the contact area of the outer peripheral surface of the rotary pressurizing tool with the bearing metal material can be reduced as much as possible, the problem of causing seizure on the contact surface is avoided.
  • the bearing metal layer on the inner surface of the fitting hole can be formed with a uniform thickness in the axial direction.
  • a back metal with a plate thickness of about 1 to 1.5 mm in the conventional connecting rod bearing becomes unnecessary. This makes it possible to reduce the size and weight of the connecting rod as a whole.As a result, it is possible to increase the output of the automobile engine or improve the fuel consumption. Improvements can be expected to improve heat dissipation and also contribute to higher engine output.
  • a plurality of connecting rods are stacked in a state where the shaft centers of the fitting holes coincide with each other, and the length corresponding to the total axial length of the fitting holes is combined.
  • a cylindrical molded body of bearing metal material having a thickness is inserted and set inside so as to straddle each fitting hole of a plurality of connecting rods, and each fitting is performed by rotation of the rotary pressurizing tool and progression in the axial direction.
  • the bearing metal layer is formed directly and continuously on the inner surface of the hole, and then divided into connecting rods. According to this manufacturing method, the inner surface of a large number of connecting rods has an efficiency.
  • the bearing metal layer can be formed with high joint.
  • this production method is particularly suitable as a production method for mass production.
  • claim 3 relates to a connecting rod with a bearing, and the connecting rod with a bearing is provided with a bearing metal material on the inner surface of a circular fitting hole at the large end and Z or the small end.
  • a cylindrical bearing metal layer is formed by plastic heating under friction and plastic flow under pressure, and is joined directly to the inner surface.
  • a connecting rod with a powerful bearing has a backing metal.
  • FIG. 1 is a view showing a connecting rod with a bearing (bearing metal layer) as an example of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view of a main process of the method for forming the bearing metal layer of FIG. 1 which is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for forming a bearing metal layer according to the embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the degree of processing in the method for forming a bearing metal layer of the same embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing an example of a cylindrical molded body of a bearing metal material used in the forming method of the same embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the connecting rod machining process after the formation of the bearing metal layer is completed.
  • FIG. 9 is a comparative example diagram illustrating a comparative example with respect to the embodiment of the present invention.
  • reference numeral 10 denotes a connecting rod, which has a large end portion 12, a small end portion 14 and a rod portion 16 therebetween.
  • the large end 12 has a large end hole 18 (fitting hole) for mating with a crank pin
  • the small end 14 has a small end hole 20 (fitting hole) for mating with a piston pin.
  • the crank pin and the piston pin are rotatably coupled to each other.
  • Thin and cylindrical bearing metal layers 22 and 24 having a corresponding cross-sectional shape are directly joined to the inner surfaces of the large end hole 18 and the small end hole 20, respectively.
  • the small end portion 14 is connected to the crank pin and the piston pin through the bearing metal layers 22 and 24 in a rotatable and fitted state, respectively.
  • the large end 12 is divided in half, and they are fastened with bolts and nuts.
  • FIG. 2 26 is a rotary pressurizing tool, and 28 is a disk-shaped rotary pressurizing part that forms the main body.
  • the rotary pressurizing portion 28 has an outer peripheral surface at the end in the axial direction and in the traveling direction (downward direction in the figure) as a taper surface 30.
  • the rotary pressure tool 26 frictionally generates heat in a cylindrical formed body 38 (thickness of about 1 to 5 mm) having a bearing metal material force described later on the tapered surface 30 of the disk-like rotary pressure portion 28. Pressing downward in the figure and outward in the radial direction causes the bearing metal material to plastically flow.
  • the disc-shaped rotary pressurizing portion 28 has a straight inner diameter regulating surface 32 parallel to the axial direction (short in the axial direction) on the upper side in the figure following the tapered surface 30 on the lower side. Slightly formed with small dimensions in the direction.
  • the inner diameter regulating surface 32 is a portion that functions to determine the inner diameter of a bearing metal layer 22 to be described later.
  • the straight inner diameter regulating surface 32 may be omitted depending on circumstances.
  • [0030] 34 is a connecting part in the rotary pressurizing tool 26, and this connecting part 34 is a part for connecting the disk-like rotary pressurizing part 28 and the rotary pressurizing apparatus,
  • the machined portion is not configured, and the outer diameter is made small so as not to contact the cylindrical molded body 38 during machining.
  • Reference numeral 36 denotes a backup member.
  • a cylindrical molded body 38 of a bearing metal material previously molded into a cylindrical shape is used as an inner member, and set to be inserted into the inner surface of the large end hole 18.
  • the cylindrical shaped body 38 is rotated while rotating the disk-like rotational pressure portion 28 of the rotational pressure tool 26 connected to the rotational pressure device, more specifically the tapered surface 30 thereof.
  • the cylindrical molded body 38 that is, the bearing metal material is heated and softened by the frictional heat generated during the pressing.
  • the disk-shaped rotary pressurizing portion 28 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the large end hole 18 and larger than the inner diameter of the cylindrical molded body 38.
  • the rotary pressing tool 26, specifically, the disk-shaped rotary caloric pressure portion 28 is pushed downward in the axial direction in the figure to rotate the backup member 36 in the same direction.
  • the bearing metal material is plastically flowed axially and radially outward in the same direction as the traveling direction.
