(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用ピストンであって、
ピストン本体と、
上記ピストン本体の内部に設けられ、上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を少なくとも含む複数の壁部により形成された中空部と、
上記中空部内にオイルを流入させるためのオイル流入口と、
上記中空部内に流入したオイルを該中空部外に流出させるためのオイル流出口と、を備え、
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頂部形成壁部を含む外形周縁部と、
ピストンピンの両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有し、該挿入孔に挿入された該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を有し、
上記中空部は、上記外形周縁部における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、
上記両中空部を形成する上記複数の壁部の少なくとも一部の壁部は、上記連結部によって構成されており、
上記両中空部と連通する上記両オイル流入口及び上記両オイル流出口は、上記中空部を形成する上記複数の壁部における、上記頂部形成壁部と対向する壁部よりも上記頂部側にそれぞれ位置するとともに、上記連結部によって構成された壁部おける、上記ピストンピン支持部よりも上記頂部側の部分にそれぞれ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２】
請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
上記両オイル流入口は、上記連結部における、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の一側の部分にそれぞれ形成されており、
上記両オイル流出口は、上記連結部における、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の他側の部分にそれぞれ形成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３】
請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
上記連結部は、上記両中空部内を、それぞれ複数の区画室に区画するように、上記一対のピストンピン支持部から上記外形周縁部に向かって略放射状に延びる複数の区画壁を有し、
上記複数の区画室は、上記複数の区画壁に形成された複数の連通孔によって互いに連通しており、
上記各中空部において、上記複数の区画室のうちの、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における最も外側に位置する２つの区画室のうちの一方の区画室は、それぞれ上記オイル流入口によって上記中空部外と連通している一方、上記２つの区画室のうちの他方の区画室は、それぞれ上記オイル流出口によって上記中空部外と連通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３に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
上記複数の区画室のうちの、少なくとも、上記ピストンピン支持部の中心軸方向から見てピストン軸上に位置する区画室において、該区画室を形成する区画壁にそれぞれ設けられた連通孔は、当該区画壁における下側の部分にそれぞれ形成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】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関用ピストンにおいて、
上記中空部を通りかつ上記ピストンピン支持部の中心軸方向に垂直な面で切断した断面を、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に見たときに、上記頂部形成壁部における上記中空部を形成する壁面の上記オイル流入口近傍の部分は、上記ピストン本体の内側から外側に向かってピストン軸方向の反頂部側に傾斜した傾斜面である一方、上記頂部形成壁部における上記中空部を形成する壁面の上記オイル流出口近傍の部分は、上記ピストン本体の内側から外側に向かってピストン軸方向の反頂部側に傾斜した傾斜面であ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、ピストンを冷却するためのオイルが流通する冷却通路としての中空部を備えた、内燃機関用ピストンが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ピストンの頂部を形成する金属板（頂部形成壁部）の裏面側全体に冷却通路としての中空部が形成されるように上記ピストンの上部内方に設けられた、水平な仕切り壁を備え、該仕切り壁に、上記中空部と上記ピストンの下方とを連通させるようにオイル流入口（オイル供給口）及びオイル流出口（オイル排出口）が設けられた内燃機関用ピストンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−１８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の作動中において最も温度が高くなりやすい部分は、ピストン本体における燃焼室内に望んだ部分である、ピストンの頂部であり、内燃機関の作動中には該頂部を効率的に冷却することが求められる。