(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材と、前記第１部材の開口端側を閉塞すると共に前記シリンダボア内において前記第１部材を往復摺動させる駆動装置に係合する第２部材とを接合することで中空に形成されている圧縮機用ピストンの製造方法において、
前記第１部材に対し、
金属素材を加工して一端が開口された有底筒状の筒状部とこの筒状部の開口端部において径方向外側へ一体に延設された鍔部とを有する粗形品を製造する工程と、
この工程で製造された粗形品に熱処理を施す工程と、
前記熱処理によって得られた前記粗形品に対して前記鍔部を含む開口端部を除去する工程と
を含むことを特徴とする圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項２】
前記粗形品を製造する工程は、前記金属素材を鍛造加工によって製造する工程であることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項３】
前記金属素材はアルミニウム合金製の素材からなることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
【請求項４】
一端が開口された有底筒状の筒状部とこの筒状部の開口端部において径方向外側へ一体に延設された鍔部とを有する粗形品を金属素材を加工して製造する工程と、この工程で製造された粗形品に熱処理を施す工程と、前記熱処理によって得られた前記粗形品に対して前記鍔部を含む開口端部を除去する工程とを少なくとも用いて形成され、シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材と、
この第１部材の開口端側を閉塞すると共に前記シリンダボア内において前記第１部材を往復摺動させる駆動装置に係合する第２部材と、
を接合することで中空に形成されていることを特徴とする圧縮機用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮機に用いられるピストン、特に熱処理を施した２つの部材を接合して中空に形成されているピストンの製造方法、及び、その製造方法によって形成されたピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機のピストンは、製造に必要な材料投入量を低減する必要から、また、ピストンの慣性力を小さくして斜板の傾斜角度の制御性能を向上させる必要から、中空に形成すると共に、シリンダボアに摺動可能に挿入されるピストンの頭部を薄肉の筒状構造に形成して軽量化を図ることが考えられている。
【０００３】
このような観点から、現在、本出願人が開発を進めている圧縮機のピストンにあっては、シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材と、この第１部材の開口端側を閉塞し、シリンダボア内において第１部材を往復摺動させる駆動装置に係合する係合部を備えた第２部材とを軸方向に突き合わせて接合し、中空のピストンを形成するようにしている。これら第１及び第２部材は、アルミニウム等の軽量の金属素材を鍛造加工によりそれぞれの粗形品を形成し、溶体化処理や人工時効処理などの熱処理を施した後に、適宜機械加工を施した上で溶接などの手段によって接合するようにしている。このような２分割部材を用いてピストンを製造する場合においては、各部材が鍛造加工によって成形し易くなると共に、第１部材の薄肉化が図りやすくなる等の利点がある。
【０００４】
しかしながら、上述した第１部材は一端が開口した有底筒状に形成されているので、薄肉にしたことに起因して、次のような不都合が生じている。即ち、第１部材を成形するに当り、有底円筒状の粗形品に溶体化処理や時効処理などの熱処理を施すと、薄肉であるが故に熱による歪みが生じやすくなる。特に、熱による歪みは、開口端側において現れやすくなり、実際に熱処理後の粗形品の開口端部の変形量（径の歪）を径方向の最大寸法と最小寸法との差（ΔＲ）として調べてみると、図６のハッチ部分に示されるように、広い範囲に亘ってΔＲにばらつきが生じ、許容できない変形量に達するものが多数存在してしまうことが確認されている。
【０００５】
