(57)【要約】【課題】エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを共に良好に抑制する。【解決手段】ピストン１のスカート部４の外表面において、気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い高面圧領域アは、相対的に低い低面圧領域イよりも、条痕溝７の深さを大きくし、かつ、隣接する条痕溝７，７間の頂部の幅と条痕溝７の幅との和（条痕溝７のピッチ）に対する隣接する条痕溝７，７間の頂部の幅の割合を小さくする。【選択図】図２
2008223663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、
前記スカート部の外表面において、前記気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い第１の領域は、相対的に低い第２の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とするエンジンのピストン。
【請求項２】
エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、
前記スカート部は、ピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に形成されており、
前記スカート部の外表面において、前記スカート部の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド側の部分に属する第１の領域は、前記ピストンヘッド側の部分よりも反ピストンヘッド側の部分に属する第２の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とするエンジンのピストン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンのピストンであって、
前記条痕溝間の頂部はプラトー状であり、
このプラトー状の頂部に微細凹部が形成されていることを特徴とするエンジンのピストン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも、条痕溝の深さが２倍以上大きく、かつ、前記第１の領域における条痕溝の深さは、５μｍ以上、５０μｍ以下であり、前記第２の領域における条痕溝の深さは、２μｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とするエンジンのピストン。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、
前記第１の領域及び前記第２の領域における前記和は、５０μｍ以上、５００μｍ以下であり、かつ、前記第１の領域における前記割合は、２０％以下であり、前記第２の領域における前記割合は、２０％を超えて大きく、８０％以下であることを特徴とするエンジンのピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストンに関し、エンジンの気筒内壁面と摺接するピストンスカート部の潤滑の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンのシリンダブロックの気筒内にはピストンが往復動自在に配置されており、このピストンには気筒内壁面と摺接するスカート部が形成されている。なお、本明細書では、クランク軸側に最も近いピストンリングであるオイルリングが装着される溝下面部よりもクランク軸側で、又は、前記オイルリングよりもクランク軸側で、気筒内壁面と摺接する部分をスカート部という。このスカート部の外表面と気筒内壁面との間はオイルによって潤滑状態に保たれており、これによりピストンは気筒内を円滑に往復動することができる。
【０００３】
従来、ピストンスカート部に複数の条痕溝を加工形成することが知られている（例えば特許文献１、２参照）。ここで、条痕溝は、スカート部の外表面において周方向に延びるように形成された断面Ｕ字状やＶ字状の凹溝であり、条痕溝の深さは数μｍから数十μｍ、隣接する条痕溝間の間隔（すなわち条痕溝のピッチ）は数十μｍから数百μｍとされる。
【０００４】
このように、気筒内壁面と摺接するピストンスカート部の外表面に条痕溝を形成することにより、この条痕溝にオイルが溜まり、このオイルによってスカート部外表面と気筒内壁面との間が良好な潤滑状態に保たれ、その結果、たとえピストンが高速で往復動しても、オイル切れが起きず、スカート部外表面と気筒内壁面との間でスカッフ（焼き付き）が発生することが防止される。
【０００５】
なお、前記特許文献１には、例えば自動車用エンジンのピストンのような摺動部材の摺動平滑面に、深さが規則的に変化する微細凹部（条痕溝）を備え、凹部間にプラトー状（台状）の凸部を形成することが開示されている。一方、前記特許文献２には、ピストンスカート部の外表面の上部と下部とに複数の条痕溝を形成し、上部条痕溝よりも上の最上部、下部条痕溝よりも下の最下部、及び上部条痕溝と下部条痕溝との間の中間部に、それぞれ複数のマイクロディンプルを形成することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３５８５２（段落００１０、図１）
【特許文献２】特開２００６−１６９８２（段落００３０、００３７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間の面圧は、ピストンの形状や両者のクリアランス等の設計的要素及びエンジンの運転条件等で様々に変化するものであるが、局部的な面圧上昇を避けるために、例えばピストンスカート部をピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に成形する等の構造上の工夫がピストンに施されている。しかし、ピストンスカート部の面圧分布を完全に均一化することは困難で、どうしてもピストンスカート部の外表面において気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い高面圧領域と相対的に低い低面圧領域とができてしまう。その結果、高面圧領域では、ピストンスカート部の外表面に形成した条痕溝間（より詳しくは、隣接する条痕溝間）の頂部が摩耗し易く、条痕溝が浅くなり易いので、条痕溝のオイル溜め機能が早期に減少して、スカッフが発生し易くなる。そして、これに対応するために、条痕溝の深さを大きくすると、低面圧領域では、条痕溝間の頂部の摩耗が少ないから、条痕溝の深さが大きい状態（換言すれば、条痕溝間の頂部の幅が小さい状態）が長期に亘って続き、その結果、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が長期間続く、という問題が生じる。
