压缩机用活塞及其制造方法

专利名称：压缩机用活塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及斜板式压缩机等压缩机中所用的活塞及其制造方法，特别是涉及嵌合于缸孔中的头部为中空的活塞及其制造方法。
背景技术：
压缩机用活塞，一般来说，能够滑动地嵌合于缸体的缸孔中，并一体地备有与缸体共同形成压缩室的头部，和与驱动装置卡合的卡合部。而且，头部为了满足减轻重量的要求而往往弄成中空的。此外，卡合部，例如，在斜板式压缩机中，备有相互平行地延伸的一对臂部，和连结这些臂部基端之间的连结部，一对臂部分别经由滑靴卡合于斜板的外周部的两个滑动面上。
虽然前述中空头部往往有中空圆筒状部，但是有时有必要使该中空圆筒状部的轴方向的一部分比其他部分壁厚。例如，因为在中空头部的外周面上形成活塞环槽、油槽等圆环状槽，或者出于为了提高强度等目的，有必要形成厚壁。但是，活塞因为如前所述减轻重量的要求很强，故不希望加厚中空圆筒状部总体的厚度。此外，从有必要使中空头部与内周面为圆筒面的缸孔嵌合，使活塞的外周面大致形成圆筒面是必要的。因此，在有必要使中空圆筒状部的轴向的一部分为厚壁时，壁厚不得不向内周面一侧突出。
另一方面，压缩机用活塞往往通过锻造、铸造来制造，活塞用坯料的中空圆筒状部的内周面，在锻造的场合靠冲头，在铸造的场合靠型芯来形成。因而，成形后，把冲头或型芯从中空圆筒状部拔出是必要的，中空圆筒状部的内周面，越往冲头或型芯的前端侧直径越小是必不可少的。若为了把轴向的一部分弄成厚壁部，而在内周面的轴向的中间部或开口侧端部上形成向内周侧突出的圆环状的突部，则不能将冲头或型芯从中空圆筒状部内拨出。因此，在有必要于内周面的轴向的中间部或开口侧端部上形成向内周侧突出的圆环状的突部的场合，在现有技术下，有必要切削加工中空圆筒状部的内周面。
但是，切削加工中空圆筒状部的内周面不是所希望的事情。也就是说，中空头部的外周面，因为有必要高精度地嵌合于缸孔中，故施以切削加工等机械加工是必不可少的。因此，如果也切削加工内周面，则有必要机械加工内周面与外周面双方，制造成本增大。此外，内周面的机械加工一般比外周面难。
本发明，以以上的情况为背景，课题在于，在备有中空圆筒状部的压缩机用活塞中，使在中空圆筒状部的轴向的一部分上具有比其他部分壁厚的部分的活塞的制造变得容易。

发明内容
本发明的一个实施方式中的压缩机用活塞的制造方法，包括成形备有中空圆筒状部的活塞用坯料而得到成形品的成形工序，通过塑性加工使该成形品的中空圆筒状部的一部分缩径的缩径工序，以及在该缩径工序后，通过切削加工活塞用坯料的外周面，使缩径部的外径与非缩径部相同的切削加工工序。
象这样，如果成形备有中空圆筒状部的活塞用坯料，通过塑性加工使该成形品的中空圆筒状部的轴向的一部分缩径，则不用切削加工，就可以在中空圆筒状部的内周面上形成比其他部分更向内周侧圆环状地突出的部分。然后，如果通过切削加工外周面，使缩径部的外径与非缩径部相同，则不进行内周面的切削加工也可以在中空圆筒状部的轴向的一部分上形成厚壁部。
如前所述，为了把缩径部的外径形成与非缩径部相同，虽然非缩径部的加工余量往往有必要比历来多，但是，往往外周面的切削加工所需时间变化不大。外周面的切削加工一般来说通过粗加工与精加工来进行，因为粗加工的加工余量往往比较小，故即使外周面的加工余量变得比历来大，也很少因此而产生增加实行粗加工的次数的必要。此外，即使万一粗加工的实行次数增加，外周面的切削加工与内周面的切削加工相比还是容易，可以缩短加工所需的总计时间。
在前述缩径工序中，最好是通过旋压加工使前述中空圆筒状部的一部分缩径。如果通过旋压加工来实施缩径工序，则可以容易地使中空圆筒状部轴向的一部分缩径。旋压加工，虽然也可以通过把非旋转型的加工工具(压勺)压住旋转中的活塞用坯料的外周面来进行，但是把辊子等旋转构件的外周面压住中空圆筒状部的外周面的方法较容易。而且，往往缩径部的尺寸精度也提高。最好是用多个旋压辊，在中空圆筒状部的外周面的圆周方向上隔开的多个部位上同时压住。最好是使等角度间隔地配置的三个以上的旋压辊相互同步地，向接近于中空圆筒状部的中心线方向(称为中心方向)移动。但是，无论等角度间隔地配置，还是相互同步，都不是必不可少的。例如，也可以使各旋压辊单独地向中心移动，分别靠弹簧构件、气缸等施力机构向中心方向施力。
在前述缩径工序中，也可以通过利用使用了金属模的压力加工使前述中空圆筒状部的轴向的一部分缩径。作为前述金属模，例如，可以使用包括备有拉深孔的缩径模的金属模，其中拉深孔具有大直径孔部与小直径孔部。此时，把活塞用坯料的中空圆筒状部从开口侧端部插入该缩径模的大直径孔部中，利用能够沿缩径模的轴向移动的推入构件，把中空圆筒状部在轴向上向小直径孔部侧推入，借此使开口侧端部缩径。推入构件靠压力机等中所备有的驱动装置来驱动即可。
在前述缩径工序中，也可以使用备有包括围住活塞用坯料的中空圆筒状部的周围的多个模构件的分割模，和使这些模构件沿半径方向移动使在分割模的内侧形成的模孔扩径和缩径的扩缩装置的金属模。分割模的分割数，虽然在缩径工序中的缩径量小的场合，可以取为2，但是最好是3以上，更好是4以上。缩径可以一举进行，也可以分成多个阶段进行。
也可以在前述中空圆筒状部的至少应该缩径的部分的内周侧，配置心轴等心构件，靠其外周面规定缩径部的缩径限度。虽然心构件不是不可缺少的，但是使用的话可以形成尺寸精度高的缩径部。
