特許 6394485 内燃機関のピストン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6394485

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】内燃機関のピストン

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/00 20060101AFI20180913BHJP

   F02F 3/10 20060101ALI20180913BHJP

   F16J 1/04 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   F02F3/00 M

   F02F3/10 B

   F16J1/04

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-95364(P2015-95364)

(22)【出願日】2015年5月8日

(65)【公開番号】特開2016-211415(P2016-211415A)

(43)【公開日】2016年12月15日

【審査請求日】2017年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001520

【氏名又は名称】特許業務法人日誠国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】須田 尚幸

【審査官】 村山 禎恒

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０５２４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６１５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６９２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１６７７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９５３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６９５０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ ３／００−３／２８

Ｆ１６Ｊ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダボアの内壁に対して往復動自在に設けられたピストン本体と、前記ピストン本体から垂下した一対のスカート部と、ピストンピンを保持する一対のピストンピンボス部と、前記一対のスカート部とを互いに接続する一対のサイドウォール部と、前記シリンダボアの内壁に対向する面に設けられた樹脂被膜層とを備え、
前記スカート部が、前記ピストン本体の中心軸方向における中央部が最大外径となる中央スカート部と、前記中央スカート部の上部境界よりも上方において前記上部境界から前記中心軸に向かって外径が漸次小さくなるように湾曲する上部スカート部と、前記中央スカート部の下部境界よりも下方において前記下部境界から前記中心軸に向かって外径が漸次小さくなるように湾曲する下部スカート部とを有し、
前記スカート部が、前記スカート部の円周方向中央部から前記サイドウォール部との接続部に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成された内燃機関のピストンであって、
オイルを保持する複数の凹部を、外縁を前記樹脂被膜層とし、底部を樹脂被膜層が形成されていない非膜部位として形成し、
前記凹部は、大面積部と、前記大面積部を両側から挟むようにして前記大面積部から突出して配置され、前記大面積部よりも小さい面積で形成された一対の小面積部とを含んで構成されており、
前記大面積部および前記小面積部の配列方向を前記凹部の長手方向とした場合に、前記凹部は、前記スカート部の円周方向中央部に少なくとも１つ以上設けられ、前記長手方向が前記ピストン本体の中心軸と同方向となるように設置されていることを特徴とする内燃機関のピストン。

【請求項2】

前記大面積部および前記小面積部は、外縁を円弧としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のピストン。

【請求項3】

前記小面積部の内接円の中心は、前記大面積部の内接円の中心から前記大面積部の内接円の半径の０．５倍以上０．８７５倍以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のピストン。

【請求項4】

前記凹部は、前記スカート部の円周方向中央部において前記ピストン本体の中心軸に沿って設置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。

【請求項5】

前記スカート部の単位面積当りの前記凹部の設置数である設置密度は、前記上部スカート部および前記下部スカート部のそれぞれよりも前記中央スカート部が高く、かつ、前記中央スカート部の中で前記スカート部の円周方向中央部付近が最も高いことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。

【請求項6】

前記ピストンピンは、前記ピストン本体の中心軸と直交する中心軸を有し、
前記凹部は、前記ピストンピンの中心軸を挟んで設置されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。

【請求項7】

前記凹部は、前記スカート部の円周方向中央部から円周方向の両外側に離れた位置に少なくとも１つずつ設けられており、前記長手方向が前記ピストン本体の中心軸と直交するように設置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。

【請求項8】

少なくとも前記上部スカート部および前記下部スカート部に対応する前記樹脂被膜層に、前記ピストン本体の中心軸と平行に延びる複数の縦溝が形成されており、
前記上部スカート部に形成された縦溝と前記下部スカート部に形成された縦溝は、前記ピストン本体の中心軸方向で同一軸線上に設置されており、
前記縦溝は、前記スカート部の円周方向の外側の領域であって、前記ピストン本体の中心軸方向と直交し、かつ、前記ピストン本体の中心軸と直交する方向から前記ピストンを見た場合に、前記ピストンピンボス部と重なる前記樹脂被膜の範囲内に設置されており、
前記ピストン本体の中心軸方向を前記縦溝の長手方向とした場合に、前記スカート部の円周方向中央部側に設置された縦溝の長手方向長さが前記スカート部の円周方向中央部から離れた側に設置された縦溝の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関のピストンに関し、特に、シリンダボアの内壁に対して樹脂被膜層を介して摺動するスカート部を有する内燃機関のピストンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関のシリンダボアの内壁に対して往復動自在に設けられたピストンとしては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。このピストンは、ピストン本体から垂下した一対のスカート部と、一対のスカート部を互いに連結する一対のサイドウォール部と、一対のサイドウォール部に設けられ、ピストンピンを保持する一対のピストンピンボス部とを備えている。

【0003】

スカート部は、熱膨張の影響を考慮してピストンの中心軸方向中央部が最大外径となるバレル状に形成されている。スカート部の表面には樹脂被膜層が形成されている。樹脂被膜層の表面全面にはオイル溜まりとなる凹部が所定の間隔で配列されており、凹部にオイルを保持することでピストンの摺動抵抗を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７４９３９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような従来の内燃機関のピストンにあっては、スカート部がバレル形状に形成されており、ピストン本体の中心軸方向における中央部が最大外径となる部位とシリンダボアとのクリアランスが小さく、中央部に対してピストンの中心軸方向の上部および下部とシリンダボアの内壁とのクリアランスが大きくなる。

【0006】

このため、ピストンの往復動時においてピストンピンから燃焼圧力の一部が負荷された後に、シリンダボアの内壁にスカート部が接触する際のスカート部の表面に面圧の高い部位と低い部位とが生じる。

【0007】

面圧が高い部位に凹部を形成すると、凹部の深さの分、オイルが凹部に閉じ込められることで、シリンダボアの内壁との間にオイルが十分に供給されずに、潤滑不良を起こすおそれがある。

【0008】

特に、スカート部とシリンダボアの内壁とのクリアランスが小さい部位においては、スカート部とシリンダボアの内壁との間に入り込むオイルの量が少ない。

【0009】

また、スカート部とシリンダボアの内壁との接触面圧が高い部位において、スカート部とシリンダボアの内壁との間からオイルを外側に押し出す力が大きく働くため、さらにオイルの量が少なくなる。

【0010】

この結果、スカート部とシリンダボアの内壁との潤滑を十分に行うことができないおそれがあり、スカート部とシリンダボアの内壁との摩擦力が増大してしまい、燃費が悪化するおそれがある。

