(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンボスを有するピストン基部と、
ピストンヘッドとスカート部を有し、内側に空間を有して形成して前記ピストン基部を収容するとともに前記ピストン基部に対してピストン中心軸が延びる方向に往復動可能なピストン移動部と
を具備し、
前記ピストン移動部は、前記空間を形成する前記ピストンヘッドの内壁に前記ピストン中心軸と平行な側面を有する縦壁を備え、
前記ピストン基部は、ピストン径方向に延び、先端が前記空間を形成する前記スカート部側の内壁に対面し、前記往復動に伴って前記スカート部側の内壁と摺動可能となる第１の摺動部と、前記縦壁の前記側面に対面し、前記往復動に伴って前記側面と摺動可能となる第２の摺動部と
を具備し、
前記第１の摺動部と前記スカート部側の内壁との間、及び前記第２の摺動部と前記縦壁の前記側面との間にそれぞれ隙間を有し、前記第１の摺動部と前記スカート部側の内壁との間の隙間は、前記第２の摺動部と前記縦壁の前記側面との間の隙間より前記ピストン中心軸が延びる方向に垂直な平面内における前記ピストン基部の中心に向かう直線に沿う長さが長い
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記第１の摺動部と前記第２の摺動部は、前記ピストン中心軸が延びる方向にずれて配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記縦壁は、前記ピストンヘッド側の内壁から前記空間内に突出する凸部であり、
前記第２の摺動部は、前記凸部の側面全周に沿って前記ピストン基部から前記空間に突出する側壁部に形成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記ピストン移動部、前記凸部、前記ピストン基部及び前記側壁部の中心軸は、前記ピストン中心軸と一致して配置され、
前記凸部は前記ピストン中心軸方向に平行な一対の平面部と、前記ピストン中心軸方向に平行であるとともに前記平面部の端間を結ぶ一対の円弧面部とを具備して形成される
ことを特徴をする請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
中央に前記凸部および前記側壁部を通す孔が形成されるとともに、前記孔の内側に前記凸部および前記側壁部が嵌合した状態で前記空間内に収容されて前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って伸縮する皿ばねを具備する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のピストン。
【請求項６】
前記ピストン基部は、第１の周方向当接部を具備し、
前記ピストン移動部は、ピストン周方向に前記第１の周方向当接部と当接可能な第２の周方向当接部を具備する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレシプロ式内燃機関に用いられるピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アウタピストン（ピストン移動部）と、アウタピストンとは別部材であってコネクティングロッドが連結されるインナピストン（ピストン基部）とを備え、インナピストンに対してアウタピストンが往復動可能な構造のピストンが提案されている。
【０００３】
アウタピストンは、インナピストンの周囲を囲む環状の周壁部を有しており、その内側にインナピストンを収容可能の空間が形成されている。インナピストンとアウタピストンとの間には、皿ばねが収容されている。燃焼室内の圧力が大きくなると、皿ばねがたわむことによってアウタピストンがインナピストン側に移動し、それゆえ、燃焼室内が意図する圧力を超えないようにするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１７６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のピストンでは、インナピストンに対してアウタピストンが往復動できるように、インナピストンはアウタピストン内に遊嵌している。つまり、アウタピストンの周壁部の内周面とインナピストンとの間には、小さな隙間が設けられている。
【０００６】
