WO2018051391A1

WO2018051391A1 - リンク機構

Info

Publication number: WO2018051391A1
Application number: PCT/JP2016/076900
Authority: WO
Inventors: 孝司田辺; 茂木　克也
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-03-22

Abstract

アッパリンク（３）とロアリンク（６）とがアッパピン（４）を介して連結される。アッパピン（４）は、両端部がロアリンク（６）の一対のアッパピン用ピンボス部（１２）のピン嵌合孔（１６）に固定される。中央部のＤＬＣコーティング（２５）の上にアッパリンク（３）のブッシュ（２７）の円筒状摺動面（２７ａ）が回転可能に嵌合する。ブッシュ（２７）の幅（Ｂ）はアッパリンク側ピンボス部（２０）の幅（Ａ）よりも短い。従って、ＤＬＣコーティング（２５）端部の不完全コーティング領域（２５ｂ）の上には円筒状摺動面（２７ａ）が重ならず、不完全コーティング領域（２５ｂ）での焼き付きやＤＬＣコーティング（２５）の剥離が抑制される。

Description

リンク機構

　この発明は、第１のリンクと第２のリンクとを連結する連結ピンにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングのような低摩擦コーティングが施されたリンク機構に関する。

　特許文献１には、内燃機関のピストンクランク機構を構成する複リンク式ピストンクランク機構の連結ピンにＤＬＣコーティングを施すことが開示されている。

特開２００７－２３２１１２号公報

　第１のリンクに連結ピンを固定し、第２のリンクを連結ピンに対し回転可能とする場合、連結ピンの軸方向について、第１のリンクに支持される領域では低摩擦コーティングは不要であり、第２のリンクの摺動面と重なる領域でのみ低摩擦コーティングが必要となる。しかしながら、低摩擦コーティングの軸方向の端部が第２のリンクの摺動面と重なると、低摩擦コーティングの剥離が生じやすい。

　本発明は、一対のピンボス部を有する第１のリンクと、この第１のリンクの一対のピンボス部の間に配置された第２のリンクと、上記第１のリンクと上記第２のリンクとを連結する連結ピンと、を備えたリンク機構であって、連結ピンは、一対のピンボス部の間に低摩擦コーティングを備えている。第２のリンクにおける円筒状摺動面の幅（Ｂ）は、低摩擦コーティングの厚さ一定部分の幅（Ｃ）よりも短い。

　従って、低摩擦コーティングの端部つまり厚さが不完全となっている部分は、円筒状摺動面よりも外側に位置することとなり、円筒状摺動面と重ならない。従って、低摩擦コーティングの剥離が抑制される。

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。一実施例のロアリンクの斜視図。ロアリンクにアッパリンクを組み付けた状態を示す断面説明図。ＤＬＣコーティングの端部を拡大して示す説明図。アッパリンク側ピンボス部の端面の加工の説明図。ブッシュ両端に形成される油溜まりを示した断面説明図。油供給孔の構成例を示す断面図。アッパリンク側ピンボス部の端面に凹溝を形成した実施例の断面説明図。同実施例におけるアッパリンク側ピンボス部の正面図。アッパリンク側ピンボス部の端面にテーパ面を設けた実施例の断面説明図。同実施例におけるアッパリンク側ピンボス部の正面図。ロアリンク側のピン嵌合孔の開口縁に面取りを設けた実施例の断面説明図。ロッド部の幅をブッシュの幅よりも短くした実施例の断面説明図。ブッシュの端面に面取りを設けて円筒状摺動面を短くした実施例の断面説明図。

　以下、この発明のリンク機構を内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構に適用した一実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、この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１１を中央に有し、かつこのクランクピン軸受部１１を挟んで互いにほぼ１８０°反対側となる位置に、アッパピン用ピンボス部１２およびコントロールピン用ピンボス部１３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１１の中心を通る分割面１４において、アッパピン用ピンボス部１２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１３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１１をクランクピン５に嵌め込んだ上で、互いに逆向きに挿入される一対のボルト（図示せず）によって互いに締結されている。

　上記アッパピン用ピンボス部１２は、アッパリンク３を軸方向中央部に挟むように二股状の構成となっており、アッパピン４の軸方向の両端部を支持する一対のアッパピン用ピンボス部１２の各々が、ロアリンク６の軸方向の端面に沿って延びている。つまり、一対のアッパピン用ピンボス部１２の間に、アッパリンク３の揺動運動を可能とする一定幅の溝部１５が存在する。各々のアッパピン用ピンボス部１２は、円形のピン嵌合孔１６を有し、これらのピン嵌合孔１６に連結ピンとなるアッパピン４が圧入されている。

