以下の文書は次のページの翻訳です。

Connecting rod - Wikipedia

連接棒 (connecting rod) はコン・ロッド (con rod) とも呼ばれ、 ピストン・エンジン (piston engine) の一部で、 ピストンとクランク軸 (crankshaft) を結び付けている。 クランクと共に、連接棒はピストンの往復運動 (レシプロ運動、reciprocating motion) を クランク軸 (crankshaft) の回転に変換する。 連接棒はピストンの圧縮・伸張の力 (compressive and tensile forces) を末端の回転に伝えることが要求される。

連接棒の先駆は水力ミル (watermill) に使用される機械的接続 (linkage) であり、 水車 (water wheel) の回転する動きを往復運動に変換した。

連接棒のもっとも普通な用途は内燃エンジンあるいは蒸気エンジンである。

車のエンジンの連接棒とピストン

連接棒の最も初期の証拠は AD 3 世紀末のローマのヒエラポリスの鋸ミル (Roman Hierapolis sawmill) に登場する。 これはそれぞれ エフェソス (Ephesus) と ジャラシュ (Gerasa) で発掘された 2 つの 6 世紀の 鋸ミルにも登場する。 これらのローマの水力ミルのクランクと連接棒の仕組みは水車の回転運動を 鋸刃の線形運動に変換する。

ローマのヒエラポリスの鋸ミル の図式、連接棒とクランクを 結合した最も初期の既知の機械

ルネッサンス・イタリアで -- 機械的に誤解しているが -- 複合クランクと連接棒の最も初期の証拠がタッコラ (Taccola) のスケッチ・ブックに見つかっている。 動きの健全な理解には画家の ピサネロ (Pisanello、1455 年死亡) の絵が関連し、 彼は水車により駆動される 2 つの単純なクランクと 2 つの連接棒で操作されるピストン・ポンプ を表示している。

16 世紀までに、技術論文 (technological treatises) とルネッサンス・ヨーロッパの芸術作品に おけるクランクと連接棒の証拠が豊富になる： アゴスティーノ・ラメッリ (Agostino Ramelli) の 1588 年の 『種々の精巧な機械』 (TThe Diverse and Artifactitious Machines) だけでも 18 件の実例を表示し、 この数は ゲオルク・アンドレアス・ベックラー (Georg Andreas Böckler) による 『新しい機械の劇場』 (Theatrum Machinarum Novum) では 45 件の異なる機械に増えている。

このデザインの初期の文書化は アルトゥク朝 (Artuqid State、現代のトルコ) の AD 1174 年 - 1206 年に起き、 この時発明家の ジャザリー (Al-Jazari) が述べている機械は連接棒をクランク軸 (crankshaft) に 組み込み、揚水機械の一部分として水を汲み上げた。

1712 年のニューコメン大気圧エンジン (最初の蒸気エンジン) は 連接棒の代りに鎖駆動を使用した。 というのはピストンは 1 方向のみに力を生成したからである。 しかしながら、この後の大半の蒸気エンジンは 複動式 (double acting) であり、 従って、力は双方向に生成され、連接棒の使用に至った。 典型的な配置では、 クロスヘッド (crosshead) と呼ばれるスライドする大きな軸受けブロック (large sliding bearing block) を使用し、 これにはピストンと連接棒の間の蝶番が付き、 シリンダーの外に置かれてピストン棒の周りに密閉が必要である。

水平ビームとはずみ車の間に双子の連接棒 (ほとんど垂直) が付いたビーム・エンジン	蒸気機関車の連接棒 (ピストンと後方車輪の間、 視認できる最大の棒)

蒸気機関車では、クランクは通常、駆動輪に直接搭載されている。 連接棒は車輪のクランク・ピン (crank pin) とクロスヘッド (ここでピストン棒に接続) の間で使用される。 ディーゼル機関車の同等の連接棒は サイド・ロッド ('side rods') あるいはカップリング・ロッド ('coupling rods') と呼ばれる。 小さな蒸気機関車では、連接棒の断面は通常長方形である。 しかしながら、断面が円形の海洋形式の棒も時々使用される。