インナピストンに対してコネクティングロッドから荷重が入力されると、インナピストンは上記隙間分アウタピストンに対して傾く。このとき、アウタピストンの周壁部の内周面の一部にピストン移動部の外周面の一部が接触し、これら一部に荷重が集中する。この状態でインナピストンに対してアウタピストンが往復動をすると、インナピストンとアウタピストンとにおいて互いに接触する部分が摩耗しやすい傾向にある。
【０００７】
本願発明は、ピストン移動部に対するピストン基部の傾きに起因するピストン移動部とピストン基部との接触部分の摩耗の発生を抑制できるピストンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のピストンは、ピンボスを有するピストン基部と、ピストンヘッドとスカート部とを有し、内側に空間を形成して前記ピストン基部を収容するとともに前記ピストン基部に対してピストン中心軸が延びる方向に往復動可能なピストン移動部とを備える。前記ピストン移動部は、前記空間を形成する前記ピストンヘッド側の内壁に前記ピストン中心軸と平行な側面を有する縦壁を備える。前記ピストン基部は、ピストン径方向に延び、先端が前記空間を形成する前記スカート部側の内壁に対面し、前記往復動に伴って前記スカート部側の内壁と摺動可能となる第１の摺動部と、前記縦壁の前記側面に対面し、前記往復動に伴って前記側面と摺動可能となる第２の摺動部とを備える。前記第１の摺動部と前記スカート部側の内壁との間、及び前記第２の摺動部と前記縦壁の前記側面との間にそれぞれ隙間を有し、前記第１の摺動部と前記スカート部側の内壁との間の隙間は、前記第２の摺動部と前記縦壁の前記側面との間の隙間より前記ピストン中心軸が延びる方向に垂直な平面内における前記ピストン基部の中心に向かう直線に沿う長さが長い。
【０００９】
請求項２に記載のピストンでは、請求項１の記載において、前記第１の摺動部と前記第２の摺動部は、前記ピストン中心軸が延びる方向にずれて配置されている。
【００１０】
請求項３に記載のピストンでは、請求項１または請求項２の記載において、前記縦壁は、前記ピストンヘッド側の内壁から前記空間内に突出する凸部である。前記第２の摺動部は、前記凸部の側面全周に沿って前記ピストン基部から前記空間に突出する側壁部に形成される。
【００１１】
請求項４に記載のピストンでは、請求項３の記載において、前記ピストン移動部、前記凸部、前記ピストン基部及び前記側壁部の中心軸は、前記ピストン中心軸と一致して配置される。前記凸部は前記ピストン中心軸方向に平行な一対の平面部と、前記ピストン中心軸方向に平行であるとともに前記平面部の端間を結ぶ一対の円弧面部とを備える。
請求項５に記載のピストンでは、請求項３又は４の記載において、中央に前記凸部および前記側壁部を通す孔が形成されるとともに、前記孔の内側に前記凸部および前記側壁部が嵌合した状態で前記空間内に収容されて前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って伸縮する皿ばねを備える。
【００１２】
請求項６に記載のピストンでは、請求項１から請求項５のうちのいずれか１項の記載において、前記ピストン基部は、第１の周方向当接部を備える。前記ピストン移動部は、ピストン周方向に前記第１の周方向当接部と当接可能な第２の周方向当接部を備える。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１によれば、ピストン径方向に離れた２箇所で接触可能となる。このため、ピストン基部に対してピストン移動部を傾けるべく作用する荷重が各接触部に分担して作用するので、各接触部が摩耗することを抑制できる。
【００１４】
請求項２によれば、ピストン基部とピストン移動部とは、ピストンの中心軸が延びる方向に異なる２箇所で接触するため、ピストン基部とピストン移動部との間で局所的に摩耗が生じることを抑制できる。
【００１５】
請求項３によれば、ピストンは、入力されるスラスト力を分散して受けることができるので、ピストン基部とピストン移動部との間に局所的に摩耗が生じることを抑制できる。また、ピストン基部に対してピストン移動部が傾くことを抑制できる。
【００１６】
請求項４によれば、凸部または側壁部によって皿ばねの伸縮をガイドすることができるので、収容部内で皿ばねがずれることを防止できる。
【００１７】
請求項５によれば、ピストン基部に対してピストン移動部が回転することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るピストンを示す断面図。