内燃機関の作動中に上記頂部を効率的に冷却するためには、特許文献１に記載のように、ピストンの内部に、ピストンの頂部を形成する頂部形成壁部を少なくとも含むように中空部を形成することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関用ピストンでは、上記中空部を形成する仕切り壁部が、上記中空部の底部を形成しており、オイル流入口及びオイル流出口は、上記仕切り壁部に設けられているため、上記オイル流入口から流入したオイルが、上記中空部内に溜まりにくく、上記オイルは、上記流入口から上記中空部内に流入した後、すぐに上記オイル流出口から上記中空部外に流出してしまう。このような構成では、上記オイルが上記頂部形成壁部の中空部側の壁面に接触しにくく、ピストンの頂部の冷却効率が悪い。そのため、ピストンの頂部の冷却効率の向上という観点からは改善の余地がある。
【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、内燃機関の作動中に、ピストンの頂部を効率良くに冷却することが可能な内燃機関用ピストンを提供することにある。
【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、内燃機関用ピストンを対象として、ピストン本体と、上記ピストン本体の内部に設けられ、上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を少なくとも含む複数の壁部により形成された中空部と、上記中空部内にオイルを流入させるためのオイル流入口と、上記中空部内に流入したオイルを該中空部外に流出させるためのオイル流出口と、を備え、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頂部形成壁部を含む外形周縁部と、ピストンピンの両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有し、該挿入孔に挿入された該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を有し、上記中空部は、上記外形周縁部における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、上記両中空部を形成する上記複数の壁部の少なくとも一部の壁部は、上記連結部によって構成されており、上記両中空部と連通する上記両オイル流入口及び上記両オイル流出口は、上記中空部を形成する上記複数の壁部における、上記頂部形成壁部と対向する壁部よりも上記頂部側にそれぞれ位置するとともに、上記連結部によって構成された壁部おける、上記ピストンピン支持部よりも上記頂部側の部分にそれぞれ設けられている、構成とした。
【０００９】
この構成によると、上記オイル流入口及び上記オイル流出口が、上記中空部を形成する上記複数の壁部における、上記頂部形成壁部と対向する壁部よりも、上記頂部側に位置するように形成されているため、例えばオイルジェット等から噴射されて、上記オイル流入口から上記中空部内に流入したオイルが、即座に上記オイル流出口から流出することはなく、上記オイルは、一旦、上記中空部内に溜められる。上記中空部内に溜められたオイルは、上記ピストン本体の往復動により上記中空部内で撹拌される。このとき、上記中空部内に溜められたオイルの一部が上記頂部形成壁部に向かってはねて、該頂部形成壁部と接触することで、該頂部形成壁部、すなわち、ピストンの頂部が冷却される。また、上記中空部内に溜められたオイルは、上記ピストン本体の往復動による撹拌によって、上記オイル流出口の高さ位置に到達し、上記オイル流出口から上記中空部外に流出する。これにより、上記頂部を冷却した後の相対的に温度が高いオイルは、上記中空部内から上記中空部外へ排出される。そして、上記オイル流入口から新たなオイルが上記中空部内へ流入する。この結果、上記内燃機関が作動して、上記ピストン本体が往復動をしている間は、上記頂部を相対的に温度の低いオイルで冷却することができるため、上記内燃機関の作動中に、ピストンの頂部を効率良く冷却することができる。
【００１０】
また、この構成によると、上記両中空部を形成する複数の壁部の少なくとも一部の壁部が、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で構成されているため、ピストン本体の内部に中空部を形成したことによるピストン全体の剛性の低下を抑制することができる。
【００１１】
さらに、上記両オイル流入口及び上記両オイル流出口が、上記連結部における、上記ピストンピン支持部よりも上記頂部側の部分にそれぞれ設けられていることから、上記両中空部内にオイルを溜めやすくなり、ピストンの頂部の冷却効率を向上させることができる。
