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公開番号2025156771
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-15
出願番号2024059427
出願日2024-04-02
発明の名称フランジ部を有する中空部材の形成方法
出願人株式会社三五
代理人弁理士法人プロスペック特許事務所
主分類B21J 5/06 20060101AFI20251007BHJP(本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き)
要約【課題】折れ込みの発生を低減しつつ、側方押出によって中空素材の中間部の外周面にフランジ部を一体的に形成する。
【解決手段】第1工程において中空素材をダイス孔にセットし、第2工程においてマンドレルを中空素材に挿入して中空素材の基端部の内径及び外径を拡大させた後に、第3工程においてスリーブによって中空素材を軸方向において押圧してダイス孔の内周面に開口する環状のキャビティ内へと中空素材を構成する材料を塑性流動させる側方押出を実行することにより、中間部の外周面にフランジ部を有する中空部材を形成する。先端部に中実の円柱状の部分である中実部を有する有底円筒状の中空素材から先端部に中実部を含み且つフランジ部を有する中空部材を形成することもできる。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
所定の形状を有する柱状の芯金であるマンドレルと、前記マンドレルに対して同軸状に配設された円筒状の部材であるスリーブと、所定の形状を有する孔であるダイス孔が形成されたダイスと、前記マンドレル及び前記スリーブと前記ダイスとを軸方向において相互に近付けるように駆動する駆動機構と、を備える押出成形装置を用いて、前記マンドレルを中空素材に挿入すると共に前記スリーブによって前記中空素材を押圧して前記ダイス孔に前記中空素材を押し込むことにより、前記中空素材の軸方向における両端の間の所定の位置に側方押出によってフランジ部を一体的に形成する、フランジ部を有する中空部材の形成方法であって、
前記中空素材は、所定の外径である第１外径、所定の内径である第１内径及び所定の肉厚である第１肉厚を有する円筒状の部材であり、
前記中空部材は、前記スリーブによって前記中空素材を押圧する方向である押圧方向における上流側である基端側の端部に形成され且つ前記第１外径よりも大きい第２外径、前記第１内径よりも大きい第２内径及び所定の肉厚である第２肉厚を有する円筒状の部分である拡径部と、前記拡径部の前記押圧方向における下流側である先端側に隣接するように形成され且つ前記第２外径よりも大きい第３外径、前記第２内径に等しい第３内径及び前記第２肉厚よりも大きい第３肉厚を有するフランジ状の部分であるフランジ部と、前記フランジ部の前記先端側に隣接するように形成され且つ前記第１外径に等しい第４外径、前記第２内径に等しい第４内径及び前記第１肉厚よりも小さい第４肉厚を有する円筒状の部分である内径拡大部と、前記先端側の端部に前記中空素材のままで残っている部分である未加工部と、前記内径拡大部と前記未加工部との間に形成され且つ前記内径拡大部側から前記未加工部側へと近付くにつれて前記第４内径から前記第１内径へと内径が減少する部分である内径減少部と、を含み、
前記マンドレルは、前記先端側の端部に形成され且つ前記第１内径に対応する外径である第５外径を有する円柱状の部分である小外径部と、前記基端側に形成され且つ前記第２内径に対応する外径である第６外径を有する円柱状の部分である大外径部と、前記小外径部と前記大外径部との間に形成され且つ前記小外径部側から前記大外径部側へと近付くにつれて前記第５外径から前記第６外径へと外径が増大する部分である外径増大部と、を含み、
前記スリーブは、前記先端側の端部に形成され且つ前記第２外径に等しい第７外径、前記第２内径に等しい第５内径及び前記第２肉厚に等しい第５肉厚を有する円筒状の部分である押圧部を含み、
前記ダイス孔は、前記基端側に形成され且つ前記第２外径に対応する内径である第６内径を有する部分である大内径部と、前記先端側に形成され且つ前記第１外径に対応する内径である第７内径を有する部分である小内径部と、前記大内径部と前記小内径部との間に形成され且つ前記第６内径よりも大きい外径である第８外径を有する部分であるフランジ形成部と、を含み、
前記ダイス孔の前記小内径部に前記中空素材を挿入し前記ダイス孔の前記先端側の端部に設けられたストッパに前記中空素材の前記先端側の端部を当接させて前記ダイス孔の内部における所定の位置に前記中空素材を固定すると共に、前記マンドレルの前記小外径部を前記中空素材の前記基端側から前記中空素材の内部空間に挿入する第１工程と、
前記マンドレルを前記中空素材の前記内部空間に更に挿入して前記マンドレルの前記大外径部を前記中空素材の前記内部空間に押し込むことにより、前記中空素材の前記基端側の端部を含む部分である基端部の内径を前記第１内径から前記第２内径へと拡径させると共に、前記中空素材の前記基端部の外径を前記第１外径から前記第２外径へと拡径させる第２工程と、
前記中空素材の前記基端側の端部を前記スリーブの前記押圧部によって前記先端側に向かって押圧することにより、前記ダイス孔の前記フランジ形成部の内周面と前記中空素材の外周面との間の空間であるキャビティに向かって前記中空素材を構成する材料の一部を塑性流動させる側方押出を実行する第３工程と、
を含む、
フランジ部を有する中空部材の形成方法。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
請求項１に記載されたフランジ部を有する中空部材の形成方法であって、
前記中空素材は、前記先端部に中実の円柱状の部分である中実部を有する有底円筒状の部材であり、
前記中空部材は、前記未加工部の前記先端部に前記中実部を含む、
フランジ部を有する中空部材の形成方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたフランジ部を有する中空部材の形成方法であって、
