JP4132606B2 - Manufacturing method of piston for compressor - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板式圧縮機等の圧縮機に用いられるピストンの製造方法に関するものであり、特に、シリンダボアに嵌合される頭部が中空であるものを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機用のピストンは、一般に、シリンダハウジングのシリンダボアに摺動可能に嵌合され、シリンダハウジングと共同して圧縮室を形成する頭部と、駆動装置と係合する係合部とを一体に備えたものとされる。そして、頭部は、軽量化の要求を満たすために中空とされることが多い。また、係合部は、例えば、斜板式圧縮機においては、互いに平行に延びる一対のアーム部と、それらアーム部の基端同士を連結する連結部とを備えたものとされ、一対のアーム部がそれぞれシューを介して斜板の外周部の両摺動面に係合させられる。
【０００３】
上記中空頭部は中空円筒状部を有するものとされることが多いが、この中空円筒状部の軸方向の一部を他の部分より厚肉とすることが必要になる場合がある。例えば、中空頭部の外周面にピストンリング溝，油溝等の円環状溝を形成するため、あるいは強度を向上させるため等の目的で、厚肉とすることが必要になるのである。しかし、圧縮機用ピストンは前述のように軽量化の要求が強いため、中空円筒状部全体の厚さを厚くすることは望ましくない。また、中空頭部は、内周面が円筒面であるシリンダボアと嵌合する必要上、外周面が概して円筒面とされることが必要である。そのため、中空円筒状部の軸方向の一部を厚肉とする必要がある場合には、内周面側に突出させざるを得ない。
【０００４】
一方、圧縮機用ピストンの素材は、鍛造，鋳造等によって製造されることが多く、ピストン用素材の中空円筒状部の内周面は、鍛造の場合はパンチにより、鋳造の場合には中子により形成される。したがって、成形後、パンチや中子を中空円筒状部から抜き出すことが必要であり、中空円筒状部の内周面は、パンチや中子の先端側ほど直径が小さいことが不可欠である。軸方向の一部を厚肉部とするために、内周面の軸方向の中間部や開口側端部に内周側へ突出した円環状の突部を形成すれば、パンチや中子を中空円筒状部内から抜き出すことができないのである。そのため、内周面の軸方向の中間部や開口側端部に内周側へ突出した円環状の突部を形成する必要がある場合には、従来、中空円筒状部の内周面を切削加工することが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
しかし、中空円筒状部の内周面を切削加工することは望ましいことではない。すなわち、中空頭部の外周面は、シリンダボアに精度良く嵌合する必要があるため、切削加工を始めとする機械加工を施すことが不可欠であるため、内周面と外周面との両方を機械加工することが必要となり、製造コストが増大する。また、内周面の切削加工は一般に外周面に比較して大変である。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景とし、中空円筒状部を備えた圧縮機用ピストンであって、中空円筒状部の軸方向の一部に他の部分より厚肉の部分を有するものの製造を容易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ピストン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。
【０００７】
（１）中空円筒状部を備えたピストン用素材を成形する成形工程と、
そのピストン用素材の中空円筒状部の軸方向の一部を塑性加工により縮径させる縮径工程と、
その縮径工程の後に、ピストン用素材の外周面を切削加工することにより、縮径部の外径を非縮径部と同じにする切削加工工程と
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１）。
このように、中空円筒状部を備えたピストン用素材を成形し、その成形品の中空円筒状部の軸方向の一部を塑性加工により縮径させれば、切削加工によることなく、中空円筒状部の内周面に他の部分より内周側へ円環状に突出した部分を形成することができる。その後、外周面を切削加工することにより、縮径部の外径を非縮径部と同じにすれば、中空円筒状部の軸方向の一部に厚肉部を、内周面の切削加工を行うことなく形成することができる。
上記のように、縮径部の外径を非縮径部と同じにするためには、非縮径部の取り代を従来より多くすることが必要になる場合が多いが、それでも、外周面の切削加工に要する時間はそれほど変わらないことが多い。外周面の切削加工は一般に、荒加工と仕上加工とにより行われ、荒加工の取り代も比較的小さいことが多いため、外周面の取り代が従来より大きくなっても、そのために、荒加工の実行回数を増加させる必要が生じることは少ないからである。また、万一、荒加工の実行回数が増加しても、外周面の切削加工は内周面のそれに比較して容易であり、加工に要する時間の総計を短縮することができる。
（２）前記縮径工程が、スピニング加工により前記中空円筒状部の軸方向の一部を縮径させる工程である (1)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法（請求項２）。
縮径工程をスピニング加工により実施すれば、中空円筒状部の軸方向の一部を容易に縮径させることができる。スピニング加工は、非回転型の加工具（へら）を回転中のピストン用素材の外周面に押し付けることによっても行い得るが、ローラ等回転部材の外周面を中空円筒状部の外周面に押し付ける方が容易であり、かつ、縮径部の寸法精度も高くなることが多い。スピニングローラは複数個用い、中空円筒状部の外周面の周方向に隔たった複数個所に同時に押し付けることが望ましい。等角度間隔に配設した３個以上のスピニングローラを、互いに同期させて、中空円筒状部の中心線に接近する向き（中心向きと称する）に移動させることが望ましい。しかし、等角度間隔に配設することも、同期させることも不可欠ではない。後者の場合、例えば、各スピニングローラを個別に中心向きに移動可能とし、それぞればね部材，エアシリンダ等の付勢手段によって中心向きに付勢してもよいのである。
（３）前記縮径工程が、金型を用いたプレス加工により前記中空円筒状部の軸方向の一部を縮径させる工程である (1)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
上記金型としては、例えば、大径穴部と小径穴部とを有する絞り穴を備えた縮径ダイスを含むものを使用することができる。その縮径ダイスの大径穴部に、ピストン用素材の中空円筒状部を開口側端部側から挿入し、縮径ダイスの軸方向に移動可能な押込部材により小径穴部側へ軸方向に押し込むことにより、開口側端部を縮径させるのである。押込部材はプレス機等に備えられた駆動装置により駆動すればよい。
ピストン用素材の中空円筒状部の周囲を囲む複数の型部材を有する分割型と、それら型部材を半径方向に移動させて分割型の内側に形成される型穴を拡径，縮径させる拡縮装置とを備えた金型を使用して縮径工程を実施することもできる。分割型の分割数は、縮径工程における縮径量が小さい場合には２にすることも可能であるが、３以上が望ましく、４以上がさらに望ましい。縮径は一挙に行っても、複数段階に分けて行ってもよい。
（４）前記中空円筒状部の少なくとも縮径させるべき部分の内周側に、マンドレル等の心部材を配設し、それの外周面により縮径部の縮径限度を規定する (2)項または (3)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
心部材は不可欠ではないが、使用する方が寸法精度の高い縮径部を形成し得る。
（５）前記ピストン用素材が、前記中空円筒状部の一端が閉塞され、他端が開口した有底中空円筒状部を含み、前記縮径工程が、その有底中空円筒状部の開口側端部を縮径させる工程である (1)項ないし (4)項のいずれか一つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法（請求項３）。
このように、有底中空円筒状部の開口側端部を縮径させ、厚肉部を形成すれば、有底中空円筒状部の開口を閉塞する閉塞部材との結合強度を向上させ得ることが多い。例えば、上記結合を溶接により行う場合には、溶接面を広くすることができ、溶接強度を増すことができるのである。
（６）前記縮径部の外周面に切削加工により円環状溝を形成する (1)項ないし (5)項のいずれか一つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法（請求項４）。
厚肉部に、ピストンリング溝や油溝等の円環状溝を形成すれば、中空頭部の強度低下および重量増加を回避しつつ円環状溝を形成することができる。
（７）前記成形工程が、前記ピストン用素材を鍛造により製造する工程を含む (1)項ないし (6)項のいずれか一つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（８）前記成形工程が、前記ピストン用素材を鋳造により製造する工程を含む (1)項ないし (6)項のいずれか一つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（９）前記有底中空円筒状部の前記開口側端部の内周面に、閉塞部材の一端面に形成された嵌合部をその嵌合部の外周面において嵌合させた状態で、前記閉塞部材を前記有底中空円筒状部に固定することにより、中空頭部を形成する工程を含む (1)項ないし (8)項のいずれか一つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（１０）肉厚がほぼ一定でかつ直径が互いに異なる大径部および小径部を有する中空円筒状部を備えたピストン用素材を成形する成形工程と、
そのピストン用素材の外周面を切削加工することにより、前記大径部と前記小径部との外径を同じにする切削加工工程と
を含むことを特徴とする圧縮機用ピストンの製造方法。
前記 (1)項におけるように、一旦成形したピストン用素材の中空円筒状部の軸方向の一部を縮径させることにより、肉厚がほぼ一定でかつ直径が互いに異なる大径部および小径部を有する中空円筒状部を備えたピストン用素材を得る方法の他に、次項に記載のように、軸方向の一部を残して他の部分を拡径することにより同様な形状の中空円筒状部を備えたピストン用素材を得ることも、また、当初から大径部と小径部とを有する中空円筒状部を成形することも可能である。前記 (3)項ないし (9)項に記載の特徴を本項の製造方法にも適用することができる。ただし、その場合には「縮径部」を「小径部」と読み替えるものとする。
（１１）前記成形工程が、
有底の中空円筒状部を備えたピストン用素材を成形する第一成形工程と、
その第一成形工程で成形されたピストン用素材の中空円筒状部の少なくとも一部を内周側から外周側に向かって拡径させる拡径工程と
を含む(10)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（１２）前記拡径工程が、開閉可能な複数の金型を備え、閉状態で内部に大径穴部と小径穴部とを有するキャビティを形成する拘束型に、前記第一成形工程で成形されたピストン用素材の中空円筒状部を外側から拘束させ、その状態で中空円筒状部の内周面に流体圧を作用させることにより、その中空円筒状部の少なくとも一部を膨らますバルジ工程を含む(11)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である車両用エアコンディショナに用いられる斜板式圧縮機用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ハウジングが構成されている。リヤハウジング１８とバルブプレート２０との間には、吸入室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。
【０００９】
上記ハウジング内には、回転軸５０が、シリンダブロック１０の中心軸線を回転軸線として回転可能に設けられている。回転軸５０は、その両端部においてそれぞれフロントハウジング１６，シリンダブロック１０にベアリングを介して回転可能に支持されている。シリンダブロック１０の中心部には、支持穴５６が形成されており、その支持穴５６において上記ベアリングを介し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。
【００１０】
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、中心線を通る貫通穴６１が形成され、この貫通穴６１に回転軸５０が貫通している。貫通穴６１は、両端開口側ほど図１における上下方向に内のり寸法が漸増させられ、それら両端部の横断面形状が長穴をなしている。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の貫通穴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、斜板６０，回転軸５０，ヒンジ機構６６等がピストン１４を往復運動させる駆動装置を構成している。
【００１１】
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。頭部７２，シリンダボア１２およびバルブプレート２０が共同して圧縮室を形成している。係合部７０に一対の半球状のシュー７６を介して斜板６０の外周部が係合させられている。ピストン１４の形状についての詳細な説明は後に行う。
【００１２】
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、吸入室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内の圧縮室に吸入される。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内の圧縮室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、シリンダブロック１０，フロントハウジング１６，リヤハウジング１８等から成るハウジングに受けられる。ピストン１４の係合部７０には、回転規制部が一体的に設けられている。回転規制部は、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。
【００１３】
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、電磁制御弁９０が設けられている。電磁制御弁９０のソレノイド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電磁制御弁９０の開度が調節される。
【００１４】
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、一端において前記支持穴５６に開口させられるとともに、他端においてフロントハウジング１６内空間に開口させられ、その開口を経て斜板室８６に連通させられている。支持穴５６は排出ポート１０４を経て吸入室２２に連通させられている。
【００１５】
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入室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の前後に作用するシリンダボア１２内の圧力と斜板室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１４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、電磁制御弁９０の励磁，消磁の制御により、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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は、概してＵ字形をなし、頭部７２の中心軸線に直交する方向に互いに平行に延び出す一対のアーム部１０８，１１０と、これらアーム部１０８，１１０の基端同士を連結する連結部１１２とを備えている。アーム部１０８，１１０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、球面部において凹部１１４に摺動可能に保持され、平面部において斜板６０の外周部の表裏両面（両摺動面）に接触し、斜板６０の外周部を両側から挟持している。
