(57)【要約】コネクティングロッドを製造する方法。本方法は、以下のステップ、すなわち、粉末鍛造プロセスによってコネクティングロッドを形成するステップと、粉末鍛造プロセスの完了後に誘導加熱プロセスによってコネクティングロッドのボアの内側に一体的な耐摩耗面を形成するステップとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクティングロッドを製造する方法であって、
粉末鍛造プロセスによって前記コネクティングロッドを形成することと、
前記粉末鍛造プロセスの完了後に誘導加熱プロセスによって前記コネクティングロッドのボアの内側に一体的な耐摩耗面を形成することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記一体的な耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有し、
前記コネクティングロッドの前記ボアは、該ボアに挿入されるブッシュを有しない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有し、
前記コネクティングロッドの前記ボアは、該ボアに挿入される軸受を有しない、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１の方法によって製造される、コネクティングロッド。
【請求項６】
前記一体的な耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有し、前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有する、請求項５に記載のコネクティングロッド。
【請求項７】
前記コネクティングロッドの組成は、それぞれ該コネクティングロッドの重量パーセントとして示すと、１．５０％〜３．５０％のＣｕ及び０．４５％〜０．９０％のＣを含む、請求項６に記載のコネクティングロッド。
【請求項８】
内燃機関用のコネクティングロッドであって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる細長い中間部分と、
前記第１の端部を通って延びるボアの内側に位置し、前記コネクティングロッドの残りの部分よりも大きい硬さを有する、一体的に形成される耐摩耗面と、
を備え、
前記第１の端部は前記第２の端部よりも小さく、
前記コネクティングロッドの前記ボアは、該ボアに挿入されるブッシュを有しない、コネクティングロッド。
【請求項９】
前記一体的に形成される耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項８に記載のコネクティングロッド。
【請求項１０】
前記一体的に形成される耐摩耗面は、前記コネクティングロッドが粉末鍛造プロセスによってまず形成された後、誘導加熱プロセスによって形成される、請求項８に記載のコネクティングロッド。
【請求項１１】
前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有し、前記一体的に形成される耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１０に記載のコネクティングロッド。
【請求項１２】
前記コネクティングロッドの組成は、それぞれ該コネクティングロッドの重量パーセントとして示すと、１．５０％〜３．５０％のＣｕ及び０．４５％〜０．９０％のＣを含み、前記第２の端部も該第２の端部を通って延びるボアを有し、前記第２の端部の前記ボアは、該ボアに挿入される軸受を有さず、前記第２の端部の前記ボアは、該コネクティングロッドが粉末鍛造プロセスによってまず形成された後に、誘導加熱プロセスによって形成される、一体的に形成される耐摩耗面を有する、請求項１１に記載のコネクティングロッド。
【請求項１３】
前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有する、請求項８に記載のコネクティングロッド。
【請求項１４】
内燃機関用のアセンブリであって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる細長い中間部分とを有するコネクティングロッドであって、前記第１の端部は前記第２の端部よりも小さく、ボアが前記第１の端部を通って延び、該ボアは、該ボアに挿入されるブッシュを有さない、コネクティングロッドと、
前記ボアの内側に位置し、前記コネクティングロッドの残りの部分よりも大きい硬さを有する、一体的に形成される耐摩耗面と、
前記ボア内に回転可能に受け入れられ、ピストンピンによって前記コネクティングロッドに固定されるピストンと、
を備える、アセンブリ。
【請求項１５】
