(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分としてＣを０．１から０．５重量％、Ｓiを０．１から０．５重量％、Ｃrを０．３から１．５重量％、含有する鉄を基材とする内燃機関用一体型コンロッドにおいて、
前記内燃機関用一体型コンロッドは、ピストン側に接続される小端部と、クランクシャフト側に接続される大端部と、前記小端部及び前記大端部を連結する連結棒部とを有し、
前記小端部及び前記大端部は表面硬化処理が２回行われ、それぞれ表面から少なくとも１００μｍの範囲の組織をマルテンサイトを含んで構成し、該マルテンサイト結晶粒径を粒度が、鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳ Ｇ０５５１）に規定する粒度測定対象表面の顕微鏡による粒度測定方法、及びこの顕微鏡測定に基づく平均粒度番号算出方法及び粒度算出方法と同一の方法で測定算出する場合７から１０とし、又、表面にＦｅあるいはＣrの少なくとも一方の炭化物を析出させ、該炭化物の平均粒径を０．５から１０μｍとすると共に、該組織中の炭化物の面積率を１パーセントから２０パーセントとし、表面から少なくとも０．５ｍｍの範囲の硬さをＨＶ７００以上とし、表面粗さをＲａ２μｍ以上とし、
前記連結棒部は前記表面硬化処理が１回行われ、該連結棒部の表面層で組織中の炭化物の面積率を１％未満とし、該炭化物の平均粒径を０．５μｍ以下としたことを特徴とする内燃機関用一体型コンロッド。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用一体型コンロッドを製造するための内燃機関用一体型コンロッドの製造方法であって、前記内燃機関用一体型コンロッドの連結棒部をマスキング処理して前記小端部及び前記大端部に１回目の表面硬化処理を行い、次いでマスキング除去処理が行われた後、前記内燃機関用一体型コンロッドの全体に対して２回目の表面硬化処理を行うことで、前記小端部及び前記大端部に２回の前記表面硬化処理を行うと共に前記連結棒部に１回の前記表面硬化処理を行うことを特徴とする内燃機関用一体型コンロッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関用一体型コンロッドを製造するための内燃機関用一体型コンロッドの製造方法であって、前記内燃機関用一体型コンロッドの全体に対して１回目の表面硬化処理を行い、次いで連結棒部のマスキング処理を行った後、前記小端部及び前記大端部に２回目の表面硬化処理を行うことで、前記小端部及び前記大端部に２回の前記表面硬化処理を行うと共に前記連結棒部に１回の前記表面硬化処理を行うことを特徴とする内燃機関用一体型コンロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面硬化処理（浸炭あるいは浸炭窒化）された鉄合金部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からこの種の鉄合金部品としては、例えば、エンジン等の一部品であるコンロッド，クランク軸や減速歯車等がある。
【０００３】
これらコンロッドやクランク軸等の軸物で、駆動力を伝達する部品には捻れトルク等の荷重が作用することから、表面を堅くした方が耐疲労強度を向上させることができる。また、表面を堅くすれば耐磨耗性も向上させることができ歯車等で有効である。
【０００４】
そして、表面を堅くする技術として浸炭処理という方法がある。これは、低炭素鋼を浸炭剤中で加熱し、鋼表面から炭素（Ｃ）を浸透させ、その表面付近のＣ濃度を高める方法である。浸炭された品物を高温度のオーステナイト状態から急冷すると、鋼表面はマルテンサイト化されて硬化するが、内部は低炭素なので硬化せずに、粘り強さを保持する。浸炭剤としては、個体、液体、ガスのいずれも利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らはそのような従来の浸炭方法よりも更に表面強度等をより向上させることはできないか、鋭意検討した結果、この発明を創作するに至ったものである。
【０００６】
そこで、この発明は、表面強度が向上した鉄合金部品を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、化学成分としてＣを０．１から０．５重量％、Ｓiを０．１から０．５重量％、Ｃrを０．３から１．５重量％、含有する鉄を基材とする内燃機関用一体型コンロッドにおいて、前記内燃機関用一体型コンロッドは、ピストン側に接続される小端部と、クランクシャフト側に接続される大端部と、前記小端部及び前記大端部を連結する連結棒部とを有し、前記小端部及び前記大端部は表面硬化処理が２回行われ、それぞれ表面から少なくとも１００μｍの範囲の組織をマルテンサイトを含んで構成し、該マルテンサイト結晶粒径を粒度が、鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳ Ｇ０５５１）に規定する粒度測定対象表面の顕微鏡による粒度測定方法、及びこの顕微鏡測定に基づく平均粒度番号算出方法及び粒度算出方法と同一の方法で測定算出する場合７から１０とし、又、表面にＦｅあるいはＣrの少なくとも一方の炭化物を析出させ、該炭化物の平均粒径を０．