(57)【要約】【課題】コンロッドの球状にされた小端部を保持する２つの凹状の球面の軸心ずれを吸収しつつ、コストを抑え、更にピストンの剛性低下を防止可能なピストンとコンロッドとの球面連結構造を提供する。【解決手段】カップ状支持部７８及びホルダ６８に、底面９２又は上面６８ａから球面７６側及び／又は球面６７側に向かって延びるとともに球面７６及び球面６７の内径Ｄ１よりも大きい内径Ｄ２を有する円柱状の空間８８が形成され、底面９２又は上面６８ａに沿う方向の球面７６と球面６７との軸心ずれを吸収する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン冠部裏面に突出部が設けられ、この突出部の底に凹状の第１球面が設けられ、この第１球面にコンロッドに設けられた球状の小端部の先端側が滑り自在に嵌合され、前記小端部の大端部側に保持部材に設けられた凹状の第２球面が滑り自在に嵌合されるともに、前記突出部及び前記保持部材に互いに当接する当接面が形成され、それぞれの当接面を当接させることで前記小端部が第１球面と第２球面とで保持されるピストンとコンロッドとの球面連結構造であって、
前記突出部及び前記保持部材に、前記当接面から第１球面側及び／又は第２球面側に向かって延びるとともに第１球面及び第２球面の内径よりも大きい内径を有する円柱状の位置調整空間が形成され、前記当接面に沿う方向の第１球面と第２球面との軸心ずれを吸収することを特徴とするピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造として、コンロッドの球状の小端部が、それぞれ凹状の球面が形成された上部保持部材と下部保持部材とで滑り自在に保持され、上部保持部材が下部保持部材に対してピストンの半径方向に移動可能にされて、上部保持部材の球面と下部保持部材の球面との軸心ずれを自動調心するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−２７５１１３公報
【０００３】
特許文献１の図３を以下の図７で説明する。なお、符号は振り直した。
図７は従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を説明する断面図であり、ピストン２２０は、上部ピストン２２１と、この上部ピストン２２１の下部にねじ結合される下部ピストン２２２とからなり、コンロッド２２６に球面継手２１５を介して連結されている。
【０００４】
詳細には、上部ピストン２２１は、中央部の裏面に下方に突出する突出部２２３が設けられ、この突出部２２３の下部におねじ２２４が形成されるとともに、突出部２２３の内側に上部保持部材２２５を介してコンロッド２２６の球状の小端部２２７が当てられている。なお、符号２２５ａは小端部２２７に滑り自在に嵌合させるために上部保持部材２２５に形成された凹状の球面である。
上部保持部材２２５は、突出部２２３に形成された凹部２２８内に且つ上部ピストン２２１の半径方向に移動自在に収納されている。
【０００５】
下部ピストン２２２は、中央部に筒部２３１が設けられ、この筒部２３１の上部に、上部ピストン２２１のおねじ２２４にねじ結合されるめねじ２３２が形成されるとともに、筒部２３１の内側に下部保持部材２３３を介してコンロッド２２６の小端部２２７が当てられている。なお、符号２３３ａは小端部２２７に滑り自在に嵌合させるために下部保持部材２３３に形成された凹状の球面である。
【０００６】
上部保持部材２２５に設けられた球面２２５ａの中心を通って鉛直に延びる中心線（軸心）と、下部保持部材２３３に設けられた球面２３３ａの中心を通って鉛直に延びる中心線（軸心）とに軸心ずれが生じていても、上部保持部材２２５が突出部２２３に対して半径方向に移動自在に配置されているため、上記２本の中心線間の軸心ずれが自動調心される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
引用文献１では、上部保持部材２２５による自動調心のために、突出部２２３に凹部２２８を形成したり、上部保持部材２２５を設けるというように、上部ピストン２２１の加工工数及び部品点数が増加し、更には凹部２２８と上部保持部材２２５との隙間の管理が必要となるため、ピストン２２０のコストアップを招く。
