(57)【要約】【課題】  本発明は、皿ばねがずれることを抑制できるピストンを提供する。【解決手段】  ピストン１０は、ピストン基部２０と、ピストン移動部３０と、ピストン基部２０とピストン移動部３０との間に形成される収容部７０と、収容部７０内に収容されて中心に貫通孔５１を有する皿ばね５０と、ピストン基部２０またはピストン移動部３０の少なくともどちらか一方に形成され、貫通孔５１から偏移するとともに、収容部７０内にピストン中心軸Ｘと平行な方向に延びるずれ防止柱４０とを備える。皿ばね５０は、ずれ防止柱４０が挿入されるずれ防止用貫通孔５０を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンボスが形成されるピストン基部と、
前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、
前記ピストン基部と前記ピストン移動部との間に形成される収容部と、
前記収容部内に収容されて中心に第１の貫通孔を有する皿ばねと、
前記ピストン基部または前記ピストン移動部の少なくともどちらか一方に形成され、前記第１の貫通孔から偏移するとともに、前記収容部内にピストン中心軸と平行な方向に延びるずれ防止柱と
を具備し、
前記皿ばねは、前記ずれ防止柱が挿入される第２の貫通孔を有する
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記皿ばねは、前記皿ばねの外周縁同士または前記第１の貫通孔の周縁同士のどちらか一方が当接するように複数重ねられ、
前記第２の貫通孔は、前記皿ばねの外周縁および前記第１の貫通孔の周縁から所定距離の位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記第２の貫通孔の中心は、前記皿ばねの外周縁および前記第１の貫通孔の周縁からの距離が等しい位置に設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記ずれ防止柱は、前記ピストン基部に設けられ、
前記ピストン移動部には前記ずれ防止柱が挿入され、前記ピストン移動部の往復動を許容する凹部が形成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレシプロ式内燃機関に用いられるピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アウタピストンとインナピストンとを備える可変圧縮比ピストンが提案されている。アウタピストンとインナピストンとの間には、皿ばねが収容されている。燃焼室内の圧力が大きくなると、皿ばねがたわむことによってアウタピストンが下がり、それゆえ、燃焼室内が意図する圧力を超えないようにするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１７６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるピストンであると、ピストン内部で皿ばねがずれると、皿ばねがピストン内面に接触する。このことによって、ピストン内面が摩耗することが考えられる。また、特許文献１に開示されるピストンが互いに重なる複数の皿ばねを備える場合、これら複数の皿ばねどうしが互いにずれたり回転することがある。このような場合では、互いに重なる皿ばねどうしの相対姿勢がずれることになり、上記したピストン内面の摩耗に加えて、皿ばねどうしの接触箇所がずれることに起因して皿ばね全体のばね特性が変化することが考えられる。このため、ピストン内部で皿ばねがずれることは好ましくない。
【０００５】
本発明は、皿ばねがずれることを抑制できるピストンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のピストンは、ピストンボスが形成されるピストン基部と、前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、前記ピストン基部と前記ピストン移動部との間に形成される収容部と、前記収容部内に収容されて中心に第１の貫通孔を有する皿ばねと、前記ピストン基部または前記ピストン移動部の少なくともどちらか一方に形成され、前記第１の貫通孔から偏移するとともに、前記収容部内にピストン中心軸と平行な方向に延びるずれ防止柱とを備える。前記皿ばねは、前記ずれ防止柱が挿入される第２の貫通孔を有する。