【００１８】
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有底中空円筒状部１２０と、有底中空円筒状部１２０に固定され、有底中空円筒状部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。有底中空円筒状部１２０は、底壁１２４と、底壁１２４の外周部から頭部７２の中心軸線に平行な方向に延び出す中空円筒状部１２６とを備え、底壁１２４において係合部７０のアーム部１１０側と一体に形成されている。これら有底中空円筒状部１２０および係合部７０が一体の本体部材１２８を構成している。中空円筒状部１２６の開口側端部には、中空円筒状部１２６の他の部分より厚肉の厚肉部が形成されている。以下、開口側端部を厚肉部１３０と称する。中空円筒状部１２６の外周面は単純な円筒面とされており、厚肉部１３０は、その内周面１３２が中空円筒状部１２６の他の部分の内周面１３４より半径方向内向きに突出することにより厚肉とされている。中空円筒状部１２６の外周面の厚肉部１３０に対応する部分に円環状溝であるピストンリング溝１４０が形成されてピストンリング１４２が嵌合されている。
【００１９】
キャップ１２２は、段付きの有底円筒状をなし、底壁部１４６と、底壁部１４６の一方の端面１４８の外周部から、キャップ１２２の中心線に平行に延びる嵌合部１５０とを備えている。嵌合部１５０の先端面１５２には、凹部１５４が形成され、キャップ１２２の重量が軽減されている。キャップ１２２は、端面１４８が有底中空円筒状部１２０の開口側端面１５８と当接させられる深さまで、嵌合部１５０の外周面が中空円筒状部１２６の厚肉部１３０の内周面１３２に嵌合され、適宜の固定手段により両部材が固定されている。例えば、互いに合わせられた開口側端面１５８と端面１４８とを溶接面として溶接により接合されている。
【００２０】
上記のように構成されたピストン１４の本体部材１２８を製造するためのピストン用素材１６０は、図４に示すように、係合部となるべき部分である係合部形成部１６２と、係合部形成部１６２と一体に形成された有底中空円筒状部１２０となるべき部分（有底中空円筒状部１６４と称する）とを備えている。有底中空円筒状部１６４も、肉厚がほぼ一定の中空円筒状部１６６の一端が底壁１６８によって閉塞され、他端が開口する有底中空円筒状をなしている。係合部形成部１６２は、図１１に示すように、横断面形状が概してＵ字形をなし、Ｕの字の上部が外周側となり、かつ、有底中空円筒状部１６４の中心軸線に対して偏心した状態で設けられている。横断面形状が概して台形状をなし、台形の底部が外周側となるようにされてもよい。係合部形成部１６２の有底中空円筒状部１２０側とは反対側の端面１７０において、有底中空円筒状部１２０の中心線に対応する位置には、突出部１７２が突設されている。突出部１７２は、図１１に示すように、横断面形状が概して円形をなし、その外周面から互いに逆方向に延び出す２つの耳部１７４が一体的に設けられている。
【００２１】
ピストン用素材１６０は、金属の一種であるアルミニウム合金製であって、本実施形態においては鍛造により製造される。その鍛造（成形）工程を図３に基づいて説明する。図３には、ピストン用素材１６０の製造に使用される鍛造装置の主要部を構成する鍛造型の一例が示されている。この鍛造型１８０は、互いに接近，離間させられることにより開閉される可動型１８２および固定型１８４と、サイドパンチ１８６とを備えている。可動型１８２は、図示しない保持板に保持され、可動盤（図示省略）に着脱可能に取り付けられている。固定型１８４も、図示しない保持板に保持され、固定盤（図示省略）に着脱可能に取り付けられている。可動型１８２が、駆動装置により固定型１８４に対して接近，離間させられる。
【００２２】
可動型１８２および固定型１８４は、互いに対向する側の面であるパーティング面１９０，１９２において互いに当接可能である。各パーティング面１９０，１９２の互いに対応する位置に型面１９４，１９６がそれぞれ形成され、これら型面１９４，１９６によりピストン用素材１６０の外形に対応する形状のキャビティが画定される。パーティング面１９０，１９２は、ピストン用素材１６０の有底中空円筒状部１６４を形成すべき部分においては、有底中空円筒状部１６４の中心線を含む水平面をなし、係合部形成部１６２を形成すべき部分においては、有底中空円筒状部１６４の中心線に対して直交する方向である幅方向の寸法が最も大きい部分（製品としてのピストン１４において連結部１１２となるべき部分）の厚さ方向（上記中心線方向および幅方向に直交する方向）の中間位置を通る水平面をなす段付きの平面とされている。可動型１８２の型面１９４は、係合部形成部１６２の一対のアーム部１０８，１１０となるべき部分と連結部１１２となるべき部分のアーム部１０８，１１０側の部分とを形成する型面を有する。固定型１８４の型面１９６は、連結部１１２となるべき部分のアーム部１０８，１１０側とは反対側の部分を形成する型面を有する。可動型１８２は、固定型１８４に対して、上記厚さ方向であり、有底中空円筒状部１６４の直径方向である方向（本実施形態の場合垂直方向）に接近，離間させられる。
【００２３】
サイドパンチ１８６は、固定型１８４の側面に近接して、可動型１８２の接近，離間方向と直交する方向（本実施形態の場合水平方向）に接近，離間可能に設けられている。サイドパンチ１８６は、可動型１８２の移動と連動して軸方向に移動させられるようになっており、固定型１８４と可動型１８２との接近離間運動を、サイドパンチ１８６の軸方向の運動に変換する運動変換装置が設けられている。あるいは、サイドパンチ１８６専用の駆動装置を設け、可動型１８２の固定型１８４への接近，離間に連動して両型１８２，１８４に接近，離間させられるように制御されてもよい。
【００２４】
固定型１８４と可動型１８２とが開かれた状態で、固定型１８４の型面１９６上にアルミニウム合金の鍛造素材が載置される。そして、駆動装置の作動により可動型１８２が固定型１８４に接近させられ、上記鍛造素材に当接し、鍛造素材の塑性変形が開始される。可動型１８２と固定型１８４とのパーティング面１９０，１９２が当接した状態では、両型面１９４，１９６により係合部形成部１６２の成形が終了する。その状態でサイドパンチ１８６が、可動型１８２と固定型１８４とにより拘束されている中間製品内に突入し、型面１９４，１９６とサイドパンチ１８６とにより有底中空円筒状部１６４が成形される。有底中空円筒状部１６４の単純な円筒面をなす内周面２００と底面２０２とが、円柱状をなすサイドパンチ１８６の外周面および先端面により成形されるのである。ピストン用素材１６０の成形終了後、可動型１８２および固定型１８４によりピストン用素材１６０が拘束された状態でサイドパンチ１８６が有底中空円筒状部１６４から離脱させられた後、可動型１８２が固定型１８４から離間させられ、ピストン用素材１６０が取り出される。
【００２５】
このようにして成形されたピストン用素材１６０の中空円筒状部１６６の開口側端部が、塑性加工により縮径させられる。この縮径工程の一形態であるスピニング加工工程について説明する。なお、ピストン用素材１６０の有底中空円筒状部１６４の底面２０２の中心と、突出部１７２とにはそれぞれ、図４に示すようにセンタ穴２１０，２１２が予め形成されているものとする。本スピニング加工工程において使用される塑性加工装置の一種であるスピニング加工装置２２０の主要部を図７〜図１０に示す。スピニング加工装置２２０は、図７に示すように、三つ爪チャックに類似の構成を有し、装置本体２２２の中心軸線を対称軸とし、互いに軸対称に接近，離間可能な複数個（本実施形態の場合３個）のスピニングローラ２２４を有する。スピニングローラ２２４は、回転部材の一形態である。３個のスピニングローラ２２４は、等角度間隔で設けられている。装置本体２２２には、上記中心軸線と直交する直線に沿って移動可能に３個の移動部材２２８が保持され、これら移動部材２２８に支持軸２３０を介してスピニングローラ２２４が回転可能に支持されている。
【００２６】
スピニング加工装置２２０は、ローラ移動装置２３４を備えている。装置本体２２２は、図８に示すように、概して有底中空円筒状をなす本体部２３６と、本体部２３６の一端の開口を閉塞する閉塞板２３８とを備えている。本体部２３６内には収容凹部２３９が形成され、この収容凹部２３９の開口が閉塞板２３８により閉塞されることにより形成される内部空間にローラ移動装置２３４が配設されている。収容凹部２３９は、閉塞板２３８に閉塞された側が大径となる段付穴であり、大径穴２４０と小径穴２４２とを有する。ローラ移動装置２３４は、回転盤２４４と回転盤２４４を回転駆動する回転駆動装置２４６とを含むものである。回転盤２４４は、概して円板状をなし、本体部２３６の大径穴２４０に回転可能に嵌合されている。本体部２３６の小径穴２４２には、中空軸２４８が同軸に、かつ、ベアリング２４７を介して回転可能に保持され、その中空軸２４８の一端部（閉塞板２３８側の端部）に回転盤２４４が一体的に設けられている。回転盤２４４の一方（閉塞板２３８側）の側面２５０には、回転盤２４４と一体のものとして機能し、回転盤２４４の外径より小径の円環状をなす溝形成部２５２が設けられており、その溝形成部２５２に渦巻状の溝２５４が形成されている。移動部材２２８のスピニングローラ２２４が取り付けられた側とは反対側の面には、上記溝２５４と噛み合う複数の歯２５８（図８参照）が形成されている。移動部材２２８は、図９に示すように、厚さ方向（装置本体２２２の中心軸線に平行な方向）の中間部分が他の部分よりも幅（上記厚さ方向および長手方向と直交する方向の寸法）が狭くされて、案内部２６２とされている。閉塞板２３８には、等角度間隔に隔たった３箇所にそれぞれ半径方向に延びる案内溝２６４が形成されている。移動部材２２８は、案内部２６２において案内溝２６４と軸方向に抜け出し不能かつ周方向に実質的に移動不能に係合している。したがって、回転盤２４４が回転操作されるのに伴って、３個の移動部材２２８が案内溝２６４に案内されて同期して装置本体２２２の直径方向に移動させられ、それにより３個のスピニングローラ２２４が互いに軸対称の関係を保って接近，離間させられる。
【００２７】
回転駆動装置２４６は、図１０に示すように、ウォームギヤ２８０と、ウォームギヤ２８０を駆動する駆動源としての油圧モータ２８２とを備えている。回転盤２４４は外周面に複数の歯が形成されることにより、外周部がウォームホイール２８４とされている。ウォームホイール２８４にはウォーム２８６が噛み合わされている。ウォーム２８６の軸方向両端部に突出する小径の支持軸２８８，２９０は、それぞれベアリング２９２，２９４を介して本体部２３６に回転可能に支持されている。ウォーム２８６を収容する収容凹部２９６は、大径穴２４０と部分的に干渉し合う状態で形成されている。一方の支持軸２９０は、支持軸２８８よりも軸方向に長く延び、その先端がスプライン軸３００とされ、油圧モータ２８２の出力軸３０２に設けられたスプライン穴３０４に相対回転不能に嵌合されている。油圧モータ２８２には、モータの油圧力を検出する検出装置としての油圧センサ３０６（図１２参照）が設けられており、油圧力を精度良く制御することができる。なお、油圧モータ２８２に代えて電動モータを採用することも可能である。
【００２８】
本体部２３６には、図８に示すように、心部材としてのマンドレル３１０が本体部２３６の中心軸線を回転軸線として回転可能に保持されている。マンドレル３１０は、中空軸２４８内部に同軸にかつベアリング３１２を介して回転可能に嵌合されており、軸方向に延び出し、閉塞板２３８を貫通して突出する側の部分が他の部分より大径の大径部３１４とされている。なお、大径部３１４の外周面３１６は、ピストン用素材１６０の内周面２００の内径よりもやや小さい外径を有する。
【００２９】
また、装置本体２２２の外部に、マンドレル３１０に同軸に対向する状態で、センタ３１８が設けられている（図５（ａ）参照）。本実施形態においては、センタ３１８は可動センタであり、センタ移動装置３１９（図１２参照）によりマンドレル３１０に対して軸方向に接近，離間させられる。また、センタ３１８の外周側には、回転駆動装置（図示省略）が設けられ、マンドレル３１０の大径部３１４およびセンタ３１８によりピストン用素材１６０の心出しがなされた状態では、上記回転駆動装置の回転トルク伝達部材３２０（図１１参照）が、ピストン用素材１６０の耳部１７４の一側面に近接させられた状態となる。そして、上記回転駆動装置が起動されれば、その回転（図１１に矢印で示す）が、回転トルク伝達部材３２０と耳部１７４の側面との係合によりピストン用素材１６０に伝達される。本実施形態においては、回転駆動装置は駆動源としての駆動モータの一種である油圧モータ３２２（図１２参照）を含むものとされる。この油圧モータ３２２にも油圧力を検出する検出装置としての油圧センサ３２４が設けられており、油圧力を精度良く制御することができる。
【００３０】
本スピニング加工装置２２０は、図１２に示す制御装置３２６により制御される。制御装置３２６は、コンピュータを主体とするものであり、前記油圧モータ２８２，３２２の各油圧センサ３０６，３２４等がコンピュータの入力部に接続されるとともに、コンピュータの出力部に、駆動回路を介して油圧モータ２８２，油圧モータ３２２およびセンタ移動装置３１９等（厳密にはこれらの制御弁装置）が接続されている。
【００３１】
スピニング加工工程において、図５（ａ）に示すように、上記スピニング加工装置２２０のマンドレル３１０の大径部３１４の先端が底面２０２のセンタ穴２１０に係合させられた後、センタ３１８がマンドレル３１０に接近させられ、センタ３１８の先端が突出部１７２のセンタ穴２１２に係合させられることにより、鍛造により成形されたピストン用素材１６０が心出しがなされた状態で両側から支持される。そして、センタ３１８側に設けられた上記回転駆動装置が起動され、ピストン用素材１６０が回転させられる。ピストン用素材１６０が回転させられた状態で、回転駆動装置２４６の起動により回転盤２４４が回転させられ、３個のスピニングローラ２２４が、ピストン用素材１６０の中空円筒状部１６６の中心線に接近する向きに同期して移動させられ、中空円筒状部１６６の開口側端部の外周面３２８に接触させられる。回転駆動装置２４６のさらなる駆動によりスピニングローラ２２４が外周面３２８に押し付けられ、中空円筒状部１６６の開口側端部が塑性変形により縮径させられる。この時、開口側端部の縮径限度がマンドレル３１０の外周面３１６により規定される。マンドレル３１０の外周面３１６が縮径限度規定装置として機能している。
【００３２】
回転駆動装置２４６の油圧モータ２８２の油圧力が、設定された上限値に達したことが油圧センサ３０６により検出されれば、スピニングローラ２２４の押付力がそのままの状態で保持され、かつ、ピストン用素材１６０が一定量回転させられる。本実施形態においてはピストン用素材１６０が一周させられる。このことにより、中空円筒状部１６６の開口側端部が周方向にわたって縮径させられる。このようにスピニングローラ２２４による押付力が一定値に保持された状態でピストン用素材１６０が一定量回転させられることは、不可欠ではないが、中空円筒状部１６６の開口側端部を全周にわたって確実に縮径させるためには、望ましい。ピストン用素材１６０が一周させられたことが検出されれば、上記回転駆動装置の油圧モータ３２２が停止させられて、ピストン用素材１６０の回転が止められる。続いて、回転盤２４４が逆方向に回転させられて３個のスピニングローラ２２４が互いに離間させられ、中空円筒状部１６６への押付けが解除される。そして、センタ３１８がマンドレル３１０から離間させられ、ピストン用素材１６０が取り出される。このようにして、中空円筒状部１６６の軸方向の一部（本実施形態の場合開口側端部）にその他の部分より直径の小さい縮径部３３０が形成され、その他の部分が非縮径部３３２とされる。
