WO2020203328A1 - 金属製部品の破断装置、コネクティングロッドの破断装置、金属製部品の破断方法、コネクティングロッドの破断方法、金属製部品の製造方法およびコネクティングロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

金属製部品、コネクティングロッドＢの貫通孔５ａに嵌挿される半割型のマンドレル２７として、剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に当接し貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材２７ａと、剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に当接し第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材２７ｂとを用いて、破断の際、剛性を等方性に近づける補正を行い、金属製部品、コネクティングロッドに生ずる亀裂を目標破断面αに沿って進展させる。

Description

金属製部品の破断装置、コネクティングロッドの破断装置、金属製部品の破断方法、コネクティングロッドの破断方法、金属製部品の製造方法およびコネクティングロッドの製造方法

　本発明は、金属製部品の破断装置、コネクティングロッドの破断装置、金属製部品の破断方法、コネクティングロッドの破断方法、金属製部品の製造方法およびコネクティングロッドの製造方法に関する。

　貫通孔を有する金属製部品では、貫通孔から破断して半割された部品を組み合わせて、一対の製品として用いる場合がある。このような破断して組み合せる金属製部品の代表例としては、コネクティングロッド（以下、コンロッドという）が知られている。

　多くは大端部からコンロッドを破断させる手法に用いられる。このコンロッドの製造では、大端部の貫通孔に対し半割型のマンドレルを嵌挿させ、このマンドレルに貫通孔に対し拡張する方向に荷重を加えて、大端部をロッド側とキャップ側とに破断して分割（半割）し、破断した破断面に生じた凹凸を位置決めに用いる。これにより、ロッド側とキャップ側とをボルトで締結する際に、位置決めピンを省略した状態でも高精度に位置決めをすることが可能となる。

　金属製部品たるコンロッドの破断装置や破断方法に用いられる半割型のマンドレルには、特許文献１にも開示されているように大端部に形成された貫通孔の直径（含む公差）に対応した径寸法を有する一対のマンドレル部材が用いられる。すなわち、半割型のマンドレルにはロッド側とキャップ側とで同一の径寸法とした半割型のマンドレルが用いられる。

　ところが、同一径のマンドレルを用いて金属製部品を破断する場合、コンロッドのような貫通孔を挟む方向で剛性が異なる金属製部品、すなわち剛性に異方性の有る金属製部品においては、マンドレルから貫通孔に荷重を加えても、設定された破断分割面に沿ってコンロッドを良好に破断させることは難しい。

　すなわち、コンロッドは、貫通孔の側面に設定される破断開始位置を境として、ロッド側とキャップ側とが長手方向で非対称の形状となるため、剛性に異方性の有る部品となる。
　このため、同一径の半割型のマンドレルを貫通孔に嵌挿し、マンドレルに貫通孔を拡張する方向に荷重を加えると、大端部は、破断開始位置から、非対称な弾性変形を伴いながら破断分割される。

　すなわち、剛性の低いキャップ側が、剛性の高いロッド側よりも大きく変形する。この変形に引きずられる形で、亀裂の先端に加わる引っ張り応力が傾いた方向へ作用する。結果、亀裂の進展方向は、予め設定されていた方向、すなわち目標破断面からずれる。このため、破断面が屈曲したり、斜めに割れたりしてしまい、良好な破断面が得られないことがある。

　一方、コンロッドを破断する破断装置では、特許文献２に開示されているようにロッド側に嵌挿されるマンドレル部材よりもキャップ側に嵌挿されるマンドレル部材の方が、貫通孔の側面との接触面積が大きくなるようにする技術が提案されている。

特開２００６－１５０４６３号公報 特許第４３９０８０１号公報

　同技術は、貫通孔のロッド側に嵌挿されるマンドレル部材の両側を切り欠いて、同マンドレル部材と貫通孔の側面との間に隙間を形成する技術である。

　ところが、両側が切り欠かれたマンドレル部材により、コンロッドは等方性に近づいて破断が行われるものの、マンドレル部材の両側の切欠部に臨む貫通孔の側面では、マンドレルによる支えがないため、貫通孔の内側へ向かう過度な応力が作用しやすく、破断の際、ロッド側に過度な歪みが生じやすい。このため、亀裂を目標破断面に沿って進展させることは難しい。

そこで、本発明の目的は、過度な応力の発生を抑えつつ、亀裂を好適に目標破断面に沿って進展させることができる金属製部品の破断装置、コネクティングロッドの破断装置、金属製部品の破断方法、コネクティングロッドの破断方法、金属製部品の製造方法およびコネクティングロッドの製造方法を提供する。

　第１の発明となる金属製部品の破断装置の態様は、貫通孔を備え、且つ貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなる金属製部品を破断させる金属製部品の破断装置であって、金属製部品を支持する支持部と、金属製部品の貫通孔に嵌挿される半割型のマンドレルと、貫通孔を拡張する方向にマンドレルに対して荷重を加える荷重印加部とを有し、半割型のマンドレルは、金属製部品のうちの剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に当接し且つ貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、金属製部品のうちの剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に当接し且つ第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなるものとした。

　同装置により、金属製部品の貫通孔に嵌挿した第１，２マンドレル部材に対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加えると、第１マンドレル部材は貫通孔の剛性の低い側の側面と密着され、第２マンドレル部材は貫通孔の側面と半円形状の頂部とが密着、続いて密着は貫通孔の頂部を挟む両側の側面へと徐々に進む。これにより、金属製部品は、貫通孔の側面に亀裂が生じ、さらに亀裂が進展して、破断に至る。

