JPH01502288A - 内燃機関およびそれに類似した機械のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関およびそれに類似した機械のピストン本発明は、往復動式内燃機関また は外燃機関およびコンプレッサのシリンダ中を摺動するピストン、すなわち、各 シリンダ機械に関するものであり、本発明は、好ましくは２ストロークまたは４ ストロークの往復動式内燃機関のピストンに関するものであるが、他の機械にも 応用可能である。本発明は、特に円筒形のスカート中に、コネクティングロッド の部分的に球形の頭部をボールジヨイントのように収容する部分的に球面なベア リング面を有する上記の機械類のピストンに関する。後述する理由により、上記 のベアリング面および／またはロッドの頭部は、構造上、部分的に厳密に球形と はならない場合もあるが、表現を簡単にするため、本明細書では、「球形」とい う表現を正確に球形である場合と、はぼ球形である場合との両方に用いることに する。

上記のようなピストンは、例えばフランス国特許第９６５．４４９号、第１．５ ４７．１５１号およびイギリス国特許第２９３．５０６号に開示されている。こ れらの公知のピストンにおいては、ピストンおよびロッドの金属で形成された２ つの部分的球形の要素は、少なくとも、例えば、ロッド中を縦に延びた通路を介 して供給される加圧されたオイルによりこれら２つの部分的球形の要素間に維持 されている潤滑油の薄い膜が無いと仮定すると、お互いに接触して変位すること になる（これに関しては、フランス国特許第９６５．４４９号およびイギリス国 特許第２９３．５０６号を参照のこと）。

本発明の目的は、シリンダ中のピストンで定められる可変容積のチャンバ中に周 期的に発生する最大圧力がピストンに加える大゛きな力に耐えることができるよ うな関節接合をピストンとロッドと間に実現することにある。

以下の記載で、「上」および「下」という表現を用いる場合には、ピストンは軸 が垂直となるように向けられ、ロッドはピストンの下に位置するように配置され ているものとする。この仮定は、単に表現を簡単にすることを意図したものであ って、実際に内燃機関またはコンプレッサにおいて、ピストンがこのように配置 されていることを意味するものではない。

本発明の第１の観点により提供される上記定義のタイプのピストンの特徴は、上 記頭部表面と反対側で一口した内部空洞部を有し、この内部空洞部の側面の少な くとも一部は回転円筒形のベアリング面によって規定されており、ロッドの部分 的に球形の頭部によって規定される上記ピストンの空洞部内の空間には、ピスト ンの運転圧力および運転温度で、はとんど非圧縮性で且つ粘性のある糊状または 塑性変形可能な流体が充填されており、上記の円筒形ベアリング面の直径はロッ ドの部分的に球形の頭部の直径より僅かに大きくなっていて、ピストンの運転圧 力および運転温度において前記流体が前記空間の外へ漏れ出ない程度に、前記円 筒形ベアリング面とロッドの部分的に球形の頭部との間の動作間隙が小さくなっ ている点にある。

前記円筒形ベアリング面の母線は、ピストンのスカートの母線と平行であり、こ の円筒形ベアリング面は、このピストンのスカートと同軸であることが好ましい 。

前記流体が漏出するのを防止するためには、ロッドの部分的に球形な頭部と前記 流体との間に、流体の漏れない薄い金属の殻状部材を挿入し、この殻状部材を局 部的に前記円筒形ベア　１Ｊソングに向かって圧力液めすることにより保持し、 この円筒形ベアリング面に向かって圧力液めされた殻状部材の部分が、所定の限 度を超えた力が加わった時には、円筒形ベアリング面の軸方向に変位できるよう に組み合わされているのが好ましい。

本発明の第２の観点によって提供されるピストンは、往復動式の内燃機関または 外燃機関およびコンプレッサ、すなわち、シリンダのピストンの頭部表面近傍の 作動ガスが高圧且つ高温となる機械、特に、２ストロークまたは４ストロークの 往復動式の内燃機関に用いられるピストンであって、コネクティングロッドの部 分的に球形をなす頭部がボールジヨイントのようにシリンダ中に収容されたピス トンにおいて、外側が円筒形のスカート中に、前記頭部表面と反対側が開口し且 つ側面の少なくとも一部が回転円筒形のベアリング面で規定された空洞部を有し 、前記円筒ベアリング面は好ましくはピストンと同軸であり、前記空洞部内には 流体を漏らさない薄い金属の殻状部材が設置され、この殻状部材の円筒形をした 下部は、ピストンの回転円筒形のベアリング面に対して圧力液めされており、こ の殻状部材のほぼ半球形をした上部にはロッドの頭部が支持されており、この殻 状部材のほぼ半球形の部分の外面によって、ピストンの空洞中には、ピストンの 運転温度および運転圧力で非圧縮性且つ粘性のある糊状または塑性変形可能な流 体が充填される空間が規定され、ロッドの部分的に球形の頭部の外径は、ピスト ンの円筒形ベアリング面の直径より僅かに小さくなっていて、殻状部材の円筒形 部分が、前述の如く圧力液めされ、ピストンの運転温度および運転圧力下で前記 の流体が上記空間外に漏れ出ることを防いでいることを特徴としている。

