(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンであって、
上記ピストン本体は、
ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、
ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、
上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、
上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、
上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも１つの中央支持柱が設けられており、
上記中空部は、上記頂部形成壁部と上記一対のピストンピン支持部との間にそれぞれ形成されており、
上記中央支持柱は、上記一対のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とをそれぞれ連結させるように、上記両中空部内にそれぞれ設けられており、
上記両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士は、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間していることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
上記中央支持柱が設けられた上記中空部内には、上記中空部を形成する上記複数の壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向に位置する２つの壁部において、該２つの壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部と、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分とを連結させるように、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分から、頂部側かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱がさらに設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
同じ中空部内に設けられた上記中央支持柱及び上記外側支持柱において、当該中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、当該外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とは、互いに上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間していることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関用ピストンにおいて、
上記中央支持柱は、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成されており、
ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度は、３０度以上９０未満に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項５】
気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンであって、
上記ピストン本体は、
ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、
ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、
上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、
上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、
上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも１つの中央支持柱が設けられており、
上記中央支持柱が設けられた上記中空部内には、上記中空部を形成する上記複数の壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向に位置する２つの壁部において、該２つの壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部と、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分とを連結させるように、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分から、頂部側かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱がさらに設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項６】
気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンであって、
上記ピストン本体は、
ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、
ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、
上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、
上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、
上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも１つの中央支持柱が設けられており、
上記中央支持柱は、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成されており、
ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度は、３０度以上９０未満に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピストン本体の内部に中空部が形成された内燃機関用ピストンが知られている。例えば、特許文献１に記載の内燃機関用ピストンは、キャビティが設けられかつピストン本体の頂部を形成するヘッド部材（頂部形成壁部）と、ピンボス部（ピストンピン支持部）を有しかつ上記ヘッド部材に連結されるスカート部材とを備え、上記ヘッド部材と上記スカート部材とは、上記キャビティの底部が上記ピンボス部の上部と直接結合することで連結されており、上記キャビティの周囲には、上記キャビティのピストン径方向外側の壁部、上記ヘッド部材のピストン径方向外側の壁部及び上記ピンボス部の上部によって、オイル通路（中空部）が形成されている、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−１７８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的に、ピストン頂部を形成する頂部形成壁部における燃焼室側の部分は、上記燃焼室のペントルーフ形状に対応して上記燃焼室側に突出しており、特許文献１に記載のピストンのように、キャビティの底部がピストンピン支持部の上部と直接結合することはなく、キャビティ（頂部形成壁部）とピストンピン支持部とが離間していることが多い。
【０００５】
上記のように頂部形成壁部とピストンピン支持部とが離間しているピストンにおいても、ピストン全体の軽量化のために、頂部形成壁部とピストンピン支持部との間を金属部材等で埋めるのではなく、ピストン本体の内部に中空部が形成されるように、頂部形成壁部とピストンピン支持部とを連結する連結部が設けられることがある。
【０００６】
中空部が形成されるように連結部を設けると、ピストン全体の軽量化を図ることができる一方、ピストン全体の剛性が低下するため、内燃機関の燃焼サイクルにおける燃焼行程で発生する燃焼圧によって上記頂部形成壁部が押圧された際に、上記頂部形成壁部が変形してしまうおそれがある。上記頂部形成壁部や上記連結部の肉厚を厚くすれば、上記頂部形成壁部の変形が抑制されるが、このようにするとピストン全体の軽量化が困難になる。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストン本体の内部に中空部が形成されたピストンにおいて、該ピストン全体の軽量化と剛性の確保とを両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンを対象として、上記ピストン本体は、ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも１つの中央支持柱が設けられており、上記中空部は、上記頂部形成壁部と上記一対のピストンピン支持部との間にそれぞれ形成されており、上記中央支持柱は、上記一対のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とをそれぞれ連結させるように、上記両中空部内にそれぞれ設けられており、上記両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士は、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間している、構成とした。
【０００９】
この構成によると、上記中空部内に上記中央支持柱が設けられているため、ピストン全体の、軽量化と剛性の確保とを両立させることができる。
【００１０】
具体的には、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部内に、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように中央支持柱を設けることで、該中央支持柱で、内燃機関の燃焼サイクルにおける燃焼行程で発生する燃焼圧に基づく荷重を受けて、該燃焼圧に基づく荷重に対して上記頂部形成壁部を支持することができるようになる。これにより、ピストン全体の剛性を確保することができ、上記燃焼荷重等によって、上記頂部形成壁部が変形してしまうのを防止することができる。
【００１１】
また、上記中央支持柱を設けることによって、上記連結部の肉厚を薄くしたとしても、ピストン全体の剛性を確保することができるため、上記連結部の肉厚を薄くすることができ、ピストン全体の軽量化を図ることができる。
【００１２】
したがって、ピストン本体の内部に中空部が形成されたピストンにおいて、ピストン全体の軽量化と剛性の確保とを両立することができる。
【００１３】
さらに上記の構成によると、上記中空部が、上記頂部形成壁部と上記一対のピストンピン支持部との間にそれぞれ形成されており、上記中央支持柱が両中空部にそれぞれ設けられているため、上記燃焼圧に基づく荷重を両中央支持柱で分散して受けることができ、ピストン全体の剛性を一層確保することができる。
【００１４】
また、仮に、両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士が結合されていると、上記接続部分同士の結合部分に荷重が集中してしまうが、上記両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士を、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間させることによって、上記中央支持柱と上記頂部形成壁部との接続部分における荷重の集中を防止して、上記燃焼圧に基づく荷重をそれぞれの中央支持柱に確実に分散させることができる。また、各中央支持柱と上記頂部形成壁部との接続部分が荷重の集中によって破損するのを防止することができる。
【００１５】
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記中央支持柱が設けられた上記中空部内には、上記中空部を形成する上記複数の壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向に位置する２つの壁部において、該２つの壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部と、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分とを連結させるように、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分から、ピストン径方向外側かつ頂部側に斜めに延びる外側支持柱がさらに設けられている、ことが望ましい。
【００１６】
すなわち、上記頂部形成壁部に燃焼圧がかかったときには、上記ピストン本体全体が該燃焼圧によって押圧されて、上記ピストンピン支持部が上記ピストンピンを押圧する。上記ピストンピンが上記ピストンピン支持部に押圧されると、上記ピストンピン支持部には上記ピストンピンからの該押圧に対する反力がかかる。このピストンピンからの反力についても適切に受けることができるようにしておく必要があるが、上記外側支持柱を設けておくことによって、上記ピストンピンから上記ピストンピン支持部にかかる反力を、上記中央支持柱と上記外側支持柱とで分散して適切に受けることができる。この結果、ピストン全体の剛性をより確保することができる。
