(57)【要約】【課題】２個のピストン素材をプローブにより摩擦攪拌溶接してピストンを製造する場合に、プローブ離脱の際の溝が溶接強度を低下し、溶接後のコーティング膜の均一性を乱して耐久性を低下するのを防ぎ、さらに、ピストンの外径サイズに関わりなく、サイズの異なるピストンを自由に製造できるようにして生産性を上げた、可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法を提供する。【解決手段】それぞれ別個に成形して仮結合された第１、第２ピストン素材２３、２６を、弾性スプリング５２により弾性的に昇降できる支持ローラ３３上にローデイングし、２３、２６の各中心軸を回転支持手段３１の中心軸に一致させ、３１に回転可能に支持させ、２３、２６の溶接部位に溶接手段４０のプローブ４１を回転しながら挿入して、３１を回転しながら摩擦攪拌溶接し、４１を前記溶接部位から離れた所定の位置に移動した後、離脱することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ（２１）と前記ブリッジ（２１）から長手方向に延長された第１結合部（２２）を有する第１ピストン素材（２３）を成形する第１ピストン素材成形段階と；
前記第１ピストン素材（２３）の第１結合部（２２）と結合される第２結合部（２４）を有し前記第１ピストン素材（２３）と結合され中空部（２５）を形成する第２ピストン素材（２６）を成形する第２ピストン素材成形段階と；
前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を仮結合した状態から回転可能に第１および第２支持手段（３１ａ）、（３１ｂ）にそれぞれ支持させる支持段階と；
前記第１及び第２結合部（２２）、（２４）の溶接部位側に溶接手段（４０）を回転させながら前進させ、前記溶接部位に進入し密着した状態で、前記第１支持手段（３１ａ）及び／又は第２支持手段（３１ｂ）を所定の回転数で回転させることにより、発生する摩擦熱によって摩擦攪拌溶接する溶接段階と；
前記溶接部位の溶接完了後、前記溶接部位に進入した前記溶接手段（４０）を前記溶接部位から所定の位置へ移動させる溶接手段位置移動段階と；
前記溶接手段（４０）を前記溶接部位から離脱する溶接手段分離段階と；
を含むことを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項２】
ブリッジ（２１）と前記ブリッジ（２１）から突出された第１結合部（２２）を有する第１ピストン素材（２３）を成形する第１ピストン素材成形段階と；
前記第１ピストン素材（２３）の第１結合部（２２）と結合される第２結合部（２４）を有し前記第１ピストン素材（２３）と結合され中空部（２５）を形成する第２ピストン素材（２６）を成形する第２ピストン素材成形段階と；
前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を仮結合し、仮結合された前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を弾性スプリング（５２）によって、弾力的に設けられた支持ローラ（３３）上に弾性的に支持させた後、前記第１および第２ピストン素材（２３）、（２６）の各中心軸位置を、第１および第２支持手段（３１ａ）、（３１ｂ）の各中心軸位置に一致させる中心軸位置合せ段階と；
前記中心軸の位置合せ後、前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を回転可能に第１および第２支持手段（３１ａ）、（３１ｂ）に支持させる支持段階と；
前記第１および第２結合部（２２）、（２４）の溶接部位側に溶接手段（４０）を回転させながら前進させ、前記溶接部位に進入し密着した状態で、前記第１支持手段（３１ａ）及び／又は第２支持手段（３１ｂ）を所定の回転数で回転させることにより、発生する摩擦熱によって摩擦攪拌溶接する溶接段階と；
前記溶接部位の溶接完了後、前記溶接部位に進入した前記溶接手段（４０）を該前記溶接部位から所定の位置へ移動させる溶接手段位置移動段階と；
前記溶接手段（４０）を前記溶接部位から離脱する溶接手段分離段階と；
を含むことを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項３】
前記溶接段階は、前記第１および第２ピストン素材（２３）、（２６）を前記第１支持手段（３１ａ）及び／又は第２支持手段（３１ｂ）によって１回転させて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項４】
前記溶接手段位置移動段階は、前記テーブル（３６）をピストン軸方向に所定距離だけ移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項５】
前記溶接手段（４０）は、前記テーブル（３６）の移動によって前記溶接部位から前記第１ピストン素材（２３）のブリッジ（２１）部位へ移動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項６】
前記支持ローラ（３３）は、前記支持ローラ（３３）の両端部を支持する支持部材（３４）の下側に連結され弾性スプリング（５２）によって弾力的に支持された昇降部材（５３）によって上下昇降されることを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項７】
