JP2006300081A - コンロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受メタルの位置決め機能を有する位置決め溝を備えたコンロッドを安価に製造する。
【解決手段】 破断により２分割される分割型コンロッド１が、その大端部１ａの破断前に、外周面に係止溝５ａ，５ｂに対応する突起部５１，５２を有するとともに、合わせ面５５，５５の一部が切り欠かれて一端側端面に向かって拡開するテ−パ面５６，５６が形成された一対の割型５０ａ，５０ｂからなる略円柱状の金型５０を軸受孔に挿入し、先細状の楔形７０をテ−パ面５６，５６に沿って摺動させることにより、合わせ面５５，５５が離間しつつ一対の割型５０ａ，５０ｂが軸受孔１ｄの径方向に移動して軸受孔１ｄの内周面が突起部５１，５２により押圧され、軸受孔１ｄの内周面に一対の断面円弧状の軸受メタル半体１０ａ，１０ｂを固定するための係止溝５ａ，５ｂが形成される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、コンロッドの製造方法に関し、特に製造コストの低減と軸受メタルの位置決め精度の向上等を図ったコンロッドの製造方法に関する。

従来、自動車等に用いられる内燃機関（エンジン）の分割型コンロッド（ピストンが設けられる側のロッド側上本体と、当該ロッド側上本体に締結されるキャップ側下半体とから構成される）の大端部の軸受孔には、一対の断面半円弧状であって、アルミニウムや黄銅等軟らかい金属を材質とする軸受メタル半体からなる軸受メタルが挿入されている。そして、当該軸受メタルとクランクピンとの間にはエンジン内部を循環する潤滑油によって油膜が形成され、エンジンの作動時におけるコンロッドとクランクピンとの間の潤滑が図られている。

一般に上記のような一対の軸受メタル半体は、各々分割型コンロッドの大端部のロッド側上半体とキャップ側下半体とに、周方向および軸方向に移動しないように位置決めされて、取り付けられている。

ここで、特許文献１や特許文献２にも記載されているように、通常、断面半円弧状の各軸受メタル半体の周方向いずれかの側の端部に半径方向外方に突出する突起部が形成され、分割型コンロッドの大端部の上半体と下半体との各内周面の合わせ面側には係止溝が形成されており、大端部の軸受孔に挿入された軸受メタル半体の位置決めは、これらの突起部とコンロッド側の係止溝とが係合されることにより行われている。

ところで、分割型コンロッドの製造方法は、コンロッドの大端部のロッド側上半体とキャップ側下半体とを別体に成形し、これらを接合して使用する別体型分割型コンロッドと、ロッド側上半体とキャップ側下半体とを含むコンロッド全体を一体に型成形し、型成形後に大端部の上半体を含むロッド側半体と、大端部の下半体と同一体であるキャップ側半体とからなる２個の部分に破断した後、これらを破断面を合わせるように組み付けて使用する破断分割型コンロッドとに大別される。
特公平２−１９３２８号公報 特開２０００−１７９５３号公報

これらのうち、別体型分割型コンロッドは、コンロッドの大端部の上半体および下半体の各内周面に形成される係止溝や破断分割時に破面の起点となるＶ形溝の製作は、各々の半体を切削加工することで行われており、このため、一般に別体型のコンロッドの製造コストは嵩んでいた。一方、破断分割による製造の場合には、破断後に連続した１つの破断面が形成されるようにするために、係止溝の底部およびＶ形溝の底部が同一の面内にあるように軸受孔の切削加工をする必要があり、また、分割型コンロッドの一体成形素材を、Ｖ型溝の位置において２分割に破断した後、破断面にてこれらを合わせて組み付けた状態で係止溝の切削加工仕上げをしようとすると、破断面を境にして互いに軸受孔の軸方向の位置が異なった位置に位置するように係止溝を切削加工することができず、破断面を介して互いに向かい合い連通し合う対をなす構造の係止溝しか切削加工することができなかった。

このため、破断面を境にして互いに軸方向の位置が異なった位置に位置する係止溝を、切削加工により形成する方法を取らず、コンロッドの成形時に係止溝を形成可能な金型を用いて、コンロッドの大端部の軸方向に圧縮荷重を加えてプレス成形等することで係止溝を一体成形する方法が取られる場合がある。しかしながら、大端部軸方向に圧縮荷重を加えてコンロッドを成形する場合には、大端部の軸方向側端面に開放された形状の係止溝の成形のみ可能であるため、大端部の軸受孔内に挿入された軸受メタルを軸方向に位置決めするためには、２箇所の係止溝（大端部の軸方向側の一方の端面および他方の端面）を設ける必要があった。このため、これに係合する各軸受メタル半体の突起部も同じように２箇所形成する必要があり、その分だけ軸受メタルの加工コストが嵩んでいた。

