(57)【要約】【課題】破損や異音、フリクション増加を抑制できるピストン構造を提供する。【解決手段】ピストン構造は、第１スライダの第１円板部と第２スライダの第２円板部とが、中心軸が互いに離間しかつ平行になるように連結され、２つの中心軸の中間の位置に軸孔が設けられたピストン部と、第１スライダの往復移動方向を第１方向に規制する第１ガイドと、第２スライダの往復移動方向を第２方向に規制する第２ガイドと、主軸と平行に設けられ、軸孔に挿通されたクランクピンを有するクランク軸と、を備え、第１スライダの第１ガイドに対して摺動する摺動部の往復移動範囲の中央における第１スライダと第１ガイドとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きく、第２スライダの第２ガイドに対して摺動する摺動部の往復移動範囲の中央における第２スライダと第２ガイドとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きい。【選択図】図２
2019052583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１円板部を有する第１スライダと、第２円板部を有する第２スライダと、を有し、前記第１円板部の中心軸と前記第２円板部の中心軸とが互いに離間しかつ平行になるように前記第１円板部と前記第２円板部とが連結され、前記第１円板部の中心軸と前記第２円板部の中心軸との中間の位置に前記第１円板部と前記第２円板部とを貫通する軸孔が設けられたピストン部と、
前記第１スライダの往復移動方向を第１方向に規制する第１ガイドと、
前記第２スライダの往復移動方向を前記第１方向と直交する第２方向に規制する第２ガイドと、
主軸と、前記主軸と平行に設けられ、前記軸孔に挿通されたクランクピンとを有するクランク軸と、
を備え、
前記第１ガイドに対して摺動する前記第１スライダの摺動部の往復移動範囲の中央における前記第１スライダと前記第１ガイドとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きく、
前記第２ガイドに対して摺動する前記第２スライダの摺動部の往復移動範囲の中央における前記第２スライダと前記第２ガイドとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きい
ことを特徴とするピストン構造。
【請求項２】
前記第１スライダの摺動部の前記第１ガイドと対向する面及び前記第１ガイドの前記第１スライダと対向する面の少なくとも一方が、前記第１方向及び前記第２方向と垂直な方向から見て円弧形状を有している
ことを特徴とする請求項１に記載のピストン構造。
【請求項３】
前記クランクピンには、外周面に向って中心軸を通って放射状に延びる油路が形成されており、
前記ピストン部には、前記軸孔から前記第１円板部の外周面及び前記第２円板部の外周面に向って放射状に延びる複数の油路が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内サイクロイド機構を用いた往復ピストン構造が開示されている。この往復ピストン構造では、円板状の偏心体が、案内レール（ガイド）に沿って往復移動するように直線的にガイドされて、偏心体に接続されたピストンの往復移動が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平１１−５００２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような構造では、偏心体及びピストンを含んで構成され、往復移動するスライダが、ガイドと接触した場合に、スライダ及びガイドに掛かる荷重が大きくなることがある。このようにスライダ及びガイドに掛かる荷重が大きいと、スライダ又はガイド破損や異音、フリクション増加等の問題が発生する場合がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、破損や異音、フリクション増加を抑制できる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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るピストン構造は、第１円板部を有する第１スライダと、第２円板部を有する第２スライダと、を有し、前記第１円板部の中心軸と前記第２円板部の中心軸とが互いに離間しかつ平行になるように前記第１円板部と前記第２円板部とが連結され、前記第１円板部の中心軸と前記第２円板部の中心軸との中間の位置に前記第１円板部と前記第２円板部とを貫通する軸孔が設けられたピストン部と、前記第１スライダの往復移動方向を第１方向に規制する第１ガイドと、前記第２スライダの往復移動方向を前記第１方向と直交する第２方向に規制する第２ガイドと、主軸と、前記主軸と平行に設けられ、前記軸孔に挿通されたクランクピンとを有するクランク軸と、を備え、前記第１ガイドに対して摺動する前記第１スライダの摺動部の往復移動範囲の中央における前記第１スライダと前記第１ガイドとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きく、前記第２ガイドに対して摺動する前記第２スライダの摺動部の往復移動範囲の中央における前記第２スライダと前記第２ガイドとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