前記中心軸位置合わせは、前記第２支持手段（３１ｂ）の上側に設けられた中心軸位置調整用のガイド部材（６０）によって、前記支持ローラ（３３）上に弾性的に支持された第１および第２ピストン素材（２３）、（２６）の中、第２ピストン素材（２６）の上部面を加圧した状態から行われることを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項８】
前記第１および第２ピストン素材の支持段階後、前記支持ローラ（３３）の下側に弾性スプリング（５２）によって弾力的に設けられた昇降部材（５３）の下端部が固定されるように、その下端部の下に設けられた固定手段（７０）を駆動手段（７７）によって前記昇降部材（５３）の下端部側に前進させ前記固定手段（７０）の上端部が前記昇降部材（５３）の下端部と接触させることにより、前記支持ローラ（３３）を固定する支持ローラ固定段階をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板式圧縮機用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、可変容量型斜板式圧縮機（Ｓｗａｓｈ  Ｐｌａｔｅ  Ｔｙｐｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）用ピストンの製造方法に係り、より詳しくは、円形断面を有する２つのピストン素材を摩擦攪拌溶接してピストンを製造する際に、前記ピストン素材の溶接部位に溝が形成されないようにすることにより、前記溶接部位の耐久性を向上させ、且つピストンの外径サイズに関わりなくサイズ別にピストンを自由に製造できるようにした、可変容量型圧縮機用ピストンの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車等の冷房装置を構成する圧縮機の中、可変容量型斜板式圧縮機は、内部にクランク室と吸入室及び吐出室を含む密閉空間を形成する前、後方ハウジングと；円周方向に配列された多数のシリンダボアを有して、前記前、後方ハウジングの間に設けられるシリンダブロックと；前記シリンダブロックの中央に回転可能に支持される駆動軸と；前記駆動軸にそれぞれ設けられるラグプレート及び斜板と；前記斜板の周りに沿ってシューを介在して結合される複数個のピストンと；前記シリンダブロックと前記後方ハウジングの間に備えられるバルブユニットと；前記ピストンの移送量を調節する制御バルブと；前記斜板の間に弾性的に設けられ、前記ラグプレートが回転していない場合、最少傾斜角で前記斜板を支持する斜板支持用スプリングからなっている。
【０００３】
このような可変容量型斜板式圧縮機においては、冷媒の圧縮過程において、ピストンの重量がピストンの往復運動を妨害する慣性力となり、圧縮効率を低下させる要因となる。
これを改善するためにピストンを軽量の素材で製造しており、最近ではピストンの内部に中空を形成することにより、一層軽量化させるピストンの製造方法が追求されている。
【０００４】
従来、このような中空ピストンを製造する際には、内側にピストンと斜板を連結するシユーが安着されるシューポケットを備えたブリッジを有する第１ピストン素材と、中空部を有する第２ピストン素材をそれぞれ別個に成形し、これらを機械加工して互いに仮結合した後、真空状態で前記２素材（第１ピストン素材及び第２ピストン素材）の嵌合面を電子ビームで溶接して固着する、段階を経て製造した。
【０００５】
しかし、前記のような中空ピストンの製造方法によれば、嵌合面を精密に加工する必要があり、嵌合面の溶接時間が比較的に長く、且つ、前記２素材の組立及び組立後の加工手順が複雑であるため、生産性が大きく低下するのは勿論、不良発生率が非常に高いという問題点があった。
さらに、電子ビームの溶接過程において、微細な孔等が前記２素材の組織内に発生することにより、ピストンの耐久性が劣化し、かつその微細な孔等を通じて中空部内に冷媒とオイルとが浸透して、冷媒及びオイルが不足するようになる、という問題点があり、さらに特に電子ビーム溶接のためには前記２素材を溶接する領域を高真空に維持しなければならないため、その維持費用が増加し、生産原価が高くなるという問題点があった。
【０００６】
前記の問題点を解決するために、従来は、ヨーロッパ特許公報第０，９５９，２２７号に開示されたとおり、前記２素材をそれぞれ成形した後、前記２素材の先端面に平行した嵌合面を形成して、これら二つの嵌合面をそれぞれ互いに突き合わせたまま、待機状態で相対回転させることにより、発生する摩擦熱によって中空部を形成する摩擦溶接方法を採択した。
【０００７】
しかし、嵌合面の平面度の微細な差異により嵌合面の温度分布が不均一になり、嵌合面の溶接強度を均一に維持するのが難しい。また、前記２素材の接合面における相対回転速度の差異により、ピストンの外周面に近いほど温度が高いので溶接強度が大きくなるが、外周面層は溶接後、機械加工によって除去されるので、残っている部分の溶接強度は相対的に小さくなる。
【０００８】
一方、米国特許ＵＳＰ  ５，４６０，３１７号には前記摩擦溶接方法とは異なる摩擦撹拌溶接（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｂｕｔｔ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）方法が開示されている。前記摩擦撹拌溶接方法は、連続的な又は実質的に連続的な前記２素材の表面に、前記２素材より硬い材質のプローブを当て、前記２素材とプローブとを突き合わせた後、プローブを前記２素材に進入させると同時に、相互間の相対的な周期運動を起こして発生する摩擦熱によって、プローブ周囲の素材に焼成区間を形成して凝固させることにより、前記２素材が溶接されるようにしたものである。
