JP2002316236A - 自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鍛造加工を単一工程で生産可能として生産性
の向上とコストダウンを図ることができる自動車用酸素
センサー金具の鍛造成形方法を提供する。 【解決手段】 第１工程で高速鍛造加工機内でフェライ
ト系ステンレス鋼のコイル線材を高周波加熱装置で所定
温度に加熱して成形加工する温間鍛造成形により棒材１
から成形仕上げ品８までの外側六角形状部３と内側三段
形状の貫通穴９の穴あけとをその材料特性と鍛造解析シ
ミュレーションによる加工応力の計測分散とで精密鍛造
成形加工によって単一工程で連続成形加工し、第２工程
では従来と同様に洗浄、表面処理、機械加工を行って完
成品Ｂに仕上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の給排気
酸素濃度を感知するセンサー金具の鍛造成形方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】難加工材として扱われる耐亀裂性及び耐
酸化性にすぐれたフェライト系ステンレス鋼で自動車の
給排気酸素濃度を感知するセンサー金具を鍛造成形する
場合、このセンサー金具は中空状の金具であって、しか
も、貫通の内側３段形状穴を精密鍛造するにあたって
は、その材料特性である加工硬化、摩擦抵抗、発熱量が
大きいためにワーク端面の穴あけ部表面層に潤滑皮膜処
理なしでは生産性に欠け大量生産が不可能なことから、
表面処理工程を介した冷間鍛造加工機による２度の鍛造
成形加工工程を必要とした。

【０００３】すなわち、従来は、たとえば、図５乃至図
９に示されているように、直径が１７ｍｍ程度で表面に
しゅう酸皮膜を有するフェライト系ステンレス鋼のコイ
ル状に巻回されたステンレス鋼材Ａ（図５参照）から第
１回目の冷間鍛造成形加工において、棒材１（コイル切
断品）（図６（イ）参照）を凹型（雌型）にセットした
後、凸型（雄型）で冷間鍛造を施すことにより棒材１が
絞り加工により塑性変形して穴あけなしの段付き成形品
２（図６（ロ）参照）に鍛造成形され、次工程におい
て、この段付き成形品２から据込み加工により外側に六
角形状部３を有する成形中間品４（図６（ハ）参照）を
鍛造成形する。

【０００４】上記第１回目の冷間鍛造成形加工が終了す
ると、表面処理工程として成形中間品４の表面に付着し
ている油を洗浄除去し、この洗浄された成形中間品４を
略７３０℃程度で軟化焼鈍した後、成形中間品４の表面
に付着している酸化皮膜を、たとえば、ショットブラス
トなどによって取り除く脱皮膜処理を行い、次いで、こ
の脱皮膜処理により地金が出るので、その表面にしゅう
酸皮膜をつけてその上にモリブデンなどの粉末をまぶす
潤滑皮膜処理を施す５工程を経た後、第２回目の冷間鍛
造成形加工に入る。

【０００５】第２回目の冷間鍛造成形加工では、上記成
形中間品４に穴あけ加工と外側円柱状部１０を成形加工
するものであるが、先ず、３段形状の貫通穴９の穴あけ
加工においては１段目の大径の穴５を穴あけ加工により
鍛造成形し（図７（ニ）参照）、次いで、２段目の中径
の穴６を同じく穴あけ加工により鍛造成形し（図７
（ホ）参照）、さらに、３段目の小径の穴７を同じく穴
あけ加工により鍛造成形するとともに外側３段形状の円
柱状部１０をも鍛造成形して成形仕上げ品８（図７
（ヘ）参照）を作る。

