(57)【要約】【課題】  セラミックス型が破損し難く、耐久性に優れた押圧部材の製造方法及び押圧部材を提供することを課題とする。【解決手段】  リング部材２を加熱して熱膨張させる工程と、次いで熱膨張した前記リング部材２の孔２０の一端側に第１の部材３が位置し、他端側に前記第２の部材４が位置するように、前記第１の部材３及び前記第２の部材４を前記リング部材２に対して相対的に挿入する工程と、然る後、前記リング部材２を冷却し、前記リング部材２の収縮により前記リング部材２の内周面２１により前記第１の部材３の外周面３１及び前記第２の部材４の外周面４１を各々押圧して、当該第１の部材３と第２の部材４とを互いに固定する工程と、を備える押圧部材１の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる第１の部材とセラミックスからなる第２の部材とが互いに固定された押圧部材であって、前記第１の部材に固定された前記第２の部材を被成形物に対して相対的に押し付けて当該被成形物を成形するための押圧部材の製造方法において、
リング部材を加熱して熱膨張させる工程と、
次いで熱膨張した前記リング部材の孔の一端側に第１の部材が位置し、他端側に前記第２の部材が位置するように、前記第１の部材及び前記第２の部材を前記リング部材に対して相対的に挿入する工程と、
然る後、前記リング部材を冷却し、前記リング部材の収縮により前記リング部材の内周面により前記第１の部材の外周面及び前記第２の部材の外周面を各々押圧して、当該第１の部材と第２の部材とを互いに固定する工程と、
を備える押圧部材の製造方法。
【請求項２】
前記第１の部材と前記第２の部材とを接触させる工程を備え、
前記固定する工程では、
前記孔内で第１の部材と第２の部材とを接触させた状態で前記リング部材を冷却し、前記リング部材の軸方向の収縮により前記第１の部材と前記第２の部材とを互いに圧接させる請求項１記載の押圧部材の製造方法。
【請求項３】
前記第１の部材に対して前記第２の部材を相対的に押圧する工程を備え、
前記固定する工程では、
前記孔内で第１の部材に対して第２の部材を前記相対的に押圧した状態で前記リング部材を冷却し、前記リング部材の軸方向の収縮により前記第１の部材と前記第２の部材とを互いに圧接させる請求項１記載の押圧部材の製造方法。
【請求項４】
前記固定する工程では、
前記リング部材の前記内周面は、前記第２の部材の前記外周面を少なくとも５ＭＰａで押圧する請求項１ないし３のいずれか一つに記載の押圧部材の製造方法。
【請求項５】
前記リング部材は、金属である請求項１ないし４のいずれか一つに記載の押圧部材の製造方法。
【請求項６】
被成形物を押圧成形するための押圧部材であって、
リング部材と、
前記リング部材の孔の一端側に挿入され、金属からなる第１の部材と、
前記リング部材の孔の他端側に挿入され、セラミックスからなり、前記被成形物に対して相対的に押し付けられる第２の部材と、
を備え、
前記第１の部材の外周面及び前記第２の部材の外周面が前記リング部材の内周面に押圧された状態で前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに固定されている押圧部材。
【請求項７】
前記リング部材内において、前記第１の部材と前記第２の部材とが互いに接触している請求項６記載の押圧部材。
【請求項８】
前記リング部材の前記内周面は、前記第２の部材の前記外周面を少なくとも５ＭＰａで押圧している請求項６または７に記載の押圧部材。
【請求項９】
前記リング部材の前記内周面は、前記リング部材が熱されて少なくとも３００℃に達した状態で前記第２の部材の前記外周面を少なくとも２ＭＰａで押圧している請求項６ないし８のいずれか一つに記載の押圧部材。
【請求項１０】
前記リング部材は、金属である請求項６ないし９のいずれか一つに記載の押圧部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鍛造等の押圧により被成形物を成形するため押圧部材の製造方法及び押圧部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば自動車用部品等の金属製の被成形物を鍛造加工により成形するために鍛造型が使用されている。鍛造加工は、被成形物を鍛造型によって押圧（プレス）して被成形物を成形する加工方法である。鍛造加工には被成形物を加熱せずに押圧する冷間鍛造と、被成形物を加熱した状態で押圧する熱間鍛造とがある。被成形物を押圧する押圧部分が金属で形成された鍛造型を使用して冷間鍛造または熱間鍛造を行う場合、被成形物の押圧により押圧部分が摩耗して鍛造型が消耗されてしまう。特に、熱間鍛造では、熱により押圧部分の強度が下がった状態で被成形物の押圧を行うため、冷間鍛造よりも消耗の度合いが高くなる。このように、押圧部分が金属で形成された鍛造型を使用すると、押圧部分が劣化しやすく、鍛造型の交換頻度が高くなってしまう。そのため、従来から、押圧部分がセラミックスで形成され、耐熱性及び耐摩耗性に優れる鍛造型が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、セラミックス型と、該セラミックス型を支持する締め型とを備え、セラミックス型と締め型とを焼き嵌めにより締め付けて支持した鍛造型が開示されている。