(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも，外周にフランジを有すると共に，軸方向に深穴を有する筒部と底穴を有する底部とを有し，かつ上記深穴と底穴とは連通されているフランジ付中空部品を製造する方法において，
上記フランジを形成する第１キャビティと上記筒部の外径を形成する第２キャビティを有するダイスと，上記第２キャビティ内に挿入され上記深穴を形成するためのカウンタパンチと，上記ダイスに対向配設したアウタパンチ及びインナパンチとを用い，
上記ダイスの第２キャビティ内に，円柱状の金属素材を投入し，該金属素材を上記カウンタパンチと上記アウタパンチと上記インナパンチとにより一度の冷間鍛造を行い，上記金属素材を据え込み加工して上記フランジと底部とを形成すると共に上記第２キャビティと上記カウンタパンチとにより押出し加工して上記深穴を有する上記筒部を形成する冷間鍛造工程を有することを特徴とするフランジ付中空部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１において，上記冷間鍛造工程の後に，上記底部に，上記深穴に連通する上記底穴を形成することを特徴とするフランジ付中空部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記ダイスは軸方向にフローティング状態に保持されており，該ダイスと上記カウンタパンチとは相対的に移動可能に配設されていることを特徴とするフランジ付中空部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，フランジ付中空部品の製造方法，特に冷間鍛造による製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
後述する図３に示すごとく，例えば自動車用酸素センサ９０においては，ハウジング１４が設けられている。このハウジング１４は，図５ｅにも示すごとく，外周に六角状のフランジ３を有すると共に，軸方向に深穴２を有する筒部２５と底穴４を有する底部４５とを有し，かつ上記深穴２と底穴４とは連通されているフランジ付中空構造になっている。
【０００３】
ところで，従来，このハウジング１４を製造するに当たっては，六角柱状のステンレス鋼等の金属素材に切削加工を施す方法が採られていた。しかし，この切削加工による製造方法は作業効率等がよくないため，合理化策の一環として，冷間鍛造による製造が試みられてきた。
【０００４】
この冷間鍛造によるフランジ付中空部品の製造方法としては，例えば，円柱状素材に貫通穴を設けたのち，フランジを据え込み加工により形成する方法（特開平１−２２８６３２号）が提案されている。
また，その他の従来の冷間鍛造方法としては，図５に示したような工程によって行うものがある。
【０００５】
この後者の方法でフランジ付中空部品を製造するに当たっては，図５に示すごとく，まず，円柱状の金属素材１０（図５ａ）に焼き鈍し処理を施し，潤滑剤を塗布する。次いで，穴あけ工程（図５ｂ）において，冷間鍛造により上記金属素材１０に深穴２を設けて深穴中間材１１をつくる。次いで，フランジ成形工程（図５ｃ）において，冷間鍛造により上記深穴中間材１１にフランジ３を設けてフランジ付中間材１２をつくる。
【０００６】
次いで，底穴工程（図５ｄ）において，再び冷間鍛造により上記フランジ付中間材１２の底部４５に底穴４を設けるとともに，深穴２の穴底２０を成形した底穴中間材１３をつくる。次いで，穴抜き工程（図５ｅ）において，上記底穴中間材１３の深穴２と底穴４の間を，抜き加工により貫通させて，ハウジング１４を得ていた。
【０００７】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のフランジ付中空部品の冷間鍛造方法においては，次の問題がある。
即ち，金属素材１０が例えばステンレス鋼や耐熱鋼のように変形抵抗が大きく加工性が悪い場合には，例えば上記穴あけ工程（図５ｂ）においては，穴あけ工具が破損したり焼付きが発生したりし易い。このため，単一の冷間鍛造工程で，深い穴あけ等を施すことが難しい。そのため，穴あけを複数工程に分けて加工するなど多くの冷間鍛造工程数を必要とする。
また，穴あけ工具にかかる面圧が大きいため，工具の弾性変形量が大きい。そのため，得られた成形品の寸法精度も悪い。
【０００８】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，深穴の形成と同時にフランジを成形することができる，フランジ付中空部品の冷間鍛造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