前述活塞用坯料包括前述中空圆筒状部的一端封闭、另一端开口的有底中空圆筒状部，在前述缩径工序中，也可以使该有底中空圆筒状部的开口侧端部缩径。
这样，如果使有底中空圆筒状部的开口侧端部缩径，形成厚壁部，则往往可以提高与封闭中空圆筒状部的开口的封闭构件的结合强度。例如，在通过焊接进行前述结合的场合，可以加宽焊接面，可以增加焊接强度。
也可以在前述缩径部的外周面上，通过切削加工形成圆环状槽。如果在厚壁部上形成活塞环槽或油槽等圆环状槽，则可以既避免中空头部的强度降低和重量增加又形成圆环状槽。
也可以在前述成形工序中，通过锻造来制造前述活塞用坯料。此外，也可以在前述成形工序中，通过铸造来制造前述活塞用坯料。
压缩机用活塞的制造方法，也可以包括在使形成于封闭构件的一端面上的嵌合部嵌合在前述中空圆筒状部的开口侧端部的内周面上的状态下、把前述封闭构件固定于前述中空圆筒状部上、借此形成中空头部的工序。
此外，压缩机用活塞的制造方法，也可以包括成形备有壁厚几乎一定且直径相互不同的大直径部和小直径部的中空圆筒状部的活塞用坯料的成形工序，和通过切削加工该活塞用坯料的外周面、使前述大直径部与前述小直径部的外径相同的切削加工工序。
除了通过使一旦成形的活塞用坯料的中空圆筒状部的一部分缩径，得到备有包括壁厚几乎一定且直径相互不同的大直径部和小直径部的中空圆筒状部的活塞用坯料的方法外，可通过保留中空圆筒状部的轴向的一部分而使其他部分扩径，得到备有同样的形状的中空圆筒状部的活塞用坯料，此外，也可以从一开始就成形包括大直径部与小直径部的中空圆筒状部。
前述成形工序，也可以包括成形备有有底的中空圆筒状部的活塞用坯料的第1成形工序，使在该第1成形工序中所成形的活塞用坯料的中空圆筒状部的至少一部分从内周侧向外周侧扩径的扩径工序。
在前述扩径工序中，也可以包括胀形工序，该工序在设置能够开合的多个金属模、并在关合状态下形成内部有大直径孔部与小直径孔部的空腔的约束模中，从外侧约束在前述第1成形工序中所成形的活塞用坯料的中空圆筒状部，通过在该状态下使流体压力作用于中空圆筒状部的内周面上，使该中空圆筒状部的至少一部分膨胀。


图1是表示备有根据本发明的一个实施方式的压缩机用活塞的制造方法所制造的活塞的压缩机的主视剖视图。
图2是图1的压缩机的活塞的主视剖视图。
图3是用来说明前述制造方法的成形工序的主视剖视图。
图4是表示在前述成形工序中所成形的活塞用坯料的主视剖视图。
图5(a)和(b)是用来说明前述制造方法的缩径工序和切削加工工序的主视剖视图。
图6是表示封闭构件嵌合于前述活塞用坯料中的状态的主视剖视图。
图7是表示在前述缩径工序中所使用的旋压加工装置的主要部分的主视图。
图8是前述旋压加工装置的侧视剖视图。
图9是表示前述旋压加工装置的一部分的侧视剖视图。
图10是表示前述旋压加工装置的一部分的主视剖视图。
图11是表示前述活塞用坯料的侧视图。
图12是表示在控制前述旋压加工装置的控制装置中，关联于本发明的部分的方框图。
图13是用来说明本发明的另一个实施方式的压缩机用活塞的制造方法的缩径工序的主视剖视图。
图14是用来说明本发明的又一个实施方式的压缩机用活塞的制造方法的缩径工序的主视剖视图。
图15是图14的15-15线的剖视图。
图16是用来说明作为本发明的再一个实施方式的压缩机用活塞的制造方法的成形工序的主视剖视图。
具体实施例方式
下面，以本发明的一个实施方式的车辆用空气调节器中所用的斜板式压缩机用活塞的制造为例，基于附图详细地进行说明。
图1示出本实施方式中的斜板式压缩机。在图1中，在绕着缸体10的中心轴线的一圆周上，形成沿轴向延伸的多个缸孔12。单头活塞14(以下简称为活塞14)可往复移动地配置在各个缸孔12中。
在缸体10的轴向的一端面(是图1的左侧的端面，称为前端面)上，安装着前壳体16，在另一个端面(是图1的右侧的端面，称为后端面)上经由阀板20安装着后壳体18。斜板式压缩机的壳体由前壳体16、后壳体18、缸体10等来构成。吸入室22、排出室24形成于后壳体18与阀板20之间，并分别经由吸入口26、供给口28，连接于未图示的冷冻回路上。在阀板20上设有吸入孔32、吸入阀34、排出孔36、排出阀38。
在前述壳体内，旋转轴50绕着缸体10的中心轴线能够旋转地设置。旋转轴50在其两端部分别经由轴承能够旋转地支承于前壳体16、缸体10上。在缸体10的中心部上形成支承孔56，在该支承孔56中经由前述轴承而被支承。旋转轴50在前壳体16侧的端部经由电磁离合器等离合器机构连结于未图示的作为外部驱动源的车辆发动机上。因而，在车辆发动机动作时，如果旋转轴50靠离合器机构连接于车辆发动机上，则旋转轴50旋转。
在旋转轴50上，斜板60能够沿轴向相对移动且能够倾动地安装着。在斜板60上形成贯通孔61，旋转轴50贯通该贯通孔61。在贯通孔61中，越靠近两端开口侧，图1中的垂直方向上的内部尺寸越渐增，其两端部的横截面形状成为长孔。此外，在旋转轴50上，固定着作为旋转传递构件的旋转板62，其经由止推轴承64卡合于前壳体16上。斜板60靠铰链机构66与旋转轴50一体地旋转，并且允许与轴向的移动相伴随的倾动。铰链机构66包括固定地设置于旋转板62上的支承臂67，固定地设置于斜板60上且能够滑动地嵌合于支承臂67的导向孔68中的导向销69，斜板60的贯通孔61，和旋转轴50的外周面。在本实施方式中，斜板60、旋转轴50、铰链机构66等构成使活塞14往复运动的驱动装置。
