(57)【要約】【課題】ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適したコンロッドおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明によるコンロッド１は、ロッド本体部１０と、ロッド本体部１０の一端および他端に設けられた小端部２０および大端部３０とを備え、鋼から形成されている。ロッド本体部１０の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上である。ロッド本体部１０の表面の最大谷深さは、１３μｍ以下である。【選択図】図１
2010151218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、
鋼から形成されたコンロッドであって、
前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、
前記ロッド本体部の表面の最大谷深さは、１３μｍ以下であるコンロッド。
【請求項２】
ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、
鋼から形成されたコンロッドであって、
前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、
前記ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、
前記ロッド本体部のもっとも断面積の小さな領域において、前記複数の内側角部の表面における最大谷深さは１３μｍ以下であるコンロッド。
【請求項３】
ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、
鋼から形成されたコンロッドであって、
前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、
前記ロッド本体部に発生する最大応力をσ（ＭＰａ）、前記ロッド本体部の表面の最大谷深さをａ（ｍ）としたとき、前記最大応力σおよび前記最大谷深さａは、１０≧１．１σ（πａ）1/2の関係を満足するコンロッド。
【請求項４】
ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、
鋼から形成されたコンロッドであって、
前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、
前記ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、
前記ロッド本体部のもっとも断面積の小さな領域において、前記複数の内側角部に発生する最大応力をσ（ＭＰａ）、前記複数の内側角部の表面における最大谷深さをａ（ｍ）としたとき、前記最大応力σおよび前記最大谷深さａは、１０≧１．１σ（πａ）1/2の関係を満足するコンロッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のコンロッドを備える内燃機関。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関を備える輸送機器。
【請求項７】
ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備えるコンロッドの製造方法であって、
０．１ｗｔ％以上０．４５ｗｔ％以下の炭素を含む鋼から形成されたワークピースを用意する準備工程と、
前記ワークピースに対して、０．８％以上のカーボンポテンシャルを有する雰囲気下での複数回の浸炭処理を含む熱処理を行う熱処理工程と、
前記ロッド本体部表面の少なくとも一部における最大谷深さが所定の値よりも小さくなるように、前記ワークピースの表面を平滑化する表面平滑化工程と、を包含するコンロッドの製造方法。
【請求項８】
前記表面平滑化工程は、前記熱処理工程の前に行われる請求項７に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項９】
前記表面平滑化工程は、前記熱処理工程の後に行われる請求項７に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項１０】
前記ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、
前記表面平滑化工程は、少なくとも前記複数の内側角部の表面における最大谷深さが前記所定の値よりも小さくなるように行われる請求項７から９のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。
【請求項１１】
前記表面平滑化工程は、前記ロッド本体部の表面全体の最大谷深さが前記所定の値よりも小さくなるように行われる請求項７から９のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンロッドおよびその製造方法に関する。また、本発明は、コンロッドを備えた内燃機関や輸送機器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、ピストンとクランクシャフトとを連結するためにコンロッド（コネクティングロッド）と呼ばれる部材が用いられている。コンロッドは、棒状のロッド本体部（軸部）と、ロッド本体部の一端に設けられた小端部と、ロッド本体部の他端に設けられた大端部とを備える。小端部がピストンに接続されるのに対し、大端部はクランクシャフトに接続される。