【０００７】
請求項２に記載のピストンでは、請求項１の記載において、前記皿ばねは、前記皿ばねの外周縁同士または前記第１の貫通孔の周縁同士のどちらか一方が当接するように複数重ねられる。前記第２の貫通孔は、前記皿ばねの外周縁および前記第１の貫通孔の周縁から所定距離の位置に設けられる。
【０００８】
請求項３に記載のピストンでは、請求項２の記載において、前記第２の貫通孔の中心は、前記皿ばねの外周縁および前記第１の貫通孔の周縁からの距離が等しい位置に設けられる。
【０００９】
請求項４に記載のピストンでは、請求項１から請求項３のうちのいずれか１項の記載において、前記ずれ防止柱は、前記ピストン基部に設けられる。前記ピストン移動部には前記ずれ防止柱が挿入され、前記ピストン移動部の往復動を許容する凹部が形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば本発明は、皿ばねがずれることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るピストンの断面図。
【図２】図１に示されたピストンが分解された状態を示す断面図。
【図３】図１に示された皿ばねを、重なる方向に見た状態を示す平面図。
【図４】図１に示された範囲Ｆ４を拡大して示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係るピストンを、図１〜４を用いて説明する。図１は、ピストン１０を示す断面図である。図２は、ピストン１０が分解された状態を示す断面図である。図１，２に示すように、ピストン１０は、ピストン基部２０と、ピストン移動部３０と、ずれ防止柱４０と、複数の皿ばね５０と、止め輪６０とを備えている。
【００１３】
ピストン基部２０は、本体部２１と、ピストンボス２２とを有している。本体部２１は、一例として、平面形状が円であり、一定の厚みを有する形状である。ピストンボス２２は、本体部２１に形成されている。ピストンボス２２は、図示しないコネクティングロッドがピストンピンを介して連結される孔２４が形成されている。
【００１４】
ピストン移動部３０は、ピストンヘッド３１と、リング溝３２が形成されるリング部３３と、スカート部３４とを有している。スカート部３４は、リング部３３の周縁部から立ち上がるように一体に形成されており、それゆえ、ピストン移動部３０は内側が凹む形状である。
【００１５】
ピストン基部２０は、ピストン移動部３０の内側に収容されている。ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して移動可能である。ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａを図中矢印で示している。往復動方向Ａは、直線方向である。往復動方向Ａは、本実施形態では、ピストン１０の中心軸Ｘと平行である。また、往復動方向Ａは、ピストン移動部３０の外面３８に平行な方向である。外面３８は、同一方向に延びている。より具体的に説明すると、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａは、図示しないシリンダ内でのピストンの往復動方向に平行である。
【００１６】
ピストン移動部３０には、止め輪６０が嵌め込まれる溝３７が形成されている。止め輪６０は、ピストン移動部３０内に収容されたピストン基部２０が外れないように、ピストン基部２０を支持する。
【００１７】
ここで、ピストン１０の状態について説明する。上記のように、ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して、往復動方向Ａに平行な近づく方向Ａ１と離れる方向Ａ２とに移動可能である。図１に示すようにピストン移動部３０がピストン基部２０に対して最も離れた位置にある状態を、初期状態Ｐ１とする。図１は、初期状態Ｐ１を示している。初期状態Ｐ１では、本体部２１が止め輪６０に接触しており、それゆえ、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の移動が抑制される状態である。ピストン移動部３０がピストン基部２０に最も近づいた状態（図示せず）を最大圧縮状態とする。最大圧縮状態は、後述される皿ばね５０が最大にたわんだ状態である。
