(57)【要約】【課題】高精度と高生産性とが両立した部材の転造加工方法を提供する。【解決手段】固定ダイスと、固定ダイスの回転軸と平行の回転軸を有するように配置された可動ダイスを備える転造加工装置を用いて、固定ダイスと可動ダイスの間にプラグハウジングを配置し、歯形状のダイス刃に対応した形状をプラグハウジングに形成する転造加工方法である。転造加工方法は、プラグハウジングに圧縮変形が起きるような移動速度で可動ダイスを押し当てる圧縮変形工程Ｓ３と、圧縮変形工程の後に行われ、プラグハウジングにせん断変形が起きるような移動速度で可動ダイスを押し当てるせん断変形工程Ｓ４と、を含む。これにより、部材は内径側に潰れず、かつ、部材が所望の形状となるため高精度の加工ができる。また、加工初期は高速で加工しているため全体としての加工時間が短く高生産性である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向外側に歯形状の第一転造部（２２３）を有する回転可能な柱状の第一転造ダイス（２２）と、
径方向外側に歯形状の第二転造部（２４３）を有し、前記第一転造ダイスの回転軸と平行な回転軸で回転可能な柱状の第二転造ダイス（２４）と、
を備える転造加工装置（１０、１００）を用いて、断面が円形の柱状部材の径方向外側の壁面を前記第一転造部及び前記第二転造部の形状に対応した歯形状に形成する部材の転造加工方法において、
前記柱状部材を圧縮変形可能な移動速度で前記第一転造ダイスと前記第二転造ダイスとを接近させる第一工程（Ｓ３）と、
前記第一工程の後に行われ、前記柱状部材をせん断変形可能な移動速度で前記第一転造ダイスと前記第二転造ダイスとを接近させる第二工程（Ｓ４）と、
を含む部材の転造加工方法。
【請求項２】
前記第二工程における前記柱状部材の温度は、前記第一工程における前記柱状部材の温度よりも高い、請求項１に記載の部材の転造加工方法。
【請求項３】
前記第一転造ダイスまたは前記第二転造ダイスを接近させるために要する荷重が一定値を超えたとき、前記第二工程を開始する、請求項１または２に記載の部材の転造加工方法。
【請求項４】
前記柱状部材はプラグハウジングである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の部材の転造加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の転造加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二個の転造ダイスを回転させながら柱状部材に押しつけ、ダイスの外壁形状に対応した形状に柱状部材の外壁を加工する。ここで、転造ダイスが柱状部材にある程度食い込むまでは転造ダイスの移動速度が早く、ある程度食い込んだ後は転造ダイスの移動速度を緩やかにする転造加工方法が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３０００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された転造加工方法では、どの程度まで加工したら転造ダイスの移動速度を変化させるかという点について、その原理が示されていない。そのため、特許文献１に開示された転造加工方法では、多大な試行錯誤を行わなければ高精度と高生産性とが両立した加工条件を得ることは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、高精度と高生産性とが両立した部材の転造加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、径方向外側に歯形状の第一転造部（２２３）を有する柱状の第一転造ダイス（２２）と、径方向外側に歯形状の第二転造部（２４３）を有し、第一転造ダイスの回転軸と平行な回転軸で回転可能な柱状の第二転造ダイス（２４）と、を備える転造加工装置（１０、１００）を用い、断面が円形の柱状部材の径方向外側の壁面を第一転造部及び第二転造部の形状に対応した歯形状に形成する部材の転造加工方法である。部材の転造加工方法は、柱状部材を圧縮変形可能な移動速度で第一転造ダイスと第二転造ダイスとを接近させる第一工程（Ｓ３）と、第一工程の後に行われ、柱状部材をせん断変形可能な移動速度で第一転造ダイスと第二転造ダイスとを接近させる第二工程（Ｓ４）と、を含む。
【０００７】
加工初期は、第一転造ダイスと第二転造ダイスとを、柱状部材に圧縮変形を起こさせるような速度で接近させる。加工終期は、第一転造ダイスと第二転造ダイスとを、柱状部材にせん断変形を起こさせるような速度で接近させる。
これにより、部材は内径側に潰れず、かつ、柱状部材を所望の形状にできるため精度の高い加工となる。加工初期は高速で加工しているため、全体としての加工時間が短く生産性が高い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態に係るプラグハウジングを示す説明図である。
