KR20010030454A - 압축기용 피스톤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

다이캐스트에 의해 제조된 두부(頭部) 본체부와 폐색부재의 접합강도를 향상시키는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 편두(片頭) 피스톤 제조용 소재는 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 를 구비한다. 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 는 포아(pore)프리법에 의해 주조하며, 재료 내부의 기체량을 5 cc/100 g 이하로 한다. 본체부재 (162) 의 개구에 폐색부재 (164) 를 끼워 맞추고, 본체부재 (162) 의 단면 (180) 과 폐색부재 (164) 의 견면(肩面) (194) 을 용접면으로 하여 용접선상에 전자 빔을 조사하면서 양 부재를 회전시키고, 용접면 근방부를 용융시켜 양 부재를 접합한다. 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 의 재료 내부의 기체량이 낮게 억제됨으로써 블로홀이 적은 용접 비드가 된다. 전자 빔은 도중에서 두 갈래로 분기됨과 동시에, 각 전자 빔의 조사점이 나선형상의 궤적을 그리며 이동하므로, 용접시 용접 비드에 일단 블로홀이 형성되어도, 다시 전자 빔이 조사되어 용융됨으로써 메워진다.

Description

압축기용 피스톤의 제조방법{manufacturing method of piston for compressor}

본 발명은 기체를 압축하는 압축기에 사용되는 피스톤의 제조방법에 관한 것이며, 특히 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지는 두부가 중공 원통형상인 피스톤의 제조방법에 관한 것이다.

압축기의 피스톤은 왕복이동되는 것이므로, 경량인 것이 바람직하며, 사판식 압축기, 특히 가변용량형 사판식 압축기의 피스톤은 경량화의 필요성이 높다. 예컨대, 차량용 공조장치의 냉매가스 압축용 사판식 압축기로서, 최근 사판의 회전축선에 대한 경사각도를 제어함으로써 토출용량을 제어하는 형식의 가변용량형 사판식 압축기가 사용되게 되었는데, 이 종류의 압축기의 피스톤은 특히 경량화의 요청이 강하다. 차량용 사판식 압축기는 일반적으로 소형화의 요구를 만족시키기 위해 회전수를 크게 하는 것이 요구되고 있으며, 그를 위해서는 피스톤의 경량화가 필요하다. 특히, 압축실과 사판실의 압력차에 기초하여 사판의 경사각도를 제어하는 형식의 가변용량형 사판식 압축기에서는, 경사각도제어의 안정화 및 운전소음의 저감을 위해 피스톤의 경량화가 반드시 필요하다.

그래서, 본원 출원인은 일본 공개특허공보 평9-105380 호에서, 피스톤의 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지는 두부를 중공으로 함으로써, 가변용량형 사판식 압축기의 피스톤을 경량화하는 것을 제안하여 현재 제조중이다. 이 피스톤은 바닥이 있는 중공 원통형상을 이루는 두부부재의 개구를, 사판과 걸어 맞추는 걸어맞춤부와 일체로 형성한 폐색부재에 의해 폐색하고, 두부부재와 폐색부재를 용접에 의해 일체화한 것이다. 두부부재와 폐색부재는 모두 단조(鍛造)에 의해 제조되어 있다.

발명이 해결하고자 하는 과제, 과제해결수단 및 효과

그러나, 단조에 의해 두부부재와 폐색부재를 제조하면 제조비용이 높아지는 것을 피할 수 없다. 그래서, 두부가 중공인 피스톤을 다이캐스트에 의해 제조하는 것을 시도하였다. 그 결과, 두부부재와 폐색부재의 용접에 의한 일체화가 곤란한 것이, 다이캐스트제 피스톤 실용화의 장벽의 하나인 것이 판명되었다. 또, 피스톤 경량화의 요청은 상술한 바와 같이 가변용량형 사판식 압축기에서 특히 강한데, 고정용량형 사판식 압축기는 물론, 다른 형식의 압축기에서도 경량화는 바람직한 것이다. 그래서, 본 발명은 적어도 두부의 본체부를 형성하는 바닥이 있는 중공 원통부를 다이캐스트에 의해 제조하면서, 그 중공 원통부와 폐색부재를 용접에 의해 일체화하는 것을 가능하게 하는 것을 과제로 하여 이루어진 것이다.

그리고, 본 발명에 의해 하기 각 태양의 압축기용 피스톤의 제조방법이 얻어진다. 각 태양은 청구항과 동일하게 항으로 구분하고, 각 항에 번호를 붙이고, 필요에 따라 다른 항의 번호를 인용하는 형식으로 기재한다. 이것은 어디까지나 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서이며, 본 명세서에 기재된 기술적 특징 및 그들의 조합이 이하의 각 항에 기재된 것에 한정된다고 해석되어야 하는 것은 아니다. 또, 1 개의 항에 복수의 사항이 기재되어 있는 경우, 그들 복수의 사항을 항상 함께 채택해야 하는 것은 아니다. 일부의 사항만을 선택하여 채용하는 것도 가능하다.

(1) 일단이 개방된 바닥이 있는 중공 원통형상을 이루는 두부 본체부를 그 두부 본체부의 재료 내부의 기체량을 5 cc/100 g 이하로 억제하여 다이캐스팅하는 캐스팅공정과,

그 캐스팅공정으로 제조한 두부 본체부의 개구를 폐색부재로 폐색하고, 그들 두부 본체부와 폐색부재를, 용접 빔을 용접선상의 동일개소에 복수회 조사하여 용접하는 용접공정을 포함하는 압축기용 피스톤의 제조방법 (청구항 1).

본 항에 기재된 제조방법에서는, 폐색부재도 다이캐스트에 의해 제조하는 것이 바람직한데, 불가결한 것은 아니다. 특히, 바닥이 있는 중공 원통형상을 이루는 두부 본체부의 저부측에 구동기구와의 걸어맞춤부를 일체적으로 형성하고, 폐색부재는 걸어맞춤부와는 반대측의 개구를 단순하게 폐색하는 커버부재이면 되는 경우에는 시판되는 봉재(棒材) 등 범용 소재의 기계가공에 의해 제조하거나, 또는 단조하는 등, 다이캐스트 이외의 방법으로 제조하는 것도 가능하다. 두부 본체부 및 폐색부재는 비중이 작고, 또한 다이캐스팅이 용이한 알루미늄 합금제로 하는 것이 바람직한데, 마그네슘 합금제 등 다른 금속재료제로 하는 것도 가능하다.

바닥이 있는 중공 원통형상을 이루는 두부 본체부를 통상의 다이캐스트에 의한 경우에는 재료 내부의 기체량이 1 기압, 상온의 표준상태로 환산하여 10 ∼ 30 cc/100 g 정도가 되는 것에 대하여, 나중에 설명하는 포아프리법에 의한 다이캐스트나 용탕 단조 등, 특수한 다이캐스트에 의하면, 5 cc/100 g 이하로 억제할 수 있다. 이 두부 본체부의 개구를 폐색부재로 폐색하고, 두부 본체부와 폐색부재를, 용접 빔을 두부 본체부와 폐색부재의 맞춤면에 따른 용접선상의 동일개소에 복수회 조사하여 용접하면, 블로홀이 적은 용접부를 형성할 수 있어 실용에 견딜 수 있는 피스톤이 얻어진다. 용접선상의 1 개소에 전자 빔, 레이저 빔 등의 용접 빔을 조사하고, 용접 빔과 두부 본체부 및 폐색부재를 상대 회전시킴으로써 용접 빔의 조사개소를 용접선에 따라 이동시키면, 두부 본체부와 폐색부재의 맞춤면 근방부가 용융하여 양자가 접합된다. 이 때, 재료중에 존재하는 기체가 가열되어 팽창하고, 외부로 도피하기 때문에, 용접 비드에는 블로홀이 형성되는데, 재료중의 기체량이 5 cc/100 g 이하로 억제되어 있으므로, 블로홀은 적은 것으로 끝난다. 더욱이, 일단 형성된 블로홀도 용접 비드에 다시 용접 빔이 조사되어 용융됨으로써 메워지고, 블로홀이 더욱 적은 용접 비드가 되어 실용에 견딜 수 있는 다이캐스트제 피스톤이 얻어지는 것이다. 그리고, 「용접선상의 동일개소에 복수회 조사」란, 용접선상의 동일점 근방에 복수회 용접 빔을 조사한다는 의미이다. 즉, 엄밀하게 1 점에 복수회 용접 빔이 조사될 필요는 없으며, 실질적으로 동일개소에 복수회 조사되었다고 볼 수 있으면 되는 것이다.

상기 재료중의 기체량은 5 cc/100 g 이하가 되고, 3 cc/100 g 이하가 되는 것이 바람직하며, 1 cc/100 g 이하가 되는 것이 더욱 바람직하다.

(2) 상기 캐스팅공정이 포아프리법에 의해 다이캐스트를 행하는 공정인 (1) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

포아프리법은 금형의 캐버티내에 산소 등의 활성가스를 충만시킨 상태에서 알루미늄 합금 등 금속의 용탕을 캐버티내에 주입하고, 용탕과 활성가스의 반응에 의해 캐버티내를 고도의 진공상태로 함으로써 주조품 내부로의 기체의 연루를 방지하는 주조법이며, 두께가 얇고 강도가 높은 주조품을 얻을 수 있다.

(3) 상기 캐스팅공정이 용탕단조공정인 (1) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

용탕단조는, 주형에 주입되어 용융상태 또는 반용융상태에 있는 금속재료에 30 ∼ 200 MPa 정도의 높은 압력을 가하고, 그 상태에서 응고시키는 주조법이며, 재료 내부에 봉입되는 기체량을 감소시킬 수 있다.

(4) 상기 용접공정이, 상기 두부 본체부와 상기 폐색부재의 상기 용접선상의 복수점에 복수의 용접 빔의 각각을 조사하면서, 그들 용접 빔과 두부 본체부 및 폐색부재를 상기 용접선에 따라 상대 이동시키는 공정을 포함하는 (1) 항 내지 (3) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

본 태양의 용접공정에 의하면, 복수의 용접 빔의 강도의 비율과 조사점의 간격의 적어도 일측을 변경함으로써, 용접 비드의 적절한 응고상태에서 다음의 용접 빔이 조사되도록 할 수 있다. 용접 빔의 강도가 결정되면, 용접면의 양측의 금속재료를 적당히 용융시키기에 적합한 용접 빔의 이동속도가 결정된다. 한편, 블로홀을 양호하게 소멸시키기 위해서는 앞의 용접 빔에 의해 용융된 재료의 응고상태가 적당한 상태에서 다음의 용접 빔이 조사되는 것이 바람직하다. 이들 양측의 요구를 만족시키기 위해서는 복수의 용접 빔의 강도의 비율과 조사점의 간격의 적어도 일측을 변경하는 것이 유효하다.