【００１８】
ピストン移動部３０がピストン基部２０に組み付けられた状態において、ピストン基部２０とピストン移動部３０との間には、収容部７０が形成される。本実施形態では、収容部７０は、ピストン移動部３０の内壁部３６と、ピストン基部２０の本体部２１とによって形成される。
【００１９】
収容部７０のピストン基部２０側の端面７１は、ピストン基部２０の本体部２１の表面であり、往復動方向Ａに垂直な平面である。端面７１を往復動方向Ａに見る平面形状は、円である。収容部７０のピストン移動部３０側の端面７２は、往復動方向Ａに垂直な平面であり、往復動方向Ａに見る平面形状は、円である。収容部７０の側面７３は、ピストン移動部３０の内壁部３６の内面であり、往復動方向Ａに平行に延びている。収容部７０の内部空間は、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の相対位置によって、変化する。
【００２０】
皿ばね５０は、複数用いられており、互いに重ねられて収容部７０内に収容されている。本実施形態では、複数の一例として、４つの皿ばね５０が用いられている。なお、皿ばね５０の数は、４つに限定されない。１つでもよく、または、５つや６つなどの他の複数であってもよい。
【００２１】
皿ばね５０は、各々同じものである。皿ばね５０は、平面形状が円であり、内側に平面形状が円である貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１の中心は、皿ばね５０の中心と重なっている（同じである）。貫通孔５１は、本発明で言う第１の貫通孔である。皿ばね５０は、内周縁（貫通孔５１の周縁５１ａ）から外周縁５２に向かって傾斜している。
【００２２】
複数の皿ばね５０が重なる方向Ｂは、皿ばね５０がたわむ方向であり、往復動方向Ａに平行である。初期状態Ｐ１では、複数の皿ばね５０のうち、一端に配置される皿ばね５０は、収容部７０の端面７１に接触し、他端に配置される皿ばね５０は、収容部７０の端面７２に接触する。
【００２３】
ここで、複数の皿ばね５０の姿勢を具体的に説明する。ピストン移動部３０側に位置する２つの皿ばね５０（図１中上方に位置する２つの皿ばね５０）は、互いに逆さまの姿勢であり、外周縁５２どうしが接触している。ピストン基部２０側に位置する２つの皿ばね５０（図１中下方に位置する２つの皿ばね５０）は、互いに逆さまの姿勢であり、外周縁５２どうしが接触している。中央に配置される２つの皿ばね５０（図１中中央に配置される２つの皿ばね５０）は、互いに逆さまであり、貫通孔５１の周縁５１ａどうしが接触している。
【００２４】
図３は、皿ばね５０を、重なる方向Ｂにみた状態を示す平面図である。図３に示すように、皿ばね５０の重なる方向Ｂに見る平面形状は、円である。つまり、皿ばね５０の外周縁５２は、円である。また、上記したように、皿ばね５０の内側には、貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１の平面形状は、円である。貫通孔５１の中心Ｃ１と外周縁５２によって規定される円の中心Ｃ２とは、重なっており、それゆえ、貫通孔５１と外周縁５２とは、互いに同軸になるように配置されている。
【００２５】
皿ばね５０には、ずれ防止用貫通孔５８が形成されている。ずれ防止用貫通孔５８は、本発明で言う第２の貫通孔であり、皿ばね５０を貫通している。本実施形態では、一例として、ずれ防止用貫通孔５８は、４つ形成されている。ずれ防止用貫通孔５８は、重なる方向Ｂに見る平面形状が円であり、その中心Ｃ３が、径方向に貫通孔５１の周縁５１ａ（皿ばね５０の内径）と外周縁５２（皿ばね５０の外径）との中心Ｃ４に位置する。ずれ防止用貫通孔５８は、周方向に等間隔離間して配置されている。このように構成される皿ばね５０は、上記のように重ねられると、貫通孔５１の中心Ｃ１が互いに往復動方向Ａに重なるとともに、ずれ防止用貫通孔５８の中心Ｃ３が互いに往復動方向Ａに重なる。
【００２６】