前述活塞14是中空活塞的一种，备有与斜板60卡合的卡合部70，和与卡合部70一体设置、嵌合于缸孔12中的中空的头部72。头部72、缸孔12和阀板20共同形成压缩室。卡合部70上经由一对半球状的滑靴76卡合着斜板60的外周部。
斜板60的旋转运动，经由滑靴76转换成活塞14的往复直线运动。在活塞14从上止点向下止点移动的吸入行程中，吸入室22内的制冷剂气体经由吸入孔32、吸入阀34吸入到缸孔12内的压缩室中。在活塞14从下止点向上止点移动的压缩行程中，缸孔12内的压缩室的制冷剂气体被压缩，经由排出孔36、排出阀38排出到排出室24中。随着制冷剂气体的压缩而在活塞14上作用着轴向的压缩反作用力。压缩反作用力，经由活塞14、斜板60、旋转板62和止推轴承64，被缸体10、前壳体16、后壳体18等组成的壳体所承受。在活塞14的卡合部70上一体地设有旋转限制部。旋转限制部接触前壳体16的内周面，限制活塞14绕着中心轴线的旋转，避免活塞14与斜板60的冲突。
贯通缸体10地设有供气通路80。通过该供气通路80，排出室24与在前壳体16与缸体10之间所形成的斜板室86连接。在供气通路80的中途设有电磁控制阀90。电磁控制阀90的螺线管92靠以计算机为主体的控制装置(未图示)进行励磁和消磁，对应冷气机负载等信息来控制供给电流量而调节电磁控制阀90的开度。
在旋转轴50的内部设有排出通路100。排出通路100，在一端向前述支承孔56开口，并且另一端向前壳体16内的空间开口，并经由该开口与斜板室86连通。支承孔56经由排出口104与吸入室22连通。
本实施方式的斜板式压缩机为可变容量型，利用作为高压制冷剂供给源的排出室24与作为低压制冷剂供给源的吸入室22的压力差，控制斜板室86内的压力。借此，作用于活塞14的前后的缸孔12内的压力与斜板室86的压力之差得到调节，使斜板60的倾斜角度变更而使活塞14的行程变更，压缩机的排出容量得到调节。具体地说，通过电磁控制阀90的励磁和消磁的控制，斜板室86或与排出室24连通、或与排出室24隔断，借此控制斜板室86的压力。
缸体10和活塞14由铝合金制成，在活塞14的外周面上施行氟树脂的包敷。如果用氟树脂包敷，则既避免与同种金属的直接接触而防止烧接又可以尽量减窄与缸孔12的间隙。再者，缸体10和活塞14最好是取为铝硅类合金制。但是，缸体10或活塞14的材料、包敷层的材料等，不限于上述的材料，也可以是其他材料。
对活塞14，更详细地进行说明。活塞14的卡合部70大致成为U字形，备有沿垂直于头部72的中心轴线的方向相互平行地延伸的一对臂部108、110，和连结这些臂部108、110的基端之间的连结部112。在臂部108、110的相互对置的侧表面上，分别形成凹部114。这些凹部114的内表面成为凹球面状，两个凹球面位于同一球面上。前述一对滑靴76，在球面部中能够滑动地保持于凹部114中，在平面部中接触斜板60的外周部的正反两表面(两滑动面)，从两侧夹持着斜板60的外周部。
活塞14的头部72，备有一端开口、另一端封闭的呈有底的中空圆筒形状的圆筒状部120，和固定于该圆筒状部120上、作为封闭圆筒状部120的开口的封闭构件的盖子122。圆筒状部120备有底壁124和从底壁124的外周部沿平行于头部72的中心轴线的方向伸出的圆筒壁126，并在底壁124中与卡合部70的臂部110一体地形成。这些圆筒状部120和卡合部70构成一体的主体构件128。在圆筒壁126的开口侧端部形成比圆筒壁126的其他部分加厚的厚壁部。以下，把开口侧端部称为厚壁部130。圆筒壁126的外周面为单纯的圆筒面，厚壁部130通过使其内周面132比圆筒壁126的其他部分的内周面134更在半径方向上向内突出，而成为厚壁。在对应于圆筒壁126的外周面的厚壁部130的部分上，形成圆环状的活塞环槽140而嵌合有活塞环142。
盖子122为阶梯的有底圆筒状，备有底壁部146和从该底壁部146的一个端面148的外周部平行于盖子122的中心线地延伸的嵌合部150。在嵌合部150的前端面152上形成凹部154，减轻盖子122的重量。盖子122中，嵌合部150的外周面嵌合于圆筒壁126的厚壁部130的内周面132上，直到其端面148与圆筒状部120的开口侧端面158对接的深度，盖子122靠适当的固定机构固定于圆筒状部120上。例如，相互对合的开口侧端面158与端面148通过焊接而接合。
用来制造象前述这样所构成的活塞14的主体构件128的活塞用坯料160，如图4所示，备有应成为卡合部的部分的卡合部形成部162，和与卡合部形成部162一体形成的应成为圆筒状部120的部分(称为圆筒形成部164)。在圆筒形成部164中也是，壁厚几乎一定的中空圆筒状部166的一端靠底壁168封闭，另一端开口。
图11所示的卡合部形成部162有大致U字形的横截面形状，U字形的上部位于活塞的外周侧，而且，相对圆筒形成部164的中心轴线以偏心状态设置。卡合部形成部162的横截面形状，也可以大致变更成梯形，在该场合，梯形的底部配置于外周侧。在卡合部形成部162的圆筒状部120侧的相反侧的端面170中，在对应于圆筒状部120的中心线的位置上，形成突出部172。突出部172，如图11所示，具有大致圆形的横截面形状，在其外周面上一体地设有沿相互相反方向伸出的两个耳部174。
