JP7004454B2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Description

本発明は、冠面の反対側の面（裏面）に冷却用凹凸部を備えた内燃機関用ピストンに関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９－１１４９８１号公報（特許文献１）に記載された内燃機関用ピストンが知られている。特許文献１の内燃機関用ピストンは、ピストンヘッドの裏面に少なくとも一つの冷却フィンが取り付けられている（要約及び図１参照）。

特開２００９－１１４９８１号公報

特許文献１では、冷却性能を向上するための冷却フィンの具体的な形状や、冷却フィンを設けるにあたりピストンヘッドにおける応力集中部の発生を抑制することについては、必ずしも十分な配慮が成されていなかった。以下の説明では、冷却フィンは凸状フィン部と呼んで、ピストンヘッドはピストン冠部、又は単に冠部と呼んで説明する。

本発明の目的は、凸状フィン部の冷却性能を向上することができ、冠部における応力集中部の発生を抑制することができる内燃機関用ピストンを提供することにある。

本発明によれば、その一つの態様において、ステアリング装置は以下の構成を備える。

ピストンのピストンヘッド部に、複数の凸状フィン部と複数の凸状フィン部を収容する収容凹部とを備えた冷却用凹凸部を設ける。凹形状の収容凹部に、凹形状の底面と収容凹部の外周縁とを接続する、第１曲率半径を有する円弧形状部を設ける。凸状フィン部は、冠面の反対側に向かって突出する凸形状を有し、第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径の円弧形状部を有する形状とする。

本発明の内燃機関用ピストンによれば、凸状フィン部の冷却性能を向上することができ、冠部における応力集中部の発生を抑制することができる。

火花点火式のガソリン機関に本発明に係る内燃機関用ピストンを適用した一実施例を示す断面図である。 図１のピストン１をII矢印方向から見た平面図である。 図２に示すピストン１のIII－III断面を示す断面図である。 図２に示すピストン１のIV－IV断面を示す断面図である。 図２の凹凸部６を拡大して示す平面図である。 図３に示すVI部を拡大して示す断面図である。 図４に示すVII部を拡大して示す断面図である。 図３に示すVI部を拡大して示す断面図であり、収容凹部６Ａの深さＫと凸状フィン部６Ｂ１の高さＪとの関係を示す図である。 図４に示すVII部を拡大して示す断面図であり、収容凹部６Ａの深さＫと凸状フィン部６Ｂ２の高さＪとの関係を示す図である。 図３に示すVI部を拡大して示す断面図であり、収容凹部６Ａに構成されるオイルジェット被噴射部６Ｅ２を示す図である。 変更例１における冷却用凹凸部６を拡大して示す平面図である。 図１１のXII－XII断面を示す断面図である。 図１のピストン１の変更例を示す図であり、ピストン１の裏面側の構造を示す平面図である。 図１３に示すピストン１のXIV－XIV断面を示す断面図である。 図１のピストン１の変更例を示す図であり、ピストン１の裏面側の構造を示す平面図である。 図１５に示すピストン１のXVI－XVI断面を示す断面図である。

以下、本発明に係る内燃機関用ピストンの一実施例について説明する。以下の実施例では、本発明に係る内燃機関用ピストンを、内燃機関の一形態である火花点火式のガソリン機関に適用した例を説明する。以下、内燃機関用ピストンは単にピストンと呼んで説明する。

以下の説明において、上下方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向は図１の上下方向に基づいており、内燃機関やピストンの実装状態における上下方向を意味するものではない。

［実施例１］
図１は、火花点火式のガソリン機関に本発明に係る内燃機関用ピストンを適用した一実施例を示す断面図である。

ピストン１は、機関のシリンダブロック１０１内に形成されたほぼ円筒状のシリンダ壁面１０２内に上下方向（シリンダの中心線１０２ａに沿う方向）に摺動自在に設けられる。シリンダ壁面１０２とシリンダヘッド１０３の下面との間に燃焼室１０４が形成される。ピストン１は、ピストンピン１０５に連結されたコンロッド１０６を介してクランクシャフト１０７に連結される。シリンダヘッド１０３には、吸気ポート１０８及び排気ポート１０９が設けられ、吸気ポート１０８には吸気弁１０８Ａが設けられ、排気ポート１０９には排気弁１０９Ａが設けられている。吸気弁１０８Ａ及び排気弁１０９Ａは、吸気ポート１０８及び排気ポート１０９における、燃焼室１０４への開口を開閉する。

シリンダヘッド１０３には点火プラグ１１０が固定され、点火プラグ１１０の先端部が燃焼室１０４の中央上端部に挿入されている。また、シリンダ壁面１０２又はシリンダヘッド１０３には、燃焼室１０４の内部に燃料を噴射する図示しない燃料噴射弁が設けられている。

