JPS59153951A - コネクテイングロツド一体型ピストン - 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】 本発明はエンジン・］ンプレッサ等の機関のピストンお
よびコネクティングロッドの構造に関するものである。

従来のエンジン等の機関においては、ピストン−ビス１
−ンビンーコネクティングロツドの構造は、通常第１図
に示すような構造になっている。ずなわら、円筒型で有
底容器状のビス１ヘン１がビス１〜ンリング２を介して
シリンダボア３に摺動自在に設けられ、ビス１〜ン１は
ピストンピン４を介して］ネクティングロツド５と揺動
可能に一連絡される。このような従来構造においては、
ピストンピン４の中心軸とビス］〜ン１の頂面間の寸法
Ａ１いわゆるコンプレッションハイドＡの短縮化には栴
進上の限界があり、また、ピストン１のシリンダボア３
内での姿勢を保つためにピストン１全高の短縮化にも限
界がある。

したがって、従来構造では、ピストン１およびその連結
部を軽量化することによる往復運動質量の大幅な低減は
難かしく、そのためビス１〜ン１とシリンダボア３との
摩擦ツノの低減、振動および騒音の低減、コメ１−等の
而で、現状よりも大幅に改良することは難かしい。

一方、構造の簡素化、コス１〜の低減をねらって、たと
えば特開昭５３−６７００７号にみられるように、ビス
［・ンとコネクティング［１ツドを一体化したピストン
が知られている。これは、第２図に示すように、ピスト
ンとコネクティングロッドを一体化してきのこ状のピス
トン−コネクティングロッド６とし、シリンダボア７に
スリーブシリンダ８を挿入しで、ピストン−］コネクテ
ィングロッドをスリーブシリンダ８内面の凹面に連結さ
せたものである。この提案にあっては、コンプレッショ
ンハイドは短縮されるものの、スリーブシリンダ８が従
来のピストンと同様の形状となるため、全体として往復
運動部の大幅な軽量化をはかることは難しい。

また、このようなきのこ状のピストン−コネクティング
ロッド６を用いてスリーブシリンダ８を設けない方法も
考えられるが、その場合には、第３図に示すように、ピ
ストン部がコネクティングロッドのｍ動に伴ない傾くの
でビスｌ−ン外周とシリンダボア面との機密性を確保す
るために、シリンダボア９をコネクティングロッドが揺
動する方向にはつづみ形の面に加工する必要があり、シ
リンダボア９の形状が複雑になって実用上の加工が困難
になるという問題がある。

本発明は、ピストンおよびコネクティングロッドの上記
従来の通常の構造における限界を打破して大幅な軽量化
を達成し、しかも上記のきのこ状ビス１−ンーコネクテ
イングロツドにおけるようなシリンダボアの加工の困難
さを招くことのない実用的なピストンと］ネクテイング
ロッドの構造を実現することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の］ネクティングロ
ツド一体型ピストンにおいては、ピストンとコネクティ
ングロッドとが一体に形成されるとともに、ピストン部
の外周に、外周面が球面形状でその球面の外周面がシリ
ンダボアの内面に接するピストンリングが嵌合されて（
する。

このように構成されたコネクティングロッド一体型ピス
トンにおいては、ピストンとコネクティングロッドとが
一体化されることにより、コンプレッションハイ１−の
大幅な短縮が可能になりピストンおよびコネクティング
ロッド連結部が小型化されて大幅に軽量化される。また
、ピストンの外周に嵌合されるピストンリングの外周面
形状が球面になっているので、コネクティングロッドが
揺動してピストン部が揺動しでもシリンダボア面に接す
るビスｌ−シリングの外形は常に同一に保たれる。その
ため、シリンダボア内面がつづみ形でなくストレートの
形状であっても、ピストンリングの外周面は常にシリン
ダボア内面に接触されることになる。したがって、シリ
ンダボアを特別な形状に加工することな〈従来と同様の
構造で、しかも一体化されたピストン−コネクティング
ロッド側の形状もとくに複雑な形状にすることなく実用
的な構造で、ピストン−コネクティングロッドの軽量化
が達成され、軽量化を通してピストンとシリンダボアど
の摩擦力の低減１機関の揺動、騒音の低減、ビスｌ〜ン
ーコネクティングロツドの製作コストの低減をはかるこ
とができる。