【図２】第一実施形態に係る転造加工装置の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、第一実施形態に係る転造加工装置の説明図であり、（ｃ）は、カム回転角度と可動ダイスの移動距離との説明図である。
【図４】第一実施形態に係る転造加工中のプラグハウジングの断面図である。
【図５】第一実施形態に係る転造加工中のプラグハウジングの断面図である。
【図６】第一実施形態に係る総切り込み量と転造時間についての特性図である。
【図７】第一実施形態に係る転造加工方法のフローチャートである。
【図８】第一実施形態に係るプラグハウジングの転造状態を示す説明図である。
【図９】第一実施形態に係るプラグハウジングの転造状態を示す説明図である。
【図１０】第一実施形態に係るプラグハウジングの転造状態を示す説明図である。
【図１１】第一実施形態に係るプラグハウジングの転造状態を示す説明図である。
【図１２】第一実施形態に係るプラグハウジングの山部形成過程を示す断面図である。
【図１３】第一実施形態に係るプラグハウジングのファイバーフローを示す断面図である。
【図１４】第一実施形態に係るプラグハウジングの転造加工中の温度分布の説明図である。
【図１５】第二実施形態に係る転造加工装置の説明図である。
【図１６】第二実施形態に係る転造加工方法の説明図である。
【図１７】比較例の転造加工方法によるプラグハウジングの転造過程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る部材の転造加工方法、及び、転造加工装置について、図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態について同一の構成部位には同一の符号を付し説明を省略する。
（第一実施形態）
本実施形態においては、中空の「柱状部材」としての加工前のプラグハウジングに取付ネジ部を転造加工する。図１（ａ）に転造加工後のプラグハウジング１の斜視図を、図１（ｂ）には転造加工後のプラグハウジング１の正面図を示す。プラグハウジング１の長手方向に垂直な断面は円形である。プラグハウジング１の外壁には内燃機関に螺合するためのねじ径１２ｍｍの取付ネジ部２が形成されている。プラグハウジング１は内部に貫通穴３を有する。プラグハウジング１は、中空の柱状部材として見たときの外環部に相当する環状部４を有する。プラグハウジング１と図示しない点火部とが嵌合し、点火プラグとなる。
【００１０】
第一実施形態における部材の転造加工装置とその動作とについて図２から図６に基づいて説明する。転造加工装置の正面図を図２（ａ）に、平面図を図２（ｂ）に示す。
転造加工装置１０は、基台１２、ワーク支持部１４、ワーク押さえ部１６、固定ダイス支持台１８、可動部支持台２０、「第一転造ダイス」としての固定ダイス２２、「第二転造ダイス」としての可動ダイス２４、偏心カム２６、偏心カム支持部２８、可動ダイス支持部３０、連結部３２、タイバー３６、第一タイバー固定棒３８、第二タイバー固定棒４０、押さえネジ４２等を備える。図２（ａ）において、上下方向、及び、左右方向を示す。以後上下方向、及び、左右方向を記載するときは、図２（ａ）に示した方向に基づくものとする。
【００１１】
基台１２は、例えばステンレス製の直方体で上面は平坦であり、各種部材を固定可能なネジ孔等が設けられている。
ワーク支持部１４は、支持台１４１及び支持棒１４２を有する。支持台１４１は基台１２の上に固定されて設けられる。支持棒１４２は、一端部が支持台１４１と接続する。他端部は、プラグハウジング１を下から支持可能であり、さらに、プラグハウジング１を回転可能に支持しながら上下方向に調整可能である。
ワーク押さえ部１６は、懸架台１６１及び押さえ棒１６２を有する。懸架台１６１は後述するタイバー３６に設けられる。押さえ棒１６２は、一端部が懸架台１６１と接続する。押さえ棒１６２の他端部は、プラグハウジング１を支持棒１４２との間で回転可能に支持しつつ、上下方向に移動可能である。ここで、図２（ｂ）においては、煩雑になるためワーク押さえ部１６は図示しない。
【００１２】
固定ダイス支持台１８は、基台１２の上に固定されて設けられる。
可動部支持台２０は、基台１２の上に固定されて設けられる。
固定ダイス２２は、円柱状であり、固定ダイス支持台１８に回転可能に設けられる。固定ダイス２２は、固定ダイス駆動モータ２２１の回転力により、固定ダイス回転軸２２２を中心に回転する。固定ダイス駆動モータ２２１は、例えば高精度のサーボモータであり、固定ダイス２２を高精度で回転させることが可能である。固定ダイス２２の外壁には、プラグハウジング１の取付ネジ部２を加工可能な「第一転造部」としての歯形状の第一ダイス刃２２３が設けられている。
