(57)【要約】【課題】大径部の径の不均一が抑制または実質的に解消された形状精度の良好な据込み加工部品を提供する。【解決手段】軸方向へ向けて並んだ大径部６および小径部７を備える金属製の据込み加工部品である。大径部６は、軸方向と直交する略円形のフランジである。このフランジ６の端面６ａは、その中央を境として分割される第１の領域１０および第２の領域１１を有する。第１の領域１０および第２の領域１１それぞれの表面積は、いずれも、フランジ６の端面６ａの表面積の１／４〜１／２である。第１の領域１０の表面粗さＲｚ１が６μｍよりも大きいとともに第２の領域１１の表面粗さＲｚ２が６μｍよりも小さい。比（Ｒｚ１／Ｒｚ２）が３．０以上である。フランジ６の半径の最大値Ｒｍａｘおよび最小値Ｒｍｉｎの差｜ΔＲ｜が、０．０１×（フランジ６の直径の最大値Ｄ）よりも小さい。【選択図】図２
2019217532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一方の端部に設けられた大径部および小径部を前記軸方向へ並んで備える金属製の据込み加工部品であって、
前記大径部は、前記軸方向と直交する略円形のフランジであり、
該フランジの端面は、その中央を境として分割される第１の領域および第２の領域を有し、
前記第１の領域および前記第２の領域それぞれの表面積は、いずれも、前記端面の表面積の１／４〜１／２であり、
前記第１の領域の表面粗さＲｚ１が６μｍよりも大きいとともに、前記第２の領域の表面粗さＲｚ２が６μｍよりも小さく、
前記第１の領域の表面粗さ１Ｒｚ１と、前記第２の領域の表面粗さＲｚ２との比（Ｒｚ１／Ｒｚ２）が３．０以上であり、
前記端面の前記中央から前記端面の外縁までの距離の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとするとき、ＤｍａｘとＤｍｉｎとの差｜ΔＤ｜が、０．０１×（２×Ｄｍａｘ）よりも小さい、据込み加工部品。
【請求項２】
線材を切断刃で切断加工して得られるブランクをその軸方向へ金型により圧縮する据込み加工を行うことにより請求項１に記載の据込み加工部品を製造する方法であって、
前記第１の領域および前記第２の領域それぞれに接触する前記金型の表面積は、いずれも、前記フランジ端面に接触する前記金型の表面積の１／４〜１／２であり、
前記第１の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ３は６μｍよりも大きいとともに、前記第２の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ４は６μｍよりも小さく、
前記第１の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ３と、前記第２の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ４との比（Ｒｚ３／Ｒｚ４）は３．０以上である、据込み加工部品の製造方法。
【請求項３】
線材を切断刃で切断加工して得られるブランクをその軸方向へ圧縮する据込み加工を行う金型を備え、請求項１に記載の据込み加工部品を製造する装置であって、
前記金型は、
前記第１の領域および前記第２の領域それぞれに接触する部分の表面積が、いずれも、前記フランジに接触する部分の表面積の１／４〜１／２であり、
前記第１の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ３は６μｍよりも大きいとともに、前記第２の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ４は６μｍよりも小さく、
前記第１の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ３と、前記第２の領域に接触する部分との表面粗さＲｚ４との比（Ｒｚ３／Ｒｚ４は３．０以上である、据込み加工部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、据込み加工部品とその製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、据込み加工方法により、例えば自動車や建設機械等の部品として用いられるねじ、ナットさらには各種締結部品といった、略軸対称形状を有する据込み加工部品を製造する状況を経時的に示す説明図である。
【０００３】
据込み加工部品は、その製造工程（据込み加工工程）において、切断刃により線材から所定の長さに切断されたブランク（素材）がその軸方向へ圧縮加工されることにより、製造される。
【０００４】
