| 【発明の名称】 |
車両の軸部材 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 寿浩
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| 【目的】 |
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| 【構成】 |
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【特許請求の範囲】
【請求項１】１３〜１６％Ｃｒ、１〜３％Ａｌ、０．５％Ｙ2Ｏ3を含む粒子微細分散高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成したことを特徴とする車両の軸部材。
【請求項２】前記表面硬化処理として、窒化処理または浸炭焼入れ処理を用いたことを特徴とする請求項１記載の車両の軸部材。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両のピストンピン、クランクピン等に用いられる車両の軸部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、一般的に用いられているピストンピンは、ＳＣＭ４１５等の合金肌焼き鋼に浸炭焼き入れ処理を施して用いられている。特に、ピストンピンは、エンジンの出力向上のために軽量化が図られ、例えばパイプを用い、しかも薄肉にすること等が行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このようなピストンピンは、強度と剛性を確保する必要性から充分な軽量化が果たせず、エンジン回転数を上げ、高出力化する上での障害となっている。即ち、ピストンピンの薄肉化により軽量化を図ろうとすると剛性不足が生じ、ピストンピンが作動によって撓みピストンのピン孔の内周面及びピストンピンの異常摩耗、疲労破壊、さらにピストンのピン孔が形成されるピンボス破壊等の問題が生じる場合がある。
【０００４】従来の材料の場合、表面硬化処理により強度は向上できるが、弾性率は変わらない。そのため、薄肉化による軽量化を行なうと強度は保つことができても剛性が足りずにピストンが破損してしまう。
【０００５】この発明は、かかる実情を背景にしてなされたもので、弾性率は高弾性率鋼を用いることで向上させた状態で表面硬化処理するにより疲労強度及び耐摩耗性を向上させ、硬性を保ちつつ、軽量なピンピストン等の車両の軸部材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、請求項１記載の発明の車両の軸部材は、１３〜１６％Ｃｒ、１〜３％Ａｌ、０．５％Ｙ2Ｏ3を含む粒子微細分散高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成したことを特徴としている。
【０００７】このように、車両の軸部材が、高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成されており、ヤング率を高くすることで弾性変形を低減し、さらに表面硬化処理により耐摩耗性及び疲労強度を向上させることにより、強度と剛性を両立させた軽量な軸部材となり、作動時の撓みを低減し、振動低減が可能で、かつ高精度作動が可能になる。
【０００８】請求項２記載の発明の車両の軸部材は、前記表面硬化処理として、窒化処理または浸炭焼入れ処理を用いたことを特徴としている。
【０００９】このように、表面硬化処理として、窒化処理を用い、処理時間を長くすることで厚い硬化層を得ることができる。また、表面硬化処理として、浸炭焼入れ処理を用いることで、表面硬さが高く、硬化深さを大きくすることが可能で、内部の硬さも高くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の車両の軸部材の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】まず、この発明の車両の軸部材が用いられるピストンピン及びクランクピンについて説明する。
【００１２】図１はピストンとピストンピンの連結を示す断面図である。ピストン１は、図示しないシリンダに往復動可能に設けられ、ピストン１のピンボス１ａにはピン孔１ｂが形成されている。このピン孔１ｂにはピストンピン２が挿入され、このピストンピン２はパイプ状に形成されている。ピストンピン２には、コンロッド３の小端部３ａが回動可能に設けられている。コンロッド３は、図示しない大端部をクランクピンに回動可能に設けられ、ピストンの往復動をクランクピンを介してクランク軸に伝達して回転させる。
【００１３】図２はクランク軸とコンロッドの連結を示す断面図である。左右のクランク軸１０，１１のクランクウェブ１０ａ，１１ａにピン孔１０ｂ，１１ｂが形成され、このピン孔１０ｂ，１１ｂにクランクピン１２を挿着し、このクランクピン１２で左右のクランク軸１０，１１が連結されている。この左右のクランク軸１０，１１は、軸受１３，１４を介して図示しないクランクケース２０に回動可能に軸支されている。クランクピン１２には、コンロッド１５の大端部１５ａがニードル軸受１６を介して回動可能に軸支されている。
【００１４】このようにピストンピン及びクランクピンに用いられる車両の軸部材は、１３〜１６％Ｃｒ、１〜３％Ａｌ、０．５％Ｙ2Ｏ3を含む粒子微細分散高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成している。
【００１５】１３〜１６％Ｃｒ、１〜３％Ａｌ、０．５％Ｙ2Ｏ3を含む粒子微細分散高ヤング率鋼は、フェライト系組成粉末にＹ2Ｏ3の分散粒子を分散させ、＜１１１＞集合組織が形成される温度にて再結晶熱処理を行なうことにより、ヤング率２９０ＧＰａが得られ、ヤング率を高くすることで弾性変形を低減することができる。
