(57)【要約】【課題】ピストン２とコネクティングロッド１とを連結するピストンピン３において、ピストン２のボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａに対する嵌合部分の耐焼付き性を向上可能とする。【解決手段】ピストンピン３の外周面においてボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａの内側開口側および外側開口側に対応する場所に、それぞれ周方向に連続する油溝３１〜３４が設けられている。この油溝３１〜３４に貯留された潤滑油は、徐々にピストンピン３とボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａとの嵌合面へ供給されて、当該嵌合面に油膜を作ることになる。これにより、ピストンピン３とボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａとが油膜を介して接触する状態となって潤滑条件が良好となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピンであって、
その外周面において前記ピストンのボス部ピン孔の内側開口側および外側開口側に対応する場所に、それぞれ周方向に連続する油溝が設けられていることを特徴とするピストンピン。
【請求項２】
ピストンとコネクティングロッドとがピストンピンで連結されるピストンアッセンブリであって、
前記ピストンピンが、前記ピストンのボス部ピン孔にすきま嵌めにより装着され、かつ、前記ボス部ピン孔の外側開口側に装着される止め輪でもって抜け止めされており、
このピストンピンが、請求項１に記載の構成とされていることを特徴とするピストンアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のピストンアッセンブリにおいて、前記ボス部には、シリンダ内の潤滑油を前記ピストンピンの油溝へ供給するための通路が設けられていることを特徴とするピストンアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、農耕機械、航空機等に使用される内燃機関においてピストンとコネクティングロッドとを連結するためのピストンピン、ならびにピストンアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の運転中において、例えばピストンのボス部への応力集中を緩和するために、当該ボス部の内周面に対策を施すことが考えられている（例えば特許文献１，２参照。）。
【０００３】
このようにピストンのボス部に設けてあるピン孔に、いろいろな加工を施すことは困難かつ煩雑であることが指摘される。
【０００４】
ところで、ピストンが往復運動中に揺れてシリンダ内周面に当接することにより、スラップ音が発生することを防止するために、ピストンのスカート部に外環部材を取り付け、スカート部外面と外環部材の内面との間に、クランクシャフト側からコネクティングロッド、ピストンピンならびにピストンのスカート部等にそれぞれ設けた油溝や油通路を経て、潤滑油を供給させるように対策した構造が提案されている（例えば特許文献３参照。）。
【０００５】
この従来例では、ピストンピンの外周面における軸方向両端と軸方向中央に周方向に連続する油溝を一つ設けるとともに、この油溝の底とピストンピンの中心孔とを連通する径方向孔を設けている。ピストンピンの中心孔両端には、それぞれキャップが取り付けられて閉塞されている。
【特許文献１】特開平１０−１０３５１３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０３９９３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ９７／０２４１８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の高出力化を図るに伴い、内燃機関の運転中には、ピストンの上昇過程におけるコネクティングロッドによる突き上げ荷重、ピストン慣性力、さらには、爆発行程における燃焼室内の爆発荷重等によって、ピストンピンが撓むという現象が発生しやすくなる。
【０００７】
本願発明者は、上記ピストンピンの撓みに伴いピストンのボス部とピストンピンとの嵌合部分に、過大な応力が作用しやすく、そこの耐焼付き性が低下するおそれがあることを知見し、このような知見に基づき本発明を提案するに至った。
【０００８】
なお、上記特許文献３では、ピストンピンの外周面の軸方向両端に油溝を設けているが、この油溝は、あくまでも、ピストンピンの中心孔に供給された潤滑油をピストンのスカート部に設けられる油通路を経て、スカート部外面と外環部材の内面との間に導くための通路であって、ピストンのボス部ピン孔とピストンピンとの嵌合面全体に油を供給保持するためのものではなく、また、そのようなことを示唆する記載や、そのようにすることの必要性に関する記載等ない。しかも、ピストンピンの外周面の軸方向両端に設ける油溝について、ピストンのボス部ピン孔に対する設置場所を特定するような記載や、その特定が優位になることを示唆するような記載もない。
【０００９】
本発明は、ピストンピンにおいて、ピストンのボス部ピン孔に対する嵌合部分の耐焼付き性を向上可能とすることを目的としている。また、本発明は、ピストンアッセンブリにおいて、寿命ならびに信頼性の向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピンであって、その外周面において前記ピストンのボス部ピン孔の内側開口側および外側開口側に対応する場所に、それぞれ周方向に連続する油溝が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、前記ボス部ピン孔とピストンピンとの嵌合部分へ、シリンダ内の潤滑油が入ると、当該嵌合面で油膜を形成するとともに、前記油溝に入り込んで貯留されることになる。この油溝に貯留された潤滑油は、徐々に前記嵌合面へ供給されて、当該嵌合面に油膜を作ることになる。これにより、前記ピストンピンとボス部ピン孔とが油膜を介在した流体潤滑状態あるいは境界潤滑状態となって潤滑条件が良好となるから、耐焼付き性が向上することになる。