更には、上部ピストン２２１に凹部２２８を形成するために、冠部中央部の肉厚が薄くなるため、上部ピストン２２１の剛性低下が懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、コンロッドの球状にされた小端部を保持する２つの凹状の球面の軸心ずれを吸収しつつ、部品点数及び加工工数を削減し、コストを抑え、更にピストンの剛性低下を防止可能なピストンとコンロッドとの球面連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、ピストン冠部裏面に突出部が設けられ、この突出部の底に凹状の第１球面が設けられ、この第１球面にコンロッドに設けられた球状の小端部の先端側が滑り自在に嵌合され、小端部の大端部側に保持部材に設けられた凹状の第２球面が滑り自在に嵌合されるともに、突出部及び保持部材に互いに当接する当接面が形成され、それぞれの当接面を当接させることで小端部が第１球面と第２球面とで保持されるピストンとコンロッドとの球面連結構造であって、突出部及び保持部材に、当接面から第１球面側及び／又は第２球面側に向かって延びるとともに第１球面及び第２球面の内径よりも大きい内径を有する円柱状の位置調整空間が形成され、当接面に沿う方向の第１球面と第２球面との軸心ずれを吸収することを特徴とする。
【００１０】
作用として、位置調整空間の内径を第１球面及び第２球面の内径よりも大きくすることで、当接面に沿う方向での小端部と第１・第２球面とのクリアランスが確保され、位置調整空間を当接面から第１球面側及び／又は第２球面側に向かって延びるようにすることで、当接面に直交する方向での小端部と第１・第２球面とのクリアランスが確保されて、当接面に沿う方向の第１球面と第２球面との軸心ずれが吸収され、コンロッドの小端部と第１球面及び第２球面との局部当たりが防止される。
【００１１】
このように、当接面からピストンの突出部の第１球面側及び／又は保持部材に位置調整空間を形成するだけであるから、コンロッドの球状にされた小端部を保持する２つの凹状の球面の軸心ずれを吸収しつつ、ピストンのコストを抑えることが可能になり、また、ピストンの冠部の肉厚が確保されるからピストン剛性が低下しない。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明では、突出部と保持部材との当接面から第１球面側及び／又は第２球面側に向かって延びるとともに第１球面及び第２球面の内径よりも大きい内径を有する円柱状の位置調整空間が形成され、当接面に沿う方向の第１球面と第２球面との軸心ずれを吸収するので、加工誤差等による第１球面と第２球面との軸心ずれによる小端部と第１球面・第２球面との局部当たりによる球面連結構造の損傷や焼き付き、早期摩耗を防止することができる。
しかも、従来の位置調整技術に比べて、ピストンの加工工数や組立工数の低減、部品数の削減によるコストダウン、ピストン剛性アップを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造を採用した内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けられたシリンダボア１２に移動自在に挿入されたピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結されたコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けられるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持する組立式のクランクシャフト１８とを備える。
【００１４】
シリンダブロック１１は、上部に設けられたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合されるとともにシリンダボア１２が形成された筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けられたアッパークランクケース２３とからなる。
【００１５】
コンロッド１６は、ピストン１３に連結された球状の小端部２４と、クランクピン１７に連結された大端部２５と、これらの小端部２４及び大端部２５のそれぞれを連結するロッド部２６とからなり、大端部２５がクランクピン１７に滑り軸受３１を介して連結されている。
【００１６】
ここで、符号３２はクランクシャフト１８に設けられたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けられたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はアッパークランクケース２３とでクランクケースを形成するためにアッパークランクケース２３の下部に複数のボルト４１で取付けられたロアクランクケース、４２はロアクランクケース３８の下部に複数のボルト４４で取付けられたオイルパンである。
