(57)【要約】【課題】エンジン回転に伴い高応力が発生する部位を効果的に補強することにより強度的な信頼性の高い焼結コンロッドを提供する。【解決手段】大端部１１と小端部１２とがコラム部１３により連接された焼結コンロッドにおいて、コラム部１３に、その両側に露出する状態で補強用芯材２０を埋設する。エンジン回転に伴ってコンロッドに発生する応力は、通常コラム部１３の側面で大きくなるので、該側面に露出する状態で芯材２０を埋設することで、コラム部１３は、引張り、圧縮、曲げ等のエンジン負荷特に曲げ負荷に対する耐力が大きく向上し、耐曲げ疲労性は十分となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度必要部分に芯材を埋設した焼結コンロッドであって、前記芯材が、前記高強度必要部分の側面に露出する状態で埋設されていることを特徴とする焼結コンロッド。
【請求項２】
高強度必要部分が大端部と小端部とを連接するコラム部であり、前記芯材が該コラム部の両側に露出する状態で該コラム部に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結コンロッド。
【請求項３】
前記芯材が、Ｈ形乃至Ｉ形断面をなすコラム部の両側の厚肉部を構成していることを特徴とする請求項２に記載の焼結コンロッド。
【請求項４】
前記芯材が、中空構造をなしていることを特徴とする請求項２または３に記載の焼結コンロッド。
【請求項５】
高強度必要部分がコラム部と大端部との間のつなぎ部であり、前記芯材が該つなぎ部の片側または両側に露出する状態で、該つなぎ部に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結コンロッド。
【請求項６】
成形型内に、型内面に接して芯材を納めると共に、該芯材を挟んで焼結用粉体をほぼ等しい厚さに堆積させて、圧粉成形を行い、芯材が側面に露出する状態で埋設されたコンロッド粗形材を得、しかる後、前記コンロッド粗形材を焼結することを特徴とする焼結コンロッドの製造方法。
【請求項７】
成形型内に、型内面に接して中空粗材を納めると共に、該中空粗材を挟んで焼結用粉体をほぼ等しい厚さに堆積させて、前記中空粗材を押し潰しながら圧粉成形を行い、中空部を部分的に残して押し潰された中空粗材を芯材として、該芯材が側面に露出状態で埋設されたコンロッド粗形材を得、しかる後、前記コンロッド粗形材を焼結することを特徴とする焼結コンロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロエンジンに用いられるコンロッドに係り、特に焼結によって製造された焼結コンロッドとその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジン用コンロッドは、図１１に示されるように、クランク軸に結合される大端部１とピストンピンに結合される小端部２とをコラム部３にて連接した構造となっている。なお、大端部１は、半割り状のキャップ部４をボルト５により締結して一体化される。このようなコンロッドにおいて、そのコラム部３および該コラム部３と大端部１との間のつなぎ部６には、エンジン回転、すなわちピストンの往復運動やクランク軸の回転運動に伴い引張り、圧縮、曲げ（鞭打ち）等の負荷（エンジン負荷）が繰返して作用し、したがって、該コラム部３およびつなぎ部６には、前記エンジン負荷に耐える高強度（高疲労強度）が要求される。
【０００３】
ところで従来、この種のコンロッドは、熱間鍛造によって製造されるのが一般であり、このような熱鍛コンロッドでは、図１２に示されるように、コラム部３をＨ形乃至Ｉ形断面として両側部の肉厚を増すことで、コラム部３の高強度化を図ることが可能となる。一方、材料歩留りの向上、工程の簡略化等による低コスト化が可能であることから、近年、焼結コンロッドの使用も推し進められている。しかし、焼結コンロッドは、一般的に強度が不足するという問題があり、特にコラム部３については、圧粉成形における加工上の制約（急激な厚み変化をつけることが困難）から、前記したようにＨ形乃至Ｉ形断面とすることが困難で、現状、その適用範囲は限られたものとなっている。
【０００４】