(5) 상기 복수의 용접 빔의 적어도 일측을 상기 용접선에 따라 이동시키면서, 그 용접선에 대하여 요동시키는 (4) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

복수의 용접 빔은 단순하게 용접선에 따라 이동시키는 것만이어도 되지만, 적어도 일측을 용접선에 대하여 요동시키는 것이 블로홀을 소멸시키거나, 또는 용접강도를 높이는 데 있어서 유효하다.

(6) 상기 용접 빔의 요동이 용접 빔을 원추면에 따라 선회시키는 선회운동인 (5) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

용접 빔을 원추면에 따라 선회시키면서 용접선에 따라 일정한 속도로 이동시키면, 용접 빔의 조사점은 용접선에 따라 나선형상의 궤적을 그리게 되며, 블로홀이 감소한다. 이것은 용접 비드의 1 점이 복수회 용융되기 때문이라고 추측된다.

(7) 상기 용접공정이, 상기 두부 본체부와 상기 폐색부재의 상기 용접선상의 1 점에 용접 빔을 조사하면서, 그 용접 빔과 두부 본체부 및 폐색부재를 상기 용접선에 따라 상대 이동시키고, 용접 빔에 용접선상의 각 점을 복수회 통과시키는 공정을 포함하는 (1) 항 내지 (3) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

(8) 상기 용접 빔을 상기 용접선에 따라 이동시키면서, 그 용접선에 대하여 요동시키는 (7) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

(9) 상기 용접공정이, 상기 용접선상의 동일개소에서의 복수회의 용접 빔의 조사 중, 최후의 용접 빔의 조사에 의한 상기 두부 본체부 및 상기 폐색부재의 용융영역이 그 조사에 선행하는 모든 조사에 의한 용융영역의 합 이내가 되는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 (1) 항 내지 (8) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법 (청구항 2).

「선행하는 모든 조사에 의한 용융영역의 합」이란, 선행하는 어느 조사에 의해 용융된 것이 있는 영역의 모두를 포함하는 영역의 의미이다. 예컨대, 용접 빔의 중심위치를 서로 다르게 하여 조사를 행하면, 그들 조사에 의한 용융영역이 용접선과 직교하는 방향으로 서로 어긋나게 되는데, 그 후의 조사에 의한 용융영역이 그들 용융영역의 어느것과도 겹치지 않는 부분을 포함하지 않는 한, 본 항의 요건을 만족시키게 된다. 환언하면, 최후의 용접 빔의 조사에 의해 처음의 부분이 용융되지 않으면 되는 것이다.

(10) 상기 용접공정이, 상기 용접선상의 동일개소에서의 상기 복수회의 용접 빔의 조사에 의한 상기 두부 본체부 및 상기 폐색부재의 각 용융영역이, 선행하는 어느 조사에 의한 용융영역으로부터도 비어져 나오지 않는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 (9) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법 (청구항 3).

본 항의 요건을 만족시키는 용접공정에서는, 최초의 조사 이외의 어느 조사에 의해서도 처음의 영역이 용융되지 않게 된다. 후속의 조사에 의한 용융영역은 선행의 조사에 의한 용융영역과 겹치거나, 그보다 작아지거나의 어느 하나이다. 복수회의 조사가 서로 근접한 시점에 행해지는 경우에는 선행의 조사에 의해 두부 본체부 및 폐색부재의 온도가 선행의 조사에 의해 높아져 있는 것이 보통이기 때문에, 만약, 후속의 조사가 선행의 조사와 동일조건으로 행해지면, 본 항의 요건은 만족되지 않는다. 후속의 조사의 조건은 선행의 조사의 조건보다 엄하지 않게 하는 것이 필요하다.

(11) 상기 용접공정이, 상기 최후의 용접 빔의 조사에 의한 용융영역이 최초의 용접 빔의 조사에 의한 용융영역보다 작아지는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 (9) 항 또는 (10) 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

(12) 상기 용접공정이, 상기 최초와 최후의 사이에 적어도 1 회의 용접 빔의 조사를 포함하고, 그 적어도 1 회의 조사의 모두에 있어서, 용접 빔의 조사에 의한 용융영역이 상기 최초의 조사에 의한 용융영역 이내가 되는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 (9) 항 내지 (11) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

(13) 상기 용접공정이, 적어도 최후와 그 직전의 조사에 의한 용융영역이 동일해지는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 (9) 항 내지 (12) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

(14) 상기 용접공정이, 적어도 최후와 그 직전의 조사의 용접 빔의 이동속도와 그들 조사의 용접 빔의 강도가 각각 동일해지는 조건으로 용접을 행하는 공정인 (9) 항 내지 (13) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

(15) 상기 복수회의 용접 빔의 조사의 각각에 의한 복수의 용융영역 중, 나중의 조사에 의한 용융영역인 후용융영역을 먼저의 조사에 의한 용융영역인 선용융영역 이내로 하기 위한 방법이, 나중의 조사의 용접 빔의 이동속도를 먼저의 조사의 용접 빔의 이동속도 이상으로 하는 것과, 나중의 조사의 용접 빔의 강도를 먼저의 조사의 용접 빔의 강도 이하로 하는 것의 적어도 일측을 포함하는 (9) 항 내지 (14) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

상기 「이동속도 이상으로 하는 것」은 「이동속도를 동일하게 하는 것」도 포함하는데, 「이동속도보다 작게 하는 것」이 바람직하다. 마찬가지로, 「용접 빔의 강도 이하로 하는 것」은 「용접 빔의 강도를 동일하게 하는 것」도 포함하는데, 「용접 빔의 강도보다 약하게 하는 것」이 바람직하다.

그리고, 본 항에서의 「나중의 조사」란, 예컨대 상기 (9) 항, (11) 항에서의 최후의 조사나, 상기 (10) 항에서의 복수회의 조사 중 최초의 조사 이외의 것이나, 상기 (12) 항에서의 최후의 조사 및 최초와 최후 사이의 적어도 1 회의 조사 등이며, 또 「먼저의 조사」란, 상기 (9) 항, (10) 항에서의 선행하는 모든 조사나, (11) 항, (12) 항에서의 최초의 조사 등이다. 즉, 「먼저의 조사」, 「나중의 조사」는 임의의 2 회의 조사를 비교한 경우의 「먼저」와 「나중」을 나타내는 것이며, 「먼저의 조사」는 어느 조사에 앞서는 모든 조사를 포함하는 용어이다. 이것은 (16) 항에 대해서도 해당된다.

(16) 상기 복수회의 용접 빔의 조사의 각각에 의한 복수의 용융영역 중, 나중의 조사에 의한 용융영역인 후용융영역을 먼저의 조사에 의한 용융영역인 선용융영역 이내로 하기 위한 방법이, 상기 나중의 조사의 용접 빔의 상기 용접선에 대한 요동량을 상기 먼저의 조사의 용접 빔의 용접선에 대한 요동량보다 작게 하는 것을 포함하는 (9) 항 내지 (15) 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기용 피스톤의 제조방법.

도 1 은 본 발명의 1 실시 형태인 압축기용 피스톤의 제조방법에 의해 제조된 피스톤을 구비하는 사판식 압축기를 나타내는 정면 단면도이다.

도 2 는 상기 피스톤을 나타내는 정면도 (일부 단면) 이다.

도 3 은 상기 피스톤을 제조하기 위한 피스톤 제조용 소재에서 폐색부재가 본체부재에 끼워 맞춰진 상태를 나타내는 정면도 (일부 단면) 이다.

도 4 는 상기 본체부재를 나타내는 정면도 (일부 단면) 이다.

도 5 는 상기 제조방법에서의 캐스팅공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 은 상기 캐스팅공정에서 사용되는 금형 장치의 일부를 나타내는 측면 단면도이다.

도 7 은 상기 제조방법에서의 용접공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8 은 상기 용접공정을 설명하기 위한 다른 도면이다.

도 9 는 본 발명의 다른 실시 형태인 압축기용 피스톤의 제조방법에서의 캐스팅공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 10 은 본 발명의 또 다른 실시 형태인 압축기용 피스톤의 제조방법에 사용되는 피스톤 제조용 소재를 나타내는 정면도 (일부 단면) 이다.

도 11 은 상기 압축기용 피스톤의 제조방법의 용접공정을 설명하기 위한 정면도 (일부 단면) 이다.

도 12 는 상기 용접공정을 설명하기 위한 측면도이다.

도 13 은 상기 용접공정에서의 용접조건을 나타내는 도표이다.

도 14 는 상기 용접조건에 의해 용접된 두부 본체부 및 폐색부재의 용융영역을 나타내는 정면 단면도이다.

도 15 는 본 발명의 또 다른 실시 형태인 압축기용 피스톤의 제조방법에서의 용접공정의 용접조건을 나타내는 도표이다.

도 16 은 본 발명의 또 다른 실시 형태인 압축기용 피스톤의 제조방법의 용접공정에서의 두부 본체부 및 폐색부재의 용융영역을 나타내는 정면 단면도이다.

도 17 은 본 발명의 또 다른 실시 형태인 압축기용 피스톤의 제조방법의 용접공정을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

14 : 편두 피스톤 72 : 두부

120 : 두부 본체부 122 : 폐색부재

144 : 견면(肩面) 154 : 개구측단면

160 : 편두 피스톤 제조용 소재 162 : 본체부재

164 : 폐색부재 170 : 두부 본체부

180 : 개구측단면 194 : 견면

400 : 편두 피스톤 제조용 소재 402 : 본체부재

404 : 폐색부재 420 : 두부 본체부

440 : 개구측단면 444 : 견면

460 : 전자 빔 조사장치 462 : 용접선

발명의 실시 형태

이하, 본 발명의 1 실시 형태인 차량용 공조장치에 사용되는 사판식 압축기의 피스톤의 제조를 예로 들어 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1 에 본 실시 형태에서의 사판식 압축기를 나타낸다. 도 1 에서, 10 은 실린더 블록이고, 실린더 블록 (10) 의 중심축선 주위의 1 원주상에는 축방향으로 연장하는 복수의 실린더 보어 (12) 가 형성되어 있다. 실린더 보어 (12) 의 각각에는 편두 피스톤 (14) (이하, 피스톤 (14) 이라고 약칭) 이 왕복운동 가능하게 설치되어 있다. 실린더 블록 (10) 의 축방향의 일단면 (도 1 의 좌측의 단면이고, 전단면이라고 칭함) 에는 프론트하우징 (16) 이 장착되고, 타측의 단면 (도 1 의 우측의 단면이고, 후단면이라고 칭함) 에는 리어하우징 (18) 이 밸브플레이트 (20) 를 통해 장착되어 있다. 프론트하우징 (16), 리어하우징 (18), 실린더 블록 (10) 등에 의해 사판식 압축기의 본체가 구성된다. 리어하우징 (18) 과 밸브플레이트 (20) 의 사이에는 흡기실 (22), 토출실 (24) 이 형성되며, 각각 흡입포트 (26), 공급포트 (28) 를 거쳐 도시하지 않은 냉동회로에 접속된다. 밸브플레이트 (20) 에는 흡입구멍 (32), 흡입밸브 (34), 토출구멍 (36), 토출밸브 (38) 등이 형성되어 있다.

