(57)【要約】【課題】  摩擦攪拌処理を適切な部分に施して、生産効率の向上およびコストの低減化を図りつつ、高強度のコネクティングロッドを提供すること。【解決手段】  コネクティングロッド１のロッド本体２を、アルミニウム合金の鋳造により成形した後、シャフトホルダ部５の表面の一部からロッド部６の表面を介して小端部４の表面の一部に至る領域に、摩擦攪拌処理を施す。これによって得られるコネクティングロッド１は、処理前のものの引張強さに対して、処理後のものの引張強さが、約６０％上昇する。その結果、このコネクティングロッド１は、アルミニウム合金の鋳造により、生産効率の向上およびコストの低減化を図りつつ、軽量に形成でき、しかも、高強度なコネクティングロッドとして提供することができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小端部と、大端部と、前記小端部と大端部とを連結するロッド部とを備えるコネクティングロッドにおいて、
少なくとも前記ロッド部の表面に、摩擦攪拌処理が施さ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】
前記摩擦攪拌処理が、前記大端部の表面の一部から前記ロッド部の表面を介して前記小端部の表面の一部まで、連続して施さ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクティングロッド、詳しくは、内燃機関のコネクティングロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクティングロッドは、内燃機関において、ピストンとクランクシャフトとを連結するための部品であって、近年、慣性エネルギーの損失を低減する目的から軽量化が進んでおり、アルミニウムやチタンなどの軽金属の鍛造品からなるものが知られている。
【０００３】
例えば、耐磨耗性や耐焼付け性を向上させるために、アルミニウム合金に添加されるシリコンの初晶粒子のサイズを、溶融合金の攪拌により小さくし、これによって、高強度のアルミニウム合金からなるコネクティングロッドの鍛造品を製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、例えば、小端部、ロッド部、クランクピン挿入部（大端部におけるロッド部に連続する部分）を、チタン合金から鍛造し、キャップ（大端部におけるクランクピン挿入部に符合する部分）を、鉄系材料から鍛造して、慣性重量の低減化およびコストの低減化を図ることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
さらに、コネクティングロッドなど、耐摩耗性が要求される部品について、チタンまたはチタン合金の表面を肉盛り硬化させて耐久性の向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
また、近年、アルニニウム鋳物の表面に、それよりも硬い材質の工具を回転させながら摺接させた状態で移動させることにより、発生する摩擦熱と圧力とによって摺接部の鋳物の材料を塑性流動させ、これによって、アルミニウム鋳物の疲労強度を向上させることが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３３５７６６号公報
【特許文献２】特開平５−１９６０３０号公報
【特許文献３】特開平５−２９３６７１号公報
【特許文献４】特開２０００−３３６４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、コネクティングロッドを、特許文献１や特許文献２に記載されるように、軽金属の鍛造品として製造すると、コストが上昇し、また、切削性が悪く、後加工が困難となる。また、特許文献３に記載されるような硬化処理を施しても、上記と同様に切削性が悪く、やはり後加工が困難となる。
【０００８】
一方、例えば、アルミニウム合金などから鋳造すれば、安価に製造できるが、強度が不足する。また、特許文献４に記載されるような摩擦攪拌強化法は、アルミニウム鋳物の強度の向上を図る上において有効であるが、コンロッドのような異形状の部品に対して、強度向上を図るために、具体的な適用箇所などについては明らかにされてはいない。
【０００９】
