WO2019181163A1

WO2019181163A1 - 内燃機関のピストン及びその製造方法

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Publication number: WO2019181163A1
Application number: PCT/JP2019/001592
Authority: WO
Inventors: 圭太郎宍戸
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2019-09-26
Also published as: JP6978584B2; JPWO2019181163A1

Abstract

本発明に係る内燃機関のピストン（１）は、第１スカート部（３１）の外周側に、複数の第１の溝（４１０）を有する第１潤滑溝形成部（４１）と、第１潤滑溝形成部（４１）の周方向の両側に設けられ、複数の第２の溝（４２０）を有する第２潤滑溝形成部（４２）と、を有する。この際、複数の第２の溝（４２０）の深さ（Ｄ２）の平均値は、複数の第１の溝（４１０）の深さ（Ｄ１）の平均値よりも大きく設定されている。これにより、シリンダの内壁に対する第１スカート部（３１）の摺動抵抗を低減することが可能となり、エンジンの駆動ロスを低減することができる。

Description

内燃機関のピストン及びその製造方法

　本発明は、内燃機関のピストン及びその製造方法に関する。

　従来の内燃機関のピストンとしては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

　この内燃機関のピストンは、シリンダの内壁と摺接するスカート部の表面に、当該表面の加工時に形成される凹条の加工痕である条痕を意図的に残存させている。これにより、条痕に潤滑油が保持され、この条痕に保持された潤滑油によって、シリンダの内壁との摺接時における潤滑性を向上させている。

実開平６－８８６３号公報

　しかしながら、前記従来の内燃機関のピストンでは、スカート部に前記条痕を設けるにあたり、スカート部とシリンダの内壁との当接頻度について、全く考慮されていなかった。このため、スカート部のうち、比較的高い頻度でシリンダの内壁と当接する領域において、当該条痕によりスカート部の摺動抵抗が増大してしまうおそれがあった。

　そこで、本発明は、前記従来の内燃機関のピストンの技術的課題に鑑みて案出されたものであり、スカート部の摺動抵抗を低減することができる内燃機関のピストン及びその製造方法を提供することを目的としている。

　本発明に係る内燃機関のピストンは、その一態様として、少なくとも一方のスカート部の外周側に、複数の第１の溝を有する第１潤滑溝形成部と、該第１潤滑溝形成部の周方向の両側に設けられ、複数の第２の溝を有する第２潤滑溝形成部と、を有する。この際、複数の第２の溝の深さの平均値は、複数の第１の溝の深さの平均値よりも大きく設定されている。

　また、かかるピストンの製造方法の一態様としては、スカート部の外周側に複数の第１の溝を形成してなる第１潤滑溝形成部を形成する第１潤滑溝形成部形成工程と、第１潤滑溝形成部の周方向両側に複数の第２の溝を形成してなる第２潤滑溝形成部を形成する第２潤滑溝形成部工程と、を有する。

　本発明によれば、スカート部の摺動抵抗を低減することができる。

本発明に係る内燃機関のピストンの正面図である。本発明に係る内燃機関のピストンの側面図である。図２に示す第１スカート部の径方向断面図である。本発明の第１実施形態を示し、図２に示す第１潤滑溝形成部の拡大図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ－Ａ線断面図である。本発明の第１実施形態を示し、図２に示す第２潤滑溝形成部の拡大図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ－Ｂ線断面図である。図２に示す第１潤滑溝形成部と第２潤滑溝形成部の境界部の近傍を拡大して表示した斜視図である。本発明の第１実施形態を示し、図２に示す第３潤滑溝形成部の拡大図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＣ－Ｃ線断面図である。本発明の第１実施形態を示し、図２に示す第４潤滑溝形成部の拡大図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＤ－Ｄ線断面図である。本発明に係る内燃機関のピストンの製造工程を示すフローチャートである。スカート溝形成工程の説明に供する第１の溝の横断面図である。本発明の第２実施形態に係る第１潤滑溝形成部の軸方向断面図である。本発明の第２実施形態に係る第２潤滑溝形成部の軸方向断面図である。

　以下、本発明に係る内燃機関のピストン及びその製造方法の実施形態につき、図面に基づいて詳述する。なお、下記の実施形態では、当該ピストンを、従来と同様に、自動車用エンジンのピストンに適用したものを例示して説明する。なお、以下の説明では、リング溝（例えば、後述するリング溝２１）の全周を通るリング溝断面に直角な軸線であってピストンヘッド部２の中心を通る軸線を第１基準軸線である中心軸線Ｚとして説明する。また、中心軸線Ｚに平行な方向を「軸方向」、中心軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、中心軸線Ｚ周りの方向を「周方向」として説明する。

　（ピストンの構成）
　図１はピストン１の正面図を示し、図２はピストン１の側面図を示している。

　ピストン１は、金属材料、例えばＡｌ－Ｓｉ系のアルミニウム合金材料（ＡＣ８Ａ等）を鋳造することによってほぼ有蓋円筒状に形成されている。具体的には、図１、図２に示すように、ピストン１は、図示外のエンジンのシリンダ内部に燃焼室を形成するピストンヘッド部２と、ピストンヘッド部２の図１、２中の下端部に設けられ、後述する冠面２０の反対側へ軸方向に沿って延びる筒部３と、を有する。なお、このピストンヘッド部２と筒部３とによって、本発明に係る「ピストン本体部」が構成される。

