ピストンとコンロッドとの球面連結構造
【課題】 ピストンとコンロッド小端部との連結部の隙間をより均一にするとともに、その連結部の温度を低減することにより、連結部のより均一な油膜形成を促進させる。
【解決手段】 ピストン１３の冠部５０の裏面５３に突出部５４を設け、この突出部５４に凹状の第１球面８５を設け、この第１球面８５にコンロッド１６に設けた球状の小端部２４の上半球部２４ａを滑り可能に嵌合させ、小端部２４の下半球部２４ｂに、下部保持部材５７に設けた凹状の第２球面９１を滑り可能に嵌合させ、突出部５４におねじ７８を形成し、下部保持部材５７を保持する筒部９５にめねじ１０３を形成し、これらのおねじ７８とめねじ１０３とをねじ結合することで小端部２４を第１球面８５と第２球面９１とで保持し、突出部５４内に凹部７５を設け、この凹部７５内に位置調整可能に上部保持部材５６を配置し、この上部保持部材５６に第１球面８５を形成した。
【解決手段】 ピストン１３の冠部５０の裏面５３に突出部５４を設け、この突出部５４に凹状の第１球面８５を設け、この第１球面８５にコンロッド１６に設けた球状の小端部２４の上半球部２４ａを滑り可能に嵌合させ、小端部２４の下半球部２４ｂに、下部保持部材５７に設けた凹状の第２球面９１を滑り可能に嵌合させ、突出部５４におねじ７８を形成し、下部保持部材５７を保持する筒部９５にめねじ１０３を形成し、これらのおねじ７８とめねじ１０３とをねじ結合することで小端部２４を第１球面８５と第２球面９１とで保持し、突出部５４内に凹部７５を設け、この凹部７５内に位置調整可能に上部保持部材５６を配置し、この上部保持部材５６に第１球面８５を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造として、本出願人は、特願２００３−３８１４１６で、ピストン側とコンロッド側とを締結部材でねじ結合することで球面継手を構成するものを提案した。また他に、ピストンとコンロッドとの球面連結構造に球面継手を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開平３−１７３６９号公報
【０００３】
上記特願２００３−３８１４１６の図４（ここでは、図の下部は省いた。）を図９で説明する。なお、符号は振り直した。
図９は従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第１断面図であり、ピストン２００の冠部２０１の裏面に突出部としてのカップ状支持部２０２を形成し、このカップ状支持部２０２に下向き凹部２０３、凹状半球面２０４及びめねじ２０６を形成し、凹状半球面２０４にコンロッド２０７の小端部２０８の上半部を滑り自在に嵌合させ、小端部２０８の下半部にホルダ２１１に形成した凹状の球面２１２，２１２を滑り自在に嵌合させ、締結部材２１３に形成したおねじ２１４を上記しためねじ２０６にねじ結合することで、カップ状支持部２０２にホルダ２１１を固定してピストン２００とコンロッド２０７とを連結したことを示す。
【０００４】
また、特許文献１の第１図を以下の図１０で説明する。なお、符号は振り直した。
図１０は従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第２断面図であり、ピストン２２０の冠部裏面に半球状の凹部２２１を形成し、この凹部２２１にロッド２２２の略球状とした小端部２２３を当て、凹部２２１の周囲の面に小端部２２３を保持するフランジ２２４を複数のボルト２２６で取付けることでピストン２２０とロッド２２２とを連結したことを示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９において、例えば、ピストン２００における凹状半球面２０４とめねじ２０６との加工精度によって、凹状半球面２０４の中心を通り冠面２１６に垂直な中心線２１７と、めねじ２０６の軸線２１８とにずれが生じ、締結部材２１３を締め込むときに締め付けが難しくなることがある。上記の加工精度を高めれば、コストアップを招く。
【０００６】
また、上記の中心線２１７と軸線２１８とのずれがほとんど無い場合でも、例えば、締結部材２１３の締め付けによってホルダ２１１が下向き凹部２０３内で端に寄った状態で取付けられ、ホルダ２１１の球面２１２，２１２の一部がコンロッド２０７の小端部２０８の下半部に局部的に強く当たった状態になり、凹状半球面２０４及び球面２１２，２１２と、小端部２０８との隙間が均一にならず、油膜の形成が不均一となる場合がある。
【０００７】
図１０において、例えば、ボルト２２６，２２６を締め込んで、ピストン２２０にフランジ２２４を取付ける場合に、フランジ２２４が所定位置から大きく移動してフランジ２２４の一部がコンロッド２２２の小端部２２３に局部的に強く当たり、小端部２２３とフランジ２２４との間の油膜の形成が困難になる場合がある。
【０００８】
また、ピストン２２０とコンロッド２２２とをこのような球面継手構造で連結する場合、ピストン２２０とコンロッド２２２との連結部がピストン２２０の中央に位置し、且つ凹部２２１が燃焼室により近い位置にあると、上記の連結部の温度が高くなり、連結部の油膜形成が更に困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造を改良することで、ピストンとコンロッド小端部との連結部の隙間をより均一にするとともに、その連結部の温度を低減することにより、連結部のより均一な油膜形成を促進させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、内燃機関に組み込むピストンの冠部裏面に突出部を設け、この突出部の底に凹状の第１球面を設け、この第１球面にコンロッドに設けた球状の小端部の先端側を滑り可能に嵌合させ、小端部の大端部側に、保持部材に設けた凹状の第２球面を滑り可能に嵌合させ、突出部に第１ねじを形成し、保持部材を保持する保持締結部に第２ねじを形成し、これらの第１ねじと第２ねじとをねじ結合することで小端部を第１球面と第２球面とで保持するピストンとコンロッドとの球面連結構造であって、突出部内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材を配置し、この位置調整部材に第１球面を形成したことを特徴とする。
【００１１】
コンロッドの球状とした小端部の先端側を、位置調整部材に形成した第１球面に滑り自在に嵌合させ、保持部材に設けた凹状の第２球面を、小端部の大端部側に滑り自在に嵌合させるときに、位置調整空間内に配置した位置調整部材で位置調整して第１球面と第２球面とを自動的に調心させる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、ピストンを、突出部を含む上部ピストンと、保持締結部を含む下部ピストンとに分割したことを特徴とする。
突出部を含む上部ピストンと、保持締結部を含む下部ピストンとを分割することで、上部ピストンと下部ピストンとの間に油膜が介在し、上部ピストンから下部ピストンへ熱が伝達し難くなる。また、上部ピストンと下部ピストンとを別の材料で造ることが可能になる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、位置調整部材及び保持部材の少なくとも一方を、セラミックスから構成したことを特徴とする。
