(57)【要約】【課題】  フレッティング磨耗を適切に防ぐことを可能にするコネクティングロッドを提供する。【解決手段】  小端部２０と、大端部３０と、これらを連結する連結部４０とを備え、連結部４０の表面に肉盗みを有するコネクティングロッド１０において、大端部３０側に位置する肉盗み４２の側方端４２ａ、４２ｂを、大端部３０のコンロッドボルト取付穴３８のコネクティングロッド１０中心側の端縁を通る直線Ｌ１と、大端部３０のクランクピン穴３２の内周面に接すると共に小端部２０側の所定の燃焼荷重点ａを通る直線Ｌ２との間に位置させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小端部と、大端部と、これら小端部および大端部を連結する連結部とを備え、前記連結部の表面に肉盗みを有するコネクティングロッドにおいて、
前記大端部側に位置する前記肉盗みの側方端を、前記大端部のコンロッドボルト取付穴のコネクティングロッド中心側の端縁を通る直線と、前記大端部のクランクピン穴の内周面に接すると共に前記小端部側の所定の燃焼荷重点を通る直線との間に位置させることを特徴とするコネクティングロッド。
【請求項２】
前記肉盗みは、前記側方端から前記肉盗みの内方へ向けて肉盗み量が大きくなるようにされており、これにより所定角度の斜面が前記肉盗みの側方端部に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッド。
【請求項３】
前記燃焼荷重点は、前記小端部のピストンピン穴のうち、前記大端部に最も近接する端部に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクティングロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクティングロッドは、一般に小端部と、大端部と、これらを連結する連結部とを備え、連結部の表面に肉盗みを有して構成されていて、肉盗みを設けることにより、例えばその軽量化が図られている。肉盗みを有するコネクティングロッドには、断面形状がいわゆるＩ字型のものがある。そのようなコネクティングロッドには、各気筒の燃焼・膨張行程において、燃焼室内の爆発力が圧縮力として作用するだけでなく、クランクシャフトの回転に伴ってピストンの自重等により生じる慣性力が引張力や捩れ力となって作用し、これによりコネクティングロッドの大端部のクランクピン穴や、その小端部のピストンピン穴が楕円形に変形するような変形モードが生じる。特に、大端部のクランクピン穴周りには、大きな荷重が局所的にかかり、均一に荷重がかからなくなることがあり、その中には極端に荷重が集中する箇所が生じ、いわゆるフレッティング磨耗が生じる問題がある。そして、このフレッティング磨耗が進行するとフレッティング疲労に至り、大端部の強度等が低下することになり好ましくない。
【０００３】
そこで、そのようなフレッティング磨耗を防ぐべく、特許文献１によれば、小端部と、大端部と、前記小端部と前記大端部とを連結する連結部とを具備したコネクティングロッドにおいて、大端部を、その中心線と小端部の中心線を通る中心平面と平行な大端部のベアリングとの接触面に接する平面より外側において連結部と接続させることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２４０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記特許文献１に記載のものでも、フレッティング磨耗の防止には限界があり、より適切にフレッティング磨耗を防止できるコネクティングロッドが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解消し、フレッティング磨耗を適切に防ぐことを可能にするコネクティングロッド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】
上記課題を解決するために、本発明によるコネクティングロッドは、小端部と、大端部と、これら小端部および大端部を連結する連結部とを備え、前記連結部の表面に肉盗みを有するコネクティングロッドにおいて、前記大端部側に位置する前記肉盗みの側方端を、前記大端部のコンロッドボルト取付穴のコネクティングロッド中心側の端縁を通る直線と、前記大端部のクランクピン穴の内周面に接すると共に前記小端部側の所定の燃焼荷重点を通る直線との間に位置させることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、大端部のクランクピン穴回りに燃焼荷重がバランスよく及ぼされることになり、大端部の変形が生じ難くなるので、フレッティング磨耗が生じるのを適切に防ぐことが可能となる。
【０００９】
好ましくは、前記肉盗みは、前記側方端から前記肉盗みの内方へ向けて肉盗み量が大きくなるようにされており、これにより所定角度の斜面が前記肉盗みの側方端部に形成される。これにより、大端部周りの肉厚を急激に減じることがなくなり、より大端部周りの強度を保つことが可能になり、大端部の変形を抑制し、フレッティング磨耗の発生を抑制することが出来る。なお、この斜面の傾斜は、約２０°であることが好ましい。
【００１０】