　コントロールピン用ピンボス部１３も基本的に同様の構成であり、二股状をなす一対のコントロールピン用ピンボス部１３の間の溝部（図示せず）にコントロールリンク７が組み合わされ、連結ピンとなるコントロールピン９の両端部がコントロールピン用ピンボス部１３のピン嵌合孔１８に圧入されている。

　上記ロアリンク６に連結されるアッパリンク３は、炭素鋼の鍛造等によって棒状に構成されており、断面Ｉ字形をなすロッド部３ａの端部に、上記アッパピン４の中央部に回転可能に嵌合する円筒状のアッパリンク側ピンボス部２０が一体に形成されている。コントロールリンク７も同様の構成であり、炭素鋼の鍛造等によって棒状に構成されており、断面Ｉ字形をなすロッド部７ａの端部に、上記コントロールピン９の中央部に回転可能に嵌合する円筒状のコントロールリンク側ピンボス部２１が一体に形成されている（図１参照）。

　図３は、連結ピンによる連結構造の一例として、上記のアッパリンク３とロアリンク６とをアッパピン４を介して組み合わせた部分を示した断面説明図である。ここでは、ロアリンク６が請求項における第１のリンクに相当し、アッパリンク３が第２のリンクに相当する。連結ピンに相当するアッパピン４は、軽量化のために、中空状つまり円筒状の構成となっている。

　前述したように、アッパピン４は、両端部がロアリンク６のアッパピン用ピンボス部１２におけるピン嵌合孔１６に圧入されて支持されており、ロアリンク６に対し非回転となるように固定されている。換言すれば、アッパピン４とピン嵌合孔１６とは、しまりばめの関係となっている。なお、一対のピン嵌合孔１６のいずれか一方のみをしまりばめの関係として、アッパピン４を非回転に固定するようにしてもよい。そして、アッパピン４の中間部つまり一対のアッパピン用ピンボス部１２の間に露出する部分には、低摩擦コーティング、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティング２５が施されている。具体的には、アッパピン４の端部領域をマスキングしてコーティング処理を行うことにより、ピン嵌合孔１６と嵌合する端部領域にはＤＬＣコーティングを設けずに、中間部のみにＤＬＣコーティング２５を設けた構成となっている。なお、コーティング処理は、アッパピン４の圧入前に行われる。

　ここで、上記のようにアッパピン４の軸方向寸法の一部に設けられたＤＬＣコーティング２５においては、図４に拡大して示すように、コーティング被膜の厚さが一定となっている領域（これを完全コーティング領域２５ａと呼ぶこととする）の端部に、コーティング被膜の厚さが徐々に減少する領域（これを不完全コーティング領域２５ｂと呼ぶこととする）が生じる。図４の線Ｌは、２つの領域２５ａ，２５ｂの境界を示す。不完全コーティング領域２５ｂは、耐焼き付き性が低く、かつ剥離が生じやすい。従って、図３には、この完全コーティング領域２５ａの範囲をＤＬＣコーティング２５として図示してある。

　アッパピン４におけるＤＬＣコーティング２５の形成は、図４に示すように、不完全コーティング領域２５ｂがピン嵌合孔１６と重ならないようになされる。つまり、ピン嵌合孔１６と重なる端部領域に僅かでもＤＬＣコーティングが付着することがないようにマスキング範囲が設定される。これは、ピン嵌合孔１６に圧入されたアッパピン４が確実に固定されるようにするためである。もしピン嵌合孔１６と重なる範囲に不完全コーティング領域２５ｂが存在すると、ピン嵌合孔１６との間の摩擦係数が低下し、経時的にアッパピン４が移動する懸念が生じる。

　一方、図３に示すように、アッパリンク３端部のアッパリンク側ピンボス部２０内周には、円筒状のブッシュ２７が固定されている。このブッシュ２７の内周面により構成される円筒状摺動面２７ａが、潤滑油膜となる微小隙間を介してＤＬＣコーティング２５の上に、回転可能でかつ軸方向に摺動可能に嵌合している。