好ましくは、前記の流体は、フッ素重合体で構成され、さらに詳細には、ＰＴＦ Ｅ　（ポリテトラフルオロエチレン）またはテフロン■で構成される。しかしな がら、他の材料であっても、ピストンの運転温度および運転圧力で化学的にも物 理的にも安定で、圧力をかけることにより可能な限り完全に前記の空間を満たす ことができる程度に変形可能で（前記殻状部材が存在する場合でも）あり、しか も、ロッドの部分的に球形の頭部または殻状部材と前記の円筒形ベアリング面と の間の運転間隙から運転中に前記の流体が漏れない程度に粘性が高ければ使用可 能である。特に、高粘性を有する、例えば粘性ダンパ（または粘性ショックアブ ソーバ）に使用されている、タイプのオイルが使用可能である。流体の前記定義 は、特に低粘性または中程度の粘性を有するオイルを除外したものであるという ことが理解されるであろう。

このようにして、ピストンに対するロッドの相対的な位置に関係なく、後者にか かる力は、前記の可塑性を有する変形可能な流体が形成するクッションを通して 、ロッドの部分球形頭部に均一に伝わり、また、この流体は所定の場所から漏れ 出ないようになっている。殻状部材（殻状部材がある好ましい態様において）は 、円筒形ベアリング面の軸線と平行な方向に可動であるので、この殻状部材は、 実際には殻状部材表面に垂直な方向の圧縮のみを受けるので、殻状部材が折れた りまたは孔が開く危険はなく、殻状部材の軸方向の往復運動によって隙間は自動 的にシールされる。

前述のフランス国特許第１．５４７，１５１号では、ＰＴＦＥのようなプラスチ ック材料の層を、ピストンの部分的に球形の取付は部分とコネクティングロッド の部分的に球形の頭部との間に直接配置することが提案されている。しかし、こ の発明では、本発明の場合とは反対の側に、全く異なった目的のために設けられ ることに注意されたい。ＰＴＦＥのような合成樹脂をボールジヨイントの雄部材 および雌部材の両方に配すること、例えば、車両のステアリング機構（アメリカ 合衆国特許３４３，３４２．５１３号を参照）の互いに接して動く２つの要素の 両方を合成樹脂で構成することもまた公知であることにも注意されたい。

本発明に従うと金属の殻状部材は、ブロンズ、特にベリリュームブロンズ、また は限界潤滑における優れた摩擦係数および高い延性を有する金属または合金であ り、その厚さは、一般に、ロッドの部分的に球形の頭部の直径の１〜３％である ことが好ましい。

前述の本発明の第２の観点によって提供されるピストンの場合には、殻状部材は 、そのほぼ半球形部分が、ロッド頭部の中心の上方を通る好ましくはピストンの 軸に垂直な平面上かまたは上部がこの平面で定められる、閉じた環状の線または 帯に沿って接触してロッドの球形頭部を支えるようになっていることがを利であ る。加圧された潤滑油を供給するための一方向の手段は、上流側でチェックバル ブを通してロッド中に設けられたオイル流路に通じており、前記の接触線または 接触帯の上方に、部分的に球形の頭部表面と金属の殻状部材の半球形部の内側表 面とで決められた位置に形成されたオイル隙間に開口している。

潤滑油の圧力は、前記のチェックバルブの上流側においては、少なくともエンジ ンの運転サイクルの一部の間は、前記のオイル隙間の主圧力よりも高い。部分球 形頭部と殻状部材との間の空間は、前記接触線または接触帯の下側で、前記オイ ル隙間の主圧力よりも低い低圧力域に通じている。

これにより、金属の殻状部材を、前記殻状部材内面に対して自由に枢軸旋回する ことが可能でなければならないロッドの部分的に球形の頭部表面に加圧された潤 滑油を供給する手段に、組み入れることができる。前記のオイル隙間および潤滑 油供給方法の各種実施例は、後で詳しく説明する。

金属の殻状部材を備えている上記の場合には、ロッドの部分的に球形の頭部また は金属の殻状部材のロッド頭部と対向する側には、公知の方法または前述の方法 で導入された潤滑油が、この金属の殻状部材とロッド頭部との間に供給されるよ うに、溝またはオイル流路が設けられていることが好ましい。強調すべきことは 、これらのオイル流路は、ＰＴＦＥまたは、ＰＴＦＥと同様な物質または流体と 接触していない表面に設けられているので、これらの物質または流体で詰まる危 険がないということである。

前記の殻状部材がない場合にも、加圧された潤滑油は、ロッド頭部により一部が 定められる環状の空間に供給され、後述するように、随伴によって、ロッド頭部 に潤滑油膜が形成されることを促進する。

以下、本発明を添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に従ったピストンとそれに対応するコネクティ ングロッドとのアッセンブリの軸方向断面の一部を表した図である。