位置調整部材及び支持部材の少なくとも一方の耐摩耗性、耐熱性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、位置調整部材に第１球面を形成したので、第１球面が位置調整可能なため、第１球面と第２球面とを自動調心することができ、小端部と、第１球面及び第２球面との隙間を均一にすることができて、より均一な油膜を形成することができる。
【００１５】
また、突出部への保持締結部の締め付けを容易に行うことができ、作業性を向上させることができるとともに、突出部及び保持締結部を高精度に加工しなくてもよいからコストを低減することができる。
【００１６】
更に、ピストンの冠部裏面に設けた突出部と位置調整部材とが分離されるため、ピストン冠部からの熱が位置調整部材に伝わり難くなり、第１球面の熱変形、油膜切れを抑制することができ、第１球面とコンロッド小端部の先端側との摺動部の摩耗を小さくすることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明では、上部ピストンと下部ピストンとに分離したので、上部ピストンから下部ピストンへの熱伝達を抑制することができ、下部ピストン、特にスカート部の熱変形、熱膨張が小さくなるため、下部ピストンとシリンダ壁とのクリアランスを小さくすることができ、ピストンの首振り、並進等のスラップ運動が小さくなり、ピストン打音の発生を抑えることができる。
【００１８】
また、上部ピストンと下部ピストンとを別な材料で造ることができ、例えば、上部ピストンを、下部ピストンよりも耐熱性の良い材料で造ることができるから、ピストン全体を耐熱性の良い材料で造るよりもコストを削減することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明では、位置調整部材及び支持部材の少なくとも一方を、セラミックスから構成したので、耐摩耗性、耐熱性を向上させることができ、ピストンの耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造を採用した内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持する組立式のクランクシャフト１８とを備える。
【００２１】
シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合させるとともにシリンダボア１２を形成した筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けたアッパークランクケース２３とからなる。
【００２２】
コンロッド１６は、ピストン１３に連結した球形状の小端部２４と、クランクピン１７に連結した大端部２５と、これらの小端部２４及び大端部２５のそれぞれを連結するロッド部２６とを一体成形した部材であり、大端部２５をクランクピン１７に滑り軸受３１を介して連結したものである。
【００２３】
ここで、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はアッパークランクケース２３とでクランクケースを形成するためにアッパークランクケース２３の下部に複数のボルト４１で取付けたロワークランクケース、４２はロワークランクケース３８の下部に複数のボルト４４で取付けたオイルパンである。
【００２４】
図２は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図であり、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付け、クランクシャフト１８にコンロッド１６をスイング自在に取付けたことを示す。
【００２５】
ピストン１６は、例えば、材質ＡＣ８Ａ［ＪＩＳ Ｈ ５２０２］の素材を鋳造にて製造し、熱処理としてＴ６処理を施した後に機械加工を施した部材である。
コンロッド１６としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はチタン合金製が好適である。
【００２６】
図３は本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図であり、ピストン１３は、燃焼室３７（図１参照）を形成する冠部５０を備える上部ピストン５１と、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａを滑り可能に保持するために上部ピストン５１の冠部５０の裏面５３から突出させた突出部５４内に配置した上部保持部材５６と、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂを滑り可能に保持する下部保持部材５７と、この下部保持部材５７を保持するために上部ピストン５１にねじ結合した下部ピストン５８とからなる。
【００２７】
上部ピストン５１は、円板状とした冠部５０と、この冠部５０の縁から下方に延ばした筒状で厚肉としたランド部６１と、このランド部６１から更に下方に延ばした筒状でランド部６１よりも薄肉とした上部スカート部６２と、前述の突出部５４とを一体成形した部材である。
【００２８】
冠部５０は、燃焼室３７（図１参照）に臨む冠面６４を備える。
ランド部６１は、冠面６４側から順に、トップランド６６、トップリング溝６７、セカンドランド６８、セカンドリング溝７１、サードランド７２及びオイルリング溝７３を設けた部分であり、トップリング溝６７にトップリング（不図示）を嵌め、セカンドリング溝７１にセカンドリング（不図示）を嵌め、オイルリング溝７３にオイルリング（不図示）を嵌める。
【００２９】
突出部５４は、上部保持部材５６をピストン１３の半径方向に移動可能に収納する凹部７５と、この凹部７５の開口部７６側の外周面７７に形成したおねじ７８とを備え、凹部７５は、底部８１に小凹部８２を形成した部分である。
【００３０】
上部保持部材５６は、耐熱性、耐摩耗性に優れた窒化ケイ素系セラミックス製であり、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第１球面８５と、上部ピストン５１の小凹部８２内に位置する小凸部８６とを備え、凹部７５の内周面８７と上部保持部材５６の外周面８８とは片側にそれぞれ隙間Ｃを有し、同様に、小凹部８２と小凸部８６との間にも片側にそれぞれ隙間Ｃ（不図示）を有する。この隙間Ｃは凹部７５の内周面８７とコンロッド１６の小端部２４との間にも片側にそれぞれ有する。
上記の窒化ケイ素系セラミックスとしては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）が好適である。
【００３１】
下部保持部材５７は、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第２球面９１と、下部ピストン５８に嵌合する外周面９２及びおすテーパ部９３と、上部ピストン５１の突出部５４の端面５４ａに当接する当接面９４とを備える４分割とした窒化ケイ素系セラミックス（上に上げた材料が好適である。）製の部材であり、回り止め用ピン（不図示）で上部ピストン５１の突出部５４に対して回転しないようにするとともに、コンロッド１６のロッド部２６に当てる被案内面を設けることでピストン１３をコンロッド１６に対して回転しないようにする部材でもある。なお、５７ａ〜５７ｄ（５７ｃ，５７ｄは不図示）は、下部保持部材５７を構成する４つの分割体である。