실린더 블록 (10) 및 프론트하우징 (16) 내에는 회전축 (44) 이 실린더 블록 (10) 의 중심축선을 회전축선으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전축 (44) 은 양단부에서 각각 베어링을 통해 프론트하우징 (16), 실린더 블록 (10) 에 회전 가능하게 지지되어 있다. 실린더 블록 (10) 의 중심부에는 지지구멍 (48) 이 형성되어 있으며, 회전축 (44) 의 일단부가 그 지지구멍 (48) 에서 지지되어 있다. 회전축 (44) 의 프론트하우징 (16) 측의 단부는 도시하지 않은 구동원의 일종인 외부구동원으로서의 차량 엔진에 전자 클러치 등의 클러치 기구를 통해 연결되어 있다. 따라서, 차량 엔진의 동작시에 클러치 기구에 의해 회전축 (44) 이 차량 엔진에 접속되면, 회전축 (44) 이 자신의 축선 주위로 회전된다.

회전축 (44) 에는 사판 (50) 이 축방향으로 상대이동 가능 또한 경사이동 가능하게 장착되어 있다. 사판 (50) 에는 중심을 통과하는 중심구멍 (52) 이 형성되며, 이 중심구멍 (52) 을 회전축 (44) 이 관통하고 있다. 중심구멍 (52) 은 양단 개구측만큼 도 1 에서 상하방향으로 안치수가 점차로 증가되며, 그들 양단부의 횡단면 형상이 긴구멍을 이루고 있다. 회전축 (44) 에는 또 회전전달부재로서의 회전판 (54) 이 고정되며, 스러스트 베어링 (56) 을 통해 프론트하우징 (16) 에 걸어 맞춰져 있다. 사판 (50) 은 힌지기구 (60) 에 의해 회전축 (44) 과 일체적으로 회전됨과 동시에, 축방향의 이동을 수반하는 경사이동이 허락된다. 힌지기구 (60) 는 회전판 (54) 에 고정적으로 설치된 지지아암 (62) 의 가이드구멍 (64) 과, 사판 (50) 에 고정적으로 설치되며, 가이드구멍 (64) 에 슬라이드 가능하게 끼워 맞춰진 가이드핀 (66) 과, 사판 (50) 의 중심구멍 (52) 과, 회전축 (44) 의 외주면을 포함하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 사판 (50) 이 구동부재를 구성하고, 회전축 (44), 구동원으로서의 차량 엔진, 회전전달장치를 구성하는 힌지기구 (60) 등이 사판 (50) 과 함께 구동기구를 구성하고 있다.

상기 피스톤 (14) 은 사판 (50) 과 걸어 맞춰지는 걸어맞춤부 (70) 와 일체적으로 형성되며, 실린더 보어 (12) 에 끼워 맞춰지는 중공의 두부 (72) 를 구비하고 있다. 걸어맞춤부 (70) 에 형성된 홈 (74) 에 구관(球冠)형상의 한 쌍의 슈 (76) 를 통해 사판 (50) 이 걸어 맞춰져 있다. 슈 (76) 는 구면부에서 걸어맞춤부 (70) 에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 평면부에서 사판 (50) 의 양측면에 맞닿으며, 사판 (50) 의 외주부를 양측으로부터 슬라이딩 가능하게 끼워 지지하고 있다. 실린더 보어 (12) 내의 두부 (72), 실린더 블록 (10) 및 밸브플레이트 (20) 에 둘러싸인 내부 공간이 압축실 (77) 을 구성하고 있다. 피스톤 (14) 의 형상에 대한 상세한 설명은 나중에 한다.

사판 (50) 의 회전운동은 슈 (76) 를 통해 피스톤 (14) 의 왕복직선운동으로 변환된다. 피스톤 (14) 이 상사점으로부터 하사점으로 이동하는 흡입공정에서, 흡기실 (22) 내의 냉매가스가 흡입구멍 (32), 흡입밸브 (34) 를 거쳐 실린더 보어 (12) 내의 압축실 (77) 에 흡입된다. 피스톤 (14) 이 하사점으로부터 상사점으로 이동하는 압축공정에서, 압축실 (77) 의 냉매가스가 압축되며, 토출구멍 (36), 토출밸브 (38) 를 거쳐 토출실 (24) 에 토출된다. 냉매가스의 압축에 수반하여 피스톤 (14) 에는 축방향의 압축반력이 작용한다. 압축반력은 피스톤 (14), 사판 (50), 회전판 (54) 및 스러스트 베어링 (56) 을 통해 실린더 블록 (10), 프론트하우징 (16), 리어하우징 (18) 등으로 이루어지는 하우징에 받아들여진다. 피스톤 (14) 의 걸어맞춤부 (70) 에는 회전규제부 (78) (도 2 참조) 가 일체적으로 형성되어 있다. 회전규제부 (78) 는 프론트하우징 (16) 의 내주면에 접촉하는 상태가 되며, 피스톤 (14) 의 중심축선 주위의 회전을 규제하여 피스톤 (14) 과 사판 (50) 의 충돌을 회피한다.

실린더 블록 (10) 을 관통하여 급기(給氣)통로 (80) 가 형성되어 있다. 이 급기통로 (80) 에 의해 토출실 (24) 과, 프론트하우징 (16) 과 실린더 블록 (10) 의 사이에 형성된 사판실 (86) 이 접속되어 있다. 급기통로 (80) 의 도중에는 전자제어밸브 (90) 가 설치되어 있다. 전자제어밸브 (90) 는 솔레노이드 (92) 와, 솔레노이드 (92) 의 여자(勵磁)상태에 기초하여 개폐되는 개폐밸브 (94) 를 포함하는 것이며, 솔레노이드 (92) 가 여자되면 개폐밸브 (94) 가 폐쇄상태가 되고, 소자(消磁)되면 개방상태가 된다.

회전축 (44) 의 내부에는 배출통로 (100) 가 형성되어 있다. 배출통로 (100) 는 일단에서 상기 지지구멍 (48) 에 개구됨과 동시에, 타단에서 사판실 (86) 에 개구되어 있다. 지지구멍 (48) 은 배출포트 (104) 를 거쳐 흡기실 (22) 에 연이어 통해져 있다.

본 사판식 압축기는 가변용량형이고, 고압원으로서의 토출실 (24) 과 저압원으로서의 흡기실 (22) 의 압력차를 이용하여 사판실 (86) 내의 압력이 제어됨으로써, 피스톤 (14) 의 전후에 작용하는 실린더 보어 (12) 내의 압축실 (77) 의 압력과 사판실 (86) 의 압력의 차가 조절되고, 사판 (50) 의 회전축 (44) 의 축선에 대한 경사각도가 변경되어 피스톤 (14) 의 스트로크가 변경되며, 압축기의 토출용량이 조절된다. 구체적으로는, 전자제어밸브 (90) 의 제어에 의해 사판실 (86) 이 토출실 (24) 에 연이어 통해지거나, 차단됨으로써 사판실 (86) 의 압력이 제어된다. 전자제어밸브 (90) 에서 솔레노이드 (92) 가 여자되면, 급기통로 (80) 가 차단되어 토출실 (24) 의 고압의 냉매가스가 사판실 (86) 에 공급되지 않는 상태가 된다. 사판실 (86) 내의 냉매가스는 배출통로 (100), 배출포트 (104) 를 거쳐 흡기실 (22) 에 방출되므로, 사판실 (86) 내의 압력이 낮아지고, 사판 (50) 의 경사각이 커진다. 피스톤 (14) 은 사판 (50) 의 회전에 수반하여 왕복이동되는데, 사판 (50) 의 경사각이 커지면, 피스톤 (14) 의 용적변화율이 커지고, 압축기의 토출용량이 커진다. 솔레노이드 (92) 의 소자에 의해 급기통로 (80) 가 연이어 통해진 상태에서는 토출실 (24) 의 고압의 냉매가스가 사판실 (86) 에 공급되며, 사판실 (86) 내의 압력이 높아진다. 그에 수반하여 사판 (50) 의 경사각도가 작아지며, 압축기의 토출용량이 작아진다. 사판 (50) 의 최대경사각은 사판 (50) 에 설치된 스토퍼 (106) 의 회전판 (62) 으로의 맞닿음에 의해 규정되며, 최소경사각은 사판 (50) 의 회전축 (44) 상의 스토퍼 (107) 로의 맞닿음에 의해 규정된다. 전자제어밸브 (90) 의 솔레노이드 (92) 의 여자상태는 냉방부하 등의 정보에 따라 도시하지 않은 컴퓨터를 주체로 하는 제어장치에 의해 제어된다. 흡기실 (22), 토출실 (24), 급기통로 (80), 사판실 (86), 전자제어밸브 (90), 배출통로 (100), 배출포트 (104), 제어장치 등에 의해 사판실압력 제어장치 내지 사판경사각도 변경장치가 구성되어 있다.

실린더 블록 (10) 및 피스톤 (14) 은 금속의 일종인 알루미늄 합금제의 것으로 하고, 피스톤 (14) 의 외주면에는 불소수지의 코팅이 실시되어 있다. 불소수지로 코팅하면, 동종 금속과의 직접접촉을 회피하여 눌어붙음을 방지하면서 실린더 보어 (12) 와의 끼워맞춤 틈을 가급적으로 좁게 할 수 있다. 그리고, 실린더 블록 (10) 및 피스톤 (14) 은 알루미늄 규소계 합금제의 것 등으로 하는 것이 바람직하다. 단, 실린더 블록 (10) 이나 피스톤 (14) 의 재료, 코팅층의 재료 등은 상술한 재료에 한정되지 않으며, 다른 재료이어도 된다.

피스톤 (14) 을 더욱 상세하게 설명한다.

피스톤 (14) 의 걸어맞춤부 (70) 는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 상기 홈 (74) 의 형성에 의해 대체로 U 자형상을 이루고, U 자형상의 저부를 이루는 기부 (108) 와, 기부 (108) 로부터 피스톤 (14) 의 축선과 직교하는 방향으로 연장하는 한 쌍의 아암부 (110, 112) 를 구비하고 있다. 아암부 (110, 112) 의 서로 대향하는 측면에는 각각 오목부 (114) 가 형성되어 있다. 이들 오목부 (114) 의 내면은 오목 구면형상을 이루고, 상기 한 쌍의 슈 (76) 는 사판 (50) 의 외주부의 표리 양면에 접촉하며, 사판 (50) 을 끼워 지지함과 동시에, 오목부 (114) 에 지지되어 있다.

