JPS5831463B2 - 機関用組立式ピストン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関または外燃機関（以下単に機関とい
う）に用いられるピストンの構造に関する。

機関のピストンは、従来、一般にアルミ材の一体成形よ
り作製されているが、最近、主に燃費の向上、性能の向
上を図るために、燃焼室に面するヘッド部と本体部とを
別体に形成し、ヘッド部を熱遮断特性のよい材料、たと
えばアンバーや焼結ステンレスなどから形成して、ヘッ
ド部と本体部とを一体的に結合する組立式ピストンのニ
ーズが高まってきている。

しかし、従来の組立式ピストンでは、ヘッド部を本体部
に結合するのに、ヘッド部、本体部とは別体のボルトに
よりピストン中央部で両者を締結するか、または本体部
の鋳型時にヘッド部の一部を本体部のアルミ材中に一体
に鋳込む等の手法をとっていた。

しかし、この固定方法では、機関の運転とともにヘッド
部と本体部との間に熱膨張差による荷重、変形の繰返し
がかかつて両者の固定が緩み、機関の運転に支障をきた
す他、ヘッド部の冷却、シールにも支障を生じるという
問題があった。

更にまた、ヘッド部をアンバーや焼結ステンレスで作製
するとピストンの重量がかさみ、機関の性能を悪化させ
るという問題もあった。

本発明は、これらの種々の問題を解消するために、分割
式ピストンにおいて、ヘッド部を機械加工可能なセラミ
ック材より形成してヘッド部にねじ部及びテーパ面を機
械加工により形成し、これを本体部に形成されたねじ部
、テーパ面と係合させるとともに回転を拘束することに
より、ヘッド部と本体部とを事実上ゆるみなくかつ高精
度に一体的に固定した機関用の組立式ピストンを提供す
ることを目的とするものである。

以下に、本発明の機関用組立式ピストンの実施例を図に
従って説明する。

図において、１はピストンのヘッド部、２は本体部であ
り、夫々別体に形成されている。

ヘッド部１は機械加工可能なセラミック材からなるが、
セラミック材の語の中には、当然強度の高いガラスセラ
ミック（結晶化ガラス）系、シリコンナイドライド系、
シリコンカーバイド系及びアルミナ系等は含むものであ
る。

また、機械加工可能であるためには通常雲母が含まれた
材料が用いられる。

このうち、ガラスセラミック系は従来のアンバーや焼結
ステンレスと比較して強度に遜色がないに拘らず軽量化
、コストダウンを図ることができる。

そしてガラスセラミック系材料としては、車両用ピスト
ンへの適用上、軟化点が６００℃以上で抗折強度が１０
ｋｇ／ｍ４以上のものを用いることが望ましい。

本体部２は、アルミ等の軽金属材、またはアルミ合金等
の軽合金材より成り、鋳型成形後、外周面、ピストンリ
ングが嵌合する溝等が機械加工により形成される。

ヘッド部１には周部に本体部２側に向って突出する第１
の突部１ａが形成されている。

第１の突部１ａの外周面には機械加工によりピストンリ
ングの嵌合する溝３が形成されており、第１の突部１ａ
の内周面には機械加工により高精度の寸法を有するねじ
部（めねじ）４が形成されている。