５から１０μｍとすると共に、該組織中の炭化物の面積率を１パーセントから２０パーセントとし、表面から少なくとも０．５ｍｍの範囲の硬さをＨＶ７００以上とし、表面粗さをＲａ２μｍ以上とし、前記連結棒部は前記表面硬化処理が１回行われ、該連結棒部の表面層で組織中の炭化物の面積率を１％未満とし、該炭化物の平均粒径を０．５μｍ以下としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関用一体型コンロッドを製造するための内燃機関用一体型コンロッドの製造方法であって、前記内燃機関用一体型コンロッドの連結棒部をマスキング処理して前記小端部及び前記大端部に１回目の表面硬化処理を行い、次いでマスキング除去処理が行われた後、前記内燃機関用一体型コンロッドの全体に対して２回目の表面硬化処理を行うことで、前記小端部及び前記大端部に２回の前記表面硬化処理を行うと共に前記連結棒部に１回の前記表面硬化処理を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関用一体型コンロッドを製造するための内燃機関用一体型コンロッドの製造方法であって、前記内燃機関用一体型コンロッドの全体に対して１回目の表面硬化処理を行い、次いで連結棒部のマスキング処理を行った後、前記小端部及び前記大端部に２回目の表面硬化処理を行うことで、前記小端部及び前記大端部に２回の前記表面硬化処理を行うと共に前記連結棒部に１回の前記表面硬化処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
［発明の実施の形態１］
図１乃至図１７及び図３４乃至図３８には、この発明の実施の形態１を示す。
【００１１】
まず構成を説明すると、この実施の形態１の鉄合金部品１は、化学成分としてＣを０．１から０．５重量％、Ｓiを０．１から０．５重量％、Ｃrを０．３から４．０重量％含有する鉄を基材とし、表面硬化処理（浸炭あるいは浸炭窒化）が施されている。図１及び図３４乃至図３８には、本発明の鉄合金部品として採用可能な基材の化学成分の規格を示し、この規格は、熱間圧延，熱間鍛造など、熱間加工によって作られたもので、通常更に鍛造，切削などの加工と熱処理を施し、主として機械構造用に使用される一端焼入れ性を保証した構造用鋼鋼材について規定したものである。本発明の実施の形態１においては、この図１及び図３４乃至図３８中、ＳＣＭ４２０が基材として使用されている。
【００１２】
そして、この鉄合金部品１は、表面硬化処理（浸炭あるいは浸炭窒化）により、表面から少なくとも１００μｍの範囲の組織がマルテンサイト２を含んで構成され、このマルテンサイト２の結晶粒径が粒度が、鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１）に規定する粒度測定対象表面の顕微鏡による粒度測定方法、及びこの顕微鏡測定に基づく平均粒度番号算出方法及び粒度算出方法と同一の方法で測定算出する場合７から１０とされている。図２には、鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１）により、鋼を焼きなまし・焼きならし・焼き入れ・浸炭その他の目的で変態点以上又は固溶化熱処理の温度に加熱したとき、その温度及び保持時間によって定まるオーステナイト結晶粒の大きさを、所定の粒度を規定の方法によって測定して得られる粒度番号と、断面積１ｍｍ2あたりの結晶粒の数及び結晶粒の平均断面積の相関が示されており、マルテンサイト２組織における粒度番号（上記した鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１）に規定するものと同一の方法で測定算出したもの）についても、図２を適用して断面積１ｍｍ 2 あたりの結晶粒の数あるいは結晶粒の平均断面積を概略求めることができる。
【００１３】
また、その表面には、表面硬化処理により、ＦeあるいはＣrの少なくとも一方の炭化物３が析出され、この組織中の炭化物３の平均粒径が０．５から１０μｍ、組織中の炭化物３の面積率が１パーセントから２０パーセント、表面から少なくとも０．５ｍｍの範囲の硬さがＨＶ７００以上で、しかも、表面粗さがＲa２以下に構成されている。
【００１４】
かかる鉄合金部品１の表面硬化処理は、以下のようにして行う。
【００１５】
まず、鉄合金部品１の基材として上記のように、ＳＣＭ４２０Ｈの材料を使用する。
【００１６】
