JP2010127164A - ピストン・クランク機構のピストンピン支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】サークリップの端部によるクリップ用周方向溝の作業用軸方向溝における溝開口端面のかじりを防止するとともに、サークリップが回動するときにはその回動を円滑にしてサークリップに摩擦応力を発生させないピストン・クランク機構のピストンピン支持構造を供する。
【解決手段】ピン孔５のクリップ用周方向溝７と交差して軸方向に指向して作業用軸方向溝８がクリップ用周方向溝７より深く切り込んで形成され、作業用軸方向溝８により分断されたクリップ用周方向溝７の互いに対向する溝開口端部を拡開させて拡開溝部７Ｂを形成したピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。
【選択図】図４

Description

本発明は、ピストン・クランク機構においてピストンにコネクティングロッドを連結するピストンピンの支持構造に関する。

一般に内燃機関におけるピストン・クランク機構では、シリンダ内を往復動するピストンの裏面に相対向するピストンピンボス部が突出し、両ピストンピンボス部の同軸のピン孔にピストンピンが回動自在に嵌挿され、両端を軸支された同ピストンピンの中央部にコネクティングロッドの小端部を連結する。

両ピストンピンボス部の各ピン孔に両端を嵌挿したピストンピンは、両ピン孔の内周面に嵌め込まれたサークリップにより軸方向の移動を規制され抜け止めとされている。
ピストンピンボス部のピン孔の内周面の外側開口端近傍に周方向に一周するクリップ用周方向溝が形成されて、Ｃ字状に一部が欠損した環状クリップであるサークリップが弾発的に拡径して該クリップ用周方向溝に嵌合し、サークリップのクリップ用周方向溝からはみ出た部分によってピストンピンの抜けを阻止している（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５４８４５１号公報

同特許文献１に開示されたピストンのピン孔構造では、一度ピン孔のクリップ用周方向溝に嵌め込まれたサークリップを半径方向内向きに変形させて取り外し得るようにピン孔の外端内周面に開口端面から軸方向に切り欠いた凹設部が形成されている。
凹設部は、周方向に形成されたクリップ用周方向溝と交差して軸方向にクリップ用周方向溝より深く切り込んだ作業用軸方向溝であり、クリップ用周方向溝は作業用軸方向溝により分断され、クリップ用周方向溝に嵌合したサークリップは作業用軸方向溝を跨ぐことになり、よって該作業用軸方向溝に工具を差し込んで、サークリップを外側から縮径変形させてサークリップを取り外すことができる。

ピストンピンボス部のピン孔とピストンピンとの間には潤滑油が介在してピストンピンは回動可能であり、往復動するピストンがピストンピンおよびこれに連結するコネクティングロッドを介して動力伝達する間に、ピストンピンは回動する。
回動するピストンピンの端面が接するサークリップも共に回動する場合があるが、作業用軸方向溝があると、サークリップが回動して、そのＣ字状の欠損部（合い口部）のある両端部が作業用軸方向溝に臨むことがあり、そのときサークリップの両端部は作業用軸方向溝で外側に若干拡がる。

このようにサークリップの両端部が少しでも外側に拡がると、サークリップの回動は一端部を作業用軸方向溝により分断されたクリップ用周方向溝の溝開口端面に当接してサークリップの回動が規制され、かじりを生じる場合がある。
また、回動するピストンピンが回動を規制されたサークリップに接することで、サークリップとの間で摩擦応力が発生して良好なピストンピンの回転が得られない場合がある。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、サークリップの端部によるクリップ用周方向溝の作業用軸方向溝における溝開口端面のかじりを防止するとともに、サークリップが回動するときにはその回動を円滑にしてサークリップに摩擦応力を発生させないピストン・クランク機構のピストンピン支持構造を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリンダ内を往復動するピストンの裏面に突出した一対のピストンピンボス部のピン孔に両端を軸支されコネクティングロッドが連結されるピストンピンを、ピン孔に形成されたクリップ用周方向溝に嵌合したサークリップが規制して抜け止めしたピストン・クランク機構のピストンピン支持構造において、前記ピン孔の前記クリップ用周方向溝と交差して軸方向に指向して作業用軸方向溝がクリップ用周方向溝より深く切り込んで形成され、前記作業用軸方向溝により分断された前記クリップ用周方向溝の互いに対向する溝開口端部を拡開させて拡開溝部を形成したことを特徴とするピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造において、前記クリップ用周方向溝の前記拡開溝部が、溝深さと溝幅とをともに徐々に大きくして溝開口端面に至るように拡開することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造において、前記クリップ用周方向溝が断面円弧形状を有するとともに、前記拡開溝部が断面円弧形状の内径を徐々に拡大して溝開口端面に至るように拡開することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造ひおいて、前記クリップ用周方向溝の溝開口端縁を面取り加工することにより前記拡開溝部を形成することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造において、回転する円盤の外周端部に複数の切れ刃が形成され前記クリップ用周方向溝を加工形成する切削工具を用い、該切削工具の旋回する切れ刃を前記クリップ用周方向溝の溝開口端部に入れて溝深さ方向と溝幅方向に移動して前記クリップ用周方向溝の溝開口端縁を面取り加工して前記拡開溝部を形成することを特徴とする。