上記において、前記第１スライダの摺動部の前記第１ガイドと対向する面及び前記第１ガイドの前記第１スライダと対向する面の少なくとも一方が、前記第１方向及び前記第２方向と垂直な方向から見て円弧形状を有していてもよい。これにより、接触時の衝撃が緩和され、セルフロックの発生やピストン部の動きの不安定性が抑制される。
【０００８】
上記において、前記クランクピンには、外周面に向って中心軸を通って放射状に延びる油路が形成されており、前記ピストン部には、前記軸孔から前記第１円板部の外周面及び前記第２円板部の外周面に向って放射状に延びる複数の油路が形成されていてもよい。これにより、潤滑油に遠心力を働かせて円滑かつ十分に潤滑を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガイドに最も近いスライダの摺動部の往復移動範囲の中央におけるスライダとガイドとの隙間が、往復移動範囲の端における隙間よりも大きいので、スライダ及びガイドに掛かる荷重が低減される。これにより、破損や異音、フリクション増加を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１のピストン構造を説明する模式図である。
【図２】図２は、図１のピストン構造のピストン部を説明する模式図である。
【図３】図３は、図１のピストン構造の動きを説明する模式図である。
【図４】図４は、図１のピストン構造の第１円板部の中心軸、第２円板軸の中心軸、主軸及びクランクピンの動きを説明する模式図である。
【図５】図５は、実施形態１のピストン構造を４サイクル１気筒エンジンとして使用した場合の、クランク角と接触荷重との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、実施形態２、３のピストン構造を説明する模式図である。
【図７】図７は、実施形態４のピストン構造を説明する模式図である。
【図８】図８は、実施形態５のピストン構造を説明する模式図である。
【図９】図９は、実施形態６のピストン構造を説明する模式図である。
【図１０】図１０は、図９のピストン構造における潤滑油の流れを説明する模式図である。
【図１１】図１１は、実施形態７のピストン構造における潤滑油の流れを説明する模式図である。
【図１２】図１２は、モーメント荷重の発生について説明する模式図である。
【図１３】図１３は、実施形態８のピストン構造を説明する模式図である。
【図１４】図１４は、モーメント荷重の発生について説明する模式図である。
【図１５】図１５は、実施形態９のピストン構造を説明する模式図である。
【図１６】図１６は、実施形態１０のピストン構造を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るピストン構造について具体的に説明する。なお、同一又は対応する要素には同じ符号を付し、重複説明を省略する場合がある。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１のピストン構造を説明する模式図である。ピストン構造１００は、例えば１気筒エンジンとして使用されるものである。ピストン構造１００は、不図示のケーシングに収容されており、ピストン部１と、第１ガイド２と、第２ガイド３と、クランク軸４と、を備えている。図２は、ピストン構造１００のピストン部１を説明する模式図である。以下、図１、２を参照してピストン構造１００の構成を説明する。なお、図中に示したｘｙｚ直交軸にて適宜方向を説明する。
【００１３】
ピストン部１は、第１スライダ５と、第２スライダ６とを備えている。第１スライダ５は、第１円板部７と、ローラーベアリング８と、環状部９と、ロッド部１０と、ピストンヘッド１１と、を有している。第２スライダ６は、第２円板部１２を有している。第２円板部１２は、中心軸１２ａを有する円板状の部材である。
【００１４】
第１円板部７は、中心軸７ａを有する円板状の部材である。ローラーベアリング８は第１円板部７と環状部９との間に設けられている。環状部９は、環状の部材であり、ローラーベアリング８によって、第１円板部７の外周に回転自在に設けられている。ロッド部１０は、環状部９と一体に構成され、−ｙ方向に延びるロッド状の部材であり、その先端にはピストンヘッド１１が設けられている。ピストンヘッド１１はケーシングのシリンダ内に収容されている。
【００１５】
第１円板部７と第２円板部１２とは、ｙ軸方向において中心軸７ａと中心軸１２ａとが互いに離間しかつ平行になるように連結されている。第１円板部７と第２円板部１２とは、一体に形成することで連結していてもよいし、別体で形成してボルト等の締結部材で連結してもよい。また、中心軸７ａと中心軸１２ａとの中間の位置に、第１円板部７と第２円板部１２とを貫通する軸孔１３が設けられている。軸孔１３の中心軸は中心軸１３ａである。なお、図２では、第１円板部７、第２円板部１２及び第２ガイド３を、中心軸７ａ、１２ａ、１３ａを通る面で切断した状態を示している。
【００１６】
２つの第１ガイド２は、ｙ軸方向に延伸する形状を有しており、第１スライダ５を挟むように第１スライダ５の両側に配置されている。２つの第１ガイド２には、２つの第１ガイド２が対向する面の一部に、段差のある凹部２ａが形成されており、凹部２ａ以外の部分はｙｚ平面に沿って平面状である。平面状の部分との境界で凹部２ａにはＲ加工がされており、平面状の部分から凹部２ａにかけて面の高さが滑らかに変化している。なお、２つの第１ガイド２は同じ形状である。２つの第２ガイド３は、ｘ軸方向に延伸する形状を有しており、第２スライダ６を挟むように第２スライダ６の両側に配置されている。２つの第２ガイド３には、２つの第２ガイド３が対向する面の一部に、段差のある凹部３ａが形成されており、凹部３ａ以外の部分はｘｚ平面に沿って平面状である。凹部３ａにも凹部２ａと同様のＲ加工がされている。なお、２つの第２ガイド３は同じ形状である。
