JP2011069295A - エンジン用のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】スカート部のスラスト面の，特に軸方向中間部の潤滑性を効果的に高めて摩擦を低減すると共に，その部分の低摩擦樹脂被膜の摩耗を防ぐ。
【解決手段】スカート部３のスラスト面３ａに，ヘッド部１側からピストン軸線Ｙに沿って並ぶ上部領域７，中間部領域８及び下部領域９を設定し，その中間部領域８の低摩擦樹脂被膜６にオイルピット１０を設ける一方，上部領域７の低摩擦樹脂被膜６には，ピストンＰの上昇行程時，エンジンのシリンダＣの内壁Ｃａとの間に介在する潤滑オイルを捕捉して中間部領域８へ誘導する複数の第１オイル捕捉誘導溝１１を，また下部領域９の低摩擦樹脂被膜６には，ピストンＰの下降行程時，シリンダＣの内壁Ｃａとの間に介在する潤滑オイルを捕捉して中間部領域８へ誘導する複数の第２オイル捕捉誘導溝１２をそれぞれ設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は，外周にリング溝を有するヘッド部と，このヘッド部の下面に一体に突設されてピストン軸線を挟んで同軸上に並ぶ一対のピンボス部と，ヘッド部の下端周縁部より延出して一対のピンボス部の両側部間を連結するスカート部とよりなり，そのスカート部のスラスト面に，潤滑オイルを保持し得る複数のオイルピットを有する低摩擦樹脂被膜を形成した，エンジン用のピストンの改良に関する。

かゝるエンジン用のピストンは，例えば下記特許文献１に開示されるように，既に知られている。

特開２００９−５２４５１号公報

従来のかゝるピストンでは，スカート部のスラスト面を被覆する低摩擦樹脂被膜の略全域に亙りオイルピットを均等に設け，低摩擦樹脂被膜の略全体で潤滑オイルを保持するようにして，スカート部のシリンダ内壁との摩擦抵抗の低減を図るようにしている。

しかしながら，こうしたピストンでも，長期間エンジンの運転に供したものを調べてみると，図６に示すように，エンジンのシリンダＣの内壁Ｃａに圧接するスカート部３のスラスト面の，ヘッド部１に比較的近い軸方向中間部の低摩擦樹脂被膜６に周方向に延びる帯状の摩耗部が発生していることを確認している。このような摩耗は，スカート部３の，ヘッド部１に比較的近い軸方向中間部が厚肉のヘッド部やピンボス部により剛性を強化され，その部分のスラスト面の面圧が他の部分より高くなる（図６の面圧分布図参照，等圧線が密集する部分程，面圧が高いことを示す。）ことに大きく起因すると考えられる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，スカート部のスラスト面の，特に軸方向中間部の潤滑性を効果的に高めて摩擦を低減すると共に，その部分の低摩擦樹脂被膜の摩耗を防ぐようにし，耐久性の高いエンジン用のピストンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，外周にリング溝を有するヘッド部と，このヘッド部の下面に一体に突設されてピストン軸線を挟んで同軸上に並ぶ一対のピンボス部と，ヘッド部の下端周縁部より延出して一対のピンボス部の両側部間を連結するスカート部とよりなり，そのスカート部のスラスト面に，潤滑オイルを保持し得る複数のオイルピットを有する低摩擦樹脂被膜を形成した，エンジン用のピストンにおいて，スカート部のスラスト面に，ヘッド部側からピストン軸線に沿って並ぶ上部領域，中間部領域及び下部領域を設定し，その中間部領域の低摩擦樹脂被膜に前記オイルピットを設ける一方，前記上部領域の低摩擦樹脂被膜には，ピストンの上昇行程時，エンジンのシリンダの内壁との間に介在する潤滑オイルを捕捉して前記中間部領域へ誘導する複数の第１オイル捕捉誘導溝を，また前記下部領域の低摩擦樹脂被膜には，ピストンの下降行程時，前記シリンダの内壁との間に介在する潤滑オイルを捕捉して前記中間部領域へ誘導する複数の第２オイル捕捉誘導溝をそれぞれ設けたことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記第１及び第２オイル捕捉誘導溝を，その溝幅が前記中間部領域に向かって狭まるように形成したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記複数のオイルピットをスカート部の周方向に沿って千鳥状に配置したことを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，ピストンの上昇行程時には，スカート部のスラスト面における上部領域の各第１オイル捕捉誘導溝が，スラスト面とシリンダの内壁との間に介在する潤滑オイルを捕捉すると，上昇する各第１オイル捕捉誘導溝とシリンダの内壁との相対移動に伴ない，各第１オイル捕捉誘導溝内のオイルは中間部領域側に誘導されることになるので，潤滑オイルを第１オイル捕捉誘導溝群からオイルピット群に効率良く供給し続けることができ，またピストンの下降行程時には，同様の作用により，潤滑オイルを第２オイル捕捉誘導溝群からオイルピット群に効率良く供給し続けることができ，これによりピストンの上昇行程，下降行程を問わず，常にスカート部のスラスト面における中間部領域のオイルピット群に潤滑オイルを供給して保持させることができ，しかも上記中間部領域は，スラスト面がシリンダの内壁に圧接したとき，特に面圧が高くなる部分に設定されるので，その高面圧部分の潤滑性を特に良好にし，シリンダ内壁との摩擦抵抗を効果的に低減することができる。その結果，スラスト面に形成した低摩擦樹脂被膜の摩耗を防ぎ，ピストンの耐久性を高めると共に，エンジン出力及び低燃費性の向上に寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば，ピストンの上昇及び下降行程時，第１及び第２オイル捕捉誘導溝は，捕捉した潤滑オイルを，シリンダの内壁との相対移動により，第１及び第２オイル捕捉誘導溝の尖端側，即ち中間部領域側に誘導しながら昇圧することになるから，潤滑オイルを第１及び第２オイル捕捉誘導溝群から中間部領域に高圧の潤滑オイルを集中させて，オイルピット群により効率良く供給することができる。