또, 피스톤 (14) 의 두부 (72) 는 걸어맞춤부 (70) 의 아암부 (112) 측과는 반대측에 개구하는 바닥이 있는 중공 원통형상의 두부 본체부 (120) 와, 두부 본체부 (120) 의 개구측에 고정되며, 두부 본체부 (120) 의 개구를 폐색하는 폐색부재 (122) 를 포함한다. 폐색부재 (122) 는 커버부재이다. 걸어맞춤부 (70) 와 두부 (72) 는 아암부 (112) 와 두부 본체부 (120) 의 저부 (124) 에서 일체로 형성되어 있고, 걸어맞춤부 (70) 의 기부 (108) 는 두부 본체부 (120) 의 중심선에 대하여 편심한 위치에서 두부 본체부 (120) 의 중심선에 평행한 방향으로 연장하여 형성되어 있다. 두부 본체부 (120) 의 내주면 (126) 은 개구측이 대직경이 되는 단이 부착된 원통면이 되고, 대직경 구멍부 (128) 와 소직경 구멍부 (130) 의 사이에는 견면 (132) 이 형성되어 있다. 두부 본체부 (120) 의 개구측단부의 외주면에는 원환형상의 윤활유 홈 (136) 이 형성되어 있다.

폐색부재 (122) 는 대체로 원판형상을 이루는 폐색부재 본체부 (140) 를 구비하며, 폐색부재 본체부 (140) 의 일측의 단면에 횡단면 형상이 원형 또한 소직경의 끼워맞춤 돌출부 (142) 가 일체적으로 형성되어 있다. 폐색부재 본체부 (140) 와 끼워맞춤 돌출부 (142) 의 사이에는 견면 (144) 이 형성되어 있다. 또, 폐색부재 (122) 내에는 끼워맞춤 돌출부 (142) 의 선단면 (146) 에 개구하는 오목부 (148) 가 형성되며, 중량이 경감되어 있다. 폐색부재 (122) 는 견면 (144) 이 두부 본체부 (120) 의 개구측단면 (154) 과 맞닿고, 또한 끼워맞춤 돌출부 (120) 의 선단면 (146) 이 견면 (132) 에 맞닿는 깊이까지 두부 본체부 (120) 내부에 끼워 맞춰져 있으며, 이 상태에서는 끼워맞춤 돌출부 (142) 의 외주면이 대직경 구멍부 (128) 의 내주면에 끼워 맞춰져 있다. 그리고, 양 부재가 빔 용접의 일종인 전자빔 용접에 의해 고정되어 있다. 피스톤 (14) 의 압축공정에서, 두부 (72) 의 정상면에 작용하는 냉매가스의 압축반력은 견면 (144) 과 단면 (154) 의 용접부에서 뿐만 아니라, 선단면 (146) 과 견면 (132) 의 맞닿음에 의해서도 받아들여진다. 그리고, 도 2 에는 두부 본체부 (120) 의 주벽의 두께가 과대하게 나타나 있다.

상기와 같이 구성된 피스톤 (14) 은 1 개의 피스톤 소재로부터 2 개 제조된다. 그 때문에, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 피스톤 (14) 을 제조하기 위한 편두 피스톤 제조용 소재 (160) (이하, 소재 (160) 라고 약칭) 는 본체부재 (162) 및 2 개의 폐색부재 (164) 를 구비하고 있다. 본체부재 (162) 는 편두 피스톤 2 개분의 걸어맞춤부 (166) 가 서로 인접하여 일체 형성된 2 연(連) 걸어맞춤부 (168) 와, 그 2 연 걸어맞춤부 (168) 의 양단에 연속해 각각 일체 형성되며, 2 연 걸어맞춤부 (168) 와는 반대방향에 개구한 바닥이 있는 중공 원통형상의 2 개의 두부 본체부 (170) 를 구비하고 있다. 이들 두부 본체부 (170) 는 서로 동심이 되도록 형성되어 있다.

두부 본체부 (170) 의 내주면 (172) 은 개구측이 대직경이 되는 단이 부착된 원통면이 되고, 대직경 구멍부 (174) 와 소직경 구멍부 (176) 의 사이에 견면 (178) 이 형성되어 있다. 대직경 구멍부 (174), 소직경 구멍부 (176) 및 견면 (178) 은 제품인 피스톤 (14) 이 된 경우에 각각 대직경 구멍부 (128), 소직경 구멍부 (130) 및 견면 (132) 이 된다. 또, 두부 본체부 (170) 의 개구측단면 (180) 은 단면 (154) 이 된다. 그리고, 도 3 에서는 이해를 용이하게 하기 위해, 두부 본체부 (170) 의 주벽의 두께가 과대하게 나타나 있다. 각 걸어맞춤부 (166) 에 형성된 브리지부 (182) 는 기부 (108) 및 아암부 (110, 112) 를 구성하게 되는 부분 (각각 기부 (184), 아암부 (186, 188) 라고 칭함) 의 내측면을 서로 연결하여, 가공시의 끼움지지작용에 대하여 걸어맞춤부 (166) 를 보강하는 것이다. 본체부재 (162) 의 강성을 높이는 보강부이며, 소재 (160) 의 열처리시에 있어서의 변형을 최대한 억제하는 목적도 갖고 있다. 본체부재 (162) 는, 본 실시 형태에서는 금속의 일종인 알루미늄 합금제로서, 포아프리법에 의해 다이캐스팅된다. 이 주조가 행해지는 공정이 본체부재 (162) 의 제조공정으로서의 캐스팅공정이며, 나중에 상세하게 설명한다.

2 개의 폐색부재 (164) 는 동일하게 구성되어 있으며, 일측을 대표적으로 설명한다. 도 3 에 나타낸 바와 같이, 폐색부재 (164) 는 폐색부재 본체부 (190) 및 끼워맞춤 돌출부 (192) 를 가지며, 폐색부재 본체부 (190) 와 끼워맞춤 돌출부 (192) 의 사이에는 견면 (194) 이 형성되어 있다. 폐색부재 (164) 에는 또 끼워맞춤 돌출부 (192) 의 선단면 (196) 에 개구하는 오목부 (198) 가 형성되어 있다. 견면 (194) 은 상기 폐색부재 (122) 의 견면 (144) 이며, 오목부 (198) 는 폐색부재 (122) 의 오목부 (148) 이다. 폐색부재 (164) 의 폐색부재 본체부 (190) 의 끼워맞춤 돌출부 (192) 가 돌출형성된 측과는 반대측의 단면 (200) 의 중심에는, 도시한 예에서는 원형 단면의 지지부 (202) 가 돌출형성되며, 지지부 (202) 에는 센터구멍 (204) 이 형성되어 있다. 폐색부재 (164) 는, 본 실시 형태에서는 금속의 일종인 알루미늄 합금제로서, 본체부재 (162) 와 동일하게 포아프리법에 의해 다이캐스팅된다. 이 주조가 행해지는 공정이 폐색부재 (164) 의 제조공정이다. 그리고, 폐색부재 본체부 (190) 와 끼워맞춤 돌출부 (192) 의 치수관계는 폐색부재 본체부 (140) 와 끼워맞춤 돌출부 (142) 의 치수관계와 동일하며, 설명은 생략한다.

본체부재 (162) 는, 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이 포아프리법에 의해 다이캐스팅된다. 포아프리법에 의해 주조된 본체부재 (162) 를 도 4 에 나타낸다. 또, 본 실시 형태에서의 본체부재 (162) 의 주조에서 사용되는 금형 장치를 도 5 에 개략적으로 나타냄과 동시에, 포아프리법에 의한 다이캐스트에 대하여 설명한다. 본 금형 장치는 도시를 생략하는 장치 본체에 지지된 한 쌍의 금형 (216, 218) 과, 금형 (216, 218) 내부에 상대이동 가능하게 설치된 슬라이드 코어 (220, 222) (도 4 에 외형만 이점쇄선으로 나타냄) 를 구비하고 있다. 금형 (216, 218) 내에는 캐버티 (224) 가 형성되며, 이 캐버티 (224) 에 금속 (본 실시 형태에서는 알루미늄 합금) 의 용탕이 유입되어 본체부재 (162) 가 제조된다. 금형 (216, 218) 은 파팅면 (226, 228) 에서 개폐 가능한 고정금형 (216) 과 가동금형 (218) 이며, 가동금형 (218) 이 도시하지 않은 금형이동장치에 의해 고정금형 (216) 에 대하여 접근, 이간됨으로써 금형 (216, 218) 이 개폐된다.

도 6 에 나타낸 바와 같이, 파팅면 (226, 228) 은 두부 본체부 (170) 의 중심선을 포함하고, 또한 걸어맞춤부 (166) 의 한 쌍의 아암부 (186, 188) 가 연장하는 방향에 평행한 평면상에 설정된다. 각 파팅면 (226, 228) 에서 서로 대응하는 위치에 캐버티면 (234, 236) 이 각각 형성되어 있다. 이들 캐버티면 (234, 236) 과, 금형 (216, 218) 내부에 설치된 슬라이드 코어 (220, 222) 의 사이에 본체부재 (162) 에 대응하는 형상의 캐버티 (224) 가 형성된다. 슬라이드 코어 (220, 222) 는 도시하지 않은 슬라이드 코어 구동장치에 의해 두부 본체부 (170) 의 중심선에 평행한 방향으로서, 상기 금형 (216, 218) 의 개폐방향과는 직교하는 방향으로 진퇴 가능하게 설치되어 있다. 슬라이드 코어 구동장치는, 예컨대 유압실린더를 포함하는 것으로 할 수 있다. 슬라이드 코어 (220, 222) 는 캐버티면 (234, 236) 과 공동하여 캐버티 (224) 를 형성하는 전진단 위치와, 슬라이드 코어 (220, 222) 의 선단부가 캐버티 (224) 의 두부 본체부 (170) 를 형성하는 부분으로부터 퇴피된 후퇴단 위치로 이동된다. 슬라이드 코어 (220, 222) 의 선단부는 두부 본체부 (170) 의 내부 공간의 형상에 대응한 형상을 갖고 있다. 본 실시 형태에서의 슬라이드 코어 (220, 222) 는 내주면 (172) 의 대직경 구멍부 (174) 및 소직경 구멍부 (176) 에 대응하는 직경을 각각 갖는 외주면 (242, 244) 을 구비한 단이 부착된 원주형상을 이루고 있다.

