JP3936230B2

JP3936230B2 - フランジ付き筒状金具の製造方法

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Publication number: JP3936230B2
Application number: JP2002118246A
Authority: JP
Inventors: 実安藤; 滋久斉田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: DE10318177A1; US20030196468A1; JP2003311367A; US7013696B2; DE10318177B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガスセンサのハウジングなどに用いられるフランジ付き筒状金具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車などのエンジンやボイラなどの燃焼機器の燃焼効率を最適状態に制御するため、エンジンなどから排出される排気ガス中の酸素などの被検出成分を検出するガスセンサが用いられている。かかるガスセンサは、内部にセンサ素子など内蔵し且つこれらの外側を包囲するフランジ付き筒状金具(ハウジング)を有する。かかる筒状金具は、フェライト系ステンレス鋼からなり且つ全体がほぼ円筒形を呈し、軸方向に沿って貫通する中空部および外側に突出する六角形のフランジを一体に有する。
【０００３】
上記フランジ付き筒状金具については、図６に示すような冷間鍛造方法により製造することが提案されている。予め、図６(ａ)，(Ａ)に示すように、ステンレス鋼からなり且つ全体が円柱形を呈する金属ブランク１２０を用意すると共に、これに焼鈍および潤滑処理を施しておく。
先ず、図示しないダイス、複動式パンチ、およびカウンタパンチを用いることにより、図６(ｂ)，(Ｂ)に示すように、上記ブランク１２０の一方の端面１２１からその軸方向に沿った深穴１２４を内設する筒部１２５と、外周面１２３から外側に六角形で突出するフランジ(ボルト頭部)１２６とを同時に形成する。
【０００４】
次いで、図示しないダイス、パンチ、およびカウンタパンチを用いることにより、図６(ｃ)，(Ｃ)に示すように、筒部１２５内において深化した深穴１２７と、他方の端面１２２に開口する浅穴１２８とを形成する。
最後に、深穴１２７と浅穴１２８との間を、図示しないパンチなどを用いる打ち抜き加工により、図６(ｄ)，(Ｄ)に示すように、端面１２１，１２２間を貫通する中空部１２９を形成する。これにより、図示のようなフランジ付き筒状金具１３０を得ることができる(特開平８−５２５３０号公報参照)。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、図６(ｂ)，(Ｂ)に示したように、深穴１２４とフランジ１２６とを同時に形成する際、深穴１２４の底面における周縁(入隅部)に円周方向に沿った材料引けやクラックｋを生じる場合がある。かかるクラックｋなどは、次工程以降における破損の原因となったり、あるいは最終的に前記筒状金具１３０が形成できても、強度の確保ができない、などの問題があった。かかる原因は、深穴１２４を形成する際、金属素材の塑性流動によりフランジ１２６を形成するための成形型内に当該素材を充満させるときに生じる。
【０００６】
即ち、フランジ１２６を形成するための成形型内のキャビティの出隅部に金属素材が充満しにくく、空間を生じ易い。また、ダイスにより深穴１２４を更に深く形成し、フランジ１２６の端面１２１寄りの後方側面を越えた際に、上記空間に金属素材が流動すると同時に、かかる素材は筒部１２５へも流動するため、フランジ１２６の後方側面に対応する深穴１２４の内周面の入隅部付近に引けやクラックｋが生じるものである。
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、冷間鍛造によりクラックや材料引けを生じることなく確実に製造できるフランジ付き筒状金具の製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、フランジを突出させる際に金属素材の塑性流動をスムースに成さしめることに着想して達成されたものである。
