(57)【要約】【課題】本発明は、大端部と小端部の剛性と被削性とを保持しながら、コラム部の強度を高くして薄肉軽量化可能なコンロッドの製造方法とコンロッドを提供することを課題とする。【解決手段】本発明のコンロッドの製造方法は、成形金型のキャビティのコラム部と大・小端部とを材料粉末の移動を阻止するセパレータで区画し、コラム部には大・小端部へ充填する材料粉末よりも高強度の材料粉末を充填することを特徴とする。セパレータは、材料粉末の粒径よりも狭幅で圧縮方向に延在する複数のスリットで構成され、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎのうちの何れか一よりなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティに材料粉末を充填する粉末充填工程と、
充填された該材料粉末を加圧して圧粉体を形成する加圧成形工程と、
該圧粉体を焼結鍛造してコンロッド粗材を形成する焼結鍛造工程と、
を有する大端部と小端部と該大端部と該小部端とを連接するコラム部とを有するコンロッドの製造方法であって、
前記粉末充填工程では、前記キャビティの前記コラム部に対応するコラム部領域と、前記大端部に対応する大端部領域および前記小端部に対応する小端部領域とを前記材料粉末の移動を阻止するセパレータで区画し、該コラム部領域には該大端部領域と該小端部領域とへ充填する材料粉末よりも高強度の材料粉末を充填し、
前記セパレータは、前記加圧成形工程において該材料粉末の流動に応じて変形し、かつ前記焼結鍛造工程において溶融又は分解するものであることを特徴とするコンロッドの製造方法。
【請求項２】
前記セパレータは、前記材料粉末の粒径よりも狭幅で圧縮方向に延在する複数のスリットを有する請求項１に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項３】
前記セパレータは、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎのうちの何れか一よりなる請求項１又は２に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項４】
前記キャビティの前記コラム部領域に充填される材料粉末は、少なくともＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのうちの１種以上を含むＦｅ−Ｃ系合金粉末である請求項１〜３の何れか一項に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項５】
大端部と、小端部と、該大端部と該小部端とを連接するコラム部とを一体的に焼結形成したコンロッドであって、
前記コラム部は、前記大端部及び前記小端部を形成する材料粉末よりも高強度の材料粉末を用いて形成されていることを特徴とするコンロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンロッドの製造方法とコンロッドに関する。より詳しくは、材料粉末を燒結鍛造して形成する焼結コンロッドとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のようにコンロッドは、レシプロエンジンのピストンをクランクシャフトに連結するための部材であり、クランクシャフト用孔を有する大端部とピストンピン用孔を有する小端部とこれらを連接するコラム部とからなっている。コンロッドは、所定の剛性と疲労強度を有するとともに軽量であることが要求される部材であり、大端部や小端部では高剛性で良好な被削性が必要であり、コラム部については高強度化による薄肉軽量化が要求されている。
【０００３】
特許文献１では、この相反する要求を一種類の合金粉末で満たす焼結コンロッドの製造方法を提案している。すなわち、圧粉体成形工程で、圧粉体のコラム部となる部分の密度を大端部と小端部となる部分の密度より低く成形し、この圧粉体に焼結工程で浸炭処理などの表面硬化処理を施す方法である。この従来技術によれば、密度の低いコラム部は密度の高い大・小端部よりも深部まで浸炭処理されるため、被削性が要求される大端部と小端部を硬化させることなく、強度が要求されるコラム部をのみを硬化できるとしている。しかし、この相反する要求を一種類の合金粉末で満たすには限界があり、強度が要求されるコラム部について必ずしも満足できる特性が得られない場合があった。
【特許文献１】特開２００７−２８４７６９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、上記の問題を解決するためになされたものであり、大端部と小端部の剛性と被削性とを保持しながら、コラム部の強度を高くして薄肉軽量化できるコンロッドの製造方法とコンロッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のコンロッドの製造方法は、金型のキャビティに材料粉末を充填する粉末充填工程と、充填された該材料粉末を加圧して圧粉体を形成する加圧成形工程と、該圧粉体を焼結鍛造してコンロッド粗材を形成する焼結鍛造工程と、を有する大端部と小端部と該大端部と該小部端とを連接するコラム部とを有するコンロッドの製造方法であって、前記粉末充填工程では、前記キャビティの前記コラム部に対応するコラム部領域と、前記大端部に対応する大端部領域および前記小端部に対応する小端部領域とを前記材料粉末の移動を阻止するセパレータで区画し、該コラム部領域には該大端部領域と該小端部領域とへ充填する材料粉末よりも高強度の材料粉末を充填し、前記セパレータは、前記加圧成形工程において該材料粉末の流動に応じて変形し、かつ前記焼結鍛造工程において溶融又は分解するものであることを特徴とする。