そして、かかる基材を１回目の浸炭を行う。すなわち、ガスで浸炭する場合、浸炭炉は水平な左右方向を長手方向とする場合、前後方向の側面、天井面、底面は閉じられた壁面とされ、少なくとも前後の側面と天井面に電熱あるいはガスバーナーによる加熱手段が配置され、左右方向の両端にそれぞれ開閉扉を配置したものとなる。開閉扉の一方が、防炭処理された金属性のパレットに鉄合金部材１が載置されたものの搬入口とされ、他方が搬出口とされる。浸炭炉にはさらに炭素雰囲気を作り出すためＣＯガスやメタン等の炭化水素ガスからなる浸炭ガスを導くガス導入口と、鉄合金部材１表面に浸透せずＣＯ２ガスや水蒸気となったもの（加熱のための燃焼の結果できるガスを含む）排気ガスの排出口が設けられている。浸炭は前記浸炭ガスを炉内に導くとともに、壁面の加熱手段で所定温度に加熱し、あるいは前記浸炭ガスの供給を止めるとともに加熱を停止して（炉冷）行う。加熱は鉄合金部品１表面の加熱色を検知して温度計測するか、炉内に挿入する温度センサにより温度計測し加熱量を制御しつつ行う。炭素雰囲気濃度は０２ガス濃度を検知して所定の算出プログラムを使用して算出する。炭素雰囲気濃度を一定にするため、０２ガス濃度を検知しつつ前記浸炭ガスの供給量をフィードバック制御する。この実施の形態では、図４に示すように、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）＝１．６０中において、９５０℃で、３時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか、前記パレットを炉の中から出し、常温の所定容積以上の油あるいは水を収容する油槽あるいは水槽中に前記パレットごと加熱された鉄合金部材１を浸漬する焼き入れ（ＭＱ）を行う。すなわち、ＣＰは、図３に示す鋼の状態図において、炭素濃度（Ｃ％）がＳ点（０．８％Ｃ）からＥ点（２．１％Ｃ）の範囲となるように、ここでは１．６０に設定される一方、Ａｌ線よりも上の温度域、ここでは９５０℃に設定されている。このように過剰浸炭した鋼の表面は、結晶粒界に遊離セメンタイトがあらわれた超共析組織を呈する。
【００１７】
この１回目の浸炭によって形成される金属組織は、表面が図５に示すようにマルテンサイト２の結晶粒の平均粒径が概略２０μｍ程度となり、更に、これを拡大すると図６に示すように、大きなマルテンサイト２の結晶粒の間に、網目状の炭化物３が析出している。また、中心部は図７に示すようにマルテンサイト２の結晶粒の平均粒径が概略２５μｍ程度となる。
【００１８】
次いで、その１回目の浸炭が終了したものに２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ＝１．２０中において、９００℃で、２時間加熱し、その後、８５０℃で２０分間加熱する。すなわち、ＣＰは、図４に示す鋼の状態図において、炭素濃度（Ｃ％）がＳ点（０．８％Ｃ）からＥ点（２．１％Ｃ）の範囲となるように、ここでは１．２０に設定される一方、Ａｃｍ線よりも下でＡｌ線よりも上の温度域、ここでは９００℃に設定されている。
【００１９】
この処理で、過剰浸炭層の炭素を内部へ拡散させると共に、表面のＣ％を０．８％以上に保つ。０．８％未満だと表面に炭化物３は析出しない。
【００２０】
そして、油焼入れあるいは水焼き入れの何れかの焼入れ（ＭＱ）を行い、１６０℃で１時間３０分加熱して焼き戻しを行う。
【００２１】
その２回目の浸炭によって形成される金属組織は、表面が図８に示すようにマルテンサイト２の結晶粒の平均粒径が概略５μｍ程度となり、更に、これを拡大すると図９に示すように、マルテンサイト２の結晶粒の粒径が１回目より小さくなると共に、炭化物３は網目状から微細粒に変化する。
【００２２】
また、中心部は、図１０に示すようにマルテンサイト２の結晶粒の平均粒径が概略１４μｍ程度となる。
【００２３】
なお、第１回目の浸炭後の冷却を炉冷でなく焼き入れで行う場合、表面の金属組織はオーステナイト結晶粒が全てマルテンサイト２にはならず、残留オーステナイトが混じる場合があるが、マルテンサイト２及び残留オーステナイトの結晶粒の平均径は概略２０μｍ程度となり、さらに第１回目の浸炭後の冷却方法のいかんに拘らず第２回目の浸炭後の焼き入れを経て残留オーステナイトの結晶粒が残ることもある。この場合でもマルテンサイト２及び残留オーステナイトの結晶粒の平均径は概略５μｍ程度となり、これらマルテンサイト２及び残留オーステナイトの結晶粒の粒度は、鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１）に規定する方法と同一の方法で測定算出する粒度で７から１０とすることができる。すなわち、複数回の浸炭工程と、後処理を経て熱処理が終了した状態において、表面から少なくとも１００μｍの範囲の組織を、残留オーステナイトの結晶粒が混入するとしてもマルテンサイトを含んで構成することができる。
【００２４】
このように複数回浸炭を行うことにより、鉄合金部品１の表面は、上記のようにマルテンサイト２で構成されると共に、炭化物３（Ｆe3ＣあるいはＣr3Ｃ）が析出することとなる。そして、鉄合金部品１の表面から深い所まで浸炭が行われると共に、炭化物３が粒子が分散することにより、強度が向上することとなる。
【００２５】
さらに、図１１に示すように、表面から０．１ｍｍの表層においては、直径４４．０６μｍの円形の３ヶ所の視野範囲（視野１，視野２,視野３）について、画像解析すると、金属組織中の炭化物３の粒子の分散状態は、図１２に示すようになる。すなわち、視野１乃至３の平均値は、粒子の総面積（μｍ2）が９０．９３μｍ2、面積率（％）が５．９７％、粒子の個数が６９．６７、粒径最大値（μｍ）が３．５６μｍ、粒径最小値（μｍ）が０．３５μｍ、粒径平均値（μｍ）が１．１μｍとなる。この微細炭化物３がマルテンサイト２の結晶粒の成長を阻害し、表面付近のマルテンサイト２の結晶粒径を細かく（平均粒径１〜１０μｍ）でき、表面応力が高くなり、曲げ強度を向上させることができる。通常の平均粒径は１０〜２０μｍ程度である。