　ピストンヘッド部２は、燃焼室に面する冠面２０を有する。また、このピストンヘッド部２の外周側には、周方向に沿って環状に形成された３つのリング溝２１～２３が、周方向に沿って形成されている。この各リング溝２１～２３には、それぞれほぼ環状のピストンリング（図示外）が取り付けられる。

　筒部３は、前記シリンダの内壁と摺接可能な一対のスカート部３１，３２と、該一対のスカート部３１，３２の周方向の両端側に二面幅状に設けられ、図示外のピストンピンの支持に供する一対のピストンピンボス部３３，３４とが、周方向に連続するように、ほぼ筒状に一体に形成されている。一対のスカート部３１，３２は、径方向に対向して配置される第１スカート部３１と第２スカート部３２とによって構成される。同様に、一対のピストンピンボス部３３，３４は、径方向に対向して配置される第１ピストンピンボス部３３と第２ピストンピンボス部３４とによって構成される。

　第１、第２スカート部３１，３２は、図１に示すような、中央部が膨出する樽型形状を有する。より具体的には、図１に示すように、第１、第２スカート部３１，３２の半径Ｒ３１、Ｒ３２が、軸方向の中間部（後述する第１潤滑溝形成部４１の範囲）において最も大きく、ピストンヘッド部２側及びピストンヘッド部２の反対側に向かって徐々に減少する形状を有する。ここで、「第１、第２スカート部３１，３２の半径Ｒ３１，Ｒ３２」とは、第１、第２スカート部３１，３２の外周面と中心軸線Ｚとの最短距離である。また、上記「軸方向の中間部」は、軸方向の中央位置を意味するものではなく、軸方向において第１、第２スカート部３１，３２の両端部を除く任意の位置を意味する。

　また、第１、第２スカート部３１，３２の外周側には、図２に示すように、エンジンの潤滑油を保持することによりシリンダの内壁との間の潤滑に供する潤滑溝形成部４が設けられている。この潤滑溝形成部４は、第１潤滑溝形成部４１と、第２潤滑溝形成部４２と、第３潤滑溝形成部４３と、第４潤滑溝形成部４４とを有する。第１潤滑溝形成部４１は、ほぼ中央部、すなわちシリンダ内部においてピストン１に作用するスラスト力によってシリンダの内壁に最も多く当接する領域に、比較的広い面積をもって形成されている。第２潤滑溝形成部４２は、第１潤滑溝形成部４１の周方向の両側、すなわち第１スカート部３１の周方向の両端部に形成される。第３潤滑溝形成部４３は、第１潤滑溝形成部４１に対しピストンヘッド部２の軸方向反対側、すなわち第１スカート部３１の図２中の下端部に形成される。第４潤滑溝形成部４４は、第１潤滑溝形成部４１に対しピストンヘッド部２側、すなわち第１スカート部３１の図２中の上端部に形成される。そして、本実施形態では、第１潤滑溝形成部４１の面粗さは、第２潤滑溝形成部４２、第３潤滑溝形成部４３及び第４潤滑溝形成部４４の面粗さよりも小さく形成されている。具体的には、第１潤滑溝形成部４１の面粗さがＲａ０．１～３．０、かつ第２潤滑溝形成部４２、第３潤滑溝形成部４３及び第４潤滑溝形成部４４の面粗さがＲａ１．５～５．０となるように形成されている。

　なお、本実施形態では、第１、第２スカート部３１，３２の両方にそれぞれ潤滑溝形成部４が形成されたものを例示しているが、本発明では、潤滑溝形成部４は、少なくとも一方のスカート部である第１スカート部３１に形成されていればよく、第２スカート部３２については任意に省略可能である。

　第１ピストンピンボス部３３及び第２ピストンピンボス部３４は、図１に示すように、それぞれほぼ中央位置に、図示外のピストンピンの端部を支持する一対のピストンピン孔である第１ピストンピン孔３３０及び第２ピストンピン孔３４０を有する。すなわち、第１ピストンピン孔３３０に、ピストンピンの一端部が挿入され支持されると共に、第２ピストンピン孔３４０に、ピストンピンの他端部が挿入され支持される。

　〔第１実施形態〕
　以下、図３～図１０に基づいて、本発明に係る内燃機関のピストン及びその製造方法の第１実施形態を示す。

　（潤滑溝形成部の構成）
　図３は、図２に示す第１潤滑溝形成部４１を拡大して表示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図を示している。また、図４は、図２に示す第２潤滑溝形成部４２を拡大して表示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図を示している。

　図３に示すように、第１潤滑溝形成部４１には、横断面ほぼ円弧凹状の第１の深さＤ１を有する複数の第１の溝４１０が、第１の間隔Ｓ１をもって周方向に沿って形成されている。同様に、図４に示すように、第２潤滑溝形成部４２には、横断面ほぼ円弧凹状の第２の深さＤ２を有する複数の第２の溝４２０が、第１の間隔Ｓ１よりも広い第２の間隔Ｓ２をもって形成されている。そして、第１、第２の溝４１０，４２０については、第２の溝４２０の深さの平均値が第１の溝４１０の深さの平均値よりも大きくなるように構成されている。なお、ここでいう「平均値」とは、例えば相加平均（算術平均）によって求められるものをいう。

