JP2005042578A - ピストンの尾部構成部品、ピストン及びピストンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる材料の頭部構成部品と尾部構成部品とを摩擦圧接方法で接合するのに好適で、実用化に耐えうるピストンの製造方法を提供する。
【解決手段】尾部構成部品３４に対し突当部４１と嵌合壁部４２とを予め形成しておき、頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３と尾部構成部品３４の突当部４１とを摩擦圧接して、頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３から発生したバリ４５を頭部構成部品３２の内周側及び外周側に溶け出させ、摩擦圧接によって加熱された頭部構成部品３２及び尾部構成部品３４を冷却する際に、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４の線膨張係数が異なることを利用して、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４との間に画成された空間４３内に流入したバリ４５をかかる空間４３を画成する面と押圧させた後、開口部周縁部位３３のうち頭部構成部品３２の外側に溶け出したバリ４５を除去して、ピストン１４を製造する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクル、特にＣＯ_２ （二酸化炭素）等の冷媒を作動流体とする超臨界冷凍サイクルに用いられる圧縮機用のピストンで複数の部品で構成されたものの構造、このピストンの製造方法、並びにこのピストンを構成する部品の１つである尾部構成部品の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機のピストンの製造方法として、ピストンを異なる材料の円筒部と首部とで構成し、この円筒部と首部との接合固定にあたり、両者の接面部を突き合わせ、これらを相対回転させて発生する熱を利用する摩擦溶接方法を用いることについては既に公知である（特許文献１及び特許文献２を参照。）。また、この摩擦溶接方法によれば、円筒部と首部との接合固定部にバリが生ずることも知られている（特許文献３を参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３８９８７号公開公報
【特許文献２】
特開２００１−３０４１２６号公開公報
【特許文献３】
特開２００１−１３２６２６号公開公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１及び２で示すピストンの構成では、円筒部と頭部との接合部位の面積が非常に小さく、しかも、単純に摩擦溶接法で接合するのみではその接合部位の強度に対する信頼性が高くないことから、ピストンが使用中に当該円筒部と頭部との接合部位にて破損するおそれがあり、実用化には更なる工夫を必要とする。
【０００５】
また、上記特許文献３では、摩擦溶接の際に生ずるバリについて、異物として除去することしか考えられていないが、このバリをも有効利用することができれば、材料を節約することになり、ピストンの製造時に生ずる廃棄物を減量し、更には、バリを除去するための工数も減少することからピストンの製造コストの低減を図ることも可能となる。
【０００６】
そこで、この発明においては、異なる材料からなる頭部構成部品と尾部構成部品とを摩擦圧接法により接合するのに好適で、且つ摩擦圧接で生ずるバリの有効利用も図られて、実用化に耐えうるピストンの尾部構成部品、この尾部構成部品を用いたピストン及び当該ピストンの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして、この発明に係るピストンの尾部構成部品は、有底筒状の頭部構成部品に対しその開口部を閉塞する蓋体部を備え、この蓋体部は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び、前記突当部よりも略軸方向に沿って突出していると共にその先端が径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを有することを特徴とする（請求項１）。前記嵌合壁部は、ピストンの軸方向に延びる部位を内部が空洞の筒状の延出部とすると共にその先端側部位を外側又は内側に曲折させることで略径方向に沿って突出するフランジ部としたことが挙げられる（請求項２）。また、前記嵌合壁部は、ピストンの軸方向に延びる部位を柱状の延出部とすると共にその先端の部位の径を前記ピストンの軸方向に延びる部位よりも大きくすることで径方向に沿って突出するフランジ部としたことが挙げられる（請求項３）。
