JPH0143485Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、機関用組立式ピストンに関し、より
詳しくは、ピストンスカート部とピストンヘツド
部とが別体に構成された組立式ピストンに係るも
のである。

（従来の技術） 機関用の組立式ピストンの歴史は古く、組立手
段のひとつとしてねじ締結方式が知られている。
従来、組立式ピストンは鉄系の同質系材料からな
るのが普通であるが、近時においては、異質系材
料間の組立式ピストンが主流になりつつある。特
に、燃焼改善、燃費性向上の観点から自動車の小
型・軽量化が強く指向され、デイーゼルエンジン
にあつては、ピストンヘツド部をフアインセラミ
ツクス系で、ピストンスカート部を金属系で構成
するものが広く採用されつつある。

（考案が解決しようとする問題点） このように、ピストンヘツド部とピストンスカ
ート部において異質材料から組立式ピストンを構
成した場合、これらの異質材料同士は熱膨張係数
が大きくなることから、その締結技術が非常に難
しいものになつている。例えば、米国特許第
4419925号明細書には、セラミツクス製ピストン
ヘツド部の周部に雄ねじを形成し、これに金属製
ピストンスカート部の周部に形成した雌ねじを螺
合させて、両者を一体にねじ締結し、廻り止め手
段を具備した組立式ピストンが開示されている
が、このタイプの組立式ピストンにおいては、万
一、高速運転時のピストンのオーバヒート、振
動、使用環境条件の激変等に起因して前記ねじ締
結が緩んだ場合、これに対して瞬時に対応するこ
とができないという問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本考案は上記の問題点を解決するもので、その
技術手段は、ピストンスカート部とピストンヘツ
ド部とをねじ締結により一体に組み立てたピスト
ンにおいて、ピストンスカート部とピストンヘツ
ド部との間に、該両者を互いにねじ込む方向へ常
に回動付勢せしめる手段を設けたことを特徴とす
るものである。

本考案の組立式ピストンにおいて、万一、ピス
トンスカート部とピストンヘツド部とのねじ締結
が運転中に緩んだとしても、ピストンスカート部
とピストンヘツド部とは、回動付勢手段により互
いにねじ込まれる方向に回動力が作用するので、
該両者のねじ締結の緩みを瞬時にして防止し得
る。

（実施例） 以下に、本考案の一実施例を図について説明す
ると、第１図および第２図において、１はピスト
ンスカート部で、ピストンスカート部１は軽量で
放熱性の良いアルミ合金材料で製作されている。
ピストンスカート部１の上面側には凹部が設けら
れ、該凹部の内側には雌ねじ（右ねじ、左ねじを
問わない。）２が形成されている。ピストンスカ
ート部１の上部底面には断面角形の嵌合溝３が設
けられ、該嵌合溝３には、ピストンスカート部１
の径方向に延びる棒バネ（回動付勢手段）４の断
面角形基端部分４ａが圧入嵌合されている。棒バ
ネ４の材質は、ここではバネ鋼が用いられている
が、適度な弾性を有すれば、耐熱性のインコネ
ル、NiCr、Mo系材料も用いることができる。棒
バネ４の基端部分の離脱防止手段としてはピスト
ンスカート部１の嵌合溝３に対応する適当部位５
の二箇所を塑性変形させればよい。

棒バネ４の基端部分４ａを除く中央部分および
先端部分４ｂは断面円形とされている。棒バネ４
の先端部分４ｂは第１図において上方へＬ字状に
折曲形成され、ピストンスカート部１の上部に穿
設したクリヤランスホール６を貫いて上方向へ突
出している。クリヤランスホール６の径は、棒バ
ネ４の基端部分４ａを支点とする弾性的な可動領
域を考慮して、棒バネ４の径よりも所要の寸法だ
け大に寸法設定されている。

７はデイーゼルエンジン用のピストンヘツド部
で、ピストンヘツド部７の上面には、所望のスワ
ールを発生させるべく、キヤビテイ部８が形成さ
れている。ピストンヘツド部７は、耐熱性に優れ
たフアインセラミツクス、例えば、SiCSi₃N₄，
Al₂O，ZrO₂等より製作されている。ピストンヘ
ツド部７の下面側には、雄ねじ９を形成してなる
凸部１０が設けられている。ピストンヘツド部７
とピストンスカート部１とは、凸部１０の雄ねじ
９とピストンスカート部１の雌ねじ２とが螺合す
ることにより、一体にねじ締結されている。該ね
じ締結部は、通常、最終ロツク状態において、前
記両ねじ９，２間に微小変形による締結の予荷重
が作用すべく、回り方向に移動不可能にロツクさ
れている。かかる状態において、ピストンの高速
往復動による振動が伝達されても、ねじ締結の緩
みが発生しないように構成されている。

