JP4333476B2 - エンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンにおけるコネクティングロッドとピストンとを連結する連結構造、特に、ピストン質量の軽量化を図ることを目的とした連結構造に関する。

従来、車両等に搭載されるエンジン、特に４気筒エンジンでは、二次慣性力による振動および騒音を解消するため、バランスシャフトを備えるのが一般的であった。しかし、近年、エンジンの軽量化および低コスト化のため、このバランスシャフトを削減したいという要求が高まっている。

二次慣性力を低下させることで、バランスシャフトを削減することが可能となるが、この二次慣性力に寄与するピストン質量は、４気筒のように気筒数が少なく、かつ大きな排気量（例えば、２２００ｃｃ以上の排気量）のエンジンでは、重たくならざるを得ず、さらに、通常のエンジンではピストンピンをピストン側方から挿入する関係上、ピストンリングよりも上（ピストンクラウン側）にピストンピン位置を設定できず、ピストンクラウン部とピストンピン間の寸法を小さくできないこともあり、現状の構造のままでは、アルミニウム等の軽金属を使用しても、有効に軽量化を図ることができなかった。

そこで、ピストン質量の軽量化を図るため、ピストンとコネクティングロッドとを連結するピストンピンをなくし、さらに、その連結位置をできるだけ上側にしてピストン全長を短縮することが考えられる。

ピストンピンをなくす構造としては、ピストンのクラウン部下面に球面凸部を形成し、この球面凸部に対応するよう、コネクティングロッドの上端に球面凹部を形成し、この球面凸部と球面凹部を摺動接触させることで、ピストンとコネクティングロッドとを連結する構造が考えられる。

このような連結構造を採用したものとして、下記特許文献１がある。
この特許文献１は、圧縮比および燃焼圧力の大きなディーゼルエンジンにおいて、ピストンとコネクティングロッドとの摺接面の面圧を下げて、耐久性を向上させるものであり、本件のように直接軽量化を図るものではないが、クラウン部の下面に球面凸部を形成し、この球面凸部に摺動する球面凹部を備えた椀状の受皿をコネクティングロッドに設け、この受皿をスカート部に螺合固定した保持筒等で摺動位置に保持することで、ピストンとコネクティングロッドとを連結している。

このように、球面凸部と球面凹部の摺動当接によってピストンとコネクティングロッドとを連結することにより、ピストンピンが不要となり、また、その連結位置も上側に設定することができる。

特許第２５８１３２６号公報

しかしながら、ピストン質量の軽量化を考えると、前述の特許文献１の構造では充分な軽量化を図ることができない。それは、スカート部に螺合固定される保持筒等を、別途設けなければならず、また、スカート部の剛性を確保するために肉厚を厚くする必要があるからである。

すなわち、特許文献１のように、スカート部に螺合固定する保持筒等を設けると、ピストンピンよりも重い、ピストン径と略同径の部材を別途設ける必要が生じ、結果的に、ピストンピンを不要として軽量化を図ろうとしたメリットを没却してしまうのである。

そこで、軽量化を図るためは、保持筒等の代わりに、できるだけコンパクトな受皿の支持部材が必要となる。

但し、この受皿の支持部材は、シリンダ内で燃焼圧を繰り返し受ける部材であることから、破損しないように考慮する必要もある。

そこで、この発明は、エンジンにおけるコネクティングロッドとピストンとを連結する連結構造において、ピストンの軽量化を図るため、コネクティングロッドとピストンを球面凸部と球面凹部の摺動当接で連結し、この摺動当接の際に用いられる受皿を支持する支持部材を、容易に破損しないようにしつつも、コンパクトに構成して、軽量化を図ることができ、しかも、受皿支持部材に、コネクティングロッドを挿通する長穴形状の挿通穴を形成し、該挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を構成することにより、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を、受皿支持部材の挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で構成することになり、このため、ピストンの回転規制のために別途部材を必要とせず、またこの回転規制位置もピストンの回転中心から近い位置で行えるため、コンパクトに構成することができて、軽量化を図りつつ、ピストンの回転規制を行うことができるエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造を提供することを目的とする。

