JP2001227464A - 圧縮機用中空ピストンおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中空円筒状部材と閉塞部材とを十分な溶接強度
で接合する。 【解決手段】本体部材１６２は、中空円筒状部１７０を
備え、その外周面１７３の開口側端面１７４に隣接する
部分に端面１７４の外周縁に沿って延びる切欠１７６を
有する。中空円筒状部１７０の開口を閉塞するキャップ
１６４は、有底の段付円筒状をなし、その外周面２０３
の端面１９６に隣接する部分には、端面１９６の外周縁
に沿って延びる切欠２０４を有する。端面１７４と端面
１９６とが当接してキャップ１６４の中空円筒状部１７
０内の嵌合深さを規定した状態では、切欠１７６，２０
４により矩形断面の溝２２０が周方向に形成される。溝
２２０の底面２２２の端面１７４，１９６の位置に沿っ
て電子ビームを照射し、端面１７４，１９６同士を溶接
する。溶接後、中空円筒状部１７０およびキャップ１６
４の外周面１７３，２０３の機械加工時に、溝２２０を
残して油溝として使用してもよいし、溝２２０を完全に
除去してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機用のピストン
に関するものであり、特に、少なくともシリンダボアに
嵌合される頭部が中空である中空ピストンと、それの製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機のピストンは往復運動をするもの
であるからできる限り軽量化することが望ましい。特
に、圧縮機全体の小形化が強く要求される車両用エアコ
ンの冷媒圧縮機においては、ピストンの往復運動の周波
数が高いため、ピストン軽量化の要求が強く、中でも、
斜板の傾斜角度を変更することにより吐出容量を変更す
る可変容量型斜板式圧縮機においてその要求が強い。そ
のため、従来から、ピストンの、少なくともシリンダボ
アに嵌合される頭部を中空とすることが行われている。
この中空ピストンは、有底の中空円筒状部を有する本体
部材の開口を閉塞部材によって閉塞することにより製造
されている。

【０００３】閉塞部材は単純な円板状とされることも、
円板部と円筒部とを備えた有底の中空円筒状とされるこ
ともあり、さらに、ピストンを往復運動させる往復駆動
装置と係合する係合部を一体に備えるものとされること
もある。本体部材と閉塞部材とは溶接により接合される
ことが多い。閉塞部材が単純な円板状のものである場合
には、閉塞部材の端面が本体部材の中空円筒部の開口側
端面に溶接される場合と、閉塞部材が中空円筒部の開口
端部内に嵌合され、中空円筒部の内周面と閉塞部材の外
周面とが溶接される場合とがある。閉塞部材が円板部と
円筒部とを備える場合には、その円筒部の端面と本体部
材の中空円筒部の端面とにおいて溶接される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果】本体部材と閉塞部材との溶接後、中空ピストンの外
面に切削，研削等の機械加工が施される。その際、溶接
時に形成された溶融部の外面側の部分も共に除去される
ため、その分、溶接深さを深くしておくことが必要であ
る。中空ピストンの使用中に、本体部材と閉塞部材との
間には、被圧縮ガスの圧力や往復運動に伴う慣性力等に
基づく力が作用するため、一定以上の溶接強度が必要で
あるからである。この観点からすると、一旦深い溶接を
行った後、溶融金属の一部を除去することは著しく無駄
である。特に、溶接が電子ビーム，レーザビーム等を使
用したビーム溶接により行われる場合には、溶接深さを
深くするためにビームの強度を強くし、あるいは照射時
間を長くすることが必要であって、設備コストの上昇あ
るいは作業能率の低下につながるため望ましくない。そ
の上、中空ピストンが、軽量化のためにアルミニウム合
金製とされる場合には、溶接時にアルミニウム合金中に
含まれる気体がブローホールを形成し易く、溶接深さが
深いほどブローホールが生じ易い。したがって、ビーム
溶接が行われる場合には溶接深さをできる限り浅くする
ことが望ましく、中空ピストンがアルミニウム合金製で
ある場合には特に望ましい。

【０００５】本発明は、以上の事情を背景とし、圧縮機
用中空ピストンの製造時に溶接深さを無駄に深くする必
要がないようにすることを課題としてなされたものであ
り、本発明によって、下記各態様の圧縮機用中空ピスト
ンおよびそれの製造方法が得られる。各態様は請求項と
同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて
他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あく
までも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書
に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各
項に記載のものに限定されると解釈されるべきではな
い。また、一つの項に複数の事項が記載されている場
合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければなら
ないわけではない。一部の事項のみを選択して採用する
ことも可能なのである。

