JP2002011543A - 筒状金具の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被収納物を収納する筒状金具を低い製造コス
トで製造する。 【解決手段】 主体金具は、多角形状のフランジ部５４
を有する筒状に形成され、鍛造により形成された最終鍛
造品（最終鍛造品１０２）を所定形状に切削することに
より製造される。そして、この最終鍛造品１０２は、金
属素材７０を、第１〜第６工程からなる冷間鍛造工程を
経て形成される。この内、第１〜第３工程では主体金具
の外形を呈するように素材を鍛造し、続く第４〜第６工
程ではその素材を素材を更に鍛造して孔部を穿設する。
また、第３工程ではフランジ部を予備形成し、第４工程
では、孔部を穿設する過程にて素材をフランジ予備成形
部８６に押し広げてフランジ部５４を完成させる。この
ようにして形成された最終鍛造品１０２では、その後主
体金具の外形を呈するように切削して成形される際に
は、切削量が従来に比べて低減されるため、主体金具の
製造コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被収納物を収納す
る筒状金具の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、自動車の内燃機関や
ボイラ等の各種燃焼機器の排気ガス中の被検出成分をガ
スセンサにて検出し、その検出した被検出成分濃度に応
じて燃焼機器の燃焼効率を最適な状態に制御することが
知られている。そして、この種の制御に用いるガスセン
サでは、検出用の各種構成部材を内側に収納する中空状
の主体金具を備えている。

【０００３】そして、そのガスセンサの一種として知ら
れている酸素センサの主体金具としては、例えば、後述
する図１に示すように、図中上方から、筒状の頭部、頭
部よりも外側に突出して六角形状を呈するボルト部、筒
状の脚部、小径脚部が設けられ、当該主体金具の中心軸
を通る軸方向には、同じく図中上方から、第１筒部，第
１管部，第２管部が連通して穿設されたものが知られて
いる。尚、この主体金具の外表面には、対象物に取り付
けるためのねじ山等が形成されている。

【０００４】このように形成された主体金具は、筒内に
検出用の検出素子が収納され、例えば、燃焼機器の排気
管等の対象物に設けられた取付孔からこの検出素子の検
出部を管内に突出させ、主体金具のボルト部を所定の工
具により締め付けることにより対象物に固定される。

【０００５】さて、このような主体金具を製造するに
は、一般に、金属素材（例えば、ステンレス鋼）を鍛造
成形機を用いて鍛造することにより、主体金具の原型と
なる中空状の鍛造品を形成していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な金属素材は、鍛造するにつれて硬化する性質を有して
いる。そして、金属素材が硬化すると、その後に鍛造し
ても変形させるのが困難になるばかりか、鍛造する際に
は硬化した素材を受けて鍛造成形機の金型が破損してし
まうおそれがあった。このため、従来の主体金具の製造
方法では、ある程度素材を鍛造した後には、この素材に
「焼き鈍し」を施して適度に軟化させて変形させ易く
し、その後再び鍛造するようにしていた。

【０００７】また、このようにして得られた鍛造品を基
にして主体金具を形成するには、この鍛造品を切削機械
等を用いて、所定形状（即ち、主体金具の形状）を呈す
るように外表面等を切削していた。このため、高価な金
属材料が切削屑として処分されることになるため、主体
金具を製造するための材料コストが増大していた。

【０００８】このように、従来の製造工程では、鍛造工
程にて途中焼き鈍しを施していたことと、金属素材を切
削することにより切削屑が発生していたこととにより、
その分製造コストがかかるといった問題があった。本発
明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、被収納
物を収納する中空状金具を、低い製造コストで製造でき
るようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段，発明の実施の形態及び発
明の効果】上記目的を達成を解決するためになされた請
求項１に記載の発明は、内側に被収容物を収容可能な収
容孔または収容凹部が形成された筒状金具の製造方法で
あって、所定形状を呈する金属塊を鍛造して、前記筒状
金具の外形を呈する中間鍛造品を成形する予備成形工程
と、前記予備成形工程に続いて、前記中間鍛造品を更に
鍛造して、前記収容孔または収容凹部を成形する最終工
程とからなる冷間鍛造工程を含み、前記予備成形工程及
び前記最終工程では、それぞれ金型を換えて複数回に分
けて鍛造を行い、前記冷間鍛造工程の途中では焼き鈍し
を行わないことを特徴とする。

【００１０】つまり、予備成形工程では、素材を複数回
に分けて徐々に鍛造するようにしているため、鍛造途中
にて変形できない程度にまで硬化してしまうことなく、
金具の外形を呈する中間鍛造品を容易に形成できる。ま
た、最終工程では、この中間鍛造品を複数回に分けて徐
々に鍛造するようにしているため、同じく鍛造途中にて
変形できない程度にまで硬化してしまうことなく、被収
納物を収納するための収容孔または収容凹部を容易に穿
設することができる。

【００１１】このように、本発明（請求項１）では、冷
間鍛造するだけでいわば金具の外形を呈する鍛造品を形
成できる。従って、本発明（請求項１）では、途中工程
にて素材等に焼き鈍しを施す必要がなくなり、金具の製
造コストを低減することが可能となる。