このため、従来においては、このような熱処理工程での熱変形を抑えるために、▲１▼鍛造によって成形される第１部材の粗形品を内側に十分な加工代を設けて肉厚に形成し、熱処理後に所定の寸法となるように内側を加工する方法や、▲２▼第１部材の内側を鍛造肌のまま使用する場合であれば、鍛造によって成形される第１部材の粗形品の外径寸法を最終製品よりも大きく形成して肉厚に形成し、熱処理後において所定の外形寸法となるように第１部材の外側を加工する方法、▲３▼粗形品を変形しにくい姿勢で（例えば、開口部を下に向けて）熱処理炉に置く方法等の回避策が検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼の方法によれば、第１部材の粗形品の内側に加工代を予め設けておく必要があるので、粗形品を肉厚に形成することで熱による歪を抑えることはできるが、粗形品を製造するための材料投入量が多くなり、材料費や加工費が増大するという不都合がある。
【０００７】
また、▲２▼の方法によれば、第１部材の粗形品の外側に加工代を予め設けておくので、粗形品を肉厚に形成することで熱による歪を抑えることはできるが、この場合も同様に、粗形品を製造するための材料投入量が多くなり、材料費や加工費が増大するという不都合がある。
【０００８】
さらに、▲３▼のように、熱処理工程での粗形品の置き方を工夫する方法によれば、粗形品に格別な処理を施す必要がなくなり、材料費や加工費の増大を避けることができるようになるが、このような手法を用いても、変形度合いのばらつきに大きな変化はなく、仮に変形しにくい特定の姿勢を見出すことができたとしても、熱処理工程時においては、粗形品毎に姿勢決めを手作業で行う必要があり、作業効率が悪いものであった。
【０００９】
そこで、この発明においては、ピストンの粗形品を成形する際の材料投入量を低減することができると共に、熱処理による歪みを抑えることで不良品の発生を低減することができる圧縮機用ピストンの製造方法、及びこの方法によって製造されたピストンを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、この発明に係る圧縮機用ピストンの製造方法は、シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材と、前記第１部材の開口端側を閉塞すると共に前記シリンダボア内において前記第１部材を往復摺動させる駆動装置に係合する第２部材とを接合することで中空に形成されている圧縮機用ピストンの製造方法において、前記第１部材に対し、金属素材を加工して一端が開口された有底の筒状部とこの筒状部の開口端部において径方向外側へ一体に延設された鍔部とを有する粗形品を製造する工程と、この工程で製造された粗形品に熱処理を施す工程と、前記熱処理によって得られた前記粗形品に対して前記鍔部を含む開口端部を除去する工程とを含むことを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
ここで、第１部材と第２部材とを接合して中空に形成される圧縮機用ピストンとしては、一端側に第１部材が設けられ、他端側に第２部材が設けられる片頭ピストンであっても、両端側に第１部材が設けられ、その間に第２部材が設けられる両頭ピストンであってもよい。
【００１２】
したがって、第１部材の粗形品を製造する工程においては、筒状部の開口端部に鍔部が一体に形成されるので、この粗形品に熱処理を施す場合においても、熱歪みを鍔部によって抑えることが可能となり、開口端部の変形を防ぐことが可能となる。また、鍔部を開口端部に設けるようにしたので、筒状部の内側又は外側の全体を肉厚にして変形しにくくする必要がなくなり、材料投入量を抑えることができると共に、加工処理の低減を図ることが可能となる。
【００１３】
上述の粗形品を製造する工程は、金属素材を鍛造加工により製造する工程であることが好ましい（請求項２）。即ち、一般的に利用されている後方押し出し加工による場合には、鍛造型にストッパ部を設けておくことで、後方へ押し出される材料を径方向外側へ逃がして鍔部を一体成形することが可能となり、粗形品を容易に成形することができる。また、鍛造型にストッパを設けずに単純に後方へ押し出す従来の製法と比べても、後方へ押し出されていた材料の一部が径方向外側へ逃げるだけであるので、材料使用量を異ならせることなく粗形品を成形することが可能となる。ここで、鍛造工法は、冷間鍛造、熱間鍛造、温間鍛造のいずれであってもよい。
【００１４】
尚、金属素材としては、アルミニウム合金製の素材を用いることが、ピストンの軽量化を図る上で好ましい（請求項３）。
【００１５】
また、この発明に係る圧縮機用ピストンは、一端が開口された有底筒状の筒状部とこの筒状部の開口端部において径方向外側へ一体に延設された鍔部とを有する粗形品を金属素材を加工して製造する工程と、この工程で製造された粗形品に熱処理を施す工程と、前記熱処理によって得られた前記粗形品に対して前記鍔部を含む開口端部を除去する工程とを少なくとも用いて形成され、シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材と、この第１部材の開口端側を閉塞すると共に前記シリンダボア内において前記第１部材を往復摺動させる駆動装置に係合する第２部材と、を接合することで中空に形成されていることに特徴がある（請求項４）。
