(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド部の裏側から下方に延びる一対のピンボス部にそれぞれ貫通された各ピストンピン挿通孔に対して、ピンボス部の内側からコニカル加工が施されているような内燃機関用ピストンにおいて、ピンボス部のピストンピン挿通孔に対するコニカル加工が、ピストンピン挿通孔の上側よりも下側で、ピストンピン挿通孔の円筒状内面に対する傾斜角度が大きくなるように、上下方向で非対称的に施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２】
ピストンピン挿通孔の下側において、該孔の軸心を中心とする角度が６０°〜１８０°の範囲に相当する部分に対して、ピストンピン挿通孔の円筒状内面に対する傾斜角度が２０′〜６０′程度となるようなコニカル加工が施されていると共に、そのような部分を除くピストンピン挿通孔の上側の部分に対して、ピストンピン挿通孔の円筒状内面に対する傾斜角度が４′〜１０′程度となるようなコニカル加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用のピストンに関し、特に、ピンボス部にそれぞれ貫通された各ピストンピン挿通孔に対して、ピンボス部の内側からコニカル加工が施されているような内燃機関用ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンのような内燃機関に使用されるピストンでは、内燃機関の運転時に、図７（Ａ）に示すように、爆発圧力（燃焼圧）Ｆ1 がヘッド部２の側から働くことで、ピストンピン１１を支持するようにヘッド部２の裏側から下方に延ばされた一対のピンボス部３において、それぞれのピンボス部３の内側部分で、図７（Ｂ）に示すように、ピストンピン挿通孔４の上部に沿った円周方向に高い引張応力ｆ1 が作用することとなる。
【０００３】
そのような爆発荷重作用時のピンボス部３の内側上部の引張応力を緩和するために、図５および図６に示すように、各ピンボス部３のピストンピン挿通孔４に対して、ピンボス部３の内側から、円錐面として削り取るような加工（コニカル加工）を施すことで、ピストンピン挿通孔４の内側部分を、該孔４の内端の面取り部９から所定の幅だけ、該孔４の円筒状内面に対して４′〜１０′程度の傾斜角度（コニカル角度）αを持った円錐面の領域（コニカル範囲）１０として形成するということが従来から行なわれている。（なお、図面では、説明の都合上、コニカル角度αを実際よりも極端な形で示している）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関用のピストンでは、内燃機関の運転時に、燃焼室に面して高熱に曝されるヘッド部の熱膨張量が、その下方に位置するピンボス部の熱膨張量よりも大きくなることから、図８（Ａ）に示すように、ピンボス部３の下部が内側に傾くような変形が起きることとなり、特に、鉄よりも熱膨張率の高いアルミ合金やマグネシウム合金を材料とするピストンではそのような変形が大きなものとなる。（なお、図面では、説明の都合上、変形を実際よりも極端な形で示している）
【０００５】
そのような状態で、例えば、４サイクルエンジンの排気行程から吸入行程でピストンが上死点に達した直後のように、ピストンの上方への慣性力Ｆ2 がピストンピンに対して働くと、ピストンピン１１を支持するそれぞれのピンボス部の内側に、図８（Ｂ）に示すように、ピンボス部３に貫通されたピストンピン挿通孔４の両側に沿った円周方向で高い引張応力ｆ2 が作用することとなる。
【０００６】
そのようなピストン慣性力作用時のピンボス部の引張応力については、爆発荷重作用時のピンボス部上部の引張応力と比べて、荷重方向も剛性値も着目応力も異なるため、爆発荷重作用時の引張応力を緩和するために施された従来のコニカル加工によるピンボス部の形状によっては緩和することができない。
【０００７】
本発明は、上記のような問題の解消を課題とするものであり、具体的には、内燃機関用のピストンにおいて、爆発荷重が働くときにピンボス部に作用する引張応力を緩和することができると共に、ピストン慣性力が働くときにピンボス部に作用する引張応力をも緩和することができるようにすることを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、上記の請求項１に記載したように、ヘッド部の裏側から下方に延びる一対のピンボス部にそれぞれ貫通された各ピストンピン挿通孔に対して、ピンボス部の内側からコニカル加工が施されているような内燃機関用ピストンにおいて、ピンボス部のピストンピン挿通孔に対するコニカル加工が、ピストンピン挿通孔の上側よりも下側で、ピストンピン挿通孔の円筒状内面に対する傾斜角度が大きくなるように、上下方向で非対称的に施されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記の請求項１に記載した内燃機関用ピストンにおいて、上記の請求項２に記載したように、ピストンピン挿通孔の下側において、該孔の軸心を中心とする角度が６０°〜１８０°の範囲に相当する部分に対して、ピストンピン挿通孔の円筒状内面に対する傾斜角度が２０′〜６０′程度となるようなコニカル加工が施されていると共に、そのような部分を除くピストンピン挿通孔の上側の部分に対して、ピストンピン挿通孔の円筒状内面に対する傾斜角度が４′〜１０′程度となるようなコニカル加工が施されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関用ピストンの実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関用ピストンを示すもので、図１は、ピストンをピストンピン挿通孔の軸線方向に沿って縦方向に切断した状態を示し、図２は、ピストンを図１のＡ−Ａ線に沿った方向で切断してピンボス部の内側から見た状態を示すものである。
【００１２】