可動ダイス２４は、円柱状であり、後述する可動ダイス支持部３０に回転可能に設けられる。可動ダイス２４は、可動ダイス駆動モータ２４１の回転力により、可動ダイス回転軸２４２を中心に回転可能である。可動ダイス駆動モータ２４１は、例えば高精度のサーボモータであり、可動ダイス２４を高精度で回転させることが可能である。このとき、固定ダイス２２と可動ダイス２４とは高精度で同期回転する。可動ダイス２４は、可動ダイス支持部３０が左右にスライド移動すると、それに同期して左右にスライド移動する。可動ダイス２４の外壁には、プラグハウジング１の取付ネジ部２を加工可能な「第二転造部」としての歯形状の第二ダイス刃２４３が設けられている。
固定ダイス２２の回転方向及び可動ダイス２４の回転方向は図２（ａ）に二点鎖線の矢印Ｒ２２とＲ２４とでそれぞれ示す。本実施形態においては、ダイスの回転速度は例えば１００〜８００ｒｐｍである。
【００１３】
偏心カム２６は、回転中心が偏心した円柱状のカムである。偏心カム２６は、後述する偏心カム支持部２８に回転可能に設けられている。図２に示すとき、偏心カム２６は、後述する第二タイバー固定棒４０と接触し、上死点の状態にある。偏心カム２６は、モータ（図示しない）に駆動されて回転する。偏心カム２６が上死点から下死点に向かって回転すると、偏心カム２６の外壁が第二タイバー固定棒４０を押し、その反作用で偏心カム２６は左方向に移動する。偏心カム２６の左方向の移動に同期して偏心カム支持部２８も左方向に移動する。
偏心カム支持部２８は、可動部支持台２０の上に左右にスライド移動可能に設けられている。
可動ダイス支持部３０は、可動部支持台２０の上に左右にスライド移動可能に設けられている。
連結部３２は、偏心カム支持部２８と、可動ダイス支持部３０とを連結する。これにより、偏心カム２６が回転すると、偏心カム支持部２８と可動ダイス支持部３０と可動ダイス２４とが、同期して左方向に移動する。連結部３２は長さ調整が可能であり、偏心カム支持部２８と可動ダイス支持部３０との間の距離を調整する。
【００１４】
タイバー３６は、例えばステンレス製の円柱棒である。タイバー３６は、第一タイバー固定棒３８と第二タイバー固定棒４０との間に架け渡されるように設けられる。
第一タイバー固定棒３８は、四角柱状であり、基台１２に固定されて設けられる。
第二タイバー固定棒４０は、四角柱状であり、基台１２に固定されて設けられる。第二タイバー固定棒４０の一面は、偏心カム２６と接触するカム接触部４０１を有する。
【００１５】
押さえネジ４２は、ボルト状であり、その一端部は可動部支持台２０と接続する。押さえネジ４２は、他端部にヘッド４２１を有する。押さえネジ４２は第二タイバー固定棒４０を貫通するように設けられている。押さえネジ４２は、ヘッド４２１と第二タイバー固定棒４０との間にスプリングからなる弾性体４２２が巻回されている。
押さえネジ４２は弾性体４２２の付勢力により、可動部支持台２０を引っ張り、偏芯カム２６の回転によって押し出された可動部支持台２０を初期位置に戻すことが可能である。
【００１６】
偏心カム２６を利用した可動ダイス２４の移動方法について図３に基づいて説明する。ただし、図３においては、偏心カム２６を用いた可動ダイス２４の移動と関連性の薄い部材は図示していない。図３（ａ）に偏心カム２６と可動ダイス２４とが上死点の位置にあるときの状態を示す。偏心カム２６の中心からもっとも近い偏心カム２６の外壁部２６１が、第二タイバー固定棒４０のカム接触部４０１に接触している。このとき、可動ダイス２４は、もっとも右方向にある。ここで、図示しないモータ等により、偏心カム２６が回転する。偏心カム２６の中心２６３をとおり、中心２６３からもっとも離れた偏心カム２６の外壁部２６２と、もっとも近い外壁部２６１とを結ぶ線を中心線２６４とし、二点鎖線で表す。
図３（ｂ）に、偏心カム２６がθｅｎｄ度回転し、偏心カム２６と可動ダイス２４とが下死点の位置にあるときの状態を示す。偏心カム２６の中心からもっとも遠い偏心ダイスの外壁部２６２が、第二タイバー固定棒４０のカム接触部４０１に接触している。このとき、可動ダイス２４は、もっとも左方向にある。可動ダイス２４の先端部２４４の移動距離をダイス先端部移動距離とする。ダイス先端部の移動距離ｌは、偏心カム２６の中心２６３の左方向への移動距離と等しい。
【００１７】
図３（ｃ）に偏心カム２６が上死点（回転角度０度）から下死点（θｅｎｄ度）まで回転したときの、可動ダイス２４のもっとも左方向にある部分である先端部２４４の左右方向の移動距離と、回転角度との特性図を示す。回転角度は偏心カム２６の中心２６３の回転角度とする。
偏心カム２６が０度からθｅｎｄ度まで一定の速度で回転したときの、可動ダイス２４の先端部２４４の移動距離を実線２４５で示す。偏心カム２６の回転中心の回転速度は一定であるので、横軸は時間ｔと同一でもある。偏心カム２６がθｅｎｄ度回転したときを時刻ｔｅｎｄとし、回転していない０度のときを時刻０とする。
