JP5617617B2 - piston - Google Patents
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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。 The present invention relates to a piston used in, for example, a reciprocating internal combustion engine.
従来、アウタピストン(ピストン移動部)と、アウタピストンとは別部材であってコネクティングロッドが連結されるインナピストン(ピストン基部)とを備え、インナピストンに対してアウタピストンが往復動可能な構造のピストンが提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an outer piston (piston moving portion) and an inner piston (piston base), which is a separate member from the outer piston and connected to a connecting rod, have a structure in which the outer piston can reciprocate with respect to the inner piston. Pistons have been proposed.
アウタピストンは、インナピストンの周囲を囲む環状の周壁部を有しており、その内側にインナピストンを収容可能の空間が形成されている。インナピストンとアウタ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超えないようにするものがある(例えば、特許文献1参照)。 The outer piston has an annular peripheral wall portion surrounding the inner piston, and a space capable of accommodating the inner piston is formed inside thereof. A disc spring is accommodated between the inner piston and the outer piston. When the pressure in the combustion chamber increases, the outer piston moves toward the inner piston due to the deflection of the disc spring, and therefore, there is one that prevents the combustion chamber from exceeding the intended pressure (see, for example, Patent Document 1). .
この種のピストンでは、インナピストンに対してアウタピストンが往復動できるように、インナピストンはアウタピストン内に遊嵌している。つまり、アウタピストンの周壁部の内周面とインナピストンとの間には、小さな隙間が設けられている。 In this type of piston, the inner piston is loosely fitted in the outer piston so that the outer piston can reciprocate with respect to the inner piston. That is, a small gap is provided between the inner peripheral surface of the peripheral wall portion of the outer piston and the inner piston.
インナピストンに対してコネクティングロッドから荷重が入力されると、インナピストンは上記隙間分アウタピストンに対して傾く。このとき、アウタピストンの周壁部の内周面の一部にピストン移動部の外周面の一部が接触し、これら一部に荷重が集中する。この状態でインナピストンに対してアウタピストンが往復動をすると、インナピストンとアウタピストンとにおいて互いに接触する部分が摩耗しやすい傾向にある。 When a load is input from the connecting rod to the inner piston, the inner piston is inclined with respect to the outer piston by the gap. At this time, a part of the outer peripheral surface of the piston moving part comes into contact with a part of the inner peripheral surface of the peripheral wall part of the outer piston, and the load concentrates on these parts. When the outer piston reciprocates with respect to the inner piston in this state, the portions of the inner piston and the outer piston that are in contact with each other tend to wear out.
本願発明は、ピストン移動部に対するピストン基部の傾きに起因するピストン移動部とピストン基部との接触部分の摩耗の発生を抑制できるピストンを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the piston which can suppress generation | occurrence | production of the abrasion of the contact part of the piston moving part and piston base resulting from the inclination of the piston base with respect to a piston moving part.
請求項1に記載のピストンは、ピンボスを有するピストン基部と、ピストンヘッドとスカート部とを有し、内側に空間を形成して前記ピストン基部を収容するとともに前記ピストン基部に対してピストン中心軸が延びる方向に往復動可能なピストン移動部とを備える。前記ピストン移動部は、前記空間を形成する前記ピストンヘッド側の内壁に前記ピストン中心軸と平行な側面を有する縦壁を備える。前記ピストン基部は、ピストン径方向に延び、先端が前記空間を形成する前記スカート部側の内壁に対面し、前記往復動に伴って前記スカート部側の内壁と摺動可能となる第1の摺動部と、前記縦壁の前記側面に対面し、前記往復動に伴って前記側面と摺動可能となる第2の摺動部とを備える。前記第1の摺動部と前記スカート部側の内壁との間、及び前記第2の摺動部と前記縦壁の前記側面との間にそれぞれ隙間を有し、前記第1の摺動部と前記スカート部側の内壁との間の隙間は、前記第2の摺動部と前記縦壁の前記側面との間の隙間より前記ピストン中心軸が延びる方向に垂直な平面内における前記ピストン基部の中心に向かう直線に沿う長さが長い。
The piston according to
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、前記第1の摺動部と前記第2の摺動部は、前記ピストン中心軸が延びる方向にずれて配置されている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first sliding portion and the second sliding portion are arranged so as to be shifted in a direction in which the piston central axis extends.
