JP2017053416A - リンク結合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アッパピン４の端部領域１４，１４をマスキングすることなく、アッパピン４の中央部領域１５のみにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティング１６を設ける。【解決手段】まず、ロア側ピン嵌合孔１７，１７と嵌合する端部領域１４，１４と、アッパ側ピン嵌合孔１８と嵌合する中央部領域１５とで、ＤＬＣコーティング１６の付着強度が相対的に異なるものとなるように、アッパピン４の表面を処理する。次に、アッパピン４の外周面の全体にＤＬＣコーティング１６を施す。そして、アッパピン４の端部領域１４，１４をロア側ピン嵌合孔１７，１７に圧入することで、付着強度を相対的に弱くした端部領域１４，１４におけるＤＬＣコーティング１６を剥離させる。【選択図】図６

Description

本発明は、リンク結合方法に関する。

特許文献１には、複リンク式ピストンクランク機構を有した内燃機関が開示されている。この複リンク式ピストンクランク機構は、ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端にアッパピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクと、このロアリンクの自由度を規制するコントロールリンクと、を備えている。そして、上記アッパリンクと上記ロアリンクとは、アッパピンを介して互いに回転可能に連結され、上記コントロールリンクと上記ロアリンクとは、コントロールピンを介して互いに回転可能に連結されている。

上記ロアリンクは、ピストンが受けた燃焼圧力をアッパリンクを介してアッパピンにより受け取り、コントロールピンを始点とする揺動動作によりクランクピンに力を伝達する。

また、特許文献２には、内燃機関の吸排気バルブを駆動させる動弁機構に適用されたロッカーアームアッシーが開示されている。このアッシーでは、軸受の軸の端部領域が、このアッシーの一対の側壁の挿通孔内でそれぞれ固定されている。また、上記軸の中央部領域には、転動体との摩擦を低減するためにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングが施されている。上記中央部領域は、軸の端部領域をマスキングした状態で中央部領域にＤＬＣコーティングを施すことにより形成されている。

特開２００１−２２７３６７号公報 特開２０１０−１１２３４３号公報

上記特許文献２のようにＤＬＣコーティングが不要な端部領域をマスキングして中央部領域にＤＬＣコーティングを形成すると、コーティング作業に手間がかかり、付加的なコストが生じてしまう。

また、軸の端部領域と中央部領域との境界を明確にしながら端部領域をマスキングすることは困難であり、境界が不明確であったために端部領域にＤＬＣコーティングが残った場合には、挿通孔内で軸を固定する力が低下し、軸が回転する虞がある。

本発明は、第１のリンクに設けられた互いに対向する２つのピンボス部における第１のピン嵌合孔に、連結ピンの両端部をそれぞれ圧入固定し、この連結ピンの中央部に、第２のリンクにおける第２のピン嵌合孔が回転可能に嵌合するようにしたリンク結合方法であって、上記第１のピン嵌合孔と嵌合する少なくとも一方の端部領域と、上記第２のピン嵌合孔と嵌合する中央部領域とで、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの付着強度が上記端部領域の方が中央部領域よりも相対的に弱くなるように、上記連結ピンの表面を処理し、この連結ピンの外周面の全体にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施し、上記連結ピンを上記第１のピン嵌合孔に圧入することで、上記付着強度を相対的に弱くした端部領域におけるダイヤモンドライクカーボンコーティングを剥離させるようにしてある。

つまり、第１のピン嵌合孔への連結ピンの圧入により、少なくとも一方の端部領域におけるダイヤモンドライクカーボンコーティングが剥離する。

本発明によれば、連結ピンの端部領域をマスキングすることなく、連結ピンの圧入により、ＤＬＣコーティングを具備しない端部領域を形成するので、コーティング作業時のマスキングに伴う付加的なコストを無くすことができる。

一実施例の複リンク式ピストンクランク機構の構成説明図である。 一実施例のロアリンクの斜視図である。 アッパピンの表面処理方法を示す説明図である。 本発明に係るリンク結合方法の第１の実施例を示す説明図である。 ロアリンクアッパとアッパリンクとの結合状態を示す断面図である。 本発明に係るリンク結合方法の第２の実施例を示す説明図である。 本発明に係るリンク結合方法の第３の実施例を示す説明図である。 本発明に係るリンク結合方法の第４の実施例を示す説明図である。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される複リンク式ピストンクランク機構の構成要素を示している。この複リンク式ピストンクランク機構自体は前述した特許文献１等によって公知のものであり、ピストン１にピストンピン２を介して一端が連結されたアッパリンク３と、このアッパリンク３の他端にアッパピン（連結ピン）４を介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピン５に連結されたロアリンク６と、このロアリンク６の自由度を規制するコントロールリンク７と、を備えている。上記コントロールリンク７は、一端が機関本体側の支持ピン８に揺動可能に支持され、他端が上記ロアリンク６にコントロールピン(連結ピン)９を介して連結されている。なお、上記複リンク式ピストンクランク機構は、上記支持ピン８の位置を可変とすることで、可変圧縮比機構として構成することも可能である。

