特許 7320365 焼結金属製コンロッド、及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-26

(45)【発行日】2023-08-03

(54)【発明の名称】焼結金属製コンロッド、及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 7/02 20060101AFI20230727BHJP

   B22F 5/00 20060101ALI20230727BHJP

   B22F 3/02 20060101ALI20230727BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20230727BHJP

【ＦＩ】

F16C7/02

B22F5/00 Z

B22F3/02 G

C22C38/00 304

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019063164

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020165435

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100196346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 貴士

(72)【発明者】

【氏名】山下 智典

【審査官】藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１５６５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５３２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０２３８０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ７／０２

Ｂ２２Ｆ ５／００

Ｂ２２Ｆ ３／０２

Ｃ２２Ｃ ３８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属粉末を圧縮成形し焼結してなるコンロッドであって、
ともに環状をなし内周に貫通孔を有する大端部及び小端部と、
前記大端部と前記小端部とを連結するステム部とを一体に有する焼結金属製コンロッドにおいて、
前記貫通孔が開口する表裏一方の表面のうち前記大端部と前記ステム部との間、及び前記小端部と前記ステム部との間にそれぞれ、前記圧縮成形による成形型の分割跡が形成され、
前記大端部の密度及び前記小端部の密度がともに前記ステム部の密度よりも大きく、かつ
前記大端部と前記ステム部との密度差、及び前記小端部と前記ステム部との密度差が何れも４％以下であることを特徴とする焼結金属製コンロッド。

【請求項2】

前記大端部の貫通孔と前記小端部の貫通孔との平行度が、φ０．５／１００以下である請求項１に記載の焼結金属製コンロッド。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の焼結金属製コンロッドと、前記焼結金属製コンロッドの前記大端部の貫通孔と前記小端部の貫通孔の少なくとも一方に締め代を伴って嵌合される軸受軌道輪とを有するコンロッドモジュール。

【請求項4】

ともに環状をなし内周に貫通孔を有する大端部及び小端部と、前記大端部と前記小端部とを連結するステム部とを一体に有し前記ステム部の厚み寸法が前記大端部及び前記小端部の厚み寸法よりも小さい焼結金属製コンロッドの圧粉体を、金属粉末を含む原料粉末の圧縮成形により得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを備えた焼結金属製コンロッドの製造方法において、
前記圧縮成形工程は、ダイ、コア、及び下パンチで区画されたキャビティに前記原料粉末を充填するステップと、
上パンチを下降させて前記キャビティ中の前記原料粉末を圧縮して前記圧粉体を成形するステップとを有し、
前記下パンチは、前記圧粉体の前記大端部に対応する部分を成形するための第一分割パンチと、前記ステム部に対応する部分を成形するための第二分割パンチと、前記小端部に対応する部分を成形するための第三分割パンチとを有し、これら三つの分割パンチは別個独立に昇降可能に構成され、
前記大端部と前記ステム部との密度差、及び前記小端部と前記ステム部との密度差が何れも４％以下となるように、かつ前記大端部に対応する部分及び前記小端部に対応する部分の厚み方向の圧縮比が、前記ステム部に対応する部分の厚み方向の圧縮比よりも大きくなるように、前記圧粉体を成形することを特徴とする焼結金属製コンロッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのクランクシャフトとピストンを連結するコネクティングロッド（以下、コンロッドと称する。）に関し、特に焼結金属製コンロッドに関する。

【背景技術】

【0002】

コンロッドは、例えば自動車用エンジンのクランクシャフトに軸受等を介して連結される大端部と、ピストンに連結される小端部と、大端部と小端部とを連結するステム部とを一体に有するものである。このようなコンロッドとして、他の加工方法に比べて安価に製造可能な焼結金属製のコンロッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のコンロッドは、例えば金属粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、圧粉体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体にサイジング処理を施すサイジング工程とを経て製造される（例えば、特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２８４７６９号公報

【文献】特開２０１７－６２０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述のように焼結金属でコンロッドを形成する場合、焼結により生じたひずみに起因して、大端部や小端部の形状精度が低下する問題がある。具体的に述べると、圧縮成形を終えた時点でワーク（圧粉体）にはその長手方向に沿ってアーチ状の反りが発生する。この反り（変形）は、焼結により一層顕著となる。ここで、特許文献２に記載されている焼結後のサイジング工程を利用すれば、上述の変形を解消することができるようにも思われるが、現実には、完全に又は十分に上述の反りを解消することは容易ではない。コンロッドに無視できない程度の反りが残ると、コンロッドの長手方向両端に位置する大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度が大きくなり、貫通孔に取付けて使用される軸受の片当たりに起因した早期摩耗や、ピストンの傾きに起因した異音の発生を招くおそれがある。