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、前記縦壁は、前記ピストンヘッド側の内壁から前記空間内に突出する凸部である。前記第2の摺動部は、前記凸部の側面全周に沿って前記ピストン基部から前記空間に突出する側壁部に形成される。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the vertical wall is a convex portion that protrudes into the space from the inner wall on the piston head side. The second sliding part is formed on a side wall part protruding from the piston base part to the space along the entire side surface of the convex part.
請求項4に記載のピストンでは、請求項3の記載において、前記ピストン移動部、前記凸部、前記ピストン基部及び前記側壁部の中心軸は、前記ピストン中心軸と一致して配置される。前記凸部は前記ピストン中心軸方向に平行な一対の平面部と、前記ピストン中心軸方向に平行であるとともに前記平面部の端間を結ぶ一対の円弧面部とを備える。
請求項5に記載のピストンでは、請求項3又は4の記載において、中央に前記凸部および前記側壁部を通す孔が形成されるとともに、前記孔の内側に前記凸部および前記側壁部が嵌合した状態で前記空間内に収容されて前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って伸縮する皿ばねを備える。
According to a fourth aspect of the present invention , in the third aspect of the present invention, the central axes of the piston moving part, the convex part, the piston base part and the side wall part are arranged to coincide with the piston central axis. The convex portion includes a pair of flat surface portions parallel to the piston central axis direction and a pair of arcuate surface portions that are parallel to the piston central axis direction and connect the ends of the flat surface portions.
The piston according to
請求項6に記載のピストンでは、請求項1から請求項5のうちのいずれか1項の記載において、前記ピストン基部は、第1の周方向当接部を備える。前記ピストン移動部は、ピストン周方向に前記第1の周方向当接部と当接可能な第2の周方向当接部を備える。
The piston according to claim 6 is the piston according to any one of
請求項1によれば、ピストン径方向に離れた2箇所で接触可能となる。このため、ピストン基部に対してピストン移動部を傾けるべく作用する荷重が各接触部に分担して作用するので、各接触部が摩耗することを抑制できる。 According to the first aspect, it is possible to make contact at two locations separated in the piston radial direction. For this reason, since the load which acts to incline the piston moving part with respect to the piston base acts on each contact part, it can suppress that each contact part wears.
請求項2によれば、ピストン基部とピストン移動部とは、ピストンの中心軸が延びる方向に異なる2箇所で接触するため、ピストン基部とピストン移動部との間で局所的に摩耗が生じることを抑制できる。 According to the second aspect, the piston base and the piston moving part come into contact with each other at two different locations in the direction in which the central axis of the piston extends, and therefore, local wear occurs between the piston base and the piston moving part. Can be suppressed.
請求項3によれば、ピストンは、入力されるスラスト力を分散して受けることができるので、ピストン基部とピストン移動部との間に局所的に摩耗が生じることを抑制できる。また、ピストン基部に対してピストン移動部が傾くことを抑制できる。 According to the third aspect, since the piston can receive and receive the thrust force that is input, it is possible to suppress local wear between the piston base portion and the piston moving portion. Moreover, it can suppress that a piston moving part inclines with respect to a piston base part.
請求項4によれば、凸部または側壁部によって皿ばねの伸縮をガイドすることができるので、収容部内で皿ばねがずれることを防止できる。 According to the fourth aspect, since the expansion and contraction of the disc spring can be guided by the convex portion or the side wall portion, it is possible to prevent the disc spring from shifting in the housing portion.
請求項5によれば、ピストン基部に対してピストン移動部が回転することを防止できる。 According to the fifth aspect, it is possible to prevent the piston moving portion from rotating with respect to the piston base portion.
