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JP4297341B2 - 延性金属製部品の破断開始部形成方法及び破断開始部形成装置 - Google Patents

延性金属製部品の破断開始部形成方法及び破断開始部形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、例えばコネクティングロッドなどの延性金属製部品を引張り破断する際に必要とされる破断開始部の形成方法及び形成装置、並びに延性金属製部品の破断方法及び破断装置に関する。
延性金属製部品を引張り破断して半割りされた部品を再び組み合せた一対の製品として使用する場合がある。このような部品の一例として自動車用部品として知られるコネクティングロッド（以下、単に「コンロッド」とする）があげられる。そして、コンロッド両端部にそれぞれ設けられた大端部と小端部のうち、コンロッド大端部に引っ張り応力をかけることでコンロッドを破断する方法は従来から知られている。このような破断方法において破断部に幅の広く深さの浅い溝部を機械加工（マシニング）によって形成する技術は古くから用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
一方、このような機械加工を利用したコンロッド破断部の形成方法の代わりにレーザー光を利用してコンロッド破断のきっかけとなる溝幅が狭く溝深さが深い応力高まり溝を形成する方法についても知られている（例えば、同特許文献１参照。）。
また、このような応力高まり溝をレーザー光で形成することに関連して、レーザー光を利用して凹み部と当該凹み部間に形成されたリブを連続的に形成していわゆる破断溝を形成する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
米国特許第５，２０８，９７９号公報（１−３頁、図３） 米国特許第５，８８２，４３８号公報（５−６頁、図３）
上述のような特許文献１及び特許文献２に記載のコンロッド破断用溝部を形成する方法では、レーザー光を細かなパルスでコンロッド大端部内周面に照射することによっていわゆる破断用溝部を形成しているので、レーザー光の或る（特定の）照射位置において生じた熱の影響が当該溝部の隣接する位置に過度に伝わり、この余分な熱によって溝部の隣接する部分にも必要以上の溶融を生じさせてしまうおそれがある。
また、このような現象によって、本来的には一定幅の溝部がきれいに形成されるべきであるにもかかわらず、溝部の幅が不均一なまま当該溝部が形成されてしまうおそれもある。
そのため、このような所望の形状をなさない溝をコンロッド破断開始部として形成したとき、コンロッド両端部に引張り応力を作用させるときれいなコンロッド破断面が得られない場合がある。
本発明の目的は、レーザー光照射による隣接する凹み部からの熱の影響を受けることなく延性金属製部品の破断開始部が設計寸法通りに形成され、この延性金属製部品の破断開始部を介してきれいな破断面を得ることのできる延性金属製部品の破断開始部形成方法及び破断開始部形成装置、並びに延性金属製部品の破断方法及び破断装置を提供することにある。
上述の課題を解決するために、本発明にかかる延性金属製部品の破断開始部形成方法は、所定の貫通孔を有した延性金属製部品の当該貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して、貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成する延性金属製部品の破断開始部形成方法であって、
前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時に、アシストガスを当該レーザー光照射位置に供給することで凹み部を形成し、
レーザー光を一定のパルスで延性金属製部品の貫通孔内周面に照射しながら当該レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させることで、延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作り、
これによって、延性金属製部品の破断開始部を形成することを特徴としている。
レーザー光照射によって一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、各凹み部において発生した熱が隣接する凹み部に悪影響を与えることがなくなるので、各凹み部を設計寸法通りに所望の形状で形成することができる。
