(57)【要約】【課題】コネクティングロッドの小端部及び大端部並びにコラム部における種々の設計要求を満たしつつ、簡易な方法でこれを製造することのできる内燃機関用コネクティングロッドの製造方法を提供する。【解決手段】コネクティングロッド１０の小端部１及び大端部２のうち少なくとも小端部１の挿通孔１１が未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて小端部１及び大端部２並びにコラム部３を一体成形する。そして、このコネクティングロッド１０が成形された直後に、大端部２を除く小端部１及びコラム部３を冷却液に浸漬して焼入処理する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔を有する小端部と、クランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔を有する大端部と、これら小端部と大端部とを連結するコラム部とを備えた内燃機関用コネクティングロッドの製造方法であって、
前記小端部及び前記大端部のうち少なくとも前記小端部の挿通孔が未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて前記小端部及び大端部並びに前記コラム部を一体成形する成形工程と、
前記成形工程の終了直後に前記大端部を除く前記小端部及び前記コラム部を冷却液に浸漬して焼入処理する焼入工程と
を含むことを特徴とする内燃機関用コネクティングロッドの製造方法。
【請求項２】
内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔を有する小端部と、クランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔を有する大端部と、これら小端部と大端部とを連結するコラム部とを備えた内燃機関用コネクティングロッドの製造方法であって、
前記小端部及び前記大端部のうち少なくとも前記大端部の挿通孔が未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて前記小端部及び大端部並びに前記コラム部を一体成形する成形工程と、
前記成形工程の終了直後に前記小端部を除く前記大端部及び前記コラム部を冷却液に浸漬して焼入処理する焼入工程と
を含むことを特徴とする内燃機関用コネクティングロッドの製造方法。
【請求項３】
内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔を有する小端部と、クランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔を有する大端部と、これら小端部と大端部とを連結するコラム部とを備えた内燃機関用コネクティングロッドの製造方法であって、
前記小端部及び前記大端部の双方についてそれらの挿通孔がいずれも未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて前記小端部及び大端部並びに前記コラム部を一体成形する成形工程と、
前記成形工程の終了直後にコネクティングロッド全体を冷却液に浸漬して焼入処理する焼入工程と
を含むことを特徴とする内燃機関用コネクティングロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する内燃機関用コネクティングロッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、内燃機関のコネクティングロッドは、小端部、大端部及びこれら端部を連結するコラム部によって構成される。その小端部に形成された挿通孔にピストンのピストンピンが挿通されることにより同小端部がピストンに連結されるとともに、その大端部に形成された挿通孔にクランクシャフトのクランクピンが挿通されることにより同大端部がクランクシャフトに連結される。このコネクティングロッドは、ピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換するためのものであり、特にそのコラム部にあっては、高い座屈強度が要求される。そこで、こうしたコネクティングロッドの製造方法として、例えば熱間鍛造によりコネクティングロッドを成形した後、これを冷却液に浸漬してコラム部に焼入処理を施してその強度を高めることが考えられる。但しこの場合に、小端部や大端部にも同時に焼入処理がなされてしまうと、小端部や大端部の挿通孔に変形が生じることとなり、それらの挿通孔における真円度等、形状精度を確保することができなくなる。また、焼入処理により小端部や大端部は硬化してしまうため、変形したそれら挿通孔を再度加工することによりその形状を修正することも極めて難しい。
【０００３】
そこで従来、例えば特許文献１に記載されるように、コラム部に冷却液を吹き付ける一方、その冷却液が小端部や大端部には接触しないようにしたコネクティングロッドの製造方法が提案されている。具体的には、熱間鍛造によって成形されたコネクティングロッドを固定し、そのコラム部に冷却液を吹き付けるとともに、このコラム部と小端部、大端部との各接続部分に空気を吹き付けることにより、冷却液が小端部や大端部に接触しないようにし、高強度が要求されているコラム部を選択的に焼入処理するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−１８１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、コラム部のみに冷却液を吹き付ける製造方法を採用することにより、コラム部の強度を向上させるとともに、小端部及び大端部の不要な変形を抑制することができるようになる。ただし、上述の加工を行うためには、コネクティングロッドを固定する固定装置、冷却液を吹き付ける冷却液吹付装置、そして空気を吹き付ける空気吹付装置等々を別途に設けることが必要となる。その結果、コネクティングロッドの製造工程並びに製造設備が複雑になり、その製造コストの増大が避けられないものとなる。