【０００３】
コンロッドは、内燃機関の内部で往復運動する。従って、コンロッドを軽量化すると、内燃機関をよりスムーズに回転させることができ、また、振動が減少する。このように、コンロッドには軽量であることが求められている。
【０００４】
また、コンロッドには、燃焼室で生じた爆発力がピストンを介して伝えられるので、十分な強度が要求される。特に、高い回転数で運転される内燃機関（例えば自動二輪車用の内燃機関）では、コンロッドにはいっそう高い強度が求められるとともに、加速性能の向上のため、いっそうの軽量化が求められている。
【０００５】
鋼製コンロッドを高強度化する技術として、コンロッドの表面に炭素を浸透させる浸炭処理が知られている。浸炭処理により、コンロッドの表面近傍の炭素濃度が高くなるので、コンロッドの焼入れ後に表面硬度が高くなる。従って、コンロッドの強度が向上する。また、コンロッドを肉薄にしても十分な強度を確保できるので、コンロッドの軽量化を図ることもできる。なお、浸炭処理を行う場合でも、ロッド本体部には表面硬度が高くならないように浸炭防止処理が施されることが多い。ロッド本体部は靭性が高いことが好ましいからである。
【０００６】
特許文献１には、コンロッドの表面硬度をさらに高くする手法として、高濃度浸炭処理が提案されている。高濃度浸炭処理では、カーボンポテンシャル（ＣＰ）が０．８％以上である雰囲気下での浸炭を複数回行う。これにより、コンロッドの表面近傍に微細な粒状の炭化物が析出するとともに、表面近傍におけるマルテンサイト組織の結晶粒径が小さくなる。そのため、表面硬度が著しく高くなる。
【０００７】
ただし、高濃度浸炭処理においても、ロッド本体部の靭性を確保するために、ロッド本体部については他の部分よりも浸炭回数が少ないか、あるいは、全く浸炭が行われない。図８に、高濃度浸炭処理を行う場合におけるコンロッドの製造工程の例を示す。
【０００８】
まず、素材である鋼を鍛造によってコンロッドの形状に成形する（工程Ｓ１１）。次に、コンロッドの表面に防炭剤などによりマスキングを行う（工程Ｓ１２）。その後、機械加工を行うことによって小端部のピストンピン孔や大端部のクランクピン孔などを形成する（工程Ｓ１３）。
【０００９】
次に、１回目の浸炭および冷却（または焼入れ）を行う（工程Ｓ１４）。浸炭は、カーボンポテンシャルが０．８％以上である雰囲気下で行われる。このとき、クランクピン孔の内周面などのマスキングによって覆われていない部分（つまり機械加工の際の切削によりマスキングが除去された部分）では、表面近傍における炭素濃度が高くなる。一方、ロッド本体部のようにマスキングによって覆われている部分（つまり浸炭防止処理が施されている部分）では、炭素濃度はほとんど変化しない。続いて、コンロッドの表面に残っているマスキングを除去する（工程Ｓ１５）。
【００１０】
その後、２回目の浸炭、焼入れおよび焼戻しを順次行う（工程Ｓ１６）。２回目の浸炭もカーボンポテンシャルが０．８％以上である雰囲気下で行われる。このとき、コンロッド表面のマスキングは既に除去されているので、コンロッド全体にわたって表面近傍における炭素濃度が高くなる。最後に、小端部の内周面や大端部の内周面の研磨が施される（工程Ｓ１７）。
【００１１】
上述した製造方法によれば、浸炭防止処理が施されていない部分には２回浸炭が施される一方で、ロッド本体部のように浸炭防止処理が施されている部分には１回だけ浸炭が施される。そのため、ロッド本体部の靭性を確保しつつ、コンロッド全体の強度を大きく向上させることができる。
【特許文献１】特開２０００−３１３９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、ロッド本体部をさらに細くしてコンロッドのいっそうの軽量化を図るために、ロッド本体部のさらなる高強度化が望まれている。例えば、ロッド本体部への浸炭防止処理を施すことなく、高濃度浸炭処理を行えば、ロッド本体部の表面硬度をさらに高くすることができる。
【００１３】
ところが、そのようにしてロッド本体部に他の部分と同程度の高濃度浸炭処理を施すと、疲労破壊とは異なる原因（一般的に「靭性不足」と言われる）で、コンロッドの使用中に破断が発生してしまう。図９に、このような破断が発生したコンロッド２０１を示す。図９に示すように、コンロッド２０１は、ロッド本体部２１０、小端部２２０および大端部２３０を備えており、ロッド本体部２１０の小端部２２０近傍（図９中の点線で囲まれた領域）で破断している。
【００１４】
図１０（ａ）および（ｂ）に、ロッド本体部２１０の破断面を示す。図１０（ａ）に示すように、ロッド本体部２１０は、内側角部１０ａおよび外側角部１０ｂが規定されるＨ字状の断面形状を有する。図１０（ｂ）は、ロッド本体部２１０の内側角部１０ａ近傍（図１０（ａ）中の点線で囲まれた領域）を拡大して示している。図１０（ｂ）に示しているように、破断は、内側角部１０ａを起点として発生している。この破断現象を、以下では、「脆性破壊」と呼ぶ。
【００１５】
このように、従来、ロッド本体部に他の部分と同程度の高濃度浸炭処理を施すと、ロッド本体部に脆性破壊が発生するので、ロッド本体部のさらなる高強度化は困難であった。