ずれ防止柱４０は、収容部７０に収容された皿ばね５０が往復動方向Ａ（重なる方向Ｂ）と交差する方向にずれることを防止する。ずれ防止柱４０は、１つの皿ばね５０に形成されるずれ防止用貫通孔５８の数だけ用いられる。本実施形態では、ずれ防止柱４０は、４つ設けられる。各皿ばね５０において、各ずれ防止用貫通孔５８内に、１つのずれ防止柱４０が通る。そして、各ずれ防止柱４０は、全ての皿ばね５０を貫通する。ずれ防止柱４０は、軸線が往復動方向Ａに平行な円柱であり、軸線に垂直な断面形状が軸線の延びる方向に一定の円である。
【００２７】
このため、ずれ防止柱４０は、貫通孔５１からずれた位置（偏移した位置）にあるとともに、ピストン１０の中心軸Ｘに平行に延びている。
【００２８】
ずれ防止柱４０の一端部４１は、ピストン基部２０に固定される。ずれ防止柱４０の他端部４２は、ピストン移動部３０に支持される。ずれ防止柱４０の一端部４１の固定構造と、他端部４２の支持構造を説明する。なお、一端部４１の固定構造と、他端部４２の支持構造は、各ずれ防止柱４０で同じであるので、１つのずれ防止柱４０を代表して説明する。
【００２９】
図４は、図１に示される範囲Ｆ４を拡大して示す拡大図である。図４は、ずれ防止柱４０の一端部４１の固定構造と、他端部４２の支持構造とを示している。図４に示すように、ピストン基部２０の本体部２１には、固定穴２５が形成されている。固定穴２５は、収容部７０に皿ばね５０が設置された状態において、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａにずれ防止用貫通孔５８と対向する位置に配置されている。このため、本実施形態では、固定穴２５は、本体部２１に４個形成されている。なお、収容部７０内に皿ばね５０が設置された状態とは、収容部７０内に皿ばね５０が収容されるとともに、皿ばね５０と収容部７０の側面７３との間に、最大圧縮状態まで圧縮されても皿ばね５０が側面７３に接触しない隙間Ｓ１が設けられる姿勢である状態を示す。
【００３０】
ずれ防止柱４０の一端部４１は、固定穴２５内に収容される。固定穴２５は、一端部４１が嵌合する大きさを有している。ずれ防止柱４０は、一端部４１が固定穴２５内に嵌合して固定されることによって、ピストン基部２０に固定される。なお、ここで言う嵌合して固定されるとは、例えば、固定穴２５の径が一端部４１の径よりも小さく、それゆえ、一端部４１が締まりばねされて固定されることである。または、固定穴２５の径と一端部４１の径とが同じ、または、固定穴２５の径が若干大きい場合などでは、一端部４１が固定穴２５に嵌合した状態で溶接されて固定されてもよい。
【００３１】
ピストン移動部３０には、支持穴３５が形成されている。支持穴３５は、本発明で言う凹部である。支持穴３５は、収容部７０内に皿ばね５０が設置された状態において、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａにずれ防止用貫通孔５８と対向する位置に形成されている。このため、本実施形態では、支持穴３５は、ピストン移動部３０に４つ形成されている。
【００３２】
ずれ防止柱４０は、ピストン１０が初期状態Ｐ１にあるときに、他端部４２が支持穴３５に収容される長さを有している。ずれ防止柱４０の他端部４２が収容される。支持穴３５は、支持穴３５に対してずれ防止柱４０がスムーズに移動できる大きさを有している。スムーズに移動できる大きさについて具体的に説明する。ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が往復動方向Ａに移動する場合、支持穴３５に対してずれ防止柱４０も移動する。支持穴３５は、支持穴３５に対するずれ防止柱４０の移動を妨げないよう、支持穴３５の内面とずれ防止柱４０の周面との間に若干の隙間を有する大きさを有している。支持穴３５は、本発明で言う凹部の一例である。
【００３３】
また、ピストン１０の初期状態Ｐ１では、ずれ防止柱４０の他端４３（他端部４２の先端）と支持穴３５の底面との間には、隙間Ｓ２が形成される。隙間Ｓ２の往復動方向Ａにそう長さは、ピストン１０が最大圧縮状態になった場合でも他端部４２が支持穴３５の底面３５ａに当接しない長さを有している。ずれ防止柱４０が支持穴３５に上記のように支持されることによって、ずれ防止柱４０は、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の移動を阻害することはない。