【００１７】
クランク軸４は、主軸４ａと、主軸４ａと平行に設けられ、ピストン部１の軸孔１３に不図示のプレーンベアリングを介して軸支されたクランクピン４ｂと、主軸４ａとクランクピン４ｂとを接続するクランクアーム４ｃとを有している。
【００１８】
ピストン構造１００は、連桿比λが、（第１円板部７の中心軸７ａとクランクピン４ｂとの距離）／（主軸４ａとクランクピン４ｂとの距離＝クランク半径）で表され、λ＝１である。すなわち、ピストン構造１００は、カルダン円機構とも呼ばれる内サイクロイド機構である。
【００１９】
次に、図３を参照して、ピストン構造１００の動きを説明する。なお、以下では、クランクピン４ｂと主軸４ａとを結ぶ線と、ｙ軸の−ｙ方向との成す角をクランク角とする。図１はクランク角が０°の状態である。
【００２０】
はじめに、図３(ａ)はクランク角が０°の状態を示す。第２ガイド３は記載を省略している。この状態で、シリンダ内での燃料の爆発等により、ピストンヘッド１１に＋ｙ方向に荷重Ｆが掛かると、ピストンヘッド１１はシリンダ内を押し下げられる。それとともに第１スライダ５も押し下げられ、クランク軸４は時計回りに回転する。ここで、第１スライダ５は、２つの第１ガイド２によって移動方向を第１方向であるｙ軸方向に規制される。第１スライダ５は、環状部９の外周面のうち２つの第１ガイド２と近接している部分が摺動部９ａとなって摺動し、＋ｙ方向に移動する。なお、図３（ａ）の状態（すなわち、摺動部９ａが往復移動範囲Ｒ１の−ｙ側の端にある状態）における、摺動部９ａと第１ガイド２の隙間（クリアランス）をΔｙ１とする。また、凹部２ａの長さを長さＬ１とする。また、図３（ａ）の状態では、図１と同様に第２スライダ６（第２円板部１２）は第２ガイド３の凹部３ａの中央付近にある。
【００２１】
つづいて、図３(ｂ)はクランク角が４５°の状態を示す。クランク角が４５°になると、第１スライダ５の摺動部９ａは第１ガイド２において凹部２ａが始まる部分に移動する。従って、クランク角が４５°を越えると摺動部９ａと第１ガイド２との隙間はΔｙ１よりも大きくなり、最大でΔｙ２になる。また、第２スライダ６は＋ｘ方向に移動するが、第２スライダ６の外周面のうち第２ガイド３と近接している部分である摺動部６ａが、第２ガイド３において凹部３ａが終わる部分に位置するように移動する。
【００２２】
つづいて、図３(ｃ)はクランク角が９０°の状態を示す。第１ガイド２は記載を省略している。クランク角が４５°を越えると、第２スライダ６は、２つの第２ガイド３によって移動方向を第２方向であるｘ軸方向に規制される。第２スライダ６は、摺動部６ａが第２ガイド３に対して摺動して、＋ｘ方向に移動する。クランク角が９０°では、第２スライダ６は往復移動範囲Ｒ２の＋ｘ側の端の位置になる。図３（ｃ）の状態における、摺動部６ａと第２ガイド３の隙間をΔｘ１とすると、摺動部６ａが長さＬ２の凹部３ａと対向する状態のときには第２ガイド３との隙間はΔｘ１よりも大きく、最大でΔｘ２になる。また、図示しないが、図３(ｃ)において第１スライダ５の摺動部９ａは第１ガイド２の凹部２ａの中央付近にある。
【００２３】
つづいて、図３(ｄ)はクランク角が１８０°の状態を示す。第２ガイド３は記載を省略している。クランク角が１８０°では、第１スライダ５の摺動部９ａが往復移動範囲Ｒ１の＋ｙ側の端にあり、摺動部９ａと第１ガイド２の隙間は図３（ａ）と同様にΔｙ１である。また、第２スライダ６はクランク角が９０°を越えると−ｘ方向に移動し、図３（ｄ）の状態では、図１と同様に凹部３ａの中央付近にある。その後、クランク角は３６０°となり、ピストン部１の往復ピストン運動の１サイクルが終了する。第１円板部７及び第２円板部１２は常に一体となって、クランクピン４ｂを中心にクランク軸４とは逆方向にかつクランク軸４と同じ速さで回転する。
【００２４】
以上のように、ピストン構造１００では、第１ガイド２に対して摺動する第１スライダ５の摺動部９ａの、往復移動範囲Ｒ１の中央における隙間Δｙ２が、往復移動範囲Ｒ１の端における隙間Δｙ１よりも大きい。また、第２ガイド３に対して摺動する第２スライダ６の摺動部６ａの、往復移動範囲Ｒ２の中央における隙間Δｘ２が往復移動範囲Ｒ２の端における隙間Δｘ１よりも大きい。
【００２５】
ここで、クランク角に対するピストン部１の動きをまとめると、第１スライダ５は、クランク角が０°〜１８０°の範囲では＋ｙ方向に移動し、１８０°〜３６０°の範囲では−ｙ方向に移動する。一方、第２スライダ６は、クランク角が２７０°〜９０°の範囲では、＋ｘ方向に移動し、９０°〜２７０°の範囲では−ｘ方向に移動する。従って、第１スライダ５はｙ軸方向に沿って往復移動し、第２スライダ６はｘ軸方向に沿って往復移動する。
【００２６】
また、クランク角が３１５°〜４５°、１３５°〜２２５°の範囲では、第１ガイド２と第１スライダ５の摺動部９ａとの隙間は狭いΔｙ１であり、第１ガイド２と摺動部９ａとが摺動し、接触する。一方、第２ガイド３と第２スライダ６の摺動部６ａとの隙間はΔｘ１より広いたとえばΔｘ２であり、第２ガイド３と摺動部６ａとは接触しない。