即ち、本発明のフランジ付き筒状金具の製造方法(請求項１)は、軸方向に沿って貫通する中空部と外側に突出するフランジとを有するフランジ付き筒状金具を冷間鍛造により成形する製造方法であって、円柱形を呈するフェライト系ステンレス鋼製のブランクに、その軸方向に沿った凹部を形成する凹部形成工程と、上記凹部を軸方向に沿って深化させつつ上記ブランクの外周面に放射状にフランジを突出させるフランジ形成工程と、を含み、かかるフランジ形成工程は、インナーパンチと、該インナーパンチの外周に同軸で所定間隔を隔てて位置し且つ上記インナーパンチとは別個に移動するアウターパンチと、該アウターパンチの外周を包囲する円柱孔を有するダイスと、上記インナーパンチと対向して上記ダイスおよび上記アウターパンチと共に上記フランジが突出されるキャビティを形成するカウンターパンチと、により構成されるフランジ形成型を用いて、上記インナーパンチの加工進行方向をフランジの前方側とし、上記インナーパンチにより上記凹部を軸方向に沿って、該インナーパンチの先端を上記フランジの後方側面よりも深化させることにより、該フランジの後方に所定長さの筒部を形成すると共に、上記アウターパンチによって上記キャビティ内で形成途中の上記フランジの後方側面に軸方向の付勢力が付与される、ことを特徴とする。
【０００８】
これによれば、ブランクの端面に凹部を形成した後、この凹部をインナーパンチのガイド穴とし、このインナーパンチにより上記凹部が更に深化させられる。そして、上記インナーパンチの前進により、ダイス、インナーパンチ、およびカウンターパンチにより形成されたキャビティ内に、金属素材の一部が押し出される。更に、アウターパンチが上記押し出された金属素材による形成途中のフランジの後方側面に付勢力を付与する。上記金属素材の一部が押し出され始める段階では、上記キャビティの厚み(高さ)を小さく設定し、その容積を小さくできるため、インナーパンチの前進に伴う金属素材の塑性流動による充填が容易に行われ、該キャビティの出隅部(角部)に空間(隙間)を生じにくくできる。更にインナーパンチが前進するに伴い、上記キャビティ内への素材の充填が始まり、バネや油圧などによりフランジに付勢力を与えていたアウターパンチが、キャビティ内に塑性流動した金属素材に押されて後退することになる。しかし、インナーパンチの先端がキャビティ内に形成途中のフランジの後方側面のレベルを越える前に、当該キャビティにおける後方側の出隅部への金属素材の充填が終了する。しかも、アウターパンチの後退により、上記フランジの厚みを厚くすることができる。
【０００９】
この結果、体積の大きなフランジが形成され、且つ筒部が後方押出されると共に、軸方向においてフランジの後方側面のレベルを越えて、深化した深い凹部が形成されても、上記フランジの後方側面に対応(隣接)する当該凹部の底面付近にはクラックや引けが生じにくくなる。従って、比較的脆いフェライト系ステンレス鋼からなるフランジ付き筒状金具を確実且つ高い生産性により製造可能となる。尚、上記ブランクの素材には、耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３４(ＪＩＳＧ４３０３)などが適用される。
【００１０】
また、本発明には、前記フランジ形成工程は、前記カウンターパンチが、インナーカウンタパンチと、その外周に同軸で位置し且つインナーカウンタパンチとは別個に移動するアウターカウンタパンチと、により構成されると共に、アウターカウンタパンチにより、前記キャビティ内で形成途中の前記フランジの前方側面に軸方向の付勢力が付与される、フランジ付き筒状金具の製造方法(請求項２)も含まれる。
これによれば、フランジ形成型のキャビティを小さくすることができ、その出隅部に空間(隙間)を生じにくくすることができる。そして、更にインナーパンチの前進に伴って、上記キャビティ内のへの金属素材の充填が終了した後、バネなどにより形成したフランジに付勢力を与えていたアウターカウンタパンチが前方寄りに移動する。これにより、フランジの厚みを厚くすることができるので、体積の大きなフランジを形成する場合であっても、上記キャビティ内に金属素材の塑性流動させて充填させた後で、その厚み(高さ)を厚(高)くすることができる。
従って、体積の大きなフランジが形成でき且つ後方に筒部が後方押出されると共に、軸方向においてフランジの後方側面のレベルを越えて、深化した深い凹部が形成されても、その底面付近におけるクラックなどの発生を抑制できる。仮に、前記キャビティの出隅部に空間が残ったまま凹部を深化させても、材料引けやクラックを生じにくくできる。これは、アウターパンチの後退により、インナーパンチの先端がフランジの後方側面のレベルを越える際に、上記空間への金属素材の塑性流動が少なくなることによる。
【００１１】
更に、本発明には、前記フランジ形成工程は、前記フランジの後方側面に当接する先端面が中心寄りから周縁寄りに向かって前方側に傾斜する傾斜面である前記アウターパンチを用いる、フランジ付き筒状金具の製造方法(請求項３)も含まれる。これによれば、アウターパンチの先端面は、金属素材が塑性流動する方向に近似した傾斜面となる。このため、インナーパンチの前進に伴うキャビティ内への金属素材の塑性流動による充填が容易に行われ、当該キャビティの出隅部に空間(隙間)を生じ難くすることができる。
【００１２】
また、本発明には、前記フランジ形成工程は、前記フランジの前方側面に当接する先端面が周縁寄りから中心寄りに向かい上記フランジの前方側に傾斜する傾斜面である前記アウターカウンタパンチを用いる、フランジ付き筒状金具の製造方法(請求項４)も含まれる。
