JP5429154B2 - ピストン - Google Patents

Description

本発明は、例えばレシプロ式内燃機関に用いられるピストンに関する。

従来、アウタピストンとインナピストンとを備える可変圧縮比ピストンが提案されている。アウタピストンとインナピストンとの間には、皿ばねが収容されている。燃焼室内の圧力が大きくなると、皿ばねがたわむことによってアウタピストンがインナピストン側に移動し、それゆえ、燃焼室内が意図する圧力を越えないように設定できる（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１７６６５号公報

特許文献１に開示される圧縮比可変ピストンに複数の皿ばねを用いる場合、皿ばねどうしが互いにずれることが考えられる。特に、互いに対向する皿ばねの姿勢が逆さまの関係にあると、この互いに対向する一対の皿ばねどうしは、外周縁部または内周縁部のいずれか一方のみの接触となるので、圧縮される際にずれやすくなる。

皿ばねがずれることによって、皿ばね全体のばね特性が変化することが考えられるので、複数の皿ばねを備える構造において、皿ばねどうしがずれることは、好ましくない。

本発明は、複数の皿ばねを備えるピストンにおいて、皿ばねどうしのずれを抑制できるピストンを提供することを目的とする。

請求項１に記載のピストンは、ピストンボスが形成されるピストン基部と、前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、前記ピストン基部と前記ピストン移動部との間に形成される収容部と、前記収容部内に収容されるとともに複数重ねられるリング状の皿ばねと、前記複数の皿ばね間に設けられる保持器とを備える。前記保持器は、前記皿ばねに挟まれる挟持部と、前記挟持部と一体に形成され、前記挟持部を挟む両皿ばねの外周側面または内周側面に亘って形成されるずれ止め部からなる複数の駒体と、前記駒体を環状に連結する連結部とを備える。

請求項２に記載のピストンでは、請求項１の記載において、前記挟持部は、前記ずれ止め部から離れるにしたがいピストン軸方向の厚さを厚くする。

請求項３に記載のピストンでは、請求項１または請求項２の記載において、前記ずれ止め部は、前記ピストン移動部または前記ピストン基部と当接する当接面を備えている。

本発明によれば、複数の皿ばねが用いられる可変圧縮比ピストンにおいて、皿ばねどうしのずれを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るピストンを示す断面図。 図１に示すピストンの、ピストン移動部側に配置される一対の皿ばねと第１の保持器とが分解された状態を示す斜視図。 図１中に２点鎖線で囲まれる範囲Ｆ３を拡大して示す断面図。 図１中に２点鎖線で囲まれる範囲Ｆ４を拡大して示す断面図。

本発明の一実施形態に係るピストンを、図１〜４を用いて説明する。図１は、ピストン１０を示す断面図である。図１に示すように、ピストン１０は、ピストン基部２０と、ピストン移動部３０と、第１の保持器４１と、第２の保持器４２と、複数の皿ばね５０と、止め輪６０とを備えている。

ピストン基部２０は、本体部２１と、ピストンボス２２とを有している。本体部２１は、一例として、平面形状が円であり、一定の厚みを有する形状である。ピストンボス２２は、本体部２１に形成されている。ピストンボス２２は、図示しないコネクティングロッドがピストンピンを介して連結される孔２４が形成されている。

ピストン移動部３０は、ピストンヘッド３１と、リング溝３２が形成されるリング部３３と、スカート部３４とを有している。スカート部３４は、リング部３３の周縁部から立ち上がるように一体に形成されており、それゆえ、ピストン移動部３０は内側が凹む形状である。

ピストン基部２０は、ピストン移動部３０の内側に収容されている。ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して移動可能である。ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａを図中矢印で示している。往復動方向Ａは、直線方向である。また、往復動方向Ａは、ピストン移動部３０の外面３８に平行な方向である。外面３８は、同一方向に延びている。より具体的に説明すると、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の往復動方向Ａは、図示しないシリンダ内でのピストンの往復動方向に平行である。また、ピストン１０の中心軸Ｘは、往復動方向Ａに平行である。中心軸Ｘが延びる方向は、本発明で言うピストン軸方向である。

