特許 7521419 コンロッドおよびその製造方法

(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】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】コンロッドおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02B 75/32 20060101AFI20240717BHJP

   F02B 77/00 20060101ALI20240717BHJP

   F16C 7/02 20060101ALI20240717BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

F02B75/32 B

F02B77/00 B

F16C7/02

F16F15/02 J

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020213920

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022099869

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-09-19

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０１９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】阪井 博行

(72)【発明者】

【氏名】市川 和男

(72)【発明者】

【氏名】本田 雄一

(72)【発明者】

【氏名】乃生 芳尚

(72)【発明者】

【氏名】中橋 宏和

【審査官】佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１８１２３０８９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０２３４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０３４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３２００１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ７５／３２

Ｆ０２Ｂ ７７／００

Ｆ１６Ｃ ７／０２

Ｆ１６Ｆ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンのピストンとクランクシャフトとを連結するコンロッドであって、
前記ピストンにピストンピンを介して結合される小端部と、
前記クランクシャフトにクランクピンを介して結合される大端部と、
前記小端部と前記大端部とを連結する連結部と、
前記連結部に形成された空隙に封入され、前記ピストンの往復動時に摩擦熱を発生可能な粉体とを備え、
前記空隙は、前記連結部における前記小端部側の端部を含む領域に形成された第１空隙部と、当該第１空隙部よりも前記大端部に近い領域において前記第１空隙部とは独立して形成された第２空隙部とを含み、
前記第２空隙部は、前記大端部から前記小端部に向かうにつれて狭くなる形状を有し、
前記大端部は、前記連結部に連なる第１部分と、当該第１部分に締結部材を介して着脱可能に結合される第２部分とを有し、
前記第１部分および前記第２部分は、前記連結部の軸心に対し傾斜した分割面に沿って分割され、
前記第２空隙部は、前記第２部分および前記第１部分を貫通して前記連結部へと至る傾斜した締結孔の一部により構成される、ことを特徴とするコンロッド。

【請求項2】

エンジンのピストンにピストンピンを介して結合される小端部と、エンジンのクランクシャフトにクランクピンを介して結合される大端部と、前記小端部と前記大端部とを連結する連結部とを備えたコンロッドを製造する方法であって、
前記連結部を穿孔加工することにより空隙を形成する工程と、
形成した前記空隙に粉体を導入する工程と、
前記穿孔加工時の入口を塞ぐことにより前記空隙内に前記粉体を封入する工程とを含む、ことを特徴とする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、エンジンのピストンとクランクシャフトとを連結するコンロッドおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シリンダ内に往復動可能に収容されるピストンを備えたエンジン（レシプロエンジン）では、燃焼圧力を起振力とした振動がピストンからコンロッド（コネクティングロッド）を介してクランクシャフトに伝達され、さらにクランクシャフトの振動が軸受部等を介してシリンダブロック等の筐体に伝達される。エンジンが車載用エンジンである場合において、シリンダブロック等の筐体に大きな振動が生じると、その振動は車両に伝達されて車両の乗り心地を悪化させる。特に、近年のエンジンでは、熱効率の一層の向上を目的として、高圧縮比化やピストン等の部品の軽量化が図られているため、燃焼圧力に起因したエンジンの振動が増大し易くなっている。このため、車両の乗り心地を良好に維持する等の観点から、エンジンの振動低減を図るためのより有効な対策が求められている。

【0003】

例えば、下記特許文献１には、コンロッドの大端部（クランクシャフトとの結合部）にコンロッドキャップダンパを設けることが開示されている。コンロッドキャップダンパは、大端部の両側のボス部に固定された一対の固定部と、大端部の下側の外周に沿って両固定部を連結する弾性変形可能な支持部と、支持部により振動可能に支持された質量部とを有している。このような構造のコンロッドキャップダンパは、ピストンが往復動するエンジンの稼働時に、質量部がピストンおよびコンロッドと略逆位相に振動することにより、ピストンおよびコンロッドの共振およびこれに基づくエンジンの振動を低減し得るとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１６１３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のようにコンロッドキャップダンパをコンロッドに追加する特許文献１の構造では、コンロッドキャップダンパの分だけコンロッドの重量が増加するため、軽量化による熱効率の向上効果が減損されかねない。

【0006】

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、軽量化と振動低減とを両立することが可能なコンロッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンのピストンとクランクシャフトとを連結するコンロッドであって、前記ピストンにピストンピンを介して結合される小端部と、前記クランクシャフトにクランクピンを介して結合される大端部と、前記小端部と前記大端部とを連結する連結部と、前記連結部に形成された空隙に封入され、前記ピストンの往復動時に摩擦熱を発生可能な粉体とを備え、前記空隙は、前記連結部における前記小端部側の端部を含む領域に形成された第１空隙部と、当該第１空隙部よりも前記大端部に近い領域において前記第１空隙部とは独立して形成された第２空隙部とを含み、前記第２空隙部は、前記大端部から前記小端部に向かうにつれて狭くなる形状を有し、前記大端部は、前記連結部に連なる第１部分と、当該第１部分に締結部材を介して着脱可能に結合される第２部分とを有し、前記第１部分および前記第２部分は、前記連結部の軸心に対し傾斜した分割面に沿って分割され、前記第２空隙部は、前記第２部分および前記第１部分を貫通して前記連結部へと至る傾斜した締結孔の一部により構成される、ことを特徴とするものである（請求項１）。

【0008】

ピストンが往復動するエンジンの稼働時、コンロッドは、上死点付近にあるピストンに加わる燃焼圧力による起振力の影響で、クランクシャフトの回転周期よりも短い周期で（つまり比較的高い周波数で）伸縮方向に振動する。このようなコンロッドの短周期振動は、クランクシャフトを通じてエンジンの筐体（シリンダブロック等）に伝達され、エンジン全体に不快な振動を生じさせる可能性がある。これに対し、本発明では、コンロッドの空隙内に封入された粉体の作用によりコンロッドの振動ひいてはエンジンの振動を効果的に低減することができる。