【０００８】
本発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおける前記のような不具合に対処するもので、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを、共に良好に抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、前記スカート部の外表面において、前記気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い第１の領域は、相対的に低い第２の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とする。
【００１０】
次に、請求項２に記載の発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、前記スカート部は、ピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に形成されており、前記スカート部の外表面において、前記スカート部の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド側の部分に属する第１の領域は、前記ピストンヘッド側の部分よりも反ピストンヘッド側の部分に属する第２の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とする。
【００１１】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のエンジンのピストンであって、前記条痕溝間の頂部はプラトー状であり、このプラトー状の頂部に微細凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも、条痕溝の深さが２倍以上大きく、かつ、前記第１の領域における条痕溝の深さは、５μｍ以上、５０μｍ以下であり、前記第２の領域における条痕溝の深さは、２μｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、前記第１の領域及び前記第２の領域における前記和は、５０μｍ以上、５００μｍ以下であり、かつ、前記第１の領域における前記割合は、２０％以下であり、前記第２の領域における前記割合は、２０％を超えて大きく、８０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
まず、請求項１に記載の発明によれば、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、気筒内壁面との間の面圧が相対的に高いピストンスカート部の第１の領域、すなわち高面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に大きくしたから、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、気筒内壁面との間の面圧が相対的に低いピストンスカート部の第２の領域、すなわち低面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に小さくしたから、たとえ低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝の深さが大きい状態ないし条痕溝間の頂部の幅が小さい状態が長期に亘って続くことがなくなり、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が長期間続く問題が低減されることとなる。
【００１５】
なお、本発明において、前記第１の領域及び前記第２の領域は、ピストンの摺動方向によって規定されるものではない。例えば、ピストンスカート部のスラスト側は反スラスト側よりも面圧が高くなる。これは、図５を参照して後述するように、下降する膨張行程ではピストンヘッドがスラスト側に傾くように首を振り、上昇する排気工程ではピストンヘッドが反スラスト側に傾くように首を振るピストンの首振り動作において、スラスト側には爆発力が作用するからである。したがって、本発明において、前記第１の領域はスラスト側のスカート部、前記第２の領域は反スラスト側のスカート部であってもよい。
【００１６】
加えて、請求項１に記載の発明によれば、前記高面圧領域では、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和（すなわち条痕溝のピッチ）に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合（以下、単に「頂部幅割合」ということがある）を相対的に小さくしたから、換言すれば、条痕溝のピッチに対する条痕溝の幅の割合（以下、単に「溝幅割合」ということがある）を相対的に大きくしたから、これによっても、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、前記低面圧領域では、頂部幅割合を相対的に大きくしたから、これにより、低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝間の頂部の幅が大きい状態が当初から得られて、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が小さい状態が当初から得られることとなる。
【００１７】
そして、このように、請求項１に記載の発明によれば、ピストンスカート部の高面圧領域と低面圧領域とで、条痕溝の深さと頂部幅割合とを同時に異ならせて条痕溝を作り分けているから、条痕溝の深さを異ならせた作用と頂部幅割合を異ならせた作用とが相俟って、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とが、共により一層良好に抑制されることとなる。つまり、高面圧領域では、条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が良好に得られ、低面圧領域では、スカート部の摩擦係数低減効果ひいてはピストンの摺動抵抗低減効果が良好に得られることとなる。
【００１８】