本発明の第1の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2は、ピストン10が分解された状態を示す分解断面図である。図1,2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、複数の皿ばね50と、止め輪60とを備えている。
A piston according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the
ピストン基部20は、本体部21と、ピンボス22と、側壁部23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。本体部21は、ピストン10の中心軸X0に垂直な方向であるピストン径方向Dに延びている。中心軸X0は、ピストン10を中心軸X0が延びる方向に沿ってみたときに、ピストン10の中心を通る直線である。
The
ピンボス22は、本体部21に形成されている。ピンボス22は、図示しないコネクティングロッドが連結される部位である。本実施形態では、コネクティングロッドは、図示しないピストンピンを介して連結されるため、ピンボス22には、ピストンピンが通る孔22aが形成されている。
The
側壁部23は、本体部21においてピンボス22とは反対側の面から突出するように、本体部21に形成されている。側壁部23については、後で詳細に説明する。
The
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、凸部35とを備えている。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いる。それゆえ、ピストン移動部30は内側が凹む形状である。
The
凸部35は、ピストンヘッド31とリング部33とスカート部34とによって形成される内側の空間内に形成されており、ピストンヘッド31の内側に配置されている。凸部35は、内側に向かって突出している。凸部35については、後で詳細に説明する。
The
ピストン基部20は、ピストン移動部30の内側に、ピストン移動部30に対して相対的に往復動可能に収容されている。ピストン基部20がピストン移動部30内に収容されるため、ピストン移動部30の中心軸X1は、ピストン10の中心軸X0に一致する。ピストン移動部30の中心軸X1は、中心軸X1が延びる方向にピストン移動部30をみるとピストン移動部30の中心C1を通る直線である。往復動については、後で詳細に説明する。
The
図3は、図1に示されるF3−F3線に沿って示すピストン10の断面図である。図3は、ピストン10を、ピストン10の中心軸X0に垂直な方向に沿って切断して示している。図3に示すように、ピストン基部20の本体部21の外周面21aを中心軸X0が延びる方向に見ると、外周面21aの縁によって形成される形状は、円となる。ピストン移動部30の内周面73の縁によって形成される形状は、中心軸X0が延びる方向に沿って見ると、円となる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
ピストン移動部30の内側は、本体部21が往復動可能に嵌る大きさを有している。往復動を可能とするために、内周面73と本体部21の外周面21aとの間には、若干の隙間S1が形成されている。この隙間S1は、小さいものである。この隙間S1によって、ピストン移動部30は、ピストン基部20に対して、往復動(近づく移動と離れる移動)が可能である。なお、図3中では、ピストン基部20の本体部21の外周面21aと、ピストン移動部30の内周面73との間の隙間S1を、誇張して大きく描いている。しかしながら、実際は、ピストン基部20は、ピストン移動部30内に、ピストン基部20に対してピストン移動部30が往復動可能となる程度の小さな隙間を有して嵌合する(つまり遊嵌)。このため、この隙間S1は、小さなものである。
The inside of the
図2に示すように、スカート部34の内壁部には、環状に連続する止め輪60が収容されて固定される溝61が形成されている。止め輪60は、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(ピストン基部20がピストン移動部30内に収容された状態であって、図1に示す状態)で、溝61内に固定される。
As shown in FIG. 2, a
図1に示すように、止め輪60の一部は、溝61からピストン移動部30の内側に出る。そして、ピストン基部20の本体部21が止め輪60に当たることによって、ピストン基部20がピストン移動部30から外れることが防止される。
As shown in FIG. 1, a part of the retaining
ピストン移動部30の外周面38は、ピストン移動部30の中心軸X1に平行である。
The outer
次に、ピストン基部20に対するピストン移動部30の往復動について説明する。図1に示すように、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。往復動方向Aは、ピストン10の中心軸X0が延びる方向に平行である。また、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10の往復動方向に平行である。
Next, the reciprocation of the
次に、側壁部23と、凸部35とについて説明する。図1に示すように、凸部35は、ピストン移動部30においてピストンヘッド31とは反対側に形成されており、ピストン移動部30内に配置されている。
Next, the
凸部35は、ピストン移動部30の中心軸X1に平行に延びている。凸部35の中心軸X2は、中心軸X1に一致する(同じである)。中心軸X2は、中心軸X2が延びる方向に見ると凸部35の中心C2を通る。また、中心軸X2が延びる方向に凸部35を見ると、凸部35の中心C2は、ピストン移動部30の中心C1に重なる。
The