【０００８】
また、この発明に係るピストンは、シリンダボアに摺動可能に挿入される頭部を構成している有底筒状の頭部構成部品と、この頭部構成部品の開口部を閉塞する蓋体部を備えた尾部構成部品とを軸方向に接合して形成され、前記頭部構成部品と尾部構成部品とは異なる材料で成るピストンにおいて、前記尾部構成部品の蓋体部は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び前記突当部よりも軸方向に突出していると共にその先端が径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを有し、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に前記開口部の周縁部位が嵌入されていることを特徴とする（請求項４）。
【０００９】
また、この発明に係る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頭部を構成している有底筒状の頭部構成部品と、この頭部構成部品の開口部を閉塞する蓋体部を備えた尾部構成部品とを軸方向に接合して形成され、前記頭部構成部品と尾部構成部品とは異なる材料で成るピストンの製造方法であって、前記尾部構成部品の蓋体部に対し、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び前記突当部よりも軸方向に突出していると共にその先端が径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを予め形成しておくと共に、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と尾部構成部品の突当部とを摩擦圧接して、頭部構成部品の開口部周縁部位から発生したバリを当該頭部構成部品の内周側及び外周側に塑性流動させるかあるいは溶け出させる工程と、摩擦圧接によって加熱された頭部構成部品及び尾部構成部品を冷却する際に、頭部構成部品と尾部構成部品の線膨張係数が異なることを利用して、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に流入したバリを、かかる空間を画成する少なくとも１つの面と押圧させる工程とを有することを特徴とする（請求項５）。尚、嵌合壁部が突起部に対し内側に位置する場合には、更に、前記開口部周縁部位のうち頭部構成部品の外側に溶け出したバリを除去する工程を有する（請求項６）。
【００１０】
ここで、前記尾部構成部品の突当部の肉厚は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位の肉厚よりも薄いものであっても良い（請求項７）。
【００１１】
また、この発明に係るピストンは、有底筒状の頭部構成部品に対しその開口部を閉塞する蓋体部を備え、この蓋体部は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び、前記突当部よりも軸方向に突出していると共にその先端を径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを有するピストンの尾部構成部品に対し、前記突当部を摩擦圧接することにより、前記頭部構成部品の開口部周縁部位から外周側に発生したバリを、当該頭部構成部品の内周側及び外周側に塑性流動させるかあるいは溶け出させることで、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に封入したことを特徴とする（請求項８）。
【００１２】
しかも、この請求項８に記載のピストンは、摩擦圧接によって加熱された頭部構成部品及び尾部構成部品を冷却する際に、頭部構成部品と尾部構成部品の線膨張係数が異なることを利用して、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に流入したバリを、当該空間を画成する少なくとも１つの面と押圧させることをも特徴とする（請求項９）。
【００１３】
そして、この発明に係るピストンの頭部構成部品はアルミ系材料あるいは高分子系材料からなることを特徴とする（請求項１０）。また、この頭部構成部品は尾部構成部品よりも線膨張係数が大きい材料からなることを特徴とする（請求項１１）。更に、この頭部構成部品は尾部構成部品よりも密度が小さい材料からなることを特徴とする（請求項１２）。
【００１４】
これに対し、この発明に係るピストンの尾部構成部品は頭部構成部品よりも硬度が高い材料からなることを特徴とする（請求項１３）。また、この尾部構成部品は頭部構成部品よりも融解温度が高い材料からなることを特徴とする（請求項１４）。更に、この尾部構成部品は頭部構成部品よりも引張強度が大きい材料からなることも特徴とする（請求項１５）。