　すなわち、第１マンドレル部材が貫通孔の側面と密着し続けている間、当初、貫通孔の側面と離れていた第２マンドレル部材への密着は、貫通孔の側面と頂部との密着から始まり、徐々に両側へと密接が進行される。

　こうした貫通孔の側面と第２マンドレル部材との密着が遅れることによって、金属製部品に生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくよう補正される。これにより、剛性の低い側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材は、貫通孔の側面両側を支えるため、金属製部品には過度な応力は生じずにすむ。このため、金属製部品に生ずる亀裂は、安定して目標破断面に沿って進展する。

　第２の発明となるコネクティングロッドの破断装置の態様は、貫通孔を備え、且つ貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなるコネクティングロッドを破断させるコネクティングロッドの破断装置であって、コネクティングロッドを支持する支持部と、コネクティングロッドの貫通孔に嵌挿される半割型のマンドレルと、マンドレルに対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加える荷重印加部とを有し、半割型のマンドレルは、コネクティングロッドのうちの剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に当接し且つ貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、コネクティングロッドのうちの剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に当接し且つ第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなるものとした。

　同装置により、コネクティングロッドの貫通孔に嵌挿した第１，２マンドレル部材に対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加えると、第１マンドレル部材は貫通孔の剛性の低い側の側面と密着され、第２マンドレル部材は、貫通孔の剛性が高い側面と半円形状の頂部とが密着、続いて密着が貫通孔の頂部を挟む両側の側面へと徐々に進む。これにより、コネクティングロッドは、貫通孔の側面に亀裂が生じ、さらに亀裂が進展して、破断に至る。

　すなわち、第１マンドレル部材が貫通孔の側面と密着し続けている間、当初、貫通孔の側面と離れていた第２マンドレル部材への密着は、貫通孔の側面と頂部との密着から始まり、徐々に両側へと密接が進行される。

　こうした貫通孔の側面と第２マンドレル部材との密着が遅れることによって、コネクティングロッドに生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくよう補正される。これにより、剛性の低い側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材は、貫通孔の側面両側までも支えるため、コネクティングロッドには過度な応力は生じずにすむ。このため、コネクティングロッドに生ずる亀裂は、安定して目標破断面に沿って進展する。

　第３の発明となるコネクティングロッドの破断装置の態様は、第１マンドレル部材の直径をφＸ１ｍｍとし、第２マンドレル部材の直径をφＸ２ｍｍとし、コネクティングロッドの貫通孔の直径をφＸｍｍとしたとき、第１マンドレル部材の直径φＸ１ｍｍと第２マンドレル部材の直径φＸ２ｍｍとの直径差φΔＸｍｍは、上限がコネクティングロッドの貫通孔の直径φＸｍｍに対し１％以下とした。

　実験によれば、一般のコネクティングロッドの破断分割においては、１％以下の規定により、直径差の大きくなりすぎによる亀裂のずれの発生が抑えられる。このため、事前にこの範囲内に直径差を定めておきさえすれば、良好にコネクティングロッドが破断される。すなわち亀裂が目標破断面に沿って進展される。

　第４の発明となるコネクティングロッドの破断装置の態様は、０ｍｍ≦（φＸｍｍ－φＸ１ｍｍ）＜（φＸｍｍ－φＸ２ｍｍ）≦２ｍｍなる関係とした。
　実験によれば、一般のコネクティングロッドにおいては、第１マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差よりも、第２マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差が大きく、上限の差が２ｍｍ以下であれば、亀裂のずれの発生を抑えることができた。このため、事前にこの範囲内に直径差を定めておきさえすれば、第１マンドレル部材の直径と貫通孔の直径とで差（公差）がある場合についても、差が無い場合についても、良好にコネクティングロッドが破断される。すなわち亀裂が目標破断面に沿って進展される。

　第５の発明となる金属製部品の破断方法の態様は、貫通孔を備え、且つ貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなる金属製部品を破断させる金属製部品の破断方法であって、金属製部品を支持する支持ステップと、貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなる半割型のマンドレルを金属製部品の貫通孔に嵌挿する嵌挿ステップと、第１マンドレル部材及び第２マンドレル部材に対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加える荷重印加ステップとを有し、嵌挿ステップにおいて、金属製部品のうちの剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に第１マンドレル部材を当接させ、金属製部品のうちの剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に第２マンドレル部材を当接させるものとした。

　この方法により、金属製部品の貫通孔に嵌挿した第１，２マンドレル部材に対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加えるにしたがい、第１マンドレル部材は貫通孔の剛性の低い側の側面と密着され、第２マンドレル部材は、剛性の高い貫通孔の側面と半円形状の頂部とが密着、続いて密着が貫通孔の頂部を挟む両側の側面へと徐々に進む。これにより、金属製部品は、貫通孔の側面に亀裂が生じ、さらに亀裂が進展して、破断に至る。

　すなわち、第１マンドレル部材が貫通孔の側面と密着し続けている間、当初、貫通孔の側面と離れていた第２マンドレル部材への密着は、貫通孔の側面と頂部との密着から始まり、徐々に両側へと密接が進行される。

