JPH0225932Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は内燃機関などに用いられる繊維強化プ
ラスチツク製のコネクテイングロツドに係り、更
に詳しくはそのプラスチツクの基地を補強すると
共に、その耐摩耗性と剛性とを改良した繊維強化
プラスチツク製のコネクテイングロツドに関す
る。

背景技術とその問題点 第１Ａ図及び第１Ｂ図に示す如く、内燃機関な
どのコネクテイングロツド（以下略して単にコン
ロツドと称す）１は、その小端部１ａにおいては
ピストンピン２を介してピストン３に連結され、
大端部１ｂにおいてはクランクシヤフト４に連結
されている。そしてピストン頂面を含めた燃焼室
内での爆発圧力をピストン３から受けてクランク
シヤフト４に伝えている。従つてコンロツド１に
はピストン３から来る爆発圧力による大きな圧縮
応力がかかると同時に、慣性力による引張応力も
作用するため、一般にコンロツド１は炭素鋼を型
鍛造して作り出されている。しかし鋼製であれば
当然その比重が大きいから、運転中の慣性力が大
きくなり、これによりエンジンの振動などが大き
くなるという問題がある。

又、コンロツド１がクランクシヤフト４及びピ
ストンピン２と摺接しているから摩耗し易い。こ
のため一般にこの摺接する部分には特殊金製のベ
アリングが使用されているが、組立工数がかかり
煩雑になるという問題があつた。

このような状況に鑑み、最近繊維強化プラスチ
ツク製のコンロツドの利用が注目されて来てい
る。この繊維強化プラスチツク製のコンロツド
は、プラスチツクの基地内に強くて硬くかつ自己
潤滑性のある炭素繊維を配したもので、これによ
つて軽量化はもちろん強度的にも充分強く、しか
も潤滑性の良いコンロツドが作られるようになつ
た。しかしながらこのプラスチツク製のコンロツ
ドでは、特にコンロツド１内面の前記摺接面にお
いて、基地が比較的軟質のプラスチツクであるか
ら、この部分が前記高面圧の高速摺接により、第
２図に示す如く選択的に摩耗又は変形する。そし
て炭素繊維５が突き出る結果、相手方のピストン
ピン２やクランクシヤフト４の表面を損傷させた
り、摩耗又は変形して凹んだプラスチツクの基地
６からクラツク７が発生したり、或いは摩耗又は
変形は僅かでも、繰返し応力を受けてプラスチツ
クの基地６からクラツクが発生し、また基地６が
プラスチツクであるが故にコンロツド全体の剛性
が不足する等の不具合があつた。

考案の目的 本考案は以上の不具合点を除去するためになさ
れたもので、その目的は、特にコンロツドのクラ
ンクシヤフトやピストンピンと直接摺接する部分
の耐摩耗性を改善し、この部分のプラスチツクの
基地のみが過度に摩耗したり変形することがな
く、剛性が高くて強度的にも強い繊維強化プラス
チツク製のコンロツドを提供することにある。

考案の概要 上述の目的を達成するための本考案は、プラス
チツクの基地を炭素繊維で強化すると共に、更に
ウイスカの短繊維で強化したコネクテイングロツ
ドであつて、その長手方向に対して互いに交叉す
るように炭素繊維を格子状に組んで形成した帯状
体を積層することによりほぼコネクテイングロツ
ドの形状に構成した層状炭素繊維体と、このほぼ
コネクテイングロツド形状の層状炭素繊維体に含
浸させて硬化させたプラスチツク基地とから成
り、前記プラスチツク基地には、前記含浸に先立
つてこのプラスチツク基地に含ませたウイスカの
短繊維が分散され、前記層状炭素繊維体の前記帯
状体は、前記コネクテイングロツドの両端にそれ
ぞれ設けられた一対のピン孔の間に、これら一対
のピン孔が形成されるように、積層して巻付けら
れ、これによつて、前記層状炭素繊維体がほぼコ
ネクテイングロツドの形状に構成されていること
を特徴とするコネクテイングロツドに係るもので
ある。

