(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素管をコネクティングロッドに加工する方法であって、上下一対の金型のダイス溝内に収納した金属素管の内部に液体を導入し、液体に圧力を負荷して金属素管に部分的に膨出部を成形し、次いで、前記金型内において、前記液体に圧力を負荷した状態で、前記金型内に金属素管に向かって進退可能に設けられたポンチにより、その膨出部にピアシング加工を施して開口部を設けるとともに、この開口部を拡げながら内側に折り曲げるバーリング加工をおこなうことを特徴とするコネクティングロッドの液圧バルジ加工方法。
【請求項２】
金属素管をコネクティングロッドに加工するための上下一対の金型であって、金属素管に部分的な膨出部を成形するためのダイス溝と、そのダイス溝内に収納した金属素管に向かって進退可能に設けられた膨出部の一部に開口部を設けるためのピアシングポンチと、開口部を拡げながら内側に折り曲げるバーリング加工を施すためのバーリングポンチとを備え、バーリングポンチはピアシングポンチ外周面に嵌合されており、ピアシング加工後にバーリングポンチが前進してバーリング加工する機構を備えていることを特徴とする金属管の液圧バルジ加工用金型。
【請求項３】
請求項１記載の加工方法により加工されたコネクティングロッドであって、軸受部の端部の１方または双方を内側に折り曲げるバーリング加工がなされていることを特徴とするコネクティングロッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管状のロッドと軸受部とからなるコネクティングロッドを得るための金属管の液圧バルジ加工方法、それに用いる金型およびコネクティングロッドに関し、この部品は自動車や産業用機械に用いられている連結ピンを支点として自由な回転運動をさせるリンク構造体に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や産業用機械には、コネクティングロッドと連結ピンとを組み合わせて連結ピンを軸にロッド部が回転自在になるようにして力を伝達する機構が多用されている。
【０００３】
図1は、コネクティグロッドの使用例を示す図である。図１（ａ）は、固定ロッド１と回転ロッド２とを組み合わせた例を示す。図１（ｂ）は、２つの回転ロッド２、３を組み合わせた例を示す。
【０００４】
図１（ａ）のコネクティングロッドは、固定ロッド１は、ロッド１ａの片側に軸受け部１ｂを備え、回転ロッド２はロッド２ａの両端に軸受け部２ｂおよび２ｃを備えており、軸受け部１ｂ、２ｂに連結ピン４が嵌入されており、連結ピン４を支点にして回転ロッド２が回転自在になっている。
【０００５】
また、図１（ｂ）に示すコネクティングロッドは、回転ロッド３は、３つの軸受け部３ｃ、３ｄ、３ｅを備え、軸受け部３ｄに連結ピン５が、軸受け部３ｅ、２ｂに連結ピン６が嵌入されており、連結ピン５、６を支点にして回転ロッド２、３が回転自在になっている。
【０００６】
連結ピンを支点として自由な回転運動をさせるコネクティングロッドは、従来以下の方法により製造されていた。
【０００７】
第１の方法は、コネクティングロッドの形状をした鋳型に溶鋼を鋳込む鋳造方法である。
【０００８】
第２の方法は、ロッドと軸受け部とを溶接により接合する方法である。
【０００９】
図２は、溶接により製作されたコネクティングロッドを示す斜視図である。同図に示すように、この部品は、ロッド２ａの両端に軸受け部２ｂ、２ｃとなる金属管が溶接部７にて接合されている。これを製作するには、先ず軸受け部２ｂ、２ｃに必要とされる長さに金属管を切断し、金属管のロッド２ａの端面形状を軸受け部２ｂ、２ｃの溶接位置の形状に沿うように加工をおこなう。次に、ロッド２ａと軸受け部２ｂ、２ｃとを冶具等を用いて位置決め固定し、溶接により接合をする。