　こうした貫通孔の側面と第２マンドレル部材との密着が遅れることによって、金属製部品に生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくよう補正される。これにより、剛性の低い側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材は、貫通孔の側面両側を支えるため、金属製部品には過度な応力は生じずにすむ。このため、金属製部品に生ずる亀裂は、安定して目標破断面に沿って進展する。

　第６の発明となるコネクティングロッドの破断方法の態様は、貫通孔を備え、且つ貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなるコネクティングロッドを破断させるコネクティングロッドの破断方法であって、コネクティングロッドを支持する支持ステップと、貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなる半割型のマンドレルをコネクティングロッドの貫通孔に嵌挿する嵌挿ステップと、第１マンドレル部材及び第２マンドレル部材に対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加える荷重印加ステップとを有し、嵌挿ステップにおいて、コネクティングロッドのうちの剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に第１マンドレル部材を当接させ、コネクティングロッドのうちの剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に第２マンドレル部材を当接させるものとした。

　同方法により、コネクティングロッドの貫通孔に嵌挿した第１，２マンドレル部材に対して、貫通孔を拡張する方向に荷重を加えると、第１マンドレル部材は貫通孔の剛性の低い側の側面と密着され、第２マンドレル部材は、剛性の高い貫通孔の側面と半円形状の頂部とが密着、続いて密着が貫通孔の頂部を挟む両側の側面へと徐々に進む。これにより、コネクティングロッドは、貫通孔の側面に亀裂が生じ、さらに亀裂が進展して、破断に至る。

　すなわち、第１マンドレル部材が貫通孔の側面と密着し続けている間、当初、貫通孔の側面と離れていた第２マンドレル部材への密着は、貫通孔の側面と頂部との密着から始まり、徐々に貫通孔の両側へ密接が進行される。

　こうした貫通孔の側面と第２マンドレル部材との密着が遅れることによって、コネクティングロッドに生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくよう補正される。これにより、剛性の低い側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材は、貫通孔の側面両側までも支えるため、コネクティングロッドには過度な応力は生じずにすむ。このため、コネクティングロッドに生ずる亀裂は、安定して目標破断面に沿って進展する。

　第７の発明となるコネクティングロッドの破断方法の態様は、第１マンドレル部材の直径をφＸ１ｍｍとし、第２マンドレル部材の直径をφＸ２ｍｍとし、コネクティングロッドの貫通孔の直径をφＸｍｍとしたとき、第１マンドレル部材の直径φＸ１ｍｍと第２マンドレル部材の直径φＸ２ｍｍとの直径差φΔＸｍｍは、上限がコネクティングロッドの貫通孔の直径φＸｍｍに対し１％以下とした。

　実験によれば、一般のコネクティングロッドの破断分割においては、１％以下の規定により、直径差の大きくなりすぎによる亀裂のずれの発生が抑えられる。このため、事前にこの範囲内に直径差を定めておきさえすれば、良好にコネクティングロッドが破断される。すなわち亀裂が目標破断面に沿って進展される。

　第８の発明となるコネクティングロッドの破断方法の態様は、０ｍｍ≦（φＸｍｍ－φＸ１ｍｍ）＜（φＸｍｍ－φＸ２ｍｍ）≦２ｍｍなる関係とした。

　実験によれば、一般のコネクティングロッドにおいては、第１マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差よりも、第２マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差が大きく、上限の差が２ｍｍ以下であれば、亀裂のずれの発生が抑えることができた。このため、事前にこの範囲内に直径差を定めておきさえすれば、第１マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差（公差）ある場合についても、差が無い場合についても、良好にコネクティングロッドが破断される。すなわち亀裂が目標破断面に沿って進展される。

　第９の発明となる金属製部品の製造方法の態様は、貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高い金属製部品を、請求項５に記載の金属製部品の破断方法により破断分割する破断ステップと、破断分割された金属製部品を、破断面同士を突き合わせて組み上げる組上げステップとを具備するものとした。

　これにより、製造される金属製部品は、第１マンドレル部材と第１マンドレル部材よりも小さい第２マンドレル部材を用いて破断が行われるため、高い精度で組み上げが行える。それ故、高品質の金属製部品が確保される。

　第１０の発明となるコネクティングロッドの製造方法の態様は、貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高いコネクティングロッドを、前記請求項６～８のいずれか一項に記載のコネクティングロッドの破断方法により破断分割する破断ステップと、破断分割されたコネクティングロッドを、破断面同士を突き合わせて組み上げる組上げステップとを具備するものとした。

　これにより、製造されるコネクティングロッドは、第１マンドレル部材と第１マンドレル部材よりも小さい第２マンドレル部材を用いて破断が行われるため、その後の組上げステップは高い精度での組み上げとなる。それ故、高品質のコネクティングロッドが確保される。

　第１の発明、第２の発明によれば、金属製部品やコネクティングロッドの貫通孔に嵌挿される半割型のマンドレルを、剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に当接し且つ貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に当接し且つ第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とから構成した。

　これにより、貫通孔に嵌挿した第１，２マンドレル部材に貫通孔を拡張する方向に荷重を加えると、第１マンドレル部材は貫通孔の剛性の低い側の側面と密着され、第２マンドレル部材は、剛性の高い貫通孔の側面と半円形状の頂部とが密着、続いて密着が貫通孔の頂部を挟む両側の側面へと徐々に進む。

　この貫通孔の側面と第２マンドレル部材との密着が遅れることによって、金属製部品やコネクティングロッドに生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくよう補正され、剛性の低い側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材は、貫通孔の側面両側までも支えるため、金属製部品やコネクティングロッドには過度な応力は生じずにすむ。このため、金属製部品やコネクティングロッドに生ずる亀裂は、目標断面に沿って進展しながら破断される。

