JP6656355B2

JP6656355B2 - ピストンピン及びピストンピンの製造方法

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Publication number: JP6656355B2
Application number: JP2018504039A
Authority: JP
Inventors: 惟人樋笠; 小泉　晋; 晋小泉; 秀善家; 隆井出
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: US20190076913A1; WO2017154375A1; JPWO2017154375A1; CN108884936A

Description

本発明は、例えば自動車用の内燃機関に適用され、該内燃機関のピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピン及びピストンピンの製造方法に関する。

従来のピストンピンとしては、以下の特許文献１に記載されたものが知られており、このピストンピンは、金属材料からなるピン本体と、該ピン本体の長手方向に沿って形成された肉抜き孔と、を有し、全体としてほぼ円筒状に形成されている。

前記ピン本体は、内燃機関の往復運動に伴う慣性力を低減して該内燃機関の低燃費化を図るといった観点から薄肉（軽量）に形成されることが望ましいものの、機関運転時においてピストンやクランクシャフトから比較的大きなせん断力や圧縮力が作用する長手方向中間の所定範囲にあっては、これら外力に対向可能な所定の肉厚を確保する必要がある。

そこで、これらの要求を満足するため、前記肉抜き孔は、前記ピン本体の長手方向中間の所定範囲が、一様に小さな内径を有する中間小径部として形成されている一方、前記ピン本体の長手方向両端部が、前記中間小径部側から各開口端側に向かって拡径する一端側アール部及び他端側アール部として形成されている。

前記一端側及び他端側アール部は、それぞれ前記中間小径部側から各開口端側に向かって内径の変化率が漸次増大する単一なアール状（らっぱ状）に形成されており、大きな外力の作用しない前記ピン本体の長手方向両端部の肉厚を低減することで、前記ピン本体の耐久性を保持しつつ軽量化を図るようになっている。

特開２００１−１８２８３０号公報

しかしながら、前記従来のピストンピンは、前述したように、前記肉抜き孔の各アール部を、それぞれ前記中間小径部側から各開口端側に向かって内径の変化率が漸次増大する単一なアール状としたことから、特に前記各アール部の中間小径部寄りの十分な肉抜き量が確保できず、前記ピン本体の軽量化が不十分なものとなっていた。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたもので、耐久性を保ちつつ更なる軽量化を図り得るピストンピン及びピストンピンの製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、とりわけ、ピン本体に対して、ピン本体の長手方向両端側に設けられた一端側及び他端側大径部と、該両大径部の間に設けられた中間小径部と、前記各大径部と中間小径部の間に設けられ、内径が前記各大径部側から中間小径部側に向かって減少すると共に、内径の変化率が前記各大径部側から中間小径部側に向かって増大する一端側及び他端側第１アール部と、前記各第１アール部と中間小径部の間に設けられ、内径が前記各第１アール部から中間小径部側に向かって減少すると共に、内径の変化率が前記各第１アール部側から中間小径部側に向かって減少する一端側及び他端側第２アール部と、を有する肉抜き孔を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、耐久性を損なうことなく、効果的な軽量化を図ることができる。

本実施形態に係るピストンピンによるピストンとコネクティングロッドとの連結状態を示す斜視図であって、ピストンの一部を断面表示した図である。同ピストンピンによるピストンとコネクティングロッドの連結状態を示す断面図である。同ピストンピンの縦断面図である。同ピストンピンに設けられた一端側第１，第２アール部の形状を、それぞれ曲率円によって示した図である。図２の指示線Ａ部の拡大図である。同ピストンピンの製造工程における第１工程を示す鍛造装置の断面図である。同ピストンピンの製造工程における第２工程を示す鍛造装置の断面図である。同ピストンピンの製造工程における第３工程を示す鍛造装置の断面図である。同ピストンピンの製造工程における第４工程を示す鍛造装置の断面図である。同ピストンピンの製造工程における第５工程を示す鍛造装置の断面図である。同ピストンピンを構成する金属材料のファイバーフローを示す断面図である。

