特開 2020-186722 エンジンのピストン及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-186722(P2020-186722A)

(43)【公開日】2020年11月19日

(54)【発明の名称】エンジンのピストン及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/00 20060101AFI20201023BHJP

   F16J 1/01 20060101ALI20201023BHJP

【ＦＩ】

   F02F3/00 302Z

   F02F3/00 G

   F16J1/01

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2020-13474(P2020-13474)

(22)【出願日】2020年1月30日

(31)【優先権主張番号】特願2019-89845(P2019-89845)

(32)【優先日】2019年5月10日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100176304

【弁理士】

【氏名又は名称】福成 勉

(72)【発明者】

【氏名】市川 和男

(72)【発明者】

【氏名】丸谷 祐介

(72)【発明者】

【氏名】竹澤 晃弘

【テーマコード（参考）】

3J044

【Ｆターム（参考）】

3J044AA05

3J044BA04

3J044BC02

3J044BC04

3J044CA01

3J044CA13

3J044DA09

3J044EA00

(57)【要約】

【課題】重量増大を抑制しながら、エンジンの振動を低減することが可能な、エンジンのピストンを提供する。
【解決手段】ピストン６は、気筒（シリンダ）２の内壁面に沿って移動するピストン本体６ａと、当該ピストン本体６ａとコンロッド９とを連結するピストンピン６ｂとを備える。ピストン本体６ａは、冠面２２を備えたピストンヘッド２０と、ピストンヘッド２０の反冠面側に各々繋がって当該ピストンヘッド２０の前後方向（第１方向）に間隔を隔てて並び、かつ当該前後方向に貫通するピン孔２９を各々備えた一対のピンボス部２８ａ、２８ｂと、を備える。ピストンヘッド２０は、冠面２２と各ピン孔２９との間の位置において、左右方向（第２方向）に各々延在する一対の空洞部３６ａ、３６ｂと、当該一対の空洞部３６ａ、３６ｂに充填された粒子状充填材３１と、を含む。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダの内壁面に沿って当該シリンダの軸方向に往復移動するピストン本体と、当該ピストン本体とコネクティングロッドとを連結するピストンピンとを備えた、エンジンのピストンであって、
前記ピストン本体は、
燃焼室の壁面の一部を形成する冠面を備えたピストンヘッドと、
前記ピストンヘッドの反冠面側に各々繋がって当該ピストンヘッドの径方向に含まれる第１方向に間隔を隔てて並び、かつ当該第１方向に貫通する前記ピストンピン用のピン孔を各々備えた一対のピンボス部と、を備え、
前記ピストンヘッドは、
前記軸方向における前記冠面と各ピン孔との間の位置において、前記軸方向および前記第１方向との双方に直交する第２方向に各々延在する一対の空洞部と、
当該一対の空洞部に充填された粒子状充填材と、を含む、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記第２方向における前記空洞部の両端は、各々前記ピストンヘッドの外縁部に位置する、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記空洞部内には、前記第１方向に沿って延びる柱部が形成されている、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記一対の空洞部を各々第１空洞部と定義したときに、
前記ピストンヘッドは、
前記冠面に形成されたキャビティと、
前記一対の第１空洞部の間の位置であって少なくとも前記キャビティに対応する位置に設けられた第２空洞部と、
前記第２空洞部に充填された粒子状充填材と、を含む、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記ピストンヘッドは、
その外縁に沿って周方向に延びる環状空洞部と、
前記環状空洞部に充填された粒子状充填材と、を含む、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記粒子状充填材の粒子の形状は球状である、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項7】

請求項６に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記粒子の粒径は１０μｍ〜１００μｍである、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記空洞部における粒子状充填材の充填密度は２５％〜６０％である、ことを特徴とするエンジンのピストン。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか一項に記載のピストン本体を製造する方法であって、
鋳型、および前記空洞部を形成するための中子を準備する準備工程と、
前記鋳型に中子をセットして当該鋳型に金属材料を注湯する注湯工程と、
前記鋳型からピストン本体を取出し、さらに当該ピストン本体から前記中子を除去することにより前記空洞部を形成する製品取出工程と、
前記空洞部に、前記粒子状充填材を充填する充填材充填工程と、を含む、ことを特徴とするピストンの製造方法。

【請求項10】

請求項１乃至８の何れか一項に記載のピストン本体を製造する方法であって、
前記粒子状充填材が封入された充填材封入体を製造する封入体製造工程と、
鋳型、および前記充填材封入体を準備し、前記鋳型に前記充填材封入体をインサート部品としてセットして当該鋳型に金属材料を注湯する注湯工程と、
前記鋳型からピストン本体を取出す製品取出工程と、を含む、ことを特徴とするピストンの製造方法。

【請求項11】

請求項１乃至８の何れか一項に記載のピストン本体を製造する方法であって、
造形ベース上に金属粉末を敷く工程と、造形ベース上に敷かれた金属粉末をレーザ光でスキャンすることにより金属粉末を溶融、固化させる工程と、前記造形テーブルを一定量だけ下降させる工程とをこの順番で繰り返すことにより、前記ピストン本体を前記一定量ずつ層状に一層ずつ順に造形するとともに、当該造形中に、前記空洞部に相当する箇所にレーザ光を照射することなく金属粉末をそのまま残存させることにより、当該金属粉末を前記粒子状充填材として封入した前記空洞部を当該ピストン本体の内部に設ける、ことを特徴とするピストンの製造方法。

【請求項12】

請求項１乃至８の何れか一項に記載のピストン本体を製造する方法であって、
前記ピストン本体の一部であって前記冠面を含む第１部分を製造する第１部分製造工程と、
前記ピストン本体のうち前記第１部分以外の部分であって、前記空洞部の少なくとも一部を形成する部分と前記一対のピストンボス部とを含む第２部分を製造する第２部分製造工程と、
前記第１部分と前記第２部分とを一体化する一体化工程と、を含む、ことを特徴とするピストンの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのピストン及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レシプロエンジン（以下、エンジンと略す）では、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトとがコンロッド（コネクティングロッド）によって連結されている。ピストンは、詳しくは、シリンダの内壁面に沿って移動するピストン本体と、当該ピストン本体とコンロッドとを連結するピストンピンとからなり、コンロッドの小端部がピストンピンに連結され、コンロッドの大端部がクランクシャフトに連結されている。