第２図は、ロッドの部分的に球形の頭部を第１図の矢印Ｆの方向から見たところ を表した図である。

第３図は、ピストンとロッドとの間でボールジヨイントを形成する部品の詳細を 、組み立てる前の状態で表した図である。

第４図〜第７図は、本発明の利点を示した比較図である。

第８図は、本発明の第２の実施例によるピストンとそれに対応するコネクティン グロッドとのアッセンブリの軸方向断面を軸で分割して表した図である。

第９図は、本発明の第３の実施例に従ったピストンとそれに対応するコネクティ ングロッドとのアッセンブリの軸方向断面の一部を表した図である。

第１０図は、本発明の第４の実施例に従ったピストンとそれに対応するコネクテ ィングロッドとのアッセンブリの軸方向断面の一部を表した図である。

第１１図および第１２図は、２種類の異なった方法の潤滑手段をそれぞれ表した 図である。

第１３図および第１４図は、第１２図に示した実施例に変更を加えた第１の例で あり、それぞれ軸方向断面図とロッド頭部の平面図を示している。

第１５図は、第１２図に示した実施例に変更を加えた第２の例を示している。

参照番号１で示されている本発明の第１の実施例によるピストン（第１図および 第２図）は、シリンダ２中で摺動するよう構成されている。作動ガスは、このシ リンダ２中でピストン１の頭部表面１０近傍にある。

外形が円筒形のスカート３（もちろん、ピストンリングのための溝またはその他 類似のものを省いて「円筒形」という意味である）の内部に設けられたピストン １は、ボールジヨイントの如くコネクティングロッド６の部分的に球形の頭部５ を収容する部分的に球形のベアリング面４を有している。

本発明に従うと、このピストンは、少なくとも一部が回転円筒形のベアリング面 ８となっている内側の空洞部７（第３図を参照）を有し、この回転円筒形のベア リング面８は、前記のスカート３と（必須ではないが）同軸であることが好まし い（共通の軸をｘ−Ｘで示す）。円筒形ベアリング面の直径りは一ロッド頭部５ の直径ｄより僅かに大きい。空洞７は、第１図の下方の側の端部、すなわち頭部 表面１０と反対側の端部で開口している。この空洞７の上部（第１図および第３ 図によると）では、薄い金属の殻状部材９は、前記の頭部表面１０とは反対方向 、すなわち、第１図および第′３図の下側方向を向いた凹面を有し、円筒形ベア リング面８に向かって圧力液めされて、一定位置に保持され、また、上記ベアリ ング面４は殻状部材９のほぼ半球形の面の内面９ａによって構成されている。ま た、空洞７中の殻状部材９の半球形面の外面９ｂで定められる空間１２には、ピ ストン１の運転温度および運転圧力下で事実上非圧縮性で且つ粘性のある、糊状 または可塑性の流体１３が満たされている。

前述のように、この流体または物質１３は、ポリテトラフルオロエチレンまたは 同等のペーストが有利である。

ベアリング面８が回転円筒形であり、ロッド頭部５が部分的に球形であること並 びにベアリング面８の直径が上記の大きさＤであることによって得られる利点に ついては、第４図〜第７図を比較することによって理解できよう。第４図〜第７ 図では、金属の殻状部材９は、図面を簡単にするため、また、後述（第９図）の 殻状部材９を無くした実施例を考慮して省略しである。

実際に、円筒形ベアリング面８の直径が小さ過ぎる場合（第４図）には、頭部５ と円筒形ベアリング面８の端との間は金属同士で接し、流体または物質１３によ る液圧は存在しない。

円筒形ベアリング面８の直径が大き過ぎる場合（第５図）には、第５図の矢印で 示されるように、物質１３が側方から漏れる。

空間７の開口部の直径が正しくても、ベアリング面の側面が円筒形でない場合（ 第６図）には、摩耗、偏変形（弾性的または非弾性的）または偏膨張が原因で生 じる隙間が吸収されず、第５図で示したような側方からの漏れが最終的に起こる 。

空間７が、本発明に従って形成されている場合（第７図）には、隙間は自動的に 吸収（シール）される。

好ましい実施例に従うと、金属の殻状部材９は、ブロンズ、特にベリリニームブ ロンズ、または限界潤滑における優れた摩擦係数および高い延性を有する金属ま たは合金製である。それぞれロッド６と頭部５を貫通する流路１４および１５と して図示された、加圧された潤滑油を頭部５の外面と殻状部材９の内面９ａとの 間に供給する常套手段が、設けられていることが理解される。

部分的に球形の頭部（第２図）または殻状部材９（第３図）の内面９ａ°には、 溝またはオイル導路１６が設けられていることが好ましい。

前記の特徴を有するピストンは以下のようにして製作することができる。すなわ ち、ベアリング面４中にコネクティングロッド６の頭部５が挿入し、次いで、こ の頭部５の位置を固定する。この固定は、少なくとも４ストロ一ク内燃機関のピ ストンでは、例えば第１図の上方向に向かって弾性的に付勢する固定リング１７ によって行うことができる。この固定リング１７は、外側からピストンに向かっ て弾性付勢するリング１８によって支持されている。２ストロ一ク内燃機関のピ ストンの場合には、エンジンの運転サイクル中に、ピストンに対して力は常に同 方向から働くので、リング１７．１８のような支持手段は省略することができる 。

運転時には、ピストン１の上部表面に作動ガスの圧力により生じた力は、物質１ ３が構成するクッションにより、頭部５上へ均一に分配される。

第１図および第８図に図示されるように、金属の殻状部材９は、ピストン１０円 筒形ベアリング面８中に圧力液めされて所定の位置に維持されている。この殻状 部材に所定の限度を超える力がかかると、殻状部材は上記円筒形ベアリング面の 軸Ｘ−Ｘと平行な方向に移動できるようになっている。

