(57)【要約】【課題】  寸法精度の低下を招くことなく、応力集中部位の強度の向上を図ることが可能な、鍛造部品の製造方法および鍛造部品を提供する。【解決手段】  中間部品１００Ａに対して、最終成型されるギヤの長穴部の応力集中部位に相当する両端部の領域に下穴１０を形成し、熱処理を施した後に、長穴部を完成させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間鍛造により型打ちした中間部材に対して熱処理加工を施した後に、所定の穴部を形成する工程を含む鍛造部品の製造方法であって、
前記中間部材に対して、前記所定の穴部の周部分の応力集中部位を含み、前記所定の穴部よりも小さい下穴を形成する下穴形成工程を、前記熱処理加工を施す熱処理工程の前に備える、鍛造部品の製造方法。
【請求項２】
前記下穴は、機械加工により形成される、請求項１に記載の鍛造製品の製造方法。
【請求項３】
前記下穴は、打ち抜きにより形成される、請求項１に記載の鍛造製品の製造方法。
【請求項４】
前記下穴形成工程と前記熱処理工程との間に、
前記下穴を含むようにして、穴部に相当する領域に剪断加工を施して、抜き穴から前記中間部材の肉厚寸法以下の抜き量で押し出された抜き芯部を形成するハーフ抜き工程と、
前記ハーフ抜き工程の後に、前記抜き芯部を押圧して、抜き穴に押戻す押戻し工程と、を有し、
前記穴部形成工程においては、
前記熱処理加工が施された中間部材に対し、前記抜き芯部を前記中間部材から抜き落とすことにより、前記穴部を形成する、
請求項２に記載の鍛造部品の製造方法。
【請求項５】
前記押戻し工程の後、前記熱処理工程の前に、
前記中間部材を所定の形状に機械加工するための機械加工工程を有する、
請求項４に記載の鍛造部品の製造方法。
【請求項６】
前記穴部形成工程は、前記熱処理加工が施された中間部材に対し、前記穴部を切断により形成する工程を有する、請求項１から５のいずれかに記載の鍛造部品の製造方法。
【請求項７】
前記穴部形成工程は、前記熱処理加工が施された中間部材に対し、前記穴部をレーザ加工により形成する工程を有する、請求項１から５のいずれかに記載の鍛造部品の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の鍛造部品の製造方法により製造された鍛造部品であって、
前記鍛造部品は、所定の穴部の周部分に応力集中部位を含み、
前記応力集中部位における表面硬度が、その他の部位の表面硬度よりも大きい、鍛造部品。
【請求項９】
前記応力集中部位と、前記その他の部位との連結部に、境界線を有する、請求項８に記載の鍛造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鍛造部品の製造方法および鍛造部品に関し、応力集中を生じる穴部を備える鍛造部品の製造方法および鍛造部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに用いられる強度部品として、熱間鍛造により製造される部品として、種々なものが存在するが、その１つに、下記特許文献１に開示されるクラッチ用ハブフランジが挙げられる。この熱間鍛造部材から構成されるクラッチ用ハブフランジの製造方法は、（１）素材の切断工程、（２）加熱工程、（３）潰し工程（熱間鍛造）、（４）ブロッカ工程（熱間鍛造）、（５）フィニッシャ工程（熱間鍛造）、（６）打ち抜き工程（熱間打ち抜き）、（７）熱処理工程、（８）ショットブラスト工程、（９）潤滑処理工程、（１０）しごき工程（冷間しごき）、および、（１１）切削工程を有している。
【０００３】
ここで「打ち抜き工程（熱間打ち抜き）」においては、軽量化等の観点から、フランジ部に長穴を形成するが、後の「熱処理工程」において、穴部が変形し、寸法精度が悪化することが考えられる。
【０００４】
一方、「熱処理工程」の後に「打ち抜き工程（熱間打ち抜き）」を実施することも考えられるが、フランジ部に形成される長穴等の穴部の周囲に十分な熱処理が入らないため、係る領域での強度が不十分になることが考えられる。特に、長穴等においては、両端部に設けられる半円形状領域に応力が集中するため、この半円形状領域の強度は十分である必要がある。
【０００５】
また、「熱処理工程」の後に、レーザを用いた「打ち抜き工程」の実施も考えられるが、レーザによる熱により、熱処理の効果が薄れるといった問題が生じることも考えられる。