また、延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射することで、ドロスの溜まり難い広めの凹み部開口部を得ることができる。
また、本発明の請求項２に記載の延性金属製部品の破断開始部形成方法は、請求項１に記載の延性金属製部品の破断開始部形成方法において、前記延性金属製部品の内周面からの前記レーザー光のデフォーカス量は、プラスデフォーカス量が＋０．０１ｍｍ〜＋１．００ｍｍの範囲であり、マイナスデフォーカス量が−０．０１ｍｍ〜−１．００ｍｍの範囲のデフォーカス量であることを特徴としている。
このようなデフォーカス量でレーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面に照射することで、破断に良好なシャープな凹み部先端形状をくずすことなく、ドロスの溜まり難い広めの凹み部開口部を有した凹み部を形成することができる。
また、本発明の請求項３に記載の延性金属製部品の破断開始部形成装置は、
延性金属製部品を所定位置に位置決め固定する位置決め手段と、
延性金属製部品の貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して、貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成するレーザー光照射手段を備えた延性金属製部品の破断開始部形成装置であって、
前記レーザー光照射手段が、前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時にアシストガスをレーザー光照射位置に供給することで前記凹み部を形成するレーザー光照射部と、
レーザー光を一定のパルスで励起するレーザー光励起部と、
レーザー光照射部によって照射されるレーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させるレーザー光移動部とを備え、
前記延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作ることで、延性金属製部品の破断開始部を形成することを特徴としている。
このような破断開始部形成装置を用いることで、延性金属製部品に所定の引っ張り応力をかけたときに、当該延性金属製部品をきれいな破断面で破断することができる。
また、本発明の請求項４に記載の延性金属製部品の破断方法は、
所定の貫通孔を有した延性金属製部品の当該貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して、貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成し、
前記延性金属製部品の破断開始部と直交する方向であって当該破断開始部を広げる方向に引っ張り応力を作用させることで当該延性金属製部品を破断する延性金属製部品の破断方法であって、
前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時にアシストガスをレーザー光照射位置に供給することで凹み部を形成し、
レーザー光を一定のパルスで延性金属製部品の貫通孔内周面に照射しながら当該レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させることで、延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作り、
これによって、延性金属製部品の破断開始部を形成し、
前記延性金属製部品の破断開始部に前記引っ張り応力を作用させることで当該延性金属製部品を破断することを特徴としている。
レーザー光照射によって一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、各凹み部において発生した熱が隣接する凹み部に悪影響を与えることがなくなるので、各凹み部を設計寸法通りの所望の形状に形成することができる。
また、延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射することで、ドロスの溜まり難い広めの凹み部開口部を得ることができる。
以上によって、延性金属製部品に所定の引っ張り応力をかけたときに、当該延性金属製部品をきれいな破断面で破断することができる。
また、本発明の請求項５に記載の延性金属製部品の破断方法は、請求項４に記載の延性金属製部品の破断方法において、
延性金属製部品の内周面からの前記レーザー光のデフォーカス量は、プラスデフォーカス量が＋０．０１ｍｍ〜＋１．００ｍｍの範囲であり、マイナスデフォーカス量が−０．０１ｍｍ〜−１．００ｍｍの範囲のデフォーカス量であることを特徴としている。