【０００９】
このような摩擦撹拌溶接方法は、前記２素材の金属材質に制限がなく、熱歪曲による変形等の欠陥が少ないというメリットがあるが、摩擦溶接後、プローブにより前記２素材の間の摩擦溶接部位に溝が形成される問題点があった。
【００１０】
例えば図１３に示すとおり、前記摩擦攪拌溶接方法を利用して圧縮機用ピストン２０を製造する場合、ブリッジ２１を有する第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２４の溶接部位２９ａの一部に溝（プローブの離脱穴）２８ａが形成された。
この結果、前記摩擦溶接後、後処理工程であるコーティング工程の際、均一な厚さのコーティング膜を形成できず、溶接部位の耐久性が低下することがあった。
【００１１】
即ち、可変容量型斜板式圧縮機に使用されるピストン２０の第２ピストン素材２４は、ピストンの往復運動の際に、シリンダボアの内面と摩擦されるので、前記第２ピストン素材２４の外周面の耐摩耗性と気密性を確保するため、前記溶接部位を含んで前記第２ピストン素材２４の外周面に均一なコーティング膜を形成した後、研摩するという後処理工程を行っている。従って、上述のとおり、前記２素材間の溶接部位に溝２８ａが形成された場合、コーティング工程の際、前記溝にコーティング液が入り、この状態で焼成処理をすると、前記溝２８ａの位置に隆起を生じ、コーティング膜の厚さが不均一になり、研磨工程の際、偏心加工されてしまい、これにより耐久性が大きく低下するという問題を招いた。
【００１２】
さらに、前記摩擦攪拌溶接方法によれば、プローブを前記２素材の溶接部位に挿入する際、圧力によって素材に曲げ変形が生ずるおそれがあるので、精密な外径を有するべき圧縮機用ピストンを製造することが難しいという問題点があった。
【００１３】
このような曲げ変形の発生を防ぐために、日本公開特許  平１１−１５６５６０号公報には、前記２素材を中心にしてプローブの反対側、即ち、前記２素材の下側に前記２素材の外周面と接する少なくとも一つの曲げ防止用支持ローラを設けて、前記支持ローラによってプローブ挿入時の圧力を支持することにより、前記２素材の曲げを防ぐことができる摩擦攪拌溶接装置が開示されている。
【００１４】
しかし、前記摩擦攪拌溶接装置によれば、前記曲げ防止用支持ローラが前記２素材の下側を支持するように固定された状態で設けているため、この固定された支持ローラ上で前記２素材を回転させるためには、前記２素材が回転手段の中心軸に正確に整列され得る外径サイズを有するものでなければならない。
【００１５】
これにより、前記従来の摩擦攪拌溶接装置は、同一の外径サイズを有するピストンだけを製造するほかないので、互いに異なる外径サイズのピストンを製造するためには、その外径サイズに合うように、その都度装置を変更して別途に製造する必要性があり、これにより製造原価の上昇を招くなどの問題点があった。
【００１６】
【特許文献１】米国特許６，５６８，９１４号公報
【特許文献２】米国特許５，４６０，３１７号公報
【特許文献３】ヨーロッパ特許公報第０，９５９，２２７号
【特許文献４】日本公開特許  平１１−１５６５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、本発明の目的は、前記従来の問題点を解決するために、円形断面を有する２個のピストン素材を摩擦攪拌溶接によってピストンを製造する場合において、前記ピストン素材の溶接部位に溝が形成されないようにして、摩擦攪拌溶接後の後処理工程であるコーティング工程及び研磨工程の際、前記溶接部位の耐久性の低下を防止できる、可変容量型圧縮機用ピストンの製造方法を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、ピストンの外径サイズに関わりなく、サイズの異なるピストンを自由に製造できる可変容量型圧縮機用ピストンの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の課題を解決するためになされた本発明による可変容量型圧縮機用ピストンの製造方法は、請求項１に係り、ブリッジ（２１）と前記ブリッジ（２１）から長手方向に延長された第１結合部（２２）を有する第１ピストン素材（２３）を成形する第１ピストン素材成形段階と；前記第１ピストン素材（２３）の第１結合部（２２）と結合される第２結合部（２４）を有し前記第１ピストン素材（２３）と結合され中空部（２５）を形成する第２ピストン素材（２６）を成形する第２ピストン素材成形段階と；前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を仮結合した状態から回転可能に第１および第２支持手段（３１ａ）、（３１ｂ）にそれぞれ支持させる支持段階と；前記第１及び第２結合部（２２）、（２４）の溶接部位側に溶接手段（４０）を回転させながら前進させ、前記溶接部位に進入し密着した状態で、前記第１支持手段（３１ａ）及び／又は第２支持手段（３１ｂ）を所定の回転数で回転させることにより、発生する摩擦熱によって摩擦攪拌溶接する溶接段階と；前記溶接部位の溶接完了後、前記溶接部位に進入した前記溶接手段（４０）を前記溶接部位から所定の位置へ移動させる溶接手段位置移動段階と；前記溶接手段（４０）を前記溶接部位から離脱する溶接手段分