(57)【要約】【課題】コンロッドを破断する際のき裂の進展ばらつきを抑制する。【解決手段】ロッド本体１１と、ロッド本体１１の一端部に輪状に形成された大端部１２と、を有するコンロッドの破断方法であって、大端部１２に溝１２ａ，１２ｂを入れる溝入れ工程と、溝１２ａ，１２ｂに対して、共振周波数の振動を負荷してき裂を発生させ、き裂を進展させる振動負荷工程と、を有し、前記振動負荷工程では、振動の負荷を行う時間に応じて振動の振幅を減衰させ、き裂への負荷を一定とする振動負荷制御を行い、大端部１２を疲労破壊させる。【選択図】図３
2019015344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド本体と、前記ロッド本体の一端部に輪状に形成された大端部と、を有するコンロッドの破断方法であって、
前記大端部に溝を入れる溝入れ工程と、
前記溝に対して、共振周波数の超音波振動により負荷を与えてき裂を発生させ、き裂を進展させる振動負荷工程と、を有し、
前記振動負荷工程では、
前記振動の負荷を行う時間に応じて振動の振幅を減衰させ、き裂への負荷を一定とする振動負荷制御を行い、大端部を疲労破壊させる、
コンロッドの破断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンロッドの破断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのクランクシャフトとピストンヘッドとを連結するコネクチングロッド（以下、「コンロッド」という）は、大端部の開口部としての軸受が前記クランクシャフトのジャーナルを軸支し、小端部の軸受がピストンピンを軸支する。大端部は、所定の直径位置でロッド部側と、キャップ部とに二分割されるように形成される。
【０００３】
従来、このような分野の技術として、特開２００２−０６６９９８号公報がある。この公報に記載されたコンロッドの破断装置では、破断用のマンドレルとワークの接触部の径を管理して、溝に平行に静荷重を付加する機構と、破断時にワークが上下・左右にずれることなく平行に分離される方向のみに自由度を与えて拘束する治具を用いて脆性破断する。これにより、破断面性状を安定化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０６６９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来のコンロッドの製造装置では、き裂発生時に溝にかかる負荷の荷重がなるべくワークに対して平行になるように工夫されているが、破断面性状に寄与するレベルの微視的オーダーで、き裂に加わる応力を、上下・左右方向でバランスさせることができない点や、き裂に過大な力がかかることで欠損やコバカケ等、破断面性状の不良が一定の割合で発生する。
【０００６】
より具体的には、破壊モードとして静荷重による脆弱破壊を採用する場合、初期き裂を発生させるために必要な荷重が大きく、また、き裂の進展に応じて荷重を制御することができない。図６に示すように、き裂進展に従い、破断面の面積が減少して応力が大きくなるため、き裂近傍の塑性変形域が拡大して多重き裂が生じやすくなり、破断面に欠損やコバカケを誘発しやすくなる。また、き裂進展速度が速く、上下・左右の溝部初期き裂の発生タイミングが素地の強度や溝形状等の影響によりばらつくため、き裂に加わる応力の方向が変化して多重き裂が生じやすくなり、破断面に欠損やコバカケを誘発しやすくなる。
本発明は、き裂の進展ばらつきを抑制するコンロッドの破断方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるコンロッドの破断方法は、ロッド本体と、前記ロッド本体の一端部に輪状に形成された大端部と、を有するコンロッドの破断方法であって、前記大端部に溝を入れる溝入れ工程と、前記溝に対して、共振周波数の超音波振動により負荷を与えてき裂を発生させ、き裂を進展させる振動負荷工程と、を有し、前記振動負荷工程では、前記振動の負荷を行う時間に応じて振動の振幅を減衰させ、き裂への負荷を一定とする振動負荷制御を行い、大端部を疲労破壊させる。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、コンロッドを破断する際のき裂の進展ばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】破断前のコンロッドの図である。
【図２】破断後のコンロッドの図である。
【図３】コンロッド破断装置の側面図である。
【図４】コンロッド破断装置の上面図である。
【図５】コンロッドの製造工程のフローを示す図である。
【図６】関連するコンロッドの破断時にかかる応力方向の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、コンロッド１は、前後方向に延在するロッド本体１１と、ロッド本体１１の一端部に形成された大端部１２と、ロッド本体１１の他端部に形成された小端部１３と、を有する。図２に示すように、コンロッド１は、ロッド部１Ａとキャップ部１Ｂと、に分割するように破断される。
【００１１】
