JPH0143485Y2 - - Google Patents

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JPH0143485Y2
JPH0143485Y2 JP7306384U JP7306384U JPH0143485Y2 JP H0143485 Y2 JPH0143485 Y2 JP H0143485Y2 JP 7306384 U JP7306384 U JP 7306384U JP 7306384 U JP7306384 U JP 7306384U JP H0143485 Y2 JPH0143485 Y2 JP H0143485Y2
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piston
piston head
piston skirt
spring
screw
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、機関用組立式ピストンに関し、より
詳しくは、ピストンスカート部とピストンヘツド
部とが別体に構成された組立式ピストンに係るも
のである。
[Detailed description of the invention] (Field of industrial application) The present invention relates to an assembly-type piston for an engine, and more specifically, to an assembly-type piston in which a piston skirt portion and a piston head portion are constructed separately. It is.

(従来の技術) 機関用の組立式ピストンの歴史は古く、組立手
段のひとつとしてねじ締結方式が知られている。
従来、組立式ピストンは鉄系の同質系材料からな
るのが普通であるが、近時においては、異質系材
料間の組立式ピストンが主流になりつつある。特
に、燃焼改善、燃費性向上の観点から自動車の小
型・軽量化が強く指向され、デイーゼルエンジン
にあつては、ピストンヘツド部をフアインセラミ
ツクス系で、ピストンスカート部を金属系で構成
するものが広く採用されつつある。
(Prior Art) Assembly-type pistons for engines have a long history, and a screw fastening method is known as one of the assembly methods.
Conventionally, prefabricated pistons have generally been made of iron-based homogeneous materials, but recently, prefabricated pistons made of dissimilar materials have become mainstream. In particular, there is a strong desire to make automobiles smaller and lighter in order to improve combustion and fuel efficiency, and diesel engines are increasingly constructed with a piston head made of fine ceramics and a piston skirt made of metal. It is becoming widely adopted.

(考案が解決しようとする問題点) このように、ピストンヘツド部とピストンスカ
ート部において異質材料から組立式ピストンを構
成した場合、これらの異質材料同士は熱膨張係数
が大きくなることから、その締結技術が非常に難
しいものになつている。例えば、米国特許第
4419925号明細書には、セラミツクス製ピストン
ヘツド部の周部に雄ねじを形成し、これに金属製
ピストンスカート部の周部に形成した雌ねじを螺
合させて、両者を一体にねじ締結し、廻り止め手
段を具備した組立式ピストンが開示されている
が、このタイプの組立式ピストンにおいては、万
一、高速運転時のピストンのオーバヒート、振
動、使用環境条件の激変等に起因して前記ねじ締
結が緩んだ場合、これに対して瞬時に対応するこ
とができないという問題点がある。
(Problem to be solved by the invention) In this way, when a prefabricated piston is constructed from different materials in the piston head and piston skirt, the thermal expansion coefficients of these different materials become large, so it is difficult to fasten them together. Technology has become extremely difficult. For example, U.S. Pat.
No. 4419925 discloses that a male thread is formed on the periphery of a ceramic piston head portion, a female thread formed on the periphery of a metal piston skirt portion is screwed into this, and the two are screwed together. Although a prefabricated piston equipped with a stopping means is disclosed, in this type of prefabricated piston, the screw tightening may occur due to overheating of the piston during high-speed operation, vibration, drastic changes in operating environment conditions, etc. There is a problem in that it is not possible to instantly respond to the loosening of the belt.

(問題点を解決するための手段) 本考案は上記の問題点を解決するもので、その
技術手段は、ピストンスカート部とピストンヘツ
ド部とをねじ締結により一体に組み立てたピスト
ンにおいて、ピストンスカート部とピストンヘツ
ド部との間に、該両者を互いにねじ込む方向へ常
に回動付勢せしめる手段を設けたことを特徴とす
るものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention solves the above problems, and its technical means is to provide a piston in which the piston skirt part and the piston head part are integrally assembled by screw fastening. The piston head is characterized in that means is provided between the piston head and the piston head for constantly urging the two to rotate in the direction in which they are screwed into each other.