離段階と；を含むことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、請求項２に係り、ブリッジ（２１）と前記ブリッジ（２１）から突出された第１結合部（２２）を有する第１ピストン素材（２３）を成形する第１ピストン素材成形段階と；前記第１ピストン素材（２３）の第１結合部（２２）と結合される第２結合部（２４）を有し前記第１ピストン素材（２３）と結合され中空部（２５）を形成する第２ピストン素材（２６）を成形する第２ピストン素材成形段階と；前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を仮結合し、仮結合された前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を弾性スプリング（５２）によって、弾力的に設けられた支持ローラ（３３）上に弾性的に支持させた後、前記第１および第２ピストン素材（２３）、（２６）の各中心軸位置を、第１および第２支持手段（３１ａ）、（３１ｂ）の各中心軸位置に一致させる中心軸位置合せ段階と；前記中心軸の位置合せ後、前記第１及び第２ピストン素材（２３）、（２６）を回転可能に第１および第２支持手段（３１ａ）、（３１ｂ）に支持させる支持段階と；前記第１および第２結合部（２２）、（２４）の溶接部位側に溶接手段（４０）を回転させながら前進させ、前記溶接部位に進入し密着した状態で、前記第１支持手段（３１ａ）及び／又は第２支持手段（３１ｂ）を所定の回転数で回転させることにより、発生する摩擦熱によって摩擦攪拌溶接する溶接段階と；前記溶接部位の溶接完了後、前記溶接部位に進入した前記溶接手段（４０）を該前記溶接部位から所定の位置へ移動させる溶接手段位置移動段階と；前記溶接手段（４０）を前記溶接部位から離脱する溶接手段分離段階と；を含むことを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、請求項３に係り、前記溶接段階は、前記第１および第２ピストン素材（２３）、（２６）を前記第１支持手段（３１ａ）及び／又は第２支持手段（３１ｂ）によって１回転させて行うことを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、請求項４に係り、前記溶接手段位置移動段階は、前記テーブル（３６）をピストン軸方向に所定距離だけ移動させることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、請求項５に係り、前記溶接手段（４０）は、前記テーブル（３６）の移動によって前記溶接部位から前記第１ピストン素材（２３）のブリッジ（２１）部位へ移動されることを特徴とする。
【００２４】
好ましくは、請求項６に係り、前記支持ローラ（３３）は、前記支持ローラ（３３）の両端部を支持する支持部材（３４）の下側に連結され弾性スプリング（５２）によって弾力的に支持された昇降部材（５３）によって上下昇降されることを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、請求項７に係り、前記中心軸位置合わせは、前記第２支持手段（３１ｂ）の上側に設けられた中心軸位置調整用のガイド部材（６０）によって、前記支持ローラ（３３）上に弾性的に支持された第１および第２ピストン素材（２３）、（２６）の中、第２ピストン素材（２６）の上部面を加圧した状態から行われることを特徴とする。
【００２６】
好ましくは、請求項８に係り、前記第１および第２ピストン素材の支持段階後、前記支持ローラ（３３）の下側に弾性スプリング（５２）によって弾力的に設けられた昇降部材（５３）の下端部が固定されるように、その下端部の下に設けられた固定手段（７０）を駆動手段（７７）によって前記昇降部材（５３）の下端部側に前進させ前記固定手段（７０）の上端部が前記昇降部材（５３）の下端部と接触させることにより、前記支持ローラ（３３）を固定する支持ローラ固定段階をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、回転支持手段によって支持された２個のピストン素材の溶接すべき部位にプローブを進入して摩擦攪拌溶接を行い、回転支持手段を所定の距離だけ移動した後で、前記プローブを離脱し、前記プローブ離脱による溝を、コーティングすべき領域である溶接部位にではなく、非コーティング領域に形成することにより、前記溶接部位における溶接強度を増大させるばかりでなく、溶接工程後、後処理工程であるコーティング工程の際、ピストンのコーティング領域に均一なコーティング膜を形成できるので、全体的にピストンの耐久性を強化できる。
【００２８】
又、本発明によれば、２個のピストン素材の仮結合状態を維持するための支持ローラを弾性的に上下移動されるように構成することにより、ピストンの外径サイズに関わりなく２個のピストン素材の中心軸位置を回転支持手段の中心軸位置に一致させる作業が容易であり、これによってサイズの異なるピストンを自由に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の望ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００３０】
図１は、本発明による製造方法を適用して製造されたピストンが装着されるべき可変容量型斜板式圧縮機の構造を概略的に示した図である。
【００３１】