ピストン移動部３０には、止め輪６０が嵌め込まれる溝３７が形成されている。止め輪６０は、ピストン移動部３０内に収容されたピストン基部２０が外れないように、ピストン基部２０を支持する。

ここで、ピストン１０の状態について説明する。上記のように、ピストン移動部３０は、ピストン基部２０に対して、往復動方向Ａに平行な近づく方向Ａ１と離れる方向Ａ２とに移動可能である。図１に示すようにピストン移動部３０がピストン基部２０に対して最も離れた位置にある状態を、初期状態Ｐ１とする。図１は、初期状態Ｐ１を示している。初期状態Ｐ１では、本体部２１が止め輪６０に接触しており、それゆえ、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の移動が抑制される状態である。ピストン移動部３０がピストン基部２０に最も近づいた状態（図示せず）を最大圧縮状態とする。最大圧縮状態は、後述される皿ばね５０が最大にたわんだ状態である。

ピストン移動部３０がピストン基部２０に組み付けられた状態において、ピストン基部２０とピストン移動部３０との間には、収容部７０が形成される。本実施形態では、収容部７０は、ピストン移動部３０の内壁部３６と、ピストン基部２０の本体部２１とによって形成される。

収容部７０のピストン基部２０側の端面７１は、ピストン基部２０の本体部２１の表面であり、往復動方向Ａに垂直な面である。端面７１を往復動方向Ａに見る平面形状は、円である。収容部７０のピストン移動部３０側の端面７２は、往復動方向Ａに垂直な方向の面であり、往復動方向Ａに見る平面形状は、円である。収容部７０の内面７３は、ピストン移動部３０の内壁部３６の内面であり、往復動方向Ａに平行に延びている。収容部７０の内部空間は、ピストン基部２０に対するピストン移動部３０の相対位置によって、変化する。

皿ばね５０は、複数用いられており、互いに重ねられて収容部７０内に収容されている。本実施形態では、複数の一例として、４つの皿ばね５０が用いられている。なお、皿ばね５０の数は、４つに限定されない。５つや６つなどの他の複数であってもよい。皿ばね５０は、各々同じものである。皿ばね５０は、平面形状が円であり、内側に平面形状が円である貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１の中心は、皿ばね５０の中心と重なっている（同じである）。皿ばね５０は、内周縁部５３から外周縁部５２に向かって傾斜している。

複数の皿ばね５０が重なる方向Ｂは、皿ばね５０がたわむ方向であり、往復動方向Ａに平行である。初期状態Ｐ１では、複数の皿ばね５０のうち、一端に配置される皿ばね５０は、収容部７０の端面７１に接触し、他端に配置される皿ばね５０は、収容部７０の端面７２に接触する。

ここで、複数の皿ばね５０の姿勢を具体的に説明する。ピストン移動部３０側に位置する２つの皿ばね５０（図１中上方に位置する２つの皿ばね５０）は、互いに逆さまの姿勢であり、外周縁部５２どうしが最も近くなる。ピストン基部２０側に位置する２つの皿ばね５０（図１中下方に位置する２つの皿ばね５０）は、互いに逆さまの姿勢であり、外周縁部５２どうしが最も近くなる。中央に配置される２つの皿ばね５０（図１中中央に配置される２つの皿ばね５０）は、互いに逆さまであり、内周縁部５３どうしが最も近くなる。

重なる方向に互いに隣り合う皿ばね５０間には、これら隣り合う関係の一対の皿ばね５０どうしがずれることを抑制する保持器が設けられている。本実施形態では、保持器として、互いに姿勢が逆さまであり外周縁部５２どうしが最も近くなるよう配置される一対の皿ばね５０間に設けられる第１の保持器４１と、互いに姿勢が逆さまであり内周縁部５３どうしが最も近くなるよう配置される一対の皿ばね５０間に設けられる第２の保持器４２とが用いられる。第１の保持器４１は、本発明で言う保持器の一例である。第２の保持器４２は、本発明で言う保持器の一例である。