【0011】

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ピストンとシリンダボアの内壁との潤滑性を向上できる内燃機関のピストンを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、シリンダボアの内壁に対して往復動自在に設けられたピストン本体と、ピストン本体から垂下した一対のスカート部と、ピストンピンを保持する一対のピストンピンボス部と、一対のスカート部とを互いに接続する一対のサイドウォール部と、シリンダボアの内壁に対向する面に設けられた樹脂被膜層とを備え、スカート部が、ピストン本体の中心軸方向における中央部が最大外径となる中央スカート部と、中央スカート部の上部境界よりも上方において上部境界から中心軸に向かって外径が漸次小さくなるように湾曲する上部スカート部と、中央スカート部の下部境界よりも下方において下部境界から中心軸に向かって外径が漸次小さくなるように湾曲する下部スカート部とを有し、スカート部が、スカート部の円周方向中央部からサイドウォール部との接続部に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成された内燃機関のピストンであって、オイルを保持する複数の凹部を、外縁を樹脂被膜層とし、底部を樹脂被膜層が形成されていない非膜部位として形成し、凹部は、大面積部と、大面積部を両側から挟むようにして大面積部から突出して配置され、大面積部よりも小さい面積で形成された一対の小面積部とを含んで構成されており、大面積部および小面積部の配列方向を凹部の長手方向とした場合に、凹部は、スカート部の円周方向中央部に少なくとも１つ以上設けられ、長手方向がピストン本体の中心軸と同方向となるように設置されている。

【発明の効果】

【0013】

上記の本発明によれば、ピストンとシリンダボアの内壁との潤滑性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、内燃機関の要部構成図である。

【図2】図２は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、ピストンおよびシリンダボアを示す図である。

【図3】図３は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、車両の後方からピストンを見た図である。

【図4】図４は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、車両の下方からピストンを見た図である。

【図5】図５は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、図３のIＶ−IＶ方向矢視断面図である。

【図6】図６は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、ピストンとピストンのスカート部の曲面との位置関係を示す図である。

【図7】図７は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、凹部の構成図である。

【図8】図８は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、スカート部と、スカート部およびシリンダボアの内壁のクリアランスとの位置関係を示す図である。

【図9】図９は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、ピストンとピストンのスカート部に加わる面圧との位置関係を示す図である。

【図10】図１０は、本発明の内燃機関のピストンの第１および第２の実施の形態を示す図であり、凹部を縦長配列にした場合と横長配列とした場合とにおける動圧の大きさを示す図である。

【図11】図１１は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、大円部の半径と大円部の中心および小円部の中心とを結んだ距離と、オイルの膜厚との関係を示す図である。

【図12】図１２は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、丸溝を有するピストンと凹部を有するピストンとにおいて、スカート部とシリンダボアの内壁との摩擦力とエンジン回転数とを示す図である。

【図13】図１３は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、横長配列となる凹部が形成された樹脂被膜層を有するピストンを示す図である。

【図14】図１４は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、横長配列となる凹部の構成図である。

【図15】図１５は、本発明の内燃機関のピストンの第１の実施の形態を示す図であり、縦長配列となる凹部と横長配列となる凹部が形成された樹脂被膜層を有するピストンを示す図である。

【図16】図１６は、本発明の内燃機関のピストンの第２の実施の形態を示す図であり、縦長配列となる凹部と縦溝とが形成された樹脂被膜層を有するピストンを示す図である。

【図17】図１７は、本発明の内燃機関のピストンの第２の実施の形態を示す図であり、スカート部とシリンダボアの内壁とのクリアランスと、凹部および縦溝との位置関係を示す図である。

【図18】図１８は、本発明の内燃機関のピストンの第２の実施の形態を示す図であり、ピストンが上昇した場合のオイルの流れを示す図である。

【図19】図１９は、本発明の内燃機関のピストンの第２の実施の形態を示す図であり、ピストンが降下した場合のオイルの流れを示す図である。

【図20】図２０は、本発明の内燃機関のピストンの他の実施の形態を示す図であり、第１、２の実施の形態の凹部と異なる形状の凹部が形成された樹脂被膜層を示す図である。

【図21】図２１は、本発明の内燃機関のピストンの他の実施の形態を示す図であり、第１、２の実施の形態の凹部と異なる形状の凹部が形成された樹脂被膜層を示す図である。

【図22】図２２は、本発明の内燃機関のピストンの他の実施の形態を示す図であり、第１、２の実施の形態の凹部と異なる形状の凹部が形成された樹脂被膜層を示す図である。

【図23】図２３は、本発明の内燃機関のピストンの他の実施の形態を示す図であり、第１、２の実施の形態の凹部と異なる形状の凹部が形成された樹脂被膜層を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る内燃機関のピストンの実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）

【0016】

図１〜図１５は、本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関のピストンを示す図である。なお、図１〜図９、図１３〜図１５において示す左右前後方向の矢印は、運転席から見た車両の左右前後方向を表す。

【0017】

まず、構成を説明する。
図１において、車両に搭載された内燃機関としてのエンジン１は、クランクケース２が一体に設けられたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に取付けられたシリンダヘッド４とを含んで構成される。

【0018】

シリンダブロック３のシリンダボア６内にはピストン７が収納されており、ピストン７は、例えば、アルミニウム合金等によって構成される。ピストン７は、シリンダボア６に対して上下方向に往復動する。

【0019】

ピストン７は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト５に連結されており、ピストン７の往復動は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト５の回転運動に変換される。

【0020】

ここで、シリンダボア６は、気筒数に応じてエンジン１に設けられており、シリンダボア６は、４気筒であれば、エンジン１に４つ設けられている。本実施の形態では、４気筒エンジンを示しているが、気筒数は、４気筒に限定されるものではない。また、エンジン１としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジンから構成されてもよく、これに限定されるものでもない。

【0021】

図２において、ピストン７は、シリンダボア６の内壁６ａに対して往復動自在に設けられたピストンクラウン部９（図３、図４参照）と、ピストンクラウン部９から垂下した一対のスカート部１０、１１とを有する。ここで、本実施の形態のピストンクラウン部９は、本発明のピストン本体を構成する。

【0022】

ピストン７は、スカート部１０、１１のそれぞれの左側１０ａ、１１ａおよび右側１０ｂ、１１ｂに接続する一対のサイドウォール部１２、１３と、一対のサイドウォール部１２、１３に設けられ、ピストンピン１６（図１参照）を回転自在に保持する一対のピストンピンボス部１４、１５とを有する。

【0023】

ピストンピン１６は、円筒のピンから構成されており、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１（図３参照）は、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃに対して直交する方向に延びている。

