特許 5718078 閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5718078

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/06 20060101AFI20150423BHJP

   B21J 13/02 20060101ALI20150423BHJP

   B21K 1/14 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   B21J5/06 E

   B21J13/02 N

   B21K1/14 Z

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2011-22292(P2011-22292)

(22)【出願日】2011年2月4日

(65)【公開番号】特開2012-161804(P2012-161804A)

(43)【公開日】2012年8月30日

【審査請求日】2014年1月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】593146017

【氏名又は名称】光精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147625

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 高志

(72)【発明者】

【氏名】西村 憲一

(72)【発明者】

【氏名】北岡 剛

(72)【発明者】

【氏名】岩田 隆

【審査官】 間中 耕治

(56)【参考文献】

【文献】 特表平０５−５０４３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５２−０３０１３５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実開平０３−０８５１４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−１９９０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２７４４４２６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１１５０２４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｊ ５／０６

Ｂ２１Ｊ １３／０２

Ｂ２１Ｋ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の軸部が放射状に形成される放射状軸部品を閉塞鍛造する閉塞鍛造装置であって、
前記軸部の形状をなすキャビティを有し金属素材を囲むようにこのキャビティの開口部を当該金属素材に向けて放射状に配置可能な複数の横型と、
前記金属素材を加圧可能に対向する一対のパンチと、
前記パンチの一方が貫通可能なパンチ穴、このパンチ穴を中心に前記複数の横型を放射状に位置決め可能に前記複数の横型に対応する複数の横型ホルダ、および、これらの複数の横型ホルダのうち周方向に隣接する横型ホルダの双方の一部を形成するとともに前記パンチ穴の外側周囲形状の一部に前記パンチ穴から離れる方向に肉厚が厚くなる逆テーパ形状を形成する仕切部を有する一方の金型と、
前記パンチの他方が貫通可能なパンチ穴を有するとともに、前記一対のパンチ、前記一方の金型および前記複数の横型によって閉塞空間を形成可能に前記一方の金型に対応して設けられる他方の金型と、
を備えることを特徴とする閉塞鍛造装置。

【請求項2】

前記複数の横型は、前記キャビティと同一軸で前記開口部に向かって縮径して先端部に当該開口部が開口する円錐台部とこの円錐台部の大径側に繋がる中空円柱部とを有し、
前記一方の金型は、前記横型ホルダが前記横型の径方向断面下半分相当に合致する下側半円凹部を有し、前記仕切部が前記下側半円凹部の立ち上がる周壁部分に相当し、
前記他方の金型は、前記一方の金型の上方に位置し、前記横型の径方向断面上半分相当に合致する上側半円凹部を有し、
前記他方の金型の前記上側半円凹部の立ち下がる周壁部分の下端が、前記一方の金型の前記仕切部の上端に当接して前記閉塞空間を形成する場合において、
前記パンチ穴を中心に前記一方の金型上で放射状に配置可能に前記複数の横型を前記パンチ穴方向に前進させ得る横型移動手段と、
前記複数の横型を反重力方向および前記パンチ穴方向に付勢する付勢手段と、を備え、
前記閉塞空間を形成する前に、前記横型移動手段は、前記横型の円錐台部の先端が前記パンチ穴に突出するまで前記横型を前記付勢手段とともに前進させ、
前記閉塞空間を形成する際に、前記他方の金型は、前記上側半円凹部が前記横型の円錐台部に当接して、前記付勢手段に抗して前記横型を重力方向に付勢することを特徴とする請求項１記載の閉塞鍛造装置。

【請求項3】

前記横型移動手段は、前記横型の移動方向軸とは異なる軸方向に移動可能な一方のカムと前記横型の移動方向軸と同じ軸方向に移動可能な他方のカムとからなり、
前記一方のカムは、所定方向に移動して前記他方のカムを、前記付勢手段とともに前記横型を前進させる方向に押した後、前進後の前記他方のカムの後方に位置し、
前記一方のカムのさらに後方には、前記一方の金型の周囲を囲む環状部材が位置することを特徴とする請求項２記載の閉塞鍛造装置。