【００１２】そして、本発明者等が、金属塊の状態か
ら、所定形状を呈する中間鍛造品（例えば、図２（ｄ）
中に示したもの）を成形する予備成形工程、及び、その
中間鍛造品から、所定形状の孔部を有する鍛造品（例え
ば、図２（ｇ）中に示したもの）を成形する最終工程に
ついて、それぞれ必要な金型の種類の数を種々検討した
結果、請求項２に記載のように、これら予備成形工程及
び最終工程では、それぞれ少なくとも３種類以上の金型
を換えて鍛造を行えば、所定形状を呈する中間鍛造品の
形成、及び、中間鍛造品への収容孔の穿設（ひいては、
収容凹部の穿設）が、容易に、かつ、確実に実現可能で
あることが判明した。

【００１３】ここで、中間鍛造品から、特に鍛造品に収
容凹部（例えば、図２（ｆ）中に示すように、鍛造品の
後端部（図中上方）から、先端部側にかけての内側途中
まで穿設された孔部）を形成するには、少なくとも２種
類以上の金型を換えて鍛造を行えば、容易に、かつ、確
実に実現可能であることが判明した。

【００１４】ところで、請求項３に記載のように、予備
成形工程では、鍛造により筒状金具の外形を予備成形
し、最終工程では、予備形成された筒状金具（中間鍛造
品）に収容孔または収容凹部を成形する過程にて、この
予備成形された筒状金具を更に外側に押し広げることに
より、筒状金具の外形の少なくとも一部を完成させるよ
うにしてもよい。

【００１５】つまり、本発明（請求項３）では、収容孔
または収容凹部を鍛造して成形すると同時に、筒状金具
の構成材料である金属部分を、金型の内壁に向かって押
し出すことにより、筒状金具の外形の少なくとも一部を
成形するものである。このようにすることにより、鍛造
するだけで筒状金具の少なくとも一部が完成されるた
め、鍛造後に、鍛造品の外表面を切削して、所定形状を
呈するように筒状金具の外形を仕上げる際には、従来に
比べて切削する量を格段に低減できる。従って、本発明
（請求項３）では、金具の製造コストを低減することが
可能となる。

【００１６】そして、請求項１〜３に記載の製造方法
は、請求項４に記載のように、外周の少なくとも一部に
フランジ部が突設された筒状金具に適用するようにして
もよい。ここで、フランジ部は、例えば、筒状金具を取
付対象物に固定する際に、このフランジ部を直接または
間接的に取付対象物の外壁に当接させることで、固定位
置を決定するため等に用いるものである。

【００１７】つまり、このように外周にフランジ部が突
設された筒状金具であっても、上記請求項１〜３に記載
のようにして鍛造するだけで、このフランジ部が容易に
完成される。また、請求項１〜４に記載の製造方法は、
請求項５に記載のように、外周の少なくとも一部が周方
向に多角形状を呈するように形成された筒状金具に適用
するようにしてもよい。ここで、多角形状を形成する外
周部分としては、上記したフランジ部や、このフランジ
部以外の部分が挙げられる。

【００１８】つまり、このように外周に多角形状を呈す
るように成形された筒状金具であっても、上記請求項１
〜４に記載のようにして鍛造するだけで、多角形状を呈
するように鍛造品の外周を成形することができる。この
ため、請求項４及び５に記載の発明では、鍛造後に、鍛
造品の外表面を切削して、フランジ部や多角形状を呈す
るように外形を仕上げる際には、従来に比べて切削する
量を格段に低減できる。従って、本発明（請求項４，
５）では、請求項３の場合と同様に筒状金具の製造コス
トを低減することが可能となる。

【００１９】そして、請求項１〜５に記載の製造方法を
用いて成形される筒状金具は、請求項６に記載のよう
に、酸素濃度を測定する酸素センサ素子を筒内側に収容
するための主体金具として用いることができる。つま
り、酸素センサの構成部材の一つである主体金具を、鍛
造するだけで上記したように成形できるため、主体金具
だけでなく、酸素センサ自体の製造コストを格段に低減
できる。

【００２０】ところで、請求項１〜６に記載の製造方法
を実現するには、請求項７に記載の製造方法を用いるよ
うにしてもよい。即ち、本発明（請求項７）の製造方法
では、予備成形工程及び最終工程を含む複数の冷間鍛造
工程からなり、しかも、予備成形工程及び最終工程はそ
れぞれ以下に示す第１〜第３工程、第４〜第６工程を含
む小工程からなる。

【００２１】この内、第１工程では、円柱状の素材を据
え込み成形することにより、一端の角が丸みを帯びた弾
丸状の第１鍛造品を形成し、第２工程では、第１鍛造品
の丸みを帯びた側を押し出し方向にして、この第１鍛造
品を押し出し成形することにより、丸みを帯びた側と反
対側に円柱状の頭部と、丸みを帯びた側に頭部よりも小
さい外径の脚部とを有する第２鍛造品を形成する。ま
た、第３工程では、第２鍛造品を据え込み成形すること
により、頭部の脚部側外周を外側方向に突出させて、フ
ランジ部が予備形成された状態の中間鍛造品を形成す
る。

