JPH0234516Y2 - - Google Patents

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JPH0234516Y2
JPH0234516Y2 JP1984139365U JP13936584U JPH0234516Y2 JP H0234516 Y2 JPH0234516 Y2 JP H0234516Y2 JP 1984139365 U JP1984139365 U JP 1984139365U JP 13936584 U JP13936584 U JP 13936584U JP H0234516 Y2 JPH0234516 Y2 JP H0234516Y2
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piston pin
pin hole
piston
ceramic
sleeve
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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、ピストン本体がセラミツクで構成さ
れたセラミツクピストンのピストンピンとの軸受
部構造に関し、とくにその間に介装されるスリー
ブの構造に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to the structure of a bearing between a ceramic piston and a piston pin in which the piston body is made of ceramic, and particularly relates to the structure of a sleeve interposed therebetween. be.

[従来の技術] 一般に、ピストンのピストンピン穴とピストン
ピンとの間では、摩耗や焼付き防止のために十分
な潤滑が必要であるとともに、応力集中を極力回
避して十分な強度を保証する必要がある。
[Prior Art] Generally, sufficient lubrication is required between the piston pin hole and the piston pin to prevent wear and seizure, and it is also necessary to avoid stress concentration as much as possible to ensure sufficient strength. There is.

このような問題に対処するために、従来から、
ピストンピン穴とピストンピン間に浮動ブツシユ
を介装して潤滑状態を確保したり(実開昭56−
83648号)、摩耗防止用の軸受合金材を介装したり
(実開昭56−167757号)、ピストンピン穴内側端部
の応力集中を回避するために、ピストンピン穴を
内側に向けて拡開したり(実開昭56−113141号)、
ピストンピン穴上面側をテーパ状に形成したり
(実開昭54−97509号)する提案がなされている。
In order to deal with such problems, traditionally,
A floating bush is inserted between the piston pin hole and the piston pin to ensure lubrication (1986-
83648), inserting a bearing alloy material to prevent wear (Utility Model Application No. 56-167757), and enlarging the piston pin hole inward to avoid stress concentration at the inner end of the piston pin hole. Opened (Utility Model Publication No. 56-113141),
A proposal has been made to form the upper surface of the piston pin hole into a tapered shape (Utility Model Application No. 54-97509).

[考案が解決しようとする課題] ところが、ピストン本体がセラミツクから構成
されている場合には、セラミツクが極めて弾性に
乏しい材料であるために、ピストンピンからの力
によりピストンピン穴の端部に大きな応力集中が
生じ、最悪の場合はその部分のセラミツクが破損
するという不具合が発生するおそれがある。さら
に、セラミツクとピストンピン軸材の熱膨張差の
ため、ピストンピン穴とピストンピンとのクリア
ランスが保たれず、ピストンピンの焼付きを生じ
るおそれがあるという問題もある。
[Problem to be solved by the invention] However, when the piston body is made of ceramic, ceramic is a material with extremely poor elasticity, so the force from the piston pin causes a large amount of damage to the end of the piston pin hole. Stress concentration will occur, and in the worst case, there is a risk that the ceramic in that area will break. Furthermore, due to the difference in thermal expansion between the ceramic and the piston pin shaft material, there is a problem that the clearance between the piston pin hole and the piston pin cannot be maintained, which may cause seizure of the piston pin.

本考案は、上記のようなセラミツクピストンに
おける問題を解消するために、ピストンピン穴端
部に加わる応力集中を緩和し、かつピストンピン
との間に十分円滑な回転を行えるだけのクリアラ
ンスを確保することのできるスリーブ構造を提供
することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems with ceramic pistons, the present invention aims to alleviate the stress concentration applied to the end of the piston pin hole, and to ensure sufficient clearance between the piston pin and the piston pin for smooth rotation. The purpose is to provide a sleeve structure that allows for

[課題を解決するための手段] この目的に沿う本考案のピストンピン軸受スリ
ーブは、セラミツクピストンのピストンピン穴と
ピストンピンとの間に介装される円筒状の金属製
スリーブから成り、軸方向端面に軸方向に切込ま
れ周方向に全周にわたつて延びる溝を有するとと
もに、低熱膨張材から構成されたものから成つて
いる。
[Means for Solving the Problems] The piston pin bearing sleeve of the present invention, which meets this objective, consists of a cylindrical metal sleeve interposed between the piston pin hole of the ceramic piston and the piston pin, and has an axial end surface. It has a groove cut in the axial direction and extends all the way in the circumferential direction, and is made of a low thermal expansion material.

