JPH04231773A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンないしモータ、
例えば内燃機関または流体圧作動または空気圧作動の往
復運動機関用のピストンに関する。さらに詳しくは、本
発明はクラウンおよびスカートを含むピストンに関する
。

【０００２】

【従来の技術】このようなピストンは、通常、金属例え
ばアルミニウム合金によって作られた一体のクラウンお
よびスカートを備えて作られている。しかし、スカート
をクラウンとは異なる材料とすることが知られている。 例えば、英国特許公報第２１２９５２３Ａ号は金属のク
ラウンおよびプラスティックのスカートを有するピスト
ンを記載している。またスカートにパッドを設け、これ
らのパッドがスカートの推力面から伸長するようになす
ことも知られている（英国特許公報第２１０４１８８Ａ
号参照）。これらのパッドはピストンの横方向の押圧力
を、組合されるシリンダーの壁部に対して伝達する目的
を有する。英国特許公報第２１６２６１４Ａ号は、典型
的にはスカートのそれぞれの推力面上にそれぞれ３つ設
けられるパッドを、スカート内のプラスティックインサ
ートとして設けることを記載している。さらに、プラス
ティックインサートの摩耗を減少させるために、それぞ
れのインサートが適当に斜めに切除され、与えられた潤
滑材がピストンの往復運動の間に流体動力作用によって
プラスティックインサート上を強制流動させるようにな
すことが記載されている。これらのインサートはそれぞ
れ別々の凹部内に配置されるようにして個々にスカート
に取付けられなければならず、このことは望ましくない
複雑な作業を要するのである。

【０００３】プラスティックのインサートを配置するこ
とは、その順応性または適応性によってこれらのインサ
ートを設けていない場合よりもシリンダー孔内の作動間
隙をさらに小さくし得る。しかし、プラスティックのイ
ンサートは著しい変形の発生を回避して押圧力の荷重を
耐えるように充分に剛性のあることが必要であるが、こ
のことはインサート厚みおよび組成によって決まる。作
動間隙を小さくすることは、ピストンのスラップノイズ
（ｓｌａｐ　　ｎｏｉｓｅ）を減少させ、スラップによ
る衝撃もプラスティック材料本来の減衰特性によって穏
かにされる。さらに、小さい作動間隙を与えることによ
り改善されたピストンの安定性は、ピストンに設けられ
るリングの詰物（ｒｉｎｇ　　ｐａｃｋ）の封止能力を
向上させる。

【０００４】このような公知の装置のいずれにおいても
、インサートの全面積はピストンのスカートの面積に対
して僅かな比率でしかない。

【０００５】ピストンを軽くすることは、エンジンない
しモータの往復運動質量を減少する点で有利であり、燃
料消費量および騒音を改善し、可能な作動速度を増加さ
せる。さらに、軽いピストンに関連して、さらに軽量の
連接棒およびさらに小型の軸受を使用することが可能に
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スカ
ートの残余の部分とは異なる材料の、簡単な構造のパッ
ドを有するピストンを提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上述の目的を達成するため
に、本発明は、クラウンおよびスカートを含み、このス
カートが少なくとも１つの開口を有し、開口内にスカー
トの残余の部分とは異なる材料から作られたインサート
が固定され、インサートがスカートの推力面から伸長す
る多数のパッドを形成して、これらのパッドがピストン
の横方向の押圧力を、組合されるシリンダーの壁部に伝
達し得る、エンジンないしモータ用のピストンを提供す
るものである。

【０００８】本発明によるピストンにおいては、推力面
上に配置する必要のある総てのパッドが簡単な方法で単
一のインサート上に設けられることができる。

【０００９】多数のパッドを形成するさらに他の１つの
インサートが、最初に述べた開口に対して直径方向に対
向する位置に設けられたスカートの開口内に固定される
のが望ましい。このようにして、必要な総てのパッドが
僅か２つのインサートによって提供されるのである。

