(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンの内面の摩耗を抑制することが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、ピストン基部２０に対して往復動可能なピストン移動部３０と、ピストン基部２０とピストン移動部３０との間に形成されてピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動に伴って容積が変化する収容部７０と、収容部７０内に収容され、収容部７０の容積の変化に伴いピストン基部２０に対するピストン移動部３０の移動に追従して伸縮する皿ばね５０と、収容部７０内に収容されるとともに皿ばね５０のピストン径方向の外周端部５２と収容部７０の側面７３との間に介在し、皿ばね５０の伸縮に同期して伸縮する保護用コイルばね４０とを備える。【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て前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って容積が変化する収容部と、
前記収容部内に収容され、前記収容部の容積の変化に伴い前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の移動に追従して伸縮する皿ばねと、
前記収容部内に収容されるとともに前記皿ばねのピストン径方向の端部と前記収容部の内壁との間に介在し、前記皿ばねの伸縮に同期して伸縮する保護部材と
を具備することを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記端部は、前記皿ばねの外周端部または内周端部であって、
前記保護部材は、前記皿ばねの外周端部または内周端部に沿ってらせん状に形成されるコイルばね
であ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】
前記皿ばねは、前記往復動方向に複数重ねられ、
前記コイルばねは、前記皿ばねの径が最小となる伸縮状態で前記皿ばねの外周端部または内周端部に接触する
ことを特徴とする請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記コイルばねは、前記収容部の容積が最大のときに、ピッチが前記皿ばねの板厚の２倍以下となる
ことを特徴とする請求項２または３に記載のピストン。
【請求項５】
前記皿ばねは、前記往復動方向に複数重ねられ、
前記保護部材は、樹脂で形成され、前記複数の皿ばねの外周端部または内周端部を連結する
ことを特徴とする請求項１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、燃焼室内の圧力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】
皿ばねは、たわむと径が変更する。このため、特許文献１のピストンでは、皿ばねが伸縮する際に、皿ばねの外周端部がピストンの内面に接触することが考えられる。皿ばねの外周端部がピストン内面に接触することによって、ピストン内面が摩耗することが考えられる。
【０００５】
本発明は、ピストンの内面の摩耗を抑制することが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て前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って容積が変化する収容部と、前記収容部内に収容され、前記収容部の容積の変化に伴い前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の移動に追従して伸縮する皿ばねと、前記収容部内に収容されるとともに前記皿ばねのピストン径方向の端部と前記収容部の内壁との間に介在し、前記皿ばねの伸縮に同期して伸縮する保護部材とを備える。
【０００７】
請求項２に記載のピストンは、請求項１に記載において、前記端部は、前記皿ばねの外周端部または内周端部であって、前記保護部材は、前記皿ばねの外周端部または内周端部に沿ってらせん状に形成されるコイルばねである。
【０００８】
請求項３に記載のピストンは、請求項２の記載において、前記皿ばねは、前記往復動方向に複数重ねられる。前記コイルばねは、前記皿ばねの径が最小となる伸縮状態で前記皿ばねの外周端部または内周端部に接触する。
【０００９】
請求項４に記載のピストンは、請求項２または３の記載において、前記コイルばねは、前記収容部の容積が最大のときに、ピッチが前記皿ばねの板厚の２倍以下となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ピストンの内面が摩耗することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るピストンを示す断面図。