【００１２】
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記両オイル流入口は、上記連結部における、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の一側の部分にそれぞれ形成されており、上記両オイル流出口は、上記連結部における、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の他側の部分にそれぞれ形成されている、ことが望ましい。
【００１３】
この構成によると、上記両オイル流入口から上記両中空部内にそれぞれ流入したオイルが、該両中空部内を、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の一側から他側まで流通した後、上記両オイル流出口から上記両中空部外にそれぞれ流出するようになるため、オイルが上記両中空部内の全体を流通するようになる。これにより、ピストンの頂部全体を均一に冷却することができ、ピストンの頂部を一層効率良く冷却することができる。
【００１４】
上記両中空部を形成する複数の壁部のうちの少なくとも一部の壁部が、上記連結部である内燃機関用ピストンにおいて、上記連結部は、上記両中空部内を、それぞれ複数の区画室に区画するように、上記一対のピストンピン支持部から上記外形周縁部に向かって略放射状に延びる複数の区画壁を有し、上記複数の区画室は、上記複数の区画壁に形成された複数の連通孔によって互いに連通しており、上記各中空部において、上記複数の区画室のうちの、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における最も外側に位置する２つの区画室のうちの一方の区画室は、それぞれ上記オイル流入口によって上記中空部外と連通している一方、上記２つの区画室のうちの他方の区画室は、それぞれ上記オイル流出口によって上記中空部外と連通している、ことが望ましい。
【００１５】
この構成によると、上記両中空部内に、上記ピストンピン支持部から上記外形周縁部に向かって略放射状に延びる複数の区画壁がそれぞれ設けられているため、該複数の区画壁によって、ピストン本体の内部に中空部を設けたことによるピストンの剛性の低下を一層抑えることができる。また、上記複数の区画壁によって区画された複数の区画室は、上記複数の区画壁にそれぞれ形成された複数の連通孔によって互いに連通していることから、上記オイル流入口から上記オイル流出口までの上記オイルの流通については確保することができる。
【００１６】
また、各区画室内にオイルが溜まるように各連通孔を形成することにより、各区画室内に溜められたオイルで、ピストンの頂部を区画室毎に冷却することができ、これにより、ピストンの頂部を一層均一に冷却することができるようになる。
【００１７】
上記両中空部内が、上記複数の区画壁によって区画された内燃機関用ピストンにおいて、上記複数の区画室のうちの、少なくとも、上記ピストンピン支持部の中心軸方向から見てピストン軸上に位置する区画室において、該区画室を形成する区画壁にそれぞれ設けられた連通孔は、当該区画壁における下側の部分にそれぞれ形成されている、ことが望ましい。
【００１８】
すなわち、上記オイルには、内燃機関の燃焼サイクルによって生じた煤等の異物が混入していることがあり、この異物については中空部内に滞留させないようにする必要がある。通常、上記異物は、上記オイル中に沈むため、少なくとも、上記ピストンピン支持部の中心軸方向から見てピストン軸上に位置する区画室を形成する区画壁にそれぞれ設けられた連通孔については、当該区画壁における下側の部分にそれぞれ形成することで、上記区画室の底部に沈んだ異物を、上記連通孔を通じて排出することができる。
【００１９】
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記中空部を通りかつ上記ピストンピン支持部の中心軸方向に垂直な面で切断した断面を、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に見たときに、上記頂部形成壁部における上記中空部を形成する壁面の上記オイル流入口近傍の部分は、上記ピストン本体の内側から外側に向かってピストン軸方向の反頂部側に傾斜した傾斜面である一方、上記頂部形成壁部における上記中空部を形成する壁面の上記オイル流出口近傍の部分は、上記ピストン本体の内側から外側に向かってピストン軸方向の反頂部側に傾斜した傾斜面である、ことが望ましい。
【００２０】
