(57)【要約】  【課題】  この発明は、エンジンのピストン構造において、ピストンピンを短縮することでピストンの軽量化を図りつつも、クラウン部上面の引張応力を軽減することで、クラウン部の薄肉化、加工自由度を確保することができるエンジンのピストン構造を提供することを目的とする。  【解決手段】  ピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄには、中央側を若干大径としたテーパー加工（コニカル加工）を施している。具体的には、図に示すように中央のピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄを、中央側が大径となったテーパー曲面として構成している。  【選択図】  図１４
2006057482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクティングロッドの先端に円柱形状のピストンピンを一体化し、ピストンのクラウン部下面に形成したピンボス部で、該ピストンピンを軸支してピストンピンの上面を全て受けるように構成したエンジンのピストン構造において、
前記ピンボス部のピストンピンに接する上部内周面を、エンジン燃焼時に高まるピストン中央部の応力を低減するように、ピストン中央に向かい拡張するテーパー曲面とした
エンジンのピストン構造。
【請求項２】
前記ピンボス部のピストンピンに接する下部内周面を、円柱曲面として構成した
請求項１記載のエンジンのピストン構造。
【請求項３】
前記ピンボス部を、両端部に設けた軸支部と該軸支部の間に設けたピン受け部とで構成し、
該軸支部の上部内周面と下部内周面とを、円柱曲面とし、
該ピン受け部の上部内周面をテーパー曲面とした
請求項１又は２記載のエンジンのピストン構造。
【請求項４】
前記コネクティングロッド先端のピストンピンへの締結位置を、ピストンの中心を通るピストン揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定した
請求項１〜３記載のエンジンのピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのピストン構造、特にコネクティングロッドとピストンの連結部分の構造を工夫してピストン質量の軽量化を図りつつも、その際に生じる不具合を対策したピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載されるエンジン、特に４気筒エンジンでは、二次慣性力による振動及び騒音を解消するため、バランスシャフトを備えるのが一般的であった。しかし、近年、エンジンの軽量化及び低コスト化のため、このバランスシャフトを削減したいという要求が高まっている。
【０００３】
二次慣性力を低下させることで、バランスシャフトを削減することが可能となるが、この二次慣性力に寄与するピストン質量は、４気筒のように気筒数が少なく、かつ大きな排気量（例えば２２００ｃｃ以上の排気量）のエンジンでは、重たくならざるを得ず、現状の構造のままでは、アルミ等の軽金属を使用しても、有効に軽量化を図ることができなかった。
【０００４】
そこで、ピストン質量の軽量化を図るため、ピストンとコネクティングロッドを連結するピストンピンを短縮することが考えられる。
【０００５】
しかし、ピストンピンを短縮した場合には、ピストンピンの両端を軸支するピンボス部における軸支面積が小さくなるため、ピストンピン端部及びピンボス部に掛かる面圧が高くなり、ひび割れ等の破損が生じる可能性がある。
【０００６】
そこで、この破損防止対策として、例えば、ピストンのクラウン部の下面に、直接ピストンピンの上面を受けるピン受け部を形成することで、ピストンピン上面を全てクラウン部下面に当接させて、面圧を分散させる構造が考えられる。
【０００７】
この面圧を分散させる構造としては、下記特許文献１がある。  
特許文献１の構造を図１８に示す。この特許文献１では、ピストン１００のクラウン部１０１下面を、全てピストンピン１０２上面を受けるピン受け部１０３として構成し、その両側にピストンピン１０２の両端を軸支するピンボス部１０４を形成し、このピン受け部１０３とピンボス部１０４によりピストンピン１０２を支持している。
【０００８】
このように構成することで、ピストンピン１０２の上面を全てクラウン部１０１下面に当接させることができるため、ピストンピン１０２の端部及びピンボス部１０４に掛かる面圧を分散することができ、ひび割れ等の破損のおそれをなくすことができる。