【0009】

すなわち、エンジンの稼働時は、上述したコンロッドの短周期振動が、ピストンの往復動に伴うコンロッドの運動（回転および往復動）と併せて起きることにより、空隙内において粉体が激しく振動する。これにより、粉体の粒子どうしの摩擦および当該粒子と空隙の壁面との摩擦が起きて摩擦熱が発生する結果、振動エネルギーを熱エネルギーに変換することができ、コンロッドの振動を低減することができる。

【0010】

また、コンロッドの運動に伴い生じる慣性力により、粉体が空隙内で上下動する結果、例えばピストンが最も上昇する上死点の近傍で粉体を空隙の上壁に衝突させることができる。このような粉体の衝突は、ピストンに対し下向きに作用する燃焼圧力とは反対方向の起振力、つまり逆起振力をもたらす。したがって、ピストンに大きな燃焼圧力が加わる上死点の近傍において粉体を空隙の上壁に衝突させることにより、燃焼圧力による起振力を前記逆起振力により弱めることができ、燃焼圧力に起因したコンロッドの振動を低減することができる。

【0011】

そして、以上のようなメカニズムでコンロッドの振動が低減されることにより、コンロッドからクランクシャフトを通じてエンジンの筐体（シリンダブロック等）に伝達される振動を低減することができ、非常に制振性に優れたエンジンを実現することができる。

【0012】

さらに、本発明のコンロッドの構造は、連結部に空隙を形成した上で当該空隙に粉体を封入する構造であるから、コンロッドの重量増加を抑制することができ、コンロッドを含むエンジンの軽量化を図ることができる。

【0013】

本発明において、前記空隙は、前記連結部における前記小端部側の端部を含む領域に形成された第１空隙部と、当該第１空隙部よりも前記大端部に近い領域において前記第１空隙部とは独立して形成された第２空隙部とを含む。このような構成によれば、第１空隙部および第２空隙部にそれぞれ封入された粉体の作用によりコンロッドの振動を効果的に低減することができる。

【0014】

すなわち、連結部における小端部側の端部（上端部）は、ピストンの往復動に伴いほぼ上下方向に沿って移動する。当該端部の上下方向の移動に応じて、第１空隙部内の粉体も上下方向に移動し、例えば上死点の近傍において、粉体が第１空隙部の上壁に衝突し得る。このように、ピストンに大きな燃焼圧力が加わる上死点の近傍において、小端部に近い第１空隙部（言い換えれば起振力が直接加わるピストンに近い空隙部）の上壁に粉体を衝突させることにより、当該衝突に伴う逆起振力の作用を増大させて振動低減効果を高めることができる。

【0016】

一方、連結部における大端部側の端部（下端部）は、概ね円軌道に沿って回転運動する。当該端部の回転運動に応じ、第２空隙部内の粉体は、当該空隙部の壁面に沿って転がり回るような挙動をする。そして、このような粉体の挙動が摩擦熱を増大させることにより、摩擦熱による振動低減効果を高めることができる。

【0018】

本発明において、前記第２空隙部は、前記大端部から前記小端部に向かうにつれて狭くなる形状を有する。このような構成によれば、第２空隙部内において粉体が小端部側に移動（第２空隙部の上部に移動）するのに伴い、粉体の密集度がより高まり、摩擦熱の発生が促進される。しかも、このような高い密集度による高い摩擦熱が、燃焼圧による大きな起振力が加わる上死点の近傍で発生することが期待されるので、摩擦熱による振動低減効果をより高めることができる。

【0020】

本発明において、前記大端部は、前記連結部に連なる第１部分と、当該第１部分に締結部材を介して着脱可能に結合される第２部分とを有する。また、前記第１部分および前記第２部分は、前記連結部の軸心に対し傾斜した分割面に沿って分割され、前記第２空隙部は、前記第２部分および前記第１部分を貫通して前記連結部へと至る傾斜した締結孔の一部により構成される。このような構成によれば、粉体の封入先である第２空隙部を、締結孔を加工する際に同時に形成できるので、コンロッドの製造効率を向上させることができる。

【0021】

また、本発明は、エンジンのピストンにピストンピンを介して結合される小端部と、エンジンのクランクシャフトにクランクピンを介して結合される大端部と、前記小端部と前記大端部とを連結する連結部とを備えたコンロッドを製造する方法であって、前記連結部を穿孔加工することにより空隙を形成する工程と、形成した前記空隙に粉体を導入する工程と、前記穿孔加工時の入口を塞ぐことにより前記空隙内に前記粉体を封入する工程とを含む、ことを特徴とするものである（請求項２）。

【0022】

本発明の製造方法によれば、空隙に粉体が封入された上述したコンロッドを比較的容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、本発明によれば、軽量化と振動低減とを両立することが可能なコンロッドおよびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態に係るコンロッドを備えたエンジンの断面図である。

【図2】上記コンロッドの詳細構造を示す分解斜視図である。

【図3】カバー板を取り付けた状態の上記コンロッドの正面図である。

【図4】カバー板を取り外した状態の上記コンロッドの正面図である。

【図5】第３凹部内の粉体の挙動を説明するための模式図である。

【図6】第１凹部内の粉体の挙動を説明するための模式図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係るコンロッドの正面図である。