【００２７】
クランク角が４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°の範囲では、第１ガイド２と摺動部９ａとの隙間はΔｙ１よりも広いたとえばΔｙ２であり、第１ガイド２と摺動部９ａとは接触しない。一方、第２ガイド３と摺動部６ａとの隙間は狭いΔｘ１であり、第２ガイド３と摺動部６ａとが摺動し、接触する。従って、クランク角が４５°、２２５°になったときには摺動、接触するものが第１ガイド２と摺動部９ａから第２ガイド３と摺動部６ａに切り替わり（図３（ｂ）参照）。クランク角が１３５°、３１５°では摺動、接触するものが第２ガイド３と摺動部６ａから第１ガイド２と摺動部９ａに切り替わる。この切り替えは凹部２ａ、３ａの存在によって確実に行われる。また、第１ガイド２、第２ガイド３の凹部２ａ、３ａにはそれぞれＲ加工がされているため、切り替えは円滑に行われ、衝撃の発生が抑制される。
【００２８】
このように、摺動、接触するものが切り替わることで、スライダがガイドと接触した場合に、スライダ及びガイドに掛かる荷重が小さくなる。以下、その理由について説明する。図４は、ピストン構造１００の第１スライダ５における第１円板部７の中心軸７ａ、第２円板部１２の中心軸１２ａ、クランク軸４の主軸４ａ及びクランクピン４ｂの動きを、クランク角に対して説明する模式図である。図中、ｒはクランク半径を示している。第１円板部７の中心軸７ａは４ｒの範囲を往復移動するので、図１のピストンヘッド１１も４ｒの範囲を往復移動する。
【００２９】
クランク角θが０°のときに第１スライダ５に例えば燃焼圧力による荷重Ｐが掛かり、クランク軸４が回転すると、第１スライダ５が第１ガイド２に対して摺動するときに、第１ガイド２にｘ軸方向の側力Ｆｓ＝Ｆ×ｔａｎθが掛かる。第１スライダ５は側力Ｆｓの反力を受ける。この式のとおり、側力Ｆｓはθ＝９０°＋ｎ×１８０°（ｎ＝０、１、２、３）付近では、荷重Ｐが増幅されて非常に大きくなるので、このとき第１スライダ５とガイド２が接触していると、両者に非常に大きな負荷が掛かる。
【００３０】
しかしながら、ピストン構造１００では、θ＝９０°＋ｎ×１８０°（ｎ＝０、１、２、３）付近では凹部２ａの存在によって第１スライダ５と第１ガイド２とは接触せずに第２スライダ６と第２ガイド３とが摺動、接触する。その結果、第２ガイド３が荷重Ｐの反力を受け持つこととなるが、ここで第２スライダ６と第２ガイド３との接触荷重は、荷重Ｐがクランクピン４ｂの梃作用によって、向きが反転しただけの荷重に過ぎず、荷重の増幅作用による大きな側力及びそれに伴う反力は発生しない。同様に、θ＝３６０°付近では凹部３ａの存在によって第２スライダ６と第２ガイド３とは接触せずに第１スライダ５と第１ガイド２とが摺動、接触するので、例え第２スライダに荷重Ｐのような力が働いたとしても、同様の作用によって第１ガイド２が荷重Ｐの反力を受け持つこととなり、大きな荷重及びそれに伴う反力は発生しない。これにより、破損や異音、フリクション増加を抑制できる。なお、第１ガイド２において凹部２ａ以外の第１スライダ５が摺動、接触する面、及び、第２ガイド３において凹部３ａ以外の第２スライダ６が摺動、接触する面には樹脂や低摩擦材料のコーティングを行うと、当該面の耐久性や信頼性が向上するので好ましい。
【００３１】
図５は、実施形態１のピストン構造１００を４サイクル１気筒エンジンとして使用した場合の、クランク角θと、第１ガイド２、第２ガイド３に掛かる接触荷重との関係の一例を示す図である。なお、比較として、第１ガイド、第２ガイドに凹部が無いピストン構造における接触荷重についても示してある。また、図５では、実施形態１のピストン構造１００における、クランク角θに対するガイドとスライダの接触区間を示している。実線両矢印は第１スライダ５と第１ガイド２とが接触する区間であり、破線矢印は第２スライダ６と第２ガイド３とが接触する区間である。
【００３２】
図５に示すように、点線で示す凹部が無い第１ガイドでは、θ＝９０°＋ｎ×１８０°付近で接触荷重が非常に大きくなる。また、破線で示す凹部が無い第２ガイドでは、θ＝３６０°付近で接触荷重が非常に大きくなる。これに対して、実線で示す凹部２ａ、３ａが有る実施形態１のピストン構造１００の場合は、接触荷重が大幅に抑制される。
【００３３】
（実施形態２、３）
図６は、実施形態２、３のピストン構造を説明する模式図である。図６（ａ）に示す実施形態２のピストン構造２００は、不図示のケーシングに収容されており、ピストン部１４と、第１ガイドと、第２ガイド３と、クランク軸と、を備えている。第１ガイドとクランク軸は実施形態１のピストン構造１００における第１ガイド２、クランク軸４と同じなので説明を省略する。
【００３４】
ピストン部１４は、実施形態１のピストン構造１００のピストン部１にさらに環状部１５とローラーベアリング１６と不図示のロッド及びピストンヘッドとを設けたものである。ローラーベアリング１６は第２円板部１２と環状部１５との間に設けられている。環状部１５は、環状の部材であり、ローラーベアリング１６によって、第１円板部７の外周に回転自在に設けられている。ロッド部は、環状部１５と一体に構成され、＋ｘ方向に延びるロッド状の部材であり、その先端にはピストンヘッドが設けられている。ピストンヘッドはケーシングのシリンダ内に収容されている。第２円板部１２と環状部１５とローラーベアリング１６とロッドとピストンヘッドとが第２スライダを構成している。この第２スライダでは、環状部１５の外周面のうち２つの第２ガイド３と近接している部分が第２ガイド３に対する摺動部となる。