【００２２】そして、第４工程では、中間鍛造品を据え
込み成形することにより、頭部を貫通するように穿設さ
れた第１孔部と、この第１孔部の体積に略相当する分の
前記素材をフランジ部の予備成形部分に押し広げて完成
されたフランジ部とを有する第３鍛造品を形成する。ま
た、第５工程では、第３鍛造品を据え込み成形すること
により、脚部のフランジ部とは反対側の端部に連設さ
れ、脚部よりも小さい外径を有する小径脚部と、第１孔
部よりも小径の第２孔部とを有する第４鍛造品を形成す
る。更に、第５工程では、第４鍛造品を打ち抜き成形す
ることにより、第１孔部及び第２孔部に連通し、小径脚
部の脚部とは反対側の端部までの間を貫通するように穿
設された第３孔部を有する最終鍛造品を形成する。

【００２３】つまり、第１〜第３工程からなる予備成形
工程では、素材を鍛造することにより、フランジ部が予
備形成されると共に、頭部及び脚部を備えた金具の外形
を呈する中間鍛造品が形成される。そして、続く第４〜
第６工程からなる最終工程では、中間鍛造品を鍛造する
ことにより、脚部の端部に小径脚部と、それぞれ段差を
介して連通する第１〜第３孔部とを備えた最終鍛造品が
形成される。しかも、最終工程では、予備形成されたフ
ランジ部が外側に押し広げられることによりフランジ部
が完成される。ここで、第１〜第３孔部の連通部分に形
成される段差は、金具に収納されるべき各種構成部材を
載置するためのものとして使用できる。

【００２４】このように、本発明（請求項７）では、冷
間鍛造するだけでいわば金具の原型となる最終鍛造品を
形成できるため、途中工程にて素材等に焼き鈍しを施す
必要がない。また、多角形状を呈するフランジ部を鍛造
するだけで形成できるため、その後、外表面を切削して
金具を仕上げる際には、従来に比べて切削する量を格段
に低減できる。従って、本発明（請求項７）では、筒状
金具の製造コストを低減することが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。尚、本実施例では、ガスセンサの一種である酸素セ
ンサが備える主体金具の製造方法について本発明を適用
した。

【００２６】そこで、まず、酸素センサの概略の構成に
ついて説明する。図１は、酸素センサの概略構成を表
し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は主体金具の側面図を示
す。酸素センサ２は、ジルコニア等により、一端が閉塞
し他端が開口した有底筒状に形成されると共に、外側中
央に鍔部３ａが形成された検出素子本体３と、検出素子
本体３の内面側に形成された、例えば白金等からなる内
側電極（基準電極）５と、検出素子本体３の外面側に形
成された、例えば白金からなる外側電極（測定電極）７
と、からなる検出素子Ｓを備えている。そして、酸素セ
ンサ２では、検出素子Ｓの開口部の内面側及び外面側
に、それぞれ内側電極５及び外側電極７からの信号を取
り出すための（被覆保護された）リード線１３，１４
が、接続端子９，１０を介して接続される。

【００２７】また、検出素子Ｓの内部には、検出素子Ｓ
を加熱して活性化させるためのセラミックヒータ１７が
収納されている。尚、このセラミックヒータ１７には、
その表面に形成された一対の電極パターンにそれぞれロ
ー付けされた一対のリード端子１８を介して、ヒータ通
電用のリード線１５，１６が接続される。

【００２８】また、検出素子Ｓは、セラミック製の筒状
の保持部材２１，２３，タルク粉末２５，パッキン２７
等を介して、耐熱金属製（ステンレス鋼製）で筒状（中
空状）の主体金具５０内に、この主体金具５０を貫いて
図の上下に延びるように、その軸中心を合わせて配置さ
れる。そして、主体金具５０の下部には、検出素子Ｓの
先端部（筒の一端を閉塞した側）の周囲を覆うように、
被測定ガスを導入する孔部３１ａを有する保護キャップ
（プロテクタ）３１が装着され、主体金具５０の上部に
は、検出素子Ｓ及びセラミックヒータ１７の上部の周囲
を覆うように、例えば、ステンレスからなる耐熱金属製
の内筒３３がＯリング３５を介して加締めによって取り
付けられ、更に、内筒３３の上部には、例えば、ステン
レスからなる耐熱金属製の外筒３９が外嵌される。

【００２９】尚、内筒３３の上部と外筒３９との間の空
間（即ち、検出素子Ｓ上方の空間）４１には、リード線
１３〜１６が貫通する貫通孔４３が形成された略円柱状
のセラミックセパレータ４５及びグロメットゴム４７が
図の下側より順に配置されている。