  • the bearing metal layer 22 is directly and firmly formed into a cylindrical shape and joined to the circular inner surface of the large end hole 18.
  • the degree of processing of the cylindrical formed body 38 by the rotary pressing unit 28 is 7% or more.
  • the strength of the force is t as the initial thickness of the cylindrical molded body 38, as shown in FIG.
  • the bearing metal layer 22 can be satisfactorily pressure-bonded to the inner surface of the large end hole 18 by applying force at a workability of 7% or more.
  • the cylindrical molded body 38 has a continuously continuous cylindrical shape in the circumferential direction before being inserted into the inner surface of the large end hole 18 as shown in FIG. 5 (A). Can be suitably used.
  • such a continuous cylindrical forming body 38 having a seamless shape in the circumferential direction can be formed by various processing methods such as forging, drawing, and extrusion.
  • a cylindrical plate obtained by rounding a plate can be used as the cylindrical molded body 38 as shown in FIG. 5 (B).
  • a seamless cylindrical bearing metal layer 22 is formed during forming by processing with the rotary pressing tool 26.
  • bearing metal material it is possible to use forging, powder sintering, mecha-calloy, rolling or wrought material.
  • this bearing metal material an alloy based on A1 or an alloy based on Cu can be suitably used.
  • Examples of alloys based on A1 include A1Sn alloys and A ⁇ Bi alloys.
  • Cu-Sn alloy etc. can be illustrated as an alloy based on Cu.
  • various ones such as one constructed by forging, one constructed by forging or one constructed by sintering can be used.
  • carbon steel such as S55C
  • chromium molybdenum steel such as SCM435 (steel for machine structural use)
  • titanium alloy Ti-6A-4V, etc.
  • aluminum alloy or the like
  • the rotary pressure tool 26 in particular, the rotary pressure part 28 is made of a material having a higher melting point than the bearing metal material, and the outermost diameter of the rotary pressure part 28 is the inner diameter of the large end hole 18 as described above. Is made smaller.
  • the thickness of the bearing metal layer 22 formed on the inner surface of the large end hole 18 is determined by the difference between the inner diameter of the large end hole 18 and the outer diameter of the rotary pressurizing unit 28. By changing the outer diameter, the thickness of the bearing metal layer 22 can be arbitrarily changed.
  • the thickness of the bearing metal layer 22 is about 0.5 to 1.5 mm.
  • the connecting rod 10 is preheated. Therefore, it is effective to improve the adhesion of the bearing metal layer 22 or to control the temperature such as water cooling in the case of excessive heat.
  • the rotary pressurizing section 28 it is also effective to perform surface modifications such as heat treatment for quenching and tempering of tool steel, plasma powder overlay welding and thermal spraying. It is fruitful.
  • cooling with cooling water inside it is effective because the life of the rotary pressing tool 26 can be extended.
  • the interface temperature between the rotary pressurizing unit 28 and the bearing metal material is suitably a temperature range of about 100 ° C below the melting point of the bearing metal material.
  • the temperature difference between the phases is large.
  • the tapered surface 30 in the rotary pressurizing unit 28 is not necessarily a strictly tapered surface as long as it gradually increases in diameter from the front end in the traveling direction to the rear (upward in the figure). It may be a slightly curved surface.
  • the taper surface 30 of the initially disk-shaped rotary pressurizing portion 28 is formed into a cylindrical shape as shown in FIG.
  • the cylindrical body 38 can be made to plastically flow by pressing against the upper end surface of the body 38 with a low pressure to generate frictional heat and then applying a large thrust in the axial direction.
  • the horizontal axis in FIG. 6 represents time
  • the vertical axis represents the pressure applied from the rotary pressurizing unit 28 to the cylindrical molded body 38.
  • the manufacturing method of the present embodiment allows the rotary pressurizing tool 26, specifically, the disk-like rotary calorific pressure portion 28 to press and rotate from the tapered surface 30 to the inside of the inner surface of the large end hole 18.
  • the set-up cylindrical molded body 38 is heated and softened and plastically flowed by frictional heat generation, and the bearing metal layer 22 is joined directly to the inner surface of the large end hole 18. It is no longer necessary to separately manufacture a connecting rod bearing consisting of a plurality of processes, and there is no need to incorporate this into the connecting rod 10, and the manufacturing process of the connecting rod with a bearing can be reduced and required. Costs can also be reduced.
  • the bearing metal layer 22 formed in this way also has a strong joined state to the inner surface of the large end hole 18 as compared to the case where the connecting rod bearing is manufactured and assembled separately from the connecting rod. Can do.
  • the contact area of the outer peripheral surface of the rotary pressing tool 26 with respect to the bearing metal material can be reduced as much as possible, seizure occurs on the contact surface.
  • the bearing metal layer 22 on the inner surface of the large end hole 18 can be formed with a uniform thickness in the axial direction.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the present invention.
  • a plurality of connecting rods 10 are stacked so that the axial centers of the large end holes 18 coincide with each other, and the bearing has a length corresponding to the overall axial length of the large end holes 18 combined.
  • a cylindrical metal body 38 of metal material is inserted and set inside each large end hole 18 ⁇ , and the large end hole of each connecting rod 10 is rotated by the rotation and axial movement of the rotary pressurizing tool 26.