【0005】

以上の実情に鑑み、本明細書では、焼結金属製による低コスト化の恩恵を得つつ、ステム部の長手方向に沿った向きの反りを解消又は抑制することで、摩耗や異音の発生を抑制することのできるコンロッドを提供することを、解決すべき技術課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題の解決は、本発明に係る焼結金属製コンロッドにより達成される。すなわち、このコンロッドは、金属粉末を圧縮成形し焼結してなるコンロッドであって、ともに環状をなし内周に貫通孔を有する大端部及び小端部と、大端部と小端部とを連結するステム部とを一体に有する焼結金属製コンロッドにおいて、貫通孔が開口する表裏一方の表面のうち大端部とステム部との間、及び小端部とステム部との間にそれぞれ、圧縮成形による成形型の分割跡が形成され、大端部とステム部との密度差、及び小端部とステム部との密度差が何れも４％以下である点をもって特徴付けられる。

【0007】

このように、本発明に係るコンロッドでは、貫通孔が開口する表裏一方の表面のうち大端部とステム部との間、及び小端部とステム部との間にそれぞれ、圧縮成形による成形型の分割跡が形成されるようにした。このような分割跡が形成された焼結金属製コンロッドであれば、上述の位置で分割された成形型を用いて圧縮成形されたものであることが分かる。焼結金属の密度は、圧縮成形時の原料粉末の相対的な圧縮量により制御することができるので、例えばステム部と、大端部及び小端部とで原料粉末の圧縮量を別個独立に調整することにより、大端部とステム部との密度差、及び小端部とステム部との密度差が何れも４％以下であるコンロッドを得ることができる。上述した密度差が４％以下であれば、圧縮成形体（圧粉体）の反りを抑制することができ、これにより焼結体の反りを抑制することが可能となる。そのため、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度を小さくすることができ、これら貫通孔に取付けられる軸受の片当たりに起因した早期摩耗や、ピストンの傾きに起因した異音の発生を可及的に防止することが可能となる。

【0008】

また、本発明に係る焼結金属製コンロッドにおいては、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度が、φ０．５／１００以下であってもよい。

【0009】

なお、ここでいう平行度は、次に述べる基準に則って規定されたものである。すなわち、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔の内周面の複数点で測定した座標に基づいて、各貫通孔の中心線を取得する。そして、一方の中心線に平行な仮想中心線を仮定し、この仮想中心線を他方の中心線と貫通孔の内周で重ね合せた状態からＸｍｍ（例えば１００ｍｍ）延長し、Ｘｍｍ先の仮想中心線上の点まわりに直径Ｙｍｍ（例えば０．５ｍｍ）の仮想円を規定しこの仮想円内に、他方の中心線をＸｍｍ延長したものが含まれていれば、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度がφＹ／Ｘ以内であると規定する。

【0010】

このように、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度が、φ０．５／１００以下となるようにすることで、これら貫通孔に取付けられる部品（軸受、ピストンなど）の組付け精度を保証することができる。よって、これら部品をコンロッドに取付けてなるコンロッドモジュールの性能を保証して、軸受の早期摩耗や異音の発生をより確実に防止することが可能となる。

【0011】

また、以上の説明に係る焼結金属製コンロッドは、焼結金属製による低コスト化の恩恵を得つつ、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度を小さくすることで、摩耗や異音の発生を抑制可能とするものであるから、例えば上述した焼結金属製コンロッドと、当該コンロッドの大端部の貫通孔と小端部の貫通孔の少なくとも一方に締め代を伴って嵌合される軸受軌道輪とを有するコンロッドモジュールとして好適に提供することが可能である。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明によれば、焼結金属製による低コスト化の恩恵を得つつ、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度を小さくすることで、摩耗や異音の発生を抑制することのできるコンロッドを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】コンロッドモジュールの断面図である。

【図2】図１に示すコンロッドの平面図である。

【図3】図２に示すコンロッドのＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図4】図３に示すコンロッドのＢ部を拡大した図である。

