(57)【要約】【課題】シリンダボアの内面に衝突する際の衝撃荷重を緩和することができ、かつピストンの往復運動時の摩擦抵抗を低減することができる内燃機関用ピストンを提供する。【解決手段】ピストン本体２のスカート部５の外周面に配置された衝撃吸収部８を備え、内燃機関のシリンダボア内に往復運動可能な状態で収容されるべき内燃機関用ピストン１において、衝撃吸収部８は、スカート部５に遠い側に位置してピストン本体２よりも低い弾性率を持つ接触部１０と、スカート部５に近い側に位置してピストン本体２の半径方向に弾性変形可能な状態で接触部１０を支持し、かつ接触部１０よりも低い弾性率を持つ支持部１１と、が組み合わされることにより構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体のスカート部の外周面に配置された衝撃吸収部を備え、内燃機関のシリンダボア内に往復運動可能な状態で収容されるべき内燃機関用ピストンにおいて、
前記衝撃吸収部は、前記スカート部に遠い側に位置して前記ピストン本体よりも低い弾性率を持つ接触部と、前記スカート部に近い側に位置して前記ピストン本体の半径方向に弾性変形可能な状態で前記接触部を支持し、かつ前記接触部よりも低い弾性率を持つ支持部と、が組み合わされることにより構成されている内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記接触部は、前記ピストン本体の半径方向外側に向かうほど幅が狭くなるように形成されている請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記接触部の中央部が前記ピストン本体の半径方向外側に盛り上がるように形成されている請求項２に記載の内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダボア内に往復運動可能な状態で収容されるべき内燃機関用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
スカート部の外周面に樹脂部材を設けた内燃機関用ピストンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このピストンによれば、樹脂部材にてシリンダボア内のピストンの姿勢を安定化させることにより、ピストンがシリンダボア内を往復運動する時の摩擦抵抗が低減される。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３７４６８号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６１２４号公報
【特許文献３】特開平７−７１３１５号公報
【特許文献４】実開平５−３８３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピストンがシリンダボア内を往復運動する際に、内燃機関の燃焼による圧力を受けたピストンがピストンピンの回りに動く、いわゆるピストンの首振り挙動が生じ、スカート部とシリンダボアの内面とが衝突し、その時の衝突音が問題になることがある。上述した特許文献１のピストンに対して、このようなピストンの首振り挙動が生じた場合、樹脂部材の弾性率を低く設定するほど大きく弾性変形するので、衝突時の衝撃荷重が樹脂部材にて緩和され易くなり衝突音が低減される。しかし、樹脂部材の弾性率を低く設定するほど、ピストンの往復運動時の摩擦抵抗が増大するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、シリンダボアの内面に衝突する際の衝撃荷重を緩和することができ、かつピストンの往復運動時の摩擦抵抗を低減することができる内燃機関用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】
本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体のスカート部の外周面に配置された衝撃吸収部を備え、内燃機関のシリンダボア内に往復運動可能な状態で収容されるべき内燃機関用ピストンにおいて、前記衝撃吸収部は、前記スカート部に遠い側に位置して前記ピストン本体よりも低い弾性率を持つ接触部と、前記スカート部に近い側に位置して前記ピストン本体の半径方向に弾性変形可能な状態で前記接触部を支持し、かつ前記接触部よりも低い弾性率を持つ支持部と、が組み合わされることにより構成されていることによって上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