この発明のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造は、コネクティングロッドとピストンを連結するエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造であって、前記ピストンのクラウン部下面に形成され、下方に突出する球面凸部と、前記コネクティングロッドの上端に設けられ、該球面凸部と摺動当接する球面凹部を備える椀状受皿部と、該椀状受皿部を下方から摺動自在に支持し、ピストンのスラスト方向および反スラスト方向のみに延設する締結部を有し、該締結部でクラウン部下面に締結される受皿支持部材とを備え、前記受皿支持部材に、コネクティングロッドを挿通する長穴形状の挿通穴を形成し、該挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を構成したものである。

上記構成によれば、ピストンのクラウン部下面に形成された球面凸部と、コネクティングロッドの上端の球面凹部を備える椀状受皿部とにより、ピストンとコネクティングロッドとを摺動当接させ、受皿支持部材で椀状受皿部をピストンに締結固定することにより、ピストンとコネクティングロッドとを連結する。そして、この受皿支持部材の締結を、ピストンのスラスト方向および反スラスト方向のみに延設する締結部によって行う。

このため、受皿支持部材は、スカート部まで径方向に延びるような大きさを必要としないため、コンパクトに構成することができる。また、ピストンのスラスト方向および反スラスト方向というピストンの揺動方向のみで締結が行なわれるため、燃焼圧の大きく作用する方向で効果的に締結が行なわれ、破損のおそれを低くすることができる。

しかも、前記受皿支持部材に、コネクティングロッドを挿通する長穴形状の挿通穴を形成し、該挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を構成したものであるから、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を、受皿支持部材の挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で構成することになり、このため、ピストンの回転規制のために別途部材を必要とせず、またこの回転規制位置もピストンの回転中心から近い位置で行えるため、コンパクトに構成することができる。よって、軽量化を図りつつ、ピストンの回転規制を行うことができる。

この発明の一実施態様においては、前記椀状受皿部を、コネクティングロッドと別部材で構成し、該椀状受皿部に前記回転規制手段の平面部を形成し、該椀状受皿部を、コネクティングロッドに対して締結部材で締結固定したものである。

上記構成によれば、椀状受皿部は、コネクティングロッドと別部材で構成されるともに、その椀状受皿部には回転規制手段の平面部が形成され、コネクティングロッドに対して締結部材で締結固定されることになる。

このため、椀状受皿部は、別部材として成形できるため、成形精度を高めることができる。また、回転規制手段の平面部を形成することで、回転規制の機能も持たせることができる。さらに、締結部材で締結固定したため、椀状受皿部の回転方向の位置を仮固定した状態で締結作業ができるため、椀状受皿部の位置決めも容易に行うことができる。

この発明の一実施態様においては、前記ピストンのスラスト位置および反スラスト位置に、スカート部を設け、該スカート部の上部と前記受皿支持部材の締結位置を、ピストンクラウン部から垂下し、スラスト方向および反スラスト方向に延びる連結リブ部で連結したものである。

上記構成によれば、スラスト方向および反スラスト方向に延びる連結リブ部で、ピストンのスラスト位置および反スラスト位置に設けたスカート部上部と受皿支持部材の締結位置を連結することになる。

このため、受皿支持部材の締結位置の剛性が高まり、受皿支持部材に対して余計な捩れ等の動きも生じないため、受皿支持部材の破損のおそれをより低くできる。また、スカート部の下部までリブを設けると、スカート部下部の剛性が高くなり過ぎて油膜切れによる潤滑性の悪化が考えられるが、上記構成では、剛性が必要なピストンリング部分からスカート部の上部のみに連結リブ部を設けており、潤滑性を確保しつつ、必要な剛性を確保できる。

この発明の一実施態様においては、前記椀状受皿部下面を略真球面にするとともに、受皿支持部材の前記椀状受皿部を摺動自在に支持する支持面を、前記椀状受皿部下面の球面凸部より大きな半径で、かつ、その球面中心が凸部軸芯よりも遠い位置にオフセットした略錐状曲面とし、かつ、椀状受皿部裏面との当接部がスラスト方向および反スラスト方向に延びる平行線状となる複合曲面としたものである。

上記構成によれば、受皿支持部材の椀状受皿部の支持面が、椀状受皿部との当接部がスラスト方向および反スラスト方向に延びる平行線状となる複合曲面であるため、支持面をスラスト方向および反スラスト方向に延びるように設けたとしても、椀状受皿部の当接部を長く確保することができるため、支持面に局所的な面圧が作用することがなく、受皿支持部材のひび割れ等の破損を防ぐことができる。