  • a bearing metal layer 22 is continuously bonded to the inner surface of 18 and directly bonded to the inner surface of each large end hole 18 and then divided into connecting rods 10.
  • the large end holes 18 of the large number of connecting rods 10 have high efficiency on the inner surface.
  • the bearing metal layer 22 can be formed by bonding.
  • this manufacturing method is particularly suitable as a manufacturing method in mass production.
  • FIG. 9 shows a comparative example for the above embodiment.
  • (i) shows the case where the bearing metal layer 22 is formed inside the large end hole 18 of the connecting rod 10 alone, and (mouth) shows the inner surface of the large end hole 18 where a plurality of connecting rods 10 are stacked. This represents the case where the bearing metal layer 22 is continuously formed.
  • the block-shaped bearing metal material 38A is set inside the large end hole 18 and at the bottom position, and the cylindrical pressure rod 40A is inserted into the large end hole 18 while rotating.
  • the bearing metal material 38A is pressurized by a forward movement downward in the drawing, and the bearing metal material 38A is heated and softened by frictional heat generated by the rotation of the pressure rod 40A to be plastically flowed.
  • the bearing metal layer 22 is formed on the inner surface of the large end hole 18 by pushing up upward (in the figure) from the bottom along the gap between the surface and the inner surface of the large end hole 18.
  • resistance due to friction with the outer peripheral surface of the pressure rod 40A or the inner surface of the large end hole 18 acts on the minute gap between the outer peripheral surface of the pressure rod 40A and the inner surface of the large end hole 18
  • the plastics do not flow upwards smoothly along the circle, and the temperature decreases in the meantime, and the resistance increases.
  • This can form the bearing metal layer 22 over a sufficient height (axial length).
  • the thickness of the bearing metal layer 22 is likely to be uneven, such as the thickness of the bearing metal layer 22 being thicker in the lower portion and the thickness being reduced in the upper portion.
  • the entire outer peripheral surface of the pressure rod 40A is in frictional contact with the inner surface of the bearing metal material 38A and the inner surface of the bearing metal layer 22 over a wide area. As a result, it is difficult to form and join the bearing metal layer 22 smoothly.

Abstract

