(57)【要約】      （修正有）【課題】揺動鍛造を用いた新規な穿設方法を提供する。【解決手段】基準軸Ｃに対して傾斜させた鍛造工具10の工具軸Ｇを揺動させて素材Ｗを成形する揺動鍛造方法を用い、素材Ｗに深穴を穿設する穿設方法である。鍛造工具10を工具軸Ｇに対する回転を規制しつつ揺動させて素材Ｗの表面の一部を鍛造工具10の端面により押圧する工具揺動工程と、工具揺動工程と協調して基準軸Ｃと前記工具軸Ｇとが交差する揺動点Ｐを基準軸Ｃを固定した状態で基準軸Ｃに沿って相対移動させる工具送り工程と、を含む。【選択図】図２
2011218444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法を用い、
前記鍛造工具を前記工具軸に対する回転を規制しつつ揺動させて前記素材の表面の一部を該鍛造工具の端面により押圧する工具揺動工程と、
前記工具揺動工程と協調して、前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸を固定した状態で該基準軸に沿って相対移動させる工具送り工程と、
を含み、前記素材に深穴を穿設することを特徴とする穿設方法。
【請求項２】
前記工具送り工程は、前記素材の表面から、前記鍛造工具の寸法から算出される前記深穴の最大径の３分の１以上まで、前記揺動点を移動させる工程である請求項１に記載の穿設方法。
【請求項３】
前記深穴は、有底穴である請求項２に記載の穿設方法。
【請求項４】
断面減少率が８０％以下である請求項１〜３のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項５】
前記工具送り工程は、前記素材を挟んで前記鍛造工具と対向し、前記基準軸と同軸的に配置され該素材が載置されたカウンタパンチを用いて二方向から前記深穴の穿設を同時に行う請求項１〜４のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項６】
前記工具送り工程の後行われ、該工具送り工程で前記素材に形成された前記深穴の底面と背向する該素材の外面に対して該深穴と同軸的に穿設を行う第二工具送り工程を含む請求項１〜５のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項７】
前記工具揺動工程および前記工具送り工程は、少なくとも前記基準軸に対して垂直方向への前記素材の変形を規制する変形規制手段を用いて該素材に前記深穴を穿設する工程である請求項１〜６のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項８】
前記工具送り工程は、前記深穴の最大径（ｍｍ）に対する前記工具揺動工程における前記鍛造工具の揺動１回当たりの前記素材に形成される前記深穴の深さ（ｍｍ）の割合（％）を３％以上１６．５％以下とする工程である請求項７記載の穿設方法。
【請求項９】
前記変形規制手段は、前記素材を収容する変形規制型である請求項７または８記載の穿設方法。
【請求項１０】
前記工具揺動工程および前記工具送り工程は、自由鍛造により前記素材に前記深穴を穿設する工程である請求項１〜６のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項１１】
前記工具送り工程は、前記深穴の最大径（ｍｍ）に対する前記工具揺動工程における前記鍛造工具の揺動１回当たりの前記素材に形成される前記深穴の深さ（ｍｍ）の割合（％）を０．３％以上１１％以下とする工程である請求項１０記載の穿設方法。
【請求項１２】
前記工具揺動工程は、前記基準軸と前記工具軸との成す角θを５〜１５°にして前記鍛造工具を揺動させる工程である請求項１〜１１のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項１３】
前記鍛造工具は、前記工具軸と母線との成す角をα’としたときに（９０−α’）で表される先端角度αが５〜１５°である円錐形状の先端部をもつ請求項１〜１２のいずれかに記載の穿設方法。
【請求項１４】
コネクティングロッド、等速ジョイントまたはブレーキシリンダの穴付部の製造に用いる請求項１〜１３のいずれかに記載の穿設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の素材に深穴を穿設する穿設方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鍛造は、素材の少なくとも一部を工具によって押し潰すことで所定の形状に成形する塑性加工法である。一般的な鍛造は、生産性および材料歩留まりが高いことから種々の部品の加工手段として広く活用されている。しかしながら、鍛造は大荷重を必要とするので、金型や装置の大型化によって初期投資が大きくなり、また、騒音や振動に対する対策も必要となる。そのため、実際に鍛造を用いて製造されるものは、大量生産品に限られてしまう。
【０００３】
一方、金型や装置を小型化し、多品種少量生産に対応できる鍛造技術として、いわゆる揺動鍛造がある。揺動鍛造は、１９２９年に英国のＨ．Ｆ．Ｍａｓｓｅｙが考案した技術に端を発するといわれている。しかし、揺動鍛造は、未だ十分に普及しているとはいえず、研究開発の事例もそれほど多くない。自動車部品で言えば、ホイール、ディスク、カム、ベベルギヤなどの加工に揺動鍛造の適用が検討されてはいるが、揺動鍛造で製造できる部材は限られている。
【０００４】
特許文献１では、揺動鍛造によりフランジを有する部材を作製している。フランジ部材の頂面に凹部が形成されないように、揺動鍛造角度（θ）に対して上型成形角度（α）を調節して、揺動鍛造を行うことが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、揺動鍛造により金型原器（素材）に方形状の凹部を転写して形成する方法が開示されている。揺動鍛造の間に、鍛造工具に相当するパンチブランクの位置がずれると、パンチブランクの形状が正確に転写されず、素材に方形状の凹部を精密に形成することができない。パンチブランクを定位置で揺動運動させる回転止め（５および６）により、パンチブランクの自転が規制されている。しかし、こうして形成される凹部は、比較的浅い。
【０００６】
特許文献３には、揺動鍛造を用いてカップ形状品を成形する方法が開示されている。特許文献３では、外径がφ２００ｍｍの素材を、外径がφ３００ｍｍで肉厚が１０ｍｍ（つまり内径がφ２８０ｍｍ）のカップ形状品に成形している。すなわち、成形される前の素材はカップ形状品の底面よりも小さいが、上型（鍛造工具）に押圧されることで素材が外周側に押し広げられてカップ形状に成形される。つまり、特許文献３では、素材は原形をとどめておらず、大きく塑性変形されている。また、得られるカップ形状品の深さは、それ程深くはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２８５５８６号公報
【特許文献２】特開平６−２８５５７６号公報
【特許文献３】特開平８−１１２６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および２に記載のように、これまでの揺動鍛造は、比較的浅い「へこみ」を形成するものがほとんどであった。また、特許文献３に記載のように素材を大きく変形させることなく揺動鍛造を用いて素材に直接「穴」を形成するという考えは、そもそも無かった。さらに、揺動鍛造により従来よりも深い穴を成形することは、種々の欠陥が生じるとの理由から奨励されていなかった。そのため、揺動鍛造を用いた深穴の穿設は、これまで試みられていない。
【０００９】
本発明者等は、揺動鍛造を用いて従来よりも深い穴を穿設する場合に発生する問題点を明らかにするとともに、その問題点を克服することができる手法を新たに見出した。すなわち、本発明は、揺動鍛造を用いた新規な穿設方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、揺動鍛造を用いて従来行われているよりも深い穴を形成すると、円柱形状の穴であっても、穴の内周面に周方向に延びる加工痕が形成されて、安定した形状の深穴を穿設することが困難であることに着目した。特に、凹凸の激しい螺旋状の溝（螺旋痕）が発生すると、そのままでは使用できないため、穿設後に表面を滑らかにする工程が必要となる。また、鍛造工具の揺動条件に応じて深い加工痕となったり加工痕が発生しても比較的滑らかな表面になったりすることがわかった。本発明者は、この成果を発展させることで、以降に述べる発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の穿設方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法を用い、
前記鍛造工具を前記工具軸に対する回転を規制しつつ揺動させて前記素材の表面の一部を該鍛造工具の端面により押圧する工具揺動工程と、
前記工具揺動工程と協調して、前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸を固定した状態で該基準軸に沿って相対移動させる工具送り工程と、
を含み、前記素材に深穴を穿設することを特徴とする。
【００１２】
揺動中の鍛造工具の自転を規制することで、深穴の穿設に伴い内周面に形成される加工痕（特に螺旋痕）を抑制することができる。したがって、深穴の穿設に揺動鍛造を用いても、他の穿設方法（たとえば、鍛造工具を単に押し込む通常の方法：後述の比較例などを参照）と同等に安定した形状の深穴を穿設することができる。また、揺動鍛造を用いることで、前述の工具押し込みによる通常の穿設に比べて、深さ方向に押し込むのに要する荷重は低減される。その結果、素材と鍛造工具との焼き付き、鍛造工具への素材材料の付着、鍛造工具の破損、加工時の振動や騒音などが低減され長寿命となり、また、形成される深穴周辺における素材の変形も抑制される。