本考案の組立式ピストンにおいて、万一、ピス
トンスカート部とピストンヘツド部とのねじ締結
が運転中に緩んだとしても、ピストンスカート部
とピストンヘツド部とは、回動付勢手段により互
いにねじ込まれる方向に回動力が作用するので、
該両者のねじ締結の緩みを瞬時にして防止し得
る。
In the prefabricated piston of the present invention, even if the screw connection between the piston skirt and the piston head loosens during operation, the piston skirt and the piston head will be screwed together by the rotational biasing means. Since rotational force acts in the direction,
Loosening of the screw connection between the two can be instantly prevented.

(実施例) 以下に、本考案の一実施例を図について説明す
ると、第1図および第2図において、1はピスト
ンスカート部で、ピストンスカート部1は軽量で
放熱性の良いアルミ合金材料で製作されている。
ピストンスカート部1の上面側には凹部が設けら
れ、該凹部の内側には雌ねじ(右ねじ、左ねじを
問わない。)2が形成されている。ピストンスカ
ート部1の上部底面には断面角形の嵌合溝3が設
けられ、該嵌合溝3には、ピストンスカート部1
の径方向に延びる棒バネ(回動付勢手段)4の断
面角形基端部分4aが圧入嵌合されている。棒バ
ネ4の材質は、ここではバネ鋼が用いられている
が、適度な弾性を有すれば、耐熱性のインコネ
ル、NiCr、Mo系材料も用いることができる。棒
バネ4の基端部分の離脱防止手段としてはピスト
ンスカート部1の嵌合溝3に対応する適当部位5
の二箇所を塑性変形させればよい。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be explained below with reference to the drawings. In Figs. 1 and 2, 1 is a piston skirt portion, and the piston skirt portion 1 is made of aluminum alloy material that is lightweight and has good heat dissipation. It is manufactured.
A recess is provided on the upper surface side of the piston skirt portion 1, and a female thread (regardless of whether it is a right-hand thread or a left-hand thread) 2 is formed inside the recess. A fitting groove 3 having a rectangular cross section is provided in the upper bottom surface of the piston skirt portion 1.
A base end portion 4a having a rectangular cross section of a rod spring (rotation biasing means) 4 extending in the radial direction is press-fitted. Although spring steel is used here as the material for the bar spring 4, heat-resistant Inconel, NiCr, or Mo-based materials can also be used as long as they have appropriate elasticity. As a means for preventing detachment of the base end portion of the rod spring 4, an appropriate portion 5 corresponding to the fitting groove 3 of the piston skirt portion 1 is used.
It is sufficient to plastically deform the two locations.

棒バネ4の基端部分4aを除く中央部分および
先端部分4bは断面円形とされている。棒バネ4
の先端部分4bは第1図において上方へL字状に
折曲形成され、ピストンスカート部1の上部に穿
設したクリヤランスホール6を貫いて上方向へ突
出している。クリヤランスホール6の径は、棒バ
ネ4の基端部分4aを支点とする弾性的な可動領
域を考慮して、棒バネ4の径よりも所要の寸法だ
け大に寸法設定されている。
The center portion and tip portion 4b of the bar spring 4 excluding the base end portion 4a have a circular cross section. Bar spring 4
The tip portion 4b is bent upward into an L-shape in FIG. 1, and projects upward through a clearance hole 6 formed in the upper part of the piston skirt portion 1. The diameter of the clearance hole 6 is set to be larger than the diameter of the rod spring 4 by a required dimension, taking into account the elastic movable region with the base end portion 4a of the rod spring 4 as a fulcrum.