【００１６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適したコンロッドおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の局面によるコンロッドは、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、鋼から形成されたコンロッドであって、前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、前記ロッド本体部の表面の最大谷深さは、１３μｍ以下である。
【００１８】
本発明の第２の局面によるコンロッドは、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、鋼から形成されたコンロッドであって、前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、前記ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、前記ロッド本体部のもっとも断面積の小さな領域において、前記複数の内側角部の表面における最大谷深さは１３μｍ以下である。
【００１９】
本発明の第３の局面によるコンロッドは、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、鋼から形成されたコンロッドであって、前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、前記ロッド本体部に発生する最大応力をσ（ＭＰａ）、前記ロッド本体部の表面の最大谷深さをａ（ｍ）としたとき、前記最大応力σおよび前記最大谷深さａは、１０≧１．１σ（πａ）1/2の関係を満足する。
【００２０】
本発明の第４の局面によるコンロッドは、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備え、鋼から形成されたコンロッドであって、前記ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量は、０．８ｗｔ％以上であり、前記ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、前記ロッド本体部のもっとも断面積の小さな領域において、前記複数の内側角部に発生する最大応力をσ（ＭＰａ）、前記複数の内側角部の表面における最大谷深さをａ（ｍ）としたとき、前記最大応力σおよび前記最大谷深さａは、１０≧１．１σ（πａ）1/2の関係を満足する。
【００２１】
本発明による内燃機関は、上記構成を有するコンロッドを備える。
【００２２】
本発明による輸送機器は、上記構成を有する内燃機関を備える。
【００２３】
本発明によるコンロッドの製造方法は、ロッド本体部と、前記ロッド本体部の一端および他端に設けられた小端部および大端部とを備えるコンロッドの製造方法であって、０．１ｗｔ％以上０．４５ｗｔ％以下の炭素を含む鋼から形成されたワークピースを用意する準備工程と、前記ワークピースに対して、０．８％以上のカーボンポテンシャルを有する雰囲気下での複数回の浸炭処理を含む熱処理を行う熱処理工程と、前記ロッド本体部表面の少なくとも一部における最大谷深さが所定の値よりも小さくなるように、前記ワークピースの表面を平滑化する表面平滑化工程と、を包含する。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記表面平滑化工程は、前記熱処理工程の前に行われる。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記表面平滑化工程は、前記熱処理工程の後に行われる。
【００２６】
ある好適な実施形態において、前記ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、前記表面平滑化工程は、少なくとも前記複数の内側角部の表面における最大谷深さが前記所定の値よりも小さくなるように行われる。
【００２７】
ある好適な実施形態において、前記表面平滑化工程は、前記ロッド本体部の表面全体の最大谷深さが前記所定の値よりも小さくなるように行われる。
【００２８】
本発明の第１の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量が、０．８ｗｔ％以上である。つまり、ロッド本体部は、高濃度浸炭処理を施されている。従来、ロッド本体部に対して他の部分と同程度の高濃度浸炭処理を施すと、ロッド本体部に脆性破壊が発生することがあった。これに対し、本発明の第１の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部の表面の最大谷深さが１３μｍ以下であり、そのことによって、ロッド本体部における脆性破壊の発生が抑制される。そのため、本発明の第１の局面によるコンロッドは、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適している。
【００２９】
本発明の第２の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量が、０．８ｗｔ％以上である。つまり、Ｈ字状の断面形状を有するロッド本体部は、高濃度浸炭処理を施されている。本発明の第２の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部のもっとも断面積の小さな領域において、複数の内側角部の表面における最大谷深さが１３μｍ以下であり、そのことによって、ロッド本体部における脆性破壊の発生が抑制される。そのため、本発明の第２の局面によるコンロッドは、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適している。
