JP2008213040A - 中空鍛造部材及び中空鍛造部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】肉抜きをしても剛性を確保した上で軽量化を図ることができると共に、メッキを施す場合でも、肉抜き孔内にメッキ液が入ることがない中空鍛造部材及びその製造方法を提供することを課題としている。
【解決手段】鍛造により、略棒状に形成されると共に、軸心の一端側から軸心上を軸方向へ向けて肉抜き孔20を設け、該肉抜き孔20の開口端側に内壁から軸心方向へ突出する突壁13を設けて、前記肉抜き孔20の前記開口端側を閉じた中空鍛造ボルト10。
【選択図】図1
【解決手段】鍛造により、略棒状に形成されると共に、軸心の一端側から軸心上を軸方向へ向けて肉抜き孔20を設け、該肉抜き孔20の開口端側に内壁から軸心方向へ突出する突壁13を設けて、前記肉抜き孔20の前記開口端側を閉じた中空鍛造ボルト10。
【選択図】図1
Description
この発明は、例えば、中空のボルト等の略棒状を呈する中空鍛造部材及び中空鍛造部材の製造方法に関するものである。
従来からこの種のものとしては、例えば、図7で示すようなボルトBtが知られている。
このボルトBtは、外周に雄ねじ部sを設けた螺軸Sと、その一端に形成した六角形状等の係合頭部Hとを有する。そこで、これを軽量化しようとする場合、螺軸Sの軸芯部分を肉抜きして管状とすることが行われている(特許文献1参照)。
特表2002−541412号公報
しかしながら、このような従来のものにあっては、螺軸Sの軸芯部分を肉抜きしようとしても、過度に肉抜きを行うと螺軸Sの肉厚が過少となって剛性が低下し、ねじが弛緩する原因となるので、大きな肉抜きは望めなかった。
また、ボルトは耐食性向上のためメッキして使用されることが多いが、肉抜き孔の中ヘメッキ液が入り、ボルトをメッキ槽から取り出す作業が手間取る不具合があった。
そこで、この発明は、肉抜きをしても剛性を確保した上で軽量化を図ることができると共に、メッキを施す場合でも、肉抜き孔内にメッキ液が入ることがない中空鍛造部材及びその製造方法に関するものである。
請求項1に記載の発明は、鍛造により、略棒状に形成されると共に、軸心の一端側から軸心上を軸方向へ向けて肉抜き孔を設け、該肉抜き孔の開口端側に内壁から軸心方向へ突出する突壁を設けて、前記肉抜き孔の前記開口端側を閉じた中空鍛造部材としたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記中空鍛造部材は、螺軸と該螺軸の一端に設けた係合頭部とを有する中空鍛造ボルトであり、前記螺軸の軸心に沿って肉抜き孔を形成したことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の構成に加え、前記肉抜き孔は、前記螺軸の端部から前記軸心に沿って前記係合頭部側に向けて前記螺軸内に形成される一方、前記係合頭部には、端面側から凹まされることにより肉抜き凹部を設けたことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の構成に加え、前記肉抜き孔は、前記螺軸の端部から前記軸心に沿って前記係合頭部側に向けて形成され、前記螺軸及び前記係合頭部に連続して形成されていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の構成に加え、前記係合頭部内に形成された前記肉抜き孔の大きさは、前記螺軸内に形成された前記肉抜き孔より径方向に大きく形成されていることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れかに記載の中空鍛造部材の製造方法であって、略棒状の半成品を、一端が閉じ他端が開く前記肉抜き孔を軸心方向に沿って形成する穿孔工程と、前記肉抜き孔の開口端を軸方向に圧縮して内側へ突出する突壁を形成し、該突壁により前記開口端側を閉じる閉孔工程とを