ヘッド部１には更に、第１の突部１ａの内側すなわちピ
ストン半径方向内方に、本体部２側に向って突出する第
２の突部１ｂが成形加工により形成されている。

ただし第２の突部１ｂは円周方向に連続しているもので
あってもよいし、不連続なものすなわち円周上に断続的
に形成されたものであってもよい。

第２の突部１ｂはその外周をコーン状に形成してあり、
外周面に突部１ｂの先端に行くに従いピストン半径方向
内方に傾斜するテーパ面５が形成されている。

そしてこのテーパ面５は機械加工により高精度に形成さ
れている。

本体部２は、望ましくは軸方向に貫通した異形筒状体か
ら形成されるが、ヘッド部１に面する位置に底部を有す
る底付筒状体に形成されてもよい。

本体部２の、ヘッド部１の第１の突部１ａに対応する部
位には段部が形成されており、この段部の外周面にねじ
部（おねじ）６が機械加工により刻設されている。

また、本体部２の、ヘッド部１の第２の突設部１ｂに対
応する部位には、テーパ面５と同傾斜を有するテーパ面
７が高精度に形成されている。

そしてヘッド部１は本体部２に、テーパ面５とテーパ面
７を楔合させながらねじ部４゜６を螺合させて強固に固
定される。

第２の突設部１ｂが円周上に連続形成されている場合は
テーパ面５と７との間に銅、アルミニウム等からなるシ
ール用スペーサー８が介在されることが望ましい。

なおテーパ面５，７の傾斜角については、ヘッド部１の
本体部２に対する位置決め、センタリングが可能なもの
であれば角度の緩急は問わない。

上記の固定によってヘッド部１は本体部２に対してピス
トン軸方向に精度よく強固に固定される。

この場合ねじ部４，６は周部に配設されているので、受
圧面積が大きくとれ、ピストン中心部でボルト締結する
場合に比べてねじ部の損傷が防止される。

ヘッド部１の第１の突部１ａの本体部２側の端面と本体
部２との間には、適当な厚さの緩衝用スペーサ９が介在
されており、ヘッド部１と本体部２間の熱膨張差を吸収
することにより、ヘッド部１が熱応力により破損する虞
れを皆無にしである。

またヘッド部１の第１の突部１ａと第２の突部１ｂとの
間の面と本体部２との間には間隙部１０が設けられてお
り、熱膨張差の逃げを図っである。

また熱膨張の逃げ部としては図には表われていないが、
ねじ嵌合部にあるわずかな隙間も有効に働いていること
は勿論である。

ヘッド部１が本体部２に螺合固定された状態で、ヘッド
部１はまわり止め用ピン１１によって本体部２に対して
回転を拘束される。

これによってねじ部４，６の螺合がゆるむことが防止さ
ね、ヘッド部１は本体部２に完全に固定される。

ピン１１はヘッド部１から本体部２側に打ち込まれても
よいし、逆に本体部２からヘッド部１側に打ち込まれて
もよい。

この場合、かしめ等によってピン１１が抜けないように
しておくことが望ましい。

ピン１１部が熱膨張差によって若干緩みが生じても、軸
方向の緩みはねじ４，６の傾斜の割合で減少されるので
事実上無視できることになる。

本体部２内には冷却用オイルが循環しており、ヘッド部
１は、本体部２の中央開口部を通して飛散されてきたオ
イルによって直接的適度に冷却される。

これによって、ヘッド部１は適度な冷却を受けつつ、か
つ適度な断熱作用をなしうるのうまみがある。

本発明は、上記の横取と作用を有するものであるから次
に掲げる種々の効果を得る。

（イ）まずヘッド部にセラミック系材でかつ機械加工の
可能な材料を用いたため、次の利点がある。

（１）低熱伝導性のためエンジンの断熱効果が犬きく、
燃焼改善ができるっ （１１）低比重のため従来の断熱材に比べて軽量化が可
能である。

■）機械加工可能なためねじ部、テーパ部を機械加工に
よって高精度に形成できる。

（ロ）ヘッド部と本体部との結合を事実上ねじ部の螺合
とテーパ面の楔合によって行なったので、高精度にかつ
強固に結合できる。

この場合テーパ面の楔合により、ヘッド部と本体部との
センタリング、ねじ部の極小の間隙によるガタの固定、
シール効果を得ることができる。

また、ねじ部の螺合結合により、万一熱膨張差によりピ
ン囲りに極小の回転方向の緩みを生じても、ねじの傾斜
の効果によりピストン軸方向の緩みは事実上無視できる
程度に抑えることができる。

（／→ またねじ部は周部の第１の突部に設けられてい
るので、荷重の受圧面積を大きくとることができ、ねじ
の損傷が防がれる他、セラミック材からなるヘッド部に
直接ねじを設けることを可能とする。

に）ヘッド部と本体部間に打設したまわり止め用ピンは
、熱膨張差に起因してねじ部に作用する半径方向の熱応
力を抑える働きをする。

（羽 ねじ部を螺合し、ピンを打設するだけの組立方式
であるため、生産性は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の機関用組立式ピストンの縦断面図である。 １・・・・・・ヘッド部、１ａ・・・・・・第１の突部
、１ｂ・・・・・・第２の突部、２・・・・・・本体部
、４，６・・・・・・ねじ部、５．７・・・・・・テー
パ面、１１・・・・・・まわり止め用ピン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストンを機械加工可能なセラミック材からなるヘ
   ッド部とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる
   本体部とに分けて形成し、前記ヘッド部には、その周部
   に突設した環状の第１の突部の内周面にねじ部を設ける
   と共に、前記第１の突部より半径方向内側に突設した環
   状の第２の突部の外周面にテーパ面を設け、前記本体部
   には前記第１の突部に螺合するねじ部を設けると共に、
   前記第２の突部に楔合するテーパ面を設け、前記ヘッド
   部と本体部とをテーパ面を楔合させてねじ部を螺合させ
   ることによりピストン軸方向に拘束し、両者の回転を、
   該両者間に打設したピンにより拘束したことを特徴とす
   る機関用組立式ピストン。