【００３３】
次に、中空円筒状部１６６の外周面３２８に切削加工が行われる。この切削加工工程について図５（ｂ）に基づいて説明する。両センタ穴２１０，２１２に一対のセンタ３３８，３４０が係合させられて心出しがなされた状態でピストン用素材１６０が両側から支持され、切削工具としてのバイト３４２によって中空円筒状部１６６の外周面３２８を含む部分の切削加工が行われる。一対のセンタ３３８，３４０は、図示しない移動装置により共に軸方向に移動可能とされてもよいが、本実施形態では、一方のセンタが移動させられ、他方のセンタは固定とされている。上記切削加工によって、非縮径部３３２の外径が縮径部３３０の外径と同じになり、縮径部３３０に対応する部分に、半径方向内向きに突出する厚肉部１３０が形成される。なお、縮径部３３０の内周面に心部材を嵌合させ、センタ穴２１２に係合したセンタと共同してピストン用素材１６０が両側から支持された状態で、切削加工を行ってもよい。
【００３４】
また、有底中空円筒状部１６４へのキャップ１２２の嵌合に先立って、厚肉部１３０の内周面および開口側端面に機械加工が施される。切削加工が行われた中空円筒状部１６６の外周面３２８が図示しない治具により保持された状態で、内周面１３２および開口型端面１５８が加工工具により加工され、製品としてのピストン１４になった場合の有底中空円筒状部１２０が形成される（図６参照）。
本実施形態においては、キャップ１２２も鍛造により製造される。なお、図６に示すように、キャップ１２２の底壁部１４６の嵌合部１５０が形成された側とは反対側の端面の中心には、突出部３４６が一体的に設けられている。突出部３４６には、予めセンタ穴３４８が形成されている。
【００３５】
キャップ１２２の嵌合部１５０側が先端部とされ、有底中空円筒状部１２０の開口へ、同軸に位置決めされた状態で挿入され、嵌合部１５０の外周面が厚肉部１３０の内周面１３２に嵌合される。有底中空円筒状部１２０の開口側端面１５８と、キャップ１２２の端面１４８とが当接させられて嵌合深さが規定された状態で、有底中空円筒状部１２０とキャップ１２２とが、開口側端面１５８と端面１４８とを溶接面として溶接により固定される。そして、両センタ穴２１２，３４８にそれぞれセンタ（図５（ｂ）のセンタ３３８，３４０参照）が係合されて心出しがなされた状態で両側から支持され、厚肉部１３０（縮径部３３０）の外周面に円環状のピストンリング溝１４０が形成され、ピストンリング１４２（図２参照）が嵌合される。この後、必要に応じて、中空円筒状部１２６の外周面の仕上加工が行われてもよい。なお、ピストンリング溝１４０の加工は、有底中空円筒状部１２０とキャップ１２２とが固定される前に行ってもよい。このようにして中空の頭部７２が形成される。
【００３６】
そして、少なくとも頭部７２の外周面に塗装が行われ、コーティング層が形成される。また、突出部１７２，３４６が除去されるとともに各端面が切削加工される。ピストン用素材１６０の係合部形成部１６２にも機械加工が施される。図６に二点鎖線で示すように、係合部形成部１６２の軸方向のほぼ中央部に底壁を残して切削加工が行われて溝３５０が形成されることにより、一対のアーム部１０８，１１０および連結部１１２が形成される。また、ピストン１４となった際にシュー７６を保持する凹部１１４が形成され、係合部７０が完成する。このようにして図２に示すピストン１４が得られる。
【００３７】
本実施形態によれば、ピストン用素材１６０の中空円筒状部１６６の開口側端部を塑性変形により縮径し、その後外周面３２８を切削加工して縮径部３３０と非縮径部３３２との外径を同じにすることによって厚肉部１３０を形成することができ、従来のように中空円筒状部の内周面の切削加工により厚肉部を形成するのに比較して、厚肉部の形成が容易となる。ピストン１４の頭部７２の外周面は、シリンダボア内周面に精度良く嵌合させられる必要があることから、切削加工が不可欠である。この切削加工の際に縮径部３３０と非縮径部３３２との外径を同じとなるように切削加工すれば、切削加工に要する時間を短縮でき、作業能率が向上する。また、サイドパンチ１８６により有底中空円筒状部１６４の内周面２００および底面２０２を形成すれば、キャップ１２２の嵌合される厚肉部１３０の内周面以外の内周面の機械加工が不要となるか、あるいは取り代が少なくて済み、この点からも作業能率が向上し、また、材料の無駄が少なくて済むため製造コストを低減できる。さらに、本実施形態のように有底中空円筒状部１２０とキャップ１２２とを溶接により固定する場合には、厚肉部１３０の形成により開口側端面１５８と端面１４８とからなる溶接面の面積を大きくすることができ、溶接強度が向上する。このようにピストンリング溝１４０を形成する部分のみ厚肉とし、他の部分は薄肉とすることにより、ピストン１４の軽量化を図ることができる。
【００３８】
本実施形態においては、縮径部の外周面に形成される円環状溝の一例として、ピストンリング溝１４０について説明したが、縮径部の外周面に潤滑油保持用の円環状溝を形成してもよい。また、縮径工程において縮径させるのは、中空円筒状部の開口側端部に限らず、中空円筒状部の軸方向の中間部等、軸方向の一部であればよく、縮径部に円環状溝を形成することは不可欠ではない。円環状溝を形成しない場合でも、開口側端部に厚肉部を形成することにより、有底中空円筒状部と閉塞部材とを溶接により結合する場合には、上述のように溶接面の面積を大きくすることができ、接着により結合する場合には、接着面積を大きくすることができるため、いずれにしても結合強度が増す利点が得られる。
【００３９】
ピストン用素材は、鋳造により製造してもよい。この場合、図３に示した鍛造装置とほぼ同じ構成を有する鋳造装置を使用できる。鋳造装置は、一対の金型と中子とを備えるものとし、一対の金型によりピストン用素材の外形を成形し、スライドコアの外周面によりピストン用素材の内周面および底面を成形するのである。また、閉塞部材も鋳造により製造してもよい。
【００４０】
縮径工程を、金型を用いたプレス加工により実施してもよい。その一実施形態を図１３に基づいて説明する。プレス機の本体４００には金型４０２が固定されている。金型４０２内部には、開口側が大径穴部４０６、本体４００側が小径穴部４０８とされた絞り穴４１０が形成されている。本体４００内部には、心部材としてのマンドレル４１２が同軸に設けられ、その先端が絞り穴４１０の大径穴部４０６まで延びている。大径穴部４０６は、ピストン用素材１６０の中空円筒状部１６６の外径より僅かに大きい内径を有している。マンドレル４１２の外周面は、小径穴部４０８の内径より僅かに小さくされ、小径穴部４０８の内周面とマンドレル４１２の外周面とで規定される空間は、中空円筒状部１６６の周壁より僅かに大きい厚さを有する。本体４００内には、突出し部材４１６がマンドレル４１２と同軸にかつ軸方向に移動可能に保持され、小径穴部４０８の内周面とマンドレル４１２の外周面とで規定される空間内を摺動可能である。突出し部材４１６は、油圧シリンダ等の駆動装置により前進，後退させられる。金型４０２と同軸に対向する状態で、押込部材としてのポンチ４１８が軸方向に移動可能に設けられている。ポンチ４０８は、プレス機の図示しないラムに取り付けられ、ラムの前進，後退によって金型４０２に対して接近，離間させられる。前述のようにして鍛造または鋳造されたピストン用素材１６０が、開口側端部側から金型４０２の大径穴部４０６に挿入される。その状態で、ポンチ４１８が前進させられ、ポンチ４１８の端面に形成された凹部４２０と係合部形成部１６２とが嵌合された状態で、ピストン用素材１６０が絞り穴４１０内部にさらに深く押し込まれる。それにより、開口側端部が小径穴部４０８内に押し込まれ、塑性変形により縮径させられる。ピストン用素材１６０の開口側端面と突出し部材４１６の端面とが当接するより前にラムおよびポンチ４１８の前進が停止させられる。このようにしてピストン用素材１６０の開口側端部が縮径させられた後、ポンチ４０８が後退させられ、突出し部材４１６が前進させられることにより、ピストン用素材１６０が金型４０２から離脱させられ、取り出される。以上の説明から明らかなように、金型４０２は縮径ダイスとなっている。
【００４１】
金型を用いたプレス加工による中空円筒状部の縮径工程の別の実施形態を図１４および図１５に基づいて説明する。本実施形態においても、金型５０２が使用されるが、その構成が異なっている。金型５０２は、周方向に複数に分割（図示の例においては等角度間隔で６個の型部材５０３に分割）され、縮径，拡径が可能な分割型５０４と、分割型５０４の外周側に嵌合されたアウタリング５０６とを備えているのである。分割型５０４の内周面が共同して、大径穴部５１０と小径穴部５１４とから成る型穴５１６を形成している。拡径状態にある分割型５０４の小径穴部５１４に、ピストン用素材１６０の中空円筒状部１６６が嵌合可能である。小径穴部５１５の開口側端部の内周面からフランジ部が半径方向内向きに延び出させられ、肩面５２０が形成されている。分割型５０４の外周面はテーパ外周面５２２とされ、アウタリング５０６の内周面はそのテーパ外周面５２２に対応するテーパ内周面５２４とされている。ストッパリング５２６等のストッパ装置により、分割型５０４のアウタリング５０６からの抜け出しが防止されている。分割型５０４の軸方向の両側に、互いに対向する状態で第一ポンチ５３０と第二ポンチ５３２とが設けられている。第一ポンチ５３０はプレス機の図示しないラムにより、また、第二ポンチ５３２は、プレス機の本体５３４内に配設された図示しない油圧シリンダ等の駆動装置により、それぞれ金型５０２の軸方向に前進，後退させられる。第一ポンチ５３０および第二ポンチ５３２は、金型５０２に接近させられる方向が共に前進方向であり、離間させられる方向が後退方向である。第一ポンチ５３０の第二ポンチ５３２に対向する側の面には、ピストン用素材１６０の係合部形成部１６２を収容可能な凹部５３６が形成されている。第二ポンチ５３２は、概して円筒状をなし、その内周側に心部材としてのマンドレル５４０が同軸に設けられ、分割型５０４の型穴５１６の大径穴部５１０内に達する長さを有している。複数の型部材５０３の互いに対向する側面には、図１５に示すように、それぞれ凹部５４２が形成されている。凹部５４２は分割型５０４の軸方向に隔たった複数箇所に形成されており、互いに対向する２つずつの凹部５４２に跨がって、それぞれ１個ずつの拡径部材５４６が配設されている。拡径部材は、ゴム部材，スプリング等の弾性部材とすることができ、本実施形態においては、ゴム部材とされている。型部材５０３および拡径部材５４６が分割型５０４を構成している。
【００４２】
ピストン用素材１６０の中空円筒状部１６６を縮径させる縮径工程において、鍛造または鋳造により製造されたピストン用素材１６０が、中空円筒状部１６６を先端側にして分割型５０４の型穴５１６内に挿入される。中空円筒状部１６６の開口側端部が型穴５１６の小径穴部５１４に嵌合され、開口側端面と肩面５２０とが当接することにより、ピストン用素材１６０の嵌入限度が規定される。その後、第一ポンチ５３０が前進させられ、凹部５３６に係合部形成部１６２が収容されるとともに、第一ポンチ５３０の先端面が分割型５０４の開口側端面に当接させられる。その結果、分割型５０４が第二ポンチ５３２側に押されることにより、アウタリング５０６内で縮径させられ、それに伴って中空円筒状部１６６の開口側端部が縮径させられる。その縮径に伴って、分割型５０４の型部材５０３間に配設された拡径部材５４６が弾性変形させられる。開口側端部の縮径限度は、マンドレル５４０の外周面により規定される。開口側端部の縮径が完了すれば、第一ポンチ５３０が後退させられるとともに、第二ポンチ５３２が前進させられ、分割型５０４とピストン用素材１６０とが押されて第一ポンチ５３０側に移動させられる。それに伴って、拡径部材５４６の弾性力により分割型５０４が拡径させられ、ピストン用素材１６０が解放され、取り出される。第一ポンチ５３０が押込部材として、第二ポンチ５３２が突出し部材としてそれぞれ機能し、上記アウタリング５０６，第一ポンチ５３０および第二ポンチ５３２が拡縮装置を構成している。
【００４３】
本発明のピストン用素材を成形する成形工程のさらに別の実施形態について、図１６に基づいて説明する。本実施形態における成形工程は、鍛造または鋳造によりピストン用素材を成形する第一成形工程と、そのピストン用素材の中空円筒状部の一部を残して他の部分を拡径させる拡径工程とを含むものである。ピストン用素材を鍛造または鋳造により成形する工程については、前に説明したため、ここでは説明を省略する。拡径工程に使用される成形装置は、開閉可能な一対の金型６０２，６０４を備える。一対の金型６０２，６０４が合わされた状態では、内部にピストン用素材１６０の外形に対応するキャビティ６０６が形成される。ただし、キャビティ６０６の中空円筒状部１６６の外形に対応する部分であって、開口側端部以外の部分は、中空円筒状部１６６の外径よりもやや大きい内径を有する大径穴部６１０とされている。キャビティ６０６の、中空円筒状部１６６の開口側端部に対応する部分を小径穴部６１２と称する。鍛造または鋳造により製造されたピストン用素材１６０が金型６０２，６０４に収容された状態で金型６０２，６０４が型締めされ、ピストン用素材１６０の開口側内周面には、円筒状の加圧管６１６が嵌合される。加圧管６１６の開口側端部近傍の外周面には、Ｏリング等のシール部材６１８が配設されて、加圧管６１６内部および中空円筒状部１６６内部により形成される空間内の液密が保持されている。加圧管６１６を経て中空円筒状部１６６内部の空間に流体圧（液体圧または気体圧）が供給される（高速で供給されることが望ましい）ことにより、中空円筒状部１６６の開口側端部以外の周壁が外周側に膨らまされる。つまり、本実施形態においては、バルジ法により拡径工程が行われるのである。上記膨張の限度は、大径穴部６１０の内周面により規定される。金型６０２，６０４が中空円筒状部１６６を外側から拘束する拘束型を構成している。このように開口側端部以外の部分を外周側に膨張させて大径にすることにより、結局、中空円筒状部１６６の開口側端部が他の部分より小径となる。そして、前記図５（ｂ）で説明したのと同様にして、切削加工工程において、中空円筒状部１６６の外周面が切削加工されることにより、中空円筒状部１６６の小径部である開口側端部と、それ以外の部分である大径部との外径が同じにされる。なお、バルジ工程は、中空円筒状部内に液体を充満させ、その中空円筒状部の開口内にプランジャを押し込むことにより液圧を上昇させて行ってもよい。
【００４４】
ピストン用素材は、係合部となるべき部分同士が連結された二連素材や、頭部となるべき部分と係合部となるべき部分とが連結された二連素材としてもよいし、３個以上のピストン用素材が直列に連結された多連素材とすることも可能である。
【００４５】
ピストン用素材と閉塞部材とは、溶接以外の固定方法、例えば、接着，しまり嵌合，螺合等またはそれらの組み合わせを含むその他の固定方法によって固定してもよい。ピストン用素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。ピストン用素材と閉塞部材とを接着，かしめにより固定する場合には、閉塞部材はそれらの固定方法に好適な樹脂により形成してもよい。閉塞部材は円板等単純な形状であれば、市販の棒材等汎用素材の機械加工により製造してもよい。
【００４６】
ピストンは、閉塞部材と係合部とが一体に形成され、頭部の主要部分を構成する有底中空円筒状部材の開口が閉塞部材により閉塞される形態としてもよく、あるいは、ピストンが頭部の軸方向の中央部で分割されて係合部を備えた側と備えない側とを有する形態としてもよい。本発明を、固定容量型斜板式圧縮機用の片頭ピストンや、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することも可能である。
【００４７】