【図5】圧縮成形工程で使用する成形型の断面図で、図２に示すコンロッドのＣ－Ｃ線に沿った部分に対応する断面図であって、原料粉末を充填した状態を示す断面図である。

【図6】圧縮成形工程で使用する成形型の断面図で、図２に示すコンロッドのＣ－Ｃ線に沿った部分に対応する断面図であって、圧縮成形完了時の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0015】

本発明の一実施形態に係るコンロッドモジュール１は、エンジンに組み込まれ、例えば刈払機やブロア等に設けられる排気量１００ｃｃ以下（特に排気量５０ｃｃ以下）の小型エンジン（汎用エンジン）に組み込まれる。コンロッドモジュール１は、図１に示すように、コンロッド１０と軸受２０，３０とからなる。

【0016】

コンロッド１０は、図２及び図３に示すように、大端部１１及び小端部１２と、これらを連結するステム部１３とを一体に有する。大端部１１及び小端部１２は何れも環状をなしており、大端部１１及び小端部１２の内周には貫通孔１１ａ，１２ａが形成されている。ステム部１３には、ステム部１３の延在方向（図１～図３の左右方向）に長大な細長形状の貫通孔１３ａが形成されている。なお、以下では、説明の便宜上、コンロッド１０のステム部１３の延在方向（図１～図３の左右方向）を長手方向、大端部１１及び小端部１２の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａの中心線方向（図１及び図３の上下方向）を厚み方向、長手方向及び厚み方向と直交する方向（図２の上下方向）を幅方向というものとする。

【0017】

上記構成のコンロッド１０は、焼結金属で形成され、詳細には、鉄を主成分とする（例えば鉄を８０質量％以上、好ましくは９０質量％以上含む）鉄系焼結金属で形成される。鉄系焼結金属は例えばニッケル－モリブデン鋼からなり、具体的には、例えばニッケル０．１～５質量％（好ましくは０．５～４質量％）、モリブデン０．１～３質量％（好ましくは０．３～２．５質量％）、炭素０．０５～１質量％（好ましくは０．１～０．５質量％）、残部が鉄である組成を一例として挙げることができる。また、コンロッド１０のヤング率が、１２０ＧＰａ以上でかつ１８０ＧＰａ以下となるように、焼結金属の組成を設定してもよい。

【0018】

また、コンロッド１０の密度は、例えば７．０ｇ／ｃｍ³以上に設定され、好ましくは７．２ｇ／ｃｍ³以上に設定される。一方で、コンロッド１０の密度は、例えば理想的な溶製材の密度である７．８ｇ／ｃｍ³以下、実質的には圧縮成形時の粉末押圧性等を考慮して７．６ｇ／ｃｍ³以下に設定されるのがよい。

【0019】

ここで、大端部１１とステム部１３との密度差、及び小端部１２とステム部１３との密度差が何れも４％以下に設定され、好ましくは何れも３％以下に設定される。この場合、大端部１１の密度と小端部１２の密度ができる限り等しくなるように設定するのがよく、例えば大端部１１の密度は、７．２ｇ／ｃｍ³以上でかつ７．５ｇ／ｃｍ³以下に設定され、小端部１２の密度は、７．２ｇ／ｃｍ³以上でかつ７．５ｇ／ｃｍ³以下に設定されるのがよい。また、ステム部１３の密度は、上述の通り、大端部１１及び小端部１２との密度差が４％以下となる限りにおいて、７．１ｇ／ｃｍ³以上でかつ７．５ｇ／ｃｍ³以下に設定されるのがよい。

【0020】

また、大端部とステム部との密度差、及び小端部とステム部との密度差を何れも３％以下に抑えることで、コンロッドの反りをより効果的に抑制することができるので、大端部の貫通孔と小端部の貫通孔との平行度をより確実に小さくすることが可能となる。そのため、製品ごとのばらつきを抑えて、高品質のコンロッドを安定的に提供することが可能となる。さらに、上述した分割跡が残るように形成されたコンロッドであれば、分割した成形型による圧縮量で大端部及び小端部とステム部の密度の制御も比較的容易であるから、密度差を３％以下としても生産性を確保できる。

