JP3465011B2

JP3465011B2 - 内燃機関のコネクティングロッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3465011B2
Application number: JP25288593A
Authority: JP
Inventors: 博文道岡; 良雄不破; 賢治植野; 敬一島崎; 弘金山; 正春菊地; 文生原口
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JPH07110025A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のコネクティ
ングロッドとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のコネクティングロッド大端部
と、大端穴に装着される軸受メタルとの間には、フレッ
チング摩耗（微動摩耗）が生じやすい。そして、近年の
高回転、高負荷エンジンの開発に伴ない、また軽量化の
ためのアルミコネクティングロッドの剛性低下に伴な
い、その傾向が強まっている。フレッチングが発生する
と、そこを起点としてコネクティングロッドに亀裂が入
って長期間の使用の間に亀裂が進展し、遂には折損にい
たるおそれがある。実開昭５３−１４６８４０号公報
は、打音を軽減するために、ＳＰＣＣからなる軸受メタ
ルのコネクティングロッド側表面に合成樹脂層を形成し
たコネクティングロッドを開示している。軸受メタル背
面への合成樹脂層の形成は、フレッチング軽減にも、不
十分ではあるが効果のあることが本発明者等により確認
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の軸受メ
タル背面への合成樹脂層の形成だけでは、フレッチング
抑制効果は小さい。また、運転中に比較的早期に合成樹
脂が軸受メタルから剥離し、それが軸受メタルとコネク
ティングロッド間に侵入する潤滑オイルで流し落されて
喪失し、フレッチング抑制効果が早期に低下してしま
う。したがって、従来技術では、フレッチング抑制は不
十分であり、これをほぼ完全に防止できる技術は確立さ
れていない。本発明の目的は、十分にしかも長期使用に
わたってフレッチングを抑制できる内燃機関のコネクテ
ィングロッドと、その製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の内燃機関のコネクティングロッドとその製造方法
は、次の（１）、（２）からなる。（１）コネクティングロッド本体、キャップ、および
軸受メタルからなる内燃機関のコネクティングロッドに
おいて、コネクティングロッド本体およびキャップの軸
受メタル装着面と、軸受メタルのコネクティングロッド
本体およびキャップとの接触面との両方に、それぞれ面
粗さの方向が異なる、合成樹脂層の形成面を形成し、該
合成樹脂層の形成面に合成樹脂層を形成したことを特徴
とする内燃機関のコネクティングロッド。（２）コネクティングロッド本体およびキャップの軸
受メタル装着面と、軸受メタルのコネクティングロッド
本体およびキャップとの接触面との両方に合成樹脂層を
形成したコネクティングロッドの製造方法であって、そ
れぞれの合成樹脂層の形成面の面粗さの方向を異なる方
向に加工し、その後合成樹脂層を形成することを特徴と
する内燃機関のコネクティングロッドの製造方法。

【０００５】

【作用】（１）のコネクティングロッドでは、合成樹脂
層が、軸受メタル背面と、コネクティングロッドおよび
キャップの内面との両方にあるから、合成樹脂層同志の
接触、こすれ合いとなり、剥離しにくくなって、金属面
同志の微動すべり→凝着→フレッチング摩耗が従来に比
べて大幅に抑制される。また、一方の面の面粗さに沿っ
て長く合成樹脂が剥離しようとしたとしても、他方の面
の面粗さによって短かく切られてしまうので、合成樹脂
の大きな剥離は生じにくい。（２）のコネクティングロッドの製造方法では、一方の
面の面粗さに沿って長く合成樹脂が剥離しようとしたと
しても、他方の面の面粗さによって短かく切られてしま
うので、合成樹脂の大きな剥離は生じにくい。また、長
期の使用において、それぞれの面の合成樹脂層が摩耗し
てきても、凹部に残った合成樹脂層がさらに摩耗するこ
とは防止され、金属接触時のフレッティング摩耗も防止
される。このため耐久性がある。

【０００６】

【実施例】図１〜図５は本発明の一実施例を示してい
る。図１において、内燃機関のコネクティングロッド
は、コネクティングロッド本体１、大端部のキャップ
２、大端穴に嵌着される２つ割りの軸受メタル３から成
り、キャップ２はボルト４によりコネクティングロッド
本体１に固定される。コネクティングロッド本体１およ
びキャップ２は、アルミ合金またはスチールからなり、
軸受メタル３の裏金材は軟鋼板で、冷間圧延鋼板（ＳＰ
ＣＣ）からなる。