特許文献１の鍛造型では、被加工材を加工する型部分をセラミックス型とし、且つ締め型により鍛造加工時に必要な最小の締め付け力でセラミックス型を締め付けるので、セラミックス型を過度に締め付けることが無く、鍛造加工時のセラミックス型の破壊を防止して十分な耐久性を有する鍛造型を提供できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５０９４２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の鍛造型では、鍛造加工時におけるセラミックス型の破壊の防止を図っているものの、鍛造加工時に割れてしまうセラミックス型も未だに多い。このように、上記従来の鍛造型は、鍛造型の耐久性を向上させる点では十分ではなく、改善の余地がある。
【０００６】
尚、上記のような改善の余地は、鍛造加工時に使用される押圧部材に限られず、押圧により被成形物を成形するために使用される押圧部材全般に存在する。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、セラミックス型が破損し難く、耐久性に優れた押圧部材の製造方法及び押圧部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る押圧部材の製造方法は、金属からなる第１の部材とセラミックスからなる第２の部材とが互いに固定された押圧部材であって、前記第１の部材に固定された前記第２の部材を被成形物に対して相対的に押し付けて当該被成形物を成形するための押圧部材の製造方法において、
リング部材を加熱して熱膨張させる工程と、
次いで熱膨張した前記リング部材の孔の一端側に第１の部材が位置し、他端側に前記第２の部材が位置するように、前記第１の部材及び前記第２の部材を前記リング部材に対して相対的に挿入する工程と、
然る後、前記リング部材を冷却し、前記リング部材の収縮により前記リング部材の内周面により前記第１の部材の外周面及び前記第２の部材の外周面を各々押圧して、当該第１の部材と第２の部材とを互いに固定する工程と、
を備える。
【０００９】
本発明に係る押圧部材の製造方法は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記第１の部材と前記第２の部材とを接触させる工程を備え、
前記固定する工程では、
前記孔内で第１の部材と第２の部材とを接触させた状態で前記リング部材を冷却し、前記リング部材の軸方向の収縮により前記第１の部材と前記第２の部材とを互いに圧接させてもよい。
（ｂ）前記第１の部材に対して前記第２の部材を相対的に押圧する工程を備え、
前記固定する工程では、
前記孔内で第１の部材に対して第２の部材を前記相対的に押圧した状態で前記リング部材を冷却し、前記リング部材の軸方向の収縮により前記第１の部材と前記第２の部材とを互いに圧接させてもよい。
（ｃ）前記固定する工程では、
前記リング部材の前記内周面は、前記第２の部材の前記外周面を少なくとも５ＭＰａで押圧してもよい。
（ｄ）前記リング部材は、金属であってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る押圧部材は、被成形物を押圧成形するための押圧部材であって、
リング部材と、
前記リング部材の孔の一端側に挿入され、金属からなる第１の部材と、
前記リング部材の孔の他端側に挿入され、セラミックスからなり、前記被成形物に対して相対的に押し付けられる第２の部材と、
を備え、
前記第１の部材の外周面及び前記第２の部材の外周面が前記リング部材の内周面に押圧された状態で前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに固定されている。
【００１１】
本発明に係る押圧部材は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ｅ）前記リング部材内において、前記第１の部材と前記第２の部材とが互いに接触していてもよい。
（ｆ）前記リング部材の前記内周面は、前記第２の部材の前記外周面を少なくとも５ＭＰａで押圧していてもよい。
（ｇ）前記リング部材の前記内周面は、前記リング部材が熱されて少なくとも３００℃に達した状態で前記第２の部材の前記外周面を少なくとも２ＭＰａで押圧していてもよい。
（ｈ）前記リング部材は、金属であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上より、本発明によれば、セラミックス型が破損し難く、耐久性に優れた押圧部材の製造方法及び押圧部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】鍛造型の正面断面図であって、鍛造工程の初期の状態を示す図である。
【図１Ｂ】鍛造型の正面断面図であって、鍛造工程の後期の状態を示す図である。
【図２】本実施形態に係る押圧部材の正面断面図であって、図１ＡのＣ部分の正面断面図である。
【図３】同実施形態に係る押圧部材の斜視図である。
【図４Ａ】本実施形態に係る押圧部材の製造方法を説明するための図であって、リング部材を熱膨張させる工程を示す図である。
