JP2005279666A

JP2005279666A - 筒状物の製造方法

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Publication number: JP2005279666A
Application number: JP2004093975A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kamiya; 和男神谷; Masayuki Morishita; 将行森下
Original assignee: Sumikin Seiatsuhin Kogyo KK
Current assignee: Sumikin Seiatsuhin Kogyo KK
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

塑性変形しつつ押し出される素材を適切に制御することにより、精密な形状転写を低コストで実現する筒状物の製造方法を提供する。
【課題】筒状物の製造方法は、互いに軸方向に隔たる一端１及び他端２を有する略円柱状の材料３を準備し、材料３を種々の金型に入れ換えながら段階的に塑性変形させる冷間鍛造のプロセスである。このプロセスを経て成形される筒状物４は、材料３の外形が細く絞られた第１，第２の絞段部５，６及び材料３の径方向へ突出したフランジ部７を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、材料を塑性変形することにより筒状物を製造する方法に関する。

自動車のエンジン等の排気管内の酸素を検出するために、同排気管に小孔を開放し、その外部から酸素センサを差し込むことが周知である。酸素センサは、酸素を検出可能な素子を、上記の小孔に螺合する等して固定できる金属製の筒状物の内部に収納したものである。このような筒状物の製造方法が下記文献に開示されている。

図８は、筒状物４の一例として酸素センサを収納する筒状ケースを表している。同図（ａ）は、筒状物４を一部破断した側面図であり、（ｂ）はその端面図である。筒状物４は、その第１の絞段部５の周面に後加工によってネジ山が形成され、このネジ山を上記の小孔に締め付ける際に、フランジ部７にスパナ等を掛止できるように、その周縁を六角形としている。また、フランジ部７の第１の絞段部５側の端面７１は、上記排気管に密接できるよう平滑であることが不可欠である。

図９は、筒状ケースを冷間鍛造によって製造する工程例を概念的に表している。これを順に説明すると、先ずは、同図（ａ）に示すように、ステンレス鋼等の金属素材から成る円柱状の材料３を準備する。次に、図示を省略した鍛造用金型に材料３を挿入し、同図（ｂ）に示すように、材料３の一端１にポンチｍ３を押し込むことにより、材料３を塑性変形させて凹部８を形成すると共に、材料３の他端２付近を上記金型のキャビティ形状に従わせて絞段部５を形成する。

続いて、図示を省略した別の金型に材料３を入れ替え、図９（ｃ）に示すように、材料３の一端１の周縁部３０を上記金型の固定ダイｍ５に押し付ける。これにより、材料３の周縁部３０を構成する金属素材が固定ダイｍ５に押されて塑性変形しながら他端２側へ退けられる。同時に、この退けられた金属素材の一部が、材料３の周面３１から膨出して、フランジ部７となる。この後、幾つかの工程を経て図８に示した筒状物４が完成する。
特開昭２００２−１１５４３号公報特開平１−２０５８４４号公報特開平２−２００３３９号公報特開平８−５２５３０号公報

しかしながら、図９（ｃ）に寸法線Ｌ１で指した第１の凹部８の深さを、寸法線Ｌ２で指したスリーブを押し付ける行程の距離よりも大きく設定（Ｌ１＞Ｌ２）した場合、上記のように材料３の周面３１が膨出する過程で、凹部８の内面を変形させようとする応力が発生し、第１の凹部８に所謂折れ込み８１が生じるという問題がある。

また、特許文献１には、フランジ部７を成形した後に、凹部８を成形する技術が開示されている。この場合、凹部８を成形する過程で、凹部８に相当する体積の金属素材が、材料３の周面３１へ向けてピン等によって退けられるので、フランジ部７を更に膨張させようとする応力が増大することは避けられない。この応力はフランジ部７の変形を誘発する。

また、凹部８は後の工程で、図９（ｃ）に示したよりも更に深さを増すよう成形され、最終的に図８に示したように材料３を貫通する中空部となる。この過程で、凹部８を深くする分、これに相当する体積の金属素材が、材料３の周縁に向かって余肉として退けられるので、既に成形した絞段部５が膨張したり、絞段部５に歪みが発生するという問題が起こる。