【特許文献１】特開平１１−２７０５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、鍛造部品に応力集中が生じるような穴を設けた場合の、鍛造部品の寸法精度の低下、および、応力集中部位における強度不足である。したがって、この発明の目的は、寸法精度の低下を招くことなく、応力集中部位の強度の向上を図ることが可能な、鍛造部品の製造方法および鍛造部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に基づいた、鍛造部品の製造方法においては、熱間鍛造により型打ちした中間部材に対して熱処理加工を施した後に、所定の穴部を形成する工程を含む鍛造部品の製造方法であって、上記中間部材に対して、上記所定の穴部の周部分の応力集中部位を含み、上記所定の穴部よりも小さい下穴を形成する下穴形成工程を、上記熱処理加工を施す熱処理工程の前に備えている。
【０００８】
また、上記発明の他の形態においては、上記下穴は、機械加工または打ち抜きにより形成される。
【０００９】
また、上記発明の他の形態においては、上記下穴形成工程と上記熱処理工程との間において、上記下穴を含むようにして、穴部に相当する領域に剪断加工を施して、抜き穴から上記中間部材の肉厚寸法以下の抜き量で押し出された抜き芯部を形成するハーフ抜き工程と、上記ハーフ抜き工程の後に、上記抜き芯部を押圧して、抜き穴に押戻す押戻し工程とを有している。また、上記穴部形成工程においては、上記熱処理加工が施された中間部材に対し、上記抜き芯部を上記中間部材から抜き落とすことにより、上記穴部を形成している。
【００１０】
また、上記発明の他の形態においては、上記押戻し工程の後、上記熱処理工程の前に、上記中間部材を所定の形状に機械加工するための機械加工工程を有している。
【００１１】
また、上記発明の他の形態においては、上記穴部形成工程は、上記熱処理加工が施された中間部材に対し、上記穴部を切断またはレーザ加工により形成している。
【００１２】
この発明に基づいた、鍛造部品においては、上述した鍛造部品の製造方法により製造された鍛造部品であって、上記鍛造部品は、所定の穴部の周部分に応力集中部位を含み、上記応力集中部位における表面硬度が、他の領域の表面硬度よりも大きい。
【００１３】
また、上記発明の他の形態においては上記応力集中部位と、上記その他の領域との連結部に、境界線を有している。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に基づいた、鍛造部品の製造方法によれば、中間部材に対して、所定の穴部の周部分の応力集中部位を含み、所定の穴部よりも小さい下穴を形成した後に、熱処理加工を施すことにより、所定の穴部の周部分の応力集中部位の強度の向上を図ることが可能になる。その後、この下穴を含むようにして、所定の穴部を形成することで、熱処理加工後に、穴加工が施されるため、熱処理を施すことによる穴部の寸法精度の低下を回避することが可能になる。その結果、軽量化を目的とする穴部の形成が容易となり、鍛造部品の軽量化を図ることが可能になる。
【００１５】
また、上記下穴を機械加工により形成することで、精度良く下穴を形成することができる。また、上記下穴を打ち抜きにより形成することで、鍛造製品の製造コストの上昇を抑制することができる。また、鍛造製品に設けられる他の穴形成工程と同時に下穴形成工程を採用することができるため、鍛造製品の生産性を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、抜き穴から中間部材の肉厚寸法以下の抜き量で押し出された抜き芯部を形成するハーフ抜き工程と、抜き芯部を押圧して、抜き穴に押戻す押戻し工程とを実施し、その後に、熱処理工程を施して、抜き芯部を中間部材から抜き落とす工程を採用することで、熱処理時には、中間部品の抜き穴に抜き芯部が圧入された状態であるため、熱歪による抜き穴の変形を防止することができる。その結果、穴を設けない場合と同様の寸法精度を有する鍛造部品の製造が可能となる。
【００１７】
また、抜き穴に圧入された抜き芯部は、熱処理後に容易に抜き落とすことができる。その結果、穴の形状（抜き芯部）に関係なく異型形状の穴であっても、異型形状の抜きピンを用いず、円筒形等の単純な形状の抜きピンを用いて、抜き芯部を抜き落とすことができる。これにより、鍛造部品の製造に必要とされる製造設備のコスト上昇を抑制させることが可能となる。
【００１８】
また、抜き芯部は抜き穴に圧入された状態であることから、穴部を切断加工する際には、低荷重による抜き落としが可能となり、また、レーザ加工する場合には、低出力による抜き落としが可能となる。
【００１９】
この発明に基づいた、鍛造部品においては、応力集中部位における表面硬度が他の領域よりも高い。その結果、強度特性に優れた鍛造部品を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明に基づいた鍛造部品の製造方法および鍛造部品の各実施の形態について、図を参照しながら説明する。以下に示す実施の形態においては、鍛造部品の一例として、ギヤに本発明を適用した場合について説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
