| 【発明の名称】 |
物品の分断方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】宇野 和夫
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| 【要約】 |
【課題】焼結前の成形品の損傷を抑制しつつ、分断性を向上させるのに有利な物品の分断方法を提供する。
【解決手段】気孔を備えた成形品３に少なくとも焼結を施して物品を得、その後に、物品を分断して複数個の分断体を得る。物品は焼結鍛造品を採用できる。焼結の前に、物品の分断を促進させる性質を備えた液状の分断促進剤を、成形品３のうち分断体同士の境界Ａまたは境界Ａの近傍の滴下位置ＰＡに滴下し、含浸させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】気孔を備えた成形品に少なくとも焼結を施して物品を得、その後に、前記物品を分断して複数個の分断体を得る物品の分断方法において、前記物品の分断を促進させる性質を備えた液状の分断促進剤を、前記成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に含浸させる操作を、前記焼結の前に実行することを特徴とする物品の分断方法。
【請求項２】気孔を備えた成形品に少なくとも焼結を施して物品を得、その後に、前記物品を分断して複数個の分断体を得る物品の分断方法において、前記成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に穴を形成する操作と、前記物品の分断を促進させる性質を備えた分断促進剤を穴に配置する操作とを、前記焼結の前に実行することを特徴とする物品の分断方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は物品の分断方法に関する。本発明は、物品、例えば、焼結を施した後に鍛造を施した焼結鍛造品を分断させる際に適用できる。本発明は、例えば、内燃機関等の駆動機関に搭載されるコンロッドの製造に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】特開平５−２７９７０４号公報には、原料粉末を予備成形することにより、燃機関のコンロッド用の鉄系の成形品を形成する工程と、成形品を焼結して焼結品を得る工程と、焼結品を鍛造して焼結鍛造品を得る工程と、焼結鍛造品を冷却する工程と、冷却した焼結鍛造品を複数個の分断体に分断する工程とを順に実施する方法が開示されている。
【０００３】各分断体の分断面は、互いに整合し易い。そのため、分断面を互いに合わせた状態で分断体を組付ければ、分断体同士の密着性、位置決め性を向上させるのに有利となる。上記公報に係る方法では、原料粉末を予備成形した圧粉体である成形品のうち、分断体同士の境界に銅線を巻き付け、その状態で焼結を施すことにしている。このようにすれば、焼結鍛造品における前記境界の銅含有量が局部的に増加する。従って焼結鍛造品における前記境界の脆性遷移温度が高くなり、常温領域における分断性が促進され、焼結鍛造品の分断性を確保するのに有利となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報技術のように、成形品のうち分断体同士の境界に銅線を巻き付ける方式の場合には、前記した境界に銅線を正確に巻き付けたとしても、成形品のハンドリング操作時等において、巻き付け目標位置である境界から銅線がずれるおそれがある。
【０００５】更に銅線のずれを抑止すべく、銅線を強く巻き付けると、焼結前のため破損し易い成形品が損傷するおそれがある。本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その課題は、成形品の損傷を抑制しつつ、分断性を向上させるのに有利な物品の分断方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る物品の分断方法は、気孔を備えた成形品に少なくとも焼結を施して物品を得、その後に、物品を分断して複数個の分断体を得る物品の分断方法において、物品の分断を促進させる性質を備えた液状の分断促進剤を、成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に含浸させる操作を、焼結の前に実行することを特徴とするものである。