活塞用坯料160为铝合金制，在本实施方式中通过锻造来成形。基于图3说明该成形工序。在图3中，示出构成活塞用坯料160的成形中所使用的锻造装置的主要部分的锻造模的一例。该锻造模180备有通过相互接近和离开而开合的可动模182和固定模184，以及侧冲头186。可动模182保持于未图示的保持板上，能够装卸地安装于可动盘(未图示)上。固定模184也保持于未图示的保持板上，能够装卸地安装于固定盘(未图示)上。可动模182靠驱动装置相对固定模184接近和离开。
可动模182和固定模184能够在相互对置的分型面190、192处相互对接。在各分型面190、192相互对应的位置上分别形成模面194、196，靠这些模面194、196而划定对应于活塞用坯料160的外形的形状的空腔。分型面190、192在应形成活塞用坯料160的圆筒形成部164的部分中，位于含有圆筒形成部164的中心线的水平面上。
在应形成卡合部形成部162的部分处，分型面190、192，如图3中虚线所示形成阶梯，并穿过有底中空圆筒状部164的中心线的垂直方向、也就是宽度方向(垂直于纸面的方向)尺寸最大部分的厚度方向(图的上下方向)的大致中间。参照图11，卡合部形成部162中的分型面190、192穿过该图11中双点划线所示的位置。
可动模182的模面194有用来形成在卡合部形成部162中相当于一对臂部108、110的部分，和相当于连结部112的一部分的部分的模面。固定模184的模面196，有用于形成相当于连结部112的其余部分的部分的模面。可动模182相对固定模184，在图3的上下方向上接近、离开。
侧冲头186为圆柱状，沿着与可动模182相对固定模184接近和离开的方向垂直的方向(在本实施方式中为水平方向)在其轴向上可移动地进行设置。此外，侧冲头186能够与可动模182的移动联动地移动，并设有把固定模184与可动模182的接近离开运动转换成侧冲头186的轴向运动的运动转换装置。或者，也可以设置侧冲头186专用的驱动装置，联动于可动模182向固定模184的接近和离开，从而接近和离开两模182、184。
在固定模184与可动模182打开的状态下，在固定模184的模面196上放置铝合金的锻造材料。然后，可动模182通过驱动装置的动作接近固定模184，在与前述锻造材料对接时，锻造材料的塑性变形开始。可动模182与固定模184的分型面190、192对接时，卡合部形成部162靠两模面194、196其成形结束。在该状态下侧冲头186突入由可动模182与固定模184所约束的中间制品内，圆筒形成部164靠模面194、196与侧冲头186成形。形成圆筒形成部164的单纯的圆筒面的内周面200与底面202靠侧冲头186的外周面和前端面成形。
活塞用坯料160的成形结束后，在活塞用坯料160被可动模182和固定模184所约束的状态下，侧冲头186从圆筒形成部164脱离。然后，可动模182从固定模184离开，取出活塞用坯料160。
这样成形的活塞用坯料160，接着供给到缩径工序。在该缩径工序中，活塞用坯料160的中空圆筒状部166的开口侧端部通过塑性加工被缩径。就该缩径工序的一种方式的旋压加工工序进行说明。再者，活塞用坯料160的圆筒形成部164底面202的中心与突出部172上分别如图4所示，在旋压加工工序前预先形成顶尖孔210、212。
将本旋压加工工序中所使用的装置220的主要部分示于图7～图10。旋压加工装置220，如图7所示，具有类似三爪卡盘的构成，有能够一边维持相对装置主体222的中心轴线轴对称的位置关系，一边向该中心轴线接近和离开的多个(本实施形式中为三个)旋压辊224。三个旋压辊224以等角度间隔设置。在装置主体222上，保持有可沿着与前述中心轴线垂直的直线移动的三个移动构件228，旋压辊224经由支承轴230分别可旋转地支承于这些移动构件228上。
旋压加工装置220备有图8所示的辊移动装置234。装置主体222，如图8所示，备有大致成为中空圆筒形状的主体部236，和封闭主体部236一端的开口的封闭板238。在主体部236内形成收容凹部239。在该收容凹部239的开口靠封闭板238封闭而形成的内部空间中配置着辊移动装置234。收容凹部239是有大直径孔240与小直径孔242的阶梯孔，大直径孔240被前述封闭板238封闭。
辊移动装置234包括旋转盘244与驱动该旋转盘244旋转的驱动装置246。旋转盘244大致成为圆板状，可旋转地收容于主体部236的大直径孔240中。在主体部236的小直径孔242中，经由轴承247能够旋转地保持着中空轴248，在该中空轴248的一端部(图8中右端)上一体地设有旋转盘244。在旋转盘244的右侧面250上，一体地设有直径小于旋转盘244外径的呈圆环状的导向构件252，在该导向构件252上形成旋涡状的槽254。在与移动构件228的安装旋压辊224一侧相反侧的面上，形成与前述槽254啮合的多个齿258(参照图8)。移动构件228备有图9中所示的导向部262，该导向部262的宽度设定成比其他部分窄。在封闭板238上，以等角度间隔分别形成沿半径方向延伸的三个导向槽264。各移动构件228在该导向部262中卡合于导向槽264中，在轴向不能脱离，且在圆周方向实质上不能移动。因而，随着操作旋转盘244旋转，三个移动构件228被导向槽264所导向同步地沿装置主体222的径向移动。借此，三个旋压辊224相互保持轴对称的关系地接近和离开。