前記一体的に形成される耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有する、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有する、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記一体的に形成される耐摩耗面は、前記コネクティングロッドが粉末鍛造プロセスによってまず形成された後に、誘導加熱プロセスによって形成される、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記一体的に形成される耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有し、前記一体的な耐摩耗面は５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣの範囲の硬さを有する、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記コネクティングロッドの組成は、それぞれ前記コネクティングロッドの重量パーセントとして示すと、１．５０％〜３．５０％のＣｕ及び０．４５％〜０．９０％のＣを含む、請求項１９に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の実施形態は、コネクティングロッド及びより詳細にはコネクティングロッドを製造する方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１２年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／５９２３０２号の優先権を主張する。この米国仮特許出願の内容は参照により本願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
コネクティングロッドの製造プロセスは、閉鎖された金型においてかなり大きい圧力下で金属粒子を加圧成形し、圧粉体形態のロッドを生産することを含む。次に、圧粉体は炉内で十分に加熱されて焼結プレフォームを形成する。焼結プレフォームでは金属粒子が結合している。次に、焼結プレフォームは熱間鍛造され、ロッドの密度及び強度が増大される最終ロッド形状になる。
【０００４】
またさらに、自動車産業はコネクティングロッド製造業者にこれらの物品を改良することを要求し続けている。コンプレッサー及び内燃機関等の多くのピストン動力ユニットでは、全浮動式のピストンピン又はリストピンが用いられ、連動するシリンダー内で動作するようにコネクティングロッドをピストンに作動的に連結する。従来では、コネクティングロッドの小端部にありピンが貫通して延びるピン軸受又はブッシュ内に嵌まるこれらのピン、又は開口の内面には、コーティングが施されていた。しかし、これらのプロセスのそれぞれは、コネクティングロッドを製造するコストを増加させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、性能を犠牲にせずに、コネクティングロッドの小端部から上述のコーティング又はブッシュを排除したコネクティングロッド及びその製造方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態において、コネクティングロッドを製造する方法が提供される。該方法は、以下のステップ、すなわち、
粉末鍛造プロセスによって前記コネクティングロッドを形成するステップと、
前記粉末鍛造プロセスの完了後に誘導加熱プロセスによって前記コネクティングロッドのボアの内側に一体的な耐摩耗面を形成するステップと、
を含む。前記コネクティングロッドの前記ボアは、該ボアに挿入されるブッシュを有しない。
【０００７】
別の実施形態において、内燃機関用のコネクティングロッドが提供される。該コネクティングロッドは、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる細長い中間部分と、
なお、前記第１の端部は前記第２の端部よりも小さく、ボアが前記第１の端部を通って延び、
前記ボアの内側に位置する一体的に形成される耐摩耗面であって、該一体的に形成される耐摩耗面は前記コネクティングロッドの残りの部分よりも大きい硬さを有する、一体的に形成される耐摩耗面と、
を備え、
前記コネクティングロッドの前記ボアは、該ボアに挿入されるブッシュを有しない。
【０００８】
また別の実施形態において、内燃機関用のアセンブリが提供される。該アセンブリは、  第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる細長い中間部分とを有するコネクティングロッドであって、前記第１の端部は前記第２の端部よりも小さく、ボアが前記第１の端部を通って延びる、コネクティングロッドと、
前記ボアの内側に位置する一体的に形成される耐摩耗面であって、該一体的に形成される耐摩耗面は前記コネクティングロッドの残りの部分よりも大きい硬さを有する、一体的に形成される耐摩耗面と、
なお、前記コネクティングロッドの前記ボアは、該ボアに挿入されるブッシュを有せず、
前記ボア内に回転可能に受け入れられ、ピストンピンによって前記コネクティングロッドに固定されるピストンと、
を備える。
【０００９】
また別の実施形態において、コネクティングロッドを製造する方法が提供される。該方法は、以下のステップ、すなわち、
粉末鍛造プロセスによって前記コネクティングロッドを形成するステップと、
前記粉末鍛造プロセスの完了後に誘導加熱プロセスによって前記コネクティングロッドのボアの内側に一体的な耐摩耗面を形成するステップと、
を含む。
【００１０】
本発明のこれらの特徴、態様、及び利点及び／又は他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むとよりよく理解されるであろう。添付の図面において、同様の符号は図面を通して同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成されたコネクティングロッドがピストンに固定されている図である。