【００３０】そして、酸素センサ２は、保護キャップ３
１にて保護された検出素子Ｓの先端部が排気管内部に突
出して、被測定ガスである排気ガスに晒されるよう、主
体金具５０を介して、内燃機関等の排気管に取り付けら
れる。この結果、検出素子Ｓの内側電極５と外側電極７
との間には、リード線１３〜１６の捩り芯線の隙間等を
介して検出素子Ｓの筒内側に導入される大気を酸素濃度
の基準として、その酸素濃度と被測定ガス中の酸素濃度
との比に応じた電圧が発生し、その電圧が検出信号とし
て外部に出力されることになる。

【００３１】ところで、主体金具５０では、図１中上方
から順に、略筒状の頭部５２と、この頭部よりも大きい
外径を有する多角形状（実施例中では六角形状）のフラ
ンジ部５４と、頭部５２よりも小さい外径を有する略円
筒状の脚部５６と、脚部よりも小さい外径を有する略円
筒状の小径脚部５８とが設けられている。また、検出素
子Ｓの中心軸を通る軸方向には、同じく図中上方から、
第１孔部６０、第２孔部６２、第３孔部６４が連通する
ように設けられており、この内第１孔部６０は頭部５２
側に設けられ、第２孔部６２はフランジ部５４から脚部
５６にかけてに設けられ、第３孔部６４は脚部から小径
脚部５８にかけてに設けられている。また、頭部５２の
先端にはＯリング３５を介して内筒３３を加締めるため
の加締部５２ａが設けられている。

【００３２】尚、図１（ｂ）に示す主体金具５０では、
酸素センサ２の各種構成部材を収納していない状態を示
しており、このため、主体金具５０の加締部５２ａは加
締めていない状態であって、その端部は図中上方を向い
ている。そして、この主体金具５０は、後述する図２
（ｅ）に示した鍛造品の外表面を、切削機械（図示略）
により切削することにより製造されるものである。

【００３３】ここで、第１孔部６０、第２孔部６２、第
３孔部６４は、請求項記載の収容孔に相当する。次に、
主体金具５０を製造するための鍛造品を形成する工程に
ついて説明する。図２は、鍛造品の形成手順を表す要部
縦断面図である。尚、図２（ｂ）〜（ｅ）において図中
上下方向に延びる一点鎖線は鍛造品の中心軸を示してお
り、しかも、この中心軸を境にして左側は側面図を表
し、右側は断面図を表している。また、点線は冷間鍛造
成形機の構成部材を表している。

【００３４】本実施例の冷間鍛造成形機では、それぞれ
異なる金型を有する第１〜第６ステーションの６個のス
テーションを備えており、第１〜第６ステーションにて
順に素材を冷間鍛造することにより、請求項記載の最終
鍛造品を形成することができる。

【００３５】まず、フェライト系ステンレス鋼を、図２
（ａ）に示すように円柱状に剪断（切断）して金属素材
７０を形成する。ここで、フェライト系ステンレス鋼と
しては、耐腐食性が高く、且つ、加工性(鍛造加工性）
が高いＳＵＳ４３０を用いることができる。

【００３６】（冷間鍛造加工の第１工程）そして、図２
（ｂ）に示すように、冷間鍛造成形機の第１ステーショ
ン２００では、下端部周縁が丸みを帯びた略円筒状の型
部２０４を有する金型２０２が設けられている。また、
金型２０２には、型部２０４の底部にピン挿入孔２０４
ａが穿設され、このピン挿入孔２０４ａを介して、先端
面が型部２０４の底面に平行となるように、ノックアウ
トピン（以下、ＫＯピン）２０６が挿入される。また、
型部２０４の上方には、型部２０４の内径と同径の外径
を有し、素材を押圧するためのパンチ２０８が上下動可
能に配置される。

【００３７】尚、本明細書中では、各ＫＯピンは、鍛造
品（素材）を鍛造する際にこの鍛造品を下方から支持す
ると共に、鍛造後に上昇することで、鍛造品（素材）を
金型の型部から取り外すために用いられるものである。
そして、第１工程では、この型部２０４に素材７０を挿
入し、パンチ２０８を下方に移動させて素材７０を押圧
して据え込み成形することにより、図中下端側の縁が丸
みを帯びた弾丸状の第１鍛造品７２が形成される。

【００３８】（冷間鍛造加工の第２工程）一方、図２
（ｃ）に示すように、第２ステーションでは、第１鍛造
品７２の外径と同径の最大内径を有する略円筒状の筒型
部２１４ａと、筒型部２１４ａの内側方向に所定の長さ
だけ内側方向に突出した鍔部２１４ｂとからなる型部２
１４を有する金型２１２が設けられている。また、型部
２１４の下方には、先端面（図中上方）がわずかに尖っ
た形状を呈するＫＯピン２１６が配置され、金型２１２
の底部に穿設されたピン挿通孔２１２ａを介して、型部
２１４側に挿通される。そして、型部２１４の上方に
は、第１鍛造品７２に当接する側の先端面（図中下方）
がわずかに尖った形状を呈するパンチ２１８が上下動可
能に配置されている。