　軸受をコネクティングロッドとは別体に製造する工程及びコネクティングロッドに組付ける工程を不要となし得て、軸受付きコネクティングロッドの製造の工程、手間、コストを削減できるコネクティングロッドの製造方法を提供する。 　コネクティングロッド１０における大端部１２の円形の大端穴１８の内面の内側に、軸受メタル材料の円筒成形体３８を内側部材として内嵌状態に挿入セットしておき、回転加圧工具２６のテーパ面３０を回転及び加圧下に押し付けて、円筒成形体３８を摩擦発熱により加熱軟化させ、軸受メタル材料の円筒成形体３８を軸方向及び半径方向外側に塑性流動させ、該大端穴１８内面に軸受メタル層２２を直接に接合形成する。

Description

軸受付きコネクテイングロッドの製造方法及び軸受付きコネクティングロッ
K
技術分野
[0001] この発明は軸受付きコネクテイングロッドの製造方法及び軸受付きコネクティングロ ッドに関する。
背景技術
[0002] 車両エンジンのピストンとクランクシャフトとを連結するコネクティングロッドは、クラン クシャフト側の大端部と、ピストン側の小端部と、それらの間のロッド部とを有する構成 をなしており、小端部の円形の嵌合穴（小端穴）においてピストンピンに回転可能に 嵌合結合され、また大端部の嵌合穴（大端穴）においてクランクピンに回転可能に嵌 合結合される。
[0003] 力かるコネクティングロッドには、大端部及び小端部の各嵌合穴の内面に全体とし て円筒形状をなすコンロッドベアリング (軸受）が組み込まれ、力かるコンロッドベアリ ングを介して各嵌合穴の内面がクランクピン，ピストンピンに回転可能に嵌合され、結 合される。
[0004] 従来においては、上記コンロッドベアリングをコネクティングロッドとは別体に予め製 造しておき、そしてこれを各嵌合穴内面に組み付けた上で、このコンロッドベアリング を介してコネクテイングロッドの大端部及び小端部をクランクピン及びピストンピンに結 合するようにしていた。
[0005] 従来このコンロッドベアリングは、裏金と呼ばれる約 1. 5mm厚の磨き帯鋼の薄板の 上に約 0. 3mm厚の軸受メタル (合金）を接合して構成してあり、その製造には (1)軸 受メタル铸造、（2)薄板化、（3)裏金と軸受メタルのクラッド化、（4)機械加工と複雑なェ 程を要しており、その製造に多大な手間と時間及びコストを要していたのに加えて、 コンロッドベアリングのコネクテイングロッドへの糸且付時には高い精度が要求され、そ の取扱いにも注意を必要として 、た。
[0006] 詳しくはその組付けの際に異物混入やクリアランス精度が問題となって、その組付 けに困難と注意を要し、加えて焼付きや疲労、コンロッドベアリングの共回り、フレツチ ング (微振動が発生し、コンロッドベアリング外径やコネクティングロッド嵌合穴内面の 磨耗に起因する磨耗粉による損傷)等によってベアリングが損傷を生じるといった問 題があった。
[0007] これに対し、嵌合穴内面に軸受メタル材を溶射にてコーティングし、嵌合穴内面に 軸受メタル層（軸受）を形成するといつたことも提案されているが、この溶射の場合、コ ネクティングロッド側の下地に欠陥があると密着性が悪くなり、また溶射による軸受メタ ル層は下地と融合して!/ヽな 、ため剥離強度が低 ヽと 、つた問題がある。
[0008] 加えてこの溶射にて軸受メタル層を形成する場合、コネクテイングロッド〖こおける小 端部の嵌合穴 (小端穴）内に溶射ガンを挿入することができないため、斜め力もの溶 射となって密着力が低くなり、軸受メタル層の剥離や割れに繋がるといった問題があ る。
[0009] 尚、下記特許文献 1にはすべり軸受構造についての発明が示されて、そこにおい てコンロッドベアリングを裏金と軸受メタルとで構成し、そしてコンロッドベアリングのフ レツチング磨耗等を抑制するために、裏金外周面にショットピーユング等を施すことで 硬度を高める点が開示されている。
しかしながらこのものは、コンロッドベアリングをコネクティングロッドとはあらかじめ別 体に製造してぉ 、て、これをコネクティングロッドに組み付けるように成して 、る点で 本発明とは異なっている。
[0010] 特許文献 2には、軸受付きコネクテイングロッドの製造方法についての発明が示さ れ、そこにおいてキャップ一体形状のコネクテイングロット成形体の嵌合穴に、リング 状の軸受メタルを嵌合させた状態で焼結させることにより、軸受メタルを嵌合穴に溶 浸させ、その後にキャップ部を切り離す技術が開示されている。し力しこの発明は、リ ング状の軸受メタルをコネクティングロットとは予め別体に製造しておいて、その後に コネクテイングロッドの嵌合穴に組付結合するものであり、本発明とは異なっている。
[0011] 特許文献 1 :特開平 9 222117号公報
特許文献 2：特開平 9 - 137202号公報
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0012] 本発明はこのような事情を背景とし、軸受をコネクティングロッドとは別体に製造する 工程及びコネクティングロッドに組み付ける工程を不要となし得て、軸受付きコネクテ イングロッドの製造の工程、手間、コストを削減できるとともに、軸受がコネクティング口 ッドと別体であることに起因して生ずる上記の各種問題を解消することのできる軸受 付きコネクティングロッドの製造方法及び軸受付きコネクテイングロッドを提供すること を目的としてなされたものである。
課題を解決するための手段