　また、第１の溝４１０と第２の溝４２０は、後述するスカート溝形成工程Ｐ２（図９参照）の機械加工時に加工ツールによって形成（切削）された加工痕であって、両者は共に同一の加工ツールによって形成されたものである。換言すれば、第１の溝４１０と第２の溝４２０は、同一の加工ツールで切削された加工痕を有する。また、第１潤滑溝形成部４１は、第２潤滑溝形成部４２の形成後に第２潤滑溝形成部４２に重ねて形成されるもので、第２潤滑溝形成部４２の形成時に加工ツールによって形成された加工痕を有する。具体的には、図１０を参照して後述する。

　図５は、図１のＸ－Ｘ線に沿って切断した第１スカート部３１の径方向断面図を示している。

　図５に示すように、第１スカート部３１において、第１潤滑溝形成部４１の曲率半径Ｒ４１は、第２潤滑溝形成部４２の曲率半径Ｒ４２よりも大きく設定されている。同様に、具体的な図示は省略するが、第２スカート部３２においても、第１潤滑溝形成部４１の曲率半径Ｒ４１は、第２潤滑溝形成部４２の曲率半径Ｒ４２よりも大きく設定されている。

　図６は、図２に示す第１潤滑溝形成部４１と第２潤滑溝形成部４２の境界部の近傍を拡大して表示した斜視図を示している。

　図６に示すように、第１の溝４１０は、周方向の端部に、第２の溝４２０側へ開口する第１開口部４１１を有する。同様に、第２の溝４２０は、周方向の端部に、第１の溝４１０側へ開口する第２開口部４２１を有する。このように、第１開口部４１１と第２開口部４２１とは、相互に連通可能に形成されている。すなわち、第１開口部４１１と第２開口部４２１とを相互に連通させることで、第２の溝４２０に保持されたエンジンの潤滑油を、第１の溝４１０へと円滑に供給可能となっている。

　図７は、図２に示す第３潤滑溝形成部４３を拡大して表示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図を示している。また、図８は、図２に示す第４潤滑溝形成部４４を拡大して表示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＤ－Ｄ線に沿って切断した断面図を示している。

　図７に示すように、第３潤滑溝形成部４３には、横断面がほぼ円弧凹状に形成され、かつ第２の溝４２０と同じ第２の深さＤ２を有する複数の第３の溝４３０が、第２の溝４２０と同じ第２の間隔Ｓ２をもって、周方向に沿って形成されている。同様に、図８に示すように、第４潤滑溝形成部４４には、横断面がほぼ円弧凹状に形成され、かつ第２の溝４２０と同じ第２の深さＤ２を有する複数の第４の溝４４０が、第２の溝４２０と同じ第２の間隔Ｓ２をもって、周方向に沿って形成されている。

　なお、第３の溝４３０及び第４の溝４４０は、後述するスカート溝形成工程Ｐ２（図９参照）における機械加工時に加工ツールにより形成された加工痕であって、両者は共に同一の加工ツールによって形成されたものである。また、第３の溝４３０及び第４の溝４４０は、いずれも第２の溝４２０と同じ第２の深さＤ２に設定されていることで、第３の溝４３０及び第４の溝４４０の深さ（第２の深さＤ２）の平均値は、それぞれ第１の溝４１０の深さ（第１の深さＤ１）の平均値よりも大きくなるように構成されている。

　また、具体的な図示は省略するが、第３、第４の溝４３０，４４０は、それぞれ第３、第４の溝４３０，４４０の一部と第２の溝４２０の一部とが繋がるように形成されている。これにより、第２の溝４２０と第３、第４の溝４３０，４４０は、前記スカート溝形成工程Ｐ２において、連続して形成（切削）することが可能となっている。

　（ピストンの製造方法）
　図９は、ピストン１の製造工程を表したフローチャートを示している。図１０は、スカート溝形成工程Ｐ２の説明に供する第１の溝４１０の軸方向断面図を示している。

　図９に示すように、ピストン１の製造工程は、ピストンヘッド部２と筒部３とからなるピストン本体部を形成するピストン本体部形成工程Ｐ１と、第１潤滑溝形成部４１、第２潤滑溝形成部４２、第３潤滑溝形成部４３及び第４潤滑溝形成部４４を形成するスカート溝形成工程Ｐ２と、を有する。スカート溝形成工程Ｐ２は、第１潤滑溝形成部形成工程Ｐ２１と、第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２と、を有する。

　ピストン本体部形成工程Ｐ１では、アルミニウム合金材料を鋳造することにより、ピストンヘッド部２、一対のピストンピンボス部である第１、第２ピストンピンボス部３３，３４及び一対のスカート部である第１、第２スカート部３１，３２を有する第１の状態のピストン本体部を形成する。

　続いて、スカート溝形成工程Ｐ２では、図１０中に破線で示すように、まず、第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２において、前記第１の状態のピストン本体部の第１、第２スカート部３１，３２に、第２の溝４２０、第３の溝４３０及び第４の溝４４０を形成して、第２の状態のピストン本体部が形成する。

　より具体的には、前記第１の状態のピストン本体部の第１、第２スカート部３１，３２の外周面全体に、所定の加工ツールでもって、第２の深さＤ２及び第２の間隔Ｓ２を有する複数の第２の溝４２０を形成する。その後、第１潤滑溝形成部形成工程Ｐ２１において、第１、第２スカート部３１，３２の外周面中央部に、図１０中に実線で示すように、前記第２の状態のピストン本体部の第１、第２スカート部３１，３２に形成された複数の第２の溝４２０に重ねるかたちで、前記所定の加工ツールと同一の加工ツールでもって、複数の第１の溝４１０を形成する。これにより、図２に示すように、第１、第２スカート部３１，３２の外周面中央部に、複数の第１の溝４１０を有する第１潤滑溝形成部４１が形成されると共に、残余の領域に、それぞれ複数の第２、第３、第４の溝４２０，４３０，４４０（第２の溝４２０と第３、第４の溝４３０，４４０とは実質的に同一である。）を有する第２、第３、第４潤滑溝形成部４２，４３，４４が形成され、スカート溝形成工程が完了する。

