JP3928336B2 - 圧縮機用ピストンの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体を圧縮する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、シリンダボアに摺動可能に嵌合される頭部が中空円筒状であるピストンの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機のピストンは往復移動させられるものであるため、軽量であることが望ましく、斜板式圧縮機、特に、可変容量型斜板式圧縮機のピストンは軽量化の必要性が高い。例えば、車両用空調装置の冷媒ガス圧縮用の斜板式圧縮機として、近年、斜板の回転軸線に対する傾き角度を制御することにより吐出容量を制御する形式の可変容量型斜板式圧縮機が使用されるようになったが、この種の圧縮機のピストンは特に軽量化の要請が強い。車両用の斜板式圧縮機は一般に、小型化の要求を満たすために回転数を大きくすることが求められており、そのためにはピストンの軽量化が必要である。特に、圧縮室と斜板室との圧力差に基づいて斜板の傾き角度を制御する形式の可変容量型斜板式圧縮機においては、傾き角度制御の安定化および運転騒音の低減のために、ピストンの軽量化が是非とも必要である。
【０００３】
そこで、本願出願人は、特開平９−１０５３８０号公報において、ピストンのシリンダボアに摺動可能に嵌合される頭部を中空とすることにより、可変容量型斜板式圧縮機のピストンを軽量化することを提案し、現在製造中である。このピストンは、有底の中空円筒状をなす頭部部材の開口を、斜板と係合する係合部と一体に形成した閉塞部材により閉塞し、頭部部材と閉塞部材とを溶接により一体化したものである。頭部部材と閉塞部材とは共に鍛造により製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
しかしながら、鍛造により頭部部材と閉塞部材とを製造すれば製造コストが高くなることを避け得ない。そこで頭部が中空であるピストンをダイキャストにより製造することを試みた。その結果、頭部部材と閉塞部材との溶接による一体化が困難であることが、ダイキャスト製ピストン実用化の障壁の一つであることが判明した。また、ピストン軽量化の要請は前述のように可変容量型斜板式圧縮機において特に強いが、固定容量型斜板式圧縮機は勿論、他の形式の圧縮機においても軽量化は望ましいことである。そこで本発明は、少なくとも頭部の本体部を形成する有底の中空円筒部をダイキャストにより製造しながら、その中空円筒部と閉塞部材とを溶接により一体化することを可能にすることを課題としてなされたものである。
【０００５】
そして、本発明により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。
（１）一端が開放された有底の中空円筒状をなす頭部本体部を、その頭部本体部の材料内部の気体量を５ｃｃ／１００ｇ以下に抑えてダイキャスティングするキャスティング工程と、
そのキャスティング工程で製造した頭部本体部の開口を閉塞部材で閉塞し、それら頭部本体部と閉塞部材とを、溶接ビームを溶接線上の同一箇所に複数回照射して溶接する溶接工程と
を含む圧縮機用ピストンの製造方法（請求項１）。
本項に記載の製造方法においては、閉塞部材もダイキャストにより製造することが望ましいが、不可欠ではない。特に、有底の中空円筒状をなす頭部本体部の底部側に、駆動機構との係合部を一体的に形成し、閉塞部材は係合部とは反対側の開口を単純に閉塞するカバー部材であればよい場合には、市販の棒材等汎用素材の機械加工により製造し、あるいは鍛造する等、ダイキャスト以外の方法で製造することも可能なのである。頭部本体部および閉塞部材は比重が小さく、かつダイキャスティングが容易なアルミニウム合金製とされることが望ましいが、マグネシウム合金製等他の金属材料製とすることも可能である。
有底の中空円筒状をなす頭部本体部を、通常のダイキャストによる場合には材料内部の気体量が、１気圧，常温の標準状態に換算して１０〜３０ｃｃ／１００ｇ程度となるのに対し、後に説明するポアフリー法によるダイキャストや溶湯鍛造等、特殊なダイキャストによれば、５ｃｃ／１００ｇ以下に抑えることができる。この頭部本体部の開口を閉塞部材で閉塞し、頭部本体部と閉塞部材とを、溶接ビームを頭部本体部と閉塞部材との合わせ面に沿った溶接線上の同一箇所に複数回照射して溶接すれば、ブローホールの少ない溶接部を形成することができ、実用に耐え得るピストンが得られる。溶接線上の１箇所に電子ビーム，レーザビーム等の溶接ビームを照射し、溶接ビームと頭部本体部および閉塞部材とを相対回転させることにより、溶接ビームの照射箇所を溶接線に沿って移動させれば、頭部本体部と閉塞部材との合わせ面近傍部が溶融して両者が接合される。この際、材料中に存在する気体が加熱されて膨張し、外部に逃げるため、溶接ビードにはブローホールが形成されるが、材料中の気体量が５ｃｃ／１００ｇ以下に抑えられているため、ブローホールは少なくて済む。しかも、一旦形成されたブローホールも、溶接ビードに再び溶接ビームが照射されて溶融させられることにより塞がり、一層ブローホールの少ない溶接ビードとなって、実用に耐え得るダイキャスト製ピストンが得られるのである。なお、「溶接線上の同一箇所に複数回照射」とは、溶接線上の同一点近傍に複数回溶接ビームを照射するとの意である。すなわち、厳密に１点に複数回溶接ビームが照射される必要はなく、実質的に同じ箇所に複数回照射されたと見なし得ればよいのである。
上記材料中の気体量は、５ｃｃ／１００ｇ以下とされ、３ｃｃ／１００ｇ以下とされることが望ましく、１ｃｃ／１００ｇ以下とされることがさらに望ましい。
（２）前記キャスティング工程が、ポアフリー法によりダイキャストを行う工程である (1)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
ポアフリー法は金型のキャビティ内に酸素等の活性ガスを充満させた状態でアルミニウム合金等金属の溶湯をキャビティ内に注入し、溶湯と活性ガスとの反応によりキャビティ内を高度の真空状態とすることによって、鋳造品内部への気体の巻込みを防止する鋳造法であり、薄肉で強度の高い鋳造品を得ることができる。
（３）前記キャスティング工程が溶湯鍛造工程である (1)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
溶湯鍛造は、鋳型に注入されて溶融状態あるいは半溶融状態にある金属材料に３０〜２００MPa 程度の高い圧力をかけ、その状態で凝固させる鋳造法であり、材料内部に封入される気体量を減少させることができる。
（４）前記溶接工程が、前記頭部本体部と前記閉塞部材との前記溶接線上の複数点に複数の溶接ビームの各々を照射しつつ、それら溶接ビームと頭部本体部および閉塞部材とを前記溶接線に沿って相対移動させる工程を含む (1)項ないし (3)項のいずれか１つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
本態様の溶接工程によれば、複数の溶接ビームの強さの割合と照射点の間隔との少なくとも一方を変更することにより、溶接ビードの適切な凝固状態において次の溶接ビームが照射されるようにすることができる。溶接ビームの強さが決まれば、溶接面の両側の金属材料を適度に溶融させるに適した溶接ビームの移動速度が決まる。一方、ブローホールを良好に消滅させるためには、前の溶接ビームにより溶融させられた材料の凝固状態が適度な状態において次の溶接ビームが照射されることが望ましい。これら両方の要求を満たすためには、複数の溶接ビームの強さの割合と照射点の間隔との少なくとも一方を変更することが有効なのである。
（５）前記複数の溶接ビームの少なくとも一方を前記溶接線に沿って移動させつつ、その溶接線に対して揺動させる (4)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
複数の溶接ビームは単純に溶接線に沿って移動させるのみでもよいが、少なくとも一方を溶接線に対して揺動させることが、ブローホールを消滅させ、あるいは溶接強度を高める上で有効である。
（６）前記溶接ビームの揺動が溶接ビームを円錐面に沿って旋回させる旋回運動である (5)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