【００１７】
図２は本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図であり、ピストン１３は、円板状の冠部６５と、この冠部６５の縁から下方に延びる筒状で厚肉のランド部７４と、このランド部７４から更に下方に延びる筒状でランド部７４よりも薄肉のスカート部７５，７５と、コンロッド１６の小端部２４に滑り自在に嵌合する凹状の球面７６を備えるとともに冠部６５の裏面７７から下方に突出形成されたカップ状支持部７８と、ランド部７４及びカップ状支持部７８のそれぞれに渡されるとともに冠部６５の裏面７７から下方に延びる複数のリブ８１とが一体成形された部材である。
【００１８】
冠部６５は、燃焼室３７（図１参照）の一部を形成する冠面８３を備える。
ランド部７４は、冠部６５の縁に、冠面８３側から順に、トップランド７４ａ、トップリング溝７４ｂ、セカンドランド７４ｃ、セカンドリング溝７４ｄ、サードランド７４ｅ及びオイルリング溝７４ｆが設けられた部分であり、トップリング溝７４ｂにトップリングが嵌められ、セカンドリング溝７４ｄにセカンドリングが嵌められ、オイルリング溝７４ｆにオイルリングが嵌められる。なお、７４ｇはオイルリング溝７４ｆの溝底からランド部７４の内面７４ｈに貫通するオイル孔である。
【００１９】
カップ状支持部７８は、下向きに開口する下向き凹部９１と、この下向き凹部９１の底面９２に形成された円形状の底部凹部８５と、この底部凹部８５の底面８６に形成された球面７６と、下向き凹部９１の内周面９３に形成されためねじ９４とを備える。
【００２０】
下向き凹部９１には、２分割されたホルダ６８が挿入され、ホルダ６８の上面６８ａが下向き凹部９１の底面９２に当てられるとともにホルダ６８に形成された球面６７がコンロッド１６の小端部２４に滑り自在に嵌合している。
【００２１】
ホルダ６８は、カップ状支持部７８のめねじ９４にねじ結合するおねじ９５が形成された締結部材７１で下から保持されている。なお、符号６８ｃは締結部材７１の上面７１ａが当てられたホルダ６８の下面である。
締結部材７１は、端面に工具を掛けて回すための複数の係合凹部７１ｂを備える。
【００２２】
上記したカップ状支持部７８、ホルダ６８、締結部材７１及び小端部２４は、球面継手１４を構成する部分である。
【００２３】
ホルダ６８は、回り止め用ピン（不図示）でカップ状支持部７８に対して回転しないようにされるとともに、コンロッド１６のロッド部２６に当てられる案内面（不図示）が設けられ、ピストン１３がコンロッド１６に対して回転するのを防止している。
【００２４】
コンロッド１６は、大端部２５（図１参照）とロッド部２６とが一体成形され、ロッド部２６に小端部２４が埋込み式の連結ボルト１０１で取付けられた部品である。
ロッド部２６には中空部１０３とオイル穴１０４とねじ穴１０６が形成され、連結ボルト１０１にはロッド部２６のねじ穴１０６に連通するオイル穴１０７が形成され、小端部２４にはねじ穴１１１とねじ穴１１１から外周面に至る複数のオイル穴１１２，１１３とが形成され、大端部２５側から上記の中空部１０３、オイル穴１０４、ねじ穴１０６、オイル穴１０７、ねじ穴１１１、オイル穴１１２，１１３へ順に潤滑油が供給され、球面継手１４の滑り面、即ち、小端部２４と球面７６との間、小端部２４と球面６７との間が潤滑される。
【００２５】
上記したカップ状支持部７８の底部凹部８５は、ピストン１３の上下に延びる中心線１２０に直交するとともに小端部２４の球面の中心を通る直線１２１から大端部２５側に高さＨ１だけ離れた底面９２から底面８６までの高さＨ２の範囲の部分であって、更に、球面６７，７６の内径Ｄ１（即ち、小端部２４の外径Ｄ１）よりも大きい内径Ｄ２の部分であり、底部凹部８５の内面８７と小端部２４との間には片側で寸法Ｃの隙間が設けられている。
このように、底部凹部８５は、小端部２４の中央部を囲む空間８８を形成している。
【００２６】
上記のように、底部凹部８５が、コンロッド１６の小径部２４の内径よりも大きい内径Ｄを有するとともに、カップ状支持部７８の底面９２から（又はホルダ６８の上面６８ａ）から底面８６までの高さＨ２を有することで、小端部２４と底部凹部８５との間で、直線１２１に沿う方向のクリアランスや、中心線１２０に沿う方向のクリアランスを確保することができる。
【００２７】
従って、加工誤差などによって、カップ状支持部７８側の球面７６の中心を通りピストン１３の中心線１２０に平行な中心線（軸心）に対して、ホルダ６８側の球面６７の中心を通り中心線１２０に平行な中心線（軸心）が一致していない場合でも、その軸心ずれを吸収することが可能になり、ピストン１３と小端部２４とホルダ６８とを無理なく組付けることができ、小端部２４と球面６７，７６とをスムーズに滑らせることができる。