【００３５】
このピストン構造２００は、例えば２気筒エンジンとして使用されるものであり、実施形態１のピストン構造１００と同様な作用効果によって、破損や異音、フリクション増加を抑制できる。
【００３６】
図６（ｂ）に示す実施形態３のピストン構造３００は、実施形態２のピストン構造２００のピストン部１４のローラーベアリング８、１６をそれぞれプレーンベアリング１７、１８に置き換え、かつ連結部１９を設けたピストン部２０を備えている。
【００３７】
連結部１９は、第１円板部７と第２円板部１２とを連結しており、クランクピンが軸支される軸孔２１が形成されている。また、連結部１９のｚ軸方向における長さＬ３は、第１円板部７のｚ軸方向における厚さｔ１と第２円板部１２のｚ軸方向における厚さｔ２との総和よりも大きい。
【００３８】
このピストン構造３００は、実施形態１のピストン構造１００と同様な作用効果によって、破損や異音、フリクション増加を抑制できる。さらに、プレーンベアリング１７、１８を用いているので、第１スライダ及び第２スライダを小型化できる。また、連結部１９の長さＬ３が、第１円板部７の厚さｔ１と第２円板部１２の厚さｔ２との総和よりも大きいので、第１円板部７及び第２円板部１２に掛かる荷重がクランクピンに及ぶ際に、連結部１９によって面圧が減少する。その結果、クランクピンに掛かる負荷が小さくなる。
【００３９】
（実施形態４）
図７は、実施形態４のピストン構造を説明する模式図である。ピストン構造４００は、実施形態１のピストン構造１００の第１スライダ５にさらにロッド部２２とピストンヘッド２３とを設けたものを第１スライダ２４としたものである。ロッド部２２は、環状部９と一体に構成され、ロッド部１０に対向して＋ｙ方向に延びるロッド状の部材であり、その先端にはピストンヘッド２３が設けられている。ピストンヘッド２３はケーシングのシリンダ内に収容されている。なお、第２ガイドは実施形態１のピストン構造１００における第２ガイド３と同じなので記載を省略している。
【００４０】
このピストン構造４００は、例えば２気筒エンジンとして使用されるものであり、実施形態１のピストン構造１００と同様な作用効果によって、破損や異音、フリクション増加を抑制できる。
【００４１】
（実施形態５）
図８は、実施形態５のピストン構造を説明する模式図である。ピストン構造５００は、実施形態４のピストン構造４００の第１スライダ２４においてピストンヘッド１１、２３をピストンヘッド２５、２６に置き換えたものを第１スライダ２７としたものである。ピストンヘッド２５、２６の直径は環状部９の外径よりも大きく設定されている。
【００４２】
また、ピストン構造５００では、ピストンヘッド２５を収容するシリンダ及びピストンヘッド２６を収容するシリンダが、それぞれ第１ガイド２８、２９として機能する。なお、第２ガイドは実施形態１のピストン構造１００における第２ガイド３と同じなので記載を省略している。符号３０はクランクケースである。
【００４３】
ピストン構造５００では、ピストンヘッド２５の側面２５ａが、第１スライダ２７における第１ガイド２８に対する摺動部であり、ピストンヘッド２６の側面２６ａが、第１スライダ２７における第１ガイド２９に対する摺動部である。例えばピストンヘッド２５、２６のｙ軸に平行な断面が樽型や台形型の場合、側面２５ａ、２６ａにおける外径が最も大きい部分が摺動部となる。
【００４４】
第１ガイド２８の内面の一部には、段差のある凹部２８ａが長さＬ４で形成されている。凹部２８ａが無い部分との境界で凹部２８ａにはＲ加工がされており、凹部２８ａが無い部分から凹部２８ａにかけて面の高さが滑らかに変化している。第１ガイド２９の内面の一部には、段差のある凹部２９ａが長さＬ５で形成されている。凹部２９ａにも凹部２８ａと同様のＲ加工がされている。また、凹部２８ａ、２９ａは、クランク角θが４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°の範囲のときに側面２５ａ、２６ａのそれぞれと対向するような位置に形成されている。
【００４５】
このピストン構造５００では、第１スライダ２７は、シリンダとしての第１ガイド２８、２９によって移動方向をｙ軸方向に規制される。そして、クランク角θが３１５°〜４５°、１３５°〜２２５°の範囲では、第１ガイド２８とピストンヘッド２５の側面２５ａ、第１ガイド２９とピストンヘッド２６の側面２６ａとが摺動し、接触する。一方、クランク角θが４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°の範囲では、凹部２８ａ、２９ａの存在によって第１ガイド２８、２９と側面２５ａ、２６ａとは接触しない。従って、実施形態４のピストン構造４００と同様な作用効果によって、破損や異音、フリクション増加を抑制できる。また、実施形態４、５と実施形態２、３とを組み合わせることで、４気筒エンジンとして使用できるピストン構造を構成できる。
【００４６】
（実施形態６）
図９は、実施形態６のピストン構造を説明する模式図である。ピストン構造６００は、ケーシング４０に収容されており、ピストン部４１と、第１ガイドと、第２ガイドと、クランク軸４２と、を備えている。第１ガイドと第２ガイドは実施形態１のピストン構造１００における第１ガイド２、第２ガイド３と同じなので説明を省略する。なお、図９はクランク角θが０°の状態を示している。