溶接ビームを円錐面に沿って旋回させつつ溶接線に沿って一定の速度で移動させれば、溶接ビームの照射点は溶接線に沿って螺旋状の軌跡を描くこととなり、ブローホールが減少する。これは、溶接ビードの１点が複数回溶融させられることになるためと推測される。
（７）前記溶接工程が、前記頭部本体部と前記閉塞部材との前記溶接線上の１点に溶接ビームを照射しつつ、その溶接ビームと頭部本体部および閉塞部材とを前記溶接線に沿って相対移動させ、溶接ビームに溶接線上の各点を複数回通過させる工程を含む (1)項ないし (3)項のいずれか１つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（８）前記溶接ビームを前記溶接線に沿って移動させつつ、その溶接線に対して揺動させる (7)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（９）前記溶接工程が、前記溶接線上の同一箇所における複数回の溶接ビームの照射のうち、最後の溶接ビームの照射による前記頭部本体部および前記閉塞部材の溶融領域が、その照射に先行するすべての照射による溶融領域の和以内となる溶接条件で溶接を行う工程である (1)項ないし (8)項のいずれか１つに記載の圧縮機用ピストンの製造方法（請求項２）。
「先行するすべての照射による溶融領域の和」とは、先行するいずれかの照射により溶融させられたことがある領域のすべてを含む領域の意である。例えば、溶接ビームの中心位置を互いに異ならせて照射を行えば、それら照射による溶融領域が溶接線と直交する方向に互いにずれることとなるが、その後の照射による溶融領域が、それら溶融領域のいずれとも重ならない部分を含まない限り、本項の要件を満たすこととなる。換言すれば、最後の溶接ビームの照射により始めての部分が溶融させられなければよいのである。
（１０）前記溶接工程が、前記溶接線上の同一箇所における前記複数回の溶接ビームの照射による前記頭部本体部および前記閉塞部材の各溶融領域が、先行するいずれの照射による溶融領域からもはみ出すことがない溶接条件で溶接を行う工程である (9)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法（請求項３）。
本項の要件を満たす溶接工程においては、最初の照射以外の、いずれの照射によっても始めての領域が溶融させられることがないことになる。後続の照射による溶融領域は、先行の照射による溶融領域と重なるか、それより小さくなるかのいずれかなのである。複数回の照射が互いに近接した時点に行われる場合には、先行の照射により頭部本体部および閉塞部材の温度が先行の照射により高められているのが普通であるから、もし、後続の照射が先行の照射と同じ条件で行われれば、本項の要件は満たされない。後続の照射の条件は、先行の照射の条件より緩くされることが必要なのである。
（１１）前記溶接工程が、前記最後の溶接ビームの照射による溶融領域が、最初の溶接ビームの照射による溶融領域より小さくなる溶接条件で溶接を行う工程である (9)項または(10)項に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
（１２）前記溶接工程が、前記最初と最後との間に少なくとも１回の溶接ビームの照射を含み、その少なくとも１回の照射のすべてにおいて、溶接ビームの照射による溶融領域が、前記最初の照射による溶融領域以内となる溶接条件で溶接を行う工程である (9)項ないし(11)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。
（１３）前記溶接工程が、少なくとも最後とその直前との照射による溶融領域が同じになる溶接条件で溶接を行う工程である (9)項ないし(12)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。
（１４）前記溶接工程が、少なくとも最後とその直前との照射の溶接ビームの移動速度とそれら照射の溶接ビームの強さとがそれぞれ同じになる条件で溶接を行う工程である (9)項ないし(13)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。
（１５）前記複数回の溶接ビームの照射の各々による複数の溶融領域のうち、後の照射による溶融領域である後溶融領域を先の照射による溶融領域である先溶融領域以内とするための方法が、後の照射の溶接ビームの移動速度を先の照射の溶接ビームの移動速度以上とすることと、後の照射の溶接ビームの強さを先の照射の溶接ビームの強さ以下とすることとの少なくとも一方を含む (9)項ないし(14)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。
上記「移動速度以上とすること」は、「移動速度を同じにすること」も包含するが、「移動速度より小さくすること」が望ましい。同様に、「溶接ビームの強さ以下とすること」は、「溶接ビームの強さを同じにすること」も包含するが、「溶接ビームの強さより弱くすること」が望ましい。
なお、本項における「後の照射」とは、例えば、前記 (9)項，(11)項における最後の照射や、前記(10)項における複数回の照射のうち最初の照射以外のものや、前記(12)項における最後の照射および最初と最後との間の少なくとも１回の照射等であり、また、「先の照射」とは、前記 (9)項，(10)項における先行するすべての照射や、(11)項，(12)項における最初の照射等である。すなわち、「先の照射」，「後の照射」は、任意の２回の照射を比較した場合の「先」と「後」とを表すものであり、「先の照射」はある照射に先立つすべての照射を含む用語である。このことは(16)項についても当てはまる。
（１６）前記複数回の溶接ビームの照射の各々による複数の溶融領域のうち、後の照射による溶融領域である後溶融領域を先の照射による溶融領域である先溶融領域以内とするための方法が、前記後の照射の溶接ビームの前記溶接線に対する揺動量を前記先の照射の溶接ビームの溶接線に対する揺動量より小さくすることを含む (9)項ないし(15)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。
【０００６】
【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空調装置に用いられる斜板式圧縮機のピストンの製造を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態における斜板式圧縮機を示す。図１において、１０はシリンダブロックであり、シリンダブロック１０の中心軸線回りの一円周上には、軸方向に延びる複数のシリンダボア１２が形成されている。シリンダボア１２の各々には、片頭ピストン１４（以下、ピストン１４と略称する）が往復運動可能に配設されている。シリンダブロック１０の軸方向の一端面（図１の左側の端面であり、前端面と称する）には、フロントハウジング１６が取り付けられ、他方の端面（図１の右側の端面であり、後端面と称する）には、リヤハウジング１８がバルブプレート２０を介して取り付けられている。フロントハウジング１６，リヤハウジング１８，シリンダブロック１０等により斜板式圧縮機の本体が構成される。リヤハウジング１８とバルブプレート２０との間には、吸気室２２，吐出室２４が形成され、それぞれ、吸入ポート２６，供給ポート２８を経て、図示しない冷凍回路に接続される。バルブプレート２０には、吸入孔３２，吸入バルブ３４，吐出孔３６，吐出バルブ３８等が設けられている。
【０００７】
シリンダブロック１０およびフロントハウジング１６内には、回転軸４４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４４は、両端部においてそれぞれベアリングを介してフロントハウジング１６，シリンダブロック１０に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４８が形成されており、回転軸４４の一端部がその支持穴４８において支持されている。回転軸４４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４４が車両エンジンに接続されれば、回転軸４４が自身の軸線まわりに回転させられる。
【０００８】