形成途中における前記フランジの前方側面寄りは、金属素材の塑性流動が比較的容易であるため、キャビティの前方側の出隅部には空間が生じ難くなる。しかし、流動性の低い金属素材を用いた場合、上記出隅部に空間が生じる場合がある。かかる場合であっても、上記アウターカウンタパンチの先端面は、金属素材が塑性流動する方向に近似した傾斜面であるため、キャビティ内に空間を一層生じにくくすることができる。
【００１３】
更に、本発明には、前記フランジ形成工程は、前記フランジを放射状に突出させると共に該フランジを軸方向の視覚において正多角形に成形する、フランジ付き筒状金具の製造方法(請求項５)も含まれる。
これによれば、フランジは、フランジ形成工程において同時に六角形などの正多角形に成形される。この結果、フランジにはその成形と同時にボルト機能が付与されるため、後述するトリミング工程を省略することが可能となる。尚、上記正多角形には、六角形の他、八角形、正方形、または十角形などが含まれる。
【００１４】
また、本発明には、前記フランジ形成工程の後に、前記成形途中の中間部品における前記凹部を軸方向に沿って更に深化させ且つ径方向に拡径させる凹部仕上げ工程と、前記成形途中の中間部品における前記凹部の底部を押圧し、該中間部品の軸方向に沿って貫通する中空部を形成する中空部形成工程と、前記フランジを軸方向の視覚において正多角形に成形するトリミング工程と、を含む、フランジ付き筒状金具の製造方法(請求項６)も含まれる。
これによれば、深い凹部およびフランジを有する成形途中の中間部品に対し、上記凹部を更に深化させ且つ当該中間部品を軸方向に伸長させ、両端面の間を貫通する中空部を形成すると共に、更に、フランジを六角形などのボルト頭部の形状に成形できる。このため、前述したガスセンサなどのハウジングとして活用できるフランジ付き筒状金具を確実に製造することができる。
尚、凹部仕上げ工程、中空部形成工程、およびトリミング工程は、かかる順序で行うに限らず、任意の順序で行っても良い。また、前記フランジ形成工程において、予めフランジが六角形などの正多角形に成形されている場合には、上記トリミング工程を省略することができる。
【００１５】
加えて、本発明には、前記冷間鍛造の前に、前記ブランクが予め加熱されている、フランジ付き筒状金具の製造方法(請求項７)も含まれる。
これによれば、ブランクの素材であるフェライト系ステンレス鋼は室温で比較的脆弱なため、鍛造の初期段階でクラックを生じ易い。しかし、例えば＋５０〜６０℃に予熱すると、シャルピー衝撃値が急激に向上するため、前記鍛造の前にブランクを加熱することにより、上記クラックを予防することができる。
尚、かかる加熱は、棒状の金属素材を所定の長さで切断したブランクの状態で行っても良いが、特に上記金属素材の状態で加熱すると、切断時に切断端面に生じ易いクラックを防止できるので好ましい。また、鍛造工程が進むと、加工に伴う変形熱によってブランクや中間部品自体の温度が上昇するため、シャルピー衝撃値が向上する。このため、各工程において、前記パンチがブランクや中間部品に当接する際に、クラックは生じ難くなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１(Ａ)，(Ｂ)は、自動車用酸素(ガス)センサに用いるハウジング１の外観図およびその断面を含む上記酸素センサ１０の概略図である。
ハウジング１は、図１(Ａ)，(Ｂ)に示すように、太径部４および細径部５を含む基端部３と、これに隣接し且つ平面視でボルト頭部(ナット)と同様の六角形を呈するフランジ６と、かかるフランジ６に隣接し且つ段部７を挟んで位置する筒部８ａ，８ｂと、これに隣接する先端部９と、これらを軸方向に沿って貫通する中空部２と、を有する。かかる中空部２は、傾斜した段部２ａ，２ｂにより先端寄りほど細径となっている。
【００１７】
酸素センサ１０は、図１(Ｂ)に示すように、ハウジング１の内側にヒータ１４および検出素子１６を内蔵し、先端部９に孔付き保護キャップ１２を被着すると共に、ハウジング１の基端部３に金属ケーシング１８の先端を固定している。
酸素センサ１０は、ハウジング１を介して図示しない自動車の排気管に配置され、上記キャップ１２で保護された検出素子１６の先端が、排気管内に突出され且つ排気ガスに晒される。そして、排気ガス中の被検出成分である酸素を検出し、これに対応してエンジンの燃焼効率を最適状態に制御するために活用される。
【００１８】
図１(Ｃ)は、前記ハウジング１に仕上げ加工する直前のフランジ付き筒状金具２０の断面を含む斜視図である。かかる金具２０は、後述するステンレス鋼からなり且つ全体がほぼ円筒形を呈し、基端面２１を含む厚肉の基筒部２４と、これに隣接し外側に突出する平面視が六角形のフランジ２６と、これに隣接する中筒部２７および先筒部２８とを一体に有する。基端面２１と先端面２３との間には、段部２５，２９を介して先端寄りほど細径となる中空部２２が貫通している。