【0003】

このようなエンジン構造では、燃料の燃焼（膨張行程）に伴いピストンに生じる振動が、コンロッドを介してクランクシャフトに伝わり、さらにクランクシャフトの軸受部からシリンダブロック側壁面に伝わることが知られており、この振動が、当該エンジンが搭載される車両のＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）性能を大きく左右する。そこで、近年では、ピストンピンの内部にピンダンパを配設し、これによりピストンの振動、ひいてはエンジンの振動を低減することが行われている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１６１３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ピストンピンの内部にピンダンパを配設する従来構成によると、ピンダンパが設けられる分だけ、ピストンピンを含むピストン全体の重量増大を伴うこととなるため、エンジンの熱効率の向上を考えると未だ改善の余地がある。

【0006】

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、重量増大を抑制しながら、エンジンの振動を低減することが可能な、エンジンのピストンおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明は、シリンダの内壁面に沿って当該シリンダの軸方向に往復移動するピストン本体と、当該ピストン本体とコネクティングロッドとを連結するピストンピンとを備えた、エンジンのピストンであって、前記ピストン本体は、燃焼の壁面の一部を形成する冠面を備えたピストンヘッドと、前記ピストンヘッドの反冠面側に各々繋がって当該ピストンヘッドの径方向に含まれる第１方向に間隔を隔てて並び、かつ当該第１方向に貫通する前記ピストンピン用のピン孔を各々備えた一対のピンボス部と、を備え、前記ピストンヘッドは、前記軸方向における前記冠面と各ピン孔との間の位置において、前記軸方向および前記第１方向との双方に直交する第２方向に各々延在する一対の空洞部と、当該一対の空洞部に充填された粒子状充填材と、を含むものである。

【0008】

このピストンの構造によると、ピストン本体の空洞部に充填された粒子状充填材の粒子同士の摩擦や、空洞部内壁面と粒子との摩擦により、燃料の燃焼（膨張行程）に伴うピストン本体の振動のエネルギーが熱エネルギーに変換される。そのため、ピストン本体からピストンピンへの振動伝達が抑制される。特に、前記空洞部は、冠面と各ピン孔との間の位置に設けられているため、冠面からピストンピンへの振動伝達が効果的に抑制される。しかも、このピストンの構造は、従来中実構造とされるピストンヘッドの一部に前記空洞部が設けられ、当該空洞部に粒子状充填材が充填された構造であるため、ピストン本体の重量増大を伴い難い。従って、このピストンによれば、重量増大を抑制しながら、エンジンの振動を低減することが可能となる。

【0009】

上記ピストンにおいて、前記第２方向における前記空洞部の両端は、各々前記ピストンヘッドの外縁部に位置するのが好適である。

【0010】

この構造によると、より広い範囲に亘って冠面からピストンピンへの振動伝達を抑制することが可能となる。そのため、エンジンの振動を低減する上でより有利となる。

【0011】

上記各態様のピストンにおいて、前記空洞部内には、前記第１方向に沿って延びる柱部が形成されているのが好適である。

【0012】

この構造によると、燃焼圧による空洞部の変形が柱部によって抑制されるため、ピストン本体の剛性を良好に確保することが可能となる。

【0013】

上記各態様のピストンにおいて、前記一対の空洞部を各々第１空洞部と定義したときに、前記ピストンヘッドは、前記冠面に形成されたキャビティと、前記一対の第１空洞部の間の位置であって少なくとも前記キャビティに対応する位置に設けられた第２空洞部と、前記第２空洞部に充填された粒子状充填材と、を含むものであってもよい。

【0014】

近年のエンジンでは、例えば高圧縮比の下で成層燃焼を実行すべく、ピストン本体の冠面にキャビティ（凹部）を設け、当該キャビティに向かって燃料を噴射し、着火させることが行われる場合がある。このようなエンジンでは、燃焼室（冠面）のうちキャビティの位置を中心として燃焼が拡大する。そのため、キャビティに対応する位置に、粒子状充填材が充填された第２空洞部が設けられている上記構成によると、燃焼に伴う冠面からピストンピンへの振動伝達がより効果的に抑制される。

【0015】

上記各態様のピストンにおいて、前記ピストンヘッドは、その外縁に沿って周方向に延びる環状空洞部と、前記環状空洞部に充填された粒子状充填材と、を含むものであるのが好適である。

【0016】

この構成によると、ピストン本体の外縁部（周縁部）において冠面からピストンピンへの振動伝達を抑制することが可能となる。そのため、エンジンの振動低減を図る上でより有利なものとなる。

【0017】

上記各態様のピストンにおいて、前記粒子状充填材の粒子の形状は球状であるのが好適である。

【0018】

粒子状充填材の粒子の形状は、例えば楕円形状であってもよいが、球状であれば粒子自体がより運動し易くなり、粒子同士の摩擦や粒子と空洞部内壁面との摩擦が促進される。すなわち、球状の粒子状充填材によれば、振動エネルギーがより効率良く熱エネルギーへ変換され、より高度にピストン本体からピストンピンへの振動伝達を抑制することが可能となる。

【0019】

この場合、前記粒子の粒径は１０μｍ〜１００μｍであるのが好適である。また、前記空洞部における粒子状充填材の充填密度は２５％〜６０％であるのが好適である。

【0020】

粒子状充填材の粒子の粒径や空洞部における充填密度をこのような範囲内で設定することにより、後述する試験結果に示される通り、高い振動抑制効果を得ることが可能となり、ピストン本体からピストンピンへの振動伝達を高度に抑制することが可能となる。

【0021】

なお、他の一局面に係る本発明は、上述した態様のピストン本体を製造する方法であって、鋳型、および前記空洞部を形成するための中子を準備する準備工程と、前記鋳型に中子をセットして当該鋳型に金属材料を注湯する注湯工程と、前記鋳型からピストン本体を取出し、さらに当該ピストン本体から前記中子を除去することにより前記空洞部を形成する製品取出工程と、前記空洞部に、前記粒子状充填材を充填する充填材充填工程と、を含むものである。

【0022】

この製造方向によれば、鋳型と中子を用いた一般的な鋳造方法によって上述したピストン本体を製造することが可能となる。

【0023】

また、他の一局面に係る本発明は、上述した態様のピストン本体を製造する方法であって、前記粒子状充填材が封入された充填材封入体を製造する封入体製造工程と、鋳型、および前記充填材封入体を準備し、前記鋳型に前記充填材封入体をインサート部品としてセットして当該鋳型に金属材料を注湯する注湯工程と、前記鋳型からピストン本体を取出す製品取出工程と、を含むものである。