以上のような課題に鑑みて、本発明では、軸受メタルの突起部と係合する係止溝の製造コストを低減させるとともに、軸受メタルの位置決め機能を向上させたコンロッドの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明に係るコンロッドの製造方法は、クランクシャフトが軸受けされる大端部と、ピストンピンが軸受される小端部と、大端部と小端部とを一体に連結するロッド部とを有して構成され、大端部に形成された断面略円形状の軸受孔の略中心軸を通り、且つ、大端部と小端部とを結びロッド部を左右に分ける中心線と略直交する分割面において大端部が破断により２分割され、大端部の上半体およびロッド部を介して小端部が一体化されたロッド側上半体と、大端部の下半体からなるキャップ側下半体とに２分割された大端部を、軸受孔の内周面に断面円弧状の軸受メタルを取り付けた状態で分割面において接合して使用され、軸受孔の内周面に軸受メタルを固定するための位置決め溝（例えば、実施形態における係止溝５ａ，５ｂ）を有するコンロッドの製造方法において、大端部の破断前に、外周面に位置決め溝に対応する突起部を有するとともに、少なくとも一方の合わせ面の一部が切り欠かれて一端側端面に向かって拡開するテ−パ面が形成された一対の割型からなる略円柱状の金型を軸受孔に挿入し、先細状の楔形をテ−パ面に沿って摺動させることにより、合わせ面が離間しつつ一対の割型が軸受孔の径方向に移動して軸受孔の内周面が突起部により押圧され、軸受孔の内周面に位置決め溝が形成される。

また、上記構成のコンロッドの製造方法において、外周面に大端部の破断を容易に行うための破断溝を軸受孔の内周面に形成するための凸部が金型の軸方向に延びて設けられ、軸受孔の内周面が押圧されたときに、位置決め溝が形成されるとともに破断溝が軸受孔の内周面に軸方向に形成されるのが好ましい。

本発明に関するコンロッドの製造方法によれば、コンロッドの大端部のロッド側上半体とキャップ側下半体とを別体に成形する製造方法とは異なり、コンロッド全体を一体に型成形し、その後、大端部が破断により２分割される製造方法であるため、大端部を切断加工する工程を省略することができる。また、破断により２分割する製造方法においては、破面を合わせるようにしてロッド側上半体およびキャップ側下半体を接合すれば、ズレることなくぴったりと両半体を接合させることができるから、わざわざ合わせ面に位置決め用の穴や突起部を切削加工する必要がない。また、ロッド側上半体およびキャップ側下半体毎に必要であった、両半体を接合させるためのボルト穴の穴開加工を、破断分割の前に１回行うだけでよい。このように、様々な機械加工の工程を省略可能であることから、安価にコンロッドを製造することができるものである。

上記のような効果のほか、本発明に係る製造方法は、大端部の破断前に位置決め溝に対応する突起部を有する金型により大端部の軸受孔を押圧することで、軸受メタルを固定するための位置決め溝が型成形されるため、位置決め溝を切削加工することが不要で、この点からも安価にコンロッドを製造することが可能である。

また、本発明に係る製造方法は、軸受孔の軸方向に圧縮荷重を加えてプレス成形するような製造方法とは異なり、軸受孔の内周面を径方向に押圧することで位置決め溝を形成する方法であるため、軸受孔の軸方向側端面に開放された位置決め溝の成形に限られず、金型の突起部の位置に応じて軸受孔の軸方向の任意位置に位置決め溝を形成することができる。このように、軸受孔の軸方向側端面に開放されていない位置決め溝に軸受メタルの突起部を固定させた場合には、当該突起部が位置決め溝の軸受孔軸方向側の両壁面に当接することで突起部が軸方向にしっかりと固定され、その軸方向への移動が規制されるため、軸受メタル（半体）を軸方向に固定するのに１箇所の位置決め溝を形成するだけでよい。

そして、上記のように軸受メタルを軸方向に固定するのに１箇所の位置決め溝を形成するだけでよいことから、軸受孔の位置決め溝に固定させるために軸受メタルに設ける突起部も、これに応じて１箇所形成するだけでよく、軸受メタルの突起部を切削加工するための製造コストを抑えることができる。

さらに、金型の突起部の位置に応じて軸受孔の軸方向の任意位置に位置決め溝を形成することができ、断面略円弧状の一対の軸受メタル半体を軸受孔内に向い合わせに取り付けるような構成の場合には、当該一対の軸受メタル半体を軸受孔に挿入した場合に、一対の軸受メタル半体に形成された各突起部の端面が大端部の破断面に突き当たるような構成になるため、破断面を介して互いに向かい合い連通し合う対をなす構造の位置決め溝を形成した場合と比較して、位置決め溝による周方向の軸受メタル半体の位置決め機能が充分に発揮される。