[作用] このような構造のスリーブを介装することによ
り、セラミツクよりははるかに高い金属の応力緩
和能力によつてピストンピン穴にかかる応力が低
減されるとともに、端面に設けた溝によりスリー
ブ端部の溝側壁の曲げ剛性が低減され、溝側壁端
部が半径方向荷重を受けたときに半径方向に弾性
変形可能となるので、ピストンピン穴内面に生じ
る応力が低減され、ピストンピン穴端部の応力集
中が大幅に緩和される。また、スリーブ自体が低
熱膨張材から構成されているので、同様に低熱膨
張材であるセラミツクとの間の軸受クリアランス
は温度の変化によつては大きく変化せず、適切な
クリアランスが保たれて良好な回転が確保され
る。
[Function] By inserting a sleeve with such a structure, the stress applied to the piston pin hole is reduced due to the stress relaxation ability of metal, which is much higher than that of ceramic, and the groove provided on the end surface allows the sleeve end to be The bending rigidity of the groove side wall of the piston pin hole is reduced, and the end of the groove side wall can be elastically deformed in the radial direction when subjected to a radial load, so the stress generated on the inner surface of the piston pin hole is reduced, and the edge of the piston pin hole stress concentration is significantly alleviated. In addition, since the sleeve itself is made of a low thermal expansion material, the bearing clearance between it and ceramic, which is also a low thermal expansion material, does not change significantly due to temperature changes, and an appropriate clearance is maintained. rotation is ensured.

[実施例] 以下に本考案のピストンピン軸受スリーブの望
ましい実施例を図面を参照して説明する。
[Embodiments] Hereinafter, preferred embodiments of the piston pin bearing sleeve of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図および第2図は、本考案の一実施例に係
るピストンピン軸受スリーブの構造を示してい
る。図中、1はセラミツク材から構成されたセラ
ミツクピストンの本体である。セラミツクピスト
ン1の左右のピストンピンボス部2には、ピスト
ンピン穴3が設けられ、このピストンピン穴3に
金属製のピストンピン4が挿通されている。
1 and 2 show the structure of a piston pin bearing sleeve according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is the main body of a ceramic piston made of ceramic material. A piston pin hole 3 is provided in the left and right piston pin boss portions 2 of the ceramic piston 1, and a metal piston pin 4 is inserted into the piston pin hole 3.

セラミツクピストン1のピストンピン穴3とピ
ストンピン4との間には、円筒状のスリーブ5が
介装されている。スリーブ5は、低熱膨張材の金
属材料(たとえばアンバー、インバー等)から構
成されている。スリーブ5には、第2図にも示す
ように、軸方向端面5a(本実施例の場合は両端
面)に、軸方向に切込まれ周方向に全周にわたつ
て延びる溝6が形成されている。この溝6の断面
形状は、本実施例では略U字状に形成されてお
り、とくにピストンピン穴3側の溝側面6aが、
スリーブ5端面に近づくにつれピストンピン穴3
側に近づくテーパ状に形成されている。
A cylindrical sleeve 5 is interposed between the piston pin hole 3 and the piston pin 4 of the ceramic piston 1. The sleeve 5 is made of a low thermal expansion metal material (for example, invar, invar, etc.). As shown in FIG. 2, the sleeve 5 has a groove 6 cut in the axial direction and extending all the way around the circumference in the axial end surface 5a (both end surfaces in the case of this embodiment). ing. In this embodiment, the cross-sectional shape of the groove 6 is approximately U-shaped, and in particular, the groove side surface 6a on the piston pin hole 3 side is
Piston pin hole 3 as it approaches the end face of sleeve 5
It is formed in a tapered shape that approaches the sides.