【0024】

ここで、本実施の形態のスカート部１０、１１の左側１０ａ、１１ａが、本発明のスカート部の円周方向の一方側を構成し、スカート部１０、１１の右側１０ｂ、１１ｂが、本発明のスカート部の円周方向の他方側を構成する。また、左側１０ａ、１１ａおよび右側１０ｂ、１１ｂは、スカート部１０、１１の右端または左端から円周方向に一定の幅を有する部位である。

【0025】

ピストンピンボス部１４、１５は、ピストンピン１６が挿入されるピストンピン装着穴１４Ａ、１５Ａを有し、ピストンピン１６は、ピストンピン装着穴１４Ａ、１５Ａに挿入された状態でピストンピンボス部１４、１５に支持される。

【0026】

図１において、ピストンピン１６にはコネクティングロッド８の小径部８Ａが連結されており、コネクティングロッド８の大径部８Ｂは、クランクシャフト５に連結されている。これにより、ピストン７の往復動がコネクティングロッド８を介してクランクシャフト５の回転運動に変換される。

【0027】

シリンダヘッド４には吸気ポート２１が形成されており、吸気ポート２１から吸入された空気は、ピストン７の上方のシリンダボア６に形成された燃焼室１８に導入される。
シリンダヘッド４には排気ポート２２が形成されており、燃焼室１８で燃焼された排気ガスは、排気ポート２２から排気される。

【0028】

シリンダヘッド４には吸気カム２３Ａを有する吸気カム軸２３と、排気カム２４Ａを有する排気カム軸２４と、吸気カム２３Ａによって吸気ポート２１と燃焼室１８とを連通または遮断する吸気バルブ２５と、排気カム２４Ａによって吸気ポート２１と燃焼室１８とを連通または遮断する排気バルブ２６とが設けられている。

【0029】

図２、図３において、ピストンクラウン部９の外周部にはピストンクラウン部９の上方から順に第１コンプレッションリング溝３１、第２コンプレッションリング溝３２およびオイルリング溝３３が形成されている。

【0030】

第１コンプレッションリング溝３１および第２コンプレッションリング溝３２には図示しない環状の第１コンプレッションリングおよび第２コンプレッションリングがそれぞれ嵌合されており、オイルリング溝３３にはピストンリングとしての図示しない環状のオイルリングが嵌合されている。

【0031】

第１コンプレッションリング溝３１および第２コンプレッションリング溝３２は、シリンダボア６の内壁６ａに接触することにより、燃焼室１８を密閉する機能を有する。
オイルリングは、ピストン７の往復動に伴ってシリンダボア６の内壁６ａに接触することにより、シリンダボア６の内壁６ａに付着しているオイルを掻き落とす機能を有する。

【0032】

また、オイルリング溝３３の底部には複数のオイル戻し穴３４が形成されており、オイル戻し穴３４は、ピストンクラウン部９のスラスト側と反スラスト側に形成され、オイルリング溝３３の底部からピストン７のピストンクラウン部９の内周面に向かって開口している。

【0033】

ここで、スラスト側とは、ピストン７がシリンダボア６内を降下する行程において、クランクシャフト５の回転力によってクランクシャフト５の軸線方向と直交する方向のスラスト力がシリンダボア６の内壁６ａに掛かるピストン７の面である。
反スラスト側とは、ピストン７がシリンダボア６内を上昇する行程においてスラスト力と反対方向のスラスト力がシリンダボア６の内壁６ａに掛かるピストン７の面である。

【0034】

ピストン７とシリンダボア６との間にはコネクティングロッド８の大径部８Ｂに設けられたオイルジェット穴８ａ（図１参照）からオイルが供給される。これにより、図２に示すように、ピストン７とシリンダボア６の内壁６ａとの間にはオイル３５が形成される。

【0035】

このため、オイル３５によってピストン７が冷却されるとともに、ピストン７の外周部とシリンダボア６の内壁６ａとの間が潤滑される。なお、オイル導入部材として、特に、オイルジェット穴８ａに限定されるものではない。

【0036】

クランクケース２の下部には図示しないオイルパンが設けられており、シリンダボア６はオイルパンに連通している。したがって、ピストン７がシリンダボア６内を上下方向に往復動するのに伴って、オイルリング溝３３に嵌合されたオイルリングがシリンダボア６の内壁６ａに付着したオイルを掻き落とすと、このオイルは、オイルリング溝３３からオイル戻し穴３４を通してピストンクラウン部９の内周面に排出され、スカート部１０、１１の間を通ってオイルパンに戻される。

【0037】

スカート部１０、１１は、ピストン７の往復動時にスラスト側または反スラスト側に接触することでピストン７の首振り挙動を抑制する機能を有する。
図３に示すように、スカート部１０は、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃと平行に延在する長辺とピストンクラウン部９の中心軸Ｃと垂直方向に延在する短辺とを備えている。なお、スカート部１１もスカート部１０と同様に長辺と短辺を有する。

【0038】

図５、図６において、スカート部１０、１１は、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向における中央部が最大外径となる中央スカート部３７を有し、中央スカート部３７は、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃと平行な平面に形成されている。ここで、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃは、スカート部１０、１１の中心軸と同一軸上にある。

【0039】

スカート部１０、１１は、中央スカート部３７の上部境界３７ａよりも上方に位置する上部スカート部３６を有しており、上部スカート部３６は、上部境界３７ａよりも上方において上部境界３７ａからピストンクラウン部９の中心軸Ｃに向かって外径が漸次小さくなるように湾曲している。
なお、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向において、上部境界３７ａは、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１よりも下方に位置するようにスカート部１０、１１に形成されている。

【0040】

スカート部１０、１１は、中央スカート部３７の下部境界３７ｂよりも下方に位置する下部スカート部３８を有しており、下部スカート部３８は、上部境界３７ａよりも下方において上部境界３７ａからピストンクラウン部９の中心軸Ｃに向かって外径が漸次小さくなるように湾曲している。このようにスカート部１０、１１は、バレル状に形成されている。

【0041】

なお、図５、図６では、説明の便宜上、スカート部１０、１１を極端に湾曲させて描いているが、スカート部１０、１１は、実際にこのように極端に湾曲していないことは言うまでもない。

【0042】

図４において、スカート部１０、１１は、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃからサイドウォール部１２、１３との接続部に向かって、すなわち、左側１０ａ、１１ａおよび右側１０ｂ、１１ｂに向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成されている。

【0043】

ここで、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃは、サイドウォール部１２とサイドウォール部１３とを結んだスカート部１０、１１の円周方向の頂点である。円周方向において、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスは、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃとシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが最も小さい。

【0044】

図２、図４において、スカート部１０、１１の表面には、例えば、スクリーン法により低摩擦抵抗性および高耐熱性を有する樹脂被膜層３９が一定の厚みを有して形成されている（図３も参照）。樹脂被膜層３９は、シリンダボア６の内壁６ａに対向する中央スカート部３７、上部スカート部３６および下部スカート部３８の表面に形成されている。