以下、本発明に係るピストンピンの実施形態を図面に基づいて詳述する。

〔ピストンピンの構成〕
本実施形態に係るピストンピン１は、図１〜図３に示すように、鋼材等の金属材料によって、ほぼ円筒状に形成されたピン本体１０と、該ピン本体１０の内周側に長手方向に沿って形成された肉抜き孔１１と、を備えている。そして、特に図２に示すように、内燃機関のピストン２の第１，第２ピンボス部２ａ，２ｂに穿設された第１，第２ピン孔２ｃ，２ｄ及びコネクティングロッド３のスモールエンド３ａに穿設された挿通孔３ｂに跨って挿通配置されることにより、ピストン２とコネクティングロッド３とを連結するようになっている。

前記ピン本体１０は、後述する特異な鍛造方法により成形され、長手方向の直交断面における外形が円形状となるように形成されていると共に、その外径がピストン２の各ピン孔２ｃ，２ｄ及びコネクティングロッド３の挿通孔３ｂの内径よりも僅かに小さく形成されている。

前記肉抜き孔１１は、図２及び図３に示すように、ピン本体１０の長手方向中間部１０ａに設けられた小径部１１ａと、ピン本体１０の長手方向の一端側１０ｂに設けられた一端側大径部１１ｂと、ピン本体１０の長手方向の他端側１０ｃに設けられた他端側大径部１１ｃと、前記小径部１１ａと一端側大径部１１ｂとの間に設けられた一端側中径部１１ｄと、前記小径部１１ａと他端側大径部１１ｃとの間に設けられた他端側中径部１１ｅと、から主として構成されている。なお、本実施形態では、前記小径部１１ａと、一端側中径部１１ｄ及び他端側中径部１１ｅによって本発明に係る中間小径部が構成されている。

前記一端側大径部１１ｂは、ピストン２とコネクティングロッド３の連結時において第１ピン孔２ｃ内に収容されるピン本体１０の所定範囲、すなわちピン本体１０の一端側１０ｂの端縁から中間部１０ａ側の所定範囲に亘って延設されている。

一方、前記他端側大径部１１ｃは、ピストン２とコネクティングロッド３の連結時において第２ピン孔２ｄ内に収容されるピン本体１０の所定範囲、すなわちピン本体１０の他端側１０ｃの端縁から中間部１０ａ側の所定範囲に亘って延設されている。

また、前記一端側大径部１１ｂと他端側大径部１１ｃは、互いにほぼ同一の内径を有して形成されていると共に、前記ピン本体１０を縦断面視した場合における内周面が、それぞれピン本体１０の長手方向とほぼ平行となるように形成されている。

前記小径部１１ａと一端側及び他端側中径部１１ｄ，１１ｅは、ピン本体１０のうち、ピストン２とコネクティングロッド３の連結時において該コネクティングロッド３の挿通孔３ｂ内に収容される領域を含む所定範囲に亘って形成されている。

ここで、前記小径部１１ａ及び各中径部１１ｄ，１１ｅの内径や、各大径部１１ｂ，１１ｃの内径は、内燃機関の作動時においてピン本体１０の各領域に作用するせん断力や圧縮力等の外力の大小に基づき設定される。

具体的に説明すると、前記ピン本体１０の小径部１１ａ及び各中径部１１ｄ，１１ｅが形成された部位は、内燃機関の作動時においてピストン２やコネクティングロッド３から大きな外力が作用することから、これら外力に対抗可能な肉厚に形成する必要がある。このため、前記各中径部１１ｄ，１１ｅの内径は、ピン本体１０の前記各中径部１１ｄ，１１ｅの形成領域が前記肉厚を満足するような所定の小径に設定されている。

一方、前記ピン本体１０の各大径部１１ｂ，１１ｃが形成された領域は、前述したように各ピン孔２ｃ，２ｄ内に収容されることから、内燃機関の作動時においてピストン２やコネクティングロッド３から大きな外力が作用せず、大きな肉厚を必要としない。このため、前記両大径部１１ｂ，１１ｃの内径は、機関始動時においてピン本体１０の両大径部１１ｂ，１１ｃが形成される領域に変形や破損を生じないような肉厚を確保した所定の大径に設定されている。

また、前記肉抜き孔１１は、一端側大径部１１ｂと一端側中径部１１ｄとの間に一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇを有すると共に、他端側大径部１１ｃと他端側中径部１１ｅとの間に他端側第１，第２アール部１１ｈ，１１ｉを有して形成されている。