また、前記燃焼荷重点は、前記小端部のピストンピン穴のうち、前記大端部に最も近接する端部に設定されることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のコネクティングロッドによれば、フレッティング磨耗を適切に防ぐことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るコネクティングロッドについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態におけるコネクティングロッドの正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３は図１のＢ―Ｂ線に沿った断面図であり、図４は図３下方のクランクピン穴回りの面の解析結果である。
【００１４】
本実施形態におけるコネクティングロッド１０はレシプロエンジンに適用されるものであり、小端部２０と、大端部３０と、これらを連結する連結部４０とを備えていて、この連結部４０に肉盗み４２を有している。この肉盗み４２は、コラム部とも称され得る連結部４０の断面形状がＩ字型断面となるように、その両側の表面、すなわちその正面および背面に形成される。なお、肉盗みが施される面は両方の表面に限定されず、一方の表面とすることも可能である。
【００１５】
小端部２０には、ピストンピン穴２２が設けられ、このピストンピン穴２２にはピストンピン（不図示）が挿入され、このピストンピンによって小端部２０とピストンとが連結される。一方、大端部３０には、クランクピン穴３２が設けられ、このクランクピン穴３２にはクランクシャフトのクランクピン（不図示）が挿入される。クランクピン穴３２の内面にはコンロッドベアリングとしてのメタルベアリング３４が嵌挿され、このメタルベアリング３４の内側にクランクピンが回転自在に嵌め込まれ、大端部３０とクランクシャフトとが連結される。コネクティングロッド１０は、大端部３０を水平分割するように二分割されていて、そのうちの一方は小端部２０、連結部４０および大端部３０の上半分を含んでコンロッド本体１２を構成し、他方はコンロッド本体１２に下方から取り付けられるコンロッドキャップ３６とされている。なお、メタルベアリング３４も同様に二分割されていて、クランクピン穴３２に嵌合される。コンロッドキャップ３６は、クランクピン穴３２の左右の外側に設けられた二つのコンロッドボルト取付穴（以下、ボルト穴と称する。）３８にコンロッドボルト５０が締結されることで、コンロッド本体１２に取り付けられる。
【００１６】
本実施形態におけるコネクティングロッド１０は、チタン合金製であり、上述の如く、肉盗み４２を有している。肉盗み４２は、小端部２０側から大端部３０側まで広範囲にわたって連結部４０のほぼ全体に施され、大端部３０側では、クランクピン穴３２周りに延在する肉厚部３２ａに沿う形で施されている。従って、大端部３０側では、肉盗み４２が左右に張り出すようになっており、その最も左右外側の位置に側方端４２ａ、４２ｂが形成されている。ここで、肉盗み４２は、それぞれコネクティングロッド１０の中心線Ｌ０、すなわち小端部２０の中心線と大端部３０の中心線とを含んでコネクティングロッド１０の厚さ方向に延在する中心平面に対して左右対称形を有している。それ故、中心平面に対して左側の側方端４２ａのみについて説明し、右側の側方端４２ｂの説明を省略する。
【００１７】
肉盗み４２の側方端４２ａは、ボルト穴３８のコネクティングロッド中心側、すなわち上記中心線Ｌ０を含む中心平面側の端縁を通る直線Ｌ１と、クランクピン穴３２の内周面に接すると共に小端部２０側の所定の燃焼荷重点ａを通る直線Ｌ２との間に位置されている。すなわち、肉盗み４２の側方端４２ａは、ボルト穴３８のコネクティングロッド中心側の端縁を通ってコネクティングロッド１０の厚さ方向に延びる第一平面と、クランクピン穴３２の内周面に接すると共に小端部２０側の所定の燃焼荷重点ａを通ってコネクティングロッド１０の厚さ方向に延びる第二平面との間に位置されている。
【００１８】
本実施形態では、肉盗み４２の側方端４２ａは、線Ｌ１よりもコネクティングロッド１０の中心線Ｌ０よりの線Ｌ１´と、線Ｌ２との間に位置されている。これは、ボルト穴３８の上端に連通して、ボルト穴３８よりも大きな穴である加工穴３８ａが同軸に形成されていることに起因し、この加工穴３８ａに肉盗みがかかるのを防ぐべく、加工穴３８ａのコネクティングロッド中心側の端縁を通る直線Ｌ１´よりも内側に、肉盗み４２は位置されている。
【００１９】
燃焼荷重点ａとは、エンジンの燃焼・膨張行程でクランクピンからコネクティングロッド１０の大端部３０側へ及ぼされる力の作用点である。本実施形態では、小端部２０のピストンピン穴２２のうち、大端部３０に最も近接する位置に燃焼荷重点ａが設定されており、より具体的にはピストンピン穴２２を形成する穴表面とコネクティングロッド１０の中心線Ｌ０とが交差する点に燃焼荷重点ａが設定されている。但し、この燃焼荷重点ａは、ピストンピンからコネクティングロッド１０へ力が作用するタイミングによってはある程度ばらつくこともあるので、そのようなばらつきの範囲内で任意の点に設定することが出来る。
【００２０】
