(57)【要約】【課題】荷重が加わった場合でも一定の形状を維持することが可能な低価格で軽量の樹脂製のコネクティングロッドを提供する。【解決手段】ロッド本体２と、ロッド本体の一端に設けられ、所定の転がり軸受８を取付可能な円形の取付穴１０が形成された環状の取付穴部４と、ロッド本体の他端に設けられた連接部６とを備えた樹脂製のコネクティングロッドであり、ロッド本体の一端側の取付穴部とロッド本体との境界近傍Ｆには、樹脂製の補強部材１２が設けられている。この場合、補強部材は、ロッド本体の一端側であって取付穴部とロッド本体との境界近傍において、ロッド本体を挟んで左右対称位置にそれぞれ１個又は複数個設けることができる。具体的には、補強部材は、コネクティングロッドに荷重が加わった際に生じる応力のうち、少なくとも最大の応力が生じる領域に亘って設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド本体と、ロッド本体の一端に設けられ、所定の転がり軸受を取付可能な円形の取付穴が形成された環状の取付穴部と、ロッド本体の他端に設けられた連接部とを備えた樹脂製のコネクティングロッドであって、
ロッド本体の一端側であって取付穴部とロッド本体との境界近傍には、樹脂製の補強部材が設けられていることを特徴とするコネクティングロッド。
【請求項２】
前記補強部材は、ロッド本体の一端側であって取付穴部とロッド本体との境界近傍において、ロッド本体を挟んで左右対称位置にそれぞれ１個又は複数個設けられてい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】
前記補強部材は、コネクティングロッドに荷重が加わった際に生じる応力のうち、少なくとも最大の応力が生じる領域に亘って設けられていることを特徴とする請求項１又は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、例えば真空ポンプやエアコン或いは自動車のエンジン等に適用されるコネクティングロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば駆動軸と受動軸との間に介挿され、回転運動を直線運動に或いは直線運動を回転運動に変換して伝達するための種々のコネクティングロッドが知られている(例えば、特許文献１参照)。例えば図６(ａ),(ｂ)に示されたコネクティングロッドには、ロッド本体１００の一端に環状の取付穴部１０２が設けられ、その他端に連接部１０４が設けられている。環状の取付穴部１０２には、各種の転がり軸受１０６を取り付けることが可能な取付穴１０８が形成されており、その転がり軸受１０６には、例えばクランク軸(図示しない)が回転自在に支持されるようになっている。このようなコネクティングロッドによれば、連接部１０４に連接された部材(図示しない)から直線運動が作用すると、その直線運動は回転運動に変換されてクランク軸に伝達され、このクランク軸を所定方向に回転させる。
【０００３】
ところで、上述したようなコネクティングロッドには、製造コストの削減や軽量化が要求されており、そのため、製造材料として金属に代えて樹脂が用いられる傾向にある。
しかしながら、樹脂製のコネクティングロッドは、金属製のものに比べて強度が劣るため、荷重が加わっても一定形状が維持されるように、剛性や耐久性を高めるための構成を施す必要がある。なぜなら、例えば回転運動を直線運動に或いは直線運動を回転運動に変換している間、コネクティングロッドには大きな荷重が加わり、その際コネクティングロッド内部には応力が発生するが、かかる応力がコネクティングロッドの剛性や耐久性などの耐力を上回った場合、コネクティングロッドが破損或いは変形してしまう畏れがある。特に図６(ａ),(ｂ)に示されたようなコネクティングロッドでは、そのロッド本体１００の一端側であって取付穴部１０２とロッド本体１００との境界近傍Ｆには、応力が集中し易いため、かかる境界近傍Ｆが破損或いは変形する畏れがある。
【特許文献１】特開平０３−００９１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、荷重が加わった場合でも一定の形状を維持することが可能な低価格で軽量の樹脂製のコネクティング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】
【０００５】
このような目的を達成するために、本発明は、ロッド本体と、ロッド本体の一端に設けられ、所定の転がり軸受を取付可能な円形の取付穴が形成された環状の取付穴部と、ロッド本体の他端に設けられた連接部とを備えた樹脂製のコネクティングロッドであって、ロッド本体の一端側であって取付穴部とロッド本体との境界近傍には、樹脂製の補強部材が設けられている。