【０００９】
もっとも、この特許文献１は、大きな燃焼圧力が掛かるディーゼルエンジンのピストンを前提としているため、ピストンピンをピストン直径とほぼ同じ長さに設定しており、軽量化を図るために、ピストンピンを短縮する本願発明とは、前提とする技術思想を異にするものである。
【００１０】
ところで、ピストンピンを軸支するピンボス部の挿通穴には、エンジン燃焼時のピストンピンの曲がり変形によって生じるピンボス部の引張応力を緩和するため、ピンボス部の内側からテーパー状に面取り加工（コニカル加工）することが、例えば、特許文献２などで知られている。
【００１１】
もっとも、特許文献２は、ピンボス部に生じる引張応力を緩和することを目的としているだけであり、その他の部分の要求で、テーパー状に面取り加工するものではない。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３４３７２４号公報
【特許文献２】特開２００４−２８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、ピストンピンを短縮して、ピストンピンの上面を全てクラウン部下面に当接させる構成を採用した場合には、エンジン燃焼時のピストンピンの曲がり変形が、クラウン部下面に伝達されることになる。
【００１４】
このように、ピストンピンの曲がり変形が、クラウン部下面に伝達された場合には、当然クラウン部にその影響が生じることになる。
【００１５】
その影響は、図１７（ａ）の模式図に示すように、クラウン部１１０上面の中央部を外側に引っ張る引張応力Ｓとして生じることになる。
【００１６】
すなわち、エンジン燃焼時、ピストンが燃焼圧力Ｐを受けて降下する場合に、ピストンピン１１１が、中央部でコネクティングロッド（図示せず）の反力を受けて、への字状に折れ曲がり変形する際、クラウン部１１０下面がその変形に沿って湾曲するため、クラウン部１１０上面の中央部に外向きの引張応力Ｓが生ずるのである。
【００１７】
このように、クラウン部上面に引張応力が生じると、この応力に耐えうる程度の肉厚をクラウン部に設定する必要が生じるため、クラウン部を薄肉化するのに制限が加えられることになる。
【００１８】
また、クラウン部上面は、燃焼室をも構成するため、引張応力のために加工制限が加えられると、燃焼室形状の設計自由度も制限されることになる。
【００１９】
そこで、この発明は、エンジンのピストン構造において、ピストンピンを短縮することでピストンの軽量化を図りつつも、クラウン部上面の引張応力を軽減することで、クラウン部の薄肉化、加工自由度を確保することができるエンジンのピストン構造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】
【００２０】
この発明のエンジンのピストン構造は、コネクティングロッドの先端に円柱形状のピストンピンを一体化し、ピストンのクラウン部下面に形成したピンボス部で、該ピストンピンを軸支してピストンピンの上面を全て受けるように構成したエンジンのピストン構造において、前記ピンボス部のピストンピンに接する上部内周面を、エンジン燃焼時に高まるピストン中央部の応力を低減するように、ピストン中央に向かい拡張するテーパー曲面としたものである。
【００２１】
上記構成によれば、ピンボス部のピストンピンに接する上部内周面を、エンジン燃焼時に高まるピストン中央部の応力を低減するように、ピストン中央に向かい拡張するテーパー曲面とすることで、エンジン燃焼時、ピストンピンに折れ曲がり変形が生じたとしても、ピストン中央部分で面圧が低くなっているため、ピンボス部の上部内周面がピストンピンの変形の影響を受けて湾曲することはない。
【００２２】
このため、このピンボス部を形成したクラウン部も、ピストンピンの変形の影響を受けて湾曲しないため、クラウン部上面の中央部に生じる外向きの引張応力を低減することができる。
【００２３】
この発明の一実施態様においては、前記ピンボス部のピストンピンに接する下部内周面を、円柱曲面として構成したものである。
【００２４】
上記構成によれば、ピンボス部のピストンピンに接する下部内周面を、円柱曲面とすることで、ピンボス部の下部では、確実にピストンピンを全ての面で支持することができる。
【００２５】
よって、荷重の受け面積がピンボス部上部よりも小さいピンボス部下部においても、確実に受け面積を確保することができるため、ピストンピンとピンボス部の局部面圧の増大を防ぐことができる。
【００２６】