本圧縮機は、内部にクランク室１１ａと吸入室１２ａ及び吐出室１２ｂ等の密閉空間を形成する前、後方ハウジング１１、１２と；円周方向に配列された多数のシリンダボア１３ａを有し、前記前・後方ハウジング１１、１２の間に設けられるシリンダブロック１３と；前記シリンダブロック１３の中央に回転可能に支持され、ラグプレート１５が設けられた駆動軸１４と；前記ラグプレート１５の一側とヒンジ結合され、冷房負荷に合せ傾斜角が変化される斜板１６と；前記斜板１６の外周部に備えられたシュー１７と結合され、前記斜板１６の回転により前記シリンダブロック１３の各ボア１３ａ内で往復運動する多数のピストン２０からなっている。
【００３２】
前記のように構成された可変容量型斜板式圧縮機に使用されるピストン２０は、往復移送の際の慣性力、すなわちその重量を減らすために内部に中空部が形成されている。
【００３３】
図２、図７は、このようなピストンの構造を詳しく示した斜視図、断面図であって、前記ピストン２０は、内側に、前記ピストンを前記斜板に連結するシューが安着されるシューポケットが備えられたブリッジ２１、及び前記ブリッジ２１から長手方向に延長された第１結合部（２２）からなる第１ピストン素材２３と、第１ピストン素材２３の第１結合部と嵌合されるように一側に長手方向に延長された第２結合部（２４）を有し、前記第１ピストン素材２３との嵌合によって密閉された中空部２５を形成する第２ピストン素材２６と、から構成されている。
【００３４】
さらに、前記第１ピストン素材２３の第１結合部と第２ピストン素材２６の第２結合部の一側の先端には、互いに嵌合し支持するように段差をつけた支持部２２ａ、２４ａが形成される。
【００３５】
このような構造を有するピストン２０は、一般的に、前記第１ピストン素材２３と前記第２ピストン素材２６をそれぞれ別個に成形した後、これらを機械加工して仮結合した後に、前記第１、第２ピストン素材２３、２６の溶接すべき部位に溶接手段を進入し密着した状態で、前記第１、第２ピストン素材２３、２６を回転させながら、発生する摩擦熱によって溶接する、という摩擦攪拌溶接方法によって製造される。
【００３６】
図３は、上述のような可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接方法を行うための装置を示したものである。
【００３７】
図３に示すとおり、ピストンの摩擦攪拌溶接装置は、中心軸を合せて互いに突き合わせた状態で仮結合された前記第１、第２ピストン素材２３、２６を回転可能に支持するように、テーブル３６の上面に固定設置された回転支持手段３１と、前記回転支持手段３１によって支持された前記第１、第２ピストン素材２３、２６の溶接すべき部位、すなわち、前記第１、第２結合部の支持部２２ａ、２４ａの嵌合部の外周側の突合せ部位、に回転しながら進入し密着した状態で摩擦熱によって溶接するための溶接手段４０から構成されている。
【００３８】
前記回転支持手段３１は、前記第１、第２ピストン素材２３、２６の一側面を各々回転可能に支持する第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂと、前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂのいずれか、例えば第１支持手段３１ａを駆動させる駆動手段（図示せず）を含む。勿論、前記駆動手段は、前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂの回転数を任意に調整できるようになっている。さらに、前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂのいずれか、例えば前記第２支持手段３１ｂはピストン軸方向に前後進移動が可能なように、その終端に油圧シリンダ３２を備える。
【００３９】
前記溶接手段４０は、前記回転支持手段３１によって支持されている、仮結合された第１、第２ピストン素材２３、２６の溶接部位へ上下移動されるようにサーボ移送装置（図示せず）を備えており、前記溶接部位にスピンドルモータ（図示せず）によって回転される状態で挿入され摩擦熱を発生させて溶接できるように先端部に、ピン形状のプローブ４１を備えている。
【００４０】
特に、前記第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂの間には、前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂに支持された第１、第２ピストン素材２３、２６の下側に密着し、前記第１、第２ピストン素材２３、２６の仮結合状態を確実に維持するよう、支持ローラ３３が設けられている。
【００４１】
図３に示すように、前記支持ローラ３３は２個が隣接して、円筒形のピストン２０を安定に支持できるように、前記テーブル３６の上面に固定された固定台３５の上部に設けられた２個の支持部材３４に回転可能なように設けられている。
【００４２】
このような構造を有する前記支持ローラ３３上に、例えば、大略３０ｍｍの外径を有するピストン２０、即ち、仮結合された第１および第２ピストン素材２３、２６がローデイングされた場合、前記ピストン２０の中心軸線と前記回転支持手段３１の中心軸線とは互いに一致された状態にあるようになる。
【００４３】