【００３２】
下部ピストン５８は、上部ピストン５１の突出部５４の下部及び下部保持部材５７を囲むように配置した筒部９５と、この筒部９５から放射状に延ばした複数のリブ９６と、これらのリブ９６の各先端に連結した円筒状の下部スカート部９７とを一体成形した部材であり、全周に備える下部スカート部９７の上端面９７ａを上部ピストン５１の上部スカート部６２の下端面６２ａに当てた部材である。
【００３３】
筒部９５は、穴部９８に、下部保持部材５７のおすテーパ部９３に密着させためすテーパ部１０１と、下部保持部材５７の外周面９２に所定の隙間を有して嵌合する内周面１０２と、上部ピストン５１のおねじ７８にねじ結合するために内周面１０２の上部に形成しためねじ１０３とを備える。
【００３４】
おすテーパ部９３とめすテーパ部１０１とは、嵌合させることにより筒部９５の軸線に対して下部保持部材５７の軸線を一致させることが可能な部分である。
上記した上部ピストン５１のおねじ７８及び下部ピストン５８のめねじ１０３とは、ねじ結合部１０４を構成する部分である。
【００３５】
上部ピストン５１と下部ピストン５８とは、それらの質量をほぼ同一とした部材であり、上部保持部材５６と下部保持部材５７との質量をほぼ同一としているから、上部ピストン５１及び上部保持部材５６からなる上部ピストン半体１０５Ａの質量と、下部ピストン５８及び下部保持部材５７からなる下部ピストン半体１０５Ｂの質量とはほぼ同一となる。
【００３６】
コンロッド１６は、ロッド部２６の内部に軽量化のための中空部１０６，１０７，１０８，１１０を設け、小端部２４の内部に軽量のための中空部１１０を設けた部材であり、大端部２５（図１参照）側から球面継手１４の滑り面にオイルを供給するためにオイル穴１１４，１１５を設けたものである。
【００３７】
上記した突出部５４、上部保持部材５６、下部保持部材５７、筒部９５及び小端部２４は、上記した球面継手１４を構成する部分である。
１１７は球状の小端部２４の中心を示す中心点であり、ピストン１３の重心でもあるが、中心点１１７をピストン１３の重心にほぼ一致させてもよい。
１１８はピストン１３の軸線である。１１９は中心点１１７を通り且つ軸線１１８に直交する平面に含まれる直線である。
【００３８】
図４は本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図（一部断面図）であり、下部ピストン５８は、筒部９５と下部スカート部９７とを連結する複数のリブ９６を備える。ここでは、隣り合うリブ９６のなす角度θを皆等しくしたが、これに限らず、隣り合うリブ９６のなす角度を、スラスト側と反スラスト側とで異ならせてもよいし、あるいは、スラスト−反スラスト方向に直交する方向、例えば、クランクシャフトを車両前後方向に延ばした内燃機関ではフロント−リヤ方向のフロント側とリヤ側とで異ならせてもよい。また、このようなリブ９６に相当するものを上部ピストン５１（図３参照）に設けてもよく、これにより、上部ピストン５１の冠部５０（図３参照）に発生する応力を各リブへ均等に分散することができ、上部ピストン５１に発生する応力の最大値を低くすることができる。
【００３９】
コンロッド１６は、小端部２４（図３参照）に近いロッド部２６の側面２６ａ，２６ａに、平坦で且つコンロッド１６がスイング（揺動）する方向（図の左右方向である。）に平行な案内面２６ｂ、２６ｂをそれぞれ形成したものであり、下部保持部材５７（形状の理解を容易にするために太線で示した部分である。）は、コンロッド１６を通すために設けた矩形状開口部５７ｅに各分割体５７ａ〜５７ｄ毎に、上記の案内面２６ｂ，２６ｂに当たりながら案内される被案内面５７ｆを設けたものである。
【００４０】
上記したように、コンロッド１６に案内面２６ｂ、２６ｂを設け、下部保持部材５７に案内面２６ｂ，２６ｂに案内される被案内面５７ｆ、５７ｆを設けたことで、コンロッド１６に対してピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防ぐことができる。
【００４１】
以上に述べたピストン１３とコンロッド１６との組立要領を図５〜図７で説明する。
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第１作用図である。
（ａ）において、下部ピストン５８の穴部９８にコンロッド１６の小端部２４が入るように下部ピストン５８を矢印の向きに移動させ、（ｂ）に示すように、下部ピストン５８を小端部２４から離した状態で、下部保持部材５７の各分割体５７ａ〜５７ｄ（５７ａ，５７ｂのみ示す。）の各第２球面９１が小端部２４の下半球部２４ｂに密着するように矢印の向きに移動させる。
【００４２】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第２作用図である。
（ａ）において、下部保持部材５７の各分割体５７ａ〜５７ｄ（５７ａ，５７ｂのみ示す。）を小端部２４に密着させた状態で、下部ピストン５８を矢印の向きに移動させ、下部ピストン５８の内周面１０２及びめすテーパ部１０１を、それぞれ下部保持部材５７の外周面９２及びおすテーパ部９３に嵌合させる。
（ｂ）において、矢印で示すように、上部保持部材５６を小端部２４に被せ、小端部２４の上半球部２４ａと上部保持部材５６の第１球面８５とを密着させる。
【００４３】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第３作用図である。
（ａ）において、上部ピストン５１の凹部７５に上部保持部材５６が入るように上部ピストン５１を矢印の向きに移動させ、上部ピストン５１のおねじ７８を下部ピストン５８のめねじ１０３にねじ結合する。
【００４４】
このとき、（ｂ）に示すように、例えば、おねじ７８（又はめねじ１０３（（ａ）参照））の軸線１２０と、コンロッド１６の小端部２４の中心点１１７を通る中心線１２１（この中心線１２１は、（ａ）に示した第１球面８５及び第２球面９１の中心も通る。）とにずれ量δがあっても、上部ピストン５１の凹部７５内を上部保持部材５６及び小端部２４が矢印の向きに一体的に移動することで軸線１２０に対して中心線１２１が自動調心され（即ち、軸線１２０と中心線１２１とが一致し）、おねじ７８とめねじ１０３とのねじ結合を容易に行うことができるとともに、小端部２４と、第１球面８５及び第２球面９１との隙間をより均一に保つことができる。
【００４５】
図８は本発明に係るピストンの作用を示す作用図である。
燃焼室３７内の混合気の爆発によって、上部ピストン５１の冠部５０の温度が上昇すると、冠部５０の熱は、矢印で示すように、突出部５４に伝わるが、上部保持部材５６は冠部５０とは別部材であり、しかも、冠部５０と上部保持部材５６との間には油膜が存在するために、冠部５０から上部保持部材５６には熱が伝わり難い。従って、上部保持部材５６の第１球面８５とコンロッド１６の小端部２４との摺動部の温度を低くすることができ、摺動部の熱変形を小さくでき、油膜切れを発生し難くすることができる。
【００４６】
また、上部ピストン５１と下部ピストン５８とを別体としたので、上部ピストン５１から下部ピストン５８へ熱が伝わり難くなり、下部ピストン５８の温度、詳しくは、下部スカート部９７の温度を低くすることができるから、シリンダボア１２と下部スカート部９７との隙間を小さく設定することができ、ピストン１３の首振り（小端部２４を中心とした揺動運動）、並進（スラスト−反スラスト方向の移動）等のスラップ運動時のシリンダボア１２への衝突エネルギーを小さくすることができて、ピストン打音を発生し難くすることができる。