時刻０から後述する圧縮変形工程が開始する時刻ｔ１の間では回転角度あたりに対して移動距離が小さい。時刻ｔ１から後述するせん断変形工程が開始する時刻ｔ２の間では回転角度あたりに対して移動距離が大きく、時刻ｔ２から転造加工が終了する時刻ｔｅｎｄまでは回転角度あたりに対して移動距離が小さくなっている。これは、時刻０から時刻ｔ１までは可動ダイス２４の移動速度が遅く、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では移動速度が速く、時刻ｔ２から時刻ｔｅｎｄでは移動速度が遅いということである。本実施形態は一例であり、偏心カム２６の偏心率とその形状、半径の大きさ、などを適宜調整すると、偏心カムがθｅｎｄ度回転する間の可動ダイス２４の移動速度を任意に可変させることが可能である。
【００１８】
可動ダイス２４の移動速度と切り込み量との関係について図４と図５とに基づいて説明する。
図４（ａ）にプラグハウジング１の取付ネジ部２を加工中の断面図を示す。ダイス５４の回転方向を矢印５６に示す。紙面手前方向から奥側方向にダイス刃が回転している。
図４（ｂ）に、固定ダイス２２と可動ダイス２４とに挟まれて加工されているプラグハウジング１を模式的に示す。プラグハウジング１の回転方向Ｒ１は、固定ダイス２２の回転方向Ｒ２２と可動ダイス２４の回転方向Ｒ２４と逆方向である。図４（ａ）はプラグハウジング１がＰ１の位置にある場合の断面である。このときのダイス５４は可動ダイス２４である。
取付ネジ部２は山部５０と谷部５２との繰り返しからなる歯形状の被転造部５１を有する。加工中のダイス５４の刃先部５４１が食い込んで谷部５２が形成され、谷部５２から押し出された材料がダイス５４の刃の形状にならって山部５０となる。Ｐ１位置にあるときの、ダイス刃が食い込んでいるときのその先端の位置を、二点鎖線５５０で表す。
【００１９】
図５（ａ）はプラグハウジング１がＰ１から半回転したときの取付ネジ部２を加工中の断面図である。図５（ｂ）に示すように、プラグハウジング１が固定ダイス２２と可動ダイス２４との回転力により半回転し、プラグハウジング１のＰ１位置は半回転しＰ２位置に移動する。図５（ａ）はプラグハウジング１がＰ２の位置にある場合の断面である。このときのダイス５４は固定ダイス２２である。
プラグハウジング１のＰ１位置が半回転しＰ２位置に移動する間に、可動ダイス２４が左に移動する。可動ダイス２４に押され、その圧力により、プラグハウジング１にさらにダイス５４の刃先部５４１が食い込む。ダイス５４の刃先部５４１の先端の位置を、二点鎖線５５１で表す。このとき、プラグハウジング１が半回転する間にダイス５４の刃先部５４１が食い込む量をつまり二点鎖線５５０と二点鎖線５５１との距離を切り込み量Δｙとする。切り込み量Δｙは、プラグハウジング１が半回転する間に、可動ダイス２４が移動する距離でもあるため、切り込み量Δｙが大きいということは、可動ダイス２４の移動速度が大きいということでもある。
【００２０】
図６に本実施形態における総切り込み量と転造時間との特性図を示す。総切り込み量とは、加工前のプラグハウジング１の取付ネジ部２の表面に対して、ダイス５４の刃先部５４１が食い込んだ距離である。本実施形態における転造時間と総切り込み量との関係を実線６０で示す。転造開始から後述するせん断変形工程が開始する時刻ｔ３までの間は、経過時間に対して総切り込み量の増加度合いが大きい。つまり切り込み量Δｙが大きく、可動ダイス２４の移動速度も大きい。このときの切り込み量をΔｙ１とする。時刻ｔ３から加工が終了する時刻ｔ４までの間は経過時間に対して総切り込み量の増加度合いが小さい。つまり切り込み量Δｙが小さく、可動ダイス２４の移動速度も小さい。このときの切り込み量をΔｙ２とする。切り込み量Δｙ１を切り込み量Δｙ２へと変更するのは、加工終了時の総切り込み量の例えば７５％を超えたときとする。総切込み量は例えば０．４ｍｍなので、変更点は総切込み量が例えば０．３ｍｍとなったときである。
【００２１】
図３（ｃ）における時刻ｔ１から時刻ｔ２までが図６における転造開始から時刻ｔ３までに相当し、かつ、図３（ｃ）における時刻ｔ２から転造終了する時刻ｔｅｎｄまでが、図６における時刻ｔ３から時刻ｔ４までに相当する。
【００２２】
転造加工装置１０を用いて転造加工前のプラグハウジング１に取付ネジ部２を形成する方法について図７のフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ１のプラグハウジング１の準備工程について説明する。
取付ネジ部２が形成されていないプラグハウジング１を用意する。
ステップＳ２のプラグハウジングの支持工程について説明する。