驱动装置246，如图10所示，备有蜗轮传动装置280，和作为驱动该蜗轮传动装置280的驱动源的液压马达282。旋转盘244在外周面上备有多个齿，作为蜗轮284发挥功能。在蜗轮284上啮合着蜗杆286。从蜗杆286的轴向两端部突出的小直径的支承轴288、290分别经由轴承292、294能够旋转地支承于主体部236上。收容蜗杆286的收容凹部296与大直径孔240连通。一个支承轴290比另一个支承轴288更长地延伸，在其前端形成花键300。花键300嵌合于设在液压马达282的输出轴302上的花键孔304中。在液压马达282上，设有检测马达的液压力的液压传感器306(参照图12)，可以高精度地控制液压力。再者，代替液压马达282而采用电动马达也是可能的。
如图8所示，作为心构件的心轴310能够绕着主体部236的中心轴线旋转地保持在主体部236上。心轴310同轴地且经由轴承312能够旋转地支承于中空轴248的内部，贯通封闭板238而突出的部分比其他部分直径大，成为大直径部314。大直径部314具有稍小于活塞用坯料160的内周面200的内径的外径。
此外，在装置主体222的外部，在心轴310的同轴上设有与该心轴310对置的顶尖318(参照图5(a))。在本实施方式中，顶尖318是可动的，靠顶尖移动装置319(参照图12)相对心轴310沿轴向接近和离开。此外，在顶尖318的周围设有旋转驱动装置(未图示)，在活塞用坯料160利用心轴310的大直径部314和顶尖318而完成对芯的状态下，前述旋转驱动装置的转矩传递构件320(参照图11)，接近于活塞用坯料160的耳部174的一个侧面。而且，如果前述旋转驱动装置起动，则其旋转(图11中箭头所示)通过转矩传递构件320与耳部174的侧面的卡合，传递到活塞用坯料160。在本实施方式中，旋转驱动装置包括作为其驱动源的液压马达322(参照图12)。在该液压马达322上还设有作为检测液压力的检测装置的液压传感器324，可以高精度地控制液压力。
前述旋压加工装置220，靠图12所示的控制装置326来控制。控制装置326以计算机为主体，前述液压马达282、322的各液压传感器306、324连接到控制装置326的输入部上。液压马达282、液压马达322和顶尖移动装置319(详见这些的控制阀装置)经由驱动回路(未图示)连接到控制装置326的输出部上。
在旋压加工工序中，如图5(a)所示，前述心轴310的大直径部314的前端卡合于底面202的顶尖孔210中后，顶尖318接近心轴310，顶尖318的前端卡合于突出部172的顶尖孔212中。借此，锻造成形的活塞用坯料160在对芯的状态下从两侧被支承。然后，设在顶尖318侧的前述旋转驱动装置起动，使活塞用坯料160旋转。在活塞用坯料160旋转的状态下，通过驱动装置246的起动而使旋转盘244旋转。于是，三个旋压辊224朝向接近于活塞用坯料160的中空圆筒状部166的方向同步地移动，与中空圆筒状部166的开口侧端部的外周面328接触。如果通过驱动装置246的进一步驱动而使旋压辊224压住外周面328，则中空圆筒状部166的开口侧端部塑性变形，被缩径。此时，开口侧端部的缩径限度由心轴310的外周面316来规定。因而，心轴310的外周面316作为缩径限度的规定装置发挥功能。
如果由液压传感器306检测到驱动装置246的液压马达282的液压力已达到所设定的上限值，则旋压辊224的推压力保持该状态不变，而且，活塞用坯料160旋转一定的量。在本实施方式中，活塞用坯料160旋转一圈。借此，中空圆筒状部166的开口侧端部遍及圆周方向地缩径。在象这样旋压辊224产生的推压力保持于一定值的状态下使活塞用坯料160旋转一定量，虽然必不可少，但是为了遍及整个圆周可靠地使中空圆筒状部166的开口侧端部缩径，最好是这样。
如果检测到活塞用坯料160旋转了一转，则停止前述旋转驱动装置的液压马达322，活塞用坯料160的旋转停止。接着，旋转盘244反向旋转而三个旋压辊224相互离开，解除对中空圆筒状部166的按压。然后，顶尖318离开心轴310，取出活塞用坯料160。这样一来，中空圆筒状部166的轴向的一部分(本实施方式的场合，开口侧端部)上形成比其他部分直径小的缩径部330，其他部分成为非缩径部332。
接下来，在中空圆筒状部166的外周面328上进行切削加工。就该切削加工工序基于图5(b)进行说明。在一对顶尖338、340卡合于两顶尖孔210、212中而形成对芯的状态下，活塞用坯料160从两侧被支承，靠刀具342进行包括中空圆筒状部166的外周面328的部分的切削加工。一对顶尖338、340虽然也可以靠未图示的移动装置一起沿轴向移动，但是在本实施方式中，使一个顶尖移动，使另一个顶尖固定。通过前述切削加工，使非缩径部332的外径与缩径部330的外径相同，在对应于缩径部330的部分上，形成于半径方向上向内突出的厚壁部130。再者，也可以在使心构件嵌合于缩径部330的内周面上、并与卡合于顶尖孔212中的顶尖共同从两侧支承活塞用坯料160的状态下，进行切削加工。