【００４７】
以上の図３及び図７（ａ），（ｂ）に示したように、本発明は第１に、内燃機関１０（図１参照）に組み込むピストン１３の冠部５０の裏面５３に突出部５４を設け、この突出部５４の底に凹状の第１球面８５を設け、この第１球面８５にコンロッド１６に設けた球状の小端部２４の先端側、即ち、上半球部２４ａを滑り可能に嵌合させ、小端部２４の大端部２５側、即ち、下半球部２４ｂに、保持部材としての下部保持部材５７に設けた凹状の第２球面９１を滑り可能に嵌合させ、突出部５４に第１ねじとしてのおねじ７８を形成し、下部保持部材５７を保持する保持締結部としての筒部９５に第２ねじとしてのめねじ１０３を形成し、これらのおねじ７８とめねじ１０３とをねじ結合することで小端部２４を第１球面８５と第２球面９１とで保持するピストン１３とコンロッド１６との球面連結構造であって、突出部５４内に位置調整空間としての凹部７５を設け、この凹部７５内に位置調整可能に位置調整部材としての上部保持部材５６を配置し、この上部保持部材５６に第１球面８５を形成したことを特徴とする。
【００４８】
上部保持部材５６に第１球面８５を形成したので、第１球面８５が位置調整可能なため、第１球面８５と第２球面９１とを自動調心することができ、小端部２４と、第１球面８５及び第２球面９１との隙間を均一にすることができて、より均一な油膜を形成することができる。
【００４９】
また、突出部５４への筒部９５の締め付けを容易に行うことができ、作業性を向上させることができるとともに、突出部５４及び筒部９５を高精度に加工しなくてもよいからコストを低減することができる。
【００５０】
更に、図８に示したように、ピストン１３の冠部５０の裏面５３に設けた突出部５４と上部保持部材５６とが分離されるため、ピストン１３の冠部５０からの熱が上部保持部材５６に伝わり難くなり、第１球面８５の熱変形、油膜切れを抑制することができ、第１球面８５とコンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａとの摺動部の摩耗を小さくすることができる。
【００５１】
本発明は第２に、図３及び図８に示したように、ピストン１３を、突出部５４を含む上部ピストン５１と、筒部９５を含む下部ピストン５８とに分割したことを特徴とする。
上部ピストン５１と下部ピストン５８とに分離したので、上部ピストン５１から下部ピストン５８への熱伝達を抑制することができ、下部ピストン５８、特に下部スカート部９７の熱変形、熱膨張が小さくなるため、下部スカート部９７とシリンダボア１２とのクリアランスを小さくすることができ、ピストン１６の首振り、並進等のスラップ運動が小さくなり、ピストン打音の発生を抑えることができる。
【００５２】
また、上部ピストン５１と下部ピストン５８とを別な材料で造ることができ、例えば、上部ピストン５１を、下部ピストン５８よりも耐熱性の良い材料で造ることができるから、ピストンの全体を耐熱性の良い材料で造るよりもコストを削減することができる。
【００５３】
本発明は第３に、上部保持部材５６及び下部保持部材５７の少なくとも一方を、セラミックスから構成したことを特徴とする。
上部保持部材５６及び下部保持部材５７の少なくとも一方の耐摩耗性、耐熱性を向上させることができ、ピストン１６の耐久性を高めることができる。
【００５４】
また、上部保持部材５６をセラミックス製とした場合には、上部保持部材５６が断熱部材となり、冠部５０側から第１球面８５と上半球部２４ａとの摺動部へ伝わる熱を大幅に減少させることができる。
【００５５】
尚、本発明では、上部ピストンの突出部内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材を配置し、この位置調整部材に第１球面を形成したが、これに限らず、下部ピストン（詳しくは、図３に示した筒部９５に相当する部分）内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材（図３に示した下部保持部材５７に相当する部材）を配置し、この位置調整部材に第２球面を形成してもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、図３で説明したように、上部保持部材５６と下部保持部材５７との両方を窒化ケイ素系セラミックス製としたが、これに限らず、上部保持部材５６及び下部保持部材５７の少なくとも一方を窒化ケイ素系セラミックス製としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のピストンとコンロッドとの球面連結構造は、二輪車、四輪車の内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造を採用した内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図である。
【図４】本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図である。
【図５】本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第１作用図である。
【図６】本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第２作用図である。
【図７】本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第３作用図である。
【図８】本発明に係るピストンの作用を示す作用図である。
【図９】従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第１断面図である。
【図１０】従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第２断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０…内燃機関、１３…ピストン、１６…コンロッド、２４…小端部、２４ａ…上半球部、２４ｂ…下半球部、５０…冠部、５１…上部ピストン、５３…裏面、５４…突出部、５６…位置調整部材（上部保持部材）、５７…保持部材（下部保持部材）、５８…下部ピストン、７５…位置調整空間（凹部）、７８…第１ねじ（おねじ）、８５…第１球面、９１…第２球面、９５…保持締結部（筒部）、１０３…第２ねじ（めねじ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造として、本出願人は、特願２００３−３８１４１６で、ピストン側とコンロッド側とを締結部材でねじ結合することで球面継手を構成するものを提案した。また他に、ピストンとコンロッドとの球面連結構造に球面継手を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開平３−１７３６９号公報
【０００３】
上記特願２００３−３８１４１６の図４（ここでは、図の下部は省いた。）を図９で説明する。なお、符号は振り直した。