【００１３】
なお、鍛造工具の自転を規制した揺動鍛造は従来（たとえば特許文献２）にもあるが、それらは単に、素材に対する鍛造工具の方向を一定にして方形状のような対称的でない形状の凹部を精度よく形成することを目的とするものであった。そして、このような凹部は、扁平な窪みでしかなかった。本発明の穿設方法においても従来の揺動鍛造装置を使用することはできるものの、加工により得られる形状はこれまでに試みられている方法で成形される形状とは全く異なるものである。
【００１４】
また、本発明の穿設方法により得られる深穴をもつ部材は、揺動鍛造法により穿設されることで、深穴の内面の硬さが最も固く、内面から離れるにつれて漸次硬さが低下する硬さ分布を有し、内面から最も離れた位置の硬さは、加工前の素材と同程度であるという特徴をもつ。
【００１５】
本発明の穿設方法において形成される「深穴」とは、従来の揺動鍛造法により形成される単なるへこみよりも深い穴を想定している。具体的には、深穴は、穴の最大径（穴が円形でない場合には外接円の直径）の２分の１以上さらには穴の最大径以上の深さを有するとよい。ただし、底部を共有する深穴である場合には、二つの深穴の合計の深さが、鍛造工具により形成された深穴の最大径の２分の１以上さらには最大径以上となるとよい。したがって、工具送り工程は、塑性流動による高さ増加を見越して、素材の表面から、穿設された深穴の最大径あるいは鍛造工具の寸法から算出される深穴の最大径の３分の１以上さらには２分の１以上まで、揺動点を移動させる工程であるのが望ましい。深穴が有底穴である場合には、工具送り工程は、加工前の素材の基準軸方向の厚さ未満まで揺動点を移動させる工程であるのが望ましい。
【００１６】
鍛造方法は、大きく「自由鍛造」と「型鍛造」とに分類される。本発明の穿設方法は、自由鍛造であっても型鍛造であっても可能である。すなわち、工具揺動工程および工具送り工程は、自由鍛造により素材に深穴を穿設する工程であってもよい。あるいは、工具揺動工程および工具送り工程は、少なくとも基準軸に対して垂直方向への素材の変形を規制する変形規制手段を用いて該素材に深穴を穿設する工程であってもよい。
【００１７】
また、本発明の穿設方法において、揺動鍛造により塑性流動する材料の量（塑性流動割合）と加工痕の形成とに相関があることが新たにわかった。ここで「塑性流動割合」を、深穴の最大径（ｍｍ）に対する工具揺動工程における鍛造工具の揺動１回当たりの素材に形成される深穴の深さ（ｍｍ）の割合（％）と規定する。変形規制手段を使用する場合には、塑性流動割合を３％以上１６．５％以下さらには４％以上１２％以下とするのが好ましい。変形規制手段を使用しない自由鍛造の場合には、塑性流動割合を０．３％以上１１％以下とするのが好ましい。この条件の下で揺動鍛造を行うことで、内周面がさらに滑らかで安定した形状をもつ深穴を精度よく穿設することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の穿設方法によれば、揺動鍛造を用いて内周面が滑らかな深穴を穿設することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の穿設方法に用いられる円形穴加工用の鍛造工具の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の穿設方法に用いられる揺動鍛造装置の一例を示す概略図であって、装置の主要部を示す。
【図３】本発明の穿設方法に用いられる異形穴加工用の鍛造工具の一例を示す側面図および下面図である。
【図４】本発明の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２２ｍｍ高さ８．５ｍｍの円柱）を示す。
【図５】本発明の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２２ｍｍ高さ８．５ｍｍの円柱）を示す。
【図６】本発明の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２２ｍｍ高さ８．５ｍｍの円柱）を示す。
【図７】鍛造工具の回転を規制しない従来の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２２ｍｍ高さ８．５ｍｍの円柱）を示す。
【図８】本発明の穿設方法により形成される異形穴を模式的に示す説明図であって、上面図および断面図である。
【図９】本発明の穿設方法によりφ１７ｍｍの異形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ３３ｍｍ高さ１９．５ｍｍの円柱）を示す。
【図１０】鍛造工具の回転を規制しない従来の穿設方法によりφ１７ｍｍの異形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２２ｍｍ高さ８．５ｍｍの円柱）を示す。
【図１１】本発明の穿設方法によりφ１７ｍｍの異形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２２ｍｍ高さ８．５ｍｍの円柱）を示す。
【図１２】揺動鍛造により穿設された深穴の真円度および穴の振れを示すグラフであって、鍛造工具を揺動させずに素材に押し込む従来の方法により穿設された深穴の真円度および穴の振れも合わせて示す。
【図１３】本発明の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ３３ｍｍ高さ１９．５ｍｍの円柱）を示す。
【図１４】本発明の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ３３ｍｍ高さ１９．５ｍｍの円柱）を示す。
【図１５】本発明の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：５０ｍｍ×５０ｍｍ×２８ｍｍの角材）を示す。
【図１６】本発明の穿設方法によりφ１７ｍｍの異形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：５０ｍｍ×５０ｍｍ×２８ｍｍの角材）を示す。
【図１７】鍛造工具を揺動させない従来の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ３３ｍｍ高さ１９．５ｍｍの円柱）を示す。
【図１８】鍛造工具を揺動させない従来の穿設方法によりφ１８ｍｍの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：５０ｍｍ×５０ｍｍ×２８ｍｍの角材）を示す。
【図１９】種々の条件で行った穿設方法により深穴を穿設された素材の外周半径差を示すグラフである。
【図２０】種々の条件で行った穿設方法により深穴を穿設された素材の上面高さ変化量を示すグラフである。
【図２１】種々の条件で行った穿設方法について、穿設に必要な荷重を加工前の素材の外径に対して示したグラフである。
【図２２】塑性流動割合の算出に用いる測定値を説明する模式図である。
【図２３】一定形状の金型内で本発明の穿設方法によりの円形穴を穿設された種々の寸法のアルミニウム合金素材を示す。
【図２４】さお付形状の素材を模式的に示した平面図および側面図である。
【図２５】本発明の穿設方法によりの円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２４ｍｍ×１２ｍｍ（さお付））を示す。
【図２６】本発明の穿設方法により円形穴を穿設されたアルミニウム合金素材（加工前：φ２６ｍｍ×１２ｍｍ）を示す。
【図２７】一定形状の金型内で本発明の穿設方法によりの円形穴を互いに背向する両面から穿設された種々の寸法のアルミニウム合金素材を示す。
【図２８】本発明の穿設方法により円形穴を互いに背向する両面から穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２６ｍｍ×１２ｍｍ（さお付））を示す。
【図２９】本発明の穿設方法に用いられる揺動鍛造装置を示す概略図であって、素材の配置方法の一例を示す。
【図３０】本発明の穿設方法により円形穴を穿設したアルミニウム合金素材（加工前：φ２４ｍｍ×８ｍｍ（さお付））を示す。
【図３１】本発明の穿設方法により円形穴を互いに背向する両面から穿設した種々の寸法のアルミニウム合金素材を示す。
【図３２】本発明の穿設方法に用いられる揺動鍛造装置を示す概略図であって、素材の配置方法の一例を示す。
【図３３】本発明の穿設方法により両端部に円形穴をそれぞれ穿設したアルミニウム合金素材を示す図面代用写真およびこれを模式的に示す側面図である。
【図３４】金型に収容され変形が規制された状態で本発明の穿設方法または従来の穿設方法により深穴を穿設された素材のビッカース硬さを示すグラフである。
【図３５】外形の変形を規制せずに本発明の穿設方法または従来の穿設方法により深穴を穿設された素材のビッカース硬さを示すグラフである。
【００２０】
なお、図４〜図７、図９〜図１１、図１３、図２３、図２７、図３０、図３１、図３３および図３４は型鍛造、図１４〜図１８、図２５、図２６、図２８および図３５は自由鍛造、にて深穴の穿設を行っている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の穿設方法を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「ｘ〜ｙ」は、下限ｘおよび上限ｙをその範囲に含む。また、その数値範囲内において、本明細書に記載した数値を任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。