【０００６】（１）少なくとも一端が開口した中空円筒
状部材と、その開口を閉塞する閉塞部材とを、それら中
空円筒状部材と閉塞部材との溶接面同士を溶接すること
により一体化し、圧縮機用中空ピストンを製造する方法
であって、前記中空円筒状部材と前記閉塞部材との各外
面の、前記溶接面に隣接する部分にそれぞれ溶接面の端
縁に沿って延びる切欠を形成し、それら切欠に、中空円
筒状部材と閉塞部材とを合わせた状態で溝を形成させ、
その溝の底面に溶接ビームを照射することにより、溶接
面同士を溶接することを特徴とする圧縮機用中空ピスト
ンの製造方法（請求項１）。このように、中空円筒状部
材と閉塞部材とを合わせた状態で溝が形成されるように
し、その溝の底面に溶接ビームを照射することによって
溶接面同士を溶接すれば、従来より溝の深さ分だけ溶接
深さを浅くすることができる。 （２）前記溶接面が、前記中空円筒状部材の開口側端面
と、前記閉塞部材の前記開口側端面に当接する面とであ
る (1)項に記載の圧縮機用中空ピストンの製造方法（請
求項２）。この態様においては、溝が、中空円筒状部材
と閉塞部材とが合わされたものの外周面に形成される。 （３）前記閉塞部材に中空円筒状部を設け、その中空円
筒状部の端面と中空円筒状部材の開口側端面とを溶接面
とする (2)項に記載の圧縮機用中空ピストンの製造方法
（請求項３）。このように、閉塞部材の中空円筒状部の
端面と中空円筒状部材の開口側端面とを溶接すれば、中
空ピストンの使用時に溶接部に応力集中が発生すること
を回避し得る。中空ピストンの使用時には、被圧縮ガス
の圧力に基づいて閉塞部材の円板部が内側に凸に湾曲さ
せられ、慣性力に基づいて外側に凸に湾曲させられる。
その際、円板部と円筒部との境界部に応力集中が発生
し、この部分に溶接部が存在すれば、溶接部が応力集中
による大きい応力を受けることとなり、疲労破壊等の原
因となるため、その分だけ溶接面積を広くしておく必要
があるのであるが、本態様によれば、その必要がない。 （４）前記閉塞部材に円環状の嵌合突部を形成し、その
嵌合突部を前記中空円筒状部材の開口部内に嵌合する
(2)項または (3)項に記載の圧縮機用中空ピストンの製
造方法（請求項４）。嵌合突部を中空円筒状部材の開口
部内に嵌合すれば、中空円筒状部材と閉塞部材との相対
位置決めを容易に行うことができる。 （５）前記中空円筒状部材の開口側端面と、前記閉塞部
材の前記開口側端面に当接する面とを、開口側端面の内
周縁まで溶接する (2)項ないし (4)項のいずれか１つに
記載の圧縮機用中空ピストンの製造方法（請求項５）。
このように、開口側端面の内周縁まで溶接すれば、溶接
部の強度が向上する。開口側端面の内周側の部分は溶接
せず、外周側の部分のみを溶接することも可能である。
しかし、この場合には、内周側の溶接されていない部分
が、あたかもクラックであるかのように機能し、 (3)項
に関連して説明した円板部の湾曲に伴って溶接部に応力
集中が生じるのに対し、開口側端面の内周縁まで溶接さ
れるようにすれば、上記応力集中を回避することがで
き、溶接部の強度を向上させることができるのである。 （６）前記溶接面が、前記中空円筒状部材の開口部内周
面と、前記閉塞部材の前記内周面に嵌合する外周面とで
ある (1)項に記載の圧縮機用中空ピストンの製造方法。 （７）前記溝の横断面形状が矩形である (1)項ないし
(6)項のいずれか１つに記載の圧縮機用中空ピストンの
製造方法。溝の横断面形状を浅いＶ字形，Ｕ字形等他の
形状とすることも可能であるが、矩形溝とすれば、溶融
部が最も少なくて済む利点がある。 （８）前記溶接面の溶接後、前記外面を機械加工する
(1)項ないし (7)項のいずれか１つに記載の圧縮機用中
空ピストンの製造方法。外面の機械加工時に溝が残るよ
うに外面を加工してもよく、次項に記載するように溝が
残らないように加工してもよい。溝が残される外面が、
中空ピストンの外周面である場合には、残された溝を潤
滑油を保持する油溝として機能させ得る利点がある。 （９）前記外面の機械加工時に、前記溝の底面も同時に
機械加工する (8)項に記載の圧縮機用中空ピストンの製
造方法。溝の底面も機械加工する場合でも、従来のよう
に溝を形成することなく溶接を行った後に外面を機械加
工する場合に比較して、溶融部の加工量が少なくなり、
溶接深さが浅くて済むという本発明の効果を享受するこ
とができる。溝が形成されるのが中空ピストンの外周面
である場合に溝が残るようにすれば、 (8)項で説明した
利点が得られるのであるが、溝を残すことは不可欠では
ない。溝が形成されるのが、中空ピストンの頂面である
場合には、中空ピストンが上死点に達した時点での圧縮
室の容積が無駄に大きくなることを回避するために、溝
底面まで機械加工し、溝を完全に除去することが望まし
い。 （１０）前記中空円筒状部材と前記閉塞部材とをアルミ
ニウム合金により製造する (1)項ないし (9)項のいずれ
か１つに記載の圧縮機用中空ピストンの製造方法。 （１１）有底の中空円筒状部を有する本体部材と、その
本体部材の開口を閉塞する閉塞部材とが、軸方向の端面
同士において溶接されて成る圧縮機用中空ピストンであ
って、前記中空円筒状部と前記閉塞部材との各外周面
の、前記端面に隣接する部分にそれぞれ端面の外周縁に
沿って延びる切欠が形成され、中空円筒状部と閉塞部材
とが合わされた状態で前記切欠により形成される溝の底
壁内に前記端面同士の溶接部が存在する圧縮機用中空ピ
ストン（請求項６）。本態様の発明によれば、前記 (1)
項に記載の効果が得られ、かつ、溝を油溝として機能さ
せ得る効果も得られる。 （１２）前記閉塞部材が中空円筒状部を有し、その中空
円筒状部の端面と前記中空円筒状部の開口側端面とが溶
接された(11)項に記載の圧縮機用中空ピストン。 （１３）前記中空円筒状部の開口側端面と前記閉塞部材
とが、前記開口側端面の内周縁まで溶接された(11)項ま
たは(12)項に記載の圧縮機用中空ピストン。 （１４）前記閉塞部材が円環状の嵌合突部を有し、その
嵌合突部が前記中空円筒状部の開口部内に嵌合された(1
1)項ないし(13)項に記載の圧縮機用中空ピストン。 （１５）前記溝にピストンリングが嵌合された(11)項な
いし(14)項のいずれか１つに記載の圧縮機用中空ピスト
ン（請求項７）。本態様によれば、溝をリング溝として
利用することができる。この場合には、必要に応じて溝
の底面を中空ピストンの外径より小さく機械加工しても
よい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態である車
両用空調装置に用いられる斜板式圧縮機用中空ピストン
の製造を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。図
１に本実施形態における斜板式圧縮機を示す。図１にお
いて、１０はシリンダブロックであり、シリンダブロッ
ク１０の中心軸線回りの一円周上には、軸方向に延びる
複数のシリンダボア１２が形成されている。シリンダボ
ア１２の各々には、片頭ピストン１４（以下、ピストン
１４と略称する）が往復運動可能に配設されている。シ
リンダブロック１０の軸方向の一端面（図１の左側の端
面であり、前端面と称する）には、フロントハウジング
１６が取り付けられ、他方の端面（図１の右側の端面で
あり、後端面と称する）には、リヤハウジング１８がバ
ルブプレート２０を介して取り付けられている。フロン
トハウジング１６，リヤハウジング１８，シリンダブロ
ック１０等により斜板式圧縮機の本体が構成される。リ
ヤハウジング１８とバルブプレート２０との間には、吸
気室２２，吐出室２４が形成され、それぞれ、吸入ポー
ト２６，供給ポート２８を経て、図示しない冷凍回路に
接続される。バルブプレート２０には、吸入孔３２，吸
入バルブ３４，吐出孔３６，吐出バルブ３８等が設けら
れている。