本発明の目的は、摩擦攪拌処理を適切な部分に施して、生産効率の向上およびコストの低減化を図りつつ、高強度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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、小端部と、大端部と、前記小端部と大端部とを連結するロッド部とを備えるコネクティングロッドにおいて、少なくとも前記ロッド部の表面に、摩擦攪拌処理が施されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明では、前記摩擦攪拌処理が、前記大端部の表面の一部から前記ロッド部の表面を介して前記小端部の表面の一部まで、連続して施されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のコネクティングロッドによれば、摩擦攪拌処理が、最も効果的に施されているので、生産効率の向上およびコストの低減化を図りつつ、高強度のコネクティングロッドとして提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明のコネクティングロッドの一実施形態を示す平面図である。図１において、このコネクティングロッド１は、ロッド本体２と、このロッド本体２との間においてクランクシャフト（図示せず。）を保持するキャップ３とを備えている。
【００１４】
これらロッド本体２およびキャップ３は、それぞれ、アルミニウム合金から鋳造されている。
【００１５】
ロッド本体２は、小端部４と、キャップ３と対向するシャフトホルダ部５と、小端部４およびシャフトホルダ部５の間を連結するロッド部６とを一体的に備えている。
【００１６】
小端部４は、ピストンピンが挿入されるピン孔７を有する平リング状に形成されている。
【００１７】
シャフトホルダ部５は、略凹状の厚板からなり、クランクシャフトを受ける略半円弧状の本体側受け面８と、その本体側受け面８の両側に設けられる本体側固定部９とを備えている。本体側固定部９には、本体側固定部９をロッド部６の長手方向と平行する方向に貫通する本体側挿通孔１０と、その本体側挿通孔１０の一方側端部に形成される平坦状の本体側当接面１１と、他方側端部に形成される平坦状の本体側台座面１２とを備えている。
【００１８】
ロッド部６は、断面略矩形状であって、小端部４とシャフトホルダ部５とに連続する平面視略細長矩形状をなし、小端部４からシャフトホルダ部５に向かって次第に幅広に形成されている。
【００１９】
また、キャップ３は、シャフトホルダ部５と略同一形状の略凹状の厚板からなり、クランクシャフトを受ける略半円弧状のキャップ側受け面１３と、そのキャップ側受け面１３の両側に設けられるキャップ側固定部１４とを備えている。キャップ側固定部１４には、キャップ３がロッド本体２に固定された状態で、本体側挿通孔１０に連通するように形成されるキャップ側挿通孔１５と、そのキャップ側挿通孔１５における本体側当接面１１と対向する一方側端部に形成される平坦状のキャップ側当接面１６と、他方側端部に形成される平坦状のキャップ側台座面１７とを備えている。
【００２０】
そして、このコネクティングロッド１は、実際の組立てにおいては、シャフトホルダ部５とキャップ３との間に、クランクシャフトを介装した状態で、シャフトホルダ部５の本体側当接面１１にキャップ３のキャップ側当接面１６を当接させて、各キャップ側台座面１７から、キャップ側挿通孔１５および本体側挿通孔１０にボルト１８を挿通し、各本体側台座面１２において、突出されたボルト１８にナット１９を螺着することによって、組み立てられる。
【００２１】
なお、このコネクティングロッド１では、シャフトホルダ部５とキャップ３とで大端部２０が構成され、互いに対向する本体側受け面８とキャップ側受け面１３とでクランクシャフトを保持する略円形状のクランクシャフト支持孔２１が形成される。
【００２２】
そして、この実施形態のコネクティングロッド１のロッド本体２は、鋳造後、上記した本体側挿通孔１０の穿孔加工などの後加工を施す前に、シャフトホルダ部５の表面の一部からロッド部６の表面を介して小端部４の表面の一部に至る領域に、摩擦攪拌処理が施されている。
【００２３】
摩擦攪拌処理は、図２に示すように、コネクティングロッド１を基台（図示せず。）上に固定した状態で、上記した領域の表面に、回転工具２２を接触させて、その表面にプローブ２３を進入させて回転させながら移動させることにより実施される。
【００２４】
回転工具２２は、円柱体からなる回転本体部２４と、回転本体部２４より小径であり、回転本体部２４と同軸上に設けられるプローブ２３とを備えている。回転本体部２４は、図示しないホルダによって軸線回りに回転自在に支持されており、このホルダをモータなどの駆動手段（図示せず。）によって回転駆動することにより、回転工具２２がその軸線回りに回転する。また、回転工具２２は、駆動機構（図示せず。）によって、上記した領域の表面に沿って移動するように設定されている。
【００２５】
そして、駆動手段を駆動することにより、回転工具２２を高速回転させて、プローブ２３を上記した領域の表面の深さ方向に進入させながら、駆動機構によって、上記した領域の表面に沿って、回転工具２２を移動させることにより、摩擦攪拌処理が施される。
【００２６】
なお、このような摩擦攪拌処理のための機構は、特に制限されず、公知の機構を採用することができる。
【００２７】