本発明は，少なくとも，外周にフランジを有すると共に，軸方向に深穴を有する筒部と底穴を有する底部とを有し，かつ上記深穴と底穴とは連通されているフランジ付中空部品を製造する方法において，
上記フランジを形成する第１キャビティと上記筒部の外径を形成する第２キャビティを有するダイスと，上記第２キャビティ内に挿入され上記深穴を形成するためのカウンタパンチと，上記ダイスに対向配設したアウタパンチ及びインナパンチとを用い，
上記ダイスの第２キャビティ内に，円柱状の金属素材を投入し，該金属素材を上記カウンタパンチと上記アウタパンチと上記インナパンチとにより一度の冷間鍛造を行い，上記金属素材を据え込み加工して上記フランジと底部とを形成すると共に上記第２キャビティと上記カウンタパンチとにより押出し加工して上記深穴を有する上記筒部を形成する冷間鍛造工程を有することを特徴とするフランジ付中空部品の製造方法にある。
【００１０】
本発明において最も注目すべきことは，上記金属素材を冷間鍛造して，上記金属素材を据え込み加工して，上記フランジと底部とを同時形成すると共に，押し出し加工して上記筒部を形成することにある。
なお，深穴とフランジを有し底穴を設ける前の中間材（図１ｂ）を，以下フランジ付中間材という。本発明は，このフランジ付中間材の成形方法に最も特徴がある。
【００１１】
上記ダイスが有する第１キャビティは，上記フランジ付中空部品のフランジの外形と同形状を有することが好ましい。即ち，第１キャビティは，上記フランジが円形であれば円形状に設け，フランジが六角であれば六角状に設けることが好ましい。これにより，フランジ形状の仕上げ加工を省略することができる。また，第１キャビティの深さ（図２中符号ｇ参照）は，上記フランジの厚みと同じ寸法に設ける。
【００１２】
上記第２キャビティは，上記第１キャビティの下方に設けられ，フランジ付中間材の筒部の外径と同じ径を有する。上記カウンタパンチの外径は，上記フランジ付中間材の筒部の深穴の径と同じ寸法に設けられている。それ故，上記第２キャビティ内においてカウンタパンチとの間で形成された筒状の空間の厚みは，上記フランジ付中間材の筒部の厚みと同じ寸法である。
【００１３】
上記アウタパンチの内孔は，フランジ付中間材の底部の外径と同一の内径寸法を有する。上記内孔に挿入されたインナパンチは，上記底部と同一の外径寸法を有する。
上記ダイスは，軸方向にフローティング状態に保持され，該ダイスと上記カウンタパンチとは相対的に移動可能に配設されている，複動機構の金型を用いることが好ましい。これにより，スムーズな成形を行うことができる。
【００１４】
上記フローティング状態は，実施例に示すごとく，例えばスプリングによりダイスを弾力的に支承することにより形成する。
また，上述したそれぞれの寸法は，加工時の熱膨張あるいは弾性変形量，工程間でのワークと金型の間のクリアランスを考慮し，その分補正する必要がある。
【００１５】
【作用および効果】
本発明のフランジ付中空部品の冷間鍛造方法においては，まず，金属素材を上記第２キャビティ内の投入保持部に投入する（図２ａ）。このとき，第２キャビティ内には，カウンタパンチが挿入されているため，カウンタパンチの上面に金属素材の下面が当接し，上記投入保持部に保持される。
【００１６】
次いで，アウタパンチとインナパンチをダイス等に向かって相対的に平行移動させる。そして，アウタパンチをダイスに当接すると共にインナパンチを金属素材の上面に当接させる（図２ｂ）。この場合，ダイス等の金属素材側を平行移動させてもよいし，双方を平行移動させてもよい。
【００１７】
次いで，金属素材を圧縮する方向にカウンタパンチをインナパンチに向かって相対的に平行移動させる（図２ｃ）。これにより，冷間鍛造を行う。この場合，カウンタパンチ以外を平行移動させてもよいし，双方を平行移動させてもよい。そして，これらの一連の移動により，上記第１キャビティ内においては，いわゆる据え込み加工によってフランジが形成される。それと同時に第２キャビティ内においては，いわゆる押出し加工によって筒部が形成される。
【００１８】
即ち，一度の冷間鍛造により，フランジの据え込み加工と筒部の深穴加工を行うことができ，単独で深穴加工を行う場合よりもみかけ上加工度が低減する。これにより，工具の面圧，特にカウンタパンチの面圧が低減する。そのため，従来のように，工具が破損したり焼付いたりしない。
【００１９】