請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造によれば、作業用軸方向溝により分断されたクリップ用周方向溝の互いに対向する溝開口端部を拡開させて拡開溝部を形成したので、回動するサークリップの端部がクリップ用周方向溝を分断する作業用軸方向溝で多少外側に拡がってもクリップ用周方向溝の拡開溝部に臨んで入り込み、溝開口端面に当接してかじりを生じさせるようなことが回避され、サークリップの回動が規制されることがないので、回動するピストンピンとの間でサークリップに摩擦応力を発生させることがない。

請求項２記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造によれば、クリップ用周方向溝の前記拡開溝部が、溝深さと溝幅とをともに徐々に大きくして溝開口端面に至るように拡開するので、回動するサークリップの端部が作業用軸方向溝で多少外側に拡がってもクリップ用周方向溝の拡開した溝開口端部の拡開溝部に臨んで入り込み、拡開溝部の徐々に縮径する滑らかな溝に案内されて徐々に拡がりを縮小しながらサークリップを円滑に回動することができ、回動するピストンピンとの間でサークリップの摩擦応力の発生を極力防止することができる。

請求項３記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造によれば、
クリップ用周方向溝が断面円弧形状を有するとともに、前記拡開溝部が断面円弧形状の内径を徐々に拡大して溝開口端面に至るように拡開するので、
回動するサークリップの端部が作業用軸方向溝で多少外側に拡がってもクリップ用周方向溝の拡開した溝開口端部の拡開溝部に臨んで入り込み、拡開溝部の徐々に縮径する滑らかな溝およびそれに続く断面円弧形状をした相似形の溝に案内されて徐々に拡がりを縮小しながらサークリップを円滑に回動することができ、回動するピストンピンとの間でサークリップの摩擦応力の発生を極力防止することができる。
また、クリップ用周方向溝の加工が拡開溝部の加工も含めて容易である。

請求項４記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造によれば、クリップ用周方向溝の溝開口端縁を面取り加工することにより前記拡開溝部を形成するので、溝開口端縁を面取りするだけの簡単な加工作業で拡開溝部を形成でき、コストアップを抑制することができる。

請求項５記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造によれば、回転する円盤の外周端部に複数の切れ刃が形成され前記クリップ用周方向溝を加工形成する切削工具を用い、該切削工具の旋回する切れ刃を前記クリップ用周方向溝の溝開口端部に入れて溝深さ方向と溝幅方向に移動してクリップ用周方向溝の溝開口端縁を面取り加工して前記拡開溝部を形成するので、クリップ用周方向溝と拡開溝部の双方を同じ切削工具により加工形成するため、切れ刃の交換作業が不要で、クリップ用周方向溝と拡開溝部を連続して加工することができ、加工工数を低減することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図７に基づいて説明する。
本実施の形態に係るピストン・クランク機構は、レシプロ式の内燃機関に適用したものであり、図１は内燃機関のシリンダ内を往復動するピストン１とピストンピン20を介して連結されるコネクティングロッド25の一部を示した正面図であり、該ピストン１の裏面図を図２に図示し、該ピストン１の断面図を図３に示す。

ピストン１は、燃焼室側にピストン頂面を備えたピストンヘッド２と、ピストンヘッド２の外周部が裏面側に延出したピストンスカート部３と、ピストンヘッド２の裏面から突出した一対のピストンピンボス部４，４とからなり、ピストンスカート部３のピストンピンボス部４，４が相対する部分は欠損している。
ピストンヘッド２の外周面にはリング溝２ｒが３条形成されている。