ピストン基部20がピストン移動部30内に収容された状態においては、ピストン基部20の中心C3を通る中心軸X3とピストン移動部30の中心C1を通る中心軸X1とは、往復動方向Aに見ると重なる、または、略重なる。なお、本体部21の中心軸は、ピストン基部20の中心軸X3と同じである。
When the
ここで言う略重なるとは、上記したように、ピストン基部20の本体部21の外周面21aとピストン移動部30の内周面73との間に隙間が形成されており、かつ、後述される、側壁部23と凸部35とのうち一方が他方内に往復動可能に嵌合するための隙間のためである。この隙間分、ピストン移動部30は、ピストン基部20に対してずれることができるため、中心軸X3,X1は、互いにずれることがある。なお、中心軸X3,X1は、ともに、中心軸X0と平行である。
As described above, the term “substantially overlap” means that a gap is formed between the outer
凸部35の説明に戻る。凸部35の外周面35aは、互いに平行であって向かい合うとともに中心軸X2が延びる方向に平行な一対の平面部35bと、中心軸X2が延びる方向に平行であるとともに平面部35bの端間を結ぶ一対の円弧面部35cとを有している。凸部35の中心軸X2が延びる方向に垂直な平面(断面および先端面)の形状は、中心軸X2が延びる方向に一定であって、中心軸X2が延びる方向を横切る方向にずれず、かつ、同じ形状(図3に示す形状)が保たれる。
Returning to the description of the
このため、凸部35の中心軸X2が延びる方向に垂直な平面(断面および先端面)を中心軸X2が延びる方向に見ると、凸部35の外縁39によって形成される形状は、凸部35の中心C2からの距離が均一ではない形状である。なお、凸部35の先端面37は、中心軸X2が延びる方向に垂直な平面である。
For this reason, when a plane (cross section and tip surface) perpendicular to the direction in which the central axis X2 of the
図1に示すように、側壁部23は、ピストン基部20の本体部21において、ピンボス22と反対側に形成されている。側壁部23は、円柱形状であって、ピストン基部20の中心軸X3に平行に延びている。側壁部23の中心軸X4は、中心軸X4が延びる方向にみると側壁部23の中心C4を通るとともにピストン基部20の中心軸X3に一致する(同じである)。側壁部23の外周面23aは、中心軸X4が延びる方向(言い換えると、往復動方向A)に平行である。図3に示すように中心軸X4が延びる方向に側壁部23を見ると、側壁部23の中心C4は、ピストン基部20の中心C3と重なっている。
As shown in FIG. 1, the
側壁部23の中心軸X4が延びる方向に垂直な平面(断面および先端面)において、側壁部23の外縁23bによって形成される形状は、円である。側壁部23の中心軸X4が延びる方向に垂直な平面(断面および先端面)において、外縁23bによって形成される形状は、中心軸X4が延びる方向に一定であって、往復動方向Aを横切る方向にずれることなく、かつ、同じ形状(図3に示す)が保たれる。
The shape formed by the
側壁部23には、凸部35が往復動可能に嵌る凹部24が形成されている。凹部24は、凸部35に向かって開口している。側壁部23の中心軸X4が延びる方向に垂直な平面(断面および先端面)において、凹部24の内縁24bによって形成される形状は、凸部35の中心軸X4が延びる方向に垂直な平面の形状に相似であって、かつ、凹部24内で凸部35が往復動可能となる隙間分大きい形状である。
The
具体的には、図3に示すように、凹部24の内周面24aは、中心軸X4が延びる方向に平行であってかつ互いに平行である一対の平面部25と、中心軸X4が延びる方向に平行に延びるとともに平面部25の端をつなぐ円弧面部26とを有する。底面27は、中心軸X4が延びる方向に垂直な平面である。
Specifically, as shown in FIG. 3, the inner
側壁部23の往復動方向Aに垂直な平面(断面および先端面)において、内縁24bによって形成される形状は、中心軸X4が延びる方向に一定であって、中心軸X4が延びる方向を横切る方向にずれることなく、かつ、同じ形状(図3に示される形状)が保たれる。
In a plane (cross section and tip surface) perpendicular to the reciprocating direction A of the
図3中では、凸部35の外周面35aと凹部24の内周面24aとの間の隙間S2は、誇張して大きく描かれている。しかしながら、実際は、凸部35は、凹部24内に、ピストン基部20に対してピストン移動部30が往復動可能となる程度の小さな隙間を有して嵌合する(つまり遊嵌)。このため、この隙間S2は、小さなものである。
In FIG. 3, the gap S <b> 2 between the outer
ここで、ピストン10の往復動方向Aに垂直な平面内での、本体部21の外周面21aとピストン移動部30の内周面73との間の隙間S1と、側壁部23の凹部24の内周面24aと凸部35の外周面35aとの間の隙間S2とについて説明する。
Here, in the plane perpendicular to the reciprocating direction A of the
まず、上記各中心軸と往復動方向Aとについてまとめる。上記した各中心軸X1,X2,X3,X4は、互いに平行であるとともに、ピストン10の中心軸X0と往復動方向Aとに平行である。そして、ピストン移動部30内にピストン基部20が収容されるので、ピストン10の中心軸X0は、ピストン移動部30の中心軸X1と一致する。ピストン基部20の中心軸X3とピストン移動部30の中心軸X1が一致するように互いに配置されると、全ての中心軸X1,X2,X3,X4は、中心軸X0に一致する。かつ、中心C1,C2,C3,C4は、中心軸X0が延びる方向に重なる。