7はデイーゼルエンジン用のピストンヘツド部
で、ピストンヘツド部7の上面には、所望のスワ
ールを発生させるべく、キヤビテイ部8が形成さ
れている。ピストンヘツド部7は、耐熱性に優れ
たフアインセラミツクス、例えば、SiCSi3N4
Al2O,ZrO2等より製作されている。ピストンヘ
ツド部7の下面側には、雄ねじ9を形成してなる
凸部10が設けられている。ピストンヘツド部7
とピストンスカート部1とは、凸部10の雄ねじ
9とピストンスカート部1の雌ねじ2とが螺合す
ることにより、一体にねじ締結されている。該ね
じ締結部は、通常、最終ロツク状態において、前
記両ねじ9,2間に微小変形による締結の予荷重
が作用すべく、回り方向に移動不可能にロツクさ
れている。かかる状態において、ピストンの高速
往復動による振動が伝達されても、ねじ締結の緩
みが発生しないように構成されている。
Reference numeral 7 designates a piston head portion for a diesel engine, and a cavity portion 8 is formed on the upper surface of the piston head portion 7 in order to generate a desired swirl. The piston head portion 7 is made of fine ceramics with excellent heat resistance, such as SiCSi 3 N 4 ,
Manufactured from Al 2 O, ZrO 2 , etc. A convex portion 10 formed with a male thread 9 is provided on the lower surface side of the piston head portion 7 . Piston head part 7
and the piston skirt portion 1 are integrally screwed together by screwing the male thread 9 of the convex portion 10 and the female thread 2 of the piston skirt portion 1. The screw fastening portion is normally locked so that it cannot move in the rotational direction so that a fastening preload due to minute deformation acts between the two screws 9 and 2 in the final locked state. In such a state, even if vibrations due to high-speed reciprocating motion of the piston are transmitted, the screw fastening is configured so as not to loosen.

ピストンヘツド部7の下部に穿設した嵌合穴1
1には、前述した棒バネ4の先端部分4bが圧入
嵌合されている。この棒バネ4の力により、ピス
トンヘツド部7はピストンスカート部1に対し、
雄ねじ9と雌ねじ2とが締め付けられる方向へ常
時回動付勢されている。棒バネ4の基端部分4a
を支点する弾性変形量eは、ねじ締結が過大に食
い込まないよう適量に設定されている。δは棒バ
ネ4の弾性変形角度を示す。
Fitting hole 1 drilled in the lower part of the piston head part 7
1 is press-fitted with the tip portion 4b of the rod spring 4 described above. Due to the force of this rod spring 4, the piston head portion 7 moves against the piston skirt portion 1.
The male thread 9 and the female thread 2 are constantly biased to rotate in the tightening direction. Base end portion 4a of bar spring 4
The amount of elastic deformation e around the fulcrum is set to an appropriate amount so that the screw fastening does not bite excessively. δ indicates the elastic deformation angle of the bar spring 4.

棒バネ4のバネ常数は、棒バネ4の径dおよび
有効スパンlを変更することにより、任意な大き
さに設定することができる。棒バネ4は熱的影響
を受けやすいピストンスカート部1の上部に設け
られているため、運転時においては温度変化に伴
い棒バネ4のバネ常数が変わり易いが、本実施例
では、図示しない油溜りより飛散する潤滑油15
によつて、棒バネ4が冷却されほぼ一定のバネ常
数が確保されるようになつている。
The spring constant of the bar spring 4 can be set to any size by changing the diameter d and effective span l of the bar spring 4. Since the rod spring 4 is provided at the upper part of the piston skirt portion 1 which is susceptible to thermal effects, the spring constant of the rod spring 4 is likely to change due to temperature changes during operation. Lubricating oil scattering from the pool 15
As a result, the rod spring 4 is cooled and a substantially constant spring constant is ensured.