【００１０】
しかしながら、第１の方法ではロッドが中実となるため製品重量が大きくなる欠点の他、鋳造作業の能率が低いばかりでなく、鋳造後のバリ除去等の作業が必要となる等の欠点がある。また、鋳造品は衝撃などに対する強度の信頼性が乏しいなどの問題点もある。
【００１１】
第２の方法では、溶接作業能率の悪さや、溶接状況のバラツキなどによる強度の信頼性の低下がまぬがれない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、強度に信頼性があり軽量なコネクティングロッドを効率よく製造する方法、その方法に使用する金型およびその方法で製造したコネクティングロッドを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記従来の鋳造方法や、溶接による接合方法以外のコネクティングロッドの製造方法について検討を重ね実験をおこなった結果、液圧バルジ加工により金属管に膨出部を成形し、その膨出部をピアシング加工により開孔部を設け、その開孔部をバーリング加する工程を一金型内でおこなう方法がよいとの知見を得た。本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
【００１４】
（１）金属素管をコネクティングロッドに加工する方法であって、上下一対の金型のダイス溝内に収納した金属素管の内部に液体を導入し、液体に圧力を負荷して金属素管に部分的に膨出部を成形し、次いで、前記金型内において、前記液体に圧力を負荷した状態で、前記金型内に金属素管に向かって進退可能に設けられたポンチにより、その膨出部にピアシング加工を施して開口部を設けるとともに、この開口部を拡げながら内側に折り曲げるバーリング加工をおこなうことを特徴とするコネクティングロッドの液圧バルジ加工方法。
【００１５】
（２）金属素管をコネクティングロッドに加工するための上下一対の金型であって、金属素管に部分的な膨出部を成形するためのダイス溝と、そのダイス溝内に収納した金属素管に向かって進退可能に設けられた膨出部の一部に開口部を設けるためのピアシングポンチと、開口部を拡げながら内側に折り曲げるバーリング加工を施すためのバーリングポンチとを備え、バーリングポンチはピアシングポンチ外周面に嵌合されており、ピアシング加工後にバーリングポンチが前進してバーリング加工する機構を備えている金属管の液圧バルジ加工用金型。
【００１６】
（３）上記（１）記載の加工方法により加工されたコネクティングロッドであって、軸受部の端部の１方または双方を内側に折り曲げるバーリング加工がなされているコネクティングロッド。
【００１７】
【発明の実施の形態】
金属管の液圧バルジ加工は、素材となる金属管（以下、素管という）内に加工液を導入し、その加工液に負荷した圧力（以下、内圧という）と、必要に応じて管端からの軸押し力とを組み合わせることによって素管を膨出加工し、種々の断面形状の異形管製品を得る加工方法であり、汎用されている。本発明の加工方法は、この液圧バルジ加工方法により異形管製品、具体的にはコネクティングロッドを加工する方法である。従来の液圧バルジ加工は、素管を部分的に膨出させる加工であるが、本発明の加工方法はこの膨出加工に加え、同じ金型内で素管の内圧を利用して、膨出部の１カ所または２カ所にピアシング加工を施し膨出部に開口部を成形し、さらにその開口部を内側に折り曲げるバーリング加工することを大きな特徴としている。
【００１８】
図３は、本発明のコネクティングロッドの形状例を示す斜視図で、図３（ａ）はアームが軸受け部を１個備えている場合、図３（ｂ）はアームが軸受け部を２個備えている場合を示す。
【００１９】
図３に示したコネクティングロッドは、アーム部２１と軸受け部２０からなっており、軸受け部は膨出加工後にピアシング加工により開口部を設けて、その開口部を拡げながら内側に折り曲げるバーリング加工が施されている。
