(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】P2024043772
(43)【公開日】2024-04-02
(54)【発明の名称】ピストン
(51)【国際特許分類】
F02F 3/00 20060101AFI20240326BHJP
F16J 1/01 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
F02F3/00 Z
F02F3/00 302Z
F16J1/01
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022148947
(22)【出願日】2022-09-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(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】100133916
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 興
(72)【発明者】
【氏名】阪井 博行
(72)【発明者】
【氏名】市川 和男
(72)【発明者】
【氏名】乃生 芳尚
(72)【発明者】
【氏名】中野 光一
(72)【発明者】
【氏名】坂木 民司
(72)【発明者】
【氏名】本田 雄一
(72)【発明者】
【氏名】中橋 宏和
(72)【発明者】
【氏名】内田 浩康
【テーマコード（参考）】
3J044
【Ｆターム（参考）】
3J044AA05
3J044AA06
3J044AA14
3J044BA04
3J044CA01
3J044CA40
3J044DA09
3J044EA01
(57)【要約】
【課題】ピストン内部に充填された粒子の凝集を抑制して振動抑制機能を効果的に発揮することが可能なピストンの提供を目的とする。
【解決手段】ピストン１は、ピストン本体２０の空間部３０の内部に充填された粉粒体４０と、空間部３０の内部に配置され、ピストン１の往復移動に伴って粉粒体４０が空間部３０の内部で往復移動する際に粉粒体４０を分散する分散フレーム５０とを備える。分散フレーム５０は、往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材５１、５２を備えている。
【選択図】図３
【解決手段】ピストン１は、ピストン本体２０の空間部３０の内部に充填された粉粒体４０と、空間部３０の内部に配置され、ピストン１の往復移動に伴って粉粒体４０が空間部３０の内部で往復移動する際に粉粒体４０を分散する分散フレーム５０とを備える。分散フレーム５０は、往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材５１、５２を備えている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンのシリンダ内で所定の往復動方向に往復移動するピストンであって、
内部に空間部が形成されたピストン本体と、
前記空間部の内部で移動可能な充填率で前記空間部に充填された粉粒体と、
前記空間部の内部に配置され、前記ピストンの往復移動に伴って前記粉粒体が前記空間部の内部で往復移動する際に前記粉粒体を分散する分散フレームと
を備え、
前記分散フレームは、前記往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていることを特徴とするピストン。
内部に空間部が形成されたピストン本体と、
前記空間部の内部で移動可能な充填率で前記空間部に充填された粉粒体と、
前記空間部の内部に配置され、前記ピストンの往復移動に伴って前記粉粒体が前記空間部の内部で往復移動する際に前記粉粒体を分散する分散フレームと
を備え、
前記分散フレームは、前記往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていることを特徴とするピストン。
【請求項2】
請求項１記載のピストンにおいて、
前記梁部材は、平面視で互いに交差して延びるように複数配置されている、
ことを特徴とするピストン。
前記梁部材は、平面視で互いに交差して延びるように複数配置されている、
ことを特徴とするピストン。
【請求項3】
請求項２記載のピストンにおいて、
前記ピストン本体は、前記往復動方向から見て前記空間部と重なる位置にエンジンのコネクティングロッドと当該ピストン本体とを結合するピストンピンが挿入されるピンボス部を備え、
複数の前記梁部材が交差する交点は、前記往復動方向から見て前記ピンボス部と重なる位置にある、
ことを特徴とするピストン。
前記ピストン本体は、前記往復動方向から見て前記空間部と重なる位置にエンジンのコネクティングロッドと当該ピストン本体とを結合するピストンピンが挿入されるピンボス部を備え、
複数の前記梁部材が交差する交点は、前記往復動方向から見て前記ピンボス部と重なる位置にある、
ことを特徴とするピストン。
【請求項4】
請求項３記載のピストンにおいて、
交差する前記梁部材のうちの１本の前記梁部材は、前記ピンボス部に沿って延びる、
ことを特徴とするピストン。
交差する前記梁部材のうちの１本の前記梁部材は、前記ピンボス部に沿って延びる、
ことを特徴とするピストン。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
前記分散フレームは、前記往復動方向に延びる柱部材をさらに備える、
ことを特徴とするピストン。
前記分散フレームは、前記往復動方向に延びる柱部材をさらに備える、
ことを特徴とするピストン。
【請求項6】
請求項１に記載のピストンにおいて、
前記分散フレームは、平面視において互いに直交して延びる２本の前記梁部材と、２本の前記梁部材の交点を通って前記往復動方向に延びる柱部材とによって構成された面心立方構造である、
ことを特徴とするピストン。