【図１Ａ】本発明の代替的な一実施形態に従って形成されたコネクティングロッドがピストンに固定されている図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って形成されたコネクティングロッドを示す図である。
【図２Ａ】本発明の代替的な一実施形態に従って形成されたコネクティングロッドを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る製造プロセスを示すフローチャートである。
【図４】本発明の非限定的で例示的な１つの実施形態に係る、ともに形成された一体的な耐摩耗面を有する部品の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面は本発明の種々の実施形態及び特徴を示すが、図面は必ずしも縮尺通りではなく、或る特定の特徴部が、本発明の例示的な実施形態を図示及び説明するために強調されている場合がある。本明細書に記載されている例示は、一形態において、本発明のいくつかの態様を示し、このような例示は本発明の範囲をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１３】
米国特許第６，５７９，４９２号を参照する。この米国特許の内容は引用することにより本明細書の一部をなす。ここで図面を参照すると、本願の教示に従って製造されたコネクティングロッド１０が示されている。ロッド１０は、中間部分１２と、小端部分１４と、大端部分１６とを有する細長い形態を有する。ボア１８が小端部分１４を貫通して形成され、ピストン２２のリストピン又はピストンピン２０を受け入れるように適合されている。このことはエンジン技術分野においてよく知られている。開口２４が大端部１６に形成され、クランクシャフトのジャーナル（図示せず）を受け入れるように適合されている。このこともエンジン技術分野においてよく知られている。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、コネクティングロッド１０は、粉末鍛造プロセスを含む第１のステップ３０によって形成される。その後、コネクティングロッドは第２のステップ３２によって更に形成される。この場合、コネクティングロッドの小端部分１４のボアに近接する部分２６には更なる加工ステップ、すなわち誘導加熱ステップ３２が施される。その後の局所的な領域における加熱処理ステップによって、部分２６は、ピストンピン２０と相互作用する、ボア１８の耐摩耗面を提供する。この耐摩耗面は、米国特許第６，５７９，４９２号に記載されているような、別個に形成されるブッシュの必要をなくす。またさらに、耐摩耗面は、ブッシュ又はブッシュの代わりに若しくはブッシュに追加して別個に適用されるコーティングの必要もなくす。
【００１５】
またさらに、非限定的で例示的な１つの実施形態において、誘導加熱ステップ３２は、焼入れステップ３３が後に続くか又は焼入れステップ３３を含む。誘導加熱ステップによって上述の部分に加えられた熱は迅速に取り除かれると同時に、焼入れプロセス中に生じ得るいかなる応力も最小限に抑える。
【００１６】
代替的な一実施形態において、大端部１６の開口２４に近接する部分２７にも更なる加工ステップ、すなわち上述の誘導加熱ステップが施される。その後の局所的な領域における加熱処理ステップによって、部分２７は開口２４に、クランクシャフトのジャーナルと相互作用する耐摩耗面を提供する。これにより、軸受又は軸受の代わりに若しくは軸受に追加して別個に適用されるコーティングの必要をなくす。更に別の代替的な実施形態において、大端部１６の開口２４に近接する部分２７のみに更なる加工ステップ、すなわち上述の誘導加熱ステップが施され、誘導加熱はボア１８又は部分２６には適用されない。したがって、ボア１８及び開口２４のいずれかのみに局所的な領域における加熱処理を施して耐摩耗面を提供してもよく、又は、ボア１８及び開口２４の双方に局所的な領域における加熱処理を施して耐摩耗面を提供してもよい。
【００１７】
例えば、非限定的で例示的な１つの実施形態において、また第１のステップ中、粉末金属粒子を閉鎖された金型において大きな圧力下で成形することによって、圧粉体がロッドの形態で作製される。この圧力は通常約８００００ｐｓｉである。当然ながら、必要な圧力は異なってもよく、上述の値よりも大きくても小さくてもよい。この加圧成形により、粒子が機械的に結合されるとともに、安定した、比較的脆いが扱うのに十分な強度の部品が形成される。次に、圧粉体が、炉内で華氏２０００度よりも高い温度で、金属粒子を結合させるのに十分な時間加熱される。ここでも、用途に必要とされ得る場合、温度も変化してもよい。焼結後、プレフォームは圧粉体と同じ形態を有するが、はるかにより強度が大きくなる。
【００１８】
その後、プレフォームは熱間鍛造され、コネクティングロッドに必要とされるような形状を達成するとともに密度及び強度が増大する。通常、プレフォームは、押し型内で約６００００ｐｓｉの圧力かつ華氏１８００度よりも高い温度でもう一度熱間鍛造される。温度及び圧力は、上記で与えられた温度及び圧力よりも高いか又は低くなるように異なってもよい。
【００１９】