回転軸４４には、斜板５０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５０には、中心を通る中心穴５２が形成され、この中心穴５２を回転軸４４が貫通している。中心穴５２は、両端開口側ほど図１において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４４には、また、回転伝達部材としての回転板５４が固定され、スラストベアリング５６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５０は、ヒンジ機構６０によって回転軸４４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６０は、回転板５４に固定的に設けられた支持アーム６２のガイド穴６４と、斜板５０に固定的に設けられ、ガイド穴６４にスライド可能に嵌合されたガイドピン６６と、斜板５０の中心穴５２と、回転軸４４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５０が駆動部材を構成し、回転軸４４，駆動源としての車両エンジン，回転伝達装置を構成するヒンジ機構６０等が斜板５０とともに駆動機構を構成している。
【０００９】
前記ピストン１４は、斜板５０と係合させられる係合部７０と、係合部７０と一体的に設けられ、シリンダボア１２に嵌合される中空の頭部７２とを備えている。係合部７０に形成された溝７４に球冠状の一対のシュー７６を介して斜板５０が係合させられている。シュー７６は、球面部において係合部７０に摺動可能に保持され、平面部において斜板５０の両側面に当接し、斜板５０の外周部を両側から摺動可能に挟持している。シリンダボア１２内の、頭部７２，シリンダブロック１０およびバルブプレート２０に囲まれた内部空間が圧縮室７７を構成している。ピストン１４の形状についての詳細な説明は後に行う。
【００１０】
斜板５０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工程において、吸気室２２内の冷媒ガスが吸入孔３２，吸入バルブ３４を経てシリンダボア１２内の圧縮室７７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工程において、圧縮室７７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５０，回転板５４およびスラストベアリング５６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７８（図２参照）が一体的に設けられている。回転規制部７８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５０との衝突を回避する。
【００１１】
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は、ソレノイド９２と、ソレノイド９２の励磁状態に基づいて開閉させられる開閉弁９４とを含むものであり、ソレノイド９２が励磁されると開閉弁９４が閉状態とされ、消磁されると開状態とされる。
【００１２】
回転軸４４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４８に開口させられるとともに、他端において斜板室８６に開口させられている。支持穴４８は排出ポート１０４を経て吸気室２２に連通させられている。
【００１３】
本斜板式圧縮機は可変容量型であり、高圧源としての吐出室２４と低圧源としての吸気室２２との圧力差を利用して斜板室８６内の圧力が制御されることにより、ピストン１４の前後に作用するシリンダボア１２内の圧縮室７７の圧力と斜板室８６の圧力との差が調節され、斜板８６の回転軸４４の軸線に対する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。電磁制御弁９０においてソレノイド９２が励磁されると、給気通路８０が遮断され、吐出室２４の高圧の冷媒ガスが斜板室８６に供給されない状態となる。斜板室８６内の冷媒ガスは、排出通路１００，排出ポート１０４を経て吸気室２２に放出されるため、斜板室８６内の圧力が低くなり、斜板５０の傾斜角が大きくなる。ピストン１４は、斜板５０の回転に伴って往復移動させられるが、斜板５０の傾斜角が大きくなると、ピストン１４の容積変化率が大きくなり、圧縮機の吐出容量が大きくなる。ソレノイド９２の消磁により給気通路８０が連通させられた状態においては、吐出室２４の高圧の冷媒ガスが斜板室８６に供給され、斜板室８６内の圧力が高くなる。それに伴って斜板５０の傾斜角度が小さくなり、圧縮機の吐出容量が小さくなる。斜板５０の最大傾斜角は、斜板５０に設けられたストッパ１０６の回転板６２への当接によって規定され、最小傾斜角は、斜板５０の回転軸４４上のストッパ１０７への当接によって規定される。電磁制御弁９０のソレノイド９２の励磁状態は、冷房負荷等の情報に応じて、図示しないコンピュータを主体とする制御装置によって制御される。吸気室２２，吐出室２４，給気通路８０，斜板室８６，電磁制御弁９０，排出通路１００，排出ポート１０４，制御装置等により、斜板室圧力制御装置ないし斜板傾斜角度変更装置が構成されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、図２に示すように、前記溝７４の形成により概してＵ字形をなし、Ｕ字形の底部を成す基部１０８と、基部１０８からピストン１４の軸線と直交する方向に延び出す一対のアーム部１１０，１１２とを備えている。アーム部１１０，１１２の互いに対向する側面には、それぞれ凹部１１４が形成されている。これら凹部１１４の内面は凹球面状をなし、前記一対のシュー７６は、斜板５０の外周部の表裏両面に接触し、斜板５０を挟持するとともに凹部１１４に保持されている。
【００１６】
また、ピストン１４の頭部７２は、係合部７０のアーム部１１２側とは反対側に開口する有底中空円筒状の頭部本体部１２０と、頭部本体部１２０の開口側に固定され、頭部本体部１２０の開口を閉塞する閉塞部材１２２とを含む。閉塞部材１２２は、カバー部材なのである。係合部７０と頭部７２とは、アーム部１１２と頭部本体部１２０の底部１２４とにおいて一体に形成されており、係合部７０の基部１０８は、頭部本体部１２０の中心線に対して偏心した位置において頭部本体部１２０の中心線に平行な方向に延びて形成されている。頭部本体部１２０の内周面１２６は、開口側が大径となる段付円筒面とされ、大径穴部１２８と小径穴部１３０との間には肩面１３２が形成されている。頭部本体部１１６の開口側端部の外周面には、円環状の潤滑油溝１３６が形成されている。
【００１７】
閉塞部材１２２は、概して円板状をなす閉塞部材本体部１４０を備え、閉塞部材本体部１４０の一方の端面に横断面形状が円形かつ小径の嵌合突部１４２が一体的に設けられている。閉塞部材本体部１４０と嵌合突部１４２との間には肩面１４４が形成されている。また、閉塞部材１２２内には、嵌合突部１４２の先端面１４６に開口する凹部１４８が形成され、重量が軽減されている。閉塞部材１２２は、肩面１４４が頭部本体部１２０の開口側端面１５４と当接し、かつ、嵌合突部１２０の先端面１４６が肩面１３２に当接する深さまで頭部本体部１２０内部に嵌合されており、この状態では嵌合突部１４２の外周面が大径穴部１２８の内周面に嵌合させられている。そして両部材がビーム溶接の一種である電子ビーム溶接により固定されている。ピストン１４の圧縮工程において、頭部７２の頂面に作用する冷媒ガスの圧縮反力は、肩面１４４と端面１５４との溶接部においてのみならず、先端面１４６と肩面１３２との当接によっても受けられる。なお、図２には、頭部本体部１２０の周壁の厚さが誇大に示されている。
【００１８】
上記のように構成されたピストン１４は、１個のピストン素材から２個製造される。そのため、図３に示すように、ピストン１４を製造するための片頭ピストン製造用素材１６０（以下、素材１６０と略称する。）は、本体部材１６２および２個の閉塞部材１６４を備えている。本体部材１６２は、片頭ピストン２個分の係合部１６６が互いに隣接して一体形成された二連係合部１６８と、その二連係合部１６８の両端に連なってそれぞれ一体形成され、二連係合部１６８とは反対向きに開口した有底中空円筒状の２個の頭部本体部１７０とを備えている。これら頭部本体部１７０は、互いに同心となるように形成されている。