【０００６】上記冷間鍛造成形加工により作られた成形
仕上げ品８は、以後、洗浄→表面処理（皮膜処理）→機
械加工の順に行われるものであるが、先ず、鍛造成形時
の油を除去する洗浄を行い、次いで、たとえば、アルミ
ナを使って表面に付着しているしゅう酸被膜を除去する
表面処理をした後、機械加工により図８の半完成品のも
のから切削代１１の切削除去とネジ切り部１２に転造成
形によりネジ山１３を形成するといった一連の加工工程
を経て完成品Ｂ（図９参照）ができ上がる成形方法を採
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
１台の冷間鍛造機で、先ず、第１回目の冷間鍛造成形加
工において、フェライト系ステンレス鋼のコイル線材か
ら図６（イ）、（ロ）、（ハ）に示されている順序で穴
あけなしの成形中間品４を鍛造成形し、冷間鍛造なるが
故に次いで、洗浄、軟化焼鈍、脱皮膜処理及び潤滑皮膜
処理の工程を介在して、成形中間品４から第２回目の冷
間鍛造成形加工において、図７（ニ）、（ホ）、（ヘ）
に示されている順序で穴あけ加工と外側円柱加工をした
成形仕上げ品８を鍛造成形するといった工程が必要があ
るため、生産性が極めて悪いという問題点があった。加
えて、上記鍛造仕上がりの成形仕上げ品８（図７（ヘ）
参照）は外側円柱部を除く大部分が六角形状のみとなっ
ているので、図８に示されているようにその切削代１１
の面積が多く次工程における機械加工時の切削加工性及
び生産性が悪く、また、長い工程の管理、輸送と表面処
理加工の外注依存の付加も高いという問題点も併せ有し
ていた。

【０００８】上記従来の技術において、冷間鍛造２工程
間に焼鈍工程を介在させるのは、第１回目の冷間鍛造工
程で加工硬化した成形中間品を第２回目の冷間鍛造で加
工する際の成形負荷軽減を目的として軟化させるための
工程であり、その焼鈍加工を適正にするためには洗浄工
程が必要であり、焼鈍加工後は成形中間品の表面に酸化
皮膜層が発生するので焼鈍に同じく第２回目の冷間鍛造
での成形負荷軽減を目的とした潤滑皮膜の加工をするた
めに酸化皮膜を除去する脱皮膜処理が必要であった。こ
の結果、従来の技術では、コイル線材→冷間鍛造→洗浄
→軟化焼鈍→脱皮膜処理→潤滑皮膜処理→冷間鍛造→洗
浄→表面処理→機械加工の１０工程を要していた。

【０００９】この発明の自動車用酸素センサー金具の鍛
造成形方法は上記課題を解決し、高速回転の鍛造機を材
料加熱装置を用いてフェライト系ステンレス鋼材の変形
抵抗の軽減と塑性加工性能の向上を図るとともに鍛造解
析シミュレーションにより加工応力を分散することによ
って鍛造加工を単一工程で生産可能として生産性の向上
と併せて工程間の管理費、輸送費、人件費などの低減と
材料費の節減とにより著しくコストダウンを図ることが
できる自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法の提供
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するこの
発明の請求項１の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形
方法は、高速鍛造加工機内でフェライト系ステンレス鋼
材を高周波加熱装置で所定温度に加熱して成形加工する
温間鍛造成形によりコイル線材から内側貫通穴の成形及
び外側の円柱形状部と六角形状部とを成形する加熱され
た棒材から成形仕上げ品までの各々の鍛造加工を単一工
程で連続成形加工する第１工程と、上記成形仕上げ品の
洗浄、表面処理、機械加工をする第２工程とからなるこ
とを要旨とする。

【００１１】上記課題を解決するこの発明の請求項２の
自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記請求
項１記載の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法に
おいて、上記第１工程及び第２工程の成形レイアウト
は、コイル線材→温間鍛造→洗浄→表面処理→機械加工
の５工程であることを要旨とする。

【００１２】上記課題を解決するこの発明の請求項３の
自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記請求
項１及び２記載の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形
方法において、上記第１工程における棒材から成形仕上
げ品までの絞り、据込み、穴あけの各々の鍛造成形は、
それぞれの鍛造成形に必要な特有の金型を有する１台の
温間鍛造機で鍛造解析シミュレーションにより加工応力
が集中して片寄らないように加工応力を計測分散して設
計された金型を用い連続成形加工することを要旨とす
る。

【００１３】上記課題を解決するこの発明の請求項４の
自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記請求
項１、２及び３記載の自動車用酸素センサー金具の鍛造
成形方法において、上記加熱された棒材から成形仕上げ
品までの成形用の凹型と凸型を一定の間隔を存して並列
状に備え、ワークをトランスファーで順次移送して各々
の鍛造成形を単一工程で連続鍛造成形加工することを要
旨とする。

【００１４】上記課題を解決するこの発明の請求項５の
自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記請求
項１乃至４のいずれかに記載の自動車用酸素センサー金
具の鍛造成形方法において、上記鍛造成形品の内側貫通
穴と外側円柱形状部は、尖角部が形成されない程度の加
工応力で成形することを要旨とする。