以上、本発明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ピストンの製造方法により製造されたピストンを備える圧縮機を示す正面断面図である。
【図２】上記ピストンの正面断面図である。
【図３】上記製造方法の成形工程を説明するための正面断面図である。
【図４】上記成形工程において成形されたピストン用素材を示す正面断面図である。
【図５】上記製造方法の縮径工程および切削加工工程を説明するための正面断面図である。
【図６】上記ピストン用素材に閉塞部材が嵌合された状態を示す正面断面図である。
【図７】上記縮径工程において使用されるスピニング加工装置の主要部を示す正面図である。
【図８】上記スピニング加工装置の側面断面図である。
【図９】上記スピニング加工装置の一部を示す側面断面図である。
【図１０】上記スピニング加工装置の一部を示す正面断面図である。
【図１１】上記ピストン用素材を示す側面図である。
【図１２】上記スピニング加工装置を制御する制御装置のうち、本発明に関連の深い部分を示すブロック図である。
【図１３】本発明の別の実施形態である圧縮機用ピストンの製造方法の縮径工程を説明するための正面断面図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態である圧縮機用ピストンの製造方法の縮径工程を説明するための正面断面図である。
【図１５】図１４のＰ−Ｐ断面図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態である圧縮機用ピストンの製造方法の成形工程を説明するための正面断面図である。
【符号の説明】
１４：片頭ピストン ７２：頭部 １２０：有底中空円筒状部 １２２：キャップ １２６：中空円筒状部 １３０：開口側端部（厚肉部） １３２：内周面 １４０：ピストンリング溝 １４２：ピストンリング １５０：嵌合部 １６０：ピストン用素材 １６４：有底中空円筒状部 １６６：中空円筒状部 ２２０：スピニング加工装置 ２２４：スピニングローラ ３１０：マンドレル ３２８：外周面 ３３０：縮径部 ３３２：非縮径部 ４０２：金型 ４１０：絞り穴 ４１２：マンドレル ５０２：金型 ５０３：型部材 ５０４：分割型 ５０６：アウタリング ５１６：型穴 ５４０：マンドレル ６０２，６０４：金型 ６０６：キャビティ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a piston used in a compressor such as a swash plate compressor, and more particularly to a method for producing a hollow head fitted to a cylinder bore.
[0002]
[Prior art]
In general, a piston for a compressor is slidably fitted to a cylinder bore of a cylinder housing, and a head that forms a compression chamber in cooperation with the cylinder housing and an engaging portion that engages with a drive device are integrated. It is supposed to be provided. In many cases, the head is hollow in order to satisfy the demand for weight reduction. Further, for example, in the case of a swash plate compressor, the engaging portion includes a pair of arm portions extending in parallel to each other and a connecting portion that connects the base ends of the arm portions, and the pair of arm portions. Are engaged with both sliding surfaces of the outer peripheral portion of the swash plate via shoes.
[0003]
In many cases, the hollow head has a hollow cylindrical part, but it may be necessary to make a part of the hollow cylindrical part in the axial direction thicker than the other part. For example, it is necessary to increase the thickness for the purpose of forming an annular groove such as a piston ring groove or an oil groove on the outer peripheral surface of the hollow head or for improving the strength. However, since the compressor piston has a strong demand for weight reduction as described above, it is not desirable to increase the thickness of the entire hollow cylindrical portion. In addition, the hollow head needs to be fitted with a cylinder bore whose inner peripheral surface is a cylindrical surface, and the outer peripheral surface is generally required to be a cylindrical surface. Therefore, when it is necessary to thicken a part of the hollow cylindrical portion in the axial direction, it must be protruded to the inner peripheral surface side.
[0004]
On the other hand, the material for the piston for the compressor is often manufactured by forging, casting, etc., and the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion of the material for the piston is punched for forging and the core for casting. It is formed by. Therefore, it is necessary to extract the punch and core from the hollow cylindrical portion after molding, and it is essential that the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion has a smaller diameter toward the tip end side of the punch or core. In order to make a part in the axial direction a thick part, if an annular projecting part projecting toward the inner peripheral side is formed at the axially intermediate part of the inner peripheral surface or the opening side end part, the punch or core It cannot be extracted from the hollow cylindrical portion. Therefore, when it is necessary to form an annular protrusion projecting toward the inner peripheral side at the axially intermediate portion of the inner peripheral surface or at the opening side end, conventionally, the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion is cut. Processing was done.
[0005]
[Problems to be solved by the invention, means for solving problems and effects]
However, it is not desirable to cut the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion. In other words, since the outer peripheral surface of the hollow head needs to be fitted to the cylinder bore with high accuracy, it is indispensable to perform machining including cutting, so both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are machined. It is necessary to process, and the manufacturing cost increases. Further, the cutting of the inner peripheral surface is generally more difficult than the outer peripheral surface.
[0006]
The present invention, against the background of the above circumstances, is a production of a piston for a compressor having a hollow cylindrical portion, which has a portion thicker than other portions in a part of the hollow cylindrical portion in the axial direction. The present invention has been made with the object of facilitating the present invention, and the present invention provides a method for manufacturing a compressor piston according to the following embodiments. As with the claims, each aspect is divided into sections, each section is numbered, and is described in a form that cites the numbers of other sections as necessary. This is for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the technical features described in the present specification and the combinations thereof to those described in the following sections. . In addition, when a plurality of items are described in one section, it is not always necessary to employ the plurality of items together. It is also possible to select and employ only some items.
[0007]
(1) a molding step for molding a piston material having a hollow cylindrical portion;
A diameter reducing step of reducing a diameter of the hollow cylindrical portion of the material for the piston by plastic working;
After the diameter reducing process, by cutting the outer peripheral surface of the piston material, the cutting process for making the outer diameter of the reduced diameter part the same as the non-reduced diameter part;
A method of manufacturing a piston for a compressor, comprising:
In this way, if a material for a piston having a hollow cylindrical portion is molded and a part of the hollow cylindrical portion of the molded product is reduced in diameter by plastic working, the hollow cylinder can be obtained without cutting. A portion protruding in an annular shape from the other portion to the inner peripheral side can be formed on the inner peripheral surface of the shape portion. Then, if the outer diameter of the reduced diameter portion is made the same as that of the non-reduced diameter portion by cutting the outer peripheral surface, the thick wall portion is cut in the axial direction of the hollow cylindrical portion, and the inner peripheral surface is cut. It can form without performing.