【００２６】
すなわち、図１３には、ＳＣＭ４２０の基材を上記のように浸炭したものにおいて、深さと硬さ（Ｈｖ）との関係を示す。これによれば、Ｈｖ５５０となる有効硬化深さは１．４５ｍｍ（Ｅ１．４５）であり、表面硬さはＨｖ８９０、中心硬さはＨｖ４４１である。
【００２７】
なお、表面から０．５ｍｍの範囲の硬さをＨｖ７００以上を維持しつつ、表面硬さをＨｖ８９０より下げるあるいは高めることにより有効硬化深さを１〜２ｍｍの範囲で変化させても良い。
【００２８】
また、マルテンサイト結晶粒径と１０7回疲労強度との関係を、図１４に示すと、結晶粒径が１０μｍ以下になると、疲労強度が急激に大きくなることが分かる。してみれば、上記のように複数回浸炭により、平均粒径を１〜１０μｍ程度にできるため、疲労強度も大きくすることができる。
【００２９】
さらに、図１５には、上記のようにして浸炭された平滑材を室温において小野式回転曲げ試験を行った場合におけるデータを示し、図１６には、その応力振幅（ＭＰａ）と破壊繰返し数（Ｎ）との関係を示す。これによれば、測定部１，２，３，４，５，８，９，１１において、破壊繰返し数（Ｎ）が１．００Ｅ＋０７（１０7）となる。そして、測定部８，９，１１では、応力振幅（ＭＰａ）が１０００を超える。
【００３０】
これに対し、図１７には、従来のように１回浸炭された平滑材を室温において小野式回転曲げ試験を行った場合におけるデータを示し、図１８には、その応力振幅（ＭＰａ）と破壊繰返し数（Ｎ）との関係を示す。これによれば、測定部１，２，３において、破壊繰返し数（Ｎ）が１．００Ｅ＋０７（１０7）となる。そして、これら測定部１，２，３では、応力振幅（ＭＰａ）が８００より小さい。
【００３１】
従って、この発明の実施の形態１のように、複数回浸炭を行うことにより、繰返し応力に対する強度が向上することが分かる。
【００３２】
さらにまた、表面粗さをＲａ２以下とすることにより、応力集中による強度低下を防止することができると共に、上記のような複数回浸炭にショットピーニングを組み合わせることにより更に強度を向上させることができる。
【００３３】
［発明の実施の形態２］
図１９には、この発明の実施の形態２を示す。
【００３４】
この実施の形態２は、実施の形態１と比較すると、浸炭方法が相違する。すなわち、実施の形態１と同様の鉄合金部品１の基材について、１回目の浸炭を行う。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）＝１．４０中において、９５０℃で、３時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ（ＭＱ）する。
【００３５】
次いで、その１回目の浸炭が終了したものに２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ＝１．２０中において、９００℃で、２時間加熱した後、８５０℃で２０分間加熱する。
【００３６】
その後、油あるいは水による焼入れ（ＭＱ）を行う。
【００３７】
このようにしても実施の形態１と略同様の効果が得られる。
【００３８】
［発明の実施の形態３］
図２０には、この発明の実施の形態３を示す。
【００３９】
この実施の形態３は、浸炭を３回行っている。すなわち、実施の形態１と同様の鉄合金部品１の基材について、１回目の浸炭を行う。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）＝１．６０中において、９５０℃で、３時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ（ＭＱ）する。
【００４０】
次いで、その１回目の浸炭が終了したものに２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ＝１．２０中において、９００℃で、２時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉を冷却する。
【００４１】
更に、その２回目の浸炭が終了したものに３回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ＝１．２０中において、８２０℃で、１時間加熱して浸炭を行う。
【００４２】
その後、油あるいは水による焼入れ（ＭＱ）を行う。
【００４３】
このようにしても実施の形態１と略同様の効果が得られる。
【００４４】
［発明の実施の形態４］
図２０には、実施の形態１と同様の鉄合金部品１の基材について、１回目の浸炭を行う。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）＝１．０５中において、８５０℃で、２時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ（ＭＱ）する。
【００４５】
次いで、その１回目の浸炭が終了したものに２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ＝１．００中において、８００℃で、３０分加熱して浸炭を行う。
【００４６】
その後、油あるいは水による焼き入れ（ＭＱ）を行う。
