(57)【要約】【課題】  フリクションを低減させ、かつノイズバイブレーション性能、スカッフ性などが向上するピストンを提供する。【解決手段】  ピストン１は、ピストンスカート部２に設けられたペーパー材被膜３を有する。ペーパー材被膜３は弾性を有し、かつオイル１００を保持することが可能である。【選択図】        図１
2006183758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンにおいて、該ピストンスカート部にペーパー材被膜が形成されている、ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストンに関し、より特定的には内燃機関で用いられるピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンは、たとえば特開平２−３０５３５０号公報（特許文献１）、実開平６−８７４３号公報（特許文献２）および実開昭６２−９０９６０号公報（特許文献３）に開示されている。
【特許文献１】特開平２−３０５３５０号公報
【特許文献２】実開平６−８７４３号公報
【特許文献３】実開昭６２−９０９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の特許文献に記載されたピストンでは、スカート部のフリクションの低減、ノイズバイブレーションの低減、耐スカッフ性の向上などの特性を向上させることが困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、スカート部のフリクションを低減し、ノイズバイブレーションを低減し、かつ耐スカッフ性を向上させた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】
【０００５】
この発明に従ったピストンは、ピストンスカート部にペーパー材被膜が形成されている。
【０００６】
このように構成されたピストンでは、ピストンスカート部にペーパー材被膜が形成されているため、このペーパー材被膜が油を保持し、かつ弾性を有する。そのため、ピストンスカート部のフリクションを低減し、ノイズバイブレーションを低下させる。さらに、スカッフ性を向上させることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に従えば、フリクションを低減させ、ピストンのノイズバイブレーション（打音）を低減し、スカッフを抑制し、かつピストンの冷却性を向上させることができるピストンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【０００９】
図１は、この発明の実施の形態に従ったピストンの一部断面を含む側面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態に従ったピストン１はピストンスカート部２を有し、ピストンスカート部２にはペーパー材被膜３が形成されている。ペーパー材被膜３は、ピストンスカート部２とシリンダ壁１０との間に介在する。ペーパー材被膜３は、ピストンスカート部２の外周の１／４から１／８程度の円周面を覆う。ペーパー材被膜３は主としてセルロースにより構成され、オイル１００を含むことが可能な構成とされる。ペーパー材被膜３は、ピストンスカート部２に弾性と保油性とを備えさせ、ペーパーライニング、スポンジ状チタンなどにより構成される。また多孔質のペーパー材被膜３が用いられていてもよい。
【００１０】
ピストン１はコネクティングロッド１１に接続される。ピストン１が上支点付近に位置するとき爆発が起こり、この爆発は矢印５で示すスラスト力となってピストン１をシリンダ壁１０へ押付ける。このスラスト力を低減することで、フリクションを低減することができる。このようなフリクション低減の方策の１つとしては、従来、固体潤滑被膜をピストンスカート部２に形成することがよく用いられる。
【００１１】
しかしながら、このような固体潤滑被膜を用いる場合には、基本的にピストンスカート部２で油膜切れを生じることが前提となっており、フリクションの低減効果が十分ではない。しかも、樹脂コート層の耐摩耗性が不足することから、経時変化からピストンのクリアランスが増加する。そのため異音が発生し、樹脂コートの摩耗と、シリンダ壁１０との間でスカッフ（引っ掻き傷）が生じるなどの不具合が考えられる。
【００１２】
また、ピストン１が上支点付近で爆発荷重を受けた場合には、ピストン１が首振り運動をして、シリンダ壁１０に側圧が作用する。このような側圧が作用した場合、従来の樹脂コートピストンでは、ピストンスカート部が剛性を有し、この部分で油切れが生じる。その結果、シリンダ壁１０とピストンスカート部２との間で固体接触が生じ、摩擦が増加する。
【００１３】