【0045】

図３において、樹脂被膜層３９には複数の凹部４１が形成されており、凹部４１は、樹脂被膜層３９の厚さと同じ５μｍ以上２０μｍ以下の深さを有する。図７において、凹部４１は、外縁が円弧とした大円部４１Ａおよび小円部４１Ｂ、４１Ｃから構成されている。

【0046】

大円部４１Ａは、半径Ｒの円から構成されており、小円部４１Ｂ、４１Ｃは、半径Ｒよりも小さい半径を有し、大円部４１Ａよりも面積の小さい円から構成されている。小円部４１Ｂ、４１Ｃは、大円部４１Ａに重なっており、小円部４１Ｂ、４１Ｃは、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向において大円部４１Ａを挟むようにピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向に設置されている。

【0047】

これにより、小円部４１Ｂ、４１Ｃの一部は、大円部４１Ａからピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向外方において大円部４１Ａの外周部から反対方向に突出し、大円部４１Ａに連通する。ここで、本実施の形態の大円部４１Ａは、本発明の大面積部を構成し、小円部４１Ｂ、４１Ｃは、本発明の小面積部を構成する。

【0048】

小円部４１Ｂ、４１Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４（小面積部の内接円の中心）は、大円部４１Ａの中心部Ｃ２（大面積部の内接円の中心）から大円部４１Ａの半径Ｒの０．５倍以上０．８７５倍以下の範囲に設定されており、小円部４１Ｂ、４１Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４と大円部４１Ａの中心部Ｃ２との距離Ｌは、大円部４１Ａの半径Ｒよりも短く形成されている。

【0049】

一方、図８に示すように、バレル形状に形成されるスカート部１０、１１において、シリンダボア６の内壁６ａとスカート部１０、１１の上下左右端の四隅との間のクリアランスが最も大きく、シリンダボア６の内壁６ａとスカート部１０、１１の上下左右中央部のクリアランスが最も小さい。

【0050】

スカート部１０、１１の上下左右端の四隅と上下左右中央部との間に位置するシリンダボア６の内壁６ａとスカート部１０、１１のクリアランスは、シリンダボア６の内壁６ａとスカート部１０、１１の上下左右端の四隅との間のクリアランスよりも小さく、シリンダボア６の内壁６ａとスカート部１０、１１の上下左右中央部のクリアランスよりも大きい。

【0051】

なお、スカート部１０、１１の上下左右端の四隅を大クリアランス領域５１、スカート部１０、１１の上下左右中央部を小クリアランス領域５２、スカート部１０、１１の上下左右端の四隅と上下左右中央部との間を中クリアランス領域５３という。

【0052】

図３に示すように、凹部４１は、スカート部１０の円周方向中央部１０ｃにおいてピストンクラウン部９の中心軸Ｃに沿って設置されている。
凹部４１は、大円部４１Ａおよび小円部４１Ｂ、４１Ｃの配列方向を長手方向とした場合に、長手方向がピストンクラウン部９の中心軸Ｃと同方向となるように設置される。すなわち、本実施の形態の凹部４１は、凹部４１の長手方向がピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向に長い縦長配列となるようにスカート部１０に形成されている。

【0053】

なお、スカート部１１もスカート部１０と同様に凹部４１が形成されているため、以降は、スカート部１０の凹部４１について説明する。
スカート部１０の単位面積当りの凹部４１の設置数である設置密度は、上部スカート部３６および下部スカート部３８のそれぞれよりも中央スカート部３７が高く、かつ、中央スカート部３７の中でスカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃ付近が最も高い。これにより、凹部４１は、小クリアランス領域５２に集中して設置されることになる。

【0054】

凹部４１は、スカート部１０の円周方向中央部１０ｃから離れるに従って、すなわち、サイドウォール部１２、１３に向かうに従って設置密度が徐々に低くなる。本実施の形態のスカート部１０は、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃからサイドウォール部１２、１３との接続部に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成されている。

【0055】

これにより、凹部４１は、小クリアランス領域５２から大クリアランス領域５１に向かうに従って、設置密度が徐々に低くなる。また、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１付近に設置される凹部４１は、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１および上部境界３７ａ、下部境界３７ｂを挟んで設置されている。

【0056】

樹脂被膜層３９は、例えば、スクリーン印刷機を用いて、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）と二硫化モリブデンを主成分とする塗料をスカート部１０、１１に塗布したものであり、大円部４１Ａおよび小円部４１Ｂ、４１Ｃと同形状のマスキング処理をスカート部１０、１１に施すことで、凹部４１をスカート部１０、１１の表面に付与している。これにより、オイルを保持する複数の凹部４１は、外縁が樹脂被膜層とし、底部を樹脂被膜層が形成されていない非膜部位として形成される。

【0057】

次に、ピストン７とシリンダボア６の内壁６ａとの間に摩擦力が発生する原理を説明する。
ピストンピンボス部１４、１５の延びる方向と同じ領域のスカート部１０、１１の円周方向の領域とシリンダボア６の内壁６ａとの接触圧が高くなるのは、以下の理由による。

【0058】

ピストン７がシリンダボア６内を往復運動するときに、コネクティングロッド８およびピストンピン１６から燃焼圧力の一部がピストン７に負荷された後に、シリンダボア６の内壁６ａにスカート部１０またはスカート部１１が接触する際に、ピストンピンボス部１４、１５とピストンピン１６の接触部位がスカート部１０、１１をシリンダボア６の内壁６ａに押し付けるときの押し付け力の入力点となる。

【0059】

ピストン７の往復運動によってスカート部１０、１１およびシリンダボア６の内壁６ａとの間に発生する摩擦力は、スカート部１０、１１が燃焼圧力に起因する押し付け力を受けながらシリンダボア６の内壁６ａを上下動することで発生する。

【0060】

図９は、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとの間の面圧分布を示す図である。
本実施の形態のスカート部１０、１１は、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１と直交する方向のスカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃが高くなるバレル形状に形成されるとともに、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃからサイドウォール部１２、１３に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成されている。

【0061】

これにより、中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが最も小さくなり、中央スカート部３７からピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向外方で、かつ、スカート部１０の円周方向中央部１０ｃから円周方向外方に向かうに従ってシリンダボア６の内壁６ａとの接触圧が小さくなる。

【0062】

このため、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さく、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとの接触面圧が高い部位の潤滑条件は、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが大きく、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとの接触面圧が低い部位の潤滑条件に比べて厳しくなる。
本実施の形態のピストン７は、このような厳しい潤滑条件で好適な潤滑を行うことができるようにしたものであり、以下、ピストン７を潤滑する方法を具体的に説明する。