【図２】図１に示されたピストンが分解された状態を示す分解断面図。
【図３】図１に示されるＦ３−Ｆ３線に沿って示すピストンの断面図。
【図４】図１に示されるピストンが最大圧縮状態のある状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態に係るピストンを、図１〜４を用いて説明する。図１は、ピストン１０を示す断面図である。図２は、ピストン１０が分解された状態を示す分解断面図である。図１，２に示すように、ピストン１０は、ピストン基部２０と、ピストン移動部３０と、複数の皿ばね５０と、止め輪６０とを備えている。
【００２０】
ピストン基部２０は、本体部２１と、ピンボス２２と、側壁部２３とを有している。本体部２１は、一例として、平面形状が円であり、一定の厚みを有する形状である。本体部２１は、ピストン１０の中心軸Ｘ０に垂直な方向であるピストン径方向Ｄに延びている。中心軸Ｘ０は、ピストン１０を中心軸Ｘ０が延びる方向に沿ってみたときに、ピストン１０の中心を通る直線である。
【００２１】
ピンボス２２は、本体部２１に形成されている。ピンボス２２は、図示しないコネクティングロッドが連結される部位である。本実施形態では、コネクティングロッドは、図示しないピストンピンを介して連結されるため、ピンボス２２には、ピストンピンが通る孔２２ａが形成されている。
【００２２】
側壁部２３は、本体部２１においてピンボス２２とは反対側の面から突出するように、本体部２１に形成されている。側壁部２３については、後で詳細に説明する。
【００２３】
ピストン移動部３０は、ピストンヘッド３１と、リング溝３２が形成されるリング部３３と、スカート部３４と、凸部３５とを備えている。スカート部３４は、リング部３３の周縁部から立ち上がるように一体に形成されている。それゆえ、ピストン移動部３０は内側が凹む形状である。
【００２４】
凸部３５は、ピストンヘッド３１とリング部３３とスカート部３４とによって形成される内側の空間内に形成されており、ピストンヘッド３１の内側に配置されている。凸部３５は、内側に向かって突出している。凸部３５については、後で詳細に説明する。
【００２５】
ピストン基部２０は、ピストン移動部３０の内側に、ピストン移動部３０に対して相対的に往復動可能に収容されている。ピストン基部２０がピストン移動部３０内に収容されるため、ピストン移動部３０の中心軸Ｘ１は、ピストン１０の中心軸Ｘ０に一致する。ピストン移動部３０の中心軸Ｘ１は、中心軸Ｘ１が延びる方向にピストン移動部３０をみるとピストン移動部３０の中心Ｃ１を通る直線である。往復動については、後で詳細に説明する。
【００２６】
図３は、図１に示されるＦ３−Ｆ３線に沿って示すピストン１０の断面図である。図３は、ピストン１０を、ピストン１０の中心軸Ｘ０に垂直な方向に沿って切断して示している。図３に示すように、ピストン基部２０の本体部２１の外周面２１ａを中心軸Ｘ０が延びる方向に見ると、外周面２１ａの縁によって形成される形状は、円となる。ピストン移動部３０の内周面７３の縁によって形成される形状は、中心軸Ｘ０が延びる方向に沿って見ると、円となる。
【００２７】
ピストン移動部３０の内側は、本体部２１が往復動可能に嵌る大きさを有している。往復動を可能とするために、内周面７３と本体部２１の外周面２１ａとの間には、若干の隙間Ｓ１が形成されている。この隙間Ｓ１は、小さいものである。この隙間Ｓ１によって、ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して、往復動（近づく移動と離れる移動）が可能である。なお、図３中では、ピストン基部２０の本体部２１の外周面２１ａと、ピストン移動部３０の内周面７３との間の隙間Ｓ１を、誇張して大きく描いている。しかしながら、実際は、ピストン基部２０は、ピストン移動部３０内に、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が往復動可能となる程度の小さな隙間を有して嵌合する（つまり遊嵌）。このため、この隙間Ｓ１は、小さなものである。
【００２８】
図２に示すように、スカート部３４の内壁部には、環状に連続する止め輪６０が収容されて固定される溝６１が形成されている。止め輪６０は、ピストン移動部３０がピストン基部２０に組み付けられた状態（ピストン基部２０がピストン移動部３０内に収容された状態であって、図１に示す状態）で、溝６１内に固定される。
【００２９】