シリンダブロック１０１のシリンダ壁面１０２の排気側の下部には、ピストン１の冠部（ピストンヘッド部）２の下部などを冷却するオイルジェット噴射部１１１が設けられている。このオイルジェット噴射部１１１は、先端側のノズル１１１ＡがほぼＬ字形状に折れ曲がった形状を有しており、ノズル１１１Ａの先端の噴射口がピストンヘッド部２の排気側の下部を指向している。

図２は、図１のピストン１をII矢印方向から見た平面図である。図３は、図２に示すピストン１のIII－III断面を示す断面図である。図４は、図２に示すピストン１のIV－IV断面を示す断面図である。

ピストン１は、母材としてＡＣ８Ａ Ａｌ－Ｓｉ系のアルミニウム合金を用い、ピストンヘッド部２、スカート部３Ａ，３Ｂ、エプロン部４Ａ，４Ｂ、及びピストンピンボス部５Ａ，５Ｂが一体に鋳造されている。

ここで、第１軸線Ｌ１、第２軸線Ｌ２及び第３軸線Ｌ３を定義する。

図２は、ピストン１の裏面側（冠面２Ａとは反対側）の構造を、ピストン１の移動方向ＡＰに垂直な平面に投影した平面図を示している。第１軸線Ｌ１、第２軸線Ｌ２及び第３軸線Ｌ３は一点で直交し、図２の平面図上においては、ピストンヘッド部２（冠面２Ａ）の中心Ｏ＿２の一点で直交する。なお、ピストン１の移動方向ＡＰはシリンダ壁面１０２の中心線１０２ａに沿う方向に一致する。

第１軸線Ｌ１は、ピストンピン１０５の長手方向に対して垂直な断面において第１ピストンピン孔５Ａ１の内周円の中心Ｏ＿５ＡＢ１を通り、ピストンピン１０５の長手方向に対して平行な軸線である。また第１軸線Ｌ１は、二つのピストンピン孔５Ａ１，５Ｂ１の内周円の中心Ｏ＿５ＡＢ１を通る軸線であり、二つの内周円の中心Ｏ＿５ＡＢ１を結ぶ直線線分と一致する軸線である。すなわち第１軸線Ｌ１は、ピストンピン１０５の長手方向に沿う軸線である。この場合、第１軸線Ｌ１はピストン１の移動方向ＡＰに対して垂直である。

なお、ピストンピン１０５の回動中心と第１ピストンピン孔５Ａ１及び第２ピストンピン孔５Ｂ１の内周円の中心Ｏ＿５ＡＢ１とは、二つのピストンピン孔５Ａ１，５Ｂ１とピストンピン１０５との間にクリアランスが設けられることにより厳密には一致しない。しかしクリアランスによるズレは無視することとし、ピストンピン１０５の回動中心は第１ピストンピン孔５Ａ１及び第２ピストンピン孔５Ｂ１の内周円の中心Ｏ＿５ＡＢ１に一致し、ピストンピン１０５の回動軸（中心線）は第１ピストンピン孔５Ａ１及び第２ピストンピン孔５Ｂ１の中心Ｏ＿５ＡＢ１を通るものとする。

第２軸線Ｌ２は、ピストン１の移動方向ＡＰに垂直で、かつ第１軸線Ｌ１と直交する軸線である。第３軸線Ｌ３は、ピストン１の移動方向ＡＰに沿う軸線であり、第１軸線Ｌ１及び第２軸線Ｌ２と直交する軸線である。

ピストンヘッド部２は、燃焼室１０４（図１参照）を画成する部分であり、燃焼室１０４に面する冠面２Ａを有する。ピストンヘッド部２の下側（冠面２Ａとは反対側）には、スカート部３Ａ，３Ｂ及びエプロン部４Ａ，４Ｂが設けられている。

二つのスカート部３Ａ，３Ｂは、ピストンヘッド部２の下端外周縁（冠面２Ａとは反対側の外周縁）に沿って、ピストンヘッド部２の周方向に離れ隔たるように設けられている。一対のスカート部３Ａ，３Ｂが、スラスト側と反スラスト側とに分かれて、設けられている。各スカート部３Ａ，３Ｂは、図２の平面図上において、ピストンヘッド部２の下端外周縁に沿って円弧形状に形成されている。このためピストン１は、ピストンヘッド部２及びスカート部３Ａ，３Ｂの部分がほぼ円筒形状に形成されている。