この場合、補強部材は、ロッド本体の一端側であって取付穴部とロッド本体との境界近傍において、ロッド本体を挟んで左右対称位置にそれぞれ１個又は複数個設けることができる。具体的には、補強部材は、コネクティングロッドに荷重が加わった際に生じる応力のうち、少なくとも最大の応力が生じる領域に亘って設ける。
これにより、例えばロッド本体の他端の連接部から引張荷重が加わって、コネクティングロッドが延びようとしても、補強部材によりコネクティングロッドの強度(剛性や耐久性)が維持或いは高められるため、コネクティングロッド内部に生じる引張応力を小さく抑えることができ、その結果、コネクティングロッドの形状を一定に維持することが可能となる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、荷重が加わった場合でも一定の形状を維持することが可能な低価格で軽量の樹脂製のコネクティングロッドを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態に係るコネクティングロッドについて、添付図面を参照して説明する。
図１(ａ),(ｂ)に示すように、本実施の形態のコネクティングロッドは、例えば駆動軸と受動軸との間に介挿され、回転運動を直線運動に或いは直線運動を回転運動に変換して伝達することができるように構成されている。
【０００８】
コネクティングロッドには、ロッド本体２の一端に環状の取付穴部４が設けられ、その他端に連接部６が設けられている。環状の取付穴部４には、各種の転がり軸受８を取り付けることが可能な円形の取付穴１０が形成されており、その転がり軸受８には、例えばクランク軸(図示しない)が回転自在に支持されるようになっている。このような構成によれば、連接部６に連接された部材(図示しない)から直線運動が作用すると、その直線運動は回転運動に変換されてクランク軸に伝達され、このクランク軸を所定方向に回転させることができる。
【０００９】
本実施の形態において、コネクティングロッドは、その全体が樹脂材料で成形されており、ロッド本体２の一端側であって取付穴部４とロッド本体２との境界近傍Ｆには、樹脂製の補強部材(例えば、リブ)１２が設けられている。
コネクティングロッドに用いる樹脂材料としては、例えば、ナイロン６６、ナイロン４６、ポリフェニレンサルファイド樹脂(ＰＰＳ樹脂)又はこれらにガラス繊維やカーボン繊維などを含有させて補強したもの等が好ましい。
また、補強部材１２に用いる樹脂材料としては、同様に、例えば、ナイロン６６、ナイロン４６、ポリフェニレンサルファイド樹脂(ＰＰＳ樹脂)又はこれらにガラス繊維やカーボン繊維などを含有させて補強したもの等が好ましい。
成形方法としては、例えば、一連の製造プロセスでコネクティングロッドと共に補強部材１２を一体成形しても良いし、或いは、コネクティングロッドを成形した後に、別プロセスで補強部材１２を後付けしても良い。この場合、コネクティングロッドと補強部材１２の双方に同一の樹脂材料を用いて良いし、互いに異なる樹脂材料を用いても良い。
【００１０】
補強部材１２は、コネクティングロッドに荷重が加わった際に生じる応力のうち、少なくとも最大の応力が生じる領域に亘って設けられる。例えば図１(ａ),(ｂ)のコネクティングロッドでは、その一例として、ロッド本体２の一端側であって取付穴部４とロッド本体２との境界近傍Ｆにおいて、ロッド本体２を挟んで左右対称位置にそれぞれ１個の補強部材１２が設けられている。同図(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ｌ,Ｒ方向から見た側面図であり、同図(ｂ)において、ロッド本体２から取付穴部４に亘る部分の一側面Ｓ１と他側面Ｓ２との間の中央部分に、１個の補強部材１２が設けられている。この場合、コネクティングロッド内部に生じる応力を釣り合い良く分散させて小さくするためには、ロッド本体２を挟んで左右対称位置に設けられた補強部材１２は、互いに同一形状(同一の厚さ寸法及び長さ寸法)であることが好ましい。
【００１１】
補強部材１２の厚さや長さ及び高さや形状については、コネクティングロッドの使用目的や使用環境、或いは、取付穴部４の取付穴１０に取り付けられる転がり軸受８の種類によりコネクティングロッドに生じる応力分布や最大主応力の発生位置が異なるため、これに合わせて設定されることになる。従って、ここでは、補強部材１２の厚さや長さ及び高さについての数値限定や、形状の特定はしない。なお、図１(ｂ)では、補強部材１２を図面上明確にするために補強部材１２の部分にハッチングを施したが、断面を示すものでは無い。
