JP2007071158A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストンの軽量化を極力損なうことなく、ピストンピンの圧入組み付け性を向上させる。
【解決手段】 一対のピンボス３のうち一方のピンボス３１の内側面に、ピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面５を形成し、他方のピンボス３２の内側面には、ピストン１の頂面から離間するほどピストンの中心軸ＣＬ１から離間する傾斜面６を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主に自動車に用いられる内燃機関のピストンに関するものである。

図１３は従来の内燃機関のピストンの一例を示す模式的な断面図である。図示するように、このピストン１０１は、ピストンリング溝１０２ａが形成されたピストンクラウン１０２と、コネクティングロッド（コンロッド）が接続される一対のピンボス１０３とを有しており、これらピストンクラウン１０２とピンボス１０３とが一体に形成されている。
また、一対のピンボス１０３にはそれぞれピン孔１０４が形成されており、図１４に示すように、これらのピン孔１０４とコネクティングロッド（コンロッド）１１０の小端部１１１に形成されたピン孔１１２とにピストンピン１１３を挿入することにより、ピストン１０１とコンロッド１１０とが連結される。なお、特許文献１には、このようなピストンとコンロッドとの接続手法に関する技術が開示されいる。

ところで、従来よりピストンを軽量化する目的で、図１３に示すように、ピストン１０１のピンボス１０３の内側面を傾斜して形成することが知られている。そして、このようにピンボス１０３の内側面を傾斜させることにより、傾斜分だけ肉抜きすることができ、軽量化を図ることができる。
特開平８−１７８０６７号公報

ところで、ピストン１０１とコンロッド１１０とを接続する場合、例えば図１４に示すように、一方のピンボス１０３の外側面の下方にピストン受け（治具）１１４を配置してピストン１０１を安定させるとともに、一対のピンボス１０３の間にコンロッド１１０の小端部１１１を配置し、ピンボス１０３のピン孔１０４の位置とコンロッド小端部１１１のピン孔１１２の位置とを一致させた後、上方からピストンピン１１３を挿入する。

しかしながら、ピンボス１０３に傾斜を設けて肉抜きした場合には、ピストンピン１１３をコンロッド１１０に圧入する際にコンロッド１１０が傾いて正しく圧入ができない場合がある。
例えば図１４に示すように、ピンボス１０３が傾斜しているとコンロッド１１０の小端部１１１が安定せず、ピストンピン１１３を圧入する際に、ピンボス１０３の軸心とコンロッド１１０の小端部１１１の軸心とが傾いてしまい（矢印Ａ参照）、圧入不具合が生じる場合がある。

なお、図１５に示すように、ピンボス１０３とコンロッド１１０との間にコンロッド受け１１５を設けてコンロッド１１０を安定させ、この状態でピストンピン１１３を圧入することも考えられるが、近年では小型化や、軽量化の要求からピストンとコンロッドとの隙間が小さくなっており、コンロッド受け１１５を挿入するスペースが確保できず、このような手法が成立しない場合が多くなっている。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ピストンの軽量化を極力損なうことなく、ピストンピンの圧入組み付け性が向上するようにした、内燃機関のピストンを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のピストンは、それぞれにピン孔が形成された一対のピンボスを有し、前記各ピン孔とコネクティングロッドの小端部孔とにピストンピンを挿入することにより前記コネクティングロッドに連結される内燃機関のピストンであって、前記ピンボスのうち一方のピンボスの内側面は、前記ピン孔の軸に対して直交する平面となるように形成され、前記ピンボスのうち他方のピンボスの内側面は、前記ピストンの頂面から離間するほど前記ピストンの中心軸から離間するように形成されていることを特徴としている（請求項１）。