このピストンによれば、ピストンの首振り挙動が生じた場合、衝撃吸収部の接触部とシリンダボアの内面とが衝突して接触部にピストン本体の半径方向内側に向かう衝撃荷重が入力される。そして、接触部と組み合わされた支持部が接触部よりも低い弾性率を持っているので、その衝撃荷重の入力時に支持部が優先的に弾性変形する。これにより、衝突時の衝撃荷重が支持部の弾性変形により緩和される。また、衝撃吸収部を単一素材で構成した場合には、衝撃荷重の緩和とピストンの摩擦抵抗の低減とを両立させるためにその素材の弾性率の設定に制約が伴うが、本発明のピストンは衝撃吸収部のうち主に支持部で衝撃荷重を緩和できるので、ピストンの摩擦抵抗を下げることを念頭に置いて接触部の弾性率を自由に設定できる。このため、衝撃吸収部を単一素材で構成した場合よりも衝撃荷重の緩和機能を高レベルに保ちつつピストンの往復運動時の摩擦抵抗を低減することができる。さらに、接触部がピストン本体よりも低い弾性率を持っているので、シリンダボアの過度な磨耗を抑制できる。
【０００８】
本発明の一形態において、前記接触部は、前記ピストン本体の半径方向外側に向かうほど幅が狭くなるように形成されてもよい（請求項２）。さらなる一形態として、前記接触部の中央部が前記ピストン本体の半径方向外側に盛り上がるように形成されてもよい（請求項３）。これら形態によれば、接触部とシリンダボアの内面との接触面積が相対的に小さくなるので、ピストンの往復運動時の摩擦抵抗をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、このピストンによれば、ピストンの首振り挙動が生じた場合、衝撃吸収部の接触部とシリンダボアの内面とが衝突して接触部にピストン本体の半径方向内側に向かう衝撃荷重が入力される。そして、接触部と組み合わされた支持部が接触部よりも低い弾性率を持っているので、その衝撃荷重の入力時に支持部が優先的に弾性変形する。これにより、衝突時の衝撃荷重が支持部の弾性変形により緩和される。よって、衝突時の衝突音が低減される。また、衝撃吸収部を単一素材で構成した場合には、衝撃荷重の緩和とピストンの摩擦抵抗の低減とを両立させるためにその素材の弾性率の設定に制約が伴うが、本発明のピストンは衝撃吸収部のうち主に支持部で衝撃荷重を緩和できるので、ピストンの摩擦抵抗を下げることを念頭に置いて接触部の弾性率を自由に設定できる。このため、衝撃吸収部を単一素材で構成した場合よりも衝撃荷重の緩和機能を高レベルに保ちつつピストンの往復運動時の摩擦抵抗を低減することができる。さらに、接触部がピストン本体よりも低い弾性率を持っているので、シリンダボアの過度な磨耗を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び図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している。図１は、正面図で、図２は図１の側面図である。図１及び図２に示すように、ピストン１は、アルミ合金をその主材として構成されたピストン本体２を備えている。ピストン本体２は、ピストン頂部３の外周に設けられたリングランド部４と、図１の左右方向においてピストン頂部３の外周からリングランド部４に続いて下方に延びる一対のスカート部５とを有している。リングランド部４には、不図示のピストンリングが取付けられる複数のリング溝４ａが形成されている。ピストン頂部３の裏面側には、ピンボス部６が設けられている。ピンボス部６には、ピストン本体２の中心線ＣＬと直交する方向に延びるピン穴７が形成されている。また、ピストン１には、スカート部５の外周面に衝撃吸収部８が一つずつ設けられている。図２に示すように、各衝撃吸収部８は、中心線ＣＬの方向に延びていて、スカート部５を略二等分するように配置されている。衝撃吸収部８は、中心線ＣＬの方向に細長の概略矩形状に形成されている。このように構成されたピストン１は、内燃機関のシリンダボア９内に往復運動可能な状態で収容される（図５参照）。
【００１１】
図３は、図１の衝撃吸収部８の周囲を拡大した図である。この図に示すように、衝撃吸収部８は、スカート部５に遠い側に位置する接触部１０と、スカート部５に近い側に位置してピストン本体２の半径方向に弾性変形可能な状態で接触部１０を支持する支持部１１とが組み合わされることにより構成されている。接触部１０はピストン本体２よりも低い弾性率を、支持部１１は接触部１０よりも低い弾性率をそれぞれ持っている。例えば、接触部１０はプラスチックで構成されている。支持部１１はゴムで構成されている。なお、プラスチックは、ゴムよりも高い弾性率を持つものであれば自由に選択できる。ゴムは、プラスチックよりも低い弾性率を持つものであれば自由に選択できる。ゴム及びプラスチックとしては、耐熱性のあるものが用いられる。これによって、衝撃吸収部８の耐久性が確保される。
【００１２】
図４は、衝撃吸収部８の外観を示している。図３及び図４に示すように、支持部１１は板状に形成されている。その支持部１１の一方の面はスカート部４の外周面に接続され、他方の面には接触部１０が接続されている。これら接続の方法としては、例えば適当な接着剤を用いればよい。但し、支持部１１がゴムを主材として構成されている場合には、支持部１１を加熱、冷却することにより接合させてもよい。接触部１０は、支持部１１側に形成された接続部１０ａと、その接続部１０ａから支持部１１とは反対側の方向（図３のピストン本体２の半径方向外側）に向かうほど幅が狭くなるように形成されたブレード部１０ｂとを備えている。接続部１０ａは、支持部１１よりも幾らか小さく形成されている。ブレード部１０ｂは、その中央部１０ｃが支持部１１とは反対側の方向に盛り上がるように形成されている。つまり、ブレード部１０ｂは、弓なり状に形成されている。