このようなデフォーカス量でレーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面に照射することで、破断に良好なシャープな凹み部先端形状をくずすことなく、ドロスの溜まり難くなる広めの凹み部開口部を備えた凹み部を形成することができる。これによって、延性金属製部品に所定の引っ張り応力をかけたときに当該延性金属製部品をきれいな破断面で破断することができる。
また、本発明の請求項６に記載の延性金属製部品の破断装置は、
延性金属製部品を所定位置に位置決め固定する位置決め手段と、
延性金属製部品の貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成するレーザー光照射手段と、
前記延性金属製部品の破断開始部と直交する方向であって当該破断開始部を広げる方向に引っ張り応力を作用させることで延性金属製部品を破断する引張り破断手段とを備えた延性金属製部品の破断装置であって、
前記レーザー光照射手段が、前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時にアシストガスを当該レーザー光照射位置に供給することで前記凹み部を形成するレーザー光照射部と、
レーザー光を一定のパルスで励起するレーザー光励起部と、
レーザー光照射部を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させるレーザー光移動部とを備え、
前記レーザー光照射手段が、延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作り、これによって延性金属製部品の破断開始部を形成するとともに、前記引っ張り破断手段が、前記延性金属製部品の破断開始部に前記引っ張り応力を作用させることで前記破断開始部から延性金属製部品を破断することを特徴としている。
このような破断装置を用いることで、延性金属製部品をきれいな破断面で破断することができる。
また、請求項７に記載の破断した延性金属製部品の製造方法は、請求項４又は請求項５に記載の延性金属製部品の破断方法を用いて破断した延性金属製部品を製造することを特徴としている。
このような破断方法で破断した延性金属製部品を製造することで、破断面のきれいな破断した延性金属製部品を得ることができる。
本発明による延性金属製部品の破断開始部形成方法及び破断開始部形成装置を用いると、レーザー光照射による隣接する凹み部からの熱の影響を受けることなく、また、ドロスが凹み部内に溜まることがなくなるので、延性金属製部品の破断開始部が設計寸法通りに形成される。そして、本発明による延性金属製部品の破断方法及び破断装置を用いることで、延性金属製部品の破断開始部から均一な破断を行い、きれいな破断面で破断することができる。
以下、本発明の一実施形態にかかる延性金属製部品の破断開始部形成装置を備えた延性金属製部品の破断装置について、その破断開始部形成方法及び破断方法を併せて説明する。なお、本発明においては、延性金属製部品の破断開始部形成装置を備えた延性金属製部品の破断装置の一実施形態として、いわゆるコンロッド破断開始部形成装置及びコンロッド破断装置について説明する。
まず、コンロッド破断開始部形成装置について図面に基いて説明する。
コンロッド破断開始部形成装置１の構成は図１に示すとおりである。具体的には、コンロッド破断開始部形成装置１は、細長矩形状の厚板からなるベッド（土台）１０と、ベッド１０の長手方向に移動可能なスライダ２５を備えたＸ軸テーブル装置２０と、ベッド１０の上面に垂直方向に設置されて垂直方向への移動可能なスライダ３５を備えたＹ軸テーブル装置３０と、Ｘ軸テーブル装置２０のスライダ２５に取り付けられたコンロッド支持部４０と、Ｙ軸テーブル装置３０のスライダ３５に取り付けられたレーザー光照射装置５０等を備えている。
Ｘ軸テーブル装置２０は、箱型のハウジング２１と、ハウジング２１の一端部に取り付けられたサーボモータ２２と、ハウジング２１の上面にハウジング長手方向全体にわたって取り付けられた２本のガイドレール２３ａ，２３ｂと、ガイドレール上を移動可能なスライダ２５と、ハウジング内部に備えられかつサーボモータ２２の回転に応じてスライダ２５をＸ軸方向に移動させるボールねじ（図示せず）等を備えている。
また、Ｙ軸テーブル装置３０は、側面視台形形状のハウジング３１と、ハウジング３１の上面に取り付けられたサーボモータ３２と、ベッド１０の上面と垂直方向をなしてハウジング３１に互いに平行に取り付けられた２本のガイドレール３３ａ，３３ｂと、ガイドレール上をＹ軸方向に動くスライダ３５と、ハウジング内部に備えられサーボモータ３２の回転に応じてスライダ３５をＹ軸方向に移動させるハウジング３１に内蔵されたボールネジ（図示せず）とを備えている。