【００４７】
図９（ａ）はケーシング４０、クランク軸４２、及びピストン部４１におけるロッド部１０とピストンヘッド１１以外の要素を、クランク軸４２の主軸４２ａの中心軸４２ａａ及びクランクピン４２ｂの中心軸４２ｂａを通る面で切断した状態を示している。クランクピン４２ｂはピストン部４１の軸孔２１にプレーンベアリング４３を介して軸支されている。主軸４２ａはケーシング４０に設けられた軸孔４０ａにプレーンベアリング４４ａ、４４ｂを介して軸支されている。主軸４２ａとクランクピン４２ｂとはクランクアーム４２ｃで接続されている。
【００４８】
ケーシング４０には、矢印Ａｒ１、Ａｒ２で示すように外部からポンプ等によって強制的に潤滑油を供給するための油路であるオイルホール４０ｂ、４０ｃが形成されている。プレーンベアリング４４ａ、４４ｂには、オイルホール４０ｂ、４０ｃを流れた潤滑油が主軸４２ａに到達できるように連通孔４４ａａ、４４ｂａがそれぞれ設けられている。プレーンベアリング４３、４４ａ、４４ｂには周方向に沿って油溝が形成されている。
【００４９】
ピストン部４１は、図６（ｂ）に示すピストン部２０と同様の構成を有している。第１円板部７には、中心軸７ａ（図２参照）を通り、軸孔２１から外周面に向って主面に平行に放射状に延びるオイルホール７ｂが形成されている。オイルホール７ｂは外周面に形成された開口孔７ｃ、７ｄと連通している。第２円板部１２には、中心軸１２ａ（図２参照）を通り、軸孔２１から外周面に向って主面に平行に放射状に延びるオイルホール１２ｂが形成されている。オイルホール１２ｂは外周面に形成された開口孔１２ｃ、１２ｄと連通している。
【００５０】
クランク軸４２の主軸４２ａには、オイルホール４２ａｂが設けられている。オイルホール４２ａｂは、主軸４２ａの中心軸４２ａａを通り、例えばクランク角θが０°において連通孔４４ｂａを介してオイルホール４０ｃと連通するように主軸４２ａの直径方向に貫通している。
【００５１】
主軸４２ａ、クランクアーム４２ｃ、クランクピン４２ｂ、クランクアーム４２ｃに亘って、オイルホール４２ｄが設けられている。オイルホール４２ｄは、中心軸４２ａａよりも外周側でオイルホール４２ａｂと連通しており、クランクピン４２ｂの中心軸４２ｂａに向って延伸している。端部は例えば球状の封止部材４５が打ち込まれ、封止されている。
【００５２】
クランクピン４２ｂには、中心軸４２ｂａを通り、中心軸４２ｂａに垂直な面内で外周面に向って放射状に延びるオイルホール４２ｂｂ、４２ｂｃ、４２ｂｄが形成されている。オイルホール４２ｂｂは、或るクランク角θのときにオイルホール７ｂと直線状に並ぶ位置に設けられている。オイルホール４２ｂｃ、４２ｂｄは、別々のクランク角θのときにオイルホール１２ｂと直線状に並ぶ位置に設けられている。オイルホール４２ｂｂ、４２ｂｃは、オイルホール４２ｄと連通しており、オイルホール４２ａｂとは垂直に延びている。オイルホール４２ｂｄは、オイルホール４２ｄと連通しており、オイルホール４２ａｂと平行に延びている。
【００５３】
図９（ｂ）は、ピストン部４１において、第１円板部７及びクランクピン４２ｂを、オイルホール７ｂとオイルホール４２ｂｂとを通る面で切断した状態を示している。図９（ｂ）に示すように、このピストン部４１では、環状部９Ａが突出部９Ａａを有しており、突出部９Ａａが第１ガイドに対する摺動部となる。
【００５４】
ピストン部４１やクランク軸４２に形成されたオイルホールを流れる潤滑油には、図９(ａ)に示すように主軸４２ａの中心軸４２ａａを中心として太矢線で示す方向に遠心力が働く。
【００５５】
つづいて、図１０を参照して、ピストン構造６００の第１円板部７における潤滑油の流れを説明する。まず、クランク角θが０°において、図９（ａ）の矢印Ａｒ２のように供給された潤滑油は、遠心力によって、オイルホール４２ａｂから矢印Ａｒ３（図９（ａ）も参照）のようにオイルホール４２ｄを流れる。オイルホール４２ｄを流れた潤滑油は、遠心力によって、矢印Ａｒ４のようにオイルホール４２ｂｂを流れる。オイルホール４２ｂｂを流れた潤滑油は、プレーンベアリング４３を潤滑しながら、遠心力によってプレーンベアリング４３の油溝を通って矢印Ａｒ５のように流れ、さらに遠心力によってオイルホール７ｂを矢印Ａｒ６のように流れる。潤滑油はその後開口孔７ｃから吐出してプレーンベアリング１７を潤滑する。θが０°〜４５°でも同様である。なお、θが０°ではオイルホール７ｂを開口孔７ｄへ流れる方向は遠心力と反対方向なので開口孔７ｄからの潤滑油の吐出は行われないが、θが４５°に近づくにつれて開口孔７ｄは遠心力の方向に近づき、θ＝４５°では開口孔７ｃ、７ｄの両方から潤滑油が吐出する。
【００５６】
つづいて、θが４５°＜θ≦９０°では、潤滑油が開口孔７ｃに向かう場合途中に遠心力に対抗して向かわなければならない区間があるので、油圧が低い場合には給油が滞る場合がある。しかし、これに代わってオイルホール７ｂを開口孔７ｄに向かう方向が遠心力の方向となり、開口孔７ｄから潤滑油が吐出する。吐出された潤滑油はプレーンベアリング１７の全周に行きわたって十分に潤滑を行う。同様に、９０°＜θのいずれにおいても、開口孔７ｃ、７ｄの少なくとも一方が遠心力によって潤滑油の吐出を行うので、全てのクランク角θにてプレーンベアリング１７は円滑かつ十分に潤滑される。
【００５７】
なお、上記では第１円板部７における潤滑について説明したが、第２円板部１２においても同様にして、オイルホール４２ｂｃとオイルホール１２ｂとによって全てのクランク角θにて潤滑油がプレーンベアリング１８に供給され、円滑かつ十分に潤滑される。
