(57)【要約】【課題】ピストンの首振りを良好に規制すると共に、スカート部の摺動抵抗を低減する。【解決手段】ピストン５は、ピストン本体２０と、気筒の内周壁２Ａ、２Ｂと対峙する摺動面３１Ｓを各々備えるスラスト側スカート部３０Ａ、反スラスト側スカート部３０Ｂとを含む。スカート部３０Ａ、３０Ｂは、各々スカートピン４２Ａ、４２Ｂの軸回りに揺動可能にピストン本体２０と結合されている。摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、気筒の内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す張出形状を有する。スカート部３０Ａ、３０Ｂが揺動していない中立状態において最も張り出した部分となる頂部Ｐ１、及び、スカート部３０Ａ、３０Ｂが揺動した揺動状態において最も張り出した部分となる頂部Ｐ２、Ｐ３と、内周壁２Ａ、２Ｂとの間の隙間が、０．５μｍ〜４０μｍの範囲に設定されている。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストンエンジンのピストン構造であって、
ピストン本体と、
前記ピストン本体とは別体であって前記ピストン本体の下方に配置され、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁を備えるスラスト側及び反スラスト側のスカート部と、
前記ピストン本体に対して前記スラスト側及び反スラスト側の前記スカート部を、それぞれ所定範囲で気筒軸方向へ揺動可能に結合する結合部を含むチルト機構と、を備え、
前記外周壁は、
前記気筒軸方向の断面において前記気筒の内周壁側へ張り出す張出形状を有し、
前記スカート部が揺動していない中立状態において最も張り出した部分となる頂部、及び、前記チルト機構により前記スカート部が揺動した揺動状態において最も張り出した部分となる頂部と、前記気筒の内周壁との間の隙間が、０．５μｍ〜４０μｍの範囲に設定されている、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン構造において、
前記張出形状は、前記チルト機構による前記スカート部の前記気筒軸方向の傾きが大きくなるほど、前記外周壁と前記気筒の内周壁との間の隙間が小さくなる形状部分を含む、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピストン構造において、
前記結合部は、前記気筒軸と直交する方向に配置されるスカートピンを含み、
前記スカート部は、前記外周壁を有するスカート本体部と、前記スカート本体部から前記気筒の径方向内側に延びるアーム部と、前記アーム部に穿孔されたピン通し孔と、を含み、
前記ピストン本体は、冠面とは反対側の面に配置されたピン受け孔を備え、
前記スカートピンの前記ピン通し孔及び前記ピン受け孔への挿通によって、前記ピストン本体と前記スカート部とが結合されている、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項４】
請求項３に記載のピストン構造において、
前記ピストン本体は、前記スラスト側のスカート部が備える第１ピン通し孔に対応した第１ピン受け孔と、前記反スラスト側のスカート部が備える第２ピン通し孔に対応した第２ピン受け孔と、前記クランク機構を構成するコンロッドとの連結部となるメインピン受け孔と、を備え、
前記第１ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも前記反スラスト側に配置され、
前記第２ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも前記スラスト側に配置されている、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項５】
請求項３に記載のピストン構造において、
前記ピストン本体は、前記クランク機構を構成するコンロッドとの連結部となるメインピン受け孔を備え、
前記スカート部は、前記メインピン受け孔を挟んで前記気筒軸方向に配置された上スカート部と下スカート部とを含み、
前記ピストン本体は、前記上スカート部が備える上ピン通し孔に対応した上ピン受け孔と、前記下スカート部が備える下ピン通し孔に対応した下ピン受け孔と、をさらに備え、
前記上ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも上側に配置され、
前記下ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも下側に配置されている、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン構造において、
前記中立状態又は前記揺動状態の前記頂部と前記気筒の内周壁との間の隙間を最小隙間ｈ１とし、
前記外周壁のうち、前記中立状態又は前記揺動状態において前記気筒の内周壁と最も離間することになる位置における、前記外周壁と前記内周壁との隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０
の範囲に設定される、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項７】
請求項６に記載のピストン構造において、
前記最小隙間ｈ１が、０．５μｍ〜１．５μｍの範囲に設定されている、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【請求項８】
請求項７に記載のピストン構造において、
前記外周壁の表面粗さが、０．４μｍ以下に設定されている、往復動ピストンエンジンのピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動ピストンエンジンのピストン構造に関し、特にピストンのスカート部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの気筒内を往復動するピストンは、燃焼室を区画する冠面を備えたピストン本体と、このピストン本体の下方に配置されたスカート部とを備える。スカート部は、ピストンの往復動作時における２次運動により生じる当該ピストンの首振りを規制するために設けられている。すなわち、ピストンに傾きが生じた場合に、気筒の内壁面にスカート部の表面（外周壁）が摺動接触することにより、ピストンの姿勢が矯正される。
【０００３】
このため、スカート部を備えるピストンでは、気筒の内壁面とスカート部の外周壁との間の摺動抵抗を小さくすることが求められる。ピストンの往復動作時の摺動抵抗が大きいと、燃費性能の悪化やスカート部の磨耗の問題が発生する。特許文献１では、スカート部の外周壁の摩擦抵抗を低減するために、スカート部の外周壁に摩擦係数の低い樹脂からなる被膜層を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８３５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、スカート部に樹脂被膜層を具備させることで摩擦抵抗を低減したとしても、ピストンの首振り時には気筒の内壁面とスカート部の外周壁との摺動接触が生じる。このため、摺動抵抗の低減には限界がある。
【０００６】
本発明の目的は、スカート部を備えるピストンにおいて、ピストンの首振りを良好に規制すると共に、スカート部の外周壁と気筒内周壁との間の摺動抵抗を可及的に低減したピストン構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係る往復動ピストンエンジンのピストン構造は、気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストンエンジンのピストン構造であって、ピストン本体と、前記ピストン本体とは別体であって前記ピストン本体の下方に配置され、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁を備えるスラスト側及び反スラスト側のスカート部と、前記ピストン本体に対して前記スラスト側及び反スラスト側の前記スカート部を、それぞれ所定範囲で気筒軸方向へ揺動可能に結合する結合部を含むチルト機構と、を備え、前記外周壁は、前記気筒軸方向の断面において前記気筒の内周壁側へ張り出す張出形状を有し、前記スカート部が揺動していない中立状態において最も張り出した部分となる頂部、及び、前記チルト機構により前記スカート部が揺動した揺動状態において最も張り出した部分となる頂部と、前記気筒の内周壁との間の隙間が、０．５μｍ〜４０μｍの範囲に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
このピストン構造によれば、前記チルト機構を備えるので、ピストン本体がコンロッド（前記クランク機構）との連結部であるピストンピン回りに首振りしても、スカート部がピストン本体に追従して首振りせず、独立して前記結合部の軸回りに揺動させることができる。そして、スカート部の外周壁が張出形状を備え、且つ、前記中立状態の頂部及び前記揺動状態の頂部と前記内周壁との隙間（最小隙間）が上記の数値範囲に設定される。このため、ピストンの往復動作時に、気筒の内周壁とスカート部の外周壁との間に流入する流体によって、前記外周壁を前記内周壁から浮揚させることが可能となる。従って、スカート部の摺動抵抗を格段に低減することができる。
【０００９】
上記のピストン構造において、前記張出形状は、前記チルト機構による前記スカート部の前記気筒軸方向の傾きが大きくなるほど、前記外周壁と前記気筒の内周壁との間の隙間が小さくなる形状部分を含むことが望ましい。
【００１０】
このピストン構造によれば、スカート部の揺動範囲を、当該スカート部の外周壁の形状的特徴によって規制することができる。また、ピストンの移動速度は上死点及び下死点で遅くなることに伴い、ピストン本体に揺動可能に結合されたスカート部は結合軸回りに大きく揺動することになる。この際、上記の通り前記隙間が小さくなるので、ピストンの移動速度が遅い状態であっても、前記隙間に流入する流体による前記浮揚を行わせ易くすることができる。
【００１１】
