JPH10501187A - コネクティングロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 別の構成要素の周りで再び組み立てるために分離されることが可能な部品から形成される構成要素を製造する方法である。この方法は、例えばロッド（３、３′）及びキャップ（５、５′）である別個の鍛造品を作り、機械加工の前にこれらを共に圧印加工するか又は鍛造することで始められる。鍛造品の接合面は、自己位置決め能力を与える隆起−溝（９）構造又はディンプル／ラグ−凹部（１２）構造を有して形成される。機械加工後、鍛造品は元の境界線に沿って破断され、再び組み立てられる前に更なる加工を必要としない２つの独特な接合面を得、例えば内燃機関用のコネクティングロッドを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 コネクティングロッドの製造方法 発明の背景 発明の分野 本発明は、内燃機関用の破断分割（fracture split）コネクティングロッド及 び別の構成要素の周りで再び組み立てるために分離されなくてはならない他の鍛 造構成要素の製造方法に関する。関連技術の説明 フォードモータ社（Ford Motor Company）に譲渡されているホーグら（Hoag e t al.）の米国特許第４，９３６，１６３号、第４，９９３，１３４号、第５， １０９，６０５号及び第５，１３１，５７７号は、機械加工されて予め圧力が加 えられた単一の部品を破断することによってコネクティングロッドを製造する方 法を開示している。単一の鍛造部品を破断分割することによってコネクティング ロッドを製造する類似した方法は、ラジェシュワー、ケイ．グプタ（Rajeshwar K．Gupta）による”Recent Developments in Materials and Processes for Aut omotive Connecting Rods”（March，1993，SAE Technical Paper No．930491） と、米国特許第４，８８４，９００号（ピロールトら(Pirault et al.)）、第４ ，９７０，７８３号及び第５，１３５，５８７号（オラニランら(Olaniran et a l.)）においても記載されている。これらの破断分割技術を使用して形成される 構成要素の材料は、粉末鍛造品、鋳鉄などの比較的もろく延性（靭性）の低い材 料である。 ベイリーら（Bailey et al.）の米国特許第３，８１８，５７７号に記載のよ うに、安価なエンジン用のコネクティングロッドなどのマシン構成要素を製造す る製造コストを低下させる見地では、破断分割は有益な技術である。しかし、ま た 示されるように、例えばディーゼルエンジン及び高出力ガソリンエンジンに使用 されるような高品質のコネクティングロッドなどは強度が高く廷性（靭性）が高 い材料の使用が必要であり、これらは過度に変形させずに破断するには不適切で ある。この理由のため、ベイリーらは、単一部品として成形された部品を機械加 工し、次に電子ビームを使用して意図される分割面に沿って非常に硬い脆化スチ ールのもろいゾーンを作ることによって高強度のコネクティングロッドを製造す る方法を開示している。このもろいゾーンは、金属のオーステナイト温度を上回 るまで材料を加熱し、これを急冷することによって製造される。次に、この部品 をもろい破断ラインに沿って２つの部分に破断することができ、これによりこの 一対の部品には２つの部品間のスライドに対してかなりの抵抗を提供する不規則 な接合面（mating surfaces）が生じる。しかし、電子ビームは厚い部分を有す る部品を貫通できない、従って処理できない可能性があり、穴領域において薄く 制御されたゾーンを得ることが困難になる。更に、この方法は、そうでなければ 延性のある穴の表面において硬くもろいストライプが存在するために、穴を仕上 げ機械加工する際に工具の問題を生じる。また更に、この方法は、圧力を緩和す る必要性の可能性は言うまでもなく高価な設備及び余分な加工動作を必要とし、 これらは全てコストを上昇させる。 レイディン（Ladin）の米国特許第３，９７８，５６６号は複数の接合セクシ ョン（部分）を備える分割構造の部材を有する構成要素を組み立て製造する方法 を開示しており、ここで個々の構成要素は別々に製造され、予め機械加工され、 次に結合されたアセンブリになるように接着剤によって固定され、これはユニッ トとして仕上げ機械加工される。仕上げ機械加工の後にアセンブリは分割され、 構成要素の最終組み立てのためにセクションの接合セットが提供される。