次いで，このようにして得られたフランジ付中間材の底部に，上記深穴と連通する底穴を形成することにより，フランジ付中空部品を得ることができる。
このように，本発明においては，深穴の形成と同時にフランジを成形することができる，フランジ付中空部品の冷間鍛造方法を提供することができる。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例にかかるフランジ付中空部品の冷間鍛造方法につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例のフランジ付中空部品は，図３に示した自動車用酸素センサ９０におけるハウジング１４である。図３において，符号９２は酸素センサ素子，９４は有孔保護カバー，９５は上部ケースである。
【００２１】
このハウジング１４は，図１ｄ，図３に示すごとく，外周にフランジ３を有すると共に，軸方向に深穴２を有する筒部２５と底穴４を有する底部４５とを有し，かつ上記深穴２と底穴４とは連通されている。図１は，上記ハウジング１４の製造工程を説明する図であり，各工程における平面図と縦断面図を示している。
【００２２】
このハウジング１４におけるフランジ付中間材（図１ｂ）を製造するに当たっては，図２に示す製造工程を行う。
即ち，まず，図２ａに示すごとく，上記フランジ３を形成する第１キャビティ６１と上記筒部２５の外径を形成する第２キャビティ６２を有するダイス５３とを準備する。また，上記第２キャビティ６２内に挿入され上記深穴２を形成するためのカウンタパンチ５６と，上記ダイス５３に対向配設したアウタパンチ５２及びインナパンチ５１とを準備する。
【００２３】
そして，図２ａに示すごとく，上記ダイス５３の第２キャビティ６１内に，焼き鈍し処理をして潤滑処理を施した金属素材１０を投入する。次いで，図２ｂ，ｃに示すごとく，該金属素材１０を上記カウンタパンチ５６とアウタパンチ５２とインナパンチ５１とにより冷間鍛造する。これにより，上記金属素材１０を据え込み加工して上記フランジ３と底部４５とを形成すると共に，上記第２キャビティ６２と上記カウンタパンチ５６とにより押出し加工して上記筒部２５を形成する。
なお，上記金属素材１０は，焼き鈍し，潤滑処理したものを用いたが，焼き鈍しのない素材でも良いし，潤滑処理の代用として油を用いても良い。
【００２４】
上記の加工により，内部に深穴２を有する筒部２５とフランジ３と中実状の底部４５とを有するフランジ付中間材１２を得る（図１ｂ，図２ｃ）。
その後，図１ｃ，ｄに示すごとく，上記フランジ付中間材１２の底部４５に，上記深穴２に連通する上記底穴４を形成する。これにより，フランジ付中空部品であるハウジング１４を得る（図１ｄ）。
上記金属素材１０は，ステンレス鋼よりなる。
【００２５】
以下，上記の製造方法につき詳しく説明する。
まず，上記製造に用いる加工装置につき，説明する。
図２に示すごとく，上記ダイス５３の第１キャビティ６１は，上記ハウジング１４のフランジ３の外形と同じ六角形状を有する。第１キャビティ６１の深さｇ（図２ａ）は，上記フランジ３の厚みと同じ寸法に設けてある。なお，この第１キャビティ６１の形状を円形状としておき，別工程で，円形状のフランジを六角形状にしても良い。この場合，図１（ｄ）工程で，あるいは更に１工程追加して，上記円形状フランジの外周のトリミングを行なう。
【００２６】
図２ａに示すごとく，上記第２キャビティ６２は，上記第１キャビティ６１の下方に設けられ，フランジ付中間材１２の筒部２５の外径と同じ径を有する。そして，第２キャビティ６２内に挿入されたカウンタパンチ５６との間には筒状の空間を形成している。
【００２７】
上記カウンタパンチ５６の外径は，上記フランジ付中間材１２の筒部２５の深穴２の径と同じ寸法に設けられている。上記第２キャビティ６２内において，カウンタパンチ５６との間に形成された筒状の空間は上記筒部２５の厚みと同じ寸法となる。
上記インナパンチ５１を挿入するアウタパンチ５２の内孔５２０は，フランジ付中間材１２の底部４５の外径と同一の内径寸法を有する。
【００２８】
また，上記ダイス５３は，図２に示すごとく，コイルスプリング製のダイクッション５４を介して，軸方向にフローティング状態に保持されており，固定された上記カウンタパンチに対しては相対的に移動可能に配設されている。
なお，上記ダイクッション５４は，油圧或いは空圧を使用したものを用いても良い。
また，上述したそれぞれの寸法は，加工時の熱膨張あるいは弾性変形量，工程間でのワークと金型の間のクリアランスを考慮し，その分補正してある。
【００２９】