以下、前記一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇと他端側第１，第２アール部１１ｈ，１１ｉは、ピン本体１０の中間部１０ａを基準とした対称形状となることから、便宜上一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇのみを詳細に説明することとし、他端側第１，第２アール部１１ｈ，１１ｉの説明については省略する。

前記一端側第１アール部１１ｆは、図２及び図３に示すように、その一端側１０ｂの端部が一端側大径部１１ｂの他端側１０ｃの端部に接続している。

また、この一端側第１アール部１１ｆは、内径が一端側大径部１１ｂ側から一端側中径部１１ｄ側に向かって減少すると共に、内径の変化率が一端側大径部１１ｂ側から一端側中径部１１ｄ側に向かって増大するように形成されている。

さらに、前記一端側第１アール部１１ｆは、その曲面形状を図４に示す曲率円Ｃ₁によって表した場合において、該曲率円Ｃ₁の曲率中心Ｏ₁がピン本体１０の一端側１０ｂの端縁よりも他端側１０ｃ寄りに位置するように形成されている。

前記一端側第２アール部１１ｇは、図２及び図３に示すように、その一端側１０ｂの端部が一端側第１アール部１１ｆの他端側１０ｃの端部に接続している一方、他端側１０ｃの端部が一端側中径部１１ｄの一端側１０ｂの端部と接続している。これにより、前記一端側大径部１１ｂと一端側中径部１１ｄとの間の遷移部分が、一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇからなる一連の連続曲面によって接続された構成となっている。

また、この一端側第２アール部１１ｇは、内径が一端側第１アール部１１ｆ側から一端側中径部１１ｄ側に向かって減少すると共に、内径の変化率が一端側第１アール部１１ｆ側から一端側中径部１１ｄ側に向かって減少するように形成されている。

さらに、前記一端側第２アール部１１ｇは、その曲面形状を図４に示す曲率円Ｃ₂によって表した場合において、該曲率円Ｃ₂の曲率半径ｒ₂が、一端側第１アール部１１ｆの曲率半径ｒ₁よりも小さくなるように形成されている。

なお、前記第１ピン孔２ｃ及び第２ピン孔２ｄの互いに対向する内端部には、ピン本体１０に大きな外力が作用して変形した場合の該ピン本体１０の逃げ部として、それぞれ一端側及び他端側ローラバニッシュ部２ｅ，２ｆが形成されている。

以下、前記一端側ローラバニッシュ部２ｅと他端側ローラバニッシュ部２ｆは、ピン本体１０の中間部１０ａを基準とした対称形状となることから、便宜上一端側ローラバニッシュ部２ｅのみを詳細に説明することとし、他端側ローラバニッシュ部２ｆの説明については省略する。

前記一端側ローラバニッシュ部２ｅは、第１ピン孔２ｃの内周面を図示外のバニシングローラ等によってローラバニッシュ処理（塑性変形処理）することにより成形されるもので、図５に示すように、ピン本体１０の一端側１０ｂから中間部１０ａ側に向かって漸次拡径するテーパ状に形成されている。これにより、前記一端側ローラバニッシュ部２ｅは、前述したピン本体１０の変形逃げ部としての機能を有すると共に、ローラバニッシュ処理に基づき第１ピンボス部２ａの強度向上に供されるようになっている。

また、前記一端側ローラバニッシュ部２ｅは、その全領域が一端側第２アール部１１ｇの全領域よりもピン本体１０の他端側１０ｃに位置するように形成されている。

〔ピストンピンの製造方法〕
前記ピストンピン１は、円柱状の金属素材１０Ａを鍛造装置２０によって冷間鍛造することで成形される。

まず、前記鍛造装置２０の主要な構成を説明すると、この鍛造装置２０は、図６等で示すように、内部に金属素材１０Ａを保持する断面ほぼ円形状の保持孔２１ａが貫通形成された固定型であるダイス２１と、該ダイス２１の保持孔２１ａに対して一端側から挿入可能に設けられたパンチピン２２と、保持孔２１ａに対して他端側から挿入可能に設けられた同じくダイスピン２３と、パンチピン２２を昇降及び加圧する図示外のプレス機構と、を備えている。そして、ダイス２１の保持孔２１ａによって保持された金属素材１０Ａを、成形作業工程にあわせた種々の形状のパンチピン２２及びダイスピン２３を用いてプレス加工することにより、所望のピストンピン１の形状を得るようになっている。

