(57)【要約】【課題】より簡素な構成で、エンジンのピストンの軽量化と変形抑制とを両立させることができるようにする。【解決手段】環状の第一強化部材３を備え、第一強化部材３は、ピストン１の全周に亘ってピストン１のヘッド部２１に内蔵される。【選択図】図１
2015031159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのピストンであって、
前記ピストンは、環状の第一強化部材を備え、
前記第一強化部材は、前記ピストンの全周に亘って前記ピストンのヘッド部に内蔵される
ことを特徴とする、エンジンのピストン。
【請求項２】
前記ピストンは、頂面に凹設されたキャビティを有し、
前記第一強化部材は、前記キャビティを包囲するように内蔵される
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンのピストン。
【請求項３】
前記第一強化部材は、前記ピストンの本体部を形成する材料よりも低熱膨張率の材料で形成される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンのピストン。
【請求項４】
前記第一強化部材と一体で設けられ、前記第一強化部材の周方向に対して交差する方向に延びる部位を有する第二強化部材をさらに備え、
前記第二強化部材は、少なくとも前記ピストンのピンボス部に挿通されるピストンピンの挿通方向と直交する方向に位置するように前記ヘッド部に内蔵される
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンのピストン。
【請求項５】
前記第二強化部材は、前記第一強化部材に対して前記ピストンの中心軸方向に拡張されて形成されている
ことを特徴とする、請求項４記載のエンジンのピストン。
【請求項６】
前記第一強化部材は、内部に空間を有するパイプ形状である
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンのピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造により成形される、エンジンのピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの気筒内に摺動自在に設けられるピストンは、燃焼熱により高温になるため熱変形しやすく、また燃焼圧力によっても変形しやすい。ピストンの変形が大きくなると、気筒との摺動面に生じる摩擦の増大や、ピストン上方に形成される燃焼室の気密性の低下を招き、エンジン出力が低下するおそれがある。そのため、ピストンには、熱や圧力による変形に耐えうる高い強度及び剛性が要求される。
【０００３】
一方で、エンジンの出力確保や燃費改善といった観点から考えると、ピストンは軽量であることが好ましい。しかし、単にピストンの肉厚を薄く形成しただけでは、軽量化は実現されても強度や剛性が低下し、変形を抑制することが難しくなってしまう。そこで、従来から、ピストンの軽量化とピストンの変形抑制とを両立させたピストンが提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ヘッド部の頂面にキャビティが凹設されたピストンが開示されている。このピストンは、比較的大きな応力が加わるキャビティのある側では肉厚が厚く形成され、反対にキャビティのない側では肉厚が薄く形成されている。これにより、強度や重量バランス等に優れたピストンを提供できるとされている。
また、特許文献２には、ピストン母材に繊維強化材からなるプリフォーム部材を鋳込んで形成されるピストンが記載されている。この技術では、ピストンのクラウン部（ヘッド部）とピストンピンが挿通されるピンボス部とに、母材に対して高強度且つ低熱膨張率の繊維強化材を含む繊維強化金属部が設けられている。これにより、ピストンのクラウン部の薄肉化を行うに際し、ピストン強度の確保とクラウン部の歪みの抑制とが両立できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５８０１３号公報