【0021】

本実施形態では、ステム部１３の厚み方向寸法Ｄ３は、大端部１１の厚み方向寸法Ｄ１と小端部１２の厚み方向寸法Ｄ２の何れよりも小さい（図３を参照）。図３でいえば、ステム部１３の上側表面１３ｂが大端部１１の上側表面１１ｂと小端部１２の上側表面１２ｂの何れよりもコンロッド１０の厚み方向中央側（図３では下側）に位置すると共に、ステム部１３の下側表面１３ｃが大端部１１の下側表面１１ｃ及び小端部１２の下側表面１２ｃの何れよりも厚み方向中央側（図３では上側）に位置している。この場合、大端部１１の上側表面１１ｂ又は小端部１２の上側表面１２ｂとステム部１３の上側表面１３ｂとの段差、及び、大端部１１の下側表面１１ｃ又は小端部１２の下側表面１２ｃとステム部１３の下側表面１３ｃとの段差は、それぞれ１ｍｍ以下であり、例えば０．５ｍｍ程度である。

【0022】

また、図３に示すように、貫通孔１１ａが開口する大端部１１の下側表面１１ｃとステム部１３の下側表面１３ｃとの間、及び貫通孔１２ａが開口する小端部１２の下側表面１２ｃとステム部１３の下側表面１３ｃとの間にそれぞれ、後述する圧縮成形による成形型４０（図５を参照）の分割跡１４ａ，１４ｂが形成されている。

【0023】

本実施形態では、図４に拡大して示すように、大端部１１の下側表面１１ｃのステム部１３側端部と連続して下側傾斜面１５ｂが設けられると共に、下側傾斜面１５ｂのステム部１３側端部と連続してストレート面１６が設けられている。このストレート面１６は厚み方向に沿って直線状に延びると共に大端部１１の周縁に沿って円弧状に延び、その上端でステム部１３の下側表面１３ｃとつながっている。このストレート面１６で分割跡１４ａが構成されている。よって、この場合、大端部１１の下側表面１１ｃは下側傾斜面１５ｂ及びストレート面１６を介して、ステム部１３の下側表面１３ｃとつながっている。また、下側傾斜面１５ｂとストレート面１６とで大端部１１とステム部１３との段差（図３を参照）が構成されている。また、図示は省略するが、小端部１２側の下側傾斜面１７ｂとステム部１３の下側表面１３ｃとの間にも分割跡１４ｂを構成するストレート面が設けられている。このストレート面も図示は省略するが、大端部１１側のストレート面１６と同様の形状をなし、その上端でステム部１３の下側表面１３ｃとつながっている。よって、この場合、小端部１２の下側表面１２ｃは、下側傾斜面１７ｂ及びストレート面を介して、ステム部１３の下側表面１３ｃとつながっている。また、下側傾斜面１７ｂとストレート面とで小端部１２とステム部１３との段差（図３を参照）が構成されている。

【0024】

なお、本実施形態では、分割跡１４ａ，１４ｂはコンロッド１０の下側表面にのみ形成されており、コンロッド１０の上側表面には形成されていない。そのため、大端部１１の上側表面１１ｂとステム部１３の上側表面１３ｂとが上側傾斜面１５ａを介してつながっている。よって、この場合、上側傾斜面１５ａのみで大端部１１とステム部１３との段差が構成されている。また、小端部１２の上側表面１２ｂとステム部１３の上側表面１３ｂとが上側傾斜面１７ａを介してつながっている。よって、この場合、上側傾斜面１７ａのみで小端部１２とステム部１３との段差が構成されている。

【0025】

大端部１１の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａとの平行度は、φ０．５／１００以下に設定され、好ましくはφ０．３／１００以下に設定される。一方で、焼結金属製コンロッド１０の製造工程上における製造能力等の関係から、大端部１１の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａとの平行度は、φ０．１／１００以上に設定され、好ましくはφ０．２／１００以上に設定される。

【0026】

軸受２０は、例えば図１に示すように、内周面に円筒面状の軌道面２１ａを有する軸受軌道輪としての外輪２１と、外輪２１の内周に収容される複数のころ２２（針状ころ）と、複数のころ２２を周方向等間隔に保持する保持器２３とを有する。軸受３０は、軸受２０と同様の構成を成し、内周面に円筒面状の軌道面３１ａを有する軸受軌道輪としての外輪３１と、外輪３１の内周に収容される複数のころ３２（針状ころ）と、複数のころ３２を周方向等間隔に保持する保持器３３とを有する。