As described above, in order to make the outer diameter of the reduced diameter portion the same as that of the non-reduced diameter portion, it is often necessary to increase the allowance for the non-reduced diameter portion as compared with the conventional case, but still the outer peripheral surface In many cases, the time required for cutting is not changed so much. In general, cutting of the outer peripheral surface is performed by roughing and finishing, and the machining allowance for roughing is often relatively small, so even if the machining allowance for the outer circumferential surface is larger than before, rough machining is performed. This is because there is little need to increase the number of executions of. Even if the number of times of roughing is increased, cutting of the outer peripheral surface is easier than that of the inner peripheral surface, and the total time required for processing can be shortened.
(2) The method for producing a piston for a compressor according to (1), wherein the diameter reducing step is a step of reducing a diameter of a part of the hollow cylindrical portion in the axial direction by spinning.
If the diameter reducing step is performed by spinning, a part of the hollow cylindrical portion in the axial direction can be easily reduced in diameter. Spinning can also be performed by pressing a non-rotating type processing tool (a spatula) against the outer peripheral surface of the rotating piston material, but pressing the outer peripheral surface of a rotating member such as a roller against the outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion In many cases, and the dimensional accuracy of the reduced diameter portion is often increased. It is desirable to use a plurality of spinning rollers and to simultaneously press them on a plurality of locations separated in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion. It is desirable to move three or more spinning rollers disposed at equal angular intervals in a direction approaching the center line of the hollow cylindrical portion (referred to as the center direction) in synchronization with each other. However, it is not essential to arrange them at equal angular intervals or to synchronize them. In the latter case, for example, each spinning roller may be individually movable toward the center and may be biased toward the center by a biasing means such as a spring member or an air cylinder.
(3) The method for manufacturing a piston for a compressor according to (1), wherein the diameter reducing step is a step of reducing a diameter of a part of the hollow cylindrical portion in an axial direction by press working using a mold.
As said metal mold | die, what contains the diameter reduction die | dye provided with the throttle hole which has a large diameter hole part and a small diameter hole part can be used, for example. The hollow cylindrical portion of the piston material is inserted into the large-diameter hole portion of the reduced-diameter die from the opening side end portion side, and the pushing member that can move in the axial direction of the reduced-diameter die axially moves toward the small-diameter hole portion side. By pushing in, the diameter of the opening end is reduced. The pushing member may be driven by a driving device provided in a press machine or the like.
A split mold having a plurality of mold members surrounding the hollow cylindrical portion of the piston material, and expansion / contraction to move the mold members in the radial direction to expand and contract the mold hole formed inside the split mold A diameter reduction process can also be implemented using the metal mold | die provided with the apparatus. The number of division-type divisions can be set to 2 when the amount of reduction in the diameter reduction step is small, but is preferably 3 or more, and more preferably 4 or more. The diameter reduction may be performed at once, or may be performed in a plurality of stages.
(4) A core member such as a mandrel is disposed at least on the inner peripheral side of the hollow cylindrical portion to be reduced in diameter, and the diameter reduction limit of the reduced diameter portion is defined by the outer peripheral surface thereof. Or a method for producing a piston for a compressor according to item (3).
Although the core member is not indispensable, a reduced diameter portion with higher dimensional accuracy can be formed when used.
(5) The piston material includes a bottomed hollow cylindrical portion in which one end of the hollow cylindrical portion is closed and the other end is opened, and the diameter reducing step is an opening side of the bottomed hollow cylindrical portion. The method for producing a piston for a compressor according to any one of (1) to (4), which is a step of reducing the diameter of the end portion (Claim 3).
Thus, if the diameter of the opening-side end of the bottomed hollow cylindrical part is reduced and the thick part is formed, the bonding strength with the closing member that closes the opening of the bottomed hollow cylindrical part can be improved. There are many. For example, when the connection is performed by welding, the welding surface can be widened and the welding strength can be increased.
(6) A method for manufacturing a compressor piston according to any one of (1) to (5), wherein an annular groove is formed by cutting on the outer peripheral surface of the reduced diameter portion (claim 4).
If an annular groove such as a piston ring groove or an oil groove is formed in the thick part, the annular groove can be formed while avoiding a decrease in strength and an increase in weight of the hollow head.
(7) The method for manufacturing a piston for a compressor according to any one of (1) to (6), wherein the forming step includes a step of manufacturing the piston material by forging.
(8) The method for manufacturing a piston for a compressor according to any one of (1) to (6), wherein the forming step includes a step of manufacturing the piston material by casting.
(9) In a state where the fitting portion formed on one end surface of the closing member is fitted to the inner peripheral surface of the opening-side end portion of the bottomed hollow cylindrical portion on the outer peripheral surface of the fitting portion, The method for producing a piston for a compressor according to any one of (1) to (8), comprising a step of forming a hollow head by fixing the closing member to the bottomed hollow cylindrical portion. .
(10) A molding step of molding a material for a piston having a hollow cylindrical part having a large diameter part and a small diameter part having a substantially constant thickness and different diameters;
A cutting process for making the outer diameter of the large-diameter portion and the small-diameter portion the same by cutting the outer peripheral surface of the piston material, and
The manufacturing method of the piston for compressors characterized by including these.
As described in the above item (1), by reducing the diameter in the axial direction of the hollow cylindrical portion of the once formed piston material, the large diameter portion and the small diameter portion having substantially the same thickness and different diameters. In addition to a method of obtaining a material for a piston having a hollow cylindrical part having a hollow cylindrical part having a similar shape by expanding the diameter of the other part while leaving a part in the axial direction as described in the next section It is possible to obtain a material for a piston having a portion, and to form a hollow cylindrical portion having a large diameter portion and a small diameter portion from the beginning. The characteristics described in the items (3) to (9) can be applied to the manufacturing method of this item. However, in that case, the “reduced diameter portion” is replaced with “small diameter portion”.
(11) The molding step includes
A first molding step for molding a piston material having a hollow cylindrical portion with a bottom;
A diameter expansion step of expanding the diameter of at least a part of the hollow cylindrical portion of the piston material formed in the first forming step from the inner peripheral side toward the outer peripheral side;
(10) The manufacturing method of the piston for compressors as described in the above-mentioned item.
(12) In the first forming step, the diameter expanding step is formed into a constraining die that includes a plurality of molds that can be opened and closed and forms a cavity having a large diameter hole portion and a small diameter hole portion inside in a closed state. The bulge process in which at least a part of the hollow cylindrical portion is expanded by restraining the hollow cylindrical portion of the piston material from outside and applying fluid pressure to the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion in this state. The manufacturing method of the piston for compressors as described in (11).
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the manufacture of a piston for a swash plate compressor used in a vehicle air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a swash plate compressor according to this embodiment. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a cylinder block, and a plurality of cylinder bores 12 extending in the axial direction are formed on one circumference around the central axis of the cylinder block 10. In each cylinder bore 12, a single-head piston 14 (hereinafter abbreviated as "piston 14") is disposed so as to be able to reciprocate. A front housing 16 is attached to one axial end surface of the cylinder block 10 (the left end surface in FIG. 1 and referred to as the front end surface), and the other end surface (the right end surface in FIG. 1 and the rear end surface). The rear housing 18 is attached via a valve plate 20. The front housing 16, rear housing 18, cylinder block 10 and the like constitute a swash plate compressor housing. A suction chamber 22 and a discharge chamber 24 are formed between the rear housing 18 and the valve plate 20, and are connected to a refrigeration circuit (not shown) via a suction port 26 and a supply port 28, respectively. The valve plate 20 is provided with a suction hole 32, a suction valve 34, a discharge hole 36, a discharge valve 38, and the like.
[0009]
A rotation shaft 50 is provided in the housing so as to be rotatable about the central axis of the cylinder block 10 as a rotation axis. The rotating shaft 50 is rotatably supported at both ends by the front housing 16 and the cylinder block 10 via bearings. A support hole 56 is formed at the center of the cylinder block 10 and is supported through the bearing in the support hole 56. The end of the rotary shaft 50 on the front housing 16 side is connected to a vehicle engine as an external drive source which is a kind of drive source (not shown) via a clutch mechanism such as an electromagnetic clutch. Therefore, when the rotating shaft 50 is connected to the vehicle engine by the clutch mechanism during operation of the vehicle engine, the rotating shaft 50 is rotated around its own axis.
[0010]
A swash plate 60 is attached to the rotary shaft 50 so as to be relatively movable and tiltable in the axial direction. A through hole 61 passing through the center line is formed in the swash plate 60, and the rotating shaft 50 passes through the through hole 61. The inner diameter of the through hole 61 is gradually increased in the vertical direction in FIG. 1 toward the opening at both ends, and the cross-sectional shape of these both ends forms a long hole. A rotating plate 62 as a rotation transmitting member is fixed to the rotating shaft 50 and is engaged with the front housing 16 via a thrust bearing 64. The swash plate 60 is rotated integrally with the rotary shaft 50 by the hinge mechanism 66 and is allowed to tilt with movement in the axial direction. The hinge mechanism 66 includes a support arm 67 fixedly provided on the rotating plate 62, a guide pin 69 fixedly provided on the swash plate 60, and slidably fitted in a guide hole 68 of the support arm 67; The through hole 61 of the swash plate 60 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 50 are included. In the present embodiment, the swash plate 60, the rotary shaft 50, the hinge mechanism 66, and the like constitute a drive device that causes the piston 14 to reciprocate.
[0011]
The piston 14 is a kind of hollow piston, and an engaging portion 70 that is engaged with the swash plate 60, and a head as a hollow head that is provided integrally with the engaging portion 70 and is fitted to the cylinder bore 12. 72. The head 72, the cylinder bore 12 and the valve plate 20 jointly form a compression chamber. The outer peripheral portion of the swash plate 60 is engaged with the engaging portion 70 via a pair of hemispherical shoes 76. A detailed description of the shape of the piston 14 will be given later.
[0012]
The rotational movement of the swash plate 60 is converted into the reciprocating linear movement of the piston 14 via the shoe 76. In the suction stroke in which the piston 14 moves from the top dead center to the bottom dead center, the refrigerant gas in the suction chamber 22 is sucked into the compression chamber in the cylinder bore 12 through the suction hole 32 and the suction valve 34. In the compression stroke in which the piston 14 moves from the bottom dead center to the top dead center, the refrigerant gas in the compression chamber in the cylinder bore 12 is compressed and discharged to the discharge chamber 24 through the discharge hole 36 and the discharge valve 38. As the refrigerant gas is compressed, an axial compression reaction force acts on the piston 14. The compression reaction force is received by the housing including the cylinder block 10, the front housing 16, the rear housing 18 and the like via the piston 14, the swash plate 60, the rotating plate 62 and the thrust bearing 64. A rotation restricting portion is provided integrally with the engaging portion 70 of the piston 14. The rotation restricting portion is in a state in contact with the inner peripheral surface of the front housing 16, restricts the rotation of the piston 14 around the central axis, and avoids the collision between the piston 14 and the swash plate 60.
[0013]
An air supply passage 80 is provided through the cylinder block 10. The air supply passage 80 connects the discharge chamber 24 and a swash plate chamber 86 formed between the front housing 16 and the cylinder block 10. An electromagnetic control valve 90 is provided midway in the air supply passage 80. The solenoid 92 of the electromagnetic control valve 90 is excited and demagnetized by a computer-based control device (not shown), and the amount of supplied current is controlled according to information such as the cooling load, so that the opening degree of the electromagnetic control valve 90 is adjusted. The
[0014]
A discharge passage 100 is provided inside the rotary shaft 50. The discharge passage 100 is opened to the support hole 56 at one end, and is opened to the inner space of the front housing 16 at the other end, and is communicated with the swash plate chamber 86 through the opening. The support hole 56 is communicated with the suction chamber 22 through the discharge port 104.
[0015]
The swash plate compressor is a variable capacity type, and the piston 14 is controlled by controlling the pressure in the swash plate chamber 86 using a pressure difference between the discharge chamber 24 as a high pressure source and the suction chamber 22 as a low pressure source. The difference between the pressure in the cylinder bore 12 acting before and after the pressure and the pressure in the swash plate chamber 86 is adjusted, the inclination angle of the swash plate 60 is changed, the stroke of the piston 14 is changed, and the discharge capacity of the compressor is adjusted. . Specifically, the pressure of the swash plate chamber 86 is controlled by the swash plate chamber 86 being connected to or shut off from the discharge chamber 24 by controlling the excitation and demagnetization of the electromagnetic control valve 90.