【００２２】
本発明の穿設方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法を用いる。使用する鍛造工具の形状に特に限定はないが、棒状で、先端部の形状が円錐形状であるのが好ましい。素材と接触する先端部の加工面が、５°以上１５°以下の先端角度αをもつとよい。α＜５°では、穿設に要する荷重が高くなるため好ましくない。また、α＞１５°では、鍛造工具にかかる曲げ荷重が大きくなり、好ましくない。なお、先端角度αは、工具軸と母線とが成す角をα’としたとき、（９０−α’）°で表される。さらに好ましい先端角度αは、８°以上１２°以下である。
【００２３】
図１に、本発明に好適な鍛造工具の一例を示す。図１に示す鍛造工具１０は、円錐形状の先端部１１と、先端部１１の底部から延出するテーパ状の側面をもつ本体部１２と、からなり工具軸Ｇと同軸的な棒状体である。先端部１１の側面である加工面１１ｓは、深穴の底面を成形する。加工面１１ｓの先端角度αは、工具軸Ｇを鉛直方向と一致させたとき、水平方向と母線とが成す角と定義できる。また、本体部１２の側面である加工面１２ｓは、深穴の内周面を成形する。したがって、円柱形の深穴を形成するのであれば、先端部の加工面１１ｓと本体部の加工面１２ｓとは、軸方向の断面において略垂直であるのが好ましい。円形の深穴を成形する場合には、本体部１２は先端部１１に向けて拡径する円錐台状であればよいが、たとえば、図８に示すような異形の深穴を成形する場合には、深穴の形状に応じた表面形状の本体部１２を備える鍛造工具１０を使用する必要がある。また、本体部の加工面１２ｓの長さによって穿設可能な深穴の深さの上限が決まる。そのため、本体部１２の軸方向の長さは、先端部１１の最大径の１倍以上さらには１．１〜２倍であるとよい。本体部の長さは、鍛造工具の根本部（後端部）の径が小さくなりすぎないように、先端角度αに応じて選定すべきであることは言うまでもない。
【００２４】
本発明の穿設方法は、主として、工具揺動工程と、工具送り工程と、を含む。以下に、それぞれの工程について説明する。
【００２５】
工具揺動工程は、鍛造工具を工具軸に対する回転を規制しつつ揺動させて素材の表面の一部を鍛造工具の端面により押圧する工程である。なお、基準軸の方向に特に限定はないが、鉛直方向であるのが好ましい。基準軸に対する工具軸の角度（揺動角度θ）は、一定または変化させて鍛造工具を揺動させるとよい。たとえば、揺動角度を一定に保って基準軸を中心に工具軸を旋回させると、揺動は単純な円モーションとなる。揺動角度を変化させると、その変化のさせ方に応じて、いわゆるシーソーモーション、スパイラルモーション、デージーモーションといった動きを実現することができる。これらのうちいずれの方法で工具軸を旋回させるかは、形成する深穴の形状に応じて選択すればよい。しかし、いずれの旋回方法においても、最大の揺動角度θを５°以上１５°以下に収めるとよい。θ＜５°では、一般的な従来の揺動鍛造と同程度であるため、深穴を効率よく穿設することができず望ましくない。また、θ＞１５°では、鍛造装置に鍛造工具を固定する工具保持手段にかかるラジアル荷重が大きくなるため望ましくない。なお、鍛造工具の先端部が先端角度αの円錐形状である場合には、揺動角度θと先端角度αとがほぼ等しくなるようにするとよい。
【００２６】
また、工具の旋回速度は、素材の材質に応じて適宜選定するのが望ましいが、１秒当たりの回転数で０．１〜２０ｒｐｓさらには１〜１０ｒｐｓとするとよい。なお、いずれの旋回方法においても１回転は、工具軸（鍛造工具）が基準軸の周りで一回公転して元の位置に戻るまでとする。
【００２７】
工具揺動工程では、鍛造工具の工具軸に対する回転（つまり鍛造工具の自転）を規制した状態で、鍛造工具の揺動が行われる。鍛造工具の自転を規制することができる手段を有する揺動鍛造装置（後述）を使用すればよい。
【００２８】
工具送り工程は、揺動成形工程と協調して揺動点を移動させる工程である。揺動点は、基準軸と工具軸とが交差する点である。先端部が円錐形状である鍛造工具において、通常、揺動点は円錐の頂点（図１のＰ）である。本発明の穿設方法において基準軸は、形成される深穴の中心軸と一致させるため、揺動点が基準軸に沿って相対移動することで、鍛造工具は穴の深さ方向に移動する。揺動点を基準軸に沿って移動させる方法としては、鍛造工具および／または素材を基準軸に沿って移動させるとよい。
【００２９】
工具送り工程は、素材の表面から深穴の最大径の３分の１以上、２分の１以上さらには深穴の最大径以上まで揺動点を移動させる工程であるのが望ましい。なお、「深穴の最大径」は、前記鍛造工具の寸法から算出される値であって外接円の直径を用いる。このとき、素材の途中で工具送りを停止して有底形状の深穴を形成してもよいし、素材を貫通するまで工具を送って貫通孔を形成してもよい。いずれの場合も穿設される深穴は、深穴の最大径の２分の１以上にするとよい。
【００３０】
本発明の穿設方法は、工具送り工程の後行われ、該工具送り工程で素材に形成された深穴の底面と背向する該素材の外面に対して該深穴と同軸的に穿設を行う第二工具送り工程を含んでもよい。具体的には、第二工具送り工程は、素材に対して一旦深穴を形成した後、素材に対する揺動点の移動方向が逆方向となるように素材を反転させて再び穿設を行うとよい。後に説明する変形規制手段を用いない場合に、先に行う工具送り工程により素材の外形が不均一に変形しても、第二工具送り工程により全体の変形が緩和されて、均一な外形が得られる。また、第二工具送り工程を経た素材には、共通の底部を有する二つの有底穴が形成されるが、第二工具送り工程にて揺動点の移動距離を調整することにより、底部の形成位置を調整することが可能となる。
【００３１】
また、工具送り工程は、素材を挟んで鍛造工具と対向し、基準軸と同軸的に配置され該素材が載置されたカウンタパンチを用いて二方向から深穴の穿設を同時に行う工程であってもよい。後に説明する変形規制手段を用いない場合であっても、鍛造工具による塑性変形に伴う素材の外形の変形と、カウンタパンチによる塑性変形に伴う素材の外形の変形と、が同時に生じることで均一な外形が得られる。また、素材に共通の底部を有する二つの有底穴が形成されるが、カウンタパンチを使用することで、底部を極めて薄く（１ｍｍ以下）成形することができる。穴抜き加工などを用いて底部を除去して貫通穴を形成する場合には、肉薄の底部が形成できる本方法は、有利である。
【００３２】
なお、カウンタパンチは、前述の第二工具送り工程にて使用することも可能である。たとえば、先の工具送り工程で形成された深穴にカウンタパンチを挿入した状態で第二工具送り工程を行うことで、第二工具送り工程にて先に形成された深穴をさらにカウンタパンチで深く穿設することができる。
【００３３】
第二工具送り工程を行ったり、カウンタパンチを用いたりする方法は、たとえば、鍛造工具が短く、加工できる穴の深さに制限がある場合に好適である。このような方法は、加工後に底部が残るものの、底部を除去すれば、鍛造工具で形成可能な深穴の深さ以上の貫通穴が得られる。
【００３４】
また、本発明の穿設方法により深穴を形成される素材の材質や形状に特に限定はない。材質については、通常の鍛造に使用される金属材料などからなればよい。形状について規定するのであれば、本発明の穿設方法による断面減少率が９０％以下、８０％以下さらには７０％以下、６０％以下、５０％以下となるような形状および寸法の素材を用いるとよい。断面減少率は、素材の穿設される表面（被加工面）において、穿設前の表面積（ｍｍ２）に対する深穴の開口面積（ｍｍ２）の割合と規定する。鍛造工具は被加工面の一部を押圧するため、被加工面の面積は、鍛造工具の加工面の面積よりも広いとよい。
【００３５】
本発明の穿設方法において、素材の固定方法について特に限定はない。したがって、素材をほとんど固定することなく自由鍛造を行ってもよいし、素材の変形を規制できるように素材を固定して型鍛造を行ってもよい。
【００３６】
自由鍛造を行うのであれば、鍛造工具の加工面と素材の被加工面とを対向させて素材を装置に配置できれば、工具揺動工程および工具送り工程において素材を特に固定する必要はなく、例えば装置に備えられたステージに載置するのみであってもよい。ただし、鍛造工具の揺動に伴い素材の位置が移動してしまうと加工痕が生じやすくなるので、軽量で小型の素材であれば、工具揺動工程および工具送り工程において素材が移動しないようにするとよい。
【００３７】
一方、変形規制手段を用いた型鍛造を行ってもよい。たとえば、工具揺動工程および工具送り工程（第二工具送り工程も含む）において、少なくとも基準軸に対して垂直方向への素材の変形を規制する変形規制手段を用いてもよい。変形規制手段により、少なくとも基準軸に対して垂直方向への材料の塑性流動が抑制される。変形規制手段は、断面減少率が３０％以上である場合に用いると効果的である。具体的には、変形規制手段は、素材の外形に応じたキャビティを有し素材の全体を収容する変形規制型であるとよい。また、素材の形状が棒状である場合には、少なくとも一端部を固定する固定部材により、長手方向に垂直方向に深穴を形成するに伴って生じる素材の屈曲または長手方向への伸びなどの変形を防止するとよい。さらに、カウンタパンチを使用する場合には、カウンタパンチの後方へ押し出される材料の流動量を規制する軸方向変形規制手段を使用してもよい。
【００３８】