また、このような固体接触が生じるため、硬さの低い樹脂コート層では、使用時間とともに摩耗する。これに対して、本発明ではピストンスカート部２に弾性を有する、かつオイル保持性能が高いポーラス被膜を形成している。形成する被膜としては、ペーパーを基材とした湿式ライニングやスポンジ状の金属など、弾性とオイル保持性を兼ねた材料で、ピストンが矢印５で示す側圧を受けたときに油膜切れすることを防止し、かつピストンの衝撃を緩和する能力を有するものとする。被膜の厚みは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。ペーパー材被膜３の厚みが０．５ｍｍ未満であれば薄くなり、上述の効果が十分に得られない。これに対して、厚みが２．０ｍｍを超えると上述の効果が飽和する。
【００１４】
ペーパー材被膜３の被覆方法としては、たとえば接着剤によりピストンスカート部２に接着する方法がある。また、接着ではなく、ピストンスカート部２の一部に窪みを形成し、この窪みにペーパー材被膜３を嵌め合わせることも可能である。また、ピストンスカート部２のうち、ペーパー材被膜３に接触する面に凹凸が設けられ、この凹凸にペーパー材被膜３が噛み合うようにすれば、ペーパー材被膜３とピストンスカート部２との間の摩擦力が増加し、ペーパー材被膜３がピストンスカート部２から外れることを防止できる。この発明に従ったピストン１では以下の効果が得られる。
【００１５】
まず、爆発工程での矢印５で示す方向のスラスト力により、シリンダ壁１０へピストン１が押付けられ、この力がペーパー材被膜３で吸収される。その結果、シリンダ壁１０（特に鏡面ボア）とピストンスカート部２との間の油膜切れを防止できる。その結果、ピストン１とシリンダ壁１０（ボア）間の摩擦を低減し、エンジンの燃費が向上する。
【００１６】
さらに、矢印５で示す、シリンダ壁１０への押付け力がペーパー材被膜３により吸収されるため、ピストン１のスラップ音、振動騒音が低減できる。
【００１７】
また、ペーパー材被膜３により、オイル１００が保持されるため、ピストンのスカッフ性が向上し、エンジンの信頼性が向上する。特に、ペーパー材被膜３はオイルの保持能力が高いためエンジンを停止した後長期間経過してもペーパー材被膜３はオイル１００を保持できる。その結果、エンジンを再始動する場合であってもシリンダ壁１０とピストンスカート部２との間にオイル１００が存在し、スカッフ性の向上が可能となる。
【００１８】
また、ピストンスカート部２はオイルを含むペーパー材被膜３で覆われるため、オイルによりピストンスカート部２およびピストン１を冷却できる。その結果、オイルジェットなどを設けることなくピストン１の冷却を図ることができる。
【００１９】
なお、この発明に従ったピストン１は、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンのいずれにも適用することが可能である。さらに、実施の形態では矢印５で示すスラスト力が働く、いわゆるスラスト面にのみペーパー材被膜３を設けたが、これに限られるものではなく、矢印５で示すスラスト力が働く面と反対側の面（反スラスト面）にペーパー材被膜３を設けてもよい。また、ピストンスカート部２の外周を取囲むようにペーパー材被膜３を設けてもよい。
【００２０】
さらに、複数のペーパー材でペーパー材被膜３を構成してもよい。つまり、油を保持する特性、耐磨耗性等が異なる複数のペーパー材を積層してペーパー材被膜３を構成してもよい。
【００２１】
また、特開平２−３０５３５０号公報（文献１）、実開平６−８７４３号公報（文献２）、実開昭６２−９０９６０号公報（文献３）ではピストンが開示されているが、これらとの相違について以下に説明する。
【００２２】
まず、ピストンのフリクションを低減するためには、ピストンのクリアランスはできるだけ大きくすることが好ましい。これに対し、クリアランスを大きくしすぎると、ピストンの打音（ノイズバイブレーション）が悪化する。
【００２３】
また、ピストンのフリクションを低減するためにはピストンに作用する荷重をなるべく小さくし、相手ボア面との摺動面積も小さくすることが要求される。
【００２４】
文献１では、多孔質部をピストンスカート断面に埋込んだ構造となっているため、耐スカッフ性の向上を図ることができたとしても、本発明のような、ピストンクリアランスを自動調整する機能はない。すなわち、本発明では弾性を有するペーパー材被膜３を用いて入力ため、クリアランスが大きい場合にはペーパー材被膜３が膨らみ、クリアランスが小さい場合にはペーパー材被膜３が縮む。これに対して、文献１の多孔質体ではこのような作用はない。その結果、高負荷時のノイズバイブレーション低減およびフリクション低減の効果は期待できない。
【００２５】