上記のピストン構造において、前記結合部は、前記気筒軸と直交する方向に配置されるスカートピンを含み、前記スカート部は、前記外周壁を有するスカート本体部と、前記スカート本体部から前記気筒の径方向内側に延びるアーム部と、前記アーム部に穿孔されたピン通し孔と、を含み、前記ピストン本体は、冠面とは反対側の面に配置されたピン受け孔を備え、前記スカートピンの前記ピン通し孔及び前記ピン受け孔への挿通によって、前記ピストン本体と前記スカート部とが結合されていることが望ましい。
【００１２】
このピストン構造によれば、スカート部を揺動させるチルト機構を、スカートピンを用いたシンプルな構造で実現することができる。
【００１３】
上記のピストン構造において、前記ピストン本体は、前記スラスト側のスカート部が備える第１ピン通し孔に対応した第１ピン受け孔と、前記反スラスト側のスカート部が備える第２ピン通し孔に対応した第２ピン受け孔と、前記クランク機構を構成するコンロッドとの連結部となるメインピン受け孔と、を備え、前記第１ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも前記反スラスト側に配置され、前記第２ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも前記スラスト側に配置されている構成とすることができる。
【００１４】
このピストン構造によれば、ピストン本体がコンロッドとの連結部において首振りする方向と、スカート部が揺動する方向とを逆方向とすることが可能となる。すなわち、ピストン本体がメインピン受け孔回りに首振りした場合、スラスト側のスカート部の揺動支点となる第１ピン受け孔が、気筒のスラスト側の内壁面に前記首振りの分だけ近づくようになる。同様に、反スラスト側のスカート部の揺動支点となる第２ピン受け孔が、反スラスト側の内壁面に前記首振りの分だけ近づくようになる。これにより、ピストン本体が首振りするとスカート部の外周壁が気筒の内周壁に一層接近することとなり、当該ピストン本体の首振りが規制される。なお、上記構成とは逆に、第１ピン受け孔がスラスト側に、第２ピン受け孔が反スラスト側に配置されていると、ピストン本体の首振りに伴って第１、第２ピン受け孔が各々スラスト側、反スラスト側の内壁面から遠ざかることになるので、ピストン本体の首振り規制を行い難くなる。
【００１５】
上記のピストン構造において、前記ピストン本体は、前記クランク機構を構成するコンロッドとの連結部となるメインピン受け孔を備え、前記スカート部は、前記メインピン受け孔を挟んで前記気筒軸方向に配置された上スカート部と下スカート部とを含み、前記ピストン本体は、前記上スカート部が備える上ピン通し孔に対応した上ピン受け孔と、前記下スカート部が備える下ピン通し孔に対応した下ピン受け孔と、をさらに備え、前記上ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも上側に配置され、前記下ピン受け孔は、前記メインピン受け孔よりも下側に配置されている構成とすることができる。
【００１６】
このピストン構造によれば、上スカート部及び下スカート部の配置によって、ピストン本体の首振りが規制される。例えば、ピストン本体がメインピン受け孔回りにスラスト方向へ首振りした場合、その首振り分だけ上スカート部のスラスト側外周壁が気筒のスラスト側内周壁に接近し、下スカート部の反スラスト側外周壁も、気筒の反スラスト側内周壁に接近する。従って、ピストン本体の首振りが規制される。
【００１７】
上記のピストン構造において、前記中立状態又は前記揺動状態の前記頂部と前記気筒の内周壁との間の隙間を最小隙間ｈ１とし、前記外周壁のうち、前記中立状態又は前記揺動状態において前記気筒の内周壁と最も離間することになる位置における、前記外周壁と前記内周壁との隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０
の範囲に設定されることが望ましい。
【００１８】
このピストン構造によれば、ｈ２／ｈ１を上記の範囲に設定することで、ピストンの往復動作時に前記内周壁と前記外周壁との間に流入する流体による浮揚力を増加させることができ、流体浮揚を安定的に実現させることができる。
【００１９】
この場合、前記最小隙間ｈ１が、０．５μｍ〜１．５μｍの範囲に設定されていることが望ましい。
【００２０】
このピストン構造によれば、前記内周壁と前記外周壁との間に流入させる流体を、最も前記流入が容易な空気とした上で、大きな浮揚力を発生させることが可能となる。
【００２１】
上記のピストン構造において、前記外周壁の表面粗さが、０．４μｍ以下に設定されていることが望ましい。これにより、前記外周壁と前記内周壁との隙間の精度を確保することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スカート部を備えるピストンにおいて、ピストンの首振りを良好に規制すると共に、スカート部の外周壁と気筒内周壁との間の摺動抵抗を可及的に低減したピストン構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係るピストン構造が適用されるエンジン本体を示す概略図である。
【図２】図２（Ａ）は、第１実施形態に係るピストンの正面図、図２（Ｂ）は、前記ピストンの側面図である。
【図３】図３は、図２（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図４は、図２（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、ピストン本体の上面図、図５（Ｂ）は、ピストン本体の側面図、図５（Ｃ）は、ピストン本体の正面図である。
【図６】図６（Ａ）は、図５（Ａ）のＶＩＡ−ＶＩＡ線断面図、図６（Ｂ）は、図５（Ｃ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、スカート部の一つ（スラスト側スカート部）の上面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の矢印ＶＩＩＢ方向の矢視図、図７（Ｃ）は、前記スカート部の正面図である。
【図８】図８（Ａ）は、図７（Ｃ）のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線断面図、図８（Ｂ）は、図７（Ｃ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図、図８（Ｃ）は、図７（Ａ）のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線断面図である。
【図９】図９は、上記ピストンの概略的な分解図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、スカート部の摺動面のプロファイルを誇張して示す模式的な断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、最適な摺動面のプロファイルを説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、摺動面と気筒内周壁との間の最小隙間と最大隙間との比である隙間比と、負荷容量係数との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、スカート部の摺動面と気筒内周壁との間の最小隙間と、摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３（Ａ）は、隙間比が適正である場合のスカート部の浮揚状態を示す図、図１３（Ｂ）は、隙間比が不適正である場合のスカート部の浮揚状態を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、ピストンの往復動に伴う、スカート部の揺動状態を説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、クランク角を示す図、図１５（Ｂ）は、ピストンの往復動時における、ピストンの速度及び加速度を示すグラフである。
【図１６】図１６（Ａ）は、スカート部が全体的に最もスラスト側に寄った状態を示す図、図１６（Ｂ）は、反スラスト側スカート部が最大の揺動角で振れている状態を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６（Ｂ）の状態における、反スラスト側スカート部の摺動面と気筒内周壁との間に形成される隙間を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）、（Ｂ）は、ピストン本体の首振り時における、スカート部の挙動を説明するための図である。
【図１９】図１９は、摺動面のプロファイルの特徴を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、比較例のスカート部の挙動を、図２０（Ｂ）は本実施形態のスカート部の挙動を示す図である。
【図２１】図２１は、第２実施形態に係るピストンの正面図である。
【図２２】図２２は、図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。
【図２３】図２３は、図２２のＸＸＩＩＩＡ−ＸＸＩＩＩＡ線断面及びＸＸＩＩＩＢ−ＸＸＩＩＩＢ線断面を複合的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［エンジンの構造］
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。先ずは、本発明に係るピストン構造が適用されるエンジン本体について、図１に基づいて説明する。ここに示されるエンジン本体１は、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として前記車両に搭載されるエンジンであって、気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストン型の多気筒エンジンである。エンジン本体１に供給される燃料は、本実施形態では、ガソリンを主成分とするものである。
【００２５】
エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。シリンダブロック３は、図１の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒２（図中ではそのうちの１つのみを示す）を有している。気筒２内では、前記燃料と空気との混合気が燃焼する。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。