この構成によると、上記オイル流入口から流入するオイルが、上記頂部形成壁部における上記中空部側の壁面によって跳ね返って上記オイル流入口から排出されてしまうのを防止することができる。また、上記ピストン本体の往復動によって、上記頂部形成壁部における上記中空部側の壁面に接触したオイルが、上記傾斜面に沿って上記オイル流出口から流出しやすくなる。これにより、上記中空部を介したオイルの循環が円滑になり、ピストンの頂部に対する冷却効率が向上する。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によると、ピストン本体を冷却するためのオイルは、オイル流入口から中空部内に流入して、該中空部内に溜められ、ピストン本体の往復動による撹拌によって、上記ピストンの頂部を形成する頂部形成壁部に接触して、上記頂部を冷却する。そして、上記頂部を冷却した後は、ピストン本体の往復動による撹拌によって、オイル流出口から上記中空部外に流出される。これにより、上記ピストン本体が往復動をしている間は、上記頂部を相対的に温度の低いオイルで冷却することができる。この結果、内燃機関の作動中に、ピストンの頂部を効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】上記内燃機関用ピストンを下側から見た図である。
【図４】図１のIV-IV線断面図である。
【図５】図１のV-V線断面図である。
【図６】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７】図１のVII-VII線断面図である。
【図８】図１のVIII-VIII線断面図である。
【図９】本発明に係る実施形態の変形例を示す図４相当図である。
【図１０】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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、クランクケース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、後述するピストン本体１ａが該気筒１０８の内周面に対してそれぞれ摺動可能に配設されている。
【００２６】
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、クランクケース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（ピストン本体１ａの中心軸方向（ピストン軸方向）と一致する）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。
【００２７】
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つずつ表示している）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。
【００２８】
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〜図５参照）にむ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。
【００２９】
次に、図２〜図８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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
２つのスカート部４の間には、ピストンピン１ｂ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の中心軸方向に互いに所定間隔を空けて配置されている。また、ピストンピン支持部７は、クランク軸１１１の回転方向との関係で、ピストンピン支持部７の中心軸方向から見て、ピストン本体１ａ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。
【００３４】
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の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。
【００３５】
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。各連結部８は、頂部形成壁部３、ピストンピン支持部７及び連結部８によって、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、中空部９が形成されるように設けられている。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。
【００３６】
上記連結部８は、図４及び図６に示すように、中空部９を囲む周壁部８２と、両中空部９内にそれぞれ設けられ、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９０（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。詳しくは後述するが、各区画壁８３には各区画室９０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。尚、連結部８（周壁部８２、区画壁８３）は、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る。
【００３７】
周壁部８２は、図６に示すように、ピストンピン支持部７の中心軸方向の両側と、ピストン１の中心軸方向及びピストンピン支持部７の中心軸方向の両方に垂直な方向の両側とにそれぞれ壁部を有しており、周壁部８２における各壁部は、互いに一体形成されている。