しかし 、この技術もまたいくつかの欠点を有する。 まず、２段階（予備及び仕上げ）の機械加工処理を必要とし、構成要素の最終 組み立ての前に接着剤が取り除かれる場合は更に複雑になる。更に、接着剤の付 着は結合面の念入りなクリーニングを必要とする余分な処理ステップであり、部 品の再分離後に接着剤を取り除く場合は更に別のクリーニングステップが必要で ある。一方、部品が再分離された後に接着剤が取り除かれない場合、接着剤はガ スケットのように動作して部品が十分な密着度で最終的に組み立てられることを 妨げる可能性があり、あるいは接着剤は取り付けの間に全体又は一部分が圧縮し てはがれる可能性があり、これは密着度及び公差に悪影響を及ぼし、エンジンの 問題を生じうる。更に、たとえ接着剤が取り付けの間に圧縮したりはがれたりし なくても、例えばエンジン環境におけるコネクティングロッドのために存在する 油と反応して結果的に故障してしまい、密着度及び公差にも影響を及ぼす可能性 がある。また、接合面は滑らかであるため、これらの部品間の相対移動を妨げる ためにダウエル又は他の手段を使用しなくてはならない。 従って、接着剤又は局所的な脆化を必要とせずに高強度及び高延性の特性を有 する材料を用いて有効に使用されうる破断分割方法の必要性がなお存在する。更 に、このような方法は、ダウエルなどの別個の付加の要素の必要性を取り除くよ うに、接合される構成要素間に自己位置決めの効果を生じるような態様で達成さ れることが望ましい。 発明の概要 前述を考慮して、本発明の主な目的は、内燃機関用のコネクティングロッド及 び別の構成要素の周りで再び組み立てるために分離されなくてはならない他の鍛 造構成要素の製造方法を提供することであり、これによって、接着剤又は局所的 な脆化を使用せず、破断分割鍛造構成要素に従来使用される粉末鍛造品及び鋳鉄 などの典型的な「破断可能な」材料よりも疲労強度の高い材料を使用して破断分 割の有利な点を得ることができる。 本発明の別の目的はコネクティングロッドの製造方法を提供することであり、 これによって鍛造部品を互いに対して自己位置決めすると共に機械加工の前に部 品を機械的に及び／又は治金学的に結合し、次に、結合後に部品の機械加工（例 えば、ラフボーリング、穴あけ及びねじ切り）をすることができる。 本発明の更なる目的は、接合面を別に準備せずに結合された部品の破断分割及 び再組み立てを可能にするような態様で前述の目的を得ることである。 これらの及び他の目的は、本発明の実施の形態に従って得られる。特に、この 方法は、例えばロッド及びキャップである別個の鍛造品を使用し、機械加工の前 にこれらを共に圧印加工するか又は鍛造することで始められる。鍛造品の接合面 は、鍛造品に自己位置決め能力を与えるディンプル−凹部構造又は隆起−溝構造 などの接合特性又は入れ子特性を有して形成される。機械加工後、鍛造品は元の 境界線に沿って破断され、再び組み立てられる前に更なる加工を必要としない２ つの独特な接合面が得られる。 本発明のこれらの及び更なる目的、特徴及び有利な点は、添付の図面と関連す る以下の説明から明白になるであろう。図面は、例示のみの目的で、本発明に従 ったいくつかの実施の形態を示している。 図面の簡単な説明 図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に従って製造される継手リンクの 正面図及び断面図である。 図３及び図４は、本発明の第２の実施の形態に従ったコネクティングロッドの ロッド部分の側面図及び端面図である。 図５及び図６は、本発明の第２の実施の形態に従ったコネクティングロッドの キャップ部分の側面図及び端面図である。 好適な実施の形態の詳細な説明 本発明は、別の構成要素の周りで再び組み立てるために分離できなければなら ない２つの部分から形成される鍛造構成要素を製造する方法である。例示のみの 目的で、図１及び図２はロッド部分３及びキャップ部分５から構成される継手リ ンク１を示しており、図３〜図６は内燃機関用のコネクティングロッド１′を示 しており、これは例えばクランクシャフト（図示せず）の周りで組み立てるため にロッド３′及びキャップ５′を有する。 ロッド３及びキャップ５は、コネクティングロッドにおける使用で知られるあ らゆる従来の高強度、高延性（靭性）鍛造合金から作られる２つの別個の部品と して鍛造される。例示のみの目的で、４１４０及び１５Ｂ４１Ａの焼入れ及び焼 戻されたスチールなどのスチール合金から鍛造される部品を使用してこの方法を 行うことができる。 コネクティングロッド１はロッド３及びキャップ５を２つの別個の部品として 熱間鍛造することによって製造される。