なお、前記一方のピンボスの外側面に前記ピン孔の軸に対して直交する平面が形成されているのが好ましい（請求項２）。
また、前記他方のピンボスの外側面は、前記一方のピンボスの外側面よりも前記ピストン中心軸側に形成されているのが好ましい（請求項３）。
また、前記一対のピンボスの内側面の縁部のそれぞれはＲ形状、又は面取り形状であって、前記他方のピンボスよりも前記一方のピンボスのほうが、前記Ｒ形状のＲ、又は前記面取り形状の面取り幅が小さく設定されているのが好ましい（請求項４）。

本発明の内燃機関のピストンによれば、一方のピンボスの内側面はピン孔の軸に対して直交する平面となるように形成し、他方のピンボスの内側面はピストンの頂面から離間するほどピストンの中心軸から離間するように形成することにより、ピストンピン圧入時におけるコンロッドの安定性が向上し、ピストンの軽量化を図りながらピストンピンの圧入組み付け性を向上させることができる（請求項１）。

また、一方のピンボスの外側面にもピン孔の軸に対して直交する平面を形成することで、ピストンピン圧入時におけるピストン１が安定し、ピストンピンの圧入組み付け性をさらに向上させることができる（請求項２）。
また、他方のピンボスの外側面が、前記一方のピンボスの外側面よりも前記ピストン中心軸側に形成して他方のピンボスを肉抜きすることにより、ピストンのさらなる軽量化を図ることができる（請求項３）。

さらに、他方のピンボスよりも一方のピンボスのほうが内側面の縁部のＲ形状のＲ（加工半径）、又は面取り形状の面取り幅が小さく設定しているので、一方のピンボスの平面を極力大きく確保することができ、ピストンピンの圧入作業時におけるコンロッドの安定性がさらに向上する利点がある（請求項４）。

以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンについて説明すると、図１〜図１２はいずれもその形状を示す模式図である。
図１〜図１２に示すピストン１は、上述した従来のピストンと同様に、ピストンリング溝２ａが形成されたピストンクラウン２と、図示しないコネクティングロッド（コンロッド）と接続される一対のピンボス３とを有しており、これらピストンクラウン２とピンボス３とが一体に形成されている。

また、図２〜図４，図６，図９〜図１２に示すように、一対のピンボス３にはそれぞれピン孔４が形成されており、これらのピン孔４とコンロッドの小端部に形成されたピン孔とにピストンピン（図示省略）を挿入することにより、ピストン１とコンロッドとが連結されるようになっている。なお、本実施形態では、ピストンピンはコンロッドのピン孔に対して圧入されるようになっており、一方ピストン１のピン孔４に対しては遊嵌されるようになっている。

また、一対のピンボス３のうち、図２中左側のピンボスであって、図７中上方のピンボス（他方のピンボス）３２の内側面は、軽量化を目的にいわゆる肉抜きが施されており、このためピンボス３２の内側面には傾斜面６が形成されている。
より具体的には、図２に示すように、ピン孔４の軸ＣＬ２よりも上方（ピストン頂面側）にはピン孔４の軸ＣＬ２に略直交する平面６ａが形成され、この平面６ａよりも下方において上記傾斜面６が形成されている。また、この傾斜面６は、ピストン１の頂面から離間するほど、つまりピストン１の下方へ向かうほど、ピストン１の中心軸ＣＬ１から離間するような面として形成されている。なお、ピストン１の強度や耐久性が確保できるのであれば、ピンボス３２の内側面の全体を傾斜面として形成してもよい。

そして、このようにピンボス３２の内側を傾斜させた分だけ肉抜きすることができ、軽量化を図ることができるのである。なお、この傾斜面６は、図１３における傾斜面と同等のものである。
また、一対のピンボス３のうち、図２中右側のピンボスであって、図７中下方のピンボス（一方のピンボス）３１の内側面には、ピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面５が形成されている。つまり、この一方のピンボス３１についてはピストン１の中心軸ＣＬ１から離間する傾斜面を形成するような肉抜きを行わず、ピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面５が形成されているのである。

