JP2005081425A - 可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２個のピストン素材の溶接部位に溝が形成されないようにすることにより、溶接部位の耐久性を向上させ、且つピストン素材の外径サイズに関わりなく、サイズ別にピストン素材を容易に接合できるようにした可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置を提供する。
【解決手段】第１結合部を有する第１ピストン素材と、第１ピストン素材と結合し、中空部を形成する第２ピストン素材と、第１、第２ピストンを回転可能に支持する回転支持手段３１と；第１及び第２ピストン素材の回転方向に沿って摩擦攪拌溶接をする溶接手段４０と；第１ピストン素材及び第２ピストン素材を支持しながら所定の高さＨ範囲内で上下移動する支持ローラ３３と；前記溶接手段によって前記溶接部位を摩擦攪拌溶接した後、前記溶接手段を前記溶接部位から所定の位置へ移動させる移送手段３８と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置に関するものであって、より詳しくは、円形断面を有する２つのピストン素材を摩擦攪拌溶接によって一体に接合するにおいて、ピストン素材の溶接部位に溝が形成されないようにすることにより、溶接部位の耐久性を向上させ、且つピストン素材の外径サイズに関わりなくサイズ別にピストン素材を容易に接合できるようにした可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置に関するものである。

一般的に、自動車等の冷房装置を構成する圧縮機の中、可変容量型斜板式圧縮機は、内部にクランク室と吸入室及び吐出室等の密閉空間を形成する前、後方ハウジングと；円周方向に配列された多数のシリンダーボアを有して、前、後方ハウジングの間に設けられるシリンダーブロックと；シリンダーブロックの中央に回転可能に支持される駆動軸と；駆動軸にそれぞれ設けられるラグプレート及び斜板と；斜板の周りに沿ってシューを介在して結合される複数個のピストンと；シリンダーブロックと後方ハウジングの間に備えられるバルブユニットと；ピストンの移送量を調節する制御バルブと；斜板の間に弾性的に設けられラグプレートの非回転の時、最少傾斜角で斜板を支持する斜板支持用スプリングからなっている。
このような可変容量型斜板式圧縮機においては、冷媒の圧縮過程において、ピストンの重量がピストンの往復運動を妨害する慣性として作用して圧縮効率を低下させる要因となる。これを改善するためにピストンを軽量の素材で製造しており、最近ではピストンの内部に中空を形成することにより、一層軽量化させるピストンの製造方法が研究されている。

従来は、このような中空ピストンを製造する場合、内側にピストンと斜板を連結するシユーが安着されるシューポケットが備えられたブリッジを有する第１ピストン素材と、中空部を有する第２ピストン素材をそれぞれ別個に成形し、これらを機械加工して互いに仮結合した後、真空状態で上記第１ピストン素材及び第２ピストン素材の接合面を電子ビームで溶接して固着する段階を介して製造していた。

しかし、上記のような中空ピストンの製造方法によれば、接合面を精密に加工する必要があり、接合面の溶接時間が比較的に長く、且つ、第１ピストン素材と第２ピストン素材の組立て及び組立後の加工手順が複雑であるため、生産性が大きく劣るのは勿論、不良発生率が非常に高いという問題点があった。さらに、電子ビームの溶接過程において、微細な孔等がピストンの組織内に発生することにより、ピストンの耐久性が劣り、その微細な孔等を通じて中空部内に冷媒とオイルとが浸透して冷媒及びオイルが不足するようになる問題点があった。特に電子ビーム溶接のためにはピストンを溶接する領域を高真空に維持しなければならないため、その維持費用が増加し、生産原価が高くなるという問題点があった。

上記の問題点を解決するために、従来は、ヨーロッパ特許公報第０、９５９、２２７号に開示されたとおり、第１ピストン素材及び第２ピストン素材をそれぞれ成形した後、第１ピストン素材および第２ピストン素材の先端面に平行した接合面を形成して、これら二つの接合面をそれぞれ互いに突き合わせたまま、待機状態で相対回転させることにより、発生する摩擦熱によって中空部を形成する摩擦溶接方法を採択していた。