【００１６】
このようなピストンにあっては、第１部材をほぼ均一の形状に成形することが可能となるので、ピストンの厳格な寸法管理に適していると共に、不良品の発生を低減することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。図１において、本発明に係るピストンを用いた可変容量型斜板式圧縮機が示されている。この圧縮機は、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１のリア側（図中、右側）にバルブプレート２を介して組み付けられたリアヘッド３と、シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられたフロントヘッド４とを有して構成されている。これらフロントヘッド４、シリンダブロック１、バルブプレート２、及び、リアヘッド３は、締結ボルト５により軸方向に締結されており、圧縮機全体のハウジングを構成している。
【００１８】
フロントヘッド４とシリンダブロック１とによって画設されるクランク室６には、一端がフロントヘッド４から突出するシャフト７が収容されている。このシャフト７のフロントヘッド４から突出した部分には、ボルト８によって軸方向に取り付けられた中継部材９が固定されており、フロントヘッド４の端部に回転自在に外嵌されると共に車両のエンジンにベルトを介して連結される駆動プーリ１０が中継部材９にネジ止めなどの適当な手段によって固定されている。また、このシャフト７の一端側は、フロントヘッド４との間に設けられたシール部材１１を介してフロントヘッド４との間が気密よく封じられると共にラジアル軸受１２によって回転自在に支持されており、シャフト７の他端側は、シリンダブロック１に収容されたラジアル軸受１３によって回転自在に支持されている。
【００１９】
シリンダブロック１には、前記ラジアル軸受１３が収容される貫通孔１４と、この貫通孔１４を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１５とが形成されており、それぞれのシリンダボア１５には、片頭ピストン１６が往復摺動可能に挿入されている。この片頭ピストン１６は、シリンダボア１５内に摺動可能に挿入される頭部１６ａと、クランク室に突出する係合部１６ｂとを有しているもので、中空に形成されている。
【００２０】
前記シャフト７には、クランク室６内において、該シャフト７と一体に回転するスラストフランジ１７が固定されている。このスラストフランジ１７は、フロントヘッド４に対してスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されており、リンク機構１９を介して斜板２０が連結されている。この斜板２０は、シャフト７を中心に揺動可能に取り付けられているもので、スラストフランジ１７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板２０は、その周縁部分が前後に挟み込むように設けられた一対のシュー２１を介して片頭ピストン１６の係合部１６ｂに係留されている。
【００２１】
したがって、シャフト７が回転すると、これに伴って斜板２０が回転し、この斜板２０の回転運動がシュー２１を介して片頭ピストン１６の往復直線運動に変換され、シリンダボア内において片頭ピストン１６とバルブプレート２との間に画設された圧縮室２３の容積が変更されるようになっている。
【００２２】
バルブプレート２には、それぞれのシリンダボア１５に対応して吸入孔２４と吐出孔２５とが形成され、また、リアヘッド３には、圧縮室２３に供給する作動流体を収容する吸入室２６と、圧縮室２３から吐出した作動流体を収容する吐出室２７とが画設されている。吸入室２６は、リアヘッド３の中央部分に形成されており、蒸発器の出口側に通じる吸入口２８に連通すると共にバルブプレート２の吸入孔２４を介して圧縮室２３に連通可能となっている。また、吐出室２７は、吸入室６の周囲に連続的に形成されており、図示しない凝縮器の入口側に通じる吐出口に連通すると共にバルブプレート２の吐出孔２５を介して圧縮室２３に連通可能となっている。ここで、吸入孔２４は、バルブプレート２のフロント側端面に設けられた吸入弁２９によって開閉され、吐出孔２５は、バルブプレート２のリア側端面に設けられた吐出弁３０によって開閉されるようになっている。
【００２３】