次に、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、前記スカート部をピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に形成した場合に、前記スカート部の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド側の部分（つまり高面圧部分）に属する第１の領域、すなわち高面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に大きくしたから、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、前記ピストンヘッド側の部分よりも反ピストンヘッド側の部分（つまり低面圧部分）に属する第２の領域、すなわち底面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に小さくしたから、たとえ低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝の深さが大きい状態ないし条痕溝間の頂部の幅が小さい状態が長期に亘って続くことがなくなり、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が長期間続く問題が低減されることとなる。
【００１９】
加えて、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様、前記高面圧領域では、頂部幅割合を相対的に小さくしたから、換言すれば、溝幅割合を相対的に大きくしたから、これによっても、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、前記低面圧領域では、頂部幅割合を相対的に大きくしたから、これにより、低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝間の頂部の幅が大きい状態が当初から得られて、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が小さい状態が当初から得られることとなる。
【００２０】
そして、このように、請求項２に記載の発明によっても、請求項１に記載の発明と同様、ピストンスカート部の高面圧領域と低面圧領域とで、条痕溝の深さと頂部幅割合とを同時に異ならせて条痕溝を作り分けているから、条痕溝の深さを異ならせた作用と頂部幅割合を異ならせた作用とが相俟って、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とが、共により一層良好に抑制されることとなる。つまり、高面圧領域では、条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が良好に得られ、低面圧領域では、スカート部の摩擦係数低減効果ひいてはピストンの摺動抵抗低減効果が良好に得られることとなる。
【００２１】
その場合に、この請求項２に記載の発明において、膨出頂部に第１の領域を設定したときは、膨出頂部においても、条痕溝の深さが相対的に大きくされ、かつ、溝幅割合が相対的に大きくされるから、条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が得られることとなる。
【００２２】
次に、請求項３に記載の発明によれば、前記条痕溝間の頂部を平坦なプラトー状としたから、ピストンスカート部は気筒内壁面と面で摺接することとなる。これに対し、前記条痕溝間の頂部を例えば鋭角な頂状としたときには、ピストンスカート部は気筒内壁面と線で摺接することとなる。したがって、条痕溝間の頂部を平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部と気筒内壁面との摺接によって条痕溝間の頂部に作用する単位面積あたりの圧力が低減し、これにより、条痕溝間の頂部が摩耗し難くなり、条痕溝の深さの減少が抑制されるので、そもそも条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制されることとなる。
【００２３】
そのうえで、このプラトー状の頂部に微細凹部を形成したから、この微細凹部にもオイルが溜まり、条痕溝に溜まったオイルだけでなく、この微細凹部に溜まったオイルによっても、ピストンスカート部と気筒内壁面との間が良好な潤滑状態に保たれることとなる。
【００２４】
次に、請求項４に記載の発明によれば、まず、第１の領域、すなわち高面圧領域の条痕溝の深さを、第２の領域、すなわち低面圧領域の条痕溝の深さの２倍以上に大きくしたから、高面圧領域における条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が十分に得られることとなる。
【００２５】
加えて、高面圧領域における条痕溝の深さを５μｍ以上（５μｍ≦高面圧領域における条痕溝の深さ）としたから、高面圧領域における条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足することがない。また、高面圧領域における条痕溝の深さを５０μｍ以下（高面圧領域における条痕溝の深さ≦５０μｍ）としたから、高面圧領域においてスカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることがない。
【００２６】
一方、低面圧領域における条痕溝の深さを２μｍ以上（２μｍ≦底面圧領域における条痕溝の深さ）としたから、次のような問題、すなわち、スカート部の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面に対するスカート部の馴染み性（微小摩耗による形状の合い沿い性）が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる、というような問題が低面圧領域において抑制されることとなる。また、低面圧領域における条痕溝の深さを１０μｍ以下（底面圧領域における条痕溝の深さ≦１０μｍ）としたから、低面圧領域においてスカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることがない。
【００２７】