【００１６】この高ヤング率鋼の特性を、従来の鋼Ｓ４５Ｃと比較し、その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】そして、この車両の軸部材は、高ヤング率鋼に表面硬化処理を施して形成され、この表面硬化処理として、窒化処理または浸炭焼入れ処理を用いている。窒化処理とは、鋼の表面から窒素原子を固溶させることで表面近傍を硬くすることを目的とする処理である。その強化機構は窒素原子が鉄原子の間に入り込むことによる固溶強化と、入り込んだ窒素原子が鋼中の合金元素、例えばＣｒ，Ａｌ，Ｖと化合物をつくり、微細に析出することによる析出強化の２つが存在する。析出強化の方が効果が大きい。
【００１９】今回の材料は、後者の機構に寄与する合金元素が多量に含まれており、また拡散を阻害する炭素が殆ど含まれていないため、窒化処理時に著しい硬度上昇を得ることができる。
【００２０】窒化処理は処理時間を長くすることで、深い硬化層が得られるが、硬化深さの点では浸炭焼き入れ処理の方が短い時間で同等の深さが得られる。熱歪みは窒化処理の方が浸炭焼き入れ処理よりも小さい。
【００２１】この実施例での窒化処理は、ＮＨ3雰囲気中で約５７０±１０℃に、５０〜１００時間程度に保つことによりＮを、高ヤング率鋼に拡散浸透させてオイル焼入れをする。このように、表面硬化処理として、窒化処理を用いることで、厚い硬化層を得ることができる。この高ヤング率鋼は、Ｃｒ、Ａｌ等の窒化物生成元素を多量に含み、窒素の拡散を阻害するＣを殆ど含んでいないため、窒化後の特性として優れた表面硬さを示す。
【００２２】また、浸炭焼入れ処理は、Ｃｐを０．８５％、ＣＯ2を０．２５％を含む雰囲気中で、例えば９００℃に１時間２５分程度に保ち、高ヤング率鋼の表面から所定の深さまでＣを拡散浸透させてからオイル焼入れを行ない、この焼入れ後、１９０℃に１時間程度に保ち、空気冷却を行ない焼戻しをする。このように、表面硬化処理として、浸炭焼き入れ処理を用いることで、表面硬さが高く、硬化深さを大きくすることが可能で、内部の硬さも高くすることができる。
【００２３】このように、車両の軸部材が、高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成されており、ヤング率を高くすることで弾性変形を低減し、さらに表面硬化処理により耐摩耗性に優れ、強度と剛性を両立させた軽量な軸部材となり、作動時の撓みを低減し、振動低減が可能で、かつ高精度作動が可能になる。
【００２４】従って、図１に示すピストンピン２を高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成すると、強度と剛性を両立させた軽量なピストンピン２になり、エンジン回転数を上げ、高出力化することができる。また、ピストンピン２の薄肉化により軽量化しても、ピストンピン２の強度と剛性が確保され、ピストン１のピン孔１ｂの内周面及びピストンピン２の異常摩耗、疲労破壊、さらにピストン１のピン孔１ｂが形成されるピンボス１ａの破壊等が防止される。
【００２５】同様に、図２に示すクランクピン１２を高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成すると、強度と剛性を両立させた軽量なクランクピン１２になり、エンジン回転数を上げ、高出力化することができる。また、クランクピン１２の薄肉化により軽量化しても、クランクピン１２の強度と剛性が確保され、クランク軸１０，１１のピン孔１０ｂ，１１ｂの内周面及びピストンピン１２の異常摩耗、疲労破壊、さらにクランクピン１２のピン孔１０ｂ，１１ｂが形成されるクランクウェブ１０ａ，１１ａの破壊等が防止される。
【００２６】なお、この発明の車両の軸部材は、前記したピストンピン及びクランクピンに限定されることなく、クランク軸、カム軸、ドライブ軸等の種々の軸部材に適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】前記したように、請求項１記載の発明は、１３〜１６％Ｃｒ、１〜３％Ａｌ、０．５％Ｙ2Ｏ3を含む粒子微細分散高ヤング率鋼に、表面硬化処理を施して形成したから、ヤング率を高くすることで弾性変形を低減し、さらに表面硬化処理により耐摩耗性に優れ、強度と剛性を両立させた軽量な軸部材となり、作動時の撓みを低減し、振動低減が可能で、かつ高精度作動が可能である。
【００２８】請求項２記載の発明は、表面硬化処理として、窒化処理を用い、処理時間を長くすることで厚い硬化層を得ることができる。また、表面硬化処理として、浸炭焼入れ処理を用いることで、表面硬さが高く、硬化深さを大きくすることが可能で、内部の硬さも高くすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００７６
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
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| 【出願日】 |
平成７年（１９９５）１１月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴若 俊雄
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| 【公開番号】 |
特開平９−１４３６３１ |
| 【公開日】 |
平成９年（１９９７）６月３日 |
| 【出願番号】 |
特願平７−３００８２８ |
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