図１に示すように、止め輪６０の一部は、溝６１からピストン移動部３０の内側に出る。そして、ピストン基部２０の本体部２１が止め輪６０に当たることによって、ピストン基部２０がピストン移動部３０から外れることが防止される。
【００３０】
ピストン移動部３０の外周面３８は、ピストン移動部３０の中心軸Ｘ１に平行である。
【００３１】
次に、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動について説明する。図１に示すように、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向を図中矢印で示している。往復動方向Ａは、直線方向である。往復動方向Ａは、ピストン１０の中心軸Ｘ０が延びる方向に平行である。また、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａは、図示しないシリンダ内でのピストン１０の往復動方向に平行である。
【００３２】
次に、側壁部２３と、凸部３５とについて説明する。図１に示すように、凸部３５は、ピストン移動部３０においてピストンヘッド３１とは反対側に形成されており、ピストン移動部３０内に配置されている。
【００３３】
凸部３５は、ピストン移動部３０の中心軸Ｘ１に平行に延びている。凸部３５の中心軸Ｘ２は、中心軸Ｘ１に一致する（同じである）。中心軸Ｘ２は、中心軸Ｘ２が延びる方向に見ると凸部３５の中心Ｃ２を通る。また、中心軸Ｘ２が延びる方向に凸部３５を見ると、凸部３５の中心Ｃ２は、ピストン移動部３０の中心Ｃ１に重なる。
【００３４】
ピストン基部２０がピストン移動部３０内に収容された状態においては、ピストン基部２０の中心Ｃ３を通る中心軸Ｘ３とピストン移動部３０の中心Ｃ１を通る中心軸Ｘ１とは、往復動方向Ａに見ると重なる、または、略重なる。なお、本体部２１の中心軸は、ピストン基部２０の中心軸Ｘ３と同じである。
【００３５】
ここで言う略重なるとは、上記したように、ピストン基部２０の本体部２１の外周面２１ａとピストン移動部３０の内周面７３との間に隙間が形成されており、かつ、後述される、側壁部２３と凸部３５とのうち一方が他方内に往復動可能に嵌合するための隙間のためである。この隙間分、ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対してずれることができるため、中心軸Ｘ３，Ｘ１は、互いにずれることがある。なお、中心軸Ｘ３，Ｘ１は、ともに、中心軸Ｘ０と平行である。
【００３６】
凸部３５の説明に戻る。凸部３５の外周面３５ａは、互いに平行であって向かい合うとともに中心軸Ｘ２が延びる方向に平行な一対の平面部３５ｂと、中心軸Ｘ２が延びる方向に平行であるとともに平面部３５ｂの端間を結ぶ一対の円弧面部３５ｃとを有している。凸部３５の中心軸Ｘ２が延びる方向に垂直な平面（断面および先端面）の形状は、中心軸Ｘ２が延びる方向に一定であって、中心軸Ｘ２が延びる方向を横切る方向にずれず、かつ、同じ形状（図３に示す形状）が保たれる。
【００３７】
このため、凸部３５の中心軸Ｘ２が延びる方向に垂直な平面（断面および先端面）を中心軸Ｘ２が延びる方向に見ると、凸部３５の外縁３９によって形成される形状は、凸部３５の中心Ｃ２からの距離が均一ではない形状である。なお、凸部３５の先端面３７は、中心軸Ｘ２が延びる方向に垂直な平面である。
【００３８】
図１に示すように、側壁部２３は、ピストン基部２０の本体部２１において、ピンボス２２と反対側に形成されている。側壁部２３は、円柱形状であって、ピストン基部２０の中心軸Ｘ３に平行に延びている。側壁部２３の中心軸Ｘ４は、中心軸Ｘ４が延びる方向にみると側壁部２３の中心Ｃ４を通るとともにピストン基部２０の中心軸Ｘ３に一致する（同じである）。側壁部２３の外周面２３ａは、中心軸Ｘ４が延びる方向（言い換えると、往復動方向Ａ）に平行である。図３に示すように中心軸Ｘ４が延びる方向に側壁部２３を見ると、側壁部２３の中心Ｃ４は、ピストン基部２０の中心Ｃ３と重なっている。
【００３９】
側壁部２３の中心軸Ｘ４が延びる方向に垂直な平面（断面および先端面）において、側壁部２３の外縁２３ｂによって形成される形状は、円である。側壁部２３の中心軸Ｘ４が延びる方向に垂直な平面（断面および先端面）において、外縁２３ｂによって形成される形状は、中心軸Ｘ４が延びる方向に一定であって、往復動方向Ａを横切る方向にずれることなく、かつ、同じ形状（図３に示す）が保たれる。
【００４０】