　ここで、図３に示すように、ブッシュ２７により構成される円筒状摺動面２７ａの幅（Ｂ）は、ＤＬＣコーティング２５の完全コーティング領域２５ａの幅（Ｃ）に比較して、相対的に短く設定されている。なお、「幅」とは軸方向寸法を意味する。

　従って、図４に拡大して示すように、円筒状摺動面２７ａはＤＬＣコーティング２５の完全コーティング領域２５ａの上に重なり、剥離が生じやすい不完全コーティング領域２５ｂに重なることがない。不完全コーティング領域２５ｂは、上述したように耐焼き付き性が低く、かつ剥離が生じやすいので、仮に円筒状摺動面２７ａが不完全コーティング領域２５ｂの上に荷重を加えると、焼き付きや剥離が生じやすくなってしまう。

　また、より好ましくは、図３に示すように、円筒状摺動面２７ａとなるブッシュ２７の幅（Ｂ）は、アッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）よりも短い。

　このように構成することで、図５の説明図に示すように、スラスト面となるアッパリンク側ピンボス部２０の端面２０ａを研削盤等の工具２９によって機械加工する際に、工具２９がブッシュ２７の端部に接触しない。従って、ブッシュ２７の端部にバリが生じることがなく、後行程でのバリ除去作業が不要となる。

　そして、より好ましくは、図３に示すように、ロアリンク６の一対のアッパピン用ピンボス部１２の間の間隔（Ｄ）（実施例では、溝部１５の幅と等しい）と、ブッシュ２７の幅（Ｂ）と、アッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）と、完全コーティング領域２５ａの幅（Ｃ）と、は、
　（Ａ－Ｂ）＞（Ｄ－Ｃ）
の関係を有している。

　このような関係にあれば、ロアリンク６の溝部１５の中でアッパリンク側ピンボス部２０の位置が一方に片寄ったとしても、円筒状摺動面２７ａが不完全コーティング領域２５ｂの上に重なることがない。

　また、前述したようにブッシュ２７の幅（Ｂ）をアッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）よりも短く構成することにより、図６に示すように、ブッシュ２７の両端に、油溜まり３１となる空間が形成される。潤滑油は、例えば、図７に示すように、ロアリンク６のクランクピン軸受部１１に形成された油供給孔３３を通して、クランクピン５側からアッパリンク側ピンボス部２０へ向けてオイルスプラッシュとして供給される。このように供給された潤滑油が上記の油溜まり３１に一時的に保有されるので、ブッシュ２７ならびにアッパピン４の冷却性が向上する。

　図８および図９は、アッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）よりもブッシュ２７の幅（Ｂ）が短い構成を前提として、アッパリンク側ピンボス部２０の端面２０ａに、半径方向に延びた一対の凹溝３５を形成した実施例を示している。この凹溝３５は、図８に示すように、ブッシュ２７の端面に達する深さ（つまり軸方向寸法）を有している。

　従って、アッパリンク側ピンボス部２０の外周側から凹溝３５を通してブッシュ２７の内周面つまり円筒状摺動面２７ａに潤滑油が供給される。これにより、耐焼き付き性が向上する。

　また、図１０および図１１は、上記の凹溝３５に代えて、アッパリンク側ピンボス部２０の端面２０ａに、該アッパリンク側ピンボス部２０の中心よりも先端側の領域が先細りとなるようなテーパ面３６を設けた実施例を示している。アッパリンク３の先端においては、図１０に示すように、軸方向の位置として、テーパ面３６はブッシュ２７の端面にほぼ一致している。

　従って、アッパリンク側ピンボス部２０の外周側からブッシュ２７の内周面つまり円筒状摺動面２７ａに潤滑油が供給されやすくなり、耐焼き付き性が向上する。

　次に、図１２の実施例は、ロアリンク６のアッパピン用ピンボス部１２におけるピン嵌合孔１６の溝部１５側の開口端縁に面取り３８を形成したものである。例えばテーパ状に面取り３８が設けられている。

　このような構成では、面取り３８を介してブッシュ２７の内周側に潤滑油が供給され易くなり、耐焼き付き性が向上する。また、面取り３８の部分ではアッパピン４がピン嵌合孔１６に接していないので、面取り３８を具備しない場合に比較してＤＬＣコーティング２５（完全コーティング領域２５ａ）の幅（Ｃ）を長く設定することが可能となる。ひいては、ブッシュ２７の幅（Ｂ）（円筒状摺動面２７ａの幅）を長く設定することが可能となる。従って、面圧低減の上で有利となる。