【００１５】上記課題を解決するこの発明の請求項６の
自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記請求
項１乃至５のいずれかに記載の自動車用酸素センサー金
具の鍛造成形方法において、上記鍛造成形品の内側貫通
穴と外側六角形状部は、精密鍛造成形加工することを要
旨とする。

【００１６】上記構成を有するこの発明の請求項１記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、第１工
程において高速鍛造加工機内でフェライト系ステンレス
鋼材を高周波加熱装置で所定温度に加熱して成形加工す
る温間鍛造成形によりその変形抵抗を軽減し塑性加工性
能を向上させて棒材から成形仕上げ品までの各々の鍛造
加工を単一工程で連続成形加工可能としたので、生産性
は著しく向上する。そして、この単一工程で成形加工さ
れる成形仕上げ品は六角形状部が３種の異径円柱形状部
の中間部に位置するだけである。したがって、切削代が
著しく減ずるので、投入材料の低減、切削加工性及び生
産性が向上する。また、第２工程では、従来と同様に洗
浄、表面処理（皮膜処理）、機械加工を行って完成品に
仕上げるものであるが、上記したように生産性の向上と
相まって切削代が少ないので、材料費の節減、切削加工
の生産性の向上及び切粉スクラップの低減にもなる。

【００１７】上記構成を有するこの発明の請求項２記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記鍛
造加工を単一工程としたので、コイル線材から温間鍛造
までの第１工程と第２工程（後工程）である洗浄→表面
処理→機械加工を合わせて５工程で完成品の作出ができ
るので、従来の半分の５工程は省略できる。したがっ
て、成形レイアウトの半減により鍛造成形加工部品の生
産性は倍加する。

【００１８】上記構成を有するこの発明の請求項３記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記第
１工程の棒材から成形仕上げ品までの絞り、据込み、穴
あけの各々の鍛造成形は、それぞれの鍛造成形に必要な
特有の金型を有する１台の温間鍛造機で鍛造解析シミュ
レーションにより加工応力が集中して片寄らないように
加工応力を計測分散することによって設計された金型を
用い連続成形加工を可能とした単一工程となっているの
で、鍛造２工程間の洗浄、軟化焼鈍、酸化皮膜除去、潤
滑皮膜処理、鍛造加工の５工程が省略でき、鍛造２工程
が一環化され、生産性は向上する。

【００１９】上記構成を有するこの発明の請求項４記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、高速鍛
造加工機が加熱された棒材から成形仕上げ品までの成形
用の凹型と凸型を一定の間隔を存して並列状に備え、ワ
ークをトランスファーで順次移送して各々の鍛造成形を
単一工程で連続鍛造成形加工できるようになっているの
で、上記鍛造解析シミュレーションによる加工応力の分
散と相まって鍛造加工が一環化され、鍛造成形工程は半
減する。したがって、生産性は著しく向上する。

【００２０】上記構成を有するこの発明の請求項５記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、鍛造成
形品の内側貫通穴と外側円柱形状部は、尖角部が形成さ
れない程度の加工応力で成形されるから、尖角部が、た
とえば、斜状の面とり形状又はアール形状に形成されて
加工応力が角部に集中しない。したがって、加工応力の
集中による金属疲労のおそれはなく耐久性は向上する。

【００２１】上記構成を有するこの発明の請求項６記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、鍛造成
形品の内側貫通穴と外側六角形状部は、精密鍛造加工さ
れるから、後工程の機械加工が不要となり、生産性が向
上できる。ここで、精密鍛造とは、後工程の機械加工を
不要とした鍛造工程で完成品の寸法精度を出す手法であ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以上説明したこの発明の構成、作
用を一層明確にするために、以下この発明の自動車用酸
素センサー金具の鍛造成形方法の好適な実施の形態の一
例について図面を参照して説明する。なお、図５乃至図
９に示した従来例と同一部分には同一符号を付して説明
する。