前記分散フレームは、平面視において互いに直交して延びる２本の前記梁部材と、２本の前記梁部材の交点を通って前記往復動方向に延びる柱部材とによって構成された面心立方構造である、
ことを特徴とするピストン。
【請求項7】
請求項１に記載のピストンにおいて、
前記分散フレームは、立方体における中心を通る４本の対角線に沿って延びる４本の前記梁部材によって構成された体心立方構造である、
ことを特徴とするピストン。
前記分散フレームは、立方体における中心を通る４本の対角線に沿って延びる４本の前記梁部材によって構成された体心立方構造である、
ことを特徴とするピストン。
【請求項8】
請求項１～４のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
前記粉粒体の前記充填率は、前記空間部の容積に占める体積割合として、３５～５０％である、
ことを特徴とするピストン。
前記粉粒体の前記充填率は、前記空間部の容積に占める体積割合として、３５～５０％である、
ことを特徴とするピストン。
【請求項9】
請求項１～４のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
前記分散フレームが前記空間部の内部で占める容積率は、１５％以下である、
ことを特徴とするピストン。
前記分散フレームが前記空間部の内部で占める容積率は、１５％以下である、
ことを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンのシリンダ内で往復移動するピストンに関するものである。
【背景技術】
【0002】
シリンダ内に往復動可能に収容されるピストンを備えたエンジン（レシプロエンジン）では、燃費向上と出力確保の観点から、圧縮比を大きくするとともにピストンの慣性重量を低減することが考えられる。ここで、慣性重量の低減のためには、従来からピストン内部に空間部を設けて軽量化が図られている。ただし、燃焼圧力の最大値を高めると、ピストンに生じる振動からエンジンの振動や騒音がともに大きくなる。そのため、起振源となるピストンは、軽量化とともに振動抑制も要求される。
【0003】
起振源となるピストンの軽量化および振動抑制の両立を図る従来の構造として、特許文献１に記載されているように、ピストンの空間部に粒子状充填材を移動可能な充填率で充填した構造が提案されている。この構造では、ピストンの往復移動中に、粒子状充填材が空間部内部を移動することによって、ピストンで生じる振動のエネルギーを粒子状充填材同士の摩擦による熱エネルギーに変換し、それにより、ピストンの振動を減衰させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－１８６７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のようなピストンの空間部に充填された粒子状充填材を用いてピストンに生じる振動を減衰させる構造では、ピストンの往復移動中に粒子状充填材が凝集してほぼ一体の塊となって空間部内部で往復移動する現象が生じる。このため、粒子状充填材同士の摩擦による振動抑制機能が効果的に発揮できない。
【0006】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ピストン内部に充填された粒子の凝集を抑制して振動抑制機能を効果的に発揮することが可能なピストンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するために本発明のピストンは、エンジンのシリンダ内で所定の往復動方向に往復移動するピストンであって、内部に空間部が形成されたピストン本体と、前記空間部の内部で移動可能な充填率で前記空間部に充填された粉粒体と、前記空間部の内部に配置され、前記ピストンの往復移動に伴って前記粉粒体が前記空間部の内部で往復移動する際に前記粉粒体を分散する分散フレームとを備え、前記分散フレームは、前記往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていることを特徴とする。
【0008】
上記のピストンは、ピストン本体の空間部に粉粒体が充填された構成において、粉粒体を分散する分散フレームを備えている。分散フレームは、ピストンの往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えている。このため、ピストンの往復移動中では、粉粒体が空間部における往復動方向の端部に一時的に集まっても粉粒体が往復動方向に移動する途中で当該粉粒体が分散フレームの梁部材に衝突することにより粉粒体の分散を促進するとともに粉粒体の移動方向を変えることが可能になる。これにより、粉粒体の凝集を抑制するとともに粉粒体間の摩擦を増幅させるので、ピストンの振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
【0009】
上記のピストンにおいて、前記梁部材は、平面視で互いに交差して延びるように複数配置されているのが好ましい。
【0010】
かかる構成によれば、梁部材は、平面視で互いに交差して延びるように複数配置されているので、梁部材が空間部の広範囲にわたって平面的に張り巡らされる。そのため、粉粒体が往復動方向に移動する途中に複数の梁部材うちのいずれかに確実に衝突して粉粒体を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
【0011】
上記のピストンにおいて、前記ピストン本体は、前記往復動方向から見て前記空間部と重なる位置にエンジンのコネクティングロッドと当該ピストン本体とを結合するピストンピンが挿入されるピンボス部を備え、複数の前記梁部材が交差する交点は、前記往復動方向から見て前記ピンボス部と重なる位置にあるのが好ましい。
【0012】