この発明の一実施態様においては、前記ピンボス部を、両端部に設けた軸支部と該軸支部の間に設けたピン受け部とで構成し、該軸支部の上部内周面と下部内周面とを、円柱曲面とし、該ピン受け部の上部内周面をテーパー曲面としたものである。
【００２７】
上記構成によれば、軸支部とピン受け部とでピンボス部を構成し、軸支部の上部内周面と下部内周面とを円柱曲面とし、ピン受け部の上部内周面をテーパー曲面とすることで、まず、軸支部では内周面の径が軸方向で変化しないため、ピストンピンに対する局所的な応力発生を防止できる。一方、ピン受け部では、下部内周面が存在しないため、ピストンピンに対する応力を気にすることなく、上部内周面をテーパー曲面として、クラウン部の引張応力を低減することができる。
【００２８】
よって、ピストンピンとクラウン部のそれぞれの応力発生を抑制することができるため、それぞれの軽量化を効果的に行うことができる。
【００２９】
この発明の一実施態様においては、前記コネクティングロッド先端のピストンピンへの締結位置を、ピストンの中心を通るピストン揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したものである。
【００３０】
上記構成によれば、コネクティングロッド先端のピストンピンへの締結位置を、ピストンの中心を通るピストン揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したため、締結固定のスペースを、ピストンピンの長手方向に設ける必要がなくなる。
【００３１】
よって、ピストンピンを短縮することができ、ピストンピンの一層の軽量化を図ることができる。また、ピストンピンを短縮することで、ピストンピンの曲がり変形の程度も抑制することができる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、ピンボス部のピストンピンに接する上部内周面を、エンジン燃焼時に高まるピストン中央部の応力を低減するように、ピストン中央に向かい拡張するテーパー曲面とすることで、エンジン燃焼時、ピストンピンに折れ曲がり変形が生じたとしても、ピストン中央部分で面圧が低くなっているため、ピンボス部の上部内周面がピストンピンの変形の影響を受けて湾曲することはない。
【００３３】
このため、このピンボス部を形成したクラウン部も、ピストンピンの変形の影響を受けて湾曲しないため、クラウン部上面の中央部に生じる外向きの引張応力を低減することができる。
【００３４】
したがって、エンジンのピストン構造において、ピストンピンを短縮することでピストンの軽量化を図りつつも、クラウン部上面の引張応力を軽減することで、クラウン部の薄肉化、加工自由度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面に基づいてこの発明の実施形態を詳述する。  
図１は、本実施態様のエンジンのピストン構造を採用したピストン組立体１をクランク軸方向から見た正面図、図２はそのピストン組立体１の側面図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００３６】
本実施態様のピストン組立体１は、直列四気筒エンジンのシリンダー内で、上下方向に往復運動をして、図示しないクランク軸をコネクティングロッド２を介して回転駆動するように構成している。
【００３７】
このピストン組立体１は、上部にクラウン部３１を有する略円筒カップ状のピストン本体３と、このピストン本体３のクラウン部３１下方でクランク軸と平行配置したピストンピン４と、上端をピストンピン４に締結固定して下端をクランク軸に嵌合固定したコネクティングロッド２と、からなる。
【００３８】
ピストン本体３は、軽量化のためアルミニウム合金製とされ、ピストン本体３上部に設けた円盤状のクラウン部３１と、ピストン本体３のスラスト・反スラスト位置にそれぞれ設けた円弧形状のスカート部３２，３３と、クラウン部３１下面でピストンピン４を軸支するピンボス部３４と、スカート部３２，３３の両側端部とピンボス部３４をピストンピン４と直交する方向に延びて連結する連結側壁３６…と、を有する。
【００３９】
ピストン本体３の詳細構造については、後述の単品図によって説明する。  
ピストンピン４は、ピンボス部３４で両端が軸支されるチタン製の円柱部材で構成して、両端面には、凹設した肉抜き部４１を形成している。また、ピストンピン４の中央には、コネクティングロッド２を締結固定する締結固定孔４２を、ピン下端を中心とした扇状位置（α：約９０度）に、二箇所穿設している。