【図４Ｂ】本実施形態に係る押圧部材の製造方法を説明するための図であって、第１の部材及び第２の部材をリング部材に挿入する工程を示す図である。
【図４Ｃ】本実施形態に係る押圧部材の製造方法を説明するための図であって、リング部材を冷却して第１の部材と第２の部材とを固定する工程を示す図である。
【図５Ａ】従来の鍛造型の製造方法を説明するための図であって、加熱された第１の部材と第２の部材とを接合する前の状態の図である。
【図５Ｂ】従来の鍛造型の製造方法を説明するための図であって、加熱された第１の部材と第２の部材とを嵌め合わせた状態の図である。
【図５Ｃ】従来の鍛造型の製造方法を説明するための図であって、第１の部材が冷却された状態の図である。
【図６】従来の押圧部材の製造工程において第１の部材の冷却完了時の第２の部材の引張応力の分布を示す図である。
【図７】本実施形態に係る押圧部材の製造工程においてリング部材の冷却完了時の第２の部材の引張応力の分布を示す図である。
【図８】本実施形態に係る押圧部材に荷重をかけてプレスする際の引張応力の分布を示す図である。
【図９】本実施形態に係る押圧部材を固定型から引き抜く際の引張応力の分布を示す図である。
【図１０Ａ】押圧部材の第１変形例である。
【図１０Ｂ】押圧部材の第２変形例である。
【図１０Ｃ】押圧部材の第３変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る押圧部材の製造方法について、図１〜３を参照しつつ説明する。
【００１５】
押圧部材は、鍛造加工の際に被成形物を押圧（プレス）するための型部材の一部である。本実施形態では、一例として搾出工法により被成形物を成形する場合について説明する。尚、「押圧」とは、被成形物に接触し、押さえ付けるように負荷をかけることを意味し、回数は限定されない。即ち、「押圧」には、本実施形態の搾出工法のように被成形物を一回プレスする場合、または複数回に亘って叩く（ハンマリングする）場合なども含まれる。
【００１６】
図１Ａ及び図１Ｂに示す本実施形態の被成形物Ｐは、自動車用部品である。被成形物Ｐは、長手方向における一端から他端にかけて貫通孔Ｐ１（図１Ｂ参照）が形成された所定の長さを有する部材である。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る押圧部材１が使用される鍛造型５を示す。まず、鍛造型５について説明する。
【００１７】
鍛造型５は、被成形物Ｐを保持するための固定型６と、被成形物Ｐを押圧するためのパンチ型７とを備える。鍛造型５は、固定型６内に保持された金属塊状の被成形物Ｐをパンチ型７により押圧することで被成形物Ｐを成形する。即ち、パンチ型７は、被成形物Ｐを押圧する方向及び被成形物Ｐから退避する方向に往復動するように構成されている。以下、パンチ型７が往復動する方向を上下方向とする。尚、被成形物Ｐの成形工程については後述する。
【００１８】
固定型６は、被成形物Ｐの外形（外周面）を構成する成形孔６０が貫通形成された型本体６１を備える。型本体６１は、成形孔６０の延びる方向（孔中心線方向）が上下方向と一致するように設置される。本実施形態の成形孔６０は、断面円形状に形成されている。型本体６１は、上下方向における上端側に位置する上型６１１と、下端側に位置する下型６１２とを有する。上型６１１と下型６１２とは着脱可能に形成されている。鍛造加工時には、上型６１１と下型６１２とは、上型６１１に形成された上成形孔６０１の孔中心と下型６１２に形成された下成形孔６０２の孔中心とが一致するように接合される。
【００１９】
パンチ型７は、該パンチ型７を往復動させるための駆動部（図示しない）に連結される部材である。パンチ型７は、本実施形態に係る押圧部材１と、該押圧部材１を支持する支持部８とを有する。本実施形態のパンチ型７は、棒状に形成され、長手方向が上下方向と一致するように設置されている。以下、本実施形態のパンチ型７について、固定型６側の下端部を先端と称する場合がある。
【００２０】
押圧部材１は、パンチ型７のうち図１Ａの破線で囲まれた部分（Ｃ部分）で示す先端部分を構成し、固定型６に保持された被成形物Ｐを押圧するために使用される。図２及び図３に示すように、押圧部材１は、リング部材２と、リング部材２の孔２０の一端側に挿入され、金属からなる第１の部材３と、リング部材２の孔２０の他端側に挿入され、セラミックスからなる第２の部材４とを備える。押圧部材１は、第１の部材３の外周面３１及び第２の部材４の外周面４１がリング部材２の内周面２１に押圧された状態で第１の部材３及び第２の部材４が互いに固定されて形成されている。第１の部材３は、支持部８に固定される部分であり、第２の部材４は、被成形物Ｐを押圧する部分である。
【００２１】
リング部材２は、径方向断面が円形状をなす円筒状に形成されている。具体的には、リング部材２は、一端から他端にかけて一定内径を有する孔２０が形成された部材である。図２の二点鎖線は、後述する焼き嵌め前のリング部材２を示している。リング部材２は、第１の部材３と第２の部材４とを固定する前の固定前内径Ｄ１（図４Ａも参照）が、第１の部材３と第２の部材４とを固定した後の固定後内径Ｄ２よりも小さくなるように形成されている。具体的には、リング部材２は、焼き嵌め時の熱膨張により拡径した状態で第１の部材３及び第２の部材４に対して嵌め合わされ、冷却時の収縮により第１の部材３及び第２の部材４を締め付けて固定する。そのため、固定前内径Ｄ１は、予め第１の部材３及び第２の部材４の外径よりも小さく形成されている。そして、リング部材２は、冷却により径方向Ｓに収縮することで固定後内径Ｄ２が第１の部材３及び第２の部材４の外径と一致する。尚、リング部材２は、冷却により軸方向Ｔにも収縮する。