【請求項4】

複数の軸部が放射状に形成される放射状軸部品を閉塞鍛造する閉塞鍛造方法であって、
対向する一対のパンチと、前記軸部の形状をなすキャビティを有する複数の横型と、パンチ穴を中心に前記複数の横型を放射状に位置決め可能に前記複数の横型に対応する複数の横型ホルダおよびこれらの複数の横型ホルダのうち周方向に隣接する横型ホルダの双方の一部を形成するとともに前記パンチ穴の外側周囲形状の一部に前記パンチ穴から離れる方向に肉厚が厚くなる逆テーパ形状を形成する仕切部を有する一方の金型と、パンチ穴を有するとともに前記一方の金型に対応して設けられる他方の金型と、によって閉塞空間を区画形成し、
前記閉塞空間内の金属素材を前記一対のパンチで加圧することで前記キャビティと前記パンチ穴の外側周囲に前記金属素材を押し出して前記放射状軸部品を鍛造することを特徴とする閉塞鍛造方法。

【請求項5】

前記複数の軸部の付け根に繋がる前記放射状軸部品の本体部は、前記一対のパンチ、前記一方の金型および前記他方の金型により成形され、
前記複数の軸部は、前記複数の横型により成形され、
前記本体部の側壁部には、前記一方の金型と前記他方の金型との合わせ面によるバリが形成されており、前記複数の軸部には、前記バリが形成されていないことを特徴とする請求項４記載の閉塞鍛造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の軸部が放射状に形成される放射状軸部品を閉塞鍛造する閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

複数の軸部が放射状に形成される放射状軸部品を閉塞鍛造する閉塞鍛造装置として、例えば、下記特許文献１に開示される「金型機構及び製造方法並びに多方向軸部品」がある。この文献に開示される技術では、筒穴状の軸形成孔を形成した金型（横型）を軸部の数だけ設けるとともに型締め時に軸形成孔以外に開いた部位ができないようにこれらの金型で金属素材の周囲を囲むように配置して均等な閉塞力で型締めをする。

【0003】

これにより、型締めされた金属素材を上下からパンチで加圧しても、これらの金型は金属素材が流入する軸形成孔以外は閉塞されているので、軸部においてはバリの発生がなく、また軸部断面の真円度を高くできるため、鍛造後の後処理を省略可能にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１４９１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に開示される技術によると、金属素材の成形は、複数の金型と上下のパンチで行われることから、上下方向については上下のパンチで加圧可能な範囲でしか形状を規定することができない。即ち、当該技術による複数の金型は、軸形成孔により軸部を成形するためその軸方向を型締方向にせざるを得ない。そのため、軸部の付け根部分の上下方向に位置するパンチ面の外側周囲に当該金型により凹凸状を形成する場合には、型抜きが可能な形状に限られて複雑な形状や型抜き方向に向かって拡径する、いわゆる逆テーパ等を成形し難いという問題がある。

【0006】

また、上記特許文献１の技術によると、型締め時に複数の金型で素材の周囲を隙間なく囲むとともに均等な閉塞力で型締めをする必要から、これらの金型には金型同士を面接触させ得る分割テーパ部が設けられている。そのため、複数の金型のいずれかの分割テーパ部に歪みやずれが生じた場合には、歪み等のない他の金型の位置ずれをも招いてしまうことから、成形後の多方向軸部品の軸ずれに直結した品質低下の原因になり得るという問題がある。

【0007】

さらに、上記特許文献１の技術によると、複数の金型の型締機構として、プレス装置のメインラムとベッドによる上下方向の加圧力を型締方向（横方向）に変換し得るカムを採用している。そのため、上下のパンチで加圧された素材は、金型の軸形成孔に流入する際に型締方向と反対の離型方向に押し返す力が複数の金型に作用しさらにカムを上下させるメインラムとベッドにも伝わることから、これに対抗し得る加圧力を発生可能なプレス装置を用意する必要があり設備の大型化を招くという問題がある。