据込み加工工程においては、図４（ａ）に示すように、ブランク２を上金型４および下金型５の間に挟み、その状態で、図４（ｂ）に示すように、ブランク２の軸方向（図中白抜き矢印の方向）に圧縮荷重を付与してブランク２を成形することにより、最終製品である据込み加工部品１が製造される。図４（ｂ）に示すように、据込み加工部品１には、一端に大径部６が、他端に小径部７が設けられている。このとき、ブランク２の側面（外周面）３の一部（図に示す例では、上端部を含む部分）が、金型４，５と接触することなく、半径方向へ略均等な円状に張り出す変形（拡径変形）を生じ、この部分が大径部６を構成する。
【０００５】
この据込み加工には、原因は明らかでないが、据込み加工部品１の寸法精度を大きく低下させる課題がある。この課題とは、ブランク２の側面（外周面）３が側方向へ円状に均等に張り出さず、一部の方向へ大きく張り出すこと、一部の方向へ小さく張り出すこと、またはその両方が生じることによって、大径部６が均等な円形にならないことである。
【０００６】
据込み加工に関して、これまでにも様々な発明が開示されている。
例えば、特許文献１には、据込み加工部品の偏肉を抑制するため、ブランクの外径部に沿うリング工具を配置してブランクの外径を一旦揃える中間加工を行った後に据込み加工を行う発明が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、ブランクを軸方向へ加圧しながら、ブランクが挿入されたガイドを加圧方向とは反対方向へ引き抜きながら据込み加工を行うことにより、据込み加工における加工荷重を低減する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０１９５３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１３６５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１により開示された発明は、中間加工工程を追加する必要があるため、フォーマー（横型多段式鍛造機械）により加工されるような比較的小型の据込み加工部品の冷間鍛造には適さない。
【００１０】
特許文献２により開示された発明は、確かに加工荷重を低減できるものの、径差が小さな形状の据込み加工部品を高い形状精度で製造することはできない。また、特許文献２により開示された発明を実施するには、複雑な構造の金型が必要になり、設備コストの上昇は否めない。
【００１１】
本発明は、従来の技術が有するこの課題に鑑みてなされたものであり、据込み加工においてブランクの側面（外周面）が側方向へ円状に均等に張り出さず、一部の方向へ大きく張り出すことおよび一部の方向へ小さく張り出すことを防止することによって、据込み加工部品の大径部を均等な円形にする技術を提供することを目的とし、これにより、例えば自動車や建設機械等の部品として好適に用いられる、寸法精度が高い据込み加工部品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】
【００１２】
本発明は、以下に列記の通りである。
（１）軸方向の一方の端部に設けられた大径部および小径部を前記軸方向へ並んで備える金属製の据込み加工部品であって、
前記大径部は、前記軸方向と直交する略円形のフランジであり、
該フランジの端面は、その中央を境として分割される第１の領域および第２の領域を有し、
前記第１の領域および前記第２の領域それぞれの表面積は、いずれも、前記端面の表面積の１／４〜１／２であり、
前記第１の領域の表面粗さＲｚ１が６μｍよりも大きいとともに、前記第２の領域の表面粗さＲｚ２が６μｍよりも小さく、
前記第１の領域の表面粗さＲｚ１と、前記第２の領域の表面粗さＲｚ２との比（Ｒｚ１／Ｒｚ２）が３．０以上であり、
前記端面の前記中央から前記端面の外縁までの距離の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとするとき、ＤｍａｘとＤｍｉｎとの差｜ΔＤ｜が、０．０１×（２×Ｄｍａｘ）よりも小さい、据込み加工部品。なお、前記中央とは、前記端部と、前記小径部の中心軸との交点である。
【００１３】
（２）線材を切断刃で切断加工して得られるブランクをその軸方向へ金型により圧縮する据込み加工を行うことにより１項に記載の据込み加工部品を製造する方法であって、
前記第１の領域および前記第２の領域それぞれに接触する前記金型の表面積は、いずれも、前記フランジの端面に接触する前記金型の表面積の１／４〜１／２であり、
前記第１の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ３は６μｍよりも大きいとともに、前記第２の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ４は６μｍよりも小さく、
前記第１の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ３と、前記第２の領域に接触する金型の表面粗さＲｚ４の比（Ｒｚ３／Ｒｚ４）は３．０以上である、据込み加工部品の製造方法。
【００１４】