第１図に示した実施例に従うと、殻状部材９は、半球形部分が延長されて、ピス トン１０円筒形ベアリング面８と接する円筒形スカート１１となり、頭部５と円 筒形ベアリング面８との間は他の固定手段を用いずに圧力液めのみによって取付 けられている。この圧力液めは、殻状部材９の厚さく静的な）および／または殻 状部材９の外径および前記の直径りとｄとの差を適当に選択することにより決め られる。殻状部材９の厚さは、一般に頭部５の直径の１％〜３％の間である。

第８図の実施例に従うと、殻状部材９の半球形部分には、ピストンｌのスカート ３の基部きこのスカートにネジのような適当な手段で固定されたリング２２との 間に保持される大きく張り出したスカート２０がつながっている。殻状部材９が 、軸ｘ−ｘと平行な方向に動くことが可能となるように、ピストン１のスカート ３の基部は表面２１が丸く成形され、殻状部材９０寸法は、特にスカート２００ 寸法において、流体または物質１３の体積を考慮した上で、静的な状態では、間 隙２３が、丸い表面２１と殻状部材９０対向する部分９ｃとの間に形成されるよ うに決められている。この間隙が存在することによって、９Ｃの部分は、殻状部 材９がピストン１の円筒形ベアリング面８に対して軸方向に動いた時に、張力を 受けずに変形可能となる。

第９図の実施例ｉｔ、第１図、第２図および第８図の実施例と較べ、コネクティ ングロッド６の部分的に球形の頭部５とピストン１の円筒形ベアリング面８との 間の殻状部材９が省略されているところが異なる。言い換えれば、可塑性の物質 １３は、頭部５に直接接触し、物質１３の粘性の特性を考慮して、単に頭部５と 円筒形ベアリング面８との間隔を選択する（または結局同じことであるが、直径 りおよびｄの差を選ぶ）ことのみで空間７から漏れないように構成されている。

部分的に球形の頭部５の直径断面積とピストン１の断面積（軸Ｘ−Ｘに垂直な方 向で測定した）との比は、０．５以上であることが好ましく、物質１３および頭 部５上に運転中に生じる圧力応力を限定するので有利である。第１図および第８ 図はこのように図示されていないが、この特徴は、殻状部材９がある場合にも同 様に有利である。

第９図の実施例では、第１図、第２図および第８図において参照番号１６で示し たオイル導路を設けていない。その理由は、上記オイル導路が物質１３で詰まり 、物質１３が漏れ易くなるためである。この実施例の場合には、コネクティング ロッド６中に設けられた流路１４を介してコネクティングロッド５０頭部を貫通 する通路に加圧下の潤滑オイルが供給される。この通路は部分的に球形の頭部５ ０表面の中心Ｃを通る軸ｘ−ｘに垂直な「赤道」面Ｐ（第９図）の下側に常に開 口する流路１５ａと連通しており、この流路１５ａは、前記の面Ｐの下側でリン グ１７ａで限定された現状のオイル溜まり２５の上に開口している。リング１７ ａは、第１図のリング１７と同様であるが、流路１４および１５ａからオイル溜 まり２５に流れ込んだ潤滑油を排出する排出孔２６が設けられている。このよう なオイルの循環により、ロッド頭部５とピストン１とが強力に冷却され、また、 ロッド頭部５には随伴作用による潤滑油膜が維持される。

何れの場合でも、円筒形ベアリング面８の高さは、ピストン１に対するロッド６ の頭部５の軸方向の移動に適応するのに十分な長さでなければならない。この軸 方向移動は、熱膨張の差（熱膨張係数の差による）、および／または物質１３の 圧縮性、および／または製造公差、および／または摩耗現象に対応して定してい る。明確な利点があるにもかかわらず、この物質には、ある欠点がある。特に、 殻状部材９（殻状部材９がある場合）の微小または極微小の変形に対して、ＰＴ ＦＥの形成するクッションの側は、追随しないことが起こりがちである。さらに 、変形の横方向の緩和時間は比較的長い。

ＰＴＦＥの上記欠点を克服するため、ＰＴＦＥに代えて、粘性ダンパに用いられ るシリコンオイルのような高粘性の液体を用いることが好ましい場合もある。こ の場合には、運転中に周期的な変形を受ける殻状部材９とともに用いることが好 ましい。

第１０図にこの場合を図示する。第１０図では、空間１２には、気泡を生じさせ ないために底部（充填部の）がら孔２７を通して注入された高粘性を有するオイ ル１３が充填され、孔２７は、充填後密栓または尖ったねじ２８で閉じられる。

充填中、空気は空間１２の（充填部の）上部のパージ孔３１から抜け、充填後パ ージ孔３１は密栓または尖ったねじ３２で閉じられる。空間１２は、赤道面Ｐの 直下の円筒部２９（丸溝ではない）が境界となっている。実際には、赤道面Ｐま で粘性液体１３が形成するクッションの厚さを確保して、前記面Ｐまで前記のク ッションの液圧を連続させる必要がある。環状の封止要素３０は、ピストン１に 設けられた溝に配置される。この溝は、液圧によって殻状部材９が動くことによ って円筒形ベアリング面８から離れ、それによって粘性液体１３が漏れることが ないように、円筒形ベアリング面８上の前記円筒部２９の下側で、前記の赤道面 Ｐにできるだけ近づけて形成される。高粘性オイル１３の圧縮性が無視できるよ うにし且つこのオイルが、本明細書の初めに記した一般的な定義である、運転温 度および運転圧力において事実上非圧縮性となるようにするためには、空間１２ を例えば２Ｗｍ程度にすることが必要である。