【００１５】
これにより、頭部構成部品と尾部構成部品とは、開口部周縁部位と突当部とが摩擦圧接方法により押圧すると同時に、この摩擦圧接時に生じたバリが頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に嵌入されるので、単に開口部周縁部位と突当部とを摩擦圧接方法により押圧する場合に比し、その接合強度が向上する。
【００１６】
また、突起部よりも径方向の内側に嵌合壁部が配されている場合には、摩擦圧接時に頭部構成部品の外周面と内周面とに生じたバリのうち、外周面側に生じたバリのみを除去すれば足り、内周面側に生じたバリは有効利用することができる。そして、突起部より径方向の外側に嵌合壁部が配されている場合には、頭部構成部品の外周面側に生じたバリを利用し、かつ頭部構成部品の内側に生じたバリをそのままとしても支障がないので、バリの除去工程は一切不要となる。
【００１７】
更に、前記尾部構成部品の突当部の肉厚は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位の肉厚よりも薄くすることで、頭部構成部品側に余剰部分が生じ、この余剰部分から空間内に嵌入するために必要な量のバリの発生を確保することができる。そして、尾部構成部品は頭部構成部品よりも融解温度が高い材料からなるので、摩擦圧接時に頭部構成部品側にのみバリを生じさせることが可能となる。そして、頭部構成部品は尾部構成部品よりも線膨張係数が大きい材料からなるので、冷却時に、頭部構成部品を収縮させて空間を画成する少なくとも１つの面に押圧させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１９】
図１及び図２において示される圧縮機１は、ＣＯ_２ （二酸化炭素）等の冷媒を作動流体とする超臨界冷凍サイクルに用いられるもので、この圧縮機１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２のリア側（図中、右側）をバルブプレート３を介して組み付けられたリアヘッド４と、シリンダブロック２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５とを有して構成されており、これらフロントヘッド５、シリンダブロック２、バルブプレート３、及び、リアヘッド４は、複数の締結ボルト６によりシリンダ軸方向に沿って締結され、圧縮機１全体のハウジングを構成している。
【００２０】
フロントヘッド５をシリンダブロック２に組み付けることによって画設されるクランク室７には、一端がフロントヘッド５から突出して図示しない電磁クラッチのアーマチュアに固定されるシャフト８が収容されている。このシャフト８の一端側は、フロントヘッド５との間に設けられたメカニカルシール９からなる軸封装置によって回転自在に支持され、他端は、シリンダブロック２に収容されたラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１によって回転自在に支持されている。
【００２１】
シリンダブロック２には、前記ラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１を収容する軸受収容室１２と、シャフト８の周囲を取り囲むように、当該シャフト８を中心とする円周上に等間隔に配された複数（６個）のシリンダボア１３が形成されている。そして、それぞれのシリンダボア１３内には、片頭ピストン１４が往復摺動可能に挿入されている。尚、この実施形態においては、前記締結ボルト６は、シリンダボア１３よりも外側で、且つ、各シリンダボア１３と同位相となる位置、即ち、シャフト８と各シリンダボア１３とを結ぶ直線の延長線上に１つずつ設けられている。
【００２２】
シャフト８には、クランク室７内において、当該シャフト８と一体に回転するスラストフランジ１６が固定されている。このスラストフランジ１６は、フロントヘッド５に対してラジアル軸受１７及びスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されており、ラジアル軸受１７によって支持された先端側においてフロントヘッド５との間に前記メカニカルシール９を収容するシャフトシール室１９を形成するようにしている。
【００２３】