【００３９】そして、第２工程では、型部２１４に第１
鍛造品７２を挿入し、パンチ２１８を下方に移動させて
第１鍛造品７２を押圧して押し出し成形する。すると、
第１鍛造品７２の下端側から先に鍔部２１４ｂを介して
下方に押し出される。このとき、押し出された部分は、
いわば鍔部２１４ｂにより絞られた状態であるため、第
１鍛造品７２の上端側の外径よりも小さい外径を有する
ようになる。

【００４０】このようにして、円柱状の頭部７６と、頭
部７６の下端側にこの頭部７６よりも小さい外径を有す
る脚部７８と、頭部７６と脚部７８との間に形成された
段差部８０とを有する第２鍛造品７４が形成される。
尚、頭部７６及び脚部７８の端面には、パンチ２１８及
びＫＯピン２１６の先端面の形状に対応して、それぞれ
内側にわずかに窪んだ凹部が形成されている。

【００４１】（冷間鍛造加工の第３工程）次に、図２
（ｄ）に示すように、第３ステーション２２０では、上
から見た形状が図３（ａ）中に示すような多角形状（六
角形状）のフランジ予備成形部２２４ａと、上記脚部７
８が略嵌合する脚保持部２２４ｂとからなる型部２２４
を有する金型２２２が設けられている。また、型部２２
４の下方には、上記したＫＯピン２１６の先端面と同様
にわずかに尖った形状を呈するＫＯピン２２６が配置さ
れ、金型２２２の底部に穿設されたピン挿通孔２２２ａ
を介して、型部２２４側に挿通される。

【００４２】更に、型部２２４の上方（即ち、金型２２
２の上方）には、第２鍛造品７４に当接する側の先端面
が上記したパンチ２１８と同様にわずかに尖った形状を
呈するパンチ２２８が上下動可能に配置されている。ま
た、型部２２４の上方には、第２鍛造品７４が挿入され
た後に、第２鍛造品７４の頭部７６の上端側及びパンチ
２２８の周囲を覆った状態となるように、その先端部
（図中下方）が金型２２２の上端部に当接するように下
方に移動させる筒状のパンチ２３０が配置される。

【００４３】そして、この第３工程では、まず、型部２
２４に第２鍛造品７４を、その脚部７８から先に挿入す
る。すると、第２鍛造品７４は、その頭部７６の上端側
が金型２２２から突出した状態で型部２２４内に載置さ
れる。次いで、パンチ２２８，２３０を下方に移動させ
る。この内、パンチ２３０を、金型２２２の上端部に当
接するまで頭部７６周端側を上から押圧するように移動
させ、パンチ２２８を、パンチ２３０にて押圧されてい
ない頭部７６の中央寄り部分を押圧して据え込み成形す
る。すると、頭部７６の下端側がフランジ予備成形部２
２４ａが成す空間内に押し広げられるようになり、最終
的には、図３（ａ）に示すように、フランジ予備成形部
２２４ａの内壁の中央部分に、その広がった頭部７６の
一部が密着するようになる。

【００４４】このようにして、頭部８４と、頭部８４の
下端側にフランジ予備成形部８６と、脚部８８とを有す
る中間鍛造品８２が形成される。ここで、フランジ部を
予備形成するのは、フランジ部を完成させるようにして
第２鍛造品７４を押圧すると、押圧の過程にて第２鍛造
品７４が加工硬化してしまうおそれがあり、この第３工
程では、これを回避するために硬化するまでには押圧し
ないようにするためである。

【００４５】（冷間鍛造加工の第４工程）次に、図２
（ｅ）に示すように、第４ステーション２４０では、第
３ステーションが備える金型２２２と同様に形成された
金型２４２が設けられている。即ち、金型２４２は、フ
ランジ成形部２４４ａと、上記脚部８８が略嵌合する脚
保持部２４４ｂとからなる型部２４４を有している。ま
た、型部２４４の下方には、同じく第３ステーションが
備えるＫＯピン２２６と同様に形成されたＫＯピン２４
６が配置され、金型２４２の底部に穿設されたピン挿通
孔２４２ａを介して、型部２４４側に挿通される。

【００４６】更に、型部２４４の上方には、最大径が中
間鍛造品８２の頭部８４よりも小さい外径を有するパン
チ２４８が上下動可能に配置されている。また、パンチ
２４８の先端側（図中下方）には、先端に向かって徐々
に外径が小さくなるような斜面を介して、当該パンチ２
４８の後端側よりも小さい外径を有する略円筒状の先端
部２４８ａが設けられている。更に、この先端部２４８
ａの先端面はわずかに尖った形状を有している。

【００４７】また、型部２４４の上方には、筒状のスリ
ーブ２５０が配置される。尚、本明細書中では、各スリ
ーブは、鍛造品が型部に挿入された後に、その先端部
（各図中下方）が鍛造品の頭部の上端部周縁に当接する
ように下方に移動させて使用するものであり、鍛造後に
各パンチを上方に移動させる際に、このパンチに密着し
て共に移動してしまわないように鍛造品を型部側に押さ
えつけておくためのものである。更に、型部２４４の上
方には、同じく中間鍛造品８２が挿入された後に、金型
２４２の上端部に当接するように下方に移動させる筒状
のパンチ２５２が配置される。