この発明の一実施態様においては、前記椀状受皿部の球面凹部を、前記ピストンの球面凸部の半径よりも大きい半径で、かつ、その球面中心がピストンの球面凸部軸芯よりも遠い位置にオフセットした略錐状曲面形状としたものである。

通常、球面凸部と球面凹部とで摺接面を形成する場合、球面凹部側を大きな半径の曲面とするが、その場合、当接部は一点となってしまい面圧が高くなってしまうが、上記構成によれば、椀状受皿部の球面凹部とピストンの球面凸部は、常に環状の当接面で摺動当接するため、両者の間で生じる面圧を分散させることで低下させることができる。また、球面凹部の加工についても、球面凸部との曲面の一致を考慮しなくてもよいため、容易に行うことができる。

この発明の一実施態様においては、前記ピストンの球面凸部の中央に、円筒中空の肉抜き部を形成したものである。

上記構成によれば、肉抜き部をピストンの球面凸部の中央に形成したため、より一層ピストンの軽量化を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、前記椀状受皿部の外周面に、溝部を形成したものである。

上記構成によれば、溝部を椀状受皿部の外周面に形成したため、より一層ピストンの軽量化を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、前記ピストンの球面凸部の摺動球面を含む仮想球面体の上部が、クラウン部上面よりも上方に突出するように、ピストン球面凸部を設定したものである。

上記構成によれば、摺動当接面を充分に確保しつつも、ピストンとコネクティングロッドとの連結位置を上側に設定できるため、ピストン全長を短くすることができ、より一層ピストンの軽量化を図ることができる。

この発明によれば、受皿支持部材は、スカート部まで径方向に延びるような大きさを必要としないため、コンパクトに構成することができる。また、ピストンのスラスト方向および反スラスト方向というピストンの揺動方向のみで締結が行なわれるため、燃焼圧の大きく作用する方向で効果的に締結が行なわれ、破損のおそれも低くすることができる。

したがって、エンジンにおけるコネクティングロッドとピストンを連結する連結構造において、ピストンの軽量化を図るため、コネクティングロッドとピストンを球面凸部と球面凹部の摺動当接で連結し、この摺動当接の際に用いられる受皿を支持する支持部材を容易に破損しないようにしつつも、コンパクトに構成して、軽量化を図ることができる。

しかも、前記受皿支持部材に、コネクティングロッドを挿通する長穴形状の挿通穴を形成し、該挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を構成したものであるから、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を、受皿支持部材の挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で構成することになり、このため、ピストンの回転規制のために別途部材を必要とせず、またこの回転規制位置もピストンの回転中心から近い位置で行えるため、コンパクトに構成することができる。よって、軽量化を図りつつ、ピストンの回転規制を行うことができる効果がある。

以下、図面に基づいてこの発明の実施形態を詳述する。
図１は、本実施態様のコネクティングロッドとピストンの連結構造を採用したピストン組立体１をクランク軸方向から見た正面図、図２はそのピストン組立体１の側面図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図、図５はピストン組立体１の底面図、図６はピストン組立体の下方からの斜視図である。

本実施態様のピストン組立体１は、直列四気筒エンジンのシリンダ内で、上下方向に往復運動をして、図示しないクランク軸をコネクティングロッド２を介して回転するように構成される。

このピストン組立体１は、上部にクラウン部３１を有する円筒カップ状のピストン本体３と、このピストン本体３のクラウン部３１の下方でクラウン部３１から突設する球面凸部３４に摺動当接する椀状受皿部材４と、この椀状受皿部材４を下方から摺動自在に支持する受皿支持部材５と、上端に椀状受皿部材４が固定され、下端にクランク軸が嵌合されるコネクティングロッド２とからなる。

前述のピストン本体３は、軽量化のためアルミニウム合金製とされ、ピストン本体３上部に設けたクラウン部３１と、ピストン本体３外周のスラスト位置、反スラスト位置にそれぞれ設けたスカート部３２，３３と、クラウン部３１下部の中央に突設した球面凸部３４と、その球面凸部３４を挟むようにスラスト側、反スラスト側でクラウン部３１下部に突設した締結ボス部３５，３５と、スカート部３２，３３と締結ボス部３５，３５をスラスト方向、反スラスト方向に延びて連結する連結リブ部３６，３６と、スカート部３２，３３の間をスラスト方向、反スラスト方向に延びてスカート部３２，３３を連結するスラスト方向リブ部３７，３７とを有する。