なお、焼結後に熱間鍛造を行って製造される焼結鍛造コンロッドも従来より知られている。しかし、この焼結鍛造コンロッドでも疲労強度が低いという問題があり、このため、例えば、特許文献１には、コラム部に鉄鋼製の棒材（芯材）を埋設して補強することが提案されている。したがって、この芯材の埋設を上記した焼結コンロッドに適用することで、焼結コンロッドの強度を高めることが可能になり、その適用範囲が拡大するものと期待される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４６２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、上記したエンジン負荷によってコンロッドに発生する応力は、通常コラム部３またはつなぎ部６の側面で最大となることが知られており、したがって、エンジン負荷に対する抵抗力（耐力）を高めるには側面を強化することが有効となる。しかしながら、上記特許文献１に記載されるようにコラム部の内部に芯材を埋設する対策では、側面の強化には直接つながらず、焼結材の表面にはクラックが存在することが多いこともあって、補強効果が不十分となる。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、エンジン回転に伴い高応力が発生する部位を効果的に補強することにより強度的な信頼性の高い焼結コンロッドを提供し、併せてこのような焼結コンロッドを簡易にかつ安定して得ることができる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】
【０００８】
以下に、上記課題を解決するための本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。
【０００９】
（１）高強度必要部分に芯材を埋設した焼結コンロッドであって、前記芯材が、前記高強度必要部分の側面に露出する状態で埋設されていることを特徴とする焼結コンロッド。
【００１０】
本（１）項記載の焼結コンロッドにおいては、エンジン回転に伴い高応力が発生する部位であり、しかもクラックが発生することが多い部位である側面に露出する状態で補強用芯材が埋設されているので、エンジン負荷に対して十分に耐えるものとなる。
【００１１】
（２）高強度必要部分が大端部と小端部とを連接するコラム部であり、前記芯材が該コラム部の両側に露出する状態で該コラム部に埋設されていることを特徴とする（１）項に記載の焼結コンロッド。
【００１２】
本（２）項記載の焼結コンロッドにおいては、エンジン負荷、特に曲げ負荷がかかるコラム部に、その両側面に露出する状態で補強用芯材が埋設されているので、エンジン負荷に対してコラム部が十分に耐えるものとなる。
【００１３】
（３）前記芯材が、Ｈ形乃至Ｉ形断面をなすコラム部の両側の厚肉部を構成していることを特徴とする（２）項に記載の焼結コンロッド。
【００１４】
本（２）項記載の焼結コンロッドにおいては、コラム部をＨ形乃至Ｉ形断面とすることで断面係数が増し、コラム部がより一層強化される。
【００１５】
（４）前記芯材が、中空構造をなしていることを特徴とする（２）項に記載の焼結コンロッド。
【００１６】
本（３）項記載の焼結コンロッドにおいては、芯材が中空構造をなしているので、軽量化を達成できる。
【００１７】
（５）高強度必要部分がコラム部と大端部との間のつなぎ部であり、前記芯材が該つなぎ部の片側または両側に露出する状態で、該つなぎ部に埋設されていることを特徴とする（１）項に記載の焼結コンロッド。
【００１８】
本（５）項記載の焼結コンロッドにおいては、エンジン負荷、特に引張り・圧縮負荷がかかるつなぎ部に、その側面に露出する状態で補強用芯材が埋設されているので、エンジン負荷に対してつなぎ部が十分に耐えるものとなる。
【００１９】
（６）成形型内に、型内面に接して芯材を納めると共に、該芯材を挟んで焼結用粉体をほぼ等しい厚さに堆積させて、圧粉成形を行い、芯材が側面に露出する状態で埋設されたコンロッド粗形材を得、しかる後、前記コンロッド粗形材を焼結することを特徴とする焼結コンロッドの製造方法。
【００２０】
本（６）項記載の焼結コンロッドの製造方法においては、型内面に接して芯材を型内に納めることで、該芯材を側面に露出させたコンロッド粗形材を簡単に得ることができる。また、該芯材を挟んで焼結用粉体をほぼ等しい厚さに堆積させるので、芯材周辺の圧粉体密度を均一にすることができる。
【００２１】
（７）成形型内に、型内面に接して中空粗材を納めると共に、該中空粗材を挟んで焼結用粉体をほぼ等しい厚さに堆積させて、前記中空粗材を押し潰しながら圧粉成形を行い、中空部を部分的に残して押し潰された中空粗材を芯材として、該芯材が側面に露出状態で埋設されたコンロッド粗形材を得、しかる後、前記コンロッド粗形材を焼結することを特徴とする焼結コンロッドの製造方法。