【００２２】
リング部材２の一端面２２は、径方向Ｓに広がる平坦面である。他端面２３は、外周縁２３１が内周縁２３２よりも軸方向Ｔにおける他端側に延び、外周縁２３１から内周縁２３２にかけて内側に向けて傾斜する傾斜面Ｑを構成している。本実施形態では、リング部材２は、金属で形成されている。具体的には、リング部材２は、クロム及びバナジウムを含有する低合金鋼で形成されている。リング部材２は、炭素鋼や、ステンレススチール、ニッケル基合金等で形成されていてもよい。リング部材２は、周方向に継ぎ目の無い無端状の部材である。リング部材２は、例えば金属材料が切削加工されることにより形成されている。
【００２３】
第１の部材３は、支持部８に連結される部分である。第１の部材３は、支持部８に連結される連結部３２と、リング部材２を介して第２の部材４が固定される固定部３３とを有する。第１の部材３は、金属材料が切削加工されたものであり、連結部３２と固定部３３とが一体的に形成されている。第１の部材３は、径方向断面が円形状をなしている。連結部３２の外径は、固定部３３の外径よりも小さく形成されている。第１の部材３は、クロム及びバナジウムを含有する低合金鋼で形成されている。第１の部材３は、炭素鋼や、ステンレススチール、ニッケル基合金等で形成されていてもよい。本実施形態の第１の部材３は、リング部材２と同じ材料で形成されている。
【００２４】
連結部３２は、円柱状の部材である。連結部３２は、軸方向Ｔにおける一端側が支持部８に固定され、他端側が固定部３３に連続している。連結部３２は、外周面３１ａにねじ山が形成された雄ねじであり、支持部８に形成された雌ねじに対して着脱可能である。
【００２５】
固定部３３は、円柱状の部材である。固定部３３は、他端側が径方向に広がる平坦な端面３４を構成している。該端面３４は、第２の部材４に面接触する部分である。固定部３３の軸方向Ｔの長さは、連結部３２の軸方向Ｔの長さよりも短く形成されている。
【００２６】
連結部３２と固定部３３とは、中心軸同士が一致するようにＴ状に形成されており、連結部３２と固定部３３との間には段差面３５が形成されている。
【００２７】
第２の部材４は、被成形物Ｐを押圧する部分である。第２の部材４は、リング部材２を介して第１の部材３の固定部３３に対して固定される被固定部４２と、被成形物Ｐを押圧する押圧部４３とを有する。被固定部４２と押圧部４３とは一体的に形成されている。第２の部材４は、径方向断面が円形状をなしている。被固定部４２の外径は、押圧部４３の外径よりも小さく形成されている。本実施形態の第２の部材４は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる窒化物系セラミックスで形成されている。第２の部材４は、強度、耐熱性及び耐摩耗性が高ければよく、例えば、アルミナ (Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニア等からなる酸化物系セラミックス、炭化ケイ素 (ＳｉＣ)からなる炭化物系セラミックスで形成されていてもよい。
【００２８】
被固定部４２は、円柱状の部材である。被固定部４２は、一端側が径方向Ｓに広がる平坦な端面４４を構成し、他端側が押圧部４３に連続している。端面４４は、第１の部材３の端面３４に面接触する部分である。被固定部４２の外径は、固定部３３の外径と等しくなるように形成されている。被固定部４２は、外周面４１ａと端面４４との境界部分が面取りされ、角部で欠けるのを防止すべく曲面Ｒ１を構成している。
【００２９】
押圧部４３は、他端側に被成形物Ｐを押圧する押圧面４５を有する。本実施形態の押圧面４５は、径方向Ｓに広がる平坦な面である。押圧部４３の軸方向Ｔの長さは、被固定部４２の軸方向Ｔの長さよりも長く形成されている。押圧部４３は、被固定部４２に連続する部位から軸方向Ｔにおける他端側に向けて徐々に拡径した上で一定径の外径Ｄ３をなし、外径Ｄ３がリング部材２の外径Ｄ４よりも大きくなるように形成されている。押圧部４３は、外周面４１ｂと押圧面４５との境界部分が面取りされ、角部で欠けるのを防止すべく曲面Ｒ２を構成している。
【００３０】
被固定部４２と押圧部４３とは、中心軸同志が一致するように形成されており、被固定部４２と押圧部４３との間には段差４６が形成されている。
【００３１】
本実施形態の押圧部材１では、リング部材２、第１の部材３、及び第２の部材４が組付けられた状態で、リング部材２の内周面２１が第２の部材４の外周面４１を少なくとも５ＭＰａで押圧している。軸方向Ｔにおける被固定部４２の長さは、同方向における固定部３３の長さよりも長く、リング部材２に対する接触面積は、第２の部材４の方が第１の部材３よりも大きい。
【００３２】
本実施形態に係る押圧部材１の説明は以上である。次に、本実施形態に係る押圧部材１の製造方法について図４Ａ〜図４Ｃを参照しつつ説明する。
【００３３】