コンロッド支持部４０は、Ｘ軸テーブル装置２０のスライダ２５に取り付けられたブラッケット部４１と、ブラッケット部４１の上方においてコンロッドＣの大端部と小端部に対応する間隔で離間して配置されたプレート４２，４３と、コンロッドＣの小端部を押さえ付ける押さえ部４４と、コンロッドＣの押さえ部４４をコンロッド小端部に向かって押し付けるエアシリンダ４５と、コンロッド大端部の周囲所定部分を拘束する拘束部（図示せず）とを備えている。なお、コンロッド支持部４０のプレート４２，４３にはコンロッドＣをベッド１０の上面に対して平行に配置するための一定厚さの座面（スペーサ）４２ａ，４３ａが取り付けられている。
また、レーザー光照射装置５０は、レーザー光発信部５１と、レーザー光発信部５１によって励起されたレーザー光を所定の光路を介して誘導するレーザー光誘導部５２と、レーザー光誘導部５２の両端に取り付けられ、互いに一定の角度をなした状態でレーザー光誘導部５２に取り付けられた２つのレーザー光照射部５５，５６とからなる。なお、レーザー光照射部５５，５６はレーザー光誘導部５２の側面に取り付けられ、互いのレーザー光照射部５５，５６が照射するレーザー光が交差するようにレーザー光を照射する先端部５５ａ，５６ａが互いに一定の角度をなして配置されている。
続いて、Ｘ軸テーブル装置２０によってベッド１０の上面長手方向（Ｘ軸方向）に動かされるコンロッド支持装置４０とＹ軸テーブル装置３０によってベッド１０の上面に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に動かされるレーザー光照射装置５０と、コンロッド支持装置４０の上部に取り付けられたコンロッドＣとの相互関係及びこれに基く破断開始部の形成方法について説明する。
Ｘ軸テーブル装置２０はそのスライダ２５をガイドレール２３ａ，２３ｂの一側端部に位置させることによって、破断開始部を形成しようとするコンロッドＣをコンロッド支持装置４０の所定の取り付け部に取り付け可能となっている。そして、Ｘ軸テーブル装置２０を駆動させてコンロッド支持装置４０をレーザー光照射部５５，５６の下方近傍に移動させる。そして、レーザー光照射部５５，５６の一方の照射部をコンロッド大端部の内周面の一方の対向する部分の半径方向一側に位置させる。そして、レーザー光発信部５１を発信させることによって所定のパルスでレーザー光を励起し、一方のレーザー光照射部（例えば、レーザー光照射部５５）を介してレーザー光を照射することによって、レーザー光をコンロッド大端部内周面に照射する。この照射に対しては所定のレーザーパルスによって照射する。
また、レーザー光の照射にあたっては、コンロッド大端部内周の表面にレーザー光の焦点をぴったりと合わせる代わりにレーザー光の焦点がコンロッド大端部内周の表面と若干ずれるようにレーザー光をコンロッド大端部内周面にデフォーカスさせながら照射する。
そして、レーザー光をこのように照射すると同時にＹ軸テーブル装置３０のスライダ３５を垂直方向、例えば下方にゆっくりと移動させる。これによって、後述するように、コンロッド大端部内周面の半径方向一側において一端開口部から他端開口部にわたって凹み部Ｒ１，Ｒ２，・・（図４参照）を破断開始部として互いに一定距離離間して形成する。
続いて、Ｙ軸テーブル装置３０のスライダ３５を元の位置に戻し、Ｘ軸テーブル装置２０のスライダ２５を移動させてもう一方のレーザー光照射部（例えば、レーザー光照射部５６）の先端から照射されるレーザー光がコンロッド大端部内周面の先に形成した破断開始部に対向する部分に当たるように位置させる。そして、レーザー光発信部５１によって所定のパルスでレーザー光を励起し、他方のレーザー光照射部（例えば、レーザー光照射部５６）からコンロッド大端部内周面の大端部の一端開口部にレーザー光を照射する。これと同時にＹ軸テーブル装置３０のスライダ３５を一方向（例えば下方）に再び移動させ、レーザー光をコンロッド大端部内周面の他方の開口部に向かって直線的に照射する。これによって、後述するようにコンロッド大端部内周面の他方においても所定のパルスごとに凹み部Ｒ１，Ｒ２，・・・（図４参照）が一定距離離間した状態で連続的に形成される。
以下に、コンロッド大端部内周面における上述した破断開始部形成方法の一例をより具体的に説明する。なお、以下の数値は、デフォーカス量を除いて例示的に示したもので、必ずしもこれに限定されるものではない。