また、スラストフランジ１６には、リンク機構２０を介して斜板２１が連結されている。この斜板２１は、シャフト８に遊嵌されたヒンジボール２２を中心に揺動可能に支持されており、スラストフランジ１６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２１は、その周縁部分を前後に挟み込むように設けられた一対のシュー２３を介して片頭ピストン１４のクランク室７に突出している尾部１４ｂに係留されている。したがって、シャフト８が回転して斜板２１が回転すると、その回転運動がシュー２３を介して片頭ピストン１４の往復直線運動に変換され、この片頭ピストン１４の往復動により、シリンダボア１３内において片頭ピストン１４とバルブプレート３との間に形成される圧縮室２４の容積が変更されるようになっている。
【００２４】
バルブプレート３には、それぞれのシリンダボア１３に対応して吸入孔２５と吐出孔２６とが形成され、また、リアヘッド４には、圧縮室２４に供給する作動流体を収容する吸入室２７と、圧縮室２４から吐出された作動流体を収容する吐出室２８とが画設されている。吸入室２７は、吐出室２８の周囲に連続して形成されており、バルブプレート３の吸入孔２５を介して圧縮室２４と連通し、また、吐出室２８は、バルブプレート３の吐出孔２６を介して圧縮室２４と連通するようになっている。また、吸入孔２５は、バルブプレート３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、更に、吐出弁２６は、バルブプレート３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。
【００２５】
このような構成の圧縮機１においては、シャフト８が回転すると、シャフト８の回転力がスラストフランジ１６、リンク機構２０を経て斜板２１に伝達され、この斜板２１を回転させる。そして、この斜板２１の回転により、シュー２３を介して片頭ピストン１４を往復運動させる。更に、片頭ピストン１４がシリンダボア１３内を往復運動すると、圧縮室２４の容積が変化し、この容積変化によって作動流体の吸引、圧縮及び吐出が順次行われ、斜板２１の傾斜角度に応じた容量である高圧の作動流体が吐出口３１より他の冷凍サイクルを構成する機器に吐出される。
【００２６】
そして、上述した片頭ピストン１４は、図２（ａ）及び（ｂ）にも示される様に、シリンダボア１３に摺動可能に挿入される頭部１４ａを構成している有底筒状の頭部構成部品３２と、この頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３を閉塞する蓋体部３６を備え、尾部１４ｂを構成している尾部構成部品３４とを軸方向に接合して構成されている。
【００２７】
尾部１４ｂは、前記した蓋体部３６と、係合部３５と、ブリッジ部３７と、回転防止部３８とを有するもので、このうち、蓋体部３６には、一対のシュー２３の一方を転動可能に支持する凹面状のシュー受け部３６ａが設けられていると共に、係合部３５には、前記シュー受け部３６ａと片頭ピストン１４の軸方向に沿って対向し、一対のシュー２３の他方を転動可能に支持する凹面状のシュー受け部３５ａが設けられている。また、ブリッジ部３７は、前記した蓋体部３６と係合部３５とを連結するためのものである。回転防止部３８は、所定条件下でクランク室７の内周面と接する一対の当接部位３９、３９を有して構成されている。
【００２８】
ところで、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とは、異なる材料により形成されているもので、各部品３２、３４の材料としては、以下の条件を満たすものが採択されている。すなわち、頭部構成部品３２側から見た場合には、尾部構成部品３４よりも線膨張係数が大きくて密度が小さい材料からなるものが採択されている。また、尾部構成部品３４側から見た場合には、頭部構成部品３２よりも硬度が高く、融解温度が高く、更には、引張強度が大きい材料が採択されている。これをより具体的に述べると、頭部構成部品３２には、アルミ系材料、例えば、引張強度が相対的に高いＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ系統（特にＡＣ８Ｃ−Ｔ６）のアルミニウム合金が用いられており、尾部構成部品３４には、例えば鉄系材料又はＳＵＪ２系等の高炭素クロム軸受鋼鋼材が用いられている。
【００２９】
尚、頭部構成部品３２の材料として、上記したアルミ系材料ではなく高分子系材料を用いるようにしても良い。この高分子系材料としては、テフロン（登録商標）系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド（イミド）系樹脂、ポリフェニレンサルファイド等のエンプラ樹脂が挙げられる。
【００３０】
これに伴い、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４との接合は、異なる材料間でも接合可能とされる摩擦接合方法が用いられるところ、尾部構成部品３４は頭部構成部品３２との接合を好適なものとするために以下の構造をなしている。