この状態から前記回転支持手段３１の中、第２支持手段３１ｂが油圧シリンダ３２によって前記第１支持手段３１ａ側に移動されながら、前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂの両端部の中心部に形成された突起部（図示せず）が前記第１、第２ピストン素材２３、２６の両端部に形成されたセンター溝２７に正確に挿入されることにより、前記ピストン２０が前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂに支持される。
【００４４】
このように第１、第２ピストン素材２３、２６が前記回転支持手段３１に支持された状態で、前記第１、第２ピストン素材２３、２６の溶接部位に挿入されて加えられる前記プローブ４１の圧力と前記支持ローラ３３による支持力が互いに逆方向に作用することにより、第１、第２ピストン素材２３、２６の曲がりを防止できる。
【００４５】
ここで一般には、前記ピストン２０の外径より大きい外径を有するピストン２０が前記支持ローラ３３上にローデイングされた場合、前記ピストン２０の中心軸位置と前記回転支持手段３１の中心軸位置とは互いに一致せず、前記回転支持手段３１は前記ピストン２０を支持できなくなる。
【００４６】
しかし本実施例では、前記支持ローラ３３を弾性的に昇降可能に構成してあるので、外径サイズに関わりなく、如何なるピストン２０でもその中心軸を回転支持手段３１の中心軸に確実に合わせることができる。
【００４７】
すなわち、図４および図５に示すとおり、前記支持ローラ３３をさらに支持する支持部材３４の下側の固定台３５に垂直通孔５１を形成し、該垂直通孔５１内に前記支持部材３４の下面から垂直方向に突出され弾性スプリング５２によって弾性的に支持される昇降部材５３を収納した構成を採用できる。
【００４８】
前記昇降部材５３は前記支持部材３４の下面に連結された上部昇降部材５３ａと、前記第２ピストン素材５３ａの下面に連結されており、前記上部昇降部材５３ａの外径より小さい外径を有し、終端が傾斜した構造を有する下部昇降部材５３ｂとからなっている。前記下部昇降部材５３ｂの下部は、前記垂直通孔５１より幅が狭い通路を通って前記通路外に突出している。
【００４９】
さらに、前記上部昇降部材５３ａの下部外周面には凹溝５４が形成されており、前記弾性スプリング５２は下部昇降部材５３ｂの外周面に嵌められているが、前記弾性スプリング５２の先端部は前記上部昇降部材５３ａの下端部に、前記弾性スプリング５２の末端部は前記垂直通孔５１と前記通路の境界面に形成された係止顎５５にそれぞれ支持されている。
【００５０】
これによって、前記支持ローラ３３上に外径が大きいピストン２０がローデイングされると、該ピストン２０の荷重力が前記支持ローラ３３上に加えられ、前記支持部材３４がその下に設けられた昇降部材５３によって弾性的に昇降しながら、前記ピストン２０の中心軸位置を前記回転支持手段３１の中心軸位置に一致させるように調整を行うことができる。
【００５１】
図３を参照すると、その際、前記中心軸の確実な位置調整のために、さらに前記回転支持手段３１のいずれか、例えば第２支持手段３１ｂの上側には、前記支持ローラ３３上で弾性的に昇降されるピストン２０の上部面を加圧しながら把持する中心軸位置調整用のガイド部材６０が設けられている。
【００５２】
図６に示すとおり、前記ガイド部材６０は、前記第２支持手段３１ｂの上側に着脱可能に結合できるように締結孔６０ａ１、６０ａ２を有する締結片６０ａと、前記締結片６０ａから折り曲げられて長手方向に延長された延長部６０ｂと、前記延長部６０ｂから所定の傾斜角で傾斜された傾斜部６０ｃと、前記傾斜部６０ｃから垂直に折り曲げられており、終端が第２ピストン素材２６の先端外周面を把持できるように円弧形状を有する把持部６０ｄからなっている。
【００５３】
このように、前記ガイド部材６０によって前記ピストン２０の中心軸位置と前記回転支持手段３１の中心軸位置を確実に合わせてから、前記ピストン２０を前記回転支持手段３１に支持させることができる。
【００５４】
このように、前記ピストン２０を前記回転支持手段３１に支持させた後には、前記支持ローラ３３がこれ以上昇降しないように固定する必要がある。
【００５５】
図４、５を参照すると、このために、前記昇降部材５３の下部昇降部材５３ｂの下には、前記昇降部材５３の昇降作用を停止するための固定手段７０が設けられている。
前記固定手段７０は、先端部が前記下部昇降部材５３ｂの下端の形状に合わせて傾斜しており、内部に水平通孔７１が形成されており、前記水平通孔７１内に弾性スプリング７２によって弾性的に支持された移動部材７３が設けられた楔型固定部材７４と、前記楔型固定部材７４の水平通孔７１の外部へ突出された移動部材７３の終端にボルト７５によって締結された連結部材７６から構成されている。
【００５６】
さらに、前記連結部材７６の終端には、前記連結部材７６を前後進移動させることにより、前記移動される連結部材７６によって前記楔型固定部材を移動させることができるように、駆動手段であるエアシリンダ７７が連結されている。ボルト７８は、前記連結部材７６とエアシリンダ７７を締結する。
【００５７】
このような構造を有する固定手段７０は、先ず前記エアシリンダ７７が作動すると、その空気圧によって連結部材７６が矢印方向に前後進し、前記連結部材７６に連結された楔型固定部材７４が前後進するようになる。
その際、前記楔型固定部材７４の水平通孔７１内に設けられた移動部材７３が弾性スプリング７２の弾性力によって緩衝されるので、楔型固定部材７４が徐々に動く。
【００５８】
図４は、前記楔型固定部材７４が前記昇降部材５３の下部昇降部材５３ｂの終端に後退した場合を示す。この場合、前記下部昇降部材５３ｂの終端と前記楔型固定部材７４の先端部との間は離隔されているので、前記支持ローラ３３は昇降部材によって、図４に示したＨの範囲で弾性的に昇降する。