レーザー光の励起パルスの周波数と凹み部の寸法関係は、図２（ａ）に示すように、パルス照射の周波数とレーザーを走査する送り速度により決定される。例えば、周波数が２００Ｈｚで凹み部ピッチを０．２ｍｍで加工する場合は、レーザーを走査する送り速度は２４００ｍｍ／ｍｉｎとなる。
これは、計算式：送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）＝周波数（Ｈｚ）×６０×凹み部ピッチ（ｍｍ）によって求められる。
また、レーザー光の励起パルスが周波数２００Ｈzの場合、所定深さの凹みを形成する場合は出力が３０Ｗ〜４０Ｗ程度である。実際には材料により加工条件が異なるので、周波数及び出力もそれに応じて変化するが、出力は１０Ｗ〜６０Ｗの間であるのが一般的である。
また、本実施形態では、レーザー光の照射にあたっては、図２（ｂ）に示すように、コンロッド大端部内周面にレーザー光の焦点をぴったりと合わせる代わりにレーザー光の焦点がコンロッド大端部内周面と若干ずれるようにレーザー光をコンロッドの内周面にデフォーカスさせながら照射する。
なお、レーザー光のコンロッド大端部内周面からのデフォーカス量はプラスデフォーカス量が＋０．０１ｍｍ〜＋１．００ｍｍの範囲であり、マイナスデフォーカス量が−０．０１ｍｍ〜−１．００ｍｍの範囲のデフォーカス量である。ここでプラスデフォーカスとは、レーザー光の焦点が加工しようとするコンロッド大端部内周面の表面より外側にある場合をいい、マイナスデフォーカスとは、レーザーの焦点が加工しようとするコンロッド大端部内周面の表面より母材側にある場合をいう。
なお、デフォーカス量は加工する素材により異なると共に、経験的には、プラスデフォーカスで加工する場合が多いが、素材によってはマイナスデフォーカスで加工することもある。
このように、コンロッド大端部内周面に照射するレーザー光の焦点をレーザー光内周面から若干ずらすことで、図５の比較結果から分かるように、コンロッド大端部内周面に照射するレーザー光の焦点をレーザー光内周面にぴったりと一致させる場合に比べて凹み部の開口部が広くなる。
これは、レーザー光をコンロッド大端部内周面に対してデフォーカスさせることでコンロッド大端部内周面に照射されるレーザー光の照射面積がコンロッド大端部内周面にフォーカスさせた場合に較べて大きくなることに起因すると考えられる。
なお、上述のように、このようにレーザー光をコンロッドの大端部内周面の表面に対してデフォーカスさせる代わりに焦点合わせ（ジャストフォーカス）させてこのような一定間隔で離間した凹み部を形成すると、レーザー光によりコンロッドの内周面から一定の深さまで母材が溶解され、溶解された母材が溜まった凹み部が形成される。この溶解した母材は再凝固して加工カス（ドロス）になる（図５（ｂ）参照）。加工中はアシストガスをレーザー照射部に常時吹き付けており、アシストガスによって加工カスを凹み部の内部から外部に吹き飛ばすようになっているが、上述したようにコンロッド大端部内周面にレーザー光を従来のように焦点合わせ（ジャストフォーカス）させて照射すると、凹み部の開口部が狭くなり（図５（ｂ）のＢ２参照）、特許文献１に記載の応力高まり溝形成において記載されたような開口幅（特許文献１に記載の応力高まり溝の溝幅に対応）が狭く、凹み部の深さ（特許文献１に記載の応力高まり溝の溝深さに対応）が深い凹み部が形成される。しかしながら、このような開口部が狭い凹み部では当該開口部から加工カス（ドロス）が効率良く排出されずに凹み部に溜まり、隣接する凹み部形成のためにレーザー光の照射位置が当該凹み部からずれた後に、加工カス（ドロス）が再凝固してしまい、凹み部が深さ方向に分断され（図５（ｂ）のＢ１参照）、設計寸法通りの凹み部が形成されなくなる。
一方、本実施形態のようにコンロッド大端部内周面にレーザー光をデフォーカスさせて照射すると、凹み部の開口部が広くなり、この凹み部内にアシストガスが十分に入り込み、当該開口部から加工カス（ドロス）が効率良く排出されるので、このような問題が生じない。
すなわち、このようなデフォーカス量で凹み部を形成することで、当該凹み部が破断に良好なシャープな凹み部先端形状をくずすことなく（図５（ａ）のＡ１参照）、ドロスの溜まり難くなる広めの凹み部開口部を得ることができる（図５（ａ）のＡ２参照）。
このようにして形成された凹み部の形状をその具体的寸法を一例として挙げながら示した断面図が図６である。
このように凹み部開口部をわざと広くすることで、加工中に出てくる加工カス（ドロス）がアシストガスにより凹み部から排出され易くなり、加工カス（ドロス）が溜まり難くなる。