側壁部２３には、凸部３５が往復動可能に嵌る凹部２４が形成されている。凹部２４は、凸部３５に向かって開口している。側壁部２３の中心軸Ｘ４が延びる方向に垂直な平面（断面および先端面）において、凹部２４の内縁２４ｂによって形成される形状は、凸部３５の中心軸Ｘ４が延びる方向に垂直な平面の形状に相似であって、かつ、凹部２４内で凸部３５が往復動可能となる隙間分大きい形状である。
【００４１】
具体的には、図３に示すように、凹部２４の内周面２４ａは、中心軸Ｘ４が延びる方向に平行であってかつ互いに平行である一対の平面部２５と、中心軸Ｘ４が延びる方向に平行に延びるとともに平面部２５の端をつなぐ円弧面部２６とを有する。底面２７は、中心軸Ｘ４が延びる方向に垂直な平面である。
【００４２】
側壁部２３の往復動方向Ａに垂直な平面（断面および先端面）において、内縁２４ｂによって形成される形状は、中心軸Ｘ４が延びる方向に一定であって、中心軸Ｘ４が延びる方向を横切る方向にずれることなく、かつ、同じ形状（図３に示される形状）が保たれる。
【００４３】
図３中では、凸部３５の外周面３５ａと凹部２４の内周面２４ａとの間の隙間Ｓ２は、誇張して大きく描かれている。しかしながら、実際は、凸部３５は、凹部２４内に、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が往復動可能となる程度の小さな隙間を有して嵌合する（つまり遊嵌）。このため、この隙間Ｓ２は、小さなものである。
【００４４】
ここで、ピストン１０の往復動方向Ａに垂直な平面内での、本体部２１の外周面２１ａとピストン移動部３０の内周面７３との間の隙間Ｓ１と、側壁部２３の凹部２４の内周面２４ａと凸部３５の外周面３５ａとの間の隙間Ｓ２とについて説明する。
【００４５】
まず、上記各中心軸と往復動方向Ａとについてまとめる。上記した各中心軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４は、互いに平行であるとともに、ピストン１０の中心軸Ｘ０と往復動方向Ａとに平行である。そして、ピストン移動部３０内にピストン基部２０が収容されるので、ピストン１０の中心軸Ｘ０は、ピストン移動部３０の中心軸Ｘ１と一致する。ピストン基部２０の中心軸Ｘ３とピストン移動部３０の中心軸Ｘ１が一致するように互いに配置されると、全ての中心軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４は、中心軸Ｘ０に一致する。かつ、中心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、中心軸Ｘ０が延びる方向に重なる。
【００４６】
ピストン１０は、シリンダ内を往復運動するとピストンピンと垂直なピストン径方向Ｄにスラスト力を受ける。このとき、ピストン１０は図示しないシリンダ内壁に押し付けられ、スカート部３４はピストン１０の内側に変形する。隙間Ｓ１，Ｓ２は、ピストン１０がスラスト力を受けてスカート部３４がピストン１０の内側に変形したときに本体部２１の外周面２１ａとピストン移動部３０の内周面７３とが互いに接触すると同時に、凸部３５の外周面３５ａと凹部２４の内周面２４ａとが互いに接触するように設定されている。この点について、さらに具体的に説明する。
【００４７】
まず、ピストン１０が使用されていない状態での隙間Ｓ１，Ｓ２について説明する。
【００４８】
図１，３は、ピストン移動部３０とピストン基部２０の中心Ｃ１，Ｃ３とが往復動方向Ａに重なっている状態を示している。言い換えると、中心軸Ｘ３，Ｘ１が重なる状態を示している。図３で示すように、中心Ｃ１，Ｃ３が重なるようにピストン基部２０とピストン移動部３０とを配置した場合、本体部２１の外周面２１ａは、中心軸Ｘ０が延びる方向に平行になる。そして、中心軸Ｘ０が延びる方向に垂直な平面内においては、ピストン移動部３０の内周面７３と、ピストン基部２０の本体部２１の外周面２１ａとの間の隙間Ｓ１は、周方向に連続する環状に形成されるとともに、ピストン基部２０の中心Ｃ３に向かう直線に沿う長さがＬ１であって外周面２１ａの周方向に均一である。
【００４９】
側壁部２３の凹部２４の内周面２４ａと、凸部３５の外周面３５ａとの間の隙間Ｓ２は、周方向に連続する環状に形成される。図３の状態において、凸部３５の円弧面部３５ｃと凹部２４の円弧面部２６との間の範囲においては、中心Ｃ１に向かう直線に沿う長さがＬ２であって、周方向に均一である。また、凸部３５の平面部３５ｂと凹部２４の平面部２５との間の範囲においては、互いに垂直な直線に沿う長さがＬ２であって均一である。