なお、溝6の切込みの深さは、後述の如く剛性
を弱めたい範囲に応じて適当に設定されればよ
い。
Note that the depth of the cut of the groove 6 may be appropriately set according to the range in which the rigidity is desired to be weakened, as will be described later.

上記のように構成されたピストンピン軸受スリ
ーブの作用について以下に説明する。
The operation of the piston pin bearing sleeve configured as described above will be explained below.

ピストンピン4には爆発力の反力等として力P
がかかり、スリーブ5を介してセラミツクピスト
ン1との間に応力が生じる。
A force P is applied to the piston pin 4 as a reaction force of the explosive force, etc.
, and stress is generated between the sleeve 5 and the ceramic piston 1.

第3図にスリーブのない場合の従来構造におけ
るピストン側にかかる垂直応力の分布状態、第4
図は本考案による垂直応力の分布状態を比較して
示す。図に示すように、従来構造の場合は、ピス
トン本体材料がセラミツクであり極めて弾性に乏
しい材料であるために、ピストンピン穴3の端部
(とくに軸方向内側端部)に極度の応力集中が生
じる。そのため最大応力Pmaxが大となり、前述
の如く最悪の場合セラミツクの破壊を来たす。
Figure 3 shows the distribution of vertical stress on the piston side in the conventional structure without a sleeve.
The figure shows a comparison of the vertical stress distribution according to the present invention. As shown in the figure, in the case of the conventional structure, the piston body material is ceramic, which is a material with extremely poor elasticity, resulting in extreme stress concentration at the end of the piston pin hole 3 (especially at the inner end in the axial direction). arise. Therefore, the maximum stress Pmax becomes large, and as mentioned above, in the worst case, the ceramic will break.

しかし本考案によると、まずスリーブ5を介装
するため、まず、その金属材料のもつセラミツク
よりははるかに高い応力緩和能力によつて、ピス
トンピン穴3にかかる応力値が低減される。そし
て、スリーブ端面5aに溝6を設けたことによ
り、その部分の曲げ剛性が低減され、半径方向弾
性変形が可能となる。とくに、ピストンピン穴3
の応力集中緩和に対しては、溝6のピストンピン
穴3側の側壁の弾性変形が効いてくる。この側壁
の肉厚が小とされることによりその部分の曲げ剛
性が側壁端面から或る幅にわたつて弱められ(た
だし、周方向に連続した壁なので端面側程変形し
やすく、端面から或る幅隔たると殆ど変形しなく
なる)、その部分からピストンピン穴3側にかか
る力が小に抑えられて、結果的にピストンピン穴
3にかかる応力分布は第4図に示すように平均化
される方向になる。すなわち、荷重の総和は同じ
であるが荷重の端部集中がとれて荷重面全面に平
均化する方向になる。したがつて、ピストンピン
穴3にかかる最大応力Pmaxも低く抑えられ、端
部の応力集中が回避される。とくに、ピストンピ
ン穴3側の溝面6aをテーパ状にすることによ
り、溝側壁の軸方向端の弾性変形が大きくなるた
め、応力集中は効果的に緩和される。
However, according to the present invention, since the sleeve 5 is interposed, first, the stress value applied to the piston pin hole 3 is reduced due to the stress relaxation ability of the metal material, which is much higher than that of ceramic. Further, by providing the groove 6 in the sleeve end surface 5a, the bending rigidity of that portion is reduced and elastic deformation in the radial direction becomes possible. In particular, piston pin hole 3
The elastic deformation of the side wall of the groove 6 on the piston pin hole 3 side is effective in alleviating the stress concentration. By making the wall thickness of this side wall small, the bending rigidity of that part is weakened over a certain width from the end face of the side wall (however, since the wall is continuous in the circumferential direction, it deforms more easily toward the end face, and (If the width is separated, there will be almost no deformation), the force applied from that part to the piston pin hole 3 side is suppressed to a small level, and as a result, the stress distribution applied to the piston pin hole 3 is averaged as shown in Figure 4. become the direction. That is, although the total load is the same, the load is concentrated at the ends and is averaged over the entire load surface. Therefore, the maximum stress Pmax applied to the piston pin hole 3 is also kept low, and stress concentration at the end is avoided. In particular, by tapering the groove surface 6a on the side of the piston pin hole 3, the elastic deformation of the axial end of the groove side wall becomes large, so that stress concentration is effectively alleviated.