しかし、従来技術は接合面が平面からなっているので、接合面の平面度の微細な差異に因り溶接時、接合面の温度分布が均一となり、接合面の溶接強度を均一に維持するのが困難であった。また、第１ピストン素材と第２ピストン素材の接合面における各速度の差異に因り、ピストンの外周面に近いほど温度が高いので溶接強度が大きくなるが、外周面層は溶接後、機械加工によって除去されるので、残っている部分の溶接強度は相対的に小さくなる。

一方、米国特許ＵＳ５、４６０、３１７号には摩擦溶接方法とは異なる摩擦撹拌溶接（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｂｕｔｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ）方法が開示されている。摩擦撹拌溶接方法は、連続的な又は実質的に連続的な素材の表面に素材より硬い材質のプローブを提供し、素材とプローブとを突き合わせた後、プローブを素材に進入させると同時に、相互間の相対的な周期運動を起こして発生する摩擦熱によって、プローブ周囲の素材に焼成区間を形成して凝固させることにより、素材が接合されるようにしたものである。

このような摩擦撹拌溶接方法は、金属の種類に制限を受けながらも、熱歪曲による変形等の欠陥が少ないというメリットがあるが、プローブに因り摩擦溶接後、素材の間の摩擦部位に溝が形成される問題点があった。

図８に示すとおり、摩擦攪拌溶接方法を利用して圧縮機用ピストン１を製造するとき、ブリッジ２を有する第１ピストン素材３と第２ピストン素材４間の摩擦部位、即ち、溶接部位に溝５が形成されるため、摩擦溶接後、後処理工程であるコーテイング工程時、均一な厚さのコーテイング膜を形成できない等溶接部位の耐久性が低下することがある。

即ち、可変容量型斜板式圧縮機に使用されるピストン１の第２ピストン素材４はピストン１の往復運動時、シリンダーボーの内面と摩擦するため、第２ピストン素材４の外周面の耐摩耗性と気密性のために、溶接部位を含んで第２ピストン素材４の外周面に均一なコーテイング膜を形成した後、研摩する後処理工程を行っている。

従って、上述のとおり、ピストン素材間の溶接部位に溝が形成された場合、コーテイング工程時、溝にコーテイング液が入るようになり、この状態で焼成処理をすると、溝５の位置に隆起部が生じて、コーテイング膜の厚さが不均一となり、研磨工程時の偏心加工で、耐久性が大きく低下する問題点があった。

一方、摩擦攪拌溶接方法によれば、プローブを二素材の溶接部位に挿入するときの圧力によって素材に曲げ変形が生ずるおそれがあるので、精密な外径を必要とする圧縮機用ピストンを製造するには問題があった。

このような曲げ変形の発生を防ぐために、日本公開特許平１１−１５６５６０号には、二素材を中心にしてプローブの反対側、即ち、二素材の下側に二素材の外周面と接する少なくとも一つの曲げ防止用支持ローラーを設けて、支持ローラーによってプローブ挿入時の圧力を支持することにより、素材の曲げを防ぐことができる摩擦攪拌接合装置が開示されている。

しかし、摩擦攪拌接合装置によれば、曲げ防止用支持ローラーが二素材の下側を支持するように固定された状態になっているため、この固定された支持ローラー上で二素材を回転させるには、二素材が回転手段の中心軸線に正確に整列され得る外径サイズを有するものでなければならない。

これにより、従来の摩擦攪拌接合装置は、同一外径サイズを有するピストンだけを製造するほかないので、互いに異なる外径サイズのピストンを製造するためには、その外径サイズに合うように装置を変更するか別途に製造する必要性があり、これに因り製造原価の上昇を招くなどの問題点があった。
ＵＳ５、４６０、３１７号 特開平１１−１５６５６０