　それ故、過度な応力の発生を抑えつつ、亀裂を好適に目標破断面に沿って進展させることができ、良好に金属製部品やコネクティングロッドを破断することができる。

　第５の発明、第６の発明によれば、金属製部品やコネクティングロッドの貫通孔に半割型のマンドレルが嵌挿される嵌挿ステップにおいて、剛性が低い側に位置する貫通孔の側面に貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材を当接させ、剛性が高い側に位置する貫通孔の側面に第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材を当接させるようにした。

　これにより、貫通孔に嵌挿した第１，２マンドレル部材に貫通孔を拡張する方向に荷重が加わるにしたがい、第１マンドレル部材は貫通孔の剛性の低い側の側面と密着され、第２マンドレル部材は、貫通孔の側面と半円形状の頂部とが密着、続いて密着が貫通孔の頂部を挟む両側の側面へと徐々に進む。

　この貫通孔の側面と第２マンドレル部材との密着が遅れることによって、金属製部品やコネクティングロッドに生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくように補正され、剛性の低い側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材は、貫通孔の側面両側までも支えるため、金属製部品やコネクティングロッドには過度な応力は生じずにすむ。このため、金属製部品やコネクティングロッドに生ずる亀裂は、目標破断面に沿って進展しながら破断される。

　それ故、過度な応力の発生を抑えつつ、亀裂を好適に目標破断面に沿って進展させることができ、良好に金属製部品やコネクティングロッドを破断することができる。

　第３の発明、第７の発明によれば、１％以下の規定により、一般のコネクティングロッドの破断分割においては、第１マンドレル部材と第２マンドレル部材の直径差の大きくなりすぎによる亀裂のずれの発生を抑えることができる。このため、事前にこの範囲内に直径差を定めておきさえすれば、良好にコネクティングロッドを破断させることができる。

　第４の発明、第８の発明によれば、一般のコネクティングロッドにおいては、第１マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差よりも、第２マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差が大きく、上限の差が２ｍｍ以下であれば、亀裂のずれの発生を抑えることができる。このため、事前にこの範囲内に直径差を定めておきさえすれば、第１マンドレル部材の直径と貫通孔の直径との差（公差）がある場合についても、差が無い場合についても、良好なコネクティングロッドの破断、すなわち亀裂を目標破断面に沿って進展させることができる。

　第９の発明、第１０の発明によれば、製造される金属製部品、コネクティングロッドは、第１マンドレル部材と第１マンドレル部材よりも小さい第２マンドレル部材を用いて破断分割することにより、良好な破断面の形成、さらには高い精度での組み上げを実行することができる。
　それ故、高品質の金属製部品、コネクティングロッドが提供できる。

本発明の一実施形態に係る態様の対象となるコネクティングロッドを示す正面図。 コネクティングロッドの大端部が分割される前の半製品たるワーク（金属製部品）を示す斜視図。 同ワーク（コネクティングロッド）を半割型のマンドレルで破断する破断装置を示す斜視図。 ワーク（コネクティングロッドの大端部）が破断される状況を順に説明する説明図。 破断されたワーク（コネクティングロッドの大端部）を示す斜視図。 破断面に生じた凹凸を突き合わせて位置決め、組み上げたワーク（コネクティングロッドの大端部）を示す斜視図。

　以下、本発明を図１から図６に示す一実施形態にもとづいて説明する。
　図１は、製品であるコネクティングロッド１（以下、コンロッド１という）の正面図を示している。ちなみにコネクティングロッド１は、一般の車両用エンジンを構成する金属製部品である。

　コンロッド１は、ピストンピン孔３ａを有する小端部３と、クランクピン孔５ａ(本願の貫通孔に相当)を有する大端部５と、これら小端部３と大端部５とを連結するロッド７とを有している。また大端部５は、クランクピン孔５ａの側方に位置して一対のボルト孔９が設けられる。

　大端部５は、クランクピン（図示しない）を挟み込めるよう、ロッド側の本体部１１ａとキャップ側の半円弧形のキャップ部１１ｂとに分割される。つまり、コンロッド１は、各ボルト孔９に挿入されるコンロッドボルト１３にて、クランクピンを挟み込んだまま、本体部１１ａとキャップ部１１ｂとが締結される部品である。

　このようなコンロッド１は、破断が行われる前の半製品として、例えば図２および図３に示されるような小端部３や大端部５やロッド７を有するワークＢ（金属製部品）が用いられる。大端部５のクランクピン孔５ａの直径φＸｍｍは、一般に３０ｍｍから１００ｍｍの範囲が用いられる（車両用エンジン）。

　このワークＢは、クランクピン孔５ａの内周面（本願の貫通孔の側面に相当）の対向する各部位に、破断開始部となる溝部、例えばＶ形断面のＶ溝部１７を有する。Ｖ溝部１７は、いずれもクランクピン孔５ａの一方の開口端から他方の開口端に連続して形成される。

　こうしたワークＢの大端部５は、図３に示される破断装置Ａにて、Ｖ溝部１７からロッド側とキャップ側とに破断分割される。その後、図５のように破断面βに生じた凹凸を突き合わせて、破断分割されたロッド側とキャップ側との破断面同士を位置決め、ロッド側とキャップ側とを組み上げると、ロッド側とキャップ側とが組み合せられる。つまり、コンロッド１は、こうした破断、組上げの工程により製造が行われる。