本発明の第３の特徴によれば，ピストンの昇降中，ピストンの運動方向前方側のオイルピットから流出した潤滑オイルは，ピストンの運動方向後方側のオイルピットに流入することができて無駄がなく，上記中間部領域全体の潤滑性をより良好にすることができる。

本発明の一実施例に係るエンジン用のピストンの側面図。 同ピストンの底面図。 図１の３−３線拡大断面図。 上記実施例の変形例を示す，図１との対応図。 上記実施例の別の変形例を示す，図１との対応図。 エンジン用のピストンのスカート部における面圧分布図。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

先ず，図１及び図２において，エンジン用のピストンＰはＡｌ合金製であって，外周に複数のリング溝１ａ，１ａ…を有するヘッド部１と，このヘッド部１の下面に一体に突設されてピストン軸線Ｙを挟んで同軸上に並ぶ一対のピンボス部２，２と，ヘッド部１の下端周縁部より延出して一対のピンボス部２，２の両側部間を連結するスカート部３とよりなっており，そのスカート部３は，ピストンＰの昇降姿勢を安定させるべくエンジンのシリンダＣの内壁Ｃａに圧接する，ヘッド部１の外径より僅かに大径の一対のスラスト面３ａ，３ａを外周に有する。またそれらスラスト面３ａ，３ａは，高温時に真円となるように，常温ではピンボス部２，２の軸線側を短径とする楕円形に形成される。

リング溝１ａ，１ａ…には，エンジンのシリンダＣの内壁Ｃａに密接するピストンリング５，５…が装着され，またピンボス部２，２には，コンロッドの小端部を支持するピストンピン（図示せず）が嵌装されるようになっている。

図１及び図３に示すように，スカート部３のスラスト面３ａには，その略全域を覆う低摩擦樹脂被膜６が形成される。その際，スラスト面３ａには，ヘッド部１側からピストン軸線Ｙに沿って並ぶ上部領域７，中間部領域８及び下部領域９が設定され，特に，中間部領域８は，スカート部３の軸方向中央よりヘッド部１側に偏倚していて，周方向に延びる帯状をなしている。その中間部領域８は，スラスト面３ａにおいて特に面圧が高くなる部分であり，その中間部領域８の低摩擦樹脂被膜６には多数のオイルピット１０，１０…が設けられる。