ここで、一方のピンボス３１の内側面にピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面５を形成しているのは、コンロッドにピストンピンを圧入する際の組み付け作業性を高めるためである。つまり、すでに図１４を用いて説明したように、ピストンピンを圧入する際にはピンボス３１の上にコンロッドの小端部を載置して、互いのピン孔位置を合わせてからピストンピンを挿入或いは圧入するが、上述のように一方のピンボス３１について平面５を形成しておくことによりコンロッドを載置した際にコンロッドの小端部が安定し、ピストンピン圧入時にコンロッドが傾いて圧入不具合を生じるような事態を回避することができ、作業性が大きく向上するのである。また、図１５で示すようなコンロッド受けを一対のピンボス３１，３２の間に挿入する必要もなくなる。

このように、本実施形態に係るピストンでは、２つのピンボス３１，３２のうち、一方のピンボス３１については、組み付け作業性を考慮して肉抜きを行わず、他方のピンボス３２についてのみ肉抜きを行い、軽量化と組み付け作業性の向上とを図っているのである。
ところで、これらのピンボス３１，３２の内側面の縁部３３，３４はＲ形状、又は面取り形状であって、このＲ形状、又は面取り形状の寸法は、一方のピンボス３１と他方のピンボス３２とで異なって設定されており、図２に示すように、一方のピンボス３１の縁部３３の方が、Ｒ形状のＲ（加工半径）が小さく形成されている。また、図２（ｂ）で示すように、面取り形状の場合は、一方のピンボス３１の縁部の面取り幅Ｗの方が小さく形成される。ここでの面取り幅Ｗとは、図２（ｂ）で示すように、ピン孔軸ＣＬ２方向から見た面取り用斜面の幅を示す。

これは、一方のピンボス３１の内側面の平面５の面積を極力大きく確保するためであり、このように僅かでも平面５を大きく確保することにより、ピンボス３１上にコンロッドを載置した際のコンロッドの安定性がさらに向上し、ピストンピンの圧入作業性の向上を図ることができる。
また、図２，図５，図６，図９及び図１１に示すように、このピストン１の一方のピンボス３１の外側面には、上記ピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する（即ち、内側面の平面５と平行な）平面７が形成されている。

ここで、この平面７は、ピストンピン圧入時にピストン１を図示しないピストン受けに安定して載置するために形成されたものであり、本実施形態では図６，図９及び図１１に示すように、ピン孔４の周囲の所定範囲と外側面７の下方部分とが同一平面となるように加工されている。なお、ピンボス３１の外側面７のうち上記以外の範囲では軽量化を図るべく肉抜きが施されている。

また、図２，図４，図５，図１０及び図１２に示すように、他方のピンボス３２の外側面は、ほぼ全面に亘って肉抜きが施されており、これにより、図２及び図５に示すように、前記一方のピンボス３１の外側面と他方のピンボス３２の外側面とでは、他方のピンボス３２の外側面の方がよりピストン中心軸ＣＬ１に近くに形成される。
そして、ピストンピンの圧入組み付けの作業性に何ら関与しない他方のピンボス３２の外側面をほぼ全面に亘って肉抜きすることにより、組み付けの作業性を損なうことなくさらなる軽量化が図られている。

なお、図１０及び図１２に示すように、ピンボス３２の外側面の下端部は大きな荷重が入力されるので、本実施形態ではこの部分については強度確保のために肉抜きを施していないが、十分な強度及び耐久性が確保できるのであれば、この外側面下端部について肉抜きしてもよい。
本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンは上述のように構成されているので、ピストン１と図示しないコンロッドとピストンピンを用いて接続する場合には以下のような作業を行う。

まず、平らな治具の上にピストン１を載置する。このとき、一方のピンボス３１の外側面が下方となるように、即ち、一方のピンボス３１の外側面に形成された平面７と治具とが当接するように、ピストン１を載置する。これにより、治具に対してピンボス３１が面で当接するので、ピストン１を安定し治具の上に載置することができ、ピストン１を安定させることができる。