すなわち、本実施例のスカート部は第１スカート部３Ａと第２スカート部３Ｂとを有する。第１スカート部３Ａは、第２軸線Ｌ２に沿う方向において、ピストンピンボス部５Ａ，５Ｂに対して一方の側に設けられている。第２スカート部３Ｂは、第２軸線Ｌ２に沿う方向において、ピストンピンボス部５Ａ，５Ｂに対して他方の側に設けられている、
二つのエプロン部４Ａ，４Ｂは、各スカート部３Ａ，３Ｂの円周方向の両側端に連結されるように、ピストンヘッド部２の周方向に離れ隔たるように設けられている。すなわち、一対の第１エプロン部４Ａ及び第２エプロン部４Ｂのそれぞれが、一対の第１スカート部３Ａ及び第２スカート部３Ｂの間に介在するように、配置されている。

第１ピストンピンボス部５Ａは第１エプロン部４Ａに設けられ、第２ピストンピンボス部５Ｂは第２エプロン部４Ｂに設けられている。第１ピストンピンボス部５Ａ及び第２ピストンピンボス部５Ｂは、エプロン部４Ａ，４Ｂの他の部位よりも肉厚に形成される。第１ピストンピンボス部５Ａは第１ピストンピン孔５Ａ１を有し、第２ピストンピンボス部５Ｂは第２ピストンピン孔５Ｂ１を有する。ピストンピンボス部５Ａ，５Ｂは、エプロン部４Ａ，４Ｂの一部として構成されている。ピストンピン孔５Ａ１，５Ｂ１にはピストンピン１０５（図１参照）の両端部が挿入され、ピストンピン１０５の両端部はピストンピンボス部５Ａ，５Ｂを介してエプロン部４Ａ，４Ｂに支持されている。

すなわちピストンピンボス部は、ピストンピン１０５が挿入される第１ピストンピン孔５Ａ１を有する第１ピストンピンボス部５Ａと、第２ピストンピン孔５Ｂ１を有する第２ピストンピンボス部５Ｂと、を有する。

ピストンヘッド部２は、比較的肉厚に形成された円盤状を呈し、燃焼室１０４を画成する冠面２Ａを有する。本実施例では、冠面２ａは平面を成しているが、冠面２Ａ上に吸気弁１０８Ａと排気弁１０９Ａの干渉を避けるバルブリセスが形成され、冠面２Ａの外周部が凸状に形成されてもよい。またピストンヘッド部２は、外周面に、図示しないピストンリング（プレッシャリングやオイルリング等）を嵌めて取り付けるリング溝２Ｃが形成されている。

すなわち本実施例では、ピストンヘッド部２は、第３軸線の方向において、ピストンピンボス部５Ａ，５Ｂおよびスカート部３Ａ，３Ｂに対して一方の側に設けられる。そしてピストンヘッド部２は、ピストンヘッド本体部２Ｂと、リング溝２Ｃと、冠面２Ａと、凹凸部（冷却用凹凸部）６と、を有する。なお、冠面２Ａは第３軸線Ｌ３に沿う方向においてピストンヘッド本体部２Ｂのピストンピンボス部５Ａ，５Ｂの反対側（燃焼室１０４に面する側）に設けられている。

ピストンヘッド部２はピストン１において円盤形状部を構成し、スカート部３Ａ，３Ｂはピストン１において円筒形状部を構成する。円盤形状部を構成するピストンヘッド部２と円筒形状部を構成するスカート部３Ａ，３Ｂとは、図３に符号９で示す位置で接続され、ピストン１は円盤形状部と円筒形状部とが一体成形されている。なお、円筒形状部を構成するスカート部３Ａ，３Ｂの外周面にもリング溝３Ｃが形成されている。

以下、図５～図７を参照して、凹凸部６の構成について説明する。

図５は、図２の凹凸部６を拡大して示す平面図である。図６は、図３に示すVI部を拡大して示す断面図である。図７は、図４に示すVII部を拡大して示す断面図である。なお、図６は第２軸線Ｌ２に垂直な断面を示し、図７は第１軸線Ｌ１に垂直な断面を示す。

凹凸部６は、ピストン１の冷却のために、ピストンヘッド部２の冠面２Ａとは反対側の面（裏面）２Ｄに設けられる。このため、以下、凹凸部６を冷却用凹凸部と呼んで説明する。

冷却用凹凸部６は、第３軸線Ｌ３に沿う方向において、ピストンヘッド本体部２Ｂのうち冠面２Ａの反対側（裏面２Ｄ）に設けられており、収容凹部６Ａと、複数の凸状フィン部６Ｂと、を備える。

収容凹部６Ａは、第１軸線Ｌ１に沿う長辺を有する長方形状に形成され、長辺の長さｌ１が、図２に示すように、ピストンヘッド部２とスカート部３Ａ，３Ｂとの連結箇所９の近傍まで延びるように設けられている。本実施例では、収容凹部６Ａの短辺とスカート部３Ａ，３Ｂとの間に上壁面７Ａ，７Ｂが設けられ、収容凹部６Ａの短辺とスカート部３Ａ，３Ｂとの間が上壁面７Ａ，７Ｂにより接続されている。