有する中空鍛造部材の製造方法としたことを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の構成に加え、前記閉孔工程は、前記突壁の根部を軸方向に押圧して各突壁の遊端を衝合させて、前記開口端側を閉じるようにしたことを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項6に記載の構成に加え、前記閉孔工程は、前記肉抜き孔の開口側端を内側に折曲げ、その後、該開口端を軸方向へ押圧して前記突壁を形成し、該突壁により前記開口端側を閉じるようにしたことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項6に記載の構成に加え、前記穿孔工程は、略棒状の半成品の一端から軸方向に伸びる前記肉抜き孔を穿ち、前記肉抜き孔の底部近傍の外面を略六角形に膨大させる六角頭部の成形工程を有することを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の構成に加え、前記六角頭部の成形工程は、素材の外径を固定して前記肉抜き孔の底部近傍を軸方向に圧縮して略円形状の扁平な頭部を形成する予備工程と、前記扁平な頭部の周面を六角柱状に成形する頭部成形工程とを含むことを特徴とする。
上記発明によれば、肉抜き孔を形成して軽量化を図ることができると共に、開口端側を閉じることにより、剛性を確保することができる。また、開口端近傍を閉じることにより、メッキを施す場合でも、肉抜き孔内にメッキ液が入ることがないと共に、肉抜き孔内が密閉されることとなるため、内壁に錆の発生を防止できる。
他の発明によれば、ボルトの雄ねじの部分から工具を係合させる六角頭部に至る、ほぼ全長に亘って軸芯部分が肉抜きされ、かつ、六角頭部の部分は外形に合わせて大きく肉抜きされているから、大きな軽量化が達成できる。また、前記肉抜き孔を作った痕跡が螺軸の端部に位置するようにしたから、肉抜き孔が閉じ易い上に、閉じたときの痕跡が小さくて済み美観の低下が最小で足りる。さらに、肉抜きしたときの開口部は閉じられているので、肉抜きしたことによる雄ねじの剛性低下がなく、締着時に雄ねじが変形してねじが緩む不具合がない。
他の製造方法に係る発明によれば、塑性加工によって、内部が螺軸から六角頭部に至る間を連続的に肉抜きされた中空な鍛造ボルトを製造できる。肉抜きは穿孔工程によって螺軸の端部から穿孔を行うから、閉口工程がやり易い上に、穿孔時の痕跡が見えにくい位置となりボルトの美観を損なうことがない。
以下、この発明の実施の形態について説明する。
[発明の実施の形態1]
[発明の実施の形態1]
図1乃至図3には、この発明の実施の形態1を示す。
まず構成を説明すると、図1中符号10は「中空鍛造部材」としての中空鍛造ボルトで、この中空鍛造ボルト10は、端部に雄ねじ11を転造した螺軸12と、その一端に設けられた六角柱状の短い係合頭部15とを有する。この中空鍛造ボルト10には、前記螺軸12と係合頭部15とに軽量化のための肉抜きが施されている。
すなわち、前記螺軸12には肉抜きのため、螺軸12の雄ねじ11を設けた側の端部から、軸芯上を軸方向へ向けて伸びる肉抜き孔20が設けられていると共に、係合頭部15の端面部には肉抜き凹部16が形成されている。
この肉抜き凹部16は、係合頭部15の端面側から凹まされて形成され、螺軸12と略同一の内径に形成されると共に、この肉抜き凹部16は、係合頭部15の高さと同じ深さに作られ、その底部近傍は略円錐形に面取りされて螺軸12と係合頭部15との連結部の強度が不足しない肉厚に形成されている。
また、前記肉抜き孔20は、螺軸12の軸芯上を軸方向へ向けて設けられた断面が円形の長孔からなり、両端が閉じられて密閉空間が形成されている。すなわち、肉抜き孔20の螺軸12の雄ねじ11側から穿設され、その開口端側は内壁から軸芯方向へ突出する突壁13によって閉じられている。かくて、螺軸12の断面形状は、肉抜き孔20の部分では円筒形をなしている。なお、符号14は螺軸12の端部に形成される押圧痕、符号17は係合頭部15の座面をなすフランジである。