First, the central axes and the reciprocating direction A will be summarized. The center axes X1, X2, X3, and X4 described above are parallel to each other and parallel to the center axis X0 of the
ピストン10は、シリンダ内を往復運動するとピストンピンと垂直なピストン径方向Dにスラスト力を受ける。このとき、ピストン10は図示しないシリンダ内壁に押し付けられ、スカート部34はピストン10の内側に変形する。隙間S1,S2は、ピストン10がスラスト力を受けてスカート部34がピストン10の内側に変形したときに本体部21の外周面21aとピストン移動部30の内周面73とが互いに接触すると同時に、凸部35の外周面35aと凹部24の内周面24aとが互いに接触するように設定されている。この点について、さらに具体的に説明する。
When the
まず、ピストン10が使用されていない状態での隙間S1,S2について説明する。
First, the gaps S1 and S2 when the
図1,3は、ピストン移動部30とピストン基部20の中心C1,C3とが往復動方向Aに重なっている状態を示している。言い換えると、中心軸X3,X1が重なる状態を示している。図3で示すように、中心C1,C3が重なるようにピストン基部20とピストン移動部30とを配置した場合、本体部21の外周面21aは、中心軸X0が延びる方向に平行になる。そして、中心軸X0が延びる方向に垂直な平面内においては、ピストン移動部30の内周面73と、ピストン基部20の本体部21の外周面21aとの間の隙間S1は、周方向に連続する環状に形成されるとともに、ピストン基部20の中心C3に向かう直線に沿う長さがL1であって外周面21aの周方向に均一である。
1 and 3 show a state where the
側壁部23の凹部24の内周面24aと、凸部35の外周面35aとの間の隙間S2は、周方向に連続する環状に形成される。図3の状態において、凸部35の円弧面部35cと凹部24の円弧面部26との間の範囲においては、中心C1に向かう直線に沿う長さがL2であって、周方向に均一である。また、凸部35の平面部35bと凹部24の平面部25との間の範囲においては、互いに垂直な直線に沿う長さがL2であって均一である。
A gap S2 between the inner
長さL1は、長さL2よりも大きい(L1>L2)。これは、ピストン10が受けるスラスト力とスカート部34のピストン10の変形を考慮して決定されている。
The length L1 is larger than the length L2 (L1> L2). This is determined in consideration of the thrust force received by the
次に、ピストン10が使用されている状態、即ち内燃機関が運転中の状態での隙間S1,S2について説明する。内燃機関が運転中の場合、ピストン10はピストンピンと垂直なピストン径方向Dにスラスト力を受け、シリンダ内壁に押し付けられる。このとき、スカート部34にはスラスト力の反力として中心軸X0方向に力が作用する。まず、長さの短い隙間S2部分である凸部35と凹部24とが当接して摺動することとなる。このときピストン基部20とピストン移動部30との接触部分は凸部35と凹部24のみとなり、摺動抵抗の増加を抑えつつ荷重伝達することができる。さらにスラスト力が大きくなる、特に高負荷運転状態などの場合、スカート部34に作用する力が大きくなり、スカート部34はピストン10の内側に変形し、長さの長い隙間S1部分である外周面21aと内周面73とが接触することにより大きなスラスト力を2箇所で分散して伝達することになる。
Next, the gaps S1 and S2 when the
ピストン10が使用されていない状態での隙間S1,S2の幅(L1,L2)を上記のように決定することによって、小さなスラスト力の時には1箇所で接触させることにより摺動抵抗を抑え、大きなスラスト力の時には2箇所で接触させることにより荷重を分散させることができる。
By determining the widths (L1, L2) of the gaps S1, S2 in the state where the
凸部35は、本発明でいう縦壁の一例である。内周面24aは、本発明でいう第2の摺動部の一例である。本体部21は、本発明で言う第1の摺動部の一例である。
The
ついで、ピストン10の状態について説明する。ピストン移動部30は、ピストン基部20に対して、中心軸X0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。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において、ピストン基部20の中心C3を通って往復動方向Aに平行にピストン10を切断した状態を示している。
Next, the state of the
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を最大圧縮状態P2とする。図4は、最大圧縮状態P2のピストン10を、図1と同様に切断した状態を示す断面図である。図4に示すように、最大圧縮状態P2は、凸部35の先端面37が凹部24の底面27に面接触して、それ以上ピストン移動部30がピストン基部20に近づけない状態である。このため、凸部35の中心軸X0が延びる方向に沿う長さは、ピストン10に対して予め設定される、ピストン基部20に向かってピストン移動部30が最も近づいた状態に基づいて決定される。
The state in which the