また、軸受孔の内周面が押圧されたときに、軸受孔の内周面に上記位置決め溝とともに底部が位置決め溝の底部と同一の面内にある切り欠き状の破断溝が形成されるように金型の外周部を構成すれば（突起部と凸部との位置を合わせれば）、大端部を破断分割するときに当該破断溝が破断の起点となって破断がされ易くなる上、破断時に連続した１つの破断面が形成され易くなる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。ここではまず図１乃至図５を参照して、本発明に係るコンロッドの製造方法を用いて製造されるコンロッドの構造について説明する。図１は、本発明に係る分割型コンロッドの正面図、図２は、図１のＡ方向から視た分割型コンロッドの大端部の内周面の概略正面図、図３は、図１の分割型コンロッドの大端部に取り付けられる上側軸受メタル半体を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその底面図、図４は、同下側軸受メタル半体を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図、図５は、図１の分割型コンロッドとその大端部に装着される軸受メタルとの分解斜視図である。また、図６は、分割型コンロッドの大端部に軸受メタル半体を固定するための位置決め溝等を形成するための金型を示す図であって、（ａ）はその平面図を、（ｂ）はその側面図、図７は、当該金型の部分斜視図で、図８は、当該金型により位置決め溝等を形成する工程を示す図であって、（ａ）は大端部に位置決め溝等が形成される前の図を、（ｂ）は大端部に位置決め溝等が形成された図である。

図１に示すように、分割型コンロッド１は、図示されないクランクシャフトのクランクピンが軸受される大端部１ａと、図示されないピストンのピストンピンが軸受される小端部１ｂと、これら大端部１ａと小端部１ｂとを連結するロッド部（幹部）１ｃとにより構成される。

分割型コンロッド１を実際に製作するには、大端部１ａのクランクピン用軸受孔１ｄの略中心軸を通り、且つ、大端部１ａと小端部１ｂとを結びロッド部１ｃを左右に分ける分割型コンロッド１の中心線と直交する分割面Ｃにより、分割型コンロッド１を２分割して、大端部１ａの上半体（ロッド側上半体）２と小端部１ｂとロッド部１ｃとが一体化されてなるロッド側半体４と、キャップ側半体３とを用意し、これら両半体４、３を分割面Ｃにおいて接合して一体化することにより行われる。キャップ側半体３は、大端部１ａの下半体（キャップ側下半体）３と同一体をなしている。

ロッド側半体４とキャップ側半体３とは、最初から別体として型成形される別体型分割型コンロッドもあるが、本発明に係るコンロッドは、ロッド側半体４とキャップ側半体３とが全体が一体として型形成されて、その後、破断して２分割することにより別体とする破断分割型コンロッドである。したがって、分割面Ｃは、この破断により形成された破断面Ｃである。

ロッド側半体４とキャップ側半体３とに破断分割された分割型コンロッド１は、これらが組み付けられた状態で、大端部１ａの内周面が切削加工といった機械加工仕上げがなされる。これにより、軸受孔１ｄが形成される。

なお、分割型コンロッド１の大端部１ａの上半体２には、大端部１ａと小端部１ｂとを連結するロッド部１ｃと大端部１ａとの連結部を避けた位置に、大端部１ａの内周面に開口する潤滑用オイル通路１ｅが形成されている。

軸受メタル１０は、その材質として黄銅やアルミニウム合金といった比較的軟らかい金属が用いられ、図５に図示されるように、一対の断面半円弧状の上側軸受メタル半体１０ａと下側軸受メタル半体１０ｂとにより構成されている。そして、これら上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂ同志を突き合わせて円筒状にする上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂの合わせ面部１３，１４には、図３および図４に図示するように、半径方向外方に突出する突起部１１、突起部１２が、それぞれプレス加工により突出形成されている。

上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂの合わせ面部１３，１４は、上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂの周方向両端の合わせ面部部分１３ａ，１３ｂ、合わせ面部部分１４ａ，１４ｂからなっている。そして、前記した突起部１１は合わせ面部部分１３ａに、突起部１２は合わせ面部部分１４ａに、互いに軸方向位置を異ならせて、それぞれ形成されている。

上側軸受メタル半体１０ａの周壁には、分割型コンロッド１の大端部１ａの上半体２に形成されたオイル通路１ｅの開口部に対応する位置に、オイル孔２２が形成されている。また、下側軸受メタル半体１０ｂの周壁には、オイル孔２２と両軸受メタル半体１０ａ，１０ｂの合わせ面を介して向かい合う位置に、オイル孔２３が形成されている。