ピストンヘツド部７の下部に穿設した嵌合穴１
１には、前述した棒バネ４の先端部分４ｂが圧入
嵌合されている。この棒バネ４の力により、ピス
トンヘツド部７はピストンスカート部１に対し、
雄ねじ９と雌ねじ２とが締め付けられる方向へ常
時回動付勢されている。棒バネ４の基端部分４ａ
を支点する弾性変形量ｅは、ねじ締結が過大に食
い込まないよう適量に設定されている。δは棒バ
ネ４の弾性変形角度を示す。

棒バネ４のバネ常数は、棒バネ４の径ｄおよび
有効スパンｌを変更することにより、任意な大き
さに設定することができる。棒バネ４は熱的影響
を受けやすいピストンスカート部１の上部に設け
られているため、運転時においては温度変化に伴
い棒バネ４のバネ常数が変わり易いが、本実施例
では、図示しない油溜りより飛散する潤滑油１５
によつて、棒バネ４が冷却されほぼ一定のバネ常
数が確保されるようになつている。

ピストンスカート部１とピストンヘツド部７と
の間には、その外周縁部に極薄の金属製シム１２
が介装され、内側中央部には前記シム１２よりも
軟らかい金属製シム１３が介装されている。シム
１２，１３を介装することにより、締付量が増す
にしたがい締付荷重は幾何級数的に増すように作
用する。これらのシーム１２，１３を介装しなく
とも、ピストンスカート部１とピストンヘツド部
７との外周縁部の分割当接面１４のみでも十分に
実用に耐えうる。なお、シム１２，１３の材料は
金属に限らない。

上記の構成からなる組立式ピストンにおいて、
エンジン運転中、燃焼室内の高温度化によりピス
トンスカート部１及びピストンヘツド部７は、熱
膨張係数の差に起因して互に異なる量だけ変形す
る。この両者１，７の変形量の差が前記予荷重に
見合つた量を越えると、ねじ締結部に緩み（ガ
タ）が発生する。このようにして、ピストンスカ
ート部１の雌ねじ２とピストンヘツド部７の雄ね
じ９との螺合が緩み始めた場合、ピストンスカー
ト部１とピストンヘツド部７とは、棒バネ４によ
り前記両者１と７が互いに締め付けられる方向へ
適度な大きさの回動力が弾性的に作用する。その
結果、ピストンスカート部１とピストンヘツド部
７とのねじ締結部が緩むことを瞬時に防止するば
かりでなく、該ねじ締結部の締付力を強化すべく
積極的に作用し、もつてエンジン故障の発生を確
実に防ぎ安全性が著しく向上する。

以上、実施例につき説明したが、本考案は以下
のものも包含するものである。

ねじ締結手段は、ピストンスカート部、ピス
トンヘツド部に互いに嵌合するリング状凹部、
リング状凸部を形成し、該凹部の外側または内
側に雌ねじ、前記凸部の内側または外側に雄ね
じをそれぞれ設けて締結するようにしてもよ
い。また、ピストンスカート部に雄ねじを設
け、該雄ねじと螺合する雌ねじをピストンヘツ
ド部に設けてねじ締結してもよい。

実施例では、ピストンスカート部をアルミ合
金材料で製作しピストンヘツド部をフアインセ
ラミツクス材料で製作したが、本考案に係るピ
ストンスカート部およびピストンヘツド部の材
料の選択は、特に限定されるものではない。例
えば、ピストンスカート部を鉄系材料で、ピス
トンヘツド部をZrO₂でそれぞれ製作した場合
には、熱膨張係数の差が殆どないので、運転使
用条件の可能範囲がさらに拡大し、エンジン性
能が著しく向上するものとなる。

回動付勢手段として実施例では棒バネを使用
したが、回動付勢手段の形状は棒状に限らず、
弓状あるいは板状であつてもよい。

本考案の組立式ピストンはデイーゼルエンジ
ンに限らず、すべての内燃機関に適用できるこ
とは勿論である。

（考案の効果） 上述したように本考案によれば、エンジン運転
時において温度変化に伴う熱膨張量の差または機
械的振動等に起因して、ピストンスカート部とピ
ストンヘツド部とのねじ締結が緩もうとしても、
回動付勢手段により前記ねじ締結部に締付方向の
回動力が自動的に作用するので、ねじ締結部の緩
みの発生を防止するだけでなく、該ねじ締結部の
締付力を正常状態に瞬時に復帰させて維持すると
いう効果がある。

また、本考案の組立式ピストンは、ピストンス
カート部とピストンヘツド部の材料を選択する自
由度が大となり、総じてエンジン性能の向上に寄
与し、分解・組立も容易化し、安価に量産化し得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図のＡ矢視図である。 １……ピストンスカート部、２……雌ねじ、４
……棒バネ（回動付勢手段）、７……ピストンヘ
ツド部、９……雄ねじ、ｅ……弾性変形量。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 互いに別体に設けたピストンスカート部とピス
   トンヘツド部とをねじ締結により一体に組立て、
   前記ピストンスカート部とピストンヘツド部との
   間に、該両者を互いにねじ締付方向へ常時回動付
   勢する回動付勢手段を設けたことを特徴とする機
   関用組立式ピストン。