クラウン部３１は、図３に示すように、その上面に燃焼室を構成する平坦な上面凹部３１ａを形成し、外周部３１ｂにピストンリングを装着するリング溝３１ｃを形成している。また、その下面には、外周部３１ｂよりも薄肉に設定した下面凹部３１ｄを形成している。

スカート部３２，３３は、それぞれピストン本体３の揺動方向であるスラスト位置、反スラスト位置に設けられ、ピストン本体３がシリンダ内で上下に適切に移動するよう、クラウン部３１の外周部３１ｂからそのまま下側に延びる円弧形状で構成される。

球面凸部３４は、クラウン部３１下部の中央に突設され、スラスト方向、反スラスト方向と直交する側面を切欠いた部分球面体で構成している。このように部分球面体とすることで、直接揺動とは関係ない部分をピストン本体３から削除できるため、軽量化を図ることができる。

また、球面凸部３４の中央には円筒中空の肉抜き部３４ａを形成している。このように肉抜き部３４ａを設けることで、この部分の肉を削除できるため、より一層軽量化を図ることができる。

さらに、この球面凸部３４の摺動球面３４ｂを、図３に示すように、その摺動球面３４ｂを含む仮想球面体Ｑがその上部をクラウン部３１上面よりも上方に突出するように設定している。このように、仮想球面体Ｑがクラウン部３１上面よりも上方に突出するように設定することで、摺動当接部を充分に確保しつつも、ピストン本体３とコネクティングロッド２との連結位置を上側に設定できるため、ピストン本体３の全長を短くすることができ、より一層のピストン組立体１の軽量化を図ることができる。

締結ボス部３５，３５は、クラウン部３１下部のスラスト側、反スラスト側の二箇所に円柱状に突設され、前述の受皿支持部材５をクラウン部３１下部に締結固定するために設けている。

この締結ボス部３５，３５の突出量も、前述の球面凸部３４よりやや小さく設定し、できるだけ突出量を少なくすることで、軽量化を図っている。

連結リブ部３６，３６は、スカート部３２，３３の上部と締結ボス部３５，３５をスラスト方向、反スラスト方向に延びて連結する。このように連結リブ部３６，３６を設けることで締結ボス部３５，３５とスカート部３２，３３上部からリング溝３１ｃ部にかけての剛性を高めることができる。特に、締結ボス部３５，３５の剛性を高めることで、受皿支持部材５の締結部分が強固に固定されるため、受皿支持部材５には捩れが生じない。よって、受皿支持部材５に余計な負担を掛けないため、破損のおそれを低くできる。

スラスト方向リブ部３７，３７は、スカート部３２，３３の端部同士を、スラスト方向、反スラスト方向に延びて連結し、スカート部３２，３３の剛性を高めている。
前述の椀状受皿部材４は、コネクティングロッド２の上端に締結固定される杯状部材で構成され、前述の球面凸部３４に対して上面の球面凹部４１で摺動当接する。

この球面凹部４１の摺動球面４１ａは、図３に示すように、球面凸部３４の摺動球面３４ｂの半径よりも大きい半径Ｒの曲面を組合せた錐状複合曲面形状で構成している。このように錐状複合曲面形状にすることで、球面凸部３４の摺動球面３４ｂに対して、球面凹部４１が常に環状の当接部で当接することになるため、球面凹部４１と球面凸部３４の間の面圧を分散して低下させることができる。また、球面凹部４１の加工についても、球面凸部３４との精密な曲面の一致を考慮しなくてもよいため、容易に行うことができる。

椀状受皿部材４の下端の円筒部４２には、ピストン本体３の回転方向の動きを規制する平面部４２ａを形成している。この平面部４２ａに、後述の受皿支持部材５の挿通穴５１側面を当接させることで、ピストン本体３の回転規制を行うように構成している。

また、椀状受皿部材４の外周面には、一条の溝部４３を形成している。このような溝部４３を形成することで、椀状受皿部材４の質量を低減できるため、軽量化を図ることができる。