【図8】図７のVIII－VIII線に沿った断面図である。

【図9】図８のIX－IX線に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0026】

（エンジンの全体構成）
図１は、第１実施形態に係るコンロッド１を備えたエンジンＥの断面図である。本図に示されるエンジンＥは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリン直噴エンジンである。このエンジンＥは、シリンダ２を内部に備えるシリンダブロック３と、シリンダ２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、シリンダブロック３の下面に取り付けられ、当該シリンダブロック３と協働してクランク室１７を形成するクランクケース５と、シリンダ２に往復動可能に挿入されたピストン６と、エンジンＥの出力軸としてピストン６の下方に設けられたクランクシャフト９と、ピストン６とクランクシャフト９とを連結する上記コンロッド１とを備えている。なお、本明細書において、上下方向はシリンダ２の中心軸の方向（シリンダ軸方向）と同義であり、燃焼室７側が「上」、その反対側（クランク室１７側）が「下」である。

【0027】

ピストン６の上方には燃焼室７が画成されている。燃焼室７には、ガソリンを含有する燃料が図外のインジェクタからの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室７で空気と混合されつつ図外の点火プラグによる点火により燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン６が上下方向に往復動する。

【0028】

ピストン６には、図１の紙面に直交する方向（前後方向）に延びるピストンピン６ａが取り付けられている。

【0029】

クランクシャフト９は、回転中心として機能するジャーナル部９ａと、ジャーナル部９ａに対し偏心した位置に設けられたクランクピン９ｂとを有している。

【0030】

コンロッド１は、上側（ピストン６側）の端部である小端部２１と、下側（クランクシャフト９側）の端部である大端部２２と、小端部２１と大端部２２とを連結する連結部２３とを有している。小端部２１は、ピストンピン６ａを介してピストン６に結合されており、大端部２２は、クランクピン９ｂを介してクランクシャフト９に結合されている。すなわち、コンロッド１は、ピストンピン６ａおよびクランクピン９ｂに対し回転可能な状態でピストン６とクランクシャフト９とを互いに連結している。ピストン６の往復運動（上下運動）は、コンロッド１により回転運動に変換された上でクランクシャフト９に伝達され、クランクシャフト９を中心軸（ジャーナル部９ａの軸心）回りに回転させる。

【0031】

シリンダヘッド４には、燃焼室７に空気を導入するための吸気ポート１０と、燃焼室７で生成された排気ガスを導出するための排気ポート１１と、吸気ポート１０の燃焼室７側の開口を開閉する吸気弁１２と、排気ポート１１の燃焼室７側の開口を開閉する排気弁１３とが設けられている。なお、本実施形態のエンジンＥのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、シリンダヘッド４には、１つのシリンダ２に対し、図１の紙面に直交する方向に並ぶ２つの吸気ポート１０および２つの排気ポート１１が設けられるとともに、各ポートに対応した２つの吸気弁１２および２つの排気弁１３が設けられている。

【0032】

吸気弁１２および排気弁１３は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランクシャフト９の回転に連動して開閉駆動される。

【0033】

シリンダブロック３の内部には、潤滑用のオイル（エンジンオイル）が流通するオイルギャラリ１４が設けられている。シリンダブロック３の内壁にはオイルジェット１５が取り付けられている。オイルジェット１５は、その先端のノズル１５ａがピストン６の下方に位置するように配設されている。オイルジェット１５は、図外のオイルポンプからオイルギャラリ１４に送出されたオイルをノズル１５ａを通じてピストン６の下側から噴射する。

【0034】

（コンロッドの構造）
図２は、コンロッド１の詳細構造を示す分解斜視図である。本図に示すように、コンロッド１は、上述した小端部２１、大端部２２、および連結部２３に加えて、前後一対のカバー板２５を備えている。すなわち、コンロッド１の厚み方向（後述するピン孔２１ａ，２２ａの中心軸方向と同じ）の一方側であって図２の手前側を「前」、その反対側を「後」としたとき、連結部２３の前面および後面には、それぞれカバー板２５が取り付けられている。なお、図２に示されるコンロッド１と図１に示したコンロッド１とはその形状が異なっているが、これは図１が概略図だからである。つまり、コンロッド１の形状は、図１よりも図２において忠実に表されている。

【0035】

図３は、カバー板２５を取り付けた状態のコンロッド１の正面図、図４は、カバー板２５を取り外した状態のコンロッド１の正面図である。これら図３、図４および先の図２に示すように、コンロッド１の連結部２３の前面には凹部２４（空隙）が形成されている。凹部２４は、上下に並ぶ３つの凹部２４ａ～２４ｃから構成されている。上から順に第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂ、第３凹部２４ｃとすると、上側の第１凹部２４ａと下側の第３凹部２４ｃの内部には、それぞれ粉体４０が配置されている（図４参照）。なお、第１凹部２４ａは本発明における「第１空隙部」に相当し、第３凹部２４ｃは本発明における「第２空隙部」に相当する。

【0036】

第１～第３凹部２４ａ～２４ｃは、それぞれ連結部２３の前面を部分的に後方に凹ませる（連結部２３の肉厚を部分的に減少させる）ことによって形成されている。カバー板２５は、正面視において連結部２３に対応する外形を有するように形成された板材であり、第１～第３凹部２４ａ～２４ｃの各開放面を全て閉塞するように連結部２３の前面に取り付けられる。具体的に、カバー板２５は、凹部２４の周囲に形成された複数のネジ孔２８に螺合される複数のビス２７を介して、連結部２３の前面を全体的に覆う状態で連結部２３に結合される。これにより、凹部２４の開放面（第１～第３凹部２４ａ～２４ｃの各開放面）がカバー板２５によって閉塞され、凹部２４（第１凹部２４ａおよび第３凹部２４ｃ）の内部に粉体４０が封入される。なお、図示は省略するが、連結部２３の前面だけでなく後面にも、凹部２４（第１～第３凹部２４ａ～２４ｃ）と同様の凹部が形成されるとともに、当該凹部には粉体４０が配置される。また、連結部２３の後面には当該凹部を閉塞するカバー板２５が取り付けられる。つまり、以下の説明における第１～第３凹部２４ａ～２４ｃおよびこれに関連する構成は、特に断らない限り連結部２３の前面および後面のいずれにも適用されるものである。