また、以上に述べた筒状物４の使途は酸素センサの収納に限定されることはないが、特に自動車部品として酸素センサの需要が多大であることを考慮すれば、筒状物の製造コストは極力低く設定しなければならない。従って、上記の問題を解決するために複雑な金型の開発や、機械加工を多く併用することは好ましくない。

本発明は、以上の技術背景に鑑みて成されたものであり、塑性変形しつつ押し出される素材を適切に制御することにより、精密な形状転写を低コストで実現する筒状物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、軸方向に隔たる一端及び他端を有する材料を、複数の金型を用いて段階的に塑性変形させる筒状物の製造方法に係るものであって、前記材料の一端に、前記他端へ向かう深さを有する第１の凹部を形成しつつ、前記材料の他端付近の外形を絞ることにより第１の絞段部を形成する工程と、前記第１の凹部の深さを増大させつつ、該第１の凹部の深さの増大分に相当する体積を有するフランジ部を、前記材料の一端と前記第１の絞段部との間から膨出させる工程と、前記第１の凹部の内方に、前記材料の他端へ向かって没入する第２の凹部を形成しつつ、該第２の凹部に相当する体積を有する第２の絞段部を、前記材料の他端から膨出させる工程とを含むことを特徴とする。

更に、本発明に係る筒状物の製造方法は、前記第２の凹部の内方に、前記材料の他端へ向かって没入する第３の凹部を形成しつつ、該第３の凹部に相当する体積を有する余肉部を、前記第２の絞段部から前記軸方向に沿う向きに膨出させる工程と、前記第２の絞段部を前記軸方向に貫く貫通孔を形成し、前記余肉部を切除する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る筒状物の製造方法によれば、材料の一端に第１の凹部を形成しつつ、材料の他端付近に第１の絞段部を形成し、続いて、第１の凹部の深さを材料の他端へ向けて増大させつつ、この凹部の深さの増大分に相当する体積のフランジ部を膨出させるので、例えば、第１の凹部の深さを増大させるためのピン等を材料の一端に突き刺す過程で、同ピン等によって退けられる材料の一部は、フランジ部へ向かって押し出される。このため、フランジ部の形成に伴い第１の凹部を押し潰すような応力は発生しないので、第１の凹部を精密に成形することができる。

しかも、材料の他端へ向って没入する第２の凹部を形成しつつ、第２の凹部に相当する体積を有する第２の絞段部を、材料の他端から膨出させるので、例えば、第２の凹部を形成するためのピン等を第１の凹部の内方に突き刺す過程で、同ピン等によって退けられる材料の一部は、材料の他端へ向かって押し出される。このため、同ピン等から材料が受ける力を材料の他端へ良好に逃がせるので、フランジ部を更に膨出させるような応力が発生することはない。従って、フランジ部が変形することがなく、フランジ部を精密に成形することができる。

更に、本発明に係る筒状物の製造方法によれば、材料の他端へ向けて没入する第３の凹部を形成しつつ、第３の凹部に相当する体積を有する余肉部を、第２の絞段部から軸方向に沿う向きに膨出させるので、例えば、第３の凹部を形成するためのピン等を第２の凹部の内方に突き刺す過程で、同ピン等によって退けられる材料の一部は、材料の他端へ向かって押し出される。このため、同ピン等から材料が受ける力を材料の他端へ良好に逃がせるので、フランジ部又は第２の絞段部を膨出させるような応力が発生することはない。従って、フランジ部又は第２の絞段部が変形することがなく、これらを精密に成形することができる。

続いて、第２の絞段部を軸方向に貫く貫通孔を形成すると共に余肉部の切除を行なうので、以上の工程を経て成形される筒状物は、最初に準備した材料から、貫通孔と余肉部を合わせた体積に相当する材料のみを除いたものである。このように当該方法は、材料の有効利用を達成することもできる。

以下で、従来の技術として既述の要素には同符号を付している。また、金型について、その詳細な説明及び図示は省略する。

本発明の実施形態に係る筒状物の製造方法は、互いに軸方向に隔たる一端１及び他端２を有する略円柱状の材料３を準備し、材料３を種々の金型に入れ換えながら段階的に塑性変形させる冷間鍛造のプロセスである。このプロセスを経て成形される筒状物４は、図１に示すように、材料３の外形（径）が細く絞られた第１，第２の絞段部５，６及び材料３の周囲（径方向）へ突出したフランジ部７を備える。

