(57)【要約】【課題】良好な破断面を得て高い真円度を実現し、コスト的にも極めて有利なコンロッドの破断分割方法及び装置を提供する。【解決手段】コンロッド１００のクランクピン孔１０３に破断分割治具であるマンドレル１を嵌入し、破断分割治具を介して大端部１０１にコンロッド１００の長手方向に破断荷重を付与して、大端部１０１を破断する。締結ボルト１０５が装着される一対のボルト挿通孔１０８にそれぞれガイドピン１５を挿入し、ガイドピン１５と実質的に平行に破断荷重を付与する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンロッドのクランクピン孔に破断分割治具を嵌入し、この破断分割治具を介して大端部に前記コンロッドの長手方向に破断荷重を付与して、前記大端部を破断するようにしたコンロッドの破断分割方法であって、
締結ボルトが装着される一対のボルト挿通孔にそれぞれガイドピンを挿入し、前記ガイドピンと実質的に平行に破断荷重を付与することで破断分割を実施することを特徴とするコンロッドの破断分割方法。
【請求項２】
前記大端部を前記コンロッドの長手方向に２分するように破断部を設定し、前記大端部の破断後、前記ガイドピンは該破断部の破断面から突出することを特徴とする請求項１に記載のコンロッドの破断分割方法。
【請求項３】
前記ガイドピンは少なくとも前記破断部を跨ぐように前記ボルト挿通孔に挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンロッドの破断分割方法。
【請求項４】
前記ガイドピンはそのフランジにて、前記大端部における前記締結ボルトに対する座面に当接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンロッドの破断分割方法。
【請求項５】
コンロッドのクランクピン孔に破断分割治具を嵌入し、この破断分割治具を介して大端部に前記コンロッドの長手方向に破断荷重を付与して、前記大端部を破断するようにしたコンロッドの破断分割装置であって、
締結ボルトが装着される一対のボルト挿通孔にそれぞれ挿入されるガイドピンを有し、前記ガイドピンと実質的に平行に破断荷重を付与することで破断分割を実施することを特徴とするコンロッドの破断分割装置。
【請求項６】
前記ガイドピンは少なくとも前記大端部の破断部を跨ぐように前記ボルト挿通孔に挿入される長さを有することを特徴とする請求項５に記載のコンロッドの破断分割装置。
【請求項７】
前記ガイドピンは、前記大端部における前記締結ボルトに対する座面に当接するフランジを有することを特徴とする請求項５又は６に記載のコンロッドの破断分割装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等に使用される部品、特にコンロッドを製造するのに好適なコンロッドの破断分割方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クランクピンに連結される大端部とピストンピンに連結される小端部を有するコンロッドの製造において、鍛造等によりコンロッドを一体成形した後、大端部をキャップ部とロッド部に破断分割する方法が一般に行われている。
かかる破断分割方法の例を、図６を用いて説明するとコンロッド１００は大端部１０１と小端部１０２を有し、大端部１０１のクランクピン孔１０３に一対の半円状の治具である、２分割構成（１Ａ，１Ｂ）のマンドレル１が挿入される。マンドレル１に形成された楔孔２に楔３を打ち込むことで、予めクランクピン孔１０３の内周に設けた２箇所の分割用溝もしくはノッチ１０４にそれぞれ亀裂を発生させ、コンロッド１００をその長手方向に離反させて大端部１０１をキャップ部１０１Ａとロッド部１０１Ｂに分割する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１‐１８３５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の場合、ノッチ１０４に対応する２箇所の破断部位が破断開始するタイミングには実際には僅かな時間差が生じてしまう。２箇所とも未破断の間は引張り応力Ｆがかかっているが、いずれか一方が先に破断されると（先破断）、その後に破断する他方の箇所（後破断）に曲げがかかってしまい、その破断面には延性破面が生じ易い。延性破面が生じた場合、この破断面同士を合せても正確に合せることができずに、即ち位置ずれが生じてしまい、破断前に対してクランクピン孔１０３の真円及び再組み真円度が低下してしまう。
【０００５】
近年、例えば特許文献１に開示されるように高い真円度を実現する技術が提案されている。マンドレルは４分割構成され、その中心の楔孔に楔を打ち込むことで、クランクピン孔の高い真円度を確保している。この場合、２分割構成のマンドレルに対して製造コストが高く、そのままでは延性破断面の問題を解消し得ない等の問題がある。
【０００６】