【0037】

第１凹部２４ａは、小端部２１に近い連結部２３の上側領域に形成されている。第３凹部２４ｃは、大端部２２に近い連結部２３の下側領域に形成されている。第２凹部２４ｂは、第１凹部２４ａと第３凹部２４ｃとの間に位置する連結部２３の中間領域に形成されている。第１凹部２４ａと第２凹部２４ｂとの間には第１隔壁Ｗ１が形成され、第２凹部２４ｂと第３凹部２４ｃとの間には第２隔壁Ｗ２が形成されている。すなわち、第１凹部２４ａと第２凹部２４ｂとが第１隔壁Ｗ１によって互いに分離され、第２凹部２４ｂと第３凹部２４ｃとが第２隔壁Ｗ２によって互いに分離されている。第１隔壁Ｗ１および第２隔壁Ｗ２は、連結部２３の幅方向（連結部２３の軸方向および前後方向の双方と直交する方向）に沿って互いに平行に延びるように形成されている。

【0038】

第１凹部２４ａおよび第２凹部２４ｂは、連結部２３の軸方向（上下方向）に沿って略一定の幅をもって当該軸方向に延びる形状を有している。第１凹部２４ａの軸方向長さは、第２凹部２４ｂのそれよりも短く設定されている。第３凹部２４ｃは、第２隔壁Ｗ２から大端部２２の近傍（連結部２３の下端）にかけて軸方向に延び、かつ大端部２２に近づくほど幅が拡大するように形成されている。言い換えると、第３凹部２４ｃは、大端部２２から小端部２１に向かうにしたがって幅が縮小する（狭まる）ように形成されている。連結部２３の下端部は、このような第３凹部２４ｃに対応する形状、つまり大端部２２に近づくほど（下側ほど）幅が拡大する形状を有している。

【0039】

粉体４０は、多数の微細な粒子の集合体である。例えば、粉体４０の各粒子は、１０μｍ以上５０μｍ以下の粒径（直径）を有する硬質の球体とすることができる。粉体４０の各粒子の材質は、耐衝撃性などの所要の性質を有するものであれば特に限定されないが、例えば純アルミニウム（ＡＬ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、アルミナ（ＡＬ_２Ｏ_３）、もしくはガラス（ＳｉＯ_２）が好適である。

【0040】

粉体４０は、その封入先の凹部（つまり第１凹部２４ａまたは第３凹部２４ｃ）の容積に対する粉体４０の体積の割合である充填率が２５％以上６０％以下になるように、各凹部２４ａ，２４ｃに封入されている。充填率が１００％未満であるため、粉体４０と凹部の壁面との間にはクリアランスが生じる。すなわち、加速度が０Ｇの自然状態において、第１凹部２４ａの上壁と当該凹部２４ａ内の粉体４０の上面との間、および第３凹部２４ｃの上壁（第２隔壁Ｗ２）と当該凹部２４ｃ内の粉体４０の上面との間には、それぞれ適当なクリアランスが確保されるようになっている。

【0041】

小端部２１は、連結部２３の上端に連なる円環状のボス部である。小端部２１は、ピストンピン６ａ（図１）を挿入するためのピン孔２１ａを有している。コンロッド１は、ピストン６に固定されたピストンピン６ａがピン孔２１ａに挿入されることにより、ピストンピン６ａ（ピン孔２１ａ）の中心軸回りに回転可能な状態でピストン６に接続される。

【0042】

大端部２２は、連結部２３の下端に連なる略円環状のボス部である。大端部２２は、クランクピン９ｂ（図１）を挿入するためのピン孔２２ａを有している。大端部２２の内径（ピン孔２２ａの直径）は、小端部２１の内径（ピン孔２１ａの直径）よりも大きい。コンロッド１は、クランクシャフト９に備わるクランクピン９ｂがピン孔２２ａに挿入されることにより、クランクピン９ｂ（ピン孔２２ａ）の中心軸回りに回転可能な状態でクランクシャフト９に接続される。

【0043】

大端部２２は、連結部２３と一体の本体部３１と、本体部３１に対し下側から着脱可能に結合されるキャップ部３２とを有する２分割構造とされている。本体部３１は、ピン孔２２ａの上半分を規定する部分であり、上側に凸の略半円弧状に形成されている。キャップ部３２は、ピン孔２２ａの下半分を規定する部分であり、下側に凸の略半円弧状に形成されている。キャップ部３２は、左右一対のコンロッドボルト３３を介して、本体部３１の下面に着脱可能に結合されている。

【0044】

（製造方法）
次に、以上のような構造のコンロッド１を製造する方法について説明する。本実施形態によるコンロッド１の製造方法は、鍛造によりコンロッド１を製造する方法であり、次のような各工程を含む。

【0045】

まず、クローム鋼やクロームモリブデン鋼などの鋼材を鍛造することにより、小端部２１、連結部２３、および大端部２２（本体部３１およびキャップ部３２）を一体に含んだコンロッド素材を形成する。この鍛造により、連結部２３の前面および後面には上述した凹部２４（第１～第３凹部２４ａ～２４ｃ）が形成される。

【0046】

次いで、連結部２３に対し、その凹部２４の周囲に複数のネジ孔２８（図４）を形成する機械加工を施す。また、大端部２２に対し、その両側部にそれぞれボルト孔３４を形成する機械加工を施す。

【0047】

次いで、大端部２２を上下に２分割し、本体部３１からキャップ部３２を分離させる。その後、一対のコンロッドボルト３３をそれぞれボルト孔３４に螺合することにより、本体部３１とキャップ部３２とを締結し、その状態で大端部２２のピン孔２２ａに仕上げ加工（ピン孔２２ａを真円にするための加工）を施す。また、小端部２１のピン孔２１ａにも同様の仕上げ加工を施す。

