JP5008627B2 - ピストンおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダに往復運動可能に嵌合するピストンおよび該ピストンの製造方法に関し、該ピストンは例えば内燃機関に使用される。

内燃機関用ピストンにおいて、ピストンヘッドと、ピストンスカートと、ピン軸線を中心にピストンピンを支持する１対のピンボスと、平面視でピン軸線に直交する方向に延びていて各ピンボスおよびピストンスカートを連結する１対の側壁とを有し、各側壁には、ピン軸線方向に該側壁を貫通する貫通孔が形成されたものは知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、内燃機関用ピストンの剛性を高めるために、各ピンボスおよびピストンスカートを連結する１対の側壁を連結する１対の連結壁が、平面視でピン軸線に直交方向でピン軸線を挟む位置に形成されたピストンも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−３３７２１２号公報 特開２００７−３０９２７１号公報

ピストンの軽量化のために、ピンボスおよびピストンスカートを連結する側壁に貫通孔を形成し、さらに１対の側壁同士を連結する連結壁にも貫通孔を形成する場合、鋳造では、鋳型の構造が複雑化したり、該複雑化に伴う歩留まりの低下により、ピストンのコスト増加を招来し、また切削などの機械加工では、側壁に貫通孔を形成する工程と、連結壁に貫通孔を形成する工程が必要になって、加工工数が多くなることがあり、やはりピストンのコストが増加する原因になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜７記載の発明は、ピストンの所要の剛性を確保しながら軽量化を図ると共に、ピストンのコスト削減を図ることを目的とする。そして、請求項４記載の発明は、さらに、ピストンが冷却液で冷却される場合のピストンの冷却性の向上を図ることを目的とし、請求項５記載の発明は、さらに、ピストンの加工性の向上を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、頂面（10ａ）を有するピストンヘッド（10）と、ピストンスカート（11）と、ピン軸線（Ｌ２）を中心にピストンピン（４）を支持する第１ピンボス（12）および第２ピンボス（13）と、平面視で前記ピン軸線（Ｌ２）に直交する方向（Ａ３）に延びていて前記第１ピンボス（12）と前記ピストンスカート（11）とを連結する第１側壁（14）と、前記直交方向（Ａ３）に延びていて前記第２ピンボス（13）と前記ピストンスカート（11）とを連結する第２側壁（15）とを有するピストン（Ｐ）において、ピストン軸線（Ｌ１）に平行な方向を上下方向とするとき、前記直交方向（Ａ３）で前記ピン軸線（Ｌ２）を挟む位置に、前記第１側壁（14）と前記第２側壁（15）とを連結すると共に真上に上方空間（23，33）をそれぞれ形成する１対のブリッジ（21，31）を有し、前記第１側壁（14）および前記第２側壁（15）には、前記ピン軸線（Ｌ２）に平行なピン軸線方向（Ａ２）に前記第１側壁（14）および前記第２側壁（15）をそれぞれ貫通する第１貫通孔（41）および第２貫通孔（51）が形成され、前記第１貫通孔（41）および前記第２貫通孔（51）は、前記直交方向（Ａ３）で前記各ブリッジ（21，31）よりも前記各ピンボス（12，13）側に位置するピンボス側端部（41ｉ，51ｉ）を有し、前記上方空間（23，33）は、前記直交方向（Ａ３）で前記各ピンボス側端部（41ｉ，51ｉ）よりも前記ピストンスカート（11）側の位置において、前記ピン軸線方向（Ａ２）で前記第１貫通孔（41）および前記第２貫通孔（51）に連なるピストン（Ｐ）である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のピストン（Ｐ）において、前記第１貫通孔（41）、前記第２貫通孔（51）および前記上方空間（23，33）のそれぞれの輪郭（42，52，24，34）は、前記ピン軸線（Ｌ２）に平行な直線からなる母線を有する仮想柱体（Ｂ）の柱面（Ｂ１）上にあるものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のピストン（Ｐ）において、前記各貫通孔（41，51）は、前記ピンボス側端部（41ｉ，51ｉ）と、前記直交方向（Ａ３）で前記ピストンスカート（11）側のスカート側端部（41ｏ，51ｏ）とを有し、前記ピンボス側端部（41ｉ，51ｉ）の輪郭（42ｉ，52ｉ）は円弧状であり、前記スカート側端部（41ｏ，51ｏ）の輪郭（42ｏ，52ｏ）は上下方向にほぼ平行な直線状部分（42o1，52o1）を有するものである。
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載のピストン（Ｐ）において、前記各ピンボス（12，13）には、平面視で前記ピン軸線（Ｌ２）を挟んで前記直交方向（Ａ３）で対向する１対の補強リブ（16，17）が形成され、前記各補強リブ（16，17）の下端部（16ａ，17ａ）は、前記各ピンボス（12，13）から、上方に、かつ前記ピン軸線方向（Ａ２）に延びて前記ピストンヘッド（10）の外周部（10ｃ）の下面（10c1）に連なるものである。
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のピストン（Ｐ）において、前記各ブリッジ（21，31）は、前記第１側壁（14）の厚み（ｔ１）および前記第２側壁（15）の厚み（ｔ２）にほぼ等しい厚み（ｔ３）を有するものである。
請求項６記載の発明は、請求項１記載のピストン（Ｐ）の製造方法であって、前記ピストンヘッド（10）と、前記ピストンスカート（11）と、前記第１ピンボス（12）および前記第２ピンボス（13）と、前記第１側壁（14）と、前記第２側壁（15）と、平面視において前記直交方向（Ａ３）で前記ピン軸線（Ｌ２）を挟む位置で前記第１側壁（14）と前記第２側壁（15）とを連結する１対の連結壁（26，36）とを有する素材ピストン（Ｐ１）を形成する素材ピストン形成工程と、前記第１側壁（14）および前記第２側壁（15）にそれぞれ前記第１貫通孔（41）および前記第２貫通孔（51）を形成すると共に、前記第１貫通孔（41）および前記第２貫通孔（51）の形成過程で前記各連結壁（26，36）に前記上方空間（23，33）を形成することにより前記ブリッジ（21，31）を形成する孔形成工程とを含むピストン（Ｐ）の製造方法である。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のピストン（Ｐ）の製造方法において、前記孔形成工程において、前記第１貫通孔（41）および前記第２貫通孔（51）および前記上方空間（23，33）が打抜き加工による１工程で形成されるものである。