【００２０】
アーム部２１の外径ｄ０、肉厚ｔ、長さ、軸受け部２０の形状および個数は、本発明の加工方法においては任意に設定できる。
【００２１】
図４は、軸受け部の形状例を示す図３（ｂ）に示すＡ−Ａ断面図で、図４（ａ）は膨出部の対向する２カ所にピアシング加工により開口部を設け、その開口部を内側に折り曲げるバーリング加工が施されている軸受け部の場合、図４（ｂ）は膨出部の１カ所に開口部を設けバーリング加工が施されている軸受け部の場合、図４（ｃ）は膨出部に対向する２カ所にピアシング加工により開口部を設け、その一方の開口部にバーリング加工が施されている軸受け部の場合を示す図である。
【００２２】
軸受け部の形状は、円筒形状のみに限定されるものでなく角型等の形状でもよい。軸受け部の形状は目的に応じて任意に定めればよい。
【００２３】
図５は、軸受け部の高さの異なる形状例を示す斜視図で、図５（ａ）は軸受部が円筒形状をしており高さｈが素管外径ｄ0よりも高い場合、図５（ｂ）は高さｈが素管外径ｄ０と同じ場合、図５（ｃ）は高さｈが素管外径ｄ０よりも低い場合を示す図である。
【００２４】
次に、本発明の加工方法に用いる金型および加工方法について説明する。
【００２５】
図６は、素管を収納した金型の縦断面図で、図６（ａ）は液圧バルジ加工直前の状態を、図６（ｂ）は膨出加工後にピアシング加工により開口部を設けた状態を、図６（ｃ）はバーリング加工状態を示す図である。
【００２６】
本発明の加工方法に用いる金型例を図６（ａ）により説明する。図６（ａ）に示すように、金型は１対の金型すなわち上金型３０ａと下金型３０ｂで構成されている。
【００２７】
次に、金型の構造を説明する。金型には軸受け部を成形するための空間３２が設けられていて、その内部形状は軸受け部の外郭形状と同一である。
【００２８】
金型には、金属素管３１に向かって進退可能に設けられたピアシングポンチ３４と、ピアシングポンチの外周面に嵌合されたバーリングポンチ３５を内蔵されている。この例では、上下の金型内にピアシングポンチ３４とバーリングポンチ３５が設けられており、図４（ａ）に示す形状の軸受け部を成形するのに用いる。図４（ｂ）に示した軸受け部の成形には、上下どちらかの金型にピアシングポンチとバーリングポンチを設ければよい。また、図４（ｃ）に示した軸受け部を成形する場合は、一方の金型にピアシングポンチとバーリングポンチを、もう一方金型にはピアシングポンチのみを設ければよい。
【００２９】
バーリングポンチ３５は、ピアシングポンチ３４の外周面に嵌合されている。このバーリングポンチ３５はバネなどの弾性体３６ａにより支持されており、バーリング加工のためにバーリングポンチ３５を金属素管３１方向に前進させた後で弾性体３６ａの復元力で後退させる。また、バーリングポンチ３５の上面に接しているリング状カバー３７にて、バーリングポンチ３５の後退限が決定される。リング状カバー３７は、金型にネジ等の係合手段にて固定されている。また、ピアシングポンチ３４はその上部でパッド３８にネジ等の係合手段にて固定されている。パッド３８は、バネなどの弾性体３６ｂにて支持されており、パッド３８の周縁部が金型取付板３９に当接されていてピアシングポンチ３４の後退限が規制される。ピアシングポンチ３４は、図示していない油圧シリンダ装置を用いてパッド３８を介して前進させることができる。ピアシングポンチ３４の前進可能な距離は、バーリングポンチ３５の前進可能な距離ｈ3 とバーリングポンチとピアシングポンチ間の距離ｈ2の和となる。
【００３０】
バーリングポンチ３５は、ピアシングポンチ３４の前進によってバーリングポンチ３５と金型３０ａとの間に設定された距離ｈ３だけ前進可能である。
【００３１】