図９は従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第１断面図であり、ピストン２００の冠部２０１の裏面に突出部としてのカップ状支持部２０２を形成し、このカップ状支持部２０２に下向き凹部２０３、凹状半球面２０４及びめねじ２０６を形成し、凹状半球面２０４にコンロッド２０７の小端部２０８の上半部を滑り自在に嵌合させ、小端部２０８の下半部にホルダ２１１に形成した凹状の球面２１２，２１２を滑り自在に嵌合させ、締結部材２１３に形成したおねじ２１４を上記しためねじ２０６にねじ結合することで、カップ状支持部２０２にホルダ２１１を固定してピストン２００とコンロッド２０７とを連結したことを示す。
【０００４】
また、特許文献１の第１図を以下の図１０で説明する。なお、符号は振り直した。
図１０は従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第２断面図であり、ピストン２２０の冠部裏面に半球状の凹部２２１を形成し、この凹部２２１にロッド２２２の略球状とした小端部２２３を当て、凹部２２１の周囲の面に小端部２２３を保持するフランジ２２４を複数のボルト２２６で取付けることでピストン２２０とロッド２２２とを連結したことを示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９において、例えば、ピストン２００における凹状半球面２０４とめねじ２０６との加工精度によって、凹状半球面２０４の中心を通り冠面２１６に垂直な中心線２１７と、めねじ２０６の軸線２１８とにずれが生じ、締結部材２１３を締め込むときに締め付けが難しくなることがある。上記の加工精度を高めれば、コストアップを招く。
【０００６】
また、上記の中心線２１７と軸線２１８とのずれがほとんど無い場合でも、例えば、締結部材２１３の締め付けによってホルダ２１１が下向き凹部２０３内で端に寄った状態で取付けられ、ホルダ２１１の球面２１２，２１２の一部がコンロッド２０７の小端部２０８の下半部に局部的に強く当たった状態になり、凹状半球面２０４及び球面２１２，２１２と、小端部２０８との隙間が均一にならず、油膜の形成が不均一となる場合がある。
【０００７】
図１０において、例えば、ボルト２２６，２２６を締め込んで、ピストン２２０にフランジ２２４を取付ける場合に、フランジ２２４が所定位置から大きく移動してフランジ２２４の一部がコンロッド２２２の小端部２２３に局部的に強く当たり、小端部２２３とフランジ２２４との間の油膜の形成が困難になる場合がある。
【０００８】
また、ピストン２２０とコンロッド２２２とをこのような球面継手構造で連結する場合、ピストン２２０とコンロッド２２２との連結部がピストン２２０の中央に位置し、且つ凹部２２１が燃焼室により近い位置にあると、上記の連結部の温度が高くなり、連結部の油膜形成が更に困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造を改良することで、ピストンとコンロッド小端部との連結部の隙間をより均一にするとともに、その連結部の温度を低減することにより、連結部のより均一な油膜形成を促進させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、内燃機関に組み込むピストンの冠部裏面に突出部を設け、この突出部の底に凹状の第１球面を設け、この第１球面にコンロッドに設けた球状の小端部の先端側を滑り可能に嵌合させ、小端部の大端部側に、保持部材に設けた凹状の第２球面を滑り可能に嵌合させ、突出部に第１ねじを形成し、保持部材を保持する保持締結部に第２ねじを形成し、これらの第１ねじと第２ねじとをねじ結合することで小端部を第１球面と第２球面とで保持するピストンとコンロッドとの球面連結構造であって、突出部内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材を配置し、この位置調整部材に第１球面を形成したことを特徴とする。
【００１１】
コンロッドの球状とした小端部の先端側を、位置調整部材に形成した第１球面に滑り自在に嵌合させ、保持部材に設けた凹状の第２球面を、小端部の大端部側に滑り自在に嵌合させるときに、位置調整空間内に配置した位置調整部材で位置調整して第１球面と第２球面とを自動的に調心させる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、ピストンを、突出部を含む上部ピストンと、保持締結部を含む下部ピストンとに分割したことを特徴とする。
突出部を含む上部ピストンと、保持締結部を含む下部ピストンとを分割することで、上部ピストンと下部ピストンとの間に油膜が介在し、上部ピストンから下部ピストンへ熱が伝達し難くなる。また、上部ピストンと下部ピストンとを別の材料で造ることが可能になる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、位置調整部材及び保持部材の少なくとも一方を、セラミックスから構成したことを特徴とする。
位置調整部材及び支持部材の少なくとも一方の耐摩耗性、耐熱性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、位置調整部材に第１球面を形成したので、第１球面が位置調整可能なため、第１球面と第２球面とを自動調心することができ、小端部と、第１球面及び第２球面との隙間を均一にすることができて、より均一な油膜を形成することができる。
【００１５】
また、突出部への保持締結部の締め付けを容易に行うことができ、作業性を向上させることができるとともに、突出部及び保持締結部を高精度に加工しなくてもよいからコストを低減することができる。
【００１６】
更に、ピストンの冠部裏面に設けた突出部と位置調整部材とが分離されるため、ピストン冠部からの熱が位置調整部材に伝わり難くなり、第１球面の熱変形、油膜切れを抑制することができ、第１球面とコンロッド小端部の先端側との摺動部の摩耗を小さくすることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明では、上部ピストンと下部ピストンとに分離したので、上部ピストンから下部ピストンへの熱伝達を抑制することができ、下部ピストン、特にスカート部の熱変形、熱膨張が小さくなるため、下部ピストンとシリンダ壁とのクリアランスを小さくすることができ、ピストンの首振り、並進等のスラップ運動が小さくなり、ピストン打音の発生を抑えることができる。
【００１８】
また、上部ピストンと下部ピストンとを別な材料で造ることができ、例えば、上部ピストンを、下部ピストンよりも耐熱性の良い材料で造ることができるから、ピストン全体を耐熱性の良い材料で造るよりもコストを削減することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明では、位置調整部材及び支持部材の少なくとも一方を、セラミックスから構成したので、耐摩耗性、耐熱性を向上させることができ、ピストンの耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造を採用した内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持する組立式のクランクシャフト１８とを備える。
【００２１】
シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合させるとともにシリンダボア１２を形成した筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けたアッパークランクケース２３とからなる。