【００２８】
また、底部凹部８５は、ピストン１３の下側からカップ状支持部７８の下向き凹部９１、めねじ９４、球面７６を加工する際に、段取りを変更せずに工具を変更するだけで容易に加工することができ、加工工数の増加を少なくすることができる。
【００２９】
更に、従来のように、小端部２４の上部を支持する上部保持部材を移動自在に収納するための凹部をカップ状支持部７８に設ける必要がないので、冠部６５の肉厚を確保することができ、従来に比べて冠部６５の剛性を高めることができる。
【００３０】
以上に述べたピストン１３とコンロッド１６との球面連結構造の作用を次に説明する。
図３は本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造の作用を示す第１作用図であり、底部凹部８６、即ち空間８８の決定方法の前半を順に説明する。なお、図面は簡略化されている。
（１）において、ホルダ６８の球面６７に小端部２４を嵌合させる。
（２）は小端部２４が球面６７に嵌合した状態を示している。
【００３１】
（３）において、ホルダ６８とカップ状支持部７８とを組付けたときに、ホルダ６８側の球面６７とカップ状支持部７８側の球面７６Ａとがずれていると、小端部２４とカップ状支持部７８の球面７６Ａとは干渉することになり、組付けが困難になるとともに、無理に組み付けたとしても小端部２４と球面７６Ａとが局部的に強く当たり、焼き付き、偏摩耗などが発生する。
【００３２】
（４）において、ホルダ６８とカップ状支持部７８とを組付ける場合に、ホルダ６８側の球面６７の中心を通り中心線１２０（図２参照）に平行な中心線１２５と、カップ状支持部７８側の球面７６Ａの中心を通り中心線１２０に平行な中心線１２６とが距離δだけずれているとする。
【００３３】
図４は本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造の作用を示す第２作用図であり、図３に続いて、底部凹部８６、即ち空間８８の決定方法の後半を順に説明する。なお、図面は簡略化されている。
（５）において、小端部２４とカップ状支持部７８の球面７６Ａとの干渉を避けるために、カップ状支持部７８側の球面７６Ａに底部凹部８５Ａを形成する。
この結果、干渉部Ａ（ハッチング部分が施された部分である。）での干渉は回避されたが、干渉部Ｂ（ハッチング部分が施された部分である。）は残っている。
【００３４】
（６）において、干渉部Ｂでの干渉を回避するために、カップ状支持部７８の球面７６Ａを小径部２４から離れるように中心線１２６に沿って平行に移動させる。実線で描かれた球面７６Ｂは球面７６Ａを移動した後のものである。
【００３５】
（７）において、底部凹部８５Ａと球面７６Ｂとを繋ぐ。
（８）は中心線１２５に対して対称になるように移動された底部凹部８５及び球面７６を示している。これで、カップ状支持部７８における底部凹部８５及び球面７６の位置が決定された。
【００３６】
図５（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る球面継手の作用を示す作用図である。
（ａ）はホルダ６８の球面６７と、底部凹部８５と、カップ状支持部７８の球面７６を示している。
【００３７】
（ｂ）は上記の球面６７、底部凹部８６及び球面７６で囲まれる空間１３０に小端部２４を配置した状態を示している。
例えば、白抜き矢印で示す向きに外力（爆発力及び慣性力）が作用した場合には、小端部２４は、カップ状支持部７８の球面７６に密着しながら外力を受ける。
【００３８】
（ｃ）において、（ｂ）の状態から例えば、白抜き矢印で示す向きに外力（慣性力）が切り換わった場合には、小端部２４は、矢印で示すように、カップ状支持部７８の球面７６から離れ、ホルダ６８の球面６７に密着しながら外力を受ける。
【００３９】
このように、底部凹部８５を設けても、大きな外力が作用したときには、球面７６と小端部２４、又は球面６７と小端部２４が嵌合して確実に外力を受けることができる。
図では、空間１３０内の小端部２４の相対移動距離は誇張されているが、実際には、上記の移動量は、球面６７の中心線と球面７６の中心線との軸心ずれ量が、例えば２０μｍのときには、上記中心線に沿う方向の小端部２４の移動量は１００μｍ程度となる。
【００４０】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造の別実施形態を示す模式図である。