以下に本発明のコネクティングロッド一体型ビス１−ン
の望ましい実施例を図面を参照して説明する。

第４図は、本発明に第１実施例に係るコネクティングロ
ッド一体型ピストンを示しており、図中、１０はシリン
ダヘッド、１１はシリンダブロック、１２は内面が従来
同様ストレート形状に形成されたシリンダボアＣある。

シリンダブロック１１内には、ビスｌ−ンとコネクティ
ングロッドが一体１造となったコネクティングロッド一
体型ピストン１３が設けられている。コネクティングロ
ッド一体型ピストン１３は、外周形状が円形で上面が凹
面になっているピストン部１３ａと、ビス！・ン部１３
ａと一体に形成され下方に向けて延びる］ネクディング
ロツド部１３ｂどから構成されており、ピストン部１３
ａはピストン部本体１３８′とピストン部本体１３ａ′
の外周に嵌合されたピストンリング１４から構成されて
いる。ビス１〜ン部本体１３ａ′の外周面の形状は、外
周全周にわたって延びる凸部と凹部とに形成されている
。

ピストン部本体１３ａ′の外周には、外周面が半径Ｒの
球面形状の円環状のピストンリング１４が嵌合されてい
る。この半径Ｒは、シリンダボア１２の内半径と実質的
に同一寸法となっている。したがって、ピストンリング
１４の外周面は、シリンダポア１２内面に全周で接触し
ている。ピストンリング１４は、図示を省略したが円環
の周方向に一箇所切れ目である合口が切り込まれており
、合口部を拡げてピストンリング１４の径を拡径してビ
ス１−ンリングの弾性を利用して、ピストン部本体１３
ａ′の外周に嵌め込まれている。そして、ビス１〜ンリ
ング１４のピストン部本体１３ａ′との嵌合部である内
面形状は、ピストン部本体１３ａ′の外周の凸部を包み
込むにうな形状に形成されており、ピストン部本体１３
８′の外周に嵌合されることによってピスンリング１４
はピストン部本体１３０′に固定される。また、ビスｌ
−シリング１４は、ピストン部本体１３ａ′に対し外周
方向に回転摺動可能に嵌合されており、ビス１−ンリン
グ１４は自らの拡径方向の弾発力によりシリンダボア１
２の内面側に伺勢されている。

コネクティング１コツト部１３ｂの下部は、通常のラー
ジエンドの形状に形成されており、ベアリングキャップ
１５、取付ポル１〜１６によりクランクシャフト１７に
回動自在に連結されている。クランクシャフト１７には
バランスウＪイト１８が設けられＣあり、回転の質量バ
ランスをとっている。

上記のように構成されたコネクティングロッド一体型ピ
ストンの作用について以下に述べる。

まず、ピストンとコネクティングロッドとが一体化され
たコネクティングロッド一体型ピストンにすることによ
り、ピストン部１３ａおよびピストン部１３ａとコネク
ティングロッド部１３ｂの連結部が、従来の第１図に示
した通常の構造に比ベピストンビン部等が不要となるの
で、構造が大幅に簡素化されるとともに小型化され、従
来のコンプレッションハイ１−に相当する寸法ずなわち
ピストンリング１４外周球面の曲率中心１９とピストン
部１３ａの頂部間の寸法Ｂは、大幅に短縮される。しか
も、従来のピストンにおけるピストンスカー１一部がな
いので、ピストン外周部も大幅に小型化される。

ビス１−ン部１３ａおよびコネクティングロッド部１３
ｂとの連結部が小型化されることにょリ、ピストンおよ
びピストンまわりの構成部分が従来のものより大幅に軽
量化され、往復運動質量が大幅に低減される。