【０００５】
本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コネクティングロッドの小端部及び大端部並びにコラム部における種々の設計要求を満たしつつ、簡易な方法でこれを製造することのできる内燃機関用コネクティングロッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔を有する小端部と、クランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔を有する大端部と、これら小端部と大端部とを連結するコラム部とを備えた内燃機関用コネクティングロッドの製造方法であって、前記小端部及び前記大端部のうち少なくとも前記小端部の挿通孔が未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて前記小端部及び大端部並びに前記コラム部を一体成形する成形工程と、前記成形工程の終了直後に前記大端部を除く前記小端部及び前記コラム部を冷却液に浸漬して焼入処理する焼入工程とを含むことをその要旨とする。
【０００７】
同構成によれば、成形工程終了後において小端部には挿通孔が形成されていないため、これが形成されている場合と比較するとその熱容量が大きなものとなる。このため、熱間鍛造することにより温度上昇した小端部とコラム部とを冷却液に浸漬した場合、コラム部は急激に冷却されて硬化するものの、小端部はその熱容量が大きいために冷却速度は緩やかなものとなり、その硬化が抑制されるようになる。その結果、こうした簡易な方法を通じて、コラム部を選択的に焼入硬化させることができる一方、小端部についてはその硬化を抑制してその後における挿通孔の形成加工を可能なものとすることができるようになる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔を有する小端部と、クランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔を有する大端部と、これら小端部と大端部とを連結するコラム部とを備えた内燃機関用コネクティングロッドの製造方法であって、前記小端部及び前記大端部のうち少なくとも前記大端部の挿通孔が未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて前記小端部及び大端部並びに前記コラム部を一体成形する成形工程と、前記成形工程の終了直後に前記小端部を除く前記大端部及び前記コラム部を冷却液に浸漬して焼入処理する焼入工程とを含むことをその要旨とする。
【０００９】
同構成によれば、成形工程終了後において大端部には挿通孔が形成されていないため、これが形成されている場合と比較するとその熱容量が大きなものとなる。このため、熱間鍛造することにより温度上昇した大端部とコラム部とを冷却液に浸漬した場合、コラム部は急激に冷却されて硬化するものの、大端部はその熱容量が大きいために冷却速度は緩やかなものとなり、その硬化が抑制されるようになる。その結果、こうした簡易な方法を通じて、コラム部を選択的に焼入硬化させることができる一方、大端部についてはその硬化を抑制してその後における挿通孔の形成加工を可能なものとすることができるようになる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔を有する小端部と、クランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔を有する大端部と、これら小端部と大端部とを連結するコラム部とを備えた内燃機関用コネクティングロッドの製造方法であって、前記小端部及び前記大端部の双方についてそれらの挿通孔がいずれも未加工の状態となるように熱間鍛造を通じて前記小端部及び大端部並びに前記コラム部を一体成形する成形工程と、前記成形工程の終了直後にコネクティングロッド全体を冷却液に浸漬して焼入処理する焼入工程とを含むことをその要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、小端部及び大端部にはいずれも挿通孔が形成されていないため、これが形成されている場合と比較するとその熱容量がいずれも大きくなる。このため、熱間鍛造することにより温度上昇したコネクティングロッド全体を冷却液に浸漬した場合、コラム部は急激に冷却されて硬化するものの、小端部及び大端部はその熱容量が大きいために冷却速度は緩やかなものとなり、その硬化が抑制されるようになる。その結果、こうした簡易な方法を通じて、コラム部を選択的に焼入硬化させることができる一方、小端部及び大端部についてはその硬化を抑制してその後における挿通孔の形成加工を可能なものとすることができるようになる。しかも、焼入工程においては、コネクティングロッド全体を冷却液に浸漬するようにしているため、コネクティングロッドの浸漬深度を精確に制御するための管理が不要になり、その製造方法の更なる簡易化を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる内燃機関用コネクティングロッドの平面構造を示す。
【００１３】