【0027】

外輪２１，３１は、例えば円筒状に形成され、コンロッド１０の大端部１１の貫通孔１１ａ及び小端部１２の貫通孔１２ａにそれぞれ所定の締め代を伴って嵌合（すなわち圧入）固定される。外輪２１，３１は、コンロッド１０よりもヤング率が高い材料で形成され、具体的にはヤング率が１８０ＧＰａを超える材料で形成される。一方、外輪２１，３１のヤング率が高すぎると加工が困難となるため、外輪２１，３１のヤング率は２４０ＧＰａ以下とするのがよい。

【0028】

上記のコンロッド１０は、圧縮成形工程Ｓ１、焼結工程Ｓ２、及びサイジング工程Ｓ３を経て製造される。以下、各工程を詳しく説明する。

【0029】

（Ｓ１）圧縮成形工程
圧縮成形工程Ｓ１では、金属粉末を主成分として含む原料粉末Ｍを成形型４０（何れも図５を参照）に充填して圧縮成形することにより、コンロッド１０と略同形状の圧粉体１１０（図６を参照）を成形する。本実施形態では、鉄、ニッケル、及びモリブデンの合金粉に、炭素粉末（例えば黒鉛粉末）及び潤滑剤（例えば金属セッケン）が添加されたものが原料粉末Ｍとして使用される。ここで、成形型４０は、図５に示すように、ダイ４１、サイドコア４２ａ，４２ｂ、センターコア（図示は省略）、下パンチ４３、及び上パンチ４４を備える。このうち、サイドコア４２ａ，４２ｂは、それぞれ大端部１１の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａに対応しており、センターコアは、ステム部１３の貫通孔１３ａに対応している。

【0030】

上パンチ４４の下面には、コンロッド１０のステム部１３の上側表面１３ｂに対応する第一成形面４４ａと、大端部１１の上側表面１１ｂに対応する第二成形面４４ｂと、小端部１２の上側表面１２ｂに対応する第三成形面４４ｃとが設けられる。また、本実施形態では、第一成形面４４ａと第二成形面４４ｂとの間、及び第一成形面４４ａと第三成形面４４ｃとの間に、上側傾斜面１５ａ，１７ａにそれぞれ対応する第四成形面４４ｄ及び第五成形面４４ｅが設けられている。上パンチ４４の第一成形面４４ａは、第二成形面４４ｂ及び第三成形面４４ｃよりも下方に位置すると共に、これら第一～第五成形面４４ａ～４４ｅが一個の上パンチ４４に一体に設けられている。

【0031】

下パンチ４３の上面には、コンロッド１０のステム部１３の下側表面１３ｃに対応する第一成形面４３ａと、大端部１１の下側表面１１ｃに対応する第二成形面４３ｂと、小端部１２の下側表面１２ｃに対応する第三成形面４３ｃとが設けられる。また、本実施形態では、第一成形面４３ａと第二成形面４３ｂとの間、及び第一成形面４３ａと第三成形面４３ｃとの間に、下側傾斜面１５ｂ，１７ｂにそれぞれ対応する第四成形面４３ｄ及び第五成形面４３ｅが設けられると共に、第四成形面４３ｄと第一成形面４３ａとの間、及び第五成形面４３ｅと第一成形面４３ａとの間に、大端部１１側のストレート面１６と小端部１２側のストレート面（図示は省略）とに対応する第六成形面と第七成形面（図示は省略）が設けられている。

【0032】

ここで、下パンチ４３は、第一成形面４３ａを有する第一分割パンチ４５と、第二成形面４３ｂ並びに第四成形面４３ｄを有する第二分割パンチ４６と、第三成形面４３ｃ並びに第五成形面４３ｅを有する第三分割パンチ４７とで構成されている。これら第一～第三分割パンチ４５～４７は、別個独立に駆動可能とされており、これにより、昇降のタイミング及び上下方向位置を独立して制御可能とされている。図５では、第一成形面４３ａが、成形完了時における第二成形面４３ｂ及び第三成形面４３ｃに対する上下方向位置よりも上方に位置した状態で原料粉末Ｍが充填されている様子を示している。また、上述のように下パンチ４３が三個の分割パンチ４５～４７で構成される場合、第六成形面は、第一分割パンチ４５の第二分割パンチ４６側の側面４５ａで構成され、第七成形面は、第一分割パンチ４５の第三分割パンチ４７側の側面４５ｂで構成される。