[0016]
The cylinder block 10 and the piston 14 are made of an aluminum alloy which is a kind of metal, and the outer peripheral surface of the piston 14 is coated with a fluororesin. If it coats with a fluororesin, the fitting clearance with the cylinder bore 12 can be made as narrow as possible while avoiding direct contact with the same kind of metal and preventing seizure. The cylinder block 10 and the piston 14 are preferably made of an aluminum silicon alloy. However, the material of the cylinder block 10 and the piston 14, the material of the coating layer, and the like are not limited to the materials described above, and other materials may be used.
[0017]
The piston 14 will be described in more detail.
The engaging portion 70 of the piston 14 is generally U-shaped, and extends in parallel with each other in a direction perpendicular to the central axis of the head 72, and the base ends of these arm portions 108, 110 are connected to each other. And a connecting portion 112 for connecting the two. Concave portions 114 are formed on the side surfaces of the arm portions 108 and 110 facing each other. The inner surfaces of these recesses 114 have a concave spherical shape, and two concave spherical surfaces are located on one spherical surface. The pair of shoes 76 is slidably held in the concave portion 114 at the spherical surface portion, contacts the front and back surfaces (both sliding surfaces) of the outer peripheral portion of the swash plate 60 at the flat portion, and the outer peripheral portion of the swash plate 60 on both sides. It is pinched from.
[0018]
The head portion 72 of the piston 14 is fixed to the bottomed hollow cylindrical portion 120 having a bottomed hollow cylindrical shape with one end opened and the other end closed, and a bottomed hollow cylindrical portion 120. And a cap 122 as a closing member for closing the opening of the cylindrical portion 120. The bottomed hollow cylindrical portion 120 includes a bottom wall 124 and a hollow cylindrical portion 126 that extends from the outer peripheral portion of the bottom wall 124 in a direction parallel to the central axis of the head 72, and the engaging portion in the bottom wall 124. 70 is formed integrally with the arm portion 110 side. The bottomed hollow cylindrical portion 120 and the engaging portion 70 constitute an integral body member 128. A thick part thicker than the other part of the hollow cylindrical part 126 is formed at the opening side end of the hollow cylindrical part 126. Hereinafter, the opening side end portion is referred to as a thick portion 130. The outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion 126 is a simple cylindrical surface, and the thick wall portion 130 has an inner peripheral surface 132 that is radially inward from the inner peripheral surface 134 of the other part of the hollow cylindrical portion 126. It is thick by protruding. A piston ring groove 140 which is an annular groove is formed in a portion corresponding to the thick portion 130 on the outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion 126, and the piston ring 142 is fitted therein.
[0019]
The cap 122 has a stepped bottomed cylindrical shape, and includes a bottom wall portion 146 and a fitting portion 150 extending from the outer peripheral portion of one end surface 148 of the bottom wall portion 146 in parallel to the center line of the cap 122. ing. A concave portion 154 is formed in the distal end surface 152 of the fitting portion 150, and the weight of the cap 122 is reduced. In the cap 122, the outer peripheral surface of the fitting portion 150 has an inner peripheral surface 132 of the thick wall portion 130 of the hollow cylindrical portion 126 until the end surface 148 is brought into contact with the opening-side end surface 158 of the bottomed hollow cylindrical portion 120. And both members are fixed by appropriate fixing means. For example, the opening-side end surface 158 and the end surface 148 that are aligned with each other are joined together by welding.
[0020]
As shown in FIG. 4, the piston material 160 for manufacturing the main body member 128 of the piston 14 configured as described above is engaged with an engaging portion forming portion 162 that is a portion to be an engaging portion. A portion (hereinafter referred to as a bottomed hollow cylindrical portion 164) that is to be the bottomed hollow cylindrical portion 120 formed integrally with the portion forming portion 162 is provided. The bottomed hollow cylindrical portion 164 also has a bottomed hollow cylindrical shape in which one end of the hollow cylindrical portion 166 having a substantially constant thickness is closed by the bottom wall 168 and the other end is opened. As shown in FIG. 11, the engaging portion forming portion 162 is generally U-shaped in cross section, the upper portion of the U shape is the outer peripheral side, and with respect to the central axis of the bottomed hollow cylindrical portion 164 It is provided in an eccentric state. The cross-sectional shape may be generally trapezoidal, and the bottom of the trapezoid may be on the outer peripheral side. A projecting portion 172 projects from a position corresponding to the center line of the bottomed hollow cylindrical portion 120 on the end surface 170 opposite to the bottomed hollow cylindrical portion 120 side of the engaging portion forming portion 162. . As shown in FIG. 11, the protruding portion 172 has a generally circular cross section, and is integrally provided with two ear portions 174 that extend in the opposite directions from the outer peripheral surface thereof.
[0021]
The piston material 160 is made of an aluminum alloy which is a kind of metal, and is manufactured by forging in the present embodiment. The forging (forming) process will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example of a forging die constituting the main part of the forging device used for manufacturing the piston material 160. The forging die 180 includes a movable die 182 and a fixed die 184 that are opened and closed by being moved toward and away from each other, and a side punch 186. The movable mold 182 is held by a holding plate (not shown) and is detachably attached to a movable board (not shown). The fixed mold 184 is also held by a holding plate (not shown) and is detachably attached to a fixed platen (not shown). The movable mold 182 is moved toward and away from the fixed mold 184 by the driving device.
[0022]
The movable mold 182 and the fixed mold 184 can come into contact with each other on the parting surfaces 190 and 192 which are surfaces facing each other. Mold surfaces 194 and 196 are respectively formed at positions corresponding to the parting surfaces 190 and 192, and the mold surfaces 194 and 196 define a cavity having a shape corresponding to the outer shape of the piston material 160. The parting surfaces 190 and 192 form a horizontal plane including the center line of the bottomed hollow cylindrical portion 164 in the portion where the bottomed hollow cylindrical portion 164 of the piston material 160 is to be formed, and the engaging portion forming portion 162. Of the portion having the largest dimension in the width direction that is a direction orthogonal to the center line of the bottomed hollow cylindrical portion 164 (the portion that should become the connecting portion 112 in the piston 14 as a product) It is a stepped plane that forms a horizontal plane that passes through an intermediate position in the thickness direction (the direction perpendicular to the center line direction and the width direction). The mold surface 194 of the movable mold 182 forms a mold surface that forms a part to be the pair of arm parts 108 and 110 of the engaging part forming part 162 and a part on the side of the arm part 108 and 110 to be the connecting part 112. Have The mold surface 196 of the fixed mold 184 has a mold surface that forms a part on the opposite side of the arm part 108, 110 side of the part to be the connecting part 112. The movable mold 182 is moved toward and away from the fixed mold 184 in the thickness direction and in the direction that is the diameter direction of the bottomed hollow cylindrical portion 164 (vertical direction in the present embodiment).
[0023]
The side punch 186 is provided close to the side surface of the fixed die 184 so as to be able to approach and separate in a direction orthogonal to the approaching and separating direction of the movable die 182 (horizontal direction in the present embodiment). The side punch 186 is moved in the axial direction in conjunction with the movement of the movable die 182, and the approaching / separating motion between the fixed die 184 and the movable die 182 is converted into the axial motion of the side punch 186. A motion conversion device is provided. Alternatively, a drive device dedicated to the side punch 186 may be provided and controlled so that the movable mold 182 approaches and separates the molds 182 and 184 in conjunction with the approach and separation of the fixed mold 184.
[0024]
An aluminum alloy forging material is placed on the mold surface 196 of the fixed mold 184 in a state where the fixed mold 184 and the movable mold 182 are opened. Then, the movable die 182 is brought close to the fixed die 184 by the operation of the driving device, abuts against the forging material, and plastic deformation of the forging material is started. In a state where the parting surfaces 190 and 192 of the movable mold 182 and the fixed mold 184 are in contact with each other, the molding of the engaging portion forming portion 162 is completed by both mold surfaces 194 and 196. In this state, the side punch 186 enters the intermediate product constrained by the movable mold 182 and the fixed mold 184, and the bottomed hollow cylindrical portion 164 is formed by the mold surfaces 194, 196 and the side punch 186. . The inner peripheral surface 200 and the bottom surface 202 forming a simple cylindrical surface of the bottomed hollow cylindrical portion 164 are formed by the outer peripheral surface and the front end surface of the side punch 186 having a columnar shape. After the molding of the piston material 160 is completed, the side punch 186 is detached from the bottomed hollow cylindrical portion 164 while the piston material 160 is restrained by the movable die 182 and the fixed die 184, and then the movable die 182 is fixed. The piston material 160 is taken out from the mold 184.
[0025]
The opening-side end portion of the hollow cylindrical portion 166 of the piston material 160 thus formed is reduced in diameter by plastic working. The spinning process which is one form of this diameter reduction process is demonstrated. It is assumed that center holes 210 and 212 are formed in advance in the center of the bottom surface 202 of the bottomed hollow cylindrical portion 164 of the piston material 160 and the protrusion 172, respectively, as shown in FIG. 7 to 10 show the main part of a spinning processing apparatus 220 which is a kind of plastic processing apparatus used in this spinning processing step. As shown in FIG. 7, the spinning processing device 220 has a configuration similar to a three-claw chuck, and has a central axis of the device main body 222 as an axis of symmetry, and a plurality of them that can approach and separate from each other in an axial symmetry (this embodiment). In the case of the configuration, there are three spinning rollers 224. The spinning roller 224 is a form of a rotating member. The three spinning rollers 224 are provided at equiangular intervals. The apparatus main body 222 holds three moving members 228 movably along a straight line perpendicular to the central axis, and the spinning roller 224 is rotatably supported by the moving members 228 via a support shaft 230. Yes.
[0026]
The spinning processing apparatus 220 includes a roller moving device 234. As shown in FIG. 8, the apparatus main body 222 includes a main body 236 having a generally hollow cylindrical shape with a bottom, and a closing plate 238 that closes an opening at one end of the main body 236. A housing recess 239 is formed in the main body 236, and a roller moving device 234 is disposed in an internal space formed by closing the opening of the housing recess 239 with a closing plate 238. The housing recess 239 is a stepped hole having a large diameter on the side closed by the closing plate 238, and has a large diameter hole 240 and a small diameter hole 242. The roller moving device 234 includes a rotating disk 244 and a rotation driving device 246 that rotationally drives the rotating disk 244. The turntable 244 has a generally disk shape and is rotatably fitted in the large-diameter hole 240 of the main body 236. In the small diameter hole 242 of the main body 236, a hollow shaft 248 is coaxially held and rotatably supported via a bearing 247, and the rotary disk 244 is attached to one end portion (end portion on the closing plate 238 side) of the hollow shaft 248. Are provided integrally. On one side surface 250 of the turntable 244 (on the closing plate 238 side), a groove forming portion 252 that functions as an integral part of the turntable 244 and forms an annular shape with a smaller diameter than the outer diameter of the turntable 244 is provided. A spiral groove 254 is formed in the groove forming portion 252. A plurality of teeth 258 (see FIG. 8) that mesh with the groove 254 are formed on the surface of the moving member 228 opposite to the side on which the spinning roller 224 is attached. As shown in FIG. 9, the moving member 228 has an intermediate portion in the thickness direction (a direction parallel to the central axis of the apparatus main body 222) having a width (a direction perpendicular to the thickness direction and the longitudinal direction) than the other portions. The dimension) is narrowed to be the guide portion 262. In the closing plate 238, guide grooves 264 extending in the radial direction are formed at three positions spaced at equal angular intervals. The moving member 228 engages with the guide groove 264 in the guide portion 262 so as not to be able to come out in the axial direction and substantially incapable of moving in the circumferential direction. Accordingly, as the turntable 244 is rotated, the three moving members 228 are guided by the guide grooves 264 and are synchronously moved in the diameter direction of the apparatus main body 222, thereby three spinning rollers. 224 are moved closer to and away from each other while maintaining an axially symmetric relationship.
[0027]
As shown in FIG. 10, the rotation drive device 246 includes a worm gear 280 and a hydraulic motor 282 as a drive source for driving the worm gear 280. The rotating disk 244 is formed with a plurality of teeth on the outer peripheral surface, so that the outer peripheral portion is a worm wheel 284. A worm 286 is engaged with the worm wheel 284. Small-diameter support shafts 288 and 290 protruding from both axial ends of the worm 286 are rotatably supported by the main body 236 via bearings 292 and 294, respectively. The housing recess 296 that houses the worm 286 is formed so as to partially interfere with the large-diameter hole 240. One support shaft 290 extends in the axial direction longer than the support shaft 288, and the tip of the support shaft 290 is a spline shaft 300, and is fitted into a spline hole 304 provided in the output shaft 302 of the hydraulic motor 282 so as not to be relatively rotatable. Yes. The hydraulic motor 282 is provided with a hydraulic sensor 306 (see FIG. 12) as a detection device that detects the oil pressure of the motor, and the oil pressure can be controlled with high accuracy. An electric motor may be employed instead of the hydraulic motor 282.