これによって、図６の対比から分かるように、広くなった凹み部の開口部からレーザー光照射による加工カスがうまく外部に飛び出すことができる。その結果、加工カスが凹み部の内部に堆積することがなくなる。これに伴い延性金属製部品に所定の引っ張り応力をかけたときにきれいな破断面を伴いながら当該延性金属製部品を破断することができる。
上述のようにコンロッド破断開始部を互いに離間した凹み部から構成することで凹み部の開口部が特許文献１や特許文献２に記載のような溝部ではなく、限定された面積の凹み部開口領域から構成されることに起因する不都合も解決することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態におけるコンロッドの破断方法によると、コンロッド大端部内周面にレーザー光により凹み部を所定間隔隔てて連続的に形成せしめる。そして、隣接する凹み部間にコンロッド大端部の内周面を多少の熱的影響を受けつつも依然として溝部を形成することなく残すことができる。これによって、各凹み部において発生した熱が隣接する凹み部に悪影響を与えることがなくなるので、各凹み部を所望の形状でかつ一定の間隔を隔てて形成することができる。
すなわち、このような破断発生部を形成することによって特許文献１や特許文献２の溝部を形成することによる隣接する凹み部間の熱の相互作用による溝部の溶融変形のような不都合を生じさせることはない。
また、コンロッド大端部内周面の表面に対して一定量デフォーカスさせてレーザー光を照射することで、凹み部開口部がある程度広く形成され、アシストガスで外部にこの加工カス（ドロス）を吹き飛ばすことができ、凹み部内に加工カス（ドロス）が溜まることはない。
以上のようにして、レーザー光照射による隣接する凹み部からの熱の影響を受けることなく破断面開始部全体にわたって開口部がある程度広く深さの深い内部に加工カス（ドロス）の溜まっていない均一な形状の凹み部の連続体からなる設計寸法通りのコンロッド破断開始部Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，・・・）（図３及び図４参照）が形成される。
以上によって、コンロッド大端部内周面に互いに対向する位置に破断開始部Ｒを形成する作業を終了する。
このように形成されたコンロッド大端部内周面に破断開始部を形成した後、Ｘ軸テーブル装置２０のスライダ２５を所定の方向（他方向）端部まで移動させてコンロッドに対するエアシリンダの押し付けを解除してコンロッドＣをコンロッド支持部４０から取り外す。取り外したコンロッドＣは本実施形態においてはコンロッド破断開始部形成装置と別個に併設されたコンロッド破断装置２に取り付けられて、一定の引張力をコンロッドの大端部に作用させることによってコンロッドＣを破断する。
続いて、コンロッドＣの両端に引張り応力を作用させてコンロッド破断開始部からきれいなコンロッド破断面を得るためのコンロッド破断装置を図面に基づいて以下に説明する。
コンロッド破断装置２は、図７に示すように、コンロッドＣを載置する基盤１００に互いに離反する方向に移動可能に配設され、コンロッドＣの大端部及びロッド部を水平に支持する第１の支持部材１０１及び第２の支持部材１０２と、これらの支持部材１０１，１０２に垂設され、各外周面がそれぞれコンロッド大端部の開口部内面に当接して嵌合する２つのマンドレル半部１０３ａ，１０３ｂからなる半割型のマンドレル１０３を備えている。
そして、各マンドレル半部１０３ａ，１０３ｂの対向する端面と当接する面が夫々テーパ面をなし、各マンドレル半部１０３ａ，１０３ｂを均等に離反拡張させる楔１０５と、楔１０５に荷重を加えるアクチュエータ１０６と、アクチュエータ１０６に与圧荷重を加えて楔１０５を介してコンロッド開口部内面に各マンドレル半部１０３ａ，１０３ｂを当接させた後、破断荷重を加えて開口部を瞬時に破断する図示しない制御手段を備えている。
かかる構造を有するコンロッド破断装置２を用いたコンロッド破断方法は次のように行われる。まず、スプリングでマンドレル１０３を互いに向かい合う方向に付勢し、マンドレルを縮めてコンロッドＣの大端部の開口に進入させる。そして、楔先端のテーパ部がマンドレル１０３ａ，１０３ｂに当接するまで楔１０５を押し込んだ状態で一旦止め、上記の制御手段を介してアクチュエータ１０６が楔１０５に動加重を加え、これによってコンロッドＣの上述した破断開始部に拡張力を加えて瞬時に破断する。
コンロッドＣは上述したように、コンロッド破断開始部形成装置によってレーザー光照射による隣接する凹み部からの熱の影響を受けることなく凹み部内に加工カス（ドロス）が溜まって再凝固していることもない。従って、コンロッドの破断開始部Ｒが設計寸法通りに形成される。そして、本実施形態によるコンロッド破断装置を用いることで、このように理想的な形状に形成された破断開始部を介してコンロッドの大端部をきれいな破断面で破断することができる。