収容凹部６Ａの短辺の幅ｗ１は、図２及び図４にも示すように、第１ピストンピンボス部５Ａと第１ピストンピンボス部５Ｂと間隔ｄ１よりも小さい。

また、収容凹部６Ａの長辺側の対向内側面６Ｅ１，６Ｅ１と短片側の対向内側面６Ｅ２，６Ｅ２とは、図５に示すように、それぞれ底面６Ａから立ち下がった円弧形状に形成されている。

以上説明したように、本実施例の収容凹部６Ａは、第３軸線Ｌ３に沿う方向において、冠面２Ａ側に向かって凹形状を成している。すなわち収容凹部６Ａは、第３軸線Ｌ３に沿う方向において、冠面２Ａの反対側に向かって開口する凹形状を有する。すなわち収容凹部６Ａは、第１軸線Ｌ１に垂直な断面及び第２軸線Ｌ２に垂直な断面において、凹形状の開口の外周縁６Ａ２から凹形状内側の所定の領域に、凹形状の底面６Ａ１と外周縁６Ａ２とを接続する円弧形状部６Ｅ１，６Ｅ２を有する。すなわち収容凹部６Ａは、第３軸線Ｌ３に平行な断面が、凹形状の開口の外周縁６Ａ２から凹形状内側の所定の領域に、凹形状の底面６Ａ１と周縁６Ａ２とを接続する円弧形状部６Ｅ１，６Ｅ２を有する。円弧形状部６Ｅ１，６Ｅ２は第１曲率半径Ｒで形成されている。本実施例では、円弧形状部６Ｅ１の曲率半径と円弧形状部６Ｅ２の曲率半径とは同じ曲率半径Ｒで構成しているが、異なる曲率半径にしてもよい。

収容凹部６Ａは、第３軸線Ｌ３に対して垂直な断面における収容凹部６Ａの全周において、円弧形状部６Ｅ１，６Ｅ２を有する。すなわち、収容凹部６Ａの全周が収容凹部６Ａの長辺側の対向内側面６Ｅ１，６Ｅ１と短片側の対向内側面６Ｅ２，６Ｅ２とで構成される。これにより、収容凹部６Ａの全周において、応力集中を緩和することができる。

凸状フィン部６Ｂは、第３軸線Ｌ３に沿う方向において、収容凹部６Ａの底面６Ａ１から冠面２Ａ側とは反対側に向かって突出する凸形状を有する。凸状フィン部６Ｂは、第３軸線Ｌ３と平行な断面が、第１曲率半径Ｒよりも小さい第２曲率半径ｒを有する円弧形状を有している。円弧形状部６Ｅ１の曲率半径と円弧形状部６Ｅ２の曲率半径とを異なる曲率半径で構成する場合、第２曲率半径ｒは円弧形状部６Ｅ１の曲率半径及び円弧形状部６Ｅ２の曲率半径のいずれよりも小さい曲率半径とする。

本実施例では、収容凹部６Ａの外周縁付近の円弧形状部（アール形状部）６Ｅ１，６Ｅ２を比較的大きな第１曲率半径Ｒを用いた形状とすることで、収容凹部６Ａの外周縁部における応力集中を緩和することができる。また、凸状フィン部６Ｂの円弧形状部（アール形状部）を比較的小さな第２曲率半径ｒとすることにより、より多くの凸状フィン部６Ｂを設けることができる。

また凸状フィン部６Ｂは、収容凹部６Ａの開口縁６Ａ２から冠面２Ａ側とは反対側に向かって突出しない形状とすることが好ましい、これにより、ピストン１を、鋳造用金型を用いて鋳造する場合、ピストン１の型抜きが容易となる。

本実施例では、複数の凸状フィン部６Ｂは、収容凹部６Ａの短辺に沿う凸状フィン部６Ｂ１と、収容凹部６Ａの長辺に沿う凸状フィン部６Ｂ２と、で構成される。凸状フィン部６Ｂ１と凸状フィン部６Ｂ２とが交差することにより、凸状フィン部６Ｂは格子形状を有し、凸状フィン６Ｂ１と凸状フィン６Ｂ２とで囲まれる部分に凹部６Ｃが形成される。

すなわち、複数の凸状フィン部６Ｂは、第１軸線方向凸状フィン部６Ｂ１と、第２軸線方向凸状フィン部６Ｂ２と、を備える。第１軸線方向凸状フィン部６Ｂ１は、第１軸線Ｌ１方向と平行に延びる形状を有する。第２軸線方向凸状フィン部６Ｂ２は、第２軸線Ｌ２方向と平行に延びる形状を有する。

