(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造した鍛造粗材の大端部および小端部のみに、７００℃以上の温度でコイニングを施すことを特徴とするコンロッドの製造方法。
【請求項２】
素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造したのち、得られた鍛造粗材の温度が７００℃に低下するまでの間にコイニングを施すことを特徴とする請求項１に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項３】
鍛造粗材の厚さ方向において０．１ｍｍ以上のコイニングを施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項４】
コンロッドがフェライト−パーライト組織を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用ガソリンエンジンなどのレシプロエンジンにおいて、ピストンとクランクシャフトの間を連結するコンロッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のようなコンロッドは、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼を素材として、熱間鍛造したのちトリミングを行い、得られたコンロッド形状の鍛造粗材にショットブラストを施すことによってスケール除去した後、冷間コイニングにより鍛造粗材の形状を矯正し、寸法精度を向上させることによってその後の機械加工による切削代を少なくし、機械加工工数の削減を図っていた。
【０００３】
この場合の冷間コイニングは、本来、コンロッド形状に熱間鍛造された鍛造粗材の大端部および小端部に厚さ方向に塑性変形を与え、大小端部の厚さ精度と面の平行度を向上させ、機械加工時の削り代を少なくしようとするものであるが、鍛造粗材の大端部および小端部のみに塑性加工を施した場合には、矯正された大小端部の平行度が大小端部を連結する桿部の弾性変形分だけ狂ってしまうことから、この桿部の弾性変形を抑えるために、大小端部と同時に桿部にも冷間コイニングを与えるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のコンロッドの製造方法においては、とくに、フェライト−パーライト組織のコンロッドに適用した場合、図９に示すように、冷間コイニングを施すことによって製品の座屈強度が約３割も低下するという問題点があり、このような問題点の解消が、コンロッドの高強度化を図るうえでの課題となっていた。また、桿部に冷間コイニングを施すことにより残留引張応力を生じ、疲労強度が低下することが知られていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、従来のコンロッドの製造方法における上記課題に着目してなされたものであって、コンロッド形状に熱間鍛造された鍛造粗材の大端部および小端部の厚さ精度および平行度を向上させて機械加工工数を削減することができ、しかも製品コンロッドの座屈強度低下と疲労強度低下を引き起こすようなことのないコンロッドの製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わるコンロッドの製造方法は、素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造した鍛造粗材の大端部および小端部のみに、７００℃以上の温度でコイニングを施す構成としており、このようなコンロッドの製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００７】
本発明に係わるコンロッドの製造方法の実施態様として請求項２に係わる製造方法においては、素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造したのち、得られた鍛造粗材の温度が７００℃に低下するまでの間にコイニングを施す構成としたことを特徴としており、同じく実施態様として請求項３に係わるコンロッドの製造方法においては、鍛造粗材の厚さ方向において０．１ｍｍ以上のコイニングを施す構成としたことを特徴としており、請求項４に係わるコンロッドの製造方法においては、コンロッドがフェライト−パーライト組織を備えている構成としたことを特徴としており、このようなコンロッドの製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるコンロッドの製造方法は、コンロッド形状に熱間鍛造された鍛造粗材の大端部および小端部のみに、冷間コイニングではなく、７００℃以上の温度、すなわち熱間でコイニングを施すようにしたものであり、鍛造粗材の桿部にはコイニングを施す必要はない。このとき、設備の都合に応じて、鍛造後７００℃以上に再加熱してコイニングを行うことも、請求項２に記載しているように、熱間鍛造に引き続いて、鍛造粗材の温度が７００℃未満に低下しないうちにコイニングを施すようにすることも可能である。