　すなわち、第１潤滑溝形成部形成工程Ｐ２１では、第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２において形成された複数の第２の溝４２０に複数の第１の溝４１０を重ねて形成することにより、各第２の溝４２０の境界部にそれぞれ形成された凸部４２２が除去されて（図１０中の網掛部分参照）、一部に第２の溝４２０の底部が残存する第１の溝４１０が形成される。なお、図１０の説明では、便宜上、第１、第２の溝４１０，４２０を２種類の線種でもって識別するかたちで図示しているが、実際には、重ねて表示されている２種類の線種のうち深い方の線種を繋いだものが第１の溝４１０となる（図１０において第１の溝４１０の断面を表示する斜線部参照）。このように、第２の溝４２０に重ねて第１の溝４１０が形成されることで、第１潤滑溝形成部４１の表面がより滑らかに形成され、当該第１潤滑溝形成部４１をより平らな面に形成することができる。

　（本実施形態の作用効果）
　従来のように、ピストンの製造時にスカート部に施される機械加工の加工痕、いわゆる条痕を設けるにあたり、スカート部とシリンダの内壁との当接頻度について全く考慮されていなかった。このため、スカート部のうち、比較的高い頻度でシリンダの内壁と当接する領域において、当該条痕によりスカート部の摺動抵抗が増大してしまうおそれがあった。

　これに対して、本実施形態に係るピストン１及びその製造方法では、以下の効果が奏せられることによって、前記従来の内燃機関のピストンの課題を解決することができる。

　前記ピストン１は、内燃機関のピストンにおいて、環状のリング溝２１～２３を有するピストンヘッド部２と、ピストンピンボス部であって、ピストンヘッド部２に設けられ、ピストンピン（図示外）が挿入される第１ピストンピン孔３３０が形成された第１ピストンピンボス部３３と、ピストンピン（図示外）が挿入される第２ピストンピン孔３４０が形成された第２ピストンピンボス部３３とを備える、ピストンピンボス部と、第１スカート部であって、ピストンヘッド部２に設けられ、第１潤滑溝形成部４１と第２潤滑溝形成部４２を備え、環状のリング溝２１～２３の全周を通るリング溝断面に対し直角な軸線のうちピストンヘッド部２の中心を通る軸線を第１基準軸線（中心軸線Ｚ）としたとき、第１潤滑溝形成部４１は、第１スカート部３１の外周側に設けられた複数の第１の溝４１０を有しており、第２潤滑溝形成部４２は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向において第１潤滑溝形成部４１の両側に設けられていて、第１スカート部３１の外周側に設けられた複数の第２の溝４２０を有しており、複数の第２の溝４２０の深さＤ２の平均値が、複数の第１の溝４１０の深さＤ１の平均値よりも大きい、第１スカート部３１と、ピストンヘッド部２に設けられた第２スカート部３２と、を有する。

　このように、本実施形態では、シリンダの内壁と最も多く当接する第１潤滑溝形成部４１における第１の溝４１０の深さＤ１が、第２潤滑溝形成部４２における第２の溝４２０の深さＤ２よりも相対的に浅く形成されている。これにより、シリンダの内壁に対する第１スカート部３１の摺動抵抗を低減することが可能となり、エンジンの駆動ロスを低減することができる。また、第２の溝４２０については、十分な深さが確保されることによって、潤滑油の保持性が向上し、第１スカート部３１の潤滑不足による摺動抵抗の増加を抑制することができる。

　また、本実施形態では、第１潤滑溝形成部４１は、複数の第１の溝４１０同士の間隔Ｓ１が複数の第２の溝４２０同士の間隔Ｓ２よりも狭い。

　このように、本実施形態では、第２の溝４２０に対し第１の溝４１０の間隔Ｓ１が相対的に狭く形成されているため、シリンダの内壁に摺接する第１の溝４１０の凸部４１２の数が相対的に多くなる。これにより、シリンダの内壁に対する第１潤滑溝形成部４１の面圧が分散され、当該第１潤滑溝形成部４１の耐面圧荷重を向上させることができる。

　また、本実施形態では、複数の第１の溝４１０と複数の第２の溝４２０は、同一の加工ツールで切削された加工痕を有する。

　かかる構成から、本実施形態では、第１潤滑溝形成部４１と第２潤滑溝形成部４２とを形成する際に、加工ツールを交換する必要がない。このため、潤滑溝形成部形成工程にかかる時間を短縮でき、ピストン１の生産性の向上を図ることができる。

　また、本実施形態では、第１スカート部３１は、第３潤滑溝形成部４３を有し、第３潤滑溝形成部４３は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向において第１潤滑溝形成部４１に対しピストンヘッド部２の反対側に設けられていて、第１スカート部３１の外周側に設けられた複数の第３の溝４３０を有しており、複数の第３の溝４３０の深さ（第２の深さＤ２）の平均値が、複数の第１の溝の深さＤ１の平均値よりも大きい。