図２に示すように、上記ロアリンク６は、上記クランクピン５に嵌合する円筒形のクランクピン軸受部１０を中央に有し、かつこのクランクピン軸受部１０を挟んで互いにほぼ１８０°反対側となる位置に、互いに対向する２つのアッパピン用ピンボス部１１ａ，１１ａと、互いに対向する２つのコントロールピン用ピンボス部１２ａ，１２ａ（図２には１つのみを図示）と、がそれぞれ設けられている。このロアリンク６は、全体として、菱形に近い平行四辺形をなしており、クランクピン軸受部１０の中心を通る分割面１３において、アッパピン用ピンボス部１１ａ，１１ａを含むロアリンクアッパ６Ａと、コントロールピン用ピンボス部１２ａ，１２ａを含むロアリンクロア６Ｂと、の２部品に分割して形成されている。これらのロアリンクアッパ６Ａおよびロアリンクロア６Ｂは、クランクピン軸受部１０をクランクピン５に嵌め込んだ上で、図示せぬ複数本のボルトによって互いに締結されている。

アッパピン用ピンボス部１１ａ，１１ａおよびコントロールピン用ピンボス部１２ａ，１２ａは、アッパリンク３やコントロールリンク７を軸方向中央部に挟むように構成されており、ロアリンク６の軸方向端面に沿って延びている。つまり、ピンボス部１１ａ，１１ａ，１２ａ，１２ａは、円筒状のなすクランクピン軸受部１０の軸方向両端部にそれぞれ接続されている。

ロアリンク６は、ピストン１が受けた燃焼圧力をアッパリンク３を介してアッパピン４により受け取り、コントロールピン９を始点とする揺動動作によりクランクピン５に力を伝達する。

以下では、連結ピンとしてアッパピン４を例にして本発明のリンク結合方法を説明する。

アッパピン４の端部領域１４，１４（図３参照）は、圧入固定によりアッパピン用ピンボス部１１ａ，１１ａのロア側ピン嵌合孔１７，１７内で固定されている。そして、アッパリンク３が嵌合するアッパピン４の中央部領域１５には、摩擦係数を比較的低くするために、ＤＬＣコーティング１６が施されている。

次に、図３を参照して、本実施例におけるアッパピン４の端部領域１４，１４および中央部領域１５の表面処理方法について説明する。この実施例では、アッパピン４は、全長にわたって均一の断面形状の円柱状をなしている。なお、アッパピン４は、全長にわたって均一の断面形状の円筒状をなすようにしても良い。

ＤＬＣコーティング１６を具備しない端部領域１４，１４と、ＤＬＣコーティング１６を有する中央部領域１５と、を形成するために、本実施例では、まず、ロア側ピン嵌合孔１７，１７とそれぞれ嵌合する両端の端部領域１４，１４と、アッパ側ピン嵌合孔１８（図４参照）と嵌合する中央部領域１５とで、ＤＬＣコーティング１６の付着強度が相対的に異なるものとなるように、上記アッパピン４の表面を処理する。つまり、端部領域１４，１４におけるＤＬＣコーティング１６の付着強度が相対的に弱くなるように、上記端部領域１４，１４および中央部領域１５の表面を処理する。ここで、付着強度を相対的に弱くした端部領域１４，１４を、図３にドットで示している。アッパピン４の表面処理の際には、例えば、まず、アッパピン４の外周面の全体を研磨加工し、次に、端部領域１４，１４に機械加工例えば切削加工により微細な溝を同方向に形成する。これにより、中央部領域１５の外周面が概ね平滑であるのに対し、端部領域１４，１４の外周面には、環状に複数の規則的な溝１９が形成される。

なお、端部領域１４，１４の外周面を、ショットブラストによって処理するようにしても良い。この場合は、端部領域１４，１４の外周面に、複数の凹部が形成される。ショットブラストによる処理の場合は、端部領域１４，１４と中央部領域１５との境界を得るために中央部領域１５を部分的にマスキングした状態でショットブラストを施せばよい。