次に、殻状部材９を用いて、殻状部材９とロッド頭部５との間に潤滑油膜を維持 する手段を説明する。

本発明に従うと、第１１図に示すように、殻状部材９は、はぼ半球形の部分９ａ 、９ｂが、コネクティングロッドの頭部５の中心Ｃよりも上（プレアンブル中で 説明した定義による）の、好ましくは、ピストン１の軸Ｘ−Ｘに垂直な、面Ｑに 位置する閉じた環状の接触線３３でコネクティングロッド６０部分的に球形の頭 部５に接するように形成されることで前記の手段を構成する。変更を加えた例と しては、殻状部材９は、接触線３３および／または面Ｑで上部が決定される環状 の帯３４に沿って頭部５と接触する。加圧された潤滑油を供給するだめの一方向 の手段は、に設けられたオイル流路１４に通じており、前記の接触線３３（また は接触帯３４）の上方で、部分的に球形の頭部５の一部と金属の殻状部材９の一 部とで決められた位置に形成されたオイル隙間３６に開口している。このアッセ ンブリは、チェックバルブ３５の上流側における潤滑油の圧力が、少なくとも作 動ガスの圧縮−膨張サイクルの一部の間は、オイル隙間３６の主圧力を超えるよ うに構成されている。最終的には、ロッド頭部５と殻状部材９との間で接触線３ ３または接触帯３４の下側の空間３７は、低圧の、すなわちオイル隙間３６の主 圧力の最大値より低い圧力の、排出部３８に通ビる。第９図のリングに類似した リング１７ａが、頭部５をピストン１の内側に維持するために設けられている場 合には、空間３７を排出部３８と連結するために、リング１７ａを貫通した排出 孔またはリング１７ａの廻りに形成されたオイル流路２６が少なくとも１個はな ければならない。もし、空間３７が液体を漏らさない構造であるならば、潤滑油 はオイル隙間３６から流出しなくなってしまう。

第１３図および第１４図に示すように、オイル隙間３６は実質的に殻状部材９と ロッド頭部５の間で、両者の接触線３３または接触帯３４の上側に位置し、網目 状に配された溝に構成されていることが好ましい。これらの溝は、３９のように 、殻状部材９のロッド頭部５と対向する表面の少なくとも１つに設けられ、一方 向の潤滑油供給手段の出油口すなわちチェックバルブ３５の下流側とつながって いる。図面を簡単にするために、第１１図には、殻状部材９とロッド頭部５との 間の空間と接触線３３と接触帯３４シか表していない。後者は、第１４図にも表 しである。溝３９およびその他の溝の幅は、殻状部材９の厚さとほぼ等しいこと が好ましい。一般的には、溝３９は、との交点を通り、接触線３３または接触帯 ３４に通じる経線方向の溝である。平面Ｐを「赤道ｊ面と称したように、「経線 」という語は、ロッド頭部５を地球儀に例え、極線がコネクティングロッド６の 軸を構成し、第１３図に示すようにロッド６がピストン１の軸上に位置するとき は、極線はピストン１の軸ｘ−ｘと一致する。

第１４図および第１５図に示すように、加圧された潤滑油を供給する一方向の手 段の出油口は、ロッド頭部５の部分球形表面とピストン１０軸ｘ−Ｘとの交点に 、ロッド６とピストン１との相対的な角位置に関係なく位置し、溝３９は、この 交点を通り、接触線３３または接触帯３４の上限につながっている。

経線方向の溝３９に加えて、少なくとも１本の他の溝４０が、ロッド頭部５上で 、接触線３３または接触帯３４の上側または接触帯３４の上限にあるピストンｌ の軸ｘ−ｘに垂直な経線方向の面に設けられている。さらに少なくとも１本の他 の溝４１が、頭部５上で、接触線３３または接触帯３４の下側または接触帯３４ の下限にあるピストン１の軸Ｘ−ｘに垂直な面に設けられている。これらの溝と は別に、溝４２が経線方向の面の接触帯３４の下側に設けられていてもよい。変 更を加えた例として、溝３９．４０および４１が、殻状部材９の内面９ｂ上にあ ってもよい。この場合のこれらの溝の位置は、少なくともロッド６がピストン１ と一直線上にあるときは、これらの溝がウッド頭部５上の設けられた場合の好ま しい位置と、同じ位置にあることが好ましい。

第１１図に示した配置に従うと、殻状部材９の厚さおよび殻状部材９の材料の剛 性はピストン１にかかる合力が最大のときに殻状部材９のほぼ半球形の上部９ａ 、９ｂが弾性変形によりロッド頭部５の球形部の外側に固着し、オイル隙間３６ に溜まっているオイルが、前記の排出部３８に近接した油膜を形成する間、前記 の接触線３３または接触帯３４を通って排出される程度に十分小さくなければな らず、また、ピストンｌにかかる合力が最小となったときには、殻状部材９が初 期の形状を回復し、オイル隙間３６の主圧力が、チェックバルブ３５を通して一 方向のオイル供給手段により供給される油圧よりも低くなる程度に十分大きくな ければならない。