さらに、椀状受皿部材４の下面には、受皿支持部材５に当接する球面凸部４４を形成している。

前述の受皿支持部材５は、中央に長穴形状の挿通穴５１を形成したスラスト方向、反スラスト方向に延びる略矩形の立方体で構成され、その両端に締結ボルト６，６を挿通するボルト穴５２，５２を有する締結部５３，５３を形成している。また、受皿支持部材５の上部には椀状受皿部材４を摺動自在に支持する曲面状の支持面５４を設け、下部には支持剛性を高めるよう所定の肉厚をもってスラスト方向、反スラスト方向に延びる梁部５５を設けている。

支持面５４は、後述するように椀状受皿部材４との当接部が、スラスト方向、反スラスト方向に延びる平行線状となるような複合曲面で構成され、支持面５４に局所的な面圧が作用することを防止している。

また、締結部５３，５３は、スラスト方向、反スラスト方向に延び、受皿支持部材５を、締結ボルト６，６を介してクラウン部３１下面の締結ボス部３５，３５に締結固定している。

このように、スラスト方向、反スラスト方向に延びる締結部５３，５３によってクラウン部３１下面に締結されることで、受皿支持部材５は、スカート部３２，３３まで径方向に延びるような大きさを必要としないため、コンパクトに構成することができる。また、燃焼圧の大きく作用する方向で効果的に締結を行なうため、破損のおそれも低くできる。

よって、受皿支持部材５を、破損しないようにしつつも、コンパクトに構成して、軽量化を図ることができる。

なお、この受皿支持部材５を締結する締結ボルト６，６は、二本の六角穴ボルトである。このような穴ボルトで締結固定を行なうことで、ボルト頭部を小さくできるため、ピストン組立体１の軽量化を一層図ることができる。

また、挿通穴５１は、揺動するコネクティングロッド２に干渉しないようにスラスト方向、反スラスト方向に延びる矩形状に形成され、その内側側面５１ａを、椀状受皿部材４に形成した平面部４２ａに当接させることでピストン本体３の回転規制を行うように構成している。

このように、受皿支持部材５と椀状受皿部材４で回転規制を行うことで、ピストン本体３の回転規制のために別途部材を必要とすることなく、また、この回転規制位置もピストン本体３の回転中心から近い位置で行えるため、コンパクトに構成することができる。

梁部５５は、燃焼圧を受ける支持面５４を確実に保持するため、上下方向に所定の肉厚を有するように構成し、かつ均等の剛性を確保するため、側面視でスラスト方向、反スラスト方向に延びる扇形状に構成している。

前述のコネクティングロッド２は、揺動方向両側に設けた平板部２１，２１とその平板部を連結する連結部２２とからなるＨ型断面形状のロッド部２３と、椀状受皿部材４を締結する上端の締結座部２４とを備える。このコネクティングロッド２は、鍛造品で構成され、大きなピストン本体３からの荷重を確実にクランク軸に伝達している。

なお、コネクティングロッド２と椀状受皿部材４については、一体で成形してもよいが、椀状受皿部材４の成形精度を高める場合や、材料を変更する場合には、本実施態様のように別体で成形した方が望ましい。

また、コネクティングロッド２と椀状受皿部材４の締結は、一本の受皿締結ボルト７で行っている。このように、別の受皿締結ボルト７で締結を行うことで、締結固定の際、椀状受皿部材４の回転方向の位置を規定（仮固定）した上で、締結固定を行うことが可能となる。これにより、ピストン本体３の回転規制の機能を有する椀状受皿部材４の回転方向位置を容易に規定することができるため、椀状受皿部材４の位置決めを容易に行える。

図７〜図９は各部品の単品図である。図７はピストン本体３の断面斜視図、図８はコネクティングロッド２上部、および、その上端に締結固定した椀状受皿部材４の斜視図、図９は受皿支持部材５の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図、（ｄ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。

まず、図７に示すピストン本体３は、前述したように円筒カップ状に成形され、クラウン部３１の下部には、下面凹部３１ｄから下方に突出するように球面凸部３４、締結ボス部３５、連結リブ部３６、および、スラスト方向リブ部３７，３７を設けている。

連結リブ部３６は、スラスト方向、反スラスト方向に向かうに従い徐々に上下方向長さを長くするように設定している。このように連結リブ部３６の長さを徐々に変化するように設定することで、連結リブ部３６で急激な剛性変化が生じないため、応力集中が生じにくくなり、破損のおそれを低くすることができる。