[0013] 而して請求項 1は軸受付きコネクテイングロッドの製造方法に関するもので、コネク ティングロッドにおける大端部及び z又は小端部の円形の嵌合穴の内面の内側に、 軸受メタル材料を予め該円形内面に対応した断面形状の円筒体に成形して成る円 筒成形体を内側部材として内嵌状態に挿入セットしておき、該円筒成形体の軸方向 端面に対して、外径が該嵌合穴の内径よりも小且つ該円筒成形体の内径よりも大で あって、軸方向且つ進行方向端部の外周面を実質的にテーパ面となした円盤状の 回転加圧部を有する回転加圧工具の該テーパ面を回転及び加圧下に押し付けて、 該円筒成形体を摩擦発熱により加熱軟化させ、更に該回転加圧部を回転させつつ 且つ該回転加圧工具の該回転加圧部以外の部分を該円筒成形体に接触させること なく軸方向に進行させて、該進行に伴 、前記軸受メタル材料力 成る前記円筒成形 体を該進行方向と同じ軸方向及び半径方向外側に塑性流動させ、該嵌合穴内面に 軸受メタル層を直接に接合形成することを特徴とする。
[0014] 請求項 2は、請求項 1にお 、て、前記コネクティングロッドを前記嵌合穴の軸心が一 致する状態に複数積み重ねておき、各々の嵌合穴を合わせた全体の軸方向長に対 応した長さを有する前記軸受メタル材料の前記円筒成形体を、複数のコネクテイング ロッドの各嵌合穴にまたがるように内側に挿入セットしておき、前記回転加圧工具の 回転及び軸方向の進行により、各コネクティングロッドの各々の嵌合穴内面に前記軸 受メタル層を直接に接合形成した後、各コネクティングロッドに分割することを特徴と する。
[0015] 請求項 3は軸受付きコネクテイングロッドに関するもので、コネクテイングロッドにおけ る大端部及び z又は小端部の円形の嵌合穴の内面に、軸受メタル材料を摩擦発熱 により且つ加圧下に塑性流動させて該内面に直接接合して成る円筒形状の軸受メタ ル層が形成してあることを特徴とする。
発明の作用'効果
[0016] 以上のように請求項 1は、コネクテイングロッドにおける円形の嵌合穴の内面の内側 に、軸受メタル材料の円筒成形体を内側部材として内嵌状態に挿入セットしておく一 方、回転加圧工具における円盤状の回転加圧部、詳しくはその軸方向且つ進行方 向外周面のテーパ面を回転させつつ、加圧下に軸受メタル材料の円筒成形体の軸 方向端面に押し付けて、その押し付けた部分を摩擦発熱により加熱軟化させ、更に 回転加圧部を回転させつつ、また回転加圧工具の回転加圧部以外の部分を円筒成 形体に接触させることなく軸方向に進行させて、円筒成形体を摩擦発熱により上記の 進行方向と同じ軸方向及び半径方向外側に塑性流動させ、コネクテイングロッドの嵌 合穴内面に軸受メタル層を直接に接合し、軸受を構成するものである。
[0017] このように本発明の製造方法は回転加圧工具、詳しくは円盤状の回転加圧部にお けるテーパ面力 の加圧及び回転により、嵌合穴内面の内側にセットした軸受メタル 材料を摩擦発熱により加熱軟化及び塑性流動させて、嵌合穴内面に直接に軸受メタ ル層を接合形成するものであることから、従来行って 、た裏金と軸受メタルとから成る コンロッドベアリングを多数の工程を経て別途に製造する必要が無くなり、更にまたこ れをコネクティングロッドに組み込む工程も不要となし得て、軸受付きコネクティングロ ッドの製造工程を削減し得、所要コストも低減することができる。
[0018] し力もこのようにして形成した軸受メタル層は、嵌合穴内面に強固に接合した状態と なるため、従来のようにコンロッドベアリングをコネクティングロッドと別体に製造して組 み付けた場合に生じる上記問題点を解消することが可能となる。
[0019] その他本発明の製造方法では、軸受メタル材料に対する回転加圧工具の外周面 の接触面積を可及的に少なくし得ることから、その接触面で焼付きを生じるといった 不具合を回避することができ、加えて嵌合穴内面の軸受メタル層を軸方向に均等な 厚みで形成することができる。
[0020] また従来のコンロッドベアリングにおける板厚 1〜1. 5mm程度の裏金が不要となる ことによって、コネクテイングロッド全体の小型化軽量ィ匕を計ることができ、その結果自 動車用エンジンの高出力化或いは燃費向上効果が得られ、更に裏金が不要となつ たことにより熱伝導率が改善されて放熱性の向上が期待でき、エンジンの高出力化 に更に寄与する効果も得られる。
[0021] 次に請求項 2の製造方法は、コネクテイングロッドを嵌合穴の軸心が一致する状態 に複数積み重ねておき、各々の嵌合穴を合わせた全体の軸方向長に対応した長さ を有する軸受メタル材料の円筒成形体を、複数のコネクテイングロッドの各嵌合穴に 跨るように内部に挿入セットしておき、回転加圧工具の回転及び軸方向の進行により 、各嵌合穴内面に軸受メタル層を直接に連続して接合形成した後、各コネクティング ロッドに分割するようになしたもので、この製造方法によれば、多数のコネクティングロ ッドの嵌合穴内面に効率高く軸受メタル層を接合形成することができる。
従ってこの製造方法は特に大量生産の際の製造方法として好適なものである。
[0022] 次に請求項 3は、軸受付きコネクテイングロッドに関するもので、この軸受付きコネク ティングロッドは、大端部及び Z又は小端部の円形の嵌合穴の内面に軸受メタル材 料を摩擦発熱により且つ加圧下に塑性流動させてその内面に直接接合して成る円 筒形状の軸受メタル層を形成して成るものであり、力かる軸受付きコネクティングロッ ドにあっては裏金を有しな 、ものであることから、軸受付きコネクテイングロッド全体が 小型化，軽量ィ匕し、自動車用エンジンの高出力化或いは燃費向上に寄与することが できる。更に裏金を有しな 、ことから熱伝導率が改善されて放熱性を向上させること ができる。
しカゝもその軸受メタル層は、摩擦発熱により加圧下で嵌合穴内面に強固に接合し た状態にあるから、嵌合穴内面力 の軸受メタル層の剥離の問題を生じない。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明の一例としての軸受（軸受メタル層）付きコネクティングロッドを示した図 である。