工具送り工程における鍛造工具の望ましい送り条件は、塑性流動による材料の流動量（塑性流動割合）により規定することができる。塑性流動割合は、深穴の最大径（ｍｍ）に対する工具揺動工程における鍛造工具の揺動１回（円モーションであれば１周）当たりの素材に形成される深穴の深さ（ｍｍ）の割合（％）で表される。ここで、「深穴の最大径」とは、径方向断面における外接円の直径である。鍛造工具の揺動は、前述の通り鍛造工具が公転して元の位置に戻ったら、「揺動１回」とする。また、「素材に形成される深穴の深さ」とは、元の素材の基準軸方向の長さと深穴が穿設された加工後の素材の基準軸方向の長さとの差に鍛造工具の送り量を足した値である。加工後の素材の基準軸方向の長さは均一ではないが、複数箇所で測定した長さ（たとえば最大値と最小値）の平均値を採用する。深穴の深さを図２２に示す。
【００３９】
上記の変形規制手段を用いるのであれば、以上のように算出される塑性流動割合が、３％以上１６．５％以下さらには４％以上１２％以下であるのが望ましい。塑性流動割合が３％未満であっても加工痕は抑制されるものの、前回（Ｎ回目）の揺動により塑性流動した材料が次回（Ｎ＋１回目）の揺動により再度塑性流動することで深穴の内周面に材料の重なり合いが生じて内周面が隆起するため望ましくない。塑性流動割合が１６．５％以下、１５％以下さらには１２％以下であれば、鍛造工具が深穴の内周面に接触して生じる筋模様の発生を抑制できるため望ましい。
【００４０】
なお、送り速度を具体的に規定するのであれば、最大径（直径）が１５〜２０ｍｍの円柱状の深穴を穿設する場合に、上記断面減少率が３０〜７０％であれば、鍛造工具の揺動１回当たりの鍛造工具の送り量で０．１〜２ｍｍ／回、０．１５〜２ｍｍ／回、０．３〜１．５ｍｍ／回さらには０．４〜１．３ｍｍ／回とするのがよい。
【００４１】
一方、変形規制手段を用いずに自由鍛造を行う場合には、以上のように算出される塑性流動割合が、０．３％以上１１％以下さらには０．５％以上５％以下であるのが望ましい。望ましい塑性流動割合が上記の範囲と異なるのは、自由鍛造では、素材に鍛造工具が押し込まれるときに押し込み方向と直角方向にも材料が流動するためである。したがって、自由鍛造では、塑性流動割合を２％未満にしても深穴の内周面に材料の重なり合いが生じない。しかし、塑性流動割合が０．３％未満では、加工の効率が悪くなるため望ましくない。塑性流動割合が１１％以下さらには５％以下であれば、加工に要する荷重を低減できるとともに加工による素材の外形の変形をも抑制できるため望ましい。
【００４２】
自由鍛造における送り速度を上記の塑性流動割合に基づき具体的に規定するのであれば、最大径（直径）が１５〜２０ｍｍの円柱状の深穴を穿設する場合に、上記断面減少率が３０〜７０％であれば、鍛造工具の揺動１回当たりの鍛造工具の送り量で０．０５〜２ｍｍ／回さらには０．１〜１ｍｍ／回とするのがよい。
【００４３】
本発明の穿設方法には、従来の揺動鍛造装置を用いることができる。ただし、鍛造工具の形状は、既に説明した通りである。また、揺動工具の自転を規制する手段として、たとえば、特許文献２などに記載の回転止め機構のような部材を備える必要があるが、その構成に特に限定はない。
【００４４】
以上説明した本発明の穿設方法は、これまでの穿設方法の代用となりえ、また、従来の鍛造装置を一部変更して使用することも可能であるため、幅広い分野での利用が期待される。特に、本発明の穿設方法は、コネクティングロッド（コンロッド）、ブレーキシリンダ、等速ジョイント（ＣＶＪ）等の穴付部を有する部品の製造に好適な製造方法である。そのため、具体的な深穴の大きさは、コンロッドの小端部であれば直径が２０〜５０ｍｍ程度の円形貫通穴、ブレーキシリンダであれば直径が１５〜４０ｍｍ程度の有底円形穴、ＣＶＪの外輪であれば最大径が５０〜１００ｍｍ程度の有底異形穴、を想定している。これらの深穴は、有底穴であっても貫通穴であっても、その深さは最大径（直径）の半分以上であって、従来は揺動鍛造で加工されることはなかった寸法の穴である。
【００４５】
以上、本発明の穿設方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明の穿設方法の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。はじめに、穿設に用いた揺動鍛造装置を図１〜図３を用いて説明する。
【００４７】
＜揺動鍛造装置＞
揺動鍛造装置は、鍛造工具１０、素材保持手段２０、工具揺動手段３０、回転規制手段４０および工具送り手段５０を備える。
【００４８】
鍛造工具１０は、先端部１１が直径１８ｍｍの底面（最大径部）をもつ円錐形状（先端角度α＝１０°）の棒状体である。鍛造工具１０の後端部側は、工具揺動手段３０に固定されている。なお、以下の実施例等では、穿設する深穴の形状に応じて、二種類の鍛造工具を使用した。一つは、先端部１１の底部から延出するテーパ状の側面をもつ本体部１２を備える円形穴加工用の鍛造工具１０である。もう一つは、本体部１２のかわりに、側面に凹凸を設けた凹凸成形面１２ｓ’をもつ本体部１２’を備える異形穴加工用の鍛造工具１０’である。円形穴加工用の鍛造工具１０を図１、異形穴加工用の鍛造工具１０’を図３に、それぞれ示す。なお、図３の下図は、鍛造工具１０’を先端部から工具軸Ｇ方向に平面視した下面図である。鍛造工具１０と鍛造工具１０’との違いは、本体部のみである。鍛造工具１０の本体部１２は円錐台、鍛造工具１０’の本体部１２’は径方向の断面形状が異形穴の断面形状と揺動成形時に同一形状となるように円錐台の外周部に対して切削加工を施したものである。そのため、鍛造工具１０’を先端より加工軸方向に平面視すると、異形穴の断面形状とほぼ相似形となる（図３下図）。なお、深穴の最大径を鍛造工具の寸法から計算すると、鍛造工具１０は１８．３ｍｍ、鍛造工具１０’は１７ｍｍ、であった。
【００４９】
素材保持手段２０は、素材Ｗを載置するステージ２１を備える。ステージ２１は、鍛造工具１０（または１０’）の下方に位置する。ステージ２１には、必要に応じて、型鍛造用の金型２２および／またはカウンタパンチ２３が配設される。型鍛造を行う場合には、素材Ｗは金型２２に収容される。なお、金型２２は、後述の円柱形状の素材の加工時のみ使用する。そのため、金型２２のキャビティは、素材の外径に応じた直径をもつ円柱状の貫通穴の内周面と貫通穴の一端を閉塞するステージ２１の表面とで区画される。金型２２の高さは、加工後の素材の寸法変化を見越して、３０ｍｍとした。また、カウンタパンチ２３を使用する場合には、金型２２の有無に関わらず、ステージ２１にカウンタパンチ２３を載置して、さらにカウンタパンチ２３に素材Ｗを載置する。
【００５０】
工具揺動手段３０は、揺動点Ｐ（先端部１１の頂点）を中心に基準軸Ｃに対して傾斜させた鍛造工具１０（または１０’）の工具軸Ｇを揺動させることで、鍛造工具１０を揺動させる。なお、本揺動鍛造装置において、基準軸Ｃは、揺動鍛造装置の中心軸Ｍ、さらには鉛直方向と一致する。揺動成形手段３０は、鍛造工具１０を回転不可に保持する第一工具保持部材３１、第一工具保持部材３１（および鍛造工具１０）を工具軸Ｇに対して回転可能に保持する第二工具保持部材３２、鍛造工具１０の工具軸Ｇを中心軸Ｍに対して傾斜（揺動角度θ＝１０°で固定）させて装置本体に固定するとともに駆動軸３４の回転を第二工具保持部材３２に伝達する工具回転固定部材３３、を備える。中心軸Ｍを中心に駆動軸３４を回転させることで、工具回転固定部材３３とともに第二工具保持部材３２が回転する。このとき、工具軸Ｇは中心軸Ｍに対して傾斜しているため、揺動工具１０は基準軸Ｃを中心に公転して揺動する。
【００５１】
回転規制手段４０は、第一工具保持手段３１が第二工具保持手段３２に対して回転することで、第一工具保持手段３１に固定された鍛造工具１０が自転するのを規制する。回転規制手段４０は、第一工具保持手段３１に固定されたアーム４１を備える。アーム４１は、その両端がアーム４１の傾斜に伴う上下動が可能となるように装置本体に保持される（図示せず）。つまり、アーム４１は、工具軸Ｇに対して回転することなく、鍛造工具１０の揺動に応じて傾斜して両端が上下動する。つまり、アーム４１に固定された第一工具保持手段３１はアーム４１により回転不可となり、第一工具保持手段３１に固定された鍛造工具１０も自転できないように回転が規制される。
【００５２】
工具送り手段５０は、素材保持手段２０（ステージ２１）を移動させる駆動手段である（図示せず）。工具送り手段５０は、基準軸Ｃに沿ってステージ２１を移動させる手段である。すなわち、工具送り手段５０は、ステージ２１を鉛直方向に上下動させて鍛造工具１０とステージ２１（素材Ｗ）との間隔を広狭させる手段である。
【００５３】
鍛造工具１０（または１０’）を揺動させつつステージ２１を鉛直方向上方に移動させることで、工具が素材Ｗに押し込まれて深穴が穿設される。なお、図２の下図は、鍛造工具１０を先端側から平面視した平面図である。素材Ｗの被加工面と当接する加工面１１ｓにおいて、素材Ｗを加工する際の接触範囲は、Ｓで示される範囲である。円モーションにより鍛造工具１０を揺動させると、Ｓで示す範囲が加工面１１ｓを周方向に移動しつつ鉛直方向下方に移動するため、素材Ｗに深穴が形成される。
【００５４】
以下の実施例では、上記の揺動鍛造装置を用い、表１に示す種々の形状の素材（アルミニウム合金（Ａ１０５０−Ｏ）製）に深穴を穿設した。また、比較例として、回転規制手段４０を取り外して、つまり鍛造工具１０（または１０’）の自転を規制せずに、素材に深穴を穿設した。また、比較例として、揺動角度をθ＝０°、つまり鍛造工具１０を揺動させずに揺動工具を素材に押し込んで深穴を穿設した。
【００５５】
なお、表１において「断面減少率」は、加工前の素材の被加工面の面積に対する深穴の開口面積とした。素材の被加工面とは、深穴が穿設される面である。以下の実施例では、円柱形状の素材であれば一端面の円の面積、角材であれば５０ｍｍ×５０ｍｍである。深穴の開口面積は、鍛造工具１０を用いて形成される円形の深穴の半径を９ｍｍとして計算した。穿設される深穴が異形穴である場合には、端面減少率は下記の値よりも数％小さくなる。