請求項１記載の発明によれば、第１側壁および第２側壁を連結する連結部であるブリッジにより、ピストンの所要の剛性が確保される一方、ブリッジの真上には上方空間が形成され、さらに第１，第２側壁にはそれぞれ第１，第２貫通孔が形成されるので、ピストンが軽量化される。また、第１，第２貫通孔のピンボス側端部が各ブリッジよりも各ピンボス側に位置し、上方空間がピン軸線方向で第１，第２貫通孔に連なるので、第１，第２貫通孔を形成する工程で上方空間を形成することが可能になるため、上方空間およびブリッジの形成が容易になり、ピストンのコスト削減が可能になる。そして、第１，第２貫通孔のピンボス側端部がブリッジよりも各ピンボス側に位置することで、直交方向で第１，第２貫通孔を大きくできるので、ピストンの軽量化に寄与する。
請求項２記載の事項によれば、第１，第２貫通孔および上方空間の各輪郭が、１つの仮想柱体の柱面上にあるので、仮想柱体を加工具とする孔形成により、第１，第２貫通孔および上方空間を１工程で形成することが可能になり、コストを削減できる。
請求項３記載の事項によれば、第１，第２貫通孔のスカート側端部では、その輪郭が直線状部分を有することにより、上下方向に渡ってピストンスカートの剛性を高めながら、スカート側端部が円弧状である場合に比べて側壁における駄肉を少なくできて、ピストンを軽量化できる。また、ピンボス側端部の輪郭は円弧状であるので、貫通孔が直交方向で各ピンボスに近接した位置にあるにも拘わらず、各貫通孔によるピンボスの剛性の低下が防止される。
請求項４記載の事項によれば、各ピンボスにおいてピストンヘッドの外周部よりも下方位置から、上方に、かつピン軸線方向に延びている補強リブによりボス部の剛性が高められる。しかも、ピストンを冷却液で冷却する場合に、補強リブの分、ピストンでの冷却液の付着面積を増加させることが可能になるので、ピストンの冷却性を向上させることができる。
請求項５記載の事項によれば、ブリッジの厚みが、第１，第２側壁の厚みよりも厚い場合に比べて、上方空間およびブリッジを形成するための加工が容易になる。
請求項６記載の事項によれば、素材ピストンに形成された各連結壁に、第１，第２貫通孔を形成する工程で上方空間を形成することにより、１工程により第１，第２貫通孔および上方空間を形成でき、さらにブリッジを形成できるので、ピストンのコスト削減が可能になる。
請求項７記載の事項によれば、１回の打抜き加工により、第１，第２貫通孔および上方空間を形成できるので、コストが削減される。