【００２２】
コンロッド１６は、ピストン１３に連結した球形状の小端部２４と、クランクピン１７に連結した大端部２５と、これらの小端部２４及び大端部２５のそれぞれを連結するロッド部２６とを一体成形した部材であり、大端部２５をクランクピン１７に滑り軸受３１を介して連結したものである。
【００２３】
ここで、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はアッパークランクケース２３とでクランクケースを形成するためにアッパークランクケース２３の下部に複数のボルト４１で取付けたロワークランクケース、４２はロワークランクケース３８の下部に複数のボルト４４で取付けたオイルパンである。
【００２４】
図２は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図であり、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付け、クランクシャフト１８にコンロッド１６をスイング自在に取付けたことを示す。
【００２５】
ピストン１６は、例えば、材質ＡＣ８Ａ［ＪＩＳ Ｈ ５２０２］の素材を鋳造にて製造し、熱処理としてＴ６処理を施した後に機械加工を施した部材である。
コンロッド１６としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はチタン合金製が好適である。
【００２６】
図３は本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図であり、ピストン１３は、燃焼室３７（図１参照）を形成する冠部５０を備える上部ピストン５１と、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａを滑り可能に保持するために上部ピストン５１の冠部５０の裏面５３から突出させた突出部５４内に配置した上部保持部材５６と、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂを滑り可能に保持する下部保持部材５７と、この下部保持部材５７を保持するために上部ピストン５１にねじ結合した下部ピストン５８とからなる。
【００２７】
上部ピストン５１は、円板状とした冠部５０と、この冠部５０の縁から下方に延ばした筒状で厚肉としたランド部６１と、このランド部６１から更に下方に延ばした筒状でランド部６１よりも薄肉とした上部スカート部６２と、前述の突出部５４とを一体成形した部材である。
【００２８】
冠部５０は、燃焼室３７（図１参照）に臨む冠面６４を備える。
ランド部６１は、冠面６４側から順に、トップランド６６、トップリング溝６７、セカンドランド６８、セカンドリング溝７１、サードランド７２及びオイルリング溝７３を設けた部分であり、トップリング溝６７にトップリング（不図示）を嵌め、セカンドリング溝７１にセカンドリング（不図示）を嵌め、オイルリング溝７３にオイルリング（不図示）を嵌める。
【００２９】
突出部５４は、上部保持部材５６をピストン１３の半径方向に移動可能に収納する凹部７５と、この凹部７５の開口部７６側の外周面７７に形成したおねじ７８とを備え、凹部７５は、底部８１に小凹部８２を形成した部分である。
【００３０】
上部保持部材５６は、耐熱性、耐摩耗性に優れた窒化ケイ素系セラミックス製であり、コンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第１球面８５と、上部ピストン５１の小凹部８２内に位置する小凸部８６とを備え、凹部７５の内周面８７と上部保持部材５６の外周面８８とは片側にそれぞれ隙間Ｃを有し、同様に、小凹部８２と小凸部８６との間にも片側にそれぞれ隙間Ｃ（不図示）を有する。この隙間Ｃは凹部７５の内周面８７とコンロッド１６の小端部２４との間にも片側にそれぞれ有する。
上記の窒化ケイ素系セラミックスとしては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）が好適である。
【００３１】
下部保持部材５７は、コンロッド１６の小端部２４の下半球部２４ｂに滑り可能に嵌合する凹状の球面としての第２球面９１と、下部ピストン５８に嵌合する外周面９２及びおすテーパ部９３と、上部ピストン５１の突出部５４の端面５４ａに当接する当接面９４とを備える４分割とした窒化ケイ素系セラミックス（上に上げた材料が好適である。）製の部材であり、回り止め用ピン（不図示）で上部ピストン５１の突出部５４に対して回転しないようにするとともに、コンロッド１６のロッド部２６に当てる被案内面を設けることでピストン１３をコンロッド１６に対して回転しないようにする部材でもある。なお、５７ａ〜５７ｄ（５７ｃ，５７ｄは不図示）は、下部保持部材５７を構成する４つの分割体である。
【００３２】
下部ピストン５８は、上部ピストン５１の突出部５４の下部及び下部保持部材５７を囲むように配置した筒部９５と、この筒部９５から放射状に延ばした複数のリブ９６と、これらのリブ９６の各先端に連結した円筒状の下部スカート部９７とを一体成形した部材であり、全周に備える下部スカート部９７の上端面９７ａを上部ピストン５１の上部スカート部６２の下端面６２ａに当てた部材である。
【００３３】
筒部９５は、穴部９８に、下部保持部材５７のおすテーパ部９３に密着させためすテーパ部１０１と、下部保持部材５７の外周面９２に所定の隙間を有して嵌合する内周面１０２と、上部ピストン５１のおねじ７８にねじ結合するために内周面１０２の上部に形成しためねじ１０３とを備える。
【００３４】
おすテーパ部９３とめすテーパ部１０１とは、嵌合させることにより筒部９５の軸線に対して下部保持部材５７の軸線を一致させることが可能な部分である。
上記した上部ピストン５１のおねじ７８及び下部ピストン５８のめねじ１０３とは、ねじ結合部１０４を構成する部分である。
【００３５】
上部ピストン５１と下部ピストン５８とは、それらの質量をほぼ同一とした部材であり、上部保持部材５６と下部保持部材５７との質量をほぼ同一としているから、上部ピストン５１及び上部保持部材５６からなる上部ピストン半体１０５Ａの質量と、下部ピストン５８及び下部保持部材５７からなる下部ピストン半体１０５Ｂの質量とはほぼ同一となる。
【００３６】
コンロッド１６は、ロッド部２６の内部に軽量化のための中空部１０６，１０７，１０８，１１０を設け、小端部２４の内部に軽量のための中空部１１０を設けた部材であり、大端部２５（図１参照）側から球面継手１４の滑り面にオイルを供給するためにオイル穴１１４，１１５を設けたものである。
【００３７】
上記した突出部５４、上部保持部材５６、下部保持部材５７、筒部９５及び小端部２４は、上記した球面継手１４を構成する部分である。
１１７は球状の小端部２４の中心を示す中心点であり、ピストン１３の重心でもあるが、中心点１１７をピストン１３の重心にほぼ一致させてもよい。
１１８はピストン１３の軸線である。１１９は中心点１１７を通り且つ軸線１１８に直交する平面に含まれる直線である。
【００３８】