【００５６】
【表１】
2011218444.tif 000003
【００５７】
＜実施例１＞
素材＃１１に対して円形（φ１８ｍｍ）の深穴を、以下の条件で穿設した。
【００５８】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。また、素材Ｗを金型２２に収容して、変形により素材の外径がφ２２ｍｍよりも大きくならないように拘束した。そして、鍛造工具１０を揺動させながら金型に収容された素材を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴を穿設した。素材の移動速度（工具押込速度）Ｖは、０．３ｍｍ／秒、０．６ｍｍ／秒または１．５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．３ｍｍ／回、０．６ｍｍ／回または１．５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値（６．５ｍｍ）となるまで移動させた。素材と揺動工具１０との接触面には、潤滑油を供給した。
【００５９】
深穴を穿設後の素材を図４〜図６に示した。また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。なお、表３に記載の深穴の寸法は、径方向断面における外接円の直径（深穴の最大径）、および深穴の底面からの平均長さ（深穴の深さ）、である。また、塑性流動割合は、深穴の加工に要した鍛造工具の公転回転数（つまり、工具圧下量／Ｖ）で深穴の深さを除した値を算出し、深穴の最大径に対する割合を計算した。たとえば本実施例において、工具押込量が０．３ｍｍ／回の場合、２０／（６．５／０．３）／１８≒０．０５（５％）となる。なお、深穴の最大径として鍛造工具の寸法から計算した値（この場合１８．３ｍｍ）を用いても、得られる塑性流動割合の値は誤差範囲である。
【００６０】
図４〜図６では、いずれの深穴の内周面にも、次の比較例１で生じるような深い螺旋痕は見られなかった。しかし、工具押込速度が速くなる、すなわち塑性流動割合が高くなるほど、螺旋状の筋模様が多く見られるようになった。しかし、筋模様があっても、内周面はほとんど平坦であった。
【００６１】
＜比較例１＞
回転規制手段４０を用いず鍛造工具１０を自転可能とした他は、実施例１と同様にして、素材＃１１に対して深穴を穿設した。工具押込速度を０．６ｍｍ／回としたときの結果を図７に示した。なお、図７の右図は、深穴穿設後に素材を軸方向に沿って切断した断面を観察した結果である。
【００６２】
深穴の内周面には、内周面に垂直方向に対して０．１〜０．２ｍｍ程度の深さで螺旋状に延びる螺旋痕が発生していた。また、この螺旋痕は、工具押込速度を変更しても抑制されることはなかった。
【００６３】
＜実施例２＞
素材＃１１〜＃１３のいずれかに対して異形（φ１７ｍｍ）の深穴を、以下の条件で穿設した。
【００６４】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０’を用い、鍛造工具１０’を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。また、素材Ｗを金型２２に収容して、素材の外径が加工前後で変化しないように素材を拘束した。そして、金型に収容された素材を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。工具押込速度Ｖは、０．１５〜２ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５〜２ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。
【００６５】
異形穴の形状および最大径の測定方法を、図８を用いて説明する。図８は、異形穴を穿設された加工後の素材の上面図および断面図である。異形穴は、曲率半径が４ｍｍの３つの曲面をφ１４ｍｍの円に対して３等配してなる三回対称の断面形状をもつ。つまり、異形穴の外接円の直径はφ１７ｍｍ（最大径）であって、外接円から曲面までの最大間隔は１．５ｍｍであった。
【００６６】
深穴を穿設した加工後の素材＃１３を図９に示した。また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。なお、深穴の寸法および塑性流動割合は、前述のとおりである。
【００６７】
図９では、いずれの深穴の内周面にも螺旋痕は見られなかった。しかし、工具押込速度が遅すぎると、内周面に材料が重なり合って形成された隆起が見られた。また、工具押込速度が速くなると、螺旋状の筋模様が多く見られるようになった。内周面に隆起や筋模様があっても、螺旋痕の様な大きな凹凸ではなく、内周面は滑らかであった。
【００６８】
実施例２の条件で形成された深穴の内周面の状態を、工具押込速度Ｖに対して評価した。表２に、評価結果を示した。表の記号は、◎：内周面が滑らかで加工痕が観察されなかった、○：滑らかな内周面であったが部分的に筋模様または表面の隆起が観察された、△：筋模様または表面の隆起は観察されたが比較的滑らかな内周面であった、をそれぞれ示す。○および◎の条件は、塑性流動割合が３．１〜１６．１％であった。さらに、◎の条件は、塑性流動割合が４．４〜１２％であった。
【００６９】
【表２】
2011218444.tif 000004
【００７０】
＜比較例２＞
回転規制手段４０を用いず鍛造工具１０’を自転可能とした他は、実施例２と同様にして、素材＃１１に対して異形の深穴を穿設した。工具押込速度を０．６ｍｍ／回としたときの結果を図１０に示した。深穴は、その内周面に螺旋痕が観察されたり穴形状が崩れたりした。また、この螺旋痕は、工具押込速度を変更しても抑制されなかった。
【００７１】
なお、比較例２の穿設方法において鍛造工具１０’の自転を規制して穿設を行った後の素材（実施例２に相当）を図１１に示した。螺旋痕はもちろん観察されず、深穴の内周面は滑らかであった。
【００７２】
＜参考例＞
揺動鍛造により穿設される深穴の精度を評価するために、揺動角度θ＝１０°（揺動あり）とθ＝０°（揺動なし）との二種類の条件で、素材＃１１、＃１２または＃１３に対して深穴を穿設した。θを変更する以外は、比較例１と同様にして穿設を行った。
【００７３】
深穴が形成された素材について、（１）深穴の真円度、および（２）素材の外周に対する深穴の振れ、を評価した。真円度および振れの測定は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６２１に準拠し、深穴の深さ方向の底面（下）、開口端（上）および両者の中央（中）の三箇所にて行った。結果を図１２に示した。なお、図１２においてＲで示す値は、断面減少率（表１を参照）である。鍛造工具を揺動させて穿設を行っても、深穴の精度が大きく低下することはないことがわかった。
【００７４】
＜実施例３＞
＃１３の素材を用い工具押込速度を０．６ｍｍ／回とした他は、実施例１と同様にして深穴を穿設した。結果を図１３に示した。滑らかな内周面をもつ深穴が形成された。
【００７５】
また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。本実施例によれば、塑性流動割合を４．７％で穿設を行ったことで、深穴の内周面に発生する加工痕を低減できた。
【００７６】
＜実施例４＞
素材＃１１、＃１２、＃１３または＃２１のいずれかに対して円形（φ１８ｍｍ）または異形（φ１７ｍｍ）の深穴を穿設した。深穴の穿設は、金型２２を用いず自由鍛造とした他は、実施例１または実施例２と同様にして行った。
【００７７】
図１４に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／回として円形穴を穿設した素材＃１３、図１５に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／回として円形穴を穿設した素材＃２１、図１６に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／回として異形穴を穿設した素材＃２１、をそれぞれ示した。また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。
【００７８】
素材＃２１に関しては、穿設による断面減少率が１０％で低かったため、素材の外形はほとんど変化しなかった（図１５および図１６）。素材＃１３に関しては、穿設による断面減少率が３０％であり、素材の外形はφ３３ｍｍからφ３６．５ｍｍまで変化した（図１４）。
【００７９】
また、図１４〜図１６に示すように、実施例４の全ての素材において形成された深穴の内周面は滑らかであった。これらの穿設方法における塑性流動割合は、０．８〜４．６％であり、金型を用いた型鍛造（実施例１〜３）とは異なる範囲であった。
【００８０】
なお、自由鍛造による穿設では、径方向へ材料が流動し易いため、型鍛造と比較して加工痕が形成されにくいことがわかった。つまり、自由鍛造による穿設では、加工中に鍛造工具を自転できないように規制するだけでも、効果的に深穴の内周面に発生する加工痕が低減されたと言える。
【００８１】
＜比較例３＞
鍛造工具１０の揺動角度θを０°（つまり揺動なし）とした他は、実施例４と同様にして、素材＃１１、＃１２、＃１３または＃２１のいずれかに円形（φ１８ｍｍ）の深穴を穿設した。工具押込速度Ｖは、０．６ｍｍ／秒とした。
【００８２】