【００３１】
すなわち、尾部構成部品３４は、図３等に示される様に、蓋体部３６の周縁部からピストン１４の軸方向に沿って延出し、頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３と突当する突当部４１を有している。そして、頭部構成部品３２は、この突当部４１のピストン径方向の内側において、蓋体部３６からピストン１４の軸方向に沿って内部が空洞の筒状に延出した延出部４２ａと、この延出部４２ａの先端側部位をピストン１４の径方向に沿って外側に曲折してなるフランジ部４２ｂとから成る嵌合壁部４２を有している。
【００３２】
しかるに、頭部構成部品３２に尾部構成部品３４を挿入した場合には、図４に示されるように、開口部周縁部位３３の内周面と、蓋体部３６の面と、突当部４１の内周面と、嵌合壁部４２の延出部４２ａ及びフランジ部４２ｂの面とで仕切られた空間４３が環状に画成される。よって、摩擦圧接方法で生じた頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３で生じたバリが空間４３内に封入されて、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とが強固に接合される。
【００３３】
頭部構成部品３２と尾部構成部品３４との接合工程について図４及び図５を用いて説明する。
【００３４】
まず、図４に示される様に、頭部構成部品３２に尾部構成部品３４を、開口部周縁部位３３と突当部４１とが突当するまで挿入した後、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とを、軸方向に沿って力を加えつつ相対回転させる。これにより、開口部周縁部位３３の面と突当部４１の面とが圧着しつつ当該部位に熱を発生させるので、図５（ａ）に示す様に、尾部構成部品３４よりも頭部構成部品３２の方が融解温度が低いことから、頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３から当該頭部構成部品３２の内周側及び外周側にバリ４５を塑性流動させるか或いは溶け出させる。このバリ４５は、頭部構成部品３２の内周側では、空間４３内に流入する。バリ４５の発生を容易にするために、図４の円枠内に示される様に、尾部構成部品３４の突当部４１の肉厚よりも、頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３の肉厚を厚くすることが好ましい。
【００３５】
次に、頭部構成部品３２の膨張係数が尾部構成部品３４の線膨張係数よりも大きいことを利用して、これらの部品３２、３４を冷却することで、同じく図５（ａ）に示される様に、空間４３内に流入したバリ４５を、当該空間４３を画成する面と押圧させる。更に、図５（ｂ）に示される様に、頭部構成部品３２の外周側に生じたバリ４５を除去する。
【００３６】
最後に、図５（ｃ）に示される様に、この頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とを組み付けてなる片頭ピストン１４の表面にコーティング４６を施すことにより完成する。
【００３７】
これにより、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とは、開口部周縁部位３３と突当部４１とが摩擦圧接方法により押圧すると同時に、この摩擦圧接時に生じたバリ４５が空間４３内に嵌入されるので、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とは確実且つ強固に接合されることとなり、異なる材料で構成された頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とからなる片頭ピストン１４の実用化を図ることが可能となる。
【００３８】
尚、尾部構成部品３４の嵌合壁部４２について、図３等を用いて、蓋体部３６からピストン１４の軸方向に沿って内部が空洞の筒状に延出した延出部４２ａと、この延出部４２ａの先端側部位をピストン１４の径方向に略沿って外側に曲折してなるフランジ部４２ｂとから成ると説明したが必ずしもこの構成に限定されない。
【００３９】
すなわち、図６に示される様に、嵌合壁部４２は、蓋体部３６からピストン１４の軸方向に沿って柱状に延出した延出部４２ａと、この延出部４２ａの先端側部位をピストン１４の径方向に沿って外側に突出させて成るフランジ部４２ｂとで構成されたものとしても良い。このような嵌合壁部４２の構成であっても、図７に示されるように、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４との間に、開口部周縁部３３の内周面と、蓋体部３６の面と、嵌合壁部４２の延出部４２ａ及びフランジ部４２ｂの面とで仕切られた空間４３が画成され、かかる空間４３内にバリ４５を、図５に示す同様の過程を経ることで嵌入させることできるので、先の実施形態と同じ作用効果を得ることが可能である。