【0048】

次いで、連結部２３の凹部２４に規定の充填率で粉体４０を充填（導入）する。すなわち、連結部２３の前面に形成された第１凹部２４ａおよび第３凹部２４ｃにそれぞれ規定の充填率で粉体４０を充填するとともに、連結部２３の後面に形成された第１凹部２４ａおよび第３凹部２４ｃにそれぞれ規定の充填率で粉体４０を充填する。その後、予め用意しておいたてカバー板２５を、ビス２７（図２）を用いて連結部２３の前面および後面に締結する。

【0049】

以上の各工程により、凹部２４（第１凹部２４ａおよび第３凹部２４ｃ）に粉体４０が封入されたコンロッド１が完成する。

【0050】

（作用効果）
以上説明したとおり、本発明の第１実施形態では、コンロッド１の連結部２３に形成された凹部２４（詳しくはその第１凹部２４ａおよび第３凹部２４ｃ）に粉体４０が封入されるので、コンロッド１の軽量化を図りつつエンジンＥの振動を低減できるという利点がある。

【0051】

ピストン６が往復動するエンジンＥの稼働時、コンロッド１は、上死点付近にあるピストン６に加わる燃焼圧力による起振力の影響で、クランクシャフト９の回転周期よりも短い周期で（つまり比較的高い周波数で）伸縮方向に振動する。このようなコンロッド１の短周期振動が、ピストン６の往復動に伴うコンロッド１の運動（回転および往復動）と併せて起きることにより、粉体４０は凹部２４の内部で激しく振動する。これにより、粉体４０の粒子どうしの摩擦および当該粒子と凹部２４の壁面との摩擦が起きて摩擦熱が発生する結果、振動エネルギーを熱エネルギーに変換することができ、コンロッド１の振動を低減することができる。

【0052】

また、コンロッド１の運動に伴い生じる慣性力により、粉体４０が凹部２４内で上下動する結果、例えばピストン６が最も上昇する上死点の近傍で粉体４０を凹部２４の上壁に衝突させることができる。すなわち、第１凹部２４ａに封入された粉体４０を第１凹部２４ａの上壁に衝突させるとともに、第３凹部２４ｃに封入された粉体４０を第３凹部２４ｃの上壁（第２隔壁Ｗ２）に衝突させることができる。このような粉体４０の衝突は、ピストン６に対し下向きに作用する燃焼圧力とは反対方向の起振力、つまり逆起振力をもたらす。したがって、ピストン６に大きな燃焼圧力が加わる上死点の近傍において粉体４０を凹部２４の上壁に衝突させることにより、燃焼圧力による起振力を上記逆起振力により弱めることができ、燃焼圧力に起因したコンロッド１の振動を低減することができる。

【0053】

そして、以上のようなメカニズムでコンロッド１の振動が低減されることにより、コンロッド１からクランクシャフト９を通じてエンジンＥの筐体（シリンダブロック３等）に伝達される振動を低減することができ、非常に制振性に優れたエンジンを実現することができる。

【0054】

さらに、第１実施形態のコンロッド１の構造は、連結部２３に凹部２４を形成した上で当該凹部２４に粉体４０を封入する構造であるから、従来からあるコンロッドの構造を基本的に踏襲しつつ（従来から一般に連結部には軽量化のため凹部が形成される）、コンロッド１の重量増加を抑制することができ、コンロッド１を含むエンジンＥの軽量化を図ることができる。

【0055】

例えば、本願の背景技術に記載した上記特許文献１と同様に、コンロッドと逆位相で振動するような質量体をコンロッドに追加することで振動低減を図ることも考えられるが、このような構造ではコンロッドの重量が増加し易く、エンジンの軽量化に不利となる。これに対し、上述した第１実施形態の構造は、重量が嵩みにくい粉体４０を凹部２４に封入する構造であるから、コンロッド１の重量が増加し難く、エンジンの軽量化に有利である。なお、第１実施形態では凹部２４を閉塞するために連結部２３にカバー板２５を取り付ける必要があるが、カバー板２５は凹部２４を閉塞する機能のみを果たせばよい（強度は不要である）から、カバー板２５の追加によるコンロッド１の重量増加は非常に小さく抑えられる。

【0056】

また、第１実施形態では、隔壁Ｗ１，Ｗ２により凹部２４が上下３つ（第１凹部２４ａ～第３凹部２４ｃ）に分割されるとともに、このうち上側の第１凹部２４ａと下側の第３凹部２４ｃにそれぞれ粉体４０が封入されるので、各凹部２４ａ，２４ｃ内の粉体４０の役割分担によりコンロッド１の振動を効果的に低減することができる。

【0057】

すなわち、粉体４０の摩擦熱により振動を低減する効果を第１の効果、粉体４０の壁面への衝突により振動を低減する効果を第２の効果とすると、大端部２２に最も近い（下側の）第３凹部２４ｃに封入された粉体４０は、主に第１の効果を発揮し得る。図５は、第３凹部２４ｃ内の粉体４０の挙動を説明するための模式図である。本図に示すように、連結部２３における大端部２２側の端部つまり下端部は、概ねクランクシャフト９のジャーナル部９ａを中心とした円軌道に沿って回転運動する。この回転運動により、連結部２３の下部に形成された第３凹部２４ｃは、上死点（このときのクランク角を０°ＣＡとする）に対応する上端位置Ｐ１と、９０°ＣＡのクランク角に対応する右端位置Ｐ２と、１８０°のクランク角（下死点）に対応する下端位置Ｐ３と、２７０°ＣＡのクランク角に対応する左端位置Ｐ４との間で移動する。また、このような第３凹部２４ｃの移動に伴い、粉体４０は、全体として第３凹部２４ｃの壁面に沿って転がり回るような挙動をする。例えば、粉体４０は、上端位置Ｐ１のときに上方に移動して第３凹部２４ｃの上部に密集し、右端位置Ｐ２のときに右方に移動して第３凹部２４ｃの右側の側部に密集し、下端位置Ｐ３のときに下方に移動して第３凹部２４ｃの下部に密集し、左端位置Ｐ４のときに左方に移動して第３凹部２４ｃの左側の側部に密集する。このように第３凹部２４ｃ内で粉体４０が密集しながら移動することにより、粉体４０の摩擦熱が増大するので、上述した第１の効果（摩擦熱による振動低減効果）を効率よく発揮させることができる。