以下、本発明の実施形態を図１〜図９を参照して説明する。
図１〜図４を参照すると、本発明が適用されたピストンＰは、内燃機関用ピストンであり、４ストローク内燃機関が備えるシリンダ１（図４参照）に往復運動可能に嵌合する。該シリンダ１と共に内燃機関の機関本体を構成するシリンダヘッド２には、ピストンＰのピストン軸線Ｌ１に平行なピストン軸線方向Ａ１においてピストンＰに対向して燃焼室３が設けられる。そして、燃焼室３での混合気の燃焼により発生する燃焼ガスの圧力により駆動されて往復運動するピストンＰは、ピストンピン４（図５も参照）を介して該ピストンＰに連結されるコンロッド５（図５も参照）を介して内燃機関のクランク軸に連結されて、該クランク軸を回転駆動する。

ピストンＰは、燃焼圧力を受ける頂面10ａを有するピストンヘッド10と、ピストン軸線Ｌ１を中心線とする円柱状ピストンヘッド10からピストン軸線方向Ａ１で下方に延びているピストンスカート11と、コンロッド５の小端部５ａに挿入されて該コンロッド５と連結されるピストンピン４をピン軸線Ｌ２を中心に支持する第１，第２ピンボス12，13と、平面視でピン軸線Ｌ２に直交する方向Ａ３に延びていて第１ピンボス12とピストンスカート11とを連結する第１側壁14と、直交方向Ａ３に延びていて第２ピンボス13とピストンスカート11とを連結する第２側壁15と、平面視において直交方向Ａ３で第１，第２ピンボス12，13またはピン軸線Ｌ２を挟む位置に設けられて１対の側壁14，15を連結する１対の第１，第２連結部20，30と、各ピンボス12，13とピストンヘッド10の外周部10ｃとを連結する補強リブ16，17とを有する。
ピストンＰは、軽金属としてのアルミニウム合金から形成されて、鍛造により形成される。

なお、明細書および特許請求の範囲において、上下方向はピストン軸線方向Ａ１であるとし、上方向は、上下方向でピン軸線Ｌ２に対して頂面10ａが位置する方向であるとし、さらに、平面視とは、上下方向（またはピストン軸線方向Ａ１）から見ることを意味するものとする。また、実施形態において、周方向および径方向は、ピストン軸線Ｌ１を中心としたときのものである。

ピストンヘッド10において、円環状の外周部10ｃの外周面には、圧縮リング６およびオイルリング７がそれぞれ装着される第１リング溝10ｈおよび第２リング溝10ｋが設けられる。各ピンボス12，13、各側壁14，15，および各補強リブ16，17は、それぞれの上部で、ピストンヘッド10の裏面10ｂに連なる。
シリンダ１の内周壁面に摺接するピストンスカート11は、周方向に間隔をおいて形成された第１，第２スカート部分11ａ，11ｂから構成される。直交方向Ａ３で対向する第１，第２スカート部分11ａ，11ｂのそれぞれは、周方向での所定範囲で外周部10ｃから下方に延びている。

１対のスカート部分11ａ，11ｂの周方向での一方の端部を第１ピンボス12を介して連結する第１側壁14は、直交方向Ａ３で第１ピンボス12と第１スカート部分11ａとを連結する第１壁部分14ａと、直交方向Ａ３で第１ピンボス12と第２スカート部分11ｂとを連結する第２壁部分14ｂとを有する。
同様に、１対のスカート部分11ａ，11ｂの周方向での他方の端部を第２ピンボス13を介して連結する第２側壁15は、直交方向Ａ３で第２ピンボス13と第１スカート部分11ａとを連結する第１壁部分15ａと、直交方向Ａ３で第２ピンボス13と第２スカート部分11ｂとを連結する第２壁部分15ｂとを有する。

各ピンボス12，13には、ピストンピン４が挿入されて回動可能に嵌合する挿入部としての円柱状のピン孔12ａ，13ａが設けられる。ピン孔12ａ，13ａの周壁面には、ピストンピン４の抜止用クリップが装着される溝12ｂ，13ｂ（図５も参照）が設けられる。
ピン軸線Ｌ２は、ピストンピン４に連結されるコンロッド５の揺動中心線であり、この実施形態では、ピン孔12ａ，13ａの中心線、および両ピンボス12，13に支持された状態でのピストンピン４の中心線でもある。

図５を併せて参照すると、第１連結部20は、両第１壁部分14ａ，15ａの下部同士または下端部14a1，15a1同士を連結する第１下部連結部としての第１ブリッジ21と、平面視で第１ブリッジ21と重なる位置に設けられて、両第１壁部分14ａ，15ａの上部同士を連結する第１上部連結部としての第１突条壁22とから構成される。
同様に、第２連結部30は、両第２壁部分14ｂ，15ｂの下部同士または下端部14b1，15b1同士を連結する第２下部連結部としての第２ブリッジ31と、平面視で第２ブリッジ31と重なる位置に設けられて、両第２壁部分14ｂ，15ｂの上部同士を連結する第２上部連結部としての第２突条壁32とから構成される。