【００１７】
上記中空部内に上記中央支持柱及び上記外側支持柱がそれぞれ設けられた内燃機関用ピストンにおいて、同じ中空部内に設けられた上記中央支持柱及び上記外側支持柱において、当該中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、当該外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とは、互いに上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間している、ことが望ましい。
【００１８】
すなわち、仮に、同じ中空部内に設けられた上記中央支持柱及び上記外側支持柱において、当該中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、当該外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とが結合されていると、上記ピストンピン支持部との上記接続部分同士の結合部分に上記ピストンピンからの反力が集中してしまうが、上記中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、上記外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とが互いに上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間していれば、上記ピストンピンからの反力を上記中央支持柱と上記外側支持柱とに確実に分散させることができる。また、上記ピストンピン支持部と上記中央支持柱及び上記外側支持柱との接続部分が、上記ピストンピンからの反力によって破損してしまうのを防止することができる。
【００１９】
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記中央支持柱は、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成されており、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度は、３０度以上９０未満に設定されている、ことが望ましい。
【００２０】
すなわち、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度が小さすぎると、上記燃焼圧がかかった際に、上記中央支持柱自体が大きく変形してしまい、該中央支持柱で上記頂部形成壁部を支持することができなくなってしまう。そのため、上記中央支持柱を、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成し、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度を３０度以上９０未満に設定することによって、上記燃焼圧に基づく荷重を上記中央支持柱で受けて、上記頂部形成壁部を支持することができるようになる。
【００２１】
本発明の第２の態様は、気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンを対象として、上記ピストン本体は、ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも１つの中央支持柱が設けられており、上記中央支持柱が設けられた上記中空部内には、上記中空部を形成する上記複数の壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向に位置する２つの壁部において、該２つの壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部と、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分とを連結させるように、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分から、頂部側かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱がさらに設けられている、という構成とした。
【００２２】
本発明の第３の態様は、気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンを対象として、上記ピストン本体は、ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも１つの中央支持柱が設けられており、上記中央支持柱は、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成されており、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度は、３０度以上９０未満に設定されている、という構成とした。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によると、頂部形成壁部、一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部内に、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と、上記頂部形成壁部とを連結させるように延びる中央支持柱を設けることによって、該中央支持柱で、内燃機関の燃焼サイクルで発生する燃焼圧に基づく荷重を受けて、上記頂部形成壁部を支持することができるようになる。これにより、ピストン全体の剛性を確保することができる。また、上記中央支持柱を設けることによって、上記連結部の肉厚を薄くしたとしてもピストン全体の剛性が確保されるため、上記頂部形成壁部や上記連結部の肉厚を薄くすることができ、ピストン全体の軽量化を図ることができる。この結果、ピストン本体の内部に中空部が形成されたピストンにおいて、該ピストン全体の軽量化と剛性の確保とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関用ピストンが適用された、エンジンの断面図である。
【図２】上記内燃機関用ピストンを示す斜視図である。
【図３】図２のIII-III線断面図である。
【図４】上記内燃機関用ピストンをピストンの中心軸方向に垂直でありかつオイル流入口及びオイル流出口を通る面で切断した断面図である。
【図５】図２のV-V線断面図である。
【図６】ピストン支持部の中心軸方向に対する中央支持柱の角度と、上記内燃機関用ピストンに頂部側から荷重をかけた際に、頂部形成壁部にかかる応力との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施形態の変形例を示す図３相当図である。