【００３８】
両中空部９は、図４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によって、ピストンピン支持部７の中心軸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９０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。
【００３９】
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側の部分とスカート部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も、周壁部８２と同様に、中空ハニカム構造を有している。尚、本実施形態では、補強部１５は、ピストンピン支持部７の中心軸方向から見て、排気ポート１１４側（図３で左側）及び吸気ポート１１３側（図３で右側）の両方に設けられているが、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。
【００４０】
さらに、両中空部９内において、ピストンピン支持部７の中心軸方向から見て、ピストン本体１ａの軸上に位置する部分には、中央支持柱１６がそれぞれ設けられている。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、図８に示すように、それぞれピストンピン支持部７の上部からキャビティ３ａの底部へ向かって、該底部に近づくほど、ピストンピン支持部７の中心軸方向において、互いに接近するようにピストンピン支持部７の中心軸方向内側に傾斜して延びている。これら一対の中央支持柱１６によって、ピストン本体１ａの内部に中空部９を形成したことによるピストン本体１ａの剛性の低下を抑制することができる。
【００４１】
外形周縁部６、ピストンピン支持部７、連結部８（周壁部８２及び区画壁８３）、補強部１５及び中央支持柱１６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。
【００４２】
本実施形態では、両中空部９は、ピストン本体１ａの頂部を冷却するためのオイルが流通する冷却通路を構成している。具体的には、図３及び図５に示すように、周壁部８２のピストンピン支持部７中心軸方向の内側の壁部には、両中空部９内にオイルを流入させるためのオイル流入口２０と、両中空部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。上記両オイル流入口２０は、周壁部８２のピストンピン支持部７中心軸方向の内側の壁部における、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の中心軸方向の両方に垂直な方向の一側（オイルジェット２８が設けられている側、本実施形態ではエンジン１０２の排気ポート１１４側）の部分に形成されており、上記両オイル流出口３０は、周壁部８２のピストンピン支持部７中心軸方向の内側の壁部における、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の中心軸方向の両方に垂直な方向の他側（オイルジェット２８が設けられていない側、本実施形態ではエンジン１０２の吸気ポート１１３側）の部分に形成されている。
【００４３】
両オイル流入口２０及び両オイル流出口３０は、図４に示すように、ピストン本体１ａの中心軸方向において、中空部９を形成する複数の壁部における頂部形成壁部３と対向する壁部（すなわち、ピストンピン支持部７）よりもピストン本体１ａの頂部側（本実施形態では上側）の位置に設けられている。詳しくは、周壁部８２におけるピストンピン支持部７中心軸方向の内側に位置する壁部おける頂部形成壁部３の近傍部分にそれぞれ設けられている。また、両オイル流入口２０は、各中空部９において、各中空部９内にそれぞれ形成された５つの区画室９０のうちの、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の中心軸方向の両方に垂直な方向の最も外側に位置する２つの区画室９０の一方（後述する第１の区画室９０ａ）とそれぞれ連通している一方、両オイル流出口３０は上記２つの区画室９０の他方（後述する第５の区画室９０ｅ）とそれぞれ連通している。各オイル流入口２０及び各オイル流出口３０の開口径は、およそオイルジェット２８のノズル２８ａの開口径と同等であり、具体的には３ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００４４】
以下の説明では、複数の区画壁８３を、オイル流入口２０側からオイル流出口３０側へ向かって、第１の区画壁８３ａ、第２の区画壁８３ｂ、第３の区画壁８３ｃ及び第４の区画壁８３ｄということがある（これらを区別しない場合には、単に、区画壁８３という）。また、複数の区画室９０を、オイル流入口２０側からオイル流出口３０側へ向かって、第１の区画室９０ａ、第２の区画室９０ｂ、第３の区画室９０ｃ、第４の区画室９０ｄ及び第５の区画室ｅということがある（これらを区別しない場合には、単に、区画室９０という）。
【００４５】