本発明の目的は、従来の問題点を解決するために、円形断面を有する２個のピストン素材を摩擦攪拌溶接によって一体に接合する場合、ピストン素材の間の溶接部位に溝が形成されないようにして、摩擦攪拌溶接後の後処理工程であるコーテイング工程及び研磨工程時、溶接部位の耐久性が低下するのを防止できるようにした可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ピストン素材の外径サイズに関わりなくサイズ別にピストン素材を容易に接合させ得るようにした可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明はテーブル上面に装着され、ブリッジと前記ブリッジから突出した第１結合部を有する第１ピストン素材と、前記第１ピストン素材の第１結合部と結合する第２結合部を有し、前記第１ピストン素材と結合し、中空部を形成する第２ピストン素材と、前記第１ピストン素材および前記第２ピストン素材を回転可能に支持する回転支持手段と；前記回転支持手段に支持された第１及び第２ピストン素材の溶接部位に回転した状態で挿入され、前記第１及び第２ピストン素材の回転方向に沿って摩擦攪拌溶接をする溶接手段と；前記第１及び第２ピストン素材を前記回転支持手段で支持するとき、前記第１及び第２ピストン素材の各中心軸線を前記回転支持手段の中心軸線に位置整列させることができるように、前記第１ピストン素材及び第２ピストン素材の下側に弾性的に設けられ前記第１ピストン素材及び第２ピストン素材を支持しながら所定の高さＨ範囲内で上下移動する支持ローラーと；前記溶接手段によって前記溶接部位を摩擦攪拌溶接した後、前記溶接手段を前記溶接部位から所定の位置へ移動させる移送手段と、を含むことを特徴とする。

又、本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記回転支持手段の上側には、前記支持ローラー上で弾性的に昇降する前記第１ピストン素材の中心軸線が前記回転支持手段の中心軸線と一致するように、前記第１ピストン素材に仮結合された前記第２ピストン素材の上部面を加圧しながら、前記第２ピストン素材の中心軸線と前記回転支持手段の中心軸線の位置合わせを確実に行う中心軸線位置調整ガイド部材が着脱可能に設けられていることを特徴とし、前記移送手段は前記テーブルをピストン軸方向に所定距離移送させるサーボモーターを備えたことを特徴とする。

又、本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記支持ローラーは、前記テーブルの上面に固定された固定台の上部に設けられた複数個の支持部材に回転可能に少なくとも２個以上が隣接するように設けられたことを特徴とする。

又、本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記固定台には、垂直通孔が形成されており、この垂直通孔内に前記支持部材の下面と連結され弾性スピリングによって弾性的に支持される昇降部材が設けられたことを特徴とする。

又、本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記昇降部材は、その下部が前記垂直通孔より幅が狭い通路外に突出しており、突出した終端が所定の傾斜角で傾斜した構造を有することを特徴とする。

又本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記昇降部材の下には、前記中心軸線等の位置合わせ後に、前記第１及び第２ピストン素材が前記回転支持手段に支持されたとき、前記昇降部材の昇降作用を停止させ前記支持ローラーを固定させる固定手段が設けられたことを特徴とする。

又、本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記固定手段は、先端部が前記昇降部材の終端の形状のように、傾斜しており、内部に水平通孔が形成され、前記水平通孔内に弾性スプリングによって弾性的に支持された移動棒が設けられた楔型固定部材と、前記楔型固定部材の水平通孔の外部ヘ突出した移動棒の終端に連結された連結部材を含むことを特徴とする。

又、本発明は前記可変容量型圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置において、前記連結部材の終端には、前記連結部材を前後進移動させることにより、前記移動される連結部材によって前記楔型固定部材を前記昇降部材の終端側に前進させるか後退させるためのエアーシリンダーが連結されたことを特徴とする。

