(57)【要約】【課題】コラム部およびその両側のつなぎ部にかかるエンジン負荷を考慮して断面形状を設定することにより駄肉の発生を抑え、もって強度および質量ともに満足するコンロッドを提供する。【解決手段】大端部１と小端部２とがコラム部３により連接され、かつ大端部１および小端部２とコラム部３との間のつなぎ部４，５がコラム部３に向かって連続的に断面縮小する鋼製コンロッドであって、前記コラム部３に、高周波誘導加熱により焼入れ焼戻しの熱処理が施されているものにおいて、コラム部３およびその両側のつなぎ部４，５の各部位における断面積Ａを、当該部位における疲労強度σｗと、当該部位にかかる慣性負荷ＦＩと定数Ｃとを含む関係式ＦＩ／（σｗ・Ａ）＝Ｃに基いて設定し、断面積Ａと疲労強度σｗとの積σｗ・Ａを、慣性負荷が最小となる小端部２側のつなぎ部５で最小とする。【選択図】図１
2008008337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大端部と小端部とがコラム部により連接され、かつ大端部および小端部とコラム部との間のつなぎ部がコラム部に向かって連続的に断面縮小する鋼製コンロッドであって、前記コラム部に熱処理が施されているものにおいて、前記コラム部およびその両側のつなぎ部の各部位における断面積と当該部位における疲労強度との積が、小端部側のつなぎ部で最小となっていることを特徴とする鋼製コンロッド。
【請求項２】
大端部と小端部とがコラム部により連接され、かつ大端部および小端部とコラム部との間のつなぎ部がコラム部に向かって連続的に断面縮小する鋼製コンロッドであって、前記コラム部に熱処理が施されているものにおいて、前記コラム部およびその両側のつなぎ部の各部位における断面積Ａが、当該部位における疲労強度σｗと、当該部位にかかる慣性負荷ＦＩと定数Ｃとを含む下記関係式に基いて設定されていることを特徴とする鋼製コンロッド。
ＦＩ／（σｗ・Ａ）＝Ｃ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロエンジンに用いられる鋼製コンロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジン用コンロッドは、クランクシャフトに結合される大端部とピストンピンに結合される小端部とをコラム部で連接した形状となっている。このようなコンロッドにおいて、その大端部および小端部は、前記クランクシャフトやピストンピンとの組付精度を確保するため、最終的に機械加工により仕上げられるようになっており、したがって、できるだけ硬さの低いことが要求される。一方、コラム部は、エンジン負荷に耐える高強度（高疲労強度）を必要とすることから、できるだけ硬さの高いことが要求される。
【０００３】
すなわち、レシプロエンジン用コンロッドは、その大端部および小端部が低硬さ必要部分、そのコラム部が高硬さ必要部分となっており、そこで従来は、例えば、高周波加熱コイルを用いて、コラム部に対してのみ焼入れ焼戻しの熱処理を施すようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、近年、省エネルギーの観点から、自動車に対する軽量化要求が益々強くなる傾向にあり、コンロッドについても、できるだけの軽量化が望まれている。コンロッドの軽量化を図るには、コラム部およびその両側のつなぎ部の断面サイズをできるだけ小さくすることが有効であるが、この部分は、上記したように高強度（高疲労強度）を必要とする部分となっており、強度と断面サイズ（質量）とをいかにバランスさせるかが、設計上の重要な課題となる。特に、上記したようにコラム部に対してのみ熱処理を施す場合は、コラム部の両側のつなぎ部が不完全焼入部となっており、このことが、コンロッドの設計をより一層難しくしている。
【０００５】
そこで、同じく特許文献１に記載の発明では、コラム部（連接部）およびその両側のつなぎ部の各部位における断面積と当該部位における疲労強度との積に着目し、該積が、コラム部の最小断面積部位における断面積と疲労強度との積以上となるように設計している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８６１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、コンロッドにかかるエンジン負荷には、爆発に伴う爆発負荷（爆発力）と慣性負荷（慣性力）との２つがある。このうち、爆発負荷は、コラム部およびその両側のつなぎ部のどの部位でも一定であるが、慣性負荷は、小端部側のつなぎ部を最小として、ここから大端部側のつなぎ部にかけて連続的に増加する。しかしながら、上記特許文献１に記載されたコンロッドの設計方式によれば、各部位における断面積と当該部位における疲労強度との積が、コラム部の最小断面積部位における断面積と疲労強度との積以上となるように設計しているため、前記慣性負荷を考慮すると、小端部側のつなぎ部の強度余裕率（安全率）が過大となり、該小端部側のつなぎ部に無駄な肉（駄肉）がつき過ぎて、所望の軽量化効果を得ることが困難になる。
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、コラム部およびその両側のつなぎ部にかかるエンジン負荷を考慮して断面サイズを設定することにより駄肉の発生を抑え、もって強度および質量ともに満足するコンロッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための第１の発明は、大端部と小端部とがコラム部により連接され、かつ大端部および小端部とコラム部との間のつなぎ部がコラム部に向かって連続的に断面縮小する鋼製のコンロッドであって、前記コラム部に熱処理が施されているものにおいて、前記コラム部およびその両側のつなぎ部の各部位における断面積と当該部位における疲労強度との積が、小端部側のつなぎ部で最小となっていることを特徴とする。