【００４７】
［発明の実施の形態５］
図２２には、この発明の実施の形態５を示す。
【００４８】
この実施の形態５は、実施の形態１と同様の鉄合金部品１の基材について、１回目の浸炭を行う。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）＝１．２０中において、９００℃で、１時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ（ＭＱ）する。
【００４９】
次いで、その１回目の浸炭が終了したものに２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ＝１．００中において、８００℃で、３０分加熱して浸炭を行う。
【００５０】
その後、油あるいは水による焼き入れ（ＭＱ）を行う。
【００５１】
ここで、上記実施の形態１乃至５に記載の方法により製造された鉄合金部品１におけるマルテンサイト結晶粒径は、図２２に示すような分布となり、１０μｍより小さいことが分かる。してみれば、上記のように複数回浸炭により、平均粒径が５μｍ程度となるため、図１４から明らかなように、疲労強度も急激に大きくなるものである。ちなみに、１回浸炭の場合には、図２３に示すように、結晶粒径が１４μｍ程度であるため、疲労強度は上記と比較すると大幅に低下していることが分かる。
【００５２】
［発明の実施の形態６］
図２４乃至図３３には、この発明の実施の形態６を示す。
【００５３】
この実施の形態６は、鉄合金部品全体が複数回浸炭されているものでなく、１回浸炭された部分と、２回浸炭された部分とを有するものである。
【００５４】
すなわち、図２４及び図２５には、一体型のコンロッド１１を示す。
【００５５】
このコンロッド１１は、図示省略のピストン側に接続される小端部１１ａと、図示省略のクランクシャフト側に接続される大端部１１ｂとを有し、これらが連結棒部１１ｃを介して連結されている。
【００５６】
そして、その小端部１１ａ及び大端部１１ｂは、ピストンやクランクシャフトと連結されるため、表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されているのに対して、連結棒部１１ｃは、表面の硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭されている。
【００５７】
より詳しくは、ＨＶ７００以上の硬さを示す領域が大端部１１ｂと小端部１１ａで、表面から少なくとも０．５ｍｍ以上とされ、連結棒部１１ｃで０．５ｍｍ未満とされている。
【００５８】
その表面層の組織は、マルテンサイト２で構成され、且つ、組織中の炭化物３の平均粒径が大端部１１ｂと小端部１１ａの表面層で０．５μｍから１０μｍとされ、連結棒部１１ｃの表面層で０．５μｍ未満とされている。
【００５９】
組織中の炭化物３の面積率が前記大端部１１ｂと小端部１１ａの表面層で１％以上とされ、連結棒部１１ｃの表面層で１％未満とされている。
【００６０】
前記大端部１１ｂと小端部１１ａとのマルテンサイト結晶粒径が粒度番号（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１）７から１０とされ、表面粗さが前記大端部１１ｂと小端部１１ａの表面層でＲａ２μｍ以上とされ、連結棒部１１ｃの表面層でＲａ２μｍ未満とされている。
【００６１】
次に、このコンロッド１１の製造工程について説明すると、図２５に示すように、まず、鍛造前の素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、小端部１１ａの小端孔１１ｄ、大端部１１ｂの大端孔１１ｅ加工、小端部１１ａ、大端部１１ｂ各端面加工（３）を行う。
【００６２】
その後、連結棒部１１ｃを銅メッキ等によりマスキング（４）し、１回目浸炭（５）を行った後、マスキング除去処理（６）を行い、２回目浸炭（７）を行う。
【００６３】
次いで、歪み取り（８）を行い、小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（９）を行い、コンロッド１１の製造を完了する。
【００６４】
一方、他の製造工程としては、例えば、上記小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ加工、小端部１１ａ、大端部１１ｂ各端面加工（３）の後に１回目浸炭（１０）を行い、次に、マスキング（１１）を行う。その後、２回目浸炭（１２）を行った後、歪み取り（１３）を行い、小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（１４）を行うこともできる。
【００６５】
図２６及び図２７には、分割型のコンロッド１１を示す。
【００６６】
このコンロッド１１は、図示省略のピストン側に接続される小端部１１ａと、図示省略のクランクシャフト側に接続される大端部１１ｂとを有し、これらが連結棒部１１ｃを介して連結されている。その大端部１１ｂは、分割され、キャップ１１ｆがボルト１１ｇにて取り付けられることにより、大端孔１１ｅが形成されるように構成されている。
【００６７】