図１７に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／秒として円形穴を穿設した素材＃１３、図１８に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／秒として円形穴を穿設した素材＃２１、をそれぞれ示した。いずれの素材においても、開口端周辺が深穴に向かって大きく陥没した。また、比較的加工度が高い素材＃１３（断面減少率３０％）に関しては、素材の外形が大きく変形し、その変形の割合は、底部に向かうほど顕著であった。
【００８３】
＜自由鍛造を用いた穿設における素材の外形の変化について＞
自由鍛造により、加工前後で素材の形状がどの程度変化したかを調べた。実施例４または比較例３の穿設方法により深穴を穿設した後の素材について、素材の外径および高さについて最大値と最小値との差を算出し、それぞれ、外周半径差および高さ変化量とした。測定は、実施例４において工具押込量を０．１５ｍｍ／回または０．６ｍｍ／回として円形穴を穿設した各素材、実施例４において工具押込量を０．６ｍｍ／回として異形穴を穿設した各素材、および比較例３において０．６ｍｍ／回として穿設した各素材に対して行った。外周半径差を図１９、高さ変化量を図２０、にそれぞれ示した。
【００８４】
いずれのグラフからも、工具を揺動させずに押し込むよりも、揺動鍛造により深穴を穿設する方が、外形寸法をより均一に加工できることが明らかであった。また、工具押込量が少ない方が、外形への影響を低減させられた。ただし、外形の寸法を規定するには素材の変形を規制する金型を用いて工具押込速度を望ましい塑性流動割合となるように選定すればよい。
【００８５】
金型を用いない自由鍛造では、加工の際に材料が主に径方向に流動して素材の外径が拡大するため、深さ方向の増大が少ない。そこで、深い穴を穿設するためには、素材の長さをより長くする、断面減少率を小さくする、などして外径の拡大を生じにくくすると効果的である。このようにして、自由鍛造でも最大径以上の深さの深穴を穿設できることが確認できた。具体的には、工具押込量０．０５〜２ｍｍ／回の範囲で、０．３〜１１％の塑性流動割合にした穿設が可能であることを確認した。
【００８６】
＜穿設に要する成形荷重について＞
図２１に円形穴穿設時の成形荷重を示した。鍛造工具を揺動させることで、揺動なしで深穴を穿設するよりも３分の１程度まで荷重が低減した。
【００８７】
揺動鍛造により穿設を行う場合には、金型を用いずに自由鍛造すると、金型を用いた場合と比較して半分程度の荷重で穿設が可能となった。さらに、押込速度を０．１５ｍｍ／回とすれば、さらに荷重を低減させることができた。その結果、揺動鍛造を用いた穿設方法により深穴の穿設を行った場合、鍛造工具への荷重負荷が低減でき、焼付きや素材の付着が抑制された。具体的には、実施例の条件の下で円形穴の成形を行ったところ、５０個のアルミニウム合金素材に穿設を行っても、工具への材料の付着は生じなかった。一方、比較例に記載のように鍛造工具を揺動させずに押し込むだけでは、素材を１個成形したのみでもアルミニウム合金が鍛造工具に強固に付着して焼きつく場合もあった。
【００８８】
【表３】
2011218444.tif 000005
【００８９】
＜実施例５＞
素材＃１５、＃１６および＃１７に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
【００９０】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、金型２２に収容された素材を直接載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２のキャビティ内周面の寸法は、いずれの素材の加工においてもφ２６ｍｍのものを用いた。このとき、素材および金型２２の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材を図２３に示した。
【００９１】
いずれの素材においても、直径約１８ｍｍの内径をもつ深穴が形成された。また、いずれの素材の加工においてもキャビティの形状が同じ金型を使用したことで、どの素材も外径がφ２６ｍｍで均一となった。さらに、いずれの素材においても、底部の厚さを１ｍｍまで薄くすることができた。それぞれの素材について、深穴の深さおよび加工後の高さを測定した。結果を図２３に示した。なお、前述の定義と同様に、深穴の内径は径方向断面における外接円の直径に等しく、深穴の深さは深穴の底面からの平均長さであり、以降同様である。
【００９２】
３つの素材の寸法は異なるが、体積に大きな差はないため、加工後の形状は、ほぼ同一となった。ただし、素材の外径と金型の内径との差が大きくなると、開口端部に、外側から内側へ向けて高さが低くなるテーパ面が形成されやすくなることがわかった。したがって、基準軸Ｃに対して垂直方向への変形を規制する変形規制手段を使用する際には、素材と変形規制手段との対向面間隔を１．５ｍｍ以下さらには１ｍｍ以下にすることで、テーパ面の形成を抑制できることがわかった。
【００９３】
＜実施例６−１＞
素材＃１４に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
【００９４】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。素材をステージに直接載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２は使用しなかった。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が６ｍｍとなるまで移動させた。
【００９５】
次に、ステージを下方に移動させ、その後、素材＃１４を上下反転させた。このとき、先の穿設において形成された深穴の中心と中心軸Ｍとが一致するようにした。この状態で、再度ステージを所定の速度Ｖで中心軸Ｍに沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。穿設は、先の穿設で形成された底面がステージの表面に当接するまで行った。
【００９６】
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。内径は、軸方向に沿ってほぼ均一で、φ１８．２ｍｍであった。本実施例は、金型を用いない自由鍛造であったが、外径はφ３０．０〜３０．９ｍｍであって、均一な外形であった。つまり、上下反転させて穿設を行うことで、初回の加工で生じた外形の変形が緩和され、均一な外形となることがわかった。
【００９７】
＜実施例６−２＞
素材として、コンロッドを想定したさお付き形状素材＃３１を準備した。素材＃３１の形状を図２４に示した。素材＃３１は、円形部３１ａおよび円形部３１ａの側面から径方向に延出するさお部３１ｂからなる。この素材＃３１に、円形の深穴を穿設した。
【００９８】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。円形部３１ａの中心線と中心軸Ｍとが一致するように素材をステージに直接載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２は使用しなかった。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が５．５ｍｍとなるまで移動させた。
【００９９】
次に、ステージを下方に移動させ、その後、素材＃１４を上下反転させてステージに再び載置した。このとき、さお部３１ｂには一回目の加工の影響でそりが生じていたが、円形部３１ａ側をスペーサーに載置した状態とし、先の穿設において形成された深穴の中心線と中心軸Ｍとが一致するようにステージに載置した。この状態で、再度ステージを所定の速度Ｖで中心軸Ｍに沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。穿設は、鍛造工具の圧下量が４．５ｍｍ（つまり底部の厚さが２ｍｍ）となるまでステージを移動させた。
【０１００】
二回の穿設後、形成された二つの深穴の内径および加工後の素材の外径を測定した。一回目（素材反転前）に形成された深穴の内径（最大径；以下同様）はφ２１．５ｍｍで深さ（平均値；以下同様）が２ｍｍであった（図２５の下図）。また、二回目（素材反転後）に形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが４ｍｍであった（図２５の上図）。一回目に形成された深穴の内径が大きいのは、二回目の穿設において底部が押し込まれるに伴って下部の穴径が拡大したからであると考えられる。鍛造工具の圧下量に比べて形成された穴の深さが小さいのは、鍛造工具の圧下により圧下方向と半径方向への材料流れが大きく生じて、素材の高さが減少（１２ｍｍ→１０．５ｍｍ）したためである。また、外径はφ２８．１〜２９．５ｍｍであった。さらに、加工後の素材を平坦面上に置いても、素材と平坦面との間に隙間はほとんど生じなかった。上下反転させる前の素材では、さお部にそりが生じていたことから、反転させて穿設を行うことで、さお部のそりが緩和されることがわかった。
【０１０１】
＜実施例７−１＞
素材＃１４に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
【０１０２】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。ステージの上にφ１８．５ｍｍ×１０ｍｍの円柱形状のカウンタパンチ２３（高さはステージ表面からパンチ端面までの距離に相当）を載置し、さらにその上に素材＃１４を載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２は使用しなかった。このとき、素材＃１４およびカウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が１０ｍｍとなるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材＃１４を図２６に示した。