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。収容部70は、中央に側壁部23と凸部35が配置されており、側壁部23と凸部35回りに空間を有する形状となる。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、ピストン基部20の中心軸X3が延びる方向に垂直な平面である。内周面73は、ピストン移動部30の中心軸X1が延びる方向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。
In a state in which the
図1に示すように、複数の皿ばね50は、収容部70内に収容される。皿ばね50は、各々同じものである。図3に示すように、皿ばね50は、往復動方向Aに見る平面形状が円であり、中央に側壁部23と凸部35を通す貫通孔51が形成されている。貫通孔51の内縁53を往復動方向Aに見る形状は、円である。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、中心軸X0が延びる方向に平行である。
As shown in FIG. 1, the plurality of disc springs 50 are accommodated in the
皿ばね50は、予め初期荷重が入力されて圧縮された状態で収容部70内に収容される。皿ばね50は、弾性力によって、ピストン基部20に対してピストン移動部30を離れる方向に付勢する。このため、ピストン10は初期状態P1で保たれる。ピストンヘッド31に皿ばね50に入力される初期荷重より大きい力が作用すると、皿ばね50が圧縮されて、ピストン移動部30がピストン基部20に向かって近づくように移動する。つまり、ピストン10が圧縮される。
The
皿ばね50は、ピストン10がスラスト力を受けて変形した状態と、最大圧縮状態と、およびこれら2つの状態を組み合わせた状態とにおいても、中心軸X0が延びる方向に見たときに、ピストン基部20の本体部21の外周面21a(外縁)より外に出ない大きさを有している。このため、皿ばね50の外縁52と収容部70の内周面73との間には、環状に連続する隙間S3が設けられる。なお、図3中、隙間S1,S3を明確に説明するために、ピストン10の一部である範囲F3aを拡大して示している。
The
次に、側壁部23と皿ばね50との関係について説明する。側壁部23の大きさは、図3に示すように、皿ばね50の中心C5が中心軸X0が延びる方向にピストン基部20の中心C4に重なった場合に、側壁部23の外周面23aと皿ばね50の内縁53との間に環状に連続する隙間S4が形成されるように設定される。
Next, the relationship between the
隙間S4は、皿ばね50が中心軸X0が延びる方向に交差する方向(例えば、中心軸X0が延びる方向に垂直な方向)に移動した場合であっても、皿ばね50の外縁52が内周面73に接触する前に皿ばね50の内縁53が側壁部23の外周面23aに接触して皿ばね50のずれを止めることができる大きさに設定されている。
Even when the
具体的には、初期状態P1で、かつ、凸部35の中心C2と皿ばね50の中心C5とピストン基部20の中心C3とが往復動方向Aに互いに重なった状態において、隙間S4は、周方向に連続する環状に形成される。そして、中心軸X0が延びる方向に垂直な平面内において中心C3に向かう直線に沿う隙間S4の長さは、L4となり、周方向に均一な長さとなる。
Specifically, in the initial state P1, and in a state where the center C2 of the
上記状態において、ピストン移動部30の内周面73と皿ばね50の外縁52との間の隙間S3の中心C3に向かう直線に沿う長さは、L3となり、周方向に均一な長さとなる。そして、L3>L4となる。長さL3,L4は、ピストン10の運転状態であっても、隙間S3の中心C1に向かう直線に沿う長さが、隙間S4の中心C1に向かう直線に沿う長さより大きくなる関係が保たれるように設定されている。なお、図3中では、説明のために、隙間S3,S4を大きく誇張して示している。しかしながら、実際には、隙間S3,S4は小さいものである。
In the above state, the length along the straight line toward the center C3 of the gap S3 between the inner
次に、ピストン10の組み立て作業の一例を説明する。ピストン移動部30内に複数の皿ばね50を収容した後、ピストン基部20をピストン移動部30内に収める。このとき、凸部35が側壁部23の凹部24に嵌合するように位置を合わせる。凸部35が側壁部23の凹部24内に収容されると、そのまま、ピストン基部20をピストン移動部30内に押し込むことができる。
Next, an example of assembly work of the
凸部35の中心軸X2が延びる方向に垂直な平面(断面および先端面)の形状が、中心軸X2が延びる方向に見たときに、ピストン移動部30の中心C1からの距離が均一ではない形状あることによって、ピストン基部20に対してピストン移動部30が回転することがないので、スムーズにピストン基部20をピストン移動部30内に押し込むことができる。
When the shape of the plane (cross section and tip surface) perpendicular to the direction in which the central axis X2 of the
ピストン基部20がピストン移動部30内に収容されると、次に、止め輪60を溝61に嵌め込む。この作業が終了すると、ピストン10の組み立てが終了する。
When the
次に、ピストン10の動作を説明する。ピストン10は、図示しないシリンダ内で燃焼室の圧力を受けてシリンダ内を移動する。この移動が、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達される。このことによって、クランクシャフトが回転する。