これらオイルピット１０，１０…は，それぞれ円形をなすと共にスカート部３の周方向に沿う複数列（図示例では３列）を形成するように配置され，且つ各列間では千鳥状に配置される。こうすることで，ピストンＰの平面視で，隣接するオイルピット１０，１０…は互いに一部重なり，もしくは極近接するようになっている。

一方，上部領域７の低摩擦樹脂被膜６には，ピストンＰの上昇行程時，エンジンのシリンダＣの内壁Ｃａとの間に介在する潤滑オイルを捕捉して前記中間部領域８へ誘導する多数の第１オイル捕捉誘導溝１１，１１…が設けられ，また下部領域９の低摩擦樹脂被膜６には，ピストンＰの下降行程時，同シリンダＣの内壁Ｃａとの間に介在する潤滑オイルを捕捉して中間部領域８へ誘導する多数の第２オイル捕捉誘導溝１２，１２…が形成される。

具体的には，各第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２は，それぞれ溝幅が中間部領域８に向かって狭まる三角形状をなしており，特に，スラスト面３ａの周方向両外側の第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２は，その尖端部を中間部領域８のやゝ周方向中央部寄りに向けるよう斜めに配置される。

このようなオイルピット１０，１０…，第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２を設けた低摩擦樹脂被膜６は，例えばモリブデン，硫化物，グラファイト，ＰＴＦＥ（ポリテトラフロオロエチレン）を含む固体潤滑と，例えばポリアミド樹脂，ポリフェニリンサルファイド，エポキシ樹脂，フェノール樹脂，シリコーン樹脂，ポリアミドイミド樹脂，ポリイミド樹脂を含むバインダ樹脂とを混練したものをスクリーン印刷することにより，スラスト面３ａに３〜３０μｍの厚みに形成される。したがって，オイルピット１０，１０…，第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２の深さも３〜３０μｍとなる。

次に，この実施例の作用について説明する。

図１において，エンジンの圧縮行程又は排気行程でピストンＰが矢印Ｕの方向に上昇するとき，スカート部３のスラスト面３ａにおける上部領域７の各第１オイル捕捉誘導溝１１，１１…が，スラスト面３ａとシリンダＣの内壁Ｃａとの間に介在する潤滑オイルを捕捉すると，上昇する各第１オイル捕捉誘導溝１１，１１…とシリンダＣの内壁Ｃａとの相対移動に伴ない，各第１オイル捕捉誘導溝１１，１１…内のオイルは，各第１オイル捕捉誘導溝１１，１１…の尖端側，即ち中間部領域８側に誘導されながら昇圧することになるので，ピストンＰの上昇中，第１オイル捕捉誘導溝１１，１１…群から高圧の潤滑オイルを中間部領域８に集中させて，オイルピット１０，１０…群に効率良く供給し続けることができる。

またエンジンの吸気行程又は排気行程でピストンＰが矢印Ｄの方向に下降するときは，スカート部３のスラスト面３ａにおける下部領域９の第２オイル捕捉誘導溝１２，１２…が，スラスト面３ａとシリンダＣの内壁Ｃａとの間に介在する潤滑オイルを捕捉すると，下降する各第２オイル捕捉誘導溝１２，１２…とシリンダＣの内壁Ｃａとの相対移動に伴ない，各第２オイル捕捉誘導溝１２，１２…内のオイルは，各第２オイル捕捉誘導溝１２，１２…の尖端側，即ち中間部領域８側に誘導されながら昇圧することになるので，ピストンＰの下降中，第２オイル捕捉誘導溝１２，１２…群から高圧の潤滑オイルを中間部領域８に集中させて，オイルピット１０，１０…群に効率良く供給し続けることができる。

