(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央取付孔を備えた金属製ピストンスカートと前記中央取付孔に嵌合する中央ボス部を備えたセラミック製ピストンヘッドとを有し，前記ピストンスカートと前記ピストンヘッドとは遮熱材を介して少なくとも前記中央ボス部に形成されたかしめ用溝部にかしめ嵌入された金属製リングによって固定された遮熱ピストンにおいて，
前記金属製リングのかしめ時に前記金属製リングを支持する前記ピストンスカートの支持部と前記遮熱材とに温度上昇で発生する熱膨張量が，前記ピストンスカートの前記支持部のかしめ荷重による弾性変形量より小さくなるように構成され，前記金属製リングのかしめ後に前記金属製リングと前記ピストンスカートとの間に隙間が発生するのを防止するため，前記金属製リングと前記ピストンスカートとの間にプレストレスが与えられた弾性部材が介在されていることを特徴とする遮熱ピストン。
【請求項２】
前記弾性部材は板ばね，皿ばね等のばね部材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遮熱ピストン。
【請求項３】
前記中央取付孔の下部内周面には前記金属製リングが配置される内周溝部が形成され，また，前記中央ボス部に形成された前記かしめ用溝部は前記中央取付孔の外周面に形成された外周溝部であることを特徴とする請求項１に記載の遮熱ピストン。
【請求項４】
前記金属製リングの外周側面と前記ピストンスカートの前記内周溝部との間に遮熱材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の遮熱ピストン。
【請求項５】
前記金属製リングのかしめ時に，前記金属製リングの外周側面と前記ピストンスカートの前記内周溝部との間に側面リングが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の遮熱ピストン。
【請求項６】
前記金属製リングのかしめ後に前記側面リングを除去できるように  ，前記側面リングは可溶性材料，粉体材料又は焼失可能材料から成る成形体から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の遮熱ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，セラミック製ピストンヘッドと金属製ピストンスカートとから成る遮熱ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，遮熱ピストンは，セラミック材で作られたピストンヘッドをアルミニウム等の金属材で作られたピストンスカートに遮熱材を介して取り付け，その取付構造として，ピストンヘッドに中央ボス部を形成し，ピストンスカートの上端部の中央に中央取付孔を形成し，中央ボス部を中央取付孔に嵌合して両者に対して金属製リングをかしめ変形で嵌入してピストンヘッドとピストンスカートとを固定している（例えば，特開昭６３−３０２１６４号公報参照）。
【０００３】
ところで，遮熱ピストンでは，ピストンヘッドとピストンスカートとの結合力は，中央取付孔と中央ボス部との間及び周方向溝部に金属製リングを嵌入させることで確保しているが，周方向溝部自体が周方向の長さが短いと，十分な結合力を確保できない。そこで，遮熱ピストンでは，ピストンヘッドの中央ボス部のサイズを大きくするため，中央ボス部を環状形状に形成し，中央ボス部の周方向長さを長く形成した構造が採用されている（例えば，特開平５−２６１０９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように，ピストンヘッドとピストンスカートとの取付構造は，ピストンヘッドの中央ボス部に形成した外周溝部とピストンスカートの中央取付孔の内周溝部との間に，金属製リングを高温加熱し，金属製リングをかしめて中央ボス部の外周溝部に侵入させるように構成されている。しかしながら，金属の熱膨張係数は，窒化ケイ素等のセラミックスの熱膨張係数より大きいため，金属製リングのかしめ時の加熱によって昇温したピストンスカートや遮熱材等の熱膨張量はピストンヘッドの熱膨張量より大きくなり，かしめ時に隙間がなくても，特に，ピストンヘッドとピストンスカートとが常温に冷却された場合に，ピストンヘッドとピストンスカートとの間に熱膨張差が発生し，ピストンヘッドとピストンスカートとの間に隙間が発生するという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，ピストンヘッドとピストンスカートとの間に配置する遮熱材の設置位置を金属製リングの設置位置からオフセットさせ，かしめ時に金属製リングを支持する前記ピストンスカートの中央取付孔の回りの支持部に曲げ応力が発生できる構造に構成し，かしめ荷重負荷によってピストンスカートの支持部に曲げ応力を発生させて，該支持部にプレストレスを与え，かしめ後に金属製リングと遮熱材，遮熱材とピストンスカート，或いは遮熱材とピストンヘッドの間に隙間が発生することを防止し，ピストンヘッドとピストンスカートとの間に弾性部材を介在させてがたが発生しないように構成した遮熱ピストンを提供することである。
【０００６】