【０００７】コネクティングロッド本体１およびキャッ
プ２の、軸受メタル装着面には、図３に示すように、合
成樹脂層５が形成されている。また、軸受メタル３の、
コネクティングロッド本体１およびキャップ２との接触
面（軸受メタル背面）にも、図２に示すように、合成樹
脂層６が形成されている。合成樹脂層５および６の合成
樹脂には、ＰＡＩが用いられ、潤滑油温に対する耐摩耗
性、耐荷重性に優れかつ基材面への密着性も優れてい
る。合成樹脂層５および合成樹脂層６には、硬さが鉛筆
硬度で１Ｈ〜４Ｈであり、固体潤滑材としてＭｏＳ₂、
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、グラファイ
トのうち１種類または２種類以上を全重量比で２７％以
下、望ましくは５〜１６ｗｔ％含んだ樹脂コート層が、
望ましくは用いられる。また、これら固体潤滑材の種類
においては、摩擦係数が小さく、合成樹脂との組合せに
おいて、優れたすべり特性を示す、ＰＴＦＥが最適であ
る。

【０００８】軸受メタル３の内面（クランクピンとの接
触面）には、アルミ系合金または銅系軸受合金からなる
ライニング７が形成されている。このアルミ系軸受合金
には、とくに限定されるものではないが、たとえばＡｌ
に３〜２０ｗｔ％のＳｎと、１０ｗｔ％以下のＳｉ、
２．５％ｗｔ％以下のＣｕおよび／またはＭｇ、５ｗｔ
％以下のＰｂを含有させたものが使用される。また、銅
系軸受合金としては、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系のバビットメ
タル、Ｃｕ−Ｐｂ系のケルメットメタルが使用され、ケ
ルメットメタルは通常オーバレイメッキされて使用され
る。

【０００９】裏金メタル３の裏金に合成樹脂層６をコー
ティング形成する方法としては、まず、裏金の表面をペ
ーパ（セラミックの入ったペーパ等）で粗らし、ついで
脱脂し、その後スプレーコート、またはディッピング
（浸漬、この場合はライニング表面にマスキング必
要）、またはプリント印刷等により、所定の膜厚の樹脂
をコーティングする。その後、１６０℃〜２２０℃で約
３０分間焼成することにより、樹脂コーティング層を完
成できる。また、コネクティングロッド本体１およびキ
ャップ２の大端面への合成樹脂層５の形成についても、
軸受メタル３の背面への樹脂層形成とほぼ同様で、処理
する前に大端部の内面に条痕仕上げにより凹凸を施し、
脱脂した後、スプレーコート等により所定の膜厚の合成
重合体層をコーティングし、その後１６０℃〜２２０℃
で約３０分間焼成することにより、合成樹脂層５を完成
する。なお、コーティングの皮膜厚さとしては、下地粗
さより若干厚くした方が良く、軸受メタルの樹脂層厚さ
が３〜５μｍ、コネクティングロッド大端穴の樹脂層厚
さが４〜１０μｍで、トータルとして７〜１５μｍとす
ることが望ましい。

【００１０】上記製造方法において、面粗さとしては、
軸受メタル３側が１〜４μｍＲｚ（ＲｚはＪＩＳの１０
点平均粗さ）が望ましく、コネクティングロッド大端穴
面が３〜５μｍＲｚが望ましい。また、下地粗さの方向
としては、裏金メタル３の合成樹脂層６の形成面の面粗
さの方向と、コネクティングロッド本体１およびキャッ
プ２の合成樹脂層５の形成面の面粗さの方向を、図４に
示すように、互いに異ならせる、たとえば直交させる、
ことが望ましい。