前記第１肉厚と前記第２肉厚とが等しい、
フランジ部を有する中空部材の形成方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載されたフランジ部を有する中空部材の形成方法であって、
前記第１外径に対する前記第２外径の百分率として定義される拡径率が３０％以下である、
フランジ部を有する中空部材の形成方法。
【請求項５】
請求項３に記載されたフランジ部を有する中空部材の形成方法であって、
前記第１外径に対する前記第２外径の百分率として定義される拡径率が３０％以下である、
フランジ部を有する中空部材の形成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ部を有する中空部材の形成方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
当該技術分野においては、ダイスに設けられた型孔の内部において中空又は中実の棒状素材を軸方向に圧縮すると共に型孔の内周面に開口する空洞（キャビティ）内へ棒状素材を構成する材料を流動させて、棒状素材の中間部の外周面に膨出部（フランジ部）を一体的に形成する、側方押出技術が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１（特許第５１５７９５７号公報）には、中空又は中実の軸部の外周面から放射状に延在する複数の突出部（フランジ部）を一体的に形成する技術が開示されている。当該従来技術においては、例えば図１１に示すように、軸部成形用キャビティ３１の内部に中空素材００を嵌挿し、素材００の内部に押圧パンチ２４を挿入して扱く（内径を若干拡径する）と共にリングパンチ２３によって素材００の後端を押圧して軸部成形用キャビティ３１の奥へと更に押し込み、カウンターとしての押し出しパンチ２５によって素材００の前端を受けて素材００に軸方向の圧縮をかける。これにより、軸部成形用キャビティ３１の内周面に開口する突出部成形用キャビティ３２の内部へと素材００を構成する材料の一部を誘導する。その結果、図１２に示すように、中空状の軸部１１と軸部１１の外周面から径方向外方に延びる複数の突出部１２とを有する外輪部材（突出部付き軸状部材）１０が冷間側方押出し成形によって一体的に成形される。このような従来技術は軸押しにより素材を構成する材料（肉）をキャビティ内へと強制的に流動させてフランジ部を形成する一般的な技術である。
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術に係る工法においては、図１３の（ａ）に例示するように、キャビティ３２の軸方向における両側の部分の素材００の肉が軸方向から径方向における外向きへと方向変換してキャビティ３２の内部へと流入する。この際、図１３の（ｂ）に例示するように、当該方向変換の箇所においてキャビティ３２の奥側（径方向における外側）へと素材００の肉が引っ張られて、所謂「折れ込み」という共通的な問題が発生してしまう（太い破線によって囲まれた部分を参照。）。この「折れ込み」の存在は、製品（特に、例えばシャフト等、高強度を必要とする回転部品）として使用される場合において応力集中による力学的不具合を惹起する虞がある。従って、フランジ部が形成された製品において折れ込みが存在しないことが好ましい。
【０００５】
本出願人は、特許文献２（特開２０２３－９２４２０号公報）において、折れ込みを発生させること無くフランジ部を筒状体に一体的に形成する技術を既に提唱している。当該技術においては、例えば図１４に示すように、外型を構成する第１外型３１と第２外型３２との間にフランジ部素２２を挟持することにより外型の内部に固定された環状素材２０にマンドレル４０を挿通して扱き加工を含む塑性加工を施す。これにより、円筒部１１と円筒部の端部に形成されたフランジ部１２とフランジ部の内周縁部から円筒部とは反対側に向かって突出する環状凸部１３とを有し且つ内周面が面一となるように形成された筒状の部材である筒状体１０が一体的に成形される。しかしながら、当該技術は、側方押出によって中空素材の中間部の外周面（即ち、中空管の途中）にフランジ部を一体的に形成する技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５１５７９５７号公報
特開２０２３－９２４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、当該技術分野においては、折れ込みの発生を低減しつつ、側方押出によって中空素材の中間部の外周面にフランジ部を一体的に形成する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、中空素材をダイス孔にセットし、マンドレルを中空素材に挿入して中空素材の基端部の内径及び外径を拡大させた後に、スリーブによって中空素材を軸方向において押圧してダイス孔の内周面に開口する環状のキャビティ内へと中空素材を構成する材料を塑性流動させる側方押出を実行することにより上記課題を解決することができることを見出した。
【０００９】
具体的には、本発明に係るフランジ部を有する中空部材の形成方法（以降、「本発明方法」と称呼される場合がある。）は、マンドレルと、スリーブと、ダイスと、駆動機構とを備える押出成形装置を用いて、フランジ部を有する中空部材を形成する方法である。マンドレルは、所定の形状を有する柱状の芯金である。スリーブは、マンドレルに対して同軸状に配設された円筒状の部材である。ダイスには、所定の形状を有する孔であるダイス孔が形成されている。駆動機構は、マンドレル及びスリーブとダイスとを軸方向において相互に近付けるように駆動する。
【００１０】
本発明方法は、上記のような押出成形装置を用いて、マンドレルを中空素材に挿入すると共にスリーブによって中空素材を押圧してダイス孔に中空素材を押し込むことにより、中空素材の軸方向における両端の間の所定の位置に側方押出によってフランジ部を一体的に形成する。
（【００１１】以降は省略されています）

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