かかるフランジ付き筒状金具２０を、後述する円柱形の金属ブランク３０から冷間鍛造により形成する工程が本発明の製造方法である。また、かかる金具２０を切削などで仕上げ加工することにより、前記ハウジング１が形成される。
【００１９】
以下に、本発明のフランジ付き筒状金具２０の製造方法について説明する。
図２(Ａ)は、本発明に用いるブランク３０を示す。このブランク３０は、図示のように、全体が円柱形を呈し円周面３２と両端面３１，３３とを有する。該ブランク３０は、例えばＪＩＳＧ４３０３:ＳＵＳ４３０(Ｆｅ−１８wt％Ｃｒ)、ＳＵＳ４３４(Ｆｅ−１８wt％Ｃｒ−１wt％Ｍｏ)などの耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼からなる棒鋼材を所定長さに切断したものである。
【００２０】
予め、ブランク３０は、例えば図示しない誘導加熱装置により＋５０〜６０℃に予め加熱された後、直ちに次述する冷間鍛造ステーション４０に送られる。
先ず、ブランク３０は、図２(Ｂ)に示す第１冷間鍛造ステーション４０において、その端面３１にほぼ円柱形の凹部３６を形成される(第１凹部形成工程)。
第１冷間鍛造ステーション４０は、図２(Ｂ)に示すように、ダイス４１、パンチ４５、およびカウンタパンチ４８を含む。ダイス４１は、太い円柱孔４２、テーパ部４３、およびやや細い円柱孔４４を有し、円柱孔４２内にはほぼ同径のパンチ４５が進入可能であり、円柱孔４４内にはほぼ同径のカウンタパンチ４８が反対側から予め挿入されている。尚、円柱孔４４の内径は、金属ブランク３０の外径とほぼ一致している。また、パンチ４５などは工具鋼などから形成される。
金属ブランク３０は、予め表面を潤滑処理された後、ダイス４１の円柱孔４２，４４内に挿入され、カウンタパンチ４８の先端面４９上に載置される。かかる状態で、図２(Ｂ)中の矢印で示すように、パンチ４５をダイス４１の円柱孔４２内に進入(前進)させる。
【００２１】
その結果、図２(Ｃ)に示すように、パンチ４５の先端面４５ａがブランク３０の端面３１を押圧し且つかかる先端面４５ａ中央のほぼ円柱形の凸部４６が端面３１から内部に食い込む。この結果、ブランク３０の端面３１の中央には、凹部３６が形成される。この凹部３６は、次工程以降で用いるパンチのガイド穴となる。同時に、ブランク３０の端面３１の切断痕がほぼ平らに均される。
また、ブランク３０の端面３１寄りの部分は、据え込まれて円柱孔４２に倣った太径部３５となる。一方、ブランク３０の端面３３は、カウンタパンチ４８の先端面４９に当接し、その切断痕がほぼ平らに均される。
従って、図２(Ｃ)に示すように、端面３１の中央にほぼ円柱状の凹部３６を形成した成形途中のブランク３４が形成される。その後、図２(Ｃ)において、パンチ４５を上昇(後退)させ且つカウンタパンチ４８を上昇(前進)させることにより、ブランク３４をダイス４１から外部に取り出す。
【００２２】
次に、ブランク３４を、図２(Ｄ)に示す第２冷間鍛造ステーション５０によって、端面３１側の凹部３６を更に深化させる(第２凹部形成工程)。
第２冷間鍛造ステーション５０も、図２(Ｄ)に示すように、ダイス５１、パンチ５５、およびカウンタパンチ５８を含む。ダイス５１は、太い円柱孔５２、テーパ部５３、およびやや細い円柱孔５４を有し、円柱孔５２内にはこれによりも細径のパンチ５５が進入可能であり、且つ円柱孔５４内にはこれとほぼ同径のカウンタパンチ５８が反対側から予め挿入されている。
尚、ダイス５１の太い円柱孔５２の内径は、成形途中の金属ブランク３４の太径部３５とほぼ一致し、細い円柱孔５４の内径は、ブランク３４の端面３３寄り部分の外径とほぼ一致している。また、パンチ５５の先端面５６はほぼ円柱形状であり、且つ前記パンチ４５の凸部４６の外径とほぼ一致している。
【００２３】
図２(Ｄ)に示すように、成形途中のブランク３４をダイス５１の円柱孔５２，５４内に挿入し、その端面３３をカウンタパンチ５８の先端面５９の上に載置する。この際、ブランク３４の太径部３５は、ダイス５１の円柱孔５２内に隙間なく挿入される。この状態で、図２(Ｄ)中の矢印で示すように、パンチ５５をダイス５１の円柱孔５２内に進入(前進)させる。
その結果、図２(Ｄ)に示すように、端面３１にパンチ５５とその先端面５６とに倣ったやや深い凹部３９を有する成形途中のブランク３８が成形される。尚、ブランク３８の太径部３５は、軸方向に沿って端面３１側に後方押出されてやや伸長する。その後、図２(Ｄ)において、パンチ５５を上昇(後退)させ且つカウンタパンチ５８を上昇させることにより、ブランク３８をダイス５１から外部に取り出す。尚、当初のブランク３０を上記ステーション５０に直接適用して上記のようなブランク３８を直に成形することも可能である(単一の凹部形成工程)。
【００２４】
次いで、本発明の製造方法におけるフランジ形成工程を図３にて説明する。フランジ形成工程には、図３(Ａ)に示す第３冷間鍛造ステーション６０を用いる。