[0028]
As shown in FIG. 8, a mandrel 310 as a core member is held on the main body 236 so as to be rotatable about the central axis of the main body 236 as a rotation axis. The mandrel 310 is fitted coaxially inside the hollow shaft 248 and rotatably via a bearing 312, extends in the axial direction, and has a portion on the side protruding through the closing plate 238 larger than the other portions. A large diameter portion 314 is formed. The outer peripheral surface 316 of the large diameter portion 314 has an outer diameter that is slightly smaller than the inner diameter of the inner peripheral surface 200 of the piston material 160.
[0029]
Further, a center 318 is provided outside the apparatus main body 222 so as to face the mandrel 310 coaxially (see FIG. 5A). In the present embodiment, the center 318 is a movable center and is moved closer to and away from the mandrel 310 in the axial direction by a center moving device 319 (see FIG. 12). In addition, a rotation drive device (not shown) is provided on the outer peripheral side of the center 318. When the piston material 160 is centered by the large-diameter portion 314 of the mandrel 310 and the center 318, the rotation drive device The rotational torque transmission member 320 (see FIG. 11) is brought into a state of being brought close to one side surface of the ear portion 174 of the piston material 160. When the rotational drive device is activated, the rotation (indicated by an arrow in FIG. 11) is transmitted to the piston material 160 by the engagement between the rotational torque transmission member 320 and the side surface of the ear portion 174. In the present embodiment, the rotation drive device includes a hydraulic motor 322 (see FIG. 12) which is a kind of drive motor as a drive source. The hydraulic motor 322 is also provided with a hydraulic sensor 324 as a detection device that detects the oil pressure, and the oil pressure can be controlled with high accuracy.
[0030]
The spinning device 220 is controlled by a control device 326 shown in FIG. The control device 326 is mainly composed of a computer. The hydraulic sensors 306 and 324 of the hydraulic motors 282 and 322 are connected to an input unit of the computer, and are connected to an output unit of the computer via a drive circuit. A hydraulic motor 282, a hydraulic motor 322, a center moving device 319, etc. (strictly, these control valve devices) are connected.
[0031]
In the spinning process, as shown in FIG. 5A, after the tip of the large-diameter portion 314 of the mandrel 310 of the spinning apparatus 220 is engaged with the center hole 210 of the bottom surface 202, the center 318 is moved to the mandrel 310. And the tip of the center 318 is engaged with the center hole 212 of the protrusion 172, whereby the piston material 160 formed by forging is supported from both sides in a centered state. Then, the rotation driving device provided on the center 318 side is activated, and the piston material 160 is rotated. In a state where the piston material 160 is rotated, the rotating disk 244 is rotated by the activation of the rotation driving device 246, and the three spinning rollers 224 approach the center line of the hollow cylindrical portion 166 of the piston material 160. The outer peripheral surface 328 of the opening side end of the hollow cylindrical portion 166 is brought into contact with the outer cylindrical surface 166. The spinning roller 224 is pressed against the outer peripheral surface 328 by further driving of the rotation driving device 246, and the opening-side end portion of the hollow cylindrical portion 166 is reduced in diameter by plastic deformation. At this time, the diameter reduction limit of the opening side end is defined by the outer peripheral surface 316 of the mandrel 310. An outer peripheral surface 316 of the mandrel 310 functions as a diameter reduction limit defining device.
[0032]
If the hydraulic sensor 306 detects that the hydraulic pressure of the hydraulic motor 282 of the rotary drive device 246 has reached the set upper limit value, the pressing force of the spinning roller 224 is maintained as it is, and the piston The material 160 is rotated by a certain amount. In the present embodiment, the piston material 160 is made to make one round. As a result, the opening-side end portion of the hollow cylindrical portion 166 is reduced in diameter in the circumferential direction. Although it is not indispensable that the piston material 160 is rotated by a certain amount in a state where the pressing force by the spinning roller 224 is maintained at a constant value in this way, the opening side end portion of the hollow cylindrical portion 166 extends over the entire circumference. It is desirable for surely reducing the diameter. If it is detected that the piston material 160 has made one round, the hydraulic motor 322 of the rotational drive device is stopped, and the rotation of the piston material 160 is stopped. Subsequently, the rotating disk 244 is rotated in the reverse direction to separate the three spinning rollers 224 from each other, and the pressing to the hollow cylindrical portion 166 is released. Then, the center 318 is separated from the mandrel 310, and the piston material 160 is taken out. In this manner, a reduced diameter portion 330 having a smaller diameter than the other portions is formed in a part of the hollow cylindrical portion 166 in the axial direction (the opening side end in the case of the present embodiment), and the other portions are not reduced in diameter. Part 332.
[0033]
Next, cutting is performed on the outer peripheral surface 328 of the hollow cylindrical portion 166. This cutting process will be described with reference to FIG. The piston material 160 is supported from both sides in a state where the pair of centers 338 and 340 are engaged with both the center holes 210 and 212, and the outer periphery of the hollow cylindrical portion 166 is supported by a cutting tool 342 as a cutting tool. A portion including the surface 328 is cut. The pair of centers 338 and 340 may be moved in the axial direction by a moving device (not shown), but in the present embodiment, one center is moved and the other center is fixed. By the cutting process, the outer diameter of the non-diametered portion 332 becomes the same as the outer diameter of the reduced-diameter portion 330, and the thick portion 130 that protrudes inward in the radial direction is formed in the portion corresponding to the reduced-diameter portion 330. The The core member may be fitted to the inner peripheral surface of the reduced diameter portion 330, and cutting may be performed in a state where the piston material 160 is supported from both sides in cooperation with the center engaged with the center hole 212. .
[0034]
Further, prior to fitting of the cap 122 to the bottomed hollow cylindrical portion 164, machining is performed on the inner peripheral surface and the opening side end surface of the thick portion 130. In a state where the outer peripheral surface 328 of the hollow cylindrical portion 166 that has been subjected to the cutting process is held by a jig (not shown), the inner peripheral surface 132 and the open die end surface 158 are processed by a processing tool to become a piston 14 as a product. In this case, a bottomed hollow cylindrical portion 120 is formed (see FIG. 6).
In the present embodiment, the cap 122 is also manufactured by forging. As shown in FIG. 6, a protrusion 346 is integrally provided at the center of the end surface of the bottom wall 146 of the cap 122 opposite to the side where the fitting portion 150 is formed. A center hole 348 is formed in the protrusion 346 in advance.
[0035]
The cap 122 side of the cap 122 is a tip, and is inserted into the opening of the bottomed hollow cylindrical portion 120 in a coaxially positioned state, and the outer peripheral surface of the fitting portion 150 is the inner peripheral surface of the thick portion 130. 132 is fitted. In a state where the opening side end surface 158 of the bottomed hollow cylindrical portion 120 and the end surface 148 of the cap 122 are brought into contact with each other to define the fitting depth, the bottomed hollow cylindrical portion 120 and the cap 122 are The opening side end surface 158 and the end surface 148 are fixed by welding using the welding surfaces. The centers (refer to the centers 338 and 340 in FIG. 5B) are engaged with the center holes 212 and 348, respectively, and are supported from both sides in a centered state, and the thick portion 130 (the reduced diameter portion 330). An annular piston ring groove 140 is formed on the outer peripheral surface of the piston ring 142, and a piston ring 142 (see FIG. 2) is fitted. Thereafter, finishing of the outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion 126 may be performed as necessary. The piston ring groove 140 may be processed before the bottomed hollow cylindrical portion 120 and the cap 122 are fixed. In this way, a hollow head 72 is formed.
[0036]
Then, at least the outer peripheral surface of the head 72 is painted to form a coating layer. Further, the projecting portions 172 and 346 are removed and each end face is cut. The engaging portion forming portion 162 of the piston material 160 is also machined. As indicated by a two-dot chain line in FIG. 6, the groove 350 is formed by cutting the engagement portion forming portion 162 so as to leave the bottom wall at the substantially central portion in the axial direction, thereby forming the pair of arm portions 108. 110 and the connecting portion 112 are formed. Moreover, the recessed part 114 which hold | maintains the shoe 76 when it becomes the piston 14 is formed, and the engaging part 70 is completed. In this way, the piston 14 shown in FIG. 2 is obtained.
[0037]
According to the present embodiment, the diameter of the opening side end of the hollow cylindrical portion 166 of the piston material 160 is reduced by plastic deformation, and then the outer peripheral surface 328 is cut to reduce the reduced diameter portion 330 and the non-reduced diameter portion 332. The thick wall portion 130 can be formed by making the outer diameters of the same, and the thick wall portion 130 can be formed by cutting the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion as in the prior art. Formation of the part is facilitated. Since the outer peripheral surface of the head portion 72 of the piston 14 needs to be fitted to the inner peripheral surface of the cylinder bore with high accuracy, cutting is indispensable. If the outer diameters of the reduced diameter portion 330 and the non-reduced diameter portion 332 are cut at the same time, the time required for the cutting process can be shortened, and the work efficiency is improved. Further, if the inner peripheral surface 200 and the bottom surface 202 of the bottomed hollow cylindrical portion 164 are formed by the side punch 186, machining of the inner peripheral surface other than the inner peripheral surface of the thick portion 130 to which the cap 122 is fitted can be performed. This eliminates the need for it or requires less machining allowance. From this point of view, the work efficiency can be improved, and the material cost can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced. Further, when the bottomed hollow cylindrical portion 120 and the cap 122 are fixed by welding as in the present embodiment, the area of the welding surface formed by the opening-side end surface 158 and the end surface 148 is reduced by forming the thick portion 130. The welding strength can be increased. Thus, the weight of the piston 14 can be reduced by thickening only the portion where the piston ring groove 140 is formed and thinning the other portions.
[0038]
In the present embodiment, the piston ring groove 140 has been described as an example of the annular groove formed on the outer peripheral surface of the reduced diameter portion. However, an annular groove for retaining lubricating oil is formed on the outer peripheral surface of the reduced diameter portion. May be. Further, the diameter reduction in the diameter reduction process is not limited to the opening side end of the hollow cylindrical part, but may be a part in the axial direction such as an intermediate part in the axial direction of the hollow cylindrical part. It is not indispensable to form an annular groove. Even when the annular groove is not formed, when the bottomed hollow cylindrical portion and the closing member are joined by welding by forming a thick portion at the opening side end portion, the area of the welding surface as described above. In the case of bonding by bonding, the bonding area can be increased, and in any case, the advantage of increasing the bonding strength can be obtained.
[0039]
The piston material may be manufactured by casting. In this case, a casting apparatus having almost the same configuration as the forging apparatus shown in FIG. 3 can be used. Since the casting apparatus includes a pair of molds and a core, the outer shape of the piston material is formed by the pair of molds, and the inner peripheral surface and the bottom surface of the piston material are formed by the outer peripheral surface of the slide core. is there. The closing member may also be manufactured by casting.
[0040]
The diameter reducing step may be performed by pressing using a mold. One embodiment thereof will be described with reference to FIG. A die 402 is fixed to the main body 400 of the press machine. Inside the mold 402, there is formed a throttle hole 410 having a large diameter hole 406 on the opening side and a small diameter hole 408 on the main body 400 side. A mandrel 412 as a core member is coaxially provided inside the main body 400, and its tip extends to the large-diameter hole 406 of the throttle hole 410. The large diameter hole 406 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the hollow cylindrical portion 166 of the piston material 160. The outer peripheral surface of the mandrel 412 is slightly smaller than the inner diameter of the small diameter hole portion 408, and the space defined by the inner peripheral surface of the small diameter hole portion 408 and the outer peripheral surface of the mandrel 412 is slightly smaller than the peripheral wall of the hollow cylindrical portion 166. Has a large thickness. In the main body 400, a protruding member 416 is held coaxially with the mandrel 412 so as to be movable in the axial direction, and can slide in a space defined by the inner peripheral surface of the small-diameter hole 408 and the outer peripheral surface of the mandrel 412. It is. The protruding member 416 is moved forward and backward by a driving device such as a hydraulic cylinder. A punch 418 as a pushing member is provided so as to be movable in the axial direction while facing the mold 402 coaxially. The punch 408 is attached to a ram (not shown) of the press machine and is moved toward and away from the mold 402 by the advancement and retraction of the ram. The piston material 160 forged or cast as described above is inserted into the large-diameter hole 406 of the mold 402 from the opening side end. In this state, the punch 418 is advanced, and the piston material 160 is pushed deeper into the throttle hole 410 in a state where the concave portion 420 formed on the end surface of the punch 418 and the engaging portion forming portion 162 are fitted. It is. As a result, the opening-side end is pushed into the small-diameter hole 408 and is reduced in diameter by plastic deformation. Advancement of the ram and punch 418 is stopped before the opening-side end surface of the piston material 160 and the end surface of the protruding member 416 come into contact with each other. After the opening side end of the piston material 160 is thus reduced in diameter, the punch 408 is retracted and the protruding member 416 is advanced, whereby the piston material 160 is separated from the mold 402. Is taken out. As is clear from the above description, the mold 402 is a reduced diameter die.