【図８】中空部が体心立方格子状に設けられた構造をなす補強部材の格子構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態１に係る内燃機関用ピストン１（以下、ピストン１という）が適用されたエンジン１０２の断面を示す。
【００２７】
この内燃機関としてのエンジン１０２は、１番気筒乃至４番気筒が順に図１の紙面に垂直な方向に直列に配置された直列４気筒エンジンであって、自動車等の車両に搭載される。このエンジン１０２は、シリンダヘッド１０４、シリンダブロック１０５、ロアブロック１０６及びオイルパン（図示省略）が上下に連結されることで構成されている。シリンダブロック１０５には、４つの気筒１０８が配設され、各気筒１０８内に、上記ピストン本体１ａが該気筒１０８の内周面に対して、当該気筒１０８の軸方向（ピストン本体１ａの中心軸方向と一致する）に摺動可能にそれぞれ配設されている。
【００２８】
ピストン１は、ピストン本体１ａとピストンピン１ｂとを備えており、ピストン本体１ａは、ピストンピン１ｂを介してコネクティングロッド１１０の小端部と連結され、コネクティングロッド１１０の反小端部側にある大端部は、ロアブロック１０６に回転自在に支持されたクランク軸１１１と連結されている。ピストン１は、エンジン１０２の燃焼サイクル（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程（膨張行程）及び排気行程）の繰り返しによって、気筒１０８内で、気筒１０８の軸方向に往復動（本実施形態では上下動）するものである。そして、このピストン１の往復動がコネクティングロッド１１０を介してクランク軸１１１に伝達されて、該クランク軸１１１が回転する。シリンダブロック１０５の気筒１０８と、ピストン本体１ａの頂部形成壁部３（図２参照）と、シリンダヘッド１０４とによって燃焼室１１２が気筒１０８毎に区画される。燃焼室１１２の上部は所謂ペントルーフ形状をなしている。
【００２９】
シリンダヘッド１０４には、各燃焼室１１２に開口する吸気ポート１１３と排気ポート１１４とが気筒１０８毎に２つずつ（図１では１つずつ示している）設けられている。各吸気ポート１１３には、各吸気ポート１１３をそれぞれ開閉する吸気バルブ１１５がそれぞれ設けられ、各排気ポート１１４には、各排気ポート１１４をそれぞれ開閉する排気バルブ１１６がそれぞれ設けられている。これら吸気バルブ１１５及び排気バルブ１１６は、不図示のカムシャフトの回動力によって開閉するようになっている。
【００３０】
シリンダブロック１０５には、気筒１０８の排気側の側壁内を気筒列方向に延びるメインギャラリ５４が設けられている。このメインギャラリ５４には、エンジン１０２に配設されたオイルポンプ（図示省略）から吐出されたオイルが流通している。メインギャラリ５４の下側近傍には、このメインギャラリ５４と連通するピストン冷却用のオイルジェット２８が気筒１０８毎に設けられている。このオイルジェット２８は、ピストン本体１ａの下側に配置されたノズル部２８ａを有しており、ノズル部２８ａからピストン本体１ａの頂部形成壁部３近傍に形成されたオイル流入口２０（図３及び図４参照）に向けてエンジンオイル（以下、単にオイルという）を噴射するように構成されている。本実施形態では、エンジン１０２が作動している間は、オイルジェット２８から常にオイルが噴射されるようになっている。尚、ピストン本体１ａが下死点に到達したタイミング、すなわち、ピストン本体１ａがノズル部２８ａに最も近づくタイミングでオイルジェット２８からオイルが噴射されるように構成されていてもよい。
【００３１】
次に、図２〜図６を参照しながら、上記ピストン本体１ａの構成について詳細に説明する。
【００３２】
図２に示すように、ピストン本体１ａの上部は、上記気筒１０８の内周壁面に対して、上記気筒１０８の軸方向に摺動する円筒状部２と、この円筒状部２の上側の開口を塞ぎかつピストン本体１ａの頂部を形成する頂部形成壁部３とで形成されている。頂部形成壁部３の外周部を除く部分は、燃焼室１１２のペントルーフ形状に対応して上側に突出しており、頂部形成壁部３におけるピストン径方向の中央部には、キャビティ３ａが形成されている。また、円筒状部２の外周面には、不図示のピストンリングが嵌められる複数（本実施形態では、３つ）の凹溝部２ａがそれぞれ全周に亘って形成されている。
【００３３】
ピストン本体１ａの下部（円筒状部２の下側）には、２つのスカート部４がピストン径方向でかつピストンピン１ｂ（図１参照）の軸方向（後述のピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向と一致する）に対して垂直な方向に対向するように設けられている。
【００３４】
上記円筒状部２、頂部形成壁部３及びスカート部４は、ピストン外形形状に沿って形成されかつ予め設定された設定肉厚を有する外形周縁部６とされている。尚、外形周縁部６の肉厚部分は、中実である。
【００３５】
２つのスカート部４の間には、上記ピストンピンの両端部がそれぞれ挿入される挿入孔７ａを有しかつ該挿入孔７ａに挿入された該両端部をそれぞれ支持する所定肉厚の略円筒状の一対のピストンピン支持部７が設けられている。一対のピストンピン支持部７は、同軸にかつ該ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向（ピストンピン１ｂの軸方向）に互いに第１所定距離Ｌ１だけ離間して配置されている（図５参照）。また、ピストンピン支持部７は、クランク軸の回転方向との関係で、ピストンピン支持部７の軸方向から見て、ピストン１の中心軸に対して僅かに左側又は右側（本実施形態では左側）にずらして配置されている。一対のピストンピン支持部７の肉厚部分（ピストンピン支持部７の外周面と内周面との間の部分）も、外形周縁部６の肉厚部分と同様に、中実である。尚、第１所定距離Ｌ１は、キャビティ３ａにおける、ピストン本体１ａの中心軸方向及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の両方に垂直な方向の幅よりも狭い距離である。
【００３６】
外形周縁部６の肉厚（上記設定肉厚）及びピストンピン支持部７の肉厚（上記所定肉厚）は、ピストン本体１ａ形状を維持しかつピストンピン１ｂを支持しつつピストン本体１ａを出来る限り軽量化することが可能な肉厚にする。外形周縁部６及びピストンピン支持部７において、肉厚が一定である必要ははく、部分的に薄くなるか、又は厚くなっていてもよい。
【００３７】