【００４０】
また、尾部構成部品３４の嵌合壁部４２と突当部４１との位置関係について突当部４１の径方向の内側に嵌合壁部４２を有していると説明したがこの構成についても必ずしも限定されない。すなわち、図８及び図９に示されるように、蓋体部３５のピストン径方向に沿った幅を先の実施形態よりも相対的に大きくして、蓋体部３５の面上において、開口部周縁部位３３と突当する突当部４１を軸方向に沿って延出させると共に、蓋体部３５の外周縁において、ピストン軸方向に沿って前記突当部４１よりも大きく円筒状に延出した延出部４２ａと、その先端を内側に曲折してなるフランジ部４２ｂとで構成された嵌合壁部４２を設けても良い。尚、この実施形態でも、突当部４１の肉厚は、開口部周縁部位３３の肉厚よりも薄いことが望まれる。
【００４１】
しかるに、頭部構成部品３２を尾部構成部品３４に挿入した場合には、図９に示されるように、開口部周縁部位３３の外周面と、蓋体部３６の面と、嵌合壁部４２の延出部４２ａ及びフランジ部４２ｂの面と突当部４１の外周面とで仕切られた空間４３が環状に画成される。
【００４２】
頭部構成部品３２と尾部構成部品３４との接合工程について図１０を用いて説明する。
【００４３】
まず、図１０（ａ）に示される様に、頭部構成部品３２を、尾部構成部品３４に開口部周縁部位３３と突当部４１とが突当するまで挿入した後、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とを、軸方向に沿って力を加えつつ相対回転させる。これにより、開口部周縁部位３３の面と突当部４１の面とが圧着しつつ当該部位に熱を発生させるので、図１０（ｂ）に示す様に、尾部構成部品３４よりも頭部構成部品３２の方が融解温度が低いことから、頭部構成部品３２の開口部周縁部位３３から当該頭部構成部品３２の内周側及び外周側にバリ４５を塑性流動させるか或いは溶け出させる。このバリ４５は、頭部構成部品３２の外周側では、空間４３内に流入する。
【００４４】
次に、頭部構成部品３２の膨張係数が尾部構成部品３４の線膨張係数よりも大きいことを利用して、これらの部品３２、３４を冷却することで、同じく図１０（ｂ）に示される様に、空間４３内に流入したバリ４５を、当該空間４３を画成する面と押圧させる。
【００４５】
最後に、図１０（ｃ）に示される様に、この頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とを組み付けてなる片頭ピストン１４の表面にコーティング４６を施すことにより完成する。
【００４６】
これにより、かかる実施形態によっても、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とは、開口部周縁部位３３と突当部４１とが摩擦圧接方法により押圧すると同時に、この摩擦圧接時に生じたバリ４５が空間４３内に嵌入されるので、頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とは確実且つ強固に接合されることとなり、異なる材料で構成された頭部構成部品３２と尾部構成部品３４とからなる片頭ピストン１４の実用化を図ることが可能となる。しかも、先の実施形態に比し、図５（ｂ）のような頭部構成部品３２の外周側に生じたバリ４５を除去する作業が不要となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、頭部構成部品と尾部構成部品とは、開口部周縁部位と突当部とが摩擦圧接方法により押圧すると同時に、この摩擦圧接時に生じたバリを空間内に嵌入させるため、単に開口部周縁部位と突当部とを摩擦圧接方法により押圧する場合に比し、その接合強度を向上させることができるので、頭部構成部品と尾部構成部品とが異なる材質からなるピストンに対する信頼度が高まる。
【００４８】
また、この発明によれば、突起部よりも径方向の内側に嵌合壁部が配されている場合には、摩擦圧接時に頭部構成部品の外周面と内周面とに生じたバリのうち、外周面側に生じたバリのみを除去すれば足り、内周面側に生じたバリについては有効利用を図ることができるので、内側面のバリを除去する工数が削減され、また、材料の無駄使いがなくなり、ピストンの製造コストを低減することが可能となる。
【００４９】
更に、この発明によれば、突起部よりも径方向の外側に嵌合壁部が配されている場合には、頭部構成部品の外周面側に生じたバリを利用し、かつ頭部構成部品の内側に生じたバリをそのままとしても支障がないことから、バリを除去するための工数を一切なくすことができるので、ピストンの製造をより簡易化することが可能となり、ピストンの製造コストのより一層の低減を図ることができる。