【特許文献２】特開２００５−０６１３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１の技術では、ピストンの肉厚を部分的に厚く形成するため、その分の重量増は避けられない。これに対して、上記の特許文献２の技術であれば、ピストンの軽量化と強度確保とを両立しうる。ただし、ピストン母材に鋳込むプリフォーム部材が、複数の部位を一体的に具備した形状となっているため、繊維強化材の加工に手間がかかるおそれがある。また、ピンボス部を補強するボス補強部をピンボス部に配設する必要があるため、一定の位置決め精度が要求され、この点からも加工に手間がかかる可能性があり、より簡素な構成で軽量化と変形抑制（強度確保）とを両立させることが望まれる。
【０００７】
なお、特許文献２のピストンは、ピストンの頂面（外表面）に繊維金属部が露出して設けられているため、ピストンが熱や応力により変形した場合に、ピストン母材と繊維金属部との間に隙間が発生しうる。これにより、隙間に煤が堆積して燃焼が不安定になったり、繊維金属部が補強部としての機能を十分に発揮できず、ピストン母材の強度低下を招いたりするおそれがある。
【０００８】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、より簡素な構成で、軽量化と変形抑制とを両立させることができるようにした、エンジンのピストンを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）ここで開示するエンジンのピストンは、環状の第一強化部材を備え、前記第一強化部材は、前記ピストンの全周に亘って前記ピストンのヘッド部に内蔵されることを特徴としている。
前記ヘッド部とは、前記エンジンの燃焼室の底面となる部位（頂面）を含んだ前記ピストンの本体部の上部を意味する。また、前記第一強化部材は、前記ピストンの外表面に露出しないよう、完全に内部に入れ込まれることで、前記ピストンの強化部を構成する。
【００１０】
（２）前記ピストンは、頂面に凹設されたキャビティを有し、前記第一強化部材は、前記キャビティを包囲するように内蔵されることが好ましい。
（３）前記第一強化部材は、前記ピストンの本体部を形成する材料よりも低熱膨張率の材料で形成されることが好ましい。
（４）また、前記第一強化部材と一体で設けられ、前記第一強化部材の周方向に対して交差する方向に延びる部位を有する第二強化部材をさらに備えることが好ましい。この場合、前記第二強化部材は、少なくとも前記ピストンのピンボス部に挿通されるピストンピンの挿通方向と直交する方向に位置するように前記ヘッド部に内蔵されることが好ましい。すなわち、少なくとも二つの前記第二強化部材が環状の前記第一強化部材に対して対向して配置され、前記ピストンピンの挿通方向と直交する方向に二つの前記第二強化部材が位置するように、前記ヘッド部に内蔵されることが好ましい。
【００１１】
（５）また、前記第二強化部材は、前記第一強化部材に対して前記ピストンの中心軸方向に拡張されて形成されていることが好ましい。例えば、前記第二強化部材は、棒状や板状に形成され、前記第一強化部材に対して前記ピストンの中心軸方向に広がる部分を有することが好ましい。
（６）前記第一強化部材は、内部に空間を有するパイプ形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
開示のエンジンのピストンによれば、簡素な構成で、ピストンの軽量化と変形抑制とを両立させることができる。また、ピストンの外表面に第一強化部材が露出しないため、隙間が形成されることがなく、煤の堆積や強度低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るピストンの模式的な縦断面図である。
【図２】一実施形態に係る第一強化部材及び第二強化部材を示す模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。
【図３】一実施形態の第一変形例に係る第一強化部材及び第二強化部材を示す模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。
【図４】一実施形態の第二変形例に係る第一強化部材を縦方向に切断した模式的な斜視図である。
【図５】一実施形態の第二変形例に係るピストンの模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
［１．構成］
［１−１．ピストン構成の概要］