外輪船では、連接棒はピットマン ('pitmans') と呼ばれる (ピットマン・アーム (pitman arms、かじ取元腕) と間違えてはならない)。

内燃エンジンの連接棒は '大きい端' (big end)、棒、そして '小さい端' (small end) から 構成されている。 '小さい端' はガッジョン・ピン (gudgeon pin, ピストン・ピン (piston pin)、あるいはリスト・ピン (wrist pin)) に取り付けられており、これはピストンの中で回転する (swivel)。 典型的には、大きい端 (big end) はクランク・ピン (crank pin) に接続され、摩擦を減らすために すべり軸受 (plain bearing) を使用する； しかしながら、小さなエンジンでは、 その代わりに、ポンプ付きの潤滑システムの必要性を避けて、 転がり軸受 (rolling element bearing) を使用することもできた。

典型的には連接棒の大きい端の軸受けを通り抜けるピンホール (pinhall) があり、 潤滑オイルがシリンダーの壁の推進側 (thrust side) に噴出され、 ピストンとピストン・リング (piston ring) の移動を潤滑する。

連接棒は両端で回転でき、 棒が上下に移動し、 クランク軸の周りで回転すると、 連接棒とピストンの間の角度が変化する。

キャタピラー社エンジン の連接棒	自動車エンジンの 連接棒の典型デザイン

量産された自動車のエンジンでは連接棒は大抵鋼で作られている。 高性能の応用では、'billet' 連接棒を使用することができ、 これは鋳造したり、成形するのではなく、金属の硬い billet から機械で作られている。

他の材質には T6-2024 アルミニウム合金、あるいは T651-7075 アルミニウム合金が含まれ、 これらは耐久性を犠牲にして軽量性と、 高い衝撃を吸収する能力から使用される。 チタンは重さを減らせるもっと高価な選択肢である。 鋳鉄は、より安く、より性能の低い応用、例えば スクーター (motor scooter) に使用できる。

モジュラー・ヘッドと脚部のブッシング (bushing) が付いたアルミ・ロッド (Aluminium rod) (左) pat のついたアルミ・オイル・ドリップ・ロッド (中央), 鋼のロッド (右)	壊れた連接棒の上半分

クランク軸の各回転中に連接棒はしばしば、繰り返し大きな力にさらされる； ピストンとクランクピンの間の角度によるせんだん力 (sear force)； ピストンが下方に動く時の圧縮力、そしてピストンが上方に動く時の伸張力。 これらの力はエンジン速度 (RPM) の平方に比例する。

連接棒、当初金属疲労 から壊れ、次にクランク軸 と衝突して壊れた

連接棒の破壊は、しばしば '棒を投げる' (throwing a rod) と呼ばれ、 破滅的なエンジン破壊の最も普通の原因の 1 つで、 しばしば、折れた棒がクランクケースの側面を突き抜け、従って エンジンの修理ができなくなる。

連接棒の破壊の普通の原因は： 高いエンジン速度による伸張破壊、 (バルブ列 (valvetrain) の問題から) ピストンがバルブに当たる衝撃力、 (通常、潤滑の問題による) 軸受けの破壊、 あるいは、連接棒の正しくない設置 の理由である。

クランク軸 (crankshaft) により、連接棒を通して、ピストンに加えられる横向きの力は、 シリンダーが楕円形に摩耗する原因になる。 これは随分エンジンの性能を減少する、というのは丸いピストン・リングは楕円形のシリンダーの 壁に対して適切に密閉できないからである。

横向きの力の量は連接棒の角度に比例し、 従って長い連接棒は横向きの力とエンジンの摩耗を減らす。 しかしながら、連接棒の最大長はエンジン・ブロックの大きさに制約を受ける；　 ストロークの長さと連接棒の長さの和により、 ピストンがエンジン・ブロックの頂上を通り過ぎて移動してはならない。