次に、請求項５に記載の発明によれば、まず、第１の領域、すなわち高面圧領域及び第２の領域、すなわち低面圧領域における条痕溝のピッチを５０μｍ以上（５０μｍ≦高面圧領域及び低面圧領域における条痕溝のピッチ）としたから、次のような問題、すなわち、スカート部の外表面に条痕溝を加工形成する際の条痕溝全体の長さが極めて長くなるため、条痕溝形成の加工時間が長くなり、生産性が悪化する、というような問題が抑制されることとなる。また、高面圧領域及び低面圧領域における条痕溝のピッチを５００μｍ以下（高面圧領域及び低面圧領域における条痕溝のピッチ≦５００μｍ）としたから、次のような問題、すなわち、条痕溝のピッチが過度に大きくなるため、オイル溜め機能が不足してスカッフが発生する、というような問題が抑制されることとなる。
【００２８】
加えて、高面圧領域における頂部幅割合を２０％以下（高面圧領域における頂部幅割合≦２０％）としたから、換言すれば、溝幅割合を８０％以上（８０％≦高面圧領域における溝幅割合）としたから、高面圧領域における条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足することがない。
【００２９】
一方、低面圧領域における頂部幅割合を２０％を超えて大きく（２０％＜底面圧領域における頂部幅割合）したから、これにより、低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝間の頂部の幅が大きい状態が当初から得られて、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が小さい状態が当初から得られることとなる。また、低面圧領域における頂部幅割合を８０％以下（底面圧領域における頂部幅割合≦８０％）としたから、前述と同様の問題、すなわち、スカート部の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面に対するスカート部の馴染み性（微小摩耗による形状の合い沿い性）が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる、という問題が低面圧領域において抑制されることとなる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１０のピストン１は、上部にシリンダヘッド１１が固定されたシリンダブロック１２の気筒内（気筒内壁面に符号１３を付す）に上下に往復動自在に配置されている。ピストン１はピストンピン１５でコンロッド１４の上端部と連結されており、コンロッド１４の下端部はクランク軸（図示せず）に連結されている。ピストン１の上部には上方から順に２本のピストンリング１６ａ，１６ｂ及び１本のオイルリング１６ｃが装着されている。
【００３１】
図２に示すように、ピストン１は、頂面を提供するピストンヘッド２の直下方に、図１のピストンリング１６ａ，１６ｂ及びオイルリング１６ｃを装着するためのリング溝３ａ，３ｂ，３ｃが形成されていると共に、オイルリング溝３ｃ（ないしオイルリング１６ｃ）よりも下側（クランク軸側）に、気筒内壁面１３と摺接するスカート部４が形成されている。
【００３２】
図３及び図４に示すように、スカート部４の内側には、図１のピストンピン１５を支持するための支持部５がピストンヘッド２の下面から垂下して形成され、支持部５にはピストンピン１５が挿通するピン穴６が設けられている。
【００３３】
図１、図３及び図４に示したように、ピストン１は、軽量化の要請のために、スラスト側及び反スラスト側にのみスカート部４，４が設けられた、アルミ合金を母材とする鋳造物である。
【００３４】
図５に示すように、ピストン１のスカート部４，４は、ピストン軸方向（ピストン１の往復動方向に同じ。本実施形態では上下方向）の中間部が外方へ膨出する樽形状をしており、スカート部４の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部が、ピン穴６（ないしピストンピン１５）の中心Ｏよりやや低い位置に設けられている。
【００３５】
ピストン１は、下降する膨張行程では、図５（ａ）に示すように、ピストンヘッド２がスラスト側に傾くように首を振り、上昇する排気工程では、図５（ｂ）に示すように、ピストンヘッド２が反スラスト側に傾くように首を振る首振り動作をする。
【００３６】
その場合に、図５（ａ）に示したように、スラスト側において、前記膨出頂部よりもピストンヘッド２側（上側）の部分が、スカート部４の外表面において気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に高い高面圧部分であり、本実施形態においては、その高面圧部分に属する全部分が第１の領域（符号アを付す）、つまり高面圧領域に設定されている。また、図５（ａ）に示したように、スラスト側において、前記膨出頂部よりも反ピストンヘッド２側（下側）の部分が、スカート部４の外表面において気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に低い低面圧部分であり、本実施形態においては、その低面圧部分に属する全部分が第２の領域（符号イを付す）、つまり低面圧領域に設定されている（図２、図３参照）。すなわち、高面圧領域アの面圧＞低面圧領域イの面圧である。
【００３７】
同様に、図５（ｂ）に示したように、反スラスト側において、前記膨出頂部よりもピストンヘッド２側（上側）の部分が、スカート部４の外表面において気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に高い高面圧部分であり、本実施形態においては、その高面圧部分に属する全部分が第１の領域（符号ウを付す）、つまり高面圧領域に設定されている。また、図５（ｂ）に示したように、反スラスト側において、前記膨出頂部よりも反ピストンヘッド２側（下側）の部分が、スカート部４の外表面において気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に低い低面圧部分であり、本実施形態においては、その低面圧部分に属する全部分が第２の領域（符号エを付す）、つまり低面圧領域に設定されている（図３参照）。すなわち、高面圧領域ウの面圧＞低面圧領域エの面圧である。
【００３８】
ただし、スラスト側と反スラスト側とを比較すると、スラスト側には爆発力が作用するため、一般に、スラスト側が第１の領域となり、反スラスト側が第２の領域となって、スラスト側（第１の領域）の面圧＞反スラスト側（第２の領域）の面圧である。また、スラスト側の高面圧領域アの面圧＞反スラスト側の高面圧領域ウの面圧であり、スラスト側の低面圧領域イの面圧＞反スラスト側の低面圧領域エの面圧である。そして、膨出頂部自体は、本実施形態では、高面圧領域ア、ウに含まれている。
【００３９】