さらに、この例においては、バルブプレート２に、シリンダブロック１の貫通孔１４と吸入室２６とを連通するオリフィス状のリークポート３１が形成され、また、シャフト７に、一端がシリンダブロック１の貫通孔１４に開口し、他端がシャフト周囲のシール部材１１とラジアル軸受１２との間に開口する排出通路３２が形成されている。したがって、クランク室６と低圧室２６とは、スラスト軸受１８やラジアル軸受１２の隙間、シャフト７の排出通路３２、シリンダブロック１の環通孔１４、及びリークポート３１を介して連通しており、クランク室圧は、吸入室２６に徐々にリークするようになっている。
【００２４】
また、リアヘッド３には、吐出室２７とクランク室６とを連通する通路（図示せず）上に配された圧力制御弁３３が取り付けられている。この圧力制御弁３３は、吐出室２７とクランク室６との連通状態を調節してクランク室圧を制御するようにしているもので、このクランク室圧の制御により、片頭ピストン１６の前後に作用する圧力（クランク室圧とシリンダボア内の圧力）の差を調節し、これにより斜板２０の揺動傾角を調節して片頭ピストン１６のストローク、即ち吐出容量を制御するようにしている。
【００２５】
上述した片頭ピストン１６は、図２（ａ）にも示されるように、シリンダボアに摺動可能に挿入される頭部１６ａを構成している有底筒状の第１部材３５と、第１部材３５の開口端部を閉塞し、駆動装置としての斜板２０にシュー２１を介して係合する係合部１６ｂを備えた第２部材３６とを軸方向に接合して形成されている。この第１部材３５と第２部材３６との接合は、図２（ｂ）に示されるように、第１部材３５と対向する第２部材３６の端部周縁に段部３７を形成し、この段部３７に第１部材３５の開放端を外嵌させ、この嵌合部分を全周に亘って電子ビーム溶接（図中、砂状に示す部分）を施すことなどによって行われている。
【００２６】
これら第１部材３５と第２部材３６は、アルミニウム合金製の金属素材を用いて、例えば冷間鍛造法の後方押し出し加工によって成形されるもので、特に第１部材は、次のような工程によって製造される。
【００２７】
先ず、棒状に形成された金属素材を所定の長さに切断し、次に、この切断した素材を鍛造用金型で後方押し出し加工を施すことによって、図３に示すような、一端が開口された有底の筒状部４０ａとこの筒状部４０ａの開口端部において径方向外側へ全周に亘って一体に延設された円環状の鍔部４０ｂとを有する粗形品４０を製造する。ここで、粗形品４０の鍔部４０ｂは、図４に示されるように、鍛造用金型のダイス４１に挿入されるポンチ４２にストッパ部４２ａを設け、後方へ押し出される金属素材４３をこのストッパ部４２ａにより径方向外側へ逃がすことによって形成するとよい。
【００２８】
その後、鍛造された粗形品４０を熱処理炉へ移し、Ｔ６処理（溶体化処理後、人工時効効果処理）からなる熱処理を施して強度を増大させる。そして、このような熱処理によって得られた粗形品に対して、図５に示されるように、鍔部４０ｂを含む開口端部を機械加工などによって除去し、開口端部の内側を図２に示されるように第２部材３６の段部に嵌合し得るように機械加工すると共に、外側を所定の外径寸法となるように機械加工を施す。この際、内側においては、開口端部を除いて鍛造肌のまま用いるとよい。
【００２９】
したがって、第１部材３５を製造する過程において、粗形品４０を鍛造成形する段階で開口端部に鍔部４０ｂを一体に形成するようにしたので、熱処理の工程において、熱による歪が生じにくくなり、不良な粗形品の発生する頻度を低減することが可能となる。実際に、鍔部４０ｂを設けた粗形品４０の熱処理後に対する開口端部の変形量（径の歪）を、開口端部の径方向の最大寸法と最小寸法との差（ΔＲ）として調べてみると、図６の黒帯部分に示されるように、ΔＲのばらつき範囲が狭くなり、ほとんで全ての製造品を許容範囲内とすることができた。尚、図中において、「熱処理姿勢整列有り」とは、粗形品を熱処理炉に変形しにくい姿勢で配置（開口端部を下方に向けて配置）した場合のことであり、「熱処理姿勢整列無し」とは、粗形品４０を熱処理炉にランダムな姿勢で配置した場合のことである。
【００３０】
したがって、上述のような工程を経て製造された第１部材は、熱処理工程時の熱による歪みが少ないことから、予め薄肉にすることが可能となり、内側にあっては接合部分を除いて加工を施さずに鍛造肌のままとし、外側にあっては加工代を小さく設定することが可能となり、材料投入量や加工作業を減らして材料費や加工費を節約することが可能となる。
【００３１】
また、粗形品４０に一体に形成される鍔部４０ｂは、いままで後方へ規制されることなく押し出されていた金属素材４３を鍛造金型（ポンチ４２）にストッパ部４２ａを設けて径方向外側へ逃がすことによって一体成形されるので、鍔部４０ｂを形成することによる材料投入量の増加を回避することが可能となる。さらに、鍔部４０ｂを設けて粗形品４０の熱変形を低減するようにしたので、熱処理工程において、粗形品４０の置き方（姿勢）に制約を加える必要がなくなり、作業効率の向上を図ることが可能となる。そして、このようにして形成された第１部材３５を第２部材３６に接合して構成される片頭ピストン１６は、生産性がよく、ほぼ均一に製造することが可能となるので、厳格な寸法管理に適していると共に不良品の発生を低減することが可能となる。