往復動方向から見て空間部におけるピンボス部と重なる位置では、往復動方向における空間部の幅が最も広くなるので、粉粒体がたまりやすい。そこで、上記の構成では、梁部材の交点が往復動方向から見てピンボス部と重なる位置にあることにより、空間部における往復動方向から見てピンボス部と重なる位置で集まった粉粒体を往復動方向に移動中に確実に交差する２本の梁部材に衝突させて粉粒体を分散させることが可能である。
【0013】
上記のピストンにおいて、交差する前記梁部材のうちの１本の前記梁部材は、前記ピンボス部に沿って延びるのが好ましい。
【0014】
交差する梁部材のうちの１本の前記梁部材がピンボス部に沿って延びるので、空間部における往復動方向から見てピンボス部と重なる位置で集まった粉粒体を往復動方向に移動中に確実にピンボス部に沿って延びる梁部材に衝突させて粉粒体を分散させることが可能である。
【0015】
上記のピストンにおいて、前記分散フレームは、前記往復動方向に延びる柱部材をさらに備えるのが好ましい。
【0016】
ピストン本体の空間部の部位では剛性が弱いが、上記の構成では、往復動方向に延びる柱部材が空間部の内壁を往復動方向で支持することにより、ピストン本体における空間部の部位を補強することが可能である。
【0017】
上記のピストンにおいて、前記分散フレームは、平面視において互いに直交して延びる２本の前記梁部材と、２本の前記梁部材の交点を通って前記往復動方向に延びる柱部材とによって構成された面心立方構造であるのが好ましい。
【0018】
かかる構成によれば、３本の棒状体、すなわち、２本の梁部材および１本の柱部材のみで粉粒体の高い分散効果を得ることが可能である。しかも、２本の梁部材および１本の柱部材が１点で交差するので、分散フレームおよびそれによって支持されるピストン本体の強度が高くなる。
【0019】
上記のピストンにおいて、前記分散フレームは、立方体における中心を通る４本の対角線に沿って延びる４本の前記梁部材によって構成された体心立方構造であるのが好ましい。
【0020】
かかる構成によれば、４本の梁部材で粉粒体の高い分散効果を得ることが可能である。しかも、４本の梁部材が１点で交差するので、分散フレームおよびそれによって支持されるピストン本体の強度が高くなる。
【0021】
上記のピストンにおいて、前記粉粒体の前記充填率は、前記空間部の容積に占める体積割合として、３５～５０％であるのが好ましい。
【0022】
上記の範囲であれば、粉粒体が空間部の内部を円滑に往復移動することができ、ピストンの減衰効果が確実に発揮される。
【0023】
上記のピストンにおいて、前記分散フレームが前記空間部の内部で占める容積率は、１５％以下であるのが好ましい。
【0024】
上記の範囲であれば、分散フレームの梁部材の本数や太さを減らしながら粉粒体の効果的な分散をしてピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
【発明の効果】
【0025】
以上のように、本発明のピストンによれば、ピストン内部に充填された粒子の凝集を抑制して振動抑制機能を効果的に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態に係るピストンについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0028】
（１）エンジンの構成
図１は、本発明の一実施形態に係るピストン１を備えたエンジンＥの断面図である。本図に示されるエンジンＥは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリン直噴エンジンである。このエンジンＥは、シリンダ２を内部に備えるシリンダブロック３と、 シリンダ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、シリンダブロック３の下面に取り付けられ、当該シリンダブロック３と協働してクランク室１７を形成するクランクケース５と、シリンダ２に往復動可能に挿入された上記ピストン１とを有している。
図１は、本発明の一実施形態に係るピストン１を備えたエンジンＥの断面図である。本図に示されるエンジンＥは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリン直噴エンジンである。このエンジンＥは、シリンダ２を内部に備えるシリンダブロック３と、 シリンダ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、シリンダブロック３の下面に取り付けられ、当該シリンダブロック３と協働してクランク室１７を形成するクランクケース５と、シリンダ２に往復動可能に挿入された上記ピストン１とを有している。
【0029】
ピストン１の上方には燃焼室７が画成されている。燃焼室７には、ガソリンを含有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点火により燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン１が上下方向に往復動する。
【0030】
ピストン１の下方には、エンジンＥの出力軸であるクランクシャフト８が設けられている。クランクシャフト８は、コンロッド（コネクティングロッド）９を介してピストン１と連結されている。詳しくは、コンロッド９の上側の端部である小端部９ａがピストンピン６を介してピストン１に結合されるとともに、コンロッド９の下側の端部である大端部９ｂがクランクシャフト８に結合されることにより、ピストン１とクランクシャフト８とがコンロッド９を介して連結されている。ピストン１の往復運動（上下運動）は、コンロッド９により回転運動に変換された上でクランクシャフト８に伝達され、クランクシャフト８を中心軸回りに回転させる。
【0031】
シリンダヘッド４には、燃焼室７に空気を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。なお、本実施形態のエンジンＥ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、１つのシリンダ２に対し、図１の紙面に直交する方向に並ぶ２つの吸気ポート１０および２つの排気ポート１１が設けられるとともに、各ポートに対応した２つの吸気弁１２および２つの排気弁１３が設けられている。
