JP4046613B2

JP4046613B2 - 鍛造ピストン

Info

Publication number: JP4046613B2
Application number: JP2003000821A
Authority: JP
Inventors: 雅也村尾; 敏桑嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-01-07
Also published as: JP2004211622A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、主としてエンジンに用いるピストンに関し、ピストンの重量を増やすことなくピンボス部近傍の構造の強化が図られ、その剛性バランスが確保されたピストンの改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各ピンボス部の剛性を合理的に強化して、ピストンピンを介して前記各ピンボス部に加えられる偏荷重に対して有効に対処し得るための構造が付与されたピストンが知られており、このピストンには、前記偏荷重に対処するために上部連結壁および下部連結壁と称せられるリブ状構造部が具備されており、両連結壁は共にピストン軸線とピンボス部軸線とを含む平面に対して直交する方向に延びており、上部連結壁はピンボス部の上部とスカート部とを互いに一体に連結し、また下部連結壁はピンボス部の下部とスカート部とを互いに一体に連結するようになされ、上部連結壁は下部連結壁に対してピンボス部の内端側へと偏位させられた構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−４１７４１号公報（第２頁−第３頁、第１図,第４図,第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献に記載された従来のピストン０１におけるピンボス部０３a,０３bの剛性の強化構造は、図７ないし図９に図示されるように、外周にリング溝０２cを有するピストンヘッド部０２と、このヘッド部０２の低部（下面部）に一体に突設されてピストン軸を挟んで同軸上に並ぶ一対のピンボス部０３a,０３bと、ヘッド部０２の下部周縁に一体に連なるスカート部０４等を備えたピストン０１において、前記ピンボス部０３a,０３bの剛性を強化するための上部連結壁０５aと下部連結壁０５bとを備えている。
【０００５】
前記上部連結壁０５aと下部連結壁０５bはピストン０１の軸線０Yおよびピンボス部０３a,０３bの軸線０Xを含む平面に直交する方向に延びており、前記上部連結壁０５aはピンボス部０３a,０３bの上部とスカート部０４とを一体に連結し、前記下部連結壁０５bはピンボス部０３a,０３bの下部とスカート部０４とを一体に連結している。上部連結壁０５aは下部連結壁０５bに対してピンボス部０３a,０３bの内端側へと偏位されている。
【０００６】
そして、爆発荷重によるピストンピンの撓みに起因して各ピンボス部０３a,０３bに加わる偏荷重が、前記上部連結壁０５aと下部連結壁０５bの合理的な配置構造により吸収されるようになされており（図９参照）、各ピンボス部０３a,０３bの効果的な補強がなされ、また、スカート部０４に加わるスラスト荷重は前記上部連結壁０５aと下部連結壁０５bにより効率的にピンボス部０３a,０３bに伝達され、スカート部０４の剛性強化もなされているものである。
【０００７】
ところで、前記特許文献に記載の従来のピストンにおけるピンボス部の剛性の強化構造は上述のようなものであるが、ピンボス部の外方端部が略リング溝下部のフランジ部外周部近傍の位置まで延在しており、ピンボス部のこの延在構造が前提とされて前記上部連結壁および下部連結壁との併設構造が相俟って、前記ピンボス部周辺構造部における剛性強化が図られている。
【０００８】
したがって、前記ピンボス部の剛性の強化構造は、ピンボス部がリング溝下部フランジ部外周部近傍まで延伸するから、該ピンボス部を介してコンロッドからの作用力が直接フランジ部に伝達されることになるので、該フランジ部の剛性が強化される必要があり、剛性強化のための前記フランジ部の厚み増加は避けられないことである。
【０００９】
そして、このフランジ部における厚みの増加は直接、ピストンの重量の増加を招くものであり、高速度で往復運動することからその軽量化が求められる中にあって、前記フランジ部の厚みの増加は避けたいところであり、この視点からすると前記従来のピストンにおけるピンボス部の剛性強化構造は改良の余地が残されたものである。
【００１０】