【００５０】
長さＬ１は、長さＬ２よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２）。これは、ピストン１０が受けるスラスト力とスカート部３４のピストン１０の変形を考慮して決定されている。
【００５１】
次に、ピストン１０が使用されている状態、即ち内燃機関が運転中の状態での隙間Ｓ１，Ｓ２について説明する。内燃機関が運転中の場合、ピストン１０はピストンピンと垂直なピストン径方向Ｄにスラスト力を受け、シリンダ内壁に押し付けられる。このとき、スカート部３４にはスラスト力の反力として中心軸Ｘ０方向に力が作用する。まず、長さの短い隙間Ｓ２部分である凸部３５と凹部２４とが当接して摺動することとなる。このときピストン基部２０とピストン移動部３０との接触部分は凸部３５と凹部２４のみとなり、摺動抵抗の増加を抑えつつ荷重伝達することができる。さらにスラスト力が大きくなる、特に高負荷運転状態などの場合、スカート部３４に作用する力が大きくなり、スカート部３４はピストン１０の内側に変形し、長さの長い隙間Ｓ１部分である外周面２１ａと内周面７３とが接触することにより大きなスラスト力を２箇所で分散して伝達することになる。
【００５２】
ピストン１０が使用されていない状態での隙間Ｓ１，Ｓ２の幅（Ｌ１，Ｌ２）を上記のように決定することによって、小さなスラスト力の時には１箇所で接触させることにより摺動抵抗を抑え、大きなスラスト力の時には２箇所で接触させることにより荷重を分散させることができる。
【００５３】
凸部３５は、本発明でいう縦壁の一例である。内周面２４ａは、本発明でいう第２の摺動部の一例である。本体部２１は、本発明で言う第１の摺動部の一例である。
【００５４】
ついで、ピストン１０の状態について説明する。ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して、中心軸Ｘ０に平行な近づく方向Ａ１と離れる方向Ａ２とに移動可能である。ピストン移動部３０がピストン基部２０に対して最も離れた位置にある状態を、初期状態Ｐ１とする。図１は、初期状態Ｐ１において、ピストン基部２０の中心Ｃ３を通って往復動方向Ａに平行にピストン１０を切断した状態を示している。
【００５５】
ピストン移動部３０がピストン基部２０に最も近づいた状態を最大圧縮状態Ｐ２とする。図４は、最大圧縮状態Ｐ２のピストン１０を、図１と同様に切断した状態を示す断面図である。図４に示すように、最大圧縮状態Ｐ２は、凸部３５の先端面３７が凹部２４の底面２７に面接触して、それ以上ピストン移動部３０がピストン基部２０に近づけない状態である。このため、凸部３５の中心軸Ｘ０が延びる方向に沿う長さは、ピストン１０に対して予め設定される、ピストン基部２０に向かってピストン移動部３０が最も近づいた状態に基づいて決定される。
【００５６】
ピストン移動部３０がピストン基部２０に組み付けられた状態において、ピストン基部２０とピストン移動部３０との間には、収容部７０が形成される。収容部７０は、中央に側壁部２３と凸部３５が配置されており、側壁部２３と凸部３５回りに空間を有する形状となる。収容部７０のピストン基部２０側の端面７１は、ピストン基部２０の本体部２１の表面であり、ピストン基部２０の中心軸Ｘ３が延びる方向に垂直な平面である。内周面７３は、ピストン移動部３０の中心軸Ｘ１が延びる方向に平行に延びている。収容部７０の内部空間は、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の相対位置によって、変化する。
【００５７】
図１に示すように、複数の皿ばね５０は、収容部７０内に収容される。皿ばね５０は、各々同じものである。図３に示すように、皿ばね５０は、往復動方向Ａに見る平面形状が円であり、中央に側壁部２３と凸部３５を通す貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１の内縁５３を往復動方向Ａに見る形状は、円である。複数の皿ばね５０が重なる方向Ｂは、皿ばね５０がたわむ方向であり、中心軸Ｘ０が延びる方向に平行である。
【００５８】
皿ばね５０は、予め初期荷重が入力されて圧縮された状態で収容部７０内に収容される。皿ばね５０は、弾性力によって、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０を離れる方向に付勢する。このため、ピストン１０は初期状態Ｐ１で保たれる。ピストンヘッド３１に皿ばね５０に入力される初期荷重より大きい力が作用すると、皿ばね５０が圧縮されて、ピストン移動部３０がピストン基部２０に向かって近づくように移動する。つまり、ピストン１０が圧縮される。