【００２２】
本（７）項記載の焼結コンロッドの製造方法においては、（６）項に記載のものと同様、簡単かつ安定して焼結コンロッドを製造できるほか、押し潰された中空粗材に中空部を残すことで芯材を簡単に中空構造とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る焼結コンロッドによれば、エンジン回転に伴う高応力発生部分を効果的に補強することにより強度的に十分満足するものとなり、その適用範囲が拡大する。
【００２４】
また、本発明に係る焼結コンロッドの製造方法によれば、上記した焼結コンロッドを簡単にかつ安定して製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１、２は、本発明に係る焼結コンロッドの第１の実施形態を示したものである。本焼結コンロッドの全体的な形状は、従来汎用のものと特に変わるところはなく、大端部１１と小端部１２とをコラム部１３にて連接した形状となっており、大端部１は、半割り状のキャップ部１４をボルト１５により締結して一体化されている。大端部１１とコラム部１３との間、小端部１２とコラム部１３との間はつなぎ部１６、１７として構成されており、これらつなぎ部１６、１７はコラム部１３に向かって連続的に断面縮小している。なお、大端部１１にはクランク軸を結合するための大端穴１８が、小端部１２にはピストンピンを結合するための小端穴１９がそれぞれ形成されている。
【００２６】
本第１の実施形態において、上記コラム部１３は、補強用芯材２０を下焼結材２１と上焼結材２２とにより挟んだサンドイッチ構造となっている。芯材２０は、ここでは幅方向の中央部を最小板厚、両側部を最大板厚とする異形断面（リボン形断面）をなしており、その幅は、コラム部１３の幅と同等に設定されている。また、芯材２０の長さは、図示例では大端穴１８と小端穴１９とを結ぶ大きさとなっており、その両端部が大端部１１（つなぎ部１６を含む）および小端部１２（つなぎ部１７を含む）に埋込まれている。ただし、この芯材２０の長さは任意であり、コラム部１３の平行部分（つなぎ部１６、１７を除く）に限定した大きさとしてもよい。
【００２７】
一方、下焼結材２１および上焼結材２２は、芯材２０の下面および上面に同等厚さに積層形成されており、したがって、コラム部１３の全体は、芯材２０の断面形状に相似のリボン形断面をなしている。また、下焼結材２１および上焼結材２２は、芯材２０の下面および上面に対してのみ積層されており、これにより芯材２０は、コラム部１３の両側に露出する状態で、該コラム部１３に埋設されている。
【００２８】
上記のように構成された焼結コンロッドにおいては、補強用芯材２０が側面に露出する状態でコラム部１３に埋設されているので、コラム部１３の側面が集中的に強化される。コラム部１３には、エンジン回転に伴って引張り、圧縮、曲げ等の負荷、特に大きな曲げ負荷が繰返して作用して、その側面が高応力発生部位となっているが、前記したように芯材２０によって側面が補強されているので、本焼結コンロッドの耐曲げ疲労性は十分となる。
【００２９】
上記した焼結コンロッドは、焼結用粉体を芯材２０と共に一体成形（圧粉成形）した後、成形体を焼結することにより製造される。焼結コンロッドの製造方法としては、一般的にキャップ部（１４）を除く本体部分とキャップ部とを別体に圧粉成形する方法と、キャップ部を含めて全体を圧粉成形して、焼結後にキャップ部を破断分割する方法とがあるが、本焼結コンロッドの製造においても、前記したいずれかの方法を採用できる。
【００３０】
図３は、本焼結コンロッドを得るための圧粉成形工程を示したものである。なお、ここではキャップ部１４を含めて全体を圧粉成形するものとして説明する。同図中、２５は、製造すべき焼結コンロッドの外形状と同じ輪郭の成形孔２５ａを有するダイ、２６は、ダイ２５の成形孔２５ａの底部に位置固定的に配置された下ポンチ、２７は、図示を略すプレスラムに支持され、下ポンチ２６に対して接近離間する上ポンチである。図３は、コラム部１３の成形部位を示しており、下ポンチ２６および上ポンチ２７の先端側には、上記した芯材２０の下面および上面に整合する（山形の）成形部２６ａ、２７ａが設けられている。なお、下ポンチ２５には、上記した大端穴１８および小端穴１９を形成するための、図示しないコアが組込まれている。
【００３１】