凸状フィン部６Ｂを桟形状に構成する場合と比べて、複数の凸状フィン６Ｂ１と凸状フィン６Ｂ２との夫々の長さを合計した長さをより大きくし、冷却用凹凸部６の表面積を大きくすることができる。その結果、ピストン１の冷却性能を向上させることができる。さらに、ピストンヘッド部２はピストンピン１０５を挟んだ曲げ応力を受けるが、第２軸線Ｌ２に沿う方向の凸状フィン部６Ｂ２は、この曲げ応力に対して補強リブとしての効果を発揮することができる。

本実施例では、ピストン１のピストンヘッド部２の裏面２Ｄ側では、収容凹部６Ａと凸状フィン部６Ｂが形成されていることから、収容凹部６Ａや凸状フィン部６Ｂが形成されていないものと比較して、裏面２Ｄ全体の表面積が大きくなる。このため、凸状フィン部６Ｂが形成された収容凹部６Ａ領域での放熱効果が大きくなって、ピストンヘッド部２及びピストンヘッド部２付近の冷却効率を促進させることができる。

特に、凸状フィン部６Ｂの断面が円弧形状に形成されていることから、全体の表面積が大きくなって放熱効果をさらに大きくすることができる。また、収容凹部６Ａの長辺側の対向内側面６Ｅ１，６Ｅ１と短片側の対向内側面６Ｅ２，６Ｅ２とが、それぞれ底面６Ａから立ち下がった円弧形状に形成されていることから、収容凹部６Ａの領域の表面積が大きくなる。この結果、ピストンヘッド部２の裏面２Ｄ全体の表面積が大きくなることから、放熱効果が良好になって冷却効率が向上する。

さらに本実施例では、冷却用凹凸部６は、ピストンヘッド部２の厚さを測定するためのピストンヘッド部厚さ測定用平面部６Ｇを有する。ピストンヘッド部厚さ測定用平面部６Ｇは、第３軸線Ｌ３に対して垂直な断面において円弧形状部６Ｅ１，６Ｅ２よりも内側に設けられている。またピストンヘッド部厚さ測定用平面部６Ｇは、第３軸線Ｌ３に対して垂直な断面と平行な平面形状を有する。

ピストンヘッド部２のうち、円弧形状部６Ｅ１，６Ｅ２よりも内側の部分が比較的肉厚が小さくなる部分であり、この部分の厚さがピストン１の強度管理上、重要となる。そこで、この部分に凸状フィン部６Ｂが形成されていない平面部６Ｇを設けることにより、高精度なピストンヘッド部２の厚さ測定を行うことができる。

図８は、図３に示すVI部を拡大して示す断面図であり、収容凹部６Ａの深さＫと凸状フィン部６Ｂ１の高さＪとの関係を示す図である。図９は、図４に示すVII部を拡大して示す断面図であり、収容凹部６Ａの深さＫと凸状フィン部６Ｂ２の高さＪとの関係を示す図である。

収容凹部６Ａは、第３軸線Ｌ３に対して垂直な断面と平行な底面（収容凹部平面部）６Ａ１を有し、複数の凸状フィン部６Ｂ１，６Ｂ２は、収容凹部平面部６Ａ１に設けられている。すなわち、図８及び図９に示すように、収容凹部６Ａには底面６Ａ１に平面領域Ｐが設けられ、平面領域Ｐに複数の凸状フィン部６Ｂ１，６Ｂ２が設けられている。なお、第１軸線Ｌ１に沿う方向における平面領域Ｐの両端部には円弧形状部６Ｅ１が設けられ、第２軸線Ｌ２に沿う方向における平面領域Ｐの両端部には円弧形状部６Ｅ２が設けられている。

複数の凸状フィン部６Ｂが収容凹部平面部６Ａ１に設けられていることにより、凸状フィン部６Ｂが曲面部に設けられる場合に比べ、凸状フィン部６Ｂの高さの測定管理が容易となり、冷却性能を確保したピストンを安定的に供給することができる。

図８及び図９に示すように、凸状フィン部６Ｂ１，６Ｂ２の収容凹部平面部６Ａ１からの高さＪの値は、収容凹部６Ａの深さＫの半分の値（Ｋ／２）よりも小さいことが好ましい。言い換えれば、収容凹部６Ａの深さＫの値は、凸状フィン部６Ｂ１，６Ｂ２の高さＪの２倍の値よりも大きいことが好ましい。これにより、収容凹部６Ａの外周縁の円弧形状部（アール形状部）６Ｅ１，６Ｅ２の部分の表面積を大きくとることができ、この部分における冷却効果を向上させることができる。