この２つの部品のうちの一方は楔状の溝 ７を有し、他方は対応する楔状の隆起９を有し、これにより、図２に示されるよ うに組み立てられる際にこれらの部品が正確に位置合わせされたままであるよう に作用する嵌合面が作られる。あるいは、図３〜図６の実施の形態に示されるよ うに、部品のうちの一方、例えばロッド３′を少なくとも１つのディンプル又は ラグ１２を有するように形成し、他方、例えばキャップ３′を対応するディンプ ル状又はラグ状の凹部１４を有するように形成することができる。 機械加工されていない鍛造部品３、５が例えば圧力ばめ又は摩擦ジョイントに よって図面に示されるように（あるいは部品３′、５′のアセンブリのように） 組み立てられると、アセンブリは鍛造されるか又は冷間圧印加工され、その嵌合 面間に機械的結合及び／又は治金学的結合を形成する。組み立て及び冷間圧印加 工又は鍛造の前に嵌合面にコーティングを付着して適切なレベルに達成した結合 強度を変えることができる。例えば、窒化ボロン、黒鉛又は二硫化モリブデンを 使用してより弱い結合を作ることができ、銅又はニッケルを使用して得られる結 合を高めることができる。次に、部品３、３′及び５、５′を単一部品として機 械加工し、例えば、穴１５をラフボーリングし、使用中の部品３、５を共に保持 するために使用されるタップねじのために穴あけ及びねじ切りをする。単一部品 アセンブリの機械加工後、機械加工されたアセンブリは部品３、５又は３′、５ ′の元の嵌合面に沿って定められる分離ラインに沿って破断分割される。この結 果、元の隆起−溝又はディンプル／ラグ−凹部の組み合わせ及び破断処理によっ て生じた表面隆起は、取り付けのために部品３、５又は３′、５′が再び組み立 てられる際にこれらの部品の正確な配置を可能にする。 この方法は、アセンブリの移動を防ぐためにダウエルピンを必要とせず、ジョ イントの適切な接合を得るために、鍛造部品の一時的結合の準備として及び結合 された部品の破断分割の後に接触面の高価な機械加工を必要としない。接着剤又 は局所的な脆化を使用せず、破断分割鍛造構成要素に従来使用される粉末鍛造品 及び鋳鉄などの典型的な「破断可能な」材料よりも疲労強度の高い材料を使用し て破断分割の有利な点が得られる。 本発明に従っていくつかの実施の形態が示され、説明されてきたが、本発明は これらに限定されず、当業者に既知のように種々の変更が可能である。例えば、 本発明は内燃機関のためのコネクティングロッドの製造に関して説明され、その 情況において特に有益であるが、軸箱、軸受け胴など、別の構成要素の周りで再 び組み立てるために分離されなくてはならない広範囲の他の部品の製造にも適用 できるであろう。従って、本発明は本文中に示され説明された詳細に限定されず 、請求項の範囲によって包含されるような変更を全て含む。産業上の利用可能性 本発明は、別の構成要素の周りで再び組み立てるために分離されなければなら ない内燃機関用のコネクティングロッド、軸箱、軸受け胴などの構成要素の製造 において広範囲に適用される。特に、本発明は、従来の技術による破断分割に適 さない高強度、高延性の金属から製造されなくてはならないような構成要素の製 造において特に有益であろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 パッテン、ジェイムス ダブリュ. アメリカ合衆国 47246 インディアナ州 ホウプ イー．エス．アール． 46 19321 (72)発明者 ベッカー、ポール シー. アメリカ合衆国 47401 インディアナ州 ブルーミントン ウィリアム コート 3504 (72)発明者 マックイナニー、テリー エム. アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス フランクリン ストリート 2602 (72)発明者 ポッター、デニス ピー. アメリカ合衆国 47250 インディアナ州 マディソン ノース ヒアフォード レ ーン 290 (72)発明者 ショート、ジェイムス エム. アメリカ合衆国 47227 インディアナ州 サウス コムミスキー ウエスト シ ー．アール．850 3365 (72)発明者 ビッガースタッフ、ポール アメリカ合衆国 47565 インディアナ州 ノース バーモン サウス ステイト 215 (72)発明者 スティーブンス、ロバート アメリカ合衆国 47203 インディアナ州 コロンバス リバーサイド 4360