まず、図１〜図５を参照して、実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）の製造方法および鍛造部品（ギヤ）について説明する。なお、図１は、本実施の形態における鍛造部品（ギヤ）を形成するための中間部品の平面図であり、図２は、本実施の形態における鍛造部品（ギヤ）の平面図である。
【００２２】
本実施の形態において、鍛造部品であるギヤを製造する工程において、まず、（１）素材の切断工程、（２）加熱工程、（３）潰し工程（熱間鍛造）、（４）ブロッカ工程（熱間鍛造）、および、（５）フィニッシャ工程（熱間鍛造）等により、図１に示すような、型打ちした中間部材１００Ａを準備する。その後、この中間部品１００Ａの所定位置に、機械加工または打ち抜き加工により、下穴１０を形成する。
【００２３】
下穴１０を形成する位置としては、本実施の形態においては、後工程で、中間部品１００Ａに対して、長穴部１０２を形成するが（図１中の２点線鎖線）、最終成型されたギヤ１００の長穴部１０２の応力集中部位に相当する両端部の領域に形成する。下穴１０の大きさは、長穴部１０２の端部に形成される半円形領域の直径と同等またはそれ以下の開口直径とする。なお、図１における中間部品には、ボルト穴１０３および軸穴１０４が形成された状態を図示しているが、後述の長穴部１０２の成型工程と同時、または、長穴部１０２の成型工程の後工程により成型することも可能である。
【００２４】
次に、図２を参照して、下穴１０を形成した後、中間部材１００Ａに対して、熱処理加工を施し、その後、下穴１０を含むようにして長穴部１０２を形成する。その後、所定の工程を中間部材に施すことにより、ギヤ１００が完成することになる。
【００２５】
上述したように、本実施の形態においては、熱間鍛造により型打ちした中間部材１００Ａに対して、最終成型されたギヤ１００の長穴部１０２の応力集中部位に相当する領域に、下穴１０（合計６カ所）を形成する下穴形成工程と、下穴１０が形成された中間部材１００Ａに対して、熱処理加工を施す熱処理工程と、熱処理加工が施された中間部材１００Ａに対し、下穴１０を含むようにして、円弧形状の長穴部１０２を形成する穴部形成工程と、を有していることを特徴としている。
【００２６】
以下、この製造工程の特徴について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面にしたがった、本実施の形態における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す第１〜第３工程断面図である。
【００２７】
図３を参照して、中間部品１００Ａの、ギヤ１００の長穴部１０２の応力集中部位に相当する領域である両端部の領域に、ドリル等による機械加工、または、パンチ等を用いた打ち抜き加工により、下穴１０を形成する。下穴１０を機械加工により形成した場合には、位置精度および寸法精度良く下穴１０を中間部品１００Ａに対して形成することができる。また、下穴１０を打ち抜きにより形成した場合には、他の打ち抜き穴と同一工程により、下穴１０を形成することができるため、ギヤ１００の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、熱処理として中間部品１００Ａの表面に浸炭焼入れ２０を施して、露出する表面層を硬化させる。このとき、下穴１０の表面も露出していることから、その表面は浸炭焼入れにより硬化されることになる。
【００２９】
次に、図５を参照して、中間部材１００Ａに対し、下穴１０を含むようにして、長穴部１０２を形成する。長穴部１０２の形成におていは、下穴１０の形成の場合と同様に、ドリル等による機械加工、パンチ等を用いた打ち抜き加工により形成することも可能であり、他の加工方法として、レーザ加工、ワイヤカット加工の採用も可能である。
【００３０】
ここで、上述した製造方法により形成された、ギヤ１００の長穴部１０２の表面硬度および形状について、図６および図７を参照して説明する。なお、図６は、長穴部１０２の形状を示す平面図であり、図７は、図６中のＶＩＩで囲まれた領域の部分拡大平面図である。
【００３１】
図６を参照して、上記製造方法を採用することにより、長穴部１０２においては、あらかじめ下穴１０が形成された領域に対応する両端部の半円形形状領域１０２Ａにおいては、表面硬度が約７００Ｈｖ程度であるのに対して、両端部の半円形形状領域１０２Ａを連結する連結領域１０２Ｂにおいては、表面硬度が３００Ｈｖ以下となり、応力集中部位である半円形形状領域１０２Ａの硬度の向上を可能としている。また、図７を参照して、半円形形状領域１０２Ａと連結領域１０２Ｂとの境界部においては、境界線１０２Ｃが形成される場合がある。また、半円形形状領域１０２Ａと連結領域１０２Ｂとの境界線１０２Ｃにおける接線の交差角度は、約１５０°以上になる。