【００５９】
皿ばね５０は、ピストン１０がスラスト力を受けて変形した状態と、最大圧縮状態と、およびこれら２つの状態を組み合わせた状態とにおいても、中心軸Ｘ０が延びる方向に見たときに、ピストン基部２０の本体部２１の外周面２１ａ（外縁）より外に出ない大きさを有している。このため、皿ばね５０の外縁５２と収容部７０の内周面７３との間には、環状に連続する隙間Ｓ３が設けられる。なお、図３中、隙間Ｓ１，Ｓ３を明確に説明するために、ピストン１０の一部である範囲Ｆ３ａを拡大して示している。
【００６０】
次に、側壁部２３と皿ばね５０との関係について説明する。側壁部２３の大きさは、図３に示すように、皿ばね５０の中心Ｃ５が中心軸Ｘ０が延びる方向にピストン基部２０の中心Ｃ４に重なった場合に、側壁部２３の外周面２３ａと皿ばね５０の内縁５３との間に環状に連続する隙間Ｓ４が形成されるように設定される。
【００６１】
隙間Ｓ４は、皿ばね５０が中心軸Ｘ０が延びる方向に交差する方向（例えば、中心軸Ｘ０が延びる方向に垂直な方向）に移動した場合であっても、皿ばね５０の外縁５２が内周面７３に接触する前に皿ばね５０の内縁５３が側壁部２３の外周面２３ａに接触して皿ばね５０のずれを止めることができる大きさに設定されている。
【００６２】
具体的には、初期状態Ｐ１で、かつ、凸部３５の中心Ｃ２と皿ばね５０の中心Ｃ５とピストン基部２０の中心Ｃ３とが往復動方向Ａに互いに重なった状態において、隙間Ｓ４は、周方向に連続する環状に形成される。そして、中心軸Ｘ０が延びる方向に垂直な平面内において中心Ｃ３に向かう直線に沿う隙間Ｓ４の長さは、Ｌ４となり、周方向に均一な長さとなる。
【００６３】
上記状態において、ピストン移動部３０の内周面７３と皿ばね５０の外縁５２との間の隙間Ｓ３の中心Ｃ３に向かう直線に沿う長さは、Ｌ３となり、周方向に均一な長さとなる。そして、Ｌ３＞Ｌ４となる。長さＬ３，Ｌ４は、ピストン１０の運転状態であっても、隙間Ｓ３の中心Ｃ１に向かう直線に沿う長さが、隙間Ｓ４の中心Ｃ１に向かう直線に沿う長さより大きくなる関係が保たれるように設定されている。なお、図３中では、説明のために、隙間Ｓ３，Ｓ４を大きく誇張して示している。しかしながら、実際には、隙間Ｓ３，Ｓ４は小さいものである。
【００６４】
次に、ピストン１０の組み立て作業の一例を説明する。ピストン移動部３０内に複数の皿ばね５０を収容した後、ピストン基部２０をピストン移動部３０内に収める。このとき、凸部３５が側壁部２３の凹部２４に嵌合するように位置を合わせる。凸部３５が側壁部２３の凹部２４内に収容されると、そのまま、ピストン基部２０をピストン移動部３０内に押し込むことができる。
【００６５】
凸部３５の中心軸Ｘ２が延びる方向に垂直な平面（断面および先端面）の形状が、中心軸Ｘ２が延びる方向に見たときに、ピストン移動部３０の中心Ｃ１からの距離が均一ではない形状あることによって、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が回転することがないので、スムーズにピストン基部２０をピストン移動部３０内に押し込むことができる。
【００６６】
ピストン基部２０がピストン移動部３０内に収容されると、次に、止め輪６０を溝６１に嵌め込む。この作業が終了すると、ピストン１０の組み立てが終了する。
【００６７】
次に、ピストン１０の動作を説明する。ピストン１０は、図示しないシリンダ内で燃焼室の圧力を受けてシリンダ内を移動する。この移動が、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達される。このことによって、クランクシャフトが回転する。
【００６８】
ピストン基部２０はコネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されているので、シリンダ内の移動の際に回転することはない。また、ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して回転しない。
【００６９】
皿ばね５０は、圧縮されると広がる。このとき、皿ばね５０が往復動方向Ａを横切る方向に移動しても、側壁部２３によって皿ばね５０の外縁５２がピストン移動部３０の内周面７３に接触しないので、ピストン移動部３０の移動が妨げられない。