【００１１】軸受メタル３の背面に形成される合成樹脂
層６と、コネクティングロッド本体１およびキャップ２
の大端穴表面に形成される合成樹脂層５は、互いに同材
質とされても、あるいは互いに異なる材質とされてもよ
いが、すべり特性を互いに異ならせることが望ましい。
たとえば、軸受メタル３の合成樹脂層６は、ＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオロエチレン）からなる固体潤滑材を
５〜１６ｗｔ％含んだＰＡＩ（ポリアミドイミド）ベー
スの樹脂層とし、コネクティングロッド本体１およびキ
ャップ２の合成樹脂層５は、固定潤滑材を含まずＰＡＩ
のみの樹脂層として、互いにすべり特性を異ならせる組
合わせが、フレッチング抑制上優れている。この関係
は、逆にしてもよく、軸受メタル２の合成樹脂層６をＰ
ＡＩのみの樹脂層とし、コネクティングロッド本体１お
よびキャップ２の合成樹脂層５を、固定潤滑材を含んだ
ＰＡＩとしてもよい。

【００１２】つぎに、作用を説明する。コネクティング
ロッド本体１およびキャップ２の大端穴表面と、軸受メ
タル３の背面との両方に、合成樹脂層を形成した場合
（本発明）に、樹脂層５、６の材料組合せを種々に変え
た場合（実施例１〜実施例６）と、樹脂層を軸受メタル
とコネクティングロッド本体およびキャップの一方の表
面にしか形成しない場合（比較例、本発明には含まず）
と、両方に形成しない場合（比較例、従来）とを表１に
示した。そして、各々の場合についてフレッチングが発
生の耐久試験を行い、その結果の、フレッチングが発生
した面積を図５に示した。ただし、テスト条件は次の通
りであった。エンジン４気筒２０００ｃｃ最大回転数６０００ｒｐｍ負荷全負荷油温１２０℃ 時間１８０Ｈｒここで、比較例１の材料組合わせのものは、耐久スター
トから約５０Ｈｒでフレッチング発生によるコネクティ
ングロッド折損となったため、その時のフレッチング発
生面積を、図５には示した。

【００１３】

【表１】

【００１４】図５の結果から、裏金メタルかコネクティ
ングロッド大端面のどちらか一方に樹脂コート層を形成
した比較例２、３の場合は、何も処理しない比較例１に
比べると大幅に耐フレッチング性が向上しているが、そ
れでも十分ではなく、コーティング層がなくなっている
部分の面積は、約５０％にも達している。さらに長時間
耐久においては、フレッチングによるコネクティングロ
ッド折損にいたることが心配される。これらの比較例に
対し、本発明のように軸受メタル背面とコネクティング
ロッド大端穴表面の両方に合成樹脂層を施した場合、耐
フレッチング性が大幅に向上している。とくに、実施例
４、５からわかるように、軸受メタル３の表面にＰＴＦ
Ｅ（ポリテトラフルオロエチレン）を５〜１６％含んで
なるＰＡＩ（ポリアミドイミド）ベース樹脂コート層
を、コネクティングロッド大端穴表面に固体潤滑材を含
まずＰＡＩのみの樹脂コート層を形成した組合わせが最
も優れていた。実施例６は、コネクティングロッドの材
質をＡｌ合金からスチールに変えた場合を示す。

【００１５】上記のように本発明が優れた耐フレッチン
グ性を示す理由としては、次のことが考えられる。コネ
クティングロッド大端部における軸受メタルの支持機構
は、軸受メタルの張力により保持されている。しかし、
エンジンを高速で運転すると、軸受メタル背面とコネク
ティングロッド大端面の間で若干クリアランスが生じ、
その隙間に潤滑用オイルが侵入する。フレッチング対策
として軸受の裏金メタル背面かコネクティングロッド大
端穴表面かの一方のみに樹脂処理層を形成した場合（本
来、こられ樹脂処理層は相手面へ移着し、コーティング
層同志の接触となって長寿命化が期待できるところ
を、）オイルの侵入により剥がれた樹脂が流されて相手
面への移着がさまたげられ、予期せぬ速さでコーティン
グ層がなくなり、フレッチングが発生するものと考えら
れる。それに対し、本発明では、最初から、軸受メタル
３背面とコネクティングロッド大端穴表面の両方に合成
樹脂層を形成しておいて、合成樹脂層５、６同志の接触
とすることにより、コーティング層の剥離（自己表面か
らの剥離と相手面によって削られるものとの両方を含
む）が生じにくく、したがって侵入するオイルによって
持ち去られることもなく、耐フレッチング性が大幅に向
上しものと考えられる。