図４は本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図（一部断面図）であり、下部ピストン５８は、筒部９５と下部スカート部９７とを連結する複数のリブ９６を備える。ここでは、隣り合うリブ９６のなす角度θを皆等しくしたが、これに限らず、隣り合うリブ９６のなす角度を、スラスト側と反スラスト側とで異ならせてもよいし、あるいは、スラスト−反スラスト方向に直交する方向、例えば、クランクシャフトを車両前後方向に延ばした内燃機関ではフロント−リヤ方向のフロント側とリヤ側とで異ならせてもよい。また、このようなリブ９６に相当するものを上部ピストン５１（図３参照）に設けてもよく、これにより、上部ピストン５１の冠部５０（図３参照）に発生する応力を各リブへ均等に分散することができ、上部ピストン５１に発生する応力の最大値を低くすることができる。
【００３９】
コンロッド１６は、小端部２４（図３参照）に近いロッド部２６の側面２６ａ，２６ａに、平坦で且つコンロッド１６がスイング（揺動）する方向（図の左右方向である。）に平行な案内面２６ｂ、２６ｂをそれぞれ形成したものであり、下部保持部材５７（形状の理解を容易にするために太線で示した部分である。）は、コンロッド１６を通すために設けた矩形状開口部５７ｅに各分割体５７ａ〜５７ｄ毎に、上記の案内面２６ｂ，２６ｂに当たりながら案内される被案内面５７ｆを設けたものである。
【００４０】
上記したように、コンロッド１６に案内面２６ｂ、２６ｂを設け、下部保持部材５７に案内面２６ｂ，２６ｂに案内される被案内面５７ｆ、５７ｆを設けたことで、コンロッド１６に対してピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防ぐことができる。
【００４１】
以上に述べたピストン１３とコンロッド１６との組立要領を図５〜図７で説明する。
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第１作用図である。
（ａ）において、下部ピストン５８の穴部９８にコンロッド１６の小端部２４が入るように下部ピストン５８を矢印の向きに移動させ、（ｂ）に示すように、下部ピストン５８を小端部２４から離した状態で、下部保持部材５７の各分割体５７ａ〜５７ｄ（５７ａ，５７ｂのみ示す。）の各第２球面９１が小端部２４の下半球部２４ｂに密着するように矢印の向きに移動させる。
【００４２】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第２作用図である。
（ａ）において、下部保持部材５７の各分割体５７ａ〜５７ｄ（５７ａ，５７ｂのみ示す。）を小端部２４に密着させた状態で、下部ピストン５８を矢印の向きに移動させ、下部ピストン５８の内周面１０２及びめすテーパ部１０１を、それぞれ下部保持部材５７の外周面９２及びおすテーパ部９３に嵌合させる。
（ｂ）において、矢印で示すように、上部保持部材５６を小端部２４に被せ、小端部２４の上半球部２４ａと上部保持部材５６の第１球面８５とを密着させる。
【００４３】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第３作用図である。
（ａ）において、上部ピストン５１の凹部７５に上部保持部材５６が入るように上部ピストン５１を矢印の向きに移動させ、上部ピストン５１のおねじ７８を下部ピストン５８のめねじ１０３にねじ結合する。
【００４４】
このとき、（ｂ）に示すように、例えば、おねじ７８（又はめねじ１０３（（ａ）参照））の軸線１２０と、コンロッド１６の小端部２４の中心点１１７を通る中心線１２１（この中心線１２１は、（ａ）に示した第１球面８５及び第２球面９１の中心も通る。）とにずれ量δがあっても、上部ピストン５１の凹部７５内を上部保持部材５６及び小端部２４が矢印の向きに一体的に移動することで軸線１２０に対して中心線１２１が自動調心され（即ち、軸線１２０と中心線１２１とが一致し）、おねじ７８とめねじ１０３とのねじ結合を容易に行うことができるとともに、小端部２４と、第１球面８５及び第２球面９１との隙間をより均一に保つことができる。
【００４５】
図８は本発明に係るピストンの作用を示す作用図である。
燃焼室３７内の混合気の爆発によって、上部ピストン５１の冠部５０の温度が上昇すると、冠部５０の熱は、矢印で示すように、突出部５４に伝わるが、上部保持部材５６は冠部５０とは別部材であり、しかも、冠部５０と上部保持部材５６との間には油膜が存在するために、冠部５０から上部保持部材５６には熱が伝わり難い。従って、上部保持部材５６の第１球面８５とコンロッド１６の小端部２４との摺動部の温度を低くすることができ、摺動部の熱変形を小さくでき、油膜切れを発生し難くすることができる。
【００４６】
また、上部ピストン５１と下部ピストン５８とを別体としたので、上部ピストン５１から下部ピストン５８へ熱が伝わり難くなり、下部ピストン５８の温度、詳しくは、下部スカート部９７の温度を低くすることができるから、シリンダボア１２と下部スカート部９７との隙間を小さく設定することができ、ピストン１３の首振り（小端部２４を中心とした揺動運動）、並進（スラスト−反スラスト方向の移動）等のスラップ運動時のシリンダボア１２への衝突エネルギーを小さくすることができて、ピストン打音を発生し難くすることができる。
【００４７】
以上の図３及び図７（ａ），（ｂ）に示したように、本発明は第１に、内燃機関１０（図１参照）に組み込むピストン１３の冠部５０の裏面５３に突出部５４を設け、この突出部５４の底に凹状の第１球面８５を設け、この第１球面８５にコンロッド１６に設けた球状の小端部２４の先端側、即ち、上半球部２４ａを滑り可能に嵌合させ、小端部２４の大端部２５側、即ち、下半球部２４ｂに、保持部材としての下部保持部材５７に設けた凹状の第２球面９１を滑り可能に嵌合させ、突出部５４に第１ねじとしてのおねじ７８を形成し、下部保持部材５７を保持する保持締結部としての筒部９５に第２ねじとしてのめねじ１０３を形成し、これらのおねじ７８とめねじ１０３とをねじ結合することで小端部２４を第１球面８５と第２球面９１とで保持するピストン１３とコンロッド１６との球面連結構造であって、突出部５４内に位置調整空間としての凹部７５を設け、この凹部７５内に位置調整可能に位置調整部材としての上部保持部材５６を配置し、この上部保持部材５６に第１球面８５を形成したことを特徴とする。
【００４８】
上部保持部材５６に第１球面８５を形成したので、第１球面８５が位置調整可能なため、第１球面８５と第２球面９１とを自動調心することができ、小端部２４と、第１球面８５及び第２球面９１との隙間を均一にすることができて、より均一な油膜を形成することができる。
【００４９】
また、突出部５４への筒部９５の締め付けを容易に行うことができ、作業性を向上させることができるとともに、突出部５４及び筒部９５を高精度に加工しなくてもよいからコストを低減することができる。
【００５０】
更に、図８に示したように、ピストン１３の冠部５０の裏面５３に設けた突出部５４と上部保持部材５６とが分離されるため、ピストン１３の冠部５０からの熱が上部保持部材５６に伝わり難くなり、第１球面８５の熱変形、油膜切れを抑制することができ、第１球面８５とコンロッド１６の小端部２４の上半球部２４ａとの摺動部の摩耗を小さくすることができる。
【００５１】
本発明は第２に、図３及び図８に示したように、ピストン１３を、突出部５４を含む上部ピストン５１と、筒部９５を含む下部ピストン５８とに分割したことを特徴とする。