此外，在盖子122与圆筒形成部164嵌合之前，在厚壁部130的内周面和开口侧端面施行机械加工。在用未图示的夹具保持进行了切削加工的中空圆筒状部166的外周面328的状态下，用工具加工内周面132和开口侧端面158，形成与制品同一水平的有底中空圆筒状部120(参照图6)。
在本实施方式中，盖子122也通过锻造来制造。如图6所示，在盖子122的底壁部146中，在与嵌合部150相反一侧的端面的中心，一体地设有突出部346。在该突出部346上预先形成顶尖孔348。
盖子122的嵌合部150插入圆筒状部120的开口中，嵌合部150的外周面嵌合于厚壁部130的内周面132上。在圆筒状部120的开口侧端面158与盖子122的端面148对接且规定了嵌合深度的状态下，圆筒状部120与盖子122以开口侧端面158与端面148为焊接面通过焊接来固定。而且，在顶尖(参照图5(b)的顶尖338、340)分别卡合于两顶尖孔212、348中而形成对芯的状态下从两侧支承。然后，在厚壁部130(缩径部330)的外周面上形成圆环状的活塞环槽140，活塞环142(参照图2)嵌合于该槽140中。然后，也可以根据需要进行圆筒壁126的外周面的精加工。再者，活塞环槽140的加工也可以在圆筒状部120与盖子122固定之前进行。这样来形成中空的头部72。
然后，至少在头部72的外周面上进行涂层，形成包敷层。此外，去除突出部172、346并且切削加工各端面。活塞用坯料160的卡合部形成部162上也施行机械加工。如图6中双点划线所示，通过切削加工在卡合部形成部162的轴向的大致中央部上形成槽350，借此形成一对臂部108、110和连结部112。此外，形成保持滑靴76用的凹部114，完成卡合部70。这样，得到图2中所示的活塞14。
根据本实施方式，通过使活塞用坯料160的中空圆筒状部166的开口侧端部塑性变形而缩径，然后，通过切削加工外周面328使缩径部330与非缩径部332的外径相同，借此可以形成厚壁部130。因而，与象历来那样通过切削加工中空圆筒状部的内周面来形成厚壁部相比，厚壁部的形成变得容易。
此外，因为活塞14的头部72的外周面有必要高精度地嵌合于缸孔内周面上，所以切削加工是必不可少的。如果在该切削加工之际切削加工成缩径部330与非缩径部332的外径相同，则能够缩短切削加工所需的时间，提高作业效率。进而，如果靠侧冲头186来形成圆筒形成部164的内周面200和底面202，则不需要对盖子122所嵌合的厚壁部130的内周面以外的内周面进行机械加工，或者以小的加工余量进行，从这一点来说也提高作业效率，此外，因为减少材料的浪费故可以降低制造成本。
进而，在象本实施方式这样通过焊接而固定有底中空圆筒状部120与盖子122的场合，可以通过形成厚壁部130而加大开口侧端面158与端面148组成的焊接面的面积，提高焊接强度。通过象这样仅加厚形成活塞环槽140的部分的壁，其他部分弄成薄壁，可以谋求活塞14的轻量化。
虽然在本实施方式中，作为在缩径部的外周面上所形成的圆环状槽的一例，就活塞环槽140进行了说明，但是在缩径部的外周面上也可以形成用来保持润滑油的圆环状槽。此外，在缩径工序中进行缩径的不限于中空圆筒状部的开口侧端部，只要是轴向的一部分，如中空圆筒状部的轴向上的中间部等即可，且在缩径部上形成圆环状槽不是必不可少的。即使在不形成圆环状槽的场合，通过在开口侧端部形成厚壁部，因为在通过焊接结合有底中空圆筒状部与闭塞构件的场合，如上所述可以加大焊接面的面积，在通过粘接结合的场合，可以加大粘接面积，故无论哪一种都得到增加结合强度的优点。
也可以通过铸造来加工活塞用坯料。在该场合，可以使用具有与图3中所示的锻造装置大致相同构成的铸造装置。铸造装置备有一对金属模与型芯，靠一对金属模来成形活塞用坯料的外形，靠滑动芯模的外周面来成形活塞用坯料的内周面和底面。此外，封闭构件也可以通过铸造来制造。
也可以利用采用了金属模的压力加工来实施缩径工序。基于图13来说明其一个实施方式。在压力机的主体400上固定着金属模402。在金属模402的内部形成拉深孔410，该拉深孔410备有开口侧的大直径孔部406，和主体400侧的小直径孔部408。在主体400内部，在与主体400的拉深孔410相同的轴上，设有作为心构件的心轴412，其前端延伸到拉深孔410的大直径孔部406。大直径孔部406具有稍大于活塞用坯料160的中空圆筒状部166的外径的内径。
心轴412的外周面设定成稍小于小直径孔部408的内径，小直径孔部408的内周面与心轴412的外周面间所规定的间隙的径向尺寸设定成稍大于中空圆筒状部166的周壁的厚度。在主体400内，突出构件416能够沿轴向移动地配置在与心轴412相同的轴上，并能够在小直径孔部408的内周面与心轴412的外周面间所规定的空间内滑动。突出构件416靠液压缸等驱动装置前进和后退。
冲头418对置于金属模402，并能够沿轴向移动地设置。冲头418安装于压力机的未图示的压头上，通过压头的前进和后退相对金属模接近和离开。如前所述，锻造或铸造的活塞用坯料160从开口侧端部被插入到金属模402的大直径孔部406中。在该状态下，冲头418前进，在冲头418的端面上所形成的凹部420与卡合部形成部162嵌合的状态下，活塞用坯料160被进一步更深地推入拉深孔410内部，通过塑性变形被缩径。借此，坯料160的开口侧端部被推入小直径孔部408内，通过塑性变形被缩径。而且，在活塞用坯料160的开口侧端面与突出构件416的端面对接之前，压头和冲头418的前进停止。这样一来活塞用坯料160的开口侧端部被缩径后，冲头418后退，突出构件416前进，借此活塞用坯料160从金属模402脱离，被取出。从以上的说明可以看出，金属模402构成缩径模。