【0032】
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、クランクシャフト８の回転に連動して開閉駆動される。
【0033】
シリンダブロック３の内部には、潤滑用のオイル（エンジンオイル）が流通するオイルギャラリ１４が設けられている。シリンダブロック３の内壁にはオイルジェット１５が取り付けられている。オイルジェット１５は、その先端のノズル１５ａがピストン１の下方に位置するように配設されている。オイルジェット１５は、図外のオイルポンプからオイルギャラリ１４に送出されたオイルをノズル１５ａを通じてピストン１の下側から噴射する。
【0034】
（２）ピストンの構造
図２～図７は、ピストン１の具体的構造を示す図であり、図２は斜視図、図３～図６はピストン１の一部切り欠いてピストン１内部の空間部３０に収容された粉粒体４０および分散フレーム５０を示す図、図７は一対の空間部および一対の分散フレームの位置関係を模式的に示す図である。
図２～図７は、ピストン１の具体的構造を示す図であり、図２は斜視図、図３～図６はピストン１の一部切り欠いてピストン１内部の空間部３０に収容された粉粒体４０および分散フレーム５０を示す図、図７は一対の空間部および一対の分散フレームの位置関係を模式的に示す図である。
【0035】
なお、ピストン１に関する以下の説明において、「上下方向」はシリンダ２の中心軸の方向（シリンダ軸方向）およびピストン１の往復動方向と同義であり、燃焼室７側が「上」、その反対側（クランク室１７側）が「下」である。また、「前後方向」とはクランクシャフト８の軸方向と平行な方向のことであり、その一方側を「前」、他方側を「後」とする。さらに、「左右方向」とは「上下方向」および「前後方向」の双方に直交する方向のことであり、その一方側を「左」、他方側を「右」とする。この場合、左側は排気側から吸気側を向く側であるから、左側は吸気側と同義である。また、右側は吸気側から排気側を向く側であるから、右側は排気側と同義である。図中において、「左」「右」の表記に括弧付きで「ＩＮ」「ＥＸ」を併記しているのはこのためである。
【0036】
ピストン１は、エンジンＥのシリンダ２内で所定の往復動方向（上下方向）に往復移動する部材である。
【0037】
【0038】
【0039】
ピストンヘッド２１は、比較的扁平な円柱状の部材であり、燃焼室７の底面を形成する冠面２２と、シリンダ２の側周面と摺接する外周面２４とを備える。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、その外縁部分を除く主要領域が、当該天井面に対応するように山型に突出するように形成されている。冠面２２には、下方に窪むキャビティ２３が形成されている。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噴射を受けるための凹部であり、本実施形態では平面視で略楕円形に形成されている。詳しくは、キャビティ２３は、前後方向に長尺な略楕円形の上縁２３ａと、略円形の底面２３ｃと、当該底面２３ｃの周縁と上縁２３ａとを接続する湾曲した周面２３ｂとを有している。キャビティ２３は、底面２３ｃから上方に離れるほど（上縁２３ａに近づくほど）面積が拡大するように形成されている。
【0040】
ピストンヘッド２１の外周面２４には、ピストンリング（図示省略）が嵌め込まれる複数の（ここでは３つの）リング溝２５が形成されている。ピストンリングは、燃焼室７からクランク室１７への燃焼ガスの漏出を防ぐ機能、および、シリンダ２の側周面に付着した余分なオイルを掻き落とす機能を有している。
【0041】
一対のスカート部２６は、その一方が左側（吸気側）に、他方が右側（排気側）に位置するように配置されている。各スカート部２６がシリンダ２の側周面に摺接することにより、ピストン１が往復動する際の首振り振動が抑制される。
【0042】
ピストンヘッド２１の下側であって両スカート部２６の間の部位には、前後一対の縦壁２７が設けられている。前側の縦壁２７は、両スカート部２６の前端どうしをつなぐように左右方向に延びる壁部であり、後側の縦壁２７は、両スカート部２６の後端どうしをつなぐように左右方向に延びる壁部である。
【0043】
一対の縦壁２７は、その左右方向の中間部にピンボス部２８を有している。各ピンボス部２８は、前後方向に貫通するピン孔２８ａを規定する環状の壁部である。ピン孔２８ａには、ピストン本体２０とコンロッド９とを結合するために前後方向に延びるピストンピン６（図１）が固定的に挿入される。すなわち、ピストンピン６は、その前端部および後端部がそれぞれ各ピンボス部２８のピン孔２８ａに嵌入されることにより、一対の縦壁２７に跨るような状態でピストン本体２０に固定される。さらに、両ピンボス部２８の間に位置するピストンピン６の中間部には、コンロッド９の小端部９ａ（上端部）が外挿される。すなわち、ピストン本体２０は、ピストンピン６を介してコンロッド９の小端部９ａに結合される。コンロッド９の小端部９ａは、一対のピンボス部２８の前後方向の中間部に位置する上方に凹む収容凹部２９（図５参照）に収容される。
【0044】
ピストンヘッド２１の内部、具体的には、一対のピンボス部２８のそれぞれ上の部分に一対の空間部３０が形成されている。一対の空間部３０は、収容凹部２９を間に挟みながら前後方に並んで配置されている。
【0045】