この中空鍛造ボルト10は、上述したように構成されているから、係合頭部15側は大径の肉抜き凹部16によって肉抜きされているにも拘らず、六角柱形の係合頭部15によって機械的な強度が保持され、中空鍛造ボルト10の締め付けや弛緩の操作に支障を生じることがない。また、雄ねじ11側は、開口端に設けられた内側へ伸びる突壁13によって、機械的な強度が保持され、弾性変形が阻止されるので、変形による弛緩を阻止することができる。
次に、中空鍛造ボルト10の製造方法を図2及び図3によって説明する。
中空鍛造ボルト10は、素材21として直径12ミリの鋼ワイヤを直線状に伸長させた後、同図(a)で示すように短く切断してビレット状に加工して用いる。なお、この工程は従来の六角ボルトの製造過程と大差はない。
素材21は、第1工程において、同図(b)で示すように、図示してない鍛圧機にセットした受け型41に軸部を支持した上で、押し型42によって頭部を押圧して膨大させ、係合頭部15とされるべき丸棒状の膨大部を有する第1半成品22を成形する。
この六角頭部15の成型工程は、素材の外径を固定して肉抜き孔20の底部近傍を軸方向に圧縮して略円形状の扁平な頭部を形成する予備工程と、この扁平な頭部の周面を六角柱状に成形する頭部成形工程とを含む。
第1半成品22は同図(c)で示す第2工程において、受け型43に支持された状態で、前記肉抜き凹部16に対応する凸部44aを設けた押し型44で前記膨大部を押圧し、端面に肉抜き凹部16を成形する。ここで凸部44aによって排除された材料が、押し型44の内面をなす6角孔44bを充填して前記膨大部の外面が6角柱状に成形されるとともに、受け型43と押し型44との間に介在させた空隙45の内部に入り込み、前記フランジ17が形成され第2半成品23が出来上がる。
次に、第2半成品23は同図(d)で示す第3工程において、図示してない鍛圧機の受け型と押し型に対する方向を逆転させ、受け型46によって係合頭部15側を支持し、押し型47に設けた捧状の突起47aによって、螺軸12の雄ねじ側の端部から軸芯上を軸方向へ向けて肉抜き孔20を穿孔し(穿孔工程)、素材21の螺軸12に相当する部分が筒状24aとなった第3半成品24とする。
第3半成品24は同図(e)で示す第4工程において、押し型48に押されて、半球形の内面を持つ受け型49の内面へ円筒形をした端面が押し付けられ、前記筒状となった部分が図3(a)中、矢印で示すように、肉抜き孔20の開口側端を内側に折曲げ、その後、この開口端を軸方向へ押圧して、内壁から軸芯方向へ突出する突壁13が形成されて第4半成品25となる。
第4半成品25は図2(f)で示す第5工程において、押し型50と受け型51との間で挟圧し、前工程で半球形に形成された端面を、前記受け型51に設けられた肉抜き孔20の内径よりやや大径のボス51aによって軸方向へ押圧すると、図3(b)で示すように、内壁をなす材料が前記突壁13と軸芯方向外方へと二手に分かれて流動し、突壁13により、開口端側が閉じられるように形成されると共に、前記突壁13の外方に円形に窪んだ押圧痕14を有する第5半成品26となる。
鍛造の最終工程となる第6工程は、この発明の構成上、必須ではないが前工程の第5半成品26が、突壁13の先端部が完全に塞がらずに内外連通する孔が残された場合に行われる補助的なものである。第6工程は図2(g)で示すように、押し型52と受け型53との間に前記第5半成品26を挟み、受け型53に設けた大径のボス51aよりやや長めのボス53aを前記押圧痕14の中に押し込む位置で挟圧すると、材料は図3(c)で示すように、螺軸12の内壁と筒状24aとをなす材料が、矢印で示すように内壁の部分を軸芯方向へ押し出し、突壁13により開口端側を閉じる(閉孔工程)とともに、受け型53の内部を満たして螺軸12の雄ねじ11となる側の円筒形の端部形状を整え、鍛造工程の最終品27となる。