　このように、本実施形態では、第１スカート部３１の外周面のうち、軸方向の反ピストンヘッド部２側の端部に、第３潤滑溝形成部４３が形成されている。これにより、第３潤滑溝形成部４３を介して、第１スカート部３１の外周面のうちピストンピン（図示外）を中心としたピストン１の揺動に伴いシリンダの内壁と強く当接する反ピストンヘッド部２側の軸方向端部に、より多くの潤滑油を供給することができる。

　また、本実施形態では、第１スカート部３１は、第４潤滑溝形成部４４を有し、第４潤滑溝形成部４４は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向において第１潤滑溝形成部４１に対しピストンヘッド部２側に設けられていて、第１スカート部３１の外周側に設けられた複数の第４の溝４４０を有しており、複数の第４の溝４４０の深さ（第２の深さＤ２）の平均値が、複数の第１の溝４１０の深さ（第１の深さＤ１）の平均値よりも大きい。

　このように、本実施形態では、第１スカート部３１の外周面のうち、軸方向のピストンヘッド部２側の端部に、第４潤滑溝形成部４４が形成されている。すなわち、ピストン１は、シリンダ内の燃焼熱によってピストンヘッド部２側から熱膨張し、当該ピストンヘッド部２側のシリンダの内壁とのクリアランスが小さくなって、相対的に早いタイミングでシリンダの内壁と当接することになる。これにより、第４潤滑溝形成部４４の深さを相対的に深くすることで、第４潤滑溝形成部４４における潤滑油の保持性が向上し、第１スカート部３１の潤滑不足による摺動抵抗の増加を、より効果的に抑制することができる。

　また、本実施形態では、複数の第２の溝４２０は、複数の第３の溝４３０と深さ（第２の深さＤ２）が同じであり、かつ隣り合う溝同士の間隔（第２の間隔Ｓ２）が同じである。

　このように、本実施形態では、第２の溝４２０と第３の溝４３０とが同じ深さ及び間隔に設定されていることで、第２潤滑溝形成部４２と第３潤滑溝形成部４３とを同時に加工することが可能となる。これにより、潤滑溝形成部形成工程にかかる時間を短縮でき、ピストン１の生産性の向上を図ることができる。

　また、本実施形態では、複数の第２の溝４２０の少なくとも一部と複数の第３の溝４３０の少なくとも一部は、繋がっている。

　このように、本実施形態では、第２の溝４２０と第３の溝４３０とが、連続して形成されている。第２の溝４２０と第３の溝４３０とを分断して断続切削する場合、加工ツールの耐久性が低下してしまうところ、当該第２の溝４２０及び第３の溝４３０を連続切削可能とすることで、加工ツールの耐久性を向上させることができる。

　また、本実施形態では、第１スカート部３１は、第１スカート部３１の外周面と第１基準軸線（中心軸線Ｚ）との最短距離である第１スカート部３１の半径Ｒ３１が、第１潤滑溝形成部４１の範囲内であって第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向の中間部において最も大きく、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向においてピストンヘッド部２側及びピストンヘッド部２の反対側に向かって徐々に減少する形状を有する。

　このように、本実施形態では、第１潤滑溝形成部４１の周方向領域において、第１スカート部３１の半径は、軸方向の中間部が最も大きく、当該中間部からピストンヘッド部２側及び反ピストンヘッド部２側に向かって徐々に減少する。換言すれば、本実施形態では、第１スカート部３１の半径Ｒ３１が最も大きい部分、すなわちシリンダの内壁とのクリアランス（径方向隙間）が最も小さくなる部分に、第１潤滑溝形成部４１が形成されている。このため、第１潤滑溝形成部４１をシリンダの内壁に積極的に当接させることができ、エンジンの駆動ロスを低減することができる。

　また、本実施形態では、複数の第２の溝４２０は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向における第１潤滑溝形成部４１側の端部が、第１潤滑溝形成部４１に対して開口している。

　このように、本実施形態では、第２の溝４２０の第１潤滑溝形成部４１側の周方向端部が第１潤滑溝形成部４１に開口することで、第２の溝４２０に保持されている潤滑油を第１の溝４１０側へ効果的に供給することができる。これにより、第１潤滑溝形成部４１の潤滑性が向上して、シリンダの内壁に対する第１スカート部３１の摺動抵抗をより効果的に低減することができる。

　また、本実施形態では、第１スカート部３１は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）に対して直角な断面である軸直角断面において、第１潤滑溝形成部４１の曲率半径Ｒ４１が、第２潤滑溝形成部４２の曲率半径Ｒ４２よりも大きい。

　このように、本実施形態では、第１潤滑溝形成部４１の曲率半径Ｒ４１が第２潤滑溝形成部４２の曲率半径Ｒ４２よりも大きいため、第１潤滑溝形成部４１がシリンダの内壁とより多く当接することになる。これにより、第１潤滑溝形成部４１における単位面積当たりの面圧を低減でき、第１潤滑溝形成部４１の耐面圧荷重を向上させることができる。

　また、本実施形態では、第１潤滑溝形成部４１は、第２潤滑溝形成部４２が形成されたときの加工ツールによる加工痕を有する。

　このように、第１潤滑溝形成部４１に第２潤滑溝形成部４２の加工痕が残存することで、第１の溝４１０と第２の溝４２０とが、より効果的に連通可能となる。これにより、第２の溝４２０に保持されている潤滑油を第１の溝４１０側へ効果的に供給することができる。その結果、第１潤滑溝形成部４１の潤滑性が向上して、シリンダの内壁に対する第１スカート部３１の摺動抵抗をより効果的に低減することができる。