それぞれの空間部３０は、図３および図４に示されるように、その前後方向に沿った断面（左右方向と直交する切断面により切断した断面）が中央側ほど拡大するように形成されている。詳しくは、各空間部３０は、前後方向視で下側に凸となるように突出した底面を有しており、その突出量がピストン本体２０の左右方向の中央位置において最も大きくなるように形成されている。言い換えると、各空間部３０は、その断面積（すなわち、図５に示される左右方向に直交する断面についての断面積）が図３および図４のピン孔２８ａの中心Ｏに近づくほど拡大するように形成されている。このため、各空間部３０の断面積は、ピン孔２８ａの中心Ｏに対応する位置（左右方向の中央）において最も大きくなる。また、各空間部３０は、その前後方向の幅が下側ほど縮小するように形成されている。また、図５に示されるように、各空間部３０の前後方向の幅は、上下方向において、３本のリング溝２５のうち一番上のリング溝２５の高さ位置で最も大きくなるように設定される。そして、各空間部３０のその高さ位置で後述の第１梁部材５１およびそれに直交する第２梁部材５２が配置されている。
【0046】
本実施形態では、一対の空間部３０は、図７に示されるように、ピストン本体２０の外周方向に沿って前後方向に延びる一対の細い流路３１を通して連通している。したがって、ピストン本体２０の内部には、一対の空間部３０および一対の流路３１によって１つの大きな空間部が形成されている。
【0047】
それぞれの空間部３０には、図３～６に示されるように、粉粒体４０および分散フレーム５０が配置されている。
【0048】
粉粒体４０は、多数の微細な粒子の集合体である。粉粒体４０は、空間部３０の内部で移動可能な充填率（すなわち、空間部３０を粉粒体４０によって完全に塞がない程度の充填率）で空間部３０に充填されている。
【0049】
粉粒体４０の充填率は、例えば、空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％であれば粉粒体４０は往復移動中に分散フレーム５０の２本の梁部材５１、５２に衝突して円滑に分散することが可能である。
【0050】
粉粒体４０としては、ピストン鋳造時およびエンジン使用時の熱に耐えられる程度の耐熱性を有するセラミックなどの無機材料または金属材料からなる粉体または粒体が選定される。粉粒体４０の粒子の大きさおよび形状は、ピストン１の往復移動に伴って粉粒体４０が空間部３０の内部で移動可能な条件を満たすように適宜選定される。
【0051】
図３～７に示されるように、分散フレーム５０は、各空間部３０の内部に配置され、ピストン１の往復移動に伴って粉粒体４０が空間部３０の内部で往復移動する際に粉粒体４０を分散するように構成されている。
【0052】
具体的には、分散フレーム５０は、往復動方向（上下方向）に対して交差する方向（図３～８に示される前後方向および左右方向）に延びる少なくとも１つ以上の梁部材として、第１梁部材５１および第２梁部材５２を備えている。さらに詳述すれば、本実施形態の分散フレーム５０は、前後方向に延びる第１梁部材５１と、左右方向に延びる第２梁部材５２と、往復動方向（上下方向）に延びる柱部材５３とを備える。第１梁部材５１は、前後方向に延びる円柱状の部材であり、その両端は空間部３０の前後方向に対向する一対の側壁に支持されている。第２梁部材５２は、左右方向に延びる円柱状の部材であり、その両端は空間部３０の左右方向に対向する一対の側壁に支持されている。柱部材５３は、上下方向に延びる円柱状の部材であり、その両端は空間部３０の上下方向に対向する天壁おおよび底壁に支持されている。
【0053】
本実施形態では、複数の梁部材として、第１梁部材５１および第２梁部材５２が平面視で互いに交差（直交）して延びるように配置されている。なお、第１梁部材５１および第２梁部材５２は交差していればよく、直交していなくてもよい。
【0054】
第１梁部材５１および第２梁部材５２が交差する交点５４は、往復動方向（上下方向）から見てピンボス部２８と重なる位置、すなわち、ピンボス部２８の上にある。具体的には、交点５４は、ピンボス部２８のピン孔２８ａの中心Ｏの上にある。
【0055】
交差する梁部材５１、５２のうちの１本の梁部材である第１梁部材５１は、各ピンボス部２８に沿って延びる。具体的には、第１梁部材５１は、図３および図５に示されるように、ピンボス部２８のピン孔２８ａの中心Ｏを通る中心線Ｃ（前後方向に延びる線）に沿って延びる。
【0056】
柱部材５３は、第１梁部材５１および第２梁部材５２が交差する交点５４を通って上下方向に延びる。
【0057】
以上のように、本実施形態の分散フレーム５０は、図８に示されるように、平面視において互いに直交して延びる第２本の梁部材５１、５２、すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２と、第１梁部材５１および第２梁部材５２の交点５４を通って上下方向に延びる柱部材５３とによって構成された面心立方構造である。
【0058】
この面心立方構造では、立方体を構成する６つの平面Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２の互いに対向する平面の中心同士を結ぶように、第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３が延びている。すなわち、第１梁部材５１は、前後方向に延びて前後方向に向かい合う２つの平面Ｓ１１およびＳ１２の中心同士を結ぶ。第２梁部材５２は、左右方向に延びて左右方向に向かい合う２つの平面Ｓ２１およびＳ２２の中心同士を結ぶ。柱部材５３は、上下方向に延びて上下方向に向かい合う２つの平面Ｓ３１およびＳ３２の中心同士を結ぶ。
【0059】
本実施形態では、分散フレーム５０を構成する第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３は、円柱状であるので、粉粒体４０との衝突時に粉粒体４０を分散させる効果が高く、かつ、梁部材の劣化や損耗が少ない。なお、本発明はこれらの梁部材５１、５２および柱部材５３の断面形状についてとくに限定するものではなく、粉粒体４０を分散させることが可能であればいかなる断面形状（例えば多角形の断面形状）でもよい。
【0060】