【００７０】
上記動作は、ピストン１０が圧縮された状態から初期状態Ｐ１に向かって戻る場合においても同じである。
【００７１】
このように形成されるピストン１０では、ピストン１０の受けるスラスト力が小さい場合、本体部２１の外周面２１ａとピストン移動部３０の内周面７３とは接触しないため、摺動抵抗を抑えることができる。また、ピストン１０の受けるスラスト力が大きい場合、側壁部２３の凹部２４の内周面２４ａと凸部３５の外周面とが接触するとともに、本体部２１の外周面２１ａとピストン移動部３０の内周面７３とが接触する。このように、往復動方向Ａとピストン径方向Ｄに互いにずれた２箇所で接触することによって、ピストン１０が受けるスラスト力によってピストン基部２０とピストン移動部との接触部分に加わる荷重が上記２箇所に分散されるので、ピストン１０の摩耗を抑制することができる。
【００７２】
また、凸部３５は外周面３５ａの全周を側壁部２３に囲われて凹部２４に嵌合しているので、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が傾くことを抑制できる。
【００７３】
また、皿ばね５０の内縁５３と側壁部２３の外周面２３ａとの間の隙間Ｓ４は、皿ばね５０の外縁５２と内周面７３との間の隙間Ｓ３よりも大きく設定されている。そのため、側壁部２３によって皿ばね５０同士のピストン径方向Ｄへのずれを防止することができるとともに、皿ばね５０の外縁５２がピストン移動部３０の内周面７３に接触してピストン移動部３０の移動を妨げることがない。
【００７４】
また、中心軸Ｘ０が延びる方向に見たときに、凸部３５の中心軸Ｘ０が延びる方向に垂直な平面（先端面および断面）の形状を、ピストン移動部３０の中心Ｃ１からの距離が不均一な形状とするとともに、側壁部２３の凹部２４は凸部３５が隙間を有して嵌合する形状（つまり、凸部３５の中心軸Ｘ０が延びる方向に垂直な平面と相似であって、往復動可能な程度の小さな隙間分大きい形状）であることによって、ピストン基部２０に対してピストン周方向にピストン移動部３０が回転しようとすると凸部３５が凹部２４の内面に当接するので、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が回転することを防止することができる。側壁部２３は、第１の周方向当接部の一例である。凸部３５は、第２の周方向当接部の一例である。
【００７５】
なお、本実施形態では、ピストン基部２０に対してピストン周方向にピストン移動部３０の回転を止める構造として、側壁部２３と凸部３５とが用いられた。しかしながら、これに限定されない。例えば、ピストン基部２０に、ピストン移動部３０側に向かって突出する突部が別途に設けられ、かつ、ピストン移動部３０にこの突部が嵌合する凹部が形成されてもよい。凹部は、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動を阻害しないように、突部との間に隙間を有している。凹部に突部が嵌合することによって、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が回転しようとすると、突部が凹部の内面に当接する。このことによって、ピストン基部２０に対してピストン周方向にピストン移動部３０が回転することが防止される。この場合、突部が第１の周方向当接部となり、凹部が第２の周方向当接部になる。
【００７６】
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、ピストン中心軸方向に見た、凸部の外周縁の形状と凹部の内周縁の形状は楕円形状であってもよい。また、凸部をピストン基部側に設け、側壁部をピストン移動部側に設けてもよい。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１０…ピストン、２０…ピストン基部、２１…本体部（第１の摺動部）、２２…ピンボス、２２ａ…孔、２３…側壁部（第２の周方向当接部）、２４ａ…内周面（第２の摺動部）、３０…ピストン移動部、３１…ピストンヘッド、３４…スカート部、３５…凸部（縦壁）、５０…皿ばね、Ｘ０…中心軸、Ｄ…ピストン径方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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