かかる鍛造ステーション６０は、ダイス６１、インナーパンチ６３、当該パンチ６３の外側に同軸で所定間隔を隔てて位置し且つ別個に移動するアウターパンチ６５、インナーカウンタパンチ６６、および当該パンチ６６の外側に同軸で位置し且つダイス６１内で移動するアウターカウンタパンチ６９を備えている。これらは、本発明のフランジ形成型を構成し、上記パンチ６６，６９がカウンタパンチを構成する。尚、本工程では、インナーパンチ６３の加工進行方向、即ち図３(Ａ)で下向きの方向を、本工程で形成するフランジの前方側とする。
図３(Ａ)に示すように、ダイス６１は、上方の長く細径の円柱孔６２ａ、下方の太径で短い円柱孔６２ｂ、および段部６２ｃをそれぞれ同軸で内設する。
【００２５】
ダイス６１の円柱孔６２ａおよび円柱孔６２ｂ内には、全体が円筒形で且つリング状のアウターカウンタパンチ６９が同軸にて挿入されている。当該パンチ６９は、先端(上端)に周縁寄りから中心寄りに向かって低くなる、即ち後述するフランジの前方側に傾斜する先端面６９ａを、後端(下端)側に太径の後端部６９ｂを有し、図示しないバネにより下方側から支持されている。かかるパンチ６９の先端面６９ａは、円柱孔６２ａ内を昇降し、その後端部６９ｂは円柱孔６２ｂ内を昇降する。また、かかるアウターカウンタパンチ６９の内側には、その後端部６９ｂ側からインナーカウンタパンチ６６が貫通可能にして進入する。
【００２６】
図３(Ａ)に示すように、インナーパンチ６３は、ダイス６１の円柱孔６２ａ内の中央付近に図示しない昇降手段により進入可能とされ、且つその外径は細径の円柱孔６２ａよりも細径であって、前記パンチ５５の外径とほぼ一致している。当該インナーパンチ６３の外側には、一定の間隔を置いて、同軸で位置し且つインナーパンチ６３と別個に昇降(移動)するアウターパンチ６５が、図示しないバネを介して上方側から支持されつつ配置される。該アウターパンチ６５は、先端(下端)に中心寄りから周縁寄りに向かって前方側に傾斜した先端面(先端)６５ａを有し、後端(上端)側に太径の後端部６５ｂを有すると共に、先端面６５ａ寄りの部分がダイス６１の円柱孔６２ａの内周面に沿って昇降する。
【００２７】
予め、インナパンチ６３およびアウターパンチ６５は、ダイス６１の上方に待機している。ダイス６１の円柱孔６２ａ内に、インナーカウンタパンチ６６の先端面６８よりも後方側にアウターカウンタパンチ６９の先端面６９ａが位置する状態で、凹部３９側を後方側に向けた前記ブランク３８を、ダイス６１の円柱孔６２ａに挿入し且つカウンタパンチ６６の先端面６８の上に載置する。
尚、アウターパンチ６５の内径は、成形途中のブランク３８の太径部３５の外径とほぼ同径に設定されている。
そして、図３(Ａ)に示すように、ブランク３８の太径部３５とダイス６１の円柱孔６２ａとの間に、アウターパンチ６５を下降(前進)させ、且つダイス６１の円柱孔６２ａ内に進入させる。
【００２８】
次に、図３(Ａ)に示すように、ブランク３８の軸方向に沿って、インナーパンチ６３の先端面(先端)６４よりもアウターパンチ６５を下降(前進)させた状態で、インナーパンチ６３およびアウターパンチ６５をほぼ平行して前進させる。そして、アウターパンチ６５の先端面６５ａをブランク３８の中間付近に位置させ且つアウターカウンタパンチ６９の先端面６９ａに接近して対向させる。
更に、図３(Ｂ)中央の矢印で示すように、インナーパンチ６３の先端面６４をブランク３８の凹部３９内に押し込むと、インナーパンチ６３により端面３３側に押圧されたブランク３８の金属素材は、アウターパンチ６５の先端面６５ａとアウターカウンタパンチ６９の先端面６９ａとダイス６１とに囲まれたリング形状のキャビティｃｖ内に、断面ほぼ半円形のフランジ７６ａとして放射状に張り出す。
【００２９】
引き続き、図３(Ｃ)中央の矢印のように、インナーパンチ６３を前進(下降)させると、アウターカウンタパンチ６９は、図示しないバネにより、フランジ７６の前方側面に付勢力を付与した状態で、当該フランジ７６の前方側に後退(移動)する。この間において、アウターパンチ６５は、同様な図示しないバネにより、フランジ７６の後方側面に付勢力を付与した状態で、フランジ７６の後方側に後退して停止する。一方、インナーパンチ６３は、その先端面６４がフランジ７６の後方側面(アウターパンチ６５の先端面６５ａ)のレベルを越えた前方側の位置で停止する。
【００３０】
その際に、図３(Ｃ)に示すように、インナーパンチ６３に押された上記素材は、キャビティｃｖの出隅部に空間(隙間)を残すことなく、インナーパンチ６３を更に前進させることができる。これにより、深化した凹部７２の底面付近、即ちフランジ７６の後方側面に対応する位置(レベル)付近において、周方向に沿ったクラックや材料引けが発生しなくなる。従って、図３(Ｃ)に示すように、深い凹部７２を内設する筒部７４が後方押出により形成されると共に、円盤状のフランジ７６を形成した中間部品７０が形成される。
その後、図３(Ｃ)において、インナーパンチ６３およびアウターパンチ６５を上昇(後退)させ且つインナーカウンタパンチ６６を上昇(前進)させることにより、中間部品７０をダイス６１から外部に取り出す。