本発明はかかる実情に鑑み、良好な破断面を得て高い真円度を実現し、コスト的にも極めて有利なコンロッドの破断分割方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるコンロッドの破断分割方法は、コンロッドのクランクピン孔に破断分割治具を嵌入し、この破断分割治具を介して大端部に前記コンロッドの長手方向に破断荷重を付与して、前記大端部を破断するようにしたコンロッドの破断分割方法であって、締結ボルトが装着される一対のボルト挿通孔にそれぞれガイドピンを挿入し、前記ガイドピンと実質的に平行に破断荷重を付与することで破断分割を実施することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のコンロッド破断分割方法において、前記大端部を前記コンロッドの長手方向に２分するように破断部を設定し、前記大端部の破断後、前記ガイドピンは該破断部の破断面から突出することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のコンロッドの破断分割方法において、前記ガイドピンは少なくとも前記破断部を跨ぐように前記ボルト挿通孔に挿入されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のコンロッドの破断分割方法において、前記ガイドピンはそのフランジにて、前記大端部における前記締結ボルトに対する座面に当接することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるコンロッドの破断分割装置は、コンロッドのクランクピン孔に破断分割治具を嵌入し、この破断分割治具を介して大端部に前記コンロッドの長手方向に破断荷重を付与して、前記大端部を破断するようにしたコンロッド破断分割装置であって、締結ボルトが装着される一対のボルト挿通孔にそれぞれ挿入されるガイドピンを有し、前記ガイドピンと実質的に平行に破断荷重を付与することで破断分割を実施することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のコンロッドの破断分割装置において、前記ガイドピンは少なくとも前記大端部の破断部を跨ぐように前記ボルト挿通孔に挿入される長さを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のコンロッドの破断分割装置において、前記ガイドピンは、前記大端部における前記締結ボルトに対する座面に当接するフランジを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大端部の分割破断時に２箇所の破断部の破断開始に時間差が生じてもボルト挿通孔に挿入されたガイドピンが、その破断部を拘束ガイドし、曲げ変形が進行するのを抑制するように作用する。この場合、ガイドピンはボルト挿通孔に対して、十分な長さを有しているので、破断部に曲げがかかるのをより確実に抑止して実質的に引張り応力が付与される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるコンロッドの破断分割装置の構成例を示す平面図である。
【図２】本発明によるコンロッドの破断分割装置の要部構成例を示す平面図である。
【図３】本発明によるコンロッドの破断分割方法に用いるガイドピンまわりの具体的構成例を示す一部破断正面図である。
【図４】本発明に係る破断分割方法を工程順に示すフローチャートである。
【図５】本発明によるコンロッドの破断分割装置の作用を従来例との比較において示す図である。
【図６】従来のコンロッドの破断分割方法もしくは装置の作用等を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき、従来例と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて、本発明によるコンロッドの破断分割方法及び装置における好適な実施の形態を説明する。
ここで先ず、本実施形態においても前述したようにコンロッド１００は両端に、大端部１０１と小端部１０２を有する。そして、図１に示されるように大端部１０１のクランクピン孔１０３に、破断分割治具である２分割構成のマンドレル１（１Ａ，１Ｂ）が挿入される。マンドレル１に形成された楔孔２に楔３が打ち込まれるようになっている。また、コンロッド１００のクランクピン孔１０３の内周面には予めその直径方向、即ちコンロッド１００の長手方向と直交方向における対向位置に、クランクピン孔１０３の軸方向に例えばＶ字状の切欠き溝である一対のノッチ１０４が形成される。このためノッチ１０４を起点として形成される破断部、大端部１０１をコンロッド１００の長手方向に２分するように設定される。
【００１７】
図１は、本発明によるコンロッド破断分割方法に使用する破断分割装置１０の例を示している。破断分割装置１０はコンロッド１００を載置するためのセットプレート１１を有し、コンロッド１００はセットプレート１１上に水平に載置される。セットプレート１１の一端側にはコンロッド１００を拘束するための固定治具１２が配置される。この例ではキャップ部１０１Ａ及びロッド部１０１Ｂを締結するための一対の締結ボルト１０５（なお、この締結ボルト１０５は、大端部１０１の破断分割時には当然ながら使用されない）の座面１０６に間接的に当接するもの（１２Ａ）と、キャップ部１０１Ａの頂点に当接するもの（１２Ｂ）との３つの支持用の固定治具１２とする。なお、キャップ１０１Ａの頂点に当接するもの（１２Ｂ）については無くてもよい。