캐버티 (224) 의 하단부는 도 5 에 나타낸 바와 같이, 탕도(湯道) (270) 를 거쳐 산소공급구 (272) 및 주탕구(注湯口) (274) 를 갖는 슬리브 (276) 에 연이어 통해져 있다. 탕도 (270) 의 캐버티 (224) 측 개구 근방에는 다른 부분보다도 소직경의 게이트 (도시 생략) 가 형성되며, 탕도 (270) 의 타측의 개구는 상기 슬리브 (276) 에 연이어 통해져 있다. 산소공급구 (272) 는 주탕구 (274) 로부터 금형 (216, 218) 측에 형성되어 있으며, 산소공급통로 (278) 를 통해 산소공급원을 구비하는 산소공급장치 (도시 생략) 에 선택적으로 연이어 통해지도록 되어 있다. 또, 주탕구 (274) 로부터 알루미늄 합금의 용탕이 주입된다. 슬리브 (276) 는 원통형상을 이루며, 고정금형 (216) 을 관통하여 외부로 연장하고 있다. 슬리브 (276) 의 외부로 연장한 측의 단부에 상기 산소공급구 (272) 및 주탕구 (274) 가 형성됨과 동시에, 플런저 (280) 의 선단에 설치된 플런저 (280) 보다 대직경의 플런저 칩 (282) 이 슬리브 (276) 내를 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰져 있다. 플런저 (280) 는 플런저 구동장치의 일례로서의 유압실린더 (도시 생략) 의 피스톤에 일체적으로 이동 가능하게 장착되어 있다. 상기 금형이동장치, 산소공급장치 및 슬라이드 코어 구동장치, 플런저 구동장치 등을 포함하는 금형장치는 도시하지 않은 제어장치에 의해 제어된다. 플런저 칩 (282) 이 후퇴단 위치에 있을 때에는 주탕구 (274) 는 개방되어 플런저 칩 (282) 과 슬리브 (276) 내부에 의해 형성되는 공간에 용탕을 공급 가능하다.

도 5 의 ① 에 나타낸 바와 같이, 플런저 칩 (282) 이 후퇴단 위치에 있는 상태에서 한 쌍의 금형 (216, 218) 이 파팅면 (226, 228) 에서 맞춰져 상대이동 불가능하게 됨과 동시에, 슬라이드 코어 (220, 222) 가 상기 전진단 위치에 배치되어 용탕의 주입에 대비하여 대기하는 상태가 된다. 그 후, 도 5 의 ② 에 나타낸 바와 같이, 플런저 칩 (282) 을 주탕구 (274) 를 통과하여 산소공급구 (272) 직전의 위치까지 전진시키고, 캐버티 (224) 를 외부로부터 차단한 후, 활성가스로서의 산소를 산소공급구 (272) 로부터 불어넣어 캐버티 (224) 내에 산소를 충만시킨다. 캐버티 (224) 내의 공기를 산소로 치환하는 것이다. 다음으로, 도 5 의 ③ 에 나타낸 바와 같이, 산소공급구 (272) 로부터 산소를 계속 공급한 상태에서 플런저 칩 (282) 을 후퇴단 위치까지 후퇴시키고, 주탕구 (274) 로부터 슬리브 (276) 내에 용탕이 공급된다. 그 후, 플런저 칩 (282) 을 금형 (216, 218) 측에 고속으로 전진시키면, 슬리브 (276) 내의 탕면(湯面)이 상승하고, 얼마 안 있어 용탕이 탕도 (270) 에 진입되며, 좁은 게이트를 통과해 캐버티 (224) 내에 한번에 분출된다. 캐버티 (224) 내에서 알루미늄과 산소가 양호하게 반응되어 캐버티 (224) 내의 산소가 소멸함으로써 진공상태가 되며, 용탕으로의 공기 (주로 질소) 의 연루가 양호하게 회피된다. 따라서, 캐버티면 (234, 236) 과 슬라이드 코어 (220, 222) 의 틈에도 양호하게 용탕이 공급되며, 두께가 얇은 두부 본체부 (170) 가 형성된다. 슬라이드 코어 (220, 222) 에 의해 두부 본체부 (170) 의 내주면 (172) 및 저면 (246) 이 형성된다. 이 포아프리법에 의해 제조된 본체부재 (162) 의 재료 내부의 기체량은 1 기압, 상온의 표준상태로 환산하여 3 cc/100 g 이하가 된다.

또, 좁은 게이트를 통과해 용탕이 미세한 안개상태로 캐버티 (224) 내에 분출됨으로써 용탕이 산소와의 반응후 급속하게 냉각된다. 이 때문에, 응고한 본체부재 (162) 에는 비교적 두꺼운 틸층이 형성된다. 종래의 주조법에서 형성되는 틸층의 두께는 20 ㎛ 정도였던 것에 대하여, 본 포아프리법에 의하면, 40 ∼ 50 ㎛ 두께의 틸층이 형성된다. 틸층은 초정(初晶) α(α상) 과 공정(共晶) 규소의 정출(晶出)비율의 변화가 비연속이 된 층으로서, 경도 및 강도가 크다. 따라서, 두부 본체부 (170) 를 요구강도를 만족시키면서 그 주벽을 얇은 두께로 제조할 수 있다.

캐버티 (224) 에 용탕공급후 설정시간이 경과하여 본체부재 (162) 가 성형되면, 금형 (216, 218) 이 개방됨과 동시에, 슬라이드 코어 (220, 222) 가 두부 본체부 (170) 로부터 이탈되어 본체부재 (162) 가 빠진다.

폐색부재 (164) 에 대해서도 본체부재 (162) 와 동일하게 하여 포아프리법에 의해 제조됨으로써, 폐색부재 (164) 의 재료 내부의 기체량이 1 기압, 상온의 표준상태로 환산하여 3 cc/100 g 이하가 된다.

그리고, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 폐색부재 (164) 가 본체부재 (162) 의 두부 본체부 (170) 의 개구측으로부터 삽입되며, 두부 본체부 (170) 의 대직경 구멍부 (174) 측의 내주면 (172) 에 끼워맞춤 돌출부 (192) 가 끼워 맞춰진다. 이 때, 두부 본체부 (170) 의 단면 (180) 과 폐색부재 (164) 의 견면 (194) 이 서로 맞닿음과 동시에, 견면 (178) 과 선단면 (196) 이 서로 맞닿아 폐색부재 (164) 의 끼워맞춤 깊이를 규정한다. 본 실시 형태에서는, 본체부재 (162) 및 폐색부재 (164) 는 주조되고, 치수정밀도가 높으므로 절삭이나 연삭 등의 기계가공을 실시하지 않고 끼워 맞출 수 있으며, 소재 (160) 를 저렴하게 제조할 수 있다.

폐색부재 (164) 가 본체부재 (162) 에 끼워 맞춰진 상태에서는 두부 본체부 (170) 의 단면 (180) 과 폐색부재 (164) 의 견면 (194) 이 서로 접근 또는 접촉하고, 이들 단면 (180) 및 견면 (194) 이 각각 용접면으로서 빔 용접의 일종인 전자 빔 용접에 의해 접합된다. 이것이 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 의 용접공정이며, 이하에 상세하게 설명한다. 도시하지 않은 전자 빔 용접기의 전자 빔 조사장치로부터 상기 용접면에 따라 주방향으로 형성된 용접선상에 전자 빔이 조사된다. 이 때, 도 3 에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 지지부 (202) 와 끼워 맞춰지는 끼워맞춤구멍을 갖는 지그 (250) 가 폐색부재 (164) 에 눌리고, 폐색부재 (164) 가 두부 본체부 (170) 에 눌림으로써 본체부재 (162) 및 폐색부재 (164) 가 한 쌍의 지그 (250) 에 의해 양측으로부터 끼인 상태로 지지된다. 이 상태에서, 회전구동장치에 의해 지그 (250) 를 통해 폐색부재 (164) 및 본체부재 (162) 가 모두 회전되면서 전자 빔 (도 3 에 파선 화살표로 나타냄) 이 조사됨으로써, 전자 빔의 조사점이 상기 용접선에 따라 주방향으로 이동되게 되며, 용접면 근방부가 용융되어 양 부재가 접합된다. 폐색부재 (164) 의 본체부재 (162) 로부터의 부상이 지그 (250) 에 의해 방지되어 있기 때문에, 용접이 양호하게 행해진다. 그리고, 본 실시 형태에서는 전자 빔 용접을 위해 진공상태로 용접이 행해진다.

본 전자 빔 조사장치로부터의 전자 빔은 도 7 에 파선으로 나타낸 바와 같이, 도중에서 두 갈래로 분기된 상태로 각각 상기 용접선상의 1 점에 조사된다. 그 상태에서 본체부재 (162) 및 폐색부재 (164) 가 회전됨으로써, 이들 두 갈래로 분기된 전자 빔은 각각 본체부재 (162) 의 주방향으로 연장하는 용접선에 따라 일정한 속도로 이동된다. 그와 함께, 각 전자 빔이 원추면에 따라 선회됨으로써 도 8 에 나타낸 바와 같이, 전자 빔의 조사점이 상기 용접선에 따라 나선형상의 궤적을 그린다. 이 나선형상의 궤적을 그리는 운동이 전자 빔의 용접선에 대한 요동의 1 형태이다. 본 실시 형태에서는, 두 갈래로 분기된 전자 빔의 각 조사점이 용접선에 따라 나선형상의 궤적을 그리면서, 용접선에 따라 본체부재 (162) 의 주방향으로 일주된다. 전자 빔의 조사점이 용접선에 따라 나선형상의 궤적을 그려 이동됨으로써 용접선상의 각 점에 전자 빔이 복수회씩 조사되게 됨과 동시에, 두 갈래로 분기된 전자 빔 중, 앞의 전자 빔이 용접선상의 1 점에 조사된 후, 다음의 전자 빔이 다시 그 1 점에 조사됨으로써도 용접선상의 동일점에 전자 빔이 복수회 조사되게 된다. 따라서, 용접선상의 각 점에 전자 빔이 각각 복수회씩 조사되게 된다.

용접공정시에는 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 의 서로 용융되어 접합되는 용접부에서, 재료중에 존재하는 기체가 가열되어 팽창하고, 외부에 도피하므로, 용접 비드에 블로홀이 형성되는 것인데, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 포아프리법에 의해 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 가 재료중의 기체량이 적게 억제되어 제조되어 있으며, 블로홀이 적은 용접 비드가 형성된다. 더욱이, 상술한 바와 같이 하여 용접선상의 각 점에 전자 빔이 복수회 조사됨으로써 일단 용접 비드에 블로홀이 형성되어도, 다시 전자 빔이 조사되어 용접 비드가 용융됨으로써 블로홀이 메워지므로, 용접 비드에 형성되는 블로홀이 더욱 적어진다. 본 실시 형태에서는, 두 갈래로 분기된 전자 빔의 강도의 비율은 동일하게 된다. 그리고, 전자 빔의 강도에 기초하여 용접부를 적당하게 용융시키기에 적합한 전자 빔의 이동속도 (상기 회전구동장치의 회전속도) 가 설정된다. 또, 각 전자 빔의 조사점의 간격은, 앞의 전자 빔에 의해 용융된 용접부의 재료의 응고상태가 적당한 상태에서 다음의 전자 빔이 조사되어 블로홀이 소멸되도록 적당한 값으로 설정된다.