図１は、本実施形態に係るピストン１の縦断面図であり、その中心軸Ｃを含み且つピストンピン（図示略）の挿通方向に垂直な平面で切断したものである。以下、ピストン１が図示しないシリンダ（気筒）内で往復運動する方向を上下方向とし、ピストン１の中心軸Ｃに向かう側を内側、その逆側を外側として説明する。
【００１６】
ピストン１は、例えば自動車のディーゼルエンジンに備えられ、燃料の爆発燃焼により生じた熱や圧力を受けて、シリンダ内で往復運動をする部材である。図１に示すように、ピストン１は、ピストン本体２と、ピストン本体２に内蔵されてピストン１を強化する強化部５とを備える。強化部５は、第一強化部材３及び第二強化部材４から構成されており、その構造については後述する。
【００１７】
［１−２．ピストン本体］
まず、ピストン１の本体部であるピストン本体２について説明する。図１に示すように、ピストン本体２は、鋳造により、例えばアルミニウム系合金で円筒の頂面を閉塞したような形状に成形され、シリンダ内に摺動自在に設けられる。ピストン本体２は、この上方に形成される燃焼室（図示略）の底面をなすヘッド部２１と、ヘッド部２１の下方に設けられ、ピストンピンを介して図示しないコンロッドに接続されるピンボス部２２と、ヘッド部２１の下方に延設されるスカート部２３とを有する。
【００１８】
ヘッド部２１は、ピストン１の中心軸（ピストン本体２の中心軸）Ｃと同軸を有する略円柱状の部位であり、その頂面（上面）には図示しないシリンダヘッドとの間に燃焼室を形成するための空間であるキャビティ２１ａが凹設されている。また、ヘッド部２１の下面であるピストン裏面は、外側が下方に傾斜する曲面に形成されている。キャビティ２１ａは、例えばピストン１の中心軸Ｃについて略対称な形状に形成されている。ここではキャビティ２１ａは、その側壁部がヘッド部２１の頂面から下方に行くほど外側に広がるように形成されており、底面部が中央で上方に凸となる球面状に形成されている。さらに、側壁部と底面部との境界部は曲面状に形成され、この境界部が最も外側且つ下側に位置している。なお、キャビティ２１ａの形状はこれに限られず、種々の形状を採用しうる。
【００１９】
ヘッド部２１の側面には、図示しないピストンリングを取付けるためのリング溝２１ｂが凹設されている。ピストンリングは、ピストン本体２とこの外側に設けられるシリンダとの隙間を塞ぎ、燃焼室の気密性を保持するとともに燃焼室内に潤滑油が混入することを抑制するための部材であり、ピストン本体２の熱をシリンダに逃がす機能も有する。
リング溝２１ｂの内側であってキャビティ２１ａの外側には、強化部５とクーリングチャンネル２１ｃとが設けられている。クーリングチャンネル２１ｃは、ピストン１の中心軸Ｃと同軸を有する環状の中空に形成された空洞部分であり、ヘッド部２１の下部（ピストン裏面のやや上方）に設けられる。クーリングチャンネル２１ｃは、ピストン本体２を冷却するための潤滑油が流通する流通路として機能する。
【００２０】
ピンボス部２２は、ピストン１の中心軸Ｃと直交する方向に軸を有する一対の略円筒状の部位であり、ヘッド部２１の下方で中心軸Ｃを挟んで互いに対向して設けられている。一対のピンボス部２２は同軸上に配置され、これらの間にはコンロッドが設けられるための空間が確保されている。また、各ピンボス部２２の内周面によって囲まれるボス孔部２２ａには、ピストンピンが挿通される。つまり、ピストンピンの挿通方向は、各ピンボス部２２の軸方向〔図１では紙面に直交する方向，図２（ｂ）中の一点鎖線Ｄの方向〕と一致する。ピンボス部２２は、このピストンピンを介してコンロッドと接続される。
【００２１】
スカート部２３は、ヘッド部２１の側面を下方に延設することにより形成される略円筒面を部分的に形成する部位であり、ピストン１の中心軸Ｃ及び各ピンボス部２２を挟んで互いに対向して一対設けられる。つまり、ピストン本体２のうちヘッド部２１よりも下部は、一対のピンボス部２２及び一対のスカート部２３が周方向に交互に並んで設けられることにより形成されている。
なお、スカート部２３の各ピンボス部２２に隣接する側は、シリンダの内周面に対する面圧が相対的に小さくなるため、下端部が削り取られている。これにより、ピストン１の軽量化が図られている。
【００２２】
［１−３．強化部］