【００４０】
なお、この扇状位置は、この角度に限定されるものではなく、ピストン本体３とコネクティングロッド２の相対揺動変位角や製作の容易さ等を考慮して、８０度や６０度といった鋭角をもって構成される扇状領域に設定してもよい。
【００４１】
このように鋭角の扇状領域に締結固定位置を設定することで、コネクティングロッド２が揺動した際の、ピンボス部３４のピン受け部３４ｃとの干渉を防ぐことができる。
【００４２】
また、この締結固定位置は、ピストン本体３の揺動方向であるため、締結固定のスペースをピストンピン４の長手方向に設定しなくてもよい。よって、ピストンピン４をさらに短縮することができる。
【００４３】
コネクティングロッド２は、揺動方向の両側に設けた平板部２１，２１とその平板部を連結する連結部２２とからなるＨ型断面のロッド部２３と、その上端でピストンピン４を締結固定する締結受け部２４とを備える。このコネクティングロッド２は、これら両者を一体に成形した鍛造品で構成され、ピストン本体３からの大きな荷重を確実にクランク軸に伝達するように構成している。
【００４４】
上端の締結受け部２４は、ロッド部２３の平板部２１，２１を上方に延設して、ピストンピン４の締結固定位置まで延びる二又形状とされ、その二又形状部分でピストンピン４を挟み込むようにしてピストンピン４を締結固定している。
【００４５】
このように、平板部２１，２１を延設して、締結受け部２４を二又形状としてピストンピン４から荷重を受けるように構成したため、剛性の高い平板部２１，２１でピストンピン４からの荷重を効率的に受けることができる。
【００４６】
このように構成することで、コネクティングロッド２においても軽量化を図って、効率的な荷重伝達を行うことができる。
【００４７】
また、この締結固定で用いる締結ボルト５，５は、二本の六角穴ボルトである。このような穴ボルトで締結固定を行なうことで、通常のソケットレンチ等では締結作業が困難である鋭角扇状領域にボルトの締結位置を設定したとしても、コンパクトな六角棒レンチで容易に締結作業を行なうことができる。  
なお、この六角穴ボルトに換えて四角穴ボルトにしても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
図５〜図１３に、ピストン本体３の単品図を示す。図５は正面図、図６は側面図、図７は平面図、図８は底面図、図９は図６のＣ−Ｃ線矢視断面図、図１０はＤ−Ｄ線矢視断面図、図１１は図７のＥ−Ｅ線矢視断面図、図１２はＦ−Ｆ線矢視断面図、図１３はＧ−Ｇ線矢視断面図である。
【００４９】
このピストン本体３は、前述のようにクラウン部３１と、スカート部３２，３３と、ピンボス部３４と、連結側壁３６…と、からなる。以下それぞれについて詳細に説明する。
【００５０】
まず、クラウン部３１は、その上面に燃焼室を構成する平坦な上面凹部３１ａを形成しており、その周囲の外周部３１ｂにはピストンリング等を装着するリング溝３１ｃを形成している。また、クラウン部３１の下面には、クラウン部３１の厚みを薄肉にして軽量化を図るため、外周部３１ｂよりも凹ませた下面凹部３１ｄを設けている。
【００５１】
ただし、燃焼圧力に対するクラウン部３１の剛性を確保するため、外周部３１ｂと同じ厚みを有する補強リブ３１ｅを、ピストンピン４と同一方向に延設して、外周部３１ｂとピンボス部３４を連結している。
【００５２】
また、この補強リブ３１ｅとピンボス部３４との間に、三角錐状の肉盛り部３１ｆを設けることで、補強リブ３１ｅとピンボス部３４との間に応力集中が生じないように構成している。
【００５３】
スカート部３２，３３は、ピストン本体３がシリンダー内で上下方向に適切に移動するよう、クラウン部３１の外周部３１ｂからそのまま下側に延びる円弧形状に構成している。
【００５４】
スカート部３２，３３の周方向幅Ｈの形状は、後述のようにピンボス部３４に過大な応力が生じないようにしつつも、シリンダー内壁との接触面積を確保するため、ピンボス部３４の中心位置に対応する高さ位置Ｑを最狭部として、その上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状とした、所謂「鼓」形状としている。
【００５５】
このように、スカート部３２，３３を「鼓」形状とすることで、スカート部３２，３３自体の軽量化を図りつつ、漸次に周方向幅Ｈを変更することで、スカート部３２，３３自体の剛性の急変や、シリンダー内壁との間の急激な面圧の変化を抑制することができる。