【０００７】請求項２に係る物品の分断方法は、気孔を備えた成形品に少なくとも焼結を施して物品を得、その後に、物品を分断して複数個の分断体を得る物品の分断方法において、成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に穴を形成する操作と、物品の分断を促進させる性質を備えた分断促進剤を穴に配置する操作とを、焼結の前に実行することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施形態】本発明方法に係る物品は、焼結が施され後に鍛造が施される焼結鍛造品を含む意味であり、機械部品等に広く適用できる。例えば、分断により半割りされる形態のリング部をもつ物品に適用できる。このような物品としては、内燃機関に装備されるクランクシャフトが嵌合されるリング部を備えているコンロッドが代表的なものである。
【０００９】物品の代表的な材質は鉄系であるが、場合によってはチタン合金系、アルミ合金系でも良い。チタン合金系の場合には分断促進剤としては、例えば、硼酸を含むアルコール溶液を採用できる。アルミ合金系の場合には分断促進剤としては、例えば、硝酸を含むアルコール溶液を採用できる。請求項１に係る方法では、物品の分断を促進させる性質を備えた液状の分断促進剤を用い、液状の分断促進剤を、成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に含浸させる。成形品は気孔を備えているため、気孔により、液状の分断促進剤の含浸性は確保される。
【００１０】一般に鉄系材料ではＳやＰの元素を含む化合物が存在すると、その存在箇所における破断性が促進され易い。そのため、物品が鉄系である場合には、ＳやＰの元素を含む液状の分断促進剤を採用できる。液状の分断促進剤としては、ＳやＰの元素を含むアルコール溶液を採用できる。請求項２に係る方法では、成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に穴を形成する。この場合には、凸部をもつ成形型を用い、成形型で成形品を成形する際に、凸部により穴を型成形できる。またドリル等の穴開け工具を用いて穴を成形品に後処理で形成しても良い。穴は円穴でも、角穴でも、溝穴でも良い。
【００１１】更に請求項２に係る方法では、物品の分断を促進させる性質を備えた分断促進剤を穴に配置する。分断促進剤は穴に保持されているため、ハンドリング操作時等における分断促進剤のずれは、抑止される。請求項２に係る分断促進剤としては、線や棒や板等の形態の固体状でも良いし、液状でも良いし、粉末状でも良い。成形品が鉄系である場合には、請求項２に係る分断促進剤の材質としては、銅系、炭素系を採用できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１〜図６を参照して説明する。本実施例は、車両等の内燃機関に装備されるコンロッドの製造に適用したものである。図１は、物品としての焼結鍛造品１を模式的に示す。焼結鍛造品１は、第１分断体１１と第２分断体１２とを備えている。
【００１３】第１分断体１１は、ピストンピンが嵌合される小径端部とも呼ばれる小リング部１１ａと、クランクシャフトが嵌合される大径孔１１ｂを形成する略Ｃ形状部１１ｃと、小リング部１１ａと略Ｃ形状部１１ｃとをつなぐ連設部１１ｄとを備えている。第２分断体１２は、略Ｃ形状をなしており、クランクシャフトが嵌合される大径孔１１ｂを形成するキャップ部を構成する。
【００１４】次に、上記した焼結鍛造品１の製造過程について説明する。図２及び図３は、上記した焼結鍛造品１となる成形品３（焼結前で且つ鍛造前の状態）を示す。成形品３は大リング部３０を備えている。成形品３の状態では、第１分断体１１と第２分断体１２とは分断されておらず、両者は一体化されている。