なお、本実施形態においては、コンロッド破断開始部形成装置１とコンロッド破断装置２を別個に示したが、これとは異なり、これらが一体化してコンロッド破断開始部形成／破断装置として構成しても良いことは言うまでもない。
また、本実施形態とは異なり、コンロッド以外の延性金属でできた部品では、凹み部の深さが１．５ｍｍの場合もあり得る。
さらに、本実施形態では第１の支持部材１０１と第２の支持部材１０２にコンロッドＣを載置する形で取り付けたが、このようなコンロッドの支持形態には限定されず、例えばコンロッドＣが第１の支持部材と第２の支持部材の下側に取り付けられ、この状態で両支持部材が持ち上げられてコンロッド大端部をマンドレルに案内して位置決めし、そのマンドレルに楔を打ち込むタイプのコンロッド破断装置も含まれることは言うまでもない。
本発明の上述した実施形態においては、一部に貫通孔を有し、引張り応力をかけて特定の破断部から２分割して半割り部をつくり、当該半割り部の破断面を再び当接させて使用するような、例えばベアリングや半割りスペーサのような部品にも広く適用可能である。
本発明の一実施形態にかかるコンロッド破断開始部形成装置を示す斜視図である。 図１に示したコンロッド破断開始部形成装置のレーザー照射部の移動方向とレーザー照射方向とを模式的に示した図（図２（ａ））、及び図１のコンロッド破断開始部形成装置のレーザー照射のデフォーカス量を模式的に示した図（図２（ｂ））である。 図１のコンロッド破断開始部形成装置によって形成されたコンロッド破断開始部をコンロッド大端部の一部を削除して示した斜視図である。 図３のコンロッド破断開始部の凹み部を拡大して凹み部上方から部分的に示した図である。 図３及び図４に示す凹み部の断面図（図５（ａ））と、レーザー光をデフォーカスさせないで（ジャストフォーカスすなわち焦点合わせさせて）照射した状態を示した断面図（図５（ｂ））である。 図３のコンロッド破断開始部の凹み部を拡大して示した断面図である。 本実施形態におけるコンロッド破断装置を一部断面で示した側面図である。
符号の説明
１ コンロッド破断開始部形成装置
２ コンロッド破断装置
１０ ベッド
２０ Ｘ軸テーブル装置
２１ ハウジング
２２ サーボモータ
２３ａ，２３ｂ ガイドレール
２５ スライダ
３０ Ｙ軸テーブル装置
３１ ハウジング
３２ サーボモータ
３３ａ，３３ｂ ガイドレール
３５ スライダ
４０ コンロッド支持部
４２，４３ プレート
４２ａ，４３ａ 座面
４４ 押さえ部
４５ エアシリンダ
５０ レーザー光照射装置
５１ レーザー光発信部
５２ レーザー光誘導部
５５，５６ レーザー光照射部
５５ａ，５６ａ 先端部
１００ 基盤
１０１ 第１の支持部材
１０２ 第２の支持部材
１０３ａ，１０３ｂ マンドレル半部
１０５ 楔
１０６ アクチュエータ
Ｃ コンロッド
Ｒ コンロッド破断開始部
Ｒ１，Ｒ２，・・・ 凹み部

Claims (7)

  1. 所定の貫通孔を有した延性金属製部品の当該貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して、貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成する延性金属製部品の破断開始部形成方法であって、
    前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時に、アシストガスを当該レーザー光照射位置に供給することで凹み部を形成し、
    レーザー光を一定のパルスで延性金属製部品の貫通孔内周面に照射しながら当該レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させることで、延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作り、
    これによって、延性金属製部品の破断開始部を形成することを特徴とする延性金属製部品の破断開始部形成方法。
  2. 前記延性金属製部品の内周面からの前記レーザー光のデフォーカス量は、プラスデフォーカス量が＋０．０１ｍｍ〜＋１．００ｍｍの範囲であり、マイナスデフォーカス量が−０．０１ｍｍ〜−１．００ｍｍの範囲のデフォーカス量であることを特徴とする、請求項１に記載の延性金属製部品の破断開始部形成方法。
  3. 延性金属製部品を所定位置に位置決め固定する位置決め手段と、