【００５６】
ピンボス部３４は、クラウン部３１下面の中央で下方に突出して形成した、二つの環状の軸支部３４ａ，３４ｂと、その間に位置してピストンピンの上面を受けるピン受け部３４ｃと、からなる。
【００５７】
二つの軸支部３４ａ，３４ｂの間隔Ｌは、コネクティングロッド２の締結固定部分のみを位置させるだけの間隔しか設定しておらず、ピストンピン４の軸支間隔（スパン）Ｌを狭めている。このように軸支間隔（スパン）Ｌを狭めることで、ピストンピン４には、余計な曲げ等も生じないため、ピストンピン４に作用する面圧も低下させることができる。特に、ピストンピンをチタンで構成しているため、ピストンピンの曲げ変形は可及的に抑えられることになる。
【００５８】
また、ピストンピン４自体も短縮できるため、ピストン組立体１の軽量化も図ることができる。
【００５９】
ピン受け部３４ｃは、二つの軸支部３４ａ，３４ｂの間でピストンピン４の上面を受ける円弧曲面３４ｄを形成して構成している。
【００６０】
このピン受け部３４ｃをクラウン部３１の下面に設けることで、ピストンピン４の上面全体が、軸支部３４ａ，３４ｂの部分も含め、クラウン部３１下面に当接することになるため、ピストンピン４に掛かる面圧を分散することができ、ピストンピン４のひび割れ等の破損を防止することができる。
【００６１】
また、この円弧曲面３４ｄの中央には、ピストンピン４との間の潤滑を行うオイル溝３７を、円弧曲面３４ｄに沿って一条形成している。オイル溝３７を形成したことにより、ピストンピン４とピン受け部３４ｃとの間の焼き付き等を防止することができる。
【００６２】
さらに、このピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄには、中央側を若干大径としたテーパー加工（コニカル加工）を施している。具体的には、図１４に示すように中央のピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄを、中央側が大径となったテーパー曲面として構成している。なお、この図はテーパー曲面を分かりやすいように、やや極端に描いており、実際は数十ミクロンの変化でしかない。
【００６３】
このように、ピン受け部３４ｃをテーパー曲面とすることで、ピストンピン４との間の面圧が中央部分で低下して、結果的にエンジン燃焼時におけるクラウン部３１上面の引張応力を低減することができる。
【００６４】
すなわち、前述のようにピストンピン４をチタン製とすることで、ピストンピン４の曲げ変形を可及的に抑えているが、高圧の燃焼圧力を受けるとチタン製のピストンピン４でも若干の曲げ変形が生じる。この曲げ変形に対応してテーパー曲面として中央部分の面圧を低下させておくことにより、エンジン燃焼時に生じるクラウン部３１上面の引張応力を低減するのである。
【００６５】
この現象を、図１７の模式図で説明する。（ａ）がテーパー加工を施さず通常の円柱曲面でピストンピンを受けた場合の模式図、（ｂ）がテーパー加工を施してテーパー曲面としてピストンピンを受けた場合の模式図である。
【００６６】
まず、（ａ）のように、通常の円柱曲面でピストンピン１１１を受けた場合には、エンジン燃焼時、ピストンピン１１１が、中央部でコネクティングロッド（図示せず）の反力を受けて、への字状に折れ曲がり変形する。この際、クラウン部１１０下面がその変形に沿って湾曲するため、クラウン部１１０上面の中央部には、外向きの大きな引張応力Ｓが生ずる。
【００６７】
これに対し、（ｂ）のように、テーパー曲面でピストンピン１１１´を受けた場合には、エンジン燃焼時、ピストンピン１１１´が、中央部でコネクティングロッドの反力を受けて、折れ曲がり変形したとしても、テーパー曲面としてピストンピン１１１´とクラウン部１１０´下面（ピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄ）との間の面圧を低くすることにより、クラウン部１１０´下面がその変形に沿って湾曲しにくくなるため、クラウン部１１０´上面の中央部の引張応力Ｓ´を、（ａ）の場合の引張応力Ｓよりも低減することができる。
【００６８】
このように、テーパー加工を施し、ピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄをテーパー曲面とすることにより、ピストンピン４の曲げ変形によって生じるクラウン部３１上面の引張応力を低減することができるため、クラウン部３１をさらに薄肉にして軽量化を図ることが可能となる。また、クラウン部３１上面をさらに切削加工することも可能となるため、燃焼室の設計自由度（加工自由度）も広げることができる。