【００５０】
特に、請求項７に記載の発明によれば、前記尾部構成部品の突当部の肉厚について、前記頭部構成部品の開口部周縁部位の肉厚よりも薄くすることで、頭部構成部品側に余剰部分が生じ、この余剰部分から空間内に嵌入するために必要な量のバリの発生を確保することができる。
【００５１】
特に、請求項１４に記載の発明によれば、尾部構成部品は頭部構成部品よりも融解温度が高い材料からなるので、摩擦圧接時に頭部構成部品側にのみバリを生じさせることが可能となる。
【００５２】
特に請求項１１に記載の発明によれば、頭部構成部品は尾部構成部品よりも線膨張係数が大きい材料からなるので、冷却時に、頭部構成部品を収縮させて頭部構成部品と尾部構成部品との間に配された空間を画成する少なくとも１つの面に押圧させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明に係るピストンが用いられた圧縮機の全体構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、この発明に係る片頭ピストンの側面図であり、図２（ｂ）は、前記片頭ピストンの正面図であり、図２（ｃ）は、前記片頭ピストンの断面図である。
【図３】図３は、同上の片頭ピストンの尾部構成部品を蓋体部側から見た状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、尾部構成部品と頭部構成部品とを摩擦圧接方法で接合する際の初期段階を示した一部断面図である。
【図５】図５は、尾部構成部品と頭部構成部品とが摩擦圧接方法で接合される過程を示したもので、図５（ａ）は、頭部構成部品の開口端部位からバリが生じ、このバリが当該頭部構成部品と尾部構成部品とで画成された空間内に進入した状態を示す要部拡大断面図であり、図５（ｂ）は、前記開口端部位にて生じたバリのうち外周側面に生じたものを除去した状態を示す要部拡大断面図であり、図５（ｃ）は、片頭ピストンの外周表面にコーティングを施した状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】図６は、先の実施形態とは異なる構成の片頭ピストンの尾部構成部品を蓋体部側から見た状態を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６で示す尾部構成部品を用いた片頭ピストンの断面図である。
【図８】図８は、更に、これまでの実施形態とは異なる構成の片頭ピストンの尾部構成部品を蓋体部側から見た状態を示す斜視図である。
【図９】図９は、図８で示す尾部構成部品を用いた片頭ピストンの断面図である。
【図１０】図１０は、図８で示す尾部構成部品と頭部構成部品とが摩擦圧接方法で接合される過程を示したもので、図１０（ａ）は、頭部構成部品を尾部構成部品に挿入した初期の状態を示す要部拡大断面図であり、図１０（ｂ）は、頭部構成部品の開口端部位からバリが生じ、このバリが当該頭部構成部品と尾部構成部品とで画成された空間内に進入した状態を示す要部拡大断面図であり、図１０（ｃ）は、片頭ピストンの外周表面にコーティングを施した状態を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１４ 片頭ピストン
１４ａ 頭部
１４ｂ 尾部
３２ 頭部構成部品
３３ 開口部周縁部位
３４ 尾部構成部品
３５ 蓋体部
４１ 突当部
４２ 嵌合壁部
４２ａ 延出部
４２ｂ フランジ部
４３ 空間
４５ バリ

Claims (15)

1. 有底筒状の頭部構成部品に対しその開口部を閉塞する蓋体部を備え、
   この蓋体部は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び、前記突当部よりも略軸方向に沿って突出していると共にその先端が径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを有することを特徴とするピストンの尾部構成部品。
2. 前記嵌合壁部は、ピストンの軸方向に延びる部位を内部が空洞の筒状の延出部とすると共にその先端側部位を外側又は内側に曲折させることで略径方向に沿って突出するフランジ部としたことを特徴とする請求項１に記載のピストン尾部構成部品。
3. 前記嵌合壁部は、ピストンの軸方向に延びる部位を柱状の延出部とすると共にその先端の部位の径を前記ピストンの軸方向に延びる部位よりも大きくすることで径方向に沿って突出するフランジ部としたことを特徴とする請求項１に記載のピストン尾部構成部品。