これらの上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂは、破断分割型コンロッド１の大端部１ａの上半体２と下半体３とに、それぞれ次のようにして取り付けられている。

破断分割型コンロッド１の大端部１ａの内周面である軸受孔１ｄの上半体２側部分と下半体３側部分とには、図１の矢視Ａ方向から視て、図２に示すように、一対の係止溝５ａ，５ｂが、互いに大端部１ａ軸方向に異なる位置に位置して、破断面Ｃを挟んで上下に、それぞれ形成されている。これらの係止溝５ａ，５ｂは、後述するような金型５０を用いた冷間鍛造により形成される。

そして、上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂが大端部１ａに取り付けられたとき、係止溝５ａには突起部１１が、そして、係止溝５ｂには突起部１２が各々係合し、上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂの周方向および軸方向の移動が規制される。

図３および図４に図示される上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂの場合、上側軸受メタル半体１０ａが大端部１ａの上半体２に取り付けられるとき、上側軸受メタル半体１０ａの突起部１１は上半体２の係止溝５ｂと係合し合う。また、下側軸受メタル半体１０ｂが大端部１ａの下半体３に取り付けられるとき、下側軸受メタル半体１０ｂの突起部１２は下半体３の係止溝５ａと係合し合う。

そして、例えば、下側軸受メタル半体１０ｂが大端部１ａの下半体３に取り付けられるとき、突起部１２と係止溝５ａとの係合においては、突起部１２の係止面１５ａが係止溝５ａの係止面１６ａと係合し合い、突起部１２の天井面が係止溝５ａの係止面１７ａと係合し合う。なお、係止面１７ａは、破断面Ｃの位置における上半体２の合わせ面上にある。

このようにして、係止面１５ａと係止面１６ａとの係合により、下側軸受メタル半体１０ｂの軸方向の移動が規制され、また、突起部１２の天井面と係止面１７ａとの係合により、下側軸受メタル半体１０ｂの周方向の位置決めがされると同時に、下側軸受メタル半体１０ｂの周方向の移動が規制されている。

同様にして、上側軸受メタル半体１０ａが大端部１ａの上半体２に取り付けられるとき、突起部１１の係止面２０ａと係止溝５ｂの係止面１６ｂとの係合により、上側軸受メタル半体１０ａの軸方向の移動が規制され、また、突起部１１の底面と係止溝５ｂの係止面１７ｂとの係合により、上側軸受メタル半体１０ａの周方向の位置決めがされると同時に、上側軸受メタル半体１０ａの周方向の移動が規制されている。なお、係止面１７ｂは、破断面Ｃの位置における下半体３の合わせ面上にある。

以上のようにして、上下側軸受メタル半体１０ａ，１０ｂが、破断分割型コンロッド１の大端部１ａの上半体２と下半体３とに、周方向および軸方向の移動が規制された状態に、それぞれ取り付けられる。

また、図２に示すように、破断分割型コンロッド１の大端部１ａの内周面（軸受孔１ｄ）には、破断面Ｃに沿って、破断の起点となるノッチ部を有する凹溝２１が形成されている。この凹溝２１は、断面Ｖ字状をなし、そのＶ字の底がノッチ部を形成しており、後述するような金型５０による冷間鍛造時に係止溝５ａ，５ｂとともに型形成される。その形成位置は、大端部１ａが破断面Ｃにより切断されることになる位置である。

このようにして形成される凹溝２１は、破断分割型コンロッド１の一体成形素材の破断時に、破断作業を容易にする。また、凹溝２１は、破断分割型コンロッド１の大端部１ａの上半体２と下半体３との各合わせ面側の面取りをも兼ねている。

さらに、破断分割型コンロッド１の大端部１ａの内周面（軸受孔１ｄ）には、凹溝２１と対向するように、破断面Ｃに沿って、破断の起点となるノッチ部を有する図示しない凹溝２４が形成されている。凹溝２４の形成位置も、大端部１ａが破断面Ｃにより切断されることになる位置であって、金型５０による冷間鍛造時に型形成される。

次に、図６および図７を追加参照して、大端部１ａの軸受孔１ｄ内周面に形成される上記係止溝５ａ，５ｂを成形するための金型５０について説明する。金型５０は、一対の割型半体５０ａ，５０ｂからなり、その合わせ面５５，５５で一対の割型半体５０ａ，５０ｂを合わせると、全体として略円柱状を呈する。割型半体５０ａ，５０ｂの合わせ面５５，５５は各々その一部が切り欠かれて割型半体５０ａ，５０ｂの一端側端面に向かって拡開するテ−パ面５６，５６が形成されている。