【００３０】
本発明の第３の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量が、０．８ｗｔ％以上である。つまり、ロッド本体部は、高濃度浸炭処理を施されている。本発明の第３の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部に発生する最大応力σ（ＭＰａ）およびロッド本体部の表面の最大谷深さａ（ｍ）が、１０≧１．１σ（πａ）1/2の関係を満足し、そのことによって、ロッド本体部における脆性破壊の発生が抑制される。そのため、本発明の第３の局面によるコンロッドは、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適している。
【００３１】
本発明の第４の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部は、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有し、ロッド本体部の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量が、０．８ｗｔ％以上である。つまり、Ｈ字状の断面形状を有するロッド本体部は、高濃度浸炭処理を施されている。本発明の第４の局面によるコンロッドでは、ロッド本体部のもっとも断面積の小さな領域において、複数の内側角部に発生するに発生する最大応力σ（ＭＰａ）および複数の内側角部の表面における最大谷深さａ（ｍ）が、１０≧１．１σ（πａ）1/2の関係を満足し、そのことによって、ロッド本体部における脆性破壊の発生が抑制される。そのため、本発明の第４の局面によるコンロッドは、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適している。
【００３２】
本発明によるコンロッドは、各種の内燃機関に好適に用いられる。本発明によるコンロッドは、軽量化に適しているため、本発明によるコンロッドを備えた内燃機関では、応答性が向上する。また、コンロッドが軽量化されることにより、内燃機関における往復部の重量が減少するので、一次振動（ピストンやコンロッドを含む往復部の往復運動によってクランクシャフト一回転につき一回の周期で発生する振動）を低減できる。さらに、本発明によるコンロッドは、疲労強度に優れているので、内燃機関の信頼性も向上する。
【００３３】
本発明によるコンロッドを備えた内燃機関を輸送機器に用いると、一次振動が少ないので、乗員が感じる不快な振動が低減される。また、内燃機関および車体に対して振動対策を施さなくてもよいので、大幅な軽量化を実現できる。
【００３４】
本発明によるコンロッドの製造方法では、熱処理工程において、０．１ｗｔ％以上０．４５ｗｔ％以下の炭素を含む鋼から形成されたワークピースに対して、０．８％以上のカーボンポテンシャルを有する雰囲気下で複数回の浸炭処理が行われる。つまり、ワークピースに対して高濃度浸炭処理が行われる。この高濃度浸炭処理により、ロッド本体部を含むコンロッド全体の硬度が著しく高くなる。さらに、本発明によるコンロッドの製造方法は、ワークピースの表面を平滑化する表面平滑化工程を含んでいるので、この表面平滑化工程により、ロッド本体部表面の少なくとも一部における最大谷深さを所定の値よりも小さくすることができる。そのため、ロッド本体部における脆性破壊の発生を抑制することができる。従って、本発明によるコンロッドの製造方法によれば、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適したコンロッドを製造することができる。
【００３５】
表面平滑化工程は、熱処理工程の前に行ってもよいし、熱処理工程の後に行ってもよい。表面平滑化工程を熱処理工程の前に行うと、ワークピースが比較的柔らかい状態で平滑化を行えるので、短時間で簡単に最大谷深さを小さくすることができる。一方、表面平滑化工程を熱処理工程の後に行うと、平滑化の手法によっては（例えばバレル研磨により平滑化する場合など）、コンロッドの表面に圧縮残留応力を付与することができるので、さらに強度を向上させることができる。
【００３６】
ロッド本体部が、複数の外側角部および複数の内側角部が規定されるＨ字状の断面形状を有する場合、表面平滑化工程は、少なくとも複数の内側角部の表面における最大谷深さが所定の値よりも小さくなるように行われることが好ましい。ロッド本体部がＨ字状の断面形状を有する場合、内側角部において脆性破壊が発生しやすいからである。
【００３７】
より確実に脆性破壊の発生を防止する観点からは、表面平滑化工程は、ロッド本体部の表面全体の最大谷深さが所定の値よりも小さくなるように行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によると、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適したコンロッドおよびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本願発明者は、高濃度浸炭処理を施されたロッド本体部において脆性破壊が発生する原因を仔細に調査した結果、脆性破壊の発生には、ロッド本体部の表面粗さが大きな影響を与えていることを見出した。具体的には、表面粗さを表すパラメーターのうちの１つである「最大谷深さ」をａ（ｍ）とし、コンロッドの使用中の最大応力をσ（ＭＰａ）とした場合、下記式（１）で表される応力拡大係数ＫＩの大小によって脆性破壊が発生するか否かを予測できることがわかった。