（３）線材を切断刃で切断加工して得られるブランクをその軸方向へ圧縮する据込み加工を行う金型を備え、１項に記載の据込み加工部品を製造する装置であって、
前記金型は、
前記第１の領域および前記第２の領域それぞれに接触する部分の表面積が、いずれも、前記フランジの端面に接触する部分の表面積の１／４〜１／２であり、
前記第１の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ３は６μｍよりも大きいとともに、前記第２の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ４は６μｍよりも小さく、
前記第１の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ３と、前記第２の領域に接触する部分の表面粗さＲｚ４の比（Ｒｚ３／Ｒｚ４）は３．０以上である、据込み加工部品の製造装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、大径部の径の不均一が抑制または実質的に解消され、大径部が均等な円形である形状精度の良好な据込み加工部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、据込み加工部品の上面図であり、図１（ｂ）は据込み加工部品の下面図であり、図１（ｃ）は据込み加工部品の側面図である。
【図２】図２（ａ）はブランクの上面図であり、図２（ｂ）はブランクの側面図であり、図２（ｃ）はブランクの斜視図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１の領域および第２の領域の設定範囲の一例を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、据込み加工方法により略軸対称形状を有する据込み加工部品を製造する状況を経時的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を、図１〜４を参照しながら、説明する。
【００１８】
１．不均一な張り出しの原因
本発明者は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、据込み加工においてブランク２の側面（外周面）３が半径方向へ円状に均等に張り出さず、一部の方向へ大きく張り出すことおよび一部の方向へ小さく張り出すことの原因を鋭意検討した。
【００１９】
その結果、据込み加工の前工程である、切断刃により線材を切断して所定の長さのブランク２とする際に、ブランク２の切断端面８に不可避的に発生する形状不具合に起因することが判明した。
【００２０】
すなわち、切断刃による線材の切断工程では、切断されたブランク２の切断端面８には、軸方向へ０．５〜２．５ｍｍ程度の深さの凹凸が不可避的に形成される。切断工程では、ブランク２には、切断刃が線材と最初に接触し、線材がせん断変形を受けることでせん断面が形成される。
【００２１】
その後、切断刃の移動方向へ向けて亀裂が発生し、進展することにより、せん断面と対向する位置に破断面が形成される。その結果、切断されたブランク２の切断端面８には、ブランク２の軸方向において、せん断面によって構成される面と、破断面によって構成される面とには寸法差（軸方向の高さが０．５〜２．５ｍｍ程度）が生じる。この寸法差は、切断条件によって異なるが、ブランク２の軸方向において、せん断面と破断面とに段差が生じる場合、せん断面に破断面が傾斜している場合など、その形態は様々であるが、軸方向の高さが最も大きい差が寸法差である。このような寸法差は、他端の切断端面９にも生じている。
【００２２】
このように、切断端面８、９に寸法差を有するブランク２をその軸方向へ圧縮（押圧）して据込み加工を行う際、加工初期段階に切断端面９を水平な底面とすることが困難であるため、ブランク２の一部を半径方向へ張り出す段階において、ブランク２が非常に微小ではあるものの、据込み方向に対して不可避的に傾きを有する。
【００２３】
これが、据込み加工においてブランク２の側面（外周面）３が側方向へ円状に均等に張り出さず、一部の方向へ大きく張り出すことおよび一部の方向へ小さく張り出すことの原因の一つである。
【００２４】
また、据込み加工時の切断端面８側も、据込み加工の初期工程では寸法差が存在するために、ブランク２は、特定の方向にボリュームが大きいという異方性を有することになる。このため、ブランク２が軸方向へ圧縮（押圧）されると、そのボリュームが大きな特定の方向への張り出し量が大きくなる。このため、ブランク２の側面（外周面）３が側方向へ円状に均等に張り出さず、一部の方向へ大きく張り出すことおよび一部の方向へ小さく張り出すことの原因の一つである。
【００２５】
２．本実施形態に係る据込み加工部品