また、図８に示すコネクティングロッド２は、前述のようにＨ型断面形状のロッド部２３と締結座部２４からなり、その締結座部２４で椀状受皿部材４を上下方向で締結固定している。椀状受皿部材４は、前述のように受皿締結ボルト７で回転方向の位置を規定した上でコネクティングロッド２に締結固定される。

図９に示す受皿支持部材５は、前述のように中央に挿通穴５１、スラスト方向、反スラスト方向端部に締結部５３，５３、上部に支持面５４、下部に梁部５５を設けている。

このうち支持面５４は、図９の（ａ）に示すように、椀状受皿部材４との当接部Ｔが、スラスト方向、反スラスト方向に延びる平行線状となるような複合曲面で構成し、支持面５４に局所的な面圧が作用することを防止している。

具体的には、図９の（ｄ）に示すように、椀状受皿部４下面の球面凸部４４を含む仮想球面体４Ｑより大きな半径Ｕで、かつ、その球面中心Ｐが球面凸部３４の軸芯よりも遠い位置にオフセットした略錐状曲面をベースとし、そのままでは椀状受皿部材４との当接部が環状当接部となり、前記挿通穴５１の存在により、環状当接部のスラスト方向、反スラスト方向が途切れてしまうため、前記略錐状曲面をスラスト方向、反スラスト方向にわずかに伸展させた複合曲面で構成することで、椀状受皿部材４との当接部Ｔを平行線状にすることができる。

支持面５４を、こうした複合曲面にすることで、受皿支持部材５を矩形状にコンパクトに構成したとしても、当接面積を充分に確保することができるため、支持面５４に局所的な面圧が作用しないようにでき、破損のおそれを低くすることができる。

次に、以上のように構成した本実施態様の作用および効果について詳述する。
この実施態様によるエンジンのコネクティングロッド２とピストン本体３の連結構造は、コネクティングロッド２とピストン本体３を連結するエンジンのコネクティングロッド２とピストン本体３の連結構造であって、前記ピストン本体３のクラウン部３１下面に形成され、下方に突出する球面凸部３４と、前記コネクティングロッド２の上端に設けられ、該球面凸部３４と摺動当接する球面凹部４１を備える椀状受皿部材４と、該椀状受皿部材４を下方から摺動自在に支持し、スラスト方向および反スラスト方向のみに延設する締結部５３，５３を有し、該締結部５３，５３でクラウン部３１下面に締結される受皿支持部材５とを備えるものである。

上記構成によれば、クラウン部３１下面に形成された球面凸部３４と、コネクティングロッド２の上端の球面凹部４１を備える椀状受皿部材４とにより、ピストン本体３とコネクティングロッド２を摺動当接させ、受皿支持部材５で椀状受皿部材４をピストン本体３に締結固定することにより、ピストン本体３とコネクティングロッド２を連結する。そして、この受皿支持部材５の締結を、スラスト方向および反スラスト方向のみに延設する締結部５３，５３によって行う。

このため、受皿支持部材５は、スカート部３２，３３まで径方向に延びるような大きさを必要としないため、コンパクトに構成することができる。また、ピストンのスラスト方向および反スラスト方向というピストンの揺動方向のみで締結が行なわれるため、燃焼圧の大きく作用する方向で効果的に締結が行なわれ、破損のおそれを低くすることができる。

したがって、エンジンにおけるコネクティングロッド２とピストン本体３を連結する連結構造において、ピストン組立体１の軽量化を図るため、コネクティングロッド２とピストン本体３を球面凸部３４と球面凹部４１の摺動当接で連結し、この摺動当接の際に用いられる椀状受皿部材４を支持する受皿支持部材５を容易に破損しないようにしつつも、コンパクトに構成して、軽量化を図ることができる。

また、この実施態様では、前記ピストン本体１のスラスト位置および反スラスト位置に、スカート部３２，３３を設け、該スカート部３２，３３上部と前記受皿支持部材５が締結される締結ボス部３５を、クラウン部３１から垂下し、スラストおよび反スラスト方向に延びる連結リブ部３６，３６で連結したものである。

上記構成によれば、スラスト方向および反スラスト方向に延びる連結リブ部３６，３６で、スラスト位置および反スラスト位置に設けたスカート部３２，３３と皿支持部材５が締結される締結ボス部３５を連結することになる。