【００４０】
ＫＩ＝１．１σ（πａ）1/2      ・・・（１）
【００４１】
本発明は、本願発明者が見出した上記知見に基づいてなされたものである。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
図１（ａ）〜（ｃ）に、本実施形態におけるコンロッド１を示す。図１（ａ）は、コンロッド１を模式的に示す平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）中の１Ｃ−１Ｃ’線に沿った断面図である。
【００４３】
コンロッド１は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、ロッド本体部１０と、ロッド本体部１０の一端に設けられた小端部２０と、ロッド本体部１０の他端に設けられた大端部３０とを備える。コンロッド１は、鋼から形成されている。
【００４４】
ロッド本体部（軸部）１０は、棒状である。ロッド本体部１０の断面形状は、図１（ｃ）に示すように、複数の内側角部１０ａおよび複数の外側角部１０ｂが規定されるＨ字状である。ロッド本体部１０の断面形状がＨ字状であることにより、ロッド本体部１０の強度を保ちつつ軽量化を図ることができる。
【００４５】
小端部２０は、ピストンピンを通すための貫通孔（ピストンピン孔）２２を有する。小端部２０は、ピストンピンを介してピストンに接続される。ピストンピン孔２２の内周面２２ａは、典型的には、ベアリングを介さずにピストンピンと接触する。
【００４６】
大端部３０は、クランクピンを通すための貫通孔（クランクピン孔）３２を有している。大端部３０は、クランクピンを介してクランクシャフトに接続される。クランクピン孔３２内には、典型的には、ローラベアリングなどの転がり軸受けが配置されるため、クランクピン３２の内周面３２ａは、転がり軸受けと接触する。
【００４７】
コンロッド１は、その製造工程において、高濃度浸炭処理を施されている。そのため、ロッド本体部１０の表面から０．１ｍｍの深さにおける炭素含有量（炭素濃度）は、０．８ｗｔ％以上である。コンロッド１の深さ方向における炭素含有量の分布は、例えば電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により測定することができる。
【００４８】
既に述べたように、応力拡大係数ＫＩ（＝１．１σ（πａ）1/2）の大小によって、脆性破壊の発生を予測することができる。高濃度浸炭処理が施されていないロッド本体部では、靭性が高いため、応力拡大係数ＫＩが１８ＭＰａ・ｍ1/2を超えるような大きな値であっても、脆性破壊は発生せず、疲労破壊が発生する。これに対し、高濃度浸炭処理が施されたロッド本体部では、応力拡大係数ＫＩが１０ＭＰａ・ｍ1/2を超えると、脆性破壊が発生する。そのため、疲労破壊が発生しないような大きさの応力でもロッド本体部が破損してしまう。
【００４９】
本実施形態におけるコンロッド１では、応力拡大係数ＫＩが１０以下に設定されている。つまり、ロッド本体部１０に発生する（コンロッド１の使用中に発生すると想定される）最大応力σ（ＭＰａ）およびロッド本体部１０の表面の最大谷深さａ（ｍ）が、下記式（２）の関係を満足する。
【００５０】
１０≧１．１σ（πａ）1/2      ・・・（２）
【００５１】
従って、ロッド本体部１０における脆性破壊の発生が抑制される。そのため、本実施形態におけるコンロッド１は、ロッド本体部１０の強度に優れ、軽量化に適している。
【００５２】
一般的に、高濃度浸炭処理によって高強度化された鋼材では、１４００ＭＰａより大きい応力で疲労破壊が発生するので、高濃度浸炭処理をコンロッドに施す場合には、１４００ＭＰａ以下の応力しか発生しないように設計が行われる。従って、最大応力σが１４００ＭＰａの場合に上記式（２）が満足されるように、最大谷深さａを設定すればよい。式（２）からそのような最大谷深さａを算出すると１３μｍ以下である。従って、ロッド本体部１０の表面の最大谷深さａが１３μｍ以下であれば、ロッド本体部１０における脆性破壊の発生が抑制されるといえる。
【００５３】
なお、必ずしもロッド本体部１０の表面全体にわたって式（２）の関係が満足される（あるいは最大谷深さａが１３μｍ以下である）必要はない。ロッド本体部１０がＨ字状の断面形状を有する場合、脆性破壊は、ロッド本体部１０のもっとも断面積の小さな領域の内側角部１０ａにおいて発生しやすい。コンロッド１を鍛造や鋳造により製造する場合、抜き勾配を考慮すると、外側角部１０ｂよりも内側角部１０ａの方が鋭利な形状となりやすく、鋭利な形状となった内側角部１０ａに応力集中が発生するからである。そのため、ロッド本体部１０のもっとも断面積の小さな領域（典型的には小端部２０近傍）の内側角部１０ａにおいて、式（２）の関係が満足される（あるいは最大谷深さａが１３μｍ以下である）ことにより、ロッド本体部１０における脆性破壊の発生を十分に抑制することができる。勿論、より確実に脆性破壊の発生を防止する観点からは、ロッド本体部１０の表面全体にわたって式（２）の関係が満足される（あるいは最大谷深さａが１３μｍ以下である）ことが好ましい。