ピアシングポンチ３４の後退は、弾性体３６ｂの復元力でおこなわれる構造となっている。ピアシングポンチ３４は、バーリングポンチ３５との間に設定された距離ｈ２（ピアシングストローク）だけ、バーリングポンチ３５より先行して前進させられる構造となっている。バーリングポンチ３５の先端エッジ部の面取りは、バーリング加工時に製品の表面に疵を発生させず、膨出加工時に面取り部と金型との間に出来る隙間に材料が膨出しない程度の適切な値を選択すればよい。
【００３２】
ピアシングポンチとバーリングポンチを一体構造とすることも考えられるが、そのような構造にすると下記のような問題が生じる。
【００３３】
図７は、ピアシングポンチとバーリングポンチを一体構造とした場合の金型を示す縦断面図である。図７に示すように、両ポンチを一体にしたポンチ５０の先端は、凸状になる。ポンチ５０の先端の凸部５１がピアシングポンチで凹部５２がバーリングポンチとなる。このようなポンチを用いて膨出加工をおこなった場合には、ポンチ５０先端のピアシング領域５１とバーリング領域５２の段差部に生じる隙間５３に素材が膨出し、この隙間５３に膨出した素材を潰しながらピアシングおよびバーリング加工をおこなうので製品形状に不具合が生じる。また、膨出加工時にポンチ５１の鋭いエッジ部にて破断を生じ易くなるという問題が生じる。本発明では、上記の問題を解消するためにピアシングポンチとバーリングポンチを分割構造とした。
【００３４】
次に、液圧バルジ加工方法について説明する。図６（ａ）は、成形開始前の状態を示し、金型内に素管３１をセットし、所定の力にて上金型３０ａを下金型３０ｂに押しつける。次いで、図示してない油圧シリンダ装置に取り付けられた軸押し工具４０ａ、４０ｂを前進せしめ、素管３１の両管端に軸押し工具端面を当接してシールする。シール方法は、同図に示す軸押し工具と素管の端面同士を当接する端面シール方法に限定されるものではなく、素管の肉厚を軸押し工具によって肉厚方向に圧下する圧入シール、素管内面にＯリングを挿入してシールする内面シール等、内圧の漏れを防ぎ軸押し力が伝達できる方法であればよい。
【００３５】
次に、一方の軸押し工具、例えば軸押し工具４０ａを貫通せしめた流路４１ａから加工液を導入しながら、もう一方の軸押し工具４０ｂに設けられた流路４１ｂから素管３１内の空気を押し出し、流路４１ｂの延長上を図示していないバルブで閉鎖して、素管３１の内部を加工液で充満させる。加工液としては、防錆のために数％の油脂分を水に分散させたエマルジョン油が一般に用いられている。
【００３６】
次いで、左右方向から軸押し工具４０ａ、４０ｂを前進せしめるとともに、図示していないポンプによって内圧を徐々に増加し、膨出部を形成させる。このとき、軸押し工具は必ずしも左右両方向から前進させる必要はなく、どちらか一方の軸押し工具の前進だけでもよい。軸押しをおこなうのは膨出部に材料を供給して膨出による減肉や破断を抑制するのが目的であるが、膨出部の周長増加率が小さい場合には、軸押しを省略することもできる。
【００３７】
図６（ｂ）は、膨出加工終了後に、図示しない加圧装置により内圧を保ったままパッド３８をストロークｈ２｛図６（ａ）｝だけ前進させ、ピアシングポンチ３４によって、膨出部の上下面に外径ｄ２の孔が打ち抜かれた状態を示す。ピアシングポンチ３４の前進ストロークｈ２は、打ち抜きに必要な値であればよく、実験結果から素管の肉厚の１〜２倍であればよい。
【００３８】
図６（ｃ）は、パッド３８をさらにストロークｈ３｛図６（ａ）｝だけ前進させることにより、ピアシングポンチ３４に当接した状態のバーリングポンチ３５がストロークｈ３だけ前進し、前進するバーリングポンチ３５により、ピアシング加工によって打ち抜かれた孔をバーリングポンチ３５の外径ｄ３まで拡径しつつ素管内部に折り曲げるバーリング加工がおこなわれた状態を示す。バーリングポンチ３５の前進ストロークｈ３は、（ｄ３−ｄ２）／２以上あればよい。