【００２６】
ピストン５は、各気筒２に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。このピストン５の構造については、後記で詳述する。なお、図１では、クランク軸７が時計方向に回転するものとし、ピストン５が摺動する気筒２の内周壁として、スラスト側内周壁２Ａと反スラスト側内周壁２Ｂとを示している。
【００２７】
ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。シリンダヘッド４の底面には、吸気ポート９の下流端である吸気側開口部４Ａと、排気ポート１０の上流端である排気側開口部４Ｂとが形成されている。吸気ポート９の上流端は吸気通路９Ａに、排気ポート１０の下流端は排気通路１０Ａに各々接続されている。シリンダヘッド４には、吸気側開口部４Ａを開閉する吸気バルブ１１と、排気側開口部４Ｂを開閉する排気バルブ１２とが組み付けられている。本実施形態のエンジンは、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンである。吸気側開口部４Ａと排気側開口部４Ｂとは、各気筒２につき２つずつ設けられるとともに、吸気バルブ１１および排気バルブ１２も２つずつ設けられている。
【００２８】
吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、いわゆるポペットバルブであり、各々開口部４Ａ、４Ｂを開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。前記弁体は、燃焼室６に臨むバルブ面を有する。本実施形態において、燃焼室６は、気筒２の内壁面、ピストン５の冠面、シリンダヘッド４の底面、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の各バルブ面によって区画されている。
【００２９】
シリンダヘッド４には、吸気バルブ１１、排気バルブ１２を各々駆動する吸気側動弁機構１３、排気側動弁機構１４が配設されている。これら動弁機構１３、１４によりクランク軸７の回転に連動して、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の各ステムが駆動される。これらステムの駆動により、吸気バルブ１１の弁体が吸気側開口部４Ａを開閉し、排気バルブ１２の弁体が排気側開口部４Ｂを開閉する。
【００３０】
吸気側動弁機構１３には、吸気側可変バルブタイミング機構（吸気側ＶＶＴ）１５が組み込まれている。吸気側ＶＶＴ１５は、吸気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸７に対する吸気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブ１１の開閉タイミングを変更する。同様に、排気側動弁機構１４には、排気側可変バルブタイミング機構（排気側ＶＶＴ）１６が組み込まれている。排気側ＶＶＴ１６は、排気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸７に対する排気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブ１２の開閉タイミングを変更する。
【００３１】
シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が各気筒２につき１つずつ取り付けられている。点火プラグ１７は、その点火点が燃焼室６内に臨む姿勢でシリンダヘッド４に取り付けられている。点火プラグ１７は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して、燃焼室６内の混合気に点火する。
【００３２】
シリンダヘッド４には、先端部から燃焼室６内にガソリンを主成分とする燃料を噴射するインジェクタ１８が、各気筒２につき１つずつ取り付けられている。インジェクタ１８は、図略の燃料供給管を通じて供給された燃料を噴射する。前記燃料供給管の上流側には、クランク軸７と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプ（図示せず）が接続されている。この高圧燃料ポンプと前記燃料供給管との間には、全気筒２に共通の蓄圧用のコモンレール（図示せず）が設けられている。このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ１８に供給されることにより、各インジェクタ１８からは、高い圧力の燃料が燃焼室６内に噴射される。
【００３３】
［ピストンの第１実施形態］
＜ピストンの構造＞
図２（Ａ）は、第１実施形態に係るピストン５の正面図、図２（Ｂ）は、ピストン５の側面図、図３は、図２（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は、図２（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。ピストン５は、例えばアルミニウムの鋳造品からなり、ピストン本体２０と、ピストン本体２０の気筒軸方向ＡＸの下方に配置されるスカート部３０とを含む。一般に、ピストン本体とスカート部とは一体物として成形されるが、本実施形態ではピストン本体２０とスカート部３０とは別体である。スカート部３０は、気筒２のスラスト側内周壁２Ａ（図１）と対峙するスラスト側スカート部３０Ａと、反スラスト側内周壁２Ｂと対峙する反スラスト側スカート部３０Ｂとを含む。
【００３４】
ピストン本体２０は、コンロッド８の上端のスモールエンド８Ａと、ピストンピン４１により連結されている。ピストン本体２０に対して一対のスカート部３０Ａ、３０Ｂは、チルト機構によって、気筒軸方向ＡＸに揺動可能とされている。具体的には、スラスト側スカート部３０Ａはスラスト側スカートピン４２Ａ（結合部）にて、反スラスト側スカート部３０Ｂは反スラスト側スカートピン４２Ｂ（結合部）にて、それぞれピストン本体２０と回動自在に結合されている。つまり、本実施形態では、スカート部３０Ａ、３０Ｂが、各々スカートピン４２Ａ、４２Ｂでピストン本体２０に対して結合される構造によって、スカート部３０Ａ、３０Ｂを所定範囲で気筒軸方向ＡＸに揺動可能とするチルト機構が構成されている。
【００３５】
ピストンピン４１及びスカートピン４２Ａ、４２Ｂは、気筒軸方向ＡＸと直交する方向を指向するように配置される直線円柱体である。一対のスカートピン４２Ａ、４２Ｂの間にピストンピン４１が配置される態様で、３つのピン４１、４２Ａ、４２Ｂが平行に並んでいる。ピストン本体２０に首振りが生じていない状態（図２）では、ピストンピン４１とスカートピン４２Ａ、４２Ｂとは、同じ高さ位置に存在することになる。なお、スラスト側スカートピン４２Ａはピストンピン４１よりも反スラスト側に配置され、反スラスト側スカートピン４２Ｂはピストンピン４１よりもスラスト側に配置されている。その理由については、図１８〜図２０に基づき、後記で詳述する。
【００３６】
図５（Ａ）は、ピストン本体２０の上面図、図５（Ｂ）は側面図、図５（Ｃ）は正面図である。図６（Ａ）は、図５（Ａ）のＶＩＡ−ＶＩＡ線断面図、図６（Ｂ）は、図５（Ｃ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。ピストン本体２０は、円柱状のヘッド部２０Ａと、ヘッド部２０Ａから下方へ延出した一対のピストンボス２４とを含む。
【００３７】
ヘッド部２０Ａは、冠面２１、裏面２２及び周壁２３を含む。冠面２１は、ヘッド部２０Ａの上面であり、燃焼室６の底面を形成する面である。ここでは冠面２１が平面である例を示しているが、インジェクタ１８から燃料の噴射を受けるキャビティや、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２との干渉を避けるための吸気／排気バルブリセスなどの凹部が備えられていても良い。また、山型の凸部を有する冠面２１として、ペントルーフ型の燃焼室６に対応するようにしても良い。
【００３８】
裏面２２は、冠面２１の反対側の面である。一対のピストンボス２４は、裏面２２から鉛直下方に延び出している。周壁２３は、気筒２の内周壁と対峙するヘッド部２０Ａの外周面であり、気筒２の内周壁よりも僅かに小さい外径を有する円筒面である。周壁２３には、気筒軸方向に並ぶ複数のリング溝２３１が凹設されている。リング溝２３１には、燃焼室６の気密性を保つためのピストンリング（図示せず）が嵌め込まれる。
【００３９】
一対のピストンボス２４は、互いに平行に並ぶ平板状の部材であり、それぞれピストンピン孔２５（メインピン受け孔）、スラスト側スカートピン孔２６Ａ（第１ピン受け孔）及び反スラスト側スカートピン孔２６Ｂ（第２ピン受け孔）が穿孔されている。ピストンピン孔２５は、クランク機構を構成するコンロッド８との連結部を構成する孔であり、上述のピストンピン４１が挿通される。図４に示されているように、ピストンピン孔２５の通し孔を有するコンロッド８のスモールエンド８Ａは、一対のピストンボス２４の間に嵌め込まれ、ピストンピン４１はピストンピン孔２５とスモールエンド８Ａとを貫通している。
【００４０】
スカートピン孔２６Ａ、２６Ｂは、ヘッド部２０Ａの裏面２２側に配置された、スカート部３０Ａ、３０Ｂを揺動可能に支持するピン孔である。スラスト側スカートピン孔２６Ａは、上述のスラスト側スカートピン４２Ａを挿通させるための貫通孔であり、反スラスト側スカートピン孔２６Ｂは、反スラスト側スカートピン４２Ｂを挿通させるための貫通孔である。
【００４１】
スカート部３０を構成するスラスト側スカート部３０Ａと反スラスト側スカート部３０Ｂとは、同じ形状を備えている。図７（Ａ）は、スカート部３０Ａ、３０Ｂのうちの一つの上面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の矢印ＶＩＩＢ方向の矢視図、図７（Ｃ）は正面図である。図８（Ａ）は、図７（Ｃ）のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線断面図、図８（Ｂ）は、図７（Ｃ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図、図８（Ｃ）は、図７（Ａ）のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線断面図である。