【００３１】
図４(Ａ)は、中間部品７０に施す凹部仕上げ工程と、これに用いる第４冷間鍛造ステーション８０とを示す。かかるステーション８０は、ダイス８１、インナーパンチ８５、アウターガイド８８、およびカウンタパンチ８９を備えている。
ダイス８１には、図４(Ａ)に示すように、上方から下方に円柱形の太径部８２、中径部８３、および細径部８４が同軸で貫通している。インナーパンチ８５は、テーパ部８５ａを挟んだ太径の基端部８６と細径の先端部８７とからなり、先端部８７はダイス８１の太径部８２および中径部８３内に進入する。また、円筒形のアウターガイド８８は、インナーパンチ８５の外側に間隔ｓを介して同軸で配置され且つインナーパンチ８５と別個に昇降する。更に、円柱形のカウンタパンチ８９は、同径であるダイス８１の細径部８４内に同軸で昇降する。
【００３２】
予め、インナーパンチ８５とアウターガイド８８とをダイス８１の上方に位置させ、前記中間部品７０をダイス８１の太径部８２および中径部８３内に挿入する。この際、中間部品７０の前記端面３３は、ダイス８１の中径部８３と細径部８４間の段部８３ａ上に接触する。また、カウンタパンチ８９は、ダイス８１の細径部８４内に位置し且つその先端面は中間部品７０の端面３３に対向する。
かかる状態で、図４(Ａ)に示すように、アウターガイド８８を下降(前進)させ、その先端面を中間部品７０のフランジ７６の後方側面に当接させる。
次に、インナーパンチ８５を下降(前進)させ、その先端部８７を中間部品７０の深い凹部７２内に押し込む。尚、インナーパンチ８５の基端部８６の外径は、中間部品７０の凹部７２の内径とほぼ同一である。
【００３３】
更に、インナーパンチ８５の先端部８７は、ダイス８１内の段部８３ａの直前付近まで下降(前進)し且つ中間部品７０中に深く進入する。同時に、インナーパンチ８５により押圧された中間部品７０の金属素材は、ダイス８１の細径部８４内に塑性流動し且つカウンタパンチ８９によりその流動を阻止される。
その結果、図４(Ａ)に示すように、傾斜した段部２５を挟んだ太径部９３と細径部９４とからなる深い凹部９２を内側に有すると共に、基筒部９１、フランジ９６、先筒部９７、段部９８、および円盤状の先端部９９を含む中間部品９０が形成される。尚、中間部品９０における凹部９２の底面には、傾斜した段部２９が形成される。この中間部品９０は、図４(Ａ)において、インナーパンチ８５およびアウターガイド８８を上昇(後退)させ且つカウンタパンチ８９を上昇(前進)させることにより、ダイス８１から外部に取り出される。
【００３４】
図４(Ｂ)は、中間部品９０に施す中空部形成工程と、これに用いる第５冷間鍛造ステーション１００とを示す。かかるステーション１００は、ダイス１０１、パンチ１０５、およびカウンタパンチ１０９を備えている。
上記ダイス１０１は、図４(Ｂ)に示すように、段部１０３を挟んで上方の太径部１０２と下方の細径部１０４とを有する。パンチ１０５は、長い基端部１０６とその先端側にテーパ部１０８を介して垂下するやや細径の先端部１０７とからなり、ダイス１０１の太径部１０２および細径部１０４内に進入可能とされている。一方、上記カウンタパンチ１０９は、ダイス１０１の細径部１０４内に隙間ｓを介して同軸で且つ昇降可能に配置される。
尚、ダイス１０１の太径部１０２の内径は、前記中間部品９０の先筒部９７の外径とほぼ一致し、ダイス１０１の細径部１０４の内径は、中間部品９０の先端部９９の外径とほぼ同じとされている。
【００３５】
予め、パンチ１０５をダイス１０１の上方に位置させ、中間部品９０の先筒部９７と先端部９９とを、ダイス１０１の太径部１０２と細径部１０４内に挿入する。この状態で、図４(Ｂ)中の矢印で示すように、パンチ１０５を下降(前進)させ、その先端部１０７を中間部品９０の先端部９９に当接させ且つこれを下向きに押圧する。同時に、パンチ１０５の基端部１０６は、中間部品９０の凹部９２内に進入する。その結果、図４(Ｂ)に示すように、パンチ１０５の先端部１０７は、中間部品９０の先端部９９を貫通して、カウンタパンチ１０９と当接する。
【００３６】
これによって、中間部品９０の先端部９９は、細径部１０４とカウンタパンチ１０９とに挟まれた隙間ｓ内を下向きに伸長され、薄肉で円筒形の先筒部２８となる。また、上下の段部２５，２９を含めて端面２１，２３間を貫通する中空部２２が形成される。更に、パンチ１０５とダイス１０１との間に挟まれた前記先筒部９７は、中筒部２７となる。この結果、図４(Ｂ)に示すように、内側に中空部２２を有し、且つ基筒部２４、フランジ９６、中筒部２７、および先筒部２８からなる筒状部品２０′が形成される。かかる筒状部品２０′は、図４(Ｂ)において、パンチ１０５を上昇(後退)させ且つカウンタパンチ１０９を上昇させることにより、ダイス１０１から外部に取り出される。
【００３７】
図４(Ｃ)は、筒状部品２０′に施すトリミング工程と、これに用いるトリミングステーション１１０とを示す。かかるステーション１１０は、ダイス１１１、スライダ１１５、およびカッタ１１７を含んでいる。