ピストン移動部３０側に配置される一対の皿ばね５０間には、第１の保持器４１が設けられる。ピストン基部２０側に配置される一対の皿ばね５０間には、第１の保持器４１が設けられる。中央に配置される一対の皿ばね５０間には、第２の保持器４２が設けられる。

図２は、ピストン移動部３０側に配置される一対の皿ばね５０と第１の保持器４１とが分解された状態を示す斜視図である。図２に示すように、第１の保持器４１は、複数の駒体８０と、連結部９０とを有している。各駒体８０は、同じ構造である。駒体８０は、本実施形態では、一例として８個設けられている。なお、駒体８０の数は、８個に限定されるものではない。例えば７個や９個などの他の複数であってもよい。

図３は、図１中に２点鎖線で囲って示される範囲Ｆ３を拡大して示す断面図である。図３は、ピストン移動部３０側の一対の皿ばね５０の外周縁部５２と、駒体８０とを拡大して示している。

図３に示すように、駒体８０は、挟持部８１と、ずれ止め部８２とを有している。挟持部８１は、例えば樹脂製である。挟持部８１は、一対の皿ばね５０の外周縁部５２間に配置されており、外周縁部５２に挟持されている。

ずれ止め部８２は、挟持部８１に一体に形成されており、挟持部８１を挟む両皿ばね５０の外周縁部５２に皿ばね５０の径方向外側から内側に向かって接触している。ずれ止め部８２は、挟持部８１を挟んで重なる方向Ｂの両側に延びて重なる方向Ｂに所定の長さを有するとともに、重なる方向Ｂに垂直な方向Ｃに厚みＬ１を有している。厚みＬ１は、ずれ止め部８２において外周縁部５２とは反対側の面１００が、皿ばね５０の外周縁部５２のうち径方向外側に最も突出する部分である突出端５４よりも重なる方向Ｂに垂直な方向Ｃに外側（皿ばね５０の径方向外側）に配置されるように設定されている。このように、ずれ止め部８２は、挟持部８１を挟む両皿ばね５０の外周縁部５２の外周側面５２ａにわたって形成されている。

駒体８０の周面のうち、重なる方向Ｂに一方の皿ばね５０に対向して外周縁部５２が接触する第１の対向面８３と、重なる方向Ｂに他方の皿ばね５０と対向して外周縁部５２が接触する第２の対向面８４とは、平面である。第１，２の対向面８３，８４は、挟持部８１の面である。

第１，２の対向面８３，８４間の中心軸Ｘが延びる方向に沿う距離Ｌ２は、ずれ止め部８２から離れるにしたがい大きくなり、それゆえ、第１，２の対向面８３，８４は、互いに傾斜している。より具体的に説明すると、第１，２の対向面８３，８４は、重なる方向Ｂに垂直な方向Ｃに平行な仮想線Ｖ１に対して、互いに傾斜している。仮想線Ｖ１は、重なる方向Ｂに上記一方の皿ばね５０と他方の皿ばね５０との間の中心を通っている。対向面８３，８４は、仮想線Ｖ１との間の重なる方向Ｂに沿う距離がずれ止め部８２から離れるにしたがい、大きくなる。このように、対向面８３，８４間の中心軸Ｘの延びる方向に沿う厚みは、ずれ止め部８２から離れるにしたがい、厚くなる（大きくなる）。

連結部９０は、隣り合う駒体８０に連結されており、全ての駒体８０を環状に連結している。各駒体８０は、等間隔離間して配置されている。連結部９０は、皿ばね５０がたわんで周方向外側に延びた場合に、この皿ばね５０のたわみに追従して変形する機能を有している。本実施形態では、連結部９０は、弾性変形できる例えばゴムで形成されることによって、上記追従する機能を得ている。