【００１０】スカートは金属で作られることができ、イ
ンサートはプラスティック材料で作られることができる
。この構成は重量の軽減されたスカートを提供する。

【００１１】パッドは斜めに切除された縁を有し、潤滑
材がピストンの往復運動の間に流体動力作用によってパ
ッド上を強制流動され、摩耗を減少することが望ましい
。

【００１２】１つのインサートまたはそれぞれのインサ
ートは開口内に射出成形されることによって開口に固定
されることができる。この射出成形はスカートの内方に
向いた面から行われるのが望ましい。

【００１３】パッドによって占められる面積は、組合さ
れるシリンダーの直径に関係するので、１つのインサー
トまたはそれぞれのインサートが、組合されるシリンダ
ーの全横断面積の３０ないし４０％に等しい全面積を有
することが望ましい。

【００１４】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明を実施例によ
って説明する。

【００１５】図１、図２および図４に示すピストン１０
および図３に示す変更例のピストン１０ａはスカート１
２を有し、プラスティック材料の少なくとも１つのイン
サート１４が金属で作られたこのスカートの残余の部分
内にある。このスカート１２の金属の部分は従来構造の
金属のクラウン１６から垂下し、該クラウンと一体であ
る。ピストン１０の金属はアルミニウム合金である。ク
ラウン１６には、リング帯体１８およびピストンピン（
図示せず）のためのボス１９（図４）が設けられている
。ピストンの軸線は図４において破線２０によって示さ
れている。

【００１６】図１、図２および図４に示す本発明による
ピストン１０は、スカート１２の面積のほぼ大部分を含
む面積を有する単一のインサート１４を有する。図４に
示す様に、インサート１４はこのスカート内に形成され
た矩形の開口２２内に固定されている。図２に示す如く
平面上に展開されたピストン１０の説明図に示すように
、インサート１４は１つのスカートの推力面の大きい比
率を占めている。ボス１９の孔２７内にピストンピンを
組込むのに用いるためのスカートに設けた孔は、これら
の図において参照符号２６によって示されている。

【００１７】以上に言及する様に、インサートに対する
適当なプラスティック材料を選択することによって、ピ
ストン１０はスカートが全体を金属によって作られてい
る場合よりも更に順応性があり、重量が軽減される。

【００１８】同様に平面上に展開された説明図である図
３に示す変更例のピストン１０ａにおいては、２つのイ
ンサート１４が設けられ、それぞれのインサートはプラ
スティック材料によって作られて、スカート１２内に形
成された別々の開口２２内に固定されている。それぞれ
のインサート１４はスカートの個々に組合される推力面
の大部分を占めている。この様に、これらの２つのイン
サート１４はそれぞれ互いに直径方向に対向している。 従って、ピストン１０ａは、スカートの残余の部分およ
びインサート１４が図１、図２および図４の実施例と同
じ材料によって作られる場合には、図１、図２および図
４の対応するピストン１０よりもさらに順応性があり、
重量が軽減される。

【００１９】１つまたはそれぞれのインサート１４は通
常の射出成形方法によってスカートの残余の部分を介し
て開口２２内に設けられる。さらに詳しくは、１つまた
はそれぞれのインサート１４はスカート１２の内方に向
いた面２８から対向するスカートの外面に向って射出成
形を行うことによって成形される。図４に示すように、
開口２２内にはこの開口を形成するスカートの部分の内
周に肩部３２が設けられている。射出成形方法によって
、プラスティック材料は開口形成スカート部分の周囲の
外側部分に連続的に供給され、開口２２を通って伸長し
、肩部３２の廻りの内方に向く面２８の部分上に伸長す
るようになされる。

【００２０】この様に、インサート１４は肩部３２の廻
りにキー止めされることによって開口２２内に十分な状
態で固定される。１つまたはそれぞれの開口２２は通常
の何れかの方法でスカート１２を通って形成される。

【００２１】上述とは異なり、インサート１４は別個に
モールド成形されて通常の何れかの方法でスカート１２
を通って開口２２内に固定されることができる。インサ
ートの材料は、開口内にインサートを固定するために、
何れかの適当な方法を利用してインサートが開口２２内
に取付けられた後でスカートの内面２８上に拡がるよう
になされることができる。