ピストンスカート部1とピストンヘツド部7と
の間には、その外周縁部に極薄の金属製シム12
が介装され、内側中央部には前記シム12よりも
軟らかい金属製シム13が介装されている。シム
12,13を介装することにより、締付量が増す
にしたがい締付荷重は幾何級数的に増すように作
用する。これらのシーム12,13を介装しなく
とも、ピストンスカート部1とピストンヘツド部
7との外周縁部の分割当接面14のみでも十分に
実用に耐えうる。なお、シム12,13の材料は
金属に限らない。
Between the piston skirt part 1 and the piston head part 7, there is an extremely thin metal shim 12 on the outer peripheral edge thereof.
A metal shim 13, which is softer than the shim 12, is interposed at the inner center portion. By interposing the shims 12 and 13, the tightening load increases geometrically as the tightening amount increases. Even without intervening these seams 12 and 13, the split contact surface 14 at the outer peripheral edge of the piston skirt portion 1 and the piston head portion 7 alone is sufficient for practical use. Note that the material of the shims 12 and 13 is not limited to metal.

上記の構成からなる組立式ピストンにおいて、
エンジン運転中、燃焼室内の高温度化によりピス
トンスカート部1及びピストンヘツド部7は、熱
膨張係数の差に起因して互に異なる量だけ変形す
る。この両者1,7の変形量の差が前記予荷重に
見合つた量を越えると、ねじ締結部に緩み(ガ
タ)が発生する。このようにして、ピストンスカ
ート部1の雌ねじ2とピストンヘツド部7の雄ね
じ9との螺合が緩み始めた場合、ピストンスカー
ト部1とピストンヘツド部7とは、棒バネ4によ
り前記両者1と7が互いに締め付けられる方向へ
適度な大きさの回動力が弾性的に作用する。その
結果、ピストンスカート部1とピストンヘツド部
7とのねじ締結部が緩むことを瞬時に防止するば
かりでなく、該ねじ締結部の締付力を強化すべく
積極的に作用し、もつてエンジン故障の発生を確
実に防ぎ安全性が著しく向上する。
In the assembled piston having the above configuration,
During engine operation, the piston skirt 1 and the piston head 7 deform by different amounts due to the difference in their coefficients of thermal expansion due to the high temperature in the combustion chamber. If the difference in the amount of deformation between the two 1 and 7 exceeds an amount commensurate with the preload, loosening (play) will occur in the screw fastened portion. In this way, when the threaded engagement between the female thread 2 of the piston skirt part 1 and the male thread 9 of the piston head part 7 begins to loosen, the piston skirt part 1 and the piston head part 7 are connected to each other by the rod spring 4. An appropriate rotational force acts elastically in the direction in which the parts 7 are tightened together. As a result, it not only instantly prevents the screw connection between the piston skirt portion 1 and the piston head portion 7 from loosening, but also actively acts to strengthen the tightening force of the screw connection, thereby improving the engine performance. Failures are reliably prevented and safety is significantly improved.

以上、実施例につき説明したが、本考案は以下
のものも包含するものである。
Although the embodiments have been described above, the present invention also includes the following.

ねじ締結手段は、ピストンスカート部、ピス
トンヘツド部に互いに嵌合するリング状凹部、
リング状凸部を形成し、該凹部の外側または内
側に雌ねじ、前記凸部の内側または外側に雄ね
じをそれぞれ設けて締結するようにしてもよ
い。また、ピストンスカート部に雄ねじを設
け、該雄ねじと螺合する雌ねじをピストンヘツ
ド部に設けてねじ締結してもよい。
The screw fastening means includes a ring-shaped recess that fits into the piston skirt and the piston head;
A ring-shaped convex portion may be formed, and a female thread may be provided on the outside or inside of the concave portion, and a male screw may be provided on the inside or outside of the convex portion for fastening. Alternatively, a male thread may be provided on the piston skirt portion, and a female thread that engages with the male thread may be provided on the piston head portion for screw fastening.