上部ピストン５１と下部ピストン５８とに分離したので、上部ピストン５１から下部ピストン５８への熱伝達を抑制することができ、下部ピストン５８、特に下部スカート部９７の熱変形、熱膨張が小さくなるため、下部スカート部９７とシリンダボア１２とのクリアランスを小さくすることができ、ピストン１６の首振り、並進等のスラップ運動が小さくなり、ピストン打音の発生を抑えることができる。
【００５２】
また、上部ピストン５１と下部ピストン５８とを別な材料で造ることができ、例えば、上部ピストン５１を、下部ピストン５８よりも耐熱性の良い材料で造ることができるから、ピストンの全体を耐熱性の良い材料で造るよりもコストを削減することができる。
【００５３】
本発明は第３に、上部保持部材５６及び下部保持部材５７の少なくとも一方を、セラミックスから構成したことを特徴とする。
上部保持部材５６及び下部保持部材５７の少なくとも一方の耐摩耗性、耐熱性を向上させることができ、ピストン１６の耐久性を高めることができる。
【００５４】
また、上部保持部材５６をセラミックス製とした場合には、上部保持部材５６が断熱部材となり、冠部５０側から第１球面８５と上半球部２４ａとの摺動部へ伝わる熱を大幅に減少させることができる。
【００５５】
尚、本発明では、上部ピストンの突出部内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材を配置し、この位置調整部材に第１球面を形成したが、これに限らず、下部ピストン（詳しくは、図３に示した筒部９５に相当する部分）内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材（図３に示した下部保持部材５７に相当する部材）を配置し、この位置調整部材に第２球面を形成してもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、図３で説明したように、上部保持部材５６と下部保持部材５７との両方を窒化ケイ素系セラミックス製としたが、これに限らず、上部保持部材５６及び下部保持部材５７の少なくとも一方を窒化ケイ素系セラミックス製としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のピストンとコンロッドとの球面連結構造は、二輪車、四輪車の内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るピストンとコンロッドとの球面連結構造を採用した内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図である。
【図４】本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図である。
【図５】本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第１作用図である。
【図６】本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第２作用図である。
【図７】本発明に係るピストンとコンロッドとの組立要領を示す第３作用図である。
【図８】本発明に係るピストンの作用を示す作用図である。
【図９】従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第１断面図である。
【図１０】従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す第２断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０…内燃機関、１３…ピストン、１６…コンロッド、２４…小端部、２４ａ…上半球部、２４ｂ…下半球部、５０…冠部、５１…上部ピストン、５３…裏面、５４…突出部、５６…位置調整部材（上部保持部材）、５７…保持部材（下部保持部材）、５８…下部ピストン、７５…位置調整空間（凹部）、７８…第１ねじ（おねじ）、８５…第１球面、９１…第２球面、９５…保持締結部（筒部）、１０３…第２ねじ（めねじ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に組み込むピストンの冠部裏面に突出部を設け、この突出部の底に凹状の第１球面を設け、この第１球面にコンロッドに設けた球状の小端部の先端側を滑り可能に嵌合させ、前記小端部の大端部側に、保持部材に設けた凹状の第２球面を滑り可能に嵌合させ、
前記突出部に第１ねじを形成し、前記保持部材を保持する保持締結部に第２ねじを形成し、これらの第１ねじと第２ねじとをねじ結合することで前記小端部を前記第１球面と前記第２球面とで保持するピストンとコンロッドとの球面連結構造であって、
前記突出部内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材を配置し、この位置調整部材に前記第１球面を形成したことを特徴とするピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【請求項２】
前記ピストンは、前記突出部を含む上部ピストンと、前記保持締結部を含む下部ピストンとに分割されることを特徴とする請求項１記載のピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【請求項３】
前記位置調整部材及び前記保持部材の少なくとも一方は、セラミックスからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【請求項１】
内燃機関に組み込むピストンの冠部裏面に突出部を設け、この突出部の底に凹状の第１球面を設け、この第１球面にコンロッドに設けた球状の小端部の先端側を滑り可能に嵌合させ、前記小端部の大端部側に、保持部材に設けた凹状の第２球面を滑り可能に嵌合させ、
前記突出部に第１ねじを形成し、前記保持部材を保持する保持締結部に第２ねじを形成し、これらの第１ねじと第２ねじとをねじ結合することで前記小端部を前記第１球面と前記第２球面とで保持するピストンとコンロッドとの球面連結構造であって、
前記突出部内に位置調整空間を設け、この位置調整空間内に位置調整可能に位置調整部材を配置し、この位置調整部材に前記第１球面を形成したことを特徴とするピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【請求項２】
前記ピストンは、前記突出部を含む上部ピストンと、前記保持締結部を含む下部ピストンとに分割されることを特徴とする請求項１記載のピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【請求項３】
前記位置調整部材及び前記保持部材の少なくとも一方は、セラミックスからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のピストンとコンロッドとの球面連結構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２７５１１３（Ｐ２００６−２７５１１３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９２８２１（Ｐ２００５−９２８２１）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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