【0024】

この製造方法によれば、予め製造した充填材封入体をインサート部品とする、いわゆるインサート鋳造（成型）によって、上述したピストン本体を製造することが可能となる。

【0025】

また、他の一局面に係る本発明は、上述した態様のピストン本体を製造する方法であって、造形ベース上に金属粉末を敷く工程と、造形ベース上に敷かれた金属粉末をレーザ光でスキャンすることにより金属粉末を溶融、固化させる工程と、前記造形テーブルを一定量だけ下降させる工程とをこの順番で繰り返すことにより、前記ピストン本体を前記一定量ずつ層状に一層ずつ順に造形するとともに、当該造形中に、前記空洞部に相当する箇所にレーザ光を照射することなく金属粉末をそのまま残存させることにより、当該金属粉末を前記粒子状充填材として封入した前記空洞部を当該ピストン本体の内部に設けるようにしたものである。

【0026】

この製造方法によれば、金属３Ｄプリンタ等の金属粉末積層造形機を用いて、上述したピストン本体を製造することが可能となる。

【0027】

また、他の一局面に係る本発明は、上述した態様のピストン本体を製造する方法であって、前記ピストン本体の一部であって前記冠面を含む第１部分を製造する第１部分製造工程と、前記ピストン本体のうち前記第１部分以外の部分であって、前記空洞部の少なくとも一部を形成する部分と前記一対のピストンボス部とを含む第２部分を製造する第２部分製造工程と、前記第１部分と前記第２部分とを一体化する一体化工程と、を含むものである。

【0028】

このようにピストン本体を第１部分と第２部分とに分けて製造する方法によれば、第１部分と第２部分とを異なる方法で製造することが可能となる。そのため、ピストン本体の具体的な形状に応じて第１部分と第２部分との製造方法を選択することにより、上述したピストン本体を合理的にかつ効率良く製造することが可能となる。

【発明の効果】

【0029】

以上説明したように、本発明によれば、重量増大を抑制しながら、エンジンの振動を低減することが可能な、エンジンのピストンおよびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施形態に係るピストンが適用されたエンジンの断面図である。

【図2】上記ピストンのピストン本体の斜視図である。

【図3】上記ピストンのピストン本体の正面図である。

【図4】上記ピストンのピストン本体の平面図である。

【図5】上記ピストンのピストン本体の側面図である。

【図6】上記ピストンのピストン本体の底面図である。

【図7】上記ピストンのピストン本体の断面図（図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図）である。

【図8】空洞部を示す上記ピストンのピストン本体の概略図である。

【図9】空洞部を示す上記ピストンのピストン本体の平面図である。

【図10】振動減衰特性試験の結果を示す図（グラフ）である。

【図11】周波数応答解析試験の結果を示す図（グラフ）である。

【図12】粒子状充填材の粒子形状及び粒径と損失係数との関係を示す図（グラフ）である。

【図13】ピストンの製造方法（第４の製造方法）の説明図である。

【図14】粒子状充填材の粒径及び充填密度と損失係数との関係を示す図（グラフ）である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

【0032】

［１．エンジンの構成］
図１は、本発明の実施形態に係るピストンが適用されたエンジンの断面図である。この図に示されるエンジン１は、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルの直列４気筒直噴エンジンである。このエンジン１は、第１〜第４の４つの気筒（シリンダ）２を内部に備えるシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、クランクケース５の下面に取り付けられて、前記シリンダブロック３と協働してクランク室を形成するクランクケース５と、気筒２に往復摺動可能に挿入された、本発明に係るピストン６とを有している。

【0033】

ピストン６の上方には燃焼室７が画成されており、この燃焼室７には、ガソリンを主成分とする燃料が図外のインジェクタからの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室７で空気と混合されつつ図外の点火プラグによる着火により燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン６が上下方向に往復運動する。

【0034】

ピストン６の下方には、エンジン１の出力軸であるクランク軸８が設けられている。クランク軸８は、コネクティングロッド９（以下、コンロッド９と称す）を介してピストン６と連結されており、ピストン６の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。詳しくは、ピストン６は、ピストン本体６ａとピストンピン６ｂとを備えており、ピストン本体６ａは、ピストンピン６ｂを介してコンロッド９の小端部に連結され、コンロッド９の反小端部側である大端部が、クランク軸８に連結されている。

【0035】

シリンダヘッド４には、空気を燃焼室７に導入するための吸気ポート１０と、燃焼室７で生成された排気ガスを導出するための排気ポート１１と、吸気ポート１０の燃焼室７側の開口を開閉する吸気弁１２と、排気ポート１１の燃焼室７側の開口を開閉する排気弁１３とが設けられている。本実施形態のエンジン１のバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、シリンダヘッド４には、２つの吸気ポート１０と、それらの開口を各々開閉する２つの吸気弁１２と、２つの排気ポート１１と、それらの開口を各々開閉する２つの排気弁１３とが設けられている。

【0036】

吸気弁１２および排気弁１３は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランク軸８の回転に連動して開閉駆動される。

【0037】

シリンダブロック３には、各気筒２の排気側の側壁内を気筒列方向に延びるメインギャラリ１４が設けられている。このメインギャラリ１４には、エンジン１に配設されたオイルポンプ（図示省略）から吐出されたオイルが流通している。メインギャラリ１４の下側近傍には、このメインギャラリ１４と連通するピストン冷却用のオイルジェット１５が気筒２毎に設けられている。このオイルジェット１５は、ピストン本体６ａの下側に配置されたノズル１５ａを有しており、このノズル１５ａから後記ピストンヘッド２０の下面に向けてエンジンオイル（以下、オイルと略す）を噴射する。本実施形態では、エンジン１の作動中は、オイルジェット１５から常にオイルが噴射されるようになっている。

【0038】

［２．ピストンの具体的構成］
図２〜図７を参照して、ピストン６の主にピストン本体６ａの構造について説明する。図２〜図７は、ピストン６のピストン本体６ａを各々示しており、図２は斜視図で、図３は正面図で、図４は平面図で、図５は側面図で、図６は底面図で、図７は断面図（図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図）で各々ピストン本体６ａを示している。