【0058】

特に、第１実施形態では、第３凹部２４ｃが上側ほど幅が縮小するように形状されるので、第３凹部２４ｃが上端位置Ｐ１にあるとき（つまり粉体４０が第３凹部２４ｃの上部に移動するとき）に粉体４０の密集度がより高まり、摩擦熱の発生を促進することができる。しかも、このような高い密集度による高い摩擦熱が、燃焼圧による大きな起振力が加わる上死点の近傍で発生することが期待されるので、摩擦熱による振動低減効果をより高めることができる。

【0059】

一方、小端部２１に最も近い（上側の）第１凹部２４ａに封入された粉体４０は、主に第２の効果を発揮し得る。図６は、第１凹部２４ａ内の粉体４０の挙動を説明するための模式図である。本図に示すように、連結部２３における小端部２１側の端部つまり上端部は、ほぼ上下方向に沿って移動する。言い換えると、連結部２３の上部に形成された第１凹部２４ａは、－１８０°ＣＡのクランク角に対応する下端位置Ｑ１と、０°のクランク角（上死点）に対応する位置Ｑ３との間で、ほぼ上下方向に沿って移動する。また、第１凹部２４ａの上方への移動速度は、－９０°ＣＡのクランク角に対応する中間位置Ｑ２において最大となり、上死点に対応する上端位置Ｑ３でゼロになる。代わりに、上端位置Ｑ３では第１凹部２４ａの下向きの加速度が最大になる。そして、第１凹部２４ａが下端位置Ｑ１から上端位置Ｑ３まで移動する間に、粉体４０も上方へと移動し、第１凹部２４ａが上端位置Ｑ３から下方に方向転換するタイミング（つまり上死点の近傍）で、粉体４０は第１凹部２４ａの上壁に衝突し得る。このように、ピストン６に大きな燃焼圧力が加わる上死点の近傍において、小端部２１に近い第１凹部２４ａ（言い換えれば起振力が直接加わるピストン６に近い第１凹部２４ａ）の上壁に粉体４０を衝突させることにより、当該衝突に伴う逆起振力の作用を増大させることができ、上述した第２の効果（衝突による振動低減効果）を効率よく発揮させることができる。

【0060】

ここで、上記第２の効果に関して詳細な検討を行ったところ、本願発明者は、第１凹部２４ａの壁面と粉体４０とのクリアランスをエンジン諸元に応じて適切に設定すれば、上死点の近傍の特に好ましいタイミング（上死点から上死点後５°ＣＡまでのタイミング；以下これを最適タイミングという）で粉体４０を安定的に第１凹部２４ａの上壁に衝突させることができ、当該衝突による高い振動低減効果が得られることを突き止めた。具体的に、自然状態（加速度０Ｇの状態）における粉体４０の上面から第１凹部２４ａの上壁までの距離をクリアランスＸ（図４）、クランクシャフト９におけるジャーナル部９ａとクランクピン９ｂまでの距離をクランクスローＲ（図６）としたとき、粉体４０の衝突タイミングが上記最適タイミング（上死点後０～５°ＣＡ）に一致するようなクリアランスＸの値（以下、これを最適値という）は、ほぼクランクスローＲのみをパラメータとして決定し得る。クランクスローＲが大きくなるほどクリアランスＸの最適値も大きくなる。例えば、クランクスローＲが５０ｍｍのエンジンの場合、クリアランスＸをその最適値として約２８．５ｍｍに設定すれば、上記最適タイミングで粉体４０を第１凹部２４ａの上壁に衝突させることができる。しかも、このような状況はエンジン回転数が変わってもほとんど変わることがない。すなわち、上記のようにして定まる最適値にクリアランスＸを設定することにより、幅広い運転条件において、粉体４０を上記最適タイミングで第１凹部２４ａの上壁に衝突させることができ、当該衝突による振動低減効果を高めることができる。第１凹部２４ａに対する粉体４０の充填率は、上述したクリアランスＸの最適値が確保されるような充填率に設定することが好ましい。

【0061】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においても、前提とするエンジンは上記第１実施形態のエンジンＥ（図１）と同様である。このため、コンロッド以外の要素については上記第１実施形態で用いた符号を流用する。

【0062】

（コンロッドの構造）
図７～図９は、本発明の第２実施形態に係るコンロッド１Ａの構造を示す正面図および断面図である。この第２実施形態のコンロッド１Ａは、上述した第１実施形態のコンロッド１と同様に、ピストンピン６ａ（図１）を介してピストン６に結合される小端部５１と、クランクピン９ｂ（図１）を介してクランクシャフト９に結合される大端部５２と、小端部５１と大端部５２とを連結する連結部５３とを備えている。

【0063】

連結部５３の前面および後面には、それぞれ凹部５４が形成されている。各凹部５４は、連結部５３の厚みを部分的に減少させることで形成された凹部であり、連結部５３の軸方向に沿って延びるように形成されている。各凹部５４は、連結部５３の下端部（大端部５２側の端部）を除いた領域、つまり連結部５３の上端部から中間部にわたって形成されている。

【0064】

連結部５３の上部には、その軸心に沿って軸孔５６が形成されている。軸孔５６は、連結部５３における前後の凹部５４の間を通るように形成されている。すなわち、連結部５３は、その前後の凹部５４の間に相対的に肉厚の薄い幹部５５（図８）を有しており、この幹部５５をその上端から下向きに穿孔することにより軸孔５６が形成されている。なお、軸孔５６は、本発明における「第１空隙部」に相当する。