以上のように構成することにより、特にコンロ
ツドのクランクシヤフトやピストンピンと直接摺
接する部分の耐摩耗性が改善され、従来のように
プラスチツクの基地のみが過度に摩耗することが
なく、軽量で剛性が高く、強度的にも強く、しか
も製造工程が簡単な繊維強化プラスチツク製のコ
ンロツドが提供される。

実施例 以下本考案の一実施例を第３Ａ図〜第８図によ
り説明する。

まず第３Ａ図に示すように、炭素繊維１０を、
形成される帯状体の長手方向に対してほぼ一定の
角度（約45度）で、しかも互いに交差するように
して格子状に組み、所定幅で所定長さの帯状体１
１を作る。そしてこの帯状体１１を加工して、第
３Ｂ図に示すような所定形状の帯状体１２に整え
る。そしてこの帯状体１２を第４図に示すよう
に、成形用の中子１３に巻付ける。この成形用の
中子１３には、ピストンピンとクランクシヤフト
とに相当する位置に、夫々のサイズに相当するピ
ン１４及び１５が設けられているから、所要枚数
の上記帯状体１２をこれらのピン１４，１５に巻
付ければ、所要層数の炭素繊維から成る層状炭素
繊維体１６が形成される。次に第５図に示すよう
に、この層状炭素繊維体１６を割型の外型１７で
挟み、所定の形状に整えて固定する。そしてこの
層状炭素繊維体１６に、短繊維の炭化珪素ウイス
カを含むプリイミド樹脂を、望ましくは圧力下で
浸入させ、加熱硬化させて、ほぼ完成形状に近い
コンロツド１８を成形する（第６図）。そしてこ
のようにして成形されたコンロツド１８のピン孔
などを、機械加工して所定の形状に仕上げる。な
お炭素繊維１０を互いに交差させて格子状に形成
しているのは、炭素繊維１０の機械的特性の方向
性（異方性）をできるだけ少なくするためであ
る。なお上記実施例におけるコンロツド１８は一
体構造であるが、成形用中子１３が外型１７の形
状を変えることにより、第１Ｂ図に示すにうな割
型のコンロツドに成形することができ、この場合
には、一方のピン孔は半割り孔となる。

ウイスカとしては上記炭化珪素の他に窒化珪素
でもよく、これらの弾性率はほぼ50000Kg／mm²、
引張強さは最大約1400Kg／mm²程度である。そして
基地のプラスチツクとしては、上記ポリイミド樹
脂の他に、ポリアミド樹脂やエポキシ樹脂等がよ
く、これらは軽量化に大きく寄与することはもち
ろん、ある程度の耐熱強度も有している。なお炭
素繊維は弾性率がほぼ25000Kg／mm²、引張強さが
210〜300Kg／mm²程度である。そして上記強化繊維
の体積充填率は、炭素繊維がほぼ20〜60％、ウイ
スカが５〜20％であるのが好ましく、本実施例に
おいては炭素繊維を約30％、炭化珪素のウイスカ
を約15％充填した。

このようにしてできた繊維強化プラスチツク製
のコンロツド１８の表面部を顕微鏡で見た所を概
略的に示したものが第７図である。これによると
プラスチツクの基地１９が、格子状の炭素繊維１
０と、この格子間に分布する炭化珪素ウイスカ２
０の短繊維とによつて、二重に強化されているこ
とが分かる。

本考案によるコンロツドは、その長手方向に対
して互いに交叉するように炭素繊維を格子状に組
んで形成した帯状体を積層することによりほぼコ
ンロツドの形状に構成した層状炭素繊維体と、こ
のほぼコネクテイングロツド形状の層状炭素繊維
体に含浸させて硬化させたプラスチツクの基地
と、このプラスチツクの基地に分散されているウ
イスカとから成つている。