また、頂部形成壁部３と一対のピストンピン支持部７との間には、一対のピストンピン支持部７を、それぞれ上記外周縁部６に連結する連結部８が設けられている。また、頂部形成壁部３と一対のピストンピン支持部７との間には、頂部形成壁部３、一対のピストンピン支持部７及び連結部８によって囲まれて形成された中空部９がそれぞれ設けられている。頂部形成壁部３、ピストンピン支持部７及び連結部８は、中空部９を形成する複数の壁部を構成する。
【００３８】
上記連結部８は、図３に示すように、両中空部９を形成する複数の壁部において、ピストン本体１ａの中心軸に垂直な方向を囲む壁部である周壁部８２と、両中空部９内に設けられ、ピストンピン支持部７から外形周縁部６へ略放射状に延びて、両中空部９内を複数の区画室９ａ（本実施形態では、中空部９毎にそれぞれ５室、合計で１０室）に区画する複数の区画壁８３（本実施形態では、中空部９毎に４つ、合計で８つ）とで構成されている。同じ中空部９内に形成された複数の区画壁８３には、同じ中空部９内に形成された複数の区画室９ａを互いに連通させるための連通孔１０がそれぞれ設けられている。連結部８（周壁部８２及び区画壁８３）は、中実である。尚、連結部８が、中空ハニカム構造をなす中空ハニカム構造部を有していてもよい。また、本実施形態では、同じ中空部９内に設けられた複数の区画壁８３は、ピストン本体１ａの中心軸及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃを含む平面について略対称な形状となるように、それぞれ形成されているが、ピストン本体１ａの中心軸及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃを通る面について非対称な形状となっていてもよい。
【００３９】
各周壁部８２は、図４に示すように、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に位置する２つの壁部のうちピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の中央から遠い方の壁部である外壁部８２ａと、上記２つの壁部のうちピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の中央に近い方の壁部である内壁部８２ｂと、ピストン１の中心軸方向及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の両方に垂直な方向の両側の壁部である側壁部８２ｃとをそれぞれ有している。各周壁部８２を構成する各壁部８２ａ〜８２ｃは、互いに一体形成されている。
【００４０】
中空部９は、図３に示すように、頂部形成壁部３、ピストンピン支持部７及び周壁部８２（詳しくは側壁部８２ｃ）によって、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向から見た断面が、該ピストンピン支持部７を中心とする略扇形をなすようにそれぞれ形成されている。また、各区画壁８３がピストンピン支持部７から外形周縁部６へ向かって略放射状に延びることで、各区画室９ａは、ピストンピン支持部７から外形周縁部６に向かって略放射状をなすように広がっている。
【００４１】
両中空部９は、それぞれ、頂部形成壁部３を冷却するためのオイルが流通する冷却通路を構成するものであり、図４に示すように、両中空部９をそれぞれ形成する周壁部８２の内壁部８２ｂには、エンジン１０２（図１参照）に配設されたオイルジェット２８（図１参照）から噴射されたオイルを、中空部９内に流入させるためのオイル流入口２０と、中空部９内からオイルを流出させるためのオイル流出口３０と、がそれぞれ形成されている。両中空部９内にそれぞれ流入したオイルは、両中空部９内にそれぞれ形成された区画室９ａ内に溜められて、ピストン１の往復動によって区画室９ａ内で撹拌されながら、頂部形成壁部３の中空部９側の壁面と接触してピストン本体１ａの頂部を冷却する。
【００４２】
また、本実施形態では、図３に示すように、上記周壁部８２におけるピストンピン支持部７との接続部分又は該接続部分の近傍とスカート部４の下端部とを連結する補強部１５が設けられている。補強部１５は、中実である。尚、本実施形態では、補強部１５は、ピストンピン支持部７の軸方向から見て、ピストン１の中心軸及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃの両方に垂直な方向（図３の左右方向）の両側にそれぞれ設けられているが、クランク軸１１１の回転によって荷重がかかりやすい側（吸排気方向の吸気側、図３では右側）にのみ設けられていてもよい。また、補強部１５が、連結部８と同様に、中空ハニカム構造をなす中空ハニカム構造部を有していてもよい。
【００４３】
本実施形態では、図５に示すように、両中空部９内には、両ピストンピン支持部７における頂部形成壁部３と対向する部分、すなわち、両ピストンピン支持部７の上部７ｂと、ピストン１の頂部形成壁部３におけるピストン径方向の中央部、詳しくはキャビティ３ａの底部とを連結させるように、ピストンピン支持部７の上部７ｂから頂部形成壁部３に向かってピストン径方向内側に斜めに延びた一対の中央支持柱１６が形成されている。詳しくは後述するが、中央支持柱１６は、エンジン１０２の燃焼サイクルの燃焼行程において発生する燃焼圧に基づく荷重に対して頂部形成壁部３を支持するためのものである。
【００４４】
両中央支持柱１６は、それぞれ直径が２ｍｍ〜５ｍｍの中実な円柱状をなしており、両中央支持柱１６は、ピストン本体１ａの中心軸方向上側から見たときに、少なくともピストンピン支持部７側の端部が、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ上に位置するようにそれぞれ形成されている。本実施形態では、両中央支持柱１６は、それぞれピストンピン支持部７の上部７ｂからキャビティ３ａの底部へ向かって、キャビティ３ａの底部に近づくに連れてピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向において互いに接近するように、ピストン径方向内側に傾斜して延びている。また、両中央支持柱１６は、ピストン本体１ａの中心軸方向の中間の部分で内壁部８２ｂと一体となって、キャビティ３ａの底部まで延びている。
【００４５】
両中央支持柱１６、ピストン本体１ａの中心軸方向及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の両方に垂直な方向から見た、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に対する鋭角側が、所定の角度範囲となるようにそれぞれ設けられている。また、図５に示すように、両中央支持柱１６における頂部形成壁部３との接続部分同士は、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に第２所定距離Ｌ２だけ離間するようにそれぞれ設けられている。以下、上記角度範囲と上記第２所定距離Ｌ２の大きさとについて、図６を参照しながら説明する。