【０００８】シリンダブロック１０の中心軸線上には、
回転軸５０が回転可能に設けられている。回転軸５０
は、両端部においてそれぞれベアリングを介してフロン
トハウジング１６，シリンダブロック１０に支持されて
いる。シリンダブロック１０の中心部には、中心支持穴
５６が形成されており、その中心支持穴５６において支
持されているのである。回転軸５０のフロントハウジン
グ１６側の端部は、図示しない駆動源の一種である外部
駆動源としての車両エンジンに、電磁クラッチ等のクラ
ッチ機構を介して連結されている。したがって、車両エ
ンジンの作動時に、クラッチ機構によって回転軸５０が
車両エンジンに接続されれば、回転軸５０が自身の軸線
まわりに回転させられる。

【０００９】回転軸５０には、斜板６０が軸方向に相対
移動可能かつ傾動可能に取り付けられている。斜板６０
には、中心線を通る中心穴６１が形成され、この中心穴
６１を回転軸５０が貫通している。中心穴６１は、両端
開口側ほど径が漸増させられている。回転軸５０には、
また、回転伝達部材としての回転板６２が固定され、ス
ラストベアリング６４を介してフロントハウジング１６
に係合させられている。斜板６０は、ヒンジ機構６６に
より、回転軸５０と一体的に回転させられるとともに、
軸方向の移動を伴う傾動を許される。ヒンジ機構６６
は、回転板６２に固定的に設けられた支持アーム６７
と、斜板６０に固定的に設けられ、支持アーム６７のガ
イド穴６８にスライド可能に嵌合されたガイドピン６９
と、斜板６０の中心穴６１と、回転軸５０の外周面とを
含むものである。本実施形態においては、駆動部材とし
ての斜板６０，回転軸５０，回転伝達装置を構成するヒ
ンジ機構６６等がピストン１４を往復運動させる往復駆
動装置を構成している。

【００１０】前記ピストン１４は、中空ピストンの一種
であり、斜板６０と係合させられる係合部７０と、係合
部７０と一体に設けられ、シリンダボア１２に嵌合され
る中空頭部としての頭部７２とを備えている。係合部７
０に形成された溝７４に球冠状の一対のシュー７６を介
して斜板６０が係合させられている。シュー７６は、球
面部において係合部７０に摺動可能に保持され、平面部
において斜板６０の両側面に当接し、斜板６０の外周部
を両側から摺動可能に挟持している。ピストン１４の形
状についての詳細な説明は後に行う。

【００１１】斜板６０の回転運動は、シュー７６を介し
てピストン１４の往復直線運動に変換される。ピストン
１４が上死点から下死点へ移動する吸入行程において、
吸気室２２内の冷媒ガスが吸入孔３２，吸入バルブ３４
を経てシリンダボア１２内に吸入される。ピストン１４
が下死点から上死点へ移動する圧縮行程において、シリ
ンダボア１２内の冷媒ガスが圧縮され、吐出孔３６，吐
出バルブ３８を経て吐出室２４に吐出される。冷媒ガス
の圧縮に伴ってピストン１４には、軸方向の圧縮反力が
作用する。圧縮反力は、ピストン１４，斜板６０，回転
板６２およびスラストベアリング６４を介してフロント
ハウジング１６に受けられる。ピストン１４の係合部７
０には、回り止め部（図示省略）が一体的に設けられて
いる。回り止め部は、フロントハウジング１６の内周面
に接触する状態とされ、ピストン１４の中心軸線回りの
回転を規制し、ピストン１４と斜板６０との衝突を回避
する。

【００１２】シリンダブロック１０を貫通して給気通路
８０が設けられている。この給気通路８０により、吐出
室２４と、フロントハウジング１６とシリンダブロック
１０との間に形成された斜板室８６とが接続されてい
る。給気通路８０の途中には、容量制御弁９０が設けら
れている。容量制御弁９０は、電磁弁であり、ソレノイ
ド９２はコンピュータを主体とする制御装置（図示省
略）により励磁，消磁され、冷房負荷等の情報に応じて
供給電流量が制御されて容量制御弁９０の開度が調節さ
れる。

【００１３】回転軸５０の内部には、排出通路１００が
設けられている。排出通路１００は、一端において前記
中心支持穴５６に開口させられるとともに、他端におい
て斜板室８６に開口させられている。中心支持穴５６は
排出ポート１０４を経て吸気室２２に連通させられてい
る。