また、コネクティングロッド部１３ｂと一体になってい
るピストン部１３ａは、コネクティングロッド１３ｂの
揺動とともにシリンダボア１２内で揺動づるが、ピスト
ンリング１４の外周面形状が球面とされ、球面形状の曲
率半径Ｒがシリンダボア１２の内半径と実質的に同一と
されているので、ピストン部１３ａとともにピストンリ
ング１４が揺動しても、ピストンリング１４の外径は常
にシリンダボア１２の内径となり、ピストンリング１４
の外周面は常にシリンダボア１２の内面に接することが
できる。しかもピストンリング１４の外周面が球面で、
シリンダボア１２の横断面が円形であるので、ピストン
リング１４の外周面は常に全周でシリンダボア１２の内
面に接する。したがって、シリンダボア１２の内面形状
が第３図に示したようなつづみ形でなくス１−レートの
形状であっても、ピストンリング１４は常にシリンダボ
アに接することができる。その結果、ピストン部１３ａ
の上部空間２０すなわち燃焼室側とピストン部１３ａの
下部空間２１すなわちクランクケース側とは、ピストン
リング１４によって分離されかつシールされる。しかも
、ビスＩ〜ンリング１４は自らの弾発ノｊにってシリン
ダボア１２の内面側に付勢されているので、燃焼室側空
間２０とクランクケース側空間２１とは、従来型のピス
トンリングにおける場合と同様に十分にシールされる。

このように１、シリンダボア内面をとくに複雑な形状に
することな〈従来と同様のストレート形状でよく、かつ
ピストン部１　３ａ　、］ネタティングロッド部１３ｂ
も簡素な構造でビス１−ンーコネクテイングロツドが軽
量化される。

つぎに、第５図に本発明の第２実施例に係るコネクテイ
ンクグロツド一体型ビス１〜ンの上部断面を示すが、本
実施例では、ビス］・ン部木体２２ａ′の外周に凹凸が
第１実施例よりも多く形成され、この凹凸形状に倣って
ピストン曝ノング２３の内面形状が形成されて（する。

このように構成り゛ることにより、ピストン部本体２２
ａ′　とビスｌ−シリング２３との接触面積が大となる
ので、ビス１−ン側からシリンダボア側への伝熱効果が
良好になり、それだけピストン冷却が効果的に行なわれ
る。さらに、ピストン１ノング２３の支持接触面積が大
になるので、ピストンリング２３の耐摩擦性の向上、お
よびピストンリング２３のシール効果増大によるブロー
）＼イガスの低減がはかられる。その他の構成、作用は
第１実施例に準じる。

つぎに第６図に本発明の第３実施例ｔ〔係るコネクティ
ングローツド一体型ピストンの上部断面を示す。本実施
例では、ピストン部本４本２４８′とビスｌ〜ンリング
２５との間に、ピストン部本体２４８′の外周方向に延
びる空間２６が形成されており、この空間２６とコネク
ティングロッド部２４１）の内部に設けられている給油
通路２７とがオイル通路２８を介して連通されている。

そして、空間２６の下部には、空間２６と下方のクラン
クケース側の空間を連通ずるオイル流出口２９が設りら
れている。このにう【こ構成することにより、コネクテ
ィングロッド部２４ｂ内の給油通路２７を圧送されてき
たオイルは、オイル通路２８を通して空間２６内に送ら
れ、空間２６からオイル流出口２９を通して下方のクラ
ンクケースに戻される。この給油により、ピストン部２
４ａおよびピストンリング２５が冷却され、ピストンリ
ング２５の嵌合部、ピストンリング２５とシリンダボア
との摺動面が潤滑される。その他の構成、作用は第１実
施例に準じる。

つぎに、第７図に本発明の第４実浦例に係る］ネクテイ
ングロツド一体型ビスＩ−ンの上部断面を示す。本実施
例では、ビス１−ン部本体３０ａ′の外周に嵌合される
ピストンリング３１が、シリンダボアの内面に接する球
面形状の薄板状部材３２と、ピストン部本体３Ｑ．ａ’
の外周に嵌合され薄板状部材３２をシリンダボア内面側
に付勢する弾性ツノを有づ゛る部材３３とから構成され
ている。このように構成すれば、薄板状部（Ａ３２にシ
リンダボアとの接触、摺動、部材３３にシリンダボア内
面側に向けての付勢すなわち張力確保と、それぞれの部
材３２．３３に役割を分担させることができる。したが
ってそれぞれの部材３２．３３に最適な材質を選択覆る
こと、すなわち部材３２には摺動性、耐摩耗性の優れた
もの、部材３３には弾性、耐熱性等の優れたものを選択
することができ、それだけピストンリング３１全体とし
ての耐摩耗性、シール性等を向上することができ、ブロ
ーバイガスの低減等もより効果的にはかることができる
。