次に、前記鍛造装置２０によるピストンピン１の鍛造成形作業を、図６〜図１０に基づいて工程別に説明する。

まず、第１工程として、図６に示すように、金属素材１０Ａをダイス２１の保持孔２１ａ内に挿入配置し、端面矯正用のパンチピン２２Ａの先端部を金属素材１０Ａの長手方向一端側の一端面に押し当てると共に、ダイスピン２３Ａの先端部を金属素材１０Ａの長手方向他端側の他端面に押し当てることで、金属素材１０Ａの両端面を塑性変形させ、該両端面を矯正する。

次に、第２工程として、図７に示すように、前記端面矯正用のダイスピン２３Ａをガイド穴成形用のダイスピン２３Ｂに差し替えた後、該ダイスピン２３Ｂの先端部を金属素材１０Ａの他端面に押し当てて塑性変形させることにより、該他端面に後述するピン孔成形用のダイスピン２３Ｃの金属素材１０Ａ内部への進入をガイドする下穴としてのガイド穴１２を形成する。

続いて、第３工程として、図８に示すように、前記端面矯正用のパンチピン２２Ａをガイド穴成形用のパンチピン２２Ｂに差し替えたのち、該パンチピン２２Ｂを下降移動させ、パンチピン２２Ｂの先端部を金属素材１０Ａの一端面に押し当てて塑性変形させることにより、該一端面にパンチピン２２の金属素材１０Ａ内部への進入をガイドする下穴としてのガイド穴１２を成形する。

また、このとき、前記パンチピン２２Ｂの差し替えに際して前記ガイド穴成形用のダイスピン２３Ｂも肉抜き孔１１の形状に沿った型である肉抜き孔成形用のダイスピン２３Ｃに差し替えられるようになっている。これにより、前述したパンチピン２２Ｂの降下移動に際して、ダイスピン２３Ｃが金属素材１０Ａの他端側のガイド穴１２にガイドされつつ金属素材１０Ａの内部に押し込まれることとなり、該金属素材１０Ａの内部他端側が大きく塑性変形する。

すなわち、前記金属素材１０Ａは、肉抜き孔成形用のダイスピン２３Ｃの押し込みに伴って図８中の下方（パンチピン２２Ｂの押圧方向と同一の方向）へと流動し、ダイスピン２３Ｃの外周面に沿って長手方向に伸長する結果、その他端側に、他端側大径部１１ｃ、他端側第１アール部１１ｈ、他端側第２アール部１１ｉ及び他端側中径部１１ｅが形成されることとなる。

続く第４工程では、図９に示すように、金属素材１０Ａの内部一端側をパンチピン２２によって塑性変形させる。

すなわち、前記金属素材１０Ａは、ガイド穴成形用のパンチピン２２Ｂから差し替えられた肉抜き孔１１の形状に沿った型である肉抜き孔成形用のパンチピン２２Ｃの押し込みに伴い該パンチピン２２Ｃの外周面に沿って長手方向に伸長することにより、一端側大径部１１ｂ、一端側第１アール部１１ｆ、一端側第２アール部１１ｇ及び一端側中径部１１ｄが形成されることとなる。

なお、このとき、前記金属素材１０Ａの内部他端側には、前記肉抜き孔成形用のダイスピン２３Ｃに換わって中子として機能するダイスピン（マンドレル）２３Ｄが挿入されている。このダイスピン２３Ｄによって金属素材１０Ａは、パンチピン２２Ｃの押し込みに伴う内部他端側の塑性変形が抑制されるようになっている。

そして、最後に第５工程として、図１０に示すように、前記ダイスピン２３Ｄをほぼ円筒状の位置決め用ダイスピン２３Ｅに差し替え、図示外のピアス工具によって長手方向中間部に残存する隔壁部１３を打ち抜いて小径部１１ａを形成した後、完成したピストンピン１をダイス２１の保持孔２１ａから取り出すことをもって、ピストンピン１の一連の鍛造成形作業が完了する。

ここで、鍛造によって成形された金属材料の内部には、成形時の伸長動作等に伴い金属繊維による流れであるファイバーフロー（鍛流線）が形成されることが一般に知られており、上述の作業工程に基づき成形された本実施形態のピストンピン１（ピン本体１０）においても、図１１に示すようなファイバーフローＡが形成される。