　一方、ロッド側とキャップ側における位置決めを果たす破断装置Ａは、例えば図３に示されるようなワークＢを支持する支持部Ａ１と、支持されたワークＢの大端部５を破断させる拡張機構構Ａ２（本願の荷重印加部に相当）とを有している。

　支持部Ａ１は、所定の姿勢でワークＢを載せる支持台２１から構成される。支持台２１は、例えば水平方向を接離方向として変位可能な支持台片２１ａ、２１ｂから構成される。一方の支持台片２１ｂの端側の支持面にはピン部２５が突設され、ピン部２５とは反対側となる、互いに向き合う支持台片２１ａ，２１ｂの端側の支持面には、半割型のマンドレル２７が突設される。

　例えばピン部２５は、ワークＢの小端部３のピストンピン孔３ａと嵌挿可能な短柱形をなす。マンドレル２７は、例えば一方の支持台片２１ａに配置される半円形状の第１マンドレル部材２７ａと、他方の支持台片２１ｂに配置される半円形状の第２マンドレル部材２７ｂを組み合わせた一組の半割形の部品で構成される。ちなみにマンドレル２７は、大端部５のクランクピン孔５ａと嵌挿可能である。

　つまり、支持台２１上で支持されるワークＢは、小端部３がピン部２５に嵌挿され、大端部５がマンドレル２７に嵌挿される。また第１マンドレル部材２７ａおよび第２マンドレル部材２７ｂの隣り合う側面には、それぞれテーパー面２８が設けられる。これにより、テーパー面２８間に、ワークＢの全長方向に対し傾斜する楔形の打込み路２９が形成される構造にしている。

　拡張機構Ａ２は、上記マンドレル２７に、マンドレル２７を押し開く楔部材３１、楔部材３１を打ち込む打込み機構部３３を組み合わせて構成される。
　すなわち、楔部材３１は、打込み路２９の出入り口に合わせて上下方向に延在する。楔部材３１の先端となる下端には、楔形をなした楔部３１ａを有している。

　この楔部材３１の上端部と打込み機構部３３とが連結されている。打込み機構部３３は、楔部材３１を上下方向に駆動する機構、例えばシリンダ機構などから構成される。つまり、打込み機構部３３の作動により、楔部材３１の先端の楔部３１ａが、マンドレル部材２７ａ，２７ｂのテーパー面２８間へ打ち込まれる。

　通常、大端部５を嵌挿したマンドレル２７のテーパー面２８間に楔部３１ａが打ち込まれると、テーパー面２８間が押し開かれ、クランクピン孔５ａを拡張する方向に荷重が加わる。これにより、第１マンドレル部材２７ａ、第２マンドレル部材２７ｂが、クランクピン孔５ａの周面と密着する。そして、加わる荷重が破断荷重に達するにしたがい、大端部５が破断、すなわち破断開始部となるＶ溝部１７から亀裂が生じて破断される。これにより大端部５が、ロッド側の本体部１１ａとキャップ側のキャップ部１１ｂとに分割される。

　ここで、破断されるワークＢは、クランクピン孔５ａを挟む方向、すなわちロッド側とキャップ側とで剛性が異なる異方性の金属製部品である。すなわちワークＢは、Ｖ溝部１７を境として長手方向で非対称の形状となるため、クランクピン孔５ａを挟むロッド側(本願の一方側に相当)の本体部１１ａの剛性は高く、キャップ側（本願の他方側に相当）のキャップ部１１ｂの剛性はそれよりも低い。

　このため、第１マンドレル部材２７ａと第２マンドレル部材２７ｂとが同じ径であると、破断の際、大端部５が非対称な弾性変形を伴いながら破断されるため、亀裂先端に加わる応力により、破断面βが屈曲したり斜めに割れたりして、目標破断面α（図２に図示）からずれて破断することが指摘される。
　そこで、本実施形態の破断装置Ａには、ワークＢ（金属製部品、コンロッド）の破断が目標破断面αに沿って行われる工夫が施されている。

　これは、第１マンドレル部材２７ａを、ワークＢ（コンロッド）のうち剛性の低いキャップ側に位置してクランクピン孔５ａ（貫通孔）の周面（側面）と当接する部材とし、第２マンドレル部材２７ｂを剛性が高いロッド側に位置してクランクピン孔５ａ（貫通孔）の周面と当接する部材としたとき、第１マンドレル部材２７ａはクランクピン孔５ａの直径と対応した半円形状とし、第２マンドレル部材２７ｂは第１マンドレル部材２７ａよりも微少に小さい径寸法の半円形状としたことにある。

　すなわち、第１マンドレル部材２７ａと第１マンドレル部材２７ａは、直径で差があるため、大端部５の破断の際、第１マンドレル部材２７ａが，クランクピン孔５ａの剛性の低い側の周面と密着され、第２マンドレル部材２７ｂが、クランクピン孔５ａの周面と半円形状の頂部とが密着、続いて頂部を挟む両側の周面へと徐々に密着が進むようになる。

　つまり、第１マンドレル部材２７ａがクランクピン孔５ａの周面と密着し続けている間、クランクピン孔５ａの周面と離れていた第２マンドレル部材２７ｂは、第２マンドレル部材２７ｂの頂部とクランクピン孔５ａの周面との密着から始まり、徐々にクランクピン孔５ａの両側へと密着が進行される。