【００１９】
頭部本体部１７０の内周面１７２は開口側が大径となる段付円筒面とされ、大径穴部１７４と小径穴部１７６との間に肩面１７８が形成されている。大径穴部１７４，小径穴部１７６および肩面１７８は、製品たるピストン１４になった場合にそれぞれ大径穴部１２８，小径穴部１３０および肩面１３２となる。また、頭部本体部１７０の開口側端面１８０は、端面１５４となる。なお、図３においては、理解を容易にするために、頭部本体部１７０の周壁の厚さが誇大に示されている。各係合部１６６に設けられたブリッジ部１８２は、基部１０８およびアーム部１１０，１１２を構成することになる部分（それぞれ基部１８４，アーム部１８６，１８８と称する。）の内側面を互いに連結して、加工時の挟持作用に対して係合部１６６を補強するものである。本体部材１６２の剛性を高める補強部なのであり、素材１６０の熱処理時における歪みを極力抑制する目的をも有している。本体部材１６２は、本実施形態においては、金属の一種であるアルミニウム合金製であって、ポアフリー法によりダイキャスティングされる。この鋳造が行われる工程が本体部材１６２の製造工程としてのキャスティング工程であり、後に詳しく説明する。
【００２０】
２個の閉塞部材１６４は同様に構成されており、一方を代表的に説明する。図３に示すように、閉塞部材１６４は、閉塞部材本体部１９０および嵌合突部１９２を有し、閉塞部材本体部１９０と嵌合突部１９２との間には肩面１９４が形成されている。閉塞部材１６４にはまた、嵌合突部１９２の先端面１９６に開口する凹部１９８が設けられている。肩面１９４は、前記閉塞部材１２２の肩面１４４であり、凹部１９８は、閉塞部材１２２の凹部１４８である。閉塞部材１６４の閉塞部材本体部１９０の嵌合突部１９２が突設された側とは反対側の端面２００の中心には、図示の例では円形断面の保持部２０２が突設され、保持部２０２にはセンタ穴２０４が形成されている。閉塞部材１６４は、本実施形態においては、金属の一種であるアルミニウム合金製であって、本体部材１６２と同様に、ポアフリー法によりダイキャスティングされる。この鋳造が行われる工程が閉塞部材１６４の製造工程である。なお、閉塞部材本体部１９０と嵌合突部１９２との寸法関係は、閉塞部材本体部１４０と嵌合突部１４２との寸法関係と同じであり、説明は省略する。
【００２１】
本体部材１６２は、本実施形態においては前述のようにポアフリー法によりダイキャスティングされる。ポアフリー法により鋳造された本体部材１６２を図４に示す。また、本実施形態における本体部材１６２の鋳造において使用される金型装置を図５に概略的に示すとともに、ポアフリー法によるダイキャストについて説明する。本金型装置は、図示を省略する装置本体に保持された一対の金型２１６，２１８と、金型２１６，２１８内部に相対移動可能に設けられたスライドコア２２０，２２２（図４に外形のみ二点鎖線で示す。）とを備えている。金型２１６，２１８内にはキャビティ２２４が形成され、このキャビティ２２４に金属（本実施形態ではアルミニウム合金）の溶湯が流入させられて本体部材１６２が製造される。金型２１６，２１８は、パーティング面２２６，２２８において開閉可能な固定金型２１６と可動金型２１８とであり、可動金型２１８が図示しない金型移動装置により固定金型２１６に対して接近，離間させられることによって金型２１６，２１８が開閉される。
【００２２】
図６に示すように、パーティング面２２６，２２８は、頭部本体部１７０の中心線を含み、かつ、係合部１６６の一対のアーム部１８６，１８８の延び出す方向に平行な平面上に設定される。各パーティング面２２６，２２８において互いに対応する位置にキャビティ面２３４，２３６がそれぞれ形成されている。これらキャビティ面２３４，２３６と、金型２１６，２１８内部に設けられたスライドコア２２０，２２２との間に、本体部材１６２に対応する形状のキャビティ２２４が形成される。スライドコア２２０，２２２は、図示しないスライドコア駆動装置により、頭部本体部１７０の中心線に平行な方向であって上記金型２１６，２１８の開閉方向とは直交する方向に進退可能に配設されている。スライドコア駆動装置は、例えば油圧シリンダを含むものとすることができる。スライドコア２２０，２２２は、キャビティ面２３４，２３６と共同してキャビティ２２４を形成する前進端位置と、スライドコア２２０，２２２の先端部がキャビティ２２４の頭部本体部１７０を形成する部分から退避させられた後退端位置とに移動させられる。スライドコア２２０，２２２の先端部は、頭部本体部１７０の内部空間の形状に対応した形状を有している。本実施形態におけるスライドコア２２０，２２２は、内周面１７２の大径穴部１７４および小径穴部１７６に対応する径をそれぞれ有する外周面２４２，２４４を備えた段付円柱状を成している。
【００２３】
キャビティ２２４の下端部は、図５に示すように、湯道２７０を経て、酸素供給口２７２および注湯口２７４を有するスリーブ２７６に連通させられている。湯道２７０のキャビティ２２４側開口近傍には、他の部分よりも小径のゲート（図示省略）が形成され、湯道２７０の他方の開口は上記スリーブ２７６に連通している。酸素供給口２７２は、注湯口２７４より金型２１６，２１８側に設けられており、酸素供給通路２７８を介して酸素供給源を備える酸素供給装置（図示省略）に選択的に連通させられるようになっている。また、注湯口２７４からアルミニウム合金の溶湯が注がれる。スリーブ２７６は円筒状を成し、固定金型２１６を貫通して外部に延び出している。スリーブ２７６の外部に延び出した側の端部に上記酸素供給口２７２および注湯口２７４が形成されるとともに、プランジャ２８０の先端に設けられたプランジャ２８０より大径のプランジャチップ２８２がスリーブ２７６内を摺動可能に嵌合されている。プランジャ２８０は、プランジャ駆動装置の一例としての油圧シリンダ（図示省略）のピストンに一体的に移動可能に取り付けられている。上記金型移動装置，酸素供給装置およびスライドコア駆動装置，プランジャ駆動装置等を含む金型装置は、図示しない制御装置により制御される。プランジャチップ２８２が後退端位置にある時には、注湯口２７４は開放され、プランジャチップ２８２とスリーブ２７６内部とにより形成される空間に溶湯を供給可能である。
【００２４】
図５の▲１▼に示すように、プランジャチップ２８２が後退端位置にある状態で、一対の金型２１６，２１８がパーティング面２２６，２２８において合わされて相対移動不能とされるとともに、スライドコア２２０，２２２が前記前進端位置に配置されて溶湯の注入に備えて待機する状態となる。その後、図５の▲２▼に示すように、プランジャチップ２８２を注湯口２７４を通過して酸素供給口２７２直前の位置まで前進させ、キャビティ２２４を外部から遮断した後、活性ガスとしての酸素を酸素供給口２７２から吹き込んでキャビティ２２４内に酸素を充満させる。キャビティ２２４内の空気を酸素に置換するのである。次に、図５の▲３▼に示すように、酸素供給口２７２から酸素を供給し続けた状態でプランジャチップ２８２を後退端位置まで後退させ、注湯口２７４からスリーブ２７６内に溶湯が供給される。その後、プランジャチップ２８２を金型２１６，２１８側に高速で前進させれば、スリーブ２７６内の湯面が上昇し、やがて溶湯が湯道２７０に進入させられ、狭いゲートを通ってキャビティ２２４内に一気に噴出させられる。キャビティ２２４内でアルミニウムと酸素とが良好に反応させられてキャビティ２２４内の酸素が消滅することによって真空状態となり、溶湯への空気（主として窒素）の巻き込みが良好に回避される。したがって、キャビティ面２３４，２３６とスライドコア２２０，２２２との隙間にも良好に溶湯が供給され、薄肉の頭部本体部１７０が形成される。スライドコア２２０，２２２により、頭部本体部１７０の内周面１７２および底面２４６が形成される。このポアフリー法により製造された本体部材１６２の材料内部の気体量は、１気圧，常温の標準状態に換算して３ｃｃ／１００ｇ以下とされる。
【００２５】
また、狭いゲートを通って溶湯が細かい霧状にキャビティ２２４内に噴出させられることにより、溶湯が酸素との反応後急速に冷却される。このため、凝固した本体部材１６２には比較的厚いチル層が形成される。従来の鋳造法において形成されるチル層の厚さは２０μｍ程度であったのに対して、本ポアフリー法によれば、４０〜５０μｍの厚さのチル層が形成される。チル層は、初晶α（α相）と共晶珪素の晶出割合の変化が不連続になった層であって、硬度および強さが大きい。したがって、頭部本体部１７０を、要求強度を満たしつつ、その周壁を薄肉に製造することができる。