次に、文献２では高負荷時（高温時）にストラット（ばね力）によりスラスト力が大きくなるように作用する。すなわち、摺動部分が大きく潰れ、摺動面積が増加する。一方、低負荷時（低温時）には、ストラット（ばね）が縮むため、ピストンクリアランスが大きくなるように構成されている。
【００２６】
この場合に、高負荷時にはフリクションが大きくなり、低負荷時にはピストン打音（ノイズバイブレーション性能）が悪化することが予想される。文献２の実施例ではストラットの形状からボアとの摺動が局部当りとなり、面圧が部分的に高く、摺動部材が局部的に摩耗することが予想される。これに対し、本発明では、弾性を有し、かつ油を十分に保持することが可能なペーパー材被膜３を用いているため、局部当りを防止できる。
【００２７】
文献３では、ピストン外周部に鉄めっき層が化学処理をすることが開示されている。しかしながら、被膜が非常に薄くて弾性に乏しいため、被膜自身にピストンクリアランスを自動調整できるような柔軟性（機能）は全く期待できない。
【００２８】
これに対し、本発明では、ペーパーを基材とした弾性部材のみ（ストラットなし）をピストンスカート部２に設けているため、高負荷時（爆発時）にスラスト力を十分ピストンスカート部２が吸収する。そのため、文献２のような過大なピストン押付け力は作用しない。そのため高温時にピストンのスラスト力を緩和でき、フリクションを低減することができる。
【００２９】
また、文献１および文献３では、高温時にシリンダ壁とピストン間のクリアランスが詰まって、ピストンスカート部が塑性変形する。低温時にはクリアランスが大きくなり、ピストン打音（ノイズバイブレーション性能）が悪化する。これに対し、本発明では圧縮弾性変形性能に優れた湿式ペーパー材を使用することにより、ピストンスカート部２の圧縮塑性変形を吸収でき、ノイズバイブレーションとフリクションの両方の性能を高めることができる。
【００３０】
また、本発明では非常にオイルの吸収性の良いペーパー材をペーパー材被膜３として用いるため、ペーパー材被膜３が常にオイルを含む。このオイルによりピストンスカート部２が冷却されるため、オイルジェットなどを設けることがなくピストン１を冷却することができる。その結果コスト低減の効果がある。
【００３１】
すなわち、本発明では、弾性体（ペーパー材）の圧縮弾性変形能をうまく利用し、ピストンクリアランスの自動調整機能を有する。その結果、ピストンスカート部２のフリクションとノイズバイブレーション、耐スカッフ性などを向上させることができる。
【００３２】
これに対して、文献１および３では、ピストンスカート部のほぼすべての外周を囲む多孔質部材により、高負荷時のピストンの焼付きを防止している。また、めっき層による焼付きを防止している。しかしながら、スラスト力を緩和するための措置が取られていないため、フリクションが増加する。また、熱により、多孔質部およびめっき層が膨張するため、クリアランスが大きくなり、ノイズバイブレーション性能が悪化する。
【００３３】
また、本発明に従ったペーパー材被膜３ほどオイルを保持できないため、ピストンの冷却性およびスカッフ性が悪化する。
【００３４】
文献２では、熱負荷によるストラットの形状変化で低負荷時と高負荷時のスカートの摺動面積を変化させ、フリクションを低減させている。しかしながら、文献２では局部当りが発生し、フリクションが大きくなるという問題がある。また、低負荷時にクリアランスが大きくなり、ノイズバイブレーション性能が悪化する。また、局部摩耗が大きくなりスカッフ性が悪化する。さらに、オイルを保持できないためピストン冷却性も悪化する。
【００３５】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまなに変形することが可能である。まず、ピストン１を構成する材料として、鉄、アルミニウムなどのさまざまな材料を用いることができる。また、ピストン１の製造方法も、鋳造、鍛造などあらゆる方法を採用することができる。
【００３６】
また本発明に従ったピストン１を用いるエンジンとしては、直列型、Ｖ型、Ｗ型などのさまざまなエンジンとすることができる。
【００３７】
さらに、通常のガソリンエンジン自動車だけでなくハイブリッド自動車に本発明を適用することも可能である。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、たとえば内燃機関の分野において用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明に従ったピストンの一部断面を含む側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ピストン、２  ピストンスカート部、３  ペーパー材被膜、１０  シリンダ壁、１００  オイル。
【図１】
2006183758.tif 000003