【0033】

ダイ４１には、コンロッド１０の外周、具体的には大端部１１の外周面に対応する第一成形面４１ａと、小端部１２の外周面に対応する第二成形面４１ｂ、及びステム部１３の外側面に対応する第三成形面（図示は省略）が設けられる。この場合、ダイ４１の上面４１ｃが、原料粉末Ｍを充填する際のすり切り面となる。

【0034】

次に、上記構成の成形型４０を用いた圧縮成形工程Ｓ１の一例を説明する。まず、図５に示すようにダイ４１、サイドコア４２ａ，４２ｂ、センターコア（図示は省略）、及び下パンチ４３としての第一～第三分割パンチ４５～４７とで区画されたキャビティに原料粉末Ｍを充填する。このとき、第一分割パンチ４５の上面となる第一成形面４３ａは、ダイ４１の上面４１ｃよりも低い位置に設定される一方で、第二分割パンチ４６の上面となる第二成形面４３ｂと、第三分割パンチ４７の上面となる第三成形面４３ｃよりも高い位置に設定される。より正確には、第一成形面４３ａは、第二成形面４３ｂに対して大端部１１とステム部１３との段差分よりも高い位置に設定されると共に、第三成形面４３ｃに対して小端部１２とステム部１３との段差分よりも高い位置に設定される。この状態で、ダイ４１の上面４１ｃがすり切り面となるように原料粉末Ｍを充填することにより、ダイ４１とサイドコア４２ａ，４２ｂ、及び下パンチ４３の第一～第五成形面４３ａ～４３ｅで挟まれた領域（キャビティ）に原料粉末Ｍが満たされる。

【0035】

この際、例えば第一成形面４３ａにより成形すべきステム部１３の厚み方向寸法Ｄ３に対する第一成形面４３ａ上の原料粉末Ｍの充填高さの比（すなわちステム部１３の圧縮比）が、第二成形面４３ｂにより成形すべき大端部１１の厚み方向寸法Ｄ１に対する第二成形面４３ｂ上の原料粉末Ｍの充填高さの比（すなわち大端部１１の圧縮比）よりも小さくなるよう、各分割パンチ４５，４６の高さ位置が設定される。同様に、上記ステム部１３の圧縮比は、第三成形面４３ｃにより成形すべき小端部１２の厚み方向寸法Ｄ２に対する第三成形面４３ｃ上の原料粉末Ｍの充填高さの比（すなわち小端部１２の圧縮比）よりも小さくなるよう、各分割パンチ４５，４７の高さ位置が設定される。

【0036】

そして、図５に示す状態から、上パンチ４４を下降させ、キャビティに充填された原料粉末Ｍを上方から押し込む。これにより、図６に示すように、第一成形面４３ａ上の原料粉末Ｍが上下パンチ４３，４４の第一成形面４３ａ，４４ａで圧縮され、圧粉体１１０のステム部１３に対応する部分が成形される。また、第二成形面４３ｂ及び第四成形面４３ｄ上の原料粉末Ｍが上下パンチ４３，４４の第二成形面４３ｂ，４４ｂ及び第四成形面４３ｄ，４４ｄで圧縮され、圧粉体１１０の大端部１１に対応する部分が成形されると共に、第三成形面４３ｃ及び第五成形面４３ｅ上の原料粉末Ｍが上下パンチ４３，４４の第三成形面４３ｃ，４４ｃ及び第五成形面４３ｅ，４４ｅで圧縮され、圧粉体１１０の小端部１２に対応する部分が成形される。これにより、コンロッド１０に準じた形状をなす圧粉体１１０の成形が完了する。

【0037】

ところで、本実施形態のように、成形すべきステム部１３の厚み方向寸法Ｄ３が、成形すべき大端部１１の厚み方向寸法Ｄ１及び小端部１２の厚み方向寸法Ｄ２よりも小さい場合、圧粉体１１０のステム部１３に対応する部分の密度が大端部１１及び小端部１２に対応する部分の密度よりも高くなる傾向がある。この点に関し、本実施形態では、成形型４０の下パンチ４３を分割し、各分割パンチ４５～４７の高さ位置を別個に調整することにより、大端部１１に対応する部分の圧縮比と小端部１２に対応する部分の圧縮比、及びステム部１３に対応する部分の圧縮比をそれぞれ所定の大きさに調整した。具体的には、ステム部１３に対応する部分の圧縮比が、大端部１１に対応する部分及び小端部１２に対応する部分の圧縮比よりも小さくなるよう、各成形面４３ａ～４３ｃの充填時及び圧縮時の高さ位置を調整した。これにより、圧粉体１１０の大端部１１に対応する部分とステム部１３に対応する部分との密度差、及び小端部１２に対応する部分とステム部１３に対応する部分との密度差を何れも所定の比率以下、具体的には許容範囲上限となる４％以下（好ましくは３％以下）に抑制することができる。なお、大端部１１に対応する部分の密度、小端部１２に対応する部分の密度、及びステム部１３に対応する部分の密度は、例えば図２の破線で示す位置で切断して得た分割片の密度をそれぞれ測定することにより得られる。