以下、ファイバーフローＡについて説明するが、その配向はピン本体１０の中間部１０ａを基準とした対称形状となることから、便宜上、一端側１０ｂに基づいて説明する。

また、前記ファイバーフローＡの配向を示すにあたり、ピン本体１０の外形の中心点を通ってかつ、ピン本体１０の長手方向に延びる仮想線をピン本体１０の中心軸線Ｌと定義して説明を行う。

すなわち、前記ファイバーフローＡは、前述の第３，第４工程において金属素材１０Ａが肉抜き孔成形用のパンチピン２２Ｃやダイスピン２３Ｃの外周面に沿って長手方向に流動する際に形成されるもので、ピン本体１０の一端側大径部１１ｂ及び一端側中径部１１ｄが形成される領域において、それぞれピン本体１０の長手方向に沿って配向されている。

また、ピン本体１０の一端側第１アール部１１ｆが形成される領域におけるファイバーフローＡは、一端側大径部１１ｂ側から一端側第２アール部１１ｇ側に向かって、ピン本体１０の長手方向に沿った方向からピン本体１０の中心軸線Ｌに近づく方向へ変化するようになっている。

さらに、前記ピン本体１０の一端側第２アール部１１ｇの形成される領域におけるファイバーフローＡは、一端側第１アール部１１ｆ側から一端側中径部１１ｄ側に向かって、ピン本体１０の中心軸線Ｌに近づく方向からピン本体１０の長手方向に沿った方向へ変化するようになっている。

〔本実施形態の作用効果〕
以下、本実施形態による作用効果はピストンピン１（ピン本体１０）の一端側１０ｂと他端側１０ｃのどちらにおいても同様に得られるものであるから、便宜上、一端側１０ｂに基づいて説明を行うものとする。

したがって、本実施形態のピストンピン１によれば、ピン本体１０に対して軽量化のための肉抜き孔１１を形成する一方、ピン本体１０の長手方向中間位置の所定範囲、つまり、機関作動時にピストン２やコネクティングロッド３から比較的大きな外力が作用する範囲における肉抜き孔１１の内径を、一端側中径部１１ｄとして比較的小径に形成したことから、ピン本体１０の耐久性を損なうことなく軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、前記肉抜き孔１１を、一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇを介して短いスパンによって一端側中径部１１ｄから端部方向へ向かって大径化すると共に、該一端側第１アール部１１ｆよりも開口端側の部位を一端側大径部１１ｂとして比較的大径に形成したことから、ピン本体１０をより効率良く軽量化することができる。

特に、本実施形態では、前記一端側大径部１１ｂを、ピン本体１０を縦断面視した場合における内周面が、該ピン本体１０の長手方向とほぼ平行となるように形成したことから、ピン本体１０の一端側大径部１１ｂが形成された領域におけるピン本体１０の肉厚が全体的に最小限となるため、該ピン本体１０のより一層の軽量化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、一端側中径部１１ｄと一端側大径部１１ｂとの間の遷移部分を、一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇからなる連続曲面により接続したことから、前記遷移部分が例えばエッジ（角部）を有する段差状等によって形成されているものと比較して、機関作動時にピストン２やコネクティングロッド３から外力が作用した際の応力集中を緩和することができる。この結果、ピストンピン１に意図しない変形が生じるのを抑制することができる。

ところで、鍛造によって成形された金属材料の内部にファイバーフローが形成されることは前述したとおりであるが、このファイバーフローは、該ファイバーフローに沿って外力が作用する場合における前記金属材料の靱性を向上させる性質を有している。

そこで、この性質を活かすべく本実施形態では、前記ピストンピン１を前述したような鍛造工程によって成形することにより、一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇが形成される領域におけるピン本体１０内部のファイバーフローＡを、ピン本体１０の中心軸線Ｌに近づく方向へ立てる（配向する）ようにした。

これにより、一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇが形成される領域におけるピン本体１０内部のファイバーフローＡの配向が、機関作動時にピストン２やコネクティングロッド３からピストンピン１に作用する外力の作用方向に近づくことから、該外力に対する靱性を向上させ、もってピストンピン１の強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、前記一端側第１アール部１１ｆを、その曲率半径ｒ₁が一端側第２アール部１１ｇの曲率半径ｒ₂よりも大きくなるように形成したことから、ピン本体１０の一端側第２アール部１１ｇが形成される領域から一端側大径部１１ｂが形成される領域にかけての肉厚の変化が緩やかとなる。これにより、ピン本体１０の一端側１０ｂの端部における肉厚が極端に薄くならず確保されることから、割れ等の不具合が抑制される。