【００１２】
以上の構成において、コネクティングロッドに荷重が加わったとき、コネクティングロッド内部に生じる応力は、ロッド本体２と取付穴部４との境界近傍Ｆに分布する傾向にある。従って、かかる境界近傍Ｆに補強部材１２を設けておけば、例えばロッド本体２の他端の連接部６から引張荷重が加わって、コネクティングロッドが延びようとしても、補強部材１２によりコネクティングロッドの強度(剛性や耐久性)が高められるため、コネクティングロッド内部に生じる引張応力を小さくすることができ、その結果、コネクティングロッドの形状を一定に維持することが可能となる。
【００１３】
このような効果は、補強部材１２の個数を増やすことにより更に高められ、コネクティングロッドの強度を更に向上させることができる。例えば図２(ａ),(ｂ)のコネクティングロッドでは、ロッド本体２の一端側であって取付穴部４とロッド本体２との境界近傍Ｆにおいて、ロッド本体２を挟んで左右対称位置にそれぞれ２個の補強部材12a,12bが設けられている。同図(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ｌ,Ｒ方向から見た側面図であり、同図(ｂ)において、ロッド本体２から取付穴部４に亘る部分の一側面Ｓ１及び他側面Ｓ２のそれぞれの側部に、補強部材12a,12bが設けられている。この場合、コネクティングロッド内部に生じる応力を釣り合い良く分散させて小さくするためには、ロッド本体２を挟んで左右対称位置に設けられた補強部材12a,12bはそれぞれ、互いに同一形状(同一の厚さや長さ及び高さ)であることが好ましい。
【００１４】
補強部材12a,12bの厚さや長さ及び高さや形状については、コネクティングロッドの使用目的や使用環境、或いは、取付穴部４の取付穴１０に取り付けられる転がり軸受８の種類によりコネクティングロッドに生じる応力分布や最大主応力の発生位置が異なるため、これに合わせて設定されることになる。従って、ここでは、補強部材12a,12bの厚さや長さ及び高さについての数値限定や、形状の特定はしない。なお、同図(ｂ)では、補強部材12a,12bを図面上明確にするために補強部材12a,12bの部分にハッチングを施したが、いずれも断面を示すものでは無い。
【００１５】
ここで、補強部材の有無によりコネクティングロッドに生じる応力の変化について、図３の解析結果を参照して説明する。この解析では、対称性を考慮してコネクティングロッドの１／４モデル(ＦＥＭ(Finite Element Method)モデル)を使用した。また、転がり軸受８の一例として開放形６２０５相当の玉軸受を用いたが、図３では玉軸受をモデル化せずに、ロッド本体２の一端の取付穴部４を約９０度の範囲(矢印Ｈの範囲)で拘束し、他端の連接部６から引張荷重Ｐ＝１００Ｎ(ニュートン)を加えた。このとき、取付穴部４の取付穴１０に玉軸受が取り付けられている場合、この玉軸受の上側と取付穴１０との間には隙間が生じるが、玉軸受の下側と取付穴１０との間には隙間は生じない。なお、この解析では、同図(ｂ),(ｄ)に示す補強部材１２は、ロッド本体２を挟んで左右対称位置にそれぞれ１個設けられた場合を想定している。
【００１６】
同図(ａ)は、補強部材の無いコネクティングロッドの１／４モデルであり、かかるコネクティングロッドの他端の連接部６から引張荷重Ｐ＝１００Ｎを加えると、同図(ｃ)に示すように応力が分布し、引張応力の最大箇所における最大主応力は、１６ＭＰａ(メガパスカル)となって生じる。これに対して、同図(ｂ)は、補強部材１２の有るコネクティングロッドの１／４モデルであり、かかるコネクティングロッドの他端の連接部６から引張荷重Ｐ＝１００Ｎを加えると、同図(ｄ)に示すように応力が分布し、引張応力の最大箇所における最大主応力は、１２ＭＰａ(メガパスカル)となって生じる。なお、同図(ｃ),(ｄ)に示された数値は、それぞれ応力の大きさを表しており、その単位は全てＭＰａ(メガパスカル)である。
【００１７】
以上、補強部材１２の有るコネクティングロッドでは、補強部材の無いものに比べて最大主応力を４ＭＰａ程度小さく抑えることができた。このような解析結果から明らかなように、コネクティングロッドに荷重が加わった際に生じる応力のうち、少なくとも最大の応力が生じる領域に亘って補強部材１２を設けることにより、例えばロッド本体２の他端の連接部６から引張荷重が加わって、コネクティングロッドが延びようとしても、補強部材１２によりコネクティングロッドの強度(剛性や耐久性)が高められるため(約３０％向上)、コネクティングロッド内部に生じる引張応力を小さくすることができ、その結果、コネクティングロッドの形状を一定に維持することが可能となる。