各ブリッジ21，31および各突条壁22，32は、直交方向Ａ３で両ピンボス12，13と第１スカート部分11ａまたは第２スカート部分11ｂとの間で、両ピンボス12，13寄りに配置されて、ピン軸線Ｌ２に平行なピン軸線方向Ａ２に平行に延びており、平面視において直交方向Ａ３で、両ピンボス12，13、ピストンピン４およびピン軸線Ｌ２を挟む位置にある。

各突条壁22，32は、ピストンヘッド10の裏面10ｂから下方に突出していることから、その上部で裏面10ｂに連なる。上下方向で、第１ブリッジ21と第１突条壁22との間、および、第２ブリッジ31と第２突条壁32との間には、上下方向で各ブリッジ21，31の真上であって、かつ各突条壁22，32の真下に、上方空間23，33の少なくとも一部、この実施形態では上方空間23，33のほぼ全部が形成されている。したがって、この実施形態では、各上方空間23，33は、上下方向に平行な方向でのブリッジ21，31または突条壁22，32の投影内に少なくともその一部（この実施形態ではほぼ全部）が位置する空間であり、また各連結部20，30を直交方向Ａ３に貫通する貫通孔である。

各ブリッジ21，31は、第１壁部分14ａ，15ａの下端部14a1，15a1同士および第２壁部分14ｂ，15ｂの下端部14b1，15b1同士またはその近傍同士を連結することにより、ピストンＰに作用する荷重で、直交方向Ａ３から見て両ピンボス12，13がピン軸線方向Ａ２に「ハ」字状に広がる曲げ変形を抑制するための剛性を高めるうえで効果的な部分である。一方、突条壁22，32はピストンヘッド10における曲げ変形を抑制する補強リブとして機能する。したがって、上下方向でブリッジ21，31と突条壁22，32との間に上方空間23，33を形成することにより、ピストンＰの所要の剛性を確保しながら、ピストンＰの軽量化ができる。

また、ブリッジ21，31はピン軸線方向Ａ２でのブリッジ21，31のほぼ全幅に渡って、また突条壁22，32はピン軸線方向Ａ２で両ピンボス12，13間の間隔Ｗ（図２参照）にほぼ等しい幅の中央部分において、両第１壁部分14ａ，15ａの、ピン軸線方向Ａ２での互いにほぼ等しい厚みｔ１，ｔ２、および、両第２壁部分14ｂ，15ｂの、ピン軸線方向Ａ２での互いにほぼ等しい厚みｔ１，ｔ２にほぼ等しい直交方向Ａ３での厚みｔ３を有する。なお、別の例では、突条壁22，32が、ピン軸線方向Ａ２でのほぼ全幅に渡ってほぼ均一の厚みｔ３を有していてもよい。

各側壁14，15において、第１壁部分14ａおよび第１壁部分15ａには、ピン軸線方向Ａ２に該第１壁部分14ａおよび該第１壁部分15ａをそれぞれ貫通する第１貫通孔41および第２貫通孔51が形成され、同様に第２壁部分14ｂおよび第２壁部分15ｂには、ピン軸線方向Ａ２に該第２壁部分14ｂおよび該第２壁部分15ｂをそれぞれ貫通する第１貫通孔41および第２貫通孔51が形成される。
第１貫通孔41および第２貫通孔51は、特定方向としてのピン軸線方向Ａ２から見て同一形状で、ピストン軸線Ｌ１を含むと共にピン軸線方向Ａ２に直交する平面に関して面対称である。また、１対の第１貫通孔41同士および１対の第２貫通孔51同士は、ピストン軸線Ｌ１を含むと共に直交方向Ａ３に直交する平面に関して面対称である。

図３，図４を参照すると、第１貫通孔41および第２貫通孔51は、ピン軸線方向Ａ２から見て、同一の輪郭42および輪郭52をそれぞれ有し、したがって輪郭42，52同士はピン軸線方向Ａ２から見てそれらの全体で重なる。また、第１貫通孔41および第２貫通孔51は、ピン軸線方向Ａ２から見て、直交方向Ａ３で、ピンボス12，13寄りの内側端部であるピンボス側端部41ｉ，51ｉと、各スカート部分11ａ，11ｂ寄りの外側端部であるスカート側端部41ｏ，51ｏとを有する。