第１のステップの後、コネクティングロッドの部分２６及び／又は部分２７には誘導加熱が施される。部分２６及び／又は部分２７は誘導加熱ステップによって更に硬化され、そうして耐摩耗面がボア１８及びピストンピン２０の境界面並びに開口２４に設けられる。換言すると、ボア１８及び／又は開口２４の表面は、誘導加熱ステップによって更に硬化されて耐摩耗面を提供する。耐摩耗面は、誘導加熱ステップで処理されていない、コネクティングロッドの他の部分よりも硬い。他の加熱ステップを適用して所望の耐摩耗面を提供してもよいことも理解される。非限定的で例示的な１つの実施形態において、一体的な耐摩耗面は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有してボア１８及び／又は開口２４から延びる。またさらに、非限定的な１つの実施形態における加熱処理領域の硬さは、ロックウェル硬さスケール又は任意の他の同等のスケールに従うと５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣである。当然ながら、上述の値よりも大きいか若しくは小さい厚さ及び／又は硬さが本発明の例示的な実施形態の範囲であるとみなされる。
【００２０】
非限定的で例示的な１つの実施形態において、上述した誘導加熱ステップ中に用いられる温度は６００℃〜１２００℃の範囲である。１つの例示的な範囲は８５０℃〜９５０℃である。当然ながら、これらの範囲は例として提供されており、必要とされる温度は変化してもよく、上述の値又は範囲よりも大きくても小さくてもよい。
【００２１】
またさらに、非限定的で例示的な１つの実施形態において、誘導加熱ステップ３２は、焼入れステップ３３が後に続くか又は焼入れステップ３３を含む。誘導加熱ステップによって上述の部分に加えられた熱は迅速に取り除かれると同時に、焼入れプロセス中に生じ得るいかなる応力も最小限に抑える。
【００２２】
図４は、１つの非限定的な誘導加熱プロセスによってともに形成された一体的な耐摩耗面を有する部品１０を概略的に示している。粉末鍛造プロセスの完了後、コイル５０若しくはコイル５０の一部は部品１０のボア１８及び／又は開口２４内に挿入される。部品１０は、コイル５０によって生成された集中磁界による誘導電流を通じて高温に加熱される。非限定的な１つの実施形態において、必要な場合、その部品はその後、コイル５０に隣接するか又はコイル５０に一体的に連結した素子を介して焼入れされてもよく、又は、代替的にはその部品自身が、誘導加熱ステップ後に焼入れプロセスを実施するように構成された別の素子に移動されてもよい。その上、更に別の非限定的な代替的な実施形態において、上述の誘導加熱ステップ及び焼入れは、所望の耐摩耗面を提供するために繰り返してもよい。当然ながら、単一のステッププロセスも、本発明の例示的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。
【００２３】
金属粉末は異なってもよく、１つの実施態様においてベース金属粉末は鉄粉である。焼結プレフォームは混合粉又は予合金粉によって作製されてもよい。通常、鉄粉は他の成分、例えば、ニッケル、モリブデン、銅、炭素等を含む。ベース第一鉄は銅、グラファイト、マンガン、硫黄、及び潤滑剤と混合される。当然ながら、他の組合せも本発明の例示的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。
【００２４】
例えば、予合金化されたマンガン、硫黄、鉄基粉末を用いて、鍛造される物品を生産することができる。予合金粉は銅及び炭素と混合され、コネクティングロッド製造に用いる混合物を生成する。
【００２５】
非限定的な１つの実施形態において、コネクティングロッドの組成は、それぞれロッドの重量パーセントとして示すと、１．５０％〜３．５０％のＣｕ及び０．４５％〜０．９０％のＣを含む。当然ながら、上述の値よりも大きいか又は小さい、銅及び炭素の他の範囲が本発明の例示的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。
【００２６】
当然ながら、この発明は、コネクティングロッド以外の物品を鍛造するのに用いてもよいことが理解される。他の自動車用途では、内燃機関用のピストンリング及び弁座を含む。他の部品として、クラッチレース、差動歯車、及び同様の部品が挙げられる。
【００２７】
本明細書で用いられる場合、「第１の」、「第２の」等の用語は、本明細書においていかなる順序、数量、又は重要度も示さず、１つの要素を別の要素と区別するのに用いられる。また、数量を特定していない語は、本明細書において数量の限定を示さず、参照された事物のうちの少なくとも１つの存在を示す。加えて、「底部」及び「頂部」という用語は、別段示されない限り、単に記載の便宜のために本明細書において用いられ、いかなる１つの位置又は空間的な向きに限定されないことが留意される。
【００２８】
数量に関連して用いられる「約」という修飾語は、記載された値を含み、文脈によって規定される意味を有する（例えば、特定の数量の測定に関連して誤差の程度を含む）。
【００２９】
本発明は例示的な一実施形態を参照して記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ、均等物をそれらの要素と置き換えることができることが当業者には理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対する特定の状況又は材料に適合させるように、多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、この発明を実行するのに意図される最良の形態として開示されている特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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