筒状物４の一例として酸素センサのケーシングが挙げられる。同ケーシグの製造方法は、以下の文頭に英文字を添えた多段階の工程を含むことを特徴とする。

Ａ：塑性変形に適した材料３を準備する。材料３は、例えば、ステンレス鋼等の金属素材を押出用金型により長尺な円柱状に押出し成形する。同金型から押し出された金属素材の軸方向（押出方向）の長さが所望に達したところで、これをカッター等で切断して得られる金属塊である。

Ｂ：材料３の切断面である一端１及び他端２にはカッター等の切断痕が残り、また切断の剪断力を受けて材料３の全体も変形している。そこで、図２に示すように、先ずは材料３を金型ｍ１のコンテナｍ２にトランスファー等を用いて挿入し、材料３の一端１にポンチｍ３をコンテナｍ２の内方に向けて押し付け、この反力により、材料３の他端２を、ポンチｍ３に対向するカウンターポンチｍ４に突き当てる。これにより材料３をその軸方向に圧縮し、更に、材料３を固定ダイｍ５のキャビティ形状に従わせて塑性変形し、材料３の他端２付近の外形を絞る。この絞られた部分が第１の絞段部５となる。

Ｃ：材料３をトランスファー等を用いて、図３に示す別の金型ｍ１１に入れ換える。符号ｍ２〜ｍ５は実質的に既述の金型ｍ１に対応する要素である。そして、材料３の一端１に、ポンチｍ３の先端に設けたピンｍ６を没入させることにより、他端２側へ向かう深さｄを有する第１の凹部８を形成する。同時に、この反力により材料３の周面３１を固定ダイｍ４のキャビティ形状に従わせて塑性変形し、材料３の軸方向の全長を僅かに伸長させる。同工程で成形される材料３を図４に断面図として詳しく表している。

図３に示した金型ｍ１１は固定ダイｍ６に対して可動ダイｍ７を閉型した状態である。金型ｍ１１を開型する過程で、固定ダイｍ５と材料３の間の摩擦力よりも、材料３とピンｍ６の間の摩擦力が大きい場合には、材料３がピンｍ６に食い付いたまま可動ダイｍ７の移動に伴ってコンテナｍ２の外方へ牽き出されることになる。この場合、ポンチｍ３の周りに設けたエジェクトスリーブｍ８をピンｍ６側へ油圧等で押し出すことにより、材料３をピンｍ６から離脱させても良い。

次のＤ以降の工程毎に金型をそれぞれ準備し、これらの金型に材料３を入れ換えるようにするが、以下では金型の図示は省略する。また、実質的に既述の金型ｍ１に対応する要素には同じ呼称を用いる。

Ｄ：図５に示すように、第１の凹部８の内方に更にピンを押し込むことにより、第１の凹部８の深さｄを材料３の他端２へ向けて増大させる。同時に、この反力により材料３は固定ダイのキャビティに押し付けられる。この状態で、第１の凹部８の深さｄの増大分に相当する体積、即ち同図にドットを付した部分に相当する体積の金属素材が、材料３の周面３１から間から径方向に膨出することによりフランジ部７を形成すると共に、材料３の軸方向の全長が更に伸長する。

このように、第１の凹部８の内方にピンを押し込む過程で、ピンによって退けられる材料３の一部は、フランジ部７へ向かってのみ押し出される。従って、フランジ部７の形成に伴い第１の凹部８を押し潰すような応力は発生しないので、第１の凹部８を精密に成形することができる。ここで、「膨出」とは、材料３の所望の箇所を膨らませて突出させることである。

Ｅ：第１の凹部８内方に、上記Ｃの工程で用いたピンよりも細径のピンを押し込むことにより、図６に示すように、材料３の他端２へ向かって没入する第２の凹部９を形成する。一方、第２の凹部９に相当する体積を有する第２の絞段部６を、材料３の他端２から膨出させる。同時に、第１の絞段部５が僅かに他端２側へ伸長させても良い。

このように、第２の凹部９を形成する過程で、ピンによって退けられる材料３の一部は、材料３の他端２へ向かって押し出されるので、ピンから材料３が受ける力を材料３の他端２へ良好に逃がすことができる。従って、フランジ部７を更に膨出させるような応力が材料３に発生することがなく、既に形成されたフランジ部７が変形することはない。