分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率は、１５％以下（好ましくは６～６．８％）であれば、上記の梁部材５１、５２および柱部材５３の本数および太さを減らしても粉粒体４０の効果的な分散によりピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
【0061】
分散フレーム５０を構成する第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３は、ピストン本体２０とともに鋳造される。
【0062】
鋳造方法としては、例えば、図７に示される一対の空間部３０および一対の流路３１に対応する中子であって、分散フレーム５０の第１梁部材５１、第２梁部材５２、および柱部材５３に対応する部位に貫通孔が形成された中子を準備する。この中子をピストン本体鋳造用の鋳造型の内部にセットして、鋳造型の内部に溶融したアルミニウム合金（溶湯）を流し込むことにより、ピストン本体２０およびその内部の分散フレーム５０を一体成形することが可能である。
【0063】
なお、粉粒体４０をピストン本体２０の空間部３０内部に充填させる方法としては、例えば、あらかじめ中子のベース材料（水や塩など）に混ぜておき、鋳造後にベース材料をピストン本体２０の外部に排出する方法が採用される、なお、ピストン本体２０の鋳造後に空間部３０内に粉粒体４０を充填してもよい。
【0064】
（本実施形態の特徴）
（１）
本実施形態のピストン１は、ピストン本体２０の空間部３０に粒子状の粉粒体４０が充填された構成において、粉粒体４０を分散する分散フレーム５０を備えている。分散フレーム５０は、ピストン１の往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材（第１梁部材５１および第２梁部材５２）を備えている。このため、ピストン１の往復移動中では、粉粒体４０が空間部３０における往復動方向（上下方向）の端部、すなわち、空間部３０の下部または上部に一時的に集まっても粉粒体４０が上下方向に移動する途中で当該粉粒体４０が分散フレーム５０の梁部材に衝突することにより粉粒体４０の分散を促進するとともに粉粒体４０の移動方向を変えることが可能になる。これにより、粉粒体４０の凝集を抑制するとともに粉粒体４０間の摩擦を増幅させるので、ピストン１の振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
（１）
本実施形態のピストン１は、ピストン本体２０の空間部３０に粒子状の粉粒体４０が充填された構成において、粉粒体４０を分散する分散フレーム５０を備えている。分散フレーム５０は、ピストン１の往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材（第１梁部材５１および第２梁部材５２）を備えている。このため、ピストン１の往復移動中では、粉粒体４０が空間部３０における往復動方向（上下方向）の端部、すなわち、空間部３０の下部または上部に一時的に集まっても粉粒体４０が上下方向に移動する途中で当該粉粒体４０が分散フレーム５０の梁部材に衝突することにより粉粒体４０の分散を促進するとともに粉粒体４０の移動方向を変えることが可能になる。これにより、粉粒体４０の凝集を抑制するとともに粉粒体４０間の摩擦を増幅させるので、ピストン１の振動抑制機能を効果的に発揮することが可能である。
【0065】
また、第１梁部材５１および第２梁部材５２がピストン本体２０の空間部３０の内壁を支持することにより、ピストン本体２０の強度を上げることが可能になる。すなわち、第１梁部材５１および第２梁部材５２を含む分散フレーム５０をピストン本体２０の補強のための補強部材として活用することが可能である。
【0066】
（２）
本実施形態のピストン１では、図６に示されるように、第１梁部材５１および第２梁部材５２は、平面視で互いに交差して延びるように配置されているので、第１梁部材５１および第２梁部材５２が空間部３０の広範囲にわたって平面的に張り巡らされる。そのため、粉粒体４０が往復動方向（上下方向）に移動する途中に第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちのいずれかに確実に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
本実施形態のピストン１では、図６に示されるように、第１梁部材５１および第２梁部材５２は、平面視で互いに交差して延びるように配置されているので、第１梁部材５１および第２梁部材５２が空間部３０の広範囲にわたって平面的に張り巡らされる。そのため、粉粒体４０が往復動方向（上下方向）に移動する途中に第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちのいずれかに確実に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になり、減衰効果を確実に高めることが可能である。
【0067】
とくに図６に示されるように平面視で広い空間部３０であっても、上記のように第１梁部材５１および第２梁部材５２が広範囲にわたって平面的に張り巡らされているので、粉粒体４０が確実に第１梁部材５１および第２梁部材５２に衝突して粉粒体４０を分散させることが可能になる。
【0068】
（３）
本実施形態のピストン１では、図６に示されるように、ピストン本体２０は、往復動方向（上下方向）から見て空間部３０と重なる位置（すなわち、空間部３０よりも下方の位置）にエンジンＥのコンロッド９と当該ピストン本体２０とを結合するピストンピン６が挿入されるピンボス部２８を備える。
本実施形態のピストン１では、図６に示されるように、ピストン本体２０は、往復動方向（上下方向）から見て空間部３０と重なる位置（すなわち、空間部３０よりも下方の位置）にエンジンＥのコンロッド９と当該ピストン本体２０とを結合するピストンピン６が挿入されるピンボス部２８を備える。