【００２２】１つまたはそれぞれのインサート１４はま
たピストンの横方向の押圧力を、組合されるシリンダー
（図示せず）の壁部に対して伝達する。この目的のため
に、それぞれのインサート１４上にはスカート１２の残
余の部分よりもさらに遠く半径方向に外方に伸長する３
つの間隔をおかれた支持パッド３４が設けられる。摩耗
を減少させるために、それぞれのパッド３４は参照符号
３６で示すように斜めに切除され、与えられた潤滑材が
ピストン１０の往復運動の間に流体動力作用によってパ
ッド３４上を強制流動されるようになっている。同様の
流体動力学的に潤滑されるピストンが、英国特第２１６
２６１４号明細書および英国特第２１０４１８８号明細
書に記載されている。明瞭化のために、インサート１４
の相対的な厚さは図４では誇張して示している。

【００２３】スカート１２の金属部分の外面３０は、１
つまたはそれぞれのインサート１４が形成された後で機
械加工されることができる。インサート１４によって与
えられるこの外面もまた機械加工されて、少なくともバ
リが何れも除去されるようになし得る。それぞれのイン
サート１４の当接面３４および斜面３６の間の交叉部は
円滑に丸められることができる。

【００２４】本発明による図３に示すようなピストンの
スカート１２に対する２つのプラスティックインサート
１４は好適には、協働するシリンダー孔の断面積の範囲
３０ないし４０％内の全面積を有する。

【００２５】通常、インサートに対する適当なプラステ
ィック材料は、ピストンのスカートの残余の部分を形成
するアルミニウム合金の密度のほぼ半分の密度を有する
。もし２つのプラスティックのインサートによって置換
えられた金属の容積がほぼインサートの容積と同じであ
れば、ピストンは重量が５ないし７％軽くなる。

【００２６】例えばインサートが適当なプラスティック
材料によって作られる場合には、このようなプラスティ
ック材料はポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔ
ｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリエーテルケトン
（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリパラヒドロ
キシ安息香酸（ｐｏｌｙｐａｒａｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎ
ｚｏｉｃ　　ａｃｉｄ）、ポリエチレンテトラフタール
酸塩（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｐｈｔｈａ
ｌａｔｅ）、シリコン変成ポリエステル、ポリエーテル
イミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ポリアミド
（ｐｏｌｙａｒｉｍｉｄｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉ
ｍｉｄｅ）またはポリアミドイミド（ｐｏｌｙａｍｉｄ
ｅｉｍｉｄｅ）、または硫化ポリフェニレン（ｐｏｌｙ
ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｐｈｉｄｅ）、またはポリエ
ーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）およ
び硫化ポリアリレン（ｐｏｌｙａｒｙｌｅｎｅ　　ｓｕ
ｌｐｈｉｄｅ）のプラスティック合金、またはテレフタ
ール酸によって変成されたナイロン６（商標名）、また
は何れかのこのようなプラスティック材料の適当な組合
せとすることができる。

【００２７】このようなプラスティック材料は充填剤、
ガラスの繊維またはワイヤー、金属、セラミック、硼素
、コークス、グラファイトの形態の炭素、ポリアリミド
、または何れかの適当な有機材料を含むことによって補
強できる。

【００２８】このようなプラスティック材料は何れも、
剛性があって順応可能で摩擦の小さい面を有するインサ
ートを提供する上で有利である。

【００２９】このようなインサート材料は事後硬化され
て強度を増大されることができる。

【００３０】１つよりも多い数のインサートが設けられ
る場合には、異なるインサートは異なる材料によって作
られることができる。

【００３１】上述のような適当なプラスティック材料、
特に複合プラスティック材料はまた、このような材料に
よって作られたピストンの部分が通常生じるエンジンの
作動条件にてその形状を保持する点で有利である。その
ような部分は大きな機械的疲労、引張り、圧縮および撓
み強度を有する。さらに、これらの部分は摩耗、腐食、
衝撃、破壊またはクリープに抵抗できる。さらに、これ
らのものはピストンの部分として他の公知の材料よりも
さらに大なる剛性−対−重量比を有するのである。イン
サートに対するこのような材料およびピストンのスカー
トの残余の部分の材料の熱膨張係数の間の差は、通常、
ピストンの構造に対して不都合な影響を与えない。