また図３及び図４に示すように、コンロッド破断装置２は、振動を発生させるピエゾアクチュエータ２１と、ピエゾアクチュエータ２１に接続された印加電圧コントローラー２２と、ピエゾアクチュエータ２１の振動をコンロッド１に伝達する油圧拡張アーバー２３と、コンロッド１の大端部１２をガイドする大端部ガイド治具２４と、大端部ガイド治具２４の移動方向をガイドするリニアガイド２５と、を備える。
【００１２】
図３に示すように、ロッド本体１１は、コンロッド１がコンロッド破断装置２にセットされた状態である場合に、延在方向が略水平に配置される。なお、ロッド本体１１の延在方向を前後方向とする。ロッド本体１１の前方側の端部には、大端部１２が配置されており、後方側の端部には小端部１３が配置されている。
【００１３】
大端部１２は輪状に形成されている。ここで、輪状に形成された大端部１２の孔は、コンロッド１がコンロッド破断装置２にセットされた場合に、貫通方向が上下方向となるように配置される。大端部１２の孔には、後述する大端部ガイド治具２４のガイド治具クランパ２４ｃが配置される。また大端部１２は、所定の直径上両端位置に、軸方向に沿って形成された溝１２ａ，１２ｂを有する。
【００１４】
小端部１３は、コンロッド１がコンロッド破断装置２にセットされた場合に、上下方向に貫通するように配置される孔を有する。なお、小端部１３は、大端部１２の孔に比べて、孔の径が小さくなるように形成されている。小端部１３の孔には、油圧拡張アーバー２３が下方から挿通される。
【００１５】
以下では、コンロッド破断装置２について、コンロッド１がセットされた状態であるものとして説明する。
【００１６】
ピエゾアクチュエータ２１は、コンロッド１の小端部１３の下方に配置される。ピエゾアクチュエータ２１は、印加電圧コントローラー２２による動作指示に応じて電圧が印加されることにより、前後方向の超音波振動を実行する。なお、ピエゾアクチュエータ２１は、ワークの形状や材質に応じた共振周波数で超音波振動を行う。
【００１７】
印加電圧コントローラー２２は、ピエゾアクチュエータ２１と電気的に接続されており、ピエゾアクチュエータ２１に対して動作指示を出力する。これにより、印加電圧コントローラー２２は、ピエゾアクチュエータ２１にかかる電圧のコントロールを行うことで、超音波振動の振幅や振動数の制御を行う。
【００１８】
例えば、油圧拡張アーバー２３は上下が底である略円柱状である。油圧拡張アーバー２３の下部はピエゾアクチュエータ２１の上部に連結されている。また、油圧拡張アーバー２３は、コンロッド１の小端部１３に挿通されており、油圧によって径方向に拡張される。コンロッド１は、油圧拡張アーバー２３を介して、ピエゾアクチュエータ２１の超音波振動が伝達される。
【００１９】
大端部ガイド治具２４は、基部２４ａと、基部２４ａ上に配置されたガイド治具基準部２４ｂと、ガイド治具クランパ２４ｃと、を有する。
【００２０】
基部２４ａは、前後方向に延在するリニアガイド２５上に配置されており、ピエゾアクチュエータ２１による超音波振動に応じて、前後方向に振動する。このとき基部２４ａでは、ピエゾアクチュエータ２１で行っている振幅に比べて、振幅が大きい状態で振動する。
【００２１】
ガイド治具基準部２４ｂは、基部２４ａに立設するように設けられている。典型的には、ガイド治具基準部２４ｂは、基部２４ａ上に２箇所に設けられており、コンロッド１の大端部１２の輪状の外側、かつ、前方側の箇所と当接している。
【００２２】
ガイド治具クランパ２４ｃは、上下が底である略円柱状である。ガイド治具クランパ２４ｃは、コンロッド１の大端部１２の輪状の内側に配置されているとともに、ガイド治具クランパ２４ｃの前方側が、大端部１２の輪状の内側に当接している。
【００２３】
２本のリニアガイド２５は、コンロッド破断装置２を載置する台座（図示せず）上に、前後方向に延在するように配置されている。ここで２本のリニアガイド２５は、それぞれ前後方向に延在する状態で、左右に平行に設けられている。これにより、リニアガイド２５は、大端部ガイド治具２４の基部２４ａが前後方向に安定して動作可能であるようにガイドを行う。
【００２４】
次に、コンロッド破断装置２を用いて、コンロッド１を破断する方法について説明する。なおコンロッドの製造は、図５に示すようにコンロッド１の大端部１２への溝入れ工程と、溝入れを行ったコンロッド１の大端部１２に対する振動負荷による破断工程と、破断した後にロッド部１Ａとキャップ部１Ｂをボルトで組み付ける組付工程と、により行われるため、この手順に従いつつ、コンロッド１の破断方法を説明する。
【００２５】
最初に、溝入れ工程を実行する（ステップＳ１）。コンロッド１の大端部１２に、レーザーによって溝を入れる。大端部１２における溝入れは、コンロッド１が溝近傍で破断したときに、後方側のロッド部１Ａと前方側のキャップ部１Ｂとに分割されるように、左右の位置に径方向に行われる。
【００２６】
次に、振動負荷によるコンロッド１の破断工程（振動負荷工程）を実行する。最初に、コンロッド破断装置２上に、コンロッド１をセットする（ステップＳ２）。なお、油圧拡張アーバー２３をコンロッド１の小端部１３に挿通させるとともに、油圧拡張アーバーを拡張することで、コンロッド１を固定する。このとき同時に、大端部１２は、大端部ガイド治具２４の基部２４ａ、ガイド治具基準部２４ｂ、ガイド治具クランパ２４ｃにより固定される。