第２の保持器４２は、第１の保持器４１と同様の構造を有している。図４は、図１中に２点鎖線で囲まれる範囲Ｆ４を拡大して示す断面図である。図４は、ピストン基部２０側の一対の皿ばね５０の内周縁部５３と、駒体１８０とを拡大して示している。

図４に示すように、第２の保持器４２の構造は、第１の保持器４１と略同様である。第２の保持器４２は、駒体１８０と、連結部１９０とを有している。駒体１８０は、挟持部１８１と、ずれ止め部１８２とを有している。挟持部１８１は、例えば樹脂製であり、一対の内周縁部５３間に配置されており、挟持されている。

ずれ止め部１８２は、挟持部１８１を挟む両皿ばね５０の内周縁部５３に皿ばね５０の径方向内側から外側に向かって接触している。ずれ止め部１８２は、挟持部１８１を挟んで重なる方向Ｂの両側に延びて重なる方向Ｂに所定の長さを有するとともに、重なる方向Ｂに垂直な方向Ｃに厚みＬ３を有している。第２の保持器４２のずれ止め部１８２の厚みＬ３は、ずれ止め部８２において内周縁部５３に対して反対側の面１０１が、内周縁部５３のうち重なる方向Ｂに垂直な方向Ｃに最も内側に位置する部分である突出端５５よりも内側に位置するように設定されている。このように、ずれ止め部８２は、挟持部８１を挟む両皿ばね５０の内周縁部５３の内周側面５３ａにわたって形成されている。

駒体１８０の周面のうち、重なる方向Ｂに一方の皿ばね５０に対向して内周縁部５３が接触する第１の対向面１８３と、重なる方向Ｂに他方の皿ばね５０と対向して内周縁部５２が接触する第２の対向面１８４とは、平面である。第１，２の対向面１８３，１８４は、挟持部１８１の面である。

第１，２の対向面１８３，１８４も、第１の保持器４１と同様に、第１，２の対向面１８３，１８４間の中心軸Ｘの延びる方向に沿う距離Ｌ４がずれ止め部８２から離れるにしたがい大きくなるように互いに傾斜するとともに、方向Ｃに平行な仮想線Ｖ２に対して傾斜している。仮想線Ｖ２は、重なる方向Ｂに一方の皿ばね５０と他方の皿ばね５０との間の中心を通っている。対向面１８３，１８４は、仮想線Ｖ２との間の重なる方向Ｂに沿う距離がずれ止め部１８２から離れるにしたがい、大きくなる。

第２の保持器４２の連結部１９０は、図４中一部を２点鎖線で示している。第２の保持器４２の連結部１９０は、第１の保持器４１の連結部９０と同様に、隣り合う駒体８０に連結されるとともに、全ての駒体８０を環状に連結している。各駒体８０は、等間隔離間して配置されている。

第２の保持器４２の連結部１９０は、第１の保持器４１の連結部９０と同じ材料で形成されており、それゆえ、皿ばね５０のたわみに追従して変形できる機能を得ている。

つぎに、ピストン１０の効果を説明する。ピストン１０にピストン基部２０に対してピストン移動部３０が移動を開始するセット荷重が入力されと、ピストン基部２０に対してピストン移動部３０が近づく。このとき、収容部７０の端面７２に押されることによって、皿ばね５０が圧縮される。

皿ばね５０は、圧縮されてたわむことによって、外側に広がる。互いに外周縁部５２どうしが最も近づく一対の皿ばね５０では、皿ばね５０の外周縁部５２が径方向外側に向かって変位する。外周縁部５２間には、第１の保持器４１が挟持されており、両皿ばね５０の外周縁部５２は、径方向外側から内側に向かってずれ止め部８２に支持されている。このため、両皿ばね５０の外周縁部５２が互いにずれることが抑制される。

また、各駒体８０が連結部９０によって連結されることによって、皿ばね５０が複数個所において周方向外側から内側に向かって支持されるので、皿ばね５０がずれることが抑制される。

また、内周縁部５３が最も近づく一対の皿ばね５０間に第２の保持器４２が設けられることによって、皿ばね５０の内周縁部５３どうしのずれが防止される。このことによっても、皿ばね５０がずれることが抑制される。