互いに対向するピストンピンボス部４，４には、ピストンピン20が嵌挿される円形のピン孔５，５が同軸に穿孔されている。
各ピン孔５には、その内周面に中心軸線Ｘ−Ｘに平行な軸線方向に指向したブローチ溝６，６が中心軸線Ｘ−Ｘより左右斜め上にそれぞれ形成されている。
このブローチ溝６は、ピストンピン20のスラスト荷重による圧縮変形を逃がす応力低減用溝である。

また、各ピン孔５の内周面における外側開口端近傍に周方向に一周するクリップ用周方向溝７が形成されている。
クリップ用周方向溝７は、２本の軸方向に指向したブローチ溝６，６と交差しており、両者の溝深さはほぼ同じ程度の浅いものである。
クリップ用周方向溝７にＣ字状をし弾発的に拡径するサークリップ10が嵌め込まれ、ピストンピン20の抜け止めとされる（図３参照）。

２本のブローチ溝６，６のうち一方のブローチ溝６には、ピン孔５の外端内周面に開口端面から軸方向に途中まで切り欠いた作業用軸方向溝８がブローチ溝６より深く切削されて形成されている。
溝深さの深い作業用軸方向溝８は、周方向に形成された溝深さの浅いクリップ用周方向溝７と交差してクリップ用周方向溝７を分断している。

したがって、クリップ用周方向溝７に弾発的に拡径して嵌合したサークリップ10は作業用軸方向溝８を跨ぐことになるため、該作業用軸方向溝８に工具を差し込んで、サークリップ10を外側から縮径変形させてサークリップ10をクリップ用周方向溝７から取り外すことができる。

作業用軸方向溝８により分断されたクリップ用周方向溝８の互いに対向する両溝開口端部に、溝深さと溝幅とをともに徐々に大きくして溝開口端面８ｓ，８ｓに至るように拡開する拡開溝部７Ｂ，７Ｂが形成されている（図４，図５，図７参照）。
クリップ用周方向溝８が断面円弧形状をなし、クリップ用周方向溝８の作業用軸方向溝８により分断された端部の拡開溝部７Ｂは、断面円弧形状の内径を徐々に拡大することで溝深さと溝幅とをともに徐々に大きくして溝開口端面８ｓに至るように拡開してテーパ面を形成している。

ピストン１は、以上のような構造をしており、図３に示すように、ピストンヘッド２の裏面から突出した一対のピストンピンボス部４，４間にコネクティングロッド25の小端部を挿入し、その円孔をピン孔５，５と同軸に合わせてピストンピン20を差し込み、両端をピン孔５，５に支持されたピストンピン20の中央にコネクティングロッド25を軸支する。

ピストンピン20は、両ピン孔５，５のクリップ用周方向溝７，７間の長さを有し、クリップ用周方向溝７，７にそれぞれ嵌合されたサークリップ10，10により挟まれるようにして軸方向の移動が規制され抜け止めとされる。

メンテナンス等で分解するときは、前記したように、ピン孔５の外側から作業用軸方向溝８に工具を差し込んで、サークリップ10を外側から縮径変形させてクリップ用周方向溝７から外し、ピストンピン20をピン孔５およびコネクティングロッド25の小端部から抜き取り、ピストン１からコネクティングロッド25を取り外すことができる。

シリンダ内を往復動するピストン１の動力は、ピストンピン20とクランク軸のクランクピンとを連接するコネクティングロッド25を介してクランク軸の回転に伝達される。
ピストンピンボス部４のピン孔５とピストンピン20との間には潤滑油が介在してピストンピン20は回動可能であり、往復動するピストン１がピストンピン20およびこれに連結するコネクティングロッド25を介して動力伝達する間に、コネクティングロッド25との摩擦によりピストンピン20は回動する。

クリップ用周方向溝７に嵌合したサークリップ10も回動するピストンピン20の端面が接することにより共に回動することがある。
Ｃ字状をしたサークリップ10が回動すると、図７に示すように、Ｃ字状の欠損部のあるサークリップ10の両端部が作業用軸方向溝８に臨むことがあり、そのときクリップ用周方向溝７により拡径が規制されていたサークリップ10の両端部は作業用軸方向溝８で解放されて弾性により外側に若干拡がる。

端部が外側に拡がった状態で、さらにサークリップ10が回動すると、サークリップ10の端部は、クリップ用周方向溝７の端部の拡開溝部７Ｂに入り込むことができる。
従来のように、クリップ用周方向溝７の端部に拡開溝部７Ｂが形成されていないと、回動するサークリップ10の外側に拡がった端部は、溝開口端面８ｓに接してかじりを生じるとともに、サークリップ10の回動が規制され、回動が規制されたサークリップ10に回動するピストンピン20が接することで、ピストンピン20との間でサークリップ10に摩擦応力が発生する。