ピンボス側端部41ｉ，51ｉは、各貫通孔41，51において、直交方向Ａ３での位置が、直交方向Ａ３でのブリッジ21，31および突条壁22，32の位置と同じ位置からピンボス12，13寄りの部分であり、直交方向Ａ３でブリッジ21，31および突条壁22，32よりもピンボス12，13側に突出する突出部分41i1，51i1を有する。したがって、ピンボス側端部41ｉ，51ｉは、直交方向Ａ３で各ブリッジ21，31および突条壁22，32よりも第１，第２ピンボス12，13側に位置する。また、ピンボス側端部41ｉ，51ｉの輪郭42ｉ，52ｉは、ピン軸線方向Ａ２から見て円弧状である。

そして、ピンボス側端部41ｉ，51ｉの輪郭42ｉ，52ｉの形状が円弧状であることにより、ピン軸線方向Ａ２から見て円弧状である各貫通孔41，51の各ブリッジ21，31および各突条壁22，32ブリッジの上下方向での突出量である突出高さは、直交方向Ａ３でピンボス12，13側に近づくほど高くなるので、ピンボス12，13付近の剛性が高められる。

スカート側端部41ｏ，51ｏは、各貫通孔41，51において、直交方向Ａ３での位置が、ピストン軸線Ｌ１を含むと共にピン軸線Ｌ２に直交する平面上での外周部10ｃの内周面10c2（図２も参照）とほぼ同じ位置において上下方向にほぼ平行な直線状部分42o1，52o1を有する輪郭42ｏ，52ｏを有する。直線状部分42o1，52o1は、上下方向でスカート部分11ａ，11ｂの過半と同じ位置にある。

そして、各上方空間23，33は、直交方向Ａ３で各ピンボス側端部41ｉ，51ｉよりもスカート部分11ａ，11ｂ側の位置において、ピン軸線方向Ａ２で第１貫通孔41および第２貫通孔51に連なる（図５参照）。

第１貫通孔41の輪郭42は、第１側壁14の第１，第２壁部分14ａ，14ｂの周壁面14ｃ，14ｄにより規定され、第２貫通孔51の輪郭52は、第２側壁15の第１，第２壁部分15ａ，15ｂの周壁面15ｃ，15ｄにより規定される。また、上方空間23，33の輪郭24，34は、ブリッジ21，31の上壁面21ｃ，31ｃにより規定される下輪郭24ａ，34ａ（図５も参照）と、突条壁22，32の下壁面22ｃ，32ｃ（図１も参照）により規定される下輪郭24ｂ，34ｂとから構成される。そして、それぞれの輪郭42，52，24，34は、ピン軸線Ｌ２に平行な直線からなる母線を有する仮想柱体Ｂ（図１，図５参照）の柱面Ｂ１上にある。この仮想柱体Ｂは、ピン軸線Ｌ２に直交する平面での断面形状として、ピン軸線方向Ａ２から見たときの第１貫通孔41または第２貫通孔51の形状を有する。各貫通孔41，51の輪郭42，52の最上部42ａ，52ａは、上下方向で外周部10ｃの下面10c1とほぼ同じ位置にある。

図１〜図３を参照すると、第１ピンボス12には、平面視において直交方向Ａ３でピン軸線Ｌ２を挟んで、ピン孔12ａの直径にほぼ等しい間隔をおいて直交方向Ａ３で対向する１対の補強リブ16が、ピン軸線方向Ａ２に平行に形成され、第２ピンボス13には、平面視において直交方向Ａ３でピン軸線Ｌ２を挟んで、ピン孔13ａの直径にほぼ等しい間隔をおいて直交方向Ａ３で対向する１対の補強リブ17が、ピン軸線方向Ａ２に平行に形成される。

各補強リブ16，17は、その上部でピストンヘッド10の裏面10ｂに連なると共にピン軸線方向Ａ２に延びている。各補強リブ16，17の下端部16ａ，17ａは、かつ上下方向でピンボス12，13の下半部から外周部10ｃの下面10c1に向かって、上方に、かつピン軸線方向Ａ２に滑らかに傾斜して延びていて（図１参照）、径方向での最外方部が外周部10ｃの下面10c1に連なる。それゆえ、１対の補強リブ16は、外周部10ｃよりも下方において、直交方向Ａ３でピン孔12ａを挟む位置にあり、同様に、１対の補強リブ17は、外周部10ｃよりも下方において、直交方向Ａ３でピン孔13ａを挟む位置にある。

ピストンＰには、シリンダ１やコンロッド５（図４参照）などに設けられた冷却液供給部としてのオイルジェットから噴射された冷却液としてのオイルが供給される。そして、噴射されたオイルは、裏面10ｂ、各ピンボス12，13、各突条壁22，32および各補強リブ16，17などに当たり、かつ付着することにより、ピストンＰを冷却すると共に、ピンボス12，13とピストンピン４との摺動部や小端部５ａとピストンピン４との摺動部に供給されて、それら摺動部を潤滑する。