【００４６】
図６は、中央支持柱１６のピストン支持部７の中心軸Ｃ方向に対する鋭角側の角度と、頂部形成壁部３全体に頂部側（本実施形態では上側）から均一に荷重をかけた際に、該頂部形成壁部３にかかる応力との関係をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。
【００４７】
上記シミュレーションでは、第２所定距離Ｌ２が０ｍｍ，２０ｍｍ及び４０ｍｍの各値の場合に、中央支持柱１６のピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に対する鋭角側の角度を変化させたときの、頂部形成壁部３にかかる応力の最大値を計算している。上記シミュレーションの条件としては、ピストン１の直径を３００ｍｍとし、ピストンピン支持部７の上部７ｂと頂部形成壁部３との間隔を２００ｍｍとし、中央支持柱１６の直径を３ｍｍとするとともに、頂部形成壁部３全体にかける荷重を１００Ｎとしている。尚、このシミュレーションでは、中央支持柱１６が、外壁部８２ａと接続されるようなレイアウトとなってしまう角度の範囲、すなわち、第２所定距離Ｌ２が０ｍｍのときの１２度未満の範囲、第２所定距離Ｌ２が２０ｍｍのときの２５度未満の範囲、及び、第２所定距離Ｌ２が４０ｍｍのときの２８度未満の範囲については計算していないため、これらの範囲については、図６に示されていない。
【００４８】
第２所定距離Ｌ２が０ｍｍ，２０ｍｍ及び４０ｍｍのときの頂部形成壁部３にかかる応力の最大値に注目すると、第２所定距離Ｌ２が０ｍｍ、すなわち両中央支持柱１６と頂部形成壁部３との接続部分同士が結合している状態よりも、第２所定距離Ｌ２が２０ｍｍ，４０ｍｍ、すなわち両中央支持柱１６と頂部形成壁部３との接続部分同士が離間している状態の方が、頂部形成壁部３にかかる応力が全体的に小さくなることが分かる。これは、両中央支持柱１６と頂部形成壁部３との接続部分が互いに結合しているときには、上記接続部分に荷重が集中してかかってしまう一方、上記接続部分同士が離間しているときには、荷重が両中央支持柱１６に分散されて、上記接続部分に応力が集中しにくくなるためである。
【００４９】
また、第２所定距離Ｌ２が０ｍｍのときには、基本的に上記鋭角側の角度が小さくなるにつれて頂部形成壁部３にかかる応力の最大値が上昇する一方、第２所定距離Ｌ２が２０ｍｍ及び４０ｍｍのときには、上記鋭角側の角度が３０度以上９０度未満の範囲において、頂部形成壁部３にかかる応力の最大値が略一定であることが分かる。すなわち、両中央支持柱１６と頂部形成壁部３との接続部分同士が結合している状態よりも、両中央支持柱１６と頂部形成壁部３との接続部分同士が離間している状態の方が、頂部形成壁部３にかかる応力が上記鋭角側の角度に対して変化しにくくなる。
【００５０】
さらに、第２所定距離Ｌ２の値に関わらず、上記鋭角側の角度が３０度未満になると、頂部形成壁部３にかかる応力の最大値が急増することが分かる。つまり、上記鋭角側の角度が３０度未満になると、頂部形成壁部３にかかる荷重を両中央支持柱１６で受けきれず、両中央支持柱１６で頂部形成壁部３を支持できなくなり、該頂部形成壁部３に大きな応力がかかるようになる。
【００５１】
このシミュレーションの結果から、本実施形態では、第２所定距離Ｌ２、及び、中央支持柱１６のピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に対する鋭角側の角度の範囲を、頂部形成壁部３全体に頂部側から荷重がかかった際に、該頂部形成壁部３にかかる応力の最大値が安定して７Ｎ／ｍｍ２以下になるような値に設定している。具体的には、第２所定距離Ｌ２を２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度に設定するとともに、ピストン本体１ａの中心軸方向及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の両方に垂直な方向から見た、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に対する鋭角側の角度を３０度以上９０度未満の範囲に設定している。
【００５２】
また、本実施形態では、図５に示すように、中央支持柱１６が設けられた中空部９内には、中空部９を形成する複数の壁部のうちピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に位置する２つの壁部である外壁部８２ａ及び内壁部８２ｂにおいて、外壁部８２ａ及び内壁部８２ｂのうちピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の中央から遠い方の壁部である外壁部８２ａと、一対のピストンピン支持部７の上部７ｂとをそれぞれ連結させるように、ピストンピン支持部７の上部７ｂから、頂部形成壁部３側（頂部側）かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱１７がそれぞれ設けられている。詳しくは後述するが、外側支持柱１７は、ピストン本体１ａに上記燃焼圧がかかる際に、ピストンピン１ｂからピストンピン支持部７にかかる反力に対して、ピストンピン支持部７をそれぞれ支持するためのものである。
【００５３】
外側支持柱１７は、中央支持柱１６と同様に、それぞれ直径が２ｍｍ〜５ｍｍの中実な円柱状をなしている。両外側支持柱１７は、図４に示すように、ピストン本体１ａの中心軸方向から見たときに、少なくともピストンピン支持部７側の端部が、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ上に位置するように形成されている。
【００５４】
また、両外側支持柱１７は、ピストン本体１ａの中心軸方向及びピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の両方に垂直な方向から見た、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に対する鋭角側の角度が、３０度〜６０度となるように形成されている。
【００５５】
さらに、図５に示すように、同じ中空部９内に設けられた中央支持柱１６及び外側支持柱１７において、当該中央支持柱１６におけるピストンピン支持部７との接続部分と、当該外側支持柱１７におけるピストンピン支持部７との接続部分とは、互いにピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に第３所定距離Ｌ３離間している。第３所定距離Ｌ３は、第２所定距離Ｌ２よりも短いか、又は、第２所定距離Ｌ２と同程度の距離に設定されており、具体的には１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度に設定されている。