【0063】

なお、スカート部１０、１１は、いずれも同様の動作を行うので、以降の説明において、スカート部１０のみについて動作を説明する。また、以降の説明において、ピストン７の上流、下流という表現は、ピストン７の移動方向に対して前方が上流、後方が下流を意味する。

【0064】

本実施の形態のピストン７は、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さく、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとの接触面圧とが高い部位において、樹脂被膜層３９に凹部４１を形成した。

【0065】

この凹部４１は、大円部４１Ａと、大円部４１Ａよりも面積の小さい円から構成され、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向において大円部４１Ａを挟むように設置された小円部４１Ｂ、４１Ｃとを有する。これにより、ピストン７の上下動時において、凹部４１によってオイルの動圧を発生することができる。すなわち、本実施の形態の凹部４１は、大面積部からなる大円部４１Ａと、大円部４１Ａを両側から挟むようにして大円部４１Ａから突出して配置され、大円部４１Ａよりも小さい面積で形成された一対の小面積部からなる小円部４１Ｂ、４１Ｃとを含んで構成される。

【0066】

図１０は、縦長配列に設置された凹部４１によって発生する動圧を示しており、オイルの動圧は、上流側から下流側に向かうに従って大きくなる。また、この動圧は、エンジン１の回転数が増大する程、大きくなる。

【0067】

すなわち、ピストン７が上昇すると、上流側（燃焼室１８側）から上部スカート部３６とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルが導入される。このオイルは、上流の小円部４１Ｂから下流の大円部４１Ａに導入されてオイル量が増大した後、大円部４１Ａから下流の小円部４１Ｃに導入されることで、オイルが急激に絞られることで、高い動圧を発生する。
特に、摩擦境界（二つの物体の接触面）に発生する動圧の大きさは、円の内径によって異なり、動圧が大きい程、オイルの膜厚が厚くなる。

【0068】

これにより、ピストン７の上昇時に、スカート部１０がシリンダボア６の内壁６ａから離れる方向に圧力が加わり、シリンダボア６の内壁６ａに対するクリアランスが小さく、かつ、シリンダボア６の内壁６ａに対する接触面圧が大きい中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイルの膜厚を厚くすることができる。

【0069】

一方、ピストン７が降下すると、上流側（クランクシャフト５側）から下部スカート部３８とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルが導入される。このオイルは、上流の小円部４１Ｃから下流の大円部４１Ａに導入されてオイル量が増大した後、大円部４１Ａから下流の小円部４１Ｂに導入されることで、オイルが急激に絞られて高い動圧を発生する。
これにより、ピストン７の降下時に、中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルの膜厚を厚くすることができる。

【0070】

ここで、図１０において、大円部４１Ａおよび小円部４１Ｂ、４１Ｃの配列方向を長手方向とした場合に、長手方向がピストンクラウン部９の中心軸Ｃと直交するように、凹部４１を横長配列とした場合の動圧特性は、縦長配列の動圧特性よりも小さい。
これは、凹部４１の上流から下流に向かうに従って大円部４１Ａと小円部４１Ｂ、４１Ｃとの面積の変化が縦長配列の凹部４１よりも小さくなるからである。

【0071】

このように本実施の形態のピストン７によれば、樹脂被膜層３９にオイルを保持する複数の凹部４１を形成し、凹部４１を、大円部４１Ａと、大円部４１Ａを両側から挟むようにして大円部４１Ａから突出して配置され、大円部４１Ａよりも小さい面積で形成された一対の小円部４１Ｂ、４１Ｃとを含んで構成した。

【0072】

これにより、シリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さく、かつ、シリンダボア６の内壁６ａに高圧で接触する中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａの間のオイルの膜厚を厚くすることができ、中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間を良好に潤滑することができる。

【0073】

また、本実施の形態のピストン７によれば、小円部４１Ｂ、４１Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４を、大円部４１Ａの中心部Ｃ２から大円部４１Ａの半径Ｒの０．５倍以上０．８７５倍以下の範囲に設定した。

【0074】

これにより、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとの間の膜厚を厚くできる。図１１は、大円部４１Ａの半径Ｒおよび大円部４１Ａの中心部Ｃ２と小円部４１Ｂ、４１Ｃとの距離Ｌとオイル膜厚の厚さの関係を示す図である。

【0075】

図１１からも明らかなように、小円部４１Ｂ、４１Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４を、大円部４１Ａの中心部Ｃ２から大円部４１Ａの半径Ｒの０．５倍以上０．８７５倍以下の範囲にした場合には、この範囲外に比べてスカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとの間の膜厚を厚くできることが明らかである。

【0076】

また、小円部４１Ｂ、４１Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４を、大円部４１Ａの中心部Ｃ２から大円部４１Ａの半径Ｒの０．５倍以上０．８７５倍以下の範囲に設定することにより、小円部４１Ｂ、４１Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４を大円部４１Ａの中心部Ｃ２に近づけることができる。

【0077】

これにより、大円部４１Ａと小円部４１Ｂ、４１Ｃからなる凹部４１の動圧性能を落とすことなく個々の凹部４１の設置面積を小さくでき、単位面積当りの凹部４１の設置数を増大できる。このため、エンジン１の回転数が低回数域であっても、大きい動圧を発生することができる。

【0078】

また、本実施の形態のピストン７によれば、凹部４１を、スカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃにおいてピストンクラウン部９の中心軸に沿って設置した。

【0079】

スカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃは、ピストン７が上下動する際に、シリンダボア６の内壁６ａと常に高い面圧で接触する部位で、かつシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さい部位である。

【0080】

この部位に凹部４１を設置することで、オイルの動圧を高くして、スカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃとシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイルの膜厚を厚くでき、ピストン７の上下動時に摩擦抵抗を低減できる。

【0081】

特に、本実施の形態のピストン７は、凹部４１の長手方向をピストンクラウン部９の中心軸Ｃと同方向となるように凹部４１を縦長配列とすることで、凹部４１を横長配列にした場合よりもオイルの動圧を高くして、スカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃとシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイルの膜厚を厚くできる。

【0082】

また、本実施の形態のピストン７によれば、スカート部１０の単位面積当りの凹部４１の設置数である設置密度を、上部スカート部３６および下部スカート部３８のそれぞれよりも中央スカート部３７が高く、中央スカート部３７の中でスカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃ付近を最も高くした。