【００１８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることは無く、以下のように変更することが可能である。
第１の変形例として、例えば図４(ａ),(ｂ)に示すように、ロッド本体２の一端側であって取付穴部４とロッド本体２との境界近傍Ｆにおいて、ロッド本体２を挟んで左右対称位置にそれぞれ３個の補強部材12a,12b,12cを設けても良い。
３個の補強部材12a,12b,12cは、両側の補強部材12a,12bが中央の補強部材１２ｃよりも長くなっているが、逆に、中央の補強部材１２ｃを両側の補強部材12a,12bよりも長くしても良い。この場合、コネクティングロッド内部に生じる応力を釣り合い良く分散させて小さくするためには、ロッド本体２を挟んで左右対称位置に設けられた補強部材12a,12b,12cはそれぞれ、互いに同一形状(同一の厚さや長さ及び高さ)であることが好ましい。
なお、この変形例は、あくまで一例であり、コネクティングロッドの使用目的や使用環境に応じて、補強部材の個数を更に増やしても良い。また、同図(ｂ)では、補強部材12a,12b,12cを図面上明確にするために補強部材12a,12b,12cの部分にハッチングを施したが、いずれも断面を示すものでは無い。
【００１９】
第２の変形例として、例えば図５(ａ)のＦＥＭ１／４モデルに示すように、ロッド本体２を挟んで左右対称位置にそれぞれ１個の補強部材１２を湾曲させて設けても良い。
上述した実施の形態及び第１の変形例では、同一平面状に延出した補強部材を例示したが、コネクティングロッド内部に生じる応力を釣り合い良く分散させて小さくすることができれば、この変形例のように湾曲させた補強部材１２を用いることも可能である。
【００２０】
第３の変形例として、例えば図５(ｂ)に示すように、ロッド本体２を挟んで左右対称位置にロッド本体２及び取付穴部４と同一幅寸法の補強部材１２を設けても良い。
これは、ロッド本体２の一端側であって取付穴部４とロッド本体２との境界近傍Ｆを厚肉化させた場合と同様の効果を奏する。なお、同図(ｂ)では、補強部材１２を図面上明確にするために補強部材１２の部分にハッチングを施したが、断面を示すものでは無い。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、例えば駆動軸と受動軸との間に介挿され、回転運動を直線運動に或いは直線運動を回転運動に変換して伝達するような機械的構成に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る１個の補強部材が設けられたコネクティングロッドの正面図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ｌ,Ｒ方向からみた側面図。
【図２】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る複数個の補強部材が設けられたコネクティングロッドの正面図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ｌ,Ｒ方向からみた側面図。
【図３】補強部材に有無によりコネクティングロッドに生じる応力の変化を説明するための図であって、(ａ)は、補強部材の無いコネクティングロッドの１／４モデル、(ｂ)は、補強部材の有るコネクティングロッドの１／４モデル、(ｃ)は、同図(ａ)のコネクティングロッドに引張荷重を加えた際に生じる応力分布図、(ｄ)は、同図(ｂ)のコネクティングロッドに引張荷重を加えた際に生じる応力分布図。
【図４】(ａ)は、本発明の第１の変形例に係るコネクティングロッドの正面図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ｌ,Ｒ方向からみた側面図。
【図５】(ａ)は、本発明の第２の変形例に係るコネクティングロッドの１／４モデル、(ｂ)は、本発明の第３の変形例に係るコネクティングロッドの側面図。
【図６】(ａ)は、従来のコネクティングロッドの正面図、(ｂ)は、同図(ａ)のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【符号の説明】
【００２３】
２  ロッド本体
４  取付穴部
６  連接部
８  転がり軸受
１０  取付穴
１２  補強部材
Ｆ  境界近傍
【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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