【００２３】図１はフェライト系ステンレス鋼のコイル
状に巻回されたステンレス鋼材Ａの一例を示した斜視図
であり、図２（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、
（ホ、）（ヘ）は単一工程で一環生産される温間鍛造成
形レイアウトの一例を示した半断面図であって、図１
（イ）はコイル状のステンレス鋼材Ａから所定の寸法に
切断された棒材１で、直径が１７ｍｍ程度で外周面には
しゅう酸皮膜を有している。そこで、高速鍛造加工機内
で上記棒材１を高周波加熱装置で所定の温度（材料特性
から４００℃位が最も望ましい）に加熱して成形加工す
る温間鍛造成形により、先ず、棒材１（図２（イ）参
照）を絞り、据込み加工によりその大部分（図示上部）
の外側を六角形状部３に成形した穴あけなしの成形中間
品４（図２（ロ）参照）を精密鍛造によって成形する。
次いで、上記成形中間品４の軸心位置に穴あけ加工によ
って１段目の大径の穴５（図２（ハ）参照）→２段目の
中径の穴６（図２（ニ）参照）→３段目の小径の穴７
（図２（ホ）参照）の順に精密鍛造により成形して３段
形状の貫通穴９をあけ、さらに、上記六角形状部３の上
方部を絞り加工によって円筒状部３ａに成形し外側の３
種の異なる円柱形状部１０の中間位置にだけ六角形状部
３を残した成形仕上げ品８（図２（ヘ）参照）を成形す
る。上記一連の成形加工は、図示しないが、成形用の凹
型と凸型を一定の間隔を存して並列状に備え、ワーク
（棒材など）をトランスファーで順次次工程に自動移送
して各々の鍛造成形を単一工程で連続的に１台の高速温
間鍛造加工機で行うものである。

【００２４】上記一連の精密鍛造成形において、その材
料として用いられているフェライト系ステンレス鋼は、
その材料特性が加熱することで軟化傾向になるため、鍛
造成形加工の負荷を軽減することができる。加工硬化特
性は材料の非加熱時と比較してその影響が顕著に少なく
なることから潤滑皮膜処理なしで精密穴あけ鍛造加工が
単一工程で一環して行え高速大量生産が可能となる。ま
た、加工応力の集中を避けるために、鍛造解析シミュレ
ーションで加工応力を計測し、加工時に加工応力が一定
個所に集中して片寄らないように分散させ、各部均等な
加工応力のもとに成形加工するので、上記材料特性と相
まって単一工程で連続鍛造成形加工が行える。このと
き、鍛造成形品の内側貫通穴と外側円柱形状部に尖角部
が形成されないので、加工応力の集中は生じない。

【００２５】上記温間鍛造成形により成形された成形仕
上げ品８は、以後、洗浄→表面処理（皮膜処理）→機械
加工（切削加工）の順に行われるものであるが、図３は
成形仕上げ品８の切削加工とネジ形成前の半完成品、図
４は切削加工とネジ山形成を行った完成品Ｂの半断面図
であって、先ず、成形仕上げ品８を洗浄して鍛造成形加
工時の油を洗浄除去する。その後、成形仕上げ品８の表
面に付着しているしゅう酸皮膜を、たとえば、アルミナ
を使って除去する表面処理を行う。この表面処理を行う
のは、表面にしゅう酸皮膜が付着していると、酸素セン
サーとしての機能上よくないからである。そして、最後
に機械加工により切削代１１を切削除去する。この切削
加工は、たとえば、施盤で切削代１１を切削するもので
ある。上記切削加工終了後、成形仕上げ品８のネジ切り
部１２に転造成形によってネジ山１３を成形し完成品
（図４参照）となる。なお、上記ネジ山成形において転
造加工によると、成形仕上げ品８の軸方向に延びる繊維
組織が緻密な組織構造を保有したままネジ山１３が形成
されるため、高い強度と耐圧性を有し信頼性と安全性が
高くなり、併せて、切削代１１の減少と相まって材料の
歩留まりもよくなる。

【００２６】上記自動車用酸素センサー金具の鍛造成形
方法において、高速鍛造加工機内でフェライト系ステン
レス鋼材を高周波加熱装置で略４００℃程度に加熱する
ことにより変形抵抗を軽減し、塑性加工性能を向上さ
せ、鍛造加工品の貫通穴の内側形状は加工油のみの潤滑
によって３段形状の貫通穴に精密鍛造成形加工でき、ま
た、外側は３種の異なる寸法の円柱形状に加えて中間に
精密鍛造成形加工による六角形状の環状凸部が単一工程
でもって成形できるのである。これは、フェライト系ス
テンレス鋼がその特質である加熱による変形抵抗の軽減
と塑性加工性能の向上とを有するとともに、使用する金
型はあらかじめ鍛造解析シミュレーションにより加工応
力が集中して片寄らないように加工応力を計測分散する
様設計してあるからである。すなわち、加工応力の集中
分布を調べて鍛造中間工程の形状を決めるための解析を
パソコンで検証しそのシミュレーションに合った金型を
作って成形するからである。したがって、従来はコイル
線材→冷間鍛造→洗浄→軟化焼鈍→脱皮膜処理→潤滑皮
膜処理→冷間鍛造→洗浄→表面処理→機械加工の１０工
程の製造工程を要していたものが、コイル線材→温間鍛
造→洗浄→表面処理→機械加工の全工程で済み半分の５
工程が省略できる。