なお、ピストンヘッド部２及びスカート部３Ａ，３Ｂは、FI：F02F3/00,301に記載されるピストンヘッド及びピストンスカートである。ピストンピンボス部５Ａ，５Ｂは、Fターム：3J044CA27に記載されるピストンピンボス部である。リング溝２Ｃは、FI：F02F3/00@Bに記載されるリング溝である。凸状フィン部６Ｂは、FI：B21C37/22に記載されるフィンである。

図１０は、図３に示すVI部を拡大して示す断面図であり、収容凹部６Ａに構成されるオイルジェット被噴射部６Ｅ２を示す図である。

本実施例では、図１に示すように、１対のオイルジェット噴射部１１１が設けられている。１対のオイルジェット噴射部１１１は第２軸線Ｌ２に沿う方向に離れ隔たるように配置されている。これにより、収容凹部６Ａは１対のオイルジェット被噴射部を有する。本実施例では、１対のオイルジェット被噴射部は、収容凹部６Ａの短片側の対向内側面６Ｅ２，６Ｅ２により、構成される。すなわち、１対のオイルジェット被噴射部６Ｅ２，６Ｅ２の夫々は、収容凹部６のうち、第２軸線Ｌ２に沿う方向における両端部の夫々に設けられる。

収容凹部６Ａの第２軸線Ｌ２に沿う方向の両端部の円弧形状部６Ｅ２，６Ｅ２の部分に冷却オイルをオイルジェット噴射することで、噴射された冷却オイルは円弧形状に沿って収容凹部６Ａの第２軸線Ｌ２に沿う方向における両端部からピストンヘッド部２の中央側にも供給され、ピストンヘッド部２の中央部の冷却性を向上させることができる。

また冷却用凹凸部６は、図５に示すように、第２軸線Ｌ２に沿う方向における凸状フィン部６Ｂの端部から収容凹部６Ａの外周縁６Ａ２までの最短距離ｌ３が、第１軸線Ｌ１に沿う方向における凸状フィン部６Ｂの端部から収容凹部６Ａの外周縁６Ａ２までの最短距離ｌ２よりも大きくなるように、構成されている。このために、第２軸線Ｌ２に沿う方向においては、凸状フィン部６Ｂの端部と円弧形状部６Ｅ２との間に、収容凹部平面部６Ａ１が設けられている。

これにより、第２軸線Ｌ２に沿う方向の両端部において、凸状フィン部６Ｂの端部から収容凹部６Ａの外周縁６Ａ２までの距離ｌ３が比較的大きくとられているため、オイルジェット被噴射部の範囲を充分に確保することができる。

［変更例１］
図１１は、変更例１における冷却用凹凸部６を拡大して示す平面図である。図１２は、図１１のXII－XII断面を示す断面図である。なお、図１２は第１軸線Ｌ１に垂直な断面を示す。

本変更例では、冷却用凹凸部６はエアベント跡部６Ｆを有する。エアベント跡部６Ｆは、鋳造型に溶湯を注ぎ、ピストンピンボス部５Ａ，５Ｂ、スカート部３Ａ，３Ｂ、およびピストンヘッド部２を鋳造する際、鋳造型の内部に存在していた空気を鋳造型の外部に排出するための排出孔と対応した形状を有している。本変更例では、エアベント跡部６Ｆにフィン部（エアベント跡部フィン部）６Ｆ１を設ける。エアベント跡部フィン部６Ｆ１は、第３軸線Ｌ３に沿う方向において冠面２Ａの反対側に向かって突出する凸形状を有する。

本変更例では、エアベント跡部６Ｆにおいてもフィン部６Ｆ１を設けることで、エアベント部を設けるためのスペースの確保と、冷却性能の維持との両立を図ることができる。

［変更例２］
図１３は、図１のピストン１の変更例を示す図であり、ピストン１の裏面側の構造を示す平面図である。図１４は、図１３に示すピストン１のXIV－XIV断面を示す断面図である。

本変更例は、第２軸線Ｌ２に沿う方向における冷却用凹凸部６の長さｌ１を実施例１に対して長くした構成が実施例１と相違し、その他の構成は実施例１と同様である。

ピストン１は円盤形状部と円筒形状部とを有する。円盤形状部は、ピストンヘッド部２により構成され、冠面２Ａ、冷却用凹凸部６、及びリング溝２Ｃが設けられている。円筒形状部は、スカート部３Ａ，３Ｂにより構成され、外周面にリング溝３Ｃが設けられている。また円筒形状部は、第３軸線Ｌ３に沿う方向に円盤形状部２と連続して形成されている。冷却用凹凸部６の収容凹部６Ａは、第２軸線Ｌ２に沿う方向における両端部が、円盤形状部２と円筒形状部３Ａ，３Ｂとの境界９と隣接している。