【００４８】そして、この第４工程では、まず、型部２
４４に中間鍛造品８２を、その脚部８８から先に挿入す
る。すると、中間鍛造品８２は、その頭部８４が金型２
４２から突出した状態で型部２４４内に載置される。次
いで、パンチ２４８，２５２、スリーブ２５０を下方に
移動させる。この内、スリーブ２５０については、中間
鍛造品８２の頭部８４の上端部周縁に当接するまで移動
させる。また、パンチ２５２については、フランジ予備
成形部８６を上から押圧するように移動させ、パンチ２
４８については、その先端部２４８ａがフランジ予備成
形部８６の内側に達するまで頭部８４の中央寄り部分を
押圧するように移動させて、中間鍛造品８２を据え込み
成形する。これにより、第１孔部６０と、この第１孔部
６０の下方に、第２孔部６２を形成するための第１予備
孔部９０とが同時に穿設される。

【００４９】ところで、これら孔部６０，９０を形成す
る際には、中間鍛造品８２は、まず、型部２４４，ＫＯ
ピン２４６，パンチ２５２，スリーブ２５０からなる空
間内に載置され、その後に、パンチ２４８が上方から移
動して頭部８４の上端面に当接してこの中間鍛造品８２
を押圧することになる。そして、押圧当初には、中間鍛
造品８２は、パンチ２４８の押圧に伴って、周囲の型部
２４４，ＫＯピン２４６，パンチ２５２，スリーブ２５
０からも押圧された状態となる。そして、このまま単に
一方方向（中間鍛造品８２の周囲全体）から押圧された
状態が保持されると、中間鍛造品８２を構成する金属
（フェライト系ステンレス鋼）が加工硬化してしまうお
それがある。

【００５０】ところが、この第４工程のその後の押圧過
程では、パンチ２４８が中間鍛造品８２の内部にまで達
するように移動する。そして、中間鍛造品８２の内部に
パンチ２４８が進入する過程において、パンチ２４８の
押圧方向は、中間鍛造品８２の外側方向に向くようにな
る。つまり、押圧当初では、第１〜第３工程と同様に、
中間鍛造品８２は周囲から押圧されるため、その押圧方
向は、中間鍛造品８２の内側方向を向いているが、孔部
６０，９０を穿設する過程では、押圧当初とは逆の中間
鍛造品８２の外側方向を向くようになる。

【００５１】つまり、押圧当初では、第１〜第３工程に
て既に押圧されているため、その分加工硬化し易い状態
ではあるものの、その後の押圧過程（孔部穿設過程）で
は、押圧方向が逆転して、加工硬化を引き起こすのを回
避できるようになる。従って、容易に孔部６０，９０を
穿設することができる。

【００５２】しかも、これら孔部６０，９０を穿設する
際には、図２（ｅ），図３（ｂ）等に示すように、各孔
部６０，９０の体積を合計した分の金属素材が、フラン
ジ予備成形部８６にまで押し広げられる。この結果、金
属素材は型部２４４のフランジ成形部２４４ａの隅々に
まで金属素材が行き渡るようになり、従って、この第４
工程では、図１中に示した多角形状（六角形状）のフラ
ンジ部５４が完成される。

【００５３】このようにして、第４工程では、頭部８
４，フランジ部５４，脚部８８，第１孔部６０，第１予
備孔部９０を有する第３鍛造品９２が形成される。 （冷間鍛造加工の第５工程）図２（ｆ）に示すように、
第５ステーション２６０では、フランジ部５４を保持す
るフランジ保持部２６４ａと、図１に示した脚部５６を
成形するための脚部成形部２６４ｂと、同じく図１に示
した小径脚部５８を成形するための小径脚部成形部２６
４ｃとからなる型部２６４を有する金型２６２が設けら
れている。そして、型部２６４の下方には、先端面がわ
ずかに尖った形状のＫＯピン２６６が配置され、金型２
６２の底部に穿設されたピン挿通孔２６２ａを介して、
型部２６４側に挿通される。

【００５４】また、型部２６４の上方には、最大径が第
３鍛造品９２の第１孔部６０の内径と略同じ外径のパン
チ２６８が上下動可能に配置されている。そして、パン
チ２６８の先端側には、先端に向かって徐々に外径が小
さくなるような斜面を介して、第３鍛造品９２の第１予
備孔部９０の内径と略同じ外径の中間部２６８ａと、こ
の中間部２６８ａよりも先端に向かって徐々に外径が小
さくなるような斜面を介して、この中間部２６８ａより
も小さい外径の先端部２６８ｂが設けられている。更
に、この先端部２６８ｂの先端面はわずかに尖った形状
を呈している。また、型部２６４の上方には、筒状のス
リーブ２７０が配置される。

【００５５】そして、この第５工程では、まず、型部２
６４に第３鍛造品９２を、その脚部８８から先に挿入す
る。すると、第３鍛造品９２は、その頭部８４が金型２
６２から突出した状態で型部２６４内に載置される。次
いで、パンチ２６８，スリーブ２７０を下方に移動させ
る。この内、スリーブ２７０については、第３鍛造品９
２の頭部８４の上端部周縁に当接するまで移動させ、パ
ンチ２６８については、その先端部２６８ｂが脚部８８
の端部（図中下方）付近に到達するまで移動させて第３
鍛造品９２を据え込み成形する。