【０００６】
本発明のコンロッドの製造方法において、前記セパレータは、前記材料粉末の粒径よりも狭幅で圧縮方向に延在する複数のスリットで構成されており、その材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎのうちの何れかであることが望ましい。
【０００７】
また、前記キャビティの前記コラム部領域に充填される材料粉末は、少なくともＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのうちの１種以上を含むＦｅ−Ｃ系合金粉末であることが望ましい。
【０００８】
本発明のコンロッドは、大端部と、小端部と、該大端部と該小部端とを連接するコラム部とを一体的に焼結形成したコンロッドであって、前記コラム部は、前記大端部及び前記小端部を形成する材料粉末よりも高強度の材料粉末を用いて形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コラム部と大・小端部とを組成の異なる材料粉末を用いて一体的に燒結することができるので、高強度を有するコラム部と高い剛性と良好な被切削性を有する大・小端部とからなる薄肉軽量化可能のコンロッドを得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係るセパレータは、材料粉末の粒径よりも狭い隙間のスリットで構成されているので、セパレータを介してコラム部領域の材料粉末と大・小端部領域の材料粉末が混じり合うことがない。また、スリットは、成形工程における圧縮方向に延在するように形成されているので、セパレータは加圧による材料粉末の塑性変形や流動に追随して変形することができる。従って、材料粉末をセパレータとともに緻密化できるので、圧粉体における組成の異なる材料粉末間の境界部の強度を他の部位と同等にすることができる。
【００１１】
また、セパレータはＣｕ、Ａｇ、Ｓｎなどの焼結温度よりも融点の低い素材で形成されているので、セパレータ成分は燒結鍛造工程で材料粉末中に溶融、拡散もしくは分解、消滅してしまい境界部の強度を低下させることはない。従って、コラム部と大・小端部との境界部における組成の異なる材料粉末の接合強度が安定したコンロッドを得ることができる。
【００１２】
本発明のコンロッドの製造方法は、粉体成形時に成形金型の所定位置にセパレータを装着することと、組成の異なる複数の材料粉末を用いること以外は従来と同様に実施することができる。従って、従来のラインを大幅に変更することなく容易に適用することができ、生産性を阻害することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のコンロッドの製造方法は、金型のキャビティに材料粉末を充填する粉末充填工程と、充填された材料粉末を加圧して圧粉体を形成する加圧成形工程と、圧粉体を焼結し直ちに鍛造する焼結鍛造工程とを備えている。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態を、図を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る成形金型１を模式的に示す平面図である。図２は、セパレータの一例を示す模式図である。
【００１５】
成形金型１にはコンロッドの外形に対応するキャビティ１０が形成されている。キャビティ１０はコンロッドの大端部に対応する大端部領域１２と小端部に対応する小端部領域１６、およびコラム部に対応するコラム部領域１４とからなっている。大端部領域１２とコラム部領域１４との境界部、及びコラム部領域１４と小端部領域１６との境界部には、セパレータ２を配置する溝１８、１８が設けられている。
【００１６】
粉末充填工程では、まずこの成形金型１の溝１８、１８にそれぞれセパレータ２、２を立設して、キャビティ１０を大端部領域１２、コラム部領域１４、小端部領域１６に区画する。次に、それぞれの領域に所望の材料粉末を充填する。例えば、コラム部領域１４には強度を高めて薄肉軽量化を可能にするために、Ｆｅ−Ｃ系粉末にＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏなどを添加したＦｅ−Ｃ系合金粉末を充填する。また、大端部領域１２と小端部領域１６には高剛性と良好な被削性を得るために、粉末の圧縮性に優れ、硬さの高くない低ＣのＦｅ−Ｃ系粉末を充填する。
【００１７】
加圧成形工程では、この充填した材料粉末をセパレータ２、２とともに加圧して圧粉体を形成する。
【００１８】
焼結鍛造工程では、この圧粉体を所定の温度に昇温保持後焼結鍛造して焼結鍛造体（コンロッド粗材）とする。さらに、得られたコンロッド粗材にコイニング、ショットブラスト処理および加工を施して所望のコンロッドを得ることができる。
【００１９】