本変更例では、実施例１で設けられていた、収容凹部６Ａの短辺とスカート部３Ａ，３Ｂとの間を接続する上壁面７Ａ，７Ｂが設けられていない。このため、収容凹部６Ａの短辺が直接、円筒形状部３Ａ，３Ｂに接続されるか、円筒形状部３Ａ，３Ｂの極近傍に接続される。このため、第２軸線Ｌ２に沿う方向における収容凹部６Ａの長さｌ１を実施例１に対して長くすることができる。

収容凹部６Ａは、第２軸線Ｌ２に沿う方向において、円盤形状部２の端（外周）の近傍まで設けられているため、円盤形状部（ピストンヘッド部）２の軽量化を図ることができる。また、収容凹部６Ａが広いため、凸状フィン部６Ｂをより広い範囲に形成することができ、冷却性能を向上させることができる。

［変更例３］
図１５は、図１のピストン１の変更例を示す図であり、ピストン１の裏面側の構造を示す平面図である。図１６は、図１５に示すピストン１のXVI－XVI断面を示す断面図である。

本変更例は、クーリングチャンネル２Ｅ及びクーリングチャンネル形成領域２Ｆに係る構成が実施例１と相違し、その他の構成は実施例１と同様である。以下、クーリングチャンネル２Ｅ及びクーリングチャンネル形成領域２Ｆについて説明する。

ピストンヘッド部２は、クーリングチャンネル２Ｅとクーリングチャンネル形成領域２Ｆとを有する。クーリングチャンネル２Ｅは、ピストンヘッド部を冷却する流体が流れる通路であって、第３軸線Ｌ３を中心とする周方向に延びる円弧形状を有する。クーリングチャンネル形成領域２Ｆは、クーリングチャンネル２Ｅを包囲するように第３軸線Ｌ３に沿う方向において冠面２Ａの反対側に向かって突出する凸形状を有する。収容凹部６Ａは、第２軸線Ｌ２に沿う方向における両端部が、クーリングチャンネル形成領域２Ｆと隣接している。

本変更例では、クーリングチャンネル２Ｅを形成した場合において、冷却用凹凸部６の形成領域を第２軸線Ｌ２に沿う方向において最大限の大きさとすることができる。

なお、“クーリングチャンネル”はFタームに定義は無いものの、FI：F02F3/20に記載された“ピストンに沿うまたは貫通する流体の流れによる冷却手段”、及び“冷却のための流体の通路及びそのためのピストン自体の構成”に相当するものである。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。また複数の変更例に記載された構成は、矛盾しない範囲において、一つ又は複数の変更例の構成を実施例に組み合わせることができる。各変更例に記載された構成が実施例に組み合わされることにより、その構成が奏する効果は実施例においても実現される。

１…内燃機関用ピストン（ピストン）、２…ピストンヘッド部（円盤形状部）、２Ａ…冠面、２Ｂ…ピストンヘッド本体部、２Ｃ…リング溝、２Ｅ…クーリングチャンネル、２Ｆ…クーリングチャンネル形成領域、３Ａ…第１スカート部（円筒形状部）、３Ｂ…第２スカート部（円筒形状部）、３Ｃ…リング溝、５Ａ…第１ピストンピンボス部、５Ａ１…第１ピストンピン孔、５Ｂ…第２ピストンピンボス部、５Ｂ１…第２ピストンピン孔、６…冷却用凹凸部、６Ａ…収容凹部、６Ａ１…収容凹部平面部（収容凹部６Ａの底面）、６Ａ２…収容凹部６Ａの外周縁、６Ｂ…凸状フィン部、６Ｂ１…第１軸線方向凸状フィン部、６Ｂ２…第２軸線方向凸状フィン部、６Ｅ１…円弧形状部、６Ｅ２…円弧形状部（１対のオイルジェット被噴射部）、６Ｆ…エアベント跡部、６Ｆ１…エアベント跡部フィン部、６Ｇ…ピストンヘッド部厚さ測定用平面部、９…円盤形状部と円筒形状部との境界、１０５…ピストンピン、Ｌ１…第１軸線、Ｌ２…第２軸線、Ｌ３…第３軸線。

Claims (12)