なお、金型５０の材質として冷間金型用の合金工具鋼が挙げられ、例えば、タングステンを含むＳＫＳ３１等、もしくは高炭素高Ｃｒ鋼のＳＫＤ１２等といった、プレス型に採用されるものを用いるのが好ましい。

一対の割型半体５０ａ，５０ｂのうち、一方の割型半体５０ａの外周面には、大端部１ａの軸受孔１ｄ内周面の凹溝２１に対応する断面Ｖ字状の凸部５３が金型５０の軸方向に延びて形成されている。同様に、他方の割型半体５０ｂの外周面には、大端部１ａの軸受孔１ｄ内周面の凹溝２４に対応する断面Ｖ字状の凸部５４が金型５０の軸方向に延びて形成されている。

また、上記凸部５３を挟んで割型半体５０ａの外周には、大端部１ａの軸受孔１ｄ内周面の係止溝５ａ、５ｂに対応する突起部５１，５２が金型５０の径方向外方に突出して形成されている。これら、突起部５１，５２は、凸部５３を挟んで対向する位置には位置しておらず、金型５０の軸方向に互いにズレた位置に位置している。

ここで、上記のように構成される分割型コンロッドの製造方法について、図８を追加参照しつつ順を追って説明する。

分割型コンロッド１の材料として、質量比率で０．１３乃至０．２３％程度の比較的低濃度の炭素を含み、炭素鋼と比較して太さ１５ｍｍ程度以上の部材であっても焼入性を確保できる機械構造用合金鋼が用いられる。炭素が比較的低濃度であることから室温における硬さが高炭素の合金鋼と比較して低く、その機械的性質は後に行われる冷間鍛造に適している。

ここでは、Ｃｒ−Ｍｏ鋼（例えば、質量比率が、Ｃ：０．１３〜０．１８％、Ｍｎ：０．６０％〜０．８５％、Ｃｒ：０．９０〜１．２０％、Ｍｏ：０．１５〜０．３０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下であるもの）、もしくはＣｒ鋼（例えば、質量比率が、Ｃ：０．１３〜０．１８％、Ｍｎ：０．６０％〜０．８５％、Ｃｒ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下であるもの）が選択される。ただし、上記の組成はあくまでも一例であって、必ずしもこのような組成とは限らず機械構造用合金鋼を用いたものであればよい。

まず、上記のような組成を有する素材である丸棒に対してロール鍛造等により体積配分（肉寄せ）を行い、さらに、製品の形状に彫られた金型の間に材料を入れ、再結晶温度以上に加熱して熱間鍛造する。この熱間鍛造により成形された素材は、その凡その形状の周囲にバリを有するような形状になる。そして、熱間鍛造の工程で周囲に生じたバリをプレスにより除去し、さらにエンドミル用いて、大端部１ａの軸受孔１ｄとなる部分を含め、材料の表面に切削加工が施される。

次に、上述したような金型５０を用いて、大端部１ａの軸受孔１ｄとなる部分に係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４を形成するための冷間鍛造をする。

冷間鍛造は、割型半体５０ａ，５０ｂを合わせ面５５，５５で合わせた金型５０を大端部１ａの軸受孔１ｄに挿入して行う（図８（ａ）参照）。この状態で、金型５０のテ−パ面５６，５６に沿うように先細状の楔形７０をその先端側から挿入する（図６（ｂ）参照）。

そして、後述するような大端部１ａを２分割に破断分割するために用いられる破断装置を利用して、楔形７０の上面を押圧して楔形７０を金型５０の軸方向下方に押す。このとき、大端部１ａが移動することで楔形７０から金型５０に掛かる加圧力が逃げてしまわないように大端部１ａの外周側側面がしっかりと固定される。

楔形７０の金型５０の軸方向下方への移動にともなって、楔形７０は金型５０のテ−パ面５６，５６に沿って摺動する。このとき、楔形７０から金型５０に及ぼす力の金型５０の径方向の成分により金型５０は径方向に押圧され、平面視左方の割型半体５０ａが図８において左方に（矢印Ｄ方向に）、右方の割型半体５０ａが同じく図８において右方に（矢印Ｅ方向に）移動する（図８（ｂ）参照）。すなわち、楔形７０の下動とともに、当初は合わせ面５５，５５で合わさっていた左右の割型半体５０ａ，５０ｂが離間する。左右の割型半体５０ａ，５０ｂが離間するのにともない、軸受孔１ｄの内周面が金型５０により軸受孔１ｄの径方向に押圧される。