本発明によれば、２個のピストン素材の溶接部位の溶接強度を増大させるばかりでなく、溶接後の後処理工程であるコーテイング工程で、ピストンのコーテイング領域に均一なコーテイング膜を形成できるので、全体的にピストンの耐久性を強化することができる。
又、本発明によれば、２個のピストン素材の仮結合状態を維持するための支持ローラーを弾性的に上下移動されるように構成することにより、ピストンの外径サイズに関わりなく２個のピストン素材の中心軸線を回転支持手段の中心軸線に一致させる作業が容易であり、これによってサイズ別にピストンを自由に製造することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明によって製造されたピストンが装着された可変容量型斜板式圧縮機の構造を概略的に示した図である。
図１に示すとおり、内部にクランク室１１ａと吸入室１２ａ及び吐出室１２ｂ等の密閉空間を形成する前・後方ハウジング１１、１２と；円周方向に配列された多数のシリンダーボア１３ａを有し、前・後方ハウジング１１、１２間に設けられるシリンダーブロック１３と；シリンダーブロック１３の中央に回転可能に支持され、ラグプレート１５が設けられた駆動軸１４と；ラグプレート１５の一側とヒンジ結合され、冷房負荷によって傾斜角が可変となる斜板１６と；斜板１６の周りに沿って備えられたシュー１７と結合し斜板１６の回転によりシリンダーブロック１３の各ボア１３ａ内で往復運動する多数のピストン２０からなっている。
上記のように構成された可変容量型斜板式圧縮機に使用されるピストン２０は、往復移送による慣性力を減らすために内部に中空部が形成されている。

図２は、このようなピストンの構造を詳しく示したものであって、ピストン２０は内側にピストンと斜板を連結するシューが安着されるシューポケットが備えられたブリッジ２１とブリッジ２１から長手方向に延長された第１結合部２２からなる第１ピストン素材２３と、第１ピストン素材２３の第１結合部２２と接合されるように一側に長手方向に延長された第２結合部２４を有し第１ピストン素材２３との接合によって密閉された中空部２５を形成する第２ピストン２６から構成されている。

さらに、第１ピストン素材２３の第１結合部２２と、第２ピストン素材２６の第２結合部２４のいずれかの一側には、互いに結合され支持されるように段差のある支持部２２ａ、２４ａが形成される。

このような構造を有するピストン２０は、一般的に第１ピストン素材２３と、第２ピストン素材２６をそれぞれ別個に成形した後、これらを機械加工して仮結合した後に、第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の溶接部位に溶接手段を密着させた状態で、第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６を回転させながら発生する摩擦熱によって溶接する摩擦攪拌溶接方法によって製造される。

図３は、上述の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接方法を行うための装置を示したものである。
図３に示すとおり、ピストンの摩擦攪拌溶接装置は、同軸状に互いに突き合わせた状態で仮結合した第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６を回転可能に支持するテーブル３６の上面に固定設置された回転支持手段３１と、回転支持手段３１に支持された第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の溶接部位に密着し、摩擦熱で溶接する溶接手段４０から構成されている。

回転支持手段３１は、第１ピストン素材２３の一側面を回転可能に支持する第１支持手段３１ａと、第２ピストン素材２６の一側面を回転可能に支持する第２支持３１ｂと、第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂのうち、いずれかの一つ、例えば、第１支持手段３１ａを駆動する駆動手段（図示せず）を含む。勿論、駆動手段は、第１及び第２支持手段３１ａ、３１ｂの回転数を任意に調整できるようになっている。さらに、第１及び第２支持手段３１ａ、３１ｂのうち、いずれかの一つ、例えば、第２支持手段３１ｂにはピストン軸方向に移動可能にするために、その終端に油圧シリンダー３２が備えられている。

溶接手段４０は、回転支持手段３１で支持され仮結合された第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の溶接部位へ上下移動できるサーボー移送装置（図示せず）を備えている。また、溶接部位の先端には、溶接部位にスピンドルモーター（図示せず）によって回転状態で挿入し、摩擦熱を発生させて溶接する、ピン形状のプローブ４１を備えている。

特に、第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂの間には、第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂに支持された第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の下側に密着し第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の仮結合状態を確実に維持する支持ローラー３３が設けられている。図３および図４に示すように、支持ローラー３３は、円筒形のピストン２０を安定的に支持できるように、テーブル３６上面に固定された固定台３５の上部に設けられた２個の支持部材３４に回転可能で２個が隣接して設けられている。