【0008】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、バリの発生のない軸部を成形し得るとともに、パンチ面の外側周囲を任意の形状に成形し得る閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、放射状軸部品の品質向上し得る閉塞鍛造装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明の別の目的は、設備の大型化を抑制し得る閉塞鍛造装置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】

【0009】

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項１の技術的手段を採用する。この手段によると、一方の金型は、パンチ穴を中心に複数の横型を放射状に位置決め可能に複数の横型に対応する複数の横型ホルダ、および、これらの複数の横型ホルダのうち周方向に隣接する横型ホルダの双方の一部を形成するとともにパンチ穴の外側周囲形状の一部にパンチ穴から離れる方向に肉厚が厚くなる逆テーパ形状を形成する仕切部を有し、他方の金型は、一対のパンチ、一方の金型および複数の横型によって閉塞空間を形成可能に一方の金型に対応して設けられる。これにより、閉塞空間内の金属素材を一対のパンチで加圧すると、当該金属素材は、複数の横型のキャビティに押し出されるとともに、パンチと一方の金型（の仕切部）との間、つまりパンチ穴の外側周囲にも押し出される。このため、軸部は横型により成形され、パンチ穴の外側周囲は一方の金型により成形される。

【0010】

また、特許請求の範囲に記載された請求項２の技術的手段を採用する。この手段によると、複数の横型は、キャビティと同一軸で開口部に向かって縮径して先端部に当該開口部が開口する円錐台部とこの円錐台部の大径側に繋がる中空円柱部とを有する。また、一方の金型は、横型ホルダが横型の径方向断面下半分相当に合致する下側半円凹部を有し、仕切部が下側半円凹部の立ち上がる周壁部分に相当する。さらに、他方の金型は、一方の金型の上方に位置し、横型の径方向断面上半分相当に合致する上側半円凹部を有し、他方の金型の上側半円凹部の立ち下がる周壁部分の下端が、一方の金型の仕切部の上端に当接して閉塞空間を形成する。これにより、横型は円錐台と円柱とを繋げた外径をなす一方で、横型ホルダは横型の径方向断面下半分相当に合致する下側半円凹部を有するので、一方の金型の横型ホルダに当該横型を載置することで、パンチ穴を中心とした放射状に複数の横型を容易に位置決めすることができる。またこの位置決めは、複数の横型同士が相互に影響することなく、独立して一方の金型の横型ホルダにより位置決めされ、さらに他方の金型には、横型の径方向断面上半分相当に合致する上側半円凹部を有するので、他方の金型の上側半円凹部によっても、位置合わせが行われるため、パンチ穴を中心とした放射状の位置決めを確実にすることができる。

【0011】

また、この手段において、パンチ穴を中心に一方の金型上で放射状に配置可能に複数の横型をパンチ穴方向に前進させ得る横型移動手段と、複数の横型を反重力方向およびパンチ穴方向に付勢する付勢手段と、を備える。そして、閉塞空間を形成する前に、横型移動手段は、横型の円錐台部の先端がパンチ穴に突出するまで横型を付勢手段とともに前進させ、閉塞空間を形成する際に、他方の金型は、上側半円凹部が横型の円錐台部に当接して、付勢手段に抗して横型を重力方向に付勢する。これにより、複数の横型は、閉塞空間を形成する前（一方の金型と他方の金型とを当接させる前）においては、円錐台部の先端がパンチ穴に突出するまで前進した位置で付勢手段によって反重力方向およびパンチ穴方向に付勢、つまり一方の金型方向およびパンチ穴方向に向けて横型ホルダから浮いた状態を維持し、閉塞空間を形成する際（一方の金型と他方の金型とを当接させる際）においては、他方の金型の上側半円凹部が横型の円錐台部に当接して、付勢手段に抗して横型を重力方向に付勢する。このため、横型の円錐台部が一方の金型の下側半円凹部に当接することで、当該横型は、円錐台の斜面に沿って下側半円凹部の拡径方向、つまり付勢手段の付勢力に抗した反パンチ穴方向に移動するので、一方の金型と他方の金型とが当接して閉塞空間を形成する際に、横型に加わり得る反パンチ穴方向に働く力を付勢手段の付勢力による緩衝作用によって緩和することが可能となり、横型の破損を防止することができる。また、一方の金型と他方の金型とが当接して閉塞空間を形成する前においては、横型は横型ホルダから浮いた状態を維持することから、横型ホルダ上で『遊び』をつくることが可能となり、一方の型と他方の型との協働による横型の位置決めが容易になる。