具体的には、金型５０外周に形成された突起部５１，５２により、軸受孔１ｄの内周面が押圧され、同じく、金型５０外周に形成された凸部５３，５４により、軸受孔１ｄの内周面が押圧される。

そして、左右の割型半体５０ａ，５０ｂの離間距離が大きくなるのにともなって、軸受孔１ｄの内周面が凸部５３，５４および突起部５１，５２により径方向に押圧される力がより大きくなり、軸受孔１ｄの内周面が凹部を形成するように塑性変形して、軸受孔１ｄの内周面に係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４が形成される。

次に、上記のようにして係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４が形成された材料に対して、熱処理が施される。熱処理工程として、まず浸炭処理が行われる。この浸炭処理は、例えば、ガス浸炭が用いられる。ガス浸炭においては、オーステナイト域に加熱された材料が炭化水素系ガス中に曝されて、材料の表面層の炭素濃度が高められる。なお、浸炭処理は、ガス浸炭に限られず、固体浸炭もしくは液体浸炭であってもよい。

浸炭処理に続いて、材料をオーステナイト域に加熱して焼入処理を行う。このような浸炭後の焼入処理により、浸炭処理の過程で炭素が浸透した材料の表面層において焼入れ硬化が起こり、耐磨耗性や耐疲労性が向上されて、コンロッドとして材料を使用するのに適したものとなる。

熱処理が施された一体成形素材は、これを破断分割するため破断装置に設置される。この工程では、破断装置により衝撃力を一体成形素材の大端部１ａに加えることで、一体成形素材の大端部１ａは、ロッド側半体４とキャップ側半体３とに破断分割される。

このような破断分割により、一体成形素材の大端部１ａをロッド側半体４とキャップ側半体３との２分割にすることで、一体成形素材の大端部１ａを切断加工する方法に比べて２分割する時間を短時間で行うことができる。また、２分割された２つの部材を合わせるときに両部材の破面同士を合わせることで、両部材をズレることなくぴったりと合わせることができる。

また、冷間鍛造により軸受孔１ｄの内周面に係止溝５ａ，５ｂの底部および凹溝２１，２４の底部が同一の面内に形成されるように金型５０の外周部を構成すれば（図７で突起部５１，５２がいずれも凸部５３の尖端５３ａに接触するように凸部５３を形成すれば）、大端部１ａを破断分割するときに係止溝５ａ，５ｂの底部および凹溝２１，２４の底部が破断の起点となって破断され易くなる上、破断時に連続した１つの破断面Ｃが形成され易くなる。

破断分割を終えた分割型コンロッド１は、大端部１ａのロッド側半体４およびキャップ側半体３をその破面で合わせ再び一体化される。そして、ロッド側半体４およびキャップ側半体３が組み付けられた状態で、軸受孔１ｄの内周面の仕上加工がなされる。この仕上加工は、軸受孔１ｄの内周面に対してホーニング加工といった細かい砥粒を用いた精密研磨処理を施すもので、このような精密研磨処理により軸受孔１ｄにおいて１μ以下の表面粗さの面が得られる。

このようにして、大端部１ａの仕上加工が施された分割型コンロッド１は、軸受メタル半体１０ａ、１０ｂを軸受孔１ｄ内に入れ、上側軸受メタル半体１０ａを係止溝５ｂに固定させ、下側軸受メタル半体１０ａを係止溝５ｂに固定させた状態で、軸受メタル半体１０ａ，１０ｂを各々その曲率半径が小さくなるように弾性変形させた上でロッド側半体４およびキャップ側半体３をボルト締結により組み付けられて、製品として供される。

なお、金型５０の外周部の突起部５１，５２が金型５０の外方に突出する突出長さを略同一にすれば、軸受孔１ｄの内周面に形成される係止溝５ａおよび係止溝５ｂの深さが略同一になる。このため、ロッド側半体４およびキャップ側半体３がボルト締結され、軸受メタル半体１０ａ、１０ｂが各々固定された状態では、軸受メタル半体１０ａおよび軸受メタル半体１０ｂは、その合わせ面１３ａ，１４ａで径方向にズレることなく合わせられ、軸受メタル１０は断面略真円状に固定される。したがって、クランクピンを大端部１ａに装着してクランクピンの外周と軸受メタル１０の内周との間に潤滑油を供給した場合に、クランクピンの外周面と軸受メタル１０の内周面との間隔が周方向に均一となるように潤滑油が万遍なく流れてクランクピンの周囲に行き渡るため、潤滑油膜が充分に確保される。

なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。上記の実施例では、外周部に一対の突起部５１，５２を有する金型５０を用いて、軸受孔１ｄの内周面に２箇所の係止溝５ａ，５ｂを形成したが、外周部に１箇所の突起部を有する金型を用いて冷間鍛造により係止溝を形成し、この係止溝に対応する軸受メタル（一対の軸受メタル半体に分かれているのではなく、一体となったもの）を軸受孔内に入れてコンロッドを組み付けてもよい。

また、上記の実施例では、分割型コンロッド１の材質として、低炭素の機械構造用合金鋼を用いたが、中炭素の機械構造用合金鋼（例えば、Ｃ：０．３３〜０．３８％のＣｒ−Ｍｏ鋼、もしくはＣ：０．３８〜０．４３％のＣｒ鋼）を用いてもよい。このように中炭素の合金鋼を用いた場合には、上述したコンロッドの製造方法とは異なり、冷間鍛造による係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４の形成後の熱処理工程では、浸炭処理を施す代わりに、オーステナイト域に加熱して焼入れにより油冷、その後、焼戻しをして靭性を向上させるような処理（調質処理）を施してもよい。なお、本発明に係るコンロッドの製造方法は、熱処理工程が冷間鍛造の後に行われるため、冷間鍛造を行う時点では材料は低硬度であるから、冷間鍛造による係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４の形成には適したものである。

また、機械構造用合金鋼を用いる代わりに中炭素（例えば、Ｃ：０．３０〜０．４５％に結晶粒を微細化するために少量のニオブやバナジウムを添加したものなど）の炭素鋼を分割型コンロッド１の素材として用い、熱間鍛造の工程で冷却速度を制御することで微細な炭化物を析出させて所定の硬度を得たものを、冷間鍛造を行うことによって、軸受孔１ｄの内周面に係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４を形成してもよい。

さらに、上記のように溶製材を素材としてこれを熱間鍛造により型成形するのではなく、機械構造用合金鋼の粉末をコンロッドの形状に型成形し、これを燒結したものを上記のような冷間鍛造を行って係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４を形成してもよい。このような粉末冶金法による製法の場合、冷間鍛造をまだ行っていない燒結体（ａｓ−ｓｉｎｔｅｒｅｄ）は、その内部に気孔が残存していて充分に緻密化されておらず、燒結密度が低くて低硬度であるため、この後に行う冷間鍛造に適している。

すなわち、燒結工程後の冷間鍛造は、係止溝５ａ，５ｂおよび凹溝２１，２４の形成をするためだけではなく、鍛造の工程で気孔を消失させて緻密化させることで、燒結体の硬度を向上させるためにも有効である。また、粉末冶金により製造する場合、原料である金属粉末を所定の金型に入れて燒結するだけで製品に近い形状（ニアネットシェイプ）を得ることができるから、歩留まりが高い（溶製材を熱間鍛造する工程で生じる余分な部分を捨てる必要がない）ことも、有利な点として挙げられる。

ここで、本発明において達成される効果をまとめると下記のようになる。すなわち、本発明に係るコンロッドの製造方法においては、コンロッドの大端部のロッド側上半体とキャップ側下半体とを別体に成形する製造方法とは異なり、大端部が破断により２分割される製造方法であるため、大端部を切断加工する工程を省略することができる。また、破断により２分割する製造方法においては、破面を合わせるようにしてロッド側上半体およびキャップ側下半体を接合すれば、ズレることなくぴったりと両半体を接合させることができるから、わざわざ半体の合わせ面に位置決め用の穴や突起部を切削加工する必要がない。また、ロッド側上半体およびキャップ側下半体毎に必要であった、両半体を接合させるためのボルト穴の穴開加工を、破断分割の前に１回行うだけでよい。このように、様々な機械加工の工程を省略可能であることから、安価にコンロッドを製造することができるものである。

また、大端部の破断前に、位置決め溝に対応する突起部を有する金型により大端部の軸受孔を押圧して、軸受メタルを固定するための位置決め溝が型成形されるため、位置決め溝を切削加工することが不要で、この点からも安価にコンロッドを製造することが可能である。

さらに、軸受孔の軸方向に圧縮荷重を加えてプレス成形するような製造方法とは異なり、軸受孔の内周面を軸受孔の径方向に押圧することで位置決め溝を形成する方法であるため、大端部の軸方向側端面に開放された位置決め溝の成形に限られず、金型の突起部の位置に応じて軸受孔の軸方向の任意位置に位置決め溝を形成することができる。このように、軸受孔の軸方向側端面に開放されていない位置決め溝に軸受メタルの突起部を固定させた場合には、当該突起部が位置決め溝の軸受孔軸方向側の両壁面に当接することで突起部が軸方向にしっかりと固定されて、軸方向への移動が規制されるため、軸受メタル（半体）を軸方向に固定するのに１箇所の位置決め溝を形成するだけでよい。