Next, the operation of the
ピストン基部20はコネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されているので、シリンダ内の移動の際に回転することはない。また、ピストン移動部30は、ピストン基部20に対して回転しない。
Since the
皿ばね50は、圧縮されると広がる。このとき、皿ばね50が往復動方向Aを横切る方向に移動しても、側壁部23によって皿ばね50の外縁52がピストン移動部30の内周面73に接触しないので、ピストン移動部30の移動が妨げられない。
The
上記動作は、ピストン10が圧縮された状態から初期状態P1に向かって戻る場合においても同じである。
The above operation is the same when the
このように形成されるピストン10では、ピストン10の受けるスラスト力が小さい場合、本体部21の外周面21aとピストン移動部30の内周面73とは接触しないため、摺動抵抗を抑えることができる。また、ピストン10の受けるスラスト力が大きい場合、側壁部23の凹部24の内周面24aと凸部35の外周面とが接触するとともに、本体部21の外周面21aとピストン移動部30の内周面73とが接触する。このように、往復動方向Aとピストン径方向Dに互いにずれた2箇所で接触することによって、ピストン10が受けるスラスト力によってピストン基部20とピストン移動部との接触部分に加わる荷重が上記2箇所に分散されるので、ピストン10の摩耗を抑制することができる。
In the
また、凸部35は外周面35aの全周を側壁部23に囲われて凹部24に嵌合しているので、ピストン基部20に対してピストン移動部30が傾くことを抑制できる。
Further, since the
また、皿ばね50の内縁53と側壁部23の外周面23aとの間の隙間S4は、皿ばね50の外縁52と内周面73との間の隙間S3よりも大きく設定されている。そのため、側壁部23によって皿ばね50同士のピストン径方向Dへのずれを防止することができるとともに、皿ばね50の外縁52がピストン移動部30の内周面73に接触してピストン移動部30の移動を妨げることがない。
Further, the gap S4 between the
また、中心軸X0が延びる方向に見たときに、凸部35の中心軸X0が延びる方向に垂直な平面(先端面および断面)の形状を、ピストン移動部30の中心C1からの距離が不均一な形状とするとともに、側壁部23の凹部24は凸部35が隙間を有して嵌合する形状(つまり、凸部35の中心軸X0が延びる方向に垂直な平面と相似であって、往復動可能な程度の小さな隙間分大きい形状)であることによって、ピストン基部20に対してピストン周方向にピストン移動部30が回転しようとすると凸部35が凹部24の内面に当接するので、ピストン基部20に対してピストン移動部30が回転することを防止することができる。側壁部23は、第1の周方向当接部の一例である。凸部35は、第2の周方向当接部の一例である。
Further, when viewed in the direction in which the central axis X0 extends, the shape of the flat surface (tip surface and cross section) perpendicular to the direction in which the central axis X0 extends of the
なお、本実施形態では、ピストン基部20に対してピストン周方向にピストン移動部30の回転を止める構造として、側壁部23と凸部35とが用いられた。しかしながら、これに限定されない。例えば、ピストン基部20に、ピストン移動部30側に向かって突出する突部が別途に設けられ、かつ、ピストン移動部30にこの突部が嵌合する凹部が形成されてもよい。凹部は、ピストン基部20に対するピストン移動部30の往復動を阻害しないように、突部との間に隙間を有している。凹部に突部が嵌合することによって、ピストン基部20に対してピストン移動部30が回転しようとすると、突部が凹部の内面に当接する。このことによって、ピストン基部20に対してピストン周方向にピストン移動部30が回転することが防止される。この場合、突部が第1の周方向当接部となり、凹部が第2の周方向当接部になる。
In the present embodiment, the
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。例えば、ピストン中心軸方向に見た、凸部の外周縁の形状と凹部の内周縁の形状は楕円形状であってもよい。また、凸部をピストン基部側に設け、側壁部をピストン移動部側に設けてもよい。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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, the shape of the outer peripheral edge of the convex portion and the shape of the inner peripheral edge of the concave portion viewed in the piston central axis direction may be elliptical. Further, the convex portion may be provided on the piston base side, and the side wall portion may be provided on the piston moving portion side. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment mentioned above.