【００３９】
以上のように、金属素管を膨出加工、ピアシング加工およびバーリング加工を同一金型内にておこなうことによりコネクティングロッドを高能率で加工することができる。
【００４０】
【実施例】
外径３４ｍｍ、肉厚２．６ｍｍ、長さ１０００ｍｍの機械構造用鋼管ＳＴＫＭ１１Ａ（ＪＩＳＧ３４４５）を素管として用い、図６に示した金型を使用して液圧バルジ加工し２個の軸受けを備えたコネクティングロッドを製造した。
【００４１】
図８は、製造したコネクティングロッドを示す図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００４２】
使用した金型および製品の寸法は以下の通りであった。
【００４３】
［金型の寸法］
ピアシングポンチ外径（ｄ２）：４４ｍｍ
ピアシングポンチストローク（ｈ２）：６ｍｍ
バーリングポンチ外径（ｄ３）：５５ｍｍ
バーリングポンチストローク（ｈ３）：９ｍｍ
［製造した製品寸法］
膨出部外径（ｄ１）：６８ｍｍ
膨出部高さ（ｈ）：３４ｍｍ
バーリング径（ｄ３）：５５ｍｍ
製品全長（Ｌ）：９２０ｍｍ
上記の素管と金型を用い、金型のダイス溝に素管をセットし、軸押し工具を素管管端に当接してシールし、上下金型を８０００ｋＮの力で型締めして、素管内にエマルジョン加工液を注入して、その圧力を４０ＭＰａから１８０ＭＰａへと徐々に増圧せしめつつ各軸押し工具を４０ｍｍ前進させて膨出部加工をおこない、引き続きピアシングおよびバーリング加工をおこなうことにより前記寸法を有する製品を得た。
【００４４】
なお、従来の鋳造法により上記製品と同じ寸法のコネクティングロッドを製造し、製品重量を本発明の方法により製造したものと比較したが、本発明の方法で製造した製品の重量は鋳造品の約１／２以下であった。鋳造品の場合製品の重量が大となったのはアーム部を中空にすることができなかったためである。溶接法によっても同一寸法の製品を製造したが、製品重量はほぼ同一であったけれども製造時間は本発明の方法に要した時間の約１０倍の時間を要した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、同一金型内で膨出加工、ピアシング加工およびバーリング加工が実施でき製造効率のよい製造方法により、軽量で強度が安定したコネクティングロッドが安価に得られ、産業の発展に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コネクティングロッドの使用例を示す模式図である。
【図２】従来の製造方法により製造されたコネクティングロッドを示す図である。
【図３】本発明の方法で製造したコネクティングロッドを示す図である。
【図４】軸受け部の断面図である。
【図５】コネクティングロッドの形状例を示す図である。
【図６】本発明の金型および加工方法を説明するための図である。
【図７】金型部の断面図である。
【図８】実施例のコネクティングロッドを示す図である。
【符号の説明】
１ａ、２ａ  ロッド
１ｂ、２ｂ、２ｃ、３ｃ、３ｄ、３ｅ 軸受け部
２、３ 回転ロッド
４、５、６  連結ピン
３０ａ  上金型
３０ｂ  下金型
３４  ピアシングポンチ
３５  バーリングポンチ
３６ａ、３６ｂ  弾性体
３８  パッド
３９  金型取付け板
４０ａ、４０ｂ  軸押し工具
４１ａ、４１ｂ  加工液流路
【図１】
0003740941.tif 000002
【図２】
0003740941.tif 000003
【図３】
0003740941.tif 000004
【図４】
0003740941.tif 000005
【図５】
0003740941.tif 000006
【図６】
0003740941.tif 000007
【図７】
0003740941.tif 000008
【図８】
0003740941.tif 000009