図１（ａ）は、据込み加工部品１の上面図であり、図１（ｂ）は据込み加工部品１の側面図であり、図１（ｃ）は下面図である。図２（ａ）はブランク２の上面図であり、図２（ｂ）はブランク２の側面図であり、図２（ｃ）はブランク２の斜視図である。さらに、図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１の領域１０および第２の領域１１の設定範囲の一例を示す説明図である。
【００２６】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本発明では、据込み加工部品１の大径部６における、特定の方向に規定される径差（張出し量）を、据込み加工に用いる金型８の表面粗さＲｚ３、Ｒｚ４によって制御する。すなわち、本発明では、下記条件１〜３を全て満足する金型を用いて、ブランク２に据込み加工を行って、据込み加工部品１を製造する。
【００２７】
（条件１）
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、鋼製の据込み加工部品１における大径部６である軸方向と直交する略円形のフランジの端面６ａにおいて、中央６ｂを境として分割される第１の領域１０および第２の領域１１とするとき、金型４のそれぞれに接触する部分の表面積が、いずれも、フランジの端面６ａに接触する部分の表面積の１／４以上１／２以下である。なお、中央６ｂとは、フランジ端面６ａと、小径部７の中心軸との交点である。
【００２８】
（条件２）
金型４の第１の領域１０に接触する部分の表面粗さＲｚ３は６μｍよりも大きいとともに、金型４の第２の領域１１に接触する部分の表面粗さＲｚ４は６μｍよりも小さい。表面粗さＲｚ３は、望ましくは１０μｍ以上であり、さらに望ましくは１５μｍ以上である。表面粗さＲｚ４は、望ましくは４μｍ以下であり、さらに望ましくは３μｍ以下である。
【００２９】
（条件３）
金型４の第１の領域１０に接触する部分の表面粗さＲｚ３と、金型４の第２の領域１１に接触する部分の表面粗さＲｚ４の比（Ｒｚ３／Ｒｚ４）は３．０以上である。比（Ｒｚ３／Ｒｚ４）は、望ましくは４以上であり、さらに望ましくは５以上である。
このように、本実施形態に係る据込み加工部品１では、据込み加工に用いる金型４の表面粗さＲｚを、据込み加工部品１の第１の領域１０に接触する部分と、第２の領域１１に接触する部分とで異なった値とする。
【００３０】
金型の表面粗さＲｚ３，Ｒｚ４を部分的に変更する手段は、特定の手段には限定されないが、例えば、（ｉ）研磨紙を用いて金型の作業面を磨くこと、（ｉｉ）ラッピング工程における砥粒の大きさを変えること、（ｉｉｉ）エッチングや放電加工を行うことが例示される。
【００３１】
本発明における表面粗さＲｚ１〜Ｒｚ４は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１  （１９９４）に規定される十点平均粗さにより定義される。
【００３２】
図１（ａ）〜図１（ｃ）ならびに図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、本発明により製造される据込み加工部品１は、軸方向へ向けて並んだ大径部６および小径部７を備える。すなわち、同軸上に円柱状の大径部６および円柱状の小径部７を並べて構成したものである。大径部６は、軸方向と直交する円柱状のフランジであり、据込み加工により膨出変形されて形成される。このため、このフランジ６の半径は、軸方向の略中央位置（肉厚中心部）で最も大きく、この略中央位置（肉厚中心部）から軸方向へ離れるにしたがって徐々に小さくなり、上面（端面６ａ）および下面において最小となる。
【００３３】
このフランジ６の端面６ａはその中央を境として分割される第１の領域１０および第２の領域１１を有する。
【００３４】
第１の領域１０および第２の領域１１それぞれの表面積は、いずれも、フランジ６の端面６ａの表面積の１／４〜１／２である。この理由を説明する。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、フランジ６の端面６ａには、せん断面（実際には切断工程において形成されたせん断面が、その後の据込み加工によって引き伸ばされた面）１０ａが形成されている。せん断面１０ａが占める中心角（せん断面１０ａをフランジ６の中央６ｂ回りに観察したとき、せん断面１０ａの一端と中央６ｂとを結んだ直線Ｌ１と、せん断面１０ａの他端と中央６ｂとを結んだ直線Ｌ２が構成する角度）をθ（deg.）とすると、第１の領域１０および第２の領域１１は、図３（ａ）に示すように、いずれもフランジの端面６ａの表面積×θ／３６０  の面積と同等に設定することにより、据込み加工部品１のフランジ６の真円度を向上させることができる。
【００３６】