　このクランクピン孔５ａの周面と第２マンドレル部材２７ｂとの密着の遅れを利用して、ワークＢ（金属製部品、コンロッド）に生ずる弾性変形を等方性の弾性変形に近づけるように補正して、剛性の低い側における弾性変形を抑制させる。最終的に第２マンドレル部材２７ｂは、クランクピン孔５ａの周面両側までも支えるため、ワークＢに過度な応力が生じずにすむようにしている。こうした挙動にて、ワークＢの大端部５に生ずる亀裂は、安定して目標破断面αに沿って進展される。

　ちなみに本実施形態では、第１マンドレル部材２７ａと第２マンドレル部材２７ｂとの最大直径差は、コンロッド１の材質や形状などから「５０μｍ～３００μｍ」の範囲内の値が設定される。ここでは「５０μｍ」が設定される。

　特に本実施形態では、一般の車両用エンジンのコンロッド１（クランクピン孔５ａの直径φＸｍｍが３０ｍｍ～１００ｍｍ）において、良好に亀裂が目標破断面αに沿って進展されるよう、第１マンドレル部材２７ａの直径をφＸ１ｍｍとし、第２マンドレル部材２７ｂの直径をφＸ２ｍｍとしたとき、第１マンドレル部材２７ａの直径φＸ１ｍｍと第２マンドレル部材の直径φＸ２ｍｍとの直径差φΔＸｍｍは、上限がコンロッド１のクランクピン孔５ａ（貫通孔）の直径φＸに対し１％以下にしている（０ｍｍ＜φΔＸｍｍ≦０．０１φＸｍｍ）。

　さらに第１マンドレル部材２７ａの直径が、クランクピン孔５ａ（貫通孔）の直径と差（公差）がある場合でも、差が無い場合でも、良好に亀裂が目標破断面αに沿って進展されるよう、第１マンドレル部材２７ａの直径φＸ１ｍｍとクランクピン孔５ａの直径φＸｍｍとの差よりも、第２マンドレル部材２７ｂの直径φＸ２ｍｍとクランクピン孔５ａの直径φＸｍｍとの差が大きく、かつ上限の差が２ｍｍ以下となるようにしている［０ｍｍ≦（φＸｍｍ－φＸ１ｍｍ）＜（φＸｍｍ－φＸ２ｍｍ）≦２ｍｍ］。

　つぎに、図２～図６を参照して、このように構成された破断装置Ａの作用や、同破断装置Ａを用いてワークＢ（金属製部品、コンロッド）を破断する破断方法や、同破断装置Ａおよび同判断方法を用いてコンロッド１（金属製部品）を製造する製造方法を説明する。
　まず、破断装置Ａの作用、破断方法について説明する。

　すなわち、図２に示したコンロッド１の半製品となるワークＢを用意する。ちなみにワークＢは、クランクピン孔５ａの周面の対向する位置に一対のＶ溝部１７を有する。

　ついで、図３に示されるようにワークＢを破断装置Ａの支持台２１上に載せる支持工程（本願の支持ステップに相当）を行う。
　このとき、支持台片２１ａ，２１ｂの所定位置には、ピン部２５、半割型のマンドレル２７が配置されているため、小端部３がピン部２５に嵌り、大端部５が半割型のマンドレル２７に嵌る嵌挿工程（本願の嵌挿ステップに相当）が行われる。

　この嵌挿工程によって、図３および図４（ａ）に示されるようにクランクピン孔５ａ（貫通孔）の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材２７ａは、ワークＢのうちの剛性が低いキャップ側に嵌挿される。第１マンドレル部材２７ａよりも小さい半円形状の第２マンドレル部材２７ｂは、剛性が高いロッド側に嵌挿される。

　続いて、打込み機構部３３の作動により、楔部材３１が下降し、先端の楔部３１ａが、大端部５を嵌挿したマンドレル２７のテーパー面２８間へ打ち込まれる。これにより、密接状態の第１マンドレル部材２７ａと第２マンドレル部材２７ｂとは押し開かれる。つまり、クランクピン孔５ａを拡張する方向へ荷重を加える荷重印加工程（本願の荷重印加ステップに相当）が行われる。

　このとき第１マンドレル部材２７ａは、クランクピン孔５ａの直径と対応した径寸法であり、第２マンドレル部材２７ｂは、第１マンドレル部材２７ａよりも小さい径寸法であるため、図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように第１マンドレル部材２７ａはクランクピン孔５ａの剛性の低い側の周面と密着され続ける。この間、第２マンドレル部材２７ｂは、離れていたクランクピン孔５ａの周面と半円形状の頂部Ｓ１とが密着する。続いて密着が、クランクピン孔５ａの頂部Ｓ１を挟む両側の周面Ｓ２へと徐々に進む。このときＶ溝部１７で亀裂が生じ、同亀裂が進展して、破断に至る。

　つまり、第１マンドレル部材２７ａがクランクピン孔５ａの周面と密着し続けている間に、クランクピン孔５ａの周面と離れていた第２マンドレル部材２７ｂが、クランクピン孔５ａの周面と頂部との密着から始まり、徐々にクランクピン孔５ａの両側へ密接が進行する。