【0012】

また、特許請求の範囲に記載された請求項３の技術的手段を採用する。この手段によると、横型移動手段は、横型の移動方向軸とは異なる軸方向に移動可能な一方のカムと横型の移動方向軸と同じ軸方向に移動可能な他方のカムとからなり、一方のカムは、所定方向に移動して他方のカムを、付勢手段とともに横型を前進させる方向に押した後、前進後の他方のカムの後方に位置し、一方のカムのさらに後方には、一方の金型の周囲を囲む環状部材が位置する。これにより、前進後の横型は、後退方向に移動をしようとしても、その方向には移動方向軸が異なる一方のカムが位置するので、当該横型の後退を阻止することができる。そして、さらに一方のカムの後方に一方の金型の周囲を囲む環状部材が位置するため、一方の金型と他方の金型とが当接して閉塞空間を形成する際や一対のパンチによって金属素材を閉塞空間内に押し出す際に、横型のキャビティ内で反パンチ穴方向に作用する力が加わっても、このような一方のカムや環状部材により対抗することが可能となる。

【0013】

また、特許請求の範囲に記載された請求項４の技術的手段を採用する。この手段によると、対向する一対のパンチと、軸部の形状をなすキャビティを有する複数の横型と、パンチ穴を中心に複数の横型を放射状に位置決め可能に複数の横型に対応する複数の横型ホルダおよびこれらの複数の横型ホルダのうち周方向に隣接する横型ホルダの双方の一部を形成するとともにパンチ穴の外側周囲形状の一部を形成する仕切部を有する一方の金型と、パンチ穴を有するとともに一方の金型に対応して設けられる他方の金型と、によって閉塞空間を区画形成し、閉塞空間内の金属素材を一対のパンチで加圧することでキャビティとパンチ穴の外側周囲に金属素材を押し出して放射状軸部品を鍛造する。これにより、軸部は横型により成形され、パンチ穴の外側周囲は一方の金型により成形される。
さらに、特許請求の範囲に記載された請求項５の技術的手段を採用する。この手段によると、複数の軸部の付け根に繋がる前記放射状軸部品の本体部は、一対のパンチ、一方の金型および他方の金型により成形され、複数の軸部は、複数の横型により成形され、本体部の側壁部には、一方の金型と他方の金型との合わせ面によるバリが形成されており、数の軸部には、バリが形成されていない。

【発明の効果】

【0014】

請求項１の発明では、閉塞空間内の金属素材を一対のパンチで加圧すると、当該金属素材は、複数の横型のキャビティに押し出されるとともに、パンチと一方の金型（の仕切部）との間、つまりパンチ穴の外側周囲にも押し出される。このため、軸部は横型により成形され、パンチ穴の外側周囲は一方の金型により成形される。そして、外側周囲形状の一部においては、パンチ穴から離れる方向に肉厚が厚くなる。したがって、軸部においてはバリの発生がなく、パンチ面の外側周囲は、型抜き方向に向かって拡径する、いわゆる逆テーパに成形することができる。