【００５４】
また、より確実に脆性破壊の発生を防止する観点からは、表面平滑化工程における製造ばらつきを考慮に入れると、応力拡大係数ＫＩは、９ＭＰａ・ｍ1/2以下であることがより好ましく、最大谷深さａは、１０μｍ以下であることがより好ましい。なお、最大谷深さａを０．２μｍ未満にすることは、製造プロセス上の不利を伴う（例えば後述する表面平滑化工程の長時間化）ことがあるので、製造工程の簡略化という観点からは、最大谷深さａは０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００５５】
続いて、図２を参照しながら、本実施形態におけるコンロッド１の製造方法を説明する。図２は、コンロッド１の製造工程を示すフローチャートである。
【００５６】
まず、０．１ｗｔ％以上０．４５ｗｔ％以下の炭素を含む鋼から鍛造により成形されたワークピースを用意する（準備工程：工程Ｓ１）。０．１ｗｔ％以上０．４５ｗｔ％以下の炭素を含む鋼としては、例えば、クロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４２０を用いることができる。ＳＣＭ４２０は、０．１８〜０．２３ｗｔ％の炭素、０．９０〜１．２０ｗｔ％以下のクロムおよび０．１５〜０．３０ｗｔ％のモリブデンを含む。ワークピースの材料である鋼としては、上述したＳＣＭ４２０の他に、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０なども用いることができる。なお、ここでは鍛造を例示したが、ワークピースを用意する工程における成形手法はこれに限定されるものではない。ワークピースは、例えば、焼結や鋳造、焼結鍛造などによって成形されてもよい。
【００５７】
次に、ワークピースに対して機械加工を行う（工程Ｓ２）。この機械加工により、鍛造後のワークピースの外径寸法が整えられる。例えば、バリ取り、ピストンピン孔２２およびクランクピン孔３２の形成、小端部２０および大端部３０の端面加工などが行われる。
【００５８】
続いて、ワークピースに対して複数回の浸炭処理を含む熱処理を行う（熱処理工程）。具体的には、まず、ワークピースに対して１回目の浸炭および焼入れ（あるいは炉冷）を行う（工程Ｓ３）。１回目の浸炭処理は、０．８％以上のカーボンポテンシャルを有する雰囲気下で行われる。なお、浸炭処理を行うに先立ってワークピースに対してマスキングは行わない。１回目の浸炭処理の温度は、Ａ１変態点（鋼の共析変態温度）以上に設定される。１回目の浸炭処理により、鋼の表面は過剰浸炭される。図３（ａ）に、１回目の浸炭処理によりコンロッド１の表面近傍に形成される金属組織を模式的に示す。図３（ａ）に示しているように、比較的大きなマルテンサイトの結晶粒２’の間に、網目状の炭化物３が析出している。
【００５９】
次に、ワークピースに対して２回目の浸炭、焼入れおよび焼戻しを行う（工程Ｓ４）。２回目の浸炭処理も、０．８％以上のカーボンポテンシャルを有する雰囲気下で行われる。２回目の浸炭処理の温度は、Ａ１変態点以上で、Ａｃｍ変態点（鋼のオーステナイトからセメンタイトが析出する変態温度）以下に設定される。２回目の浸炭処理により、過剰浸炭された表面層の炭素が内部に拡散する。図３（ｂ）に、２回目の浸炭処理によりコンロッド１の表面近傍に形成される金属組織を模式的に示す。図３（ｂ）に示しているように、比較的小さなマルテンサイトの結晶粒２’の間に、微細な粒状の炭化物３が析出している。
【００６０】
続いて、ロッド本体部１０の表面の少なくとも一部における最大谷深さａが所定の値よりも小さくなるように、ワークピースの表面を平滑化する（表面平滑化工程：工程Ｓ５）。この表面平滑化工程は、例えば、遠心バレル研磨機を用いた湿式バレル研磨により行うことができる。また、最大谷深さａをより小さくするために、バレル研磨の後にバフ研磨を行ってもよい。なお、表面平滑化工程を行う手法は、ここで例示したものに限定されない。ペーパーラップや酸洗、電解研磨などにより平滑化を行ってもよい。
【００６１】
その後、ワークピースに対して最終研磨を行う（工程Ｓ６）。例えば、ピストンピン孔２２の内周面２２ａやクランクピン孔３２の内周面３２ａの研磨が行われる。このようにして、コンロッド１が完成する。
【００６２】
本実施形態における製造方法では、０．１ｗｔ％以上０．４５ｗｔ％以下の炭素を含む鋼から形成されたワークピースに対して、０．８％以上のカーボンポテンシャルを有する雰囲気下で浸炭処理が複数回行われる（工程Ｓ３およびＳ４）。つまり、高濃度浸炭処理が行われる。これにより、ロッド本体部１０を含むコンロッド１全体の硬度が著しく高くなる。さらに、本実施形態における製造方法は、ワークピースの表面を平滑化する表面平滑化工程を含んでいるので、この表面平滑化工程により、ロッド本体部１０の表面の少なくとも一部における最大谷深さを所定の値よりも小さくすることができる。そのため、ロッド本体部１０における脆性破壊の発生を抑制することができる。従って、本実施形態における製造方法によれば、ロッド本体部１０の強度に優れ、軽量化に適したコンロッド１を製造することができる。
【００６３】
なお、図２には、表面平滑化工程を熱処理工程の後に行う場合を例示したが、表面平滑化工程は、熱処理工程の前に行ってもよい。図４に、本実施形態におけるコンロッド１の製造方法の他の例を示す。図４に示す例では、鍛造による準備工程（工程Ｓ１）の後に、表面平滑化工程（工程Ｓ２）が行われる。その後、機械加工工程（工程Ｓ３）、熱処理工程（工程Ｓ４およびＳ５）、研磨工程（工程Ｓ６）が順次行われる。