次に，ハウジング１４の冷間鍛造方法においては，図２ａに示すごとく，まず，焼き鈍しをして潤滑処理を施した金属素材１０を上記第２キャビティ６２内の投入保持部５８に投入する。このとき，第２キャビティ６２内には，カウンタパンチ５６が挿入されているため，その上面５６０に金属素材１０の下面１０１が当接し，保持される。
なお，上記金属素材１０は焼き鈍し，潤滑処理を施したものを用いたが，焼き鈍しのない素材でも良いし，潤滑処理の代用として油を用いても良い。
【００３０】
次いで，図２ｂに示すごとく，アウタパンチ５２とインナパンチ５１を軸方向にダイス５３に向かって平行移動させて，アウタパンチ５２をダイス５３に当接すると共にインナパンチ５１を金属素材１０の上面１０２に当接させる。
【００３１】
次いで，図２ｃに示すごとく，金属素材１０を圧縮する方向に，カウンタパンチ５６を相対的に平行移動させ，冷間鍛造を行う。即ち，上記インナパンチ５１，アウタパンチ５２を下降させ，カウンタパンチ５６は固定したままである。また，ダイス５３は，上記ダイクッション５４により上方に付勢されているが，アウタパンチ５２の押圧力によって下降する。
【００３２】
そして，これらの冷間鍛造装置の一連の移動により，上記第１キャビティ６１内においては，いわゆる据え込み加工によってフランジ３が形成される。それと同時に第２キャビティ６２内においては，いわゆる押出し加工によって筒部２５が形成される。その後，図２に示したノックアウトスリーブ５５により，加工された金属素材を突き出す。これにより，上記フランジ付中間材１２（図１ｂ）が得られる。
【００３３】
その後は，図１ｃに示すごとく，上記フランジ付中間材１２の底部４５に底穴４を設けるとともに，深穴２の奥に穴底２０を成形するあるいは，深穴２の穴深さをさらに深くするための押出し加工や圧印加工を施す。これにより，底穴中間材１３とする（図１ｃ）。
次いで，上記底穴中間材１３において，深穴２と底穴４の間を冷間鍛造での穴抜き加工し，深穴２と底穴４を連通させることにより，ハウジング１４を得る（図１ｄ）。
なお，連通穴を形成するにあたり，ドリル加工などの施削加工でも良いし，また冷間鍛造での穴抜き加工によっても良い。
【００３４】
このように，本例においては，一度の冷間鍛造により，フランジ３の据え込み加工と筒部２５の深穴２の加工を行うことができる。また，単独で深穴２の冷間鍛造加工を行う場合に比べて，材料が流出する空間が大きいため，見掛け上加工度が低減する。これにより，工具の面圧，特にカウンタパンチ５６の面圧が低減する。
【００３５】
このカウンタパンチ（穴あけパンチ）の面圧について，従来技術のように穴あけを単独の冷間鍛造で行った場合と，本例の場合とを比較した。その結果を図４に示す。
同図より知られるごとく，本例によれば，従来の場合に比べて約８割弱の面圧しかかからない。このため，従来のように，工具が破損したり焼付いたりしない。
【００３６】
上記のごとく，本例によれば，深穴の形成と同時にフランジを成形することができるフランジ付中空部品の冷間鍛造方法を提供することができる。また，本例においては，ダイス５３，カウンタパンチ５６，アウタパンチ５２，インナパンチ５１よりなる，複動機構の冷間鍛造金型を用いるので，加工が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるフランジ付中空部品の製造工程の説明図。
【図２】実施例における，フランジ付中間材の冷間鍛造方法の説明図。
【図３】実施例におけるフランジ付中空部品としての，ハウジングを組み込んだ酸素センサの断面図。
【図４】実施例における，穴あけパンチ（カウンタパンチ）の面圧低減効果の説明図。
【図５】従来例におけるフランジ付中空部品の製造工程の説明図。
【符号の説明】
１０．．．金属素材，
１２．．．フランジ付中間材，
１３．．．底穴中間材，
１４．．．フランジ付中空部品，
２．．．深穴，
２５．．．筒部，
３．．．フランジ，
４．．．底穴，
４５．．．底部，
５１．．．インナパンチ，
５２．．．アウタパンチ，
５３．．．ダイス，
５４．．．ダイクッション，
５５・・・ノックアウトスリーブ，
５６．．．カウンタパンチ，
６１．．．第１キャビティ，
６２．．．第２キャビティ，
９０．．．自動車用酸素センサ，
９２．．．酸素センサ素子，
９４．．．有孔保護カバー，
９５．．．上部ケース，
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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