【００１８】
マンドレル１はそのパーティングラインが、ノッチ１０４相互間を結ぶ直線と一致するようにクランクピン孔１０３内にセットされる。なお、楔３はマンドレル１の上方にて上下動可能に垂架・支持され、図示を省略するが、例えば油圧装置等を駆動源とする駆動装置により所定タイミングで降下するように作動制御され、これにより楔３が楔孔２に打ち込まれる。
【００１９】
また、セットプレート１１の他側はスライドプレート１１Ａとしてセットプレート１１に対して図１の矢印Ｘのように水平方向にスライド可能に構成される。スライドプレート１１Ａ上には位置決め１４が立設されており、この位置決めピン１４は小端部１０２のピストンピン孔１０７に嵌入して該小端部１０２側を位置決めガイドするようになっている。
【００２０】
本発明では特に、大端部１０１側を拘束するために固定治具１２にてセットする際、図２のように大端部１０１に形成された締結ボルト１０５の各ボルト穴１０８にガイドピン１５が挿入される。この例ではガイドピン１５はフランジ１５ａを有し、前述した固定治具１２Ａがガイドピン１５のフランジ１５ａを介して、締結ボルト１０５の座面１０６に間接的に当接するようにしている。
【００２１】
ここで、図３はガイドピン１５まわりを具体的に示している。ボルト穴１０８はボルト挿通部（もしくは挿通孔）１０８ａとメネジ部１０８ｂを有する。大端部１０１の破断分割後にそのキャップ部１０１Ａ及びロッド部１０１Ｂを、締結ボルト１０５を用いて締結する際には、締結ボルト１０５が座面１０６側からボルト穴１０８に挿入され、該締結ボルト１０５のネジ部がメネジ部１０８ｂに螺合するようになっている。なお、ガイドピン１５の断面形状としては典型的には円形とする。
【００２２】
この場合、ガイドピン１５はボルト挿通孔１０８ａに挿入されるが、ボルト挿通孔１０８ａは、座面１０６からクランクピン孔１０３の中心Ｏを越えて、メネジ部１０８ｂとの境界まで形成される。ガイドピン１５についても座面１０６からクランクピン孔１０３の中心Ｏを越えて、即ち中心Ｏを跨ぐようにして該境界の直近まで挿入される。つまり、ボルト穴１０８に対して、大端部１０１の破断分割の際にその破断部を拘束ガイドするのに十分な長さのガイドピン１５が挿入される。
【００２３】
次に、上記のように構成される破断分割装置１０を用いて実施される破断分割方法の例を説明する。図４は、本発明に係る破断分割方法を工程順に示すフローチャートである。図１等を適宜参照して先ず、ステップＳ１において、破断分割すべきコンロッド１００をセットプレート１１にセットする。この場合、上述のように大端部１０１のクランクピン孔１０３にマンドレル１が装着され、小端部１０２側は位置決めピン１４により位置決めガイドされる。各ボルト穴１０８には予め、ガイドピン１５が挿入される。ステップＳ２において、楔３がマンドレル１の楔孔２に挿入されるが、このとき楔３には予備荷重を付与するのに留める。
【００２４】
ステップＳ３において、２つの座面１０６とキャップ部１０１Ａの頂点とに対して、大端部１０１は３つの支持用の固定治具１２で３点支持される。
ステップＳ４において、破断分割装置１０によりマンドレル１に対して本荷重で楔１を打ち込み、これにより大端部１０１に所定の破断荷重を付与する。この破断荷重は、大端部１０１に対してコンロッド１００の長手方向に沿った引張り荷重であり、その荷重方向は実質的にボルト挿通孔１０８ａ及びガイドピン１５と平行である。
【００２５】
ステップＳ５において、マンドレル１の各ピース１Ａ，１Ｂが相互に離反するように押し広げられることで、大端部１０１はキャップ部１０１Ａ及びロッド部１０１Ｂに破断分割される。破断部はノッチ１０４相互間を結ぶ直線の延長線上に位置するが、このときロッド部１０１Ｂ側、即ちコンロッド１００はキャップ部１０１Ａを固定治具１２側に残したまま、スライドプレート１１Ａと共に図１の矢印Ｘ方向にスライド移動される。前述のようにガイドピン１５は、クランクピン孔１０３の中心Ｏを跨ぐように挿入されるため、大端部１０１の破断後、その破断面から先端部が突出する。
【００２６】
特にステップＳ３において、大端部１０１の破断部を拘束ガイドするのに十分な長さのガイドピン１５を挿入すべく、ガイドピン１５等の具体的な数値例において、座面１０６からクランクピン孔１０３の中心Ｏまでの長さＬ1、ボルト挿通孔１０８ａに挿入されるガイドピン１５の長さＬ2、ボルト挿通孔１０８ａの長さＬ3は例えば次のように設定される。
Ｌ1＝２４ｍｍ
Ｌ2＝３０ｍｍ
Ｌ3＝３５ｍｍ
また、ボルト挿通孔１０８ａの直径Ｄ1、ガイドピン１５の直径Ｄ2は例えば次のように設定される。
Ｄ1＝９．４０ｍｍ
Ｄ2＝９．３９ｍｍ
更に、上記数値例において、次の関係となる。
Ｄ2／Ｄ1＝９９．８９％；（Ｌ2−Ｌ1）／（Ｌ3−Ｌ1）＝５４％；