そこで、前記課題を解決するためのピストンの改良構造が求められており、ピストンの重量を増加することなく、かつピンボス部の構造強化が図られる軽量でかつ剛性バランスに優れたピストンのための改良構造の開発が望まれる。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、前記課題を解決するための、ピストンの重量増加を抑えつつ、前記ピンボス部の構造強化が図られた剛性バランスに優れたピストンのための改良構造に関し、請求項１記載の発明は、シリンダ内に嵌合されるピストンのヘッド部の下面部に一対のピンボス部が一体形成され、該一対のピンボス部間にコンロッドの小端部が挿入され、前記ピンボス部および前記小端部にピストンピンが挿入されて、前記コンロッドが連結される鍛造ピストンにおいて、各ピンボス部外方端部からリング溝下部のフランジ部間に亘り一対のリブが配設され、該リブ間に窪み部が設けられるとともに、該リブ間の窪み部を挟んでリブ越しに一対の窪み部が設けられ、該一対の窪み部は前記リブ間の窪み部よりもその深さが深くされ、前記一対のリブは、前記ピンボス部外方端面から前記鍛造ピストンのヘッド部の下面部に亘り接続されるとともに、前記リング溝下部のフランジ部間に亘りピストン外方側に行くに従って、フランジ部側に近づくように傾斜して形成され、前記ピストンピンの軸方向と直交する方向のピストン外周にスカート部が形成されるとともに、前記ピンボス部と前記スカート部を接続する接続壁がピストンピンの軸方向が略直交する方向に形成され、かつ前記一対の窪みが前記接続壁と前記リブの間に形成され、前記ピンボス部とスカート部を接続する接続壁がピンボス部の内方端部面に接続されたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１に記載された発明のものは、前記ピストンにおいて、各ピンボス部外方端部からリング溝下部フランジ部間に亘り一対の略平行なリブが配設され、該リブ間にV字形状の窪み部が設けられたものであるから、ピンボス部の外方端部からヘッド部のリング溝下部フランジ部に向けて配設された一対の略平行なリブにより、ヘッド部のリング溝下部フランジ部が強固に支えられるので、該フランジ部の厚みを増すことなく前記ピンボス部近傍構造部において必要とされる十分な剛性が得られ、また、前記リブ間のV字形状の窪み部はその形状効果により該窪み部近傍の構造部における十分な剛性が確保されつつ肉抜きによる該構造部の軽量化効果がもたらされるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１ないし図６には本発明の実施形態におけるピストン１が示されており、該ピストン１は、エンジン用のピストンであり、アルミニュウム合金からなり、ピストンヘッド部２と、このヘッド部２の下面部２bに一体的に突設されてピストン軸線Y-Yを挟んで（図３参照）同軸上に並ぶ一対のピンボス部３a，３bと、ヘッド部２の下部周縁に一体に連なるスカート部４とからなる構造を備えている。
【００１６】
そして、前記スカート部４はその一部が切欠かれたいわゆるスリッパタイプのスカート部４であり、２つに分割されたスカート部４a,４bからなり、前記スカート部４はその外径が前記ヘッド部２の外径よりも僅かに大きくなされており、これによりピストン１の熱膨張時に正規のサイズが保たれるようになされている。また、ピンボス部３a，３bには、図示されないピストンピンが嵌合されるためのピン孔３a_１，３b_１が穿設されている。
【００１７】
ピストンヘッド部２は、その頂壁２aと、該頂壁２aの周縁に一体に連なるスカート部４よりも肉厚のリングベルト部２cとからなっており、頂壁２aには吸排気バルブの逃げ２a_１が設けられ、リングベルト部２cの外周には、３本のリング溝２c_１,２c_２,２c_３が設けられ、その最上のリング溝２c_１と上から２番目のリング溝２c_２には図示されない圧縮リングが装着され、上から３番目のリング溝２c_３には図示されないオイルリングがそれぞれ装着されるようになされている。
【００１８】
図２ないし図４から明らかなように、ピストンヘッド部２の下面部２bには、既述のように該ヘッド部２に対して一体に一対のピンボス部３a,３bが突設されており、両ピンボス部３a，３bは互いにピストン軸線Y-Yを挟んで所定の間隔Dをもって同軸上に並んでおり、この間隔Dにより形成される間隙には図示されないコンロッドの小端部が収容され、該間隔Dがそのための十分な距離を確保するように両ピンボス部３a，３bの軸方向の内方端部３a_２,３b_２が互いに対向している。
【００１９】
両ピンボス部３a，３bの互いに対向する内方端部３a_２と３b_２にはそれぞれ、その外周面３a_４,３b_４から略外径方向に向かって互いにピストン１を横断するように反対方向（図４において左右方向、なお、図４における右方は断面で示されている。）に延在する一対の接続壁５a,５aと５b,５bが設けられ、しかも該一対の接続壁５a,５aと５b,５bはそれぞれ前記内方端部３a_２,３b_２を挟んで対称的に延在している。