4. シリンダボアに摺動可能に挿入される頭部を構成している有底筒状の頭部構成部品と、この頭部構成部品の開口部を閉塞する蓋体部を備えた尾部構成部品とを軸方向に接合して形成され、前記頭部構成部品と尾部構成部品とは異なる材料で成るピストンにおいて、
   前記尾部構成部品の蓋体部は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び前記突当部よりも軸方向に突出していると共にその先端が径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを有し、
   前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に前記開口部の周縁部位が嵌入されていることを特徴とするピストン。
5. シリンダボアに摺動可能に挿入される頭部を構成している有底筒状の頭部構成部品と、この頭部構成部品の開口部を閉塞する蓋体部を備えた尾部構成部品とを軸方向に接合して形成され、前記頭部構成部品と尾部構成部品とは異なる材料で成るピストンの製造方法であって、
   前記尾部構成部品の蓋体部に対し、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び前記突当部よりも軸方向に突出していると共にその先端が径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを予め形成しておくと共に、
   前記頭部構成部品の開口部周縁部位と尾部構成部品の突当部とを摩擦圧接して、頭部構成部品の開口部周縁部位から発生したバリを当該頭部構成部品の内周側及び外周側に塑性流動させるかあるいは溶け出させる工程と、
   摩擦圧接によって加熱された頭部構成部品及び尾部構成部品を冷却する際に、頭部構成部品と尾部構成部品の線膨張係数が異なることを利用して、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に流入したバリを、かかる空間を画成する少なくとも１つの面と押圧させる工程とを有することを特徴とするピストンの製造方法。
6. 更に、前記開口部周縁部位のうち頭部構成部品の外側に溶け出したバリを除去する工程を有することを特徴とする請求項５に記載のピストンの製造方法。
7. 前記尾部構成部品の突当部の肉厚は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位の肉厚よりも薄いことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のピストン製造方法。
8. 有底筒状の頭部構成部品に対しその開口部を閉塞する蓋体部を備え、この蓋体部は、前記頭部構成部品の開口部周縁部位と突当する突当部と、この突当部の内周側又は外周側において前記蓋体部から軸方向に沿って延び、前記突当部よりも軸方向に突出していると共にその先端を径方向に沿って突出して成る嵌合壁部とを有するピストンの尾部構成部品に対し、前記突当部を摩擦圧接することにより、前記頭部構成部品の開口部周縁部位から外周側に発生したバリを、当該頭部構成部品の内周側及び外周側に塑性流動させるかあるいは溶け出させることで、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に封入したことを特徴とするピストン。
9. 摩擦圧接によって加熱された頭部構成部品及び尾部構成部品を冷却する際に、頭部構成部品と尾部構成部品の線膨張係数が異なることを利用して、前記頭部構成部品と尾部構成部品との間に画成された空間内に流入したバリを、当該空間を画成する少なくとも１つの面と押圧させることを特徴とする請求項８に記載のピストン。
10. 頭部構成部品はアルミ系材料あるいは高分子系材料からなることを特徴とする請求項４、８又は９に記載のピストン。
11. 頭部構成部品は尾部構成部品よりも線膨張係数が大きい材料からなることを特徴とする請求項４、８、９又は１０に記載のピストン。
12. 頭部構成部品は尾部構成部品よりも密度が小さい材料からなることを特徴とする請求項４、８、９、１０又は１１に記載のピストン。
13. 尾部構成部品は頭部構成部品よりも硬度が高い材料からなることを特徴とする請求項４、８、９、１０、１１又は１２に記載のピストン。
14. 尾部構成部品は頭部構成部品よりも融解温度が高い材料からなることを特徴とする請求項４、８、９、１０、１１、１２又は１３に記載のピストン。
15. 尾部構成部品は頭部構成部品よりも引張強度が大きい材料からなることを特徴とする請求項４、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載のピストン。

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