【００５６】これにより、第１予備孔部９０と同径で、
かつ、この孔部９０よりも深長の第２孔部６２が形成さ
れると共に、この第２孔部６２の先端（図中下方）に
は、パンチ２６８の先端部２６８ｂの形状に対応した第
２予備孔部９４が形成される。また、第１予備孔部９０
及び第２予備孔部９４の体積を合計した分の金属素材
が、脚部８８の下端側に押し広げられることにより、脚
部８８が下方に伸長した状態の脚部９６と、この脚部９
６の下端に小径脚部９８とが形成される。

【００５７】このようにして、第５冷間鍛造工程では、
頭部８４，フランジ部５４，脚部９６，小径脚部９８，
第１孔部６０，第２孔部６２，第２予備孔部９４を有す
る第４鍛造品１００が形成される。 （冷間鍛造加工の第６工程）次に、図２（ｇ）に示すよ
うに、第６ステーション２８０では、第４鍛造品１００
の脚部９６及び小径脚部９８の形状に対応した型部２８
４を有する金型２８２が設けられいる。即ち、型部２８
４は、脚部保持部２８４ａ及び小径脚部保持部２８４ｂ
を有している。また、型部２８４の下方には、筒状のＫ
Ｏピン２８６が配置され、金型２８２の底部に穿設され
たピン挿通孔２８２ａを介して、型部２８４側に挿通さ
れる。そして、型部２８４の上方には、最大径が第４鍛
造品１００の第２予備孔部９４と略同じ外径のパンチ２
８８が上下動可能に配置されている。また、パンチ２８
８の先端面はわずかに尖った形状を呈している。更に、
型部２８４の上方には、筒状のスリーブ２９０が配置さ
れる。尚、ＫＯピン２８６は、その内径がパンチ２８８
の最大外径と略同じとなるように形成されている。

【００５８】そして、この第６工程では、まず、型部２
８４に第４鍛造品１００を、その小径脚部９８から先に
挿入する。すると、第４鍛造品１００は、そのフランジ
部５４から上部側が金型２８２から突出した状態で型部
２８４内に載置される。次いで、パンチ２８８，スリー
ブ２９０を下方に移動させる。この内、スリーブ２９０
については、第４鍛造品１００の頭部８４の上端部周縁
側に当接するまで移動させる。そして、パンチ２８８に
ついては、その先端部が小径脚部９８を貫通するまで移
動させて第４鍛造品１００を据え込み成形する。

【００５９】これにより、第２予備孔部９４と同径の第
３孔部６４が形成され、しかも、この第３孔部６４，第
１孔部６０，第２孔部６２がそれぞれ連通した状態とな
る。このようにして、第６冷間鍛造工程では、頭部８
４，フランジ部５４，脚部９６，小径脚部９８，第１孔
部６０，第２孔部６２，第３孔部６４を有する最終鍛造
品１０２が形成される。

【００６０】以上に示した第１〜第６工程を経ることに
より鍛造品を形成することができる。尚、本実施例で
は、上記した第１〜第３工程が請求項記載の「予備成形
工程」に相当し、第３工程にて形成された中間鍛造品８
２が請求項記載の「中間鍛造品」に相当する。また、上
記した第４〜第６工程が請求項記載の「最終工程」に相
当し、第６工程にて形成された最終鍛造品１０２が請求
項記載の「最終鍛造品」に相当する。

【００６１】このようにして形成された最終鍛造品１０
２では、頭部８４の外表面を切削機械にて切削すること
により、図１に示すように、加締部５２ａを有する頭部
５２を成形し、脚部９６の外表面にねじ山を形成して脚
部５６を成形し、小径脚部９８を外表面を切削して、こ
の小径脚部９８よりも小さい外径の小径脚部５８を成形
することにより、主体金具５０が製造される。

【００６２】そして、最終鍛造品１０２では、多角形状
（六角形状）フランジ部５４が既に完成された状態であ
るため、その分削り代が少なくなって素材の材料費を低
く押さえることが可能となる。従って、本実施例の製造
方法によれば、主体金具の製造コストを低く抑えること
が可能となる。

【００６３】また、円柱状の金属素材から最終鍛造品１
０２を形成するには、複数工程に分けて徐々に素材を鍛
造するようにしているため、鍛造途中において素材が加
工硬化してしまうことがない。このため、最終鍛造品１
０２を形成するまでの過程では、全く焼き鈍しを施す必
要がない。従って、素材の硬化によって冷間鍛造成形機
の金型に負担をかけてしまうのを低減できる。また、鍛
造するだけで最終鍛造品１０２が形成されるため、主体
金具５０を形成する期間を従来に比べて著しく短縮する
ことが可能となる。

【００６４】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
種々の態様を採ることができる。例えば、本実施例で
は、本発明の製造方法を適用する製造方法を酸素センサ
の主体金具に適用するようにしたが、炭化水素センサ等
の他のガスセンサが備える主体金具や、各種燃焼機器が
備える点火プラグの主体金具に適用するようにしてもよ
い。