【００６４】
表面平滑化工程を熱処理工程の前に行うと、ワークピースが比較的柔らかい状態で平滑化を行えるので、短時間で簡単に最大谷深さａを小さくすることができる。一方、表面平滑化工程を熱処理工程の後に行うと、平滑化の手法によっては（例えばバレル研磨により平滑化する場合など）、コンロッド１の表面に圧縮残留応力を付与することができるので、さらに強度を向上させることができる。
【００６５】
図５に、本実施形態の製造方法により実際に製造したコンロッド１（実施例１〜４）について、疲労強度を測定した結果を示す。図５は、実施例１〜４のコンロッド１に対して実体曲げ疲労試験を行ったときの、破損までの曲げ繰り返し数Ｎと、最大応力σとの関係を示すグラフである。なお、実施例１〜４のコンロッド１の製造に際しては、粒径６ｍｍの砥粒含有焼成メディア（おにぎり型）を用いて遠心バレル研磨機による湿式バレル研磨を２０分間行うことによって表面平滑化を行った。実施例３、４については、バレル研磨の後にさらにアルミナ粉を用いたバフ研磨を行った。
【００６６】
また、図５には、表面平滑化工程を含まない点以外は本実施形態と同様の製造方法により製造したコンロッド（比較例１〜３）について疲労強度を測定した結果を併せて示している。さらに、図５には、図８を参照しながら説明した従来の製造方法（ロッド本体部へのマスキング工程を含む）により製造されたコンロッド（比較例４〜７）についての結果も示している。実施例１〜３および比較例１〜７のコンロッドについての、ロッド本体部表面の応力拡大係数ＫＩおよび最大谷深さａは、表１に示す通りである。最大谷深さａの測定は、粗さ形状測定器により行った。
【００６７】
【表１】
2010151218.tif 000003
【００６８】
表１からわかるように、実施例１〜４では、最大谷深さａが１３μｍ以下であり、そのことによって応力拡大係数ＫＩが１０ＭＰａ・ｍ1/2以下となっている。これに対し、比較例１〜７では、最大谷深さａが１３μｍを超えており、そのことによって応力拡大係数ＫＩが１０ＭＰａ・ｍ1/2を超えている。比較例１〜７において最大谷深さａが大きくなってしまうのは、ワークピースを成形するプロセスに起因している。例えば鍛造時にワークピースの表面が荒れてしまい、最大谷深さａが大きくなってしまう。そのため、本実施形態のように表面平滑化工程を行わない場合、最大谷深さａは１３μｍを超えてしまう。
【００６９】
図５に示されているように、比較例１〜７では、実施例１〜４に比べて少ない繰り返し数Ｎで破損が発生している。つまり、最大谷深さａが１３μｍ以下である（応力拡大係数ＫＩが１０ＭＰａ・ｍ1/2以下である）実施例１〜４は、最大谷深さａが１３μｍを超える（応力拡大係数ＫＩが１０ＭＰａ・ｍ1/2を超える）比較例１〜７に比べて疲労強度が向上している。図５に示す例では、実施例１〜４の疲労強度は、比較例１〜７の疲労強度に比べて最大で３０％程度向上している。
【００７０】
上述したように、本発明によれば、ロッド本体部１０の強度に優れ、軽量化に適したコンロッド１が得られる。本発明によれば、具体的にはコンロッド１を２０％程度軽量化することが可能になる。なお、図１には、一体型と呼ばれるタイプのコンロッド１を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、大端部が２つに分割された分割型と呼ばれるタイプのコンロッドにも好適に用いられる。また、本実施形態では、浸炭処理を２回行う場合を例示したが、浸炭処理は複数回実行すればよく、特許文献１に記載されているように浸炭処理を３回以上行ってもよい。例えば、真空浸炭の場合、浸炭処理を３回以上行うことが好ましい。
【００７１】
本実施形態におけるコンロッド１は、乗用車、オートバイ、バス、トラック、トラクター、飛行機、モーターボート、土木車両などの各種輸送機器用の内燃機関に好適に用いられる。図６に、本実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００の一例を示す。内燃機関１００は、クランクケース１１０、シリンダブロック１２０およびシリンダヘッド１３０を有している。
【００７２】
クランクケース１１０内にはクランクシャフト１１１が収容されている。クランクシャフト１１１は、クランクピン１１２およびクランクウェブ１１３を有している。
【００７３】
クランクケース１１０の上に、シリンダブロック１２０が設けられている。シリンダブロック１２０には、円筒状のシリンダスリーブ１２１がはめ込まれており、ピストン１２２は、シリンダスリーブ１２１内を往復し得るように設けられている。
【００７４】
シリンダブロック１２０の上に、シリンダヘッド１３０が設けられている。シリンダヘッド１３０は、シリンダブロック１２０のピストン１２２やシリンダスリーブ１２１とともに燃焼室１３１を形成する。シリンダヘッド１３０は、吸気ポート１３２および排気ポート１３３を有している。吸気ポート１３２内には燃焼室１３１内に混合気を供給するための吸気弁１３４が設けられており、排気ポート１３３内には燃焼室１３１内の排気を行うための排気弁１３５が設けられている。
【００７５】