この発明は，中央取付孔を備えた金属製ピストンスカートと前記中央取付孔に嵌合する中央ボス部を備えたセラミック製ピストンヘッドとを有し，前記ピストンスカートと前記ピストンヘッドとは遮熱材を介して少なくとも前記中央ボス部に形成されたかしめ用溝部にかしめ嵌入された金属製リングによって固定された遮熱ピストンにおいて，
前記金属製リングのかしめ時に前記金属製リングを支持する前記ピストンスカートの支持部と前記遮熱材とに温度上昇で発生する熱膨張量が，前記ピストンスカートの前記支持部のかしめ荷重による弾性変形量より小さくなるように構成され，前記金属製リングのかしめ後に前記金属製リングと前記ピストンスカートとの間に隙間が発生するのを防止するため，前記金属製リングと前記ピストンスカートとの間にプレストレスが与えられた弾性部材が介在されていることを特徴とする遮熱ピストンに関する。
【０００７】
前記弾性部材は板ばね，皿ばね等のばね部材で形成されている。
【０００８】
前記中央取付孔の下部内周面には前記金属製リングが配置される内周溝部が形成され，また，前記中央ボス部に形成された前記かしめ用溝部は前記中央取付孔の外周面に形成された外周溝部である。
【０００９】
前記金属製リングの外周側面と前記ピストンスカートの前記内周溝部との間に遮熱材が配置されている。或いは，前記金属製リングのかしめ時に，前記金属製リングの外周側面と前記ピストンスカートの前記内周溝部との間に側面リングが配置されている。
【００１０】
前記金属製リングのかしめ後に前記側面リングを除去できるように，前記側面リングは可溶性材料，粉体材料又は焼失可能材料から成る成形体から構成されてい。
【００１１】
この発明による遮熱ピストンは，以上のように構成されているので，ピストンスカートの支持部に与えられたプレストレスによって，金属製リングのかしめ後に，たとえピストンスカートの支持部と金属製リングとの間に隙間が発生しようとしても，該隙間を支持部が備えたプレストレスによる弾性変形で吸収することができ，両者間に弛みが発生せず，金属製リングによる結合部が安定し，ピストンヘッドがピストンスカートに安定して強固に固定される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による遮熱ピストンの実施例を説明する。
【００１３】
図１に示すように，この遮熱ピストンは，主として，シリンダ内を往復運動する遮熱構造に構成されており，ピストンヘッド１と，ピストンヘッド１に取り付けられたピストンスカート２から構成されている。ピストンヘッド１は，窒化ケイ素，炭化ケイ素，サーメット等の熱膨張量が小さいセラミック材で製作され，また，ピストンスカート２はアルミニウム合金等の熱膨張量が大きい金属材から製作されている。
【００１４】
ピストンヘッド１は，頂面１４の中央には燃焼室を形成するキャビティ１１が形成されたクラウン部２１，頂面１４の周囲には下方に伸びる外周リング部２２及びクラウン部２１の中央部から下方に伸びる中央ボス部４を有している。中央ボス部４は，中央が中空１２に形成された環状体に形成されている。中央ボス部４には，外周面１６に沿って凹凸形状の外周溝部１５が形成されている。また，ピストンスカート２は，外周面にピストンリング溝２４が形成され，上端部２３に中央取付孔５が形成されている。中央取付孔５の下部内周面には，ピストンヘッド１に形成された外周溝部１５に対向してアンダカットされた内周溝部９が形成されている。ピストンヘッド１の外周溝部１５とピストンスカート２の内周溝部９とで形成される空所によって，金属製リング３のかしめ用溝部が形成されている。
【００１５】
ピストンヘッド１の中央ボス部４に形成された外周溝部１５とピストンスカート２の中央取付孔５に沿って形成された内周溝部９とで形成されるかしめ用溝部には，かしめ治具２５による力Ｆを受けて金属製リング３がかしめられて嵌入されている。また，ピストンヘッド１の中央領域の下面１８とピストンスカート２の中央領域の上面１７との間には遮熱材６が配置され，ピストンヘッド１の外周リング部２２とピストンスカート２の外周領域の上面１７との間には遮熱材２６が配置されている。ピストンヘッド１の下面１８とピストンスカート２の上面１７との間には遮熱空気層１３が形成されている。更に，ピストンスカート２の中央取付孔５の近傍における金属製リング３を支持するピストンスカート２の支持部１０の下面と，金属製リング３の上面との間には，遮熱材７が配置されている。また，金属製リング３の外周面２０とピストンスカート２の内周溝部９との間には，遮熱材８が配置されている。
【００１６】
この遮熱ピストンは，金属製リング３のかしめ時に金属製リング３を支持するピストンスカート２の支持部１０と遮熱材６，７とに温度上昇で発生する熱膨張量が，ピストンスカート２の支持部１０のかしめ荷重による弾性変形量より小さくなるように構成されている。また，ピストンヘッド１の下面１８とピストンスカート２の上面１７との間に介在された遮熱材６の中央側端面２７は，ピストンヘッド１とピストンスカート２との間のかしめ用溝部９，１５に嵌入される金属製リング３の設置位置からオフセットして配置され，金属製リング３を支持するピストンスカート２の支持部１０を弾性変形可能に構成している。言い換えれば，ピストンヘッド１の中心軸線Ｏ−Ｏから遮熱材６の中央側端面２７までの距離Ｌ2 は，ピストンヘッド１の中心軸線Ｏ−Ｏから金属製リング３の中心Ｏ1 までの距離Ｌ1 より大きく設定され，ピストンスカート２の支持部１０の上面は遮熱材が存在しないフリー状態に構成され，かしめ時に支持部１０が上方へ弾性変形可能に構成されている。