이와 같이 하여 본체부재 (162) 에 2 개의 폐색부재 (164) 가 고정된 후, 두부 (72) 를 구성하게 되는 부분, 즉 본체부재 (162) 의 두부 본체부 (170) 및 폐색부재 (164) 의 외주면을 시작으로 하는 복수의 부분의 절삭가공이 행해진다. 이 때, 2 개의 폐색부재 (164) 에 각각 형성된 지지부 (202) 의 센터구멍 (204) 에 센터가 끼워 맞춰지고, 센터링이 이루어짐과 동시에, 2 개의 지지부 (202) 가 각각 척에 의해 끼워 지지된 상태에서 회전구동장치의 회전이 폐색부재 (164) 및 본체부재 (162) 에 전달되어 가공이 양호하게 행해진다.

다음으로, 본체부재 (162) 의 두부 본체부 (170) 및 폐색부재 (164) 의 외주면을 시작으로 하는 부분에 도장이 행해지고, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌의 코팅층이 형성된다. 그리고, 폐색부재 (164) 의 단면 (200) 이 깎여 지지부 (202) 가 제거된 후, 코팅층이 형성된 두부 본체부 (170) 및 폐색부재 (164) 의 외주면에 센터레스 연삭이 행해져 두부 (72) 가 완성된다. 이어서, 2 연 걸어맞춤부 (168) 에 기계가공이 실시되어 브리지부 (182) 가 제거됨과 동시에, 피스톤 (14) 이 되었을 때 슈 (76) 를 지지하는 오목부 (114) (도 3 에 이점쇄선으로 도시) 가 가공되어 걸어맞춤부 (70) 가 완성된다. 그리고, 소재 (160) 가 2 개로 분리되어 2 개의 피스톤 (14) 이 얻어진다.

본 실시 형태에서는, 두부 본체부 (170) 와 폐색부재 (164) 의 용접부가 블로홀이 적은 것이 되고, 양 부재의 접합강도가 향상되며, 요구강도를 만족시켜 실용에 견딜 수 있는 피스톤 (14) 이 얻어진다.

본 실시 형태와 같이, 금형내에 슬라이드 코어를 설치함으로써 슬라이드 코어에 의해 두부 본체부 (170) 의 내주면 및 저면이 형성되므로, 나중의 기계가공을 필요로 하지 않아 제조비용이 저감되는 것인데, 슬라이드 코어를 설치하는 것은 불가결한 것은 아니다.

본체부재 (162) 는 용탕단조에 의해 제조해도 된다. 이 용탕단조공정이 캐스팅공정의 다른 형태이다. 용탕단조에 사용되는 장치는 도 9 에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 개폐 가능한 한 쌍의 금형 (300, 302) 을 구비한다. 한 쌍의 금형 (300, 302) 내부에는 본체부재 (162) 의 형상에 대응한 캐버티 (306) 가 형성되어 있다. 일측의 금형 (300) 내부에는 가압부재 (308) 가 금형 (300, 302) 의 개폐방향과 평행한 방향으로 상대이동 가능하게 설치되어 있다. 가압부재 (308) 는 캐버티 (306) 내와, 캐버티 (306) 로부터 퇴피된 후퇴위치에 도시하지 않은 구동장치에 의해 이동된다. 캐버티 (306) 내에 용융상태 또는 반용융상태에 있는 금속 (알루미늄 합금) 의 용탕을 유입시킨 후, 가압부재 (308) 를 캐버티 (306) 측에 전진시킴으로써 용탕에 높은 압력 (30 ∼ 200 MPa) 이 가해져 캐버티 (306) 전체에 용탕이 공급되며, 고압력하에서 응고된다. 또, 폐색부재 (164) 도 동일하게 용탕단조에 의해 제조해도 된다. 이 용탕단조에 의해서도, 제조되는 본체부재 (162) 및 폐색부재 (164) 의 재료중의 기체량이 1 기압, 상온의 표준상태로 환산하여 5 cc/100 g 이하로 낮게 억제되므로, 본체부재 (162) 와 폐색부재 (164) 의 용접부가 블로홀이 적은 것이 되며, 접합강도가 향상된다.

본체부재 (162) 의 내주면은 단순한 원통면으로 해도 된다. 이 경우, 폐색부재 (164) 의 끼워맞춤 돌출부 (192) 가 본체부재 (162) 의 내주면에 끼워 맞춰지며, 본체부재 (162) 의 개구측단면 (180) 과 폐색부재 (164) 의 견면 (194) 의 맞닿음에 의해 폐색부재 (164) 의 끼워맞춤 깊이가 규정된다.

상기 두 갈래로 분기된 전자 빔은 강도의 비율을 서로 다르게 하는 것도 가능하다. 예컨대, 용접선상을 조사점이 선행하는 전자 빔보다 후행하는 전자 빔 쪽이 강하게 된다. 이것은, 선행하는 전자 빔에서는 용접부를 블로홀을 소멸시킬 수 있는 정도의 용융상태로 하고, 후행하는 강한 전자 빔으로 본래의 용접을 행함으로써 블로홀이 적은 제품을 얻기 위해서이다. 또, 전자 빔의 요동이란, 전자 빔을 용접선을 횡단하여 지그재그로 이동시키는 운동이나, 전자 빔을 용접선에 따라 전후로 이동시키는 운동이나, 이들 운동을 조합한 운동도 포함한다. 또한, 일측의 전자 빔을 요동시키고, 타측을 상기 용접선에 따라 단순하게 이동시키는 것만으로 해도 되고, 양측의 전자 빔을 상기 용접선에 따라 단순하게 이동시키는 것만으로 해도 된다. 또한, 전자 빔을 용접선상의 1 점을 조사하는 것으로 하고, 용접선상의 각 점을 복수회 통과하도록 전자 빔을 용접선에 따라 2 주(周) 이상 시켜도 된다. 이 경우, 전자 빔은 용접선에 따라 단순하게 이동시켜도 되고, 요동시켜도 된다.

도 1 ∼ 도 8 에 나타낸 실시 형태에서는, 소재 (160) 가 회전됨으로써 전자 빔의 조사점이 주방향으로 이동되는 것인데, 전자 빔 조사장치 또는 전자 빔 조사점이 회전되도록 해도 된다.

본 발명의 또 다른 실시 형태를 도 10 ∼ 도 14 에 나타낸다. 그리고, 본 실시 형태에서의 압축기용 피스톤의 제조방법은 상기 도 1 ∼ 도 8 에 나타낸 실시 형태에서의 사판식 압축기에 장치되는 편두 피스톤의 제조방법으로서 채택 가능하고, 따라서, 상기 실시 형태와 동일하게 구성되는 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서의 편두 피스톤을 제조하기 위한 편두 피스톤 제조용 소재 (400) (이하, 소재 (400) 라고 약칭) 는 도 10 에 나타낸 바와 같이, 편두 피스톤 제조용 소재 (160) 와 동일하게, 편두 피스톤 2 개분의 소재가 일체적으로 형성된 2 연 소재이며, 본체부재 (402) 와 2 개의 폐색부재 (404) 를 구비한다. 폐색부재 (404) 는 본체부재 (402) 의 개구를 단순하게 폐색하는 커버부재이다. 본체부재 (402) 는 본체부재 (162) 와 동일하게, 한 쌍의 아암부 (410, 412) 및 그들 아암부 (410, 412) 의 기단부 (基端部) 끼리를 연결하는 연결부 (414) 를 구비하는 걸어맞춤부 (416) 와, 걸어맞춤부 (416) 의 아암부 (412) 측과 일체적으로 형성된 바닥이 있는 중공 원통형상의 두부 본체부 (420) 를 구비하고 있다. 본체부재 (402) 는 2 개의 두부 본체부 (420) 가 서로 역방향으로 개구하고, 또한 서로 동심이 되는 상태에서 2 개의 걸어맞춤부 (416) 끼리가 일체로 연결되어 있다. 두부 본체부 (420) 는 단순한 원통면을 이루는 내주면 (422) 을 구비하고 있다. 폐색부재 (404) 는 폐색부재 (164) 와 동일하게, 단이 부착된 바닥이 있는 원통형상을 이루며, 다른 부분보다 소직경의 끼워맞춤부 (430) 에서 본체부재 (402) 의 내주면 (422) 에 끼워맞춤 가능하다. 폐색부재 (404) 의 끼워맞춤부 (430) 측과는 반대측의 단면 (432) 의 중심에는 돌출부 (434) 가 돌출형성되어 있다. 돌출부 (434) 는 도 12 에 나타낸 바와 같이, 횡단면 형상이 대체로 원형을 이루며, 그 외주면으로부터 서로 역방향으로 연장하는 2 개의 귀부(耳部:436) 가 일체적으로 형성되어 있다.

본 실시 형태에서의 본체부재 (402) 및 폐색부재 (404) 는 모두 금속의 일종인 알루미늄 합금제이고, 캐스팅공정에서 상술한 포아프리법 또는 용탕단조에 의해 제조되며, 본체부재 (402) 및 폐색부재 (404) 의 재료중의 기체량이 1 기압, 상온의 표준상태로 환산하여 5 cc/100 g 이하로 억제되어 있다. 이들 포아프리법 및 용탕단조에 대해서는 앞에 상세하게 설명했으므로, 여기에서는 설명은 생략한다.

이와 같이 하여 제조된 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 가 용접에 의해 접합된다. 폐색부재 (404) 의 끼워맞춤부 (430) 측이 선단부가 되고, 두부 본체부 (420) 의 개구로 동축에 위치결정된 상태로 삽입되어 끼워맞춤부 (430) 가 내주면 (422) 과 끼워 맞춰진다. 두부 본체부 (420) 의 개구가 폐색부재 (404) 에 의해 폐색되고, 두부 본체부 (420) 의 개구측단면 (440) 과, 폐색부재 (404) 의 끼워맞춤부 (430) 로부터 반경방향 외방향으로 연장하는 견면 (444) 이 맞닿아 끼워맞춤 깊이가 규정된 상태에서, 두부 본체부 (420) 와 폐색부재 (404) 가 빔 용접의 일종인 전자 빔 용접에 의해 접합된다. 이 용접공정에서는 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 가 서로 접촉하는 용접면으로서의 개구측단면 (440) 및 견면 (444) 에서 접합된다. 이하, 용접공정에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 2 개의 폐색부재 (404) 의 돌출부 (434) 의 중앙부에는 미리 센터구멍 (450) 이 형성되어 있다.