また、端部領域１４，１４の外周面を、化学的エッチングによって粗面に処理するようにしても良い。

次に、コーティング工程として、図３のように構成したアッパピン４の表面を洗浄し、アッパピン４の外周面の全体にＤＬＣコーティング１６（図４参照）を施す。ＤＬＣコーティング１６は、物理蒸着法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相蒸着法などによって形成される。端部領域１４，１４のマスキングは不要である。

このようにアッパピン４の表面に施されたＤＬＣコーティング１６の付着強度は、アッパピン４の表面粗さ、例えば算術平均粗さＲａに応じたものとなる。表面処理後のアッパピン４の算術平均粗さＲａは、例えば、端部領域１４，１４では、０．０５〜０．１０μｍであり、中央部領域１５では、０．０２〜０．０３μｍである。従って、本実施例では、端部領域１４，１４におけるＤＬＣコーティング１６の付着強度が相対的に弱くなっており、中央部領域１５におけるＤＬＣコーティング１６の付着強度が相対的に強くなっている。

なお、算術平均粗さＲａは、所定長さにおける粗さ曲線と基準線とによって囲まれた複数の面積の合計を所定長さで割ったものであるから、図３に示したように端部領域１４，１４における複数の規則的な溝１９を有した粗さ曲線について得られた算術平均粗さと、中央部領域１５における極端な凹凸を含む粗さ曲線について得られた算術平均粗さと、が同じものとなることがある。しかし、本実施例では、アッパピン４からのＤＬＣコーティング１６の剥がれ易さが重要なのであり、上記のように２つの算術平均粗さが同じものとなる特殊な場合であっても、端部領域１４，１４の付着強度を相対的に弱くすることは可能である。

次に、図４は、アッパピン４をロアリンクアッパ６Ａのロア側ピン嵌合孔１７，１７に圧入する圧入工程を示している。この実施例では、ロアリンクアッパ６Ａにおけるロア側ピン嵌合孔１７，１７の内径は、アッパピン４の外径よりも僅かに小さく設定されている。なお、アッパリンク３のアッパ側ピン嵌合孔１８の内径は、アッパピン４の外径よりも僅かに大きく設定されている。

この圧入工程では、図示したように、アッパリンク３が、ロアリンクアッパ６Ａのアッパピン用ピンボス部１１ａ，１１ａの間に配置され、ピンボス部１１ａ，１１ａのロア側ピン嵌合孔１７，１７と、アッパリンク３のアッパ側ピン嵌合孔１８と、が整列した状態となる。

そして、アッパピン４を矢印Ａ方向に沿って圧入する。従って、先ず、下側の端部領域１４が上側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入される。このとき、付着強度を相対的に弱くした下側の端部領域１４におけるＤＬＣコーティング１６が剥離する。つまり、下側の端部領域１４のＤＬＣコーティング１６が、上側のロア側ピン嵌合孔１７の環状のエッジ部２０により剥がされる。

そして、さらにアッパピン４を矢印Ａ方向に移動させることにより、ＤＬＣコーティング１６が剥離した下側の端部領域１４をアッパ側ピン嵌合孔１８に挿入しつつ、中央部領域１５を上側のロア側ピン嵌合孔１７に通過させる。このとき、付着強度を相対的に強くした中央部領域１５におけるＤＬＣコーティング１６は、上側のロア側ピン嵌合孔１７を通過した後も、エッジ部２０によって剥がされずに中央部領域１５に残る。

ＤＬＣコーティング１６を具備しない下側の端部領域１４が下側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入されると同時に、ＤＬＣコーティング１６を有する上側の端部領域１４が上側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入される。このとき、付着強度を相対的に弱くした上側の端部領域１４のＤＬＣコーティング１６が、上側のロア側ピン嵌合孔１７のエッジ部２０によって剥がされる。なお、上側のロア側ピン嵌合孔１７は、下側の端部領域１４が圧入されたときに径がごく僅か拡大するため、上側の端部領域１４が上側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入される際に、下側の端部領域１４の圧入時よりもＤＬＣコーティング１６を剥がす作用がやや弱くなる。しかしながら、少なくとも一部のＤＬＣコーティング１６は上側のロア側ピン嵌合孔１７への圧入に伴って剥離する。

図５に、第１の実施例のリンク結合方法により結合したリンク結合構造を示す。下側の端部領域１４は、下側のロア側ピン嵌合孔１７内で、ＤＬＣコーティング１６を介さずに強固に圧入固定されている。また、下側の端部領域１４よりも固定力が低い場合もあるが、上側の端部領域１４は、上側のロア側ピン嵌合孔１７内で、圧入固定されている。