各区画室９０ａ〜９０ｅは、各区画壁８３ａ〜８３ｄにそれぞれ設けられた連通孔１０（図６参照）によって互いに連通している。以下の説明では、第１の区画壁８３ａに設けられた連通孔１０を第１の連通孔１０ａ、第２の区画壁８３ｂに設けられた連通孔１０を第２の連通孔１０ｂ、第３の区画壁８３ｃに設けられた連通孔１０を第３の連通孔１０ｃ、及び、第４の区画壁８３ｄに設けられた連通孔１０を第４の連通孔１０ｄということがある（これらを区別しない場合には、単に、連通孔１０という）。
【００４６】
図６に示すように、隣接する区画壁８３に設けられた連通孔１０同士（例えば、第２の連通孔１０ｂに対して、第１の連通孔１０ａ及び第３の連通孔１０ｃ）は、互いにピストンピン支持部７の中心軸方向にずれて配置されている。詳しくは、各連通孔１０ａ〜１０ｄは、オイル流入口２０側からオイル流出口３０側に向かって、ピストンピン支持部７の中心軸方向にジグザグに配置されている。これにより、各区画室９０ａ〜９０ｅ内において、ピストン本体１ａの中心軸に垂直な方向全体にオイルが広がりやすくなるため、各区画室９０内全体にオイルが広がりやすくなる。
【００４７】
また、図７に示すように、ピストンピン支持部７の中心軸方向から見て、ピストン本体１ａの軸上（本実施形態では、ピストンピン支持部７の直上）に位置する区画室９０である第３の区画室９０ｃにおいて、該第３の区画室９０ｃを区画する第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃには、第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃにおける下側の部分、詳しくは、第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃにおける、ピストンピン支持部７と第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃとの接続部分の近傍に、第２の連通孔１０ｂ及び第３の連通孔１０ｃがそれぞれ設けられている。第１の区画壁８３ａ及び第４の区画壁８３ｄには、ピストンピン支持部７よりも上側かつオイル流入口２０及びオイル流出口３０よりも下側の部分に第１の連通孔１０ａ及び第４の連通孔１０ｄがそれぞれ設けられている。尚、上述したように、第１乃至第４の連通孔１０ａ〜１０ｄは、互いにピストンピン支持部７の中心軸方向にジグザグに配置されているため、第２の連通孔１０ｂ及び第４の連通孔１０ｄは、図７で示す断面上には位置しておらず、図７では見えていない。
【００４８】
尚、図示を省略しているが、周壁部８２における第３の区画室９０ｃを形成する部分（ピストンピン支持部７中心軸方向の両側の壁部）、第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃの少なくとも一つには、第３の区画室９０ｃ内にオイルを溜める際に、予め第３の区画室９０ｃ内に存在する空気を抜くための空気抜き孔も設けられている。
【００４９】
オイルジェット２８から噴射されたオイルは、先ず、頂部形成壁部３に当たり、それから、それぞれのオイル流入口２０（図４及び図５参照）に向かって分散して、該両オイル流入口２０から各第１の区画室９０ａに流入する。第１の区画室９０ａに流入したオイルは、一旦、該第１の区画室９０ａ内に溜められる。第１の区画室９０ａ内に溜められたオイルは、油面が第１の連通孔１０ａの高さ位置に到達したり、ピストン本体１ａの往復動による撹拌によって第１の連通孔１０ａに到達したりすることによって、該第１の連通孔１０ａを通じて第２の区画室９０ｂに流入する。第２の区画室９０ｂ内に流入したオイルは、第２の連通孔１０ｂを通じて第３の区画室９０ｃに流入する。第３の区画室９０ｃ内に流入したオイルは、ピストン本体１ａの中心軸に垂直な方向に広がった後、第３の連通孔１０ｃを通じて第４の区画室９０ｄに流入する。第４の区画室９０ｄに流入したオイルは、第４の区画室９０ｄ内に溜められて油面が第４の連通孔１０ｄの高さ位置に到達したり、ピストン本体１ａの往復動による撹拌によって第４の連通孔１０ｄに到達したりすることによって、該第４の連通孔１０ｄを通じて第５の区画室９０ｅに流入する。第５の区画室９０ｅに流入したオイルは、第５の区画室９０ｅ内に溜められる。そして、第１乃至第５の区画室９０ａ〜９０ｅに溜められているオイルは、ピストン本体１ａの往復動によって各区画室９０ａ〜９０ｅ内で撹拌されながら、頂部形成壁部３における中空部９側の壁面に接触して、該頂部形成壁部３（すなわち、ピストン本体１ａの頂部）を冷却する。
【００５０】
また、第５の区画室９０ｅ内に溜められたオイルは、このピストン本体１ａの往運動によって、それぞれのオイル流出口３０（図４及び図５参照）から中空部９外に流出する。中空部９外に流出したオイルは、エンジン１０２に配設された上記オイルパンに流入する。その後、エンジン１０２に配設された上記オイルポンプによって吐出されて、メインギャラリ５４内を流通した後、オイルジェット２８から再び噴射される。尚、ピストン１が往復動する際には、第５の区画室９０ｅに溜められたオイルがオイル流出口３０を通じて流出するだけではなく、第１の区画室９０ａ内に溜められたオイルもオイル流入口２０を通じて流出するが、オイル流入口２０から中空部９外に流出するオイルの量よりもオイル流入口２０から中空部９内に流入するオイルの量の方が多いため、問題にならない。