回転する固定ダイス２２と可動ダイス２４との間に、支持棒１４２と押さえ棒１６２とにより回転可能に支持された加工前のプラグハウジング１が設置される。
ステップＳ３の「第一工程」としての圧縮変形工程について説明する。
偏心カム２６は、図３（ｃ）における時刻ｔ１に相当する回転角度（例えばθ１度）になるまで、一定の回転速度で回転する。偏心カム２６が回転することにより、可動ダイス２４が左方向に少しずつ移動し、図３（ｃ）における時刻ｔ１でプラグハウジング１に接触する。時刻ｔ１は、図６における転造開始時刻０に相当する。プラグハウジング１は左右から固定ダイス２２と可動ダイス２４とにより圧力を受ける。この圧力によって、プラグハウジング１は回転しながら、少しずつ塑性変形を繰り返す。図３（ｃ）における時刻ｔ１から時刻ｔ２に相当する回転角度（例えばθ２度）までの可動ダイス２４の移動速度は切り込み量がΔｙ１となるように偏心カム２６の形状等が調整されている。図３（ｃ）における時刻ｔ２は、図６における時刻ｔ３に相当する。
【００２３】
ステップＳ４の「第二工程」としてのせん断変形工程について説明する。
偏心カム２６は、図３（ｃ）における加工終了までの図３（ｃ）における時刻ｔｅｎｄに相当するθｅｎｄ度になるまで、一定の回転速度で回転する。このとき可動ダイス２４の移動速度は低下しており、切り込み量はΔｙ１よりも小さいΔｙ２となる。図３（ｃ）における加工終了時刻ｔｅｎｄは、図６における時刻ｔ４に相当する。
ステップＳ４のプラグハウジング１の取り出し工程について説明する。
プラグハウジング１の取付ネジ部２の加工が終了し、偏心カム２６に回転力が与えられなくなる。可動ダイス２４を元の位置に復帰させると、固定ダイス２２と可動ダイス２４との距離が広がり、プラグハウジング１を挟み込む力がなくなる。そして、プラグハウジング１を取り出す。
【００２４】
転造加工初期段階におけるプラグハウジング１の取付ネジ部２の状態について図８に示す。断面の切断方向は図４と同一である。加工初期段階は、ステップＳ３の圧縮変形工程に相当する。加工初期段階は、図６に示す時刻０から時刻ｔ３までに相当し、総切込み量の７５％までにあたる。このときの切り込み量はΔｙ１である。
図８（ａ）にプラグハウジング１の取付ネジ部２を加工中の断面図を示す。図８（ａ）に示すダイス５４は、図８（ｂ）に示すように可動ダイス２４である。プラグハウジング１はＰ１の位置にある場合である。断面線７０の位置にあるダイス５４が、プラグハウジング１が半回転すると二点鎖線７２の位置に切り込み量Δｙ１だけ食い込む。ダイス５４がΔｙ１食い込むと、ダイス５４の刃先部５４１によって断面線７０と二点鎖線７２とで囲まれているプラグハウジング１の材料７４が白矢印７５０の方向に押される。押された材料７４は、黒矢印７５１の向きに従って取付ネジ部２の山部５０、言い換えるとダイス５４の刃底部５４２の方へと押し出される。このとき、山部５０を形成する主要な力は、刃先部５４１が取付ネジ部２の谷部５２を押しつぶすような力、言い換えれば圧縮する力である。そのため、加工初期段階においては、取付ネジ部２の被転造部５１は圧縮変形により形成される。また、このとき山部５０のある一点をとり、その位置を５０１とし、二点鎖線５０２にて表す。
【００２５】
図９（ａ）に、図８（ａ）の状態からプラグハウジング１が半回転し、位置Ｐ１が位置Ｐ２に回転移動した場合の断面図を示す。断面の切断方向は図４と同一である。図９（ａ）に示すダイス５４は、図９（ｂ）に示すように固定ダイス２２である。ダイス２７がΔｙ１だけ食い込むことにより、山部５０がさらに大きく形成される。図８（ａ）に示す山の位置５００と同じ位置を位置５０３とし、二点鎖線５０４で表したとき、二点鎖線５０２と二点鎖線５０４との間の距離Δｈ１だけ山部５０が大きく成長していることがわかる。
【００２６】
転造加工終期段階におけるプラグハウジング１の取付ネジ部２の状態について図１０に示す。断面の切断方向は図４と同一である。加工終期は、ステップＳ４のせん断変形工程に相当する。加工終期から終了までは、図６に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４に相当し、総切込み量の７５％から加工終了までにあたる。このときの切り込み量はΔｙ２である。
図１０（ａ）にプラグハウジング１の取付ネジ部２を加工中の断面図を示す。図１０（ａ）に示すダイス５４は、図１０（ｂ）に示すように可動ダイス２４であるとし、プラグハウジング１はＰ１の位置にあるとする。断面線７６の位置にあるダイス５４は、プラグハウジング１が半回転すると二点鎖線７８の位置に切り込み量Δｙ２だけ食い込む。ダイス５４がΔｙ２食い込むと、ダイス５４の刃の側面である刃側部５４３との摩擦力によってプラグハウジング１の断面線７６と二点鎖線７８とで囲まれる山部５０の表層の材料８０が流動する。材料８０を流動させる力は刃側部５４３と山部５０の表層との摩擦力である。したがって、材料８０の流動する方向を白矢印７７０で示す。白矢印７７０は、山部５０の表面に沿って、山裾から頂に向かい、かつ、紙面手前から奥側に向かう方向である。また、このとき山部５０のある一点をとり、その位置を位置５０５とし、二点鎖線５０６にて表す。