ピストンの往復運動の間に、殻状部材９のほぼ半球形の部分は、以下のようにし てダイアフラムポンプの機能を果たす。すなわち、このポンプの吸入行程は、オ イル隙間３６の拡大で実現され、排出行程は、殻状部材９０弾性変形によるオイ ル隙間３６の縮小で実現される。

この場合、殻状部材９は、以下の如く形成されていることが好ましい。

（ａ）　静止状態での殻状部材の上部形状がほぼ半球形である場合には、殻状部 材９は、所望の形状を付与するダイスによるプレス加工で形成されることが好ま しい。この場合、ロッド頭部５を完全な球形（もちろん、ロッド６と接続する下 部を除いて）とすることができる。

この方法の欠点は、オイル隙間３６がピストン１に対して固定されており、ロッ ド６に対して固定されている出油口からこのオイル隙間にオイルを供給する溝が 必要なことである。

（ｂ）　静止状態での殻状部材の上部形状が半球形である場合には、ロッド頭部 ５は、出油口の廻りにオイル隙間３６が形成されるように機械加工されることが 好ましい。この機械加工は、例えば、ディジタル制御加工機で行うが、部材を回 転することで実現される。この場合は、（ａ）で述べた溝を省くことができる。

第１２図〜第１５図に示した第２の配置に従うと、加圧さ、れたオイルを供給す る一方向の手段は、コネクティングロッド６とロッド頭部５とのアッセンブリに 組み込まれたピストンポンプで形成され、このポンプは吸入バルブ４３を通して オイルを吸引し、前記のチェックバルブ３５を通してオイルを排出する。

この構成の利点は、前記のポンプが、吸入バルブ４３とチェックバルブ３５との 間に位置し、ロッド頭部５中の穴４６の中で軸方向に摺動可能なピストンとなる ように上部４５が構成されているコネクティングロッドの胴部６により定められ た可変容積の空間４４で構成されていることにある。ロッドの胴部６とロッド頭 部５との間には、ばねが挿入されている。

このばねの圧縮可能な長さは、２個のバルブ３５．４３０間の前記の空間４４に 中に入ったオイルの圧力が、作動ガスの圧縮−膨張サイクルの少なくとも一部の 間に、前記オイル隙間３６にかかっている圧力を超えるのに十分である。このば ねの長さは、その圧縮率が、ばねを構成している材料の弾性変形限界および疲労 限界を超えない長さである。このばねのばね定数は、ピストン１に対してかかる 合力が最も大きいときに、ロッド頭部５のベアリング面とロッド６胴部が互いに 接触する程度に小さく、ピストンに対してかかる合力が最小であるときにばねが 伸びることができる程度に大きい。

第１４図に図示されている最も簡単な実施例に従うと、問題の特表千１−５０２ ２８８　（７） ばねは単なるコイルスプリング４７である。ロッド頭部５がロッド６から離れる 行程は機械的な手段（不図示）で制限する。

第１３図〜第１５図に示されているより精巧な実施例に従うと、前記のバネは、 金属の棒で形成され、この金属はチタニウムであることが好ましい。

第１３図の実施例に従うと、この金属の棒は、参照番号４８で示されているが、 中空でコネクティングロッド６の胴部の端部４５を取り囲んでいる。この端部４ ５は、隣接するロッド６の胴部に比較して、円筒形に細くされ、中空棒４８の軸 方向の一端部を支える環状の肩部４９を形成する。

第１３図の変形例に従うと、この金属の棒は、ここでは参照番号５０で示されて いるが、ロッド６中の流路１４の延長である流路５１を別にすれば、中実である 。

何れの実施例を採用しても、棒４８または５０の収縮率はおよそ０．２５％であ り、断面積はピストン１の断面積の約３％が好ましい。

４６または５０のような金属棒は、通常変形しないと考えられるが、断面積が、 加わる圧縮応力に対して、十分に小さく、しかしながら棒を構成している金属の 弾性圧縮の領域内に留まる程度に大きければ、バネと同様の挙動を示す。第１２ 図のスプリング４７に対する金属棒の利点は、全体の大きさが縮小されることお よび有害な空間が減少することにある。鉄鋼でなくチタニウムを選択することは 、チタニウムのヤング率（１１，３ｘ　１０’ｂａｒｓ）が、鉄鋼のヤング率（ ２２Ｘ　１０５ｂａｒｓ）のほぼ２分の１であることから正当化できる。与えら れた応力に対して、棒４６または５０の圧縮行程は、鉄鋼の棒の２倍であり、与 えられた圧縮行程に対してチタニウムの棒の長さは、鉄鋼の棒の２分の１である 。