【００１５】成形品３の大リング部３０の内周部には、分断を促すためのＶ型の切欠であるノッチ３３が２個互いに対向するように形成されている。前記した第１分断体１１と第２分断体１２との境界は、図２においてＡで示されている。ノッチ３３は実質的に境界Ａに位置している。ノッチ３３は、成形型で成形品３を成形する際に、成形型に形成されている凸部によって一体に型成形されている。
【００１６】成形品３は、鉄系の原料粉末を成形型で圧縮成形することにより形成された圧粉体である。成形品３の密度は、６．７プラスマイナス０．２〔ｇｆ／ｃｍ3 〕である。従って成形品３には多数の気孔が形成されている。成形品３を構成する原料粉末の組成はＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系である。具体的には、原料粉末の組成は、重量比で、２％Ｃｕ、０．６％Ｃ、０．８％ステアリン酸亜鉛、不可避の不純物、残部実質的に鉄である。
【００１７】上記したように成形品３を成形した後に、本実施例の要部である滴下操作が実行される。滴下操作では、液状の分断促進剤として、Ｓの元素を含むアルコール溶液、具体的には、硫酸アンモニウム（（ＮＨ4 ）2 ＳＯ4 ）を重量比で１０％含むアルコール溶液を用いる。もしくは、液状の分断促進剤として、Ｐの元素を含むアルコール溶液、具体的には、リン酸アンモニウム（（ＮＨ4 ）2 ＨＰＯ4 ）を重量比で１０％含むアルコール溶液を用いる。
【００１８】上記したアルコール溶液を、成形品３の境界Ａのうちノッチ３３の近傍の位置ＰＡに滴下手段４により滴下する。滴下手段４としては、潤滑用滴下装置を採用できる。滴下量は所望の分断性、アルコール溶液の成分、成形品３の組成等に応じて適宜選択できるが、本実施例では１か所あたり０．０５〜０．１５ｃｍ3 にできる。但しこれに限定されるものではない。
【００１９】滴下されたアルコール溶液は、成形品３の内部に含浸する。成形品３は圧粉体であり、多数の気孔が成形品３に連通孔状に形成されているため、含浸性は確保される。気孔による毛細管現象も寄与すると推察される。なお潤滑剤であるステアリン酸亜鉛が含まれている成形品３では、液状の分断促進剤として水溶液を用いた場合には、水溶液をはじき易いため含浸性が低下する。この点本実施例では、上記したように液状の分断促進剤としてアルコール溶液を用いているため、成形品３にステアリン酸亜鉛が含まれている場合であっても、はじきの不具合が抑えられ、アルコール溶液の含浸性を確保するのに有利となる。
【００２０】液状の分断促進剤が滴下される滴下位置ＰＡとしては、境界Ａ、またはこれの近傍であれば良い。本実施例では図４に示すように、ノッチ３３の底３３ｈと成形品３の大リング部３０の端面３０ｒとの間の距離をＬとし、ノッチ３３の底３３ｈと滴下位置ＰＡの中心との間の距離をＬｃとしたとき、Ｌｃは（０．１〜０．５）×Ｌ程度、特に（０．１〜０．３）×Ｌ程度に設定できる。このようにノッチ３３に滴下位置ＰＡを接近させれば、滴下に起因する脆化部がノッチ３３に接近し、分断性が増加し易い。
【００２１】滴下後、炭素ポテンシャル（ＣＰ）０．５〜０．６ｗｔ％の浸炭可能な非酸化性雰囲気で１１２０プラスマイナス１０°Ｃで２０分間、成形品３を焼結する。その後、炭素ポテンシャル（ＣＰ）０．５〜０．６ｗｔ％の非酸化性雰囲気で１１５０プラスマイナス１０°Ｃで１０分間、鍛造に先立って加熱する。その後、直ちに熱間状態のまま鍛造型で鍛造し、物品としての焼結鍛造品１を得る。焼結鍛造品１は熱間鍛造により強圧されてるため、鍛造後の焼結鍛造品１は、密度が７．７５プラスマイナス０．０５〔ｇｆ／ｃｍ3 〕と高まり、気孔が大幅に低減し、高強度化する。
【００２２】その後、図５から理解できるように、機械加工により、鍛造後の焼結鍛造品１の大リング部３０の内周部の全周を切削すると共に、２個のボルト挿通孔５を形成する。ボルト挿通孔５は、雌螺子部が形成されていない孔５ａと、雌螺子部５ｃが形成されている孔５ｄとで形成されている。その後、頭部６ｆを備えたボルト６を用い、ボルト６をボルト挿通孔５に矢印Ｙ１方向に挿通すると共に、雌螺子部５ｃにボルト６の先端の雄螺子部を緩めに螺合し、仮締結する。