そして、図２に示したように、スカート部４の外表面に、周方向に延びる複数の条痕溝７…７が加工形成されている。ここで、図６及び図７を参照して、スカート部４の外表面に条痕溝７…７を加工形成する方法を説明する。すなわち、スカート部４の外表面に対し、条痕溝形成工具５０の刃先を外方から当接させ、ピストン１を往復動方向を軸として回転させながら、条痕溝形成工具５０を一定の速度で矢印のように往復動方向（図例は下方）に移動させることにより、スカート部４の外表面に条痕溝７…７を加工成形するのである。
【００４０】
このような加工方法により、スカート部４の外表面には、条痕溝形成工具５０の刃先の断面形状（図例はＵ字状）を有する条痕溝７…７が周方向に亘って螺旋状に形成される。このとき、条痕溝７の最大深さＤ（図８〜図１１参照）が一定となるように、樽形状のスカート部４の外表面に対して工具５０の水平方向の位置を調整する。また、工具５０の往復動方向の移動速度を調整することにより、隣接する条痕溝７，７間の間隔（条痕溝７のピッチＰ（図８〜図１１参照））を一定にすることができる。
【００４１】
また、図６に示したように、隣接する条痕溝７，７同士がオーバーラップするように条痕溝７，７を形成すると、条痕溝７，７間の頂部７ａを鋭角な頂状とすることができる（図８参照）。一方、図７に示したように、隣接する条痕溝７，７同士が間隔を空けるように条痕溝７，７を形成すると、条痕溝７，７間の頂部７ａを平坦なプラトー状（台状）とすることができる（図９〜図１２参照）。なお、図９〜図１１において、プラトー状の頂部７ａの幅に符号Ｗｐを付してある。
【００４２】
図２に戻り、前述したように、ピストンスカート部４の外表面には複数の条痕溝７…７が周方向に形成されているのであるが、ピストンスカート部４の外表面の全域に一様に同じ条件で条痕溝７…７を形成していると、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗の進み具合が早く、条痕溝７の最大深さＤが早く小さくなり、条痕溝７のオイル溜め機能が早期に減少するので、スカッフが発生し易くなる、という問題が生じ、一方、低面圧領域イ、エでは、条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗の進み具合が遅く、条痕溝７の最大深さＤが大きい状態（換言すれば、条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐが小さい状態）が長期に亘って続くので、スカート部４の摩擦係数ひいてはピストン１の摺動抵抗が大きい状態が長期間続く、という問題が生じる。
【００４３】
そこで、高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを、共に満足に低減するために、高面圧領域ア、ウと、低面圧領域イ、エとで、相異なる条件で条痕溝７…７を作り分けている。具体的には、スカート部４の外表面において気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に高い高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７の最大深さＤを相対的に大きくし、スカート部４の外表面において気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に低い低面圧領域イ、エでは、条痕溝７の最大深さＤを相対的に小さくしている。かつ、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７のピッチＰに対する隣接する条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐの割合（頂部幅割合：Ｗｐ／Ｐ）を相対的に小さくし、低面圧領域イ、エでは、前記頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に大きくしている。
【００４４】
例えば、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７の最大深さＤの下限値を５μmとすることができる。また、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７の最大深さＤの上限値を５０μmとすることができる。すなわち、５μｍ≦高面圧領域ア、ウにおける条痕溝７の最大深さＤ≦５０μｍである。これに対し、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、低面圧領域イ、エでは、条痕溝７の最大深さＤの下限値は２μmであり、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように、低面圧領域イ、エでは、条痕溝７の最大深さＤの上限値は１０μmである。すなわち、２μｍ≦底面圧領域イ、エにおける条痕溝７の最大深さＤ≦１０μｍである。
【００４５】
この点、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝７の最大深さＤが５μｍ未満となると、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝７のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足する。また、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝７の最大深さＤが５０μｍを超えて大きくなると、高面圧領域ア、ウにおいてスカート部４の摩擦係数ひいてはピストン１の摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることとなる。また、一般に、条痕溝７の最大深さＤが５０μｍを超えて大きくなってもスカッフ防止効果の増大は望めず、ただ摩擦係数ひいては摺動抵抗が大きくなり過ぎるだけとなる。
【００４６】
また、低面圧領域イ、エにおける条痕溝７の最大深さＤが２μｍ未満となると、スカート部４の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面１３に対するスカート部４の馴染み性（微小摩耗による形状の合い沿い性）が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる。また、低面圧領域イ、エにおける条痕溝７の最大深さＤが１０μｍを超えて大きくなると、低面圧領域イ、エにおいてスカート部４の摩擦係数ひいてはピストン１の摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることとなる。