【００２０】
そして、前記一対の接続壁５a，５aと５b，５bの前記延伸方向はさらに具体的には、図４から明らかなように外径方向（直交方向）から僅かな角度ズレた方向性をもって互いに反対方向にピストンを横断するように延在するものであり、この左右に延在する一対の接続壁５a，５aおよび５b，５bはそれぞれ２つに分割されたスカート部４の所定のスカート部４a，４bにまで延伸して該スカート部４a,４bの内側所定位置において直接接続されている。
【００２１】
また、図２および図５から明らかなように、前記一対の接続壁５a，５aおよび５b，５bのその下方部５a_１,５a_１と５b_１,５b_１は、両ピンボス部３a，３bにおいて、該ピンボス部３a，３bの前記内方端部３a_２,３b_２周面３a_４,３b_４下部とスカート部４a，４b下部とを結ぶ仮想線に略一致する部分において切除された構造とされており、また、その上方部は、ピストンヘッド部２の下面部２bにまで延在していて、該ヘッド部２下面２bの所定位置に直接接続されている。
【００２２】
そして、図２および図４から明らかなように、左右一対の接続壁５a,５aおよび５b,５bはそれぞれ板状のリブ形状をなしていて、その一側面のそれぞれの板状壁面部５a_２,５a_２、５b_２，５b_２は、両ピンボス部３a，３bのそれぞれの内方端部３a_２,３b_２において、それぞれ該内方端部３a_２,３b_２の端部面３a_３,３b_３と同一面をなして接続されている。
【００２３】
また、前記板状壁面部５a_２,５a_２と５b_２,５b_２はそれぞれ、前記端部面３a_３もしくは３b_３を挟んで互いに反対方向へ向かって延在しており、前記板状壁面部５a_２,５a_２と５b_２，５b_２は両ピンボス部３a,３bのそれぞれの内方端部３a_２，３b_２において、その端部面３a_３,３b_３と共にそれぞれ一つの連続する壁面を形成している。
【００２４】
よって、図４に図示されるようにピストン１の下方視において、両ピンボス部内方端部３a_２と３b_２における、その周面３a_４,３b_４からそれぞれスカート部４a,４bに向かって対称的に延設された左右一対の接続壁５a,５a、５b,５bにより、実質的に前記ピンボス部内方端部３a_２,３b_２の端部面３a_３,３b_３が挟まれかつ抱え込まれた２本の連接壁W１,W２が形成され、該２本の連接壁W１,W２は互いに対向して配設される構造となっている。
【００２５】
前記２本の連接壁W１,W２の配設構造は、前記ピストン１の下方視において、互いに所定の間隔をもって対向し、その略中央部における対向間隔は、勿論前記ピンボス部内方端部３a_２，３b_２の端部面３a_３，３b_３間の間隔Dであり、該対向間隔Dはスカート部４に向かってややハの字型に拡がるように対称的に延在した構造とされるものであり、この２本の対をなす板状の連接壁W１,W２は実質的にピストン１の横断面を横断するように延伸して左右に分割形成されたスカート部４a,４bを互いに連接している。
【００２６】
そして、結果的に前記２本の連接壁W１,W２は、ヘッド部２と両ピンボス部３a,３b、さらにはスカート部４a,４bを互いに強固に連接し、特にスカート部４a,４bは実質的にこの連接壁W１,W２（正確には連接壁W１,W２の一部を構成する接続壁５a,５b）により強固に支えられ、該スカート部４a,４bが受ける図示されないエンジンのシリンダ内壁からのスラスト荷重が前記連接壁W１,W２からピンボス部３a,３b等に伝達吸収され、スカート部４a,４bの変形が抑制される。
【００２７】
また、図３および図４から明らかなように、両ピンボス部３a，３bのそれぞれの軸方向外方端部３a_６,３b_６は、ヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２に対して所定の距離内側に引っ込んだ位置として位置付けられ、結局両ピンボス部３a,３bはその外方端部３a_６,３b_６がそれぞれヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２にまで達することなく延在する長さを有している。
【００２８】
そして、両ピンボス部３a,３bの軸方向外方端部３a_６,３b_６のそれぞれには、該外方端部３a_６,３b_６とヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２間とを連接する一対の補強リブ３a_７,３a_７および３b_７,３b_７が設けられており、該一対の補強リブ３a_７,３a_７および３b_７,３b_７は、前記両ピンボス部の軸方向延長線上に沿って前記外方端部から所定の間隔をもって互いに略平行に延伸する構造を備えている。