【００４２】
一対のスカート部３０Ａ、３０Ｂは各々、スカート本体部３１とアーム部３２とを備えている。スカート本体部３１は、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂの形状に沿って、周方向に円弧型、気筒軸方向ＡＸに平板状の部材である。スカート本体部３１は、スラスト側内周壁２Ａ又は反スラスト側内周壁２Ｂと対峙する面に、摺動面３１Ｓ（外周壁）を備えている。摺動面３１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。この摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す弓形形状（張出形状）を有している（後記で詳述する）。
【００４３】
アーム部３２は、スカート本体部３１の摺動面３１Ｓとは反対側の裏面３１Ｒから気筒２の径方向内側に向けて延び出している。本実施形態ではアーム部３２は、スカート本体部３１の周方向の一端側から延び出す第１アーム３２Ａと、他端側から延び出す第２アーム３２Ｂとからなる。アーム３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ、スカート本体部３１の裏面３１Ｒに繋がる連結部３２１と、突出先端である先端部３２２とを有している。アーム３２Ａ、３２Ｂは互いに平行に配置され、各々上面視では直線的な棒型の形状を有し、正面視では連結部３２１から先端部３２２に向けて幅狭となるテーパ型の形状を有している。
【００４４】
一対のスカート部３０Ａ、３０Ｂは、図４に示すように、互いの摺動面３１Ｓが反対方向を向くように配置される。そして、スラスト側スカート部３０Ａの第１アーム３２Ａと反スラスト側スカート部３０Ｂの第２アーム３２Ｂとが隣り合い、スラスト側スカート部３０Ａの第２アーム３２Ｂと反スラスト側スカート部３０Ｂの第１アーム３２Ａとが隣り合うように配置される。第１アーム３２Ａの連結部３２１は、スカート本体部３１の周方向端部よりもやや内側の位置に繋がっている。これにより、当該連結部３２１の周方向外側には、段部３２３が形成されている。段部３２３は、相手方の第２アーム３２Ｂの先端部３２２を収容する空間を形成している。
【００４５】
アーム３２Ａ、３２Ｂの先端部３２２付近には、それぞれスカートピン４２Ａ、４２Ｂを挿通させるためのピン通し孔３３が穿孔されている。また、アーム３２Ａ、３２Ｂの連結部３２１からピン通し孔３３の手前付近にかけて、スカート部３０Ａ、３０Ｂの軽量化を図るための開口３４が設けられている。
【００４６】
図９は、ピストン５の概略的な分解図である。この図９と図４を参照して、スラスト側スカート部３０Ａのアーム３２Ａ、３２Ｂが備えるピン通し孔３３Ａ（第１ピン通し孔）に対応したピストン本体２０側の受け孔が、ピストンボス２４のスラスト側スカートピン孔２６Ａである。また、反スラスト側スカート部３０Ｂのアーム３２Ａ、３２Ｂが備えるピン通し孔３３Ｂ（第２ピン通し孔）に対応した受け孔が、反スラスト側スカートピン孔２６Ｂである。
【００４７】
スラスト側スカートピン４２Ａは、ピン通し孔３３Ａ及びスカートピン孔２６Ａに挿通されている。これにより、スラスト側スカート部３０Ａは、スカートピン４２Ａの軸回りに揺動可能な状態で、ピストン本体２０と結合されている。また、反スラスト側スカートピン４２Ｂは、ピン通し孔３３Ｂ及びスカートピン孔２６Ｂに挿通されている。これにより、反スラスト側スカート部３０Ｂは、スカートピン４２Ｂの軸回りに揺動可能な状態で、ピストン本体２０と結合されている。既述の通り、ピストンピン４１はピストンピン孔２５に挿通される。
【００４８】
＜摺動面の構造＞
続いて、スカート本体部３１の摺動面３１Ｓのプロファイルについて詳細に説明する。図１０Ａは、摺動面３１Ｓのプロファイルを誇張して示す、スカート本体部３１の気筒軸方向ＡＸ（説明の便宜上、「上」、「下」の方向表示を付している）の模式的な断面図である。図１０Ａでは、一対のスカート部のうち、スラスト側スカート部３０Ａを示しており、このスカート部３０Ａがスカートピン４２Ａ回りに揺動していない中立状態を想定している。
【００４９】
摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、気筒２のスラスト側内周壁２Ａに向けて張り出す弓形形状（張出形状の一例）を有している。すなわち摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの中央部に、最も内周壁２Ａ側に張り出した頂部Ｐを有し、気筒軸方向ＡＸの両端部（上下端部）に最も内周壁２Ａ側への張り出しが小さい裾部Ｑ１、Ｑ２を有し、頂部Ｐから裾部Ｑ１、Ｑ２にかけて張出が徐々に小さくなる緩やかな曲面形状を備えている。上側の裾部Ｑ１は、ピストン５が上方に移動して摺動面３１Ｓが上方に摺動する際にこの摺動方向の下流端となる部分であり、下側の裾部Ｑ２は、ピストン５が下方に移動して摺動面３１Ｓが下方に摺動する際にこの摺動方向の下流端となる部分である。なお、図１０Ａでは理解を容易にするために、摺動面３１Ｓの弓形形状を大きく誇張して描いており、実際には目視では判別困難なミクロンオーダーの張り出しを有する弓形形状である。
【００５０】
スカート部３０は、本来的には、ピストン５の往復動作時における２次運動によってピストン本体２０の首振りが発生しないよう、気筒２の内周壁と摺動することが予定されている。しかし、本実施形態では、ピストン５の往復動作時に、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの間に隙間Ｇが形成されることが予定されている。つまり、摺動面３１Ｓは、流体Ｆを介して内周壁２Ａから浮揚する。これにより、スカート部３０の摺動抵抗を極小化することを可能とする。なお、流体Ｆは、例えば空気、水、或いは０Ｗ−２０クラスの低粘度オイルであり、特に好ましくは空気である。
【００５１】
隙間Ｇが存在している場合、ピストン５の往復動に伴いスカート部３０Ａに速度ｕが与えられると、周辺に存在する流体Ｆが摺動面間（摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの間）に引き込まれる。行き場を失った流体Ｆは、前記摺動面間を拡大させる方向に抗力を生じさせる。この抗力が、摺動面３１Ｓを内周壁２Ａから浮揚させるように作用する。より具体的には、ピストン５の上昇中であって、スカート部３０に上向きに速度ｕ１が与えられたときには、上側の裾部Ｑ１の上方から頂部Ｐに向かって流体Ｆが隙間Ｇに入り込む。これにより、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの間に摺動浮揚力が生じる。一方、ピストン５の下降中であって、スカート部３０に下向きに速度ｕ２が与えられたときには、下側の裾部Ｑ２の下方から頂部Ｐに向かって流体Ｆが隙間Ｇに入り込む。これにより、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの間に摺動浮揚力が生じる（以下、摺動浮揚という）。摺動面３１Ｓは、このような摺動浮揚が良好に発現するプロファイルに設定される。
【００５２】
図１０Ａに示すように、前記中立状態において、摺動面３１Ｓの頂部Ｐと内周壁２Ａとの間の隙間を最小隙間ｈ１、裾部Ｑと内周壁２Ａとの間の隙間を最大隙間ｈ２とし、さらに両者の差分ｈ２−ｈ１を山高さＤ、両者の比率ｈ２／ｈ１を隙間比ｍとする。良好な摺動浮揚を達成するには、流体Ｆの性質に応じて最小隙間ｈ１を設定すると共に、その最小隙間ｈ１に応じた山高さＤ（隙間比ｍ）を設定することが肝要となる。最大隙間ｈ２及び山高さＤは、ｈ１及びｍが設定されることにより、自ずと決定される。
【００５３】
＜摺動面のプロファイル＞
摺動面３１Ｓを上記の弓形形状とすれば、ピストン５の往復動時に摺動面３１Ｓと気筒２の内周壁２Ａとが接触するのを抑制して、これらの摺動抵抗を小さくし機械損失を低減することができる。例えば、ピストン５が、その往復動時にいわゆる首振り運動を行って気筒２の中心軸に対して傾いた場合でも、ピストン５の摺動面３１Ｓと気筒２の内周壁２Ａとが接触することを抑制できる。ただし、本発明者らは、摺動面３１Ｓを単純に弓形形状にしただけでは十分な摺動浮揚の作用を得ることができず、この作用を効果的に得ることのできる摺動面３１Ｓのプロファイルがあることを突き止めた。
【００５４】
図１０Ｂは、摺動面Ｓａを有する摺動部材Ｃ１が、被摺動面Ｓｂに沿って矢印Ｙ１０で示す方向に摺動することを示した模式図である。摺動面Ｓａは、被摺動面Ｓｂ側に張り出す張出形状を有しており、最も張り出した部分となる頂部Ｐａと、頂部Ｐａの摺動方向（矢印Ｙ１０で示す方向）の下流側に配置されて被摺動面Ｓｂに対して最も離間する裾部Ｑａとを有し、摺動方向の下流側に向かって被摺動面Ｓｂから徐々に離間する形状を有している。
【００５５】
摺動部材Ｃ１が速度Ｕで摺動しているとき、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間に生じる摺動浮揚力Ｗは、次の式（１）により求めることができる。
【数１】
2018145889.tif 000003
【００５６】
式（１）において、ηは摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間に介在する流体Ｆの粘度であり、Ｂは摺動面の摺動方向の長さ（図１０Ｂにおける頂部Ｐａから裾部Ｑａまでの長さ）であり、Ｃは摺動面の摺動方向と直交する方向の長さ（図１０Ｂの紙面と直交する方向の長さ）であり、Ｕは摺動面Ｓａの摺動速度である。ｈ１は、最小隙間であって、頂部Ｐａと被摺動面Ｓｂとの間の離間距離、つまり、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間の隙間寸法の最小値である。ｍは、上述の隙間比であって、裾部Ｑａと被摺動面Ｓｂとの離間距離、つまり、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間の隙間寸法の最大値を最大隙間ｈ２としたときの、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との比率であり、ｍ＝ｈ２／ｈ１で表される。
【００５７】
式（１）において、第２項目を負荷容量係数Ｋｗとすると（Ｋｗ＝６／（ｍ−１）２｛ｌｎｍ−２（ｍ−１）／（ｍ＋１）｝）、浮揚力Ｗはこの負荷容量係数Ｋｗに比例する。
【００５８】