さらに、一端側第２アール部１１ｇの曲率半径ｒ₂を小さくしたことにより、ファイバーフローＡの配向がより立ち上がることから、ピストンピン１の強度を向上することも可能となる。

また、本実施形態では、前記一端側第１アール部１１ｆを、その曲率円Ｃ₁の曲率中心Ｏ₁がピン本体１０の一端側１０ｂの端縁よりも他端側１０ｃ寄りに位置するように形成したことから、一端側大径部１１ｂの長手方向の巾長さを十分に確保し、ピストンピン１の軽量化に供することができる。

さらに、曲率中心Ｏ₁がピン本体１０の一端側１０ｂの端縁上に位置するように一端側第１アール部１１ｆを配置形成した場合と比べて、必然的に曲率半径ｒ₁が小径となることから、ファイバーフローＡの配向が立ち上がるため、ピストンピン１のより一層の強度向上を図ることができる。

また、本実施形態では、前記一端側第２アール部１１ｇを、その全領域が一端側ローラバニッシュ部２ｅの全領域よりもピン本体１０の一端側１０ｂに位置するようにした。これにより、前記第１ピン孔２ｃと一端側ローラバニッシュ部２ｅとの間に僅かながらも形成された角部Ｅ（図５参照）が、ピン本体１０の一端側大径部１１ｂや一端側第１，第２アール部１１ｆ，１１ｇといった強度が比較的低い部位と当接することがなくなるため、該部位に大きな応力集中が発生して変形等が生じるといった不具合を抑制することができる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜構成を変更することも可能である。

例えば、本実施形態では、ピン本体１０（ピストンピン１）を鍛造によって成形するものとして説明したが、これを旋削（切削）加工等の機械加工によって成形してもよい。

以上説明した実施形態に基づくピストンピン及びピストンピンの製造方法としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。

ピストンピンは、その一つの態様において、金属材料からなるピン本体及び該ピン本体の長手方向に沿って形成された肉抜き孔を備え、内燃機関のピストンとコネクティングロッドとを連結する。前記肉抜き孔は、前記ピン本体の長手方向一端側に設けられた一端側大径部と、前記ピン本体の長手方向他端側に設けられた他端側大径部と、前記一端側大径部と前記他端側大径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部及び前記他端側大径部よりも小径に形成された中間小径部と、前記一端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された一端側第１アール部と、前記一端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された一端側第２アール部と、前記他端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された他端側第１アール部と、前記他端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された他端側第２アール部と、を有している。

前記ピストンピンの好ましい態様において、前記ピン本体は、鍛造によって成形され、長手方向の直交断面における外形が円形状に形成されていると共に、前記外形の中心点を通ってかつ、前記ピン本体の長手方向に延びる仮想線を前記ピン本体の中心軸線とした場合に、前記一端側第１アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記金属材料のファイバーフローの方向が前記一端側大径部側から前記一端側第２アール部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向から前記ピン本体の中心軸線の径方向に近づくように変化し、前記一端側第２アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記ファイバーフローの方向が前記一端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向に近づくように変化し、前記他端側第１アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記ファイバーフローの方向が前記他端側大径部側から前記他端側第２アール部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向から前記ピン本体の中心軸線の径方向に近づくように変化し、前記他端側第２アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記ファイバーフローの方向が前記他端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向に近づくように変化するようになっている。

別の好ましい態様では、前記ピストンピンの態様のいずれかにおいて、前記一端側第１アール部は、曲率半径が前記一端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成され、前記他端側第１アール部は、曲率半径が前記他端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記ピストンピンの態様のいずれかにおいて、前記一端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記一端側の端縁よりも前記他端側寄りに位置するように形成され、前記他端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記他端側の端縁よりも前記一端側寄りに位置するように形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記ピストンピンの態様のいずれかにおいて、前記一端側大径部及び前記他端側大径部は、前記ピン本体を縦断面視した場合における内周面が、それぞれ前記ピン本体の長手方向とほぼ平行となるように形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記ピストンピンの態様のいずれかにおいて、前記内燃機関のピストンは、前記ピストンピンが挿入される１対のピン孔を備え、前記１対のピン孔は、前記ピン本体の長手方向における中央側の１対の端部に、それぞれローラバニッシュ処理が施される領域である一端側ローラバニッシュ部及び他端側ローラバニッシュ部を有し、前記一端側第２アール部は、全領域が前記一端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向一端側に位置し、前記他端側第２アール部は、全領域が前記他端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向他端側に位置するように形成されている。