【0039】

なお、以下のピストン本体６ａの説明において、「上下方向」とは気筒２の軸方向（気筒軸方向）と同義であり、「上」が燃焼室７側、「下」がクランク室側である。また「前後方向」（本発明の「第１方向」に相当する）とはクランク軸８と平行な方向であり、「前」がエンジン１のフロント側に対応し、「後」がエンジン１のリア側に対応する。さらに「左右方向」（本発明の「第２方向」に相当する）とは、「上下方向」及び「前後方向」の双方に直交する方向であり、「左」が排気ポート１１に対向する側であり、「右」が吸気ポート１０に対向する側である。各図には、エンジン１のフロント側、リア側という意味においてＦ側、Ｒ側との標記が付され、吸気ポート１０及び排気ポート１１に各々対向する側であるという意味においてＩＮ側、ＥＸ側との表記が付されている。

【0040】

前記ピストン本体６ａは、ピストンヘッド２０と、ピストンヘッド２０の外周が下方に延設されてなる一対のスカート部２６ａ、２６ｂとを含む。

【0041】

ピストンヘッド２０は円柱体からなり、燃焼室７の壁面の一部（底面）を形成する冠面２２を上面に備えると共に、気筒２の内壁面と摺接する外周面２４とを備える。前記冠面２２は、ペントルーフ型の燃焼室７の天井面と対向する面であり、外縁部分を除くその他の領域が、当該天井面に対応するように上側（山型）に突出するように形成されている。冠面２２は、その径方向の概ね中央部分に配置された椀状のキャビティ２３を含む。キャビティ２３は、燃焼室７の天井面に配置された図外のインジェクタからの燃料の噴射を受ける部分であって、冠面２２の一部が下方に凹設された部分である。

【0042】

ピストンヘッド２０の外周面２４には、ピストンリングが嵌め込まれるリング溝２５が複数備えられている。本実施形態では、３つのリング溝２５が備えられており、各リング溝２５には、冠面２２に近いリング溝２５から順に、第１、第２のコンプレッションリング（トップリング、セカンドリング）およびオイルリング（何れも図示省略）が装着されている。コンプレッションリングは、燃焼室７で発生した燃焼ガスがクランク室側に漏洩しないようにピストン６と気筒２の内壁面との間をシールするものである。また、オイルリングは、気筒２の内壁面に付着した余分なオイルを掻き落とすものである。

【0043】

一対のスカート部２６ａ、２６ｂのうち、一方側のスカート部２６ａは、ピストンヘッド２０の外周面２４のうちＩＮ側（右側）に設けられ、他方側のスカート部２６ｂは、ピストンヘッド２０の外周面２４のうちＥＸ側（左側）に設けられている。これらスカート部２６ａ、２６ｂが気筒２の内壁面に摺接することで、ピストン６の往復運動の際の首振り揺動が抑制される。

【0044】

ピストンヘッド２０の下面（反冠面側の面）であってかつ前記一対のスカート部２６ａ、２６ｂの間の位置には、前後一対のピンボス部２８ａ、２８ｂが設けられている。これらピンボス部２８ａ、２８ｂのうち、Ｆ側（前側）のピンボス部２８ａは、前記一対のスカート部２６ａ、２６ｂの前端部同士の間に配置されており、当該ピンボス部２８ａは、壁部２７ａを介してスカート部２６ａ、２６ｂの前端部に繋がっている。また、Ｒ側（後側）のピンボス部２８ｂは、一対のスカート部２６ａ、２６ｂの後端部同士の間に配置されており、当該ピンボス部２８ｂは、壁部２７ｂを介して当該スカート部２６ａ、２６ｂの後端部に繋がっている。つまり、ピストン本体６ａの下面視において、一対のピンボス２８ａ、２８ｂと一対のスカート部２６ａ、２６ｂとは壁部２７ａ、２７ｂを介して環状に連続している（図６参照）。

【0045】

各ピンボス部２８ａ、２８ｂには、前後方向に貫通するピン孔２９が設けられている。各ピンボス部２８ａ、２８ｂのピン孔２９には、これらに跨った状態でピストンピン６ｂ（図示省略）が挿通されており、このピストンピン６ｂを介してピストン本体６ａとコンロッド９とが連結されている。

【0046】

ピストンヘッド２０の内部には、空洞部３０が形成され、この空洞部３０に粒子状充填材３１が充填されている。以下、この点について詳述する。

【0047】

図８及び図９は、ピストンヘッド２０の空洞部３０を示しており、同図では、空洞部３０を中子の状態で間接的に示している。すなわち、ピストン本体６ａは後述する第１の製造方法の通り、鋳造によって製造されるものであり、空洞部３０は、中子によって形成される。そこで、図８及び図９については、図示の便宜上、空洞部３０を中子に代替して図示している（説明は中子ではなく空洞部３０として行う）。

【0048】

空洞部３０は、図３〜図９に示すように、ピストンヘッド２０の中心を通って左右方向（ピストン本体６ａの径方向）に延在するセンタ空洞部３２（本発明の「第２空洞部」に相当する）と、このセンタ空洞部３２の前後両側の位置で、センタ空洞部３２に沿って左右方向に延びる一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂ（本発明の「第１空洞部」に相当する）と、ピストンヘッド２０の外縁部に沿って周方向に延在する環状空洞部４０と、を含む。センタ空洞部３２の長手方向両端および一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂの各々の長手方向両端は環状空洞部４０に繋がっており、従って、センタ空洞部３２および一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂと環状空洞部４０とは互いに連通している。

【0049】

センタ空洞部３２は、上下方向にやや扁平な断面長方形の空洞である。センタ空洞部３２は、平面視において、その長手方向両端から中央に向かって幅が漸増する形状を有しており、中央部には、その他の部分よりも幅が狭い狭幅部３２ａが設けられている。

【0050】

センタ空洞部３２は、冠面２２とほぼ一定の間隔を保ちつつ、キャビティ２３の下方を左右方向に通過するように設けられている。従って、センタ空洞部３２は、正面視において（Ｆ側から視たときに）、全体的に上向きに凸となるアーチ形を成し、かつキャビティ２３に対応する位置、具体的には、前記狭幅部３２ａとその両側の部分がキャビティ２３に沿って下向きに凹むように屈曲した形状を有している（図７、図８参照）。

【0051】

センタ空洞部３２の内部には、図７及び図８に示すように、その長手方向の複数の位置に、上下方向に延びて当該センタ空洞部３２の上壁面と下壁面とを繋ぐ補強用の複数の柱部３３が設けられている。複数の柱部３３の一つは、センタ空洞部３２の長手方向中央部、すなわち冠面２２の中央部に設けられており、その他の柱部３３は、センタ空洞部３２の長手方向に所定間隔で一列に並ぶように設けられている。