図１，図６〜図９を参照して、ピストンＰの製造方法について説明する。
図６を参照すると、素材ピストン形成工程において、ダイスが使用される鍛造により図６に示される１次素材ピストンＰ１が形成される。１次素材ピストンＰ１は、ピストンヘッド10と、１対のスカート部分11ａ，11ｂから構成されるピストンスカート11と、第１，第２ピンボス12，13と、第１，第２側壁14，15と、直交方向Ａ３で第１，第２ピンボス12，13を挟む位置で第１側壁14と第２側壁15とを連結する１対の連結壁26，36と、補強リブ16，17とを有する。

各連結壁26，36は、その上部にてピストンヘッド10の裏面10ｂに連なる。１次素材ピストンＰ１においては、ピストンヘッド10に溝10ｈ，10ｋ（図５参照）が形成されておらず、各ピンボス12，13にはピン孔12ａ，13ａ（図１参照）および溝12ｂ，13ｂ（図１参照）が形成されておらず、第１，第２側壁14，15において、第１側壁14の第１，第２壁部分14ａ，14ｂには第１貫通孔41（図３参照）が形成されておらず、第２側壁15の第１，第２壁部分15ａ，15ｂには第２貫通孔51（図４参照）が形成されていない。

ピストン素材形成工程の後に、第１側壁14および第２側壁15にそれぞれ第１貫通孔41および第２貫通孔51を形成すると共に、第１，第２貫通孔41，51の形成過程で各連結壁26，36に上方空間23，33を形成することによりブリッジ21，31（図１参照）および突条壁22，32（図１参照）を形成する孔形成工程が行われる。

併せて図７〜図９を参照すると、孔形成工程では、１次素材ピストンＰ１が下ダイス70および上ダイス71により形成される空間内に配置された状態で孔形成加工としての塑性加工である打抜き加工が行われる。下ダイス70および上ダイス71には、仮想柱体Ｂと同一形状の孔成形具としてのポンチ72（図１，図５には、二点鎖線で示されている。）が、挿入されてピン軸線方向Ａ２に平行に案内される案内孔70ａ，71ａが設けられている。ここで、下ダイス70、上ダイス71およびポンチ72は、孔形成用ダイスを構成する。

そして、図７に示される加工開始前の位置にあるポンチ72が、ピン軸線方向Ａ２に駆動されて、図７においてピン軸線方向Ａ２に平行な方向である左方向に移動することにより、先ず外周部10ｃの一部が削り取られて除去されて凹部10ｄ（図１参照）が形成され、さらに、第１側壁14の第１，第２壁部分14ａ，14ｂ、連結壁26，36および、第２側壁15の第１，第２壁部分15ａ，15ｂの一部が打ち抜かれて除去される。

このように、ポンチ72による１工程で、図１に示される第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33が形成され、連結壁26，36の残りの部分としてのブリッジ21，31および突条壁22，32が形成されて、ブリッジ21，31および突条壁22，32を有する２次素材ピストンが形成される。
その後、該２次素材ピストンに、ピン孔12ａ，13ａや溝６，７，12ｂ，13ｂなどを形成するための機械加工が施され、さらに仕上げ加工が施されて、図１に示されるピストンＰが完成する。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
ピストンＰは、直交方向Ａ３でピン軸線Ｌ２を挟む位置に、第１側壁14と第２側壁15とを連結すると共に真上に上方空間23，33をそれぞれ形成する１対のブリッジ21，31を有し、第１側壁14および第２側壁15には、ピン軸線方向Ａ２に第１側壁14および第２側壁15をそれぞれ貫通する第１貫通孔41および第２貫通孔51が形成され、第１貫通孔41および第２貫通孔51は、直交方向Ａ３で各ブリッジ21，31よりも各ピンボス12，13側に位置するピンボス側端部41ｉ，51ｉを有し、上方空間23，33は、直交方向Ａ３で各ピンボス側端部41ｉ，51ｉよりもピストンスカート11側の位置において、ピン軸線方向Ａ２で第１貫通孔41および第２貫通孔51に連なる。この構造により、第１側壁14および第２側壁15を連結する連結部20，30であるブリッジ21，31により、ピストンＰの所要の剛性が確保される一方、ブリッジ21，31の真上には上方空間23，33が形成され、さらに第１，第２側壁14，15にはそれぞれ第１，第２貫通孔41，51が形成されるので、ピストンＰが軽量化される。また、第１，第２貫通孔41，51のピンボス側端部41ｉ，51ｉの突出部分41i1，51i1が各ブリッジ21，31よりも各ピンボス12，13側に位置し、上方空間23，33がピン軸線方向Ａ２で第１，第２貫通孔41，51に連なるので、第１，第２貫通孔41，51を形成する工程で上方空間23，33を形成することが可能になるため、上方空間23，33およびブリッジ21，31の形成が容易になり、ピストンＰのコスト削減が可能になる。そして、ピンボス側端部41ｉ，51ｉがブリッジ21，31よりも各ピンボス12，13側に位置することで、直交方向Ａ３で第１，第２貫通孔41，51を大きくできるので、ピストンＰの軽量化に寄与する。