【０００９】
また、コイニング時の加工量については、コイニングの効果を確実なものとする観点から、請求項３に記載しているように、鍛造粗材の厚さ方向に０．１ｍｍ以上とすることが望ましく、コンロッドの形状，サイズに応じて１．４ｍｍまでの範囲の加工を施すことができる。
【００１０】
さらに、素材鋼としては、例えばＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼鋼材のうちの中炭素レベルのものを使用することができ、鍛造性や製品コンロッドの強度の観点から、炭素含有量としては、０．３０〜０．４８重量パーセント、マンガン含有量としては、０．６〜１．８重量パーセントのものを使用することが望ましい。
【００１１】
なお、本発明に係わるコンロッドの製造方法において、７００℃以上にコイニング温度を規定しているのは、コイニング温度が７００℃未満の場合には、十分な座屈強度が得られないばかりでなく、鍛造粗材の弾性変形を十分に防止することができず、熱間コイニングによる形状矯正効果が十分に得られなくなることによる。
【００１２】
本発明に係わるコンロッドの製造方法は、上記のように、熱間鍛造した鍛造粗材に熱間でコイニングを施すものであるが、具体的な製造手順としては、例えば図１に示すような工程が採用される。
【００１３】
すなわち、図１に示したコンロッドの製造工程においては、素材鋼を，例えば１１５０℃〜１２５０℃程度に加熱し、この温度域で熱間鍛造を行い、コンロッド形状にトリミングされた鍛造粗材に７００℃〜１２００℃の温度範囲でコイニングを施す。そして、空冷後ショットブラストによって鍛造粗材の表面のスケールを除去したのち、機械加工によって製品コンロッドに仕上げられる。
【００１４】
なお、この場合の桿部の疲労強度は、冷間コイニングを行わないため、従来工法より改善される。
【００１５】
また、機械加工時の切削代を少なくして、機械加工の工数をさらに低減しようとする場合には、図２に示すように、機械加工に先だって鍛造粗材に冷間コイニングを施すようになすことも可能である。なお、この場合の冷間コイニングは、鍛造粗材の大小端部のみに施すものであって、桿部は塑性変形しないので、製品コンロッドの座屈強度が低下するようなことはない。
【００１６】
桿部の疲労強度は、図１と同様に改善される。
【００１７】
図３は、座屈強度，疲労強度共に高い水準を要求される場合に採用される工程の一例を示し、図１に示した工程のショットブラストに替えてショットピーニングを行うことにより、鍛造粗材表面のスケール除去をすると共に、コンロッド表面に圧縮残留応力を生じさせて疲労強度を向上させるようにしている。
【００１８】
さらに、図４は、座屈強度，疲労強度共に高い水準を要求され、しかも機械加工工数をさらに低減しようとする場合の製造工程を示すものである。すなわち、熱間コイニングを施され、空冷された鍛造粗材は、ショットブラストによってスケール除去され、図２に示した工程の場合と同様に、大小端部のみに冷間コイニングが施された後、ショットピーニングにより表面に圧縮残留応力が付与され、次いで、機械加工仕上げが行われる。
【００１９】
図５および図６は、図３および図４に示した工程におけるトリムと熱間コイニングの順序を入れ替えることによって、鍛造粗材の搬送を簡略化した工程例を示すものである。すなわち、鍛造工程においては、通常複数（例えば２個）のコンロッドを同時に鍛造するようになっており、図１ないし図４に示したように、コイニングの先にトリミングを実施した場合には、複数個に分割された状態の鍛造粗材を鍛造プレスからコイニングプレスに移送せねばならなくなることから搬送が繁雑なものとなる。
【００２０】
したがって、図５および図６の工程のように、熱間コイニングの後にトリミングを行うようにすれば、鍛造粗材をまとまった状態でコイニングプレスに搬送することができ、鍛造粗材の搬送が容易なものとなる。なお、図１および図２に示した工程においても、トリムと熱間コイニングの順序を入れ替えることによって、同様に鍛造粗材の搬送を容易なものとすることができることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるコンロッドの製造方法においては、熱間鍛造して得られた鍛造粗材の大端部および小端部のみに、７００℃以上の温度、すなわち熱間でコイニングを施すようにしていることから、この熱間コイニングによって鍛造粗材の寸法精度や平行度が向上して、機械加工工数の削減が可能になると共に、鍛造粗材の桿部が冷間で塑性加工されることがないので、製品コンロッドの座屈強度の低下を防止することができる。