【0065】

軸孔５６の上端は小端部５１の内周面（後述するピン孔５１ａ）にまで達しており、軸孔５６の下端は連結部５３の上下方向中間部まで達している。すなわち、軸孔５６は、小端部５１の内周面から連結部５３の上下方向中間部へと至る上下方向に長く延びる孔である。軸孔５６の上端には、軸孔５６を閉じるための封止材５７が取り付けられている。

【0066】

図８および図９に示すように、軸孔５６の内部には粉体７０が封入されている。粉体７０は、多数の微細な粒子の集合体であり、その各粒子の粒径や材質等は、上記第１実施形態で用いた粉体４０と同様である。粉体７０は、自然状態（加速度０Ｇの状態）において粉体７０の上面と軸孔５６の上壁（封止材５７）との間に適当なクリアランスが確保されるような充填率で、軸孔５６に封入されている。

【0067】

小端部５１は、連結部５３の上端に連なる円環状のボス部である。小端部５１は、ピストンピン６ａ（図１）を挿入するためのピン孔５１ａを有している。

【0068】

大端部５２は、連結部５３の下端に連なる略円環状のボス部である。大端部５２は、クランクピン９ｂ（図１）を挿入するためのピン孔５２ａを有している。大端部５２の内径（ピン孔５２ａの直径）は、小端部５１の内径（ピン孔５１ａの直径）よりも大きい。

【0069】

大端部５２は、連結部５３と一体の本体部６１と、本体部６１に対し斜め下側から着脱可能に結合されるキャップ部６２とを有する２分割構造とされている。すなわち、大端部５２は、連結部５３の軸心Ｌ１（図７）に対し傾斜した分割面Ｓ１に沿って分割され、分割面Ｓ１の一方側（連結部５３に近い側）が本体部６１、他方側がキャップ部６２とされている。言い換えると、大端部５２は、ピン孔５２ａの左上半分を規定する本体部６１と、ピン孔５２ａの右下半分を規定するキャップ部６２とを有している。なお、ここでいう左または右は、図７および図９の紙面上の左または右と同義である。分割面Ｓ１と連結部５３の軸心Ｌ１との交差角度θ１（図７）は、例えば４５°前後に設定されている。本体部６１は本発明における「第１部分」に相当し、キャップ部６２は本発明における「第２部分」に相当する。

【0070】

キャップ部６２は、一対のコンロッドボルト６３を介して、本体部６１に着脱可能に結合されている。詳しくは、大端部５２は、キャップ部６２と本体部６１とに跨る傾斜した第１ボルト孔６４および第２ボルト孔６５を有しており、各ボルト孔６４，６５にそれぞれコンロッドボルト６３が螺合されることにより、キャップ部６２が本体部６１に締結されている。なお、コンロッドボルト６３は、本発明における「締結部材」に相当する。

【0071】

第２ボルト孔６５は、キャップ部６２の左下の締結部６２ｂと、当該締結部６２ｂと対接する本体部６１の左下の締結部６１ｂとに跨って形成され、かつ分割面Ｓ１と直交する方向に沿って延びる連続したボルト孔である。第２ボルト孔６５は、キャップ部６２の締結部６２ｂを貫通し、かつ本体部６１の締結部６１ｂの上端付近まで至るように形成されている。

【0072】

第１ボルト孔６４は、キャップ部６２の右上の締結部６２ａと、当該締結部６２ａと対接する本体部６１の右上の締結部６１ａとに跨って形成され、かつ分割面Ｓ１と直交する方向に沿って延びる連続したボルト孔である。第１ボルト孔６４は、キャップ部６２の締結部６２ａと本体部６１の締結部６１ａとを貫通し、さらに連結部５３の下端部まで至るように形成されている。なお、第１ボルト孔６４は、本発明における「締結孔」に相当する。

【0073】

第１ボルト孔６４の長さは、第２ボルト孔６５の長さよりも長い。すなわち、第１ボルト孔６４は、コンロッドボルト６３を第１ボルト孔６４に完全に螺合したときの当該ボルト６３の先端よりも連結部５３側（左上）まで延びる延長孔６４ａを有している。延長孔６４ａは、連結部５３の下端部まで達する孔であり、正面視で連結部５３の軸心Ｌ１（図７）と交差するように形成されている。また、延長孔６４ａの先端部は先細り状に形成されている。言い換えると、延長孔６４ａは、連結部５３の下端部において先端側（上側）ほど幅が縮小するように形成されている。なお、延長孔６４ａは、本発明における「第２空隙部」に相当する。

【0074】

図８および図９に示すように、延長孔６４ａには粉体７０が封入されている。延長孔６４ａ内の粉体７０は、自然状態（０Ｇ）において粉体７０の上面と延長孔６４ａの上壁との間に適当なクリアランスが確保されるような充填率で、延長孔６４ａに封入されている。

【0075】

（製造方法）
次に、以上のような構造のコンロッド１Ａを製造する方法について説明する。本実施形態によるコンロッド１Ａの製造方法は、鍛造によりコンロッド１Ａを製造する方法であり、次のような各工程を含む。

【0076】

まず、クローム鋼やクロームモリブデン鋼などの鋼材を鍛造することにより、小端部５１、連結部５３、および大端部５２（本体部６１およびキャップ部６２）を一体に含んだコンロッド素材を形成する。この鍛造により、連結部５３の前面および後面には上述した凹部５４が形成される。

【0077】

次いで、大端部５２に対し、第１ボルト孔６４および第２ボルト孔６５を形成するボルト孔加工を施す。また、小端部５１および連結部５３に対し、軸方向に沿って上側から穿孔するドリル加工を施す。ドリル加工（穿孔加工）は、小端部５１の上端から開始され、ドリルの先端が連結部５３の上下方向中間部に達するまで継続される。このドリル加工により、連結部５３には軸孔５６が形成される。また、これと同時に、小端部５１の上部にも加工孔５８が形成される。