【００２７】上記成形レイアウトであるから、従来の冷
間鍛造２工程間の洗浄、焼鈍、脱皮膜処理、潤滑皮膜処
理の各別の単独工程が削除されて工程間の管理費、輸送
費、人件費、加工費、在庫などがなくなり、しかも、材
料特性による軟化傾向、加工硬化特性及び鍛造解析シミ
ュレーションによる加工応力の分散から潤滑皮膜処理を
しなくても精密穴あけ鍛造が高速大量生産できるため均
一な製品の量産が可能となりコスト的にも極めて低廉と
なる。

【００２８】また、単一工程で成形加工される成形仕上
げ品は、従来の成形仕上げ品と異なり六角形状の環状凸
部が３種の異径円柱形状部の略中間部に位置して成形さ
れるので、切削代１１が従来のものに比べ１１ａの部分
だけ減じ投入材料の節減、切削加工性及び生産性の向上
は勿論のこと、切粉スクラップの低減にもなる。

【００２９】さらに、鍛造成形に必要なそれぞれの金型
を有する１台の温間鍛造機による連続成形加工及びこれ
らの一環化により生産性の向上を図ることができる。

【００３０】以上この発明の実施の形態の一例について
説明したが、この発明はこうした実施の形態のものに何
等限定されず、この発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々なる形態で実施しうることは勿論である。たとえ
ば、自動車用酸素センサー金具のほかに、自動車用プラ
グの金属部分その他の中空状金具にも適用できるもので
ある。

【００３１】

【発明の効果】この発明は以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３２】この発明の請求項１記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、第１工程において
高速鍛造加工機内でフェライト系ステンレス鋼材を高周
波加熱装置で所定温度に加熱して成形加工する温間鍛造
成形によりその変形抵抗を軽減し塑性加工性能を向上さ
せて棒材から成形仕上げ品までの各々の鍛造加工を単一
工程で連続成形加工可能としたので、生産性は著しく向
上する。そして、この単一工程で成形加工される成形仕
上げ品は六角形状部が３種の異径円柱形状部の中間部に
位置するだけである。したがって、切削代が著しく減ず
るので、投入材料の低減、切削加工性及び生産性が向上
する。また、第２工程では、従来と同様に洗浄、表面処
理（皮膜処理）、機械加工を行って完成品に仕上げるも
のであるが、上記したように生産性の向上と相まって切
削代が少ないので、材料費の節減、切削加工の生産性の
向上及び切粉スクラップの低減にもなる。

【００３３】この発明の請求項２記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、上記鍛造加工を単
一工程としたので、コイル線材から温間鍛造までの第１
工程と第２工程（後工程）である洗浄→表面処理→機械
加工を合わせて５工程で完成品の作出ができるので、従
来の半分の５工程は省略できる。したがって、成形レイ
アウトの半減により鍛造成形加工部品の生産性は倍加す
る。

【００３４】この発明の請求項３記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、上記第１工程の棒
材から成形仕上げ品までの絞り、据込み、穴あけの各々
の鍛造成形は、それぞれの鍛造成形に必要な特有の金型
を有する１台の温間鍛造機で鍛造解析シミュレーション
により加工応力が集中して片寄らないように加工応力を
計測分散することによって連続成形加工を可能とした単
一工程となっているので、鍛造２工程間の洗浄、軟化焼
鈍、酸化皮膜除去、潤滑皮膜処理、鍛造加工の５工程が
省略でき、鍛造２工程が一環化され、生産性は向上す
る。