ピストン１２２とクランクシャフト１１１とは、コンロッド１によって連結されている。具体的には、コンロッド１の小端部２０に形成されたピストンピン孔にピストン１２２のピストンピン１２３が挿入されているとともに、大端部３０に形成されたクランクピン孔にクランクシャフト１１１のクランクピン１１２が挿入されており、そのことによってピストン１２２とクランクシャフト１１１とが連結されている。クランクピン孔の内周面とクランクピン１１２との間には、ローラベアリング（転がり軸受け）１１４が設けられている。
【００７６】
本実施形態におけるコンロッド１は、軽量化に適しているため、本実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００では、応答性が向上する。また、コンロッド１が軽量化されることにより、内燃機関１００における往復部の重量が減少するので、一次振動（ピストン１２０やコンロッド１を含む往復部の往復運動によってクランクシャフト１１１一回転につき一回の周期で発生する振動）を低減できる。さらに、本実施形態におけるコンロッド１は、疲労強度に優れているので、内燃機関１００の信頼性も向上する。
【００７７】
図７に、図６に示した内燃機関１００を備えた自動二輪車を示す。図７に示す自動二輪車では、本体フレーム３０１の前端にヘッドパイプ３０２が設けられている。ヘッドパイプ３０２には、フロントフォーク３０３が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク３０３の下端には、前輪３０４が回転可能なように支持されている。
【００７８】
本体フレーム３０１の後端上部から後方に延びるようにシートレール３０６が取り付けられている。本体フレーム３０１上に燃料タンク３０７が設けられており、シートレール３０６上にメインシート３０８ａおよびタンデムシート３０８ｂが設けられている。
【００７９】
また、本体フレーム３０１の後端に、後方へ延びるリアアーム３０９が取り付けられている。リアアーム３０９の後端に後輪３１０が回転可能なように支持されている。
【００８０】
本体フレーム３０１の中央部には、図６に示した内燃機関１００が保持されている。内燃機関１００は、本実施形態におけるコンロッド１を備えている。内燃機関１００の前方には、ラジエータ３１１が設けられている。エンジン１００の排気ポートには排気管３１２が接続されており、排気管３１２の後端にマフラー３１３が取り付けられている。
【００８１】
内燃機関１００には変速機３１５が連結されている。変速機３１５の出力軸３１６に駆動スプロケット３１７が取り付けられている。駆動スプロケット３１７は、チェーン３１８を介して後輪３１０の後輪スプロケット３１９に連結されている。変速機３１５およびチェーン３１８は、内燃機関１００により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。
【００８２】
図７に示した自動二輪車には、本実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００が用いられているので、一次振動が少なく、乗員が感じる不快な振動が低減される。また、車体に対して振動対策を施さなくてもよいので、大幅な軽量化を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明によると、ロッド本体部の強度に優れ、軽量化に適したコンロッドおよびその製造方法が提供される。
【００８４】
本発明によるコンロッドは、各種の輸送機器用の内燃機関（例えば自動二輪車用の内燃機関）に広く用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）中の１Ｃ−１Ｃ’線に沿った断面図である。
【図２】本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は、１回目の浸炭処理によりコンロッド１の表面近傍に形成される金属組織を模式的に示す図であり、（ｂ）は、２回目の浸炭処理によりコンロッド１の表面近傍に形成される金属組織を模式的に示す図である。
【図４】本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】実施例１〜４および比較例１〜７のコンロッドについて、実体曲げ疲労試験を行った結果を示すグラフである。
【図６】本発明の好適な実施形態におけるコンロッド１を備えた内燃機関１００を模式的に示す断面図である。
【図７】図６に示す内燃機関１００を備えた自動二輪車を模式的に示す側面図である。
【図８】従来のコンロッドの製造方法を示すフローチャートである。
【図９】脆性破壊が発生したコンロッド２０１を示す写真である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、コンロッド２０１のロッド本体部の破断面を示す写真である。
【符号の説明】
【００８６】
１    コンロッド
１０    ロッド本体部（軸部）
１０ａ    内側角部
１０ｂ    外側角部
２０    小端部
２２    ピストンピン孔
３０    大端部
３２    クランクピン孔
【図１】
2010151218.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010151218.tif 000009
【図７】
2010151218.tif 000010
【図８】
2010151218.tif 000011
【図９】
2010151218.tif 000012
【図１０】
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