【００５１】
本実施形態では、図４に示すように、頂部形成壁部３における中空部９側の壁面において、両オイル流入口２０の近傍の部分は、オイル流入口２０に向かってそれぞれ下側（ピストン軸方向の反頂部側）に傾斜した傾斜面３ｂとなっており、両オイル流出口３０の近傍の部分も、オイル流出口３０に向かってそれぞれ下側（ピストン軸方向の反頂部側）に傾斜した傾斜面３ｂとなっている。これにより、両オイル流入口２０から各中空部９内に流入するオイルが、頂部形成壁部３における中空部９側の壁面によって跳ね返されて両オイル流入口２０からそれぞれ排出されてしまうのを防止することができる。また、ピストン１の往復動によって、頂部形成壁部３における中空部９側の壁面に接触したオイルが、傾斜面３ｂに沿って両オイル流出口３０から中空部９外に流出しやすくなる。この結果、中空部９を介したオイルの循環が円滑になり、ピストン１の頂部に対する冷却効率が向上する。
【００５２】
上記のようなピストン本体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溶融凝固を繰り返すことで造形する。このとき両中空部９に相当する箇所及びハニカム構造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ので金属粉末がそのまま残る。両中空部９内に残った粉末は、両オイル流入口２０、両オイル流出口３０及び各連通孔１０ａ〜１０ｄを通じて取り除かれる。また、上記ハニカム孔内に残った粉末は、別途設けた孔を通じて取り除かれる。これにより、外形周縁部６、一対のピストンピン支持部７、連結部８（周壁部８２及び区画壁８３）、補強部１５及び中央支持柱１６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。
【００５３】
尚、連結部８や補強部１５にハニカム構造を採用しない場合には、上記金属積層造型機を用いる製造方法以外の製造方法、例えば、塩中子を用いた鋳造によってピストン本体１ａを形成することが可能である。塩中子を用いてピストン本体１ａを形成する場合には、鋳造を行った後、両中空部９を形成している塩中子を水等で溶解させて、両オイル流入口２０、両オイル流出口３０及び各連通孔１０ａ〜１０ｄを通じて取り除くことで、両中空部９がそれぞれ形成される。
【００５４】
したがって、本実施形態では、ピストン本体１ａの内部に形成され、頂部形成壁部３を少なくとも含む複数の壁部によってそれぞれ形成された中空部９と、両中空部９内にそれぞれオイルを流入させるための両オイル流入口２０と、両中空部９内からそれぞれオイル流出させるための両オイル流出口３０とを備え、両オイル流入口２０及び両オイル流出口３０は、ピストン本体１ａの中心軸方向（ピストン軸方向）において、各中空部９を形成する複数の壁部のうちのピストンピン支持部７側の壁部（頂部形成壁部３と対向する壁部）よりも、ピストン本体１ａの頂部側に位置するようにそれぞれ形成されているため、両オイル流入口２０から両中空部９内にそれぞれ流入したオイルを、両中空部９内に溜めることができ、ピストン本体１ａの往復動によって、両中空部９内に溜められたオイルを撹拌しながら、頂部形成壁部３における中空部９側の壁面に上記オイルを接触させて、頂部形成壁部３、すなわち、ピストン本体１ａの頂部を冷却することができる。また、ピストン本体１ａの頂部を冷却して温められたオイルは、ピストン本体１ａの往復動による撹拌によって両オイル流出口３０からそれぞれ流出する。そして、両オイル流入口２０を通じて新たなオイルが両中空部９内に供給される。これにより、ピストン１の頂部を効率的に冷却することができる。
【００５５】
また、両オイル流入口２０は、周壁部８２のピストン径方向内側の壁部における、ピストン本体１ａの中心軸方向及び上記ピストンピン支持部７の中心軸方向の両方に垂直な方向の一側の部分にそれぞれ形成されており、両オイル流出口３０は、周壁部８２のピストン径方向内側の壁部における、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の中心軸方向の両方に垂直な方向の他側の部分にそれぞれ形成されているため、両オイル流入口２０から両中空部９内にそれぞれ流入したオイルが、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の中心軸方向の両方に垂直な方向の一側から他側まで流通した後、両オイル流出口３０から両中空部９外にそれぞれ流出するようになる。この結果、ピストン１の頂部全体を均一に冷却することができる。
【００５６】
さらに、両中空部９内が、それぞれ、複数の区画壁８３によって複数の区画室９０に区画されており、複数の区画室９０は複数の連通孔１０によって互いに連通しているため、図７に示すように、各区画室９０ａ〜９０ｅ内にそれぞれオイルを溜めることができる。これにより、区画室９０毎に、頂部形成壁部３における中空部９側の壁面にオイルを接触させることができ、この結果、ピストン１の頂部を一層均一に冷却することができるようになる。
【００５７】