そして、その小端部１１ａ及び大端部１１ｂは、ピストンやクランクシャフトと連結されるため、表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されているのに対して、連結棒部１１ｃは、表面の硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭されている。
【００６８】
次に、このコンロッド１１の製造工程について説明すると、図２７に示すように、まず、鍛造前の素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ加工、小端部１１ａ・大端部１１ｂ各端面加工（３）を行う。
【００６９】
その後、連結棒部１１ｃを銅メッキ等によりマスキング（４）し、１回目浸炭（５）を行った後、マスキング除去処理（６）を行い、２回目浸炭（７）を行う。
【００７０】
次いで、歪み取り（８）を行い、大端部１１ｂを分割し（９）、大端部１１ｂのボルト１１ｇによる結合（１０）を行う。そして、小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（１１）を行い、コンロッド１１の製造を完了する。
【００７１】
一方、他の製造工程としては、例えば、上記小端孔１１ｄ、大端孔１１e加工、小端部１１ａ、大端部１１ｂ各端面加工（３）の後に１回目浸炭（１２）を行い、次に、マスキング（１３）を行う。その後、２回目浸炭（１４）を行った後、歪み取り（１５）を行い、大端部１１ｂを分割し（１６）、大端部１１ｂのボルト１１ｇによる結合（１７）を行う。そして、小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（１８）を行い、コンロッド１１の製造を完了する。
【００７２】
図２８及び図２９には、クランク軸１３を示す。
【００７３】
このクランク軸１３は、図２８の（ａ）に示すように、コンロッドが連結されるクランクピン部１３ａ、クランクケースに連結されるジャーナル部１３ｂ、回転時に慣性力を生じさせるクランクウエッブ部１３ｃ等から構成されると共に、図２８の（ｂ）に示すように、オイル孔１３ｄ、端部ネジ部１３ｅ等が形成されている。
【００７４】
そして、そのクランクピン部１３ａやジャーナル部１３ｂは、コンロッドやクランクケースと連結されるため、表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されているのに対して、クランクウエッブ部１３ｃは、表面の硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭されている。
【００７５】
次に、このクランク軸１３の製造工程について説明すると、図２９に示すように、まず、鍛造前の素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、クランクピン部１３ａ、ジャーナル部１３ｂ、オイル孔１３ｄ、端部ネジ部１３ｅ加工（３）を行う。
【００７６】
その後、１回目浸炭（４）を行い、クランクウエッブ部１３ｃをマスキング（５）する。このマスキング方法は、まず、クランク軸１３全体を銅メッキ後、ジャーナル部１３ｂ及びクランクピン部１３ａの外周のメッキを除去する。
【００７７】
次いで、２回目浸炭（６）を行った後、歪み取り（７）を行い、ジャーナル部１３ｂ及びクランクピン部１３ａ等の外周研磨（８）を行い、クランク軸１３の製造を完了する。
【００７８】
図３０及び図３１には、減速歯車１５を示す。
【００７９】
この減速歯車１５は、図２９に示すように、中央部の中間ディスク部１５ａに軸が挿入される挿入孔１５ｂが形成され、この挿入孔１５ｂにはブッシュ１５ｃが減速歯車１５完成後圧入されるようになっている。この中間ディスク部１５ａの周囲には、複数のボス孔１５ｄを有するボス部１５ｅが形成され、更に、周縁部には多数の歯部１５ｆが形成されている。
【００８０】
そして、その歯部１５ｆの歯面は、表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されているのに対して、それ以外の中間ディスク部１５ａ及びボス部１５ｅは、表面の硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭されている。
【００８１】
次に、この減速歯車１５の製造工程について説明すると、図３１に示すように、まず、鍛造前の素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、外形、ボス孔１５ｄ、ボス部１５e端面、歯面等の加工（３）を行う。
【００８２】
その後、中間ディスク部１５ａ及びボス部１５ｅを銅メッキによりマスキング（４）を行った後、１回目浸炭（５）を行い、マスキング除去処理（６）を行う。そして、２回目浸炭（７）を行い、歯面研磨（８）を行い、減速歯車１５の製造を完了する。
【００８３】
一方、他の製造工程としては、例えば、外形、ボス孔１５ｄ、ボス部１５ｅ端面、歯面等の加工（３）後、１回目浸炭（９）を行った後、中間ディスク部１５ａ及びボス部１５ｅをマスキング（１０）する。次いで、２回目浸炭（１１）を行い、歯部１５ｆの歯面研磨（１２）を行い、減速歯車１５の製造を完了する。
【００８４】