このような構造を有する支持ローラー３３上に、例えば、大略３０ｍｍの外径を有するピストン２０、即ち、仮結合された第１および第２ピストン素材２３、２６がローデイングされた場合、ピストン２０の中心軸線と上記回転支持手段３１の中心軸線とは互いに一致した状態になる。この状態から回転支持手段３１のうちの第２支持手段３１ｂが油圧シリンダー３２によって第１支持手段３１ａ側に移動し、第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂの両端部の中心部に形成された突起部（図示せず）が第１および第２ピストン素材２３、２６の両端部に形成されたセンター溝２７に正確に挿入されて、ピストン２０が第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂに支持される。

第１および第２ピストン素材２３、２６が回転支持手段３１に支持された状態で、第１および第２ピストン素材２３、２６の溶接部位にはプローブ４１の圧力が加わるが、第１および第２ピストン素材２３、２６は支持ローラー３３によって支持されているため、第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の曲げを防止することができる。

しかし、支持ローラー３３を固定した状態で、大径のピストン２０が支持ローラー３３上にローデイングされた場合、ピストン２０の中心軸線と上記回転支持手段３１の中心軸線が一致しないと言う問題が生ずる。
本発明では、このような問題を解決するために、支持ローラー３３を昇降可能にすることで、ピストン２０の外径サイズに関係なく、如何なるピストン２０でもその中心軸線を回転支持手段３１の中心軸線に確実に合わすことができるようにしている。

図４および図５に示すとおり、支持ローラー３３を支持する指示部材３４の下側の固定台３５に垂直通孔５１を形成し、垂直通孔５１内に支持部材３４の下面から垂直方向に突出し弾性スプリング５２によって弾性的に支持される昇降部材５３を収納した構造としている。昇降部材５３は支持部材３４の下面に連結した第２ピストン素材５３ａと、第２ピストン素材５３ａの下面に連結され第２ピストン素材５３ａの外径より小さい外径を有し、終端が傾斜した構造を有する支持棒５３ｂからなっている。支持棒５３ｂの下部は、垂直通孔５１より幅が狭い通路を通って通路外に突出している。

さらに、第２ピストン素材５３ａの下部外周面には凹溝５４が形成されており、弾性スプリング５２は支持棒５３ｂの外周面に嵌められているが、弾性スプリング５２の先端部は第２ピストン素材５３ａの下端部に、弾性スプリング５２の末端部は垂直通孔５１と通路の境界面に形成された係止顎５５にそれぞれ支持されている。

これにより、支持ローラー３３上に外径が大きいピストン２０がローデイングされると、ピストン２０の苛重が支持ローラー３３に加わり、支持部材３４がその下に設けられた昇降部材５３によって弾性的に昇降しながら、ピストン２０の中心軸線を回転支持手段３１の中心軸線に一致させるよう中心軸線の位置調整を行うことができる。

この時、中心軸線の確実な位置調整のために、回転支持手段３１のうちのいずれか一つ、例えば、第２支持手段３１ｂの上側には、図５に示すように、支持ローラー３３上で弾性的に昇降するピストン２０の上面を加圧しながら把持する中心軸線位置調整ガイド部材６０が設けられている。ガイド部材６０は、第２支持手段３１ｂの上側に着脱可能に結合するために締結孔６０ａ１、６０ａ２を有する締結片６０ａと、締結片６０ａから折り曲げられて長手方向に延びる延長部６０ｂと、延長部６０ｂから所定の傾斜角で傾斜する傾斜部６０ｃと、傾斜部６０ｃから垂直に折り曲げられ、終端が第２ピストン素材２６の先端外周面を把持できるように円弧形状を有する把持部６０ｄからなっている。

このように、ガイド部材６０によってピストン２０の中心軸線と回転支持手段３１の中心軸線を確実に合わせた後に、支持ローラー３３がこれ以上昇降しないように固定する必要がある。このために、昇降部材５３の支持棒５３ｂの下には、上記昇降部材５３の昇降作用を停止する固定手段７０が設けられている。