図４(Ｃ)に示すように、ダイス１１１は、筒状部品２０′の中筒部２７や先筒部２８を収容する太径部１１２、細径部１１４、および段部１１３を内設し、太径部１１２の上方の開口部の周辺には緩い傾斜面１１１ａを有している。スライダ１１５は図示しない昇降手段に昇降可能に支持され、その底面の開口部１１６には、カッタ１１７が挿入され且つ固定される。カッタ１１７は、周辺から中心寄りに傾斜し且つ先端に刃先ｈを有する先端面１１８と、平面視で正六角形を呈し且つ先端の刃先ｈ寄りほど僅かに狭くなる中空部１１９と、を有する。
【００３８】
予め、スライダ１１５およびカッタ１１７を上昇させ、ダイス１１１の太径部１１２と細径部１１４とに筒状部品２０′の中筒部２７と先筒部２８とを収容する。この際、筒状部品２０′のフランジ９６は、ダイス１１１の傾斜面１１１ａの上方に位置している。かかる状態で、図４(Ｃ)に示すように、スライダ１１５を下降(前進)させて、カッタ１１７の刃先ｈを含むその先端面１１８を上記フランジ９６の外側部分に垂直に沿って押し込む。
その結果、図４(Ｃ)に示すように、フランジ９６の外側部分を切除または押し潰し且つカッタ１１７の中空部１１９内に収容して、平面視で六角形(正多角形)を呈するフランジ２６となる。これにより、前記図１(Ｃ)にも示したフランジ付き筒状金具２０を得ることができる。
【００３９】
以上のようなフランジ付き筒状金具２０の製造方法によれば、引けやクラックを生じず、且つ高い生産性により確実に当該金具２０を製造することができる。
尚、前記中間部品７０に対し、図４(Ａ)に示した凹部仕上げ工程、図４(Ｂ)に示した中空部形成工程、および図４(Ｃ)に示したトリミング工程を、前述した順序以外のプロセスにより施すこともできる。例えば、先にトリミング工程を行った後に凹部仕上げ工程と中空部形成工程とを行うことも可能である。
また、以上の各工程の間は、ブランク３０，３４，３８や中間部品７０，９０や筒状部品２０′を、図示しないマニプレータのような搬送手段で搬送する。
更に、以上の各工程の間において、ブランク３８や中間部品７０などに対し、焼鈍および潤滑処理は施されず、当初のブランク３０の状態で連続して冷間鍛造の各工程が施される。従って、上記金具２０を効率良く製造可能となる。
【００４０】
図５(Ａ)，(Ｂ)は、前記フランジ形成工程と異なる形態のフランジ形成工程およびこれに用いる第３冷間鍛造ステーション６０′を示す。
このステーション６０′において、ダイス６１は、図５(Ａ)，(Ｂ)に示すように、平面視が正六角形の細径部６２ｄと円柱形の太径部６２ｂとを同軸で貫通させている。また、アウターパンチ６５′は、その外形６５ｃが六角柱を呈し且つ内側に円柱の貫通孔６５ｄを有している。
従って、第３冷間鍛造ステーション６０′を用いて、前記ブランク３８に対し前記同様のフランジ形成工程を施すと、図５(Ｂ)に示すように、平面視が正六角形(正多角形)のフランジ２６を有する中間部品７７が形成される。この中間部品７７によれば、前記トリミング工程を省略することが可能となり、前記金具２０の生産性を一層高めることが可能となる。
尚、図５(Ｃ)に示すように、ダイス６１内に正八角形の細径部６２ｅを設け且つアウターパンチ６５′の外形６５ｃを八角柱とするとにて、平面視で正八角形(正多角形)のフランジ７９を有する中間部品７８を形成することも可能である。
【００４１】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記フランジの形状は、平面視で正多角形を呈するものであれば、正方形、正五角形、正七角形、正九角形、正十角形などにすることも可能である。
更に、前記各工程は、連続する複数の工程または全ての工程を施すことが可能な複動構造のパンチ、カウンタパンチ、およびダイスなどを含む冷間鍛造ステーションなどにより、少ない工程数または１つの連続した成形工程により行ったが、専用の冷間鍛造装置やトリミング装置を用いることも可能である。
尚、本発明によって得られるフランジ付き筒状金具の用途は、前記酸素センサ１０などのガスセンサに限らず、例えばエンジン用スパークプラグのハウジングや各種の電子機器におけるホルダなどにも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によるフランジ付き筒状金具の製造方法(請求項１)によれば、成形途中のブランクや中間部品の外周面から放射状にフランジが形成され、平行して形成される凹部を深化した深い凹部の底面付近で且つフランジの後方側面に対応する位に置はクラックや材料引けが生じないため、フランジ付き筒状金具を確実且つ高い生産性により製造可能となる。
また、請求項２〜４，７の製造方法によれば、前記フランジ付き筒状金具を一層確実に製造することができる。
更に、請求項５のフランジ付き筒状金具の製造方法によれば、フランジは、フランジ形成工程において同時に六角形などの正多角形に成形されるため、製造に要する工程数を少なくすることができる。