図３２及び図３３には、ピストンピン１７を示す。
【００８５】
このピストンピン１７は、ピストンとコンロッドとを連結するもので、図３１に示すように、棒状のピストンピン本体１７ａの内部に貫通孔１７ｂが形成されている。
【００８６】
そして、このピストンピン本体１７ａの外周面は、表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されているのに対して、貫通孔１７ｂの内周面は、表面硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭されている。
【００８７】
次に、このピストンピン１７の製造工程について説明すると、図３２に示すように、まず、棒材を両端面切断（１）し、貫通孔１７ｂ、外形、端面加工（２）を施す。そして、貫通孔１７ｂの内周部をマスキング（３）し、１回目浸炭（４）を行い、マスキング除去（５）を行う。次いで、２回目浸炭（６）を行った後、外形センタレス研磨（７）を行い、ピストンピン１７の製造を完了する。
【００８８】
一方、他の製造工程としては、例えば、貫通孔１７ｂ、外形、端面加工（２）後、１回目浸炭（８）を行った後、貫通孔１７ｂの内周部をマスキング（９）する。次いで、２回目浸炭（１０）を行い、外形センタレス研磨（１１）を行い、ピストンピン１７の製造を完了する。
【００８９】
このように実施の形態６では、表面強度を必要とする部分のみ複数回浸炭し、他の部分は１回浸炭することにより、より合理的に浸炭を行うことができる。
【００９０】
なお、図２５、図２７に示すコンロッド１１、図２９に示すクランク軸１３、図３１に示す減速歯車１５及び図３３に示すピストンピン１７のそれぞれの複数鍛造工程においてマスキングあるいは及びマスキング除去を実施しているが、浸炭槽は鉄合金部品の表面のみで、内部は十分靱性が維持されており、表面槽の靱性が特に必要とされない場合（内燃機関部品の場合内燃機関出力が小さい場合等）は、コンロッド１１、クランク軸１３、減速歯車１５及びピストンピン１７等の鉄合金部品の複数浸炭工程中マスキングをせず、鉄合金部品の全体に複数浸炭による表面硬化組織を形成するようにしても良い。
【００９１】
なおさらに、図４、図１９〜図２２に示す複数浸炭の熱処理のそれぞれに、さらに鉄合金部品を略１６０℃の温度に加熱し、１時間３０分程度略１６０℃の温度に保持した後空冷する焼き戻しを実施するようにしても良い。これにより表面硬化組織を維持しつつ歪み取りを図ることができる。
【００９２】
またさらに、浸炭窒化の場合には、ＣＯガスやメタン等の炭化水素ガスに例えばアンモニアガスを加えた浸炭窒化ガスを加熱炉中に導入して炭素・窒素雰囲気を作り出す。この場合、窒素雰囲気濃度を所定値にするように制御しつつ、その他の加熱温度、加熱保持時間及び、炭素雰囲気濃度、加熱及び冷却回数、冷却方法等は、図４、あるいは図１９〜図２２と同様にしても良い。このように浸炭窒化を複数回実施しても良いし、あるいは複数回の熱処理の内、いずれかを浸炭、他を浸炭窒化となるように実施しても良い。鉄合金部品の複数浸炭窒化工程中あるいは、浸炭及び浸炭窒化の組み合わせ複数処理工程中、マスキングをしなくても良いのは複数浸炭の場合と同様である。複数浸炭、複数浸炭窒化、浸炭及び浸炭窒化の組み合わせ複数処理により、鉄合金部品の表面硬度を高めるのみでなく表面組織を緻密なマルテンサイト結晶粒だけからなる、あるいは緻密な残留オーステナイトが混じるとしても緻密なマルテンサイト結晶粒からなるものとしており、耐摩耗性の向上、疲労強度の向上を図ることができる。
【００９３】
またさらに、図１３乃至図１７のデータは基材としてＳＣＭ４２０Ｈを使用した場合のものであるが、図１及び図３４乃至図３８に記載の全ての構造用鋼鋼材を基材として、複数浸炭、複数浸炭窒化、浸炭及び浸炭窒化の組み合わせ複数処理をすることにより、同様に鉄合金部品の耐摩耗性の向上、疲労強度の向上を図ることができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載された発明によれば、内燃機関用一体型コンロッドの表面強度を従来より向上させることができる。
【００９５】
また、請求項１に記載の発明によれば、表面粗さをＲａ２以下とすることにより、応力集中による強度低下を防止することができる、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る鋼材種類の記号と化学成分を示す表図である。
【図２】同実施の形態１に係るマルテンサイト結晶粒度番号を示す表図である。
【図３】同実施の形態１に係る鋼の状態図である。
【図４】同実施の形態１に係る浸炭方法の説明図である。
【図５】同実施の形態１に係る１回浸炭した場合の鉄合金部品の表面の金属組織を示す拡大図である。
【図６】同実施の形態１に係る図５に示す金属組織表面を更に拡大した図である。
【図７】同実施の形態１に係る１回浸炭した場合の鉄合金部品の中央部の金属組織を示す拡大図である。
【図８】同実施の形態１に係る２回浸炭した場合の鉄合金部品の表面の金属組織を示す拡大図である。
【図９】同実施の形態１に係る図８に示す金属組織表面を更に拡大した図である。
【図１０】同実施の形態１に係る２回浸炭した場合の鉄合金部品の中央部の金属組織を示す拡大図である。
