JP5164433B2 - 圧縮機用ピストンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機用ピストンの製造方法に関し、とくに、２部材を結合して形成する中空ピストンの製造方法に関する。

往復動ピストンタイプの圧縮機におけるピストンでは、斜板等の駆動力入力部材から伝達される駆動力が、シュー等を介してピストンの往復動に変換される。このピストンを、軽量化等のために中空に構成する場合、例えば、有底容器状の２部材を形成し、一方の部材に駆動力入力部材側に係合しピストンの自転を阻止する自転阻止部を一体に形成し、それを、他方のピストン頂部側を形成するピストン頂部側部材と合わせて結合することにより、本体部が中空形状のピストンを製造できる。中空ピストンは高速で往復動されるため、極力軽量化することが望まれ、そのためには、中空部を可能な限り大きく形成することが望まれるので、例えば、中空部の自転阻止部側底部に肉盗み部を設ける構造が知られている（例えば、特許文献１）。

しかし、この特許文献１に記載の構造では、図６に示すように、自転阻止部を加工前の自転阻止部側部材１０１の中空部１０２内の肉盗み部１０３が中空部１０２を形成する円筒部１０４の軸心１０５部分（ピストンの軸心部）のみに形成されているので、肉盗み部１０３の大きさには限界があり、ピストンの軽量化にも限界がある。

一方、特許文献２には、中空部の自転阻止部側底部に比較的大きな肉盗み部を設けた構造が示されている。そして、この特許文献２に記載のピストンの製造方法においては、鍛造による製造の利点、つまり、鋳造に比べて軽量化構造を達成しやすく、強度や外観品質を向上しやすいという利点に着目し、中空ピストンの自転阻止部側部材を鍛造により製造する方法を採用している。

しかしながら、この特許文献２におけるピストンの製造方法では、上記自転阻止部側部材の鍛造を、一軸方向の鍛造はできないとして、サイドパンチを併用した２軸方向の鍛造によっている。ところが、この製造方法は、基本的にバリ出し鍛造であるため、材料の歩留りの改善については多くは望めない。また、バリが出た状態でサイドパンチを用いて円筒部を成形することは極めて困難であり、現実的な製造方法とは言えない。さらに、２軸方向の鍛造設備は高価であり、製造コスト的に極めて不利である。

また、一般に、中空ピストンにおいては、その重心が円筒軸中心に近いほど動的バランスに優れ、振動、騒音の抑制が可能となることから、前述の中空部内における肉盗み部の形成に際しては、いかに軽量化効果を向上できるかということとともに、いかに重心を円筒部の軸心に近づけることができるかということが設計上重要になる。
特開平１１−２９４３２０号公報 特許第３７７７９４２号公報

本発明の課題は、前述のような従来技術における問題点に着目するとともに、上記設計上の考慮事項に配慮し、肉盗み部を大きく形成できるとともにその形状を容易に最適化でき、それによって、最も効率よく軽量化を達成できる中空部形状のピストンを簡単で安価な鍛造で製造できるとともに、重心位置をより円筒部の軸心に近づけることが可能な、圧縮機用ピストンの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機用ピストンの製造方法は、往復動のための駆動力入力側にてピストンの自転を阻止する自転阻止部と円筒部とが一体に形成された自転阻止部側部材と、ピストンの頂部側を形成するピストン頂部側部材とを結合することにより、中空の圧縮機用ピストンを製造する方法であって、前記自転阻止部側部材を形成するに際し、該自転阻止部側部材を鍛造するための中間素材を形成し、前記自転阻止部側部材の円筒部を、先端部がピストン軸に対して非対称形状に形成されたパンチを用いて、該円筒部をパンチ挿入方向の後方に押し出す後方押し出し成形により一軸方向に鍛造成形するとともに、該円筒部を形成する中空部の自転阻止部側底部に、前記パンチ先端部の非対称形状に沿った形状の肉盗み部を形成し、前記円筒部を鍛造成形するに際し、前記パンチを、該円筒部の軸心に対し、反肉盗み部側にオフセットさせて挿入することを特徴とする方法からなる。

この本発明に係る圧縮機用ピストンの製造方法においては、自転阻止部側部材の円筒部を後方押し出し成形による鍛造で成形することにより、特許文献２でできないとされていた自転阻止部側部材の一軸方向の鍛造成形が可能になり、安価な鍛造設備で、軽量化構造を達成しやすく強度や外観品質を向上しやすい鍛造部品の成形が可能になる。この鍛造においては、先端部がピストン軸に対して非対称形状に形成されたパンチを用い、該非対称形状部分に沿った形状の鍛造を行うことにより、円筒部を形成する中空部の自転阻止部側底部に（つまり、上記パンチ先端部の非対称形状部分による鍛造対象部位に）、軽量化のための最適な大きさと形状の肉盗み部を形成することが可能になり、軽量化のために最も効率のよい中空部形状の形成が可能になる。