도 11 에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 센터 (452, 454) 가 서로 접근되어 양 센터구멍 (450) 에 걸어 맞춰지고, 소재 (400) 가 센터 (452, 454) 에 의해 센터링된 상태로 양측으로부터 지지된다. 한 쌍의 센터 (452, 454) 는 도시하지 않은 이동장치에 의해 모두 소재 (400) 의 축방향으로 이동 가능하게 되어도 되는데, 본 실시 형태에서는 일측의 센터 (452) 가 이동되고, 타측의 센터 (454) 는 고정으로 되어 있다. 이와 같이 하여 센터링이 이루어진 상태에서는, 도시를 생략하는 회전구동장치의 회전토크 전달부재 (456) 가 도 12 에 나타낸 바와 같이, 폐색부재 (404) 의 귀부 (436) 의 일측면에 접근된 상태가 된다. 그리고, 상기 회전구동장치가 기동되면, 그 회전 (도 12 에 화살표로 나타냄) 이 회전토크 전달부재 (456) 와 상기 귀부 (436) 의 측면의 걸어맞춤에 의해 폐색부재 (404) 및 본체부재 (402) 에 전달된다. 그리고, 전자 빔 용접기의 전자 빔 조사장치 (460) (도 11 에 개략적으로 도시) 로부터 상기 용접면 (개구측단면 (440) 및 견면 (444)) 에 따라 주방향으로 형성된 용접선 (462) (도 11 참조) 상에 용접 빔으로서의 전자 빔 (도 11, 12 에 파선 화살표로 나타냄) 이 조사된다. 본체부재 (402) 및 폐색부재 (404) 가 한 쌍의 센터 (452, 454) 에 의해 양측으로부터 끼어 지지된 상태에서 회전구동장치에 의해 폐색부재 (404) 및 본체부재 (402) 가 모두 회전되면서 전자 빔이 조사됨으로써, 전자 빔의 조사점이 용접선 (462) 에 따라 주방향으로 이동하게 되고, 상기 용접면 근방부가 용융되어 두부 본체부 (420) 와 폐색부재 (404) 가 접합된다. 센터 (452, 454) 에 의해 폐색부재 (404) 의 본체부재 (402) 로부터의 부상이 방지되며, 또 본체부재 (402) 및 폐색부재 (404) 가 전자 빔 조사장치 (460) 에 대하여 정밀도 좋게 위치결정되므로, 용접이 양호하게 행해진다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 전자 빔 용접을 위해 진공상태로 용접이 행해진다. 상기 센터이동장치, 회전구동장치, 전자 빔 조사장치 (460) 를 포함하는 전자 빔 용접기 등은 도시하지 않은 제어장치에 의해 제어된다.

전자 빔의 조사점이 용접선 (462) 에 따라 복수회 주회(周回)됨으로써 용접선 (462) 상의 각 점에 전자 빔이 복수회씩 조사된다. 도 13 에는 본 실시 형태에서의 용접조건이 나타나 있다. 본 실시 형태에서는 용접선 (462) 상의 1 점에 5 회 전자 빔이 조사되고 (바꿔 말하면, 전자 빔의 조사점이 5주(五周)되고), 그들 동일점에서의 5 회의 전자 빔의 조사에서, 전자 빔의 전류의 강도가 모두 동일하게 된 상태에서 1 회째에서 4 회째까지의 조사에서는 후속의 조사에서의 전자 빔의 이동속도 (상기 회전구동장치의 회전속도) 가 선행하는 모든 조사에서의 전자 빔 이동속도보다 크게 되고, 최후와 그 직전의 2 회의 전자 빔의 이동속도는 서로 동일하게 되어 있다. 구체적으로는, 전자 빔의 전류의 강도가 50 mA 가 되고, 전자 빔의 이동속도가 최초 (1 회째) 의 전자 빔 조사에서 5 m/min, 2 회째가 7 m/min, 3 회째가 9 m/min, 4 회째가 11 m/min, 최후 (5 회째) 가 11 m/min 이 되도록 상기 회전구동장치가 제어된다.

본 실시 형태에서도 포아프리법 또는 용탕단조에 의해 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 가 재료중의 기체량이 적게 억제되어 제조되어 있으며, 블로홀이 적은 용접 비드가 형성된다. 더욱이, 상술한 바와 같이 하여 용접선 (462) 상의 동일점에 전자 빔이 복수회 조사됨으로써 일단 용접 비드에 블로홀이 형성되어도, 다시 전자 빔이 조사되어 용접 비드가 용융됨으로써 블로홀이 메워지므로, 용접 비드에 형성되는 블로홀이 더욱 적어진다. 특히, 본 실시 형태에서는 용접공정에서, 상술한 바와 같이 하여 전자 빔 이동속도가 제어됨으로써 도 14 에 나타낸 바와 같이, 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 의 용융되어 서로 접합되는 용접부인 용융영역으로서, 전자 빔 조사의 1 회째에서 4 회째까지의 각 용융영역 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 에서, 나중의 전자 빔의 조사에 의한 용융영역이 선행하는 어느 전자 빔의 조사에 의한 용융영역보다도 작아지므로, 처음의 영역이 용융되지 않는다.도 13 에 나타낸 용접조건은 용융오차를 고려해도 용융영역 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 가 선행하는 어느 조사에 의한 용융영역으로부터도 비어져 나오지 않는 조건이다. 따라서, 나중의 조사에 의해 재료 내부의 기체가 새로 블로홀을 형성하지 않고, 또 선행하는 용융영역에 형성된 블로홀이 양호하게 메워지게 되며, 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 의 접합강도가 향상된다.

또, 4 회째의 조사와 5 회째의 조사에서 전자 빔 이동속도가 모두 동일하게 됨으로써 4 회째와 5 회째의 용융영역 Ⅳ, Ⅴ 가 동일해진다. 5 회의 조사에서 전자 빔 이동속도를 점차로 증가시키면, 그들 조사에 의한 용융영역은 점차로 감소되게 된다. 이 형태도 본 발명의 1 형태라고 할 수 있는데, 조사횟수가 많은 경우, 각 회의 조사에 의한 용융영역을 매회 감소시키면, 최초의 조사에 의한 용융영역과 최후의 조사에 의한 용융영역의 크기가 크게 다르게 된다. 그리고, 용융영역이 너무 작아지면, 전자 빔 조사의 효과가 불충분해지므로, 이것을 회피하기 위해서는 최초의 용융영역을 매우 크게 하는 것이 필요하게 된다. 이 점을 감안하면, 복수회의 조사 중, 일부에 대해서는 용융영역이 동일해지도록 하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시 형태에서는 최후와 그 직전의 조사의 용융영역 Ⅳ, Ⅴ 가 동일해지는 조건으로 용접된 것이며, 구체적으로는 최후의 2 회의 전자 빔 이동속도가 동일해지도록 제어되는 것이다. 이와 같이, 동일 용접조건으로 용접이 행해져도 용융영역이 거의 동일해진다. 예컨대, 최초와 그 직후의 조사에서 전자 빔 이동속도를 동일하게 하는 경우, 최초의 조사에 의해 두부 본체부 (420) 및 폐색부재 (404) 의 온도가 상온보다 크게 높아져 있으므로, 그 직후의 용융영역이 최초의 용융영역으로부터 비어져 나올 가능성이 있는 것인데, 전자 빔 조사의 횟수가 많아지면, 두부 본체부 (420) 및 폐색부재 (404) 의 온도가 거의 정상상태가 되어 온도상승량이 작아진다. 따라서, 본 실시 형태에서와 같이, 4 회째와 5 회째의 조사가 되면, 온도변화는 작아지고, 4 회째와 5 회째의 전자 빔 이동속도를 동일하게 해도 용융영역 Ⅳ, Ⅴ 가 거의 동일해지는 것이다. 이와 같이 하면, 최후의 조사에서도 충분한 넓이의 영역을 용융시키면서 블로홀을 양호하게 소멸시키고, 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 를 개구측단면 (440) 및 견면 (444) 에서 강고하게 접합할 수 있다.

용접조건은 도 13 에 나타낸 것 이외에, 예컨대 도 15 에 나타낸 것을 채택하는 것도 가능하다. 본 실시 형태에서는 전자 빔의 이동속도는 복수회 (예컨대, 5 회) 모두 동일하게 함과 동시에, 횟수를 거듭할 때마다 전자 빔의 강도를 점차로 감소시키고, 최후와 그 직전의 조사에서는 전자 빔의 강도를 동일하게 하는 것이다. 구체적으로는 5 회의 전자 빔의 조사에서 전자 빔의 이동속도를 모두 5 m/min 으로 하고, 전자 빔 전류의 강도를 1 회째가 50 mA, 2 회째가 40 mA, 3 회째가 30 mA, 4 회째가 20 mA, 5 회째가 20 mA 가 되도록 전자 빔 조사장치 (460) 를 포함하는 전자 빔 용접기를 제어하는 것이다. 본 실시 형태에 의해서도 도 10 ∼ 도 14 에 나타낸 실시 형태와 동일하게 블로홀이 적은 양호한 용접을 행할 수 있다.

단, 용접작업의 능률을 좋게 하기 위해서는, 상기 실시 형태에서와 같이 전자 빔 이동속도를 점차로 증가시키는 것이 좋고, 회전구동장치를 속도제어가 불가능한 것으로 하여 장치비용을 저감시키기 위해서는, 본 실시 형태에서와 같이 전자 빔 저류의 강도를 점차로 감소시키는 것이 좋다.

용접 빔의 중심위치 (또는 조사점) 를 복수회의 조사에서 서로 다르게 해도 된다. 도 16 에 그 1 실시 형태를 나타낸다. 도 16 에 나타낸 실시 형태에서는 용접 빔의 일종인 전자 빔의 4 회의 조사 중, 최초의 조사에서는 용접 빔의 중심위치가 용접선 (462) 과 직교하는 방향으로 비키어 놓여진 위치가 되고, 2 회째의 조사에서는 용접선 (462) 에 대하여 1 회째와는 반대측으로 비키어 놓여진 위치가 되고, 3 회째의 조사에서는 용접선 (462) 상이 된다. 단, 도 16 에서는 이해를 용이하게 하기 위해, 용접 빔의 중심위치의 비키어 놓는 양이 과장하여 도시되어 있다. 상기 3 회의 조사에 의한 각 용융영역 (도 16 에 ①, ② 및 ③ 으로 나타나는 영역) 은 서로 겹치는 부분을 포함하고, 개구측단면 (440) 과 견면 (444) 으로 이루어지는 용접면을 포함하는 용접부 (용접선 (462) 상의 동일개소) 에 전자 빔이 복수회 (본 실시 형태에서는 3 회) 조사됨으로써 용접부가 복수회 용융되게 되며, 선행하는 조사에 의해 형성된 블로홀이 메워진다. 그리고, 이들 3 회의 조사에서, 각 전자 빔의 이동속도와 각 전자 빔 전류의 강도는 모두 동일하게 된다. 이와 같이 하면, 용융영역이 거의 동일한 폭 (용접선 (462) 에 직교하는 방향의 치수) 및 깊이를 갖는 것이 되며, 전자 빔 용접기 등의 제어가 용이해진다. 그리고, 최후의 조사에서, 그 전자 빔의 이동속도가 그 이전 (1 회 ∼ 3 회) 의 전자 빔 이동속도보다 크게 되거나, 전자 빔 전류의 강도가 그 이전보다 작게 되거나의 적어도 일측을 포함하는 조건으로, 전자 빔의 중심위치가 용접선 (462) 상에 위치하는 상태에서 전자 빔이 조사된다. 이 용접조건에 의해 최후의 조사에 의한 용융영역 (도 16 에 ④ 로 나타나는 파선으로 둘러싸인 영역) 이 그것에 선행하는 조사에 의한 용융영역의 합보다 작아져 처음의 영역이 용융되지 않는다. 따라서, 도 10 ∼ 도 14 에 나타낸 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 나중의 조사에 의해 새로이 블로홀이 형성되지 않고, 선행하는 용융영역에 형성된 블로홀이 양호하게 메워지게 되며, 본체부재 (402) 와 폐색부재 (404) 의 접합강도가 향상된다. 그리고, 상기 3 회의 조사에서, 각 전자 빔의 이동속도와 각 전자 빔 전류의 강도의 적어도 일측을 다르게 함으로써 3 회의 용융영역이 정확하게 동일해지도록 해도 된다.