【００２７】
ここで、せん断とは、物体の任意の面に関して面に平行方向に力が加わることをいう。山部５０の表層に対して、ダイス５４の刃の側面である刃側部５４３によって、平行な摩擦力が加わっている。それにより表層の材料８０が紙面に対して奥側、かつ、山部５０の頂に向かって流動する。したがって、被転造部５１は、せん断変形により形成される。
切り込み量が大きい値Δｙ１であるときは、刃側部５４３が摩擦力により材料８０を押し流すような力よりも、プラグハウジング１を内径方向へと圧縮する力のほうが優勢である。そのため、圧縮変形工程ではこのように摩擦力に起因するせん断変形は起こりにくい。
【００２８】
図１１（ａ）に、図１０（ａ）の状態からプラグハウジング１が半回転した状態を示す。このときのダイス５４は、図１１（ｂ）に示すように、固定ダイス２２である。ダイス５４がΔｙ２だけ取付ネジ部２に食い込むことにより、取付ネジ部２の山部５０がさらに大きく形成されている。図１０（ａ）に示した山の位置５０５と同じ位置を位置５０７とし、二点鎖線５０８で表したとき、二点鎖線５０６と二点鎖線５０８との間の距離Δｈ２だけ山部５０が大きく成長していることがわかる。
【００２９】
図１２に加工終期から加工終了までの山部５０の形成過程の断面図を示す。断面の切断方向は図４と同一である。煩雑になるため、ダイスは描写しない。図１２（ａ）に加工終期の状態を示す。二点鎖線８８は最終的な山部５０の形状を示す線であり、ダイスの形状と同一である。上記説明したように、山部５０の表層部がせん断変形をしながら、山部５０の頂部５０９が充満していく様子を図１２（ｂ）に示す。金属材料を鍛造した際にみられる繊維状の金属組織の流れを表す線であるファイバーフロー９０を点線で示す。加工終期において、山の麓側から頂側に向かって材料が流動する。図１２（ｃ）に加工終了時の山部５０を示す。図１２（ａ）に二点鎖線８８で示したダイスの形状と同一形状に加工されている。ファイバーフロー９０は山の頂に向かってほぼ垂直な方向に沿って形成される。また、ファイバーフロー９０は山の頂に向かうにつれて、紙面奥側に傾斜する。
【００３０】
図１３に加工終了後の山部５０のファイバーフローを示す。ここで、図１３（ａ）の断面の切断方向は図４と同一である。
図１３（ａ）より、加工初期に加工された部分のファイバーフローＳＦと、加工終期に加工された部分のファイバーフローＥＦとでは流れの方向が違っていることがわかる。加工初期では上記のように圧縮変形が中心であり、ファイバーフローＳＦは山部の麓側から頂側に盛り上がる山状に形成されている。一方加工終期に形成される頂部付近では、ファイバーフローＥＦの向きは山の頂に向かってほぼ垂直な方向に沿い、かつ、山の頂に向かうにつれて紙面奥側に傾斜する。
図１３（ｂ）の矢印５６はダイスの刃の回転方向を示している。加工初期に形成されるファイバーフローＳＦの向きは、紙面の奥行き方向に沿う。一方、加工終期に形成されるファイバーフローＥＦの向きは、山部５０において山の頂き方向に向かい、かつ、ダイスの回転方向に引きずられるような方向に傾斜する。
このように、プラグハウジング１の転造加工においては、山部５０が圧縮変形により形成される加工の初期段階と、せん断変形により形成される加工終期段階とでは断面構造に明確な差異が生じる。
【００３１】
加工開始期から終期にかけての、プラグハウジング１の温度について図１４に基づいて説明する。図１４（ａ）は加工開始期、図１４（ｂ）は加工初期、図１４（ｃ）は加工終期のそれぞれの段階におけるプラグハウジング１の温度をシミュレーションにより求めた結果である。二点鎖線で区切られた各領域の温度を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
加工開始期にもっとも温度が高くなるのは、取付ネジ部２の谷部５２とダイスの刃が接触する領域３０１の２２０度である。山部５０の中心付近に位置する領域３０２は２００度である。プラグハウジング１の内径方向に向かうにつれて、領域３０３、領域３０４の温度は１８０度、１６０度というように低下していく。加工開始期はダイスの刃との摩擦により発生した熱は、プラグハウジング１の内径方向に逃げやすいため、温度は上昇しにくい。
【００３４】
加工初期にもっとも温度が高くなるのは、取付ネジ部２の山部５０の山裾の表層部であり、ダイスの刃と接触する領域３１１の２７０度である。山部５０の内部に少し進入した領域３１２の温度は２４５度である。プラグハウジング１の内径方向に向かうにつれて、領域３１３、領域３１４の温度は２２０度、１９５度というように低下していく。加工初期は圧縮変形工程に相当する。