その他の構成、作用は第１実施例に準じる。

つぎに第８図に本発明に第５実施例に係るコネクティン
グロッド一体型ピストンのピストシリングを示す。本実
施例では、ピストンリング３４の合口３５が、ピストン
往復動方向すなわち第８図の３６方向に対して斜線状に
形成されている。このように構成することにより、ピス
トンリング３４によってシールされる上部空間と下部空
間とのガスの流通の遮断効果がス１−レート形状に比べ
で向上され、シール性能が向上されてブローバイガスの
低減がはかられる。なお、この合口３５の形状は、前記
の第１ないし第４実施例においても適用可能である。そ
の他の構成、作用は第１実施例に、準じる。

つぎに第９図に本発明の第６実施例に係る］ネクテイン
グロツド一体型ピストンのビス１〜ンリングを示す。本
実施例においては、ビス１〜ンリング３７の合口３８が
、ピストンの往復動方向に対してジグザグの折れ線状に
形成されている。このように構成することにより、前記
第５実施例よりもさらにガス流通の遮断効果は向上され
る。なお、この合口３８の形状も、前記の第１ないし第
４実施例のビス１−シリンダに適用可能である。その他
の構成、作用は第１実施例に準じる。

つぎに第１０図に本発明の第７実施例に係るコネクティ
ングロッド一体型ビスミーンを示ｊ。

本実施例においては、コネクティングロッド一体型ビス
１〜ン３９のピストン部３９ａは、ピストンリングを備
えないピストン部本体のみから構成されており、ビス１
−ン部本体の外周面が球面形状に構成されている。この
ように構成されたピストン３９においては、ピストンリ
ングを備える場合に比べてより構造は簡素化されるが、
ビス１−ン部３９ａの外周面は球面形状であるので第１
実施例の場合と同様にストレート形状のシリンダボア内
面１２に接することができる。

その伯の構成、作用は第１実施例に準じる。

以上の通りであるから、本発明の］ネクテイング【コツ
ト一体型ピストンによるときは、ビスｌ−ンとコネクテ
ィングロッドを一体化し、ピストン部の外周面を球面形
状にしてストレート形状のシリンダボア内面に常に接す
るようにしたので、ピストンとコネクティングロッドを
一体化することにより、機関の往復運動部を大幅に！’
１ｆｆｉ化することができ、軽量化によってピストンと
シリンダボアとの摩擦力の低減、機関の振動、騒音の低
減、製作コストの低減をはかることができるとともに、
ピストン外周面を球面形状にすることにより、シリンダ
ボアの内面形状をとくに複雑な形状にすることな〈従来
と同様のストレート形状で、容易にビス［〜ンと］ネク
ティングロツドとを一体化することができ、実用的な構
造でピストン−］ネクテイングロツドの軽量化を達成す
ることができる。