【００２９】
前記一対の略平行に延伸する補強リブ３a_７,３a_７間および３b_７,３b_７間のそれぞれの空間部には、すなわち、一対の補強リブ３a_７,３a_７および３b_７,３b_７と、ヘッド部２のリング溝の裏側、さらにはピンボス部３a,３bの軸方向外方端部３a_６,３b_６に囲まれた前記ピストン１の下方視（図４参照）において明らかな上下対称配置の都合２箇所の細くてやや長い各空間部には、所定の深さをもってV字形状に切欠き肉抜きされた窪み部A１,A２（図５参照）が形成されている。
【００３０】
また、前記一対のリブ３a_７,３a_７間および３b_７,３b_７間の空間部における窪み部A１,A２のそれぞれの両側空間部には、該窪み部A１,A２を挟んで前記リブ越しに一対の略対称的な形状を有する窪み部B１,B１およびB２,B２が形成されており、この窪み部B１,B１およびB２,B２は、図４のピストン１下方視から明らかなように都合４箇所に設けられている。なお、図４における右上の窪み部B１の形状が異なるが、これは図６におけるE-E断面で示されたことによるものである。
【００３１】
前記窪み部B１,B１、B２,B２は比較的深く凹状に切欠き肉抜きされた窪み部であり、その窪み部の底部B１a,B１a、B２a,B２aは、図５に図示されるように比較的平らな形状となされており、その窪み部の側部B１b,B１b、B２b,B２bはテーパー形状を呈し、その深さは、図５に図示されるように前記リブ３a_７,３a_７間および３b_７,３B_７間の空間部に形成された窪み部A１,A２と比較して深くなされている。
【００３２】
そして、前記一対のリブ３a_７,３a_７間および３B_７,３B_７間の窪み部A１,A２を挟んで形成される深い窪み部B１,B１およびB２,B２が形成される空間部は、また、図４におけるピストン１の下方視において、三角形に類似した形状をなす都合４箇所の対称的な配設位置関係にある比較的狭い構造部分である。
【００３３】
したがって、前記空間部に形成される深い窪み部B１,B１、B２,B２は、実質的にピストン１を横断する２つの対向して延在する連接壁W１,W２の対向壁面裏側の板状壁面部と、ピンボス部３a,３bの軸方向において所定長さで延伸する突設側部３a_５,３a_５、３b_５,３b_５、さらにはヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２裏側により囲まれた三角形類似の形状をした４つの窪み部B１,B１、B２,B２である。
【００３４】
そして、前記リブ３a_７,３a_７間および３ｂ_７,３b_７間に形成された比較的浅い窪み部A１,A２と、前記連接壁W１,W２部分の板状壁面部とピンボス部突設側部３a_５,３a_５、３b_５,３b_５等に囲まれた三角形類似の深い窪み部B１,B１、B２,B２はいずれも、その深さと形状が、前記連接壁W１,W２部や補強リブ３a_７,３a_７、３b_７,３b_７による剛性強度の増大とピストン１の軽量化、さらには熱の放散、ピストン製造の容易性等の兼ね合いが考慮されて適宜設定されている。
【００３５】
図１ないし図６に図示の実施形態は前記のように構成されるので、各ピンボス部３a,３bの軸方向外方端部３a_６,３b_６はヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２から所定量後退した位置にあり、該外方端部３a_６,３b_６からヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２に向けて延設された一対の補強リブ３a_７,３a_７、３b_７,３b_７により、該ヘッド部２のリング溝下部フランジ部２d_１,２d_２が強固に支えられるので、該フランジ部２d_１,２d_２の厚みを増すことなく必要とされる十分な剛性が確保される。
【００３６】
そして、前記一対の補強リブ３a_７,３a_７間および３b_７,３b_７間の空間部、すなわち一対の補強リブ３a_７,３a_７、３b_７,３b_７とピンボス部外方端部３a_６,３b_６、さらにはヘッド部２のリング溝下部裏側に囲まれた空間部は窪みA１,A２とされて肉抜きされており、しかも該窪みA１,A２はV字形状の凹部とされ比較的浅いことから十分な剛性を確保しつつ該構造部における重量の増加を抑制することができる。
【００３７】
また、ピンボス部３a,３bの内方端部３a_２,３b_２とスカート部４、さらにはヘッド部２が一対の互いに所定間隔をもって対向配置された板状の壁面部をもつ実質的にピストン１の横断面を横断する強固な連接壁W１,W２により互いに一体的に連接されてピストン１が形成されているから、該ピストン１はその剛性が高くきわめて強固な構造を備えたものである。
【００３８】