図１１は、負荷容量係数Ｋｗと隙間比ｍとの関係を示したグラフである。このグラフに示されるように、摺動浮揚力Ｗは、隙間比ｍが２．２のときに最大となり、隙間比ｍがこの値から離間するほど小さくなる。この知見より、隙間比ｍを２．２近傍に設定すれば高い摺動浮揚力Ｗを得ることができる。具体的には、隙間比ｍを１．５以上５．０以下とすることで、摺動浮揚力Ｗを、図１１のラインＬ１以上とすることができる。この場合、摺動浮揚力Ｗとして、その最大値（隙間比ｍが２．２のときの値）の６０％以上となる高い値を得ることができる。
【００５９】
なお、隙間比ｍが適正値（ｍ＝２．２）よりも大きくなると摺動浮揚力Ｗが小さくなるのは、最小隙間ｈ１が相対的に小さくなることで、流体Ｆが堰き止められる効果が過剰に大きくなり、被摺動面Ｓｂと摺動面Ｓａとの間に流入できない流体Ｆの割合が多くなるためと考えられる。また、隙間比ｍが適正値（ｍ＝２．２）よりも小さくなると摺動浮揚力Ｗが小さくなるのは、摺動面Ｓａが平板に近づくことになり流体Ｆの堰き止め効果が小さくなるためと考えられる。
【００６０】
ここで、式（１）に基づくと、最小隙間ｈ１が小さいほど摺動浮揚力は大きくなる。従って、最小隙間ｈ１は小さい方が好ましいように思われる。これに対して、本発明者らは、最小隙間ｈ１について、摺動面Ｓａと被摺動面Ｓｂとの間に生じる摩擦係数μを小さく抑えることのできる最適な範囲が存在することを突き止めた。摩擦係数μの大小は、摺動面Ｓａの摺動浮揚時における摩擦の大小に相当し、摩擦係数μが小さいほど良好な摺動浮揚が実現できることを示す。
【００６１】
図１２は、流体Ｆを空気、水、オイルとしたときの、摩擦係数μと最小隙間ｈ１との関係を示したグラフである。流体Ｆとして例示した空気の粘度は１．８×１０−５［Ｐａ・ｓ］、水の粘度は８．９×１０−４［Ｐａ・ｓ］、低粘度オイル０Ｗ−２０の粘度は６．８×１０−３［Ｐａ・ｓ］である。図１２のグラフは、エンジン稼働時にピストン５の往復動に伴って所定の被摺動面に沿って摺動する摺動面Ｓａに加えられる荷重の最大値と、式（１）で求められる摺動浮揚力Ｗとが釣り合い、摺動面Ｓａが浮揚するときの最小隙間ｈ１と摩擦係数μとの関係を示している。なお、図１２のグラフは、最小隙間ｈ１の変化に伴って隙間比ｍも変化することを示している。
【００６２】
より詳細には、式（１）において、Ｕに、エンジン回転数が代表的な所定の回転数のときの対象となる摺動面Ｓａの平均移動速度を代入し、ηに、流体Ｆの粘度を代入し、摺動浮揚力Ｗに、前記荷重の最大値を代入する。そして、これら値を代入した式（１）から、最大隙間ｈ２と最小隙間ｈ１との差（ｈ２−ｈ１）を所定値としたときの、最小隙間ｈ１の値を算出するとともに、この最小隙間ｈ１等を用いて摩擦係数μを算出する。また、前記所定値の値を振って、最小隙間ｈ１の値を変化させて、各値に対応する摩擦係数μを求めている。例えば、市街地走行を行うときを対象とすると、前記Ｕに対応するエンジン回転数として１３５０ｒｐｍを用い、摺動面Ｓａに加えられる入力荷重を１１７５Ｎとすることができる。
【００６３】
図１２には、流体Ｆの各々について、最適な最小隙間ｈ１における摩擦係数μ、つまり最も低い摩擦係数μに比較して、＋２０％だけ摩擦係数μが増加するラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４をそれぞれ付記している。この＋２０％のまでの範囲が、極めて良好な摺動浮揚が実現できる範囲である。具体的には、流体Ｆが空気の場合、最小隙間ｈ１は０．７μｍ〜１．３μｍ、水の場合は４．９μｍ〜８．９μｍ、０Ｗ−２０の場合は１８μｍ〜２６μｍとなる。これらが理想的な範囲であるが、当該範囲から若干外れても良好な摺動浮揚を得ることができるので、好ましい最小隙間ｈ１の範囲は、それぞれ、
空気の場合：  ０．５μｍ〜１．５μｍ
水の場合  ：  ３μｍ〜１１μｍ
０Ｗ−２０の場合：  １５μｍ〜３０μｍ
と設定することができる。
【００６４】
上記の結果より、摺動浮揚を達成するために現状で利用可能な流体Ｆの範疇（空気、水、低粘度オイル）において、良好な摺動浮揚が実現できる最小隙間ｈ１の範囲は、０．５μｍ〜３０μｍと設定することができる。この範囲は、エンジン本体１の運転時において確保されるべき最小隙間ｈ１の範囲である。エンジン本体１が運転されると、ピストン５は高熱を帯びて熱膨張する。シリンダブロック３とピストン５とが同じ材質である場合でも、両者は熱分布が異なるのでピストン５の方が大きく熱膨張する。従って、運転時において最小隙間ｈ１の上限値＝３０μｍを確保できるよう、常温を基準とする設計値としては、前記上限値をより大きく設定することが妥当である。この点に鑑み、本実施形態では、常温での最小隙間ｈ１の範囲を０．５μｍ〜４０μｍと設定する。
【００６５】
摺動浮揚において、摺動抵抗の低減の観点から最も望ましい流体Ｆは空気である。空気を隙間Ｇに流入させれば（空気浮揚）、ピストン５の往復動作時における摩擦を小さくすることができるからである。空気浮揚を採用する場合は、エンジン本体１の運転時に最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜１．５μｍが確保されるよう、ピストン５の熱膨張を考慮して、常温における最小隙間ｈ１の設計値を定めることが望ましい。
【００６６】
ここで、摺動面３１Ｓは、平滑度が高い面であることが望ましい。最小隙間ｈ１は、０．５μｍ〜４０μｍという微小な長さの範囲で選ばれることから、摺動面３１Ｓが粗い面であると、最小隙間ｈ１の精度が低下する。従って、摺動面３１Ｓは、その表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．４μｍ以下となるような平滑面であることが望ましい。
【００６７】
また、摺動面３１Ｓを有するスカート本体部３１（スカート部３０Ａ、３０Ｂ）と内周壁２Ａの構成部材（シリンダブロック３又はライナー）とは、同一材質とすることが望ましい。これにより、熱膨張差に起因する隙間Ｇの長さ変動、つまり最小隙間ｈ１及び最大隙間ｈ２の変動を抑止することができる。例えば、両者を、鋳型に鋼湯を注型して形成される鋳鋼にて形成することが望ましい。或いは、少なくとも往復動するスカート部３０Ａ、３０Ｂを、線膨張係数の小さい金属、例えばステンレス鋼（鍛造品）にて形成すれば、隙間Ｇの長さ変動を抑制できるので好ましい。
【００６８】
図１０Ａでは、摺動面３１Ｓが弓形形状である例を示している。しかし、摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａに向けて張り出す張出形状を備える限りにおいて、その態様を問わない。すなわち、最小隙間ｈ１を形成する部分（頂部Ｐ）と、最大隙間ｈ２を形成する部分（裾部Ｑ）とを有していれば、それら両部分の間の形状は必ずしも弓形の曲面形状でなくとも良く、種々の形状を備えていても良い。例えば、頂部Ｐと裾部Ｑとの間の一部又は全部が、気筒軸方向ＡＸの断面において直線的に傾斜した面、階段状に傾斜した面であっても良い。
【００６９】
図１３（Ａ）は、隙間比ｍが適正値である場合のスカート部３０Ａの浮揚状態を示す図、図１３（Ｂ）は、隙間比ｍが適正値よりも大きい場合のスカート部３０Ａの浮揚状態を示す図である。最小隙間ｈ１が流体Ｆの種別に応じて上記の範囲内に設定され、且つ、隙間比ｍが適正値に設定され、ピストン５の往復動に伴いスカート部３０Ａに速度ｕが与えられると、図１３（Ａ）に示す通り、周辺の流体Ｆが摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの間の隙間Ｇに流入する。流入した流体Ｆは、行き場を失うことになる（堰き止め効果）。この流体Ｆの堰き止め効果により、摺動面３１Ｓを内周壁２Ａから離間させる抗力（浮揚力）が発生し、摺動面３１Ｓが内周壁２Ａから浮揚する。
【００７０】
これに対し、隙間比ｍが適正値よりも大きい場合、すなわち、最大隙間ｈ２が過度に大きい場合、図１３（Ｂ）に示すように、周辺の流体Ｆは隙間Ｇに流入するものの、上記の堰き止め効果が過剰となって隙間Ｇに流入できない流体ＦＡの割合が多くなる。このため、隙間Ｇへの流体Ｆの流入量が小さくなり、これに伴い浮揚力も小さくなる。従って、良好な摺動浮揚を実現できない。一方、隙間比ｍが適正値よりも大きい場合、摺動面３１Ｓが平板に近づくこととなる。このため、同様に隙間Ｇへの流体Ｆの流入量が小さくなり、浮揚力も小さくなる。
【００７１】
＜スカート部の動作＞
続いて、スカート部３０（スラスト側スカート部３０Ａ及び反スラスト側スカート部３０Ｂ）の揺動動作について、図１４（Ａ）〜図１５（Ｂ）に基づいて説明する。図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、ピストン５の往復動に伴う、スカート部３０の揺動状態を説明するための図、図１５（Ａ）は、クランク角を示す図、図１５（Ｂ）は、ピストン５の往復動時における、ピストン５の速度及び加速度を示すグラフである。
【００７２】
一般に、ピストン５の速度は、上死点（ＴＤＣ）及び下死点（ＢＤＣ）においてゼロとなり、それらの間のクランク角＝９０°、２７０°の位置で最も速くなる。一方、ピストン５の加速度（減速度）は、速度がゼロであるＴＤＣ、ＢＤＣ付近で最も大きくなり、それらの間のクランク角＝９０°、２７０°の位置で最も小さくなる。スラスト側スカート部３０Ａ、反スラスト側スカート部３０Ｂは、それぞれスラスト側スカートピン４２Ａ、反スラスト側スカートピン４２Ｂの軸回りに揺動可能にピストン本体２０に結合されている。このため、ピストン５に加速度（減速度）が作用すると、スカート部３０Ａ、３０Ｂは揺動することになる。
【００７３】
図１４（Ａ）は、ピストン５に下方向（ＴＤＣからＢＤＣへ向かう方向）の加速度、若しくは上方向（ＢＤＣからＴＤＣへ向かう方向）の加速度のいずれもが作用していない状態（クランク角＝９０°、２７０°）における、スカート部３０Ａ、３０Ｂの姿勢を示している。このときの姿勢が、スカート部３０Ａ、３０Ｂが揺動していない中立状態である。スカート部３０Ａ、３０Ｂの各摺動面３１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの中央部が最も内周壁２Ａ、２Ｂ側に張り出し、この中央部の点を挟んで気筒軸方向ＡＸに対称な弓形形状を備える。このため、前記中立状態においては、前記中央部が頂部Ｐ１となり、この頂部Ｐ１と内周壁２Ａ、２Ｂとの間に上述の最小隙間ｈ１が作られることになる。また、摺動面３１Ｓの気筒軸方向ＡＸの上端部Ｑ１、下端部Ｑ２によって、最大隙間ｈ２が作られる。勿論、このときの隙間比ｍが、１．５〜５．０の範囲内となるように、最大隙間ｈ２（山高さＤ）が選ばれている。