【0078】

次いで、大端部５２を２分割し、本体部６１からキャップ部６２を分離させる。この大端部５２の２分割は、連結部５３の軸心Ｌ１に対し傾斜した分割面Ｓ１に沿って行われる。その後、第１ボルト孔６４の延長孔６４ａに規定の充填率で粉体７０を充填するとともに、その状態で一対のコンロッドボルト６３をそれぞれ第１・第２ボルト孔６４，６５に螺合することにより、本体部６１とキャップ部６２とを締結する。さらに、両者を締結した状態で大端部５２のピン孔５２ａに仕上げ加工（ピン孔５２ａを真円にするための加工）を施す。また、小端部５１のピン孔５１ａにも同様の仕上げ加工を施す。

【0079】

次いで、連結部２３の軸孔５６に規定の充填率で粉体４０を充填し、その状態で軸孔５６の上端（つまり穿孔加工時の入口）を封止材５７で封止する。封止材５７としては、例えば止めネジや溶接材料を用いることができる。すなわち、軸孔５６の上端は、止めネジの螺合により封止してもよいし、ロウ付け等の溶接により封止してもよい。なお、小端部５１に形成された加工孔５８の封止は不要である。これは、小端部５１とピストンピン６ａとの焼き付きを防止するための潤滑油を導入するオイル入口として加工孔５８を機能させ得るからである。

【0080】

以上の各工程により、軸孔５６および延長孔６４ａに粉体７０が封入されたコンロッド１Ａが完成する。

【0081】

（作用効果）
以上説明した第２実施形態のコンロッド１Ａ（図７～図９）についても、上述した第１実施形態のコンロッド１（図２～図４）と同様に、コンロッド１Ａの軽量化を図りつつエンジンＥの振動を低減できるという利点がある。

【0082】

特に、第２実施形態では、連結部５３の上端部を含む領域に形成された軸孔５６と、連結部５３の下端部に形成された第１ボルト孔６４の延長孔６４ａとに、それぞれ粉体７０が封入されるため、各粉体７０の役割分担により効果的にコンロッド１Ａ（ひいてはエンジンＥ）の振動を低減することができる。すなわち、第２実施形態において、第１ボルト孔６４の延長孔６４ａに封入された粉体７０は、第１実施形態において連結部２３の第３凹部２４ｃに封入された粉体４０と同様に、摩擦熱により振動を低減する効果（第１の効果）を主に発揮することが可能であり、連結部５３の軸孔５６に封入された粉体７０は、第１実施形態において連結部２３の第１凹部２４ａに封入された粉体４０と同様に、壁面への衝突により振動を低減する効果（第２の効果）を主に発揮することが可能である。

【0083】

また、延長孔６４ａは、大端部５２に用いられるコンロッドボルト６３を螺合するための第１ボルト孔６４の一部により構成される。このことは、粉体７０の封入先である延長孔６４ａを、第１ボルト孔６４を加工する際に同時に形成できることを意味する。これにより、粉体７０を封入するための改変に要する工数を減らすことができ、コンロッド１Ａの製造効率を向上させることができる。

【0084】

さらに、延長孔６４ａは、その先端側（上側）ほど幅が縮小するように形成されるので、第１実施形態のとき（図５参照）と同様に、当該延長孔６４ａに封入された粉体７０を上死点の近傍においてより密集させることができ、摩擦熱による振動低減効果（第１の効果）をより高めることができる。

【0085】

［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態（第１・第２実施形態）に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0086】

例えば、上記第１実施形態では、連結部２３に形成された第１凹部２４ａおよび第３凹部２４ｃにそれぞれ粉体４０を封入したが、いずれか一方の凹部にのみ粉体４０を封入し、他方の凹部への粉体の封入は省略してもよい。

【0087】

上記第１実施形態では、連結部２３の前面および後面に上下に分離した３つの凹部２４ａ～２４ｃをそれぞれ形成したが、上下に連続した単一の凹部を連結部２３の前面または後面に形成し、当該凹部に粉体を封入してもよい。

【0088】

上記第２実施形態では、連結部５３の上部に軸孔５６を形成するとともに、連結部５３の下端部に延長孔６４ａを形成したが、いずれか一方の孔は省略してもよい。例えば、延長孔６４ａを省略した場合には、大端部５２を分割する分割面Ｓ１の傾斜を廃止することができる（連結部５３の軸心Ｌ１と直交する分割面に沿って大端部５２を分割することができる）。この場合、粉体７０は軸孔５６にのみ封入されることになる。逆に、軸孔５６を省略して、延長孔６４ａにのみ粉体７０を封入するようにしてもよい。

【0089】

上記第１実施形態（第２実施形態）では、ガソリン直噴エンジンＥに適用されるコンロッド１（１Ａ）を例示したが、本発明のコンロッドは、シリンダ内に往復動可能に収容されたピストンを備えるレシプロエンジンに広く適用可能であり、例えばディーゼルエンジンにも本発明のコンロッドを適用可能である。

【符号の説明】

【0090】

Ｅ エンジン
１ コンロッド
６ ピストン
６ａ ピストンピン
９ クランクシャフト
９ｂ クランクピン
２１ 小端部
２２ 大端部
２３ 連結部
２４ 凹部（空隙）
２４ａ 第１凹部（第１空隙部）
２４ｃ 第３凹部（第２空隙部）
４０ 粉体
１Ａ コンロッド
５１ 小端部
５２ 大端部
５３ 連結部
５６ 軸孔（第１空隙部）
６１ 本体部（第１部分）
６２ キャップ部（第２部分）
６３ コンロッドボルト（締結部材）
６４ 第１ボルト孔（締結孔）
６４ａ 延長孔（第２空隙部）
Ｌ１ （連結部の）軸心
Ｓ１ 分割面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】