[図 2]本発明の一実施形態である図 1の軸受メタル層の形成方法の要部工程の説明 図である。
[図 3]同実施形態の軸受メタル層の形成方法の説明図である。 [図 4]同実施形態の軸受メタル層の形成方法における加工度の説明図である。
[図 5]同実施形態の形成方法にぉ 、て用いる軸受メタル材料の円筒成形体の例を示 した図である。
圆 6]同実施形態の軸受メタル層の形成方法で採用する制御方式の説明図である。
[図 7]軸受メタル層の形成が完了した後のコネクティングロッドの加工工程の説明図 である。
圆 8]本発明の他の実施形態の軸受メタル層の形成方法のの説明図である。
圆 9]本発明の実施形態に対する比較例を説明する比較例図である。
符号の説明
10 =3ネクティングロッド、
12 大端部
14 小端部
18 大端穴 (嵌合穴）
20 小端穴 (嵌合穴）
22, 24 軸受メタル層（軸受)
26 回転加圧工具
28 回転加圧部
30 テーノヽ面
38 円筒成形体
発明を実施するための最良の形態
[0025] 次に本発明の実施形態を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
図 1において、 10はコネクティングロッドで、大端部 12と小端部 14及びそれらの間 のロッド部 16とを有している。
大端部 12にはクランクピンとの嵌合用の大端穴 18 (嵌合穴）が、また小端部 14に はピストンピンとの嵌合用の小端穴 20 (嵌合穴）が備えられており、それぞれにおい てクランクピン、ピストンピンに回転可能に嵌合状態に結合されるようになっている。
[0026] これら大端穴 18及び小端穴 20のそれぞれの内面には、対応する断面形状の薄肉 且つ円筒形状の軸受メタル層 22, 24が直接に接合形成されており、大端部 12及び 小端部 14はそれら軸受メタル層 22, 24を介してクランクピン，ピストンピンにそれぞ れ回転可能且つ嵌合状態に結合される。
ここで大端部 12は半割とされており、それらがボルト及びナットにて締結されている
[0027] 図 2及び図 3に大端穴 18内面への軸受メタル層 22の形成方法が具体的に示して ある。
尚小端部 14側の軸受メタル層 24の形成方法も基本的に同様であるので、以下大 端部 12側の軸受メタル層 22の形成方法についてのみ具体的に説明する。
[0028] 図 2において 26は回転加圧工具で、 28はその主体をなす円盤状の回転加圧部で ある。
この回転加圧部 28は、軸方向且つ進行方向（図中下向き方向）端部の外周面がテ ーパ面 30とされている。
この回転加圧工具 26は、実質的にこの円盤状の回転加圧部 28におけるテーパ面 30で後述の軸受メタル材料力 成る円筒成形体 38 (肉厚は l〜5mm程度）を摩擦 発熱させ、図中下向き及び半径方向外向きに加圧して軸受メタル材料を塑性流動さ せる。
[0029] この円盤状の回転加圧部 28には、下側のテーパ面 30に続いて図中上側に、（軸 方向長の短い）軸方向と平行なストレート形状の内径規制面 32が軸方向に小寸法で 僅かに形成されている。
内径規制面 32は、後述の軸受メタル層 22の内径を定める働きをなす部分である。 このストレート形状の内径規制面 32は場合によって省略しても良い。
尚この円盤状の回転加圧部 28は、その直径 Dに対して厚み Tを TZD = 0. 3以下 としておく。
[0030] 34は回転加圧工具 26における連結部であって、この連結部 34は、円盤状の回転 加圧部 28と回転加圧装置とを連結するための部分であって、実質的に加工部を構 成しておらず、加工に際して円筒成形体 38と非接触となるように外径が小径とされて いる。
尚、 36はバックアップ部材である。 [0031] 本実施形態では、図 3 (I)に示しているように予め円筒状に成形した軸受メタル材 料の円筒成形体 38を内側部材として大端穴 18内面に内嵌状態に挿入セットしてお
< o
そして図 3 (II)に示しているように、回転加圧装置に連結された回転加圧工具 26の 円盤状の回転加圧部 28、詳しくはそのテーパ面 30を回転させながら円筒成形体 38 の図中上端面に押し付け、その押付時の摩擦発熱で円筒成形体 38即ち軸受メタル 材料を加熱軟化させる。
[0032] 尚円盤状の回転加圧部 28は、その外径が大端穴 18の内径よりも小さぐまた円筒 成形体 38の内径よりも大きくされている。
この実施形態では、このようにして回転加圧工具 26、具体的には円盤状の回転カロ 圧部 28を回転させながら図中軸方向の下向きに押込んで行き、バックアップ部材 36 を同方向に移動させつつ軸受メタル材料をその進行方向と同方向の軸方向及び半 径方向外側に塑性流動させる。
これにより大端穴 18の円形内面に軸受メタル層 22が円筒形状に直接に且つ強固 に形成され且つ接合される。
このときの回転加圧部 28による円筒成形体 38の加工度は 7%以上としておくことが 望ましい。
[0033] ここで力卩ェ度は、図 4に示しているように円筒成形体 38の当初の肉厚を t ,加工後
0 の肉厚を tとしたとき、 t Zt x ιοο (%)で表される。
1 1 0
これは板材を圧延等したときの圧下率と類似の概念である。
このように 7%以上の加工度で力卩ェを行うことによって、軸受メタル層 22を良好に大 端穴 18内面に圧着接合することができる。
[0034] 本実施形態において、円筒成形体 38は図 5 (A)に示しているように大端穴 18内面 の内側への挿入前において周方向に継目無く連続した円筒形状を成しているものを 好適に用いることができる。