【００３２】クラウンと一体とする代りに、インサート
を含まないスカートの部分をクラウンとは異なる材料と
して、何れかの便利な方法によってクラウンに固定する
ことができる。

【００３３】インサートを含まないスカートの部分はア
ルミニウム合金でないようにすることができ、また金属
でないようにすることができ、その代りに例えばインサ
ートに関して上述した材料の何れかのような、インサー
トの材料とは異なるプラスティック材料になし得る。

【００３４】クラウンは適当なセラミック材料または適
当な鉄材料とすることができる。

【００３５】本発明によるピストンはまた、内燃機関以
外のエンジンないしモータに設けることができる。適当
な場合には、本発明によるピストンは関節連結部を有す
るピストンを含むことができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば上述のように、クラウン
およびスカートを含み、スカートが開口を有し、この開
口内にスカートの残余の部分とは異なる材料のインサー
トが固定され、スカートの推力面から伸長する多数のパ
ッドを形成してピストンの横方向の押圧力をシリンダー
の壁部に伝達し得るような簡単な構造のパッドを有する
ピストンが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピストンのスカートの推力面を貫通する開口内
に設けられたインサートを有する、本発明による内燃機
関用のピストンの１つの実施例の側面立面図。

【図２】平面上に展開されたとした場合における図１の
ピストンの外面を示す図。

【図３】図２に対応するが、ピストンのスカートの２つ
の推力面をそれぞれ通る開口内に設けられたインサート
を有する、本発明によるピストンの他の実施例の外面を
示す図。

【図４】図１の矢印Ａの方向におけるピストンピン孔に
沿って見た、図１および図２のピストンの半分の断面図
を示す図。

【符号の説明】

１０　　ピストン １０ａ　　ピストン １２　　スカート １４　　インサート １６　　クラウン １８　　リング帯体 １９　　ボス ２２　　矩形の開口 ２６　　ピストンピンを組込むためのスカート１２の孔
２７　　ボス１９の孔 ２８　　スカート１２の内方に向く面 ３２　　肩部 ３４　　支持パッド

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クラウン（１６）およびスカート（１
   ２）を含む、エンジンないしモータ用のピストンにおい
   て、前記スカートが少なくとも１つの開口（２２）を有
   し、この開口内に前記スカートの残余の部分とは異なる
   材料より作られたインサート（１４）が固定されていて
   、このインサートが前記スカートの推力面から伸長する
   多数のパッド（３４）を形成し、これらのパッドが前記
   ピストンの横方向の押圧力を、組合されるシリンダーの
   壁部に伝達し得るようになされていることを特徴とする
   ピストン。
2. 【請求項２】　　多数のパッド（３４）を形成するさら
   に他の１つのインサート（１４）が、最初に述べた開口
   （２２）とは直径方向に対向する前記スカート（１２）
   の別の１つの開口（２２）内に固定されている請求項１
   に記載のピストン。
3. 【請求項３】　　前記スカート（１２）が金属によって
   作られ、１つまたはそれぞれのインサート（１４）がプ
   ラスティック材料によって作られる請求項１または請求
   項２に記載のピストン。
4. 【請求項４】　　前記パッドが斜縁（３６）を有し、ピ
   ストンの往復運動の間に潤滑材が流体動力作用によって
   前記パッド上を強制流動させられる請求項１から請求項
   ３までの何れか一項に記載のピストン。
5. 【請求項５】　　１つまたはそれぞれのインサート（１
   ４）が前記開口（２２）内に射出成形されることによっ
   てこの開口内に固定される請求項１から請求項４までの
   何れか一項に記載のピストン。
6. 【請求項６】　　１つまたはそれぞれのインサート（１
   ４）が前記スカート（１２）の内方に向いた面（２８）
   から射出成形される請求項５に記載のピストン。
7. 【請求項７】　　１つまたはそれぞれのインサート（１
   ４）が、組合されるシリンダーの横断面積の３０から４
   ０％に等しい全面積を有する請求項１から請求項６まで
   の何れか一項に記載のピストン。