ラジアル・エンジン (Radial engine) は典型的にはマスター&スレイブ連接棒 (master-and-slave connecting rods) を使用し、 これにより一つのピストン (動画の一番上のピストン) にはマスター連接棒があって、 クランク軸に直接取り付けられる。 残りのピストンはマスター連接棒の端のまわりのリングに連接棒の付属物をピン留めしている。

ラジアル・エンジンの動作原理

多くのシリンダーがあるマルチ・バンク (multi-bank) エンジン -- 例えば V12 エンジン -- には、 限られたクランク軸の上には、 多くの連接棒のジャーナル (journal、軸受けと接する軸の部分) のために利用可能な余地がない。 もっとも単純な解決は、大半の自動車 (road car) エンジンに使用されるように、 各シリンダーの組ごとに、クランク・ジャーナル (journal) を共有することである、 しかし、これは連接棒の軸受けの大きさを小さくし、 異なるバンク (bank) の釣り合う (すなわち反対側の) シリンダーが クランク軸からわずかにズレる (これは揺れる組 (rocking couple) を作る)。 別の解決はマスター & スレイブ連接棒 (master-and-slave connecting rods) を使用することで、ここでマスター連接棒は 1 つ以上の リング・ピンも含む。 これらのリング・ピンは他のシリンダーの上のスレイブ連接棒の大きい端に接続される。 この欠点はスレイブ連接棒のストロークがマスター連接棒のものよりもわずかに短く、 これにより V エンジンの振動が増える。

マスター & スレイブ連接棒の最も複雑な実例の 1 つは第二次世界大戦で開発された 24 シリンダーの ユンカース ユモ 222 (Junkers Jumo 222) 実験航空エンジンである。 このエンジンは 6 個のシリンダーのバンクから構成され、 バンクごとに 4 基のシリンダーがあった。 6 個のシリンダーの各 "層" (layer) は 1 つのマスター連接棒を使用し、他の 5 個のシリンダーは スレイブ連接棒を使用した。 およそ 300 台のテスト・エンジンが建造されたが、エンジンは量産されなかった。

マスター&スレイブ棒 1916年 - 1918年のルノー 8GV8 航空エンジン	フォーク&ブレイド棒 　 (Fork and blade rods)

フォーク&ブレイド棒 (Fork-and-blade rods) はスプリット・ビッグ-エンド棒、("split big-end rods"、[訳注：棒 = 連接棒]) とも呼ばれ、 V ツイン・オートバイ (V-twin motorcyle) エンジンと V12 航空機エンジンに使用された。 シリンダーの組ごとに、フォーク・ロッド ("fork" rod、フォーク棒) が 大きい端 (big end) で 2 つに分かれ、 反対側のシリンダーのブレイド・ロッド ("blade" rod) が薄くされて、フォーク (fork) の隙間に適合した。 この配置が、シリンダーの組がクランク軸に沿って相殺するロッキング・カップル (rocking couple、揺れる結合) を取り除いた。

大きい端 (big end) の軸受けの共通の配置はフォーク・ロッド (fork rod) が、 シングル幅 (single wide) の軸受けスリーブ (bearing sleeve、[訳注：スリーブ = 袖]) を持つことで、 これはロッド (rod、棒) の全幅に渡り、中央のギャップを含む。 ブレイド・ロッド (blade rod) は次にクランクピンの上に直接ではなく、このスリーブ (sleeve) の外側で走る。 これにより、2 つのロッド (rod) は (互いに相対的に回転するのではなく) 前後に振動 (oscillate) し、これにより軸受けの力と表面速度を減少する。 しかしながら、軸受けの動きも往復運動 (reciporocating) となり、連続的に回転しない (連続的に回転すれば潤滑でもっと困難である)。

フォーク&ブレイド連接棒 (fork-and-blade rod) を使用する著名なエンジンに含まれるものに： ロールス・ロイス マーリン (Rolls-Royce Merlin) V 12 航空エンジンと、 色々なハーレーダビッドソン (Harley Davidson) の V-ツイン・オートバイ (V-twin motorcycle) エンジンがある。