固定手段７０は、先端部が支持棒５３ｂの終端形状のように傾斜しており、内部に水平通孔７１が形成されている。水平通孔７１内に弾性スプリング７２によって弾性的に支持された移動棒７３が設けられた楔型固定部材７４と、楔型固定部材７４の水平通孔７１の外部へ突出した移動棒７３の終端にボルト等の締結部７５によって連結された連結部材７６から構成されている。さらに、連結部材７６の終端には、楔型固定部材を移動させるためのエアシリンダー７７が連結されている。７８は、ボルト等の締結部を示したものである。

固定手段７０は、エアシリンダー７７が作動すれば空気圧によって連結部材７６が矢印方向に前後進して、連結部材７６に連結された楔型固定部材が前後進するようになる。この時、楔型固定部材の水平通孔７１内に設けられた移動棒７３が弾性スプリング７２の弾性力によって動きながら、楔型固定部材７４が動くようになっている。

図４は、楔型固定部材７４が、昇降部材５３の支持棒５３ｂの終端に後退した場合を示すもので、支持棒５３ｂの終端と楔型固定部材７４の先端部との間には間隙があり、支持ローラー３３は昇降部材によって高さＨだけ昇降する。

この状態から、図５に示すように、楔型固定部材７４が前進すると、楔型固定部材７４の傾斜した先端部が支持棒５３ｂの傾斜した終端に接触し、昇降部材５３がそれ以上昇降しないようになる。
一方、回転支持手段３１の下側に設けられたテーブル３６は、図３に示すとおり、サーボモーター３７によってピストン軸方向に所定区間、左右移動できるよう移送手段３８に連結されている。これによって、回転支持手段３１に支持されたピストン２０の溶接部位にプローブ４１が挿入された状態で、サーボモーター３７を駆動すると、テーブル３６が所定範囲内で移動する。移送手段用サーボモーター３７はテーブル３６又は溶接手段４０側に設置が可能である。

以下、図７〜図１１を参照して本発明のピストン摩擦攪拌溶接装置によってピストン２０を製造する過程について説明する。
先ず、ブリッジ２１とブリッジ２１から延長してピストン胴体の一部となる第１結合部２２がある第１ピストン素材２３を成形する第１ピストン素材成形段階と、第１結合部２２と結合する第２結合部２４を有し、第１ピストン素材２３と結合して中空部を形成する第２ピストン素材２６を成形する第２ピストン素材成形段階を行う。

第１および第２ピストン素材２３、２６は鍛造加工によって成形することができる。さらに、第１結合部２２は円筒形をなす第２結合部２４と精密に結合され、その結合した状態を維持できるように段差のある加工を行うこともできる。
第１および第２ピストン素材の成形段階が完了すれば、図７に示すとおり、第１および第２結合部２２、２４の仮結合を行う。

その後、仮結合した第１および第２ピストン素材２３、２６を回転支持手段３１の第１支持手段３１ａと第２支持手段３１ｂの間の支持ローラー３３上にローデイングさせる。このために、先ず、エアシリンダーによって第２支持手段３１ｂを支持ローラー３３上にローデイングされた第２ピストン素材２６側に前進させると、第２支持手段３１ｂの終端中心部に形成された突起部が第２ピストン素材２６の終端に加工されたセンター溝２７に挿入される。

この状態で第１支持手段３１ａ側に引き続き前進させると、第２ピストン素材２６に仮結合された第１ピストン素材２３の終端に形成されたセンター溝２７が、第１支持手段３１ａの終端に形成された突起部に接触し、第１および第２ピストン素材２３、２６が第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂに堅固に支持される。

上下に昇降する支持ローラー３３上にローデイングされた第１および第２ピストン素材２３、２６の外径が大略３０ｍｍの場合は、第１および第２ピストン素材２３、２６と第１および第２支持手段３１ａ、３１ｂの中心軸線が一致するので、第１および第２ピストン素材２３、２６は第２支持手段３１ｂに形成された中心軸線位置調整ガイド部材６０の影響を殆ど受けない。しかし、第１および第２ピストン素材２３、２６の外径が上記の外径より大きい場合、中心軸線が一致しないため、中心軸線の位置合わせを行う。