【００４７】
ただし、高面圧領域ア、ウの条痕溝７の最大深さＤを、低面圧領域イ、エの条痕溝７の最大深さＤよりも、常に２倍以上とする。すなわち、高面圧領域ア、ウの条痕溝７の最大深さＤ≧２×（低面圧領域イ、エの条痕溝７の最大深さＤ）である。例えば、高面圧領域ア、ウの条痕溝７の最大深さＤを５μmとするときは、低面圧領域イ、エの条痕溝７の最大深さＤを２〜２．５μmとする。また、例えば、低面圧領域イ、エの条痕溝７の最大深さＤを１０μmとするときは、高面圧領域ア、ウの条痕溝７の最大深さＤを２０〜５０μmとする。
【００４８】
このように、高面圧領域ア、ウの条痕溝７の最大深さＤを低面圧領域イ、エの条痕溝７の最大深さＤの２倍以上に大きくすることで、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝７のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が十分に得られることとなる。換言すれば、高面圧領域ア、ウの条痕溝７の最大深さＤが低面圧領域イ、エの条痕溝７の最大深さＤの２倍未満であれば、高面圧領域ア、ウにおける前記効果が不足する。
【００４９】
また、例えば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７のピッチＰに対する隣接する条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐの割合（頂部幅割合：Ｗｐ／Ｐ）の下限値を０（零）とすることができる。また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、高面圧領域ア、ウでは、前記頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）の上限値を０．２とすることができる。すなわち、０≦高面圧領域ア、ウにおける前記割合（Ｗｐ／Ｐ）≦２０％である。これに対し、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、低面圧領域イ、エでは、前記頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）の下限値は（＞０．２）であり（図は便宜上０．２で表現している）、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、低面圧領域イ、エでは、前記頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）の上限値は０．８である。すなわち、２０％＜底面圧領域イ、エにおける前記割合（Ｗｐ／Ｐ）≦８０％である。
【００５０】
この点、高面圧領域ア、ウにおける頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）が２０％を超えて大きくなると、換言すれば、頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）が８０％未満となると、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝７のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足する。
【００５１】
また、低面圧領域イ、エにおける頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）が２０％以下となると、低面圧領域イ、エでは条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗が少ないから、条痕溝７，７間の頂部７ａの幅が小さい状態が長期に亘って続き、スカート部４の摩擦係数ひいてはピストン１の摺動抵抗が大きい状態が長期間続く。また、低面圧領域イ、エにおける頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）が８０％を超えて大きくなると、スカート部４の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面１３に対するスカート部４の馴染み性（微小摩耗による形状の合い沿い性）が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる。
【００５２】
なお、図８〜図１１は、条痕溝７のピッチＰが５０μmの場合で説明したが、これは高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エのいずれにおいても、条痕溝７のピッチＰの下限値として好ましい値であり、条痕溝７のピッチＰの上限値として好ましい値は、例えば５００μmである。すなわち、５０μｍ≦高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エにおける条痕溝７のピッチＰ≦５００μｍである。
【００５３】
この点、高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エの条痕溝７のピッチＰが５０μｍ未満となると、スカート部４の外表面に条痕溝７…７を加工形成する際の条痕溝７全体の長さが極めて長くなるため、条痕溝７形成の加工時間が長くなり、生産性が悪化する。また、高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エの条痕溝７のピッチＰが５００μｍを超えて大きくなると、条痕溝７のピッチＰが過度に大きくなるため、オイル溜め機能が不足してスカッフが発生する。
【００５４】
また、前述したように、本実施形態では膨出頂部を高面圧領域ア、ウに含ませているので、膨出頂部においても前記のような高面圧領域ア、ウと同様の条件で条痕溝７…７を形成している。
【００５５】