Ｆ：第２の凹部９の内方に、上記Ｄの工程で用いたピンよりも細径のピンを押し込むことにより、図７に示すように、材料３の他端２へ向けて没入する第３の凹部１０を形成する。同時に、この反力により材料３が固定ダイのキャビティ形状に押し付けられた状態で、第３の凹部１０に相当する体積を有する余肉部１１を、第２の絞段部６から軸方向に沿う向きに膨出させる。

このように、第３の凹部１０を形成する過程で、ピンよって退けられる材料３の一部は、材料３の他端２へ向かって押し出されるので、ピンから材料３が受ける力を材料３の他端２へ良好に逃がすことができる。従って、フランジ部７又は第２の絞段部６を膨出させるような応力が発生することがなく、これらが変形することはない。

Ｇ：図１に示すように、第２の絞段部６を軸方向に貫く貫通孔１２を形成する。同工程で、貫通孔１２の外径を図７に表した余肉部１１の外径以上に設定しておけば、貫通孔１２の形成と同時に、余肉部１１を切除することができる。以上の工程を経て得られる筒状物４は、最初に準備した材料３から、貫通孔と余肉部を合わせた体積に相当する材料３のみを除いたものとなる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様で実施できるものである。例えば、以上の説明では、材料３及び筒状物４を専ら円柱状としたが、これらが多角形の断面を有する形状であっても良い。また、材料３としてはステンレス鋼に限らず、銅、アルミニウムのような金属の他、可塑性樹脂のような非金属材料を適用しても良い。また、袋状の完成品を得ることが目的であれば、上記Ｆ又はＧ以降の工程を省略する。

本発明は、あらゆる筒状物の製造に適用できる。例えば、筒状物の外面又は内面に精密な形状を転写することが可能となる。また、本発明は、上記に例示した筒状ケースに限らず、中空のネジ棒やリングギア等のあらゆる筒状物を鍛造することにも、その応用範囲を拡大することができる。

本発明に係る筒状物の製造方法にて成形された筒状物の概略を示す断面図。本発明に係る筒状物の製造方法のＢ工程で適用した金型の要部の断面図。本発明に係る筒状物の製造方法のＣ工程で適用した金型の要部の断面図。本発明に係る筒状物の製造方法のＣ工程で成形された材料の断面図。（ａ）は本発明に係る筒状物の製造方法のＤ工程で成形された材料の断面図、（ｂ）はその端面図。本発明に係る筒状物の製造方法のＥ工程で成形された材料の断面図。本発明に係る筒状物の製造方法のＦ工程で成形された材料の断面図。（ａ）は筒状ケースを一部破断した側面図、（ｂ）はその端面図。（ａ）は筒状ケースの材料の斜視図、（ｂ）は従来の製造方法の一工程を例示する断面図、（ｃ）はその他工程を例示する断面図。

符号の説明

１：一端
２：他端
３：材料
４：筒状物
５，６：絞段部
７：フランジ部
８，９，１０：凹部
１１：余肉部
１２：貫通孔
３１：周面
７１：端面
ｄ：深さ

Claims

軸方向に隔たる一端及び他端を有する材料を、複数の金型を用いて段階的に塑性変形させる筒状物の製造方法であって、
前記材料の一端に、前記他端へ向かう深さを有する第１の凹部を形成しつつ、前記材料の他端付近の外形を絞ることにより第１の絞段部を形成する工程と、
前記第１の凹部の深さを増大させつつ、該第１の凹部の深さの増大分に相当する体積を有するフランジ部を、前記材料の一端と前記第１の絞段部との間から膨出させる工程と、
前記第１の凹部の内方に、前記材料の他端へ向かって没入する第２の凹部を形成しつつ、該第２の凹部に相当する体積を有する第２の絞段部を、前記材料の他端から膨出させる工程と、
を含むことを特徴とする筒状物の製造方法。
前記第２の凹部の内方に、前記材料の他端へ向かって没入する第３の凹部を形成しつつ、該第３の凹部に相当する体積を有する余肉部を、前記第２の絞段部から前記軸方向に沿う向きに膨出させる工程と、
前記第２の絞段部を前記軸方向に貫く貫通孔を形成し、前記余肉部を切除する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の筒状物の製造方法。