この位置合わせは、第１ピストン素材２３に仮結合された第２ピストン素材２６の上側をガイド部材６０によって押された状態から支持ローラー３３が下方に移動するとき、第２ピストン素材２６の中心軸線が第２支持手段３１ｂの中心軸線に合わせることにより行われる。この時、ガイド部材６０は第２ピストン素材２６の上側一部を把持できるようにピストン２０の外径に合うものに交換することも出来る。

上記各中心軸線の位置合せが完了すれば、支持ローラー３３の下部に設けられた固定手段７０の楔型固定部材７４をエアシリンダー７７によって前進させることにより、支持ローラー３３がこれ以上昇降しないように支持ローラー３３を固定する。

以後、図８に示すとおり、スピンドルモーターによって溶接手段４０を回転させながら下方に前進させ、次いで図９に示すとおり、溶接手段４０のプローブ４１を第１ピストン素材２３と第２ピストン素材２６の溶接部位である第１および第２結合部２２、２４に挿入する。この状態から第１支持手段３１ａを１回転させて、溶接手段のプローブが第１および第２ピストン素材１２３、２６の第１および第２結合部２２、２４の軌跡に沿って移動しながら摩擦接触によって発生する摩擦熱で第１および第２結合部２２、２４を溶接する。

このように回転支持手段の１回転によって第１および第２結合部２２、２４の溶接が完了すると、第１および第２結合部２２、２４の溶接部位に挿入した溶接手段４０を溶接部位から分離させる。
この時、溶接手段４０を溶接部位から直ちに離脱させた場合には、図１３に示すように、溶接手段４０が接触した部位（コーテイング領域に含まれる部位）に溝が形成される。このため、溶接後の後処理工程であるコーテイング工程で、上記溝にコーテイング液が入り、この状態で焼成して研磨処理するとコーテイング膜の厚さが不均一になって耐久性が大きく低下する問題が発生する。

従って、本発明では、これを防ぐために、溶接手段分離段階以前に先ず、溶接部位に溝が形成されないように、溝２８の位置を溶接部位から非コーテイング領域に移動させる。図１０に示すとおり、サーボモーター３７を駆動して回転支持手段３１の下方に設けられたテーブル３６をピストン軸方向に移動させ、溝２８の位置を非コーテイング領域である第１ピストン素材２３のブリッジ２１部位へ移動させる。すなわち、図１１に示すようにスピンドルモーターによって溶接手段４０を第１および第２ピストン素材１３、２６の第１および第２結合部２２、２４から元位置へ復帰させる。

図１２は、上述の方法によって製造されたピストン２０を示したもので、摩擦溶接後、溶接手段４０のプローブ４１による溝２８が第１ピストン素材２３のブリッジ２１部位に形成されたことが分かる。
符号２９は、第１及び第２ピストン素材の第１および第２結合部２２、２４の溶接部位で溶接手段４０のプローブ４１が通り過ぎた痕を示したものである。
上述のとおり、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者ならば、本発明の要旨を外れない範囲内で種々にその変形と応用が可能である。

本技術は、ピストン素材の溶接に限らず、広く回転体の溶接等の加工に適用できる。

本発明によるピストンを採用した可変容量型斜板式圧縮機の概略断面図である。 図１のピストンの斜視図である。 本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接装置を概略的に示した正面図である。 図３における支持ローラーの弾性構造を概略的に示した側断面図である。 図３における支持ローラーの弾性構造を概略的に示した側断面図である。 図３における回転支持手段のうち、第２支持手段の上側に設けられた中心軸線位置調整ガイド部材の斜視図である。 本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接過程を示した概略断面図である。 本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接過程を示した概略断面図である。 本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接過程を示した概略断面図である。 本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接過程を示した概略断面図である。 本発明によるピストンの摩擦攪拌溶接過程を示した概略断面図である。 本発明によってピストンが接合された状態を示した図である。 従来技術によってピストンが接合された状態を示した図である。