　こうしたクランクピン孔５ａの周面と第２マンドレル部材２７ｂとの密着の遅れにより、破断の際、ワークＢの大端部５に生ずる弾性変形は、等方性の弾性変形に近づくよう補正される。これにより、剛性の低いキャップ側における弾性変形は抑制される。最終的に第２マンドレル部材２７ｂは、クランクピン孔５ａの周面両側までも支えるため、大端部５は過度な応力が生じずにすむ。

　このため、ワークＢに生ずる亀裂は、図４（ｃ）及び（ｄ）に示されるように破断面が屈曲したり、斜めに割れたりすることなく、目標破断面αに沿って進展する。

　つまり、本実施形態のように、径の小さい第２マンドレル部材２７ｂを用いて、破断の際、剛性を等方性に近づける補正を行う破断装置Ａや破断方法を採用したことにより、ワークＢ（金属製部品、コンロッド）の破断の際、過度な応力の発生を抑えつつ、亀裂を好適に目標破断面αに沿って進展させることができる。

　それ故、良好にワークＢ（金属製部品、コンロッド）を破断することができる。実験によれば、第１マンドレル部材２７ａと第２マンドレル部材２７ｂの最大直径差が、絶対値でいえば「５０μｍ～３００μｍ」の範囲内の値が有効であった。

　また実験の結果、第１マンドレル部材の直径φＸ１ｍｍと第２マンドレル部材の直径φＸ２ｍｍとの直径差φΔＸｍｍの上限をコンロッド１のクランクピン孔５ａ（貫通孔）の直径φＸｍｍの１％以下のとき（０ｍｍ＜φΔＸｍｍ≦０．０１φＸｍｍ）、一般のコンロッド１（クランクピン孔５ａの直径が３０ｍｍ～１００ｍｍ、好ましくは４０ｍｍ～７０ｍｍ）においては、直径差が大きくなりすぎによる亀裂のずれの発生を抑えられることが立証された。このため、事前にこの範囲内に直径差φΔＸｍｍを定めておきさえすれば、良好にワークＢ（金属製部品、コンロッド）を破断することができる。

　また実験の結果、第１マンドレル部材２７ａの直径φＸ１ｍｍとクランクピン孔５ａの直径φＸｍｍとの差よりも、第２マンドレル部材２７ｂの直径φＸ２ｍｍとクランクピン孔５ａの直径φＸｍｍとの差が大きく、かつ上限の差が２ｍｍ以下のとき［０ｍｍ≦（φＸｍｍ－φＸ１ｍｍ）＜（φＸｍｍ－φＸ２ｍｍ）≦２ｍｍ］、一般のコンロッド１（クランクピン孔５ａの直径が３０ｍｍ～１００ｍｍ、好ましくは４０ｍｍ～７０ｍｍ）においては、破断の際における亀裂のずれの発生が抑えられることが確認できた。

　このため、事前にこの範囲内に直径差φΔＸｍｍを定めておきさえすれば、図４（ａ）のように第１マンドレル部材２７ａの直径φＸ１ｍｍとクランクピン孔５ａの直径とが差（公差）のある場合に限らず、差が無い場合についても、良好なコンロッド１の破断ができる。つまり、亀裂を目標破断面αに沿って進展させることができる。

　一方、こうしたワークＢを破断分割する破断工程（本願の破断ステップに相当）を終えた後は、図６に示されるような破断分割した大端部５を組み上げる組上げ工程（本願の組上げステップに相当）を行う。

　組上げ工程は、本体部１１ａの破断面βに生じた凹凸と、キャップ部１１ｂの破断面βに生じた凹凸とを位置決めに用いて、元の状態に戻す。具体的には、図６に示されるように本体部１１ａとキャップ部１１ｂの破断面同士を突き合わせて、大端部５を形成する。そして、この凹凸によって高精度に位置決めされた状態のまま、コンロッドボルト１３にて、キャップ部１１ｂを本体部１１ａに締結することにより、コンロッド１が製造される。

　さらに述べると、この組み上げた状態から、例えば機械加工などにより、例えばクランクピン孔５ａの内周面に図６中の二点鎖線に示される位置まで仕上げ加工を施すと、Ｖ溝部１７跡が解消され、滑らかな周面をもつコンロッド１となる。
　むろん、Ｖ溝部１７から破断を開始させる例を挙げたが、Ｖ溝部１７を用いず他の部分から破断させても構わない。

　なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した一実施形態では、金属製部品としてコンロッドを例に挙げたが、これに限らず、シリンダーブロック、シリンダーヘッドなどの他の金属製部品の破断に、本発明を適用してもよい。特に本発明は、シリンダーブロック、シリンダーヘッドのように片側の剛性だけが極端に高い金属製部品（剛性差が極端に違う場合）に極めて有効である。

　　５ａ　クランクピン孔（貫通孔）
　２７　半割型のマンドレル
　２７ａ　第１マンドレル部材
　２７ｂ　第２マンドレル部材
　３３　打込み機構部（荷重印加部）
　　Ａ　破断装置
　　Ａ１　支持部
　　Ａ２　拡張機構（荷重印加部）
　　Ｂ　ワーク（金属製部品、コネクティングロッド）

Claims (10)