【0052】

前記一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂは、前後方向に扁平な断面長方形の空洞である。当該一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂの各々両端は、センタ空洞部３２の両端の近傍位置で環状空洞部４０に繋がっている。

【0053】

これら一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂのうち、Ｆ側（前側）のサイド空洞部３６ａは、平面視において、ピストンヘッド２０の径方向前側に凸となるように湾曲してキャビティ２３の前方を通過する形状を有している。これより、当該Ｆ側のサイド空洞部３６ａは、Ｆ側（前側）のピンボス部２８ａのピン孔２９の上方に位置するように設けられている（図６、図７参照）。一方、Ｒ側（後側）のサイド空洞部３６ｂは、平面視において、ピストンヘッド２０の径方向後側に凸となるように湾曲してキャビティ２３の後方を通過する形状を有している。これより、当該Ｒ側のサイド空洞部３６ｂは、Ｒ側（後側）のピンボス部２８ｂのピン孔２９の上方に位置するように設けられている。

【0054】

各サイド空洞部３６ａ、３６ｂは、図７に示すように、各ピンボス部２８ａ、２８ｂのピン孔２９のほぼ軸方向中央部、詳しくはピン孔２９の上壁面における軸方向のほぼ中央部の上方に位置するように設けられている。各サイド空洞部３６ａ、３６ｂの長手方向において、前記ピン孔２９の中心Ｏに対応する位置には、図３に示すように、その他の部分から下方に突出して延びる延設部３７が設けられている。これによりピン孔２９の近傍であってその上方位置に各サイド空洞部３６ａ、３６ｂの一部（延設部３７）が設けられている。

【0055】

なお、サイド空洞部３６ａ（３６ｂ）の内部には、前後方向に延びて当該サイド空洞部３６ａ（３６ｂ）の前壁面と後壁面とを繋ぐ補強用の複数の柱部３８が設けられている。これら複数の柱部３８は、サイド空洞部３６ａ（３６ｂ）をＦ側又はＲ側から視たときに、当該サイド空洞部３６ａ（３６ｂ）のうち主にキャビティ２３と重なる領域に集中して設けられている。すなわち、当該サイド空洞部３６ａ（３６ｂ）のうちキャビティ２３と重なる領域における柱部３８の配設密度が、その他の部分の配設密度に比べて高くなっている（図８参照）。

【0056】

前記空洞部３０には、上記の通り粒子状充填材３１が充填されている（図７に示す）。粒子状充填材３１は金属粉末であり、本実施形態では、粒径（直径）３０μｍの真球状のアルミニウム合金製の粒子からなる金属粉末が空洞部３０に充填されている。なお、粒子状充填材３１の最適な充填密度については後に詳述する。

【0057】

［３．作用効果］
上述した実施形態のピストン６によると、ピストン本体６ａに空洞部３０が設けられて当該空洞部３０に粒子状充填材３１が充填されているため、燃焼室７内での燃料の燃焼時（膨張行程）に伴い発生する振動がピストン６からコンロッド９へ伝達することが効果的に抑制される。すなわち、空洞部３０に充填された粒子状充填材３１の粒子同士の摩擦や、空洞部３０の内壁面と粒子との摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、このエネルギー変換（制振作用）によってピストン本体６ａからピストンピン６ｂへの振動伝達が抑制される。この場合、空洞部３０のうち、サイド空洞部３６ａ、３６ｂは、冠面２２と各ピン孔２９との間の位置、すなわちピストンヘッド２０のうち燃焼による振動が主にピストンピン６ｂに伝達される経路内に配置されるため、ピストンピン６ｂへの振動の伝達が効果的に抑制される。そのため、実施形態のピストン６によると、当該ピストン６からコンロッド９への振動伝達が効果的に抑制されることとなる。

【0058】

しかも、上記ピストン６は、従来中実構造とされるピストン本体６ａ（ピストンヘッド２０）の一部に空洞部３０が設けられて、当該空洞部３０に粒子状充填材３１が充填された構造であるため、従来の一般的なピストン（ピストン本体）と比較しても構造的に重量の増大を伴い難い。従って、実施形態のピストン６によれば、重量増大を抑制しながら、燃焼に伴うピストン６からコンロッド９への振動伝達を抑制すること、ひいてはエンジン１の振動を低減することが可能となる。

【0059】

特に、実施形態のピストン本体６ａは、サイド空洞部３６ａ、３６ｂに加えて、センタ空洞部３２および環状空洞部４０も含むため、より広い範囲に亘って燃焼に伴う冠面２２からピストンピン６ｂへの振動伝達を抑制することができる。具体的には、冠面２２にキャビティ２３が形成され、当該キャビティ２３に向かって燃料が噴射される実施形態のエンジン１では、燃焼室７（冠面２２）のうち、主にキャビティ２３を中心として燃焼が拡大する。そのため、キャビティ２３に対応する位置にセンタ空洞部３２が設けれ、当該センタ空洞部３２に粒子状充填材３１が充填された実施形態のピストン６の構造によると、燃焼に伴いキャビティ２３で発生する振動がピストンピン６ｂに伝達することが効果的に抑制されることとなる。従って、燃焼に伴うピストン６からコンロッド９への振動伝達をより効果的に抑制することが可能となる。

【0060】

しかも、キャビティ２３の近傍に位置するサイド空洞部３６ａ、３６ｂやセンタ空洞部３２には、各々補強用の複数の柱部３３、３８が設けられているため、ピストン本体６ａに空洞部３２、３６ａ、３６ｂを設けながらも、ピストン本体６ａの耐久性が適切に確保される、という利点もある。

【0061】

詳しく説明すると、燃焼室７での燃料の燃焼時には、冠面２２に全体として下向きの燃焼圧が作用するとともに、キャビティ２３の内部においては、図７中に白抜き矢印で示すように、キャビティ２３の内底面に下向きの燃焼圧Ｆ１が、前後の内壁面には外向きの燃焼圧Ｆ２が作用する。しかし、センタ空洞部３２は、キャビティ２３に対応する中央部分が狭幅とされ（狭幅部３２ａが設けられ）、さらにセンタ空洞部３２内には、その上壁面と下壁面とを繋ぐ補強用の複数の柱部３３が設けられている。この構成により、燃焼圧Ｆ１によってセンタ空洞部３２が変形する（押し潰される）ことが防止される。一方、サイド空洞部３６ａ、３６ｂについては、当該サイド空洞部３６ａ、３６ｂ自体が上からの燃焼圧に対して変形し難い、前後方向に扁平な断面形状（断面長方形）とされた上で、さらにサイド空洞部３６ａ、３６ｂ内にはその前壁面と後壁面とを繋ぐ補強用の複数の柱部３８が設けられている。特に、これら複数の柱部３８は、サイド空洞部３６ａ、３６ｂのうちキャビティ２３と重なる領域に集中して設けられている。この構成により、燃焼圧Ｆ２によってサイド空洞部３６ａ、３６ｂが変形する（押し潰される）ことが防止される。