　また、本実施形態に係る前記ピストン１の製造方法は、内燃機関のピストンの製造方法において、ピストンヘッド部２、一対のピストンピンボス部３３，３４、第１スカート部３１及び第２スカート部３２を有する第１の状態のピストン本体部を形成するピストン本体部形成工程Ｐ１と、前記第１の状態のピストン本体部における第１スカート部３１の外周側に機械加工により複数の溝を形成するスカート溝形成工程であって、第１潤滑溝形成部４１を形成する第１潤滑溝形成部形成工程Ｐ２１と、第２潤滑溝形成部４２を形成する第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２とを有し、第１潤滑溝形成部形成工程Ｐ２１は、第１スカート部３１の外周側に複数の第１の溝４１０を形成する工程であり、第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２は、第１スカート部３１の外周側であって、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向において第１潤滑溝形成部４１の両側に設けられる複数の第２の溝４２０を形成する工程であり、複数の第２の溝４２０の深さＤ２の平均値が複数の第１の溝４１０の深さＤ１の平均値よりも大きくなるように、第１の溝４１０及び第２の溝４２０を形成する、スカート溝形成工程Ｐ２と、を有する。

　かかる製造方法により、シリンダの内壁と最も多く当接する第１潤滑溝形成部４１における第１の溝４１０の深さＤ１が、第２潤滑溝形成部４２における第２の溝４２０の深さＤ２よりも相対的に浅く形成されている。これにより、シリンダの内壁に対する第１スカート部３１の摺動抵抗を低減することが可能となり、エンジンの駆動ロスを低減することができる。また、第２の溝４２０については、十分な深さが確保されることで、潤滑油の保持性が向上し、第１スカート部３１の潤滑不足による摺動抵抗の増加を抑制することができる。

　また、本実施形態において、第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２は、前記第１の状態のピストン本体部における第１スカート部３１の外周側に複数の第２の溝４２０を形成し、第２の状態のピストン本体部を形成する工程であり、第１潤滑溝形成部形成工程Ｐ２１は、前記第２の状態のピストン本体部における第１スカート部３１の外周側に複数の第１の溝４１０を形成する工程である。

　このように、本実施形態では、第２の溝４２０の形成後に第１の溝４１０を形成することで、第１潤滑溝形成部４１において、所望の溝形状を得ることができる。

　また、本実施形態において、複数の第１の溝４１０と複数の第２の溝４２０は、同じ加工ツールによって形成される。

　このように、本実施形態では、第１の溝４１０と第２の溝４２０とを同じ加工ツールで加工することから、第１潤滑溝形成部４１と第２潤滑溝形成部４２とを形成する際に、加工ツールを交換する必要がない。このため、潤滑溝形成部形成工程にかかる時間を短縮でき、ピストン１の生産性の向上を図ることができる。

　また、本実施形態において、複数の第１の溝４１０が形成された領域である第１潤滑溝形成部４１は、第２潤滑溝形成部形成工程Ｐ２２において複数の第２の溝４２０が形成されたときの加工ツールによる加工痕を有する。

　〔第２実施形態〕
　図１１、図１２は本発明に係る内燃機関のピストン及びその製造方法の第２実施形態を示し、前記第１実施形態に係る第１、第２潤滑溝形成部４１，４２の構成を変更したものである。なお、かかる変更点以外の基本的な構成については前記第１実施形態と同様であるため、該第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を省略する。

　（潤滑溝形成部の構成）
　図１１は第１潤滑溝形成部４１の軸方向断面図を示し、図１２は第２潤滑溝形成部４２の軸方向断面図を示している。

　本実施形態では、図１１、図１２に示すように、第２潤滑溝形成部４２における第２の溝４２０の曲率半径である第２曲率半径Ｒ４２０が、第１潤滑溝形成部４１における第１の溝４１０の曲率半径である第１曲率半径Ｒ４１０よりも小さく設定されている。また、かかる構成より、第２の溝４２０の間隔Ｓ２は、第１の溝４１０の間隔Ｓ１よりも小さいものとなっている。

　なお、具体的な図示については省略するが、第３、第４潤滑溝形成部４３，４４においても同様、第３、第４潤滑溝形成部４３，４４における第３、第４の溝４３０，４４０の第２曲率半径Ｒ４２０が、第１潤滑溝形成部４１における第１の溝４１０の第１曲率半径Ｒ４１０よりも小さく設定されている。

　以上のように、本実施形態では、複数の第１の溝４１０は、それぞれ第１基準軸線（中心軸線Ｚ）を通る断面である軸方向断面において第１曲率半径Ｒ４１０を有する円弧形状を有し、複数の第２の溝４２０は、それぞれ前記軸方向断面において第１曲率半径Ｒ４１０よりも小さい第２曲率半径をＲ４２０有する円弧形状を有する。

　このように、本実施形態では、第１の溝４１０の第１曲率半径Ｒ４１０が、第２の溝４２０の第２曲率半径Ｒ４２０よりも大きく設定されていることで、第１潤滑溝形成部４１をより滑らかに形成することが可能となる。これにより、シリンダの内壁に対する第１スカート部３１の摺動抵抗を低減でき、エンジンの駆動ロスを低減することができる。