【００６９】
また、図１４に示すように、軸支部３４ａ、３４ｂの内周面は、下部内周面３４ｅ、３４ｆを円柱曲面として構成している。このため、軸支部３４ａ、３４ｂの下部内周面３４ｅ、３４ｆでは、確実にピストンピン４を全ての面で支持することができる。
【００７０】
よって、上部側に比しての受け面積が少ないピンボス部３４下部においても、確実に受け面積を確保することができ、局部面圧の増大を防ぐことができる。
【００７１】
さらに、この軸支部３４ａ、３４ｂでは、上部内周面３４ｇ、３４ｈも円柱曲面として構成している。このように上部内周面３４ｇ、３４ｈも円柱曲面とすることにより、軸支部３４ａ、３４ｂの内周面の径が軸方向で変化しないため、ピストンピン４に対する面圧が、軸支部３４ａ、３４ｂで支持される部分において変化することはない。
【００７２】
よって、ピストンピン４の軸支部分に局所的な応力が生じることを防止することができ、ピストンピン４の破損等を防止することができる。
【００７３】
連結側壁３６…は、スカート部３２，３３の両側端部とピンボス部３４の軸支部３４ａ，３４ｂとの間を計４箇所、それぞれピストンピン４と直交する方向に延び、スカート部３２，３３とピンボス部３４を連結するように構成している。
【００７４】
このように、連結側壁３６…をピストンピン４と直交する方向に延設することで、クラウン部３１の外周端が燃焼圧力によって下側に変形する場合であっても、連結側壁３６…が、ピンボス部３４の軸支部３４ａ，３４ｂに対して内側に押し込もうとする力を与えなくなるため、ピンボス部３４に掛かる応力を軽減することができる。
【００７５】
また、この連結側壁３６は、図１３に示すように、クラウン部３１下面から垂直方向に延びる垂直部３６ａと、垂直部３６ａの下端から下開きに傾斜する傾斜部３６ｂとで構成している。この垂直部３６ａと傾斜部３６ｂは、図１１からも分かるように、ちょうどピンボス部３４の上方位置では垂直部３６ａが位置し、ピンボス部３４の下方位置では傾斜部３６ｂが位置するように設定している。
【００７６】
このように、連結側壁３６を垂直部３６ａと傾斜部３６ｂとで構成することにより、相反する二つの要求を満足させることができる。
【００７７】
一つめの要求は、ピンボス部３４に対する内向きの応力集中を軽減するという要求である。本実施形態では、ピンボス部３４の軸支間隔Ｌを短縮した関係上、ピンボス部３４に対して内向きの応力集中が生じやすくなるが、連結側壁３６…をピストンピン４と直交する方向に設けたため、連結側壁３６…が内側に力を与えず、ピンボス部３４に対する応力集中を軽減できるのである。
【００７８】
特に、垂直部３６ａをクラウン部３１下面から直接垂下するように設けたため、クラウン部３１の下方への変形に対して突っ張った形となり、クラウン部３１の剛性を向上することもできる。
【００７９】
また、ピンボス部３４の上方位置を垂直部３６ａとすることにより、ピンボス部３４の応力集中軽減に最も効果的な部分で確実に効果を得ることができる。
【００８０】
もう一つの要求は、スカート部３２，３３とシリンダー内壁との間の接触面積を確保することで局部面圧を低下させ、スカッフの発生を防止するという要求である。本実施形態では、連結側壁３６…に下開きに傾斜する傾斜部３６ｂを設け、この傾斜部３６ｂに応じてスカート部３２，３３を下方に漸次に拡大する形状としたため、シリンダー内壁との間の接触面積を確保でき、スカッフの発生を防止することができるのである。
【００８１】
特に、ピンボス部３４の下方位置を下開きに傾斜させて、スカート部３２，３３を下方に拡大することで、スカート部３２，３３の内で面圧が最も高まるスカート部３２，３３の下端でスカート部３２，３３の周方向幅Ｈが広くなるため、スカート部３２，３３が弾性変形し易くなりより効果的に局部面圧を低下することができる。
【００８２】
なお、この連結側壁３６…には、明確な稜線や谷線を形成しておらず、垂直部３６ａと傾斜部３６ｂの間も曲面で構成している。これは、稜線や谷線を形成すると、その部分に応力集中が生じてしまうため、曲面とすることで応力集中を防いでいるのである。
【００８３】
また、スカート部３２，３３は、前述のように、上方側へも拡大することで「鼓」形状となるように構成している。この上方側への拡大によって、クラウン部３１は連結側壁３６…の垂直部３６ａの部分においても、スカート部３２，３３で支持されることになる。