ピストン１は、アルミ合金やマグネシウム合金等からなるもので、ヘッド部２の裏側から下方に延びる一対のピンボス部３に対して、それぞれピストンピン挿通孔４が貫通されており、各ピンボス部３のピストンピン挿通孔４には、該孔内に挿着されるピストンピン（図示せず）を位置決めするためのサークリップ（図示せず）を嵌入させるサークリップ固定用溝５や、該溝５に対してサークリップを脱着するためのサークリップ操作用溝６や、潤滑オイルを通すためのオイル溝７やオイル孔８等が加工成形されている。
【００１３】
そのような各ピンボス部３のピストンピン挿通孔４に対して、更に、ピンボス部３の内側（ピストン１の軸心側）から、円錐面として削り取るような加工（コニカル加工）が施されることにより、それぞれのピストンピン挿通孔４の内側部分に、該孔４の内端の面取り部９から所定の幅だけ、該孔４の円筒状内面に対して傾斜角度（コニカル角度）を持った円錐面の領域（コニカル範囲）１０が形成されている。
【００１４】
図３および図４は、上記のような本実施形態のピストン１におけるピンボス部３の内側部分の形状を示すもので、図３は、ピンボス部３の内側からピストンピン挿通孔４を見た状態を示し、図４は、ピンボス部３の内側部分を図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した状態を示すものである。（なお、図３および図４では、説明の都合上、ピストンピン挿通孔４のオイル溝７を省略すると共に、コニカル範囲１０の形状を実際よりも極端な形で示している。）
【００１５】
本実施形態のピストン１では、各ピンボス部３の内側からピストンピン挿通孔４に施されるコニカル加工が、ピストンピン挿通孔４の上側よりも下側で、ピストンピン挿通孔４の円筒状内面に対する傾斜角度が大きくなるように、上下方向で非対称的に施されており、具体的には、図３に示すように、ピストンピン挿通孔４の下側で、該孔の軸心を中心とする角度θが９０°の範囲に相当する部分１０ｂと、そのような部分を除くピストンピン挿通孔４の上側の部分１０ａとで、コニカル角度（即ち、ピストンピン挿通孔４の円筒状内面に対する傾斜角度）が異なっている。
【００１６】
すなわち、ピストンピン挿通孔４の上側と下側に施されるそれぞれのコニカル加工に付いて、本実施形態では、ピストンピン挿通孔４の上側の部分１０ａでは、コニカル角度αが１０′程度となるように、従来からピストンピン挿通孔４に施されていたコニカル加工と同様の加工が施されているのに対して、ピストンピン挿通孔４の下側の部分１０ｂでは、コニカル角度βが６０′程度となるように、従来のコニカル加工とは異なるコニカル加工が部分的に施されている。
【００１７】
なお、上記の実施形態では、従来からのコニカル加工とは異なるコニカル加工が施されるピストンピン挿通孔４の下側部分１０ｂについて、ピストンピン挿通孔４の軸心を中心とする角度θが９０°の範囲に相当する部分としているが、必ずしもθ＝９０°の範囲に限られるものではなく、場合に応じて、θ＝６０°〜１８０°の範囲で当該部分の大きさは適宜変更されるものである。
【００１８】
また、ピストンピン挿通孔４の上側部分１９ａと下側部分１０ｂに施されるそれぞれのコニカル加工のコニカル角度α，βについても、ピストンピン挿通孔４の上側部分１０ａのコニカル角度αについては、４′〜１０′程度の範囲で適宜変更されるものであり、ピストンピン挿通孔４の下側部分１０ｂのコニカル角度βについては、２０′〜６０′程度の範囲で適宜変更されるものである。
【００１９】
上記のようにピストンピン挿通孔４の上側と下側でコニカル角度α，βが異なるような構成を備えた本実施形態の内燃機関用ピストン１によれば、内燃機関の運転時において、爆発による荷重力をピストン１が受けてピンボス部３を通してピストンピンに爆発荷重が伝達される際に、ピストンピン挿通孔４の上部に沿ってピンボス部３の内側に作用する引張応力は、ピストンピン挿通孔４の内側上部に形成されたコニカル範囲１０ａの形状によって緩和することができる。
【００２０】
また、ピストン１が上死点まで上昇した直後で、ピストン慣性力がピンボス部３を通してピストンピンに伝達される際に、ピストンピン挿通孔４の両側部に沿ってピンボス部３の内側に作用する引張応力は、ピストンピン挿通孔４の内側上部に形成されたコニカル範囲１０ｂの形状によって緩和することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の内燃機関用ピストンによれば、内燃機関の運転時において、爆発荷重が働くときにピンボス部に作用する引張応力を緩和することができると共に、ピストン慣性力が働くときにピンボス部に作用する引張応力をも緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用ピストンのピストンピン挿通孔の軸線に沿った縦断面図。
【図２】図１に示したピストンをピンボス部の内側から見た状態を示す、図１のＡ−Ａ線に沿ったピストンの縦断面図。
【図３】図２に示したピストンのピンボス部の内側部分の外観を示す正面説明図。
【図４】図３に示したピンボス部の内側部分について、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面説明図。
【図５】従来例のピストンにおけるピンボス部の内側部分の外観を示す正面説明図。
【図６】図５に示したピンボス部の内側部分について、図５のＣ−Ｃ線に沿った断面説明図。
【図７】内燃機関用ピストンにおいて、（Ａ）ピストンに爆発圧力（燃焼圧）が働いている状態と、（Ｂ）そのような爆発圧力（燃焼圧）によってピンボス部に作用する引張応力を示す各説明図。
【図８】内燃機関用ピストンにおいて、（Ａ）熱膨張したピストンに対してピストン慣性力が働いている状態と、（Ｂ）そのようなピストン慣性力によってピンボス部に作用する引張応力を示す各説明図。
【符号の説明】
１      内燃機関用ピストン
２      ヘッド部
３      ピンボス部
４      ピストンピン挿通孔
１０    コニカル範囲（加工コニカル加工が施された部分）
【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】
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【図８】
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