経験的に、せん断面が占める中心角θ（deg.）が９０〜１８０deg.であることから、せん断面１０ａと破断面１１ａの境界領域（凹凸高さの遷移領域）を考慮すると、第１の領域１０および第２の領域１１は、いずれも、フランジ６の端面６ａの表面積の１／４以上１／２以下に設定すればよい。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、せん断面１０ａを含む第１の領域１０、破断面１１ａを含む第２の領域１１の形状は、フランジ６の端面６ａの中心６ｂで交差するとともにこの中心から半径方向へ略放射状に伸びる２本の直線Ｌ１、Ｌ２によって囲まれた扇形に設定してもよいし、図３（ｂ）に示すように、中央６ｂを通り、せん断面１０ａから破断面１１ａに向かって結んだ直線Ｌ３と直交するように図３（ｂ）における直線（点線）Ｌ４より左側（中央６ｂから離れた側）を第１の領域１０に設定し、直線（点線）Ｌ５より右側（中央６ｂから離れた側）を第２の領域１１に設定してもよい。ここで、直線Ｌ３は、例えば、直線Ｌ１および直線Ｌ２から、θ／２回転した位置とすることができる。
【００３８】
本実施形態に係る据込み加工部品１では、第１の領域１０の表面粗さＲｚ１が６μｍよりも大きいとともに、第２の領域１１の表面粗さＲｚ２が６μｍよりも小さい。さらに、第１の領域１０の表面粗さＲｚ１と、第２の領域１１の表面粗さＲｚ２の比（Ｒｚ１／Ｒｚ２）が３．０以上である。この理由を説明する。
【００３９】
第１の領域１０の表面粗さＲｚ１が６μｍよりも大きいとともに、第２の領域１１の表面粗さＲｚ２が６μｍよりも小さく、比（Ｒｚ１／Ｒｚ２）が３．０以上であることを満たすことによって、図１（ｃ）に示す、フランジ６の端面６ａの中央６ｂから端面６ａの外縁までの距離の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとするとき、ＤｍａｘとＤｍｉｎとの差｜ΔＤ｜を小さくすることができる。｜ΔＤ｜は、フランジ６の真円度を意味する。
【００４０】
さらに、上記の差｜ΔＤ｜は、０．０１×（２×Ｄｍａｘ）よりも小さい。上記の差｜ΔＤ｜は、０．００５×（２×Ｄｍａｘ）以下であることが好ましい。
【００４１】
この理由は、据込み加工部品１の寸法にもよるが、｜ΔＤ｜＜０．０１×（２×Ｄｍａｘ）という程度の真円度が実際の製品に求められるレベル（＝製品性能に対して要求されるレベル）だからである。
【００４２】
これらの条件を全て満足することにより、据込み加工においてブランク２の側面（外周面）３が側方向へ円状に均等に張り出されず、一部の方向へ大きく、張り出すことおよび小さく張り出すことを防止できる。
【実施例】
【００４３】
本実施例では、据込み加工の素材として、Ｓ２０Ｃの球状化焼鈍材からなる線径２０ｍｍの線材を用い、図１〜３を参照しながら説明したようにして、以下に記載の第１〜３工程により据込み加工部品を製造した。
【００４４】
第１工程で、線材からブランク２を作製する切断を行い、第２工程で、切断されたブランク２の端面を整えるための据込み加工を行い、第３工程で、端面を整えたブランク２からフランジ６を形成する据込み加工を行った。なお、第１の領域および第の領域は、図３（ａ）に従って定めた。
【００４５】
表１に、第３工程で用いた据込み加工用金型等の加工条件および加工結果をまとめて示す。
【００４６】
【表１】
2019217532.tif 000003
【００４７】
図２および表１に示すように、ブランク６の切断端面における凸部すなわちせん断面１０ａ、凹部すなわち破断面１１ａに相当する方向は、せん断刃の配置から特定した。据込み加工用の金型のうちブランク６の凸部に相当する部位と、ブランク６の凹部に相当する部位と、その中間域の金型の表面粗さを表１に示すように種々変化させた。
【００４８】
フランジ６の径均一性の評価方法は、ノギスを用いて、図１（ｃ）に示すように中心角１０°ピッチで中央６ｂから端面６ａの外縁までの距離の最大値Ｄｍａｘおよび最小値Ｄｍｉｎを測定し、ＤｍａｘとＤｍｉｎとの差｜ΔＤ｜を求めて、評価した。なお、Ｄｍａｘは加工ストロークを調整することで、いずれの条件においても０．４４以上０．４６以下となるように調整した。
【００４９】
本実施例では、差｜ΔＤ｜が、０．０１×（２×Ｄｍａｘ）以上の場合を、径の均一性不良（加工結果×）と判定し、｜ΔＤ｜が、０．０１×（２×Ｄｍａｘ）より小さい場合を、径の均一性良好（加工結果○）と判定した。
【００５０】
表１に示した結果より、本発明によれば、フランジの径の不均一が抑制または実質的に解消された、形状精度に優れた据込み加工部品を製造できることがわかる。
【符号の説明】
【００５１】
１  据込み加工部品
２  ブランク（素材）
３  側面（外周面）
４，５  金型
６  大径部
７  小径部
８，９  切断端面
１０  第１の領域
１０ａ  せん断面
１１  第２の領域
１１ｂ  破断面
【図１】
2019217532.tif 000004
【図２】
2019217532.tif 000005
【図３】
2019217532.tif 000006
【図４】
2019217532.tif 000007