また、ピストンピン支持部７の中心軸方向から見て、ピストン本体１ａの軸上に位置する区画室である第３の区画室９０ｃにおいて、該第３の区画室９０ｃを形成する、第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃにそれぞれ設けられた第２の連通孔１０ｂ及び第３の連通孔１０ｃは、第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃにおける下側の部分、詳しくは、ピストンピン支持部７と第２の区画壁８３ｂ及び第３の区画壁８３ｃとの接続部分の近傍に形成されているため、オイルに混入した煤等の異物を中空部９内に滞留させないようにすることができる。これにより、連通孔１０が上記異物によって目詰まりを起こしてオイルが中空部９内を流通しなくなるのを防止することができる。
【００５８】
図９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第２乃至第４の区画室９０ｂ〜９０ｄ内に補強構造部９１を設けたものである。
【００５９】
補強構造部９１は、図１０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、第２乃至第４の区画室９０ｂ〜９０ｄ内に補強構造部９１が設けられているとしても、オイルが第２乃至第４の区画室９０ｂ〜９０ｄ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。補強構造部９１が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。
【００６０】
上記補強構造部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及び中央支持柱１６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たものである。
【００６１】
このような補強構造部９１を形成することで、ピストン本体１ａの内部に中空部９（図９及び図１０参照）を形成したことによるピストン本体１ａの剛性の低下をより抑えることができる。また、第２乃至第４の区画室９０ｂ〜９０ｄ内では、ピストン１の頂部（頂部形成壁部３）の熱が補強構造部９１を形成する金属部材を伝達して中空部９（図１０参照）内に伝えられ、補強構造部９１から中空部９内に溜められたオイルに放出されるようになるため、ピストン１の頂部を一層効率良く冷却することができるようになる。
【００６２】
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。
【００６３】
例えば、上述の実施形態では、両中空部９内に区画室９０が５室ずつ、合計で１０室形成されていたが、これに限らず、区画室９０が１０室以上形成されていてもよく、１０室未満であってもよい。また、上述の実施形態では、第３の区画室９０ｃよりもオイル流入口２０側の区画室９０の数（第１の区画室９０ａ及び第２の区画室９０ｂの２室）と第３の区画室９０ｃよりもオイル流出口３０側の区画室９０の数（第４の区画室９０ｄ及び第５の区画室９０ｅの２室）が同じであったが、これに限らず、第３の区画室９０ｃよりもオイル流入口２０側の区画室９０の数と第３の区画室９０ｃよりもオイル流出口３０側の区画室９０の数とが異なっていてもよい。これらの構成であっても、各区画室９０は、各区画壁８３にそれぞれ設けられた連通孔１０によって互いに連通させることで、各区画室９０にオイルを流入させることが可能である。
【００６４】
さらに、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。
【００６５】
また、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。
【００６６】
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】
【００６７】
本発明は、内燃機関用ピストンとして有用であり、特にピストンの頂部を効率良く冷却するものとして有用である。
【符号の説明】
【００６８】
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
３ｂ    傾斜面
６      外形周縁部
７      ピストンピン支持部
８      連結部
９      中空部
１０    連通孔
２０    オイル流入口
３０    オイル流出口
８３    区画壁
９０    区画室
９０ｃ  第３の区画室（ピストンピン支持部の中心軸方向からみて、ピストン軸上に位置する区画室）
１０２  エンジン（内燃機関）
【図１】
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【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】
0006384518.tif 000008
【図８】
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【図９】
0006384518.tif 000010
【図１０】
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