本実施形態に係る押圧部材１の製造方法（以下、製造方法とする）は、リング部材２を加熱して熱膨張させる工程と、次いで熱膨張したリング部材２の孔２０の一端側に第１の部材３が位置し、他端側に第２の部材４が位置するように、第１の部材３及び第２の部材４をリング部材２に対して相対的に挿入する工程と、然る後、リング部材２を冷却し、リング部材２の収縮によりリング部材２の内周面２１により第１の部材３の外周面３１ｂ及び第２の部材４の外周面４１ａを各々押圧して、第１の部材３と第２の部材４とを互いに固定する工程とを備える。
【００３４】
本実施形態に係る製造方法は、第１の部材３に対して第２の部材４を相対的に押圧する工程を備え、前記固定する工程では、リング部材２の孔２０内で第１の部材３に対して第２の部材４を前記相対的に押圧した状態でリング部材２を冷却し、リング部材２の軸方向Ｔの収縮により第１の部材３と第２の部材４とを互いに圧接させる。
【００３５】
具体的に説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、図２及び図３に示した押圧部材１の製造工程を示している。先ず、図４Ａに示すように、リング部材２を１００℃〜６００℃に加熱して膨張させる。下限温度は、実現したい締結力に基づいて決定され、上限温度は、金属の強度が損なわれない温度となるように決定される。図４Ａの２点鎖線Ｘは膨張前（常温）の状態、実線Ｙは膨張時の状態を示す。そして、図４Ｂに示すように膨張したリング部材２の孔２０の一端側（上端側）に第１の部材３の固定部３３、他端側（下端側）に第２の部材４の被固定部４２を夫々の中心軸が一致するように（同心円状に）挿入し（一体的に挿入してもよい）、例えば冶具などを用いて第１の部材３を第２の部材４に対して軸方向Ｔに相対的に押圧する。そして、第１の部材３の端面３４と第２の部材４の端面４４とが密着する状態でリング部材２を冷却する。このとき、第１の部材３及び第２の部材４は、１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下で押圧されるのが好ましい。図４Ｃに示すように、リング部材２は、固定部３３の外周面３１ｂ及び被固定部４２の外周面４１ａをリング部材２の中心に向けて（径方向Ｓに）押圧しながら軸方向Ｔに収縮する。リング部材２は、２０℃前後の常温まで冷却される。リング部材２は、自然冷却されてもよく、水冷等の手段で冷却されてもよい。上記の冶具による押圧力に加えて、このリング部材２の軸方向Ｔの収縮による押圧力が作用した状態でリング部材２の冷却が進み、第１の部材３と第２の部材４との結合が完了する。冷却の過程でリング部材２は径方向Ｓに均一に収縮し、リング部材２の内周面２１の全面は、固定部３３の外周面３１ｂ及び被固定部４２の外周面４１ａに対して略同時に密着する。
【００３６】
本実施形態に係る製造方法によれば、第１の部材３と第２の部材４とが互いに接触した状態で固定される。また、本実施形態に係る製造方法により製造された押圧部材１では、冷却された状態でリング部材２が第１の部材３及び第２の部材４を中心へ向けて径方向Ｓに押圧している。つまり、リング部材２は、常温の状態で第１の部材３及び第２の部材４を締め付けており、この締め付けによって第１の部材３と第２の部材４とが互いに固定されている。リング部材２内においては第１の部材３の端面３４と第２部材の端面４４とが互いに密着しており、パンチ型７の使用時には、これらの面を介して第１の部材３から第２の部材４へ力が伝達される。
【００３７】
また、本実施形態に係る製造方法は、固定する工程では、リング部材２の内周面２１は、第２の部材４の外周面４１ａを少なくとも５ＭＰａで押圧する。具体的には、製造後の常温状態の押圧部材１において、リング部材２は、第２の部材４の外周面４１ａを少なくとも１００Ｎで押圧する。このように押圧力を設定することで、リング部材２の内周面２１と第２の部材４の外周面４１ａとの間の摩擦力を十分に確保することができる。上記の押圧力とすることで、例えば、２０Ｎ程度の力で第２の部材４が人により引っ張られた際に、第２の部材４がリング部材２から外れるのを防止することができる。尚、上記押圧力は、第２の部材４として人が手で摘まめる大きさ（外径５ｍｍ〜１００ｍｍ程度）を想定したものであり、第２の部材４のサイズが大きくなる程、押圧力を大きくする必要がある。押圧部材１が鍛造型５で使用される場合の押圧力については後述する。
【００３８】
次に、本実施形態に係る製造方法により製造された押圧部材１を用いて被成形物Ｐを成形する工程について、図１Ａ及び図１Ｂを参照しつつ説明する。
【００３９】
図１Ａ及び図１Ｂは、搾出工法により被成形物Ｐを成形する鍛造工程を示す説明図である。上型６１１と下型６１２とを分離して、成形孔６０内に金属の塊状の被成形物Ｐをセットし、上型６１１と下型６１２とを接合する。型本体６１にセットされた被成形物Ｐを、図示しない加熱機構で加熱する。そして、１，０００℃〜１，２００℃程度にまで加熱された被成形物Ｐの上方からパンチ型７を下降させて当該被成形物Ｐを押圧する。このとき、パンチ型７は、１００トン〜１５０トン（１．０×１０５ｋｇ〜１．５×１０５ｋｇ）程度の力で被成形物Ｐを押圧する。この押圧により、一方向に長く、且つ一端から他端にかけて貫通孔Ｐ１が形成された被成形物Ｐが形成される。パンチ型７の先端は押圧の過程で徐々に加熱され、リング部材２の温度は３００℃程度に到達する。リング部材２は、押圧の過程で冷却され、３００℃以下の温度に保たれる場合もある。