ここで、セパレータ２は、Ｃｕ、ＡｇあるいはＳｎなどよりなる箔又は薄板２２に、複数の縦長の隙間（以後、スリットという）２４を形成したものとするとよい。このように形成されるセパレータ２は、加圧成形工程において、隣り合う材料粉末同士が混合しないように区画しつつ、材料粉末の塑性変形や流動に追随して変形することができる。従って、材料粉末をセパレータとともに緻密化できるので、圧粉体におけるコラム部の材料粉末と大・小端部の材料粉末との境界部の強度を他の部位と同等にすることができる。
【００２０】
境界部における材料粉末は、スリット２４を介して部分的に密着しているので、圧粉体を所定の温度に昇温保持することにより他の部位と同様に燒結することができる。また、圧粉体に埋設されたセパレータ２、２は、融点が焼結温度よりも低いＣｕ、ＡｇあるいはＳｎなどからなっているので、焼結鍛造工程における材料粉末の焼結過程で材料粉末中に拡散もしくは消失してしまい、焼結後にコラム部と大・小端部との境界部に残存することがない。従って、境界部の強度を低下させる原因とはならない。
【００２１】
上記のようなセパレータ２において、その厚さは１〜１００μｍであることが望ましい。１μｍ未満ではスリットを形成することが困難であり、１００μｍを超えると材料粉末の緻密化を阻害することがあるので好ましくない。より好ましくは、１〜５０μｍである。また、スリット２４の幅ｗは材料粉末の最小粒径よりも狭く設定することが望ましく、例えば、５〜４０μｍとするとよい。スリット幅ｗが５μｍ未満では、境界部における材料粉末の緻密化が不十分となることがあり、４０μｍを超えて広いと、隣り合う材料粉末が混合することがあるので適当ではない。より好ましくは、２０〜３０μｍである。なお、スリット２４、２４間の間隔ａもスリット幅ｗに等しくするとよい。
【００２２】
このように本実施形態に係るセパレータは、粉末充填工程および加圧成形工程では異なる材料粉末を的確に分離する分離機能に優れ、かつ焼結鍛造工程では溶融あるいは分解して消失するので組成の異なる焼結合金同士の高い接合強度を阻害することがない。従ってこのようなセパレータは、組成の異なる複数の材料粉末を用いたコンロッドの製造に好適である。
【実施例】
【００２３】
（実施例）
厚さ０．０５ｍｍの銅箔（融点：１０８４．５℃）に幅ｗ：３０μｍのスリットを間隔ａ：５０μｍで複数形成したセパレータを用いて、金型キャビティのコラム部領域と大端部領域および小端部領域とを区画した。コラム部領域には材料粉末としてＦｅ−０．６Ｃ−２．５Ｃｕ−１．５Ｍｏを充填し、大端部領域および小端部領域にはＦｅ−０．５５Ｃ−２Ｃｕを充填した。なお、数値は材料粉末全体を１００とした時の当該成分粉末の配合比率（質量％）である。
【００２４】
次に、これらの材料粉末をセパレータともに、６ｔｏｎ／ｃｍ２で加圧成形して圧粉体を得た。続いて、得られた圧粉体を１１５０℃で１０分間保持した後直ちに鍛造して実施例のコンロッド粗材を得た。
（比較例）
セパレータを用いない１種類の材料粉末からなる従来のコンロッドである。実施例と同一形状の金型を用いそのキャビティに材料粉末としてＦｅ−０．５５Ｃ−２Ｃｕを充填した以外は、実施例と同様にして比較例のコンロッド粗材を得た。
（評価）
実施例のコンロッド粗材のコラム部の硬さはＨｖ４５０以上であり、強化成分、特にＭｏの添加による顕著な効果が認められた。また、大・小端部の硬さはＨｖ３００以下であり、従来と同様に良好な被削性を有していることが確認できた。
【００２５】
実施例のコンロッドのコラム部の１０７回での疲労強度は４５０ＭＰａであり、比較例のコンロッドのコラム部の１０７回での疲労強度は３４０ＭＰａであった。
【００２６】
以上の通り、コラム部に高強度の材料粉末を用いることで、実施例では従来のものに比べてコラム部の硬さを５０％以上、疲労強度を３０％以上向上することができた。従って、本実施例になるコンロッドは、従来のコンロッドよりもコラム部を薄肉化して軽量化可能であることが確認できた。なお、実施例のコンロッドにおいて、コラム部と大端部および小端部との境界部にセパレータの残存は認められなかった。
【００２７】
本発明は上記の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
【００２８】
例えば、実施の形態では、金型キャビティのコラム部領域へ充填する材料粉末と大・小端部領域へ充填する材料粉末とを組成の異なる２種類の粉末としたが、さらに大端部領域へ充填する粉末と小端部領域へ充填する粉末とをそれぞれ組成の異なるものとして、３種類の組成の異なる材料粉末を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、材料粉末を燒結して形成する燒結コンロッドに用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態の成形金型を示す平面概要図である。
【図２】セパレータの一例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：金型  １０：キャビティ  １２：大端部領域  １４：コラム領域  １６：小端部領域
２：セパレータ  ２４：スリット  
【図１】
2009167482.tif 000003
【図２】
2009167482.tif 000004