より詳しくは、ここでの閉孔工程は、突壁13の根部を軸方向に押圧して各突壁13の遊端を衝合させて、開口端側を閉じるようにしている。
なお、符号28はメッキその他の表面処理を施して中空鍛造ボルト10となるべき完成品であり、最終品27の螺軸12に転造法によって雄ねじ11を塑造したものである。
この実施の形態1に係る中空鍛造ボルト10の製造方法によれば、以上の工程を経て製造されるから、鍛造法によって穿孔された肉抜き孔20を、別体の蓋体を用いることなく閉じることができ、且つ、それらを一連の鍛造工程によって完成させることが出来るから、製造工程が簡単で廉価に製造できる。
[発明の実施の形態2]
[発明の実施の形態2]
図4乃至図6には、この発明の実施の形態2を示す。
この実施の形態2は、図4は本願発明に係る中空鍛造ボルト110を示す。中空鍛造ボルト110は同図(a)で示すように、「係合頭部」たる六角頭部112と、その一側から軸方向へ伸びる螺軸114を有する。螺軸114は軸端部に設けられる雄ねじ115のピッチ径と略同径に鍛造されており、雄ねじ115は転造法によって塑造されている。
中空鍛造ボルト110の内部には、同図(b)で示すように、肉抜き孔117が螺軸114の端部から軸心に沿って六角頭部112側に向けて形成され、螺軸114及び六角頭部112に連続して形成されている。その六角頭部112内に形成された肉抜き孔117の部分117aの大きさは、螺軸114内に形成された肉抜き孔117の部分117bより径方向に大きく形成されている。
その肉抜き孔117の六角頭部112の部分117aの断面形状は、同図(c)で示すように、肉抜き孔117の螺軸114に設けた部分117bの内径よりやや大きく、且つ、六角形をした頭部112の外面より小さい略相似形の六角形に作られている。かくて、肉抜き孔117の六角頭部112の部分117aは、螺軸114の部分117bを延長しただけの場合、あるいは六角頭部112の部分117aの断面形状を円形とした場合に比して強度を落すことなく大きく肉抜きされている。
肉抜き孔117の螺軸114の部分117bは、軸芯の部分に穿孔された円孔を呈しており、開口端の部分が塑性加工して閉じられている。すなわち、開口端は端面から肉厚の半分くらいの部分を軸方向へ押し込むことによって内面を削り、軸芯方向へ伸びる環状の突壁114aを作り、その先端部を互いに突き当てて閉じている。よって、螺軸114が肉抜き孔117によって薄肉となっても、閉じられた突壁114aによって補強されるので、剛性の低下が少なく、雄ねじ115に緩みを生じさせることもない。
次に、この中空鍛造ボルト110の製造方法を図5によって説明する。
この成形には4個または5個の鍛造ユニットを持つ市販の多連式鍛造機が使用される。同図(a)はこの鍛造で使用される捧状の素材120を示す。素材120は日本工業規格のS25C−S30C相当の鋼材を切断して得た丸棒である。
素材120は、まず、同図(b)で示すように、軸芯部に一端から軸方向の深い肉抜き孔117を穿っ穿孔工程が行われる。この工程では深い丸孔130aの底部にポンチ130bを突設した受け型130と、受け型130へ向けて進退可能な押し型140とからなる金型を用い、一回あるいは数回の工程を経て、素材120を両型130、140の間で挟圧し前記ポンチ130bを素材120の端面に押し込んで、細長い円形の肉抜き孔117を有する第1半成品150が作られる。
穿孔工程を終えた第1半成品150は、次いで、同図(c)で示す膨大頭部の膨出工程と、同図(d)で示す膨出した拡大頭部の外面を六角形に成形する工程とからなる成形工程を行う(六角頭部112の成形工程)。
まず、膨出工程では、六角頭部112を成形するための予備工程であり、第1半成品150の底部を受け型132から突出させた状態で、その羅軸114に相当する部分を前記受け型132によって不動に挟持し(素材の外形を固定し)、押し型142を進出させて、受け型132から突出させた部分(肉抜き孔117の底部近傍)を軸方向に圧縮して、外面を膨大させて略円形状の扁平な頭部を軸方向に押圧して膨出部151を設けた第2半成品152を作る(図5(d)参照)。