【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】本発明の第２の実施形態に係るピストンを示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るピストンを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係るピストンを、図１，２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分解断面図である。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、保護用コイルばね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リング部３３と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。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に垂直な方向の面であり、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。側面７３を有する内壁３６は、本発明で言う内壁の一例である。
【００２０】
収容部７０内には、保護用コイルばね４０が収容される。保護用コイルばね４０は、本発明で言う保護部材の一例である。保護用コイルばね４０は、後述される皿ばね５０の外周端部５２に沿ってらせん状に形成される。保護用コイルばね４０は、伸縮方向が、往復動方向Ａに平行になる姿勢で配置されている。保護用コイルばね４０の断面形状は、円である。
【００２１】
収容部７０を形成する壁部において、ピストン移動部３０の端壁部と、ピストン基部２０の端壁部とには、保護用コイルばね４０の両端部を保持する保持用溝７４，７５が形成されている。図１に示すように、保護用コイルばね４０の外面と収容部７０の側面７３との間には、隙間が設けられている。これは、保護用コイルばね４０の伸縮による収容部７０の側面７３への磨耗を抑制するためである。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態では、一例として３つの皿ばね５０が用いられている。なお、皿ばね５０の数は、３つに限定されるものではない。１つでもよく、または、４つや５つなどの他の複数であってもよい。皿ばね５０は、各々同じものである。皿ばね５０は、平面形状が円である。皿ばね５０は、複数重ねられて保護用コイルばね４０内に収容されている。複数の皿ばね５０が重なる方向Ｂは、皿ばね５０が伸縮する方向であり、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】
皿ばね５０の固有振動数と保護用コイルばね４０の固有振動数とは、異なる。言い換えると、保護用コイルばね４０は、皿ばね５０の固有振動数とは異なる固有振動数を有するものが選択される。
【００２４】
なお、皿ばね５０は伸縮することにより径が変更するものであるが、皿ばねの形状やサイズ等により伸縮に対する径の変更特性が異なってくる。したがって、皿ばねが伸びた状態で径が最大となるものと圧縮した状態で径が最大となるものが存在するが、どちらの皿ばねであっても適用できる。本実施形態では圧縮した状態で径が最大となる皿ばねを用いて説明する。
【００２５】
図１に示すように、ピストン１０の初期状態Ｐ１では、皿ばね５０の外周端部５２と保護用コイルばね４０の内面との間には、ピストン１０の最大圧縮状態のときの皿ばね５０のたわみ（外側へのひろがり）を考慮して、隙間Ｓ１が形成されている。具体的には、隙間Ｓ１は、皿ばね５０が保護用コイルばね４０に接触することによって皿ばね５０のたわみが阻害されることがないように、皿ばね５０が保護用コイルばね４０に接触しないように考慮されている。
【００２６】
このように構成されるピストン１０では、収容部７０内で皿ばね５０の位置がずれても、収容部７０の側面７３は、保護用コイルばね４０によって保護されているので、皿ばね５０の外周端部５２が側面７３に接触することはない。このため、収容部７０の側面７３が摩耗することが抑制される。
【００２７】
また、保護用コイルばね４０の固有振動数が、皿ばね５０の固有振動数と異なるため、保護用コイルばね４０と皿ばね５０とが共振することを防止することができる。
【００２８】
また、本発明の保護部材の一例として弾性体を用いることにより、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の移動に追従する構造を簡単に作ることができる。また、弾性体としてコイルばねを用いることにより、保護部材を簡単に構成することができる。
【００２９】
なお、コイルばね４０は線状のばね素材を一定のピッチでらせん状に形成したものであるが、そのピッチは皿ばね５０がコイルばね４０の隙間をすり抜けない程度の大きさであることが好ましい。例えば、初期状態Ｐ１でピッチが皿ばね５０の板厚の２倍以下となるコイルばねを用いれば、複数ある皿ばね５０の各皿ばねの外周端部が半周以上コイルスプリングで覆われるので、皿ばねがコイルばねのピッチ間をすり抜けて収容部７０の側面７３へ接触することを抑制することができる。初期状態Ｐ１は、本発明で言う、収容部の容積が最大となる状態の一例である。
【００３０】
つぎに、本発明の第２の実施形態に係るピストンを、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、保護用コイルばね８０が用いられている。他の構造は、第１の実施形態と同じである。以下では上記第１の実施形態とは異なる構造を具体的に説明する。
【００３１】