【００５６】
外形周縁部６、ピストンピン支持部７、連結部８、補強部１５、中央支持柱１６及び外側支持柱１７は、金属部材（本実施形態では、アルミニウム合金）で互いに一体形成されたものである。
【００５７】
上記のようなピストン１のピストン本体１ａを製造するには、金属積層造型機（例えば、３Ｄプリンタ）によって製造することが望ましい。金属積層造型機によってピストン本体１ａを製造するには、例えばピストン本体１ａの頂部形成壁部３から層状に一層ずつ順に形成して、これらの層を積み重ねる。上記各層においては、粒径が例えば２０μｍ以上１２５μｍ以下の金属粉末を一様に敷き、その敷いた金属粉末にレーザー光でスキャンすることにより焼結と融解凝固とを繰り返して造型する。このとき中空部９に相当する箇所にはレーザー光を照射しないので金属粉末がそのまま残る。中空部９内に残った金属粉末は、オイル流入口２０、オイル流出口３０及び連通孔１０を通じて取り除かれる。これにより、外形周縁部６、ピストンピン支持部７、連結部８、補強部１５、中央支持柱１６及び外側支持柱１７は、金属部材（本実施形態では、アルミニウム合金）で互いに一体形成されてなるピストン本体１ａが完成する。尚、連結部８や補強部１５がハニカム構造部を有している場合には、ハニカム構造部のハニカム孔に相当する箇所にはレーザー光を照射しないようにして、上記ハニカム孔が形成される。そして、上記ハニカム孔内に残った金属粉末は、別途設けた孔を通じて取り除かれるようになっている。
【００５８】
尚、中空部９を形成する際に、上記金属積層造型機を用いる製造以外にも、例えば、塩中子を用いた鋳造によって形成することが可能である。塩中子を用いる場合には、鋳造を行った後、中空部９を形成している塩中子を水等で溶解させて、オイル流入口２０、オイル流出口３０及び連通孔１０を通じて取り除くことで、中空部９が形成される。
【００５９】
エンジン１０２の燃焼サイクルにおける燃焼行程では、ピストン本体１ａの頂部形成壁部３に燃焼圧がかかる。そのため、上記燃焼圧によって頂部形成壁部３が変形しないように、ピストン本体１ａの構成を、上記燃焼圧に基づく荷重を適切に受けることができるような構成とする必要がある。
【００６０】
これに対し、本実施形態では、頂部形成壁部３と一対のピストンピン支持部７との間にそれぞれ形成された中空部９内に、ピストンピン支持部７の上部７ｂと頂部形成壁部３におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように中央支持柱１６をそれぞれ設けることによって、上記燃焼圧に基づく荷重を両中央支持柱１６で受けて、頂部形成壁部３を支持することができる。つまり、中央支持柱１６を設けることによって、ピストン１全体の剛性を確保することができる。これにより、上記燃焼圧によって、頂部形成壁部３が変形してしまうのを防止することができる。また、中央支持柱１６を設けて、ピストン１全体の剛性を確保することによって、頂部形成壁部３や連結部８の肉厚を薄くすることができるため、ピストン１全体の軽量化を図ることができる。したがって、ピストン本体１ａの内部に中空部９が形成されたピストン１において、該ピストン１全体の、軽量化と剛性の確保とを両立させることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、両中央支持柱１６における頂部形成壁部３との接続部分同士は、ピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に第２所定距離Ｌ２だけ離間している。この第２所定距離Ｌ２を、上記エンジンの燃焼サイクルにおいて、両中央支持柱１６に燃焼圧に基づく荷重がかかる際に、該燃焼圧に基づく荷重が各中央支持柱１６にそれぞれ略均等に分散されて、頂部形成壁部３にかかる応力を十分に抑えることができる程度の距離に設定することで、具体的には２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度に設定することで、上記燃焼圧に基づく荷重がそれぞれの中央支持柱１６に略均一に分散されるようになり、ピストン１の剛性を一層確保することができる。また、仮に、両中央支持柱１６における頂部形成壁部３との接続部分同士が結合されていると、該結合部分に荷重が集中して、上記接続部分が破損するおそれがあるが、両中央支持柱１６における頂部形成壁部３との接続部分同士が第２所定距離Ｌ２離間していることによって、上記接続部分が破損するのを防止することができる。
【００６２】
両中央支持柱１６は、図５に示すように、ピストン本体１ａの中心軸を通りかつピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に垂直な面について、互いに略対称な形状となるように形成されていることが望ましい。すなわち、上記のように両中央支持柱１６を形成することによって、それぞれの中央支持柱１６にかかる荷重が略均等になり、ピストン１全体の剛性を一層確保しやすくなる。
【００６３】
さらに、本実施形態では、中央支持柱１６が設けられた中空部９内に、中空部９を形成する複数の壁部のうちピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に位置する２つの壁部である外壁部８２ａ及び内壁部８２ｂにおいて、外壁部８２ａ及び内壁部８２ｂのうちピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向の中央から遠い方の壁部である外壁部８２ａと、ピストンピン支持部７の上部７ｂとをそれぞれ連結させるように、ピストンピン支持部７の上部７ｂから、頂部側かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱１７がそれぞれ設けられている。
【００６４】
すなわち、頂部形成壁部３に燃焼圧がかかったときには、ピストン本体１ａ全体が該燃焼圧によって押圧されて、ピストンピン支持部７がピストンピン１ｂ（図１参照）を押圧する。ピストンピン１ｂが押圧されると、ピストンピン１ｂからピストンピン支持部７に該押圧に対する反力がかかる。このピストンピン１ｂからの反力についても適切に受ける必要があるが、本実施形態のように、外側支持柱１７を設けておくことによって、ピストンピン１ｂから反力を、中央支持柱１６と外側支持柱１７とで分散して受けることができる。
【００６５】