圧粉成形に際しては、上ポンチ２７を上昇させてダイ２５の成形孔２５ａを開放した状態で、先ず該成形孔２５ａ内に焼結用粉体２８を供給し、該粉体２８を下ポンチ２６の成形部２６ａの上にほぼ均等な厚さに堆積させる。次に、別途用意した芯材２０をダイ２５の成形孔２５ａ内に納めて、これを前記粉体２８の上に載置させる。このとき、下ポンチ２６上の粉体２８は、成形部２６ａの山形に倣って山形に配置されているので、芯材２０は、その下面を下層の粉体２８に密着させた状態で載置される。芯材２０はまた、その左右側面をダイ２５の内壁（型内面）に接触させた状態でダイ２５内に納められる。次に、ダイ２５の成形孔２５ａ内に同じ焼結用粉体２８を供給し、該粉体２８を芯材２０の上に前記下層の粉体２８とほぼ同じ厚さとなるように均等に堆積させる。なお、このとき、大端部１１、小端部１２の成形領域にも焼結用粉体２８が所定の厚さに供給されることはいうまでもない。
【００３２】
図３の左側は、上記したダイ２５内に対する粉体２８および芯材２０のセット完了状態を示しており、このセット完了後、プレスラムと一体に上ポンチ２７が下降する。上ポンチ２７は、その下降途中でダイ２５の成形孔２５ａに嵌入して、その先端の成形部２７ａを上層の粉体２８に面接触させ、芯材２０を介して上層および下層の粉体２８を下ポンチ２６に対して押圧する。これにより粉体２８が芯材２０を介して圧粉成形され、コラム部１３に芯材２０を埋設したコンロッド粗形材２９が得られる。図３の右側は、圧粉成形の終了状態を示しており、芯材２０は、コラム部１３の両側に露出する状態で該コラム部１３に埋設されている。
【００３３】
本焼結コンロッドは、上記のようにして得られたコンロッド粗形材２９を焼結して慣性するが、圧粉成形工程において、芯材２０を挟んで焼結用粉体２８をほぼ等しい厚さに堆積させるので、芯材２０の周辺の圧粉体密度を均一にすることができ、品質的に安定した焼結コンロッドを製造することができる。
【００３４】
図４は、本発明に係る焼結コンロッドの第２の実施形態を示したものである。本第２の実施形態の特徴とするところは、コラム部１３に埋設させる芯材として、両側にフランジ部３０ａ，３０ａを有する異形断面の芯材３０を用い、両フランジ部３０ａをコラム部１３の両側に露出させるようにした点にある。本第２の実施形態としての焼結コンロッドにおいては、芯材３０の両側のフランジ部３０ａがコラム部１３の両側に配置されることで、該コラム部１３の全体がＨ形乃至Ｉ形断面となり、コラム部１３の強度はより一層向上し、焼結コンロッドに対する強度的な信頼性がより一層高まるようになる。なお、本焼結コンロッドを得るための圧粉成形工程は、上記第１の実施形態と実質同じである。
【００３５】
図５は、本発明に係る焼結コンロッドの第３の実施形態を示したものである。本第３の実施形態の特徴とするところは、コラム部１３に埋設させる補強用芯材として、コラム部１３の両側部に沿って延びる２つの中空部３１ａ、３１ａを有する中空構造の芯材３１を用いた点にある。
【００３６】
このような中空構造の芯材３１をコラム部１３に埋設した焼結コンロッドは、第１の実施形態と同様の圧粉成形（図３）を行うことで得ることができる。図６は、その圧粉成形工程を示したもので、前出図３に示した部分と同一部分には同一符号を付している。本圧粉成形の実施に際しては、図６の左側に示すように、各パイプ状の中空粗材Ｗを用意し、これを、上記第１の実施形態におけると同様の手順で、焼結用粉体２８と共にダイ２５内に納める。そして、このセット完了後、上ポンチ２７を下降させると、中空粗材Ｗの幅方向の中間部が上ポンチ２７と下ポンチ２６との間で次第に押し潰される。そして、遂には図６の右側に示すように、前記中空粗材Ｗの中空部が左右に分断されて、独立した２つの中空部３１ａ、３１ａとなり、中空構造の芯材３１をコラム部１３に埋設したコンロッド粗形材２９が得られるようになる。
【００３７】
本第３の実施形態としての焼結コンロッドは、上記コンロッド粗形材２９を焼結することで完成するが、芯材３１が中空構造となっているので、軽量化を達成できる。また、この芯材３１内の中空部３１ａ、３１ａは、油路としても利用できるので、別途油路を形成するための加工を省略できる。また、補強用芯材３１は、第１の実施形態と同様、側面に露出する状態でコラム部１３に埋設されているので、コラム部１３の側面が集中的に強化される。
【００３８】