【0038】

なお、図５に示す構成の成形型４０を用いて圧粉体１１０の成形を行った場合、得られた圧粉体１１０の大端部１１の下側表面１１ｃに対応する部分とステム部１３の下側表面１３ｃに対応する部分との間には、第一分割パンチ４５と第二分割パンチ４６との金型合わせ部となる分割跡１４ａが形成される。同様に、圧粉体１１０の小端部１２の下側表面１２ｃに対応する部分とステム部１３の下側表面１３ｃに対応する部分との間には、第一分割パンチ４５と第三分割パンチ４７との金型合わせ部となる分割跡１４ｂが形成される。これら分割跡１４ａ，１４ｂはともに、下側傾斜面１５ｂ，１７ｂに対応する部分と、ステム部１３の下側表面１３ｃに対応する部分との間に形成される（図４を参照）。

【0039】

（Ｓ２）焼結工程
次に、上記の圧粉体１１０を所定温度で所定時間加熱することにより、圧粉体１１０と略同形状を成した焼結体を得る。この際、圧粉体１１０の大端部１１に対応する部分とステム部１３に対応する部分との密度差、及び小端部１２に対応する部分とステム部１３に対応する部分の密度差がともに４％以下であるため、この圧粉体１１０が有する反り等の変形が焼結により助長される事態を可及的に防止できる。また、焼結時には、ワークとなる圧粉体１１０を整列させるためにトレーを用いることがあるが、このトレーが平坦な面形状だと、トレー上にワークとなる圧粉体１１０を載置した際、ステム部１３に対応する部分とトレーとの間に生じた隙間により自重で反り等の変形が助長されるおそれがある。この点に関し、例えば図示は省略するが、圧粉体１１０のステム部１３に対応する部分に当接可能な段付きのトレーを用いることで、より好ましくは一対の段付きトレーで圧粉体１１０を挟み込んだ状態で整列させ、焼結処理を施すことにより、焼結体の歪みを低減することができる。

【0040】

（Ｓ３）サイジング工程
次に、焼結体に再圧縮処理（サイジング処理）を施すことにより、焼結体を矯正して、所定の形状精度に仕上げる。ここでは、具体的なサイジング用金型及びその使用態様についての説明は省略するが、サイジング工程ではダイと上下パンチとを上下方向に近接することにより、焼結体を再圧縮して全体形状を矯正すると共に、貫通孔１１ａ，１２ａに対応した二本のコアを立設しておき、上述のように再圧縮することで貫通孔１１ａ，１２ａに対応する部分を再成形する。これにより貫通孔１１ａ，１２ａの形状精度、例えば真円度を所定の精度に仕上げる。この際、図示は省略するが、各コアの基端側（下側）を治具に固定し、コアの姿勢を従来に比べて強固に保持することにより、サイジング時におけるコアの傾きが抑制される。これにより焼結体の矯正力を向上させることができるので、焼結体の変形をより一層効果的に抑制することが可能となる。以上の工程を経て、図２及び図３に示すコンロッド１０が完成する。

【0041】

以上述べたように、本発明に係る焼結金属製コンロッド１０によれば、大端部１１とステム部１３との密度差、及び小端部１２とステム部１３との密度差を何れも４％以下にすることができる。上述した密度差が４％以下であれば、圧粉体１１０の反りを抑制することができるので、焼結体の反りを抑制することが可能となる。そのため、大端部１１の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａとの平行度を小さくすることができ、これら貫通孔１１ａ，１２ａに取付けられる軸受２０，３０の片当たりに起因した早期摩耗や、ピストンの傾きに起因した異音の発生を可及的に防止することが可能となる。