図３は、本実施形態のピストン１０を示す断面図である。保護用コイルばね８０は、本発明で言う保護部材の一例である。図３に示すように、保護用コイルばね８０は、初期状態Ｐ１において、皿ばね５０の外周端部５２の周方向全域に接触する大きさを有している。保護用コイルばね８０は、皿ばね５０の外周端部５２に沿ってらせん状に形成されている。初期状態Ｐ１は、本発明で言う、皿ばねの径が最小となる伸縮状態の一例である。
【００３２】
具体的には、保護用コイルばね８０の径は、皿ばね５０の径が最小となる伸縮状態で皿ばね５０の外周端部５２に接触する大きさとなる。このため、保護用コイルばね８０の内側部８１が、皿ばね５０の外周端部５２の周方向全域に接触する。なお、保護用コイルばね８０の径は、皿ばね５０の径の拡大に追従して大きくなる。
【００３３】
保護用コイルばね８０の外側部８２と収容部７０の側面７３との間には、最大圧縮状態まで皿ばね５０が圧縮された場合（ピストン１０の最大圧縮状態）でも、保護用コイルばね８０が収容部７０の側面７３に接触することによって皿ばね５０のたわみが阻害されることがないように、隙間Ｓ２が設けられている。言い換えると、ピストン１０が最大圧縮状態のときであっても、保護用コイルばね８０は、収容部７０の側面７３に接触しない。
【００３４】
本実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて、保護用コイルばね８０が複数の皿ばね５０を外側から内側に向かって圧縮するので、複数の皿ばね５０が互いにずれることが抑制される。
【００３５】
つぎに、本発明の第３の実施形態に係るピストンを、図４を用いて説明する。本実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、本発明で言う保護部材として、保護用コイルばね４０に代えて保護部材１１０が用いられる。他の構造は、第１の実施形態と同様である。以下では上記第１の実施形態と異なる構造を具体的に説明する。
【００３６】
図４は、ピストン１０を示す断面図である。図４に示すように、保護部材１１０は、収容部７０内に収容されている。保護部材１１０は、弾性変形可能な樹脂製の材料（例えば、ゴム）で形成されており、内側に皿ばね５０を収容する。保護部材１１０は、皿ばね５０の外周端部５２を周方向に覆う、周方向に連続する壁を有する形状であり、一例として円筒形状である。保護部材１１０の内面１１１は、皿ばね５０の外周端部５２に接着されて固定されている。このため、複数の皿ばね５０の外周端部５２は、保護部材１１０を介して連結されている。
【００３７】
保護部材１１０は、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の移動に追従して弾性変形可能である。保護部材１１０の固有振動数は、皿ばね５０の固有振動数とは異なる。初期状態Ｐ１では、保護部材１１０の外面１１２と収容部７０の側面７３との間には、最大圧縮状態まで皿ばね５０が圧縮された場合（ピストン１０の最大圧縮状態）でも、保護部材１１０が収容部７０の側面７３に接触することによって皿ばね５０のたわみが阻害されることがないように、隙間Ｓ３が設けられている。言い換えると、ピストン１０が最大圧縮状態のときであっても、保護部材１１０は、収容部７０の側面７３に接触しない。
【００３８】
本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、保護部材として、金属材料よりも減衰率の高いゴムを用いることにより、皿ばね５０と保護部材１１０との共振抑制効果をさらに高めることができる。
【００３９】
また、保護部材１１０が、樹脂製（本実施形態では、一例としてゴム製）であることによって、保護部材１１０の内面１１１を皿ばね５０の外周端部５２に接着することができる。このことによって、保護部材１１０と複数の皿ばね５０とを１つの部材として管理することができるので、ピストン１０の構成部品数を削減することができる。
【００４０】
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、ピストン基部に対するピストン移動部の回転を防止するための柱が皿ばねの内側に設けられているピストンを用いた場合、その柱と皿ばねの内周端部５３の間に上記のような弾性部材を配置することで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、そのようなピストンを用いた場合でも、皿ばねの内側よりも外側のほうが、皿ばねと弾性部材との接触面積が大きいため面圧が分散され、長期間上述した効果を維持することができる。
【００４１】
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。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【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…保護用コイルばね（保護部材）、５０…皿ばね、５２…外周端部（端部）、５３…内周端部（端部）、７０…収容部、８０…保護用コイルスプリング（保護部材）、１１０…保護部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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