しかし、本クリップ用周方向溝７の端部には拡開溝部７Ｂが形成されているので、かかる事態を回避することができる。
すなわち、回動するサークリップ10の端部は、溝開口端面８ｓに接することなくクリップ用周方向溝７の端部に形成された拡開溝部７Ｂに入り込むことができ、かじりを生じさせることなく、さらに拡開溝部７Ｂの徐々に縮径する滑らかなテーパ面をなす溝に案内されて徐々に拡がりを縮小しながら移動してクリップ用周方向溝７に至り、サークリップ10の円滑な回動を維持することができ、回動するピストンピン20との間でサークリップ10の摩擦応力の発生を自ら回動することで防止することができる。

クリップ用周方向溝７は、回転する円盤の外周端部に複数の切れ刃が形成された切削工具30により切削加工されるが、同じ切削工具30を用いてクリップ用周方向溝７の端部の拡開溝部７Ｂを加工形成することができる。

図４および図５に２点鎖線で示すように、円盤状の切削工具30はピン孔５の内側のクリップ用周方向溝７を形成する軸方向位置に挿入され、旋回する切れ刃を内周面に所定の深さ切り込ませて内周面に沿って一周切削加工させることで、クリップ用周方向溝７を形成する。

そして、切削工具30を作業用軸方向溝８に対応する位置で、切削工具30を遠心方向（溝深さ方向）に前進させてクリップ用周方向溝７よりも深く切り込ませ、次に切削工具30を軸方向（溝幅方向）に移動しながら徐々に中心方向に後退させることを軸方向内側と外側双方について行うことで、クリップ用周方向溝７の作業用軸方向溝８により分断された両溝開口端縁を面取り加工してテーパ面をした拡開溝部７Ｂ，７Ｂを形成することができる。

このように、クリップ用周方向溝７と拡開溝部７Ｂの双方を同じ切削工具30により加工形成するため、切れ刃の交換作業が不要で、クリップ用周方向溝７と拡開溝部７Ｂを連続して加工することができ、加工工数を低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関のピストンとピストンピンを介して連結されるコネクティングロッドの一部を示した正面図である。 ピストンの裏面図である。 ピストンの断面およびピストンピン、コネクティングロッド、サークリップを示す分解図である。 ピストンの要部拡大断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 ピストンのピストンピンボス部の拡大斜視図である。 ピン孔およびサークリップの要部拡大斜視図である。

符号の説明

１…ピストン、２…ピストンヘッド、３…ピストンスカート部、４…ピストンピンボス部、５…ピン孔、６…ブローチ溝、７…クリップ用周方向溝、７Ｂ…拡開溝部、８…作業用軸方向溝、
10…サークリップ、20…ピストンピン、25…コネクティングロッド、
30…切削工具。

Claims (5)

1. シリンダ内を往復動するピストンの裏面に突出した一対のピストンピンボス部のピン孔に両端を軸支されコネクティングロッドが連結されるピストンピンを、ピン孔に形成されたクリップ用周方向溝に嵌合したサークリップが規制して抜け止めしたピストン・クランク機構のピストンピン支持構造において、
   前記ピン孔の前記クリップ用周方向溝と交差して軸方向に指向して作業用軸方向溝がクリップ用周方向溝より深く切り込んで形成され、
   前記作業用軸方向溝により分断された前記クリップ用周方向溝の互いに対向する溝開口端部を拡開させて拡開溝部を形成したことを特徴とするピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。
2. 前記クリップ用周方向溝の前記拡開溝部が、溝深さと溝幅とをともに徐々に大きくして溝開口端面に至るように拡開することを特徴とする請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。
3. 前記クリップ用周方向溝が断面円弧形状を有するとともに、前記拡開溝部が断面円弧形状の内径を徐々に拡大して溝開口端面に至るように拡開することを特徴とする請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。
4. 前記クリップ用周方向溝の溝開口端縁を面取り加工することにより前記拡開溝部を形成することを特徴とする請求項１記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。
5. 回転する円盤の外周端部に複数の切れ刃が形成され前記クリップ用周方向溝を加工形成する切削工具を用い、
   該切削工具の旋回する切れ刃を前記クリップ用周方向溝の溝開口端部に入れて溝深さ方向と溝幅方向に移動して前記クリップ用周方向溝の溝開口端縁を面取り加工して前記拡開溝部を形成することを特徴とする請求項４記載のピストン・クランク機構のピストンピン支持構造。

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