またこのような周方向に継目の無い連続した円筒形状の円筒形成形体 38は例え ば铸造，引抜加工，押出加工等様々な加工方法にて成形したものを用いることがで きる。 本実施形態ではまた、図 5 (B)に示しているようにかかる円筒成形体 38として、板を 丸めて円筒状にしたものを用いることもできる。
そのような場合であっても、回転加圧工具 26による加工によって成形中に継目無し の円筒形状の軸受メタル層 22が形成される。
[0035] ここで軸受メタル材料としては铸造，粉末焼結，メカ-カルァロイ，圧延或いは展伸 材等を使用することが可能である。
特に粉末焼結，铸造体等は特定の機能付与のための組成としたときに、その脆ィ匕 が後の加工において割れ等に繋がる問題があるが、本実施形態の方法では摩擦発 熱で塑性流動を生ぜしめるため、割れや剥離等は生じな 、。
更に結晶粒微細化効果も顕著である。
[0036] この軸受メタル材料としては A1をベースとした合金或いは Cuをベースとした合金を 好適に用いることができる。
ここで A1をベースとした合金として例えば A卜 Sn合金， A卜 Bi合金等を例示することが できる。
一方 Cuをベースとした合金としては Cu-Sn合金等を例示することができる。 尚コネクティングロッド 10自体としては、铸造にて構成したもの，鍛造にて構成した もの或いは焼結にて構成したもの等種々のものを用いることができる。
またその材質としては S55C等の炭素鋼や SCM435等のクロムモリブデン鋼 (機械 構造用鋼）、或 、はチタン合金 (Ti-6A卜 4V等)やアルミ合金等を好適に用いることが できる。
[0037] 一方回転加圧工具 26、特に回転加圧部 28は軸受メタル材料よりも高融点の材料 が使用され、回転加圧部 28の最外径は上記のように大端穴 18の内径よりも小さくさ れる。
そして大端穴 18の内面に接合形成される軸受メタル層 22の厚みは、その大端穴 1 8の内径と回転加圧部 28の外径との差によって決定され、回転加圧部 28の外径を 変えることによって軸受メタル層 22の肉厚は任意に変更することができる。
尚その軸受メタル層 22の肉厚は 0. 5〜1. 5mm程度で十分である。
[0038] その他軸受メタル層 22の形成に際して、コネクテイングロッド 10を予熱することによ つて軸受メタル層 22の密着性を向上させ、或いは熱量過多の場合には水冷を行うな ど、温度管理を行うと効果的である。
[0039] 更に回転加圧工具 26、詳しくは回転加圧部 28の寿命を増加させるために工具鋼 の焼入れ焼戻しの熱処理，プラズマ粉体肉盛溶接，溶射等の表面改質を行うのも効 果的である。
またその内部に冷却水を通して冷却すると、回転加圧工具 26の寿命を延長するこ とができ効果的である。
[0040] 本実施形態において、回転加圧部 28と軸受メタル材料との界面温度は軸受メタル 材料の溶融点以下 100°C程度の温度範囲が適当であるが、状態図から判断して固 液相の温度差の大き 、ものは一部溶融しても特段の問題はな 、。
[0041] また回転数は内径 50mm程度の場合、概ね 1500rpm以下で良い結果が得られて いる力 小型になれば回転数の高い方に適正範囲がある。
尚回転加圧部 28における上記テーパ面 30は、進行方向の前端から後方（図中上 方）に進むにつれて漸次大径化する形状の面であれば厳密なテーパ形状の面でな くても良ぐ多少湾曲した面と成しておいても良い。
[0042] また回転加圧工具 26にて円筒成形体 38を摩擦発熱させて塑性流動させる際、図 6に示しているように当初円盤状の回転加圧部 28のテーパ面 30を、円筒成形体 38 の上端面に低い圧力で押し付けて摩擦発熱を生ぜしめ、その後に軸方向に大きな 推力を加えて円筒成形体 38を塑性流動させるようになすことができる。
[0043] ここで図 6中横軸は時間を表わし、縦軸は回転加圧部 28から円筒成形体 38に加え る圧力を表わしている。
また同図中（ィ）は圧力を一定に制御して加工を行う場合であり、また (口）は回転加 圧部 28の変位を一定に制御して加工を行う場合であり、また (ハ）はそれらを混合し て加工制御する場合のパターンを表わして 、る。
[0044] さて以上のようにして大端穴 18の内面に軸受メタル層 22を、また小端穴 20の内面 に軸受メタル層 24を形成したら（図 7(1)参照）、次に図 7 (II)に示しているように大端 部 12を半割にし、クランクピンとの組付けの際にそれらをボルト及びナットにて締結し 、一体化する。 [0045] このように本実施形態の製造方法は、回転加圧工具 26、詳しくは円盤状の回転カロ 圧部 28におけるテーパ面 30からの加圧及び回転により、大端穴 18内面の内側にセ ットした円筒成形体 38を摩擦発熱により加熱軟化及び塑性流動させて、大端穴 18 内面に直接に軸受メタル層 22を接合形成するものであることから、従来行っていた 裏金と軸受メタルとから成るコンロッドベアリングを多数の工程を経て別途に製造する 必要が無くなり、更にまたこれをコネクティングロッド 10に組み込む工程も不要となし 得、軸受付きコネクテイングロッドの製造工程を削減し得て、所要コストも低減すること ができる。
[0046] し力もこのようにして形成した軸受メタル層 22は、コンロッドベアリングをコネクティン グロッドと別体に製造して組み付けた場合と比較して、大端穴 18内面に強固な接合 状態とすることができる。
[0047] その他本実施形態の製造方法では、軸受メタル材料に対する回転加圧工具 26の 外周面の接触面積を可及的に少なくし得ることから、その接触面で焼付きを生じると いった不具合を回避することができ、加えて大端穴 18内面の軸受メタル層 22を軸方 向に均等な厚みで形成することができる。