　本発明は前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前述した本発明の作用効果を奏し得るような形態であれば、適用対象の仕様やコスト等に応じて自由に変更可能である。

　以上説明した実施形態に基づく内燃機関のピストンとしては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

　すなわち、当該内燃機関のピストンは、その１つの態様において、内燃機関のピストンにおいて、環状のリング溝を有するピストンヘッド部と、ピストンピンボス部であって、前記ピストンヘッド部に設けられ、ピストンピンが挿入される第１ピストンピン孔が形成された第１ピストンピンボス部と、前記ピストンピンが挿入される第２ピストンピン孔が形成された第２ピストンピンボス部とを備える、ピストンピンボス部と、第１スカート部であって、前記ピストンヘッド部に設けられ、第１潤滑溝形成部と第２潤滑溝形成部を備え、前記環状のリング溝の全周を通るリング溝断面に対し直角な軸線のうち前記ピストンヘッド部の中心を通る軸線を第１基準軸線としたとき、前記第１潤滑溝形成部は、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第１の溝を有しており、前記第２潤滑溝形成部は、前記第１基準軸線の周方向において前記第１潤滑溝形成部の両側に設けられていて、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第２の溝を有しており、前記第２の溝の深さの平均値が、前記第１の溝の深さの平均値よりも大きい、第１スカート部と、前記ピストンヘッド部に設けられた第２スカート部と、を有する。

　前記内燃機関のピストンの好ましい態様において、前記第１潤滑溝形成部は、複数の前記第１の溝同士の間隔が複数の前記第２の溝同士の間隔よりも狭い。

　別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、複数の前記第１の溝と複数の前記第２の溝は、同一の加工ツールで切削された加工痕を有する。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、第３潤滑溝形成部を有し、前記第３潤滑溝形成部は、前記第１基準軸線の方向において前記第１潤滑溝形成部に対し前記ピストンヘッド部の反対側に設けられていて、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第３の溝を有しており、複数の前記第３の溝の深さの平均値が、複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きい。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、第４潤滑溝形成部を有し、前記第４潤滑溝形成部は、前記第１基準軸線の方向において前記第１潤滑溝形成部に対し前記ピストンヘッド部側に設けられていて、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第４の溝を有しており、複数の前記第４の溝の深さの平均値が、複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きい。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、複数の前記第２の溝は、複数の前記第３の溝と深さが同じであり、かつ隣り合う溝同士の間隔が同じである。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、複数の前記第２の溝の少なくとも一部と複数の前記第３の溝の少なくとも一部は、繋がっている。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、前記第１スカート部の外周面と前記第１基準軸線との最短距離である第１スカート部の半径が、前記第１潤滑溝形成部の範囲内であって前記第１基準軸線の方向の中間部において最も大きく、前記第１基準軸線の方向において前記ピストンヘッド部側及び前記ピストンヘッド部の反対側に向かって徐々に減少する形状を有する。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、複数の前記第２の溝は、前記第１基準軸線の周方向における前記第１潤滑溝形成部側の端部が、前記第１潤滑溝形成部に対して開口している。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、前記第１基準軸線に対して直角な断面である軸直角断面において、前記第１潤滑溝形成部の曲率半径が、前記第２潤滑溝形成部の曲率半径よりも大きい。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１潤滑溝形成部は、前記第２潤滑溝形成部が形成されたときの加工ツールによる加工痕を有する。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、複数の前記第１の溝は、それぞれ前記第１基準軸線を通る断面である軸方向断面において第１曲率半径を有する円弧形状を有し、複数の前記第２の溝は、それぞれ前記軸方向断面において前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径を有する円弧形状を有する。

　また、前述した実施形態に基づく内燃機関のピストンの製造方法としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。

　すなわち、当該内燃機関のピストンの製造方法は、その一態様として、内燃機関のピストンの製造方法において、ピストンヘッド部、一対のピストンピンボス部、第１スカート部及び第２スカート部を有する第１の状態のピストン本体部を形成するピストン本体部形成工程と、前記第１の状態のピストン本体部における前記第１スカート部の外周側に機械加工により複数の溝を形成するスカート溝形成工程であって、第１潤滑溝形成部を形成する第１潤滑溝形成部形成工程と、第２潤滑溝形成部を形成する第２潤滑溝形成部形成工程とを有し、前記第１潤滑溝形成部形成工程は、前記第１スカート部の外周側に複数の第１の溝を形成する工程であり、前記第２潤滑溝形成部形成工程は、前記第１スカート部の外周側であって、前記第１基準軸線の周方向において前記第１潤滑溝形成部の両側に設けられる複数の第２の溝を形成する工程であり、複数の前記第２の溝の深さの平均値が複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きくなるように、複数の前記第１の溝及び複数の前記第２の溝を形成する、スカート溝形成工程と、を有する。

　前記内燃機関のピストンの製造方法の好ましい態様において、前記第２潤滑溝形成部形成工程は、前記第１の状態のピストン本体部における前記第１スカート部の外周側に複数の前記第２の溝を形成し、第２の状態のピストン本体部を形成する工程であり、前記第１潤滑溝形成部形成工程は、前記第２の状態のピストン本体部における前記第１スカート部の外周側に複数の前記第１の溝を形成する工程である。

　別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、複数の前記第１の溝と複数の前記第２の溝は、同じ加工ツールによって形成されることを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。

　さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの製造方法の態様のいずれかにおいて、複数の前記第１の溝が形成された領域である第１潤滑溝形成部は、前記第２潤滑溝形成部形成工程において複数の前記第２の溝が形成されたときの加工ツールによる加工痕を有する。