（ａ）の実施形態は、カップ状支持部７８の底面９２に凹状の球面１３１が形成され、ホルダ６８の上面６８ａにコンロッドの大端部側に延びる上部凹部１３２が形成され、この上部凹部１３２の底面１３３に凹状の球面１３４が形成され、カップ状支持部７８の底面９２とホルダ６８の上面６８ａとが当てられた状態を示している。
上記の上部凹部１３２が図２に示された底部凹部８５に相当する部分である。
【００４１】
（ｂ）の実施形態は、カップ状支持部７８の底面９２に冠部側に延びる底部凹部１３６が形成され、この底部凹部１３６の底面１３７に凹状の球面１３８が形成され、ホルダ６８の上面６８ａにコンロッドの大端部側に延びる上部凹部１４１が形成され、この上部凹部１４１の底面１４２に凹状の球面１４３が形成され、カップ状支持部７８の底面９２とホルダ６８の上面６８ａとが当てられた状態を示している。
上記の底部凹部１３６及び上部凹部１４１が図２に示された底部凹部８５に相当する部分である。
【００４２】
以上の図２に示したように、ピストン１３の冠部６５の裏面７７に突出部としてのカップ状支持部７８が設けられ、このカップ状支持部７８の底に凹状の第１球面としての球面７６が設けられ、この球面７６にコンロッド１６に設けられた球状の小端部２４の先端側が滑り自在に嵌合され、小端部２４の大端部２５（図１参照）側に保持部材としてのホルダ６８に設けられた凹状の第２球面としての球面６７が滑り自在に嵌合されるともに、カップ状支持部７８及びホルダ６８に互いに当接する当接面としての底面９２、上面６８ａが形成され、それぞれの当接面（底面９２、上面６８ａ）を当接させることで小端部２４が球面７６と球面６７とで保持されるピストン１３とコンロッド１６との球面連結構造であって、カップ状支持部７８及びホルダ６８に、底面９２又は上面６８ａから球面７６側及び／又は球面６７側に向かって延びるとともに球面７６及び球面６７の内径Ｄ１よりも大きい内径Ｄ２を有する円柱状の位置調整空間としての空間８８が形成され、底面９２又は上面６８ａに沿う方向の球面７６と球面６７との軸心ずれを吸収するので、加工誤差等による球面７６と球面６７との軸心ずれによる小端部２４と球面７６及び小端部２４と球面６７のそれぞれの局部当たりによる球面連結構造の損傷や焼き付き、早期摩耗を防止することができる。
しかも、従来の位置調整技術に比べて、ピストン１３の加工工数や組立工数の低減、部品数の削減によるコストダウン、ピストン１３の剛性アップを図ることができる。
【００４３】
尚、図３及び図４に示した実施形態では、ホルダ６８の球面６７を基準にして底部凹部８５及び球面７６の位置を決定したが、これに限らず、カップ状支持部７８の球面７６を基準にして底部凹部及び球面６７の位置を決定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のピストンとコンロッドとの球面連結構造は、内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造を採用した内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図である。
【図３】本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造の作用を示す第１作用図である。
【図４】本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造の作用を示す第２作用図である。
【図５】本発明に係る球面継手の作用を示す作用図である。
【図６】本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造の別実施形態を示す模式図である。
【図７】従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…内燃機関、１３…ピストン、１６…コンロッド、２４…小端部、６５…冠部、６７…第２球面（球面）、６８…保持部材（ホルダ）、６８ａ，９２…当接面（上面、底面）、７６…第１球面（球面）、７７…裏面、７８…突出部（カップ状支持部）、８８…位置調整空間（空間）、Ｄ１…球面の内径、Ｄ２…位置調整空間の内径。
【図１】
2010065784.tif 000003
【図２】
2010065784.tif 000004
【図３】
2010065784.tif 000005
【図４】
2010065784.tif 000006
【図５】
2010065784.tif 000007
【図６】
2010065784.tif 000008
【図７】
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