第１貫通孔41、第２貫通孔51および上方空間23，33のそれぞれの輪郭42，52，24，34は、ピン軸線Ｌ２に平行な直線からなる母線を有する仮想柱体Ｂの柱面Ｂ１上にあることにより、第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33の各輪郭42，52，24，34が、１つの仮想柱体Ｂの柱面Ｂ１上にあるので、仮想柱体Ｂを加工具とする孔形成により、第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33を１工程で形成することが可能になり、コストを削減できる。

各貫通孔41，51において、ピンボス側端部41ｉ，51ｉの輪郭42ｉ，52ｉが円弧状であり、直交方向Ａ３でピストンスカート11側のスカート側端部41ｏ，51ｏの輪郭42ｏ，52ｏが上下方向にほぼ平行な直線状部分42o1，52o1を有することにより、上下方向に渡ってピストンスカート11の剛性を高めながら、スカート側端部41ｏ，51ｏが円弧状である場合に比べて側壁14，15における駄肉を少なくできて、ピストンＰを軽量化できる。また、ピンボス側端部41ｉ，51ｉの輪郭42ｉ，52ｉは円弧状であるので、貫通孔41，51が直交方向Ａ３で各ピンボス12，13に近接した位置にあるにも拘わらず、各貫通孔41，51によるピンボス12，13の剛性の低下が防止される。

各ピンボス12，13には、ピン軸線Ｌ２を挟んで直交方向Ａ３で対向する１対の補強リブ16，17が形成され、各補強リブ16，17の下端部16ａ，17ａは、各ピンボス12，13から、上方に、かつピン軸線方向Ａ２に延びてピストンヘッド10の外周部10ｃの下面10c1に連なることにより、各ピンボス12，13においてピストンヘッド10の外周部10ｃよりも下方位置から、上方に、かつピン軸線方向Ａ２に延びている補強リブ16，17によりピンボス12，13の剛性が高められる。しかも、ピストンＰをオイルで冷却する場合に、補強リブ16，17の分、ピストンＰでのオイルの付着面積を増加させることが可能になるので、ピストンＰの冷却性を向上させることができる。特に、前記オイルジェットからのオイルを、補強リブ16，17に向かって斜め上方に指向させて、補強リブ16，17の、直交方向Ａ３での側面に指向するように噴射することにより、補強リブ16，17へのオイルの付着量が増加して、冷却性を一層向上させることができる。

ブリッジ21，31は、第１側壁14の厚みｔ１および第２側壁15の厚みｔ２にほぼ等しい厚みｔ３を有することにより、ブリッジ21，31の厚みｔ３が、第１，第２側壁14，15の厚みｔ１，ｔ２よりも厚い場合に比べて、上方空間23，33およびブリッジ21，31を形成するための加工が容易になる。

素材ピストン形成工程において、鍛造により、第１側壁14と第２側壁15とを連結する１対の連結壁26，36を有する１次素材ピストンＰ１を形成し、孔形成工程において、第１，第２側壁14，15にそれぞれ第１，第２貫通孔41，51を形成すると共に、第１，第２貫通孔41，51の形成過程で各連結壁26，36に上方空間23，33およびブリッジ21，31を形成することにより、第１，第２貫通孔41，51を形成する工程で、１次素材ピストンＰ１の各連結壁26，36に上方空間23，33を形成することができる。この結果、１工程により第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33を形成でき、さらにブリッジ21，31および突条壁22，32を形成できるので、ピストンＰのコスト削減が可能になる。