このため、受皿支持部材５の締結位置の剛性が高まり、受皿支持部材５に対して余計な捩れ等の動きも生じないため、受皿支持部材５の破損のおそれをより低くできる。また、スカート部３２，３３の下部までリブを設けるとスカート部３２，３３下部の剛性が高くなり過ぎて油膜切れによる潤滑性の悪化が考えられるが、上記構成では、剛性が必要なリング溝３１ｃ部からスカート部３２，３３の上部のみに連結リブ部３６，３６を設けており、潤滑性を確保しつつ、必要な剛性を確保できる。

また、この実施態様では、前記受皿支持部材５に、コネクティングロッド２を挿通する長穴形状の挿通穴５１を形成し、該挿通穴５１の側面５１ａと椀状受皿部材４に形成した平面部４２ａで、ピストン本体３の回転方向の動きを規制する回転規制手段を構成したものである。

上記構成によれば、ピストン本体３の回転方向の動きを規制する回転規制手段を、受皿支持部材５の挿通穴５１の側面と椀状受皿部材４に形成した平面部４２ａで構成することになる。

このため、ピストン本体３の回転規制のために別途部材を必要とせず、また、この回転規制位置もピストン本体３の回転中心から近い位置で行えるため、コンパクトに構成することができる。よって、軽量化を図りつつ、ピストン本体３の回転規制を行うことができる。

また、この実施態様では、前記椀状受皿部材４を、コネクティングロッド２と別部材で構成し、該椀状受皿部材４に前記平面部４２ａを形成し、該椀状受皿部材４を、コネクティングロッド２に対して受皿締結ボルト７で締結固定したものである。

上記構成によれば、椀状受皿部材４は、コネクティングロッド２と別部材で構成されるともに、その椀状受皿部材４には平面部４２ａが形成され、コネクティングロッド２に対して受皿締結ボルト７で締結固定されることになる。

このため、椀状受皿部材４は、別部材として成形できるため、成形精度を高めることができ、また平面部４２ａを形成することで、回転規制の機能も持たせることができる。さらに、受皿締結ボルト７で締結固定したため、椀状受皿部材４の回転方向の位置を仮固定した状態で締結作業ができるため、椀状受皿部材４の位置決めも容易に行うことができる。

また、この実施態様では、前記椀状受皿部材４下面を略真球面にするとともに、受皿支持部材５の前記椀状受皿部（椀状受皿部材４参照）を摺動自在に支持する支持面５４を、前記椀状受皿部（椀状受皿部材４参照）下面の球面凸部４４より大きな半径で、かつその球面中心が凸部軸芯よりも遠い位置にオフセットした略錐状曲面とし、かつ椀状受皿部（椀状受皿部材４参照）裏面との当接部Ｔがスラスト方向および反スラスト方向に延びる平行線状となる複合曲面としたものである。

上記構成によれば、受皿支持部材５の椀状受皿部材４の支持面５４が、椀状受皿部材４との当接部Ｔがスラスト方向および反スラスト方向に延びる平行線状となる複合曲面であるため、椀状受皿部材４の当接部Ｔを長く確保することができるため、支持面５４に局所的な面圧が作用することがなく、受皿支持部材５のひび割れ等の破損を防ぐことができる。

また、この実施態様では、前記椀状受皿部材４の球面凹部４１を、前記ピストン本体３の球面凸部３４の半径よりも大きい半径Ｒの曲面を組合せた錐状複合曲面形状としたものである。

上記構成によれば、椀状受皿部材４の球面凹部４１とピストン本体３の球面凸部３４は、常に環状の当接部で摺動当接するため、両者の間で生じる面圧を分散させることで低下させることができる。また、球面凹部４１の加工についても、球面凸部３４との曲面の一致を考慮しなくてもよいため、容易に行うことができる。
また、この実施態様では、前記ピストン本体３の球面凸部３４の中央に、円筒中空の肉抜き部３４ａを形成したものである。

上記構成によれば、肉抜き部３４ａをピストン本体３の球面凸部３４の中央に形成したため、より一層ピストン本体３の軽量化を図ることができる。

また、この実施態様では、前記椀状受皿部材４の外周面に、溝部４３を形成したものである。

上記構成によれば、溝部４３を椀状受皿部材４の外周面に形成したため、より一層ピストン組立体１の軽量化を図ることができる。

また、この実施態様では、前記ピストン本体３の球面凸部３４の摺動球面３４ｂを含む仮想球面体Ｑの上部が、クラウン部３１上面よりも上方に突出するように、ピストン本体３の球面凸部３４を設定したものである。