【0069】
第１梁部材５１および第２梁部材５２が交差する交点５４は、上下方向から見てピンボス部２８と重なる位置、すなわち、ピンボス部２８の上にある。
【0070】
空間部３０におけるピンボス部２８の上の位置では、空間部３０の上下方向の幅が最も広くなり、それにより空間部３０の底面が最も低くなるので、粉粒体４０がたまりやすい。そこで、上記の構成では、梁部材の交点５４がピンボス部２８の上にあることにより、空間部３０の底面における上下方向から見てピンボス部２８と重なる位置で集まった粉粒体４０を往復動方向に移動中に確実に交差する第１梁部材５１および第２梁部材５２に衝突させて粉粒体４０を分散させることが可能である。
【0071】
（４）
本実施形態のピストン１では、図５および図６に示されるように、交差する第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちの第１梁部材５１は、ピンボス部２８に沿って延びるので、空間部３０の底面における往復動方向（上下方向）から見てピンボス部２８と重なる位置で集まった粉粒体４０を上下方向に移動中に確実にピンボス部２８に沿って延びる第１梁部材５１に衝突させて粉粒体４０を分散させることが可能である。
本実施形態のピストン１では、図５および図６に示されるように、交差する第１梁部材５１および第２梁部材５２のうちの第１梁部材５１は、ピンボス部２８に沿って延びるので、空間部３０の底面における往復動方向（上下方向）から見てピンボス部２８と重なる位置で集まった粉粒体４０を上下方向に移動中に確実にピンボス部２８に沿って延びる第１梁部材５１に衝突させて粉粒体４０を分散させることが可能である。
【0072】
（５）
本実施形態のピストン１では、分散フレーム５０は、図３～７に示されるように、上下方向に延びる柱部材５３をさらに備える。ピストン本体２０の空間部３０の部位では剛性が弱いが、上下方向に延びる柱部材５３が空間部３０の内壁を上下方向で支持することにより、ピストン本体２０における空間部３０の部位を補強することが可能である。
本実施形態のピストン１では、分散フレーム５０は、図３～７に示されるように、上下方向に延びる柱部材５３をさらに備える。ピストン本体２０の空間部３０の部位では剛性が弱いが、上下方向に延びる柱部材５３が空間部３０の内壁を上下方向で支持することにより、ピストン本体２０における空間部３０の部位を補強することが可能である。
【0073】
また、本実施形態では、柱部材５３は、ピンボス部２８の上にあるので、ピストン本体２０におけるピンボス部２８上の位置の部位を効果的に補強することが可能である。さらに詳細にいえば、空間部３０におけるピンボス部２８の上の位置では、空間部３０の底面が最も低くなり、空間部３０の上下方向の寸法が大きくなっているので、ピストン本体２０におけるピンボス部２８上の位置における剛性が他の部分よりも相対的に弱い。そこで、上記のように、柱部材５３をピンボス部２８上に配置することにより、ピストン本体２０の効果的な補強が可能になる。
【0074】
（６）
本実施形態のピストン１では、分散フレーム５０は、図７に示されるように、平面視において互いに直交して延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２と、第１梁部材５１および第２梁部材５２の交点５４を通って上下方向に延びる柱部材５３とによって構成された面心立方構造である。
本実施形態のピストン１では、分散フレーム５０は、図７に示されるように、平面視において互いに直交して延びる第１梁部材５１および第２梁部材５２と、第１梁部材５１および第２梁部材５２の交点５４を通って上下方向に延びる柱部材５３とによって構成された面心立方構造である。
【0075】
かかる構成によれば、３本の棒状体、すなわち、２本の梁部材（すなわち第１梁部材５１および第２梁部材５２）および１本の柱部材５３のみで粉粒体４０の高い分散効果を得ることが可能である。しかも、第１梁部材５１、第２梁部材５２および柱部材５３が１点で交差するので、分散フレーム５０およびそれによって支持されるピストン本体２０の強度が高くなる。
【0076】
また、この構成であれば、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率を十分に下げながら高い減衰効果を得ることが可能である。
【0077】
（７）
本実施形態のピストン１では、粉粒体４０の充填率は、空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％である。この範囲であれば、粉粒体４０が空間部３０の内部を円滑に往復移動することができ、ピストン１の減衰効果が確実に発揮される。
本実施形態のピストン１では、粉粒体４０の充填率は、空間部３０の容積に占める体積割合として、３５～５０％である。この範囲であれば、粉粒体４０が空間部３０の内部を円滑に往復移動することができ、ピストン１の減衰効果が確実に発揮される。
【0078】
（８）
本実施形態のピストン１では、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率は、１５％以下（好ましくは６～６．８％）である。この範囲であれば、分散フレーム５０の梁部材の本数や太さを減らしながら粉粒体４０の効果的な分散をしてピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
本実施形態のピストン１では、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率は、１５％以下（好ましくは６～６．８％）である。この範囲であれば、分散フレーム５０の梁部材の本数や太さを減らしながら粉粒体４０の効果的な分散をしてピストンの減衰効果を十分に発揮することが可能である。
【0079】
（変形例）
（Ａ）