1. 内燃機関用ピストンにおいて、
   ピストンピンボス部であって、
   ピストンピンが挿入される第１ピストンピン孔を有する第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ピストンピン孔を有する第２ピストンピンボス部と、
   を有する前記ピストンピンボス部と、
   スカート部であって、
   前記ピストンピンの長手方向に対して垂直な断面において前記第１ピストンピン孔の内周円の中心を通り前記ピストンピンの長手方向に対して平行な軸線を第１軸線とした場合に、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿う方向において前記ピストンピンボス部に対して一方の側に設けられた第１スカート部と、
   前記第２軸線の方向において前記ピストンピンボス部に対して他方の側に設けられた第２スカート部と、
   を有する前記スカート部と、
   ピストンヘッド部であって、
   前記第１軸線及び前記第２軸線の両方に直交する第３軸線の方向において前記ピストンピンボス部及び前記スカート部に対して一方の側に設けられると共に、ピストンヘッド本体部とリング溝と冠面と冷却用凹凸部とを有し、
   前記冠面は、前記第３軸線の方向において前記ピストンヘッド本体部の前記ピストンピンボス部の反対側に設けられており、
   前記冷却用凹凸部は、前記第３軸線の方向において前記ピストンヘッド本体部のうち前記冠面の反対側に設けられて、複数の凸状フィン部と複数の前記凸状フィン部を収容する収容凹部とを備え、
   前記収容凹部は、前記第３軸線に沿う方向において前記冠面の反対側に向かって開口する凹形状と、前記第３軸線に平行な断面が前記凹形状の開口の外周縁から凹形状内側の所定の領域に、前記凹形状の底面と前記外周縁とを接続する、第１曲率半径を有する円弧形状部と、を有し、
   前記凸状フィン部は、前記第３軸線に沿う方向において前記冠面の反対側に向かって突出する凸形状を有し、前記第３軸線と平行な断面が前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径の円弧形状部を有している、
   前記ピストンヘッド部と、
   を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
2. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   複数の前記凸状フィン部は、格子形状を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
3. 請求項２に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   複数の前記凸状フィン部は、第１軸線方向凸状フィン部と第２軸線方向凸状フィン部とを備え、
   前記第１軸線方向凸状フィン部は、前記第１軸線の方向と平行に延びる形状を有し、
   前記第２軸線方向凸状フィン部は、前記第２軸線の方向と平行に延びる形状を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
4. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   前記収容凹部は、前記第３軸線に対して垂直な断面における前記収容凹部の全周において、前記円弧形状部を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
5. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   前記収容凹部は、前記第３軸線に対して垂直な断面と平行な収容凹部平面部を有し、
   複数の前記凸状フィン部は、前記収容凹部平面部に設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
6. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   前記収容凹部の深さの値は、前記凸状フィン部の高さの２倍の値よりも大きいことを特徴とする内燃機関用ピストン。
7. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   前記収容凹部は、１対のオイルジェット被噴射部を有し、
   １対の前記オイルジェット被噴射部の夫々は、前記収容凹部のうち、前記第２軸線に沿う方向における両端部の夫々に設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
8. 請求項７に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   前記冷却用凹凸部は、前記第２軸線に沿う方向における前記凸状フィン部の端部から前記収容凹部の外周縁までの最短距離が、前記第１軸線に沿う方向における前記凸状フィン部の端部から前記収容凹部の外周縁までの最短距離よりも大きいことを特徴とする内燃機関用ピストン。
9. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
   前記冷却用凹凸部は、エアベント跡部を有し、
   前記エアベント跡部は、鋳造型に溶湯を注ぎ、前記ピストンピンボス部、前記スカート部、および前記ピストンヘッド部を鋳造する際、前記鋳造型の内部に存在していた空気を前記鋳造型の外部に排出するための排出孔と対応した形状を有しており、かつ、エアベント跡部フィン部を有し、
   前記エアベント跡部フィン部は、前記第３軸線に沿う方向において前記冠面の反対側に向かって突出する凸形状を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
10. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
    前記冷却用凹凸部は、ピストンヘッド部厚さ測定用平面部を有し、
    前記ピストンヘッド部厚さ測定用平面部は、前記第３軸線に対して垂直な断面において前記円弧形状部よりも内側に設けられ、前記第３軸線に対して垂直な断面と平行な平面形状を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
11. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
    前記内燃機関用ピストンは円盤形状部と円筒形状部とを有し、
    前記円盤形状部は、前記冠面及び前記冷却用凹凸部が設けられており、
    前記円筒形状部は、前記第３軸線に沿う方向に前記円盤形状部と連続して形成され、外周面にリング溝が設けられており、
    前記収容凹部は、前記第２軸線に沿う方向における両端部が、前記円盤形状部と前記円筒形状部の境界と隣接していることを特徴とする内燃機関用ピストン。
12. 請求項１に記載の内燃機関用ピストンにおいて、
    前記ピストンヘッド部は、クーリングチャンネルとクーリングチャンネル形成領域とを有し、
    前記クーリングチャンネルは、前記ピストンヘッド部を冷却する流体が流れる通路であって、前記第３軸線を中心とする周方向に延びる円弧形状を有し、
    前記クーリングチャンネル形成領域は、前記クーリングチャンネルを包囲するように前記第３軸線に沿う方向において前記冠面の反対側に向かって突出する凸形状を有しており、
    前記収容凹部は、前記第２軸線に沿う方向における両端部が、前記クーリングチャンネル形成領域と隣接していることを特徴とする内燃機関用ピストン。

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