【００４０】
パンチ型７は、貫通孔Ｐ１の形成後引き抜かれる。このとき、パンチ型７は、１トン〜３トン（１．０×１０３ｋｇ〜３．０×１０３ｋｇ）の力で引き抜かれる。即ち、リング部材２が３００℃程度に熱された状態で、被成形物Ｐの内周面と第２の部材４の外周面４１ｂとの間に、１トン〜３トンの摩擦力が作用する。このとき、リング部材２の熱膨張により第１の部材３及び第２の部材４に対する締結力が常温状態よりも弱まるため、リング部材２は、３００℃程度まで熱された状態において、第２の部材４の外周面４１ａを少なくとも２ＭＰａで押圧している必要がある。具体的には、リング部材２は、３００℃程度まで熱された状態において第２の部材４の外周面４１ａを少なくとも５０ｋＮで押圧している。このように押圧力を設定することで、引き抜き時にも第２の部材４がリング部材２から外れるのを防止することができる。尚、上述のように、リング部材２が押圧の過程で冷却された場合であっても、少なくとも１００℃に達した状態でリング部材２が第２の部材４の外周面４１ａを少なくとも４ＭＰａで押圧しているのが好ましい。
【００４１】
続いて、従来の押圧部材９及び本実施形態に係る押圧部材１の製造工程を解析した結果について説明する。
【００４２】
図５Ａ〜図５Ｃは、従来の押圧部材９の構造及び製造方法について示している。従来の押圧部材９は、第１の部材９１と第２の部材９２とを備え、第１の部材９１と第２の部材９２とがリング部材２を介さずに直接接合される点で本実施形態に係る押圧部材１と相違している。図５Ａは、第１の部材９１のみを加熱した状態であって、第１の部材９１と第２の部材９２とを接合する前の状態を示している。この従来の製造方法は、図５Ｂに示すように、加熱して膨張した第１の部材９１の下端に形成された凹部９１０に、第２の部材９２の上端に設けられた凸部９２０を差し込んだ後に、第１の部材９１を冷却して収縮させて第１の部材９１と第２の部材９２とを互いに固定する、いわゆる焼き嵌めによる製法である。
【００４３】
この従来の製法においては、凹部９１０が凸部９２０の外周面９２ａを締め付けながら収縮することで、図５Ｃに示すように、凹部９１０が凸部９２０に対して上方に位置ずれし、凹部９１０を形成する環状突起９１１が外側に広がってしまう。その結果、環状突起９１１の内周面９１ａが凸部９２０の外周面９２ａに対して部分的に接触し、該接触した部分で凹部９１０が凸部９２０を締め付けた状態となる。そのため、凸部９２０において締め付けられた部分には大きな圧縮応力がかかる。このとき、凸部９２０には、８０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの圧力が作用している。後にシミュレーションで示すように、この部分的な締め付けにより第２の部材９２に局所的に大きな引張応力が加わる結果、第１の部材９１の冷却中にセラミックスが割れてしまうおそれが有る。
【００４４】
また、例えば本実施形態のような自動車用部品を成形する場合、押圧面９２３には、上記のように１００トン〜１５０トン（１．０×１０５ｋｇ〜１．５×１０５ｋｇ）程度の比較的大きな力が作用する。そのため、セラミックスの割れを防止するには、第１の部材９１から第２の部材９２に均等に押圧力を伝えるのが好ましく、押圧部材９は、凸部９２０の頂面９２ｂと凹部９１０の底面９１ｂとが接触するか、あるいは環状突起９１１の頂面９１ｃと凸部９２０の段差面９２ｃとが接触するように設計される。しかし、第１の部材９１が冷却される過程で第１の部材９１が第２の部材９２に対して上方に浮き上がる結果、図５Ｃに示すようにこれらの面同士が接触せず、第１の部材９１と第２の部材９２との間に隙間Ｈが形成されてしまう。その結果として、パンチ型の使用時に、第２の部材９２に大きな力が局所的に加わり、第２の部材９２が割れてしまうということが分かった。製造時（焼き嵌め時）及び使用時（押圧時）の第２の部材９２の割れを防ぐために、凹部９１０による凸部９２０の締め付けが弱くなるように設計すると、パンチ型を固定型から引き抜く時に、凹部９１０から凸部９２０が外れてしまう。
【００４５】
図６〜図９は、シミュレーションによって得られた、第２の部材９２，４の引張応力の分布を示している。本来はカラーのグラデーションによる分布の表示だが、紙面の都合により等高線を用いて分布を示す。図６は、従来の押圧部材９の製造方法において、第１の部材９１の冷却完了時（焼き嵌め完了時）における第２の部材９２の引張応力の分布を示している。図６に示すように、冷却完了時には凸部９２０の外周面９２ａと段差面９２ｃとの境界部分（図６において破線で囲まれた部分）にかかる引張応力が最も大きくなり、その値は１６５０ＭＰａ程度であった。そして、鍛造工程時に、該境界部分に割れが生じることが分かった。
【００４６】
図７は、本実施形態に係る押圧部材１の製造方法において、リング部材２の冷却完了時（焼き嵌め完了時）における第２の部材４の引張応力の分布を示している。図７に示すように、従来と同様、冷却完了時には被固定部４２と押圧部４３との境界部分（図７において破線で囲まれた部分）にかかる引張応力が最も大きくなり、その値は１５０ＭＰａ程度であった。以上のように、本発明によれば、製造時（焼き嵌め時）における第２の部材４にかかる引張応力を従来の引張応力に対して大幅に低減することができ、第２の部材４の破損を抑制できることが確認された。