また、前述したように、スラスト側と反スラスト側とを比較すると、スラスト側には爆発力が作用するため、スラスト側の高面圧領域アの面圧＞反スラスト側の高面圧領域ウの面圧であり、スラスト側の低面圧領域イの面圧＞反スラスト側の低面圧領域エの面圧であるから、高面圧領域ア、ウと低面圧領域イ、エとの間で相異なる条件で条痕溝７…７を作り分けながら、さらに、スラスト側の高面圧領域アと反スラスト側の高面圧領域ウとの間、及びスラスト側の低面圧領域イと反スラスト側の低面圧領域エとの間で、相異なる条件で条痕溝７…７を作り分けるようにしてもよい。その場合、具体的には、スラスト側の高面圧領域アで条痕溝７の最大深さＤを相対的に大きくし、反スラスト側の高面圧領域ウで条痕溝７の最大深さＤを相対的に小さくする。同様に、スラスト側の低面圧領域イで条痕溝７の最大深さＤを相対的に大きくし、反スラスト側の低面圧領域エで条痕溝７の最大深さＤを相対的に小さくする。また、スラスト側の高面圧領域アで条痕溝７のピッチＰに対する条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐの割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に小さくし、反スラスト側の高面圧領域ウで前記頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に大きくする。同様に、スラスト側の低面圧領域イで条痕溝７のピッチＰに対する条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐの割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に小さくし、反スラスト側の低面圧領域エで前記頂部幅割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に大きくする。
【００５６】
また、スラスト側、反スラスト側を問わず、高面圧領域ア、ウと低面圧領域イ、エとの間の領域（例えば膨出頂部よりもやや反ピストンヘッド２側（下側）の領域：図５参照）をさらに中面圧領域として区別し、この中面圧領域では前記のような高面圧領域ア、ウにおける条件と低面圧領域イ、エにおける条件との間の中庸の条件で条痕溝７…７を形成するようにしてもよい。
【００５７】
以上のように、本実施形態においては、エンジン１０の気筒内壁面１３と摺接するスカート部４の外表面に複数の条痕溝７…７が周方向に形成されたエンジン１０のピストン１において、気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に高いピストンスカート部４の高面圧領域（第１の領域）ア、ウでは、条痕溝７の最大深さＤを相対的に大きくしたから、条痕溝７の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域ア、ウで条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗が早く進行しても、条痕溝７のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減される。一方、気筒内壁面１３との間の面圧が相対的に低いピストンスカート部４の低面圧領域（第２の領域）イ、エでは、条痕溝７の最大深さＤを相対的に小さくしたから、たとえ低面圧領域イ、エで条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗が少なくても、条痕溝７の最大深さＤが大きい状態ないし条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐが小さい状態が長期に亘って続くことがなくなり、スカート部４の摩擦係数ひいてはピストン１の摺動抵抗が大きい状態が長期間続く問題が低減される。
【００５８】
加えて、ピストンスカート部４の高面圧領域ア、ウでは、条痕溝７のピッチＰに対する隣接する条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐの割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に小さくしたから、換言すれば、条痕溝７のピッチＰに対する条痕溝７の幅の割合を相対的に大きくしたから、これによっても、条痕溝７の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域ア、ウで条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗が早く進行しても、条痕溝７のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減される。一方、ピストンスカート部４の低面圧領域イ、エでは、条痕溝７のピッチＰに対する隣接する条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐの割合（Ｗｐ／Ｐ）を相対的に大きくしたから、これにより、低面圧領域イ、エで条痕溝７，７間の頂部７ａの摩耗が少なくても、条痕溝７，７間の頂部７ａの幅Ｗｐが大きい状態が当初から得られて、スカート部４の摩擦係数ひいてはピストン１の摺動抵抗が小さい状態が当初から得られる。
【００５９】
また、スカート部４が、ピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状をしている場合に、スカート部４の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド２側の部分（高面圧部分）に属する領域を高面圧領域（第１の領域）ア、ウとしたから、前記高面圧部分に属する高面圧領域ア、ウにおいて、条痕溝７のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が得られることとなる。一方、前記高面圧部分よりも反ピストンヘッド２側の部分（低面圧部分）に属する領域を低面圧領域（第２の領域）イ、エとしたから、前記低面圧部分に属する低面圧領域イ、エにおいて、スカート部４の摩擦係数低減効果ひいてはピストン１の摺動抵抗低減効果が得られることとなる。
【００６０】
その場合に、膨出頂部を高面圧領域ア、ウに含めたから、膨出頂部においても、条痕溝７のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が得られることとなる。
【００６１】
そして、条痕溝７，７間の頂部７ａを鋭角な頂状としたときは、ピストンスカート部４は気筒内壁面１３と線で摺接することになるが、条痕溝７，７間の頂部７ａを平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部４は気筒内壁面１３と面で摺接することになる。したがって、条痕溝７，７間の頂部７ａを平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部４と気筒内壁面１３との摺接によって条痕溝７，７間の頂部７ａに作用する単位面積あたりの圧力が低減し、これにより、条痕溝７，７間の頂部７ａが摩耗し難くなり、条痕溝７の最大深さＤの減少が抑制されるので、そもそも条痕溝７のオイル溜め機能の減少が抑制される。