【００２６】
キャビティ２２４に溶湯供給後設定時間が経過して本体部材１６２が成形されれば、金型２１６，２１８が開かれるとともに、スライドコア２２０，２２２が頭部本体部１７０から離脱させられ、本体部材１６２が取り出される。
閉塞部材１６４についても、本体部材１６２と同様にしてポアフリー法により製造されることにより、閉塞部材１６４の材料内部の気体量が１気圧，常温の標準状態に換算して３ｃｃ／１００ｇ以下とされる。
【００２７】
そして、図３に示すように、閉塞部材１６４が本体部材１６２の頭部本体部１７０の開口側から挿入され、頭部本体部１７０の大径穴部１７４側の内周面１７２に嵌合突部１９２が嵌合される。このとき頭部本体部１７０の端面１８０と閉塞部材１６４の肩面１９４とが互いに当接するとともに、肩面１７８と先端面１９６とが互いに当接して閉塞部材１６４の嵌合深さを規定する。本実施形態においては、本体部材１６２および閉塞部材１６４は鋳造され、寸法精度が高いため、切削や研削等の機械加工を施すことなく嵌合することができ、素材１６０を安価に製造することができる。
【００２８】
閉塞部材１６４が本体部材１６２に嵌合された状態では、頭部本体部１７０の端面１８０と閉塞部材１６４の肩面１９４とが互いに近接または接触し、これら端面１８０および肩面１９４がそれぞれ溶接面としてビーム溶接の一種である電子ビーム溶接により接合される。これが本体部材１６２と閉塞部材１６４との溶接工程であり、以下に詳しく説明する。図示しない電子ビーム溶接機の電子ビーム照射装置から上記溶接面に沿って周方向に形成された溶接線上に電子ビームが照射される。この際、図３に二点鎖線で示すように、保持部２０２と嵌合する嵌合穴を有する治具２５０が閉塞部材１６４に押しつけられ、閉塞部材１６４が頭部本体部１７０に押しつけられることによって、本体部材１６２および閉塞部材１６４が一対の治具２５０により両側から挟まれた状態で保持される。この状態で、回転駆動装置により治具２５０を介して閉塞部材１６４および本体部材１６２が共に回転させられつつ、電子ビーム（図３に破線矢印で示す）が照射されることにより、電子ビームの照射点が上記溶接線に沿って周方向に移動させられることになり、溶接面近傍部が溶融されて両部材が接合される。閉塞部材１６４の本体部材１６２からの浮き上がりが治具２５０により防止されているため、溶接が良好に行われる。なお、本実施形態においては、電子ビーム溶接のため真空状態で溶接が行われる。
【００２９】
本電子ビーム照射装置からの電子ビームは、図７に破線で示すように、途中で二股に分岐させられた状態でそれぞれ上記溶接線上の１点に照射される。その状態で本体部材１６２および閉塞部材１６４が回転させられることにより、これら二股に分岐させられた電子ビームは、それぞれ本体部材１６２の周方向に延びる溶接線に沿って一定の速度で移動させられる。それとともに、各電子ビームが円錐面に沿って旋回させられることにより、図８に示すように、電子ビームの照射点が上記溶接線に沿って螺旋状の軌跡を描く。この螺旋状の軌跡を描く運動が、電子ビームの溶接線に対する揺動の一形態である。本実施形態においては、二股に分岐させられた電子ビームの各照射点が、溶接線に沿って螺旋状の軌跡を描きつつ、溶接線に沿って本体部材１６２の周方向に一周させられる。電子ビームの照射点が溶接線に沿って螺旋状の軌跡を描いて移動させられることによって溶接線上の各点に電子ビームが複数回ずつ照射されることになるとともに、二股に分岐させられた電子ビームのうち、前の電子ビームが溶接線上の１点に照射された後、次の電子ビームが再びその１点に照射されることによっても、溶接線上の同一点に電子ビームが複数回照射されることになる。したがって、溶接線上の各点に電子ビームがそれぞれ複数回ずつ照射されることになる。
【００３０】
溶接工程時には、本体部材１６２と閉塞部材１６４との互いに溶融されて接合される溶接部において、材料中に存在する気体が加熱されて膨張し、外部に逃げるため、溶接ビードにブローホールが形成されるのであるが、本実施形態においては、前述のようにポアフリー法により本体部材１６２と閉塞部材１６４とが材料中の気体量が少なく抑えられて製造されており、ブローホールの少ない溶接ビードが形成される。しかも、上述のようにして溶接線上の各点に電子ビームが複数回照射されることにより、一旦溶接ビードにブローホールが形成されても、再び電子ビームが照射されて溶接ビードが溶融させられることによりブローホールが塞がるため、一層溶接ビードに形成されるブローホールが少なくなる。本実施形態においては、二股に分岐させられた電子ビームの強さの割合は等しくされる。そして、電子ビームの強さに基づいて、溶接部を適度に溶融させるのに適した電子ビームの移動速度（前記回転駆動装置の回転速度）が設定される。また、各電子ビームの照射点の間隔は、前の電子ビームにより溶融させられた溶接部の材料の凝固状態が適度な状態において次の電子ビームが照射されてブローホールが消滅させられるように、適宜の値に設定される。
【００３１】
このようにして本体部材１６２に２個の閉塞部材１６４が固定された後、頭部７２を構成することになる部分、すなわち本体部材１６２の頭部本体部１７０および閉塞部材１６４の外周面を始めとする複数の部分の切削加工が行われる。この時２個の閉塞部材１６４にそれぞれ設けられた保持部２０２のセンタ穴２０４にセンタが嵌合され、心出しがなされるとともに、２個の保持部２０２がそれぞれチャックにより挟持された状態で、回転駆動装置の回転が閉塞部材１６４および本体部材１６２に伝達されて加工が良好に行われる。
【００３２】
次に、本体部材１６２の頭部本体部１７０および閉塞部材１６４の外周面を始めとする部分に塗装が行われ、例えば、ポリテトラフルオロエチレンのコーティング層が形成される。そして、閉塞部材１６４の端面２００が削られて保持部２０２が除去された後、コーティング層が形成された頭部本体部１７０および閉塞部材１６４の外周面にセンタレス研削が行われ、頭部７２が完成する。続いて、二連係合部１６８に機械加工が施され、ブリッジ部１８２が除去されるとともに、ピストン１４となった際にシュー７６を保持する凹部１１４（図３に二点鎖線で図示）が加工され、係合部７０が完成する。そして、素材１６０が２つに切り離され、２個のピストン１４が得られる。
【００３３】
本実施形態においては、頭部本体部１７０と閉塞部材１６４との溶接部がブローホールの少ないものとなり、両部材の接合強度が向上し、要求強度を満たして実用に耐えうるピストン１４が得られる。
【００３４】
本実施形態のように、金型内にスライドコアを設けることにより、スライドコアにより頭部本体部１７０の内周面および底面が形成されるため、後の機械加工を必要とせず、製造コストが低減されるのであるが、スライドコアを設けることは不可欠ではない。
【００３５】
本体部材１６２は、溶湯鍛造により製造してもよい。この溶湯鍛造工程が、キャスティング工程の別の形態である。溶湯鍛造に使用される装置は、図９に概略的に示すように、開閉可能な一対の金型３００，３０２を備える。一対の金型３００，３０２内部には、本体部材１６２の形状に対応したキャビティ３０６が設けられている。一方の金型３００内部には、加圧部材３０８が金型３００，３０２の開閉方向と平行な方向に相対移動可能に設けられている。加圧部材３０８は、キャビティ３０６内と、キャビティ３０６から退避させられた後退位置とに図示しない駆動装置により移動させられる。キャビティ３０６内に溶融状態または半溶融状態にある金属（アルミニウム合金）の溶湯を流入させた後、加圧部材３０８をキャビティ３０６側に前進させることにより、溶湯に高い圧力（３０〜２００MPa ）が加えられてキャビティ３０６全体に溶湯が供給され、高圧力下で凝固させられる。また、閉塞部材１６４も同様に溶湯鍛造により製造してもよい。この溶湯鍛造によっても、製造される本体部材１６２および閉塞部材１６４の材料中の気体量が１気圧，常温の標準状態に換算して５ｃｃ／１００ｇ以下に低く抑えられるため、本体部材１６２と閉塞部材１６４との溶接部がブローホールの少ないものとなり、接合強度が向上する。
【００３６】