【００３５】この発明の請求項４記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、高速鍛造加工機が
加熱された棒材から成形仕上げ品までの成形用の凹型と
凸型を一定の間隔を存して並列状に備え、ワークをトラ
ンスファーで順次移送して各々の鍛造成形を単一工程で
連続鍛造成形加工できるようになっているので、上記鍛
造解析シミュレーションによる加工応力の分散と相まっ
て鍛造加工が一環化され、鍛造成形工程は半減する。し
たがって、生産性は著しく向上する。

【００３６】この発明の請求項５記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、鍛造成形品の内側
貫通穴と外側円柱形状部は、尖角部が形成されない程度
の加工応力で成形されるから、尖角部が、たとえば、斜
状の面とり形状又はアール形状に形成されて加工応力が
角部に集中しない。したがって、加工応力の集中による
金属疲労のおそれはなく耐久性は向上する。

【００３７】この発明の請求項６記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、鍛造成形品の内側
貫通穴と外側六角形状部は、精密鍛造加工されるから、
後１工程の機械加工が不要となり、生産性が向上でき
る。

【００３８】以上説明したように、この発明の自動車用
酸素センサー金具の鍛造成形方法は、鍛造２工程の一環
化と併せて工程短縮、生産の高速化による量産及び材料
費の節減、人件費、輸送費などの削減と相まって著しく
コストダウンできる。

【００３９】また、材料としてフェライト系ステンレス
鋼を用いたので、耐亀裂性及び耐酸化性にすぐれ、しか
も、熱膨張係数が低いことから、エンジンから受ける熱
負荷で損傷するおそれはなく、強度的にもすぐれた金具
がさらに安価に提供できるものである。また、その材料
特性が加熱することで軟化傾向になるため、鍛造成形加
工の負荷を軽減することができる。加工硬化特性は材料
の非加熱時と比較してその影響が顕著に少なくなること
から潤滑皮膜処理なしで精密穴あけ鍛造加工が単一工程
で一環して行え高速大量生産が可能となる。

【００４０】さらに、加工応力の集中を避けるために鍛
造解析シミュレーションで加工応力を計測しながら加工
応力が集中して片寄らないように分散させて成形加工す
ることによって、従来のコイル線材→冷間鍛造→洗浄→
軟化焼鈍→脱皮膜処理→潤滑皮膜処理→冷間鍛造の各工
程を省略して単一工程のもとに連続鍛造成形加工が行い
うるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の自動車用酸素センサー金具の鍛造成
形方法に用いるコイル状に巻回されたステンレス鋼材の
一例を示した斜視図である。