基于图14和图15来说明利用采用了金属模的压力加工进行的中空圆筒状部的缩径工序的另一个实施方式。在本实施方式中也是，虽然使用金属模502，但是其构成与前述各实施形式不同。金属模502沿着圆周方向被分割成多个，备有能够缩径和扩径的分割模504，和嵌合于分割模504的外周侧的外环506。本实施形式的金属模502，如图15中所示，以等角度间隔分割成六个模构件503。
分割模504的内周面共同地形成由大直径孔部510与小直径孔部514组成的模孔516。活塞用坯料160的中空圆筒状部166能够嵌合于处于扩径状态的分割模504的小直径孔部514中。凸缘部从小直径孔部514的开口侧端部的内周面向半径方向内向延伸，形成肩面520。分割模504的外周面成为锥形外周面522，外环506的内周面成为对应于该锥形外周面522的锥形内周面524。靠挡圈526等止动装置，防止分割模504从外环506脱出。
在分割模504的轴向的两侧，设有相互对置的第1冲头530与第2冲头532。第1冲头530靠压力机的未图示的压头，此外第2冲头532靠配置于压力机的主体534内的未图示的液压缸等驱动装置，分别在金属模502的轴向上前进和后退。第1冲头530和第2冲头532，在接近于金属模502时前进，在离开金属模时后退。在第1冲头530的对置于第2冲头532一侧的面上，形成能够收容活塞用坯料160的卡合部形成部162的凹部536。第2冲头532大致成为圆筒形，在其内部同轴地设有作为心构件的心轴540。心轴540具有到达分割模504的模孔516的大直径孔部510内的长度。
在多个模构件503的相互对置的侧面上，如图15所示，分别形成凹部542。凹部542沿分割模504的轴向在隔开的多个部位上形成，跨越相互对置的每两个凹部542各配置一个扩径构件546。扩径构件虽然可以由橡胶构件、弹簧等弹性构件来形成，但是在本实施方式中，由橡胶构件来形成。模构件503和扩径构件546构成分割模504。
在使活塞用坯料160的中空圆筒状部166缩径的缩径工序中，通过锻造或铸造所成形的活塞用坯料160以中空圆筒状部166为前端侧被插入分割模504的模孔516内。中空圆筒状部166的开口侧端部嵌合于模孔516的小直径孔部514中，通过开口侧端面与肩面520的对接，规定活塞用坯料160的嵌入限度。然后，第1冲头530前进，卡合部形成部162收容于凹部536中，并且第1冲头530的前端面与分割模504的开口侧端面对接。结果，分割模504被推向第2冲头532侧，借此在外环506内被缩径，与此同时中空圆筒状部166的开口侧端部被缩径。
随着该开口侧端部的缩径，扩径构件546在分割模504的模构件503间产生弹性变形。开口侧端部的缩径限度由心轴540的外周面来规定。如果开口侧端部的缩径结束，则第1冲头530后退，并且第2冲头532前进，分割模504与活塞用坯料160被推压而向第1冲头530侧移动。与此同时，分割模504靠扩径构件546的弹性力扩径，活塞用坯料160被释放，取出。第1冲头530作为推入构件，第2冲头532作为突出构件分别发挥功能，前述外环506、第1冲头530和第2冲头532构成扩缩装置。
基于图16就成形本发明的活塞用坯料的成形工序的又一个实施形式进行说明。本实施形式中的成形工序，包括通过锻造或铸造成形活塞用坯料的第1成形工序，和保留该活塞用坯料的中空圆筒状部的一部分使其他部分扩径的扩径工序。关于通过锻造或铸造成形活塞用坯料的工序，因为前面已作出说明，故这里省略其说明。
扩径工序中所使用的成形装置，备有能够开合的一对金属模602、604。在一对金属模602、604对合的状态下，内部形成对应于活塞用坯料160的外形的模腔606。但是，模腔606的对应于中空圆筒状部166的外形的部分中，开口侧端部以外的部分为具有稍大于中空圆筒状部166的外径的内径的大直径孔部610。把模腔606的对应于中空圆筒状部166的开口侧端部的部分称为小直径孔部612。
在通过锻造或铸造所成形的活塞用坯料160收容于金属模602、604中的状态下，金属模602、604合模，在活塞用坯料160的开口侧内周面上，嵌合着圆筒状的加压管616。在加压管616的开口侧端部附近的外周面上，配置着O形圈等密封构件618，保持由加压管616内部和中空圆筒状部166内部所形成的空间内的液体密封。流体(液体或气体)最好是以高速经由加压管616供给到中空圆筒状部166内部的空间，借此中空圆筒状部166的开口侧端部以外的周壁向外周侧膨胀。也就是说，在本实施方式中，通过胀形法进行扩径工序。
前述膨胀的限度，由大直径孔部610的内周面来规定。金属模602、604从外侧约束中空圆筒状部166。象这样通过使开口侧端部以外的部分向外侧膨胀而使其成为大直径，结果，中空圆筒状部166的开口侧端部的直径变得小于其他部分。而且，与前面参照图5(b)说明的场合同样，在切削加工工序中，通过对中空圆筒状部166的外周面进行切削加工，使中空圆筒状部166的小直径部的开口侧端部，与除此以外的部分的大直径部的外径相同。再者，胀形工序，也可以使液体充满中空圆筒状部内，通过把柱塞推入该中空圆筒状部的开口内，使液压上升来进行。