【００５８】
（実施形態７）
図１１は、実施形態７のピストン構造における潤滑油の流れを説明する模式図である。実施形態７のピストン構造７００は、実施形態６のピストン構造６００と比較して、ピストン部４１Ａにおける第１円板部及び第２円板部のオイルホールの延びる方向のみが異なるので、以下ではその相違点のみ説明する。
【００５９】
図１１に示すように、第１円板部７Ａには、軸孔２１から外周面に向って主面に平行に放射状に延びるオイルホール７Ａｂが形成されている。オイルホール７Ａｂは外周面に形成された開口孔７Ａｃ、７Ａｄと連通している。ただし、オイルホール７Ａｂは、実施形態６のピストン構造６００におけるオイルホール７ｂとは直交する方向に延びている。同様に、第２円板部にも、軸孔２１から外周面に向って主面に平行に放射状に、かつオイルホール７Ａｂと平行に延びるオイルホールが形成されている。このオイルホールは外周面に形成された開口孔と連通している。
【００６０】
つづいて、図１１を参照して、ピストン構造７００の第１円板部７Ａにおける潤滑油の流れを説明する。まず、クランク角θが０°において、外部供給された潤滑油は、遠心力によって、オイルホール４２ａｂから矢印Ａｒ３のようにオイルホール４２ｄを流れる。オイルホール４２ｄを流れた潤滑油は、遠心力によって、矢印Ａｒ４のようにオイルホール４２ｂｂを流れる。オイルホール４２ｂｂを流れた潤滑油は、プレーンベアリング４３を潤滑しながら、遠心力によってプレーンベアリング４３の油溝を通ってオイルホール７Ａｂを矢印Ａｒ６のように流れる。潤滑油はその後開口孔７Ａｃ、７Ａｄから吐出してプレーンベアリング１７を潤滑する。θが０°、９０°、１８０°、２７０°でも同様である。
【００６１】
つづいて、θが０°＜θ＜９０°ではオイルホール７Ａｂを開口孔７Ａｄに向かう方向が遠心力の方向となり、開口孔７Ａｄから潤滑油が吐出し続け、吐出された潤滑油はプレーンベアリング１７の全周に行きわたって十分に潤滑を行う。一方、９０°＜θ＜１８０°では、オイルホール７Ａｂを開口孔７Ａｃに向かう方向が遠心力の方向となり、開口孔７Ａｃから潤滑油が吐出し続け、吐出された潤滑油はプレーンベアリング１７の全周に行きわたって十分に潤滑を行う。これにより、全てのクランク角θにてプレーンベアリング１７は円滑かつ十分に潤滑される。
【００６２】
なお、上記では第１円板部７Ａにおける潤滑について説明したが、第２円板部においても同様にして、遠心力によって全てのクランク角θにて潤滑油が第２円板部の外周に設けられたプレーンベアリングに供給され、円滑かつ十分に潤滑される。
【００６３】
なお、第１円板部に形成され、軸孔から外周面に向って放射状に延びる複数の油路は、本実施形態では２本であるが、３６０°をｎ等分（ｎは２以上の整数）するように等角度で設けられたものであれば、本数は特に限定されない。
【００６４】
（実施形態８）
つぎに、実施形態８について説明するが、まず、ピストン部の環状部に突出部が形成されている場合に発生しうる問題点について説明する。
【００６５】
図９、１０に示すピストン部４１では、環状部９Ａがｘ軸方向の左右に突出部９Ａａを有しており、突出部９Ａａが第１ガイドに対する摺動部となる。このように突出部９Ａａを設ける理由は、摺動部の摺動面積を増加させて、摺動時に掛かる面圧を減少させるためである。
【００６６】
ここで、突出部９Ａａの側面は、図１２に示す側面９Ａａａのように平面状にされる場合がある。しかしながら、図１２に示すように、側面９Ａａａを平面状としたピストン部４１を、凹部を有さず内面が平面状の第１ガイド２Ａと組み合わせると、ピストン部４１がｙ軸に対して傾斜した場合に、突出部９Ａａの角が第１ガイド２Ａに当たってしまうことがある。ここで、破線ＢＬ１は突出部９Ａａの図中右上の角と第１円板部７の中心軸とを結んだ線であり、一点鎖線ＤＬ１は突出部９Ａａのｙ軸方向の中央と第１円板部７の中心軸とを結んだ線であり、一点鎖線ＤＬ２、ＤＬ３は、一点鎖線ＤＬ１と平行であり、かつ突出部９Ａａの上端または下端の角を通る線である。長さＬ７、Ｌ８は一点鎖線ＤＬ１と一点鎖線ＤＬ２、ＤＬ３との距離であり、突出部９Ａａの中央から角までの距離である。
【００６７】
突出部９Ａａの図中右上の角と第１ガイド２Ａとが接触すると、接触点である角に荷重Ｆ１が働くが、この接触点と、第１円板部７の中心軸とのずれは長さＬ７である。このときに働くモーメント荷重Ｍ１の大きさは長さＬ７が長くなるにつれて大きくなる。モーメント荷重Ｍ１が大きいと衝撃音が発生したり、セルフロックが生じるなどしてピストン部４１の動きが不安定になったりする。
【００６８】
これに対して、図１３は、実施形態８のピストン構造を説明する模式図である。このピストン構造８００では、ピストン部５１の環状部９Ｂがｘ軸方向の左右に突出部９Ｂａを有しており、突出部９Ｂａが第１ガイド２Ａに対する摺動部となることについてはピストン部４１の場合と同じである。ただし、このピストン部５１では、突出部９Ｂａの側面９Ｂａａが、ｚ軸方向から見て円弧形状である。この円弧形状の曲率半径は、第１円板部７の中心軸から第１ガイド２Ａまでの距離よりも十分大きい。例えば、第１円板部７の半径が５０ｍｍであるとすると、円弧形状の曲率半径は数１００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度である。
【００６９】