【００１４】本斜板式圧縮機は可変容量型であり、高圧
源としての吐出室２４と低圧源としての吸気室２２との
圧力差を利用して斜板室８６内の圧力が制御されること
により、ピストン１４の前後に作用する、圧縮室として
のシリンダボア１２の圧力と斜板室８６の圧力との差が
調節され、斜板６０の傾斜角度が変更されてピストン１
４のストロークが変更され、圧縮機の吐出容量が調節さ
れる。具体的には、容量制御弁９０の制御により、斜板
室８６が吐出室２４に連通させられたり、遮断されたり
することによって、斜板室８６の圧力が制御される。ソ
レノイド９２の消磁状態では、容量制御弁９０が全開さ
せられて給気通路８０が連通させられた状態となり、吐
出室２４の高圧の冷媒ガスが斜板室８６に供給され、斜
板室８６内の圧力が高くなり、斜板６０の傾斜角が最小
となる。ピストン１４は、斜板６０の回転に伴って往復
移動させられるが、斜板６０の傾斜角が最小となると、
ピストン１４の容積変化率が小さくなり、圧縮機の吐出
容量が最小となる。ソレノイド９２の励磁状態では、供
給電流量を多くして容量制御弁９０の開度が小さくなる
（開度０も含む）ほど、吐出室２４の高圧の冷媒ガスの
斜板室８６への供給量が減り、斜板室８６内の冷媒ガス
は、排出通路１００，排出ポート１０４を経て吸気室２
２に放出されるため、斜板室８６内の圧力が低くなる。
それに伴って斜板６０の傾斜角が大きくなり、ピストン
１４の容積変化率が大きくなって圧縮機の吐出容量が大
きくなる。ソレノイド９２の励磁により給気通路８０が
遮断された状態では、吐出室２４の高圧の冷媒ガスが斜
板室８６に供給されない状態となって斜板６０の傾斜角
が最大となり、圧縮機の吐出容量が最大となる。斜板６
０の最大傾斜角は、斜板６０に設けられたストッパ１０
６の回転板６２への当接によって規定され、最小傾斜角
は、斜板６０の回転軸５０上のストッパ１０７への当接
によって規定される。給気通路８０，斜板室８６，容量
制御弁９０，排出通路１００，排出ポート１０４，制御
装置等により、斜板室圧力制御装置ないし斜板傾斜角度
調節装置（吐出容量調節装置）が構成されている。

【００１５】シリンダブロック１０およびピストン１４
は、金属の一種であるアルミニウム合金製のものとさ
れ、ピストン１４の外周面には、フッ素樹脂のコーティ
ングが施されている。フッ素樹脂でコーティングすれ
ば、同種金属との直接接触を回避して焼付きを防止しつ
つシリンダボア１２との嵌合隙間を可及的に狭くするこ
とができる。なお、シリンダブロック１０およびピスト
ン１４は、アルミニウム珪素系合金製のもの等とするこ
とが望ましい。ただし、シリンダブロック１０やピスト
ン１４の材料、コーティング層の材料等は、上述の材料
に限らず、他の材料であってもよい。

【００１６】ピストン１４をさらに詳細に説明する。ピ
ストン１４の係合部７０の頭部７２から遠い側の端部
は、図２に示すように、前記溝７４の形成により概して
Ｕ字形をなし、Ｕ字形の底部を成す基部１０８と、基部
１０８からピストン１４の軸線と直交する方向に延び出
す一対のアーム部１１０，１１２とを備えている。アー
ム部１１０，１１２の互いに対向する側面には、それぞ
れ凹部１１４が形成されている。これら凹部１１４の内
面は凹球面状をなし、２つの凹球面が一球面上に位置し
ている。前記一対のシュー７６は、斜板６０の外周部の
表裏両面に接触し、斜板６０を挟持するとともに凹部１
１４に保持されている。

【００１７】ピストン１４の頭部７２は、一端が開口
し、他端が閉塞された有底の中空円筒状をなす中空円筒
状部１２０と、中空円筒状部１２０に固定され、中空円
筒状部１２０の開口を閉塞する閉塞部材としてのキャッ
プ１２２とを備えている。中空円筒状部１２０は、底部
１２４において係合部７０のアーム部１１２側と一体に
形成され、本体部材１２５を構成している。底部１２４
は、中空円筒状部１２０の他端を閉塞する閉塞部を構成
している。中空円筒状部１２０の内周面１２６は、単純
な円筒面とされている。中空円筒状部１２０の外周面１
２７の開口側端面１２８に隣接する部分には、端面１２
８の外周縁に沿って延びる切欠１３０が形成されてい
る。なお、中空円筒状部１２０の周壁は、ピストン１４
の軽量化のために薄肉にされることが望ましいが、図２
においては、理解を容易にするために中空円筒状部１２
０の周壁等の厚みが誇大に示されている。

【００１８】キャップ１２２は、平板状の円板部１３４
と、円板部１３４の外周部から軸方向に延びる中空円筒
状の大径部１３６と、大径部１３６の端面１３８の内周
部から軸方向に延びる円環状の小径部１４０とを備えて
有底の段付円筒状をなしている。小径部１４０，大径部
１３６の内周面と円板部１３４の内面とによりキャップ
１２２内部には小径部１４０の端面１４２に開口する凹
部１４４が形成され、重量が軽減されている。キャップ
１２２（円板部１３４および大径部１３６）の外周面１
４６の端面１３８に隣接する部分には、端面１３８の外
周縁に沿って延びる切欠１４８が形成されている。

【００１９】キャップ１２２が、小径部１４０の外周面
１５０が中空円筒状部１２０の内周面１２６に嵌合させ
られるとともに、端面１３８が中空円筒状部１２０の開
口側端面１２８と当接する深さまで嵌合させられてお
り、開口側端面１２８と端面１３８とが溶接されること
により、両部材が接合されている。中空円筒状部１２０
の切欠１３０とキャップ１２２の切欠１４８とにより、
横断面形状が矩形の溝１５４が周方向に形成され、端面
１２８，１３８同士の溶接部１５５が、この溝１５４の
底壁１５６内に存在している。溝１５４は、潤滑油を保
持するための油溝として機能する。ピストン１４の圧縮
行程において頭部７２の頂面（キャップ１２２の端面１
４２とは反対側の端面）に作用する冷媒ガスの圧縮反力
は、端面１３８と開口側端面１２８との溶接部１５５に
よって受けられる。