Claims

　内燃機関のピストンにおいて、
　環状のリング溝を有するピストンヘッド部と、
　ピストンピンボス部であって、前記ピストンヘッド部に設けられ、ピストンピンが挿入される第１ピストンピン孔が形成された第１ピストンピンボス部と、前記ピストンピンが挿入される第２ピストンピン孔が形成された第２ピストンピンボス部とを備える、ピストンピンボス部と、
　第１スカート部であって、前記ピストンヘッド部に設けられ、第１潤滑溝形成部と第２潤滑溝形成部を備え、前記環状のリング溝の全周を通るリング溝断面に対し直角な軸線のうち前記ピストンヘッド部の中心を通る軸線を第１基準軸線としたとき、
　前記第１潤滑溝形成部は、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第１の溝を有しており、
　前記第２潤滑溝形成部は、前記第１基準軸線の周方向において前記第１潤滑溝形成部の両側に設けられていて、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第２の溝を有しており、
　複数の前記第２の溝の深さの平均値が、複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きい、
第１スカート部と、
　前記ピストンヘッド部に設けられた第２スカート部と、
　を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記第１潤滑溝形成部は、複数の前記第１の溝同士の間隔が複数の前記第２の溝同士の間隔よりも狭いことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　複数の前記第１の溝と複数の前記第２の溝は、同一の加工ツールで切削された加工痕を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記第１スカート部は、第３潤滑溝形成部を有し、
　前記第３潤滑溝形成部は、前記第１基準軸線の方向において前記第１潤滑溝形成部に対し前記ピストンヘッド部の反対側に設けられていて、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第３の溝を有しており、
　複数の前記第３の溝の深さの平均値が、複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きいことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項４に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記第１スカート部は、第４潤滑溝形成部を有し、
　前記第４潤滑溝形成部は、前記第１基準軸線の方向において前記第１潤滑溝形成部に対し前記ピストンヘッド部側に設けられていて、前記第１スカート部の外周側に設けられた複数の第４の溝を有しており、
　複数の前記第４の溝の深さの平均値が、複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きいことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項４に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　複数の前記第２の溝は、複数の前記第３の溝と深さが同じであり、かつ隣り合う溝同士の間隔が同じであることを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項６に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　複数の前記第２の溝の少なくとも一部と複数の前記第３の溝の少なくとも一部は、繋がっていることを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記第１スカート部は、前記第１スカート部の外周面と前記第１基準軸線との最短距離である第１スカート部の半径が、前記第１潤滑溝形成部の範囲内であって前記第１基準軸線の方向の中間部において最も大きく、前記第１基準軸線の方向において前記ピストンヘッド部側及び前記ピストンヘッド部の反対側に向かって徐々に減少する形状を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　複数の前記第２の溝は、前記第１基準軸線の周方向における前記第１潤滑溝形成部側の端部が、前記第１潤滑溝形成部に対して開口していることを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記第１スカート部は、前記第１基準軸線に対して直角な断面である軸直角断面において、前記第１潤滑溝形成部の曲率半径が、前記第２潤滑溝形成部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記第１潤滑溝形成部は、前記第２潤滑溝形成部が形成されたときの加工ツールによる加工痕を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　複数の前記第１の溝は、それぞれ前記第１基準軸線を通る断面である軸方向断面において第１曲率半径を有する円弧形状を有し、
　複数の前記第２の溝は、それぞれ前記軸方向断面において前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径を有する円弧形状を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
　内燃機関のピストンの製造方法において、
　ピストンヘッド部、一対のピストンピンボス部、第１スカート部及び第２スカート部を有する第１の状態のピストン本体部を形成するピストン本体部形成工程と、
　前記第１の状態のピストン本体部における前記第１スカート部の外周側に機械加工により複数の溝を形成するスカート溝形成工程であって、第１潤滑溝形成部を形成する第１潤滑溝形成部形成工程と、第２潤滑溝形成部を形成する第２潤滑溝形成部形成工程とを有し、
　前記第１潤滑溝形成部形成工程は、前記第１スカート部の外周側に複数の第１の溝を形成する工程であり、
　前記第２潤滑溝形成部形成工程は、前記第１スカート部の外周側であって、前記第１基準軸線の周方向において前記第１潤滑溝形成部の両側に設けられる複数の第２の溝を形成する工程であり、
　複数の前記第２の溝の深さの平均値が複数の前記第１の溝の深さの平均値よりも大きくなるように、複数の前記第１の溝及び複数の前記第２の溝を形成する、
スカート溝形成工程と、
　を有することを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
　請求項１３に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
　前記第２潤滑溝形成部形成工程は、前記第１の状態のピストン本体部における前記第１スカート部の外周側に複数の前記第２の溝を形成し、第２の状態のピストン本体部を形成する工程であり、
　前記第１潤滑溝形成部形成工程は、前記第２の状態のピストン本体部における前記第１スカート部の外周側に複数の前記第１の溝を形成する工程であることを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
　請求項１３に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
　複数の前記第１の溝と複数の前記第２の溝は、同じ加工ツールによって形成されることを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
　請求項１３に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
　複数の前記第１の溝が形成された領域である前記第１潤滑溝形成部は、前記第２潤滑溝形成部形成工程において複数の前記第２の溝が形成されたときの加工ツールによる加工痕を有することを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。