加工終期においては、プラグハウジング１の内径方向に熱が逃げにくくなるため、さらに山部５０の温度が上昇し、領域３２１の温度は４２０℃である。プラグハウジング１の内径方向に向かうにつれて、領域３２２、領域３２３、領域３２４の温度は３８０度、３４０度、３００度というように低下していく。転造加工が進行し、山部５０が大きく形成されるにつれて、その温度は上昇していく。加工終期はせん断変形工程に相当する。
【００３５】
このように、加工開始から温度は上昇し続ける。そのため、圧縮変形工程のときの山部５０の温度よりも、せん断変形工程のときの山部５０の温度の方が高い。
また、加工終期においては山部５０の頂部付近に相当する領域３２１の温度は４００度以上になる。ダイスの刃先が当接する谷部５２を含む領域３２２及び領域３２３の温度は領域３２１よりも低い。より内部の温度である領域３２４の温度はさらに低い。一般的に機械的材料の引っ張り強さは温度の上昇とともに低くなる。そのため、加工終期になると、温度が高い山部５０にある材料は、温度の低い谷部５２にある材料よりも流動しやすい。
【００３６】
本実施形態の転造加工装置１０を使用して、プラグハウジング１の取付ネジ部２を加工することの効果について説明する。
まず、図６に示す比較例について説明する。一点鎖線６２は、一定の切り込み量Δｙ３で加工し続けた場合を示している。ここで、Δｙ３はΔｙ２よりは大きいが、Δｙ１よりは小さい値であって、転造時間が本実施形態と同じになるような値である。
二点鎖線６４は、一定の切り込み量Δｙ２で加工した場合を示している。このとき、転造時間は、本実施形態のときよりも長くなる。
一点鎖線６２に示す切り込み量Δｙ３で加工終了までプラグハウジング１の取付ネジ部２を加工した場合について図１７に基づいて説明する。
転造加工終期段階におけるプラグハウジング１の取付ネジ部２の加工状態を図１７（ａ）に示す。図１７（ａ）に示すダイス５４は、図１７（ｂ）に示すように可動ダイス２４である。プラグハウジング１はＰ１の位置にある。
加工終期において切り込み量Δｙ３を減少させない場合は、ダイス５４がΔｙ３食い込むと、プラグハウジング１の実線９２と二点鎖線９４とで囲まれる材料８０が白矢印９３の方向に押され、プラグハウジング１の径方向内側へと流動してしまう。従って、山部５０の頂部は、充満しない。
【００３７】
加工終期になると、ダイス５４の刃先部５４１がプラグハウジング１により食い込むようになるので、プラグハウジング１と刃先部５４１との接触面積が増える。そのため一定の距離だけダイス５４をプラグハウジング１側に食い込ませるように動かすときは、接触面積が大きい加工終期の方がより強い力が必要になる。従って、加工終期になるほど、プラグハウジング１は強い力で径方向内側におされることになる。そのため、加工終期になるとプラグハウジング１の環状部４が内側に潰れやすい。このように加工終期に大きい切り込み量Δｙ３で加工すると、プラグハウジング１の環状部４を潰して変形させてしまうだけでなく、せん断変形が起きないため山部５０が未充満となる。
上記比較例の加工方法で形成されたプラグハウジング１は、内側に潰れており、さらには、山部５０が充満していないため寸法精度が悪い。そのため、強度に劣り、長期耐久性に欠ける。さらに、プラグハウジング１をエンジンに取り付けると、密封も悪く燃料等が漏れてしまう。このように大きい切り込み量Δｙ３で最初から最後まで加工すると様々な問題が発生する。
【００３８】
図６に示す比較例の二点鎖線６４で表される、加工終了まで小さい切り込み量Δｙ２でプラグハウジング１の取付ネジ部２を加工した場合について説明する。この場合は、山部５０の頂が過剰に充満されてしまい、先端部に欠陥が生じてしまう。
【００３９】
（ａ）本実施形態では、加工初期は圧縮変形を起こさせるような大きい移動速度で可動ダイス２４をプラグハウジング１に押し当てる。加工終期において、プラグハウジング１が内側に潰れやすくなると、可動ダイス２４の移動速度を小さくして、せん断変形により山部５０の頂きを適切に充満させる。
これにより、内径側に潰れず、かつ山部５０が適切に充満して所望の形状通りに形成される高精度のプラグハウジング１を得ることができる。このようにして得られたプラグハウジング１は、強度、長期耐久性、及び、密封性に優れている。さらに、加工に要する時間が短いため生産性も高い。
【００４０】
特に、ねじ径１２ｍｍのプラグハウジング１では環状部４の厚みが薄いため、現在主流のねじ径１４ｍｍのプラグハウジングよりも変形しやすい。そのため、従来ねじ径１２ｍｍのプラグハウジングを加工するときは、大きな切り込み量にできず、長い時間をかけて加工する必要があった。しかし、本実施形態の手法により、環状部４の厚みが薄く変形しやすいねじ径１２ｍｍのプラグハウジング１においても高生産性と高精度とを両立させることができる。さらには、プラグハウジングがねじ径１０ｍｍやさらにねじ径が小さくなる場合においても、本実施形態の加工方法を使用することで高精度と高生産性とを両立させることができる。