【００２０】上記のように構成されたピストン１４は、
本実施形態においては１個のピストン素材から２個製造
される。そのため、図３に示すように、ピストン１４を
製造するための片頭ピストン製造用素材１６０（以下、
素材１６０と略称する）は、本体部材１６２と閉塞部材
としてのキャップ１６４とを備えている。本体部材１６
２は、係合部１６６と、係合部１６６とは反対向きに開
口した有底の中空円筒状をなす中空円筒状部１７０とを
備えている。２つの本体部材１６２は、中空円筒状部１
７０が互いに同心となるように、係合部１６６側が互い
に隣接して一体に形成されている。なお、図３において
も、中空円筒状部１７０の周壁の厚み等が理解を容易に
するために誇大に示されている。

【００２１】中空円筒状部１７０の内周面１７２は、単
純な円筒面とされている。内周面１７２は、製品たるピ
ストン１４になった場合に内周面１２６となる。中空円
筒状部１７０の外周面１７３の開口側端面１７４に隣接
する部分には、端面１７４の外周縁に沿って延びる切欠
１７６が形成されている。各係合部１６６に設けられた
ブリッジ部１８２は、図３に示すように基部１０８およ
びアーム部１１０，１１２を構成することになる部分
（それぞれ基部１８４，アーム部１８６，１８８と称す
る）の内側面同士を連結して、加工時の挟持作用に対し
て係合部１６６を補強するものであり、本体部材１６２
の剛性を高め、あるいは熱による歪みを抑制するための
補強部として設けられている。本体部材１６２は、本実
施形態においては、金属の一種であるアルミニウム合金
製であって、鋳造または鍛造により製造される。鋳造
は、砂型，金型鋳造や、真空法，ＰＦ（ポアフリーダイ
キャスティング）法，レオキャスティング法等の各種ダ
イキャスト、溶湯鍛造を含む。また、鍛造は、通常の鍛
造や、半溶融鍛造（ＳＳＦ）等を含む。

【００２２】２個のキャップ１６４は同様に構成されて
おり、一方を代表的に説明する。図３に示すように、キ
ャップ１６４は、平板状の円板部１９２と、円板部１９
２の外周部から軸方向に延びる中空円筒状の大径部１９
４と、大径部１９４の端面１９６の内周部から軸方向に
延びる円環状の小径部１９８とを備えて有底の段付円筒
状をなしている。小径部１９８，大径部１９４の内周面
と円板部１９２の内面とによりキャップ１６４内部には
小径部１９８の端面２００に開口する凹部２０２が形成
され、重量が軽減されている。凹部２０２は、製品たる
ピストン１４となった場合に凹部１４４となる。キャッ
プ１６４の外周面２０３の端面１９６に隣接する部分に
は、端面１９６の外周縁に沿って延びる切欠２０４が形
成されている。小径部１９８の外周面２０６の直径は大
径部１９４の外径より小さくされ、中空円筒状部１７０
の内周面１７２に嵌合可能である。キャップ１６４の小
径部１９８側の端面２００とは反対側の端面２１０の中
心には、図示の例では円形断面の保持部２１２が突設さ
れている。このように構成されるキャップ１６４は、本
実施形態においては、金属の一種であるアルミニウム合
金製であって、本体部材１６２と同様に、鋳造または鍛
造により製造される。

【００２３】本体部材１６２にキャップ１６４を固定す
る工程について説明する。図４（ａ）に示すように、キ
ャップ１６４が中空円筒状部１７０に同軸に位置決めさ
れ、キャップ１６４が小径部１９８を先端側として中空
円筒状部１７０の開口側から挿入され、小径部１９８が
内周面１７２に嵌合される。キャップ１６４の端面１９
６と中空円筒状部１７０の開口側端面１７４との当接に
より、キャップ１６４の嵌合深さが規定される。端面１
７４と端面１９６とが互いに当接する状態では、中空円
筒状部１７０およびキャップ１６４の外周面１７３，２
０３には、切欠１７６と切欠２０４（これらは理解を容
易にするために深さが誇大に図示されている）とによ
り、矩形の横断面形状を有する溝２２０が周方向に形成
される。そして、この溝２２０の底面２２２に図示しな
い電子ビーム溶接機の電子ビーム照射装置から電子ビー
ムが照射され、端面１７４，１９６が溶接面として溶接
される。この時、キャップ１６４の保持部２１２を収容
する収容穴を有する一対の治具（図示省略）により本体
部材１６２およびキャップ１６４が両側から挟まれた状
態で、回転駆動装置により本体部材１６２およびキャッ
プ１６４がそれらの軸線まわりに回転させられつつ、電
子ビームが本体部材１６２の軸線に直交する方向（上記
溶接面に平行な直線に沿った方向）から溝２２０の底面
２２２の上記溶接面の位置に照射されることにより、共
に円環状をなす溶接面同士が溶接される。キャップ１６
４の本体部材１６２からの浮き上がりが治具により防止
されているため、溶接が良好に行われる。本実施形態に
おいては、端面１７４，１９６の内周縁まで溶接され
る。

【００２４】なお、本実施形態においては、片頭ピスト
ン製造用素材１６０が回転させられることにより、電子
ビームの照射点が周方向に移動させられるのであるが、
電子ビーム照射装置または電子ビーム照射点が周方向に
移動させられるようにしてもよい。電子ビーム溶接は、
ビーム溶接の一種であり、これ以外に、レーザビーム溶
接としてもよい。