【００１７】
この遮熱ピストンでは，セラミックスから成るピストンヘッド１，金属から成るピストンスカート２及び両者間に配置された遮熱材６，７の間には，温度上昇によって熱膨張差が発生する。金属製リング３はピストンヘッド１の外周溝部１５に加熱状態でかしめによって固定されるので，ピストンスカート２及び遮熱材６，７は，ピストンヘッド１よりも大きく熱膨張した状態で固定されることになる。ピストンヘッド１，ピストンスカート２及び遮熱材６，７がかしめ後の冷却された状態では，ピストンスカート２の支持部１０と遮熱材６，７には，金属製リング３とピストンヘッド１との間で隙間が発生することになる。
【００１８】
しかしながら，この遮熱ピストンでは，温度上昇によって発生する遮熱材６の上面（ピストンヘッド１の下面１８）から金属製リング３の中心Ｏ1 までの距離Ｌ3 の熱膨張量，言い換えれば，遮熱材６の厚さＬ5 ，ピストンスカート２の支持部１０の厚さＬ4 ，遮熱材７の厚さＬ6 及び上面から中心Ｏ1 までの金属製リング３の厚さＬ7 の合計の熱膨張量は，ピストンスカート２の支持部１０のかしめ荷重による弾性変形量Ｌ8 より小さくなるように構成されているので，温度が低下して上記熱膨張量が零になったとしても，熱膨張量の短くなった分はピストンヘッド２の支持部１０の弾性変形によって吸収され，支持部１０の領域において隙間が発生することはない。
【００１９】
次に，図３を参照して，この発明による遮熱ピストンの実施例を説明する。この遮熱ピストンは，特に，金属製リング３のかしめ後に，金属製リング３とピストンスカート２の支持部１０との間に隙間が発生するのを防止するため，金属製リング３とピストンスカート２の支持部１０との間にプレストレスが与えられた弾性部材のばね部材２８と遮熱材７とが介在されていることを特徴としている。弾性部材は，板ばね，皿ばね等のばね部材２８で形成されている。ばね部材２８は，遮熱材７と一体構造或いは別部材として構成することができる。ばね部材２８を遮熱材７とピストンスカート２の支持部１０との間に介在させることによって，ばね部材２８のばね力が支持部１０に与えられる弾性変形量に加算されることになり，ピストンスカート２の支持部１０と遮熱材６，７に発生するピストンヘッド１との間の熱膨張差を確実に吸収することができ，隙間が発生することが防止される。
【００２０】
次に，図４を参照して，この遮熱ピストンを説明する。この遮熱ピストンは，金属製リング３のかしめ時に，金属製リング３に発生する横方向の荷重を受けて金属製リング３のかしめ変形が確実に行なわれるようにするため，金属製リング３の外周面２０とピストンスカート２の内周溝部９との間に側面リング１９が配置されている。金属製リング３のかしめ後は，側面リング１９はピストンヘッド１とピストンスカート２との固定には機能していないので，側面リング１９を除去してもよい。従って，金属製リング３のかしめ後に側面リング１９を除去するため，側面リング１９は，可溶性材料，粉体材料又は焼失可能材料から成る成形体から構成されている。
【００２１】
【発明の効果】
この発明による遮熱ピストンは，上記のように構成したので，金属製リングを加熱状態でかしめてかしめ用溝部に嵌入し，ピストンヘッドとピストンスカートとを固定したとしても，ピストンヘッドとピストンスカートとの熱膨張差で発生する変化量をピストンスカートの支持部の弾性変形に加えて，支持部に対して挿入されたばね部材で吸収することができ，ピストンスカートの支持部の領域に隙間が発生せず，常に安定して強固に互いに固定され，隙間のためピストンヘッドやピストンヘッドががたつくことがなく，ピストンの往復運動，熱負荷等による外力を受けたとしてもピストンヘッド，ピストンスカート及び遮熱材が折損，割れ等の破損が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  遮熱ピストンを全体的に示す断面図である。
【図２】  図１の遮熱ピストンの符号Ａの領域における要部を示す拡大断面図である。
【図３】  この発明による遮熱ピストンを，図１に示す遮熱ピストンの符号Ａの領域に相当する部分に対応させて示す拡大断面図である。
【図４】  図１の遮熱ピストンの符号Ａの領域における要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１    ピストンヘッド
２    ピストンスカート
３    金属製リング
４    中央ボス部
５    中央取付孔
６，７，８，２６    遮熱材
９    内周溝部
１０  支持部
１１  キャビティ
１２  中空部
１３  遮熱空気層
１４  頂面
１５  外周溝部
１６  中央ボス部の外周面
１７  上面
１８  下面
１９  側面リング
２０  外周面
２３  上端部
２７  中央側の端面
２８  ばね部材
【図１】
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【図２】
0003921849.tif 000003
【図３】
0003921849.tif 000004
【図４】
0003921849.tif 000005