ロアリンクアッパ６Ａとアッパリンク３とを結合した状態では、ＤＬＣコーティング１６を有した中央部領域１５が、アッパ側ピン嵌合孔１８に回転可能に嵌合する。

上記のように、第１の実施例では、アッパピン４の圧入により、付着強度を相対的に弱くした少なくとも一方の端部領域１４におけるＤＬＣコーティング１６を剥離させるようにしたことから、端部領域１４をマスキングすることなく、中央部領域１５にＤＬＣコーティング１６を施すことができる。これにより、マスキングに伴う付加的なコストが無くなる。

また、第１の実施例では、アッパピン４の端部領域１４，１４の表面を切削加工することで、端部領域１４，１４におけるＤＬＣコーティング１６の付着強度を相対的に弱くするようにしたことから、端部領域１４，１４と中央部領域１５との境界を明確にすることができる。

なお、剥離したＤＬＣコーティング１６は、アッパピン用ピンボス部１１ａの外側に落ちるので、端部領域１４と端部領域１４との間の摺動面に侵入することはない。

次に、図６を参照して、本発明に係るリンク結合方法の第２の実施例について説明する。この実施例では、図６の上側のアッパピン用ピンボス部１１ａの上方に、ＤＬＣコーティング除去用の治具２１が設けられている。この治具２１は、ロア側ピン嵌合孔１７の径以下の径を有した治具孔２２を備えており、この治具孔２２を等分するように２つ割りの構成とされている。この治具孔２２の径は、２つ割りの治具２１を閉じた状態で上側の端部領域１４を治具孔２２に通過させたときに、治具孔２２の環状の縁部２３によりＤＬＣコーティング１６が剥がされる程度の大きさに設定されている。

この実施例では、まず、２つ割りの治具２１を開いた状態で下側の端部領域１４を治具孔２２に通過させてから、下側の端部領域１４を上側のロア側ピン嵌合孔１７に矢印Ａ方向に圧入する。これにより、付着強度を相対的に弱くした下側の端部領域１４のＤＬＣコーティング１６が、上側のロア側ピン嵌合孔１７の環状のエッジ部２０により剥がされる。

下側の端部領域１４が上側のロア側ピン嵌合孔１７を通過した後、２つ割りの治具２１を閉じた状態とし、矢印Ａ方向に沿ってアッパピン４を移動し、アッパピン４の上側の端部領域１４を治具孔２２に通過させる。これにより、付着強度を相対的に弱くした上側の端部領域１４のＤＬＣコーティング１６が、治具２１の環状の縁部２３により剥がされる。従って、治具孔２２を通過した段階では、アッパピン４の端部領域１４，１４のＤＬＣコーティング１６が双方とも剥がれた状態となっている。

そして、アッパピン４を矢印Ａ方向にさらに移動させることにより、ＤＬＣコーティング１６を具備しない下側の端部領域１４が下側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入されるとともに、ＤＬＣコーティング１６を具備しない上側の端部領域１４が上側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入される。

従って、第２の実施例によれば、アッパピン４の端部領域１４，１４の双方のＤＬＣコーティング１６を確実に除去することができる。

次に、図７を参照して、本発明に係るリンク結合方法の第３の実施例について説明する。この実施例では、ロアリンクアッパ６Ａにおける上側のアッパピン用ピンボス部１１ａに形成された大径ピン嵌合孔２４の内径が、下側のアッパピン用ピンボス部１１ａに形成された小径ピン嵌合孔２５の内径よりも大きく設定されている。これに応じて、アッパピン４は、アッパ側ピン嵌合孔１８に回転可能に嵌合しつつ大径ピン嵌合孔２４に圧入される大径ピン部２６と、小径ピン嵌合孔２５に圧入される小径ピン部２７と、を有している。また、大径ピン部２６と小径ピン部２７とを接続する段差面２８が、設けられている。さらに、この実施例では、大径ピン部２６の一方の端部領域２９および小径ピン部２７の表面を切削加工することで、両者２９，２７におけるＤＬＣコーティング１６の付着強度を相対的に弱くしてある。なお、ＤＬＣコーティング１６は、アッパピン４の全体にコーティングされている。