図７、８は、本発明に係る焼結コンロッドの第４の実施形態を示したものである。本第４の実施形態の特徴とするところは、コラム部１３に埋設させる補強用芯材として、Ｔ字形断面をなす芯材３２を用い、該芯材３２の２つを、コラム部１３の両側部に沿って各独立に配置して、各芯材３２の脚片３２ａのみを焼結材３３に埋込み、各芯材３２の基部３２ｂはコラム部１３の両側に露出させる構造とした点にある。
【００３９】
本第４の実施形態としての焼結コンロッドにおいては、各芯材３２の基部３２ｂがコラム部１３の両側に配置されるので、上記第２の実施形態と同様、コラム部１３の全体がＨ形乃至Ｉ形断面となり、コラム部１３の強度は向上する。なお、本焼結コンロッドを得るための圧粉成形工程は、上記第１の実施形態と実質同じであるが、ここでは、２つの芯材３２が左右に分かれてダイ２５（図３参照）内にセットされることになる。
【００４０】
図９、１０は、本発明に係る焼結コンロッドの第５の実施形態を示したものである。本第５の実施形態の特徴とするところは、上記第４の実施形態で用いたＴ字形断面をなす芯材３２（図８）と同じくＴ字形断面をなす芯材３４を用い、該芯材３４をコラム部１３と大端部１１との間のつなぎ部１６の片側に配置して、その脚片３４ａのみを焼結材３３に埋込み、かつ芯材３４の基部３４ｂをつなぎ１６の側面に露出させる構造とした点にある。なお、芯材３４は、つなぎ部１６の両側に埋設してもよいものである。
【００４１】
エンジン回転に伴う慣性負荷（引張り・圧縮負荷）は、コラム部１３と大端部１１との間のつなぎ部１６で最大となっており、したがって、このつなぎ部１６は、コンロッドにおける高強度必要部分となっている。本第５の実施形態においては、この高強度必要部分であるつなぎ部１６の側面に露出する状態で補強用芯材３４を配置しているので、該つなぎ部１６の耐引張り・圧縮疲労性が向上し、焼結コンロッドに対する強度的な信頼性が高まるようになる。
【００４２】
なお、本発明は、上記第１〜４の実施形態のようにコラム部１３に補強用芯材２０、３０〜３２を埋設した上に、さらに第５の実施形態のようにつなぎ部１６に補強用芯材３４を埋設してもよいもので、この場合は、焼結コンロッドは、引張り、圧縮、曲げ等の各種エンジン負荷に対する耐力が増大し、強度的な信頼性が著しく高まるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態としての焼結コンロッドの全体構造を一部断面として示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ矢視線に沿う断面図である。
【図３】本第１の実施形態としての焼結コンロッドを製造するための圧粉成形工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態としての焼結コンロッドの要部構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態としての焼結コンロッドの要部構造を示す断面図である。
【図６】本第３の実施形態としての焼結コンロッドを製造するための圧粉成形工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態としての焼結コンロッドの全体構造を一部断面として示す平面図である。
【図８】図７のＸ−Ｘ矢視線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態としての焼結コンロッドの要部構造を示す断面図である。
【図１０】図９のＹ−Ｙ矢視線に沿う断面図である。
【図１１】コンロッドの一般的な形状を示す平面図である。図９のＹ−Ｙ矢視線に沿う断面図である。
【図１２】図１１のＸ−Ｘ矢視線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１    大端部
１２    小端部
１３    コラム部
１４    キャップ部
１６    つなぎ部
２０、３０〜３２、３４    芯材
２１    下焼結材
２２    上焼結材
２５    ダイ
２６    下ポンチ
２７    上ポンチ
２８    焼結用粉体
２９    コンロッド粗形材
Ｗ      中空粗材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009168071.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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