　次に、図１３の実施例は、アッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）よりもブッシュ２７の幅（Ｂ）が短い構成を前提として、アッパリンク３の断面Ｉ字形をなすロッド部３ａの幅（Ｅ）（アッパピン４の軸方向に沿った寸法）を、ブッシュ２７の幅（Ｂ）よりも短くしたものである。従って、燃焼荷重がロッド部３ａを介してブッシュ２７に作用したときに、ブッシュ２７の両端部に作用する荷重が低減し、図に符号２７ｂとして示すブッシュ２７両端の角部での局部的な片当たりが抑制される。換言すれば、ブッシュ２７の角部２７ｂを外側から支持するアッパピン用ピンボス部１２の支持剛性が、ロッド部３ａが存在しないことで相対的に低くなり、外周側への微小な変位が許容されるため、角部２７ｂでの片当たりが抑制される。なお、この角部２７ｂの片当たりは、中空状をなすアッパピン４が燃焼荷重を受けて仮想線Ｍのように撓むことに起因する。

　図１４に示す実施例は、ブッシュ２７の端面内周縁にテーパ状の面取り４０を形成し、内周面によって構成される円筒状摺動面２７ａの幅（Ｂ）がブッシュ２７の外周面の幅よりも短くなるようにしたものである。これにより、前述した図３の実施例と同様に、円筒状摺動面２７ａの幅（Ｂ）が、ＤＬＣコーティング２５の完全コーティング領域２５ａの幅（Ｃ）に比較して相対的に短く設定されている。なお、ブッシュ２７の外周面の幅は、アッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）に実質的に等しい。

　このような構成においても、円筒状摺動面２７ａが不完全コーティング領域２５ｂに重ならないため、焼き付きやＤＬＣコーティング２５の剥離が抑制される。

　なお、図３の実施例について説明したように、ロアリンク６の一対のアッパピン用ピンボス部１２の間の間隔（Ｄ）（実施例では、溝部１５の幅と等しい）と、円筒状摺動面２７ａの幅（Ｂ）と、アッパリンク側ピンボス部２０の幅（Ａ）と、完全コーティング領域２５ａの幅（Ｃ）と、が（Ａ－Ｂ）＞（Ｄ－Ｃ）の関係を満たすように構成すれば、より好ましい。

　以上、アッパリンク３とロアリンク６とを連結するアッパピン４側を例にして説明したが、ロアリンク６とコントロールリンク７とを連結するコントロールピン９側についても、本発明を同様に適用することが可能である。

　また、本発明は、上記の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構に限らず、他のリンク機構にも適用することができる。

Claims

　一対のピンボス部を有する第１のリンクと、この第１のリンクの一対のピンボス部の間に配置された第２のリンクと、上記第１のリンクと上記第２のリンクとを連結する連結ピンと、を備えたリンク機構であって、
　上記連結ピンは、両端部が上記一対のピンボス部に支持されるとともに、上記第１のリンクに対し固定されており、かつ、上記一対のピンボス部の間に低摩擦コーティングを備え、
　上記第２のリンクは、円筒状摺動面が上記低摩擦コーティングの上に回転可能に嵌合しており、
　上記円筒状摺動面の幅（Ｂ）が、上記低摩擦コーティングの厚さ一定部分の幅（Ｃ）に比較して短い、
　リンク機構。
　上記第２のリンクは、上記円筒状摺動面を構成するブッシュを備え、
　このブッシュの幅（Ｂ）が、上記低摩擦コーティングの厚さ一定部分の幅（Ｃ）に比較して短い、
　請求項１に記載のリンク機構。
　上記ブッシュを支持する上記第２のリンクのピンボス部の幅（Ａ）に比較して、上記ブッシュの幅（Ｂ）が短い、
　請求項２に記載のリンク機構。
　上記第２のリンクのピンボス部の幅（Ａ）、上記ブッシュの幅（Ｂ）、上記低摩擦コーティングの厚さ一定部分の幅（Ｃ）、上記第１のリンクの上記一対のピンボス部の間の間隔（Ｄ）について、
　（Ａ－Ｂ）＞（Ｄ－Ｃ）
　の関係を有する、
　請求項３に記載のリンク機構。