ピストン本体２のヘッド部２１は、強化部５によってその強度，剛性が高められている。図１及び図２に示すように、強化部５は、環状の第一強化部材３と、これと一体で設けられた面状の第二強化部材４とがヘッド部２１に内蔵されることで形成されている。つまり、第一強化部材３及び第二強化部材４は、ピストン本体２を鋳造により成形する際に、ピストン本体２の内部に完全に入れ込まれ、ピストン１の外表面に露出しないように設けられる。
【００２３】
なお、図２（ａ）は強化部５を構成する部材（第一強化部材３及び第二強化部材４が一体化されたもの）の斜視図であり、図２（ｂ）はこの部材の上面図である。図２（ａ），（ｂ）では、ここに示す部材がピストン１に内蔵された際、ピストン１の中心軸Ｃとなる線を一点鎖線Ｃで示し、ピンボス部２２に挿通されるピストンピンの挿通方向を一点鎖線Ｄで示し、ピストンピンの挿通方向Ｄとピストン１の中心軸Ｃとに直交する方向を一点鎖線Ｅで示す。言い換えると、図２（ａ），（ｂ）に示す部材は、このような方向となるようにピストン１に内蔵される。
【００２４】
図１及び図２に示すように、環状の第一強化部材３は、その中心軸がピストン１の中心軸Ｃと同軸となるように、ピストン１の全周に亘ってヘッド部２１に内蔵されており、ここでは縦断面形状が略円形をなす線材で形成されている。第一強化部材３は、ヘッド部２１の内部においてキャビティ２１ａを包囲するように、キャビティ２１ａの外側に設けられ、且つリング溝２１ｂの内側に配置されている。ここでは、第一強化部材３の縦方向（上下方向）の中心位置が、キャビティ２１ａの側壁部と底面部との境界部と同等の高さに設定されている。つまり、キャビティ２１ａの径方向の寸法が最大となる位置の僅かに外側に、第一強化部材３が配置されている。
【００２５】
第一強化部材３には、ピストン本体２を形成する材料（ピストン１の母材）よりも低熱膨張率の材料が用いられている。例えばピストン１の母材がアルミニウム系合金である場合、これよりも低熱膨張率のステンレス鋼や断熱性の高いセラミックス等で第一強化部材３を形成することが好ましい。また、ステンレス鋼の中でも特に低熱膨張率のインバー系の材料で第一強化部材３を形成することが更に好ましい。さらに、ピストン１の母材よりも高強度の材料で第一強化部材３を形成することも同様に好ましい。
【００２６】
第二強化部材４は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、第一強化部材３の周方向に四つ略等間隔に接合されている。各第二強化部材４は、径方向内側から見て略矩形の曲板状部材であって、第一強化部材３の周方向に沿って湾曲形成されている。なお、ここでは各第二強化部材４は、第一強化部材３の周方向には湾曲しているが、第一強化部材３の中心軸（すなわちピストン１の中心軸Ｃ）の方向に対しては湾曲しておらず、中心軸の方向に拡張された面（中心軸と平行に延びる面）を有している。言い換えると、第二強化部材４は、第一強化部材３の周方向に対して交差する方向（ここでは直交方向）に延びる部位を有している。
【００２７】
第二強化部材４の形状は、ピストン１に与える強度，剛性やピストン１の重量等に応じて適宜設定される。例えば、第二強化部材４の高さ（上下方向長さ）は、ピストン本体２に内蔵されたときに、ヘッド部２１の頂面とクーリングチャンネル２１ｃとからそれぞれ離隔するように、すなわち頂面とクーリングチャンネル２１ｃとの間に収まる程度の寸法に形成される。また、ここでは矩形状の第二強化部材４を例示しているが、楕円形のように角部のない形状にすることで、応力集中を緩和させることも考えられる。
【００２８】
第二強化部材４は、第一強化部材３と同様にピストン１の母材よりも低熱膨張率の材料や高強度の材料で形成されることが好ましく、例えば第一強化部材３と同じ材料で形成される。第一強化部材３と第二強化部材４とが同じ材料であれば、ピストン本体２に内蔵される部材全体で同等の熱膨張率及び強度を持たせることができ、コスト削減にも繋がる。
第二強化部材４は、ピストン本体２のピンボス部２２に挿通されるピストンピンの挿通方向Ｄとピストン１の中心軸Ｃとに直交する方向Ｅに位置するように、ヘッド部２１に内蔵される。なお、ここでは、四つの第二強化部材４が第一強化部材３の外周に沿って等間隔に並んで設けられているため、対向する二組の第二強化部材４が、それぞれピストンピンの挿通方向Ｄと、これと直交する方向Ｅとに位置するように、ヘッド部２１の内部に配設されることになる。
【００２９】