[0041]
Another embodiment of the diameter reducing step of the hollow cylindrical portion by press working using a mold will be described with reference to FIGS. 14 and 15. Also in this embodiment, the mold 502 is used, but the configuration is different. The mold 502 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction (in the example shown in the figure, divided into six mold members 503 at equal angular intervals), and the outer periphery of the divided mold 504 can be reduced in diameter and expanded. An outer ring 506 fitted to the side is provided. The inner peripheral surfaces of the split mold 504 jointly form a mold hole 516 composed of a large diameter hole 510 and a small diameter hole 514. The hollow cylindrical portion 166 of the piston material 160 can be fitted into the small-diameter hole 514 of the split mold 504 in the expanded diameter state. The flange portion extends radially inward from the inner peripheral surface of the opening side end portion of the small diameter hole portion 515, and a shoulder surface 520 is formed. The outer peripheral surface of the split mold 504 is a tapered outer peripheral surface 522, and the inner peripheral surface of the outer ring 506 is a tapered inner peripheral surface 524 corresponding to the tapered outer peripheral surface 522. A stopper device such as the stopper ring 526 prevents the split mold 504 from coming out of the outer ring 506. A first punch 530 and a second punch 532 are provided on both sides of the split mold 504 in the axial direction so as to face each other. The first punch 530 is moved in the axial direction of the mold 502 by a ram (not shown) of the press machine, and the second punch 532 is driven by a driving device such as a hydraulic cylinder (not shown) disposed in the main body 534 of the press machine. You can move forward and backward. In the first punch 530 and the second punch 532, the direction in which the first punch 530 and the second punch 532 are approached is the forward direction, and the direction in which the first punch 530 and the second punch 532 are separated is the backward direction. A concave portion 536 capable of accommodating the engaging portion forming portion 162 of the piston material 160 is formed on the surface of the first punch 530 facing the second punch 532. The second punch 532 has a generally cylindrical shape, and a mandrel 540 as a core member is provided coaxially on the inner peripheral side thereof, and has a length reaching the large-diameter hole 510 of the mold hole 516 of the split mold 504. ing. As shown in FIG. 15, recesses 542 are respectively formed on the side surfaces of the plurality of mold members 503 facing each other. The recesses 542 are formed at a plurality of locations separated in the axial direction of the split mold 504, and one diameter-expanding member 546 is disposed across each of the two recesses 542 facing each other. . The diameter-expanding member can be an elastic member such as a rubber member or a spring, and is a rubber member in this embodiment. The mold member 503 and the diameter-expanding member 546 constitute a split mold 504.
[0042]
In the diameter reducing step of reducing the diameter of the hollow cylindrical portion 166 of the piston material 160, the piston material 160 manufactured by forging or casting is inside the mold hole 516 of the split mold 504 with the hollow cylindrical portion 166 at the tip side. Inserted into. The opening end of the hollow cylindrical portion 166 is fitted into the small-diameter hole 514 of the mold hole 516, and the opening end surface and the shoulder surface 520 come into contact with each other, whereby the insertion limit of the piston material 160 is defined. Thereafter, the first punch 530 is advanced, the engaging portion forming portion 162 is accommodated in the recess 536, and the front end surface of the first punch 530 is brought into contact with the opening-side end surface of the split mold 504. As a result, when the split mold 504 is pushed toward the second punch 532, the diameter of the split mold 504 is reduced in the outer ring 506, and the opening side end of the hollow cylindrical portion 166 is accordingly reduced. With the diameter reduction, the diameter-expanding member 546 disposed between the mold members 503 of the split mold 504 is elastically deformed. The diameter reduction limit of the opening side end is defined by the outer peripheral surface of the mandrel 540. When the diameter reduction of the opening side end portion is completed, the first punch 530 is retracted, the second punch 532 is advanced, and the split mold 504 and the piston material 160 are pushed to the first punch 530 side. Moved. Accordingly, the split mold 504 is expanded in diameter by the elastic force of the diameter expanding member 546, and the piston material 160 is released and taken out. The first punch 530 functions as a pushing member, the second punch 532 functions as a protruding member, and the outer ring 506, the first punch 530, and the second punch 532 constitute an expansion / contraction device.
[0043]
Still another embodiment of the molding process of molding the piston material of the present invention will be described with reference to FIG. The molding process in the present embodiment includes a first molding process for molding a piston material by forging or casting, and a diameter expanding process for expanding the other part while leaving a part of the hollow cylindrical portion of the piston material. Is included. Since the step of forming the piston material by forging or casting has been described previously, the description thereof is omitted here. The molding apparatus used for the diameter expansion process includes a pair of molds 602 and 604 that can be opened and closed. When the pair of molds 602 and 604 are combined, a cavity 606 corresponding to the outer shape of the piston material 160 is formed inside. However, the portion corresponding to the outer shape of the hollow cylindrical portion 166 of the cavity 606 and the portion other than the opening-side end portion is a large-diameter hole portion 610 having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the hollow cylindrical portion 166. Has been. A portion of the cavity 606 corresponding to the opening side end portion of the hollow cylindrical portion 166 is referred to as a small diameter hole portion 612. The molds 602 and 604 are clamped in a state in which the piston material 160 manufactured by forging or casting is accommodated in the molds 602 and 604, and the cylindrical side surface of the piston material 160 has a cylindrical shape. A pressure tube 616 is fitted. A seal member 618 such as an O-ring is disposed on the outer peripheral surface in the vicinity of the opening side end of the pressurizing tube 616 so that the liquid tightness in the space formed by the pressurizing tube 616 and the hollow cylindrical portion 166 is maintained. Has been. The fluid pressure (liquid pressure or gas pressure) is supplied to the space inside the hollow cylindrical portion 166 through the pressurizing tube 616 (preferably supplied at a high speed), so that the opening side end portion of the hollow cylindrical portion 166 is opened. Other peripheral walls are inflated to the outer peripheral side. That is, in this embodiment, the diameter expansion process is performed by the bulge method. The expansion limit is defined by the inner peripheral surface of the large-diameter hole 610. The molds 602 and 604 constitute a constraining mold that constrains the hollow cylindrical portion 166 from the outside. In this way, by expanding the portion other than the opening-side end portion to the outer peripheral side so as to have a large diameter, the opening-side end portion of the hollow cylindrical portion 166 eventually becomes smaller in diameter than the other portions. Then, in the same manner as described with reference to FIG. 5B, the outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion 166 is cut in the cutting step, whereby the opening side that is the small diameter portion of the hollow cylindrical portion 166 is obtained. The outer diameters of the end part and the large-diameter part which is the other part are made the same. The bulge process may be performed by filling the hollow cylindrical part with liquid and increasing the hydraulic pressure by pushing the plunger into the opening of the hollow cylindrical part.
[0044]
The material for the piston may be a double material in which the parts to be the engaging parts are connected to each other, or a double material in which the parts to be the head and the parts to be the engaging parts are connected. It is also possible to use a multiple material in which two or more piston materials are connected in series.
[0045]
The piston material and the closing member may be fixed by a fixing method other than welding, for example, other fixing methods including bonding, tight fitting, screwing, or the like, or a combination thereof. At least one of the piston material and the closing member may be formed of a metal material other than an aluminum alloy, for example, a magnesium alloy. When the piston material and the closing member are fixed by bonding or caulking, the closing member may be formed of a resin suitable for the fixing method. The closing member may be manufactured by machining a general-purpose material such as a commercially available bar as long as it has a simple shape such as a disk.
[0046]
The piston may be configured such that the closing member and the engaging portion are integrally formed, and the opening of the bottomed hollow cylindrical member constituting the main part of the head is closed by the closing member, or the piston is the head It is good also as a form which has the side which is divided | segmented by the center part of this axial direction, and was provided with the engaging part, and the side which is not provided. The present invention can also be applied to a single-head piston for a fixed displacement swash plate compressor or a double-head piston having heads on both sides of the engaging portion with the swash plate.
[0047]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this is merely an example, and the present invention starts with the mode described in the above section [Problems to be Solved by the Invention, Problem Solving Means and Effects]. As described above, the present invention can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a compressor including a piston manufactured by a compressor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of the piston.
FIG. 3 is a front cross-sectional view for explaining a molding step of the manufacturing method.
FIG. 4 is a front sectional view showing a piston material molded in the molding step.
FIG. 5 is a front cross-sectional view for explaining a diameter reduction process and a cutting process of the manufacturing method.
FIG. 6 is a front sectional view showing a state where a closing member is fitted to the material for piston.
FIG. 7 is a front view showing a main part of a spinning processing apparatus used in the diameter reducing step.
FIG. 8 is a side sectional view of the spinning processing apparatus.
FIG. 9 is a side sectional view showing a part of the spinning processing apparatus.
FIG. 10 is a front sectional view showing a part of the spinning processing apparatus.
FIG. 11 is a side view showing the piston material.
FIG. 12 is a block diagram showing a portion deeply related to the present invention in the control device for controlling the spinning processing device.
FIG. 13 is a front cross-sectional view for explaining a diameter reduction step of a compressor piston manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a front cross-sectional view for explaining a diameter reduction step of a compressor piston manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
15 is a cross-sectional view taken along the line PP in FIG.
FIG. 16 is a front cross-sectional view for explaining a molding step of a compressor piston manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
14: Single-headed piston 72: Head 120: Bottomed hollow cylindrical part 122: Cap 126: Hollow cylindrical part 130: Open side end part (thick part) 132: Inner peripheral surface 140: Piston ring groove 142: Piston ring 150: fitting portion 160: material for piston 164: bottomed hollow cylindrical portion 166: hollow cylindrical portion 220: spinning processing device 224: spinning roller 310: mandrel 328: outer peripheral surface 330: reduced diameter portion 332: non-reduced diameter Portion 402: Mold 410: Restriction hole 412: Mandrel 502: Mold 503: Mold member 504: Split mold 506: Outer ring 516: Mold hole 540: Mandrel 602, 604: Mold 606: Cavity

Claims (4)

中空円筒状部を備えたピストン用素材を成形する成形工程と、
そのピストン用素材の中空円筒状部の軸方向の一部を塑性加工により縮径させる縮径工程と、
その縮径工程の後に、ピストン用素材の外周面を切削加工することにより、縮径部の外径を非縮径部と同じにする切削加工工程と
を含むことを特徴とする圧縮機用ピストンの製造方法。A molding process for molding a piston material having a hollow cylindrical portion;
A diameter reducing step of reducing a diameter of the hollow cylindrical portion of the material for the piston by plastic working;
A piston for a compressor characterized by including a cutting step for making the outer diameter of the reduced diameter portion the same as that of the non-reduced portion by cutting the outer peripheral surface of the piston material after the diameter reducing step. Manufacturing method. 前記縮径工程が、スピニング加工により前記中空円筒状部の軸方向の一部を縮径させる工程である請求項１に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。The method for producing a compressor piston according to claim 1, wherein the diameter reducing step is a step of reducing a diameter of a part of the hollow cylindrical portion in the axial direction by spinning. 前記ピストン用素材が、前記中空円筒状部の一端が閉塞され、他端が開口した有底中空円筒状部を含み、前記縮径工程が、その有底中空円筒状部の開口側端部を縮径させる工程である請求項１または２に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。The piston material includes a bottomed hollow cylindrical portion with one end of the hollow cylindrical portion closed and the other end opened, and the diameter reducing step includes an opening side end portion of the bottomed hollow cylindrical portion. The method for producing a compressor piston according to claim 1 or 2, wherein the method is a step of reducing the diameter. 前記縮径部の外周面に切削加工により円環状溝を形成する請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。The manufacturing method of the piston for compressors as described in any one of Claim 1 thru | or 3 which forms an annular groove by cutting in the outer peripheral surface of the said reduced diameter part.
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