本体部材１６２の内周面は、単純な円筒面としてもよい。この場合閉塞部材１６４の嵌合突部１９２が本体部材１６２の内周面に嵌合され、本体部材１６２の開口側端面１８０と閉塞部材１６４の肩面１９４との当接により閉塞部材１６４の嵌合深さが規定される。
【００３７】
前記二股に分岐させられた電子ビームは、強さの割合を互いに異ならせることも可能である。例えば、溶接線上を照射点が先行する電子ビームより、後行する電子ビームの方が強くされる。これは、先行する電子ビームでは溶接部をブローホールを消滅させ得る程度の溶融状態とし、後行する強い電子ビームで本来の溶接を行うことによって、ブローホールの少ない製品を得るためである。また、電子ビームの揺動とは、電子ビームを溶接線を横切ってジグザグに移動させる運動や、電子ビームを溶接線に沿って前後に移動させる運動や、これらの運動を組み合わせた運動も含む。さらに、一方の電子ビームを揺動させ、他方を前記溶接線に沿って単純に移動させるのみとしてもよいし、両方の電子ビームを前記溶接線に沿って単純に移動させるのみとしてもよい。さらに、電子ビームを溶接線上の１点を照射するものとし、溶接線上の各点を複数回通過するように、電子ビームを溶接線に沿って２周以上させてもよい。この場合、電子ビームは、溶接線に沿って単純に移動させてもよいし、揺動させてもよい。
図１〜図８に示す実施形態においては、素材１６０が回転させられることにより、電子ビームの照射点が周方向に移動させられるのであるが、電子ビーム照射装置または電子ビーム照射点が回転させられるようにしてもよい。
【００３８】
本発明のさらに別の実施形態を図１０〜図１４に示す。なお、本実施形態における圧縮機用ピストンの製造方法は、前記図１〜図８に示す実施形態における斜板式圧縮機に組み込まれる片頭ピストンの製造方法として採用可能であり、したがって、前記実施形態と同様に構成される部分については、同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態における片頭ピストンを製造するための片頭ピストン製造用素材４００（以下、素材４００と略称する。）は、図１０に示すように、片頭ピストン製造用素材１６０と同様、片頭ピストン２個分の素材が一体的に設けられた二連素材であり、本体部材４０２と２個の閉塞部材４０４とを備える。閉塞部材４０４は、本体部材４０２の開口を単純に閉塞するカバー部材である。本体部材４０２は、本体部材１６２と同様、一対のアーム部４１０，４１２およびそれらアーム部４１０，４１２の基端部同士を連結する連結部４１４とを備える係合部４１６と、係合部４１６のアーム部４１２側と一体的に設けられた有底中空円筒状の頭部本体部４２０とを備えている。本体部材４０２は、２つの頭部本体部４２０が互いに逆向きに開口し、かつ、互いに同心となる状態で、２つの係合部４１６同士が一体に連結されている。頭部本体部４２０は、単純な円筒面をなす内周面４２２を備えている。閉塞部材４０４は、閉塞部材１６４と同様、段付の有底円筒状をなし、他の部分より小径の嵌合部４３０において本体部材４０２の内周面４２２に嵌合可能である。閉塞部材４０４の嵌合部４３０側とは反対側の端面４３２の中心には、突出部４３４が突設されている。突出部４３４は、図１２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４３６が一体的に設けられている。
【００３９】
本実施形態における本体部材４０２および閉塞部材４０４は、共に金属の一種であるアルミニウム合金製であり、キャスティング工程において、前述のポアフリー法または溶湯鍛造により製造され、本体部材４０２および閉塞部材４０４の材料中の気体量が１気圧，常温の標準状態に換算して５ｃｃ／１００ｇ以下に抑えられている。これらポアフリー法および溶湯鍛造については、前に詳しく説明したため、ここでは説明は省略する。
【００４０】
このようにして製造された本体部材４０２と閉塞部材４０４とが溶接により接合される。閉塞部材４０４の嵌合部４３０側が先端部とされ、頭部本体部４２０の開口へ、同軸に位置決めされた状態で挿入され、嵌合部４３０が内周面４２２と嵌合させられる。頭部本体部４２０の開口が閉塞部材４０４によって閉塞され、頭部本体部４２０の開口側端面４４０と、閉塞部材４０４の嵌合部４３０から半径方向外向きに延びる肩面４４４とが当接させられて嵌合深さが規定された状態で、頭部本体部４２０と閉塞部材４０４とがビーム溶接の一種である電子ビーム溶接により接合される。この溶接工程では、本体部材４０２と閉塞部材４０４とが、互いに接触する溶接面としての開口側端面４４０および肩面４４４において接合される。以下、溶接工程について詳しく説明する。なお、図１０に示すように、２個の閉塞部材４０４の突出部４３４の中央部には、予めセンタ穴４５０が形成されている。
【００４１】
図１１に示すように、一対のセンタ４５２，４５４が互いに接近させられて両センタ穴４５０に係合させられ、素材４００がセンタ４５２，４５４により心出しされた状態で両側から支持される。一対のセンタ４５２，４５４は、図示しない移動装置により共に素材４００の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４５２が移動させられ、他方のセンタ４５４は固定とされている。このようにして心出しがなされた状態では、図示を省略する回転駆動装置の回転トルク伝達部材４５６が、図１２に示すように、閉塞部材４０４の耳部４３６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１２に矢印で示す）が、回転トルク伝達部材４５６と上記耳部４３６の側面との係合により閉塞部材４０４および本体部材４０２に伝達される。そして、電子ビーム溶接機の電子ビーム照射装置４６０（図１１に概略的に図示）から上記溶接面（開口側端面４４０および肩面４４４）に沿って周方向に形成された溶接線４６２（図１１参照）上に溶接ビームとしての電子ビーム（図１１，１２に破線矢印で示す）が照射される。本体部材４０２および閉塞部材４０４が一対のセンタ４５２，４５４により両側から挟まれて保持された状態で、回転駆動装置により閉塞部材４０４および本体部材４０２が共に回転させられつつ、電子ビームが照射されることにより、電子ビームの照射点が溶接線４６２に沿って周方向に移動することになり、上記溶接面近傍部が溶融させられて頭部本体部４２０と閉塞部材４０４とが接合される。センタ４５２，４５４により、閉塞部材４０４の本体部材４０２からの浮き上がりが防止され、また、本体部材４０２および閉塞部材４０４が電子ビーム照射装置４６０に対して精度良く位置決めされるため、溶接が良好に行われる。なお、本実施形態においては、電子ビーム溶接のため真空状態で溶接が行われる。上記センタ移動装置，回転駆動装置，電子ビーム照射装置４６０を含む電子ビーム溶接機等は、図示しない制御装置により制御される。
【００４２】
電子ビームの照射点が溶接線４６２に沿って複数回周回させられることによって溶接線４６２上の各点に電子ビームが複数回ずつ照射される。図１３には本実施形態における溶接条件が示されている。本実施形態においては、溶接線４６２上の１点に５回電子ビームが照射され（言い換えれば、電子ビームの照射点が五周させられ）、それら同一点における５回の電子ビームの照射において、電子ビームの電流の強さが全て等しくされた状態で、１回目から４回目までの照射では、後続の照射における電子ビームの移動速度（前記回転駆動装置の回転速度）が、先行する全ての照射における電子ビーム移動速度より大きくされ、最後とその直前の２回の電子ビームの移動速度は互いに等しくされている。具体的には、電子ビームの電流の強さが５０ｍＡとされ、電子ビームの移動速度が、最初（１回目）の電子ビーム照射において５ｍ／ｍｉｎ、２回目が７ｍ／ｍｉｎ、３回目が９ｍ／ｍｉｎ、４回目が１１ｍ／ｍｉｎ、最後（５回目）が１１ｍ／ｍｉｎとなるように、前記回転駆動装置が制御される。
【００４３】