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．別の構成要素の周りで再び組み立てるために分離することが可能な部品か ら形成される構成要素を製造する方法であって、 Ａ）別個の部品の対を鍛造するステップと、 Ｂ）嵌合面に沿って前記２つの部品を結合し、機械的手段及び治金学的手段の うちの少なくとも１つによって単一部品を形成するステップと、 Ｃ）得られた前記単一部品を機械加工するステップと、 Ｄ）元の前記嵌合面に沿って伸びる分割ラインに沿って前記単一部品を破断し 、これによって再び組み立てられる前に更なる加工を必要としない２つの接合面 を有する部品の対を得るステップと、 を含む、構成要素の製造方法。 ２．前記別個の部品が高強度及び高延性合金から作られる、請求の範囲第１項 に記載の製造方法。 ３．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される楔状の断面を有する隆起 と、前記部品のもう一方の側に形成される楔状の断面を有する溝とを含む、請求 の範囲第２項に記載の製造方法。 ４．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される少なくとも１つのラグと 、前記部品のもう一方の側に形成されるラグ状の凹部とを含む、請求の範囲第２ 項に記載の製造方法。 ５．前記結合ステップが鍛造及び冷間圧印加工のうちの１つによって行われる 、請求の範囲第２項に記載の製造方法。 ６．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される楔状の断面を有する隆起 と、前記部品のもう一方の側に形成される楔状の断面を有する溝とを含む、請求 の範囲第５項に記載の製造方法。 ７．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される少なくとも１つのラグと 、前記部品のもう一方の側に形成されるラグ状の凹部とを含む、請求の範囲第５ 項 に記載の製造方法。 ８．前記構成要素はコネクティングロッドであり、前記部品の対は、共に組み 立てられる際に前記分割ラインに位置する中心を有する穴を定めるロッド部品及 びキャップ部品である、請求の範囲第１項に記載の製造方法。 ９．前記別個の部品が高強度合金及び高延性合金から作られる、請求の範囲第 ８項に記載の製造方法。 １０．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される楔状の断面を有する隆起 と、前記部品のもう一方の側に形成される楔状の断面を有する溝とを含む、請求 の範囲第９項に記載の製造方法。 １１．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される少なくとも１つのラグと 、前記部品のもう一方の側に形成されるラグ状の凹部とを含む、請求の範囲第９ 項に記載の製造方法。 １２．前記結合ステップが鍛造及び冷間圧印加工のうちの１つによって行われる 、請求の範囲第９項に記載の製造方法。 １３．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される楔状の断面を有する隆起 と、前記部品のもう一方の側に形成される楔状の断面を有する溝とを含む、請求 の範囲第１２項に記載の製造方法。 １４．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される少なくとも１つのラグと 、前記部品のもう一方の側に形成されるラグ状の凹部とを含む、請求の範囲第１ ２項に記載の製造方法。 １５．ステップＡにおいて製造された前記部品に対して、予備の機械加工をせず にステップＢが行われる、請求の範囲第１項に記載の製造方法。 １６．前記別個の部品が高強度合金及び高延性合金から作られる、請求の範囲第 １５項に記載の製造方法。 １７．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される楔状の断面を有する隆起 と、前記部品のもう一方の側に形成される楔状の断面を有する溝とを含む、請求 の範囲第１６項に記載の製造方法。 １８．前記嵌合面が、前記部品の一方の側に形成される少なくとも１つのラグと 、 前記部品のもう一方の側に形成されるラグ状の凹部とを含む、請求の範囲第１６ 項に記載の製造方法。 １９．前記結合ステップが鍛造及び冷間圧印加工のうちの１つによって行われる 、請求の範囲第１６項に記載の製造方法。 ２０．前記構成要素はコネクティングロッドであり、前記部品の対は、共に組み 立てられる際に前記分割ラインに位置する中心を有する穴を定めるロッド部品及 びキャップ部品である、請求の範囲第１６項に記載の製造方法。