（Ｌ2−Ｌ1）／Ｂ＝６３．９％
【００２７】
なお、上記の場合コンロッド１００の硬度が３０ＨＲＣ程度であるの対して、ガイドピン１５の硬度として好ましくは５０〜６０ＨＲＣとする。また、コンロッド１００としてＳＣ材ベースの非調質鋼を使用する。
【００２８】
本発明によれば、大端部１０１の分割破断時に２箇所のノッチ１０４を起点にして破断が開始する。図５（Ａ）に模式的に示すように仮に左右の破断開始に時間差が生じ、この図示例のように左側が先に、右側が後に破断する場合でもボルト穴１０８の特にボルト挿通孔１０８ａに挿入されたガイドピン１５が、その破断部を拘束ガイドし、曲げ変形が進行するのを抑制するように作用する。
【００２９】
この場合、ガイドピン１５はボルト挿通孔１０８ａに対して、十分な長さを有しているので、破断部に曲げがかかるのをより確実に抑止して実質的に引張り応力Ｆが付与される。また、ガイドピン１５はそのフランジ１５ａにて座面１０６に対して面当りで当接し、ガイドピン１５の破断部に対する拘束ガイド機能をより的確なものにする。その際、固定治具１２Ａはガイドピン１５のフランジ１５ａを介して、座面１０６に間接的に当接し、即ち固定治具１２Ａは座面１０６に直接当接しない。このため破断時に楔１の打込みによる衝撃が作用しても、固定治具１２Ａが座面１０６を損傷する等の心配がなく、安全性を保証する。この結果、破断部は延性破断面のない良好な破断面となり、再組み真円度も大幅に向上することができる。また、破断分割時にボルト穴１０８の倒れが発生しないため、キャップ部１０１Ａ及びロッド部１０１Ｂの組付け不良等の有効に防止することができる。
【００３０】
ちなみに、ガイドピン１５を用いなければ、図５（Ｂ）のように破断部において、曲げ応力Ｍが発生し、破断面に延性破面が生じ易く、そのままでは再組み真円度が低下してしまう。
【００３１】
なお、キャップ部１０１Ａ及びロッド部１０１Ｂに破断分割後に締結ボルト１０５を用いてそれらを締結し、大端部１０１を仕上げ加工し、本発明による効果を評価した。
破断実施結果において、次の表１は従来と本発明のそれぞれ、破断分割前後の真円度の変化量及びそれらの平均値と、仕上げ加工後クランクシャフト組付を模擬した再組み真円度の測定結果を示している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
本発明において、破断分割前後の真円度変化量と再組み真円度とも従来に対して向上が認められ、破断分割前後の真円度変化量は30%、また、再組み真円度は15%小さくすることができた。
しかもその場合、複雑な構成のマンドレル等を用いないで済むため、コスト的にも極めて有利である。
【００３４】
ここで、本発明の変形例について説明する。
イ）ガイドピン１５の硬度として、コンロッド１００と同等又はそれ以下の硬度とすることも可能である。
ガイドピン１５の破断部に対する拘束ガイド機能としては典型的には硬度が大きいことが好ましいが、破断荷重の大小等との関係でコンロッド１００と同等又はそれ以下の硬度でもかかる拘束ガイド機能を確保することができる。また、このように硬度を小さくすることでボルト挿通孔１０８ａに対する変形あるいは損傷等を防止することができる。
【００３５】
ロ）ガイドピン１５がフランジ１５ａを持たず、固定治具１２Ａが座面１０６全体に面当りするようにすることも可能である。その場合、ガイドピン１５の長さとして、少なくとも破断部を跨ぐように挿入される長さを有する。
分割破断時に固定治具１２Ａの座面１０６に対する損傷等を防止する点では、フランジ１５ａは有効に作用するが、固定治具１２Ａ自体にフランジ１５ａと同等の機能を持たせることができる。
【００３６】
ハ）ボルト挿通孔１０８ａの直径Ｄ1及びガイドピン１５の直径Ｄ2につき、Ｄ1＞Ｄ2の他にＤ1≒Ｄ2とすることも可能である。
分割破断時にガイドピン１５はボルト挿通孔１０８ａに対して相対的にスライドするため、典型的には両者間には一定の間隙を設定する。一方でガイドピン１５の拘束ガイド機能の点からはそのような間隙が大き過ぎない方がよく、両者の径を同等程度とすることもできる。
【００３７】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態において用いた数値は、本発明の典型的且つ好適な例を示すものであり、コンロッドの大きさ寸法や硬度等のパラメータに応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  マンドレル、２  楔孔、３  楔、１０  破断分割装置、１１  セットプレート、１１Ａ  スライドプレート、１２  固定治具、１４  位置決めピン、１５  ガイドピン、１５ａ  フランジ、１００  コンロッド、１０１  大端部。
【図１】
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【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】
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