【図１１】同実施の形態１に係る鉄合金部品の表面を示す図である。
【図１２】同実施の形態１に係る２回浸炭品金属組織中の炭化物粒子の分散状態を示す表図である。
【図１３】同実施の形態１に係る高度曲線図である。
【図１４】同実施の形態１に係るマルテンサイト結晶粒径と１０7回疲労強度との関係を示すグラフ図である。
【図１５】同実施の形態１に係る鉄合金部品の各部における寿命等を示す表図である。
【図１６】同実施の形態１に係る破壊繰り返し数と応力振幅との関係を示すグラフ図である。
【図１７】従来の鉄合金部品の各部における寿命等を示す表図である。
【図１８】従来の鉄合金部品の各部における破壊繰り返し数と応力振幅との関係を示すグラフ図である。
【図１９】この発明の実施の形態２に係る浸炭方法の説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態３に係る浸炭方法の説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態４に係る浸炭方法の説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態５に係る浸炭方法の説明図である。
【図２３】上記各実施の形態１乃至５のマルテンサイト結晶粒径を示すグラフ図である。
【図２４】この発明の実施の形態６に係る一体型のコンロッドを示す図で、（ａ）はコンロッドの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢーＢ線に沿う断面図である。
【図２５】同実施の形態６に係る図２４に示すコンロッドの製造工程の図である。
【図２６】同実施の形態６に係る分割型のコンロッドを示す図で、（ａ）はコンロッドの一部を断面した正面図、（ｂ）はコンロッドの大端部の分割部分で断面した図である。
【図２７】同実施の形態６に係る図２６に示すコンロッドの製造工程の図である。
【図２８】同実施の形態６に係るクランク軸を示す図で、（ａ）はクランク軸の正面図、（ｂ）は同クランク軸の一部拡大断面図である。
【図２９】同実施の形態６に係る図２８に示すクランク軸の製造工程の図である。
【図３０】同実施の形態６に係る減速歯車を示す図で、（ａ）は減速歯車の正面図、（ｂ）は（ａ）のＣーＣ線に沿う断面図である。
【図３１】同実施の形態６に係る図３０に示す減速歯車の製造工程の図である。
【図３２】同実施の形態６に係るピストンピンを示す断面図である。
【図３３】同実施の形態６に係る図３２に示すピストンピンの製造工程の図である。
【図３４】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材種類の記号と化学成分を示す表図である。
【図３５】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材種類の記号と化学成分を示す表図である。
【図３６】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材種類の記号と化学成分を示す表図である。
【図３７】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材種類の記号と化学成分を示す表図である。
【図３８】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材種類の記号と化学成分を示す表図である。
【符号の説明】
１  鉄合金部品
２  マルテンサイト
３  炭化物
【図１】
0004114901.tif 000002
【図２】
0004114901.tif 000003
【図３】
0004114901.tif 000004
【図４】
0004114901.tif 000005
【図５】
0004114901.tif 000006
【図６】
0004114901.tif 000007
【図７】
0004114901.tif 000008
【図８】
0004114901.tif 000009
【図９】
0004114901.tif 000010
【図１０】
0004114901.tif 000011
【図１１】
0004114901.tif 000012
【図１２】
0004114901.tif 000013
【図１３】
0004114901.tif 000014
【図１４】
0004114901.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0004114901.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0004114901.tif 000020
【図２０】
0004114901.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0004114901.tif 000026
【図２６】
0004114901.tif 000027
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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