このような圧縮機用ピストンの製造方法においては、上記パンチ先端部の非対称形状を、圧縮機の外周側に対応する部位にパンチ先端部のボリュームが偏った形状に形成することが好ましい。すなわち、自転阻止部は一般にピストン軸心に対し圧縮機の外周側に偏って位置されるので、ピストン全体としての重心の位置も圧縮機の外周側に偏ろうとするが、この重心の位置の偏りを極力是正するためには、自転阻止部側部材に対して、その圧縮機の外周側部分からより多くの肉を盗むことが有効になる。これを達成するために、肉盗み部を形成するパンチ先端部の非対称形状部分に対し、圧縮機の外周側に対応する部位にボリュームが偏った形状に形成することが好ましい。

しかし上記のようなパンチ先端部の非対称形状を採用すると、鍛造時にパンチを挿入する際に、パンチが、ボリュームを偏らせた形状部分側に寄せられようとし、目標とする挿入位置からずれるおそれがある。これを抑制するためには、上記円筒部を鍛造成形するに際し、上記パンチを、該円筒部の軸心に対し、反肉盗み部側にオフセットさせて挿入する。

また、パンチが、上記先端部のボリュームを偏らせた形状部分側に寄せられようとするのを抑制するために、円筒部を形成する中空部の自転阻止部側底部の少なくとも一部に、挿入されるパンチの偏り防止形状部を形成することも有効である。この偏り防止形状部は、例えば、テーパ面を備えた形状部に形成される。このテーパ面のテーパ方向は、パンチが挿入される際、パンチの先端部の位置を、パンチの軸心が形成されるべき円筒部の軸心と合致される方向に是正されるように、設定されればよい。

なお、本発明に係る圧縮機用ピストンの製造方法においては、上記自転阻止部における駆動力入力部材との係合部については、基本的に機械加工によって形成する。

本発明に係る圧縮機用ピストンの製造方法によれば、自転阻止部側部材の円筒部を後方押し出し成形による鍛造で成形することにより、一軸方向の安価な鍛造設備で、所望の軽量化構造を容易に成形することができる。また、先端部が非対称形状のパンチを用いて鍛造することにより、自転阻止部側部材の中空部底部に軽量化のための最適な大きさと形状の所望の肉盗み部を形成することができ、ピストンの軽量化を効率よく達成できる。さらにパンチの先端部形状や肉盗み部の形状の最適化により、ピストンの重心位置をより円筒部の軸心に近づけることが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、図１に、本発明の一実施態様に係る圧縮機用ピストンの製造方法によって製造されたピストンの完成形態を示す。図１に示すピストン１は、往復動のための駆動力入力側にてピストン１の自転を阻止する自転阻止部２と円筒部３とが一体に形成された自転阻止部側部材４と、ピストン１の頂部側を形成するピストン頂部側部材５とを結合することにより、中空部６を有する圧縮機用ピストンとして製造される。自転阻止部２には、例えば一対のシュー７が保持され、圧縮機の駆動軸と同期回転される斜板８がシュー７に摺接されることにより、斜板８の回転運動がシュー７を介してピストン１の往復動に変換されるようになっている。

上記自転阻止部側部材４が次のように製造される。まず、図２に示すような形状の、自転阻止部側部材４を鍛造するための中間素材９が形成され、準備される。この中間素材９に対し、図３に示すように、自転阻止部側部材４の円筒部３が、先端部１０がピストン軸１１に対して非対称形状に形成されたパンチ１２を用いて、円筒部３をパンチ挿入方向（矢印方向）の後方に押し出す後方押し出し成形により一軸方向に鍛造成形される。自転阻止部２は最終的には図１に示した形状に機械加工されるが、この鍛造段階では機械加工前の形状のままの自転阻止部２ａとされている。この鍛造により、円筒部３を形成する中空部６の自転阻止部側底部１３に、上記パンチ先端部１０の非対称形状に沿った形状の肉盗み部１４が形成される。図４には、肉盗み部１４が形成された自転阻止部側部材４の円筒底面側を示す。

本実施態様では、上記パンチ先端部１０の非対称形状は、圧縮機の外周側に対応する部位側（図３のＡ側）にパンチ先端部１０のボリュームが偏った形状に形成されている。このパンチ先端部１０のボリュームの偏り形状に沿った形状の肉盗み部１４が形成されることになる。このようにパンチ先端部１０にボリュームの偏りを持たせ、肉盗み部１４を圧縮機の外周側に対応する部位側に対して、より大きくなるように形成することにより、図１に示したような自転阻止部２の形状に基づくピストン１全体の重心位置の偏心傾向を、是正することが可能となる。つまり、ピストン１の重心位置が円筒部３における軸心位置により近づくように是正することができる。