【００２５】上記のようにして本体部材１６２に２個の
キャップ１６４が固定された後、図４（ｂ）に示すよう
に、頭部７２を構成することになる部分、すなわち本体
部材１６２の中空円筒状部１７０を始めとする複数の部
分の切削加工が行われる。まず２個のキャップ１６４に
それぞれ設けられた保持部２１２にセンタ穴２１４（図
３に二点鎖線で図示）が形成される。その後、センタ穴
２１４にセンタが嵌合されて心出しがなされるととも
に、２個の保持部２１２がそれぞれチャックにより把持
された状態で、回転駆動装置の回転がキャップ１６４お
よび本体部材１６２に伝達され、加工が良好に行われ
る。中空円筒状部１７０およびキャップ１６４の外周面
１７３，２０３は溝２２０が残るように切削加工され
る。この残された溝が、製品としてのピストン１４とな
った場合に潤滑油保持用の溝１５４となる。

【００２６】次に、本体部材１６２の中空円筒状部１７
０の外周面を始めとする部分に塗装が行われ、例えば、
ポリテトラフルオロエチレンのコーティング層が形成さ
れる。そして、図４（ｂ）に二点鎖線で示すように、キ
ャップ１６４の端面２１０が削られて保持部２１２が除
去された後、コーティング層が形成された中空円筒状部
１７０の外周面等にセンタレス研削が行われ、頭部７２
が完成する。続いて、係合部１６６にそれぞれ機械加工
が施され、ブリッジ部１８２が除去されるとともに、ピ
ストン１４となった際にシュー７６を保持する凹部１１
４（図３に二点鎖線で図示）が加工され、係合部７０が
完成する。そして、素材１６０が２つに切り離され、２
個のピストン１４が得られる。

【００２７】以上の説明から明らかなように、中空円筒
状部１７０が中空円筒状部材を構成し、キャップ１６４
が閉塞部材を構成している。キャップ１６４の端面１９
６が中空円筒状部１７０の開口側端面１７４と当接する
面を構成し、これら端面１９６および開口側端面１７４
がそれぞれ溶接面を構成している。また、大径部１９４
が中空円筒状部を構成し、小径部１９８が嵌合突部を構
成している。

【００２８】本実施形態において、溝２２０を残すこと
は不可欠ではなく、外周面１７３，２０３の機械加工時
に溝２２０の底面２２２も機械加工して溝２２０を除去
してもよい。いずれの場合でも溶接部の加工量は少なく
なり、溝２２０の分だけ溶接深さを浅くしても十分実用
に耐えうる接合強度が得られる。また、溶接深さを浅く
できれば、本実施形態のようにアルミニウム合金製の２
部材を溶接する場合に生じ易いブローホールの発生を抑
制することができる。さらに、中空円筒状部１７０およ
びキャップ１６４の外周面１７３，２０３を溝２２０が
残るように機械加工すれば、外周面の取り代が少なくて
済み、また、残された溝を油溝として使用できるため、
無駄が少なく、製造コストを低減できる。本実施形態の
ように端面１７４，１９６の内周縁まで溶接されること
が溶接部の強度を向上させるためには望ましいが、不可
欠ではない。

【００２９】溝の横断面形状は、矩形以外にも種々の形
状が採用可能であり、例えば、図５に示すように、横断
面形状が浅いＶ字形をなす溝３００を周方向に形成して
もよい。本実施形態においては、図１ないし図４に示す
実施形態と異なる部分のみについて図示，説明し、同じ
構成の部分には同一符号を付して説明を省略する。溝３
００は、中空円筒状部１７０に形成された切欠３０２
と、キャップ１６４に形成された切欠３０４とが合わさ
れることにより形成される。切欠３０２は、中空円筒状
部１７０の外周面１７３の開口側端面１７４に隣接する
部分において、開口側端面１７４から遠ざかるにつれて
直径が増大する向きに傾斜させられている。切欠３０４
は、キャップ１６４の外周面２０３の端面１９６に隣接
する部分において、端面１９６から遠ざかるにつれて直
径が増大する向きに傾斜させられている。前記実施形態
と同様に、キャップ１６４が中空円筒状部１７０に嵌合
され、端面１７４，１９６が当接させられた状態で、溝
３００のＶ字形の底面３０６に沿って、電子ビーム等の
溶接ビームが照射されることにより、開口側端面１７４
と端面１９６とが溶接されて接合される。本実施形態に
おいても端面１７４，１９６の内周縁まで溶接される。
溶接後に中空円筒状部１７０およびキャップ１６４の外
周面１７３，２０３が機械加工されるが、この時、図５
に二点鎖線で示すように、溝３００が残るように加工し
て、残された溝３００を製品としてのピストンの油溝と
して使用してもよいし、溝３００を完全に除去してもよ
い。本実施形態においても、溶接深さを溝３００の分だ
け浅くすることができ、また、溶接部の加工量が少なく
て済むため、無駄少なく実用に耐え得る溶接強度が得ら
れる。

【００３０】中空円筒状部材の内周面と、閉塞部材の内
周面に嵌合される外周面とを溶接面としてもよい。その
一例を図６に示す。本体部材４００の中空円筒状部４０
２の内周面は、内径が互いに異なる２つの内周面４０
４，４０６を有し、開口側の内周面４０４が大径とされ
ている。内周面４０４と内周面４０６との間には肩面４
０８が形成されている。中空円筒状部４０２の開口側端
面４１０の内周面４０４に隣接する部分には、内周面４
０４の内周縁に沿って延びる切欠４１２が形成されてい
る。