【００８４】
これにより、燃焼圧力によるクラウン部３１の変形を防止してクラウン部３１の剛性を高めることができる。
【００８５】
次に、以上のように構成した本実施態様の作用及び効果について詳述する。  
この実施態様によるエンジンのピストン構造は、コネクティングロッド２の先端に円柱形状のピストンピン４を一体化し、ピストン本体３のクラウン部３１下面に形成したピンボス部３４で、該ピストンピン４を軸支してピストンピン４の上面を全て受けるように構成したエンジンのピストン構造において、前記ピンボス部３４のピストンピン４に接する円弧曲面３４ｄを、エンジン燃焼時に高まるピストン本体３中央部の応力を低減するように、ピストン本体３中央に向かい拡張するテーパー曲面としたものである。
【００８６】
上記構成によれば、ピンボス部３４のピストンピン４に接する円弧曲面３４ｄを、エンジン燃焼時に高まるピストン本体３中央部の応力を低減するように、ピストン本体３中央に向かい拡張するテーパー曲面とすることで、エンジン燃焼時、ピストンピン４に折れ曲がり変形が生じたとしても、ピストン本体３中央部分で面圧が低くなっているため、ピンボス部３４の円弧曲面３４ｄがピストンピン４の変形の影響を受けて湾曲することはない。
【００８７】
このため、このピンボス部３４を形成したクラウン部３１も、ピストンピン４の変形の影響を受けて湾曲しないため、クラウン部３１上面の中央部に生じる外向きの引張応力を低減することができる。
【００８８】
したがって、エンジンのピストン構造において、ピストンピン４を短縮することでピストン本体３の軽量化を図りつつも、クラウン部３１上面の引張応力を軽減することで、クラウン部３１の薄肉化、加工自由度を確保することができる。
【００８９】
また、この実施態様では、前記ピンボス部３４のピストンピン４に接する下部内周面３４ｅ、３４ｆを、円柱曲面として構成したものである。
【００９０】
上記構成によれば、ピンボス部３４のピストンピン４に接する下部内周面３４ｅ、３４ｆを、円柱曲面とすることで、ピンボス部３４の下部では、確実にピストンピン４を全ての面で支持することができる。
【００９１】
よって、荷重の受け面積がピンボス部３４上部よりも小さいピンボス部３４下部においても、確実に受け面積を確保することができるため、ピストンピン４とピンボス部３４の局部面圧の増大を防ぐことができる。
【００９２】
また、この実施態様では、前記ピンボス部３４を、両端部に設けた軸支部３４ａ、３４ｂと該軸支部の間に設けたピン受け部３４ｃとで構成し、該軸支部３４ａ、３４ｂの上部内周面３４ｇ、３４ｈと下部内周面３４ｅ、３４ｆとを、円柱曲面とし、該ピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄをテーパー曲面としたものである。
【００９３】
上記構成によれば、軸支部３４ａ、３４ｂとピン受け部３４ｃとでピンボス部３４を構成し、軸支部３４ａ、３４ｂの上部内周面３４ｇ、３４ｈと下部内周面３４ｅ、３４ｆとを円柱曲面とし、ピン受け部３４ｃの円弧曲面３４ｄをテーパー曲面とすることで、まず、軸支部３４ａ、３４ｂでは内周面の径が軸方向で変化しないため、ピストンピン４に対する局所的な応力発生を防止できる。一方、ピン受け部３４ｃでは、下部内周面が存在しないため、ピストンピン４に対する応力を気にすることなく、円弧曲面３４ｄをテーパー曲面として、クラウン部３１の引張応力を低減することができる。
【００９４】
よって、ピストンピン４とクラウン部３１のそれぞれの応力発生を抑制することができるため、それぞれの軽量化を効果的に行うことができる。
【００９５】
また、この実施態様では、前記コネクティングロッド２先端のピストンピン４への締結位置を、ピストン本体３の中心を通るピストン本体３揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したものである。
【００９６】
上記構成によれば、コネクティングロッド２先端のピストンピン４への締結位置を、ピストン本体３の中心を通るピストン本体３揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したため、締結固定のスペースを、ピストンピン４の長手方向に設ける必要がなくなる。
【００９７】
よって、ピストンピン４を短縮することができ、ピストンピン４の一層の軽量化を図ることができる。また、ピストンピン４を短縮することで、ピストンピン４の曲がり変形の程度も抑制することができる。
【００９８】