【００１６】また、製造途中の、合成樹脂層形成面（下
地）に面粗さを施す工程で、軸受メタル３の面粗さの方
向とコネクティングロッド大端穴表面の面粗さの方向と
を、互いに交差させておくと、長期耐久後においてコー
ティング層がなくなった後のフレッチング発生に対し、
有利である。これは、一方のコーティング層が条痕に沿
って長く剥れようとしたときに、相手面の条痕によって
短かく切られるので、コーティング層が長く剥がれるこ
とがないためである。また、コーティング層が摩耗した
後において、一方の面の条痕の中に残っている樹脂が、
相手面の条痕が中に入ってきて剥ぎとられることがない
ためである。

【００１７】また、軸受メタル３とコネクティングロッ
ド大端穴との間には、主に相対すべりが生じる部分（コ
ネクティングロッドの軸芯から左右方向に遠い部分）
と、単に高面圧となる部分（コネクティングロッドの軸
芯と交わる部分近傍）が存在することから、軸受メタル
３側にはすべり特性に優れた、たとえばＰＴＦＥ（ポリ
テトラフルオロエチレン）含有ＰＡＩベース樹脂層を、
コネクティングロッド大端穴面には剥離強度の優れたＰ
ＡＩのみの樹脂層をコーティングすることにより、（あ
るいはその逆とすることにより、）両方の特性をもたせ
ることができ、実施例４、５、６に示すように、さらに
耐フレッチング性の向上、寿命の向上が得られる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１によれば、軸受メタル背面とコ
ネクティングロッド大端穴面との両方に合成樹脂層を形
成したので、樹脂と樹脂との接触になって剥離しにくく
なり、耐フレッチング摩耗性を従来に比べ大幅に改善で
きる。また、一方の面の面粗さに沿って長く合成樹脂が
剥離しようとしたとしても、他方の面の面粗さによって
短かく切られてしまうので、合成樹脂の大きな剥離は生
じにくい。請求項２によれば、軸受メタルとコネクティ
ングロッド大端穴とで、樹脂層形成の下地の粗さの方向
を異ならせたので、合成樹脂層が摩耗した後、凹部に残
った合成樹脂層がさらに摩耗するのを防止でき、摩耗進
行後の耐フレッチング摩耗性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のコネクティ
ングロッドの分解斜視図である。

【図２】図１の２−２線に沿う拡大断面図である。

【図３】図１の３−３線に沿う拡大断面図である。

【図４】軸受メタルとコネクティングロッド大端穴の面
粗さの方向を示す平面図である。

【図５】実施例１〜６、比較例１〜３の耐久試験におけ
るフレッチング発生面積率を示す棒グラフである。

【符号の説明】

１コネクティングロッド本体２キャップ３軸受メタル４ボルト５合成樹脂層６合成樹脂層７ライニング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島崎敬一愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者金山弘愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者菊地正春愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者原口文生愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (56)参考文献特開平４−282013（ＪＰ，Ａ) 特開平４−46219（ＪＰ，Ａ) 特開平３−288009（ＪＰ，Ａ) 特開平３−183775（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 9/04 F16C 7/00 F16C 33/12 C08L 27/18 C08L 79/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コネクティングロッド本体、キャップ、
および軸受メタルからなる内燃機関のコネクティングロ
ッドにおいて、コネクティングロッド本体およびキャッ
プの軸受メタル装着面と、軸受メタルのコネクティング
ロッド本体およびキャップとの接触面との両方に、それ
ぞれ面粗さの方向が異なる、合成樹脂層の形成面を形成
し、該合成樹脂層の形成面に合成樹脂層を形成したこと
を特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
【請求項２】コネクティングロッド本体およびキャッ
プの軸受メタル装着面と、軸受メタルのコネクティング
ロッド本体およびキャップとの接触面との両方に合成樹
脂層を形成したコネクティングロッドの製造方法であっ
て、それぞれの合成樹脂層の形成面の面粗さの方向を異
なる方向に加工し、その後合成樹脂層を形成することを
特徴とする内燃機関のコネクティングロッドの製造方
法。