【0062】

前記センタ空洞部３２や前記サイド空洞部３６ａ、３６ｂ内には粒子状充填材３１が充填されているため、燃焼圧Ｆ１、Ｆ２による当該空洞部３２、３６ａ、３６ｂの変形は比較的生じ難いと考えられるが、実施形態のピストン６によれば、柱部３３、３８が設けられる等の上記構成が採用されることにより、センタ空洞部３２やサイド空洞部３６ａ、３６ｂの変形がより高度に防止される。従って、実施形態のピストン６によれば、ピストン本体６ａにセンタ空洞部３２やサイド空洞部３６ａ、３６ｂを設けながらも、ピストン本体６ａの耐久性を適切に確保することが可能となる。

【0063】

なお、上記ピストン６（ピストン本体６ａ）によると、空洞部３０に充填された粒子状充填材３１の粒子同士の摩擦や、空洞部３０の内壁面と粒子との摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、このエネルギー変換（制振作用）に伴い粒子同士の焼き付きが発生することが考えられる。しかし、上記エンジン１では、オイルジェット１５によりピストン６に対してオイルが噴射されるため、粒子状充填材３１が間接的に冷却され、これにより粒子同士の焼き付きが抑制される。従って、このピストン６によると、前記エネルギー変換（制振作用）によるピストン６からコンロッド９への振動伝達を長期的に抑制することが可能となる。

【0064】

［４．比較試験］
図１０は、本発明に係るピストン６の構成による振動の減衰効果（制振効果）を検証するための、モデル（試験片）を用いた試験の結果を示している。同図に示す試験結果は、ピストン本体に見立てたアルミニウム合金（Ａ２０１７）製の試験片♯１〜♯４を用い、非拘束形制振複合はりの振動減衰特性試験方法（ＪＩＳＫ７３９１）に基づき、試験片♯１〜♯４を振動させてその損失係数を測定した結果を示している。

【0065】

ここで、試験片♯１は、アルミニウム合金からなる中実構造の直方体状の金属体であり、試験片♯２は、試験片♯１の金属体をラティス構造としたものである。試験片♯３は、試験片♯２の金属体の空洞部分に金属粉末（アルミニウム合金製の粒子状充填材）を充填したものである。試験片♯４は、試験片♯３において金属粉末の粒子形状を最適化したもの、すなわち最も損失係数が高くなる金属粉末を充填したものであり、具体的には、上記粒子状充填材３１と同様の粒径（直径）３０μｍのアルミニウム合金の真球状の粒子からなる金属粉末を充填したものである。なお、試験結果は、試験片♯１の損失係数を基準として、試験片♯２〜４の損失係数を相対値で示しており、損失係数が大きいほど振動の減衰効果が大きいことを示している。

【0066】

図１０に示す通り、金属粉末が充填された試験片♯３、♯４は、単なる中実構造の試験片♯１に比べて損失係数が２００倍〜５００倍程度大きくなっており、試験片♯３、♯４によると高い減衰効果が得られていると言える。これは、金属粉末の粒子同士の摩擦や、金属体の内部壁面と粒子との摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーへ変換され、これにより試験片♯３、♯４の振動が減衰しているものと考察できる。

【0067】

図１１は、上記実施形態（実施例）に係るピストン本体６ａと、従来の一般的な構造を有するピストンのピストン本体（比較例）とについて周波数応答解析試験を実施した結果を示している。横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸はイナータンス（ｄＢ）の大きさを示している。なお、試験は、ピストン本体の冠面にインパルスハンマで一定の加振力（Ｎ）を与え、ピンボス部で加速度（ｍ/ｓ^２）を測定し、その測定結果に基づきイナータンス（ｄＢ）を算出することにより行った。

【0068】

図１１に示す通り、実施例及び比較例共に５９００Ｈｚ前後でイナータンスの値が最大となるが、実施例のピストン本体は、比較例のピストン本体に比べてイナータンスの最大値が低くなっている。具体的には、７％〜９％程度低くなっている。この結果からも、粒子状充填材３１が充填された上記実施形態のピストン本体６ａによると、上述した振動エネルギーから熱エネルギーへの変換による制振効果によって、ピストン本体６ａからピストンピン６ｂへの振動伝達が効果的に抑制されることが考察できる。

【0069】

［５．製造方法］
次に、ピストン本体６ａの製造方法について説明する。上述したピストン本体６ａの製造方法としては、以下の第１〜第３の製造方法が好適である。

【0070】

＜第１の製造方法＞
第１の製造方法は、ピストン本体６ａを鋳造により製造する方法であり、最も基本的な製造方法である。この方法は、準備工程、注湯工程、製品取出工程及び充填材充填工程と、を含む。すなわち、まず、ピストン本体６ａの外観を形成するための鋳型と、空洞部３０を形成するための中子とを準備する（準備工程）。中子としては、空洞部３０の説明で用いた図８に示すような中子を準備する。次に、中子をセットした鋳型に溶融したアルミニウム合金（溶湯）を注湯して凝固させた後（注湯工程）、鋳物、すなわちピストン本体を鋳型から取出し、さらに当該ピストン本体から中子を除去することにより空洞部を形成し（製品取出工程）、当該空洞部に、粒子状充填材、すなわちアルミニウム合金の真球状の粒子からなる金属粉末を充填する（充填材充填工程）。なお、ピストン本体には、鋳造時に前記空洞部と外部とを連通する通路が成型されるようにておき、この通路を通じて中子の除去及び粒子状充填材の充填を行う。粒子状充填材の充填後は、当該通路を金属材料（アルミニウム合金）で溶接して塞ぐ。これにより粒子状充填材３１が充填された上記ピストン本体６ａが完成する。