また、このような実用的な構造のコネクティングロッド
一体型ピストンにおいては、容易に各部の性能をＪ：り
向上りることができ、たとえばビス１−ン部をビスｌ〜
ン部本体とビスｌ−シリンダから構成してピストンリン
グとピストン部との嵌合部にオイルを供給するようにす
ればピストンおよび嵌合部の冷却、潤滑をはかることが
でき、ピストンリングを一体型でなく薄板状部材と弾性
を有する部材から構成すればビス１〜ンリングの耐摩耗
性、ガスシール性をより向上さけることができ、ピスト
ンリングの合口の形状を斜線状、折れ線状にすればガス
シール性を向Ｊニさせてブローバイガスの低減をはかる
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の通常ピストン、コネクティングロッドの
縦断面図、 第２図は公知のスリーブシリンダを用いたきのこ状ピス
トンの縦断面図、 第３図はきのこ状ピストンを用いてシリンダボアをつづ
み形にした場合の１ｉｌｌｉｉ面図、第４図は本発明の
第１実施例に係るコネクティングロッド一体型ピストン
の縦断面図、第５図は本発明の第２実施例に係るコネク
ティングロッド一体型ピストンの部分縦断面図第６図は
本発明の第３実施例に係るコネクティングロッド一体型
ピストンの部分縦断面図、第７図は本発明の第４実施例
に係るコネクティングロッド一体型ピストンの部分縦断
面図、第８図は本発明の第５実施例に係るコネクティン
グロッド−４木型ピストンのピストンリングの斜視図、 第９図は本発明の第６実施例に係る＝１ネクフイングロ
ツド一体型ビス１〜ンのピストンリングの斜視図、 第１０図は本発明の第７実施例に係る］ネクティングロ
ツド一体型ビス１ヘンの縦断面図である。 １０・・・・・・・・・シリンダヘッド１１・・・・・
・・・・シリンダブロック１２・・・・・・・・・シリ
ンダボア １３．３９・・・・・・・・・コネクティングロッド一
体型ビス！〜ン １３ａ、３９ａ・・・・・・・・・ビス１−ン部１３ａ
’　、２２ａ’　、２４ａ’　、３０ａ’・・・・・・
・・・ビス！〜ン部本体 １３ｂ　、２４ｂ ・・・・・・・・・コネクティングロッド部１４．２３
．２５．３１．３４．３７ ・・・・・・・・・ピストンリング Ｒ・・・・・・・・・ピストンリングの球面の半径１９
・・・・・・・・・曲率中心 Ｂ・・・・・・・・・コンプレッションハイ１゛２０・
・・・・・・・・燃焼室空間 ２１・・・・・・・・・クランククース側空間２８・・
・・・・・・・オイル通路 ３２・・・・・・・・・薄板状部材 ３３・・・・・・・・・弾性力を有する部材３５．３８
・・・・・・・・・合口 特許出願人　　１ヘヨタ自勅車株式会社第４図 １０ ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ピストンをコネクティングロッドと一体に形成
   し、該コネクティングロッド一体型ピストンのピストン
   部の外周面をシリンダボアの内面に接する球面形状とし
   たことを特徴とするコネクティングロッド一体型ピスト
   ン。 （２）　前記ピストン部をビス１ヘン部本体と該ピスト
   ン部本体の外周に嵌合されたピストンリングから構成し
   、該ピストンリングの外周面を球面形状にした特許請求
   の範囲第１項に記載のコネクティングロッド一体型ピス
   トン。 （３）　前記ピストンリングを、自らの弾発力によりシ
   リンダボアの内面に付勢した特許請求の範囲第２項に記
   載のコネクディングロツト一体型ビス１−ン。 （４〉　前記ピストンリングをピストンの外周円周方向
   に摺動可能に嵌合した特許請求の範囲１１項に記載のコ
   ネクティングロッド一体型ピストン。 （５）　前記ピストンリングとピストンとの嵌合部にコ
   ネクティングロッドからのオイル通路を連通させた特許
   請求の範囲第２項に記載のコネクティングロッド一体型
   ピストン。 （６）　前記ピストンリングを、一体形でかつ円周方向
   に１箇所ピストンリングの切れ目である合口を有するも
   のから構成した特許請求の範囲第２項に記載のコネクテ
   ィングロッド一体型ピストン。 （７）　前記ピストン。リングを、シリンダボアの内面
   に接する球面形状の薄板状部材と、該薄板状部材をシリ
   ンダボア内面方向に付勢する部材とから構成した特許請
   求の範囲第２項に記載の」ネクティングロツド一体型ピ
   ストン。 （８）　前記合口を、ビスミーンの往復動方向に対し斜
   線状に形成した特許請求の範囲第６項又は第７項に記載
   のコネクティングロッド一体型ビス１−ン。 （９）　前記合口を、ビス１〜ンの往復動方向に対し折
   れ線状に形成した特許請求の範囲第６項又は第７項に記
   載のコネクティング［１ツド一体型ビスｌ〜ン。 （１０）　　前記ピストン部をピストンリングを備えな
   いビス１〜ン部本体のみから構成した特許請求の範囲第
   １項に記載のコネクティングロッド一体型ビス］−ン。