【0042】

また、本実施形態に示すように、圧縮成形工程Ｓ１において成形型４０を上述の構成とすることに加えて、焼結工程Ｓ２で上述の如きトレーを用い、又は／及びサイジング工程Ｓ３で上述の如き構成の再圧縮用金型を用いることによって、大端部１１の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａとの平行度がφ０．５／１００以下の、好ましくはφ０．３／１００以下の焼結金属製コンロッド１０を得ることができる。このように、大端部１１の貫通孔１１ａと小端部１２の貫通孔１２ａとの平行度を、φ０．５／１００以下にすることで、これら貫通孔１１ａ，１２ａに取付けられる部品、具体的には図１に示す軸受２０，３０、及びこれら軸受２０，３０に連結されるピストンやクランクシャフト（図示は省略）などの位置決め精度を保証することができる。よって、これら部品をコンロッド１０に取付けてなるコンロッドモジュール１の性能を保証して、軸受２０，３０の早期摩耗や異音の発生をより確実に防止することが可能となる。

【0043】

また、本実施形態のように、分割跡１４ａ（１４ｂ）として、厚み方向に沿って直線状に延び、その上端でステム部１３の下側表面１３ｃとつながるストレート面１６を設けることで、大端部１１に対応する第二分割パンチ４６の上面角部（下側傾斜面１５ｂを成形するための第四成形面４３ｄの端部）を保護することができる。よって、金型寿命を延ばすと共に安定した品質の圧粉体１１０、ひいては焼結金属製コンロッド１０を量産することが可能となる。

【0044】

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る焼結金属製コンロッドは上記の形態には限られない。本発明の範囲内において任意の構成をとり得ることはもちろんである。

【0045】

例えば、上記実施形態では、圧縮成形による成形型４０の分割跡１４ａ，１４ｂとして、厚み方向に沿って直線状に延び、その上端でステム部１３の下側表面１３ｃとつながるストレート面１６を例示したが、もちろんこれには限定されない。金型合わせ部として完成品としての焼結金属製コンロッド１０の表裏一方の表面に現れる限りにおいて、分割跡１４ａ，１４ｂは任意の形態をとることが可能である。

【0046】

また、上記実施形態では、原料粉末Ｍの充填時（図５）と圧縮成形完了時（図６）とで、第一分割パンチ４５の高さ位置を不変とした場合を例示したが、もちろんこれには限定されない。例えば原料粉末Ｍの充填時に比べて圧縮成形時における第一分割パンチ４５の高さ位置を上下何れの方向に移動させてもよい。要は、第一成形面４３ａが、成形完了時における第二成形面４３ｂ及び第三成形面４３ｃに対する第一成形面４３ａの上下方向位置よりも上方に位置した状態で原料粉末Ｍが充填される限りにおいて、各成形面４３ａ～４３ｃの上下方向位置は任意に設定可能である。

【符号の説明】

【0047】

１ コンロッドモジュール
１０ 焼結金属製コンロッド
１１ 大端部
１２ 小端部
１１ａ，１２ａ 貫通孔
１１ｂ，１２ｂ 上側表面
１１ｃ，１２ｃ 下側表面
１３ ステム部
１３ａ 貫通孔
１３ｂ 上側表面
１３ｃ 下側表面
１４ａ，１４ｂ 分割跡
１５ａ，１７ａ 上側傾斜面
１５ｂ，１７ｂ 下側傾斜面
１６ ストレート面
２０，３０ 軸受
２１，３１ 外輪
２１ａ，３１ａ 軌道面
２２，３２ ころ
２３，３３ 保持器
４０ 成形型
４１ ダイ
４２ａ，４２ｂ サイドコア
４３ 下パンチ
４３ａ 第一成形面（ステム部の下側表面）
４３ｂ 第二成形面（大端部の下側表面）
４３ｃ 第三成形面（小端部の下側表面）
４３ｄ 第四成形面（大端部側の下側傾斜面）
４３ｅ 第五成形面（小端部側の下側傾斜面）
４４ 上パンチ
４４ａ 第一成形面（ステム部の上側表面）
４４ｂ 第二成形面（大端部の上側表面）
４４ｃ 第三成形面（小端部の上側表面）
４４ｄ 第四成形面（大端部側の上側傾斜面）
４４ｅ 第五成形面（小端部側の上側傾斜面）
４５ 第一分割パンチ
４６ 第二分割パンチ
４７ 第三分割パンチ
１１０ 圧粉体
Ｍ 原料粉末

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】