10…ピストン、20…ピストン基部、21…本体部(第1の摺動部)、22…ピンボス、22a…孔、23…側壁部(第2の周方向当接部)、24a…内周面(第2の摺動部)、30…ピストン移動部、31…ピストンヘッド、34…スカート部、35…凸部(縦壁)、50…皿ばね、X0…中心軸、D…ピストン径方向。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ピストンヘッドとスカート部を有し、内側に空間を有して形成して前記ピストン基部を収容するとともに前記ピストン基部に対してピストン中心軸が延びる方向に往復動可能なピストン移動部と
を具備し、
前記ピストン移動部は、前記空間を形成する前記ピストンヘッドの内壁に前記ピストン中心軸と平行な側面を有する縦壁を備え、
前記ピストン基部は、ピストン径方向に延び、先端が前記空間を形成する前記スカート部側の内壁に対面し、前記往復動に伴って前記スカート部側の内壁と摺動可能となる第1の摺動部と、前記縦壁の前記側面に対面し、前記往復動に伴って前記側面と摺動可能となる第2の摺動部と
を具備し、
前記第1の摺動部と前記スカート部側の内壁との間、及び前記第2の摺動部と前記縦壁の前記側面との間にそれぞれ隙間を有し、前記第1の摺動部と前記スカート部側の内壁との間の隙間は、前記第2の摺動部と前記縦壁の前記側面との間の隙間より前記ピストン中心軸が延びる方向に垂直な平面内における前記ピストン基部の中心に向かう直線に沿う長さが長い
ことを特徴とするピストン。 A piston base with pin bosses;
A piston moving part which has a piston head and a skirt part, has a space on the inside, accommodates the piston base part, and can reciprocate in the direction in which the piston central axis extends with respect to the piston base part. ,
The piston moving part includes a vertical wall having a side surface parallel to the piston central axis on an inner wall of the piston head forming the space,
The piston base extends in the piston radial direction, and a first end faces the inner wall on the skirt portion side forming the space, and is slidable with the inner wall on the skirt portion side with the reciprocation. A moving portion, and a second sliding portion that faces the side surface of the vertical wall and is slidable with the side surface along with the reciprocating motion.
The first sliding portion has a gap between the first sliding portion and the inner wall on the skirt portion side, and between the second sliding portion and the side surface of the vertical wall. the piston base in the said gap between the inner wall of the skirt portion side, said second sliding portion and the longitudinal said than the gap between the side wall piston central axis in a plane perpendicular to the direction of extension piston, characterized in that a long length along the straight line toward the center of.
ことを特徴とする請求項1に記載のピストン。 The piston according to claim 1, wherein the first sliding portion and the second sliding portion are arranged so as to be shifted in a direction in which the piston central axis extends.
前記第2の摺動部は、前記凸部の側面全周に沿って前記ピストン基部から前記空間に突出する側壁部に形成される
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のピストン。 The vertical wall is a convex portion protruding into the space from the inner wall on the piston head side,
3. The piston according to claim 1, wherein the second sliding portion is formed on a side wall portion that protrudes from the piston base portion to the space along the entire side surface of the convex portion. .
前記凸部は前記ピストン中心軸方向に平行な一対の平面部と、前記ピストン中心軸方向に平行であるとともに前記平面部の端間を結ぶ一対の円弧面部とを具備して形成されるThe convex portion includes a pair of plane portions parallel to the piston central axis direction and a pair of arc surface portions parallel to the piston central axis direction and connecting between the ends of the plane portions.
ことを特徴をする請求項3に記載のピストン。The piston according to claim 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のピストン。 A hole through which the convex part and the side wall part pass is formed in the center, and the piston movement with respect to the piston base is accommodated in the space with the convex part and the side wall part fitted inside the hole. The piston according to claim 3 or 4 , further comprising a disc spring that expands and contracts as the portion reciprocates.
前記ピストン移動部は、ピストン周方向に前記第1の周方向当接部と当接可能な第2の周方向当接部を具備する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載のピストン。 The piston base includes a first circumferential contact portion,
The said piston moving part comprises the 2nd circumferential contact part which can contact | abut with the said 1st circumferential contact part in the piston circumferential direction. Any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. The piston according to claim 1.
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