【００７４】
スカート部３０Ａ、３０Ｂの各摺動面３１Ｓと、内周壁２Ａ、２Ｂとの間には、それぞれ隙間Ｇ１、Ｇ２が存在している。ピストン５が気筒２内でラジアル方向に偏心していない場合、この中立状態における頂部Ｐ１と内周壁２Ａ、２Ｂとの間の最小隙間ｈ１が、最も大きい最小隙間ｈ１となる。つまり、頂部の位置はスカート部３０Ａ、３０Ｂの揺動によって気筒軸方向ＡＸにシフトし、スカート部３０Ａ、３０Ｂの傾きが大きくなるほど、最小隙間ｈ１は小さくなる。摺動面３１Ｓが有する弓形形状は、上記の通り揺動に応じて頂部がシフトし、これに応じて気筒軸方向ＡＸにシフトする最小隙間ｈ１を作ることができる形状である。
【００７５】
図１４（Ｂ）は、ピストン５に下方向の加速度、若しくは上方向の減速度が作用している状態における、スカート部３０Ａ、３０Ｂの姿勢を示している。本実施形態ではチルト機構によって、スカート部３０Ａ、３０Ｂがピストン本体２０に対して揺動（チルト）可能である。ピストン５に下方向の加速度が作用すると、スカート部３０Ａ、３０Ｂは慣性によってその場に止まり続けようとするため、移動するピストン本体２０への追従が遅れる。このため、スラスト側スカート部３０Ａは、スカートピン４２Ａの軸回りに時計方向に揺動し、反スラスト側スカート部３０Ｂは、スカートピン４２Ｂの軸回りに反時計方向に揺動する。また、ピストン５に上方向の減速度が作用すると、スカート部３０Ａ、３０Ｂは慣性によって移動し続けようとするため、同様にスカート部３０Ａ、３０Ｂは各々時計方向、反時計方向に揺動する。従って、図１４（Ｂ）に示すように、スカート部３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ上方に傾いた姿勢の揺動状態となる。この揺動状態となるのは、クランク角が０°〜９０°の範囲（下方向加速）と、２７０°〜３６０°の範囲（上方向減速）とである。
【００７６】
この上向き揺動状態においても、隙間Ｇ１、Ｇ２において、上述の最小隙間ｈ１及び隙間比ｍの関係は維持される。スカート部３０Ａ、３０Ｂが上方に傾斜した姿勢では、摺動面３１Ｓの気筒軸方向ＡＸの中央部よりも下方位置のポイントが、最も内周壁２Ａ、２Ｂ側に張り出した頂部Ｐ２となる。これら頂部Ｐ２と、内周壁２Ａ、２Ｂとの間に上述の最小隙間ｈ１が作られる。ここでの最小隙間ｈ１は、上述の通り頂部Ｐ１における最小隙間ｈ１よりも小さい値となる。また、上端部Ｑ１、下端部Ｑ２によって、上端側及び下端側の最大隙間ｈ２が各々作られる。そして、頂部Ｐ２における最小隙間ｈ１と上端部Ｑ１における最大隙間ｈ２とから得られる隙間比ｍ、及び、下端部Ｑ２における最大隙間ｈ２から得られる隙間比ｍのいずれも、１．５〜５．０の範囲内となるように摺動面３１Ｓの形状が設定されている。
【００７７】
図１４（Ｂ）から明らかな通り、隙間Ｇ１、Ｇ２は、上端部Ｑ１側よりも下端部Ｑ２側の方が狭い（但し、相当誇張して描かれている）。ピストン５に下方向の加速度が加わる際、専ら下端部Ｑ２側から流体Ｆが隙間Ｇ１、Ｇ２へ流入することになる。従って、下端部Ｑ２側における隙間比ｍが、最も大きい浮揚力が得られる隙間比ｍ＝２．２付近となるように、下端部Ｑ２における最大隙間ｈ２を設定することが望ましい。
【００７８】
図１４（Ｃ）は、ピストン５に上方向の加速度、若しくは下方向の減速度が作用している状態における、スカート部３０Ａ、３０Ｂの姿勢を示している。この場合、図１４（Ｂ）とは逆に、スカート部３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ下方に傾いた姿勢の揺動状態となる。すなわち、スラスト側スカート部３０Ａは、スカートピン４２Ａの軸回りに反時計方向に揺動し、反スラスト側スカート部３０Ｂは、スカートピン４２Ｂの軸回りに時計方向に揺動する。この揺動状態となるのは、クランク角が９０°〜１８０°の範囲（下方向減速）と、１８０°〜２７０°の範囲（上方向加速）とである。
【００７９】
この下向き揺動状態においても、隙間Ｇ１、Ｇ２において、上述の最小隙間ｈ１及び隙間比ｍの関係は維持される。下向き揺動状態では、摺動面３１Ｓの気筒軸方向ＡＸの中央部よりも上方位置のポイントが、最も内周壁２Ａ、２Ｂ側に張り出した頂部Ｐ３となる。これら頂部Ｐ３と、内周壁２Ａ、２Ｂとの間に上述の最小隙間ｈ１が作られる。ここでの最小隙間ｈ１は、頂部Ｐ１における最小隙間ｈ１よりも小さい値である。また、上端部Ｑ１、下端部Ｑ２によって、上端側及び下端側の最大隙間ｈ２が各々作られる。そして、頂部Ｐ２における最小隙間ｈ１と上端部Ｑ１における最大隙間ｈ２とから得られる隙間比ｍ、及び、下端部Ｑ２における最大隙間ｈ２から得られる隙間比ｍのいずれも、１．５〜５．０の範囲内となるように摺動面３１Ｓの形状が設定されている。
【００８０】
下向き揺動状態では、隙間Ｇ１、Ｇ２は、上端部Ｑ１側の方が下端部Ｑ２側よりも狭くなる。ピストン５に上方向の加速度が加わる際、専ら上端部Ｑ１側から流体Ｆが隙間Ｇ１、Ｇ２へ流入することになる。従って、上端部Ｑ１側における隙間比ｍが、最も大きい浮揚力が得られる隙間比ｍ＝２．２付近となるように、上端部Ｑ１における最大隙間ｈ２を設定することが望ましい。
【００８１】
＜スカート部の最大チルト＞
図１４（Ａ）〜（Ｃ）では、ピストン５が気筒２内でラジアル方向に偏心していない状態の動作を説明した。つまり、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２とが同じである場合を想定している。しかし、隙間Ｇ１、Ｇ２が存在している以上、ピストン５がスラスト側内周壁２Ａ寄り、若しくは反スラスト側内周壁２Ｂ寄りに偏心することが生じ得る。このような偏心が生じた際の、動作について説明する。図１６（Ａ）は、ピストン５の往復動作時に、スカート部３０Ａ、３０Ｂが全体的に最もスラスト側内周壁２Ａに寄った状態を示す図、図１６（Ｂ）は、反スラスト側スカート部３０Ｂがスカートピン４２Ｂ回りに最大の揺動角θｍａｘで振れている状態を示す図である。
【００８２】
図１６（Ａ）では、ピストン５のスラスト方向（内周壁２Ａの方向）への偏心によって、ピストンピン４１の中心軸がスラスト方向に最大幅ｄｍａｘだけシフトした状態を示している。これにより、スカートピン４２Ａ、４２Ｂの位置も、スラスト方向にシフトしている。このようなシフトが生じても、スラスト側スカート部３０Ａの摺動面３１Ｓに対して浮揚力が作用するので、隙間Ｇ１は維持される。この際、摺動面３１Ｓの頂部Ｐ１１と内周壁２Ａとの間の最小隙間ｈ１は、偏心が生じていない図１４（Ａ）の場合よりも小さくなるが、摺動浮揚を得ることができる範囲に維持され、且つ、隙間比ｍも１．５〜５．０の範囲内に維持される。
【００８３】
一方、隙間Ｇ２において、反スラスト側スカート部３０Ｂの摺動面３１Ｓの頂部Ｐ１２は、内周壁２Ｂから最も離間し、両者間の隙間距離はＧｍａｘとなる。この場合、反スラスト側スカート部３０Ｂは、スカートピン４２Ｂ回りに最大の揺動角θｍａｘで傾くことが可能となる。図１６（Ｂ）では、スカート部３０Ｂが最も上向きに揺動している例を示している。この例では、頂部Ｐ１３は下端部Ｑ２に近い位置となる。
【００８４】
図１７は、図１６（Ｂ）の状態における、反スラスト側スカート部３０Ｂの摺動面３１Ｓと内周壁２Ｂとの間に形成される隙間Ｇ２を説明するための図である。このようにスカート部３０Ｂが揺動角θｍａｘで振れた状態にあっても、上述の最小隙間ｈ１及び隙間比ｍの関係が維持されるよう、摺動面３１Ｓの形状が設定されている。下端部Ｑ２に相当近い位置に有る頂部Ｐ１３と内周壁との間に、最小隙間ｈ１が作られる。勿論、最小隙間ｈ１は、摺動浮揚を得ることができる範囲内である。
【００８５】
また、下端部Ｑ２、上端部Ｑ１によって、下端側の最大隙間ｈ２Ａ、上端側の最大隙間ｈ２Ｂが各々作られる。頂部Ｐ１３における最小隙間ｈ１と下端部Ｑ２における最大隙間ｈ２Ａとから得られる隙間比ｍは、１．５〜５．０の範囲内に設定される。さらに、頂部Ｐ１３における最小隙間ｈ１と上端部Ｑ１における最大隙間ｈ２Ｂとから得られる隙間比ｍについても、１．５〜５．０の範囲内となるように設定される。これにより、ピストン５がラジアル方向に最も偏心したときでも、下端部Ｑ２から流体Ｆが流入する場合、及び上端部Ｑ１から流体Ｆが流入する場合のいずれにおいても、摺動面３１Ｓの良好な摺動浮揚を実現することができる。
【００８６】
＜ピストンの首振りへの対応＞
本実施形態のピストン５は、往復動作時における２次運動により、ピストンピン４１回りに首振りする。スカート部がピストン本体に固着（一体化）されている場合は、ピストン本体の首振りに応じてスカート部も傾く。これにより、ピストンの首振りが抑制される。しかし、本実施形態ではチルト機構（スカートピン４２Ａ、４２Ｂ）によって、スカート部３０Ａ、３０Ｂはピストン本体２０に対して揺動する。このため、スカート部３０Ａ、３０Ｂの揺動軸となるスカートピン４２Ａ、４２Ｂの配置について工夫を施すことが望ましい。
【００８７】
図１８（Ａ）、（Ｂ）は、ピストン本体２０の首振り時における、スカート部３０Ａ、３０Ｂの挙動を説明するための図である。図１８（Ａ）は、ピストン本体２０がピストンピン４１回りに首振りしていない状態を示している。この状態では、ピストン本体２０に傾きがないので、ピストンピン孔２５及びスカートピン孔２６Ａ、２６Ｂ（図５（Ｃ）参照）は同じ高さ位置となる。従って、これらの孔に挿通されるピストンピン４１及びスカートピン４２Ａ、４２Ｂも、気筒２の径方向に同じ高さ位置に並ぶことになる。なお、図１８（Ａ）では、スカート部３０Ａ、３０Ｂが、図１４（Ａ）に示す中立状態である場合を示している。ピストン５に加速度又は減速度が作用すれば、図１４（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、図１８（Ａ）の状態からスカート部３０Ａ、３０Ｂが揺動した状態となる。
【００８８】