【図２】第１工程で連続成形加工される棒材（イ）から
成形仕上げ品（ヘ）までの成形レイアウトの一例を示し
た半断面図である。

【図３】第１工程で成形加工された成形仕上げ品に対す
るネジ形成前の半完成品の切削代を断面で示した半断面
図である。

【図４】切削加工とネジ成形をした完成品の半断面図で
ある。

【図５】従来のステンレス鋼材を示した斜視図である。

【図６】従来の第１回目の冷間鍛造で加工される棒材
（イ）から成形中間品（ハ）までの成形レイアウトを示
した半断面図である。

【図７】従来の第２回目の冷間鍛造で加工される１段目
の穴あけ（ニ）から成形仕上げ品（ヘ）までの成形レイ
アウトを示した半断面図である。

【図８】成形仕上げ品に対するネジ形成前の半完成品の
切削代を断面で示した半断面図である。

【図９】切削加工とネジ成形加工をした完成品の半断面
図である。

【符号の説明】

Ａ…ステンレス鋼材 １…棒材 ２…成形中間品 ３…六角形状部 ４…成形中間品 ８…成形仕上げ品 ９…貫通穴 １１…切削代 Ｂ…完成品

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月１４日（２００１．５．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】上記第１回目の冷間鍛造成形加工が終了す
ると、表面処理工程として成形中間品４の表面に付着し
ている油を洗浄除去し、この洗浄された成形中間品４を
略７３０℃程度で軟化焼鈍した後、成形中間品４の表面
に付着している生成した酸化皮膜を、たとえば、ショッ
トブラストなどによって取り除く脱皮膜処理を行い、次
いで、この脱皮膜処理により地金が出るので、その表面
にしゅう酸皮膜をつけてその上にモリブデンなどの粉末
をまぶす潤滑皮膜処理を施す５工程を経た後、第２回目
の冷間鍛造成形加工に入る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
１台の冷間鍛造機で、先ず、第１回目の冷間鍛造成形加
工において、フェライト系ステンレス鋼のコイル線材か
ら図６（イ）、（ロ）、（ハ）に示されている順序で穴
あけなしの成形中間品４を鍛造成形し、冷間鍛造なるが
故に次いで、洗浄、軟化焼鈍、脱皮膜処理及び潤滑皮膜
処理の工程を介在して、成形中間品４から第２回目の冷
間鍛造成形加工において、図７（ニ）、（ホ）、（ヘ）
に示されている順序で穴あけ加工と外側円柱加工をした
成形仕上げ品８を鍛造成形するといった工程が必要であ
るため、生産性が極めて悪いという問題点があった。加
えて、上記鍛造仕上がりの成形仕上げ品８（図７（ヘ）
参照）は外側円柱部を除く大部分が六角形状のみとなっ
ているので、図８に示されているようにその切削代１１
の面積が多く次工程における機械加工時の切削加工性及
び生産性が悪く、また、長い工程の管理、輸送と表面処
理加工の外注依存の付加も高いという問題点も併せ有し
ていた。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】上記課題を解決するこの発明の請求項２の
自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記請求
項１記載の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法に
おいて、上記第１工程及び第２工程の成形レイアウト加
工工程は、コイル線材→温間鍛造→洗浄→表面処理→機
械加工の５工程であることを要旨とする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】上記構成を有するこの発明の請求項２記載
の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法は、上記鍛
造加工を単一工程としたので、コイル線材から温間鍛造
までの第１工程と第２工程（後工程）である洗浄→表面
処理→機械加工を合わせて５工程で完成品の作出ができ
るので、従来の半分の５工程は省略できる。したがっ
て、成形レイアウト加工工程の半減により鍛造成形加工
部品の生産性は倍加する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】図１はフェライト系ステンレス鋼のコイル
状に巻回されたステンレス鋼材Ａの一例を示した斜視図
であり、図２（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、
（ホ、）（ヘ）は単一工程で一環生産される温間鍛造成
形レイアウトの一例を示した半断面図であって、図１
（イ）はコイル状のステンレス鋼材Ａから所定の寸法に
切断された棒材１で、直径が１７ｍｍ程度で外周面には
しゅう酸皮膜を有している。そこで、高速鍛造加工機内
で上記棒材１を高周波加熱装置で所定の温度（材料特性
から４００℃位が最も望ましい）に加熱して成形加工す
る温間鍛造成形により、先ず、切断された棒材１（図２
（イ）参照）を絞りと据込み加工によりその大部分（図
示上部）の外側を六角形状部３に成形した穴あけなしの
成形中間品４（図２（ロ）参照）を精密鍛造によって成
形する。次いで、上記成形中間品４の軸心位置に穴あけ
加工によって１段目の大径の穴５（図２（ハ）参照）→
２段目の中径の穴６（図２（ニ）参照）→３段目の小径
の穴７（図２（ホ）参照）の順に精密鍛造により成形し
て３段形状の貫通穴９をあけ、さらに、上記六角形状部
３の上方部を絞り加工によって円筒状部３ａに成形し外
側の３種の異なる円柱形状部１０の中間位置にだけ六角
形状部３を残した成形仕上げ品８（図２（ヘ）参照）を
成形する。上記一連の成形加工は、図示しないが、成形
用の凹型と凸型を有する各々の成形加工部を一定の間隔
を存して並列状に備え、ワーク（棒材など）をトランス
ファーで各々の成形加工部へ順次自動移送して各々の鍛