符号の説明

２０：ピストン
２１：ブリッジ
２３：第１ピストン素材
２６：第２ピストン素材
３１：回転支持手段
３１ａ：第１支持手段
３１ｂ：第２支持手段
３３：支持ローラー
３４：支持台
３５：固定台
３６：テ−ブル
３８：移送手段
４０：溶接手段
４１：プローブ
５３：昇降部材
６０：中心軸線位置調整ガイド部材
７０：固定手段
７４：楔型固定部材
７６：連結部材

Claims (9)

1. テーブル上面に装着され、ブリッジと前記ブリッジから突出した第１結合部を有する第１ピストン素材と、前記第１ピストン素材の第１結合部と結合する第２結合部を有し、前記第１ピストン素材と結合し、中空部を形成する第２ピストン素材と、
   前記第１ピストン素材および前記第２ピストン素材を回転可能に支持する回転支持手段と；
   前記回転支持手段に支持された第１及び第２ピストン素材の溶接部位に回転した状態で挿入され、前記第１及び第２ピストン素材の回転方向に沿って摩擦攪拌溶接をする溶接手段と；
   前記第１及び第２ピストン素材を前記回転支持手段で支持するとき、前記第１及び第２ピストン素材の各中心軸線を前記回転支持手段の中心軸線に位置整列させることができるように、前記第１ピストン素材及び第２ピストン素材の下側に弾性的に設けられ前記第１ピストン素材及び第２ピストン素材を支持しながら所定の高さＨ範囲内で上下移動する支持ローラーと；
   前記溶接手段によって前記溶接部位を摩擦攪拌溶接した後、前記溶接手段を前記溶接部位から所定の位置へ移動させる移送手段と、
   を含むことを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
2. 前記回転支持手段の上側には、前記支持ローラー上で弾性的に昇降する前記第１ピストン素材の中心軸線が前記回転支持手段の中心軸線と一致するように、前記第１ピストン素材に仮結合された前記第２ピストン素材の上部面を加圧しながら、前記第２ピストン素材の中心軸線と前記回転支持手段の中心軸線の位置合わせを確実に行う中心軸線位置調整ガイド部材が着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
3. 前記移送手段は前記テーブルをピストン軸方向に所定距離移送させるサーボモーターを備えたことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
4. 前記支持ローラーは、前記テーブルの上面に固定された固定台の上部に設けられた複数個の支持部材に回転可能に少なくとも２個以上が隣接するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
5. 前記固定台には、垂直通孔が形成されており、この垂直通孔内に前記支持部材の下面と連結され弾性スピリングによって弾性的に支持される昇降部材が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
6. 前記昇降部材は、その下部が前記垂直通孔より幅が狭い通路外に突出しており、突出した終端が所定の傾斜角で傾斜した構造を有することを特徴とする請求項５に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
7. 前記昇降部材の下には、前記中心軸線等の位置合わせ後に、前記第１及び第２ピストン素材が前記回転支持手段に支持されたとき、前記昇降部材の昇降作用を停止させ前記支持ローラーを固定させる固定手段が設けられたことを特徴とする請求項５または６に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
8. 前記固定手段は、先端部が前記昇降部材の終端の形状のように、傾斜しており、内部に水平通孔が形成され、前記水平通孔内に弾性スプリングによって弾性的に支持された移動棒が設けられた楔型固定部材と、前記楔型固定部材の水平通孔の外部ヘ突出した移動棒の終端に連結された連結部材を含むことを特徴とする請求項７に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。
9. 前記連結部材の終端には、前記連結部材を前後進移動させることにより、前記移動される連結部材によって前記楔型固定部材を前記昇降部材の終端側に前進させるか後退させるためのエアーシリンダーが連結されたことを特徴とする請求項８に記載の可変容量型斜板式圧縮機用ピストンの摩擦攪拌溶接装置。

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