【0071】

＜第２の製造方法＞
第２の製造方法は、ピストン本体６ａを鋳造により製造する点で第１の製造方法と共通する。しかし、第２の製造方法では、粒子状充填材が封入された充填材封入体を予め製造しておき（封入体製造工程）、この充填材封入体をインサート部品としてピストン本体６ａをインサート鋳造（成型）する点で第１の製造方法と相違する。すなわち、第２の製造方法は、前記封入体製造工程と、注湯工程と、製品取出工程と、を含む。

【0072】

前記封入体製造工程での充填材封入体の製造は、金属粉末積層造形機（例えば、金属３Ｄプリンタ）を用いて行うのが好適である。具体的には、金属粉末積層造形機によって、図８に示したような中子であって内部に金属粉末（アルミニウム合金の真球状の粒子からなる粉末）が封入されたものを層状に一層ずつ順に形成して、これらの層を積み重ねる。すなわち、上下動可能な造形ベース上に前記金属粉末を敷く工程と、造形ベース上に敷かれた金属粉末をレーザ光でスキャンすることにより金属粉末を溶融、固化させる工程と、造形テーブルを一定量だけ下降させる工程とをこの順番で繰り返す。その際、前記空洞部３０に相当する箇所にはレーザ光を照射することなく金属粉末をそのまま残存させる。これにより、内部に金属粉末（すなわち粒子状充填材３１）が封入された前記中子と同形状の充填材封入体を製造する。

【0073】

注湯工程では、ピストン本体６ａの外観を形成するための鋳型と前記充填材封入体を準備し、鋳型に充填材封入体をインサート部品としてセットして当該鋳型にアルミニウム合金（溶湯）を注湯して凝固させ、製品取出工程では、充填材封入体が内包された鋳物、すなわちピストン本体を鋳型から取出す。これにより粒子状充填材３１が充填された空洞部３０を有する上記ピストン本体６ａが完成する。

【0074】

なお、封入体製造工程における充填材封入体の製造方法は、金属粉末積層造形機を用いた方法には限らない。例えば、図８に示したような中子と同形状の鋳物であってかつ中空のものを鋳造し、この鋳物に粒子状充填材、すなわちアルミニウム合金製の新球状の粒子からなる金属粉末を充填することにより、前記充填材封入体を製造するようにしてもよい。

【0075】

＜第３の製造方法＞
第３の製造方法は、金属粉末積層造形機（例えば、金属３Ｄプリンタ）を用いてピストン本体６ａの全体を造形する方法である。例えばピストン本体６ａの下端部（冠面２２とは反反対側の端部）から層状に一層ずつ順に形成して、これらの層を積み重ねる。すなわち、上下動可能な造形ベース上に前記金属粉末（アルミニウム合金の真球状の粒子からなる粉末）を敷く工程と、造形ベース上に敷かれた金属粉末をレーザ光でスキャンすることにより金属粉末を溶融、固化させる工程と、造形テーブルを一定量だけ下降させる工程とをこの順番で繰り返す。その際、前記空洞部３０に相当する箇所にはレーザ光を照射することなく金属粉末をそのまま残存させる。これにより、内部に金属粉末、すなわち粒子状充填材３１が封入された空洞部３０を備える上記ピストン本体６ａを製造することができる。この製造方法の場合には、ピストン本体６ａと空洞部３０に充填される粒子状充填材３１とが同一材料で構成されることとなる。

【0076】

＜第４の製造方法＞
第４の製造方法は、ピストン本体６ａのうち、例えば図１３中に破線で示すように、空洞部３０を上下に分割するラインＬに沿った２つの部分、すなわち冠面２２を含む上側の第１部分Ｐ１と、それよりも下側の第２部分Ｐ２とを別個に形成し一体化する方法である。

【0077】

具体的には、（Ａ）第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを別個独立に製造した後、これら第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを溶接して一体化する方法と、（Ｂ）第２部分Ｐ２をまず製造した後、第２部分Ｐ２をインサート部品として第１部分Ｐ１をインサート鋳造（成型）する方法とがあり、何れの方法であってもよい。この場合、（Ａ）方法における両部分Ｐ１、Ｐ２の製造、および（Ｂ）方法における第２部分Ｐ２の製造は、鋳造であってもよいし、金属粉末積層造形機（例えば、金属３Ｄプリンタ）を用いた造形であってもよく、ピストン本体６ａの具体的な形状、構造に基づき適宜選定すればよい。例えば、比較的形状や構造が複雑な第２部分Ｐ２を金属粉末積層造形機を用いて製造し、第１部分Ｐ１を鋳造により製造するようにすれば、金属粉末積層造形機を用いた製造時間を短縮することが可能となる。そのため、ピストン本体６ａを合理的に効率良く製造することができる。なお、（Ｂ）方法の場合には、第２部分Ｐ２に対する第１部分Ｐ１の密着性を高めるべく、第２部分Ｐ２のうち、第１部分Ｐ１との接合面に予めサンドブラスト等のブラスト処理（ブラスト加工）を施しておくのが好適である。

【0078】

（Ａ）方法の場合には、上述した第１の製造方法に準じて粒子状充填材を充填することができる。例えば、空洞部３０と外部とを連通する通路を第２部分Ｐ２に形成しておき、この通路を通じて粒子状充填材を充填する。また、（Ｂ）方法の場合には、第３の製造方法に準じて粒子状充填材を充填することができる。すなわち、粒子状充填材が封入された充填材封入体を予め製造しておき、この充填材封入体と第２部分Ｐ２とをインサート部品として第１部分Ｐ１を鋳造することにより、粒子状充填材を充填することができる。

【0079】

第４の製造方法において、ピストン本体６ａを第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とに分ける前記ラインＬの位置は、図１３に示される位置に限定されるものではない。しかし、ラインＬの位置は、空洞部３０の少なくとも一部とピンボス部２８ａ、２８ｂとを第２部分が含むようにピストン本体６ａを上下に分割する位置に設定されているのが好ましい。

【0080】

なお、第１部分Ｐ１を製造する工程、第２部分Ｐ２を製造する工程、および、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを一体化する工程は、それぞれ、本発明の第１部分製造工程、第２部分製造工程および一体化工程に相当する。従って、第２部分Ｐ２をインサート部品として第１部分Ｐ１をインサート鋳造（成型）する上記（Ｂ）方法では、第１部分製造工程と一体化工程とが一つの工程で実行されると言うことができる。

【0081】

［６．変形例等］
以上、本発明の実施形態に係るピストン６及びその製造方法について説明したが、上記ピストン６及びその製造方法は、本発明に係るエンジンのピストン及びその製造方法の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成や製造方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、以下のような態様も採用可能である。