【００５９】
図５に示すように、前記楔型固定部材７４が前進すると、前記楔型固定部材７４の傾斜された先端部が前記下部昇降部材５３ｂの傾斜された下端に接触し、前記昇降部材５３がこれ以上降下できなくなる。
【００６０】
一方、前記回転支持手段３１の下側に設けられたテーブル３６は、図３に示すとおり、サーボモータ３７によってピストン軸方向に所定区間の範囲で左右移動できるように移送手段３８によって連結されている。
【００６１】
これによって、前記回転支持手段３１に支持されたピストン２０の溶接部位にプローブ４１が進入した状態で前記サーボモータ３７を駆動すると、前記テーブル３６が所定区間の範囲内で移動する。
【００６２】
以下、図８〜１１を参照して上述のように構成された、本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接装置によってピストン２０を製造する過程について説明する。
【００６３】
先ず、ブリッジ２１と前記ブリッジ２１から延長された第１結合部（２２）を有する第１ピストン素材２３を成形する第１ピストン素材成形段階と、前記第１結合部と結合されるべき第２結合部（２４）を有し、第１ピストン素材２３と結合され中空部を形成するべき第２ピストン素材２６を成形する第２ピストン素材成形段階を行う。
【００６４】
上述のような、第１、第２ピストン素材２３、２６の成形は鍛造加工によって行うことができる。さらに、その前記第１、第２結合部（２２、２４）は、精密に嵌合され、その結合された状態を維持できるように、段差をつけた支持部２２ａ、２４ａを有するように加工する段階をさらに行うこともできる。
【００６５】
このように、前記第１、第２ピストン素材の成形段階が完了すると、図７に示すとおり、支持部２２ａ、２４ａを嵌合して、前記第１、第２結合部（２２、２４）を仮結合する段階を行う。
【００６６】
その後、仮結合された前記第１、第２ピストン素材２３、２６を前記回転支持手段３１である第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂとの間の支持ローラ３３上にローデイングさせてから、前記第１、第２ピストン素材２３、２６を前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂに支持させる支持段階を行う。
【００６７】
そのためには、先ず油圧シリンダ３２によって前記第２支持手段３１ｂを、前記支持ローラ３３上にローデイングされた前記第２ピストン素材２６側に前進させると、前記第２支持手段３１ｂの終端中心部に形成された突起部が前記第２ピストン素材２６の終端に加工されたセンター溝２７に挿入される。
【００６８】
この状態で、前記第１支持手段３１ａ側に引き続き前進させると、前記第２ピストン素材２６に仮結合された前記第１ピストン素材２３の終端に形成されたセンター溝２７が、前記第１支持手段３１ａの終端に形成された突起部に接触し、前記第１、第２ピストン素材２３、２６が前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂにより堅固に支持される。
【００６９】
このとき、前記上下に昇降する支持ローラ３３上にローデイングされた第１、第２ピストン素材２３、２６の外径が大略３０ｍｍの場合は、前記第１、第２ピストン素材２３、２６と前記第１、第２支持手段３１ａ、３１ｂの中心軸が一致するので、前記第１、第２ピストン素材２３、２６は前記第２支持手段３１ｂの上側に形成された中心軸線位置調整用のガイド部材６０の影響を殆ど受けない。
【００７０】
しかし、前記第１および第２ピストン素材２３、２６の外径が前記の外径より大きい場合、前記中心軸が一致しなくなるので、中心軸の位置合わせ段階を行う。
この位置合わせ段階は、前記第１ピストン素材２３に仮結合された前記第２ピストン素材２６の上側を前記ガイド部材６０が押して、前記支持ローラ３３が下方に移動する際に、前記第２ピストン素材２６の中心軸位置が前記第２支持手段３１ｂの中心軸位置に合うことにより行われる。
【００７１】
その際、前記ガイド部材６０は、前記第２ピストン素材２６の上側一帯を把持して押さえられるように、ピストン２０の外径に合うもので交替することもできる。
【００７２】
前記各中心軸の位置合わせが完了すると、前記支持ローラ３３の下部に設けられた固定手段７０の楔型固定部材７４をエアシリンダ７７によって前進させることにより、支持ローラ３３がこれ以上降下できないように支持ローラ３３を固定する支持ローラ固定段階を行う。
【００７３】
そこで、図８に示すとおり、スピンドルモータ（図示せず）によって溶接手段４０を回転しながら下方に前進させ、次いで図９に示すとおり、前記溶接手段４０のプローブ４１を前記第１、第２ピストン素材２３、２６の溶接部位である、前記第１、第２結合部の支持部２２ａ、２４ａの嵌合部の外周側の突合せ部位に進入させる。
【００７４】
この状態から前記第１支持手段３１ａを１回転して、進入したプローブ４１を前記外周側の突合せ部位に沿って移動させ、その際の摩擦接触によって発生する摩擦熱によって前記第１、第２結合部の支持部２２ａ、２４ａを溶接する摩擦攪拌溶接段階を行う。
【００７５】
このように回転支持手段の１回転によって前記第１、第２結合部の支持部２２ａ、２４ａの溶接が完了すると、進入しているプローブ４１を溶接部位（溶融している前記外周側の突合せ部位）から離脱する溶接手段分離段階を行う。