加えて、請求項６の製造方法によれば、ガスセンサなどのハウジングとなるフランジ付き筒状金具を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(Ａ)はハウジングの外観図、(Ｂ)はかかるハウジングを用いたガスセンサを示す概略図、(Ｃ)は上記ハウジングに仕上げ加工する直前のもので且つ本発明により得られるフランジ付き筒状金具を示す断面を含む斜視図。
【図２】(Ａ)は本発明に用いるブランクの斜視図、(Ｂ)〜(Ｄ)は本発明における凹部形成工程を示す概略図。
【図３】(Ａ)〜(Ｃ)は本発明におけるフランジ形成工程を示す概略図。
【図４】(Ａ)は本発明の凹部仕上げ工程を示す概略図、(Ｂ)は本発明の中空部形成工程を示す概略図、(Ｃ)は本発明のトリミング工程を示す概略図。
【図５】(Ａ)は異なる形態のフランジ形成工程を示す概略図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った断面図、(Ｃ)は更に異なる形態の上記工程における(Ｂ)と同様な断面図。
【図６】(ａ)〜(ｄ)と(Ａ)〜(Ｄ)は従来の製造方法を示す平面図と断面図。
【符号の説明】
２０………………………フランジ付き筒状金具
２２………………………中空部
２６，７６………………フランジ
３０，３４，３８………ブランク
３１，３３………………端面
３６,３９,７２，９２…凹部
６２ａ，６２ｂ…………円柱孔
６３………………………インナーパンチ
６４,６５ａ,６９ａ……先端面(先端)
６５………………………アウターパンチ
６９………………………アウターカウンタパンチ
７０，９０………………中間部品
ｃｖ………………………キャビティ

Claims

軸方向に沿って貫通する中空部と外側に突出するフランジとを有するフランジ付き筒状金具を冷間鍛造により成形する製造方法であって、
円柱形を呈するフェライト系ステンレス鋼製のブランクに、その軸方向に沿った凹部を形成する凹部形成工程と、
上記凹部を軸方向に沿って深化させつつ上記ブランクの外周面に放射状にフランジを突出させるフランジ形成工程と、を含み、
上記フランジ形成工程は、インナーパンチと、該インナーパンチの外周に同軸で所定間隔を隔てて位置し且つ上記インナーパンチとは別個に移動するアウターパンチと、該アウターパンチの外周を包囲する円柱孔を有するダイスと、上記インナーパンチと対向して上記ダイスおよび上記アウターパンチと共に上記フランジが突出されるキャビティを形成するカウンターパンチと、により構成されるフランジ形成型を用いて、
上記インナーパンチの加工進行方向をフランジの前方側とし、
上記インナーパンチにより上記凹部を軸方向に沿って、該インナーパンチの先端を上記フランジの後方側面よりも深化させることにより、該フランジの後方に所定長さの筒部を形成すると共に、上記アウターパンチによって上記キャビティ内で形成途中の上記フランジの後方側面に軸方向の付勢力が付与される、
ことを特徴とするフランジ付き筒状金具の製造方法。
前記フランジ形成工程は、前記カウンターパンチが、インナーカウンタパンチと、その外周に同軸で位置し且つインナーカウンタパンチとは別個に移動するアウターカウンタパンチと、により構成されると共に、
上記アウターカウンタパンチにより、前記キャビティ内で形成途中の前記フランジの前方側面に軸方向の付勢力が付与される、
請求項１に記載のフランジ付き筒状金具の製造方法。
前記フランジ形成工程は、前記フランジの後方側面に当接する先端面が中心寄りから周縁寄りに向かって前方側に傾斜する傾斜面である前記アウターパンチを用いる、
請求項１または２に記載のフランジ付き筒状金具の製造方法。
前記フランジ形成工程は、前記フランジの前方側面に当接する先端面が周縁寄りから中心寄りに向かい上記フランジの前方側に傾斜する傾斜面である前記アウターカウンタパンチを用いる、
請求項２または３に記載のフランジ付き筒状金具の製造方法。
前記フランジ形成工程は、前記フランジを放射状に突出させると共に該フランジを軸方向の視覚において正多角形に成形する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のフランジ付き筒状金具の製造方法。
前記フランジ形成工程の後に、
前記成形途中の中間部品における前記凹部を軸方向に沿って更に深化させ且つ径方向に拡径させる凹部仕上げ工程と、
前記成形途中の中間部品における前記凹部の底部を押圧し、該中間部品の軸方向に沿って貫通する中空部を形成する中空部形成工程と、
前記フランジを軸方向の視覚において正多角形に成形するトリミング工程と、を含む、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のフランジ付き筒状金具の製造方法。
前記冷間鍛造の前に、前記ブランクが予め加熱されている、
請求項１乃至６の何れか一項に記載のフランジ付き筒状金具の製造方法。