ピストンピンの製造方法は、その一つの態様において、ピン本体及び該ピン本体の長手方向に沿って形成された肉抜き孔を備え、内燃機関のピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピンの製造方法であって、前記肉抜き孔は、前記ピン本体の長手方向一端側に設けられた一端側大径部と、前記ピン本体の長手方向他端側に設けられた他端側大径部と、前記一端側大径部と前記他端側大径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部及び前記他端側大径部よりも小径に形成された中間小径部と、前記一端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された一端側第１アール部と、前記一端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された一端側第２アール部と、前記他端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された他端側第１アール部と、前記他端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された他端側第２アール部と、を有し、前記ピン本体を構成する金属素材を前記ピン本体の長手方向一端側から前記肉抜き孔の形状に沿った型で押圧して塑性変形させる工程と、前記金属素材を前記ピン本体の長手方向他端側から前記肉抜き孔の形状に沿った型で押圧して塑性変形させる工程と、を有している。

前記ピストンピンの製造方法の好ましい態様として、前記一端側大径部及び前記他端側大径部は、前記ピン本体を縦断面視した場合における内周面が、それぞれ前記ピン本体の長手方向とほぼ平行となるように形成されている。

別の好ましい態様では、前記ピストンピンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記一端側第１アール部は、曲率半径が前記一端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成され、前記他端側第１アール部は、曲率半径が前記他端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記ピストンピンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記一端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記一端側の端縁よりも前記他端側寄りに位置するように形成され、前記他端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記他端側の端縁よりも前記一端側寄りに位置するように形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記ピストンピンの製造方法の態様のいずれかにおいて、前記内燃機関のピストンは、前記ピストンピンが挿入される１対のピン孔を備え、前記１対のピン孔は、前記ピン本体の長手方向における中央側の１対の端部に、それぞれローラバニッシュ処理が施される領域である一端側ローラバニッシュ部及び他端側ローラバニッシュ部を有し、前記一端側第２アール部は、全領域が前記一端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向一端側に位置し、前記他端側第２アール部は、全領域が前記他端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向他端側に位置するように形成されている。