【００３４】
つぎに、ずれ防止柱４０と皿ばね５０のずれ防止用貫通孔５８について説明する。図３に示すように、ずれ防止柱４０は、延びる方向に垂直な断面形状が円であり、かつ、延びる方向に断面形状が一定である円柱形状である。なお、図３は、ピストン１０が初期状態Ｐ１にある場合を示している。図３中、ずれ防止用貫通孔５８内を通るずれ防止柱４０を２点鎖線で記載している。図３，４に示すように、ずれ防止柱４０の大きさと、ずれ防止用貫通孔５８の大きさとは、ずれ防止柱４０とずれ防止用貫通孔５８の周縁５９との間に隙間Ｓ３が形成される大きさを有している。
【００３５】
隙間Ｓ３は、ピストン１０が初期状態Ｐ１から最大圧縮状態まで圧縮する場合（ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が近づく場合）に皿ばね５０がたわんでも、ずれ防止用貫通孔５８の周縁５９がずれ防止柱４０に接触することがないように大きさを有している。このため、ピストン１０の圧縮が、ずれ防止柱４０がずれ防止用貫通孔５８の周縁５９に接触することによって阻害されるということは、ない。なお、隙間Ｓ１，Ｓ３は、皿ばね５０がずれた場合に、皿ばね５０の外周縁５２が収容部７０の側面７３に接触する前に、皿ばね５０の内周縁５１ａがずれ防止柱４０に接触するように設定されている。
【００３６】
このように構成されるピストン１０では、ずれ防止柱４０がずれ防止用貫通孔５８内を通っていることによって、例えば圧縮時などに皿ばね５０が往復動方向Ａと交差する方向にずれようとすると、ずれ防止用貫通孔５８の周縁５９がずれ防止柱４０に接触するので、皿ばね５０がずれることが抑制される。
【００３７】
また、ずれ防止用貫通孔５８は、皿ばね５０の内径（貫通孔５１の周縁５１ａ）および外径（外周縁５２）から所定距離離れた位置に形成されている。つまり、皿ばね５０同士の接触部分の面積が小さくならないので、ずれ防止用貫通孔５８を形成することによる皿ばね５０の強度の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、ずれ防止用貫通孔５８は、皿ばね５０の径方向にそって内径（貫通孔５１の周縁５１ａ）と外径（外周縁５２）との間の中心Ｃ４に、ずれ防止用貫通孔５８の中心Ｃ３が重なるように形成されている。つまり、ずれ防止用貫通孔５８は、皿ばね５０において圧縮されても変形しにくい部位に形成されることになる。つまり、ずれ防止柱４０とずれ防止用貫通孔５８の周縁５９との間の隙間Ｓ３を小さくすることができるので、第２の貫通孔を小さく形成でき、ずれ防止用貫通孔５８を形成することによる皿ばね５０の強度低下をさらに抑制することができる。
【００３９】
また、ずれ止め防止柱４０が、ピストン基部２０に固定されていることによって、ピストン移動部３０を軽くすることができる。このため、ピストン１０の往復動によるピストン移動部３０の慣性力の変化を小さくできる。
【００４０】
また、ずれ止め防止柱４０が、初期状態Ｐ１においても固定穴２５と支持穴３５とに収容されることによって、ピストン基部２０とピストン移動部３０とがずれ防止柱４０を介して連結されるので、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の、往復動方向Ａ周りの回転を止めることができる。
【００４１】
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、ずれ防止柱４０をピストン移動部３０の内壁部３６と一体に形成しても良い。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１０…ピストン、２０…ピストン基部、２２…ピストンボス、３０…ピストン移動部、４０…ずれ防止柱、５０…皿ばね、５１…貫通孔（第１の貫通孔）、５１ａ…周縁、５２…外周縁、５８…ずれ防止用貫通孔（第２の貫通孔）、７０…収容部、Ｘ…中心軸（ピストン中心軸）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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