そして、一対のリブ３a_７,３a_７間および３b_７,３b_７間の窪み部A１,A２を挟んでリブ越しに一対、つまり都合４箇所に形成された窪み部B１,B１、B２,B２は、連接壁W１,W２の板状壁面部と、ピンボス部３a,３bの突設側部３a_５,３a_５、３b_５,３b_５と、さらにはヘッド部２のリング溝下部裏側に囲まれた４つの対称的な三角形類似の空間部に形成された窪み部である。
【００３９】
前記対称的な配設関係におかれる４つの空間部における窪み部B１,B１、B２,B２は、比較的深く切欠き肉抜きされた窪み部とされるので、これにより、前記空間部におけるバランスのよい軽量化が図られ、また窪み部の十分な深さにより該窪み部周辺構造部における熱の発散が効率的になされる。
【００４０】
しかも、前記空間部の窪み部B１,B１,B２,B２周辺の構造部は、その窪み部の深さにもかかわらず、前記連接壁W１,W２の板状壁面部と、ピンボス部３a,３bの突設側部３a_５,３a_５、３b_５,３b_５、さらにはヘッド部２のリング下部裏側に囲まれた領域であるから、その剛性は高く強固であり、前記補強リブ３a_７,３a_７間および３b_７,３b_７間の窪みA１,A２との兼ね合いから全体的に剛性バランスに優れかつ軽量化されたピストン１を得ることができる。
【００４１】
さらに、前記構造のピストン１は、その肉抜きされた窪み部A１,A２はV字形状であり、また窪み部B１,B２の形状は、その低部が比較的平らであり、窪み部側部はテーパー状でありいずれも比較的単純な形状とされていることから、該窪み部A１,A２およびB１,B２の凹状の形状が鍛造によっても容易に形成でき、該窪み部形成の除肉のための機械加工が不要となされることから、その製造に要するコストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストンヘッド部の上面図である。
【図２】本発明のピストンの主要構造部を示す図であり、図１図のA-A断面図である。
【図３】本発明のピストンの主要構造部を示す図であり、図１のB-B断面図である。
【図４】本発明のピストンの主要構造部を示す図であり、一部は図２のD-D断面図で示され、また、一部は図６のE-E断面で示されている。
【図５】本発明のピストンの主要構造部を示す図であり、図１のC-C断面図である。
【図６】本発明のピストンの主要構造部を示す図であり、ピストンの一側面図である。
【図７】従来のピストンの正面図である。
【図８】従来のピストンの主要部の横断面図である。
【図９】従来のピストンの図８における０A-０A断面図である。
【符号の説明】
１・・・ピストン、２・・・ピストンのヘッド部、２a・・・ヘッド部頂部、２a_１・・・吸排気バルブの逃げ、２b・・・ヘッド部下面部、２c・・・リングベルト部、２c_１,２c_２,２c_３・・・リング溝、２d_１,２d_２・・・リング溝下部のフランジ部、３,３a,３b・・・ピンボス部、３a_１,３b_１・・・ピストンピン用の孔、３a_２,３b_２・・・ピンボス部内方端部、３a_３,３b_３・・・内方端部面、３a_４,３b_４・・・内方端部周面、３a_５,３b_５・・・突設側面、３a_６,３b_６・・・ピンボス部外方端部、３a_７,３b_７・・・補強リブ、４,４a,４b・・・ピストンスカート部、５a,５b・・・接続壁、５a_１,５b_１・・・接続壁下方部、５a_２,５b_２・・・接続壁の板状壁面、A１,A２・・・窪み部、B１,B２・・・窪み部、B１a,B２a・・・窪み部底部、B１b,B２b・・・窪み部側部、W１,W２・・・連接壁。

Claims

シリンダ内に嵌合されるピストンのヘッド部の下面部に一対のピンボス部が一体形成され、該一対のピンボス部間にコンロッドの小端部が挿入され、前記ピンボス部および前記小端部にピストンピンが挿入されて、前記コンロッドが連結される鍛造ピストンにおいて、
各ピンボス部外方端部からリング溝下部のフランジ部間に亘り一対のリブが配設され、該リブ間に窪み部が設けられるとともに、該リブ間の窪み部を挟んでリブ越しに一対の窪み部が設けられ、該一対の窪み部は前記リブ間の窪み部よりもその深さが深くされ、
前記一対のリブは、前記ピンボス部外方端面から前記鍛造ピストンのヘッド部の下面部に亘り接続されるとともに、前記リング溝下部のフランジ部間に亘りピストン外方側に行くに従って、フランジ部側に近づくように傾斜して形成され、
前記ピストンピンの軸方向と直交する方向のピストン外周にスカート部が形成されるとともに、前記ピンボス部と前記スカート部を接続する接続壁がピストンピンの軸方向が略直交する方向に形成され、かつ前記一対の窪みが前記接続壁と前記リブの間に形成され、
前記ピンボス部とスカート部を接続する接続壁がピンボス部の内方端部面に接続されたことを特徴とする鍛造ピストン。