【００２３】その状態で、分断速度約１〔ｍ／ｓｅｃ〕でクラッキング操作を実行する。即ち、焼結鍛造品１のうち、ＳやＰの元素が含浸された境界Ａにクラッキング力を加える。これにより、焼結鍛造品１は、実質的に境界Ａに沿って破断つまり分断し、前記した第１分断体１１と第２分断体１２とが得られる。本実施例に係るクラッキング操作は、次のように行われる。即ち、大リング部３０の内周部に対面する円筒面と互いに対面する斜面とを備えた半円形状の駒を１対用い、その１対の半円形状の駒を大リング部３０の内周部に嵌め、その状態で、その駒の斜面にくさびを当てがって行なわれる。
【００２４】滴下位置ＰＡに滴下した液状の分断促進剤にはＳやＰの元素が含まれているため、焼結の際に、鉄系材料の脆性遷移温度を高くして脆化を促進する化合物が境界Ａ付近に形成される。よって、焼結鍛造品１の境界Ａ付近は、常温領域でも脆性破壊し易くなる。したがって、上記した分断の際には、少ないクラッキング力であっても、破断つまり分断は良好に促進される。故に、クラッキング操作時における第１分断体１１や第２分断体１２の変形、ボルト６の変形を抑えるのに有利である。
【００２５】使用の際には、第１分断体１１と第２分断体１２との間にクランクシャフトを嵌めつつ、第１分断体１１の分断面である破面と第２分断体１２の分断面である破面とを合わせると共に、ボルト６の先端の雄螺子部をボルト挿通孔５の雌螺子部５ｃに強く締結する。これによりコンロッドが組付けられる。ボルト６で第１分断体１１及び第２分断体１２を締結した状態では、ボルト６による締結に基づいて、第１分断体１１の分断面、第２分断体１２の分断面は互いに圧着し、圧縮力が作用する。
【００２６】第１分断体１１の破面と第２分断体１２の破面とは、互いに整合し易いため、密着性、位置決め性が確保され易い。なお、図６は本実施例に係る工程順の概略を示す。本実施例では、液状の分断促進剤として、リン酸トリクレシル（（ＣＨ3 ＣＨ4 ）3 ＰＯ4 ）を採用することもできる。
【００２７】（第２実施例）次に第２実施例ついて図７〜図１０を参照して説明する。本実施例は前記した実施例と基本的には同様の構成である。従って前記した実施例と基本的には同様の作用効果を奏する。以下、前記した実施例に対してと異なる部分を中心として説明する。
【００２８】本実施例では、図７から理解できるように、焼結前において、成形品３のうち、境界Ａの表出面に穴３７を形成する。この場合には、穴３７は、ノッチ３３と同様に、成形型で成形品３を成形する際に、成形型に形成された凸部によって一体に型成形される。場合によっては、ドリル等の切削工具で後処理として形成しても良い。穴３７は、成形品３の厚み方向に貫通する形態でも良いし、厚み方向に貫通しない有底状でも良い。
【００２９】更に本実施例では、焼結前において、焼結鍛造品１の分断を促進させる性質を備えた分断促進剤として機能する銅線８を穴３７に配置する。図８に示すように、銅線８をＬ字形状に曲成して係合部８ｗを形成し、銅線８を穴３７に挿入すると共に係合部８ｗを穴３７の周縁部に係合しても良い。係合部８ｗが穴３７の周縁部に係合するため、銅線８の保持性が向上し、ハンドリング操作時などにおいて外力等が作用したときであっても、銅線８は一層ずれにくくなる。
【００３０】また図９に示すように、銅線８を直状のまま、貫通状の穴３７に挿入しても良い。穴３７が有底状であれば、銅線８の落下を防止できるばかりか、焼結の際の熱によって銅線８が融液化しても、穴３７の底３７ｕにより融液の落下を抑えるのに有利であり、融液化した銅の含浸性を確保し易い。穴３７としては、径が１．０〜２．０ｍｍ程度にできるが、これに限定されるものではない。銅線８としては、径が１．０〜１．５ｍｍ程度、長さが１５〜２０ｍｍ程度にできるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】本実施例では、焼結の際の熱によって、銅線８は融液となり、成形品３に形成されている気孔を介して成形品３の内部に浸透する。そのため境界Ａでは銅が富化され、境界Ａ付近における脆性遷移温度が他の部位よりも高温側に移行する。即ち、焼結鍛造品１の境界Ａは、常温領域でも脆性破壊し易くなる。したがって、上記した分断の際には、少ないクラッキング力であっても、破断つまり分断は良好に促進される。故に、クラッキング操作時における第１分断体１１や第２分断体１２の変形、ボルト６の変形を抑えるのに有利である。