なお、図２に示す第一強化部材３及び第二強化部材４は、各第二強化部材４が第一強化部材３に対して外側から溶接等により接合されることによって一体化されている。また、第一強化部材３は、第二強化部材４の高さ（縦方向長さ）の略中央に接合されている。ピストン１は、このように一体に形成された第一強化部材３及び第二強化部材４が鋳型内の所定位置に所定の向きで配置された状態で、ピストン本体２が鋳込まれることによって製造される。
【００３０】
［２．効果］
（１）上記のピストン１では、第一強化部材３がピストン１の全周に亘ってピストン本体２のヘッド部２１に内蔵されるため、ピストン１の強度及び剛性を高め、熱や圧力による変形を抑制することができる。また、環状というシンプルな形状の第一強化部材３が内蔵されるため、均等に応力を分散させることができるとともに、ピストン１を簡素な構成にすることができる。さらに、ピストン本体２の肉厚を厚くすることなくピストン１の変形を抑制することが可能であるため、ピストン１を軽量にすることができる。つまり、簡素な構成で、ピストン１の軽量化と変形抑制とを両立させることができる。なお、第一強化部材３が、ヘッド部２１の内部に完全に入れ込まれ、ピストン１（ピストン本体２）の外表面に露出しないため、ピストン１の外表面に隙間が形成されることがなく、煤の堆積や強度低下を防止することができる。
【００３１】
（２）また、上記のピストン１のように、ヘッド部２１の頂面にキャビティ２１ａを有する場合、燃焼室から熱や圧力を直接的に受けるキャビティ２１ａの周辺での変形がより起こりやすい。これに対して、上記のピストン１では、第一強化部材３がキャビティ２１ａを包囲するようにヘッド部２１に内蔵されているため、キャビティ２１ａの周辺の変形を効果的に防止することができ、延いてはピストン１の変形を効果的に防止することができる。
【００３２】
（３）上記のピストン１では、第一強化部材３がピストン本体２を形成する材料よりも低熱膨張率の材料で形成されているため、ピストン本体２に対して、これに内蔵される第一強化部材３が熱膨張しにくいことにより、ピストン本体２の内部の熱膨張を抑制することができる。これによって、ピストン１の変形をより効果的に防止することができる。
（４）また、一般的にピストンは、ピストンピンの挿通方向Ｄよりもこの挿通方向Ｄとピストン１の中心軸Ｃとに直交する方向Ｅへ変形し易いことが知られている。これに対し、上記のピストン１では、第二強化部材４が、ピンボス部２２に挿通されるピストンピンの挿通方向Ｄ及びピストン１の中心軸Ｃの両方と直交する方向Ｅに位置するようにヘッド部２１に内蔵されているため、直交方向Ｅへの変形を防止することができる。つまり、一体化された第一強化部材３及び第二強化部材４により、ピストン１の変形をより効果的に防止することができる。
【００３３】
（５）また、上記のピストン１では、第二強化部材４が第一強化部材３に対してピストン１の中心軸Ｃの方向に拡張されており、中心軸Ｃと平行に延びる面を有している。これにより、ピストン本体２の径方向の変形を第二強化部材４が面で受けることができるため、ピストン１の変形をさらに防止することができる。
【００３４】
（６）また、本実施形態では、第一強化部材３が環状に形成され、その中心軸がピストン１の中心軸Ｃと同軸となるように内蔵されていることにより、ピストン１の周方向の変形を特に抑制することができる。さらに、複数の第二強化部材４を環状の第一強化部材３の周方向に沿って等間隔に設けることによって、比較的容易に強化部５を形成することができる。つまり、一体化された第一強化部材３及び第二強化部材４を簡素な構造とすることができるとともに、第一強化部材３及び第二強化部材４をピストン本体２に対して容易に位置決めすることができる。なお、図２（ｂ）中の一点鎖線Ｄを中心として、第二強化部材４が対称配置されることから、ピストン１の重量バランスも容易に適正化することができる。
【００３５】
［３．変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上記実施形態では、線材で形成された第一強化部材３と板状の第二強化部材４とが一体化されてヘッド部２１に内蔵されることにより強化部５が形成されたものを例示したが、強化部５の構成（すなわち第一強化部材３及び第二強化部材４の各形状やその構成）はこれに限られない。例えば、以下のような強化部１５，２５等を設けてもよい。
【００３６】
［３−１．第一変形例］