【００６２】
なお、条痕溝７，７間の頂部７ａを平坦なプラトー状としたとき、図１２に示すように、このプラトー状の頂部７ａに微細凹部（マイクロディンプル）７ｂ…７ｂを形成してもよい。このような微細凹部７ｂ…７ｂは、微細鋼球を高圧エア等で高速投射するショットピーニングの技術を用いて形成することができる。その場合に、微細鋼球の径やエア圧を調節することにより、微細凹部７ｂ…７ｂのサイズや深さをコントロールすることができる。
【００６３】
このように、プラトー状の頂部７ａに微細凹部７ｂ…７ｂを形成することで、この微細凹部７ｂ…７ｂにもオイルが溜まり、条痕溝７に溜まったオイルだけでなく、この微細凹部７ｂ…７ｂに溜まったオイルによっても、ピストンスカート部４と気筒内壁面１３との間が良好な潤滑状態に保たれることとなる。
【００６４】
この場合、微細凹部７ｂ…７ｂを形成した頂部７ａの表面粗さは、十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）で、Ｒｚ＜条痕溝７の最大深さＤとする。Ｒｚ≧条痕溝７の最大深さＤとすると、条痕溝７，７間の頂部７ａを平坦なプラトー状としたことによる摩擦係数低減効果ひいては摺動抵抗低減効果が損なわれ、微細凹部７ｂ…７ｂを形成した意味がなくなる。
【００６５】
また、スカート部４の外表面に、固体潤滑材（黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）等を含有したポリアミドイミド系の樹脂コーティング等）を被覆してもよい。このような被覆材は、摩擦抵抗を低減する作用を有すると共に、金属に比べて軟らかいため、気筒内壁面１３とのクリアランスを埋める作用、及びスラップ音を吸収する作用等を有する。
【００６６】
その場合の固体潤滑材の膜厚は特に限定しないが、例えばプラトー状の頂部７ａの表面では２０μｍ以下が好ましい。２０μｍを超えると、固体潤滑材はピストン１の母材（アルミ合金）に比べて容易に摩耗するため、気筒内壁面１３とのクリアランスの変化が大きくなりすぎ、スラップ音等の不具合が発生し得る。この点、固体潤滑材を被覆したのち、研磨加工してプラトー状頂部７ａの表面から除去し、条痕溝７の谷部にのみ残すようにしてもよい。
【００６７】
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態であるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、さらに種々の変更や改良を加えることができる。例えば、以上の実施形態においては、条痕溝７の断面形状をＵ字状としたが、本発明は、これような形状に限定されるものではなく、断面がＶ字状や多角形状の条痕溝７にも適応可能である。また、本実施形態では、ガソリンを燃料とする火花点火式エンジンについて適用したが、軽油を燃料とする高圧縮比を有するディーゼルエンジンのピストンにおいても適用可能である。また、本実施形態では、１本の条痕溝７をスカート部４の外表面に螺旋状となるように形成したが、１本の条痕溝７をスカート部４の外表面に沿って円を描くように形成し、このような条痕溝７をスカート部４の外表面に対し往復動方向に亘って複数本配置すると共に、これら複数本の条痕溝７…７の間隔が所定のピッチ幅となるように形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを、共に良好に抑制することが可能な技術であるから、エンジンの気筒内壁面と摺接するピストンの潤滑の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係るエンジンのピストンをスラスト側及び反スラスト側と直交する側から見た正面図である。
【図２】前記ピストンをスラスト側から見た側面図である。
【図３】図２の矢印III−IIIに沿う断面図（左側がスラスト側）である。
【図４】前記ピストンの底面図である。
【図５】前記ピストンのスカート部が樽形状をしている場合に、（ａ）は膨張行程でピストンヘッドがスラスト側に首を振り、（ｂ）は排気工程でピストンヘッドが反スラスト側に首を振る動作をすることの説明図である。
【図６】前記ピストンのスカート部に条痕溝間の頂部が鋭角な頂状となるように条痕溝を加工形成する方法の説明図である。
【図７】前記ピストンのスカート部に条痕溝間の頂部が平坦なプラトー状となるように条痕溝を加工形成する方法の説明図である。
【図８】高面圧領域における条痕溝の好ましい寸法範囲を示す説明図である。
【図９】同じく高面圧領域における別の好ましい寸法範囲を示す説明図である。
【図１０】低面圧領域における条痕溝の好ましい寸法範囲を示す説明図である。
【図１１】同じく底面圧領域における別の好ましい寸法範囲を示す説明図である。
【図１２】前記条痕溝間のプラトー状の頂部にマイクロディンプルを形成した場合の説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１        ピストン
２        ピストンヘッド
４        スカート部
６        ピン穴
７        条痕溝
７ａ      隣接する条痕溝間の頂部
１０      エンジン
１３      気筒内壁面
５０      条痕溝形成工具
Ｏ        ピン穴の中心
Ｐ        条痕溝のピッチ（隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和）
Ｗｐ      隣接する条痕溝間の頂部の幅
ア        スラスト側高面圧領域（第１の領域）
イ        スラスト側低面圧領域（第２の領域）
ウ        反スラスト側高面圧領域（第１の領域）
エ        反スラスト側底面圧領域（第２の領域）
【図１】
2008223663.tif 000003
【図２】
2008223663.tif 000004
【図３】
2008223663.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008223663.tif 000009
【図８】
2008223663.tif 000010
【図９】
2008223663.tif 000011
【図１０】
2008223663.tif 000012
【図１１】
2008223663.tif 000013
【図１２】
2008223663.tif 000014