【0082】

（１）実施形態では、ピストン本体６ａの空洞部３０に充填される粒子状充填材３１として、粒径（直径）３０μｍの真球状のアルミニウム合金の粒子からなる金属粉末が充填されているが、金属粉末の粒子の形状や粒径はこれに限定されるものではない。例えば、楕円形状の粒子からなる金属粉末を適用することも可能である。

【0083】

図１２は、粒子状充填材３１の粒子の形状及び粒径と損失係数との関係を示した図（グラフ）である。同図は、ピストン本体に見立てたアルミニウム合金（Ａ２０１７）製の容器に、アルミニウム合金の金属粉末を充填した試験体を用い、非拘束形制振複合はりの振動減衰特性試験方法（ＪＩＳＫ７３９１）に基づき、当該試験体を振動させてその損失係数を測定した結果を示している。試験は、真球状の粒子からなる金属粉末と、楕円形状の粒子からなる金属粉末との２種類について、各々粒子の粒径を変えて実施した。

【0084】

図１２に示す通り、真球状の粒子および楕円形状の粒子の何れの場合も、相対的に粒径が大きくなるほど、損失係数が相対的に大きくなる傾向がある。なお、粒径に拘わらず、真球状の粒子の方が楕円形状の粒子に比べて相対的に損失係数が大きくなる傾向があるが、これは真球状の粒子の方が楕円形状の粒子に比べて運動し易く、その分、振動エネルギーから熱エネルギーへの変換が促進され易いためと考えられる。

【0085】

同図に示す通り、真球状の粒子からなる金属粉末では、粒径が１０μｍ〜１００μｍの範囲で損失計数が高く、特に粒径が３０μｍの場合に最も損失係数が大きい。従って、真球状の粒子からなる金属粉末を粒子状充填材３１として適用する場合には、粒径が１０μｍ〜１００μｍの範囲の粒子、より好ましくは粒径３０μｍ程度の粒子からなる金属粉末を粒子状充填材３１として適用するのが好適と言える。

【0086】

図１４は、空洞部３０における粒子充填材３１の充填密度（％）と損失係数との関係を示した図（グラフ）である。同図は、図１２の結果を得た試験と同様に、ピストン本体に見立てたアルミニウム合金（Ａ２０１７）製の容器に、アルミニウム合金の金属粉末を充填した試験体を用い、非拘束形制振複合はりの振動減衰特性試験方法（ＪＩＳＫ７３９１）に基づき、当該試験体を振動させてその損失係数を測定した結果を示している。試験は、真球状の粒径３０μｍの粒子からなる金属粉末と真球状の粒径１００μｍの粒子からなる金属粉末とについて、それぞれ、大小強さの異なる加振力を与えて実施した。

【0087】

加振力が小さい場合には、図１４中に破線で示す通り、粒径の差による損失係数への影響は比較的少なく、粒径３０μｍ及び粒径１００μｍのいずれの金属粉末もほぼ充填密度５０％での損失係数が最大となり、充填密度４０％〜６０％の範囲での損失係数がそれ以外の範囲の損失係数に比べて大きい。

【0088】

一方、加振力が大きい場合には、図１４中に実線で示す通り、粒径３０μｍの金属粉末では、加振力が小さい場合と同様にほぼ充填密度５０％における損失係数が最大で、充填密度４０％〜６０％の範囲の損失係数がそれ以外の範囲の損失係数に比べて大きい。これに対して、粒径１００μｍの金属粉末では、充填密度３５％においける損失係数が最大で、充填密度２５％〜４０％の範囲の損失係数がそれ以外の範囲の損失係数に比べて大きい。

【0089】

以上のことから、真球状の粒子からなる金属粉末を粒子状充填材３１として適用する場合には、空洞部３０における粒子充填材３１の充填密度を２５％〜６０％の範囲で設定するのが振動低減効果を得る上で好適と言える。

【0090】

（２）実施形態では、アルミニウム合金からなる粒子状充填材３１が適用されているが、粒子状充填材３１の材質はアルミニウム合金に限定されるものではなく、その他の材料からなる粒子状充填材３１を適用することもできる。例えば、銅などアルミニウム合金よりも熱伝導率が大きい金属材料かなる粒子状充填材３１を適用することも可能であり、この場合には、振動エネルギーから熱エネルギーへの変換が促進され易くなり、より高度な振動の減衰効果が期待できる。また、セラミックからなる粒子状充填材３１を適用することも可能であり、この場合には、振動の減衰効果に加えて、断熱効果を得ることが期待できる。そのため、例えばエンジンの暖機運転時やリーン燃焼運転時の熱損失を低減する上で有用なものとなる。

【0091】

なお、空洞部３０に充填される粒子状充填材３１の粒子の材質は一種類に限定されるものではなく、材質や形状の異なる２種類以上の粒子からなる粒子状充填材３１を適用することも可能である。例えばアルミニウム合金の粒子と、セラミック又は／及び銅の粒子とが混合された粒子状充填材３１を適用することも可能である。

【0092】

（３）実施形態では、空洞部３０は、センタ空洞部３２と、一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂと、環状空洞部４０とを含み、これらが連通した構成であるが、空洞部３０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、センタ空洞部３２と、一対のサイド空洞部３６ａ、３６ｂと、環状空洞部４０とが互いに分離独立したものであってもよい。この場合、少なくとも一部の空洞部に充填される粒子状充填材３１として、他の空洞部の粒子状充填材３１とは異なる種類（材質）の粒子状充填材３１が充填されるようにしてもよい。
要するに、空洞部３０は、ピストン本体６ａの形状等を考慮して、振動の伝達が効果的に抑制される位置に設けられていればよく、その場合に充填される粒子状充填材３１の材質も、空洞部毎に最適なものを適用すればよい。

【符号の説明】

【0093】

１ エンジン
２ 気筒（シリンダ）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ クランクケース
６ ピストン
６ａ ピストン本体
６ｂ ピストンピン
７ 燃焼室
８ クランク軸
９ コネクティングロッド（コンロッド）
１０ 吸気ポート
１１ 排気ポート
２０ ピストンヘッド
２２ 冠面
２３ キャビティ
２４ 外周面
２８ａ、２８ｂ ピンボス部
２９ ピン孔
３０ 空洞部
３１ 粒子状充填材
３２ センタ空洞部（第２空洞部）
３６ａ、３６ｂ サイド空洞部（第１空洞部）
４０ 環状空洞部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】