はじめに、図１を参照して、このコネクティングロッドの構造を説明する。同図１に示されるように、コネクティングロッド１０は、内燃機関のピストンに設けられたピストンピン２０が挿通される挿通孔１１を有する小端部１と、クランクシャフトのクランクピン３０が挿通される挿通孔１２を有する大端部２と、これら小端部１、大端部２を連結するコラム部３とを備えている。なお、その大端部２は、本体部２ａとベアリングキャップ２ｂとによって構成されており、本体部２ａは、上記コラム部３と一体に形成されるとともに、ベアリングキャップ２ｂは、ボルトによって本体部２ａに取着されている。こうしたコネクティングロッド１０は、機関運転時に機関のピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換するものであり、特にそのコラム部３にあっては、高い座屈強度が要求される。
【００１４】
次に、図２〜図４を参照して上記コネクティングロッドを製造する製造方法について説明する。
本実施形態にかかるコネクティングロッドの製造方法は、大きくはコネクティングロッドを成形するための成形工程並びにコネクティングロッドのコラム部の硬度を増大させるための焼入工程と含んでいる。図２に、この製造方法の製造手順を、図３に、成形工程により形成されたコネクティングロッドの平面構造及び断面構造を示す。
【００１５】
図２（ａ）に示されるように、本実施形態の成形工程では、鍛造プレスＰで機械構造用鋼からなる素材Ｓを熱間鍛造することにより、先の図１に示される形状を有するコネクティングロッド１０を成形する。図３（ａ）に示されるように、このコネクティングロッド１０の小端部１、大端部２及びコラム部３が一体に成形されるが、小端部１の挿通孔１１については未加工の状態のままで開口されていない。また一方、大端部２の挿通孔１２については小端部と異なり、この成形工程において形成される。
【００１６】
図３（ｂ），（ｃ）は図３（ａ）に示されるコネクティングロッド１０のｂ−ｂ断面構造，ｃ−ｃ断面構造をそれぞれ示している。これら図３（ｂ），（ｃ）に示されるように、小端部１はその断面が略矩形をなすように成形されるとともに、所定の剛性を維持しつつその軽量化を図るために、コラム部３はその断面がＨ字形状をなすように成形される。
【００１７】
次に、焼入加工では、成形工程の終了直後に、図２（ｂ），（ｃ）に示されるように、搬送用アーム６０により大端部２を挟持し、その小端部１が大端部２の鉛直方向下方に位置する状態でコネクティングロッド１０をそのコラム部３と大端部２との接続部分まで冷却液に浸漬する、換言すれば、大端部２を除く小端部１及びコラム部３を冷却液に浸漬する。そして、コラム部３をマルテンサイト化させるために必要な所定時間が経過したとき、コネクティングロッド１０の全体を冷却液から取り出し、焼入工程を終了する。ちなみに、この焼入工程後に、別工程においてその大端部２は本体部２ａとベアリングキャップ２ｂとに分離加工される。
【００１８】
次に、図４を参照して上記焼入工程における小端部１及びコラム部３の温度推移を説明する。
同図４に示されるように、成形工程の終了直後、換言すれば小端部１及びコラム部３を冷却液に浸漬するとき（時刻ｔ０）、これら小端部１、コラム部３は略同一の温度Ｔ０になっている。そして、小端部１とコラム部３とが冷却液に浸漬された後、これら小端部１、コラム部３の温度が低下するようになる。ここで、小端部１には未だ挿通孔１１が形成されておらず、同挿通孔１１が形成された状態と比較してその熱容量が大きいものとなっている。一方、コラム部３はその断面がＨ字形状をなしているため、その表面積が大きく、冷却液との間における熱伝達速度が比較的大きい。したがって、小端部１及びコラム部３を冷却液に浸漬した後における小端部１の温度低下速度はコラム部３よりも小さいものとなる。その結果、コラム部３をマルテンサイト化させるために必要な所定時間が経過したとき（時刻ｔ１）、換言すればコラム部３の温度が同コラム部３をマルテンサイト化させるために必要な温度（温度Ｔｃ）まで低下したとき、小端部１の温度Ｔｓはまだ高くその温度Ｔｃに達していないため、そのマルテンサイト化は抑制されるようになる。
【００１９】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
小端部１の挿通孔１１が未加工の状態となるように熱間鍛造を通じてコネクティングロッド１０を成形するようにした。そのため、成形工程において挿通孔１１が形成されている場合と比較すると小端部１の熱容量が大きなものとなる。したがって、熱間鍛造することにより温度上昇した小端部１とコラム部３とを冷却液に浸漬した場合、コラム部３は急激に冷却されて硬化するものの、小端部１はその熱容量が大きいために冷却速度は緩やかなものとなり、その硬化が抑制されるようになる。その結果、こうした簡易な方法を通じて、コラム部３を選択的に焼入硬化させることができる一方、小端部１についてはその硬化を抑制してその後における挿通孔１１の形成加工を可能なものとすることができるようになる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、上述した第１の実施形態との相違点を中心に図５及び図６を参照して説明する。本実施形態も、第１の実施形態に適用されるコネクティングロッドを製造する製造方法であり、図５は、本実施形態にかかるコネクティングロッドの製造方法の手順を、図６は、本実施形態の成形工程により成形されたコネクティングロッドの平面構造及び断面構造を示している。
【００２０】