また、頂部形成壁部３に燃焼圧がかかったときには、ピストンピン１ｂ及びコネクティングロッド１１０（図１参照）を介して、燃焼圧に基づく荷重がクランク軸１１１（図１参照）に伝達される。燃焼圧に基づく荷重がクランク軸１１１に伝達されると、ピストンピン１ｂ及びコネクティングロッド１１０を介して、クランク軸１１１からの上記荷重に対する反力が一対のピストンピン支持部７にかかる。つまり、頂部形成壁部３に燃焼圧がかかったときには、一対のピストンピン支持部７には、ピストンピン１ｂからの反力に加えて、クランク軸１１１からの反力もかかる。しかしながら、上記のように外側支持柱１７を設けておけば、外側支持柱１７でクランクピン１ｂ及びクランク軸１１１からの反力を、中央支持柱１６と外側支持柱１７とで分散して受けて、ピストンピン支持部７を支持することができる。このことから、ピストン１全体の剛性を一層確保することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、同じ中空部９内に設けられた中央支持柱１６及び外側支持柱１７において、当該中央支持柱１６におけるピストンピン支持部７との接続部分と、当該外側支持柱１７におけるピストンピン支持部７との接続部分とは、互いにピストンピン支持部７の中心軸Ｃ方向に第３所定距離Ｌ３だけ離間している。この第３所定距離Ｌ３を、エンジン１０２の燃焼サイクルにおいて、中央支持柱１６及び外側支持柱１７に、ピストンピン１ｂ及びクランク軸１１１からの反力がかかる際に、該反力が中央支持柱１６及び外側支持柱１７のそれぞれに略均等に分散されて、ピストンピン支持部７にかかる応力を十分に抑えることができる程度の距離に設定することで、具体的には１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度に設定することで、ピストンピン１ｂ及びクランク軸１１１からピストンピン支持部７にかかる反力を中央支持柱１６と外側支持柱１７とで確実に分散して受けることができる。
【００６７】
また、仮に、同じ中空部９内に設けられた中央支持柱１６及び外側支持柱１７において、当該中央支持柱１６におけるピストンピン支持部７との接続部分と、当該外側支持柱１７におけるピストンピン支持部７との接続部分とが互いに結合されていると、該結合部分に上記反力が集中してしまい、上記接続部分が破損してしまうおそれがあるが、同じ中空部９内に設けられた中央支持柱１６及び外側支持柱１７において、当該中央支持柱１６におけるピストンピン支持部７との接続部分と、当該外側支持柱１７におけるピストンピン支持部７との接続部分とが互いに離間していることによって、上記接続部分が破損するのを防止することができる。
【００６８】
図７は、本実施形態の変形例を示し、この変形例では、上述の実施形態に対して一部の区画室９ａ内に補強構造部９１を設けたものである。
【００６９】
補強構造部９１は、図８に示すように、球状をなした球状中空部９２が体心立方格子状に設けられた構造をなしている。各球状中空部９２は互いに連通しており、一部の区画室９ａ内に補強構造部９１が設けられているとしても、オイルが各区画室９ａ内を流通できるようになっている。すなわち、この変形例では、頂部形成壁部３、一対のピストンピン支持部７及び連結部８（周壁部８２及び区画壁８３）に加えて、補強構造部９１を形成する金属部材によって、中空部９が形成されており、球状中空部９２は中空部９の一部を構成している。立方体である単位格子の一辺の長さＡは、１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが望ましく、球状中空部９２の半径ｒは、上記長さＡの値に応じて、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７０】
補強構造部９１は、外形周縁部６、ピストンピン支持部７、連結部８、補強部１５、中央支持柱１６及び外側支持柱１７と共に、金属部材（アルミニウム合金）で互いに一体形成されている。すなわち、中央支持柱１６及び外側支持柱１７が設けられた区画室９ａ内では、補強構造部９１を形成する金属部材と中央支持柱１６及び外側支持柱１７とが一体となって存在している。
【００７１】
この変形例においても、金属積層造型機を使用してピストン本体１ａを製造することができる。すなわち、球状中空部９２に相当する箇所にはレーザー光を照射しないようにすることで、球状中空部９２を形成することができる。このとき、球状中空部９２内に残った金属粉末は、オイル流入口２０、オイル流出口３０及び連通孔１０を通じて取り除かれる。
【００７２】
この変形例のように、補強構造部９１を形成することで、補強構造部９１を形成しない場合と比較して、ピストン１全体の剛性を一層確保することができる。
【００７３】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００７４】
例えば、上述の実施形態では、各ピストンピン支持部７と頂部形成壁部３との間に中空部９がそれぞれ形成されていたが、これに限らず、一対のピストンピン支持部７のうちの一方のピストンピン支持部７と頂部形成壁部３との間にのみ中空部９が形成され、他方のピストンピン支持部７と頂部形成壁部３との間が中実であってもよい。この場合、中央支持柱１６及び外側支持柱１７は、上記一方のピストンピン支持部７と頂部形成壁部３との間に形成された中空部９内に設けられる。
【００７５】
また、上述の実施形態では、補強構造部９１は、球状中空部９２が体心立方格子状に設けられた構造をなしていたが、これに限らず、球状中空部９２が面心立方格子状に設けられた構造をなしていてもよい。
【００７６】
さらに、上述の実施形態では、ピストン１は、直列４気筒エンジンに適用されていたが、これに限らず、複数の気筒を有する直列エンジンやＶ型エンジンに適用することができ、また単気筒エンジンにも適用することができる。
【００７７】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、内部に中空部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、該ピストン全体の、軽量化と剛性の確保とを両立させる場合に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１      内燃機関用ピストン
１ａ    ピストン本体
１ｂ    ピストンピン
３      頂部形成壁部
７      ピストンピン支持部
７ｂ    ピストンピン支持部の上部（ピストンピン支持部における頂部形成壁部と対向する部分）
８      連結部
８２ａ  外壁部（ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部）
９      中空部
１６    中央支持柱
１７    外側支持柱
１０２  エンジン（内燃機関）
１０８  気筒
Ｃ      ピストンピン支持部の中心軸
【図１】
0006354792.tif 000002
【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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