上記の実施形態では、本発明のピストン１の一例として、面心立方構造の分散フレーム５０（すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１、左右方向に延びる第２梁部材５２、および上下方向に延びる柱部材５３を備えた構成）を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の分散フレームは、往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていれば種々の構成を採用することが可能である。
（Ａ）
上記の実施形態では、本発明のピストン１の一例として、面心立方構造の分散フレーム５０（すなわち、前後方向に延びる第１梁部材５１、左右方向に延びる第２梁部材５２、および上下方向に延びる柱部材５３を備えた構成）を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の分散フレームは、往復動方向に対して交差する方向に延びる少なくとも１つ以上の梁部材を備えていれば種々の構成を採用することが可能である。
【0080】
本発明の変形例として、例えば、図９に示されるように、分散フレーム６０が往復動方向（上下方向）に交差する４本の梁部材６１、６２、６３、６４によって構成された体心立方構造であってもよい。
【0081】
４本の梁部材６１、６２、６３、６４は、立方体における中心ＢＣを通る４本の対角線に沿って延び、すなわち、立方体の６つの角部Ｐ１～Ｐ８のうちの２点を結ぶように延びる。具体的には、第１１梁部材６１は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ１およびＰ８を結ぶ。第１２梁部材６２は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ２およびＰ７を結ぶ。第１３梁部材６３は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ３およびＰ６を結ぶ。第１４梁部材６４は、中心ＢＣを通るとともに角部Ｐ４およびＰ５を結ぶ。
【0082】
このような体心立方構造の分散フレーム６０では、４本の梁部材６１～６４で粉粒体４０の高い分散効果を得ることが可能である。しかも、４本の梁部材６１～６４が１点で交差するので、分散フレーム６０およびそれによって支持されるピストン本体２０の強度が高くなる。
【0083】
また、この構成であれば、分散フレーム５０が空間部３０の内部で占める容積率を十分に下げながら高い減衰効果を得ることが可能である。
【0084】
なお、図８に示される上記の面心立方構造の分散フレーム５０の方が図９に示される体心立方構造の分散フレーム６０よりも少ない梁部材により粉粒体４０と衝突して分散させて減衰効果が高いので、図８に示される上記の面心立方構造の分散フレーム５０を採用する方が好ましい。
【0085】
（Ｂ）
また、分散フレームの他の変形例として、柱部材を省略して、往復動方向に対して交差する方向に延びる梁部材のみの構成、例えば、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２のうちのいずれか１つまたは両方を備えた構成であってもよい。または、往復動方向に交差する方向であって、前後方向または左右方向に対して傾斜する方向に延びる梁部材を備えた構成であってよい。さらに、１つの空間部３０につき、複数の梁部材が多数の交点で交差する構成、例えば、マトリックス状に張り巡らされた多数の梁部材を備えた構成であってもよい。
また、分散フレームの他の変形例として、柱部材を省略して、往復動方向に対して交差する方向に延びる梁部材のみの構成、例えば、前後方向に延びる第１梁部材５１および左右方向に延びる第２梁部材５２のうちのいずれか１つまたは両方を備えた構成であってもよい。または、往復動方向に交差する方向であって、前後方向または左右方向に対して傾斜する方向に延びる梁部材を備えた構成であってよい。さらに、１つの空間部３０につき、複数の梁部材が多数の交点で交差する構成、例えば、マトリックス状に張り巡らされた多数の梁部材を備えた構成であってもよい。
【0086】
（Ｃ）
なお、上記の実施形態では、ピストンの往復動方向が上下方向と一致している例が示されているが、ピストンの往復動方向が上下方向と一致していない場合でもよい。例えば、往復動方向が上下方向に対して前後方向または左右方向に傾斜している場合、または往復動方向が水平方向と一致している場合であってもよい。その場合も、上記実施形態の作用効果を奏することが可能である。
なお、上記の実施形態では、ピストンの往復動方向が上下方向と一致している例が示されているが、ピストンの往復動方向が上下方向と一致していない場合でもよい。例えば、往復動方向が上下方向に対して前後方向または左右方向に傾斜している場合、または往復動方向が水平方向と一致している場合であってもよい。その場合も、上記実施形態の作用効果を奏することが可能である。
【符号の説明】
【0087】
１ ピストン
２ シリンダ
６ ピストンピン
８ クランクシャフト
９ コンロッド（コネクティングロッド）
２０ ピストン本体
２８ ピンボス部
２８ａ ピン孔
３０ 空間部
４０ 粉粒体
５０、６０ 分散フレーム
５１ 第１梁部材
５２ 第２梁部材
５３ 柱部材
５４ 交点
６０ 分散フレーム
６１ 第１１梁部材
６２ 第１２梁部材
６３ 第１３梁部材
６４ 第１４梁部材
２ シリンダ
６ ピストンピン
８ クランクシャフト
９ コンロッド（コネクティングロッド）
２０ ピストン本体
２８ ピンボス部
２８ａ ピン孔
３０ 空間部
４０ 粉粒体
５０、６０ 分散フレーム
５１ 第１梁部材
５２ 第２梁部材
５３ 柱部材
５４ 交点
６０ 分散フレーム
６１ 第１１梁部材
６２ 第１２梁部材
６３ 第１３梁部材
６４ 第１４梁部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】