【００４１】
（ｂ）加工終期であるせん断変形工程の山部５０の温度は加工初期である圧縮変形工程の山部５０の温度よりも高い。そのため、せん断変形工程では変形抵抗が下がり、より材料が流動しやすいため、山部５０が充満されやすい。そのため、所望の形状の通りに加工でき、高精度のプラグハウジング１を得られる。
【００４２】
（ｃ）加工終期であるせん断変形工程のプラグハウジング１の山部５０の温度は、谷部５２や山部５０のより内部側の温度よりも高い。そのため、山部５０の変形抵抗は谷部５２や山部５０の内部の変形抵抗よりも低い。そのため、局所的な変形抵抗の差が生じ、山部５０に向かって材料８０がより流動しやすく、山部５０が未充満になりにくい。したがって、所望の形状の通りに加工でき、高精度のプラグハウジング１を得ることができる。
【００４３】
（第二実施形態）
第二実施形態に係る転造加工装置の正面図を図１５（ａ）に、平面図を図１５（ｂ）に示す。本実施形態においても転造加工される柱状部材は第一実施形態と同様にプラグハウジング１であるとする。
転造加工装置１００は、ロードセル９６、及び、油圧装置９８を備える。
ロードセル９６は、可動ダイス支持部３０に設けられ、可動ダイス２４を左方向に移動させるときに係る荷重を取得可能である。
油圧装置９８は、第二タイバー固定棒４０に設けられ、油圧によって、偏心カム支持部２８を左右方向に移動させることが可能である。油圧装置９８は、さらに、ロードセル９６が取得した荷重に応じて、偏心カム支持部２８が移動する際の移動速度を変更可能である。
【００４４】
図１６（ａ）に転造時間とロードセルの計測荷重との関係について示す。第一実施形態と同様に、転造加工開始時刻０から切り込み量がΔｙ１になるような移動速度で、油圧装置９８が可動ダイス２４を移動させている。このとき、可動ダイス２４がプラグハウジングに食い込んでいくと、可動ダイス２４の第二ダイス刃２４３とプラグハウジングとの接触面積が増えるため荷重は上昇しつづける。
予定した荷重Ｐｒ１に達すると、油圧装置９８は可動ダイス２４の移動速度を切り込み量Δｙ２になるように遅くする。このときの時刻をｔ５とする。
時刻ｔ５から後、可動ダイス２４の移動速度は遅くなっているので、ロードセルが計測する荷重の上昇率は緩やかになる。
予定した荷重Ｐｒ２に達すると油圧装置９８は可動ダイス２４の移動を停止させる。このときの時刻をｔ６とする。
【００４５】
図１６（ｂ）に転造時間と総切り込み量との関係について示す。転造加工開始から切り込み量がΔｙ１になるような移動速度で、油圧装置９８が可動ダイス２４を移動させている。このとき予定した総切り込み量の７５％が加工されている。ここで、切り込み量Δｙ２になるような移動速度で油圧装置９８が可動ダイス２４を移動させる。時刻ｔ６で予定した総切り込み量に到達し加工終了となる。
このように、偏心カム２６の代わりに、ロードセル９６及び油圧装置９８を使用しても、第一実施形態と同様に、転造加工中に可動ダイス２４の移動速度を小さくすることができる。したがって、第二実施形態においても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（その他の実施形態）
上記実施形態で転造加工される部材は、プラグハウジング１に限られるものではない。例えば、酸素センサ用ハウジング、燃料圧力センサ用ハウジング、スクリュープラグ、スリーブなど、様々な柱状部材の取付ネジ部の加工に、上記実施形態の転造加工方法を用いることができる。
また、上記実施形態では、二つのダイスのうち片方のみが可動可能である。これに代えて、二つのダイスが可動可能であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  プラグハウジング
１０、１００  転造加工装置
２２  固定ダイス（第一転造ダイス）、  ２２３  第一ダイス刃（第一転造部）
２４  可動ダイス（第二転造ダイス）、  ２２４  第二ダイス刃（第二転造部）
２６  偏心カム
５０  山部、  ５１  被転造部、  ５２  谷部
９６  ロードセル、  ９８  油圧装置
【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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【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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