【００６５】また、本実施例では、主体金具を製造する
ための素材として、フェライト系ステンレス（例えば、
ＳＵＳ４３０）を使用するようにしたが、クロムモリブ
デン鋼等の高硬度素材を使用するようにしてもよい。更
にまた、フランジ部の形状としては、上記したボルトの
頭部の形状として一般的な六角形状を呈するように形成
するのに限定されず、例えば四角形状を呈するように形
成してもよく、所定の工具を用いてこのフランジ部を締
め付けることにより金具を対象物に固定可能となる形状
であればどのような形状を採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 酸素センサの概略構成を表す説明図である。

【図２】 主体金具を形成するための鍛造品（鍛造品）
を形成する方法を表す説明図である。

【図３】 鍛造品の横断面形状を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

５０…主体金具（筒状金具）、５２…頭部、５４…フラ
ンジ部、５６…脚部、５８…小径脚部、６０…第１孔部
（収容孔）、６２…第２孔部（収容孔）、６４…第３孔
部（収容孔）、７２…第１鍛造品、７４…第２鍛造品、
８６…予備成形フランジ部、８２…中間鍛造品、９２…
第３鍛造品、１００…第４鍛造品、１０２…最終鍛造
品、２００，２１０，２２０，２４０，２６０，２８０
…冷間鍛造機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/409 Ｇ０１Ｎ 27/58 Ｂ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側に被収容物を収容可能な収容孔また
   は収容凹部が形成された筒状金具の製造方法であって、 所定形状を呈する金属塊を鍛造して、前記筒状金具の外
   形を呈する中間鍛造品を成形する予備成形工程と、 前記予備成形工程に続いて、前記中間鍛造品を更に鍛造
   して、前記収容孔または収容凹部を成形する最終工程と
   からなる冷間鍛造工程を含み、 前記予備成形工程及び前記最終工程では、それぞれ金型
   を換えて複数回に分けて鍛造を行い、前記冷間鍛造工程
   の途中では焼き鈍しを行わないことを特徴とする筒状金
   具の製造方法。
2. 【請求項２】 前記予備成形工程及び前記最終工程は、
   それぞれ少なくとも３種類以上の金型を換えて鍛造を行
   うことを特徴とする請求項１に記載の筒状金具の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記予備成形工程では、鍛造により前記
   筒状金具の外形を予備成形し、前記最終工程では、前記
   収容孔または収容凹部を成形する過程にて該予備成形さ
   れた該筒状金具を更に外側に押し広げることにより、該
   筒状金具の外形の少なくとも一部を完成させることを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の筒状金具の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記筒状金具は、その外周の少なくとも
   一部にフランジ部が突設されていることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれか１項に記載の筒状金具の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記筒状金具は、その外周の少なくとも
   一部が周方向に多角形状を呈するように形成されている
   ことを特徴とする１〜４のいずれか１項に記載の筒状金
   具の製造方法。
6. 【請求項６】 前記筒状金具は、酸素濃度を測定する酸
   素センサ素子を筒内側に収容するための主体金具である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   筒状金具の製造方法。
7. 【請求項７】 前記予備成形工程は、 円柱状の素材を据え込み成形することにより、一端の角
   が丸みを帯びた弾丸状の第１鍛造品を形成する第１工程
   と、 前記第１鍛造品の丸みを帯びた側を押し出し方向にし
   て、該第１鍛造品を押し出し成形することにより、丸み
   を帯びた側と反対側に円柱状の頭部と、丸みを帯びた側
   に該頭部よりも小さい外径の脚部とを有する第２鍛造品
   を形成する第２工程と、 前記第２鍛造品を据え込み成形することにより、前記頭
   部の前記脚部側外周を外側方向に突出させて、前記フラ
   ンジ部が予備形成された状態の前記中間鍛造品を形成す
   る第３工程とを含む複数の冷間鍛造工程からなり、 前記最終工程は、 前記中間鍛造品を据え込み成形することにより、前記頭
   部を貫通するように穿設された第１孔部と、該第１孔部
   の体積に略相当する分の前記素材を前記フランジ部の予
   備成形部分に押し広げて完成された該フランジ部とを有
   する第３鍛造品を形成する第４工程と、 前記第３鍛造品を据え込み成形することにより、前記脚
   部の前記フランジ部とは反対側の端部に連設され、該脚
   部よりも小さい外径を有する小径脚部と、前記第１孔部
   よりも小径の第２孔部とを有する第４鍛造品を形成する
   第５工程と、 前記第４鍛造品を打ち抜き成形することにより、前記第
   １孔部及び前記第２孔部に連通し、前記小径脚部の前記
   脚部とは反対側の端部までの間を貫通するように穿設さ
   れた第３孔部を有する前記最終鍛造品を形成する第６工
   程とを含む複数の冷間鍛造工程からなることを特徴とす
   る請求項１〜６のいずれか１項に記載の筒状金具の製造
   方法。