[0048] また従来のコンロッドベアリングにおける板厚 1〜1. 5mm程度の裏金が不要となる ことによって、コネクテイングロッド全体の小型化軽量ィ匕を計ることができ、その結果自 動車用エンジンの高出力化或いは燃費向上効果が得られ、更に裏金が不要となつ たことにより熱伝導率が改善されて放熱性の向上が期待でき、エンジンの高出力化 に更に寄与する効果も得られる。
[0049] 図 8は本発明の他の実施形態を示している。
この実施形態では、コネクテイングロッド 10を大端穴 18の軸心が一致する状態に複 数積み重ねておき、各々の大端穴 18を合わせた全体の軸方向長に対応した長さを 有する軸受メタル材料の円筒成形体 38を、各大端穴 18〖こ跨るようにして内部に挿入 セットしておき、回転加圧工具 26の回転及び軸方向の進行により、各コネクティング ロッド 10の大端穴 18の内面に軸受メタル層 22を連続的に且つ各大端穴 18の内面 に直接に接合形成した後、各コネクティングロッド 10に分割する。
[0050] この製造方法によれば、多数のコネクテイングロッド 10の大端穴 18内面に効率高く 軸受メタル層 22を接合形成することができる。
従ってこの製造方法は、特に大量生産の際の製造方法として好適なものである。
[0051] 図 9は上記実施形態に対する比較例を示したものである。
図中（ィ）はコネクティングロッド 10単体の大端穴 18内面に軸受メタル層 22を形成 する場合を、また（口）はコネクティングロッド 10を複数積み重ねておいて、それらの大 端穴 18の内面に軸受メタル層 22を連続して形成する場合を表わして 、る。
この比較例では、ブロック状の軸受メタル材料 38Aを大端穴 18の内部且つ底部の 位置にセットしておき、そして円柱状の加圧ロッド 40Aを回転させながら大端穴 18内 に挿入するとともに、図中下向きの前進移動によって軸受メタル材料 38Aを加圧し、 そして加圧ロッド 40Aの回転に伴う摩擦発熱によって軸受メタル材料 38Aを加熱軟 化して塑性流動させ、そしてこれを加圧ロッド 40Aの外周面と大端穴 18内面との間 の隙間に沿って底部側から図中上向きに押し上げて (這い上がらせて）、大端穴 18 内面に軸受メタル層 22を形成するものである。
[0052] しカゝしながらこの比較例の場合、加熱軟化し塑性流動化した軸受メタル材料 38A 力 加圧ロッド 40Aの外周面と大端穴 18内面との間の隙間に沿って上向きに塑性流 動する過程で、加圧ロッド 40Aの外周面或いは大端穴 18内面との摩擦等による抵抗 が働 、て加圧ロッド 40Aの外周面と大端穴 18内面との間の微小な隙間に沿って円 滑に上向きに塑性流動せず、またその間に温度も低下してますます抵抗は大きくなり 、これがため十分な高さ（軸方向長）に亘つて軸受メタル層 22を形成することが難し い場合がある外、下部において軸受メタル層 22の厚みが厚ぐ上部でその厚みが薄 くなるなど軸受メタル層 22の厚みが不均等となり易いといった問題を有する。
[0053] 加えてこの比較例の場合、加圧ロッド 40Aの外周面全体が広い面積に亘つて軸受 メタル材料 38Aな ヽし軸受メタル層 22の内面と摩擦接触するため、その際の発熱で 焼付きが生じてしまって、円滑に軸受メタル層 22を形成及び接合することが難しいと いった問題を有する。
特にコネクティングロッド 10を複数積み重ねた状態で軸受メタル層 22を形成する図 9 (口）の方法の場合、こうした問題が顕著に生じ易い。
しかるに上記の本実施形態によればこうした問題を生じず、軸受メタル層 22を大端 穴 18内面に円滑に形成及び接合することができる。
以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示であり、本発明はその 趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様形態で実施及び構成可能で ある。

Claims

請求の範囲
コネクテイングロッドにおける大端部及び Z又は小端部の円形の嵌合穴の内面の 内側に、軸受メタル材料を予め該円形内面に対応した断面形状の円筒体に成形し て成る円筒成形体を内側部材として内嵌状態に挿入セットしておき、該円筒成形体 の軸方向端面に対して、外径が該嵌合穴の内径よりも小且つ該円筒成形体の内径 よりも大であって、軸方向且つ進行方向端部の外周面を実質的にテーパ面となした 円盤状の回転加圧部を有する回転加圧工具の該テーパ面を回転及び加圧下に押 し付けて、該円筒成形体を摩擦発熱により加熱軟化させ、更に該回転加圧部を回転 させつつ且つ該回転加圧工具の該回転加圧部以外の部分を該円筒成形体に接触 させることなく軸方向に進行させて、該進行に伴!、前記軸受メタル材料から成る前記 円筒成形体を該進行方向と同じ軸方向及び半径方向外側に塑性流動させ、該嵌合 穴内面に軸受メタル層を直接に接合形成することを特徴とする軸受付きコネクティン グロッドの製造方法。
請求項 1にお 、て、前記コネクティングロッドを前記嵌合穴の軸心が一致する状態 に複数積み重ねておき、各々の嵌合穴を合わせた全体の軸方向長に対応した長さ を有する前記軸受メタル材料の前記円筒成形体を、複数のコネクテイングロッドの各 嵌合穴にまたがるように内側に挿入セットしておき、前記回転加圧工具の回転及び 軸方向の進行により、各コネクティングロッドの各々の嵌合穴内面に前記軸受メタル 層を直接に接合形成した後、各コネクティングロッドに分割することを特徴とする軸受 付きコネクティングロッドの製造方法。
コネクテイングロッドにおける大端部及び Z又は小端部の円形の嵌合穴の内面に、 軸受メタル材料を摩擦発熱により且つ加圧下に塑性流動させて該内面に直接接合 して成る円筒形状の軸受メタル層が形成してあることを特徴とする軸受付きコネタティ
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