まず、第一変形例に係るピストン１０について、図１を流用するとともに図３を用いて説明する。図１では、本変形例に特有な要素の符号を括弧書きで示している。なお、上記実施形態と同様の構成には上記実施形態と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本変形例に係るピストン１０は、上記実施形態で説明した強化部５の構成が異なる以外は同一の構成である。
【００３７】
本変形例では、強化部１５を構成する部材が、図３に示すように、環状の第一強化部材３に複数の棒状の第二強化部材１４が接合されて一体化されている。そして、図１に示すように、この第一強化部材３及び第二強化部材１４がヘッド部２１に内蔵されることで強化部１５が形成される。
図３（ａ）に示すように、第二強化部材１４は、例えば断面形状が略円形をなす線材で形成され、第一強化部材３に対してピストン１０の中心軸Ｃの方向に拡張されており、第一強化部材３の径方向外側に接合されている。つまり、第二強化部材１４は、第一強化部材３の周方向に対して交差する方向（ここでは直交方向）に延びる部位を有している。
【００３８】
第二強化部材１４の長さは、例えば上記の第二強化部材４の高さ（縦方向長さ）と同程度である。すなわち、第二強化部材１４がピストン本体２に内蔵されたときに、ヘッド部２１の頂面及びクーリングチャンネル２１ｃからそれぞれ離隔するように形成される。また、第二強化部材１４は、縦方向長さの略中央で第一強化部材３に接合される。
なお、第一強化部材３及び第二強化部材１４は、何れもピストン本体２を形成する材料よりも低熱膨張率の材料で形成されている。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、第二強化部材１４は、第一強化部材３の周方向に複数個接合されている。ここでは、隣り合う二つの第二強化部材１４，１４の間隔が等間隔ではなく、ピストンピンの挿通方向Ｄと直交する位置において第二強化部材１４が密集するように設けられている。言い換えると、第二強化部材１４，１４の間隔が小さい部分が、ピストンピンの挿通方向Ｄ及びピストン１０の中心軸Ｃの両方と直交する方向Ｅに位置するようにヘッド部２１に内蔵される。
【００４０】
つまり、本変形例に係る第二強化部材１４の場合、環状の第一強化部材３に接合する位置を調整し、強度，剛性を高めたい部分では第二強化部材１４の密度を高くし、それほど強度，剛性が必要ない部分では第二強化部材１４の密度を低くする、といったことが可能である。すなわち、本変形例に係るピストン１０によれば、応力分布に合わせて第二強化部材１４の粗密を調整することによって、上記実施形態のものと比較して、さらなる軽量化を実現することができ、また、部分的に変形抑制の効果を高めることができる。
【００４１】
例えば、ピストンピンの挿通方向Ｄ及びピストン１０の中心軸Ｃの両方と直交する方向Ｅに位置する部位で第二強化部材１４を密集させて設けることによって、この部位の変形をより抑制することができる。また、上記実施形態と同様に、簡素な構成でピストン１０の軽量化と変形抑制とを両立させることができるとともに、煤の堆積や強度低下を防止することができる。
【００４２】
［３−２．第二変形例］
次に、第二変形例に係るピストン２０について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本変形例に係る第一強化部材１３を縦方向に切断した模式的な斜視図である。なお、上記実施形態と同様の構成には上記実施形態と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本変形例に係るピストン２０は、上記実施形態で説明した強化部５の構成が異なる以外は同一の構成である。
【００４３】
本変形例では、強化部２５を構成する部材が、図４に示すパイプ状の第一強化部材１３に四つの板状の第二強化部材４が接合されて一体化されている。そして、図５に示すように、この第一強化部材１３及び第二強化部材４がヘッド部２１に内蔵されることで強化部２５が形成される。つまり、本変形例に係る強化部２５は、上記実施形態に係る強化部５に対して、第一強化部材３の構造が以下に説明する第一強化部材１３の構造に変更されたものである。
【００４４】