そして、軸受メタル半体を軸方向に固定するのに１箇所の位置決め溝を形成するだけでよいことから、軸受孔の位置決め溝に固定させるために軸受メタル半体に設ける突起部も、これに応じて１箇所形成するだけでよく、軸受メタルの突起部を切削加工するための製造コストを抑えることができる。

さらに、金型の突起部の位置に応じて軸受孔の軸方向の任意位置に位置決め溝を形成することができ、一対の軸受メタル半体を軸受孔に挿入した場合に、一対の軸受メタル半体の各突起部の端面が大端部の破断面に突き当たるような構成になるため、破断面を介して互いに向かい合い連通し合う対をなす構造の位置決め溝を形成した場合と比較して、位置決め溝による周方向の軸受メタル半体の位置決め機能が充分に発揮される。

また、軸受孔の内周面に上記位置決め溝とともに底部が位置決め溝の底部と同一の面内にある切り欠き状の破断溝が形成されるように金型の外周部を構成すれば（突起部と凸部との位置を合わせれば）、大端部を破断分割するときに当該破断溝が破断の起点となって破断がされ易くなる上、破断時に連続した１つの破断面が形成され易くなる。

本発明に係る分割型コンロッドの正面図である。 図１のＡ方向から視た分割型コンロッドの大端部の内周面の概略正面図である。 図１の分割型コンロッドの大端部に取り付けられる上側軸受メタル半体を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその底面図である。 同下側軸受メタル半体を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 図１の分割型コンロッドとその大端部に装着される軸受メタルとの分解斜視図である。 上記分割型コンロッドの大端部に軸受メタル半体を固定するための位置決め溝等を形成するための金型を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 上記金型の突起部周辺を示す部分斜視図である。 上記金型により位置決め溝等を形成する工程を示す図であって、（ａ）は大端部に位置決め溝等が形成される前の図を、（ｂ）は大端部に位置決め溝等が形成された図である。

符号の説明

１ 分割型コンロッド
１ａ 大端部
１ｂ 小端部
１ｃ ロッド部
１ｄ 軸受孔
２ 大端部の上半体
３ 大端部の下半体、キャップ側半体
４ ロッド側半体
５ａ，５ｂ 係止溝（位置決め溝）
１０ 軸受メタル
１０ａ （上側）軸受メタル半体
１０ｂ （下側）軸受メタル半体
１１，１２ 突起部
２１，２４ 凹溝（破断溝）
５０ 金型
５０ａ，５０ｂ 一対の割型
５１，５２ 突起部
５３，５４ 凸部
５５ 合わせ面
５６ テーパ面
７０ 楔形
Ｃ 破断面（分割面）

Claims (2)

1. クランクシャフトが軸受けされる大端部と、ピストンピンが軸受される小端部と、前記大端部と前記小端部とを一体に連結するロッド部とを有して構成され、
   前記大端部に形成された断面略円形状の軸受孔の略中心軸を通り、且つ、前記大端部と前記小端部とを結び前記ロッド部を左右に分ける中心線と略直交する分割面において前記大端部が破断により２分割され、
   前記大端部の上半体および前記ロッド部を介して前記小端部が一体化されたロッド側上半体と、前記大端部の下半体からなるキャップ側下半体とに２分割された前記大端部を、前記軸受孔の内周面に断面円弧状の軸受メタルを取り付けた状態で前記分割面において接合して前記ロッド側上半体および前記キャップ側下半体が一体化した状態に使用され、
   前記軸受孔の内周面に前記軸受メタルを固定するための位置決め溝を有するコンロッドの製造方法において、
   前記大端部の破断前に、
   外周面に前記位置決め溝に対応する突起部を有するとともに、少なくとも一方の合わせ面の一部が切り欠かれて一端側端面に向かって拡開するテ−パ面が形成された一対の割型からなる略円柱状の金型を前記軸受孔に挿入し、
   先細状の楔形を前記テ−パ面に沿って摺動させることにより、前記合わせ面が離間しつつ前記一対の割型が前記軸受孔の径方向に移動して前記軸受孔の内周面が前記突起部により押圧され、
   前記軸受孔の内周面に前記位置決め溝が形成されることを特徴とするコンロッドの製造方法。
2. 前記金型の外周面に前記大端部の破断を容易に行うための破断溝を前記軸受孔の内周面に形成するための凸部が前記金型の軸方向に延びて設けられ、
   前記軸受孔の内周面が押圧されたときに、前記位置決め溝が形成されるとともに前記破断溝が前記軸受孔の内周面に軸方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のコンロッドの製造方法。

Images