【００１３】
衝撃吸収部８におけるピストン本体２の半径方向の大きさは、ピストン１をシリンダボア９内に収容した状態で、支持部１１の非弾性変形時において、中央部１０ｃとシリンダボア９の内面とが接する程度に設定されている（図５参照）。但し、中央部１０ｃとシリンダボア９の内面との間に適度な隙間が空くように設定してもよい。
【００１４】
次に、本形態のピストン１の作用を図５及び図６を参照しながら説明する。ここでは、衝撃吸収部８の一方の側を例に挙げて説明するが、衝撃吸収部８の他方の側についても同様に作用する。図５は、ピストン１の首振り挙動が生じた際にピストン１がシリンダボア９の内面の一方の側（右側）に衝突した状態を示している。図６は、荷重と変位との関係の一例を示したグラフであり、縦軸はブレード部１０ｂの中央部１０ｃに入力される荷重を、横軸はその荷重に対する支持部１１の変位をそれぞれ示している。なお、図６において、衝突時の衝撃荷重は荷重Ｆ１よりも小さい。ピストン１の首振り挙動が生じた場合、ブレード部１０ｂの中央部１０ｃとシリンダボア９の内面の一方の側とが衝突して接触部１０にピストン本体２の半径方向内側に向かう衝撃荷重が入力される。そして、その接触部１０が衝撃荷重によりピストン本体２の半径方向内側に変位するとともに、支持部１１が接触部１０に押されて弾性変形する。このとき、図６に示すように、ブレード部１０ｂの中央部１０ｃに入力される衝撃荷重は荷重Ｆ１よりも小さいため、図６の傾き（弾性率）が相対的に小さい領域で支持部１１が弾性変形する。これにより、衝突時の衝撃荷重が支持部１１の弾性変形により緩和される。
【００１５】
また、衝撃吸収部８を単一素材で構成した場合には、衝撃荷重の緩和とピストン１の摩擦抵抗の低減とを両立させるためにその素材の弾性率の設定に制約が伴うが、本形態のピストンは衝撃吸収部８のうち主に支持部１１で衝撃荷重を緩和できるので、ピストン１の摩擦抵抗を下げることを念頭において接触部１０の弾性率を自由に設定できる。このため、衝撃吸収部８を単一素材で構成した場合よりも衝撃荷重の緩和機能を高いレベルに保ちつつピストン１の往復運動時の摩擦抵抗を低減することができる。さらに、接触部１０がピストン本体２よりも低い弾性率を持っているので、シリンダボア９の過度な磨耗を抑制できる。
【００１６】
本形態のピストン１において、接触部１０は弓なり状に形成されたブレード部１０ｂを備えているので、ピストン１の往復運動時にブレード部１０ｂの中央部１０ｃとシリンダボア９の内面とが接する。これにより、接触部１０とシリンダボア９の内面との接触面積が相対的に小さくなるので、ピストン１の往復運動時の摩擦抵抗をさらに低減することができる。
【００１７】
図７は、周波数とイナータンスとの関係の一例を示すグラフであり、図中の実線は本形態のピストン１を、破線は衝撃吸収部８を省略した場合のピストンをそれぞれ示している。この図に示したように、本形態では接触部１０と支持部１１とを組み合わせることにより、いわゆるバネマス系が構成され、衝撃吸収部８を省略した場合と比べて共振周波数が、音が発生する周波数範囲の下限値ｆ１よりも低い側にシフトする。その結果、下限値ｆ１よりも高い側のイナータンスが低減する。つまり、接触部１０と支持部１１とを組み合わせることにより、ピストン１の振動特性が変わる。よって、衝突時の衝突音が低減される。
【００１８】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、衝撃吸収部８はスカート部５の外周面全体に跨って配置されていてもよい。接触部１０は、ブレード部１０ｃを省略して、接続部１０ａのみで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一形態に係るピストンの正面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】図１の衝撃吸収部の周囲を拡大した図。
【図４】衝撃吸収部の概観図。
【図５】ピストンの首振り挙動が生じた際にピストンがシリンダボアの内面の一方の側に衝突した状態を示す説明図。
【図６】荷重と変位との関係の一例を示すグラフ。
【図７】周波数とイナータンスとの関係の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２０】
１  ピストン
２  ピストン本体
５  スカート部
８  衝撃吸収部
９  シリンダボア
１０  接触部
１０ａ  接続部
１０ｂ  ブレード部
１０ｃ  中央部
１１  支持部
ＣＬ  ピストン本体の中心線
【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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