【００１２】
また、本発明は、ピストンとコネクティングロッドとがピストンピンで連結されるピストンアッセンブリであって、前記ピストンピンが、前記ピストンのボス部ピン孔にすきま嵌めにより装着され、かつ、前記ボス部ピン孔の外側開口側に装着される止め輪でもって抜け止めされており、このピストンピンが、上記構成とされていることを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、前記ボス部ピン孔にピストンピンがすきま嵌め状態で嵌合されているから、その嵌合部分へシリンダ内の潤滑油が入りやすくなるとともに、油溝へ溜まりやすくなる。また、上記のような嵌め合い関係では、ピストンの往復運動過程において、ピストンピンとピストンのピン孔との嵌合部分が、周方向両方向に所定角度範囲で摺接するようになるが、この嵌合部分で油膜切れが発生しにくくなる。これらのことから、前記嵌合部分の潤滑条件が長期にわたって良好となり、寿命ならびに信頼性の向上が可能となる。
【００１４】
好ましくは、前記ピストンアッセンブリにおいて、前記ボス部に、シリンダ内の潤滑油を前記ピストンピンの油溝へ供給するための通路が設けられたものとすることができる。
【００１５】
この構成によれば、シリンダ内の潤滑油が前記通路を通じて油溝に供給されるようになるから、油溝へ潤滑油がさらに溜まりやすくなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のピストンピンによれば、ピストンのボス部ピン孔に対する嵌合部分の耐焼付き性を向上することが可能になる。本発明のピストンアッセンブリによれば、寿命ならびに信頼性の向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１から図４に、本発明の一実施形態を示している。
【００１８】
図１に示すように、コネクティングロッド１の小端側円筒部１１に、ピストン２がピストンピン３を介して連結されている。コネクティングロッド１の大端側円筒部１２は、公知のようにクランクシャフト（図示省略）に連結される。
【００１９】
ピストン２におけるクラウン部２１の下方には、周方向で対向する一対のボス部２２，２３が設けられている。このボス部２２，２３には、ピストンピン３を装着するためのピン孔２２ａ，２３ａが設けられている。
【００２０】
このピン孔２２ａ，２３ａの外側開口端には、ピストンピン３を抜け止めするためのサークリップ等の止め輪４が装着される係止溝２４が設けられている。
【００２１】
ピストンピン３は、金属製の円筒部材からなり、ピストン２のピン孔２２ａ，２３ａに挿入されると共に、コネクティングロッド１の小端側円筒部１１に複数個のころ５を介して挿入される。
【００２２】
ところで、コネクティングロッド１の小端側円筒部１１とピストン２とをピストンピン３によって連結する際は、ピストンピン３を、ピストン２の一方のボス部２２のピン孔２２ａ側から挿入して、コネクティングロッド１の小端側円筒部１１を挿通してピストン２の他方のボス部２３のピン孔２３ａ内に挿入し、最後に、ピストン２の両ピン孔２２ａ，２３ａの外側開口に止め輪４を装着して、ピストンピン３を抜け止めする。
【００２３】
このとき、ピストンピン３とピストン２のピン孔２２ａ，２３ａとの嵌め合い部分は、正の隙間を持つようにすきま嵌めとされており、その関係より、止め輪４でもってピストンピン３の軸方向への抜け出しを防止するようになっている。
【００２４】
このような嵌め合い関係では、ピストン２の往復運動過程において、ピストンピン３とピストン２のピン孔２２ａ，２３ａとの嵌合部分が、周方向両方向に所定角度範囲で摺接するようになる。
【００２５】
ここで、本発明の特徴部分について説明する。
【００２６】
本願発明者は、内燃機関の高出力化を図るに伴い、内燃機関の運転中に、ピストン２の上昇過程におけるコネクティングロッド１による突き上げ荷重、ピストン２の慣性力、さらには、爆発行程における燃焼室内の爆発荷重等によって、ピストンピン３が撓むという現象が発生することを知見した。
【００２７】
さらに、本願発明者は、上述したようなピストンピン３の撓みに伴い、ピストンピン３においてピストン２のボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａの内側開口側と外側開口側とに対応する場所に、過大な応力が作用して、そこの耐焼付き性が低下することを知見した。
【００２８】
このような知見に基づき、ピストンピン３の外周面の軸方向両端部分に、それぞれ二つずつ、周方向に連続する油溝３１，３２，３３，３４を設けるようにしている。
【００２９】
なお、以下において、ピストンピン３の軸方向外端寄りの油溝３１，３３を、外側油溝と言い、ピストンピン３の軸方向中央寄りの油溝３２，３４を、内側油溝と言うことにする。
【００３０】
具体的に、これらすべての油溝３１〜３４は、ピストン２のボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａの軸方向幅内に配置されており、各油溝３１〜３４内には、ピストン２の往復運動に伴いシリンダ内に存在する潤滑油が貯留されるようになる。
【００３１】
そして、図４中の二点鎖線で示すように、外側油溝３１，３３は、ピストンピン３の外周面においてピストン２のボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａの外側開口側に対応する場所に設けられている。
【００３２】