この実施例では、アッパピン４を矢印Ａ方向に移動させることにより、ＤＬＣコーティング１６を有した小径ピン部２７を小径ピン嵌合孔２５に圧入すると同時に、ＤＬＣコーティング１６を有した大径ピン部２６の端部領域２９を大径ピン嵌合孔２４に圧入する。このとき、付着強度を相対的に弱くした小径ピン部２７のＤＬＣコーティング１６が、小径ピン嵌合孔２５の環状のエッジ部３０により剥がされ、アッパピン用ピンボス部１１ａ，１１ａの間に落とされる。落とされたＤＬＣコーティング１６は、エアブローによりロアリンクアッパ６Ａから取り除かれる。また、付着強度を相対的に弱くした端部領域２９のＤＬＣコーティング１６が、大径ピン嵌合孔２４の環状のエッジ部３１により剥がされる。

リンク結合状態では、アッパピン４の大径ピン部２６および小径ピン部２７が、大径ピン嵌合孔２４および小径ピン嵌合孔２５内で、ＤＬＣコーティング１６を介さずに強固に圧入固定されている。

従って、第３の実施例によれば、端部領域２９と小径ピン部２７との双方のＤＬＣコーティング１６を確実に剥離することができる。

次に、図８を参照して、本発明に係るリンク結合方法の第４の実施例について説明する。この実施例では、全長にわたって均一の断面形状のアッパピン４の一方の端部領域１４の表面を切削加工することで、この端部領域１４におけるＤＬＣコーティング１６の付着強度を相対的に弱くしてある。

この端部領域１４のＤＬＣコーティング１６は、図８の上側のロア側ピン嵌合孔１７に矢印Ａの方向に沿って圧入された際に環状のエッジ部２０により剥離する。

この第４の実施例では、一方の端部領域１４のみがＤＬＣコーティング１６を除去した状態で下側のロア側ピン嵌合孔１７に堅固に圧入され、他方の端部領域１４はＤＬＣコーティング１６を具備したまま上側のロア側ピン嵌合孔１７に圧入されるが、使用態様によっては、このように一方のＤＬＣコーティング１６の除去のみで十分な固定強度が得られる。

なお、上記各実施例では、ロアリンク６のアッパピン４に本発明を適用した例を開示したが、本発明を、コントロールピン９側に適用しても良い。

また、上記実施例では、内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の例を開示したが、本発明は、他の種々のリンク機構におけるリンク結合方法として適用することができる。

１・・・ピストン
３・・・アッパリンク
４・・・アッパピン
６・・・ロアリンク
１１ａ・・・アッパピン用ピンボス部
１２ａ・・・コントロールピン用ピンボス部
１４・・・端部領域
１５・・・中央部領域
１６・・・ダイヤモンドライクカーボンコーティング
１７・・・ロア側ピン嵌合孔
１８・・・アッパ側ピン嵌合孔
２１・・・治具
２２・・・治具孔
２４・・・大径ピン嵌合孔
２５・・・小径ピン嵌合孔
２６・・・大径ピン部
２７・・・小径ピン部

Claims (4)

1. 第１のリンクに設けられた互いに対向する２つのピンボス部における第１のピン嵌合孔に、連結ピンの両端部をそれぞれ圧入固定し、この連結ピンの中央部に、第２のリンクにおける第２のピン嵌合孔が回転可能に嵌合するようにしたリンク結合方法であって、
   上記第１のピン嵌合孔と嵌合する少なくとも一方の端部領域と、上記第２のピン嵌合孔と嵌合する中央部領域とで、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの付着強度が上記端部領域の方が中央部領域よりも相対的に弱くなるように、上記連結ピンの表面を処理し、
   この連結ピンの外周面の全体にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施し、
   上記連結ピンを上記第１のピン嵌合孔に圧入することで、上記付着強度を相対的に弱くした端部領域におけるダイヤモンドライクカーボンコーティングを剥離させるようにした、ことを特徴とするリンク結合方法。
2. 上記連結ピンの一方の端部領域を上記第１のピン嵌合孔に圧入した後に、上記連結ピンの他方の端部領域を治具の第３の孔に通過させることで、他方の端部領域のダイヤモンドライクカーボンコーティングを剥離させることを特徴とする請求項１に記載のリンク結合方法。
3. 上記端部領域を機械加工し、該端部領域の表面に、環状に複数の溝を形成することにより、上記付着強度を相対的に弱くすることを特徴とする請求項１ないし２に記載のリンク結合方法。
4. 上記第１のリンクは、複リンク式ピストンクランク機構において、クランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクであり、上記第２のリンクは、ピストンに連結されたアッパリンクであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリンク結合方法。

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