【0083】

これにより、凹部４１を小クリアランス領域５２に集中して設置することができ、シリンダボア６の内壁６ａに対するクリアランスが小さく、かつ、シリンダボア６の内壁６ａに対する接触面圧が大きい中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイルの膜厚を厚くすることができる。このため、ピストン７の上下動時に摩擦抵抗をより効果的に低減できる。
また、本実施の形態のピストン７によれば、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１および上部境界３７ａ、下部境界３７ｂを挟んで凹部４１を設置している。

【0084】

これにより、スカート部１０、１１の中でシリンダボア６の内壁６ａに対する接触面圧が高いピストンピン１６の中心軸Ｃ１上の部位とシリンダボア６の内壁６ａとの間において、凹部４１によってオイルの動圧を高くできる。

【0085】

このため、ピストンピン１６の中心軸Ｃ１上の部位とシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイルの膜厚を厚くでき、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとの摩擦抵抗を低減できる。

【0086】

また、本実施の形態のピストン７によれば、スカート部１０の円周方向中央部１０ｃから離れるに従って凹部４１の設置密度が徐々に低くした。
これにより、スカート部１０、１１がオイルから受ける粘性抵抗を低減できる。すなわち、凹部４１は、大きい動圧を発生させてオイルの膜厚を厚くする機能を有する。

【0087】

また、スカート部１０、１１は、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃからサイドウォール部１２、１３との接続部に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成されており、スカート部１０、１１とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスは、円周方向中央部１０ｃ、１１ｃからサイドウォール部１２、１３に向かうに従って大きくなる。

【0088】

これにより、クリアランスが大きいスカート部１０、１１の左側１０ａ、１１ａおよび右側１０ｂ、１１ｂとシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイル量が多くなる。このため、このクリアランスが大きい左側１０ａ、１１ａおよび右側１０ｂ、１１ｂに凹部４１を縦長配列にすると、オイル量がより一層増大して、スカート部１０、１１がオイルから受ける粘性抵抗が大きくなる。

【0089】

したがって、スカート部１０、１１の円周方向中央部１０ｃから離れるに従って凹部４１の設置密度を徐々に低くすることで、クリアランスが大きいスカート部１０、１１の左側１０ａ、１１ａおよび右側１０ｂ、１１ｂとシリンダボア６の内壁６ａとの間のオイル量が過剰になることを防止できる。この結果、スカート部１０、１１がオイルから受ける粘性抵抗を低減できる。

【0090】

図１２は、丸溝が均一に形成されている樹脂被膜層と、凹部４１を有する本実施の形態の樹脂被膜層３９とを用いてスカート部とシリンダボアの内壁との摩擦力を計測した実験データである。

【0091】

この実験データは、ピストン単体摩擦力評価装置を用い、エンジンの回転数を代えてピストンを作動した結果得られたものである。この結果、本実施の形態の樹脂被膜層３９を用いたピストン７は、従来の樹脂被膜層を用いたピストンに比べてスカート部とシリンダボアの内壁との摩擦力が平均で約２０％低下したことが確認された。

【0092】

なお、本実施の形態のピストン７にあっては、図１３に示すように、凹部４２を横長配列としてもよい。すなわち、図１４において、大円部４２Ａおよび小円部４２Ｂ、４２Ｃの配列方向を長手方向とした場合に、図１３に示すように、長手方向がピストンクラウン部９の中心軸Ｃと直交するように、凹部４２を横長配列としてもよい。この場合には、縦長配列と同一の位置において、凹部４２を９０°回転させるようにして凹部４２を樹脂被膜層３９に形成すればよい。

【0093】

凹部４２が横長配列されたピストン７においては、例えば、ピストン７が上昇すると、上流側（燃焼室１８側）から上部スカート部３６とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルが導入される。

【0094】

このオイルは、大円部４２Ａから下流の大円部４２Ａ、小円部４２Ｂ、４２Ｃに導入されてオイル量が増大した後、大円部４２Ａ、小円部４２Ｂ、４２Ｃから下流の大円部４２Ａに導入されることで、オイルが急激に絞られて高い動圧を発生する。

【0095】

このようにしてもシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さく、かつ、シリンダボア６の内壁６ａに高圧で接触する中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａの間のオイルの膜厚を厚くすることができ、中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間を良好に潤滑することができる。

【0096】

なお、この凹部４２にあっても、小円部４２Ｂ、４２Ｃの中心部Ｃ３、Ｃ４は、大円部４２Ａの中心部Ｃ２から大円部４２Ａの半径Ｒの０．５倍以上０．８７５倍以下の範囲に設定される。

【0097】

図１０から明らかなように、凹部４２を横長配列とした場合には、凹部４１を縦長配列にしたものと比べて、凹部４２の上流から下流に流れるオイルの絞り量が少なくなるので、凹部４１を縦長配列にしたものと比べて発生するオイルの動圧を小さくすることができる。

【0098】

この特性を利用して、縦長配列となる凹部４１と横長配列となる凹部４２を組み合わせてオイルの膜厚を最適化することも可能である。
例えば、図１５において、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さいスカート部１０の円周方向中央部１０ｃと、円周方向中央部１０ｃの付近の上部スカート部３６、中央スカート部３７および下部スカート部３８に設置される凹部４１は、縦長配列にする。

【0099】

また、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが大きいスカート部１０の円周方向中央部１０ｃに対して左側１０ａおよび右側１０ｂ寄りに設置される凹部４２は、横長配列にする。

【0100】

上述したように、摩擦境界に発生する動圧の大きさは、円の内径によって異なり、動圧は、大きい程、オイルの膜厚が厚くなる。したがって、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さい領域（小クリアランス領域５２）で、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとの接触面圧が高い箇所には、凹部４１を縦長配列とすることで、良好なオイルの膜厚を確保してスカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとの摩擦抵抗を低減できる。

【0101】

一方、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが大きい領域（大クリアランス領域５１）の摩擦境界のオイルの量は、多い。これにより、摩擦境界のオイルの膜厚が厚すぎるとピストン７がオイルから粘性抵抗を受けしまうため、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが小さい領域に設置した場合よりも低い動圧を発生させることが望ましい。

【0102】

したがって、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが大きい領域（中クリアランス領域５３）では、凹部４２を横長配列とすることで、凹部４１、４２の形状を同一形状としつつ、適度な動圧を発生させてオイルの膜厚が過剰に厚くなるのを防止できる。

【0103】

これに加えて、大円部４２Ａ、小円部４２Ｂ、４３Ｃからなる大容量の凹部４２に摩擦境界の余分なオイルを流入させることができる。この結果、スカート部１０がオイルから受ける粘性抵抗を低減できる。

【0104】

このように、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスの大きさに応じて、スカート部１０に形成される凹部４１を縦長配列にすることや凹部４２を横長配列にすることで、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとの摩擦抵抗と粘性抵抗の制御を行うことができる。