一方の内側油溝３２，３４は、ピストンピン３の外周面においてピストン２のボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａの内側開口側に対応する場所に設けられている。
【００３３】
なお、図４では、ピストンピン３の軸方向中間が上向きに張り出すように撓んだ状態を示しており、そのときに、図４中の二点鎖線で囲む場所に応力が集中する。
【００３４】
但し、ピストン２の慣性力が作用するときには、図示していないが、図４に示す状態とは逆に、ピストンピン３の軸方向中間が下向きに張り出すように撓んだ状態となり、そのときに、図４中の二点鎖線で囲む場所と１８０度対向する場所に、応力が集中することになる。
【００３５】
いずれにしても、外側油溝３１，３３および内側油溝３２，３４を周方向に連続するものとしているから、そこに貯留保持される潤滑油が、ピストンピン３の外周面においてピストン２のボス部２２，２３内端側とボス部２２，２３外端側とに対応する場所およびその周辺に安定的に供給されるようになって、ピストンピン３とボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａとの嵌合面に油膜が途切れなく作られることになる。
【００３６】
これにより、ピストンピン３とボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａとが油膜を介在した流体潤滑状態あるいは境界潤滑状態となって潤滑条件が良好となるから、前記応力集中を受けた状態でピストンピン３とピン孔２２ａ，２３ａとが摺接しても油膜切れが発生しにくくなり、耐焼付き性が向上する結果となる。
【００３７】
ところで、ピストン２の往復運動に伴いピストンピン３が撓んだ場合に、ピストンピン３に径方向に沿うせん断応力が作用する。具体的に、前記せん断応力は、ピストンピン３においてピストン２のピン孔２２ａ，２３ａの内側開口端縁に対応する位置で最大となり、その位置からピン孔２２ａ，２３ａの外側開口へ向けて離れるに従い徐々に小さくなる。
【００３８】
したがって、ピストンピン３における強度上の観点からすると、前記最大のせん断応力に耐えうる肉厚を確保するのが好ましいが、ピストンピン３の肉厚は、軽量化を図るために極力薄くすることも大事である。なお、ピストンピン３の軽量化は、ピストン２の慣性力を低減するうえで有利となる。
【００３９】
これらのことを考慮し、油溝３１〜３４については、ピストンピン３の強度を低下させないようにしたうえで、十分な潤滑油の貯留量を確保するために、例えば図３に示すように、油溝３１〜３４は、軸方向幅Ｘが深さＹよりも大きく設置されている。
【００４０】
この深さＹは、ピストンピン３の肉厚を薄くするうえでの障害とならない深さに設定するのが好ましく、また、幅Ｘは、潤滑油の貯留量と、ピン孔２２ａ２３ａに対するピストンピン３の嵌合面積との関係を考慮して適宜設定するのが好ましい。参考までに、その一例としては、例えば幅Ｘは、２ｍｍ〜５ｍｍに、また、深さＹは、１５μｍ〜４０μｍに設定することができる。
【００４１】
なお、外側油溝３１，３３と内側油溝３２，３４とは、同じサイズでなくてもよい。
【００４２】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。
【００４３】
（１）上記実施形態において、例えば図５に示すように、ピストン２のボス部２２，２３に、内側油溝３２，３４の溝底に開口するように径方向内外に貫通する孔からなる通路２５，２６，２７，２８を設けてもよい。
【００４４】
この場合、通路２５〜２８からピストンピン３の内側油溝３２，３４にシリンダ内の潤滑油が効率よく供給されることになる。そのため、この内側油溝３２，３４からピストンピン３とボス部２２，２３のピン孔２２ａ，２３ａとの嵌合面に、十分な潤滑油が供給されやすくなるので、前記嵌合面に油膜を途切れなく形成するうえでさらに有利となる。
【００４５】
なお、上記同様に、図示していないが、外側油溝３１，３３の溝底に開口するように径方向内外に貫通する孔からなる通路を設けてもよい。
【００４６】
（２）上記実施形態において、油溝３１〜３４の数については、ピストンピン３の強度を必要十分に確保するよう考慮すれば、特に限定されるものではない。
【００４７】
（３）上記実施形態において、コネクティングロッド１の小端側円筒部１１とピストンピン３との間に複数のころ５を介装しただけの簡易な構造にしているが、そこに介装する転がり軸受としてのタイプは特に限定されない。また、そのような転がり軸受を用いずに、コネクティングロッド１の小端側円筒部１１にピストンピン３を直接的に挿入させてすべり接触としたものも本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るピストンピンの一実施形態で、ピストンアッセンブリを分解して示す断面図である。
【図２】図１のピストンアッセンブリの組立状態を示しており、ピストンピンの中心軸線に沿って径方向から断面にした図である。
【図３】図１のピストンピンにおける軸方向一端側部分の上半分を断面にして示す拡大側面図である。
【図４】図２においてピストンの往復運動過程でのピストンピンの様子を示す図である。
【図５】本発明に係るピストンピンの他の実施形態で、図２に対応する図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      コネクティングロッド
１１      コネクティングロッドの小端側円筒部
２      ピストン
２２，２３      ピストンのボス部
２２ａ，２３ａ    ボス部のピン孔
３      ピストンピン
３１，３３      ピストンピンの外側油溝
３２，３４      ピストンピンの内側油溝
【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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