そして、図示しないコンロッドの小端部を両ピンボス３１，３２の間に進入させ、小端部に形成されたピン孔と、両ピンボス３１，３２に形成されたピン孔４との位置合わせを行い、上方から図示しないピストンピンを挿入する。このとき、ピストン１は一方のピンボス３１の方が下方に位置しているので、ピストンピンは上方に位置している他方のピンボス３２のピン孔４から挿入され、その後、コンロッドの小端部のピン孔に圧入される。

ここで、一方のピンボス３１の内側面には、ピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面５が形成されているので、コンロッド小端部を安定してピンボス３１上に載置することができ、ピストンピンの圧入作業時においてコンロッドが安定し、組み付け作業性を向上させることができる。したがって、ピンボスの軸心とコンロッドの小端部の軸心とが傾くことによる圧入不具合を回避することができる。

以上詳述したように、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンによれば、一方のピンボス３１の内側面にピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面５を形成し、他方のピンボス３２の内側面にピストン１の頂面から離間するほどピストン１の中心軸ＣＬ２から離間する傾斜面６を形成するという簡素な構成で、ピストンピン圧入時におけるコンロッドの安定性が向上し、ピストン１の軽量化を図りながらピストンピンの圧入組み付け性を向上させることができる。

また、一方のピンボス３１の外側面にもピン孔４の軸ＣＬ２に対して直交する平面７を形成することで、ピストンピン圧入時におけるピストン１が安定し、ピストンピンの圧入組み付け性をさらに向上させることができる。
前記他方のピンボスの外側面に肉抜きを施すことにより、さらなるピストン１の軽量化を図ることができる。

さらに、他方のピンボス３２よりも一方のピンボス３１のほうが内側面の縁部におけるＲ形状のＲ、又は面取り形状の面取り幅を小さく設定しているので、一方のピンボス３１の平面を極力大きく確保することができ、ピストンピンの圧入作業時におけるコンロッドの安定性がさらに向上する利点がある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、傾斜面６は平面に限らず曲面でもよく、ピストンの頂面から離間するほどピストンの中心軸からなだらかに離間していく曲面としてもよい。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な上面図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な断面図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はピンボス内側面の縁部の面取り形状を示す拡大図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な断面図であって、図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な側面図であって、図１における左側面図（図１のＤ矢視図）である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な正面図（図１のＦ矢視図）である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な側面図であって、図１における右側面図（図１のＥ矢視図）である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な底面図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な断面図であって、図５のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンを示す模式的な斜視図である。 従来の技術を説明する図であって、従来のピストンを示す模式的な断面図である。 ピストンピンの圧入作業について説明する図である。 ピストンピンの圧入作業について説明する図である。

符号の説明

１ ピストン
２ ピストンクラウン
３ ピンボス
３１ 一方のピンボス
３２ 他方のピンボス
４ ピン孔
５ 平面
６ 傾斜面
６ａ 平面
６ｂ 突起
７ 平面

Claims (4)

1. それぞれにピン孔が形成された一対のピンボスを有し、前記各ピン孔とコネクティングロッドの小端部孔とにピストンピンを挿入することにより前記コネクティングロッドに連結される内燃機関のピストンであって、
   前記ピンボスのうち一方のピンボスの内側面は、前記ピン孔の軸に対して直交する平面となるように形成され、
   前記ピンボスのうち他方のピンボスの内側面は、前記ピストンの頂面から離間するほど前記ピストンの中心軸から離間するように形成されている
   ことを特徴とする、内燃機関のピストン。
2. 前記一方のピンボスの外側面に前記ピン孔の軸に対して直交する平面が形成されている
   ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関のピストン。
3. 前記他方のピンボスの外側面は、前記一方のピンボスの外側面よりも前記ピストン中心軸側に形成されている
   ことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関のピストン。
4. 前記一対のピンボスの内側面の縁部のそれぞれはＲ形状、又は面取り形状であって、
   前記他方のピンボスよりも前記一方のピンボスのほうが、前記Ｒ形状のＲ、又は前記面取り形状の面取り幅が小さく設定されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関のピストン。
   

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