【００３２】
（作用・効果）
以上、この実施の形態における、ギヤの製造方法によれば、ギヤ１００の長穴部１０２の応力集中部位に相当する領域に、あらかじめ下穴１０を形成した後に、熱処理加工を施すことにより、長穴部１０２の応力集中部位に相当する領域の強度の向上を図ることができる。また、下穴１０を含むようにして、長穴部１０２を形成することで、熱処理加工後に、長穴加工が施されるため、熱処理を施すことによる長穴部の寸法精度の低下を回避することが可能になる。その結果、ギヤ１００の軽量化を目的とする長穴部１０２の形成が容易となり、ギヤ１００の軽量化を図ることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
次に、図８〜図１４を参照して、実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の製造方法および鍛造部品（ギヤ）について説明する。なお、図８〜図１２は、本実施の形態における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す、第１〜第５工程断面図であり、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面にしたがった断面図である。また、図１３および図１４は、本実施の形態における製造方法を実現させるためのダイスとパンチとの構造を示す模式図である。
【００３４】
上述した実施の形態１における製造方法と比較した場合、本実施の形態における製造方法は、長穴部１０２の形成に特徴を有している。したがって、以下の説明においては、本実施の形態の特徴部分のみを説明し、重複する説明は繰り返さないこととする。
【００３５】
図８を参照して、中間部品１００Ａの、ギヤ１００の長穴部１０２の応力集中部位に相当する領域である両端部の領域に、ドリル等による機械加工、または、パンチ等を用いた打ち抜き加工により、下穴１０を形成する。
【００３６】
次に、図９を参照して、下穴１０を含むようにして、長穴部１０２に相当する領域に剪断加工を施して、抜き穴１０２Ｄから中間部材１００Ａの肉厚寸法（ｔ）以下の抜き量で押し出し（矢印Ｆ１方向）、抜き芯部３０を形成する（ハーフ抜き工程）。その後、図１０を参照して、上記ハーフ抜き工程の後に、抜き芯部３０を上方に押圧して（矢印Ｆ２方向）、抜き芯部３０を抜き穴１０２Ｄに押戻す（押戻し工程）。
【００３７】
次に、図１１を参照して、熱処理として中間部品１００Ａの表面に浸炭焼入れ２０を施して、露出する表面層を硬化させる。このとき、下穴１０の表面も露出していることから、その表面は浸炭焼入れにより硬化されることになる。また、この熱処理時には、中間部品１００Ａの抜き穴１０２Ｄに抜き芯部３０が圧入された状態であるので、熱歪による抜き穴１０２Ｄの変形を防止することができる。
【００３８】
次に、図１２を参照して、中間部材１００Ａに対し、下穴１０を含むようにして、長穴部１０２を形成する。長穴部１０２の形成におていは、下穴１０の形成の場合と同様に、ドリル等による機械加工、パンチ等を用いた打ち抜き加工により形成することも可能であり、他の加工方法として、レーザ加工、ワイヤカット加工の採用も可能である。
【００３９】
ここで、抜き芯部３０は抜き穴１０２Ｄに圧入された状態であることから、長穴部１０２を切断加工する際には、低荷重による抜き落としが可能となり、また、レーザ加工する場合には、低出力による抜き落としが可能となる。
【００４０】
なお、上記ハーフ抜き工程および上記押戻し工程に用いるダイスおよびパンチの構造としては、図１３および図１４に示すものを用いることができる。図１３は、ハーフ抜き工程において用いるパンチ２００と抜きダイス２１０との構造を示す図である。パンチ２００には、抜き芯部３０を打ち抜くためのハーフ抜きパンチ２０１と、軸穴抜き芯部１０４Ａを完全に打ち抜くための芯抜きパンチ２０２とが取付けられ、中間部材１００Ａの下面位置には、抜きダイス２１０が配設されている。中間部材１００Ａを抜きダイス２１０に載置した状態で、パンチ２００を加工させることにより、軸穴抜き芯部１０４Ａが打ち抜かれると同時に、抜き芯部３０が、抜き穴１０２Ｄから中間部材１００Ａの肉厚寸法（ｔ）以下の抜き量で押し出される。
【００４１】
図１４は、押戻し工程に用いる戻しパンチ３００であり、中間部材１００Ａを固定した状態で、戻しパンチ３００を上昇させることにより、抜き芯部３０がパンチ３００により押圧され、抜き芯部３０が抜き穴１０２Ｄに押戻されることになる。
【００４２】