そして、この摩擦攪拌処理では、回転工具２２を、上記した領域の表面に当接させて、押圧しながらプローブ２３をその表面から所定深さ進入させると、その当接部分（プローブ２３の進入部分および回転本体部２４の当接部分）に大きな歪が導入され、そのときに発生する摩擦熱と回転工具２２の撹拌作用により、上記した領域の表面における回転工具２２の当接部分およびその近傍部分が、軟化して塑性流動を生ずる。そして、塑性流動した部分が、非溶融状態で撹拌された後、冷却凝固するために、当該部分の表面およびその近傍部分が微細化し改質され、その結果、周囲の表面に比べて緻密かつ高硬度の金属組織からなる表面が形成される。これによって、アルミニウム合金から鋳造されたコネクティングロッド１であっても、表面の金属組織をより緻密なものとすることができ、また、鋳巣などによる内部欠陥を大幅に低減することができ、高強度化を図ることができる。
【００２８】
より具体的には、この摩擦攪拌処理は、図３（ａ）に示すように、まず、ロッド本体２のシャフトホルダ部５における本体側受け面８の最深部（幅方向中央部）２５に、回転工具２２を配置する。そして、そのシャフトホルダ部５の最深部２５にプローブ２３を押し当てながら、回転工具２２を高速回転させることにより、摩擦攪拌処理を開始する。次いで、図３（ｂ）に示すように、ロッド部６の長手方向に沿って回転工具２２を移動させ、ロッド部６の通過後、図３（ｃ）に示すように、小端部４のピン孔７に至ったときに、摩擦攪拌処理を終了する。これによって、ロッド部６、および、そのロッド部６の長手方向両端部からロッド部６の長手方向において連続する大端部２０の部分および小端部４の部分に、摩擦攪拌処理が施される。
【００２９】
なお、この実施形態のコネクティングロッド１では、同様の摩擦攪拌処理が、裏面にも施される。また、上記の摩擦攪拌処理は、反対側、つまり、小端部４におけるピン孔７からロッド部６を介して、シャフトホルダ部５における本体側受け面８の最深部２５に至るように施してもよい。
【００３０】
このように摩擦攪拌処理されたコネクティングロッド１は、たとえば、処理前のものと処理後のものとの引張強さを比較した図４から明らかなように、処理前のものの引張強さに対して、処理後のものの引張強さが、約６０％上昇することがわかる。
【００３１】
その結果、この実施形態のコネクティングロッド１は、アルミニウム合金の鋳造により、生産効率の向上およびコストの低減化を図りつつ、軽量に形成でき、しかも、高強度なコネクティングロッドとして提供することができる。
【００３２】
また、このような摩擦攪拌処理では、プローブ２３の径や進入深さを選択して、処理幅や処理深さを制御することによって、任意の部分に任意の強度を付与することができる。
【００３３】
また、この実施形態のコネクティングロッド１では、上記したように、ロッド部６、および、そのロッド部６の長手方向両端部からロッド部６の長手方向において連続するシャフトホルダ部５の部分および小端部４の部分のみに、摩擦攪拌処理が施されているので、その後の本体側挿通孔１０の穿孔加工などの後加工における切削性の低下を伴なうことなく、高強度化を図ることができる。
【００３４】
しかも、この実施形態では、最も負荷のかかるロッド部６には、確実に摩擦攪拌処理が施されているので、確実な高強度化が図られている。すなわち、摩擦攪拌処理は、処理の開始および終了においては、要求される強度を満足できない場合がある。しかし、この実施形態のコネクティングロッド１では、シャフトホルダ部５の表面の一部からロッド部６の表面を介して小端部４の表面の一部に至る領域まで、摩擦攪拌処理が施されている。つまり、処理領域として、ロッド部６の長手方向両側に、不十分な処理に対応させるためのマージン部分が確保されているので、ロッド部６における確実な処理が達成されている。
【００３５】
加えて、このような摩擦攪拌処理では、ロッド部６の長手方向に沿って、本体側受け面８の最深部２５から小端部４のピン孔７に至るまで、回転工具２２を直線的に移動させるのみであるため、簡易かつ効率的な処理を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のコネクティングロッドの一実施形態を示す平面図である。
【図２】摩擦攪拌処理を説明するための概略説明図である。
【図３】摩擦攪拌処理を施す工程を示す平面図であって、（ａ）は、摩擦攪拌処理を開始する状態、（ｂ）は、摩擦攪拌処理の途中の状態、（ｃ）は、摩擦攪拌処理を終了する状態を示す。
【図４】コネクティングロッドにおいて、摩擦攪拌処理前のものと処理後のものとの引張強さを比較したグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１    コネクティングロッド
４    小端部
６    ロッド部
２０  大端部
【図１】
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【図２】
2005090686.tif 000004
【図３】
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【図４】
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