本実施形態においても、ポアフリー法または溶湯鍛造により本体部材４０２と閉塞部材４０４とが材料中の気体量が少なく抑えられて製造されており、ブローホールの少ない溶接ビードが形成される。しかも、上述のようにして溶接線４６２上の同一点に電子ビームが複数回照射されることにより、一旦溶接ビードにブローホールが形成されても、再び電子ビームが照射されて溶接ビードが溶融させられることによりブローホールが塞がるため、一層溶接ビードに形成されるブローホールが少なくなる。特に、本実施形態においては、溶接工程において、上述のようにして電子ビーム移動速度が制御されることにより、図１４に示すように、本体部材４０２と閉塞部材４０４との溶融させられて互いに接合される溶接部である溶融領域であって、電子ビーム照射の１回目から４回目までの各溶融領域I ，II，III ，IVにおいて、後の電子ビームの照射による溶融領域が、先行するいずれの電子ビームの照射による溶融領域よりも小さくなるため、始めての領域が溶融させられることがない。図１３に示す溶接条件は、溶融誤差を考慮に入れても、溶融領域II，III ，IVが、先行するいずれの照射による溶融領域からもはみ出すことがない条件なのである。したがって、後の照射により材料内部の気体が新たにブローホールを形成することがなく、また、先行する溶融領域に形成されたブローホールが良好に塞がることになり、本体部材４０２と閉塞部材４０４との接合強度が向上する。
【００４４】
また、４回目の照射と５回目の照射とにおいて電子ビーム移動速度が共に等しくされることにより、４回目と５回目との溶融領域IV， Vが同じになる。５回の照射において電子ビーム移動速度を漸増させれば、それら照射による溶融領域は漸減させられることになる。この形態も本発明の一形態と言い得るが、照射回数が多い場合に、各回の照射による溶融領域を毎回減少させれば、最初の照射による溶融領域と最後の照射による溶融領域の大きさが大きく異なることとなる。そして、溶融領域が小さくなり過ぎると、電子ビーム照射の効果が不十分になるため、これを回避するためには、最初の溶融領域を非常に大きくすることが必要になってしまう。この点を勘案すると、複数回の照射のうち、一部については溶融領域が同じになるようにすることが望ましいのである。そこで、本実施形態においては、最後とその直前との照射の溶融領域IV， Vが同じになる条件で溶接されるようにされたのであり、具体的には、最後の２回の電子ビーム移動速度が同じになるように制御されるのである。このように、同じ溶接条件で溶接が行われても溶融領域がほぼ同じになる。例えば、最初とその直後の照射において電子ビーム移動速度を同じにする場合、最初の照射により頭部本体部４２０および閉塞部材４０４の温度が常温より大きく高められているため、その直後の溶融領域が最初の溶融領域からはみ出す可能性があるのであるが、電子ビーム照射の回数が多くなれば、頭部本体部４２０および閉塞部材４０４の温度がほぼ定常状態となって、温度上昇量が小さくなる。したがって、本実施形態におけるように、４回目と５回目との照射になれば、温度変化は小さくなり、４回目と５回目との電子ビーム移動速度を同じにしても、溶融領域IV， Vがほぼ同じになるのである。このようにすれば、最後の照射においても十分な広さの領域を溶融させつつ、ブローホールを良好に消滅させ、本体部材４０２と閉塞部材４０４とを、開口側端面４４０および肩面４４４において強固に接合することができる。
【００４５】
溶接条件は、図１３に示すもの以外に、例えば、図１５に示すものを採用することも可能である。本実施形態においては、電子ビームの移動速度は複数回（例えば５回）全て同じとするとともに、回数を重ねる毎に、電子ビームの強さを漸減させ、最後とその直前の照射においては電子ビームの強さを同じにするものである。具体的には、５回の電子ビームの照射において、電子ビームの移動速度を全て５ｍ／ｍｉｎとし、電子ビーム電流の強さを、１回目が５０ｍＡ、２回目が４０ｍＡ、３回目が３０ｍＡ、４回目が２０ｍＡ、５回目が２０ｍＡとなるように、電子ビーム照射装置４６０を含む電子ビーム溶接機を制御するのである。本実施形態によっても、図１０〜図１４に示す実施形態と同様にブローホールの少ない良好な溶接を行うことができる。
ただし、溶接作業の能率をよくするためには、前記実施形態におけるように電子ビーム移動速度を漸増させる方がよく、回転駆動装置を速度制御の不可能なものとして装置コストを低減させるためには、本実施形態におけるように電子ビーム電流の強さを漸減させる方がよい。
【００４６】
溶接ビームの中心位置（あるいは照射点）を、複数回の照射において互いに異ならせてもよい。図１６にその一実施形態を示す。図１６に示す実施形態においては、溶接ビームの一種である電子ビームの４回の照射のうち、最初の照射では溶接ビームの中心位置が溶接線４６２と直交する方向にずらされた位置とされ、２回目の照射では溶接線４６２に対して１回目とは反対側にずらされた位置とされ、３回目の照射では溶接線４６２上とされる。ただし、図１６においては、理解を容易にするために、溶接ビームの中心位置のずらし量が誇張して図示されている。上記３回の照射による各溶融領域（図１６に▲１▼，▲２▼および▲３▼で示される領域）は、互いに重なる部分を含み、開口側端面４４０と肩面４４４とからなる溶接面を含む溶接部（溶接線４６２上の同一箇所）に電子ビームが複数回（本実施形態においては３回）照射されることによって、溶接部が複数回溶融させられることになり、先行する照射により形成されたブローホールが塞がる。なお、これら３回の照射において、各電子ビームの移動速度と各電子ビーム電流の強さとは、全て同じとされる。このようにすれば、溶融領域がほぼ同じ幅（溶接線４６２に直交する方向の寸法）および深さを有するものとなり、電子ビーム溶接機等の制御が容易になる。そして、最後の照射において、その電子ビームの移動速度がそれ以前（１回〜３回）の電子ビーム移動速度より大きくされるか、電子ビーム電流の強さがそれ以前より小さくされるかの少なくとも一方を含む条件で、電子ビームの中心位置が溶接線４６２上に位置する状態で電子ビームが照射される。この溶接条件により、最後の照射による溶融領域（図１６に▲４▼で示される破線で囲まれた領域）が、それに先行する照射による溶融領域の和より小さくなり、始めての領域が溶融されることがない。したがって、図１０〜図１４に示す実施形態で説明したように、後の照射により新たにブローホールが形成されることがなく、先行する溶融領域に形成されたブローホールが良好に塞がることになり、本体部材４０２と閉塞部材４０４との接合強度が向上する。なお、上記３回の照射において、各電子ビームの移動速度と各電子ビーム電流の強さとの少なくとも一方を異ならせることにより、３回の溶融領域が正確に同じになるようにしてもよい。
【００４７】
前記図１〜図８に示す実施形態において説明したように溶接ビームを揺動させるとともに、その揺動量（あるいは揺動範囲）を変えてもよい。その一実施形態を図１７に示す。図１７に示す実施形態においては、溶接ビームとしての電子ビームは、溶接線４６２に沿って一定の速度で移動させられるとともに、電子ビームが円錐面に沿って旋回させられることにより、電子ビームの照射点が溶接線４６２に沿って螺旋状の軌跡を描く。この螺旋状の軌跡を描く運動が、揺動の一形態である。このようにして電子ビームの照射点が、溶接線４６２に沿って一周させられることによって、溶接線４６２上の各点に電子ビームが複数回照射されることになるが、本実施形態の溶接工程においては、電子ビームが２回周回させられる。勿論３回以上としてもよい。本実施形態の溶接工程では、２周目の照射（図１７に▲２▼で示す）の際、電子ビームは、１周目の照射（図１７に▲１▼で示す）よりも幅（溶接線４６２に直交する方向の寸法）の小さい螺旋状の軌跡を描くように旋回させられる。なお、図１７には、これら電子ビームの軌跡の違いが理解を容易にするために誇張して示されている。また、２周目の照射においては、１周目よりも電子ビーム移動速度が大きくされるか、電子ビーム電流の強さが小さくされるかの少なくとも一方の条件で電子ビームが照射される。このようにすれば、２周目の溶融領域が１周目の溶融領域から幅方向，深さ方向共にはみ出すことはなく、始めての領域が溶融されることがない。
【００４８】
図１０〜図１４，図１５，図１６および図１７に示す各実施形態において、電子ビームは、前記図１〜図８に示す実施形態において説明したように、途中で二股に分岐させられた状態でそれぞれ溶接線上の１点に照射されるものとすることも可能である。また、電子ビームを揺動させてもよい。揺動とは、図１７に示す実施形態のように、電子ビームの照射点が溶接線に沿って螺旋状の軌跡を描く運動や、電子ビームを溶接線を横切ってジグザグに移動させる運動や、電子ビームを溶接線に沿って前後に移動させる運動や、これらの運動を組み合わせた運動等含む。さらに、一方の電子ビームを揺動させ、他方を前記溶接線に沿って単純に移動させるのみとしてもよいし、両方の電子ビームを前記溶接線に沿って単純に移動させるのみとしてもよい。