ここで、上述した製造方法により形成された、ギヤ１００の長穴部１０２の表面硬度について、図１５から図１７を参照して説明する。なお、図１５は、長穴部１０２の形状を示す模式斜視図であり、図１６は、図１５中のＡ視に対応する炭素濃度分布を示す図であり、図１７は、図１５中のＢ視に対応する炭素濃度分布を示す図である。
【００４３】
図１６を参照して、上記製造方法を採用することにより、長穴部１０２においては、あらかじめ下穴１０が形成された領域に対応する両端部の半円形形状領域１０２Ａにおいては、断面表面近傍の炭素濃度の最大値が、母材である中間部材１００Ａそのものの炭素濃度よりも約０．４％以上（絶対値で約０．６％以上）上昇し、表面の硬度が高くなっている。一方、図１７を参照して、連結領域１０２Ｂにおいては、断面表面近傍の炭素濃度の最大値が、母材である中間部材１００Ａそのものの炭素濃度よりも約０．４％未満（絶対値で約０．６％未満）であり、半円形形状領域１０２Ａよりも硬度は低くなっている。
【００４４】
（作用・効果）
以上、この実施の形態における、ギヤの製造方法によっても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、ハーフ抜き工程および押戻し工程を採用することで、長穴を設けない場合と同様の寸法精度を有するギヤの製造を可能としている。
【００４５】
なお、上記各実施の形態においては、円弧形状を有する長穴部１０２に本発明を適用した場合について説明したが、長穴部は、直線形状や、Ｓ字形状等の場合であってもかまわない。また、長穴形状に限らず、種々の異型形状穴において、応力が集中する箇所に対して、本発明を適用することが可能である。
【００４６】
また、鍛造部品の一例としてギヤを用いた場合について説明しているが、ギヤ限定されるものでなく、同等の機能を有する様々な鍛造部品に対して本発明を適用することが可能である。
【００４７】
したがって、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）を形成するための中間部品の平面図である。
【図２】実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）の平面図である。
【図３】実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す第１工程断面図である。
【図４】実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す第２工程断面図である。
【図５】実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す第３工程断面図である。
【図６】実施の形態１における鍛造部品（ギヤ）の、長穴部の形状を示す平面図である。
【図７】図６中ＩＩＶで囲まれた領域の部分拡大平面図である。
【図８】実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す、第１工程断面図である。
【図９】実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す、第２工程断面図である。
【図１０】実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す、第３工程断面図である。
【図１１】実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す、第４工程断面図である。
【図１２】実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の製造方法を示す、第５工程断面図である。
【図１３】実施の形態２における製造方法を実現させるためのダイスとパンチとの構造を示す第１模式図である。
【図１４】実施の形態２における製造方法を実現させるためのパンチの構造を示す第２模式図である。
【図１５】実施の形態２における鍛造部品（ギヤ）の長穴部の形状を示す模式斜視図である。
【図１６】図１５中のＡ視に対応する炭素濃度分布を示す図である。
【図１７】図１５中のＢ視に対応する炭素濃度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  下穴、３０  抜き芯部、１００  ギヤ、１００Ａ  中間部材、１０２  長穴部、１０２Ａ  半円形形状領域、１０２Ｂ  連結領域、１０２Ｃ  境界線、１０２Ｄ  抜き穴、１０３  ボルト穴、１０４  軸穴、１０４Ａ  軸穴抜き芯部、２００  パンチ、２０１  ハーフ抜きパンチ、２０２  芯抜きパンチ、２１０  抜きダイス、３００  戻しパンチ。
【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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