[考案の効果] したがつて、本考案によるときは、セラミツク
ピストンとピストンピンとの間に、軸方向に切込
まれ周方向に全長にわたつて延びる溝を端部に有
するスリーブを介装することにより、ピストンピ
ン穴端部にかかる応力集中を緩和することがで
き、セラミツクピストン実用化の可能性を大幅に
高めることができるという効果が得られる。すな
わち、遮熱ピストン最大の問題と思われるセラミ
ツクと金属製ピストンピンとの接合部の応力集中
を回避できる。
[Effect of the invention] Therefore, according to the invention, a sleeve having a groove cut in the axial direction and extending over the entire length in the circumferential direction at the end is interposed between the ceramic piston and the piston pin. As a result, it is possible to alleviate stress concentration at the end of the piston pin hole, and it is possible to significantly increase the possibility of putting ceramic pistons into practical use. That is, stress concentration at the joint between the ceramic and metal piston pin, which is considered to be the biggest problem with heat shield pistons, can be avoided.

また、スリーブに低熱膨張材を用いることによ
り、セラミツクピストンとスリーブとのクリアラ
ンスを低、高温全域にわたつて略一定に保つこと
ができ、円滑な回転を確保して焼付きを防止する
ことができるという効果も得られる。
In addition, by using a low thermal expansion material for the sleeve, the clearance between the ceramic piston and the sleeve can be kept approximately constant over the low and high temperature range, ensuring smooth rotation and preventing seizure. This effect can also be obtained.

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

第1図は本考案の一実施例に係るピストンピン
軸受スリーブを組み込んだピストンの縦断面図、
第2図は第1図の装置の拡大部分断面図、第3図
は従来のピストンピン穴部の応力分布図、第4図
は第1図の装置によるピストンピン穴部の応力分
布図、である。 1……セラミツクピストン、3……ピストンピ
ン穴、4……ピストンピン、5……スリーブ、5
a……端面、6……溝、6a……ピストンピン穴
側の溝側面、Pmax……最大応力。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a piston incorporating a piston pin bearing sleeve according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is an enlarged partial sectional view of the device shown in Fig. 1, Fig. 3 is a stress distribution diagram of the conventional piston pin hole, and Fig. 4 is a stress distribution diagram of the piston pin hole by the device of Fig. 1. be. 1... Ceramic piston, 3... Piston pin hole, 4... Piston pin, 5... Sleeve, 5
a...End face, 6...Groove, 6a...Groove side surface on the piston pin hole side, Pmax...Maximum stress.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] セラミツクピストンのピストンピン穴とピスト
ンピンとの間に介装される円筒状の金属製スリー
ブから成り、軸方向端面に軸方向に切込まれ周方
向に全周にわたつて延びる溝を有するとともに、
低熱膨張材から構成されていることを特徴とする
ピストンピン軸受スリーブ。
It consists of a cylindrical metal sleeve inserted between the piston pin hole and the piston pin of a ceramic piston, and has a groove cut in the axial direction on the axial end face and extending all the way in the circumferential direction,
A piston pin bearing sleeve characterized in that it is made of a low thermal expansion material.
JP1984139365U 1984-09-17 1984-09-17 Expired JPH0234516Y2 (en)

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JP1984139365U JPH0234516Y2 (en) 1984-09-17 1984-09-17

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JP1984139365U JPH0234516Y2 (en) 1984-09-17 1984-09-17

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JPS6154545U JPS6154545U (en) 1986-04-12
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JP7471097B2 (en) * 2020-01-31 2024-04-19 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 Engine bearing metal

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