こうようにピストンＰの上昇行程，下降行程を問わず，常にスカート部３のスラスト面３ａにおける中間部領域８のオイルピット１０，１０…群に高圧の潤滑オイルを供給して保持させることができ，しかも上記中間部領域８は，スラスト面３ａがシリンダＣの内壁Ｃａに圧接したとき，特に面圧が高くなる部分に設定されているので，多数のオイルピット１０，１０…が潤滑オイルを保持することで，その高面圧部分の潤滑性を特に良好にし，シリンダＣの内壁Ｃａとの摩擦抵抗を効果的に低減することができる。その結果，スラスト面３ａに形成した低摩擦樹脂被膜６の摩耗を防ぎ，ピストンＰの耐久性を高めると共に，エンジン出力及び低燃費性の向上に寄与し得る。

また中間部領域８の多数のオイルピット１０，１０…は，スカート部３の周方向に沿って千鳥状に配設されるため，ピストンＰの昇降中，ピストンＰの運動方向前方側のオイルピット１０，１０…から流出した潤滑オイルは，ピストンＰの運動方向後方側のオイルピット１０，１０…に流入することができて無駄がなく，上記中間部領域８全体の潤滑性をより良好にすることができる。

図４及び図５は，上記実施例の変形例を示すもので，上記実施例に対して，第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２の配置，個数，大きさび形状を異にしたものであり，具体的には第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２は涙滴状もしくは扇形状に形成されるが，基本的には上記と同様の作用効果を達成することができる。尚，図４及び図５中，前実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，オイルピット１０，第１及び第２オイル捕捉誘導溝１１，１２の個数，大きさ及び形状は自由に選定することができる。

Ｃ・・・・・エンジンのシリンダ
Ｃａ・・・・シリンダの内壁
Ｐ・・・・・ピストン
Ｙ・・・・・ピストン軸線
１・・・・・ヘッド部
２・・・・・ピンボス部
３・・・・・スカート部
６・・・・・低摩擦樹脂被膜
４・・・・・上部領域
５・・・・・中間部領域
６・・・・・下部領域
１０・・・・オイルピット
１１・・・・第１オイル捕捉誘導溝
１２・・・・第２オイル捕捉誘導溝

Claims (3)

1. 外周にリング溝（１ａ）を有するヘッド部（１）と，このヘッド部（１）の下面に一体に突設されてピストン軸線（Ｙ）を挟んで同軸上に並ぶ一対のピンボス部（２，２）と，ヘッド部（１）の下端周縁部より延出して一対のピンボス部（２，２）の両側部間を連結するスカート部（３）とよりなり，そのスカート部（３）のスラスト面（３ａ）に，潤滑オイルを保持し得る複数のオイルピット（１０，１０…）を有する低摩擦樹脂被膜（６）を形成した，エンジン用のピストンにおいて，
   スカート部（３）のスラスト面（３ａ）に，ヘッド部（１）側からピストン軸線（Ｙ）に沿って並ぶ上部領域（７），中間部領域（８）及び下部領域（９）を設定し，その中間部領域（８）の低摩擦樹脂被膜（６）に前記オイルピット（１０，１０…）を設ける一方，前記上部領域（７）の低摩擦樹脂被膜（６）には，ピストン（Ｐ）の上昇行程時，エンジンのシリンダ（Ｃ）の内壁（Ｃａ）との間に介在する潤滑オイルを捕捉して前記中間部領域（８）へ誘導する複数の第１オイル捕捉誘導溝（１１，１１…）を，また前記下部領域（９）の低摩擦樹脂被膜（６）には，ピストン（Ｐ）の下降行程時，前記シリンダ（Ｃ）の内壁（Ｃａ）との間に介在する潤滑オイルを捕捉して前記中間部領域（８）へ誘導する複数の第２オイル捕捉誘導溝（１２，１２…）をそれぞれ設けたことを特徴とする，エンジン用のピストン。
2. 請求項１記載のエンジン用のピストンにおいて，
   前記第１及び第２オイル捕捉誘導溝（１１，１２）を，その溝幅が前記中間部領域（８）に向かって狭まるように形成したことを特徴とする，エンジン用のピストン。
3. 請求項１記載のエンジン用のピストンにおいて，
   前記複数のオイルピット（１０，１０…）をスカート部（３）の周方向に沿って千鳥状に配置したことを特徴とする，エンジン用のピストン。

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