また、挟持部８１の第１，２の対向面８３，８４が傾斜することによって、皿ばね５０がたわむなどして変位する際に、皿ばね５０の外周縁部５２または内周縁部５３は、第１，２の対向面８３，８４にそって自然に挟持部８１とずれ止め部８２との連結部に導かれる。このことによっても、皿ばね５０がずれることが抑制される。

また、第１の保持器４１においては、ずれ止め部８２の面１００は、皿ばね５０の最も径方向外側に位置する部分である突出端５４よりも径方向外側に位置している。このため、皿ばね５０が収容部７０内を移動しても、面１００が収容部７０の内面７３に接触するので、皿ばね５０が内面７３に接触することが抑制される。面１００は、本発明で言う当接面の一例である。

また、第２の保持器４２においては、ずれ止め部１８２の面１０１は、皿ばね５０の最も内側に位置する部分である突出端５５よりも内側に位置する。このため、例えば、皿ばね５０の貫通孔５１内にピストン基部２０またはピストン移動部３０から突出する突部が形成される場合であっても、皿ばね５０がずれても面１０１が上記突部に接触するので、皿ばね５０が突部に接触することが抑制される。面１０１は、本発明で言う当接面の一例である。

上記のように、面１００，１０１によって、皿ばね５０がピストン移動部３０またはピストン基部２０に当接することが抑制される。言い換えると、皿ばね５０がピストン１０に接触することが抑制される。

なお、第１の保持器４１においては、面１００は、皿ばね５０において重なる方向Ｂに垂直な方向に沿って最も外側に位置する部分よりも外側にあればよい。第２の保持器４２においては、面１０１は、皿ばね５０において重なる方向Ｂに垂直な方向に沿って最も内側にある部分よりも内側にあればよい。

本実施形態では、互いに逆さまの姿勢となり、外周縁部５２どうしが最も近くなる一対の皿ばね５０が２組用いられ、かつ、互いに逆さまの姿勢となり、内周縁部５３どうしが最も近くなる一対の皿ばね５０が１組用いられている。

しかしながら、これに限定されない。例えば、複数の皿ばねとして全部で２つの皿ばねが用いられ、これら２つの皿ばねが互いに逆さまとなり外周縁部が最も近くなるように配置される場合、本実施形態で言う第１の保持器のみが用いられてもよい。

また、同様に、複数の皿ばねとして全部で２つの皿ばねが用いられ、これら２つの皿ばねが互いに逆さまとなり内周縁部が最も近くなるように配置される場合、本実施形態で言う第２の保持器のみが用いられてもよい。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。

１０…ピストン、２０…ピストン基部、２２…ピストンボス、３０…ピストン移動部、４１…第１の保持器（保持器）、４２…第２の保持器（保持器）、５０…皿ばね、５２ａ…外周側面、５３ａ…内周側面、７０…収容部、８０…駒体、８１…挟持部、８２…ずれ止め部、９０…連結部、１８０…駒体、１８１…挟持部、１８２…ずれ止め部、１９０…連結部。

Claims (3)

1. ピストンボスが形成されるピストン基部と、
   前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、
   前記ピストン基部と前記ピストン移動部との間に形成される収容部と、
   前記収容部内に収容されるとともに複数重ねられるリング状の皿ばねと、
   前記複数の皿ばね間に設けられる保持器と
   を具備し、
   前記保持器は、
   前記皿ばねに挟まれる挟持部と、前記挟持部と一体に形成され、前記挟持部を挟む両皿ばねの外周側面または内周側面に亘って形成されるずれ止め部からなる複数の駒体と、
   前記駒体を環状に連結する連結部と
   を備えていることを特徴とするピストン。
2. 前記挟持部は、前記ずれ止め部から離れるにしたがいピストン軸方向の厚さを厚くする
   ことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
3. 前記ずれ止め部は、前記ピストン移動部または前記ピストン基部と当接する当接面を備えている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のピストン。

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