1. 　貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなる金属製部品を破断させる金属製部品の破断装置であって、
   　前記金属製部品を支持する支持部と、
   　前記金属製部品の前記貫通孔に嵌挿される半割型のマンドレルと、
   　前記貫通孔を拡張する方向に前記マンドレルに対して荷重を加える荷重印加部と、を有し、
   　前記半割型のマンドレルは、前記金属製部品のうちの剛性が低い側に位置する前記貫通孔の側面に当接し且つ前記貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、前記金属製部品のうちの剛性が高い側に位置する前記貫通孔の側面に当接し且つ前記第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなる
   　ことを特徴とする金属製部品の破断装置。
2. 　貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなるコネクティングロッドを破断させるコネクティングロッドの破断装置であって、
   　前記コネクティングロッドを支持する支持部と、
   　前記コネクティングロッドの前記貫通孔に嵌挿される半割型のマンドレルと、
   　前記マンドレルに対して、前記貫通孔を拡張する方向に荷重を加える荷重印加部と、を有し、
   　前記半割型のマンドレルは、前記コネクティングロッドのうちの剛性が低い側に位置する前記貫通孔の側面に当接し且つ前記貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、前記コネクティングロッドのうちの剛性が高い側に位置する前記貫通孔の側面に当接し且つ前記第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなる
   　ことを特徴とするコネクティングロッドの破断装置。
3. 　前記第１マンドレル部材の直径をφＸ１ｍｍとし、前記第２マンドレル部材の直径をφＸ２ｍｍとし、
   　前記コネクティングロッドの貫通孔の直径をφＸｍｍとしたとき、
   　前記第１マンドレル部材の直径φＸ１ｍｍと前記第２マンドレル部材の直径φＸ２ｍｍとの直径差φΔＸｍｍは、上限が前記コネクティングロッドの貫通孔の直径φＸｍｍに対し１％以下にしてある
   　ことを特徴とする請求項２に記載のコネクティングロッドの破断装置。
4. 　さらに、前記貫通孔の直径に対する前記第１マンドレル部材の直径と前記第２マンドレル部材の直径との関係が、
   　０ｍｍ≦（φＸｍｍ－φＸ１ｍｍ）＜（φＸｍｍ－φＸ２ｍｍ）≦２ｍｍ
   　なる関係であることを特徴とする請求項３に記載のコネクティングロッドの破断装置。
5. 　貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなる金属製部品を破断させる金属製部品の破断方法であって、
   　前記金属製部品を支持する支持ステップと、
   　前記貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなる半割型のマンドレルを前記金属製部品の貫通孔に嵌挿する嵌挿ステップと、
   　前記第１マンドレル部材及び前記第２マンドレル部材に対して、前記貫通孔を拡張する方向に荷重を加える荷重印加ステップと、を有し、
   　前記嵌挿ステップにおいて、前記金属製部品のうちの剛性が低い側に位置する前記貫通孔の側面に前記第１マンドレル部材を当接させ、前記金属製部品のうちの剛性が高い側に位置する前記貫通孔の側面に第２マンドレル部材を当接させる
   　ことを特徴とする金属製部品の破断方法。
6. 　貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高くなるコネクティングロッドを破断させるコネクティングロッドの破断方法であって、
   　前記コネクティングロッドを支持する支持ステップと、
   　前記貫通孔の直径と対応した半円形状の第１マンドレル部材と、第１マンドレル部材よりも小さい径寸法の半円形状の第２マンドレル部材とからなる半割型のマンドレルを前記コネクティングロッドの貫通孔に嵌挿する嵌挿ステップと、
   　前記第１マンドレル部材及び前記第２マンドレル部材に対して、前記貫通孔を拡張する方向に荷重を加える荷重印加ステップと、を有し、
   　前記嵌挿ステップにおいて、前記コネクティングロッドのうちの剛性が低い側に位置する前記貫通孔の側面に前記第１マンドレル部材を当接させ、前記コネクティングロッドのうちの剛性が高い側に位置する前記貫通孔の側面に第２マンドレル部材を当接させる
   　ことを特徴とするコネクティングロッドの破断方法。
7. 　前記第１マンドレル部材の直径をφＸ１ｍｍとし、前記第２マンドレル部材の直径をφＸ２ｍｍとし、
   　コネクティングロッドの貫通孔の直径をφＸｍｍとしたとき、
   　前記第１マンドレル部材の直径φＸ１ｍｍと前記第２マンドレル部材の直径φＸ２ｍｍとの直径差φΔＸｍｍは、上限が前記コネクティングロッドの貫通孔の直径φＸｍｍに対し１％以下にしてある
   　ことを特徴とする請求項６に記載のコネクティングロッドの破断方法。
8. 　さらに、前記貫通孔の直径に対する前記第１マンドレル部材の直径と前記第２マンドレル部材の直径との関係が、
   　０ｍｍ≦（φＸｍｍ－φＸ１ｍｍ）＜（φＸｍｍ－φＸ２ｍｍ）≦２ｍｍ
   　なる関係であることを特徴とする請求項７に記載のコネクティングロッドの破断方法。
9. 　貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高い金属製部品を、前記請求項５に記載の金属製部品の破断方法により破断分割する破断ステップと、
   　前記破断分割された金属製部品を、破断面同士を突き合わせて組み上げる組上げステップと
   　を具備した金属製部品の製造方法。
10. 　貫通孔を備え、且つ前記貫通孔を挟む一方側が他方側よりも剛性が高いコネクティングロッドを、前記請求項６～８のいずれか一項に記載のコネクティングロッドの破断方法により破断分割する破断ステップと、
    　前記破断分割されたコネクティングロッドを、破断面同士を突き合わせて組み上げる組上げステップと
    　を具備したコネクティングロッドの製造方法。

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