次に、他の実施態様について説明する。図１５は、図１４に対応する他の実施態様におけるピンボス部１３４とピストンピン４の連結部分の詳細断面図である。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９９】
この実施態様では、ピンボス部１３４の上部内周面を、ピン受け部１３４ｃの円弧曲面１３４ｄだけではなく、軸支部１３４ａ、１３４ｂの上部内周面１３４ｇ、１３４ｈの部分も含め、全てにテーパー加工を施し、ピンボス部１３４の上部内周面１３４ｄ、１３４ｇ、１３４ｈを全て中央側を大径としたテーパー曲面として構成している。
【０１００】
このように、ピンボス部１３４の上部内周面１３４ｄ、１３４ｇ、１３４ｈ全てを、テーパー曲面とした場合には、ピストンピン４の曲げ変形に対して、さらにクラウン部３１が湾曲しにくくなるため、例えば、ピストンピン４の曲げ変形が大きいもの（例えば、ピストンピンの材質が軟性の場合、又は、ピン径が小さい場合等）であれば、クラウン部３１上面の引張応力を低減する構成として大きな効果を得ることができる。
【０１０１】
また、円柱曲面とテーパー曲面との境（稜線）がピンボス部１３４の上部内周面１３４ｄ、１３４ｇ、１３４ｈに形成されないため、ピストンピン４に局所的な応力が生じるおそれも低減できる。  
なお、その他の作用効果は、前述の実施態様と同様である。
【０１０２】
次に、図１６に示す他の実施態様について説明する。この図も、図１５同様にピンボス部２３４とピストンピン４の連結部分の詳細断面図である。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０３】
この実施態様では、ピンボス部２３４の上部内周面２３４ｄ、２３４ｇ、２３４ｈだけではなく、軸支部２３４ａ、２３４ｂの下部内周面２３４ｅ、２３４ｆも含め全てにテーパー加工を施し、ピンボス部２３４の内周面全体をピストン本体３の中央側を大径としたテーパー曲面として構成している。
【０１０４】
このように、ピンボス部２３４の内周面全体を、テーパー曲面とした場合には、クラウン部３１上面の引張応力を低減するだけではなく、ピンボス部２３４の軸支部２３４ａ、２３４ｂに作用する応力をも低減することができる。  
なお、その他の作用効果は、前述の実施態様と同様である。
【０１０５】
以上、この発明の構成と、前述の実施態様との対応において、
この発明のピストンは、実施態様のピストン本体３に対応し、
同様に、上部内周面は、円弧曲面３４ｄ、１３４ｄ、２３４ｄに対応するも、
この発明は、前述の実施態様の構成のみに限定されるものではなく、様々なエンジンのピストン構造に適用する実施態様を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明を採用したピストン組立体の正面図。
【図２】ピストン組立体の側面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図５】ピストン本体の正面図。
【図６】ピストン本体の側面図。
【図７】ピストン本体の平面図。
【図８】ピストン本体の底面図。
【図９】図６のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【図１０】図６のＤ−Ｄ線矢視断面図。
【図１１】図７のＥ−Ｅ線矢視断面図。
【図１２】図７のＦ−Ｆ線矢視断面図。
【図１３】図７のＧ−Ｇ線矢視断面図。
【図１４】ピンボス部とピストンピンの連結部分の詳細断面図。
【図１５】他の実施態様の図１４に対応する詳細断面図。
【図１６】他の実施態様の図１４に対応する詳細断面図。
【図１７】（ａ）通常の円柱曲面でピストンピンを受けた場合の模式図、（ｂ）テーパー曲面でピストンピンを受けた場合の模式図。
【図１８】特許文献１の説明断面図。
【符号の説明】
【０１０７】
１…ピストン組立体
２…コネクティングロッド
３…ピストン本体（ピストン）
４…ピストンピン
３１…クラウン部
３４，１３４，２３４…ピンボス部
３４ａ，３４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，２３４ａ，２３４ｂ…軸支部
３４ｃ，１３４ｃ，２３４ｃ…ピン受け部
３４ｄ，１３４ｄ，２３４ｄ…円弧曲面（上部内周面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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