一方、図１８（Ｂ）は、ピストン本体２０がピストンピン４１回りに反時計方向に首振りした状態を示している。この場合、ピストンピン４１を中心として、スカートピン４２Ａ、４２Ｂが公転することとなり、スラスト側スカートピン４２Ａはピストンピン４１より上側に、反スラスト側スカートピン４２Ｂはピストンピン４１より下側に各々位置することになる。そして、スラスト側スカート部３０Ａは、矢印Ｃ１で示すように、スラスト側スカートピン４２Ａ回りに時計方向に揺動する。また、反スラスト側スカート部３０Ｂは、矢印Ｃ２で示すように、反スラスト側スカートピン４２Ｂ回りに時計方向に揺動する。このような挙動を示すのは、スラスト側スカート部３０Ａの揺動支点であるスラスト側スカートピン４２Ａ（スラスト側スカートピン孔２６Ａ）がピストンピン４１（ピストンピン孔２５）よりも反スラスト側に配置され、反スラスト側スカート部３０Ｂの揺動支点である反スラスト側スカートピン４２Ｂ（反スラスト側スカートピン孔２６Ｂ）がピストンピン４１（ピストンピン孔２５）よりもスラスト側に配置されていることによる。
【００８９】
ここで、スカート本体部３１の摺動面３１Ｓのプロファイルについて説明を加える。図１９は、摺動面３１Ｓのプロファイルの特徴を説明するための図である。図１９において、円弧Ｙ１は、ピストンピン４１の中心軸からスラスト側内周壁２Ａまでの径方向距離Ｒ１を半径とする円弧である。この円弧Ｙ１は、ピストン本体２０の首振り軌道に相当する。スラスト側スカートピン４２Ａは、ピストンピン４１よりもスラスト側内周壁２Ａに対して遠い位置にある。円弧Ｙ２は、スカートピン４２Ａの中心軸からスラスト側内周壁２Ａまでの径方向距離Ｒ２を半径とする円弧である。スラスト側スカート部３０Ａの摺動面３１Ｓが円弧Ｙ２の軌跡に沿った面である場合、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの間の隙間は、中立状態でも、スカート部３０Ａがスカートピン４２Ａ回りに揺動して傾いた場合でも一定である。このようなプロファイルでは、スカート部３０Ａは内周壁２Ａと干渉せず、下方に垂下してしまう。
【００９０】
曲線Ｙ３は、摺動面３１Ｓのプロファイルの一例である。曲線Ｙ３は、気筒軸方向ＡＸの中央部において円弧Ｙ２と同じ位置にあるが、気筒軸方向ＡＸに向かうほど、円弧Ｙ２よりも内周壁２Ａに近づくプロファイルを有している。つまり、摺動面３１Ｓの張出形状は、スカート部３０Ａの気筒軸方向ＡＸの傾きが大きくなるほど、摺動面３１Ｓの頂部となる部分と内周壁２Ａとの間の隙間が小さくなる形状を含んでいる。この場合、スカート部３０Ａの傾きが大きくなると、内周壁２Ａと干渉する。従って、スカート部３０Ａの揺動範囲が規制される。
【００９１】
但し、本実施形態では、ピストン５の往復動作時に摺動浮揚が生じるので、実質的に摺動面３１Ｓと内周壁２Ａとの接触はさほど生じない。また、図１４（Ａ）〜図１５（Ｂ）で説明した通り、ピストン５の移動速度は上死点及び下死点で遅くなり、スカート部３０Ａ、２Ｂは大きく揺動する。この際、上記の通り摺動面３１Ｓのプロファイルによって隙間Ｇが小さくなるので、ピストン５の移動速度が遅い状態であっても、隙間Ｇに流入する流体Ｆによる摺動浮揚を行わせ易くすることができる。
【００９２】
図２０（Ａ）は、比較例のスカート部３００Ａ、３００Ｂの挙動を、図２０（Ｂ）は本実施形態のスカート部３０Ａ、３０Ｂの挙動を示す図である。比較例のスラスト側スカート部３００Ａのスカートピン４２０Ａは、ピストンピン４１よりもスラスト側（内周壁２Ａ側）に位置している。また、反スラスト側スカート部３００Ｂのスカートピン４２０Ｂは、ピストンピン４１よりも反スラスト側（内周壁２Ｂ側）に位置している。
【００９３】
ピストン本体２０に首振りが生じると、スカートピン４２０Ａ、４２０Ｂはピストンピン４１の回りを公転する。この場合、スラスト側スカートピン４２０Ａはスラスト側内周壁２Ａから離れる方向に移動する。これにより、公転前のスカートピン４２０Ａの中心軸と内周壁２Ａまでの距離ａ１１に比べ、公転後の距離ａ１２の方が長くなる。反スラスト側スカート部３００Ｂも同様である。つまり、ピストン本体２０に傾きが生じると、スカートピン４２０Ａ、４２０Ｂも同じ方向に高さ位置がシフトし、各々スラスト側、反スラスト側の内周壁２Ａ、２Ｂから遠ざかることになる。従って、スカートピン４２０Ａ、４２０Ｂの各摺動面３１０Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの隙間Ｇ０において最適な最小隙間が確保しにくくなり、摺動浮揚の実現には不利になる。このため、ピストン本体２０の首振り規制を行い難くなる。
【００９４】
これに対し、図２０（Ｂ）に示す本実施形態のスカート部３０Ａ、３０Ｂでは、スラスト側スカート部３０Ａのスカートピン４２Ａは、ピストンピン４１よりも反スラスト側（内周壁２Ｂ側）に位置し、反スラスト側スカート部３０Ｂのスカートピン４２Ｂは、ピストンピン４１よりもスラスト側（内周壁２Ａ側）に位置している。このため、ピストン本体２０に首振りが生じスカートピン４２Ａ、４２Ｂがピストンピン４１回りに公転すると、スカートピン４２Ａはスラスト側内周壁２Ａに接近する方向に移動し、スカートピン４２Ｂは反スラスト側内周壁２Ｂに接近する方向に移動する。スラスト側スカート部３０Ａに着目すると、公転前のスカートピン４２Ａの中心軸と内周壁２Ａまでの距離ａ２１に比べ、公転後の距離ａ２２の方が短くなる。反スラスト側スカート部３０Ｂも同様である。従って、図１８（Ｂ）に示したように、ピストン本体２がピストンピン４１回りに首振りする方向と、スカート部３０Ａ、３０Ｂが揺動する方向とを逆方向（矢印Ｃ１、Ｃ２）とすることが可能となる。
【００９５】
以上の挙動を示すので、ピストン本体２０に首振りが生じた場合でも、スカートピン４２Ａ、４２Ｂの各摺動面３１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの隙間Ｇにおいて最適な最小隙間が確保し易くなる。すなわち、ピストン本体２０が首振りすると、各摺動面３１Ｓが内周壁２Ａ、２Ｂに一層接近することとなる。そして、摺動浮揚に適した最小隙間ｈ１及び隙間比ｍが確保される揺動位置で、スカート部３０Ａ、３０Ｂの揺動は停止する。つまり、スカート部３０Ａ、３０Ｂは、首振りしたピストン本体２０を支える支柱のように振る舞う。これにより、ピストン本体２０の首振りが良好に規制されるものである。
【００９６】
［作用効果］
以上説明した第１実施形態によれば、スカート部３０Ａ、３０Ｂがスカートピン４２Ａ、４２Ｂで揺動可能にピストン本体２０に結合されたチルト機構を備える。このため、ピストン本体２０がピストンピン４１の軸回りに首振りしても、スカート部３０Ａ、３０Ｂがピストン本体２０に追従して首振りせず、独立してスカートピン４２Ａ、４２Ｂの軸回りに揺動させることができる。
【００９７】
そして、スカート部３０Ａ、３０Ｂの摺動面３１Ｓ（外周壁）が張出形状を備え、且つ、前記中立状態及び前記揺動状態において内周壁２Ａ、２Ｂ側へ最も張り出した部分となる頂部と内周壁との最小隙間ｈ１が、０．５μｍ〜４０μｍの範囲に設定される。このため、ピストン５の往復動作時に、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂとスカート部３０Ａ、３０Ｂの摺動面３１Ｓとの間に流入する流体Ｆによって、摺動面３１Ｓを内周壁２Ａ、２Ｂから各々浮揚させることが可能となる。従って、スカート部３０Ａ、３０Ｂの摺動抵抗を格段に低減することができる。
【００９８】
また、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの間の隙間Ｇにおいて、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との比であるｈ２／ｈ１から得られる隙間比ｍが、１．５〜５．０の範囲に設定されている。これにより、ピストン５の往復動作時に摺動面３１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの間に流入する流体Ｆによる浮揚力を増加させることができ、流体浮揚を安定的に実現させることができる。
【００９９】
さらに、摺動面３１Ｓの張出形状は、スカート部３０Ａ、３０Ｂの気筒軸方向ＡＸの傾きが大きくなるほど、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの間の隙間Ｇが小さくなる形状部分を含む。このため、スカート部３０Ａ、３０Ｂの揺動範囲を、摺動面３１Ｓの形状的特徴によって規制することができる。また、ピストン５の移動速度は上死点ＴＤＣ及び下死点ＢＤＣで遅くなることに伴い、ピストン本体２０に揺動可能に結合されたスカート部３０Ａ、３０Ｂはスカートピン４２Ａ、４２Ｂ回りに大きく揺動することになる。この際、上記の通り隙間Ｇが小さくなるので、ピストン５の移動速度が遅い状態であっても、隙間Ｇに流入する流体Ｆによる摺動浮揚を行わせ易くすることができる。
【０１００】
［ピストンの第２実施形態］
図２１は、第２実施形態に係るピストン５Ａの正面図、図２２は、図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図、図２３は、図２２のＸＸＩＩＩＡ−ＸＸＩＩＩＡ線断面及びＸＸＩＩＩＢ−ＸＸＩＩＩＢ線断面を複合的に示す断面図である。ピストン５Ａは、ピストン本体５２０と、ピストン本体５２０の気筒軸方向ＡＸの下方に配置されるスカート部５３０とを含む。スカート部５３０は、気筒軸方向ＡＸに配列された上スカート部５４０及び下スカート部５５０を備える。
【０１０１】
ピストン本体５２０は、円柱状のヘッド部５２０Ａと、ヘッド部５２０Ａから下方へ延出した一対のピストンボス５２４とを含む。ヘッド部５２０Ａは、冠面５２１、裏面５２２及び周壁５２３を含む。冠面５２１は、燃焼室６（図１）の底面を形成する面である。裏面５２２は、冠面５２１の反対側の面であって、一対のピストンボス５２４は、裏面５２２から鉛直下方に延び出している。周壁５２３は、気筒２の内周壁と対峙するヘッド部２０Ａの外周面であり、ピストンリング（図示せず）が嵌め込むための複数のリング溝を有する。
【０１０２】
一対のピストンボス５２４は、互いに平行に並ぶ平板状の部材であり、それぞれピストンピン孔５２５（メインピン受け孔）、上スカートピン孔５２６（上ピン受け孔）及び下スカートピン孔５２７（下ピン受け孔）が穿孔されている。ピストンピン孔５２５は、クランク機構を構成するコンロッド８との連結部を構成する孔であり、ピストンピン４３が挿通される。ピストンピン４３は、ピストン本体５２０をコンロッド８の上端のスモールエンド８Ａと連結している。上スカートピン孔５２６は、ピストンピン孔５２５よりも上側に配置され、下スカートピン孔５２７は、ピストンピン孔５２５よりも下側に配置されている。ピストンピン孔５２５と、スカートピン孔５２６、５２７とは、気筒軸方向ＡＸ（上下方向）に沿って直列に並んでいる。