造成形を１台の高速温間鍛造加工機で連続した単一工程
のもとに行うものである。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】上記温間鍛造成形により成形された成形仕
上げ品８は、以後、洗浄→表面処理（皮膜処理）→機械
加工（切削加工）の順に行われるものであるが、図３は
成形仕上げ品８の切削加工とネジ形成前の半完成品、図
４は切削加工とネジ山形成を行った完成品Ｂの半断面図
であって、先ず、成形仕上げ品８を洗浄して鍛造成形加
工時の油を洗浄除去する。その後、成形仕上げ品８の表
面に付着しているしゅう酸皮膜を、たとえば、アルミナ
を使って除去する表面処理を行う。この表面処理を行う
のは、表面にしゅう酸皮膜が付着していると、酸素セン
サーとしての機能上よくないからである。そして、最後
に機械加工により切削代１１を切削除去する。この切削
加工は、たとえば、旋盤で切削代１１を切削するもので
ある。上記切削加工終了後、成形仕上げ品８のネジ切り
部１２に転造成形によってネジ山１３を成形し完成品
（図４参照）となる。なお、上記ネジ山成形において転
造加工によると、成形仕上げ品８の軸方向に延びる繊維
組織が緻密な組織構造を保有したままネジ山１３が形成
されるため、高い強度と耐圧性を有し信頼性と安全性が
高くなり、併せて、切削代１１の減少と相まって材料の
歩留まりもよくなる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】上記成形レイアウト加工工程であるから、
従来の冷間鍛造２工程間の洗浄、焼鈍、脱皮膜処理、潤
滑皮膜処理の各別の単独工程が削除されて工程間の管理
費、輸送費、人件費、加工費、在庫などがなくなり、し
かも、材料特性による軟化傾向、加工硬化特性及び鍛造
解析シミュレーションによる加工応力の分散から潤滑皮
膜処理をしなくても精密穴あけ鍛造が高速大量生産でき
るため均一な製品の量産が可能となりコスト的にも極め
て低廉となる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】この発明の請求項２記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、上記鍛造加工を単
一工程としたので、コイル線材から温間鍛造までの第１
工程と第２工程（後工程）である洗浄→表面処理→機械
加工を合わせて５工程で完成品の作出ができるので、従
来の半分の５工程は省略できる。したがって、成形レイ
アウト加工工程の半減により鍛造成形加工部品の生産性
は倍加する。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】この発明の請求項６記載の自動車用酸素セ
ンサー金具の鍛造成形方法によれば、鍛造成形品の内側
貫通穴と外側六角形状部は、精密鍛造加工されるから、
後工程の機械加工が不要となり、生産性が向上できる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】さらに、加工応力の集中を避けるために鍛
造解析シミュレーションで加工応力を計測しながら加工
応力が集中して片寄らないように分散させて成形加工す
ることができるように設計された凹凸両金型を使用する
ことで、従来のコイル線材→冷間鍛造→洗浄→軟化焼鈍
→脱皮膜処理→潤滑皮膜処理→冷間鍛造の各工程を省略
して単一工程のもとに連続鍛造成形加工が行いうるので
ある。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２１Ｋ 27/00 Ｂ２１Ｋ 27/00 Ｄ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速鍛造加工機内でフェライト系ステン
   レス鋼材を高周波加熱装置で所定温度に加熱して成形加
   工する温間鍛造成形によりコイル線材から内側貫通穴の
   成形及び外側の円柱形状部と六角形状部とを成形する加
   熱された棒材から成形仕上げ品までの各々の鍛造加工を
   単一工程で連続成形加工する第１工程と、 上記成形仕上げ品の洗浄、表面処理、機械加工をする第
   ２工程とからなる自動車用酸素センサー金具の鍛造成形
   方法。
2. 【請求項２】 上記第１工程及び第２工程の成形レイア
   ウトは、コイル線材→温間鍛造→洗浄→表面処理→機械
   加工の５工程である請求項１記載の自動車用酸素センサ
   ー金具の鍛造成形方法。
3. 【請求項３】 上記第１工程における棒材から成形仕上
   げ品までの絞り、据込み、穴あけの各々の鍛造成形は、
   それぞれの鍛造成形に必要な特有の金型を有する１台の
   温間鍛造機で鍛造解析シミュレーションにより加工応力
   が集中して片寄らないように加工応力を計測分散して設
   計された金型を用い連続成形加工する請求項１及び２記
   載の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方法。
4. 【請求項４】 上記加熱された棒材から成形仕上げ品ま
   での成形用の凹型と凸型を一定の間隔を存して並列状に
   備え、ワークをトランスファーで順次移送して各々の鍛
   造成形を単一工程で連続鍛造成形加工する請求項１、２
   及び３記載の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方
   法。
5. 【請求項５】 上記鍛造成形品の内側貫通穴と外側円柱
   形状部は、尖角部が形成されない程度の加工応力で成形
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の自動車用酸素セ
   ンサー金具の鍛造成形方法。
6. 【請求項６】 上記鍛造成形品の内側貫通穴と外側六角
   形状部は、精密鍛造成形加工する請求項１乃至５のいず
   れかに記載の自動車用酸素センサー金具の鍛造成形方
   法。