図４に示すように、第一強化部材１３は、縦断面形状が輪形の閉断面をなしており、内部に空間を有している。第一強化部材１３は、ピストン本体２を形成する材料よりも低熱膨張率の材料で環状に形成され、その中心軸がピストン２０の中心軸Ｃと同軸となるように、ピストン２０の全周に亘ってヘッド部２１に内蔵される。図５に示すように、第一強化部材１３は、ヘッド部２１の内部においてキャビティ２１ａを包囲するように、キャビティ２１ａの外側に設けられ、且つリング溝２１ｂの内側に配置されている。
【００４５】
本変形例に係るピストン２０によれば、第一強化部材１３が内部に空間を有するパイプ形状であることによって、ピストン２０の軽量化を図ることができる。また、上記実施形態と同様に、簡素な構成でピストン２０の軽量化と変形抑制とを両立させることができるとともに、煤の堆積や強度低下を防止することができる。
なお、図５では、強化部２５がクーリングチャンネル２１ｃの上方に形成されるものを例示しているが、例えば強化部２５とクーリングチャンネル２１ｃとを一体としてもよい。つまり、パイプ形状である第一強化部材１３の内部の空間をクーリングチャンネル２１ｃとして利用すれば、クーリングチャンネル２１ｃを形成する手間を省略することができるとともに、クーリングチャンネル２１ｃの強度を向上させることができる。
【００４６】
［３−３．その他］
上記実施形態及び各変形例では、何れも第一強化部材３，１３と第二強化部材４，１４とが一体化されたものがピストン本体２に内蔵される場合を説明したが、必要な強度や剛性をピストン本体２と第一強化部材３，１３とにより確保することができる場合は、第二強化部材４，１４を省略してもよい。言い換えると、環状の第一強化部材３，１３の太さや断面形状等を工夫して、必要な強度，剛性が確保されるようにしてもよい。
【００４７】
また、上述した第一強化部材３，１３は、何れも線材で形成されたものであったが、第一強化部材３が円筒状（すなわち、上面視で環状であって図１のような縦断面視で矩形となる形状）に形成されてもよい。また、第二強化部材４，１４の形状も上記のものに限定されない。
また、上記の第二強化部材４，１４は、何れも第一強化部材３，１３の中心軸と平行に延びる部位を有しているが、第二強化部材はこれに限定されず、第一強化部材３，１３の周方向に対して交差する方向に延びる部位を有するものであればよい。例えば、第一強化部材３，１３の中心軸に対して傾斜していたり、第一強化部材３，１３の中心軸方向に湾曲しているものであってもよい。
【００４８】
また、上記実施形態及び各変形例では、第一強化部材３，１３と第二強化部材４，１４とが接合されることにより一体化されるもの（すなわち、別々に形成されたものを後から一体化するもの）を例示したが、これらは一体成形されるものであってもよい。また、第一強化部材３，１３と第二強化部材４，１４とは、溶接等により接合されることなく、鋳型内にそれぞれ位置決めされた状態でピストン本体２が鋳造されることにより、ヘッド部２１の内部に一体で設けられてもよい。
【００４９】
また、強化部５，１５，２５の位置は、ヘッド部２１の内部であればよく、上記のようにリング溝２１ｂの内側やクーリングチャンネル２１ｃの上方に限定されない。例えば、強化部５，１５，２５はクーリングチャンネル２１ｃよりも下方に配置されていてもよいし、ピストン１，１０，２０の中心軸Ｃに対して偏芯して配置されていてもよい。
また、ピストン本体２の形状は上記のものに限定されず、キャビティ２１ａ及びスカート部２３の形状は任意であるとともに、キャビティ２１ａ自体を省略してもよい。また、リング溝２１ｂの個数は図１及び図５に示すものに限定されない。
【００５０】
また、本発明のエンジンのピストンは、ディーゼルエンジンに限らず、種々のエンジンに適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１，１０，２０  ピストン
２  ピストン本体（ピストンの本体部）
３，１３  第一強化部材
４，１４  第二強化部材
５，１５，２５  強化部
２１  ヘッド部
２１ａ  キャビティ
２２  ピンボス部
Ｃ  ピストンの中心軸
【図１】
2015031159.tif 000003
【図２】
2015031159.tif 000004
【図３】
2015031159.tif 000005
【図４】
2015031159.tif 000006
【図５】
2015031159.tif 000007