ここで、破線ＢＬ２は突出部９Ｂａのうち第１ガイド２Ａと最初に当たり得る部分と第１円板部７の中心軸とを結んだ線であり、一点鎖線ＤＬ４は突出部９Ｂａのｙ軸方向の中央と第１円板部７の中心軸とを結んだ線であり、一点鎖線ＤＬ５、ＤＬ６は、一点鎖線ＤＬ４と平行であり、かつ突出部９Ａａのうち第１ガイド２Ａと最初に当たり得る部分を通る線である。長さＬ９、Ｌ１０は一点鎖線ＤＬ４と一点鎖線ＤＬ５、ＤＬ６との距離である。
【００７０】
突出部９Ｂａと第１ガイド２Ａとが接触すると、接触点に荷重Ｆ２が働くが、この接触点と、第１円板部７の中心軸とのずれは長さＬ９であり、図１２に示す長さＬ７より短い。従って、このときに働くモーメント荷重Ｍ２の大きさは図１２に示すモーメント荷重Ｍ１の大きさより小さいので、衝撃音やセルフロックの発生やピストン部５１の動きの不安定性が抑制される。また、接触点は角では無く円弧であるので、衝撃音やセルフロックや動きの不安定性はさらに抑制される。
【００７１】
（実施形態９）
つぎに、実施形態９について説明するが、まずピストン部の環状部に突出部が形成されている場合に起こり得る別の問題点について説明する。
【００７２】
図１４に示すように、環状部９Ａの突出部９Ａａの側面９Ａａａが平面状にされたピストン部４１を、凹部２ａを有する第１ガイド２と組み合わせると、以下の問題が発生する場合がある。すなわち、ピストン部４１が＋ｙ方向に移動している場合、図１４に示すようにクランク角θが４５°を越えた状態では、第１円板部７の中心軸及び突出部９Ａａのｙ軸方向における中央は凹部２ａに掛かっており、突出部９Ａａの中心と第１ガイド２との隙間は大きい。ここで一点鎖線ＤＬ７は、第１円板部７の中心軸と突出部９Ａａのｙ軸方向における中央とを結んだ線である。
【００７３】
しかしながら、突出部９Ａａの上端側は、まだ凹部２ａに掛かっておらず、第１ガイド２との隙間が小さい部分がある。このように隙間が小さい部分と、一点鎖線ＤＬ７上にある側力の力線Ｆ３とには、ｙ軸方向においてずれがあるので、隙間が小さい部分と第１ガイド２とが接触すると、接触点に掛かる荷重Ｆ４に基づいてモーメント荷重Ｍ３が発生する。そして、モーメント荷重Ｍ３によってピストン部４１の動きが不安定になったり衝撃音が発生したりする場合がある。
【００７４】
これに対して、図１５は、実施形態９のピストン構造を説明する模式図である。このピストン構造９００では、ピストン部５１の環状部９Ｂがｘ軸方向の左右に突出部９Ｂａを有しており、突出部９Ｂａの側面９Ｂａａが、ｚ軸方向から見て円弧形状である。ここで一点鎖線ＤＬ８は、第１円板部７の中心軸と突出部９Ｂａのｙ軸方向における中央とを結んだ線である。このピストン構造９００では、ピストン部５１が＋ｙ方向に移動している場合、図１５に示すようにクランク角θが４５°を越えた状態でも、突出部９Ｂａの上端側と第１ガイド２との隙間は大きいため、接触が抑制されるので、ピストン部５１の動きの不安定性や衝撃音の発生が抑制される。
【００７５】
（実施形態１０）
つぎに、実施形態１０について説明する。図１６に示す実施形態１０のピストン構造１０００は、第１ガイドとして第１ガイド２Ｂを備えている。第１ガイド２Ｂはその内面２Ｂａが、ｚ軸方向から見て、突出部９Ｂａの往復移動範囲の中央における突出部９Ｂａの側面９Ｂａａと第１ガイド２Ｂとの隙間が該往復移動範囲の端における隙間よりも大きい形状となっており、例えば円弧形状である。この円弧形状の曲率半径は、側面９Ｂａａの曲率半径よりも大きい。その結果、一点鎖線ＤＬ９と一点鎖線ＤＬ１０、ＤＬ１１との距離である長さＬ１１、Ｌ１２は、図１３に示す実施形態８の場合の長さＬ７、Ｌ８より小さくなる。なお、一点鎖線ＤＬ９は、突出部９Ｂａのｙ軸方向の中央と第１円板部７の中心軸とを結んだ線であり、一点鎖線ＤＬ１０、ＤＬ１１は、一点鎖線ＤＬ９と平行であり、かつ突出部９Ｂａのうち第１ガイド２Ｂと最初に当たり得る部分を通る線である。これにより衝撃音やセルフロックの発生やピストン部５１の動きの不安定性が、図１３に示す実施形態８の場合よりさらに抑制される。
【００７６】
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  ピストン部
２  第１ガイド
３  第２ガイド
４  クランク軸
４ａ  主軸
４ｂ  クランクピン
５  第１スライダ
６  第２スライダ
７  第１円板部
７ａ  中心軸
１２  第２円板部
１２ａ  中心軸
１３  軸孔
１００  ピストン構造
【図１】
2019052583.tif 000003
【図２】
2019052583.tif 000004
【図３】
2019052583.tif 000005
【図４】
2019052583.tif 000006
【図５】
2019052583.tif 000007
【図６】
2019052583.tif 000008
【図７】
2019052583.tif 000009
【図８】
2019052583.tif 000010
【図９】
2019052583.tif 000011
【図１０】
2019052583.tif 000012
【図１１】
2019052583.tif 000013
【図１２】
2019052583.tif 000014
【図１３】
2019052583.tif 000015
【図１４】
2019052583.tif 000016
【図１５】
2019052583.tif 000017
【図１６】
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