【００３１】中空円筒状部４０２の開口を閉塞する閉塞
部材としてのキャップ４２０は、平板状の円板部４２２
と、円板部４２２の外周部から軸方向に延びる中空円筒
状部４２４とを備える。中空円筒状部４２４の内周面と
円板部４２２の内面とにより、キャップ４２０内部には
中空円筒状部４２４の端面４２６に開口する凹部４２８
が形成され、重量が軽減されている。キャップ４２０の
端面４２６とは反対側の端面４３０の中心には、図示の
例では円形断面の保持部４３４が突設されている。キャ
ップ４２０の外周面４３６は、中空円筒状部４０２の内
周面４０４に嵌合可能である。端面４３０の外周面４３
６に隣接する部分には、外周面４３６の外周縁に沿って
延びる切欠４３８が形成されている。開口側端面４１０
が中空円筒状部材の外面を構成し、端面４３０が閉塞部
材の外面を構成している。

【００３２】キャップ４２０が、端面４２６が肩面４０
８と当接する深さまで嵌合させられれば、切欠４１２と
切欠４３８とにより矩形の横断面形状を有する溝４４２
が周方向に形成される。この溝４４２の底面４４４に沿
って電子ビーム等の溶接ビームが照射されることによ
り、中空円筒状部４０２の内周面４０４とキャップ４２
０の外周面４３６とが溶接により接合される。溶接後、
ピストンの頭部を構成することになる中空円筒状部４０
２の外周面，開口側端面４１０およびキャップ４２０の
端面４３０が機械加工されるのであるが、この時、図６
に二点鎖線で示すように、溝４４２の底面４４４まで機
械加工して、溝４４２が完全に除去される。圧縮時にお
いてピストンの頂面側の容積が無駄に大きくなることに
よる圧縮効率の低下を回避するためである。本実施形態
においても、溝４４２の分だけ溶接深さを浅くすること
ができ、ブローホールの発生を抑制することができる。
溝の横断面形状は、矩形以外でもよく、例えば、図５に
示したようにＶ字形としてもよい。

【００３３】前記図１ないし図４に示す実施形態と、図
５に示す実施形態とにおいては、溝が残されて潤滑油保
持用の溝として利用されていたが、ピストンリングを保
持するリング溝として利用してもよい。その一例を図７
に示す。なお、本実施形態においても、図１ないし図４
に示す実施形態と異なる部分のみを図示，説明すること
とし、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略す
る。図７において、中空円筒状部１７０に形成された切
欠１７６と、キャップ１６４に形成された切欠２０４と
により、矩形断面の溝２２０が形成される。図１ないし
図４に示す実施形態と同様にして、溝２２０の底面２２
２に溶接ビームが照射されて中空円筒状部１７０の開口
側端面１７４とキャップ１６４の端面１９６とが溶接さ
れた後、中空円筒状部１７０の外周面１７３とキャップ
１６４の外周面２０３とを含む、後にピストンの頭部と
なる部分が機械加工されるが、この時、二点鎖線で示す
ように、溝２２０が残るように機械加工されるととも
に、溝２２０の底面２２２がピストンリング５００の厚
みに合わせて機械加工されて円環状のピストンリング５
００を保持するためのリング溝が形成される。

【００３４】片頭ピストンの分割形態は、上記実施形態
のものに限定されるわけではなく、例えば、図８に示す
形態とすることができる。中空ピストンとしての片頭ピ
ストン６００（以下、ピストン６００と称する）は、斜
板６０と係合する係合部７０と同様、基部６０１，アー
ム部６０２，６０３を有する概してＵ字形の係合部６０
４と、シリンダボア１２に嵌合される頭部６０６とを備
える。アーム部６０２，６０３の互いに対向する側面に
はそれぞれ、一対のシューを保持する凹部６０８が形成
されている。頭部６０６は、有底の中空円筒状部材であ
る頭部本体部６１０と、頭部本体部６１０の開口を閉塞
する閉塞部材としての閉塞部６１２とを備える。係合部
６０４および閉塞部６１２は金属の一種としてのアルミ
ニウム合金製であり、鍛造あるいは鋳造により一体に製
造される。頭部本体部６１０もアルミニウム合金製であ
り、鍛造あるいは鋳造により係合部６０４および閉塞部
６１２とは別個に製造される。頭部本体部６１０の内周
面６１４は、単純な円筒面とされている。なお、図８に
おいても、頭部本体部６１０の周壁の厚みが誇大に示さ
れている。

【００３５】閉塞部６１２は、外径が頭部本体部６１０
の外径とほぼ等しい円板部６２０と、円板部６２０の外
周部から軸方向に延びる中空円筒状部としての大径部６
２４と、大径部６２４の端面６２６の内周部から軸方向
に延びる嵌合突部としての小径部６２８とを備えて有底
の段付円筒状をなしている。小径部６２８，大径部６２
４の内周面と円板部６２０の内面とにより閉塞部６１２
内部には小径部６２８の端面６３２に開口する凹部６３
４が形成され、重量が軽減されている

【００３６】図８には、頭部本体部６１０の外周面を始
めとする部分に塗装が行われ、頭部６０６，係合部６０
４に機械加工が施された製品としてのピストン６００が
実線で示され、機械加工前の頭部本体部６１０および閉
塞部６１２の外周面６４０，６４２が二点鎖線で示され
ている。頭部本体部６１０の外周面６４０の開口側端面
６４３に隣接する部分には、端面６４３の外周縁に沿っ
て延びる切欠６４４が形成されている。閉塞部６１２の
外周面６４２の端面６２６に隣接する部分には、端面６
２６の外周縁に沿って延びる切欠６４６が形成されてい
る。閉塞部６１２が頭部本体部６１０に同軸に位置決め
され、小径部６２８を先端部として頭部本体部６１０の
開口側から挿入されれば、小径部６２８が頭部本体部６
１０の内周面６１４に嵌合される。端面６４３と端面６
２６との当接により嵌合深さが規定された状態では、切
欠６４４と切欠６４６とにより矩形断面の溝６４８が形
成される。この溝６４８の底面６５０の端面６４３，６
２６の位置に沿って電子ビーム等の溶接ビームが照射さ
れて端面６４３と端面６２６とが溶接された後、頭部本
体部６１０の外周面６４０と閉塞部６１２の外周面６４
２とを含む、後にピストン６００の頭部６０６となる部
分が機械加工されるが、この時、図８に示すように、溝
６４８の底面６５０も同時に機械加工されて溝６４８が
除去される。