Claims

金属材料からなるピン本体及び該ピン本体の長手方向に沿って形成された肉抜き孔を備え、内燃機関のピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピンであって、
前記肉抜き孔は、
前記ピン本体の長手方向一端側に設けられた一端側大径部と、
前記ピン本体の長手方向他端側に設けられた他端側大径部と、
前記一端側大径部と前記他端側大径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部及び前記他端側大径部よりも小径に形成された中間小径部と、
前記一端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された一端側第１アール部と、
前記一端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された一端側第２アール部と、
前記他端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された他端側第１アール部と、
前記他端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された他端側第２アール部と、
を有し、
前記一端側第１アール部は、曲率半径が前記一端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成され、
前記他端側第１アール部は、曲率半径が前記他端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成されたことを特徴とするピストンピン。
請求項１に記載のピストンピンにおいて、
前記ピン本体は、
鍛造によって成形され、長手方向の直交断面における外形が円形状に形成されていると共に、
前記外形の中心点を通ってかつ、前記ピン本体の長手方向に延びる仮想線を前記ピン本体の中心軸線とした場合に、
前記一端側第１アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記金属材料のファイバーフローの方向が前記一端側大径部側から前記一端側第２アール部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向から前記ピン本体の中心軸線の径方向に近づくように変化し、
前記一端側第２アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記ファイバーフローの方向が前記一端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向に近づくように変化し、
前記他端側第１アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記ファイバーフローの方向が前記他端側大径部側から前記他端側第２アール部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向から前記ピン本体の中心軸線の径方向に近づくように変化し、
前記他端側第２アール部を構成する前記ピン本体の長手方向の領域では、前記ファイバーフローの方向が前記他端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって前記ピン本体の長手方向に沿った方向に近づくように変化することを特徴とするピストンピン。
請求項１に記載のピストンピンにおいて、
前記中間小径部の中間部に、前記中間小径部よりも小径に形成された小径部を有することを特徴とするピストンピン。
請求項２に記載のピストンピンにおいて、
前記一端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記一端側の端縁よりも前記他端側寄りに位置するように形成され、
前記他端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記他端側の端縁よりも前記一端側寄りに位置するように形成されることを特徴とするピストンピン。
請求項１に記載のピストンピンにおいて、
前記一端側大径部及び前記他端側大径部は、前記ピン本体を縦断面視した場合における内周面が、それぞれ前記ピン本体の長手方向とほぼ平行となるように形成されていることを特徴とするピストンピン。
請求項１に記載のピストンピンにおいて、
前記内燃機関のピストンは、前記ピストンピンが挿入される１対のピン孔を備え、
前記１対のピン孔は、前記ピン本体の長手方向における中央側の１対の端部に、それぞれローラバニッシュ処理が施される領域である一端側ローラバニッシュ部及び他端側ローラバニッシュ部を有し、
前記一端側第２アール部は、全領域が前記一端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向一端側に位置し、
前記他端側第２アール部は、全領域が前記他端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向他端側に位置するように形成されることを特徴とするピストンピン。
ピン本体及び該ピン本体の長手方向に沿って形成された肉抜き孔を備え、内燃機関のピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピンの製造方法であって、
前記肉抜き孔は、
前記ピン本体の長手方向一端側に設けられた一端側大径部と、
前記ピン本体の長手方向他端側に設けられた他端側大径部と、
前記一端側大径部と前記他端側大径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部及び前記他端側大径部よりも小径に形成された中間小径部と、
前記一端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された一端側第１アール部と、
前記一端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記一端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記一端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された一端側第２アール部と、
前記他端側大径部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側大径部側から前記中間小径部側に向かって増大するように形成された他端側第１アール部と、
前記他端側第１アール部と前記中間小径部の間に設けられ、内径が前記他端側第１アール部から前記中間小径部側に向かって減少すると共に、前記内径の変化率が前記他端側第１アール部側から前記中間小径部側に向かって減少するように形成された他端側第２アール部と、
を有し、
前記一端側第１アール部は、曲率半径が前記一端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成され、
前記他端側第１アール部は、曲率半径が前記他端側第２アール部の曲率半径よりも大きくなるように形成されていて、
前記ピン本体を構成する金属素材を前記ピン本体の長手方向一端側から前記肉抜き孔の形状に沿った型で押圧して塑性変形させる工程と、
前記金属素材を前記ピン本体の長手方向他端側から前記肉抜き孔の形状に沿った型で押圧して塑性変形させる工程と、
を有することを特徴とするピストンピンの製造方法。
請求項７に記載のピストンピンの製造方法において、
前記一端側大径部及び前記他端側大径部は、前記ピン本体を縦断面視した場合における内周面が、それぞれ前記ピン本体の長手方向とほぼ平行となるように形成されていることを特徴とするピストンピンの製造方法。
請求項７に記載のピストンピンの製造方法において、
前記中間小径部の中間部に、前記中間小径部よりも小径に形成された小径部を有することを特徴とするピストンピンの製造方法。
請求項７に記載のピストンピンの製造方法において、
前記一端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記一端側の端縁よりも前記他端側寄りに位置するように形成され、
前記他端側第１アール部は、曲率中心が前記ピン本体の前記他端側の端縁よりも前記一端側寄りに位置するように形成されることを特徴とするピストンピンの製造方法。
請求項７に記載のピストンピンの製造方法において、
前記内燃機関のピストンは、前記ピストンピンが挿入される１対のピン孔を備え、
前記１対のピン孔は、前記ピン本体の長手方向における中央側の１対の端部に、それぞれローラバニッシュ処理が施される領域である一端側ローラバニッシュ部及び他端側ローラバニッシュ部を有し、
前記一端側第２アール部は、全領域が前記一端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向一端側に位置し、
前記他端側第２アール部は、全領域が前記他端側ローラバニッシュ部の全領域よりも前記ピン本体の長手方向他端側に位置するように形成されることを特徴とするピストンピンの製造方法。