【００１０】
このように構成したコンロッドにおいては、各部位における断面積と当該部位における疲労強度との積が、慣性負荷が最小となる小端部側のつなぎ部で最小になっているので、該小端部側のつなぎ部に過剰に駄肉がつくことはなくなる。また、各部位の疲労強度に応じて各部位の断面積が設定されるので、強度保証も確実となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための第２の発明は、大端部と小端部とがコラム部により連接され、かつ大端部および小端部とコラム部との間のつなぎ部がコラム部に向かって連続的に断面縮小する鋼製コンロッドであって、前記コラム部に熱処理が施されているものにおいて、前記コラム部およびその両側のつなぎ部の各部位における断面積Ａが、当該部位における疲労強度σｗと、当該部位にかかる慣性負荷ＦＩと定数Ｃとを含む下記関係式に基いて設定されていることを特徴とする。
ＦＩ／（σｗ・Ａ）＝Ｃ
【００１２】
上記関係式において、各部位にかかる慣性負荷ＦＩはエンジン性能に応じて算定可能であり、また、各部位における疲労強度σｗは組織との相関で把握可能であり、さらに、定数Ｃの逆数、すなわち１／Ｃは安全率となっている。したがって、これら慣性負荷ＦＩ、疲労強度σｗ、定数Ｃを上記関係式に代入することにより、各部位における適正な断面積Ａが求まる。この場合、慣性負荷ＦＩは上記したように小端部側のつなぎ部で最小となっているので、この関係式に従えば、上記第１の発明のように、断面積と疲労強度との積が、小端部側のつなぎ部で最小となり、該小端部側のつなぎ部に過剰に駄肉がつくことはなくなる。また、この関係式に従えば、各部位における安全率は一定となり、強度保証も確実となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る鋼製コンロッドによれば、強度と質量とがバランスよく両立させて、軽量化効果を最大限に発揮させることができるので、自動車用レシプロエンジンに向けて好適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るコンロッドを示したものである。本コンロッドの全体的な形状は、従来汎用のものと特に変わるところはなく、大端部１と小端部２とをコラム部３にて連接した形状となっており、大端部１および小端部２とコラム部３との間のつなぎ部４，５は、コラム部３に向かって連続的に断面縮小している。本コンロッドは、前記したようにその大端部１および小端部２が焼入不要部分、そのコラム部３が焼入必要部分となっており、その大端部１および小端部２は機械加工によって仕上げられ、一方、そのコラム部３には、図示を略す高周波加熱コイルを用いて焼入れおよび焼戻しの熱処理が施されている。なお、熱処理は、焼戻しを省略する場合もあり、したがって、本発明でいう熱処理は、焼入れのみを施す場合も含んでいる。
【００１６】
ここで、コンロッドに使用する鋼種は、熱処理により所定の強度が得られるものであれば任意であるが、熱間加工性、焼入性、機械加工性、コスト等を考慮して、中炭素（Ｃ：.２０〜０.６０％）の低合金鋼が選択される。このような低合金鋼は、所定の焼入温度にコラム部３を高周波誘導加熱した後、急冷することで、コラム部３は高硬さの完全焼入組織（マルテンサイト）となる。また、この焼入れに際しては、コラム部３の両側のつなぎ部４，５に温度勾配が生じるので、つなぎ部４，５は、マルテンサイトを適当な割合で含む不完全焼入組織となる。一方、前記焼入れ後、所定の焼戻し温度にコラム部３を高周波誘導加熱することにより、前記マルテンサイトは焼戻しマルテンサイトに変質し、その強度および靭性が向上する。
【００１７】
本実施形態において、上記コラム部３およびその両側のつなぎ部４，５の各部位における断面積Ａは、当該部位における疲労強度σｗと、当該部位にかかる慣性負荷ＦＩと定数Ｃとを含む下記関係式（１）に基いて設定されている。
ＦＩ／（σｗ・Ａ）＝Ｃ    （１）
【００１８】
上記関係式（１）において、各部位にかかる慣性負荷ＦＩはエンジン性能に応じて算定可能であり、また、各部位における疲労強度σｗは組織との相関で把握可能である。したがって、コンロッドの設計に際しては、本コンロッドが適用されるエンジンおよび本コンロッドとして使用される鋼種について、事前に慣性負荷ＦＩと疲労強度σｗとを把握し、これらの値を関係式（１）に代入する。一方、前記定数Ｃの逆数、すなわち１／Ｃは安全率を表しており、所定の設計基準に基いてこの安全率を決定し、この安全率から定数Ｃを割出し、その値を関係式（１）に代入する。このように慣性負荷ＦＩ、疲労強度σｗ、Ｃを関係式（１）に代入することで、各部位における適正な断面積Ａが求まる。
【００１９】
この場合、慣性負荷ＦＩは、前記したように小端部２側のつなぎ部５で最小となっているので、上記関係式（１）に従えば、断面積Ａと疲労強度σｗとの積σｗ・Ａが、小端部２側のつなぎ部５で最小となる。したがって、該つなぎ部５に不必要に駄肉がつくことはなくなり、その分、コンロッドの軽量化が可能になる。また、上記関係式（１）は、コラム部３とその両側のつなぎ部３，４の各部位で、Ｃが一定（安全率が一定）となる断面積をもつことを表しており、したがって、本コンロッドは、強度保証も十分となる。
【００２０】
なお、上記実施形態においては、コラム部３の焼入れ焼戻しに高周波誘導加熱を用いたが、その加熱方式は任意であり、例えば、火炎加熱方式、レーザ加熱方式等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るコンロッドの外観形状を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    大端部
２    小端部
３    コラム部
４，５  つなぎ部
【図１】
2008008337.tif 000003