【００３２】本実施例では、ノッチ３３の底３７ｕと成形品３の大リング部３０の端面３０ｒとの間の距離をＬとし、ノッチ３３の底３３ｕと穴３７の中心との間の距離をＬｃとしたとき、Ｌｃは（０．１〜０．５）×Ｌ程度、特に（０．１〜０．３）×Ｌ程度に設定できる。このようにノッチ３３に穴３７を接近させれば、穴３７に配置された銅線８に起因する銅富化部分がノッチ３３に接近し、脆性破断性が一層促進され易い。更に穴３７によって、分断させる分断面積の減少も期待できる場合には、分断性が一層向上し易い。
【００３３】なお、図１０は本実施例に係る工程順を示す。
（他の実施例）穴３７に銅線８を配置しているが、これに代えて、前記したアルコール溶液等の液状の分断促進剤を穴３７に滴下して配置する方式でも良い。上記した実施例ではノッチ３３の近傍に、分断促進剤であるＳやＰの元素を含むアルコール溶液や銅線を配置するが、物品の種類や物品の材質等によってはノッチ３３を廃止することもできる。
【００３４】その他、本発明方法は上記しかつ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、例えばコンロッド以外の物品にも適用できる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【００３５】
【発明の効果】請求項１、２に係る方法によれば、物品の分断を促進させる性質を備えた分断促進剤を、成形品のうち分断体同士の境界または境界の近傍に含浸または配置させる操作を、焼結の前に実行する。そのため、境界近傍における分断性が向上する。よって、分断の際に加える力が小さい場合であっても、分断性が確保される。
【００３６】また、液状の分断促進剤を用いる請求項１に係る方法によれば、成形品に一旦含浸された分断促進剤の滴下位置がずれることは、防止される。そのため目標分断箇所を精度よく分断させるのに有利となる。この点、巻き付けた銅線の位置がハンドリング操作時等にずれるおそれがある特開平５−２７９７０４号公報に係る技術とは異なる。
【００３７】更に液状の分断促進剤を成形体に含浸させる請求項１に係る方法によれば、特開平５−２７９７０４号公報に係る技術とは異なり、銅線を成形品に強く巻き付ける必要がないため、成形品の損傷回避に有利である。また成形品に形成した穴に分断促進剤を配置する請求項２に係る方法によれば、成形品の穴に一旦配置した分断促進剤の位置が、ハンドリング操作時等にずれることは抑えられる。そのため目標分断箇所を精度よく分断させるのに有利となる。この点、巻き付けた銅線の位置がハンドリング操作時等にずれるおそれがある特開平５−２７９７０４号公報に係る技術とは異なる。
【００３８】同様に、成形品に形成した穴に分断促進剤を配置する請求項２に係る方法によれば、特開平５−２７９７０４号公報に係る技術とは異なり、銅線を成形品に強く巻き付ける必要がないため、成形品の損傷回避に有利である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
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| 【公開番号】 |
特開平１１−８０８０９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月２６日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２４２９０９ |
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