また、孔形成工程において、第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33が打抜き加工による１工程で形成されることにより、１回の打抜き加工で第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33を形成できるので、コストが削減される。さらに、この打抜き加工では、ピストンヘッド10の外周部10ｃの下面10ｃ1に凹部10ｄが形成されるので、この凹部10ｄが形成されることによりピストンＰが軽量化される。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
素材ピストンＰ１は、鋳造により形成されてもよい。
第１，第２貫通孔41，51および上方空間23，33は、切削などの機械加工により１工程で形成されてもよい。
素材ピストンＰ１の連結壁26，36は、上部でピストンヘッド10の裏面10ｂに連なる形状であったが、該裏面10ｂとの間に上下方向の間隔が形成されていてもよい。この場合には、突条壁22，32が形成されないことになる。
ブリッジ21，31の真上に、両側壁14，15を連結する連結部20，30の一部として１以上の二次連結部としての２次ブリッジが形成され、上下方向で、ブリッジと２次ブリッジの間、さらに、複数の２次ブリッジが設けられる場合には２次ブリッジ同士の間、さらに突条壁22，32がある場合には２次ブリッジと突条壁22，32との間に、上方空間23，33が形成されてもよく、その場合には１つのブリッジ21，31の上方に複数の上方空間23，33が形成されることになる。

本発明が適用されたピストンを斜め下方から見た斜視図である。 図１のピストンの下平面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 図１のピストンの製造過程で形成される素材ピストンを斜め下方から見た斜視図である。 図６の素材ピストンが孔形成工程で孔形成用ダイスに収容された状態での、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面に相当する要部断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での要部断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線での要部断面図である。

符号の説明

12，13…ピンボス、14，15…側壁、16，17…補強リブ、21，31…ブリッジ、22，32…突条壁、23，33…上方空間、24，34…輪郭、26，36…連結壁、41，51…貫通孔、42，52…輪郭、72…ポンチ、
Ｐ…ピストン、Ｌ２…ピン軸線、Ａ２…ピン軸線方向、Ａ３…直交方向、Ｂ…仮想柱体。

Claims (7)

1. 頂面を有するピストンヘッドと、ピストンスカートと、ピン軸線を中心にピストンピンを支持する第１ピンボスおよび第２ピンボスと、平面視で前記ピン軸線に直交する方向に延びていて前記第１ピンボスと前記ピストンスカートとを連結する第１側壁と、前記直交方向に延びていて前記第２ピンボスと前記ピストンスカートとを連結する第２側壁とを有するピストンにおいて、
   ピストン軸線に平行な方向を上下方向とするとき、前記直交方向で前記ピン軸線を挟む位置に、前記第１側壁と前記第２側壁とを連結すると共に真上に上方空間をそれぞれ形成する１対のブリッジを有し、
   前記第１側壁および前記第２側壁には、前記ピン軸線に平行なピン軸線方向に前記第１側壁および前記第２側壁をそれぞれ貫通する第１貫通孔および第２貫通孔が形成され、
   前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、前記直交方向で前記各ブリッジよりも前記各ピンボス側に位置するピンボス側端部を有し、
   前記上方空間は、前記直交方向で前記各ピンボス側端部よりも前記ピストンスカート側の位置において、前記ピン軸線方向で前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に連なることを特徴とするピストン。
2. 前記第１貫通孔、前記第２貫通孔および前記上方空間のそれぞれの輪郭は、前記ピン軸線に平行な直線からなる母線を有する仮想柱体の柱面上にあることを特徴とする請求項１記載のピストン。
3. 前記各貫通孔は、前記ピンボス側端部と、前記直交方向で前記ピストンスカート側のスカート側端部とを有し、
   前記ピンボス側端部の輪郭は円弧状であり、前記スカート側端部の輪郭は上下方向にほぼ平行な直線状部分を有することを特徴とする請求項１または２記載のピストン。
4. 前記各ピンボスには、平面視で前記ピン軸線を挟んで前記直交方向で対向する１対の補強リブが形成され、
   前記各補強リブの下端部は、前記各ピンボスから、上方に、かつ前記ピン軸線方向に延びて前記ピストンヘッドの外周部の下面に連なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のピストン。
5. 前記各ブリッジは、前記第１側壁の厚みおよび前記第２側壁の厚みにほぼ等しい厚みを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のピストン。
6. 請求項１記載のピストンの製造方法であって、
   前記ピストンヘッドと、前記ピストンスカートと、前記第１ピンボスおよび前記第２ピンボスと、前記第１側壁と、前記第２側壁と、平面視において前記直交方向で前記ピン軸線を挟む位置で前記第１側壁と前記第２側壁とを連結する１対の連結壁とを有する素材ピストンを形成する素材ピストン形成工程と、
   前記第１側壁および前記第２側壁にそれぞれ前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を形成すると共に、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の形成過程で前記各連結壁に前記上方空間を形成することにより前記ブリッジを形成する孔形成工程とを含むことを特徴とするピストンの製造方法。
7. 前記孔形成工程において、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔および前記上方空間が打抜き加工による１工程で形成されることを特徴とする請求項６記載のピストンの製造方法。

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