【0105】

ここで、エンジン１の冷機時においては、上部スカート部３６および下部スカート部３８が熱膨張するエンジン１の暖機時に比べてスカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが増加する。

【0106】

本実施の形態のピストン７によれば、凹部４２を横長配列とすることで、動圧発生性能と余分なオイルを凹部４２の内部に貯留して、適度に排出する排出性能を合わせ持つことができる。
これにより、エンジン１の冷機時において粘性抵抗の低減を図るために凹部４２を設置する場合には、凹部４２をスカート部１０の最適な位置で横長配列にすれば、エンジン１の冷機時のクリアランスが大きい条件でのオイルの粘性抵抗の低減を図ることができる。

【0107】

（第２の実施の形態）
図１６〜図１９は、本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関のピストンを示す図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、スカート部１０とスカート部１１に形成される樹脂被膜層３９は、同一の構成を有するので、スカート部１０に形成される樹脂被膜層３９について説明を行う。

【0108】

図１６において、樹脂被膜層３９にはスカート部１０の円周方向に隣接する縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂが形成されており、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂは、樹脂被膜層３９の厚さと同一の深さの５μｍ以上２０μｍ以下の範囲の深さに形成される。

【0109】

縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂは、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃと同方向に延びており、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂは、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃと直交する方向（車幅方向）において、図１５に仮想線で示すピストンピンボス部１４、１５の延びる方向の範囲内に設置されている。
具体的には、図１５、１６に示すように、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂは、スカート部１０、１１の円周方向の外側の領域であって、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向と直交し、かつ、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃと直交する方向からピストンクラウン部９を見た場合に、ピストンピンボス部１４、１５と重なる範囲内に設置されている。

【0110】

縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂの長さは、スカート部１０の円周方向中央部１０ｃ、１１ｃ側の縦溝４７Ａ、４７Ｂが最も短く形成されており、サイドウォール部１２、１３側の縦溝４５が最も長く形成されている。また、縦溝４５と縦溝４７Ａ、４７Ｂの間に位置する縦溝４６Ａ、４６Ｂは、縦溝４５よりも短く、かつ、縦溝４７Ａ、４７Ｂよりも長く形成されている。

【0111】

縦溝４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂは、上部スカート部３６および下部スカート部３８に対応する樹脂被膜層３９に形成されており、縦溝４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂに対してスカート部１０（図示していないがスカート部１１）の円周方向中央部１０ｃ（１１ｃ）側に位置する中央スカート部３７に対応する樹脂被膜層３９には縦溝が形成されていない。

【0112】

具体的には、上部スカート部３６において、縦溝４６Ａ、４６Ｂは、樹脂被膜層３９の上部３９ａから上部スカート部３６と中央スカート部３７との境界である上部境界３７ａの直上まで延びている。

【0113】

縦溝４６Ｂ、４７Ｂは、下部スカート部３８において、樹脂被膜層３９の下部３９ｂから下部スカート部３８と中央スカート部３７との境界である下部境界３７ｂの直下まで延びている。また、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向において、縦溝４７Ａ、４７Ｂは、縦溝４６Ａ、４６Ｂよりも上部境界３７ａおよび下部境界３７ｂから離れている。
縦溝４５は、上部スカート部３６、中央スカート部３７および下部スカート部３８に亙って延びている。

【0114】

図１７に示すように、本実施の形態の縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂは、スカート部１０の大クリアランス領域５１に対応する樹脂被膜層３９に形成されている。図１７では、スカート部１０において、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスと、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂおよび凹部４１との位置関係を示している。

【0115】

縦溝４７Ａ、４７Ｂは、スカート部１０の大クリアランス領域５１の中でも、スカート部１０の円周方向においてスカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが最も小さい部位に形成されている。

【0116】

縦溝４５は、スカート部１０の大クリアランス領域５１の中でも、スカート部１０の円周方向においてスカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが最も大きい部位に形成されている。

【0117】

次に、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂの作用について説明する。なお、スカート部１０、１１は、いずれも同様の動作を行うので、以降の説明において、スカート部１０のみについて動作を説明する。

【0118】

上述したように、ピストンピンボス部１４、１５とピストンピン１６の接触部位がスカート部１０をシリンダボア６の内壁６ａに押し付けるときの押し付け力の入力点となることにより、スカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとの間の面圧は、ピストンピンボス部１４、１５の延びる方向と同じ領域のスカート部１０、１１の円周方向の領域が高くなる。

【0119】

本実施の形態のピストン７は、スカート部１０、１１の大クリアランス領域５１に縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂを設置することで、ピストン７が往復動するときに、スカート部１０と大クリアランス領域５１とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルを円滑に多く取り込むことができる。

【0120】

図１８に示すようにピストン７が上昇すると、上流側から上部スカート部３６とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルが導入される。
上部スカート部３６とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されるオイルの一部は、オイルＯ１で示すように、ピストンピンボス部１４、１５の延びる方向と同じ領域の大クリアランス領域５１において縦溝４６Ａ、４７Ａに導入される。

【0121】

縦溝４６Ａ、４７Ａに導入されたオイルＯ１は、ピストンピンボス部１４、１５の延びる方向の範囲内において、上部境界３７ａまで導かれた後に、ピストンクラウン部９の中心軸Ｃ方向における中央部が最大外径となる中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間の中クリアランス領域５３に導かれる。

【0122】

スカート部１０は、左端１０Ｌから円周方向中央部１０ｃに向かうに従ってシリンダボア６の内壁６ａとスカート部１０、１１とのクリアランスが小さくなるので、中クリアランス領域５３に導かれたオイルＯ１は、オイルＯ２に示すようにスカート部１０の円周方向中央部１０ｃに向かって移動し、この移動の過程で凹部４１に導入される。

【0123】

これにより、第１の実施の形態と同様に凹部４１によって高い動圧を発生させることができ、潤滑条件の厳しいスカート部１０の小クリアランス領域５２および中クリアランス領域５３とシリンダボア６の内壁６ａとを潤滑することができる。

【0124】

ところで、大クリアランス領域５１とシリンダボア６の内壁６ａとの間にはオイルが潤沢に存在するため、このオイルによる抵抗を受ける箇所になり得る。
本実施の形態のピストン７は、大クリアランス領域５１とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されたオイルＯ１は、上流側の縦溝４５、４６Ａ、４７Ａから下流側の縦溝４５、４６Ｂ、４６Ｂに導かれる。これにより、余剰のオイルを縦溝４５、４６Ｂ、４７Ｂから下流側に円滑に排出することができ、オイルによるピストン７の引きずり抵抗を低減できる。