実施例では、ピストンスカート部をアルミ合
金材料で製作しピストンヘツド部をフアインセ
ラミツクス材料で製作したが、本考案に係るピ
ストンスカート部およびピストンヘツド部の材
料の選択は、特に限定されるものではない。例
えば、ピストンスカート部を鉄系材料で、ピス
トンヘツド部をZrO2でそれぞれ製作した場合
には、熱膨張係数の差が殆どないので、運転使
用条件の可能範囲がさらに拡大し、エンジン性
能が著しく向上するものとなる。
In the embodiment, the piston skirt part was made of an aluminum alloy material and the piston head part was made of a fine ceramic material, but the selection of materials for the piston skirt part and the piston head part according to the present invention is not particularly limited. do not have. For example, if the piston skirt part is made of iron-based material and the piston head part is made of ZrO2 , there is almost no difference in the coefficient of thermal expansion, so the range of possible operating conditions is further expanded, and the engine performance is significantly improved. It will improve.

回動付勢手段として実施例では棒バネを使用
したが、回動付勢手段の形状は棒状に限らず、
弓状あるいは板状であつてもよい。
Although a rod spring is used as the rotational biasing means in the embodiment, the shape of the rotational biasing means is not limited to a rod shape.
It may be arch-shaped or plate-shaped.

本考案の組立式ピストンはデイーゼルエンジ
ンに限らず、すべての内燃機関に適用できるこ
とは勿論である。
Of course, the assembled piston of the present invention is applicable not only to diesel engines but also to all internal combustion engines.

(考案の効果) 上述したように本考案によれば、エンジン運転
時において温度変化に伴う熱膨張量の差または機
械的振動等に起因して、ピストンスカート部とピ
ストンヘツド部とのねじ締結が緩もうとしても、
回動付勢手段により前記ねじ締結部に締付方向の
回動力が自動的に作用するので、ねじ締結部の緩
みの発生を防止するだけでなく、該ねじ締結部の
締付力を正常状態に瞬時に復帰させて維持すると
いう効果がある。
(Effects of the invention) As described above, according to the invention, the screw connection between the piston skirt and the piston head is prevented due to differences in thermal expansion due to temperature changes or mechanical vibrations during engine operation. Even if I try to relax,
Since the rotational force in the tightening direction is automatically applied to the screw fastening section by the rotational biasing means, it not only prevents the screw fastening section from loosening, but also maintains the tightening force of the screw fastening section to the normal state. It has the effect of instantaneously returning and maintaining the condition.

また、本考案の組立式ピストンは、ピストンス
カート部とピストンヘツド部の材料を選択する自
由度が大となり、総じてエンジン性能の向上に寄
与し、分解・組立も容易化し、安価に量産化し得
る。
Furthermore, the assembly type piston of the present invention has a greater degree of freedom in selecting materials for the piston skirt and piston head, contributes to overall improvement in engine performance, is easy to disassemble and assemble, and can be mass-produced at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本考案の一実施例を示す縦断面図、第
2図は第1図のA矢視図である。 1……ピストンスカート部、2……雌ねじ、4
……棒バネ(回動付勢手段)、7……ピストンヘ
ツド部、9……雄ねじ、e……弾性変形量。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view taken along arrow A in FIG. 1...Piston skirt part, 2...Female thread, 4
. . . Bar spring (rotation biasing means), 7 . . . Piston head portion, 9 . . . External thread, e .

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 互いに別体に設けたピストンスカート部とピス
トンヘツド部とをねじ締結により一体に組立て、
前記ピストンスカート部とピストンヘツド部との
間に、該両者を互いにねじ締付方向へ常時回動付
勢する回動付勢手段を設けたことを特徴とする機
関用組立式ピストン。
The piston skirt part and piston head part, which are provided separately from each other, are assembled together by screw fastening.
A prefabricated piston for an engine, characterized in that a rotational biasing means is provided between the piston skirt portion and the piston head portion for constantly biasing the piston skirt portion and the piston head portion to rotate in a screw tightening direction.
JP7306384U 1984-05-18 1984-05-18 Assembly type piston for engine Granted JPS60185046U (en)

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