りｒ８ り’ｇｒ　／４ 国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ８８０００９７ ＳＡ　２１１２７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．往復動式内燃機関または外燃機関またはコンプレッサ、すなわち、各シリン ダ（２）中でピストン（１）の頭部表面（１０）近傍の作動ガスが、高圧且つ高 温となる機械、好ましくは２ストロークまたは４ストロークの往復動式内燃機関 に用いられるシリンダ中を摺動ずるピストンであって、このピストン（１）が、 外側が円筒形のスカート（３）中に、コネクティングロッド（６）の部分的に球 形の頭部（５）をボールジョイント状に収容する部分的に球形のベアリング面（ ４）を有しているものにおいて、前記頭部表面（１０）と反対側に向かって開口 し且つ側面の少なくとも一部に回転円筒形のベアリング面（８）が規定された空 洞部（７）を有し、ロッド（６）の上記の部分的に球形の頭部（５）によってこ の空洞部（７）内に形成される空間（１２）が、ピストンの運転圧力および運転 温度で実質的に非圧縮性で且つ粘性を有する糊状または可塑性の流体（１３）で 充填されており、上記円筒形ベアリング面（８）の直径（Ｄ）が、ロッド（６） の上記部分的に球形の頭部（５）の直径（ｄ）より僅かに大きくなっていて、ピ ストンの運転圧力および運転温度下で、上記円筒形ベアリング面（８）と上記の 部分的に球形の頭部（６）との間の動作隙間から上記流体（１３）が上記空間の 外へ漏出しないようになっていることを特徴とするピストン。 ２．前記円筒形ベアリング面（８）の母線が、ピストン（１）の外側が円筒形の スカート（３）の母線と平行であり、前記円筒形ベアリング面（８）が前記スカ ート（３）と同軸であることを特徴とする請求項１に記載のピストン。 ３．ロッド６の上記部分的に球形の頭部（５）と前記流体（１３）との間に配置 された薄い金属の殻状部材（９）を有し、この殻状部材（９）が前記円筒形ベア リング面（８）中に圧力嵌めされて所定位置を維持していて、所定の限界を超え た力が加えられた場合には、前記円筒形ベアリング面（８）中に圧力嵌めされた 殻状部材（９）部が円筒形ベアリング（８）の軸線に平行な方向へ移動可能にな っ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。 ４．往復動式の内燃機関または外燃機関またはコンプレッサ、すなわち、各シリ ンダ（２）中でピストン（１）の頭部表面（１０）近傍の作動ガスが高圧且つ高 温となる機械、好ましくは２ストロークまたは４ストロークの往復動式内燃機関 のシリンダ中で摺動ずるピストンであって、コネクティングロッド（６）の部分 的に球形の頭部（５）をボールジョイント状に収容しているようなピストンにお いて、 外側が円筒形のスカート（３）中に、前記頭部表面（１０）と反対側で開口し且 つ側面の少なくとも一部にピストン（１）と好ましくは同軸である回転円筒形の ベアリング面（８）が形成されている空洞部（７）を有し、この空洞部（７）中 にはぼ半球形状の流体を漏らさない薄い金属の殻状部材（９）が設けられ、この 殻状部材（９）の円筒形の下部（１１）はピストン（１）の回転円筒形のベアリ ング面（８）中に圧力嵌めされ、その上部はロッドの頭部（５）を支えており、 この金属殻状部材（９）のほぼ半球形の部分の外面（９ｂ）によってピストン（ １）の上記空洞部（７）中に空間（１２）が規定され、この空間（１２）中には ピストン（１）の運転温度および運転圧力下で非圧縮性で且つ粘性を有する糊状 または可塑性の流体が充填されており、ロッド（６）の部分的に球形の頭部（５ ）の外径（ｄ）は、殻状部材（９）の円筒形部分（１１）が上記圧力嵌めされ且 つピストン（１）の運転温度および運転圧力下で前記の流体が前記の空間（１２ ）外に漏出するのを防止できるように、ピストン（１）の円筒形ベアリング面（ ８）の直径（Ｄ）より僅かに小さくなっていることを特徴とするピストン。 ５．殻状部材（９）がブロンズ、特にベリリウムブロンズまたは限界潤滑におけ る優れた摩擦係数および延性の高い金属または合金で作られていることを特徴と する請求項３または４に記載のピストン。 ６．導入された潤滑油が上記金属の殻状部材（９）とロッド頭部（５）との間に 供給されるように、ロッド（６）の部分的に球形の頭部（５）または金属の殻状 部材（９）のロッド頭部（５）と対向する表面（９ａ）に溝またはオイル流路（ １６）が設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の ピストン。 ７．殻状部材（９）が、ピストン（１）の円筒形ベアリング面（８）中に、他の 固定手段を用いすに、圧力嵌めのみでピストン（１）中に固定されていることを 特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のピストン。 ８．殻状部材（９）が、ピストン（１）のスカート（３）の基部に保持される大 きく張り出したスカート（２０）と連続した半球形部分を有し、ピストン（１） のスカート（３）の基部と殻状部材（９）の前記スカート（３）の基部に対向す る部分（９ｃ）との間に、静止状態で間隙遊びが存在するように全体が組み立て られていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のピストン。 ９．殻状部材（９）の厚さが、ロッド（６）の部分的に球形の頭部（５）の直径 （ｄ）の１％〜３％であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載 のピストン。 １０．前記流体（１３）がフッ素重合体特にポリフルオロエチレンであることを 特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のピストン。 １１．