    延性金属製部品の貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して、貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成するレーザー光照射手段を備えた延性金属製部品の破断開始部形成装置であって、
    前記レーザー光照射手段が、前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時にアシストガスをレーザー光照射位置に供給することで前記凹み部を形成するレーザー光照射部と、
    レーザー光を一定のパルスで励起するレーザー光励起部と、
    レーザー光照射部によって照射されるレーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させるレーザー光移動部とを備え、
    前記延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作ることで、延性金属製部品の破断開始部を形成することを特徴とする延性金属製部品の破断開始部形成装置。
  4. 所定の貫通孔を有した延性金属製部品の当該貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して、貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成し、
    前記延性金属製部品の破断開始部と直交する方向であって当該破断開始部を広げる方向に引っ張り応力を作用させることで当該延性金属製部品を破断する延性金属製部品の破断方法であって、
    前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時にアシストガスをレーザー光照射位置に供給することで凹み部を形成し、
    レーザー光を一定のパルスで延性金属製部品の貫通孔内周面に照射しながら当該レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させることで、延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作り、
    これによって、延性金属製部品の破断開始部を形成し、
    前記延性金属製部品の破断開始部に前記引っ張り応力を作用させることで当該延性金属製部品を破断することを特徴とする延性金属製部品の破断方法。
  5. 前記延性金属製部品の内周面からの前記レーザー光のデフォーカス量は、プラスデフォーカス量が＋０．０１ｍｍ〜＋１．００ｍｍの範囲であり、マイナスデフォーカス量が−０．０１ｍｍ〜−１．００ｍｍの範囲のデフォーカス量であることを特徴とする、請求項４に記載の延性金属製部品の破断方法。
  6. 延性金属製部品を所定位置に位置決め固定する位置決め手段と、
    延性金属製部品の貫通孔内周面の対向する位置にレーザー光を照射して貫通孔の一方の開口部から他方の開口部まで一定距離離間した多数の凹み部を所定間隔隔てて作ることで、当該貫通孔内周面に延性金属製部品の破断開始部を形成するレーザー光照射手段と、
    前記延性金属製部品の破断開始部と直交する方向であって当該破断開始部を広げる方向に引っ張り応力を作用させることで延性金属製部品を破断する引張り破断手段とを備えた延性金属製部品の破断装置であって、
    前記レーザー光照射手段が、前記レーザー光を延性金属製部品の貫通孔内周面にちょうど焦点合わせして照射する代わりに、当該焦点を延性金属製部品の貫通孔内周面から一定量だけデフォーカスして当該貫通孔内周面にレーザー光を照射すると同時にアシストガスを当該レーザー光照射位置に供給することで前記凹み部を形成するレーザー光照射部と、
    レーザー光を一定のパルスで励起するレーザー光励起部と、
    レーザー光照射部を延性金属製部品の貫通孔内周面の一側開口部から他側開口部まで所定の速度で直線的に移動させるレーザー光移動部とを備え、
    前記レーザー光照射手段が、延性金属製部品の貫通孔内周面に互いに一定距離離間した前記凹み部の連続体を直線的に作り、これによって延性金属製部品の破断開始部を形成するとともに、前記引っ張り破断手段が、前記延性金属製部品の破断開始部に前記引っ張り応力を作用させることで前記破断開始部から延性金属製部品を破断することを特徴とする延性金属製部品の破断装置。
  7. 請求項４又は請求項５に記載の延性金属製部品の破断方法を用いて破断した延性金属製部品を製造することを特徴とする破断した延性金属製部品の製造方法。
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