活塞用坯料，也可以由连结有应成为卡合部的部分之间的两个坯料，或连接有应成为头部的部分与应成为卡合部的部分的两个坯料来构成。此外，也可以由三个以上的活塞用坯料直列连结的多个坯料来构成。
活塞用坯料与封闭构件，也可以用焊接以外的固定方法，例如，包括粘接、紧嵌合、螺纹接合或者它们的组合的其他固定方法来固定。也可以由铝合金以外的金属材料，例如镁合金来形成活塞用坯料与封闭构件的至少一方。在通过粘接、铆接而固定活塞用坯料与封闭构件的场合，封闭构件也可以由适合这些固定方法的树脂来形成。如果封闭构件为圆板等单纯的形状，则也可以通过市场销售的棒料等通用坯料的机械加工来制造。
活塞也可以是封闭构件与卡合部一体地形成、头部的有底中空圆筒状构件的开口靠封闭构件来封闭的方式，或者，活塞也可以是在头部的轴向中央处分割而包括备有卡合部一侧与没有卡合部一侧的方式。本发明也可以运用于固定容量斜板式压缩机用的单头活塞，或在与斜板的卡合部的两侧有头部的双头活塞。
虽然以上，详细说明了本发明的实施方式，但是这些只不过是举例表示，基于本行业技术人员的知识可以以施行种种的变更、改良的方式实施本发明。
权利要求
1.一种压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，包括成形备有中空圆筒状部的活塞用坯料的成形工序，通过塑性加工使该活塞用坯料的中空圆筒状部的一部分缩径，在活塞用坯料上形成缩径部与非缩径部的缩径工序，以及在该缩径工序后，通过切削加工活塞用坯料的外周面，使缩径部与非缩径部外径相同的切削加工工序。
2.如权利要求1所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，前述缩径工序包括通过旋压加工使前述中空圆筒状部的一部分缩径。
3.如权利要求1或2所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，前述活塞用坯料包括前述中空圆筒状部的一端封闭、且另一端开口的有底中空圆筒状部，前述缩径工序包括使该有底中空圆筒状部的开口侧端部缩径。
4.如权利要求1至3的任一项所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，包括在前述缩径部的外周面上通过切削加工形成圆环状槽。
5.如权利要求1所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，在前述成形工序中通过锻造来制造前述活塞用坯料。
6.如权利要求1所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，在前述切削加工工序之后实施形成中空头部的工序，该中空头部通过在使形成于前述封闭构件的一端面上的嵌合部嵌合在前述中空圆筒状部的开口侧端部的内周面上的状态下，将前述封闭构件固定在前述中空圆筒状部上来形成。
7.一种压缩机用活塞的制造方法，备有通过锻造来制造活塞用坯料的工序，即，通过侧冲头来成形活塞用坯料的圆筒形成部的内周面和底面的成形工序，在活塞用坯料的底面和突出部上分别形成顶尖孔，通过分别将旋压加工装置的心轴和顶尖卡合在对应的顶尖孔中，将活塞用坯料对芯并从两侧支承的工序，使多个旋压辊同步地接近，使中空圆筒状部的开口侧端部缩径，在中空圆筒状部上形成厚壁的缩径部与非缩径部的工序，通过中空圆筒状部的外周面的切削，将非缩径部的外径加工成与缩径部的外径相同，在中空圆筒状部的开口侧端部上形成厚壁部的工序，以及在该厚壁部的外周面上形成圆环状的活塞环槽的工序。
8.一种活塞，是与压缩机中所设置的驱动构件协同动作的活塞，其特征在于，该活塞备有首部与头部，活塞通过该首部连结在驱动构件上，前述头部包括具有至少一个开口端部的圆筒状部和封闭该开口端部的盖子，前述开口端部通过缩径，使其内径减小。
9.如权利要求8所述的活塞，其特征在于，在前述开口端部的外周上形成圆环状的槽，在该槽内嵌合有活塞环。
10.如权利要求8所述的活塞，其特征在于，前述活塞是铝合金制的，通过锻造来成形。
全文摘要
通过锻造来制造用来制造压缩机用活塞的活塞用坯料(160)。此时，圆筒形成部(164)的内周面(200)和底面(202)靠侧冲头来成形。在活塞用坯料(160)的底面(202)和突出部(172)上分别形成顶尖孔(210、212)，旋压加工装置的心轴(310)卡合于顶尖孔(210)中，顶尖(318)卡合于顶尖孔(212)中。在象这样对芯并从两侧支承活塞用坯料(160)的状态下，三个旋压辊(224)同步地接近，使中空圆筒状部(166)的开口侧端部缩径。在中空圆筒状部(166)上形成厚壁的缩径部(130)与非缩径部后，通过外周面(328)的切削加工，使非缩径部的外径与缩径部(130)的外径相同，在中空圆筒状部(166)的开口侧端部上形成厚壁部(130)。在厚壁部(130)的外周面上形成圆环状的活塞环槽。
文档编号F04B39/00GK1535358SQ02814888
公开日2004年10月6日 申请日期2002年2月8日 优先权日2002年2月8日
发明者杉浦学, 加藤崇行, 平松修, 行 申请人:株式会社丰田自动织机