さらに、コイニングのための押し型やローラーの形状を単純なものにすることができ、鍛造粗材の位置決めを容易に行うことができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明に係わるコンロッドの製造方法の実施態様として請求項２に係わる製造方法においては、熱間鍛造により得られた鍛造粗材の温度が７００℃に低下するまでの間にコイニングを施すようにしているので、鍛造粗材の再加熱が不要になって、工程を合理化することができ、同じく実施態様として請求項３に係わるコンロッドの製造方法においては、０．１ｍｍ以上のコイニング量を与えるようにしているので、鍛造粗材の寸法精度や平行度を確実に向上させることができ、請求項４に係わるコンロッドの製造方法においては、本発明方法をとくにフェライト−パーライト組織のコンロッドに適用するようにしているので、組織的に冷間コイニングによる座屈強度の低下が顕著なコンロッドにおける機械加工工数の低減と高強度化が可能になるという優れた効果が発揮される。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明に係わるコンロッドの製造方法を実施例に基づいて、具体的に説明する。
【００２４】
発明例
Ｃ：０．４０ｗｔ％，Ｓｉ：０．２５ｗｔ％，Ｍｎ：０．８０ｗｔ％の組成を有する素材鋼を約１２００℃に加熱して、コンロッド形状に熱間鍛造し、トリミングすることにより、図７に示すような鍛造粗材１を得た。
【００２５】
次に、上記によって得られた鍛造粗材１の大端部１ａおよび小端部１ｂに、図８（ａ）に示すように、約９００℃において１．２ｍｍの熱間コイニングを施し、空冷後、ショットブラストによって鍛造粗材１の表面のスケールを除去して、さらに機械加工を施すことにより、所定寸法のコンロッドに仕上げた。
【００２６】
このようにして得られたコンロッドを圧縮試験機にかけ、座屈強度を測定した結果、１１．０ｔの座屈強度が得られた。
【００２７】
比較例
上記発明例と同一の素材鋼を用いて、同一条件で熱間鍛造することにより同一寸法の鍛造粗材１を得た。そして空冷後、ショットブラストによって表面のスケールを除去したのち、図８（ｂ）に示すように、鍛造粗材１の大端部１ａ，小端部１ｂおよび桿部１ｃに、塑性変形量１．２ｍｍの冷間コイニングを施し、さらに機械加工を施すことによって所定寸法のコンロッドに仕上げた。
【００２８】
そして、このようにして得られたコンロッドを圧縮試験機にかけ、座屈強度を測定した結果、８．５ｔの座屈強度が得られた。
【００２９】
これらの結果から明らかなように、冷間コイニングによって、鍛造粗材１の形状矯正を行った比較例では、８．５ｔの座屈強度しか得られないのに対し、同様の形状矯正を熱間コイニングによって実施した本発明の実施例においては、１１．０ｔの座屈強度が得られることが確認され、鍛造粗材１に熱間でコイニングを施すことによって、座屈強度の低下を引き起こすことなく鍛造粗材１の寸法精度および平行度を向上させることができ、機械加工による仕上げ工数の削減が可能であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるコンロッドの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】本発明に係わるコンロッドの製造方法の他の実施形態として、機械加工工数を削減を図るための工程図である。
【図３】本発明に係わるコンロッドの製造方法の他の実施形態として、座屈強度と共に、疲労強度の向上を図るための工程図である。
【図４】本発明に係わるコンロッドの製造方法の他の実施形態として、座屈強度および疲労強度の向上、機械加工工数を削減を図るための工程図である。
【図５】本発明に係わるコンロッドの製造方法のさらに他の実施形態として、図３に示した工程における鍛造粗材の搬送の簡略化を図るための工程図である。
【図６】本発明に係わるコンロッドの製造方法のさらに他の実施形態として、図４に示した工程における鍛造粗材の搬送の簡略化を図るための工程図である。
【図７】本発明に係わるコンロッドの製造方法における鍛造粗材の形状を示す概略説明図である。
【図８】（ａ）  本発明に係わるコンロッドの製造方法における熱間コイニングの要領を示す概略図である。
（ｂ）  従来のコンロッドの製造方法における冷間コイニングの要領を示す概略図である。
【図９】従来のコンロッドの製造方法において、冷間コイニング量と座屈強度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  鍛造粗材
１ａ  大端部
１ｂ  小端部
【図１】
0003562198.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003562198.tif 000004
【図４】
0003562198.tif 000005
【図５】
0003562198.tif 000006
【図６】
0003562198.tif 000007
【図７】
0003562198.tif 000008
【図８】
0003562198.tif 000009
【図９】
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