第2半成品152は、次いで、前記膨出工程と同様に、羅軸114に相当する部分を受け型134によって不動に挟持し、内面に六角頭部112に対応する六角形の凹部を備えた押し型144を進出させて前記膨出部151の外面を成形する頭部成形工程を行って第3半成品153が出来上がる。
次に、前記螺軸114の開口を閉じるための閉孔工程を説明する。なお、この実施の形態において、閉孔工程は先に説明した六角頭部112を成形するための工程と併進させるので、第2半成品152を作る工程まで遡って説明する。
閉孔工程は、図5(c)で示すように、受け型132に設けたボス状のカッタ132bを第1半成品150の開口端に押し付け、受け型132を進行させて、肉抜き孔117の開口側端部の内面を軸方向へ押圧して、管壁の厚さのおよそ半分の位置から内側が削られて、その削られた部分152aが管壁から剥離して内側へ移動し前記突壁114aとなる。そして、この突壁114aにより、開口端側を閉じるようにしている。その削られる作用を図6によって詳述する。
図6(a)は第1半成品150が受け型132に挿入され、この受け型132に設けたボス状のカッタ132bに当接した状態を示す。この状態から第1半成品150がさらに押し込まれると、同図(b)で示すように、前記カッタ132bによって筒形をした内面がほぼ肉厚の半分の位置でせん断、あるいは切削され、内壁面から剥離した部分が軸芯方向へ移動し、前記環状の突壁14aを形成する。
そして、同図(c)で示すように、周辺から軸芯方向へ進出する突壁14aの先端部が互に当接する位置まで進行した点で、受け型132で第1半成品150の外面を挟圧し、軸方向へ移動しないように固定した上で、先に説明した膨出部151を形成する工程が行われ、前記第2半成品152となる。
前記環状の突壁114aの成形は引き続いて行われる前記頭部成形工程まで継続して行われる。すなわち、六角頭部112を成形する工程で、受け型134に前工程の第2半成品152を取り付け、押し型144を前進させると、同図(d),(e)で示すように、突壁114aが受け型134に設けた棒状の受け金134bに当接し、僅かに押し込まれる。それによって突壁114aの先端が相互に密着して前記肉抜き孔117を閉じる。かくて、第3半成品154となる。
図5(e)は、第3半成品154へ転造加工を加えて雄ねじ115を形成する最終工程図であり、肉抜きされた軽量な中空鍛造ボルト110が出来上がる。なお、以上のように成形された中空鍛造ボルト110に、必要に応じてメッキその他の表面処理を施すことがあるのは、勿論のことである。
なお、上記各実施の形態では、「中空鍛造部材」として中空鍛造ボルトに、この発明を適用したが、ボルトに限らず、他の部品でも良いことは勿論である。
また、上記各実施の形態1,2では、肉抜き孔20,117が螺軸12,114の端部から軸心に沿って係合頭部15,112側に向けて形成されているが、これに限らず、係合頭部の端面から螺軸側に軸方向に沿って肉抜き孔を設ける一方、この肉抜き孔の開口端側に内壁から軸芯方向へ突出する突壁を設けることもできる。
10 中空鍛造ボルト
11 雄ねじ
12 螺軸
13 突壁
14 押圧痕
15 係合頭部
16 肉抜き凹部
17 フランジ
20 肉抜き孔
21 素材
22 第1半成品
23 第2半成品
24 第3半成品
24a 筒状
25 第4半成品
26 第5半成品
27 鍛造工程の最終品
28 完成品
41、43、46、49、51、53 受け型
42、44、47、48、50、52 押し型
44a 凸部
44b 6角孔
45 空隙
47a 捧状の突起
51a、53a ボス
110 中空鍛造ボルト
112、182 六角頭部(六角頭部)
114、180 螺軸
114a 環状の突壁
115、181 雄ねじ
117、184、188肉抜き孔