また、図２に分かり易く示すように、本実施形態のコネクティングロッド１０の肉盗み４２は、側方端４２ａから肉盗み４２の内方に向けて次第に肉盗み量が大きくなるようにされており、これによって肉盗み４２の側方端４２ａから所定距離内側までの領域、すなわち側方端部に所定角度の斜面４２ｃが形成されている。すなわち、線Ｌ１および線Ｌ２に挟まれる領域にある側方端４２ａ（同様に側方端４２ｂ）から前述の中心平面、すなわちコネクティングロッド１０の中心線Ｌ０へ向けてコネクティングロッド１０の肉厚が徐々に薄くなるように傾斜が付けられている。なお、図１のＡ−Ａ線は、肉盗み４２の側方端部の略二等分線である。図１および図２によると、斜面４２ｃは、中心平面に到達しない点ｃまで設けられることが理解され、それよりもコネクティングロッド１０の内方では肉盗みの底面は中心平面に垂直である。この点ｃは、図１において、Ａ−Ａ線と、このＡ−Ａ線に垂直な線Ｌ３との交点であり、線Ｌ３は肉盗み４２内で中心線Ｌ０と交差する。なお、斜面４２ｃの角度αは、約２０°であることが好ましい。なお、図２において、ねじ山は省略してある。
【００２１】
以上、本実施形態に係るコネクティングロッド１０の形状および構成について述べた。以下にその効果を記す。図３に図１のＢ−Ｂ線に沿って切断したコネクティングロッド１０の断面図、換言するとコンロッド本体１２をコンロッドキャップ３６側から見た図を示す。但し、図３においてはメタルベアリング３４を省略してある。ここで、図３におけるハッチング部分Ｂ２に対しての解析結果を図４に示す。図４は、ＦＥＭ解析を使い、最大荷重数トンにも及ぶロッドストレスに対しての応力分布を概略表している。図４中、ｒ１が最も応力が少ない領域を示し、ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５の順に応力が大きくなっていく領域を示している。図４によると、大端部３０のクランクピン穴３２を区画形成する穴面上に著しく大きな応力が作用する箇所が存在せず、特に図１に示すように、コネクティングロッド１０の中心線Ｌ０から左右に４５°離れた点ｐ、ｑの近傍領域に大きな応力が作用することがなく、比較的均一に応力が分布していることが理解される。従って、大端部３０のクランクピン穴３２周りに燃焼荷重がバランスよく及ぼされることになり、大端部３０の変形が生じ難くなる。従って、コネクティングロッド１０の大端部３０周りの肉厚部３２ａの肉厚をある程度薄くしつつ、大端部３０にフレッティング磨耗が生じるのを防ぐことが可能となる。さらに、コネクティングロッド１０にフレッティング磨耗によるフレッティング疲労が生じるのも防げて、コネクティングロッド１０の長寿命化が図れるようになる。さらに、これにより、連結部４０に捩れが生じなくなり、小端部２０に不要な力が生じることが防がれ、例えば小端部２０に関するピストンピンのＣリングの脱落等が生じ難くなる。
【００２２】
また、上述の如く、コネクティングロッド１０は側方端４２ａ、４２ｂから内方に向かっての斜面４２ｃを有するので、大端部３０周りの肉厚が急激に減じられることがなくなり、より大端部３０周りの強度を保つことが可能になり、ひいてはフレッティング磨耗が生じる事が防止される。また、斜面４２ｃを有することによりコネクティングロッド１０の軽量化も図れることになる。例えば、一般に汎用されているチタン合金製コネクティングロッドに対して、本実施形態の如きチタン合金製コネクティングロッド１０では、約１０％の軽量化が図られることが検証された。
【００２３】
以上、本発明を上記実施形態に基づき説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、コネクティングロッド１０はチタン合金でなく、ニッケル・クロム鋼やクロム・モリブデン鋼などの特殊鋼により作製されても良い。また、鍛造、鋳造、粉末冶金等の手段により作製可能である。そして、本実施形態のようなワンピン・ワンピース用のコネクティングロッドに適用は限定されず、ワンピン・ツーピース用のコネクティングロッドにも本発明は適用され得るものである。
【００２４】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態におけるコネクティングロッドの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ―Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図３下方のクランクピン穴回りの面の解析結果である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  コネクティングロッド
１２  コンロッド本体
２０  小端部
２２  ピストンピン穴
３０  大端部
３２  クランクピン穴
３２ａ  肉厚部
３４  メタルベアリング
３６  コンロッドキャップ
３８  ボルト穴
４０  連結部
４２  肉盗み
４２ａ、４２ｂ  側方端
５０  コンロッドボルト  
【図１】
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【図２】
2006329250.tif 000004
【図３】
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【図４】
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