従つて、コンロツドの摺接面におけるプラスチ
ツク基地は、強くて硬い格子状の炭素繊維と、こ
の格子間に分布された更に強くて硬いウイスカの
短繊維とによつて強化されているから、上記摺接
面は強度的に強くなると共に剛性も高められ、こ
のため、高い面圧の高速度の摩擦力を受けても、
この面圧力による圧縮応力や変形、摩擦力による
摩耗等に充分耐えることができる。この結果、プ
ラスチツクの基地のみが過度に摩耗したり変形し
て凹み、この凹部からクラツクが発生するような
ことがない。又上記圧縮応力が繰返されてもクラ
ツクが発生するようなことがない。

それにコネクテイングロツドの長手方向の圧縮
応力や引張応力も、同様に強くて硬い炭素繊維
と、この格子間に分布された更に強くて硬いウイ
スカとによつて分担され、又炭素繊維は帯状体の
長手方向に対して互いに交叉するように格子状に
組まれているため、炭素繊維の機械的特性の方向
性をできるだけ軽減させることができるから、コ
ネクテイングロツドは従来のものより更に一層強
度的に強く、かつ剛性の高いものとなる。

又コネクテイングロツドの摺接面における潤滑
は、主として潤滑材を介して接触している自己潤
滑性のある炭素繊維が担うことになるが、比較的
軟質であるプラスチツクの基地が適当に凹み、こ
の凹部で潤滑材を常に保持するようになるから、
潤滑性も改善されることになる。

更に又、層状炭素繊維体の帯状体は、コネクテ
イングロツドの両端にそれぞれ設けられた一対の
ピン孔の間に、これら一対のピン孔が形成される
ように、積層して巻付けられ、これによつて、層
状炭素繊維体がほぼコネクテイングロツドの形状
に構成されている。従つて、このほぼコネクテイ
ングロツドの形状の層状炭素繊維体に、ウイスカ
の短繊維が分散されたプラスチツク基地を含浸さ
せて硬化させればよいから、その製造工程が簡単
であると共に、炭素繊維はピン孔の内周面に沿つ
て積層された状態で存在することになるから、摺
接面の強度及び剛性が更に一層高められ、又潤滑
性も一層改善されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図お第１Ｂ図はピストン、コンロツド及
びクランクシヤフトの関係を示す図で、第１Ａ図
はピストンピンに平行な面で切つた縦断面図、第
１Ｂ図は直角な面で切つた縦断面図を含む正面
図、第２図は従来例における不具合のある摺接面
の拡大切欠き斜視図、第３Ａ図〜第８図は本考案
によるコンロツドの一実施例を示したもので、第
３Ａ図及び第３Ｂ図は格子状に組まれた炭素繊維
の帯状体の斜視図、第４図は炭素繊維の帯状体を
中子に巻付ける工程を示す斜視図、第５図は外型
で層状炭素繊維体を挟んで固定した所を示す斜視
図、第６図は成形されたコンロツドの斜視図、第
７図は顕微鏡で見たコンロツド表面の概略図、第
８図はコンロツドの摺接面の拡大切欠き斜視図で
第２図と同様の図である。 なお図面に用いられた符号において、１……コ
ネクテイングロツド、１０……炭素繊維、１１，
１２……帯状体、１６……層状炭素繊維体、１８
……コンロツド、１９……プラスチツクの基地、
２０……ウイスカ、である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 プラスチツクの基地を炭素繊維で強化すると共
   に、更にウイスカの短繊維で強化したコネクテイ
   ングロツドであつて、 その長手方向に対して互いに交叉するように炭
   素繊維を格子状に組んで形成した帯状体を積層す
   ることによりほぼコネクテイングロツドの形状に
   構成した層状炭素繊維体と、 このほぼコネクテイングロツド形状の層状炭素
   繊維体に含浸させて硬化させたプラスチツク基地
   とから成り、 前記プラスチツク基地には、前記含浸に先立つ
   てこのプラスチツク基地に含ませたウイスカの短
   繊維が分散され、 前記層状炭素繊維体の前記帯状体は、前記コネ
   クテイングロツドの両端にそれぞれ設けられた一
   対のピン孔の間に、これら一対のピン孔が形成さ
   れるように、積層して巻付けられ、これによつ
   て、前記層状炭素繊維体がほぼコネクテイングロ
   ツドの形状に構成されていることを特徴とするコ
   ネクテイングロツド。