上記構成によれば、摺動当接面を充分に確保しつつも、ピストン本体３とコネクティングロッド２との連結位置を上側に設定できるため、ピストン本体３の全長を短くすることができ、より一層ピストン本体３の軽量化を図ることができる。

以上、この発明の構成と、前述の実施態様との対応において、
この発明のピストンは、実施態様のピストン本体３に対応し、
発明の椀状受皿部は、実施態様の椀状受皿部材４に対応するも、
この発明は、前述の実施態様の構成のみに限定されるものではなく、様々なエンジンのピストンに適用する実施態様を含むものである。

本発明を採用したピストン組立体の正面図。 ピストン組立体の側面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。 ピストン組立体の底面図。 ピストン組立体の下方斜視図。 ピストン本体の断面斜視図。 コネクティングロッド及び椀状受皿部材の斜視図。 受皿支持部材の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図、（ｄ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図。

１…ピストン組立体
２…コネクティングロッド
３…ピストン本体（ピストン）
４…椀状受皿部材（椀状受皿部）
５…受皿支持部材
６…締結ボルト
７…受皿締結ボルト
３１…クラウン部
３２，３３…スカート部
３４…球面凸部
３４ａ…肉抜き部
３４ｂ…摺動球面
３５…締結ボス部
３６…連結リブ部
４１…球面凹部
４２ａ…平面部
４３…溝部
４４…球面凸部
５１…挿通穴
５１ａ…側面
５３…締結部
５４…支持面
Ｑ…仮想球面体
Ｔ…当接部

Claims (8)

1. コネクティングロッドとピストンとを連結するエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造であって、
   前記ピストンのクラウン部下面に形成され、下方に突出する球面凸部と、
   前記コネクティングロッドの上端に設けられ、該球面凸部と摺動当接する球面凹部を備える椀状受皿部と、
   該椀状受皿部を下方から摺動自在に支持し、ピストンのスラスト方向および反スラスト方向のみに延設する締結部を有し、該締結部でクラウン部下面に締結される受皿支持部材とを備え、
   前記受皿支持部材に、コネクティングロッドを挿通する長穴形状の挿通穴を形成し、
   該挿通穴の側面とコネクティングロッド側に形成した平面部で、ピストンの回転方向の動きを規制する回転規制手段を構成した
   エンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
2. 前記椀状受皿部を、コネクティングロッドと別部材で構成し、
   該椀状受皿部に前記回転規制手段の平面部を形成し、
   該椀状受皿部を、コネクティングロッドに対して締結部材で締結固定した
   請求項１記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
3. 前記ピストンのスラスト位置および反スラスト位置に、スカート部を設け、
   該スカート部の上部と前記受皿支持部材の締結位置を、ピストンクラウン部から垂下し、スラスト方向および反スラスト方向に延びる連結リブ部で連結した
   請求項１記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
4. 前記椀状受皿部下面を略真球面にするとともに、受皿支持部材の前記椀状受皿部を摺動自在に支持する支持面を、前記椀状受皿部下面の球面凸部より大きな半径で、かつその球面中心が凸部軸芯よりも遠い位置にオフセットした略錐状曲面とし、かつ椀状受皿部裏面との当接部がスラスト方向および反スラスト方向に延びる平行線状となる複合曲面とした
   請求項１〜３の何れか１に記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
5. 前記椀状受皿部の球面凹部を、前記ピストンの球面凸部の半径よりも大きい半径で、かつ、その球面中心がピストンの球面凸部軸芯よりも遠い位置にオフセットした略錐状曲面形状とした
   請求項１〜４の何れか１に記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
6. 前記ピストンの球面凸部の中央に、円筒中空の肉抜き部を形成した
   請求項１〜５の何れか１に記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
7. 前記椀状受皿部の外周面に、溝部を形成した
   請求項１〜６の何れか１に記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。
8. 前記ピストンの球面凸部の摺動球面を含む仮想球面体の上部が、クラウン部上面よりも上方に突出するように、ピストンの球面凸部を設定した
   請求項１〜７の何れか１に記載のエンジンのコネクティングロッドとピストンの連結構造。

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