【００７６】
その際、従来にように前記プローブ４１を前記溶接部位から直ちに離脱させた場合には、上記で図１３に示したように、溶接部位２９ａの一部に溝（プローブの離脱穴）２８ａが形成されるので、溶接後、後処理工程であるコーティング工程において、前記溝２８ａにコーティング液が溜まり、この状態で焼成して研磨処理するとコーティング膜の厚さが不均一になり、溶接部位の耐久性が損なわれてしまう。
【００７７】
そこで図１０を参照すると、本発明によれば、これを防ぐために、前記溶接手段分離段階以前に先ず溝（プローブの離脱穴）の位置を前記溶接部位から非コーティング領域である位置に移動させなければならない。そのため、サーボモータ３７を駆動して前記回転支持手段３１の下方に設けられたテーブル３６をピストン軸方向に移動する移動段階を行う。
【００７８】
前記プローブ４１の位置を溶接部位から非コーティング領域である位置へ移動させるには、前記テーブル３６ではなく、溶接手段４０を移動させてもよい。
【００７９】
前記移動段階によって前記プローブ４１の位置を非コーティング領域である第１ピストン素材２３のブリッジ２１部位へ移動してしまえば、図１１に示すように、前記スピンドルモータによって、前記溶接手段４０をプローブ４１を含めて前記第１ピストン素材２３のブリッジ部位２１から離脱させ、元位置に復帰させる、溶接手段分離段階を行う。
【００８０】
図１２は、上述の方法によって製造されたピストン２０の構造を示すものであって、摩擦溶接後、前記溶接手段４０のプローブ４１による溝（プローブの離脱穴）２８が前記第１ピストン素材２３のブリッジ２１部位に形成されたことを知ることができる。
【００８１】
符号２９は、前記第１、第２ピストン素材の溶接部位とブリッジ２１に残された、溶接手段４０のプローブ４１が通り過ぎた痕を示す。
【００８２】
上述のとおり、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の趣旨はこれに限定されず、当業者ならば、本発明の要旨を外れない範囲内で種々にその変形と応用が可能である。従って、本発明の真正な技術的保護範囲は添付された特許請求範囲の技術的思想によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、特に車両の空調装置に使われる圧縮機のピストンの製造に好適であって、経済的、効率的に均一な溶接強度が得られる摩擦撹拌溶接法がピストンの口径に無関係に実質的に連続的に製造でき、後処理のコーティングにおいて均一なコーティング膜が得られるので、耐久性の高いピストンが低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明によるピストンを採用した可変容量型斜板式圧縮機の概略断面図。
【図２】本発明によるピストンの斜視図。
【図３】本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接装置を概略的に示した正面図。
【図４】図３における支持ローラの弾性構造を概略的に示した側断面図。
【図５】図３における支持ローラの弾性構造を概略的に示した側断面図。
【図６】図３におけるガイド部材の斜視図。
【図７】本発明によるピストンの断面図。
【図８】本発明によるピストンの製造過程を示した概略断面図。
【図９】本発明によるピストンの製造過程を示した概略断面図。
【図１０】本発明によるピストンの製造過程を示した概略断面図。
【図１１】本発明によるピストンの製造過程を示した概略断面図。
【図１２】本発明によるピストンが溶接された状態を示した図面。
【図１３】従来技術によってピストンが溶接された状態を示した図面。
【符号の説明】
【００８５】
２０  ：ピストン
２１  ：ブリッジ
２２  ：第１結合部
２２ａ：第１結合部の支持部
２３  ：第１ピストン素材
２４  ：第２結合部
２４ａ：第２結合部の支持部
２５  ：中空部
２６  ：第２ピストン素材
２７  ：センター溝
２８、２８ａ  ：溝
２９、２９ａ  ：溶接部位
３１  ：回転支持手段
３１ａ：第１支持手段
３１ｂ：第２支持手段
３２  ：油圧シリンダ
３３  ：支持ローラ
３４  ：支持部材
３５  ：固定台
３６  ：テ−ブル
３７  ：サーボモータ
３８  ：移送手段
４０  ：溶接手段
４１  ：プローブ
５１  ：垂直通孔
５２、７２  ：弾性スプリング
５３  ：昇降部材
５３ａ：上部昇降部材
５３ｂ：下部昇降部材
５４  ：凹溝
５５  ：係止顎
６０  ：ガイド部材
７０  ：固定手段
７１  ：水平通孔
７３  ：移動部材
７４  ：楔型固定部材
７５、７８  ：ボルト
７６  ：連結部材
７７  ：駆動手段（エアシリンダ）
【図１】
2005081408.tif 000003
【図２】
2005081408.tif 000004
【図３】
2005081408.tif 000005
【図４】
2005081408.tif 000006
【図５】
2005081408.tif 000007
【図６】
2005081408.tif 000008
【図７】
2005081408.tif 000009
【図８】
2005081408.tif 000010
【図９】
2005081408.tif 000011
【図１０】
2005081408.tif 000012
【図１１】
2005081408.tif 000013
【図１２】
2005081408.tif 000014
【図１３】
2005081408.tif 000015