【０１０３】
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。鍛造工具１０により形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが８ｍｍであった（図２６の左上図）。また、カウンタパンチにより形成された深穴の内径はφ１７．６ｍｍで深さが１．５ｍｍで押し込みが浅かった（図２６の左下図）。また、外径はφ２９．８〜３４．１ｍｍであり、比較的均一な外形であった。
【０１０４】
また、カウンタパンチを用いた場合の効果を確認するために、カウンタパンチを用いずに上記と同様の手順で穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃１４を図２６（右図）に示した。
【０１０５】
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。鍛造工具１０により形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが１２ｍｍであった（図２６の右上図）。また、外径はφ２７．８〜３４．４ｍｍであり、カウンタパンチを使用したものよりも外径の差が大きかった。さらに、図２６の右下図からわかるように、底部が大きく隆起した。
【０１０６】
＜実施例７−２＞
素材＃１５、＃１６および＃１７に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
【０１０７】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、φ１８．５ｍｍ×１０ｍｍの円柱形状のカウンタパンチ２３に載置された状態で金型２２に収容された素材を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２の内周面の寸法は、いずれの素材の加工においてもφ２６ｍｍのものを用いた。このとき、素材、金型２２およびカウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材を図２７に示した。
【０１０８】
いずれの素材においても、直径約１８ｍｍの内径をもつ深穴が形成され、外径がφ２６ｍｍで均一となった。さらに、いずれの素材においても、底部の厚さを１ｍｍまで薄くすることができ、さらなる薄肉化も可能であることを確認した（０．５ｍｍ程度まで）。また、それぞれの素材について、深穴の深さを測定した。結果を図２７に示した。カウンタパンチを使用したことで、底部を下面から４．５ｍｍ程度の位置に形成することができた。なお、本実施例では、１０ｍｍの高さのカウンタパンチを使用したが、カウンタパンチの高さを低くすることで、カウンタパンチにより形成される穴の深さを浅く規制することができる。したがって、カウンタパンチの高さに応じて、任意の位置に底部を形成することができる。
【０１０９】
＜実施例７−３＞
素材として、コンロッドを想定したさお付き形状素材＃３２を準備した。素材＃３２は、素材＃３１において、円形部３１ａの外径をφ２６ｍｍとしたものである。この素材＃３２に、以下の条件で円形の深穴の穿設を行った。
【０１１０】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。ステージの上にφ１８．５ｍｍ×１０ｍｍの円柱形状のカウンタパンチ２３を載置し、さらにその上に素材を載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。このとき、素材＃３２およびカウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が１０ｍｍとなるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材＃３２を図２８に示した。
【０１１１】
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。鍛造工具１０により形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが６．４ｍｍであった（図２８の上図）。また、カウンタパンチにより形成された深穴の内径はφ１８ｍｍで深さが１．２ｍｍであった（図２８の下図）。また、外径はφ３０．７〜３３．７ｍｍであり、比較的均一な外形であった。さお部のそりは、少し見られる程度であった。
【０１１２】
＜実施例８＞
実施例７−３で見られたさお部のそりを抑制するために、さお部を部分的に固定した状態で円形の深穴の穿設を行った。さお部の固定方法について図２９を用いて説明するが、図２と同じ部材の説明は省略する。
【０１１３】
前述の通り、素材保持手段２０は、さお付形状素材Ｗ’を載置するステージ２１を備える。素材Ｗ’は、円形部Ｗａおよび円形部Ｗａの側面から径方向に延出するさお部Ｗｂからなる。さお部Ｗｂの両端部のうち、円形部Ｗａ側の端部を固定する場合には、押さえ板２７を取り付け可能な金型２２’を使用することで、さお部Ｗｂを厚さ方向に挟持する。さお部Ｗｂの他端部を固定する場合には、ストッパー２５を使用することで、素材Ｗ’の端部を固定する。
【０１１４】
押さえ板２７を取り付け可能な金型２２’は円筒部を有し、そのキャビティは、円形部Ｗａの外径に応じた直径をもつ円柱形の貫通穴の内周面と、貫通穴の一端を閉塞するステージ２１の表面と、で区画される。円形部Ｗａは貫通穴に収容される。金型２２’の円筒部上端には、平面視で弓形の段差部が形成されており、押さえ板２７は、段差部の弓形の水平面に載置され、押さえ板２７と金型２２’とがボルトで固定可能である。さお部Ｗｂは、円形部Ｗａが収容される貫通穴の側面中央部から延出し該貫通穴と連通する断面コ字形状の溝部に収容される。溝部の内面は、さお部Ｗｂの底面および両側面と当接する。また、溝部は段差部の水平面に配されるため、押さえ板２７は、円形部Ｗａ側の端部でさお部Ｗｂの上面と当接する。したがって、円形部Ｗａの外周面および、押さえ板２７で抑えられたさお部Ｗｂは、加工後も元の寸法が維持される。素材Ｗ’は、その円形部Ｗａが収容される貫通穴において、円形部Ｗａがカウンタパンチ２３等に載置されることで、金型２２’内で水平に保持される。
【０１１５】
ストッパー２５は、金型２２’から突き出したさお部Ｗｂの端部を固定し、長さ方向の寸法変化を規制する。ストッパー２５は、素材Ｗ’のさお部Ｗｂ側の端部を拘束する構造をもち、ステージ２１の凹部に嵌め込まれた状態で固定されて、長さ方向の寸法変化が規制される。
【０１１６】
なお、図２９では、カウンタパンチ２３を使用する場合を図示したが、カウンタパンチ２３の突出量を調整する調整リング２４を用いることで、カウンタパンチ２３により成形される穴の深さを調整することが可能となる。調整リング２４は、円形部Ｗａの直径と同じ外径でカウンタパンチ２３の直径と同じ内径をもつ円筒形で、カウンタパンチ２３よりも高さが低いものを使用するとよい。あるいは、カウンタパンチ２３と調整リング２４とが同じ高さであれば、両者の端面を面一とすることで、カウンタパンチを使用しない通常の穿設を行うことも可能である。また、カウンタパンチ２３よりも調整リング２４を突出させた場合には、鍛造工具により圧下された素材は、カウンタパンチ２３の端面と調整リング２４の内周面により区画されてなる凹部に押し出され、押し出し成形が可能となる。
【０１１７】
＜実施例８−１＞
素材＃３３に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。穿設は、金型２２’に端面が互いに面一のカウンタパンチ２３および調整リング２４を収容し、これらの上に素材＃３３を水平に載置し、押さえ板２７は使用せず、素材＃３３の端部にストッパー２５を固定して行った。つまり、実質的にカウンタパンチは使用しなかった。
【０１１８】
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、金型２２’に収容された素材＃３３を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。このとき、素材、カウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材を図３０（右図）に示した。
【０１１９】
また、ストッパー２５を用いた場合の効果を確認するために、ストッパー２５を用いずに上記と同様の手順で穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃３３を図３０（左図）に示した。
【０１２０】
いずれの素材においても、直径約１８ｍｍの内径をもつ深さ１１ｍｍの深穴が形成された。しかし、中心軸Ｍと平行な方向への変形を全く規制せずに穿設を行った場合には、さお部に大きくそりが生じた。そりは、さお部の先端で測定すると元の素材よりも４．６ｍｍ立ち上がっており、円形部の半径方向を基準とした場合に２５°屈曲した。さらに、形成された深穴の開口端部に材料の逃げが生じ、さお部側に２ｍｍ拡径した形状となった。
【０１２１】
一方、ストッパー２５により、長さ方向への変形が規制された場合には、材料の逃げが抑制された。さらに、ストッパー２５により、さお部の上方への変形が規制されたため、さお部のそりは見られなかった。
【０１２２】