【0125】

一方、図１９に示すようにピストン７が降下すると、上流側から下部スカート部３８とシリンダボア６の内壁６ａとの間にオイルが導入される。
下部スカート部３８とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されるオイルの一部は、オイルＯ３で示すように、ピストンピンボス部１４、１５の延びる方向と同じ領域の大クリアランス領域５１において縦溝４６Ｂ、４７Ｂに導入される。

【0126】

縦溝４６Ｂ、４７Ｂに導入されたオイルＯ３は、ピストンピンボス部１４、１５の延びる方向の範囲内において、下部境界３７ｂまで導かれた後に、中央スカート部３７とシリンダボア６の内壁６ａとの間の中クリアランス領域５３に導かれる。

【0127】

中クリアランス領域５３に導かれたオイルＯ３は、オイルＯ４に示すようにスカート部１０の円周方向中央部１０ｃに向かって移動して、この移動の過程で凹部４１に導入される。
これにより、第１の実施の形態と同様に凹部４１によって高い動圧を発生させることができ、潤滑条件の厳しいスカート部１０の小クリアランス領域５２および中クリアランス領域５３とシリンダボア６の内壁６ａとを潤滑することができる。

【0128】

また、大クリアランス領域５１とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されたオイルは、上流側の縦溝４５、４６Ｂ、４７Ｂから下流側の縦溝４５、４６Ａ、４７Ａに導かれる。これにより、余剰のオイルを縦溝４５、４６Ａ、４７Ａから下流側に円滑に排出することができ、オイルによるピストン７の引きずり抵抗を低減できる。

【0129】

特に、本実施の形態のピストン７は、大クリアランス領域５１の中でもスカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとのクリアランスが最も大きい部位において、上部スカート部３６から下部スカート部３８まで連続して延びる縦溝４５を有する。

【0130】

これにより、ピストン７の往復動時に、大クリアランス領域５１の中でもクリアランスが大きいスカート部１０とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されたオイルを縦溝４５によって下流側に排出することができるため、より多くの量のオイルを下流側に排出できる。

【0131】

一方、ピストン７とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されるオイルの量は、ピストン７の速度に比例する。このため、エンジン１の低回転域では、そのオイル量が少なくなり、小クリアランス領域５２および中クリアランス領域５３とシリンダボア６の内壁６ａとの潤滑不良が懸念される。
また、エンジン１の高回転域では、大クリアランス領域５１とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されるオイル量が多くなり、オイルによるピストン７の引きずり抵抗が増大する。

【0132】

本実施の形態のピストン７では、エンジン１の低回転域では、縦溝４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂから小クリアランス領域５２および中クリアランス領域５３とシリンダボア６の内壁６ａとの間に十分なオイルを導入して、小クリアランス領域５２および中クリアランス領域５３とシリンダボア６の内壁６ａとの潤滑性を向上できる。

【0133】

また、エンジン１の高回転域では、大クリアランス領域５１とシリンダボア６の内壁６ａとの間に導入されるオイル量を縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂから下流側に排出することができ、オイルによるピストン７の引きずり抵抗を低減することができる。このようにエンジン１の回転数に増減にかかわらず、スカート部１０の潤滑とピストン７の引きずり抵抗の低減の両立を図ることができる。
なお、本実施の形態では、凹部４１を縦長配列としているが、これに限らず、凹部４２を横長配列としてもよく、縦長配列の凹部４１と横長配列の凹部４２とを混在させてものでもよい。

【0134】

また、上記の各実施の形態において、凹部４１、４２および縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂの深さは、５μｍ以上２０μｍ以下の範囲に形成されることが好ましい。

【0135】

何故なら、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂの深さが５μｍ以下であると、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂに沿ってオイルを流すことが困難となり、好ましくない。また、縦溝４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂの深さが２０μｍ以上であると、樹脂被膜層３９の厚みが増大することで過剰なオイルの停留に繋がるため、好ましくない。

【0136】

また、上記の各実施の形態において、凹部４１、４２は、円の組合せから構成されているが、これに限定されるものではない。
例えば、図２０に示すように、凹部６１を、角径の大面積部６１Ａと、大面積部６１Ａを両側から挟むようにして大面積部６１Ａから突出して配置され、大面積部６１Ａよりも小さい面積で形成された半円状の小面積部６１Ｂ、６１Ｃとを含んで構成してもよい。

【0137】

また、図２１に示すように、凹部６２を、角径の大面積部６２Ａと、大面積部６２Ａを両側から挟むようにして大面積部６２Ａから突出して配置され、大面積部６２Ａよりも小さい面積で形成された三角形の小面積部６２Ｂ、６２Ｃとを含んで構成してもよい。

【0138】

また、図２２に示すように、凹部６３を、角径の大面積部６３Ａと、大面積部６３Ａを両側から挟むようにして大面積部６３Ａから突出して配置され、大面積部６３Ａよりも小さい面積で形成された三角形の小面積部６３Ｂ、６３Ｃとを含んで構成し、全体的に菱形形状に形成してもよい。

【0139】

さらに、図２３に示すように、凹部６４を、円形の大面積部６４Ａと、大面積部６４Ａを両側から挟むようにして大面積部６４Ａから突出して配置され、大面積部６４Ａよりも小さい面積で形成された円形の小面積部６４Ｂ、６４Ｃとを含んで構成してもよい。

【0140】

すなわち、凹部の形状としては、凹部は、大面積部と、大面積部を両側から挟むようにして大面積部から突出して配置され、大面積部よりも小さい面積で形成された一対の小面積部とを含んで構成されるものであれば、何でもよい。

【0141】

本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

【符号の説明】

【0142】

１...エンジン（内燃機関）、６...シリンダボア、６ａ...内壁、７...ピストン、８...コネクティングロッド、８Ａ...小径部、９...ピストンクラウン部（ピストン本体）、１０，１１...スカート部、１０ａ，１１ａ...左側（スカート部の円周方向の一方側）、１０ｂ，１１ｂ...右側（スカート部の円周方向の他方側）、１０ｃ...円周方向中央部、１２，１３...サイドウォール部、１４，１５...ピストンピンボス部、１６...ピストンピン、３６...上部スカート部、３７...中央スカート部、３７ａ...上部境界、３７ｂ...下部境界、３８...下部スカート部、３９...樹脂被膜層、４１，４２，６１，６２...凹部、４１Ａ，４２Ａ...大円部（大面積部）、４１Ｂ，４１Ｃ，４２Ｂ，４２Ｃ...小円部（小面積部）、６１Ａ，６２Ａ...大面積部、６１Ｂ，６２Ｂ，６１Ｃ，６２Ｃ...小面積部、Ｃ...中心軸（ピストン本体の中心軸）、Ｃ１...中心軸（ピストンピンの中心軸）

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】