【００４７】
図８は、本実施形態に係る押圧部材１に１２０トンの荷重をかけてプレスする場合における第２の部材４の引張応力の分布を示している。このとき、被固定部４２の角部４２０（図８において破線で囲まれた部分のうち上側に位置する部分）にかかる引張応力が最も大きく、その値は２７０ＭＰａ程度であった。また、被固定部４２と押圧部４３との境界部分（図８において破線で囲まれた部分のうち下側に位置する部分）にかかる引張応力は２４０ＭＰａ程度であった。図９は、成形された被成形物Ｐから、１０トンの荷重をかけて押圧部材１を引き抜くときの第２の部材４の引張応力の分布を示している。このとき、被固定部４２と押圧部４３との境界部分にかかる引張応力が最も大きくなり、その値は１９０ＭＰａ程度であった。このように、本実施形態に係る押圧部材１では、プレス時（図８に示す）における引張応力が焼き嵌め時及び引き抜き時と比較して大きくなったが、この値は、従来の押圧部材９における焼き嵌め時（図６に示す）の引張応力の最大値（１６５０ＭＰａ）に対してかなり小さい値である。そのため、本実施形態に係る製造方法によれば、従来の製造方法と比較して第２の部材４にかかる引張応力を大幅に低減することができることが分かる。また、セラミックスは、常温において５００ＭＰａ以上の引張応力がかかると割れる傾向にある。従って、本実施形態に係る押圧部材１によれば、焼き嵌め時、プレス時、及び引き抜き時の全ての工程において第２の部材４の割れが抑制されることが確認された。
【００４８】
以上のように、上記実施形態によれば、リング部材２を中心に向けて収縮させることで、リング部材２の内周面２１を被固定部４２の外周面４１ａに対して広範囲に接触させることができるので、外周面４１ａに対して締め付け力を均等にかけることができ、応力集中を緩和することができる。そのため、被固定部４２の外周面４１ａにかかる圧力を低減することができ、被固定部４２に対して局所的に過度な引張応力がかかるのを防止（緩和）することができる。以上のように、上記実施形態に係る製造方法によれば、焼き嵌め時及び被成形物Ｐの成形時に第２の部材４が破損し難い。
【００４９】
また、上記実施形態によれば、製造された押圧部材１は、第１の部材３の端面３４と第２の部材４の端面４４とが面接触している。そのため、鍛造時にかかる押圧力を面で受けることができるので、第２の部材４に均等に負荷をかける（圧縮応力を均一に分散させる）ことができ、第２の部材４が破損し難い。
【００５０】
さらに、上記実施形態によれば、第１の部材３と第２の部材４とが軸方向Ｔに押圧された状態でリング部材２を冷却する。そのため、該押圧による第１の部材３と第２の部材４との圧接に加え、リング部材２の軸方向Ｔの収縮により第１の部材３の端面３４と第２の部材４の端面４４とを更に密着させることができ、鍛造時にかかる押圧力を確実に面で受けることができる。
【００５１】
また、セラミックスは加工の難しさから、一般的に大型の部品として使用されるよりも小型の部品として使用される方が好ましいとされている。本実施形態では、パンチ型７の下端部であって被成形物Ｐに押し当てられる第２の部材４のみをセラミックスとし、第１の部材３及び支持部８については金属により夫々構成している。そのため、本実施形態では、パンチ型７のうちセラミックスで構成される部分をできる限り小さく形成することができ、セラミックスの耐熱性や耐摩耗性を最大限に利用できる最適なパンチ型７を構築することができる。
【００５２】
また、上記実施形態では、リング部材２の他端面２３が外周縁２３１から内周縁２３２にかけて内側に向けて傾斜する傾斜面Ｑを構成している。そのため、リング部材２は、応力が集中しやすい被固定部４２と押圧部４３との境界部分に当接し難く、該境界部分に応力がかかるのを緩和することができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、押圧部材１は、押圧部４３の外径Ｄ３がリング部材２の外径Ｄ４より小さくなるように製造される。そのため、被成形物Ｐの成形時にリング部材２の外周面２４が被成形物Ｐの内周面に接触することがなく、被成形物Ｐの貫通孔Ｐ１を一定の径で正確に形成することができる。さらに、上記の構造によりリング部材２の外周面２４が被成形物Ｐに接触しないので、被成形物Ｐからリング部材２への熱移動が抑制され、成形時にリング部材２の締結力が下がるのを防止することができる。
【００５４】
また、上記実施形態に係る製造方法によれば、リング部材２の長さや厚さ等、リング部材２の形状を適宜設定することで第１の部材３の各部、第２の部材４の各部へ加えられる押圧力を制御することができる。そのため、第２の部材４の局所に過度な応力が生じることを避けつつ、成形時に加熱された際に第１の部材３と第２の部材４との結合が解除されないよう、容易に設計することができる。
【００５５】