【００３７】本体部材と閉塞部材との少なくとも一方
を、アルミニウム合金以外の金属材料、例えばマグネシ
ウム合金により形成してもよい。上記各実施形態のよう
に閉塞部材内部に凹部を形成することは、軽量化の点か
ら望ましいが、不可欠ではない。ピストン製造用素材
を、本体部材と閉塞部材とをそれぞれ１つずつ備えるピ
ストン１個分の素材としてもよい。

【００３８】斜板式圧縮機の構造は、上記実施形態にお
けるそれに限らず、他の構造のものとすることもでき
る。例えば、容量制御弁９０は不可欠ではなく、吐出室
２４の圧力と斜板室８６の圧力との差圧に基づいて機械
的に開閉させられる開閉弁を設けることもできる。ま
た、容量制御弁９０に代えて、あるいはそれとともに、
排出通路１００の途中に、容量制御弁９０と同様な電磁
制御弁を設けてもよいし、あるいは斜板室８６の圧力と
吸気室２２の圧力との差圧に基づいて機械的に開閉させ
られる開閉弁を設けてもよい。

【００３９】本発明を斜板との係合部の両側に頭部を有
する両頭ピストンに適用してもよく、固定容量型斜板式
圧縮機用のピストンに適用することも可能である。

【００４０】以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細
に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は、前記
〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識
に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である圧縮機用中空ピスト
ンの製造方法により製造された中空ピストンを備える斜
板式圧縮機を示す正面断面図である。

【図２】上記中空ピストンを示す正面断面図である。

【図３】上記中空ピストンを製造するためのピストン製
造用素材を構成する本体部材と閉塞部材とを示す正面図
（一部断面）である。

【図４】上記中空ピストンの製造方法を説明するための
正面断面図である。

【図５】本発明の別の実施形態である圧縮機用中空ピス
トンの製造方法を説明するための正面断面図である。

【図６】本発明のさらに別の実施形態である圧縮機用中
空ピストンの製造方法を説明するための正面断面図であ
る。

【図７】本発明のさらに別の実施形態である圧縮機用中
空ピストンの製造方法により製造された中空ピストンを
示す正面断面図である。

【図８】本発明のさらに別の実施形態である圧縮機用中
空ピストンの製造方法により製造された中空ピストンを
示す正面断面図である。

【符号の説明】

１４：片頭ピストン １２０，１７０：中空円筒状部
１２２，１６４：キャップ １２５，１６２：本
体部材 １２７，１４６，１７３，２０３：外周面
１２８，１７４：開口側端面 １３０，１４８，１
７６，２０４：切欠 １３８，１９６：端面 １５
４，２２０：溝 ２２２：底面 ３００，４４２，
６４８：溝 ３０２，３０４，４１２，４３８，６４
４，６４６：切欠 ３０６，４４４，６５０：底面
４００：本体部材 ４０２：中空円筒状部 ４０
４：内周面 ４２０：キャップ ４３６：外周面
５００：ピストンリング ６００：片頭ピストン
６１０：頭部本体部 ６１２：閉塞部 ６２６：
端面 ６４０，６４２：外周面 ６４３：開口側端
面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星田 隆宏 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 榎島 史修 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H003 AA03 AC03 AD01 CB07 CE04 3H076 AA06 BB50 CC31

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一端が開口した中空円筒状部
   材と、その開口を閉塞する閉塞部材とを、それら中空円
   筒状部材と閉塞部材との溶接面同士を溶接することによ
   り一体化し、圧縮機用中空ピストンを製造する方法であ
   って、 前記中空円筒状部材と前記閉塞部材との各外面の、前記
   溶接面に隣接する部分にそれぞれ溶接面の端縁に沿って
   延びる切欠を形成し、それら切欠に、中空円筒状部材と
   閉塞部材とを合わせた状態で溝を形成させ、その溝の底
   面に溶接ビームを照射することにより、溶接面同士を溶
   接することを特徴とする圧縮機用中空ピストンの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記溶接面が、前記中空円筒状部材の開
   口側端面と、前記閉塞部材の前記開口側端面に当接する
   面とである請求項１に記載の圧縮機用中空ピストンの製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記閉塞部材に中空円筒状部を設け、そ
   の中空円筒状部の端面と中空円筒状部材の開口側端面と
   を溶接面とする請求項２に記載の圧縮機用中空ピストン
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記閉塞部材に円環状の嵌合突部を形成
   し、その嵌合突部を前記中空円筒状部材の開口部内に嵌
   合する請求項２または３に記載の圧縮機用中空ピストン
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記中空円筒状部材の開口側端面と、前
   記閉塞部材の前記開口側端面に当接する面とを、開口側
   端面の内周縁まで溶接する請求項２ないし４のいずれか
   １つに記載の圧縮機用中空ピストンの製造方法。
6. 【請求項６】 有底の中空円筒状部を有する本体部材
   と、その本体部材の開口を閉塞する閉塞部材とが、軸方
   向の端面同士において溶接されて成る圧縮機用中空ピス
   トンであって、 前記中空円筒状部と前記閉塞部材との各外周面の、前記
   端面に隣接する部分にそれぞれ端面の外周縁に沿って延
   びる切欠が形成され、中空円筒状部と閉塞部材とが合わ
   された状態で前記切欠により形成される溝の底壁内に前
   記端面同士の溶接部が存在する圧縮機用中空ピストン。
7. 【請求項７】 前記溝にピストンリングが嵌合された請
   求項６に記載の圧縮機用中空ピストン。