【００３２】
尚、上述の構成においては、鍛造工法として冷間鍛造を用いた場合を示したが、熱間鍛造や温間鍛造を用いてもよく、また、上述においては、クラッチレスの可変容量型斜板式圧縮機について説明したが、クラッチ付き圧縮機にあっても、揺動斜板型圧縮機にあっても、有底筒状の第１部材３５と、係合部を有して第１部材３５の開口端側を閉塞する第２部材３６とを接合して中空に形成されるピストンを用いる圧縮機であれば、上述した製法を適用することが可能である。
【００３３】
さらに、上述の構成においては、シリンダボア１５に摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材３５を片頭ピストン１６に適用した構成例を示したが、シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材を両端に設け、これら第１部材を、駆動装置（斜板）に係合する係合部を備えてそれぞれの第１部材の開口端側を閉塞する第２部材と接合することで中空の両頭ピストンを製造する場合においても、それぞれの第１部材に対して、上述した製法を適用するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、中空ピストンを構成する部材のうち、シリンダボアに摺動可能に挿入される有底筒状の第１部材を、金属素材を加工して一端が開口された有底の筒状部とこの筒状部の開口端部において径方向外側へ一体に延設された鍔部とを有する粗形品を製造する工程と、この工程で製造された粗形品に熱処理を施す工程と、熱処理によって得られた粗形品に対して鍔部を含む開口端部を除去する工程とを少なくとも有して成形するようにしたので、粗形品に熱処理を施す場合においても、熱の歪みを鍔部によって抑えることが可能となり、開口端部の変形を防ぐことが可能となる。
【００３５】
その結果、粗形品の筒状部の内側又は外側に加工代を設けて全体を肉厚にする必要がなくなり、材料投入量を抑えることができると共に、加工処理を削減することが可能となる。また、厚みを薄くしても変形を防止することができることから、内周面を鍛造肌のままとし、外周面に必要最小限の加工代を設けるだけとすることが可能となり、材料費や加工費の削減を図りやすいものとすることが可能となる。
【００３６】
さらに、粗形品の熱処理での変形を防ぐことができることから、熱処理の姿勢決めを行うことが不要となり、作業効率の向上を図ることができ、また、第１部材をほぼ均一に成形することが可能となるので、ピストンの厳格な寸法管理に適していると共に、不良品の発生を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、可変容量型斜板式圧縮機の全体構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１で示す圧縮機のピストンを示す拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）で示すピストンの第１部材と第２部材との接合部分を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、ピストンの第１部材の製造過程で形成される粗形品を示し、図３（ａ）はその断面図を、図３（ｂ）はその斜視図を示す。
【図４】図４は、図３で示す粗形品を鍛造成形する方法を説明する図である。
【図５】図５は、第１部材の粗形品の鍔部を除去した状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、ピストンの第１部材の粗形品において、鍔部を形成しなかった場合（ハッチ部分）と鍔部を形成した場合（黒帯部分）との径の歪み（開口端部の径方向の最大寸法と最小寸法との差：ΔＲ）の分布を示す棒グラフである。
【符号の説明】
１５  シリンダボア
１６  片頭ピストン
２０  斜板
３５  第１部材
３６  第２部材
４０  粗形品
４０ａ  筒状部
４０ｂ  鍔部
【図１】
0004026123.tif 000002
【図２】
0004026123.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004026123.tif 000005
【図５】
0004026123.tif 000006
【図６】
0004026123.tif 000007