図５（ａ）に示されるように、本実施形態では、第１の実施形態と同じように鍛造プレスＰで機械構造用鋼からなる素材Ｓを熱間鍛造することによりコネクティングロッド５０を成形するが、このコネクティングロッド５０は、図６（ａ）に示されるように、その小端部４１及び大端部４２の双方についてそれらの挿通孔５１，５２がいずれも未加工の状態となるように成形される。図６（ｂ）〜（ｄ）は図６（ａ）のｂ−ｂ断面構造，ｃ−ｃ断面構造及びｄ−ｄ断面構造をそれぞれ示している。これら図６（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、小端部４１及び大端部４２はその断面が略矩形をなすように成形されるとともに、所定の剛性を維持しつつその軽量化を図るために、コラム部４３はその断面がＨ字形状をなすように成形される。
【００２１】
次に、本実施形態の焼入工程では、図５（ｂ），（ｃ）に示されるように、成形工程の終了直後に搬送用アーム６０によりコネクティングロッド５０の大端部４２を挟持し、コネクティングロッド５０の全体を冷却液に浸漬する。そして、コラム部３をマルテンサイト化させるために必要な所定時間が経過したとき、コネクティングロッド５０を冷却液から取り出し、焼入工程を終了する。
【００２２】
以上説明した第２の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
小端部４１及び大端部４２の双方についてそれらの挿通孔５１，５２がいずれも未加工の状態となるように熱間鍛造を通じてコネクティングロッド５０を成形するようにした。そのため、成形工程において挿通孔５１，５２が形成されている場合と比較すると小端部４１及び大端部４２の熱容量が大きなものとなる。したがって、熱間鍛造することにより温度上昇した小端部４１と、大端部４２及びコラム部４３とを冷却液に浸漬した場合、コラム部４３は急激に冷却されて硬化するものの、小端部４１及び大端部４２はそれらの熱容量が大きいために冷却速度は緩やかなものとなり、その硬化が抑制されるようになる。その結果、こうした簡易な方法を通じて、コラム部４３を選択的に焼入硬化させることができる一方、小端部４１及び大端部４２についてはそれら硬化を抑制してその後における挿通孔５２の形成加工を可能なものとすることができるようになる。しかも、焼入工程においては、コネクティングロッド５０全体を冷却液に浸漬するようにしているため、コネクティングロッドの浸漬深度を精確に制御する等の管理が不要になり、その製造方法の更なる簡易化を図ることができるようになる。
【００２３】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・第１の実施形態では、成形加工において小端部１の挿通孔１１が未加工の状態となる一方、大端部２の挿通孔１２が開孔状態となるようにコネクティングロッド１０を成形し、焼入工程において大端部２を除く小端部１及びコラム部３を冷却液に浸漬するようにしている。これに対して、大端部２の挿通孔１２が未加工状態となるようにコネクティングロッド１０を成形し、小端部１を除く大端部２及びコラム部３を冷却液に浸漬するようにしてもよい。なおこの場合、小端部１の挿通孔１１は焼入工程後に形成するようにしてもよい。
【００２４】
・上記各実施形態では、成形工程において大端部の本体部とベアリングキャップとが一体成形されるコネクティングロッドの製造方法に本発明を適用する場合について例示した。これに対して、例えば図７に示されるように、成形工程において大端部１０２の本体部１０２ａが小端部１０１、コラム部１０３と一体に成形される一方、大端部１０２のベアリングキャップ１０２ｂが別工程にて製造されるコネクティングロッドの製造方法に同様の態様をもって本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１及び第２の実施形態が適用される内燃機関のコネクティングロッドについてその平面構造を示す平面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）第１の実施形態にかかるコネクティングロッドの製造方法についてその手順を示す製造工程図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）第１の実施形態にかかる成形工程により成形されたコネクティングロッドについてその構造を示す平面図及び断面図。
【図４】第１の実施形態にかかるコネクティングロッドの小端部及びコラム部の温度推移を示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）〜（ｃ）第２の実施形態にかかるコネクティングロッドの製造方法についてその手順を示す製造工程図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）第２の実施形態にかかる成形工程により成形されたコネクティングロッドについてその構造を示す平面図及び断面図。
【図７】コネクティングロッドの構造についてその変形例を示す平面図。
【符号の説明】
【００２６】
Ｐ…鍛造プレス、Ｓ…素材、１…小端部、２…大端部、２ａ…本体部、２ｂ…ベアリングキャップ、３…コラム部、１０…コネクティングロッド、１１，１２…挿通孔、２０…ピストンピン、３０…クランクピン、４１…小端部、４２…大端部、４３…コラム部、５０…コネクティングロッド、５１，５２…挿通孔、６０…搬送用アーム、１０１…小端部、１０２…大端部、１０２ａ…本体部、１０２ｂ…ベアリングキャップ、１０３…コラム部。
【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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【図７】
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