117a 六角頭部12の部分
117b 螺軸14の部分
120 素材
130、132、134 受け型
130a、132a、134a 深い丸孔
130b ポンチ
132b ボス状のカッタ
134b 受け金
140、142、144 押し塑
150 第1半成品
151 膨出部
152 第2半成品
154 第3半成品
11 雄ねじ
12 螺軸
13 突壁
14 押圧痕
15 係合頭部
16 肉抜き凹部
17 フランジ
20 肉抜き孔
21 素材
22 第1半成品
23 第2半成品
24 第3半成品
24a 筒状
25 第4半成品
26 第5半成品
27 鍛造工程の最終品
28 完成品
41、43、46、49、51、53 受け型
42、44、47、48、50、52 押し型
44a 凸部
44b 6角孔
45 空隙
47a 捧状の突起
51a、53a ボス
110 中空鍛造ボルト
112、182 六角頭部(六角頭部)
114、180 螺軸
114a 環状の突壁
115、181 雄ねじ
117、184、188肉抜き孔
117a 六角頭部12の部分
117b 螺軸14の部分
120 素材
130、132、134 受け型
130a、132a、134a 深い丸孔
130b ポンチ
132b ボス状のカッタ
134b 受け金
140、142、144 押し塑
150 第1半成品
151 膨出部
152 第2半成品
154 第3半成品
Claims (10)
- 鍛造により、略棒状に形成されると共に、軸心の一端側から軸心上を軸方向へ向けて肉抜き孔を設け、該肉抜き孔の開口端側に内壁から軸心方向へ突出する突壁を設けて、前記肉抜き孔の前記開口端側を閉じたことを特徴とする中空鍛造部材。
- 前記中空鍛造部材は、螺軸と該螺軸の一端に設けた係合頭部とを有する中空鍛造ボルトであり、前記螺軸の軸心に沿って肉抜き孔を形成したことを特徴とする請求項1に記載の中空鍛造部材。
- 前記肉抜き孔は、前記螺軸の端部から前記軸心に沿って前記係合頭部側に向けて前記螺軸内に形成される一方、前記係合頭部には、端面側から凹まされることにより肉抜き凹部を設けたことを特徴とする請求項2に記載の中空鍛造部材。
- 前記肉抜き孔は、前記螺軸の端部から前記軸心に沿って前記係合頭部側に向けて形成され、前記螺軸及び前記係合頭部に連続して形成されていることを特徴とする請求項2に記載の中空鍛造部材。
- 前記係合頭部内に形成された前記肉抜き孔の大きさは、前記螺軸内に形成された前記肉抜き孔より径方向に大きく形成されていることを特徴とする請求項4に記載の中空鍛造部材。
- 請求項1乃至5の何れかに記載の中空鍛造部材の製造方法であって、略棒状の半成品を、一端が閉じ他端が開く前記肉抜き孔を軸心方向に沿って形成する穿孔工程と、前記肉抜き孔の開口端を軸方向に圧縮して内側へ突出する突壁を形成し、該突壁により前記開口端側を閉じる閉孔工程とを有することを特徴とする中空鍛造部材の製造方法。
- 前記閉孔工程は、前記突壁の根部を軸方向に押圧して各突壁の遊端を衝合させて、前記開口端側を閉じるようにしたことを特徴とする請求項6に記載の中空鍛造部材の製造方法。
- 前記閉孔工程は、前記肉抜き孔の開口側端を内側に折曲げ、その後、該開口端を軸方向へ押圧して前記突壁を形成し、該突壁により前記開口端側を閉じるようにしたことを特徴とする請求項6に記載の中空鍛造部材の製造方法。
- 前記穿孔工程は、略棒状の半成品の一端から軸方向に伸びる前記肉抜き孔を穿ち、前記肉抜き孔の底部近傍の外面を略六角形に膨大させる六角頭部の成形工程を有することを特徴とする請求項6に記載の中空鍛造部材の製造方法。
- 前記六角頭部の成形工程は、素材の外径を固定して前記肉抜き孔の底部近傍を軸方向に圧縮して略円形状の扁平な頭部を形成する予備工程と、前記扁平な頭部の周面を六角柱状に成形する頭部成形工程とを含むことを特徴とする請求項9に記載の中空鍛造部材の製造方法。
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