＜実施例８−２＞
素材＃３４および＃３５に対して円形の深穴の穿設を行った。素材＃３４に対する穿設は、カウンタパンチ２３を調整リング２４から１０ｍｍ突出させた状態で金型２２’に収容し、カウンタパンチ２３および金型２２’に素材＃３４を水平に載置し、押さえ板２７は使用せず、素材＃３４の端部にストッパー２５を固定して行った。また、素材＃３５に対する穿設は、カウンタパンチ２３を調整リング２４から１０ｍｍ突出させた状態で金型２２’に収容し、カウンタパンチ２３および金型２２’に素材＃３５を水平に載置し、ストッパー２５は使用せず、素材＃３５のさお部を押さえ板２７で挟持して行った。
【０１２３】
実施例８−１と同様の手順で、深穴の穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃３４を図３１の左図に、加工後の素材＃３５を図３１の右図に、それぞれ示した。
【０１２４】
また、ストッパー２５または押さえ板２７を用いた場合のそれぞれの効果を確認するために、ストッパー２５も押さえ板２７も用いずに、上記と同様の手順で素材＃３４に対して穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃３４を図３１（中央の図）に示した。
【０１２５】
いずれの素材においても、加工前後で円形部の外径に変化はなく、上面および下面に開口する直径約１８ｍｍの内径をもつ一対の穴が形成された。しかし、中心軸Ｍと平行な方向への変形を全く規制せずに穿設を行った場合には、円形部の径方向に対して１９°程度の大きなそりがさお部に生じた。しかし、カウンタパンチ２３を使用したことで、さお部の拘束がなくても実施例８−１に比べれば、そりは抑制された。さらに、形成された深穴の開口端部に材料の逃げが生じ、素材の長手方向においてさお部側に２ｍｍ拡径した形状となった。
【０１２６】
一方、ストッパー２５により、長さ方向への変形が規制された場合には、材料の逃げが抑制された。さらに、ストッパー２５により、素材の端部の上方への変形が規制されたため、さお部のそりは見られなかった。また、押さえ板２７により中心軸Ｍと平行な方向への変形を規制した場合には、さお部のそりは見られなかった。しかし、長さ方向への変形は規制されなかったため、開口端部に逃げが生じた。したがって、ストッパー２５および押さえ板２７を併用することで、さお部を変形させることなく、開口端部で生じる材料の逃げを抑制できると推測される。
【０１２７】
＜実施例９＞
二つの素材＃３１をさお部の端面で対称になるように連結した外形を有する連結型さお付形状素材Ｗ２に対して、カウンタパンチ、金型、ストッパーおよび押さえ板を使用して深穴を穿設した。素材Ｗ２の固定方法について図３２を用いて説明する。なお、以下に説明する素材保持手段６０において、各部材の配置は既に説明した素材保持手段２０と類似するが、素材保持手段６０は素材の外形に応じた形状の部材から構成される。
【０１２８】
前述の通り、素材保持手段６０は、ステージ６１および金型６２を備える。素材Ｗ２は、二つの円形部Ｗ２ａおよび円形部Ｗ２ａの側面から径方向に延出し二つの円形部Ｗ２ａを連結する連結部Ｗ２ｂからなる。ステージ６１には、金型６２に収容された素材Ｗ２が載置される。
【０１２９】
押さえ板６７を取り付け可能な金型６２は円筒部を有し、そのキャビティは、円形部Ｗ２ａの外径に応じた直径をもつ円柱形の貫通穴の内周面と、貫通穴の一端を閉塞するステージ６１の表面と、で区画される。一方の円形部Ｗ２ａは貫通穴に収容される。金型６２の円筒部上端には、平面視で弓形に切り取られてなる段差部が形成されており、押さえ板６７は、段差部の水平面に載置され、押さえ板６７と金型６２とがボルトで固定可能である。連結部Ｗ２ｂは、円形部Ｗ２ａが収容される貫通穴の側面中央部から延出し該貫通穴と連通する断面コ字形状の溝部に収容される。溝部の内面は、連結部Ｗ２ｂの底面および両側面と当接する。また、溝部は段差部の水平面に配されるため、押さえ板６７は、連結部Ｗ２ｂの上面と当接する。したがって、一方の円形部Ｗ２ａの外周面および、押さえ板６７で抑えられた連結部Ｗ２ｂは、加工後も元の寸法が維持される。素材Ｗ２は、その円形部Ｗ２ａが収容される貫通穴において、円形部Ｗ２ａがカウンタパンチ６３に載置されることで、金型６２内で水平に保持される。本実施例では、φ１８．５ｍｍ×１０ｍｍのカウンタパンチ６３が、調整リング６４から５．５ｍｍ突出した状態とした。
【０１３０】
ストッパー６５は、金型６２から突き出した他方の円形部Ｗ２ａの先端部を固定し、長さ方向の寸法変化を規制する。ストッパー６５は、素材Ｗ２の端部を拘束する構造をもち、ステージ６１の凹部に嵌め込まれた状態で固定されて、長さ方向の寸法変化が規制される。
【０１３１】
そして、上記の揺動鍛造装置（図２）を用い、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、金型６２に収容された素材Ｗ２を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。このとき、素材、カウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が６ｍｍとなるまで移動させた。さらに、他方の円形部Ｗ２ａに対しても、上記と同様の条件で穿設を行った。加工後の素材Ｗ２を図３３に示した。
【０１３２】
いずれの円形部にも、底部を共通する一対の穴からなる深穴が形成された。金型６２に収容して加工したため、いずれの円形部の外径も加工前後で変化はなかった。また、ストッパー６５を使用し、長手方向の変形を規制して加工したため、両端の円形部Ｗ２ａの中心間距離は５０ｍｍで、加工前の素材Ｗ２から変化はなかった。実施例８−１および８−２等で見られた開口端部の材料の逃げも見られなかった。つまり、本発明の穿設方法によれば、コンロッドの作製が容易であることがわかった。
【０１３３】
＜実施例１０−１＞
φ２６ｍｍ×１２ｍｍの円柱形の素材を用い、実施例１（つまり揺動あり）と同様にして深穴を穿設した。ただし、工具押込速度Ｖ：０．６ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量：０．６ｍｍ／回）、鍛造工具の圧下量：８ｍｍ（つまり底部の厚さ４ｍｍ）とした。
【０１３４】
また、比較例として、鍛造工具１０の揺動角度θを０°（つまり揺動なし）とした他は、上記と同様の条件で、上記と同じ形状の素材に深穴を穿設した。
【０１３５】
＜表面硬さの測定＞
実施例１０−１およびその比較例の加工を施した素材について、ビッカース硬さ測定を行った。ビッカース硬さ測定は、円柱の直径の位置で軸方向に切断した断面に対して、ビッカース硬さ計を用いて測定荷重２００ｇｆで行った。硬さ測定は、底部および該底部から立ち上がる壁部（開口部に近い上部および底部に近い下部）に対し、図３４の矢印に沿って、深穴の表面から外側に向かって間隔を隔てて行った。測定結果を図３４のグラフに示した。
【０１３６】
鍛造工具を揺動させて穿設を行った場合（実施例１０−１）では、底部も壁部も、深穴の表面から外側に向かうにつれて、素材の元々の表面硬さに次第に近付くことがわかった。しかし、揺動させずに穿設を行った場合には、底部および壁部の下部は、全体的に硬化した。つまり、本発明の穿設方法により形成された深穴は、穴表面が硬化するものの、深穴の周辺部の硬さは、加工前の素材に近いことがわかった。
【０１３７】
＜実施例１０−２＞
φ２６ｍｍ×１２ｍｍの円柱形の素材を用い、実施例４（つまり揺動あり）と同様にして深穴の穿設を行った。ただし、工具押込速度Ｖ：０．６ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量：０．６ｍｍ／回）、鍛造工具の圧下量：８ｍｍ（つまり底部の厚さ４ｍｍ）とした。
【０１３８】
また、比較例として、鍛造工具１０の揺動角度θを０°（つまり揺動なし）とした他は、上記と同様の条件で、上記と同じ形状の素材に深穴を穿設した。
【０１３９】
＜表面硬さの測定＞
前述と同様の方法により、実施例１０−２およびその比較例の加工を施した素材について、ビッカース硬さを測定した。硬さ測定は、底部および該底部から立ち上がる壁部（高さ方向の中央部）に対し、図３５の矢印に沿って、深穴の表面から外側に向かって間隔を隔てて行った。測定結果を図３５のグラフに示した。
【０１４０】
鍛造工具を揺動させて穿設を行った場合（実施例１０−２）では、底部も壁部も、深穴の表面から外側に向かうにつれて、素材の元々の表面硬さに次第に近付くことがわかった。しかし、揺動させずに穿設を行った場合には、底部が全体的に硬化した。つまり、本発明の穿設方法により形成された深穴は、穴表面が硬化するものの、深穴の周辺部の硬さは、加工前の素材に近いことがわかった。
【０１４１】
以上の深穴の性状は、本発明の穿設方法による成形品に特有であり、前述した穴表面に僅かに残される工具一回毎の螺旋状の筋模様と併せて、従来の加工様式では見られない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図１２】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２９】
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【図３２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２３】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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