【００４９】
図１０〜図１４，図１５，図１６および図１７に示す各実施形態においては、素材４００が回転させられることにより、電子ビームの照射点が周方向に移動させられるのであるが、電子ビーム照射装置４６０または電子ビーム照射点が回転させられるようにしてもよい。
【００５０】
溶接条件は上記各実施形態の値に限らず、最後の電子ビームの照射によって溶融された領域が、その照射に先行するすべての照射による溶融領域の和以内となる条件であればよく、電子ビームの１箇所への照射回数，電子ビームの移動速度，電子ビーム電流の強さは、種々の値に設定可能であるし、電子ビームの移動速度や電子ビーム電流の強さ以外の溶接条件を変更することも可能である。
【００５１】
前記図１〜図８に示す実施形態においても、図１０〜図１４に示す実施形態と同様に、治具２５０に代えて、一対のセンタを保持部のセンタ穴に係合させることにより、素材１６０を両側から支持し、回転トルク伝達部材により回転駆動装置の回転を素材１６０に伝達する構成としてもよい。この場合、保持部は、突出部４３４のように、円形部の外周面から延び出す耳部を一体的に設け、上記回転トルク伝達部材を係合可能とすることが望ましい。
【００５２】
溶接工程は、前記実施形態における電子ビーム溶接のように、真空状態で行われれば、加熱による空気の膨張がなく、閉塞部材１６４，４０４により開口が閉じられた本体部材１６２，４０２内の空気を逃がす必要がないため、ピストン１４を空気逃がし孔のないものとすることができるが、このことは不可欠ではない。
【００５３】
閉塞部材の形状は、種々のものを採用可能であり、例えば、平板状としてもよい。閉塞部材は、ダイキャスト以外の方法で製造してもよく、例えば、鍛造により製造してもよいし、また、閉塞部材１６４，４０４のように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。
【００５４】
本体部材と閉塞部材との接合方法は、電子ビーム溶接に限らず、真空状態を必要としないレーザビーム溶接としてもよい。
【００５５】
本体部材１６４を製造するための一対の金型２１６，２１８のパーティング面を、頭部本体部１７０の中心線を含み、かつ、一対のアーム部１８６，１８８の延び出す方向に直交する方向に平行な平面上に設定することも可能である。この場合、係合部１６６側のパーティング面は、幅（アーム部１８６，１８８の延び出す方向に直交する方向）の最も大きい部分を通る平面とされる。
【００５６】
上記各実施形態は、係合部同士が連結された二連素材の一例であり、これ以外にも、頭部同士あるいは頭部と係合部とが連結された二連素材としてもよい。さらに、上記各実施形態においては、１個の片頭ピストン製造用素材から２個のピストンを製造することができるため、鋳造コストが低減される。しかし、このことは不可欠ではなく、例えば、片頭ピストン製造用素材を１個のピストンを製造するものとしてもよい。
【００５７】
ピストンの分割形態は、上記各実施形態のものに限定されるわけではなく、例えば、駆動機構と係合する係合部と閉塞部材とをポアフリー法や溶湯鍛造等の特殊なダイキャスト法により一体に製造するとともに、同じくポアフリー法や溶湯鍛造等により製造された有底中空円筒状をなす頭部部材の開口を閉塞部材で閉塞して両部材を溶接して一体化してもよい。
本体部材と閉塞部材とは、アルミニウム合金以外の金属材料で形成してもよく、例えば、マグネシウム合金製としてもよい。
【００５８】
斜板式圧縮機の構造は、上記実施形態におけるそれに限らず、他の構造のものとすることもできる。例えば、電磁制御弁９０は不可欠ではなく、吐出室２４の圧力と斜板室８６の圧力との差圧に基づいて機械的に開閉させられる開閉弁を設けることもできる。また、電磁制御弁９０に代えて、あるいはそれとともに、排出通路１００の途中に、電磁制御弁９０と同様な電磁制御弁を設けてもよいし、あるいは斜板室８６の圧力と吸気室２２との圧力との差圧に基づいて機械的に開閉させられる開閉弁を設けてもよい。
また、ピストンを斜板の傾斜角度が不変の固定容量型斜板式圧縮機用のピストンや、両頭ピストンとすることも可能である。さらに、斜板式圧縮機以外の圧縮機、例えばウェーブカム式圧縮機用のピストンとすることも可能である。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である圧縮機用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斜板式圧縮機を示す正面断面図である。
【図２】上記ピストンを示す正面図（一部断面）である。
【図３】上記ピストンを製造するためのピストン製造用素材において閉塞部材が本体部材に嵌合された状態を示す正面図（一部断面）である。
【図４】上記本体部材を示す正面図（一部断面）である。
【図５】上記製造方法におけるキャスティング工程を説明するための図である。
【図６】上記キャスティング工程において使用される金型装置の一部を示す側面断面図である。
【図７】上記製造方法における溶接工程を説明するための図である。
【図８】上記溶接工程を説明するための別の図である。
【図９】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におけるキャスティング工程を説明するための図である。
【図１０】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に使用されるピストン製造用素材を示す正面図（一部断面）である。
【図１１】上記圧縮機用ピストンの製造方法の溶接工程を説明するための正面図（一部断面）である。
【図１２】上記溶接工程を説明するための側面図である。
【図１３】上記溶接工程における溶接条件を示す図表である。
【図１４】上記溶接条件により溶接された頭部本体部および閉塞部材の溶融領域を示す正面断面図である。
【図１５】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における溶接工程の溶接条件を示す図表である。
【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溶接工程における頭部本体部および閉塞部材の溶融領域を示す正面断面図である。
【図１７】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溶接工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１４：片頭ピストン ７２：頭部 １２０：頭部本体部 １２２：閉塞部材 １４４：肩面 １５４：開口側端面 １６０：片頭ピストン製造用素材 １６２：本体部材 １６４：閉塞部材 １７０：頭部本体部 １８０：開口側端面 １９４：肩面 ４００：片頭ピストン製造用素材 ４０２：本体部材 ４０４：閉塞部材 ４２０：頭部本体部 ４４０：開口側端面 ４４４：肩面 ４６０：電子ビーム照射装置 ４６２：溶接線

Claims (3)

1. 一端が開放された有底の中空円筒状をなす頭部本体部を、その頭部本体部の材料内部の気体量を５ｃｃ／１００ｇ以下に抑えてダイキャスティングするキャスティング工程と、
   そのキャスティング工程で製造した頭部本体部の開口を閉塞部材で閉塞し、それら頭部本体部と閉塞部材とを、溶接ビームを溶接線上の同一箇所に複数回照射して溶接する溶接工程と
   を含む圧縮機用ピストンの製造方法。
2. 前記溶接工程が、前記溶接線上の同一箇所における複数回の溶接ビームの照射のうち、最後の溶接ビームの照射による前記頭部本体部および前記閉塞部材の溶融領域が、その照射に先行するすべての照射による溶融領域の和以内となる溶接条件で溶接を行う工程である請求項１に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。
3. 前記溶接工程が、前記溶接線上の同一箇所における前記複数回の溶接ビームの照射による前記頭部本体部および前記閉塞部材の各溶融領域が、先行するいずれの照射による溶融領域からもはみ出すことがない溶接条件で溶接を行う工程である請求項２に記載の圧縮機用ピストンの製造方法。

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