【００２７】
ピエゾアクチュエータ２１により、印加電圧コントローラー２２による制御に基づき、コンロッド１の形状・材質に応じた共振周波数の超音波振動を発生させ、コンロッド１に対して振動を付加し、き裂に負荷を与える（ステップＳ３）。このとき、ピエゾアクチュエータ２１による振動方向は前後方向であり、コンロッド１は前後方向に振動する。さらに、大端部ガイド治具２４の動作方向は、リニアガイド２５により前後方向にガイドされつつ、前後方向に増幅されて振動する。
【００２８】
コンロッド１では、ピエゾアクチュエータ２１の振動に基づく共振によって、大端部１２に設けられた溝に対して負荷が発生し、き裂が発生・進展する（ステップＳ４）。
【００２９】
印加電圧コントローラー２２は、振動負荷時間に応じて、ピエゾアクチュエータ２１で発生させる超音波振動の振幅が徐々に減衰するように制御する（ステップＳ５）。これにより、ピエゾアクチュエータ２１の振幅の減衰に伴い、大端部ガイド治具２４の振幅も減衰する。典型的には、印加電圧コントローラー２２は、き裂への負荷が一定になるように振動を減衰させる。
【００３０】
印加電圧コントローラー２２は、ピエゾアクチュエータ２１で発生させる振動について低サイクルで実行するように制御し、コンロッド１の疲労破壊による破断が完了する（低サイクル工程）（ステップＳ６）。これによりコンロッド１は、ロッド部１Ａと、キャップ部１Ｂに分割された状態となる。なお典型的には、疲労破壊が完了する際にピエゾアクチュエータ２１により発生する振動のサイクル数は１秒あたり１０００回〜１００００回程度であるが、この回数に限られない。
【００３１】
次に、組付工程を行う。すなわち、分離したロッド部１Ａとキャップ部１Ｂを、ボルトにより組み付ける（ステップＳ７）。なお、破断面性状は破断工程にて保証可能であるため、組み付け前に破面処理工程を入れる必要はない。
【００３２】
これにより、コンロッド１に対して超音波振動を与える時間に応じて、振動の発生状態を変更しながら、疲労破壊によってコンロッドの破断を行うことができる。この方法によれば、き裂の進展具合に応じてき裂に加わる応力の方向を調整することができるため、き裂の進展方向のばらつきを抑制することができる。さらに、破断後の破面処理工程を必要としないため、コストの低減およびコンロッドの製造時間の短縮をはかることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ピエゾアクチュエータ２１は、フェライト振動子などの磁歪型振動子およびＢＬ振動子等の電歪型振動子であってもよい。
【００３４】
また、コンロッド１に対して超音波を伝達するためにコンロッド破断装置２に固定する方法は、油圧、エア圧、機械的締結、化学的接着、電磁力等により、必要な強度を持った固定方法を用いることができる。
【００３５】
また、コンロッド破断装置２では、リニアガイド２５により、コンロッド１の前後方向にのみ自由度を与えるものとして説明したが、ガイドは片面支持、２面拘束等の１自由度となるようにガイド可能であれば、形状や材質は自由に変更可能である。また、上記では、コンロッド１を略水平に設けた状態で破断工程を行うものとして説明したが、鉛直方向にロッド本体１１が延在するように配置し、自重によるガイドと破断後の落下防止仮受を設けることとしてもよい。
【００３６】
また、大端部１２の溝入れにレーザーを用いるものとして説明したが、レーザー以外の方法で溝入れを行ってもよい。
【００３７】
また上記では、コンロッド１の小端部１３に振動を付与し、大端部１２をガイドするものとして説明したが、大端部１２に設けられた溝が開く方向の振動を与えることができ、かつ、振動をガイド可能であれば、コンロッド１に振動を付与する位置およびガイドする位置を自在に変更可能である。
【００３８】
また上記では、振動の回数を１０００〜１００００回程度の低サイクル疲労破壊を狙うものとして説明したが、振動の回数が１０〜１００回程度の超低サイクルでの疲労破壊を狙うものとすることも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１            コンロッド
１Ａ            ロッド部
１Ｂ            キャップ部
２            コンロッド破断装置
１１            ロッド本体
１２            大端部
１２ａ，１２ｂ        溝
１３            小端部
２１            ピエゾアクチュエータ
２２            印加電圧コントローラー
２３            油圧拡張アーバー
２４            大端部ガイド治具
２４ａ            基部
２４ｂ            ガイド治具基準部
２４ｃ            ガイド治具クランパ
２５            リニアガイド
【図１】
2019015344.tif 000003
【図２】
2019015344.tif 000004
【図３】
2019015344.tif 000005
【図４】
2019015344.tif 000006
【図５】
2019015344.tif 000007
【図６】
2019015344.tif 000008