상기 도 1 ∼ 도 8 에 나타낸 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 용접 빔을 요동시킴과 동시에, 그 요동량 (또는 요동범위) 을 바꿔도 된다. 그 1 실시 형태를 도 17 에 나타낸다. 도 17 에 나타낸 실시 형태에서는, 용접 빔으로서의 전자 빔은 용접선 (462) 에 따라 일정한 속도로 이동됨과 동시에, 전자 빔이 원추면에 따라 선회됨으로써 전자 빔의 조사점이 용접선 (462) 에 따라 나선형상의 궤적을 그린다. 이 나선형상의 궤적을 그리는 운동이 요동의 1 형태이다. 이와 같이 하여 전자 빔의 조사점이 용접선 (462) 에 따라 일주됨으로써 용접선 (462) 상의 각 점에 전자 빔이 복수회 조사되게 되는데, 본 실시 형태의 용접공정에서는 전자 빔이 2 회 주회된다. 물론 3 회 이상으로 해도 된다. 본 실시 형태의 용접공정에서는 2 주째의 조사 (도 17 에 ② 로 나타냄) 시, 전자 빔은 1 주째의 조사 (도 17 에 ① 로 나타냄) 보다도 폭 (용접선 (462) 에 직교하는 방향의 치수) 이 작은 나선형상의 궤적을 그리도록 선회된다. 그리고, 도 17 에는 이들 전자 빔의 궤적의 차이가 이해를 용이하게 하기 위해 과장하여 나타나 있다. 또, 2 주째의 조사에서는 1 주째보다도 전자 빔 이동속도가 크게 되거나, 전자 빔 전류의 강도가 작게 되거나의 적어도 일측의 조건으로 전자 빔이 조사된다. 이와 같이 하면, 2 주째의 용융영역이 1 주째의 용융영역으로부터 폭방향, 깊이방향 모두 비어져 나오지는 않고, 처음의 영역이 용융되지 않는다.

도 10 ∼ 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17 에 나타낸 각 실시 형태에서, 전자 빔은 상기 도 1 ∼ 도 8 에 나타낸 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 도중에서 두 갈래로 분기된 상태에서 각각 용접선상의 1 점에 조사되는 것으로 하는 것도 가능하다. 또, 전자 빔을 요동시켜도 된다. 요동이란, 도 17 에 나타낸 실시 형태와 같이, 전자 빔의 조사점이 용접선에 따라 나선형상의 궤적을 그리는 운동이나, 전자 빔을 용접선을 횡단하여 지그재그로 이동시키는 운동이나, 전자 빔을 용접선에 따라 전후로 이동시키는 운동이나, 이들 운동을 조합한 운동 등을 포함한다. 또한, 일측의 전자 빔을 요동시키고, 타측을 상기 용접선에 따라 단순하게 이동시키는 것만으로 해도 되고, 양측의 전자 빔을 상기 용접선에 따라 단순하게 이동시키는 것만으로 해도 된다.

도 10 ∼ 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17 에 나타낸 각 실시 형태에서는 소재 (400) 가 회전됨으로써 전자 빔의 조사점이 주방향으로 이동되는 것인데, 전자 빔 조사장치 (460) 또는 전자 빔 조사점이 회전되도록 해도 된다.

용접조건은 상기 각 실시 형태의 값에 한정되지 않고, 최후의 전자 빔의 조사에 의해 용융된 영역이 그 조사에 선행하는 모든 조사에 의한 용융영역의 합 이내가 되는 조건이면 되고, 전자 빔의 1 개소로의 조사횟수, 전자 빔의 이동속도, 전자 빔 전류의 강도는 여러 가지의 값으로 설정 가능하며, 전자 빔의 이동속도나 전자 빔 전류의 강도 이외의 용접조건을 변경하는 것도 가능하다.

상기 도 1 ∼ 도 8 에 나타낸 실시 형태에서도, 도 10 ∼ 도 14 에 나타낸 실시 형태와 동일하게, 지그 (250) 대신에 한 쌍의 센터를 지지부의 센터구멍에 걸어맞춤으로써 소재 (160) 를 양측으로부터 지지하고, 회전토크 전달부재에 의해 회전구동장치의 회전을 소재 (160) 에 전달하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 지지부는 돌출부 (434) 와 같이, 원형부의 외주면으로부터 연장하는 귀부를 일체적으로 형성하고, 상기 회전토크 전달부재를 걸어맞춤 가능하게 하는 것이 바람직하다.

용접공정은 상기 실시 형태에서의 전자 빔 용접과 같이, 진공상태에서 행해지면, 가열에 의한 공기의 팽창이 없고, 폐색부재 (164, 404) 에 의해 개구가 폐쇄된 본체부재 (162, 402) 내의 공기를 도피시킬 필요가 없으므로, 피스톤 (14) 을 공기도피구멍이 없는 것으로 할 수 있는데, 이것은 불가결한 것은 아니다.

폐색부재의 형상은 여러 가지의 것을 채택 가능하고, 예컨대 평판형상으로 해도 된다. 폐색부재는 다이캐스트 이외의 방법으로 제조해도 되고, 예컨대 단조에 의해 제조해도 되며, 또 폐색부재 (164, 404) 와 같이 단순한 형상이면, 시판되는 봉재 등 범용 소재의 기계가공에 의해 제조해도 된다.

본체부재와 폐색부재의 접합방법은 전자 빔 용접에 한정되지 않고, 진공상태를 필요로 하지 않는 레이저 빔 용접으로 해도 된다.

본체부재 (164) 를 제조하기 위한 한 쌍의 금형 (216, 218) 의 파팅면을 두부 본체부 (170) 의 중심선을 포함하고, 또한 한 쌍의 아암부 (186, 188) 가 연장하는 방향에 직교하는 방향으로 평행한 평면상에 설정하는 것도 가능하다. 이 경우, 걸어맞춤부 (166) 측의 파팅면은 폭 (아암부 (186, 188) 가 연장하는 방향에 직교하는 방향) 이 가장 큰 부분을 통과하는 평면이 된다.

상기 각 실시 형태는 걸어맞춤부끼리가 연결된 2 연 소재의 일례이고, 이 이외에도 두부끼리 또는 두부와 걸어맞춤부가 연결된 2 연 소재로 해도 된다. 또한, 상기 각 실시 형태에서는 1 개의 편두 피스톤 제조용 소재로부터 2 개의 피스톤을 제조할 수 있으므로, 주조비용이 저감된다. 그러나, 이것은 불가결한 것은 아니고, 예컨대 편두 피스톤 제조용 소재를 1 개의 피스톤을 제조하는 것으로 해도 된다.

피스톤의 분할형태는 상기 각 실시 형태의 것에 한정되지는 않고, 예컨대 구동기구와 걸어맞추는 걸어맞춤부와 폐색부재를 포아프리법이나 용탕단조 등의 특수한 다이캐스트법에 의해 일체로 제조함과 동시에, 마찬가지로 포아프리법이나 용탕단조 등에 의해 제조된 바닥이 있는 중공 원통형상을 이루는 두부부재의 개구를 폐색부재로 폐색하여 양 부재를 용접하여 일체화해도 된다.

본체부재와 폐색부재는 알루미늄 합금 이외의 금속재료로 형성해도 되고, 예컨대 마그네슘 합금제로 해도 된다.

사판식 압축기의 구조는 상기 실시 형태에서의 그것에 한정되지 않고, 다른 구조의 것으로 할 수도 있다. 예컨대, 전자제어밸브 (90) 는 불가결한 것은 아니고, 토출실 (24) 의 압력과 사판실 (86) 의 압력의 차압에 기초하여 기계적으로 개폐되는 개폐밸브를 설치할 수도 있다. 또, 전자제어밸브 (90) 대신에, 또는 그와 함께 배출통로 (100) 의 도중에 전자제어밸브 (90) 와 동일한 전자제어밸브를 설치해도 되고, 또는 사판실 (86) 의 압력과 흡기실 (22) 의 압력의 차압에 기초하여 기계적으로 개폐되는 개폐밸브를 설치해도 된다.

또, 피스톤을 사판의 경사각도가 불변의 고정용량형 사판식 압축기용 피스톤이나, 양두(兩頭) 피스톤으로 하는 것도 가능하다. 또한, 사판식 압축기 이외의 압축기, 예컨대 웨이브 캠식 압축기용 피스톤으로 하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명의 몇 개인가의 실시 형태를 상세하게 설명했는데, 이것은 예시에 지나지 않으며, 본 발명은 상기 [발명이 해결하고자 하는 과제, 과제해결수단 및 효과] 의 항에 기재된 태양을 시작으로 하여 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경, 개량을 실시한 형태로 실시할 수 있다.

본 발명은 적어도 두부의 본체부를 형성하는 바닥이 있는 중공 원통부를 다이캐스트에 의해 제조하면서, 그 중공 원통부와 폐색부재를 용접에 의해 일체화하는 것을 가능하게 하였다.

Claims (3)

1. 일단이 개방된 바닥이 있는 중공 원통형상을 이루는 두부 본체부를 그 두부 본체부의 재료 내부의 기체량을 5 cc/100 g 이하로 억제하여 다이캐스팅하는 캐스팅공정과,

   그 캐스팅공정으로 제조한 두부 본체부의 개구를 폐색부재로 폐색하고, 그들 두부 본체부와 폐색부재를, 용접 빔을 용접선상의 동일개소에 복수회 조사하여 용접하는 용접공정을 포함하는 압축기용 피스톤의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용접공정이, 상기 용접선상의 동일개소에서의 복수회의 용접 빔의 조사 중, 최후의 용접 빔의 조사에 의한 상기 두부 본체부 및 상기 폐색부재의 용융영역이 그 조사에 선행하는 모든 조사에 의한 용융영역의 합 이내가 되는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 압축기용 피스톤의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 용접공정이, 상기 용접선상의 동일개소에서의 상기 복수회의 용접 빔의 조사에 의한 상기 두부 본체부 및 상기 폐색부재의 각 용융영역이 선행하는 어느 조사에 의한 용융영역으로부터도 비어져 나오지 않는 용접조건으로 용접을 행하는 공정인 압축기용 피스톤의 제조방법.