【０１０３】
第１実施形態では、一つのスカート部３０が具備されている例を示したが、この第２実施形態では、ピストンピン４３を挟んで気筒軸方向ＡＸに、２つのスカート部５４０、５５０が配置される例を示す。スカート部５４０、５５０は、チルト機構によって、それぞれ気筒軸方向ＡＸに揺動可能とされている。具体的には、上スカート部５４０は上スカートピン４４（結合部）にて、下スカート部５５０は下スカートピン４５（結合部）にて、それぞれピストン本体５２０と回動自在に結合されている。上スカートピン４４、下スカートピン４５は各々、上述の上スカートピン孔５２６、下スカートピン孔５２７に挿通されている。ピストンピン４３及びスカートピン４４、４５は、気筒２のスラスト側内周壁２Ａと反スラスト側内周壁２Ｂとの径方向中間において、気筒軸方向ＡＸに沿って直列に並んでいる。
【０１０４】
上スカート部５４０は、スラスト側スカート部５４０Ａ及び反スラスト側スカート部５４０Ｂを備える。一対のスカート部５４０Ａ、５４０Ｂは各々、スカート本体部５４１とアーム部５４２とを備えている。各スカート本体部５４１は、気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂの形状に沿った円弧型の平板部材であり、それぞれ内周壁２Ａ、２Ｂと対峙する面に、摺動面５４１Ｓ（外周壁）を備えている。摺動面５４１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。摺動面５４１Ｓは、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す弓形形状を有している。この弓形形状は、先に図１０Ａに基づき説明したものと同様な形状とすることができる。
【０１０５】
同様に、下スカート部５５０は、スラスト側スカート部５５０Ａ及び反スラスト側スカート部５５０Ｂを備える。一対のスカート部５５０Ａ、５５０Ｂは各々、スカート本体部５５１とアーム部５５２とを備えている。各スカート本体部５５１は、それぞれ内周壁２Ａ、２Ｂと対峙する面に、摺動面５５１Ｓ（外周壁）を備えている。摺動面５５１Ｓは、ピストン５の往復動作時に、内周壁２Ａ、２Ｂと摺接、若しくは内周壁２Ａ、２Ｂとの間に空気等の流体を介して浮揚（対向）する面である。摺動面５５１Ｓもまた、気筒軸方向ＡＸの断面において、内周壁２Ａ、２Ｂ側へ張り出す弓形形状を有している。この弓形形状は、先に図１０Ａに基づき説明したものと同様な形状とすることができる。
【０１０６】
上スカート部５４０において、スラスト側スカート部５４０Ａのアーム部５４２は、スカート本体部５４１の周方向両側に設けられており、それぞれ径方向内側に突設されたスカートボス５４２Ａを有する。同様に、反スラスト側スカート部５４０Ｂのアーム部５４２も、スカート本体部５４１の周方向両側に設けられており、それぞれ径方向内側に突設されたスカートボス５４２Ｂを有する。スカートボス５４２Ａにはピン通し孔５４３（上ピン通し孔）が、スカートボス５４２Ｂにはピン通し孔５４４（上ピン通し孔）が、それぞれ穿孔されている。ピストンボス５２４の上スカートピン孔５２６と、スカートボス５４２Ａ、５４２Ｂのピン通し孔５４３、５４４とが位置合わせされ、上スカートピン４４が挿通されている。これにより、一対のスカート部５４０Ａ、５４０Ｂは、上スカートピン４４回りに揺動可能とされている。
【０１０７】
下スカート部５５０も上記と同様である。スラスト側、反スラスト側スカート部５５０Ａ、５５０Ｂの一対のアーム部５５２は、それぞれ径方向内側に突設されたスカートボス５５２Ａ、５５２Ｂを有する。スカートボス５５２Ａにはピン通し孔５５３（下ピン通し孔）が、スカートボス５５２Ｂにはピン通し孔５５４（下ピン通し孔）が、それぞれ穿孔されている。ピストンボス５２４の下スカートピン孔５２７と、スカートボス５５２Ａ、５５２Ｂのピン通し孔５５３、５５４とが位置合わせされ、下スカートピン４５が挿通されている。これにより、一対のスカート部５５０Ａ、５５０Ｂは、下スカートピン４５回りに揺動可能とされている。
【０１０８】
上、下スカート部５４０、５５０のスラスト側、反スラスト側の摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓ（図２１では、張出形状を誇張して描いている）は、隙間Ｇを置いて気筒２の内周壁２Ａ、２Ｂと各々対峙している。ピストン５の往復動に伴いスカート部５４０、５５０に速度が与えられると、周辺に存在する流体Ｆが隙間Ｇに引き込まれ、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓを摺動浮揚させる。摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓは、このような摺動浮揚が実現されるよう、先に図１０Ａに基づき説明したように、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓの頂部となる部分と内周壁２Ａ、２Ｂとの間の最小隙間ｈ１が０．５μｍ〜４０μｍ、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓの裾部と内周壁２Ａ、２Ｂとの間の最大隙間ｈ２と前記最小隙間ｈ１の比である隙間比ｍが、ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０の範囲に設定される。
【０１０９】
上、下スカート部５４０、５５０の各々の動作は、図１４（Ａ）〜図１５（Ｂ）に基づいて説明したスカート部３０Ａ、３０Ｂの動作と同じである。スカート部５４０、５５０のスラスト側スカート部５４０Ａ、５５０Ａ、反スラスト側スカート部５４０Ｂ、５５０Ｂが、ピストン５Ａのクランク角に応じて、スカートピン４４、４５回りに揺動する。この揺動が生じても、最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜４０μｍ、隙間比ｍ＝１．５〜５．０が維持されるよう、摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓのプロファイルが設定されている。
【０１１０】
ピストン本体５２０に首振りが生じた場合、上、下スカート部５４０、５５０がその首振りを矯正する。例えば、ピストン本体５２０がスラスト側に傾くと、上スカートピン４４がスラスト側内周壁２Ａに近づき、下スカートピン４５が反スラスト側内周壁２Ｂに近づくように、それぞれピストンピン４３回りに公転する。このため、上スカート部５４０のスラスト側スカート部５４０Ａが有する摺動面５４１Ｓが内周壁２Ａに接近し、下スカート部５５０の反スラスト側スカート部５５０Ｂが有する摺動面５５１Ｓが内周壁２Ｂに接近する。これにより、各摺動面５４１Ｓ、５５１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの隙間Ｇにおいて最適な最小隙間が確保し易くなる。そして、摺動浮揚に適した最小隙間ｈ１及び隙間比ｍが確保される揺動位置で、スカート部５４０Ａ、５５０Ｂは停止し、ピストン本体５２０を支える。これにより、ピストン本体５２０の首振りが規制されるものである。
【０１１１】
［変形実施形態の説明］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、摺動浮揚を実現可能な流体Ｆとして、空気、水、低粘度オイル０Ｗ−２０を例示した。オイルは、０Ｗ−２０と同程度若しくはそれ以下の粘度ものであれば、他のオイルを用いることができる。また、流体Ｆとして水を用いる場合は、防錆剤を添加することが望ましい。防錆剤としては、例えば、メチルモルホリン、エチルモルホリン等のアルキルモルホリン類、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等の有機アミン類、カルボン酸アルカリ金属塩等からなる群の１種又は２種以上を用いることができる。
【０１１２】
また、流体Ｆとして空気を選択し、スカート部３０の空気浮揚を行わせる場合において、エンジンの低回転領域、高負荷領域など、空気浮揚が難しい条件となる場合がある。この場合、空気浮揚が難しい条件が揃うタイミングに、摺動面３１Ｓと内周壁２Ａ、２Ｂとの間の隙間に、水や低粘度オイルを供給し、摺動抵抗を低下させるようにしても良い。
【符号の説明】
【０１１３】
１  エンジン本体
２  気筒
２Ａ、２Ｂ  スラスト側、反スラスト側内周壁
５、５Ａ  ピストン
８  コンロッド（クランク機構）
２０  ピストン本体
２１  冠面
２２  裏面（冠面の反対側の面）
２４  ピストンボス
２５  ピストンピン孔（メインピン受け孔）
２６Ａ  スラスト側スカートピン孔（第１ピン受け孔）
２６Ｂ  反スラスト側スカートピン孔（第２ピン受け孔）
３０  スカート部
３０Ａ、３０Ｂ  スラスト側、反スラスト側スカート部
３１  スカート本体部
３１Ｓ  摺動面（外周壁）
３２  アーム部
３３  ピン通し孔
３３Ａ  スラスト側ピン通し孔（第１ピン通し孔）
３３Ｂ  反スラスト側ピン通し孔（第２ピン通し孔）
４１  ピストンピン
４２Ａ  スラスト側スカートピン（結合部）
４２Ｂ  反スラスト側スカートピン（結合部）
４３  ピストンピン
４４  上スカートピン４４
４５  下スカートピン４５
５２０  ピストン本体
５２４  ピストンボス
５２５  ピストンピン孔（メインピン受け孔）
５２６  上スカートピン孔（上ピン受け孔）
５２７  下スカートピン孔（下ピン受け孔）
５３０  スカート部
５４０  上スカート部
５４０Ａ、５４０Ｂ  スラスト側、反スラスト側スカート部
５４１  スカート本体部
５４１Ｓ  摺動面（外周壁）
５４３  ピン通し孔（上ピン通し孔）
５４４  ピン通し孔（上ピン通し孔）
５５０  下スカート部
５５０Ａ、５５０Ｂ  スラスト側、反スラスト側スカート部
５５１  スカート本体部
５５１Ｓ  摺動面（外周壁）
５５３  ピン通し孔（上ピン通し孔）
５５４  ピン通し孔（上ピン通し孔）
ｈ１  最小隙間
ｈ２  最大隙間
ＡＸ  気筒軸方向
Ｐ  頂部
Ｑ  裾部
Ｆ  流体
Ｇ１、Ｇ２  隙間
【図１】
2018145889.tif 000004
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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