また、従来のパンチ型７の先端部分を上記実施形態に係る押圧部材１に置き換えて使用することができるので、既存の鍛造型５を改造する必要が無く、既存の鍛造型５に対しても容易に適用することができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、リング部材２及び第１の部材３は、同じ材料で形成されている。即ち、リング部材２及び第１の部材３は同じ熱膨張率を有するので、プレス時の熱膨張の際に、リング部材２及び第１の部材３が同じような挙動で膨張する。そのため、熱膨張の際に、リング部材２と第１の部材３との締結力が変動し難く、リング部材２と第１の部材３とが外れ難い。
【００５７】
尚、本発明の押圧部材１の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５８】
上記実施形態では、リング部材２が金属で形成されている場合について説明したがこれに限定されるものではない。リング部材２は、セラミックスや樹脂等で形成されていてもよい。
【００５９】
リング部材２をセラミックスで形成した場合には、プレス時の加熱により外れ難い押圧部材１を提供することもできる。具体的には、セラミックスの熱膨張率は比較的小さいため、押圧部材１が加熱されたときにリング部材２の膨張代が小さいと共に第１の部材３及び第２の部材４が膨張するので、第１の部材３及び第２の部材４に対するリング部材２の押圧力が低下することを防止することができる。なお、リング部材２の材料として、例えば第１の部材３及び第２の部材４の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有する金属を用いた場合にもセラミックスを用いる場合と同様、押圧力の低下を防止することができる。尚、金属とは、炭素鋼などの金属と金属以外の材料とからなる合金も含む。
【００６０】
図１０Ａ〜図１０Ｃは本発明に係る押圧部材１の変形例を示している。圧縮応力を均一に分散させるために第１の部材３の端面３４と第２の部材４の端面４４とは接していることが望ましいが、図１０Ａの構成例のように、第１の部材３と第２の部材４との間に隙間Ｈが形成されていてもよい。即ち、リング部材２によって第２の部材４を締め付けることで、少なくとも焼き嵌め時に外周面４１ａに対して応力集中を緩和することができる結果、焼き嵌め時及び被成形物Ｐの成形時に第２の部材４が破損し難くすることができる。
また、図１０Ｂの構成例のように第２の部材４を段差４６の無いストレートな形状とし、第２の部材４の各部における応力の差がより抑えられる構成としてもよい。ただし、図１Ａ及び図１Ｂに例示されるようにパンチ型７が被成形物Ｐに比較的深く進入する場合には、被成形物Ｐとの干渉を防ぐために図２のように、押圧部４３の外径Ｄ３がリング部材２の外径Ｄ４よりも大きくなるように構成することが好ましい。
さらに、図１０Ｃの構成例のように、第２の部材４がリング部材２の孔２０内から突出していなくてもよい。
【００６１】
上記実施形態に係る製造方法では、第１の部材３に対して第２の部材４を軸方向Ｔに相対的に押圧した状態でリング部材２を冷却する場合について説明したがこれに限定されるものではない。押圧部材１の製造方法では、リング部材２の冷却時に第１の部材３と第２の部材４とを互いに押圧せず、単に接触させた状態でリング部材２を冷却し、リング部材２の軸方向Ｔの収縮により第１の部材３と第２の部材４とを圧接させてもよい。
【００６２】
上記実施形態では、本発明は、型を用いた成形部品に適用される場合について説明したがこれに限定されない。本発明は、例えば、第２の部材４としてセラミックスによる刃と、第１の部材３としてこの刃を支持する金属からなる部材とで構成される包丁のような切断器具を製造する場合にも適用することができる。つまり、被成形物Ｐに押し付けて部品を形成する押圧部材１全般に対して、本発明を適用することができる。
【００６３】
上記実施形態では、リング部材２は、径方向断面が円形状をなす円筒状に形成されている場合について説明したがこれに限定されるものではない。リング部材２は、径方向断面が多角形状をなす角筒状に形成されていてもよい。同様に、第１の部材３及び第２の部材４は、リング部材２の断面形状に対応して径方向断面が多角形状をなす角柱状に形成されていてもよい。
【００６４】
上記実施形態では特に言及するものではないが、固定する工程は、リング部材２の一端面２２と第１の部材３の段差面３５とを軸方向Ｔで一致（径方向Ｓで同じ高さに位置）させる工程を備えていてもよい。係る工程を備えることで、製造後にリング部材２の一端面２２と第１の部材３の段差面３５との間に段差が形成されるのを防止し、支持部８から伝達される力をより広い面で受けることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…押圧部材、２…リング部材、２０…孔、２１…内周面、２２…一端面、２３…他端面、２４…外周面、３…第１の部材、３１…外周面、３２…連結部、３３…固定部、４…第２の部材、４１…外周面、４２…被固定部、４２０…角部、４３…押圧部、５…鍛造型、６…固定型、６０…成形孔、６１…型本体、６１１…上型、６１２…下型、７…パンチ型、８…支持部、Ｐ…被成形物、Ｈ…隙間
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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