前記流体（１３）が、例えば粘性ダンパに用いられる高粘性型オイルであ ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のピストン。 １２，部分球形頭部（５）の直径断面積とピストン（１）の断面積との比が０． ５以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のピストン 。 １３．請求項３または４に記載されるか、これらと請求項５〜１２のいずれか１ 項とを紺み合わせて得られるピストンであって、前記殻状部材のほぼ半球形部分 が、ロッド頭部（５）の中心（Ｃ）の上側で好ましくはピストン（１）の軸（Ｘ −Ｘ）に垂直な平面（Ｑ）上の閉じた環状の接触線（３３）または前記平面（Ｑ ）で上部を限定される接触帯（３４）でロッド（６）の部分的に球形の頭部（５ ）に接するように殻状部材（９）が構成され、ロッド（６）中に設けられている オイル流路（１４）に、チェックバルブ（３５）を介して、上流側で連通した加 圧された潤滑油を供給する一方向手段が、前記接触線（３３）または接触帯（３ ４）の上側でロッド頭部（５）表面と殻状部材（９）とで定められるオイル隙間 （３６）に開口し、滑滑油の油圧が、チェックバルブ（３５）の上流側では、少 なくとも作動ガスの圧縮−膨張サイクルの一部の間に、前記オイル隙間（３６） の主圧力を超え、ロッド頭部（５）と殻状部材（９）との間では、前記接触線（ ３３）または接触帯（３４）の下側の空間（３７）が、前記オイル隙間（３６） の主圧力の最大値よりも低い低圧の排出部（３８）と連通するようになっている ことを特徴とするピストン。 １４．前記オイル隙間（３６）が、接触線（３３）または接触帯（３４）の上側 に位置し、殻状部材（９）とロッド頭部（５）との間の空間と殻状部材（９）お よびロッド頭部（５）の互いに対向する表面の少なくとも一方に設けられた網目 状の溝（３９，４０，４１，４２）とによって実質的に構成され、前記溝の幅が 、殻状部材（９）の厚さと同じであり、これらの網目状の溝（３９，４０，４１ ，４２）が、一方向の潤滑油供給手段と連通していることを特徴とする請求項１ ３に記載のピストン。 １５．加圧された滑滑油を供給する一方向の手段の前記出油口がロット頭部（５ ）の部分的に球形の表面とピストン（１）の軸（Ｘ−Ｘ）との交点に位置し、少 なくとも前記溝（３９）の何本かは、前記交点を通り且つ接触線（３３）または 接触帯（３４）に通じる経線方向の溝であることを特徴とする請求項１４に記載 のピストン。 １６．前記溝の少なくとも１本（４０）が、好ましくはロッド頭部（５）表面上 で、少なくともロッド（６）がピストンと同軸に位置する場合に、ピストン（１ ）の軸（Ｘ−Ｘ）に垂直な平面で且つ前記接触線（３３）または接触帯（３４） の上側および／または下側に設けられていることを特徴とする請求項１４または １５に記載のピストン。 １７．前記の溝の少なくとも複数（４１，４２）が、好ましくはロッド頭部（５ ）表面上で、前記接触線（３３）または接触帯（３４）の下側で、好ましくは経 線方向の平面に設けられていることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１ 項に記載のピストン。 １８．殻状部材（９）の厚さおよび殻状部材を構成する材料の剛性が、殻状部材 （９）のほぼ半球形の上部（９ａ，９ｂ）が、ピストン（１）の受ける合力が最 大となったときには、ロッド頭部（５）の部分的に球形の外形は弾性変形により 完全に固着し且つオイル隙間（３６）に溜まっているオイルは油膜を形成するこ とにより前記接触線（３３）または接触帯（３４）を通って前記排出部の方へ排 出される程度に小さく、ピストン（１）の受ける合力が最小となったときに、殻 状部材（９）が初期の形状に回復し且つオイル隙間（３６）の主圧力が一方向の オイル供給手段により供給されるオイルの圧力よりも低くなる程度に大きいこと を特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のピストン。 １９．加圧されたオイルを供給する一方向の手段が、吸入バルブ（４３）を通し てオイルを吸入し、チェックバルブ（３５）を通してオイルを排出するピストン ボンブで構成されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記 載のピストン。 ２０．前記ボンブが、前記吸入バルブ（４３）と前記チェックバルブ（３５）と の間に位置し、ロッド頭部（５）中の穴（４６）の中で軸方向に摺動可能なピス トンとなるように上部（４５）が構成されているコネクティングロッド本体胴部 により定められた可変容積の空間（４４）で構成され、バネ（４７）がロッドの 前記胴部と前記の部分的に球形のロッド頭部（５）との間に挿入されていること を特徴とする請求項１９に記載のピストン。 ２１．バネ（４７）の圧縮行程が、２個のバルブ（３５，４３）の間に前記空間 （４４）に溜まったオイルの圧力が、少なくとも作動ガスの圧縮−膨張サイクル の一部の間では、前記オイル隙間（３６）の主圧力を超える程度の長さであり、 このバネ（４７）の長さは、バネの圧縮度がバネを構成している材料の弾性変形 限界および疲労限界を超えない程度の長さであり、ばね定数は、ピストン（１） に対してかかる合力が最も大きいときに、ロッド頭部（５）のベアリング面とロ ッド（６）胴部が互いに接触する程度に小さく、ピストン（１）に対してかかる 合力が最小であるときにバネが伸びることができる程度に大きいことを特徴とす る請求項２０に記載のピストン。 ２２．前記バネが金属の棒（４８，５０）で形成されていることを特徴とする請 求項２１に記載のピストン。 ２３．棒（４８，５０）の材料が、チタニウムであることを特徴とする請求項２ ２に記載のピストン。 ２４．棒（４８，５０）の収縮率が、０．２５％であることを特徴とする請求項 ２３に記載のピストン。 ２５．棒（４８，５０）の断面積が、ピストン（１）の断面積の約３％であるこ とを特徴とする請求項２３または２４に記載のピストン。