また、本実施態様では、鍛造時にパンチ１２を挿入する際に、パンチ１２を、円筒部３の軸心に対し、反肉盗み部側（図３のＢ側）に適量オフセットさせて挿入する。上記のように先端部１０にボリュームの偏りを持たせたパンチ１２を挿入して鍛造する際には、パンチ１２が偏り形状部分側（図３のＡ側）に寄せられようとし、目標とする挿入位置からずれるおそれがあるため、これを抑制するために、上記オフセットさせての挿入が行われる。

さらに本実施態様では、パンチ１２を挿入する際にパンチ１２の軸心がより精度よく円筒部３の軸心と一致するように、とくに、パンチ１２が上記先端部１０のボリュームを偏らせた形状部分側（図３のＡ側）に寄せられようとするのを抑制するために、パンチ１２の先端部１０および円筒部３を形成する中空部６の自転阻止部側底部における図３のＡ側部分が、テーパ面１５を備えた形状部１６に形成される。このような偏り防止形状部１６を設けることにより、鍛造における打刻毎に、パンチ１２の先端部１０の対応する部分が自転阻止部側底部側のテーパ面１５から、パンチ１２の軸心がより円筒部３の軸心に近づく方向の是正力を受け、所望の形状の中空部６、肉盗み部１４がより精度よく形成されるようになる。

上記のように形成された自転阻止部側部材４が、ピストン頂部側部材５と、図１に示したように結合される。結合は、圧入や、それに加えて溶接等により行われる。結合前、あるいは結合後に、自転阻止部２が図１に示したような形状に機械加工される。

図５は、本発明の別の実施態様に係る圧縮機用ピストンの製造方法によって製造される自転阻止部側部材２１（自転阻止部の機械加工前）を示している。本実施態様では、上述の実施態様に比べ、肉盗み部２２の形状が変えられている。円筒部２３の底部に形成される肉盗み部２２の略全体にわたってテーパ面２４が設けられ、このテーパ面２４を有する形状部が、前述したのと同様、パンチ（図示略）を挿入する際のパンチの軸心位置の偏り防止形状部２５として機能する。その他の構成、作用は前記実施態様に準じる。

本発明に係る圧縮機用ピストンの製造方法は、自転阻止部を備えたあらゆる中空ピストンの製造に適用可能である。

本発明の一実施態様に係る圧縮機用ピストンの製造方法によって製造されたピストンの完成形態の断面図である。 図１のピストンの自転阻止部側部材を鍛造するための中間素材の断面図である。 図１のピストンの自転阻止部側部材の鍛造の様子を示す断面図である。 図３の自転阻止部側部材の円筒部の底面図である。 本発明の別の実施態様に係る圧縮機用ピストンの製造方法における自転阻止部側部材の鍛造の様子を示す断面図である。 従来のピストンの製造方法における自転阻止部側部材の鍛造の様子を示す断面図である。

符号の説明

１ ピストン
２ 自転阻止部
３ 円筒部
４ 自転阻止部側部材
５ ピストン頂部側部材
６ 中空部
７ シュー
８ 斜板
９ 中間素材
１０ パンチの先端部
１１ ピストン軸
１２ パンチ
１４ 肉盗み部
１５ テーパ面
１６ 偏り防止形状部
２１ 自転阻止部側部材
２２ 肉盗み部
２３ 円筒部
２４ テーパ面
２５ 偏り防止形状部

Claims (5)

1. 往復動のための駆動力入力側にてピストンの自転を阻止する自転阻止部と円筒部とが一体に形成された自転阻止部側部材と、ピストンの頂部側を形成するピストン頂部側部材とを結合することにより、中空の圧縮機用ピストンを製造する方法であって、前記自転阻止部側部材を形成するに際し、該自転阻止部側部材を鍛造するための中間素材を形成し、前記自転阻止部側部材の円筒部を、先端部がピストン軸に対して非対称形状に形成されたパンチを用いて、該円筒部をパンチ挿入方向の後方に押し出す後方押し出し成形により一軸方向に鍛造成形するとともに、該円筒部を形成する中空部の自転阻止部側底部に、前記パンチ先端部の非対称形状に沿った形状の肉盗み部を形成し、前記円筒部を鍛造成形するに際し、前記パンチを、該円筒部の軸心に対し、反肉盗み部側にオフセットさせて挿入することを特徴とする、圧縮機用ピストンの製造方法。
2. 前記パンチ先端部の非対称形状を、圧縮機の外周側に対応する部位にパンチ先端部のボリュームが偏った形状に形成する、請求項１に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
3. 前記円筒部を形成する中空部の自転阻止部側底部の少なくとも一部に、挿入されるパンチの偏り防止形状部を形成する、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。
4. 前記偏り防止形状部を、テーパ面を備えた形状部に形成する、請求項３に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
5. 前記自転阻止部における駆動力入力部材との係合部については、機械加工によって形成する、請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。

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