【0015】

請求項２の発明では、横型は円錐台と円柱とを繋げた外径をなす一方で、横型ホルダは横型の径方向断面下半分相当に合致する下側半円凹部を有するので、一方の金型の横型ホルダに当該横型を載置することで、パンチ穴を中心とした放射状に複数の横型を容易に位置決めすることができる。またこの位置決めは、複数の横型同士が相互に影響することなく、独立して一方の金型の横型ホルダにより位置決めされ、さらに他方の金型には、横型の径方向断面上半分相当に合致する上側半円凹部を有するので、他方の金型の上側半円凹部によっても、位置合わせが行われるため、パンチ穴を中心とした放射状の位置決めを確実にすることができる。したがって、放射状軸部品の品質向上することができる。

【0016】

また、請求項２の発明では、複数の横型は、閉塞空間を形成する前（一方の金型と他方の金型とを当接させる前）においては、円錐台部の先端がパンチ穴に突出するまで前進した位置で付勢手段によって反重力方向およびパンチ穴方向に付勢、つまり一方の金型方向およびパンチ穴方向に向けて横型ホルダから浮いた状態を維持し、閉塞空間を形成する際（一方の金型と他方の金型とを当接させる際）においては、他方の金型の上側半円凹部が横型の円錐台部に当接して、付勢手段に抗して横型を重力方向に付勢する。このため、横型の円錐台部が一方の金型の下側半円凹部に当接することで、当該横型は、円錐台の斜面に沿って下側半円凹部の拡径方向、つまり付勢手段の付勢力に抗した反パンチ穴方向に移動するので、一方の金型と他方の金型とが当接して閉塞空間を形成する際に、横型に加わり得る反パンチ穴方向に働く力を付勢手段の付勢力による緩衝作用によって緩和することが可能となり、横型の破損を防止することができる。また、一方の金型と他方の金型とが当接して閉塞空間を形成する前においては、横型は横型ホルダから浮いた状態を維持することから、横型ホルダ上で『遊び』をつくることが可能となり、一方の型と他方の型との協働による横型の位置決めが容易になる。したがって、放射状軸部品の品質を一層向上することができる。

【0017】

請求項３の発明では、前進後の横型は、後退方向に移動をしようとしても、その方向には移動方向軸が異なる一方のカムが位置するので、当該横型の後退を阻止することができる。そして、さらに一方のカムの後方に一方の金型の周囲を囲む環状部材が位置するため、一方の金型と他方の金型とが当接して閉塞空間を形成する際や一対のパンチによって金属素材を閉塞空間内に押し出す際に、横型のキャビティ内で反パンチ穴方向に作用する力が加わっても、このような一方のカムや環状部材により対抗することが可能となる。したがって、一方のカムや環状部材が設けられていない場合に比べ、反パンチ穴方向の力に抗して横型の後退を阻止するために必要となる抗力を小さくできるので、当該抗力を発生させる加圧装置の小型化が可能になり、設備の大型化を抑制することができる。

【0018】

請求項４の発明では、軸部は横型により成形され、パンチ穴の外側周囲は一方の金型により成形される。そして、外側周囲形状の一部においては、パンチ穴から離れる方向に肉厚が厚くなる。したがって、軸部においてはバリの発生がなく、パンチ面の外側周囲は、型抜き方向に向かって拡径する、いわゆる逆テーパに成形することができる。
また、請求項５の発明で製造された放射状軸部品には、その本体部の側壁部にバリ（分割線やパーティングラインともいう）が形成される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る閉塞鍛造装置の構成例を示す説明図で、図１(A)は閉塞鍛造装置の縦断面（図１(B)に示す一点鎖線１Ａによる断面）、図１(B)は図１(A)に示す一点鎖線１Ｂによる横断面、をそれぞれ示すものである。

【図2】本実施形態の閉塞鍛造装置を構成する下型ダイ（または上型ダイ）のほぼ中央を含む一部および横型ダイの構成を示す説明図で、図２(A)は下型ダイの部分平面（または上型ダイの部分底面）、図２(B)は図２(A)に示す２Ｂ方向矢視、図２(C)は図２(A)に示す一点鎖線２Ｃによる縦断面、図２(D)は横型ダイの正面、図２(E)は横型ダイの側面、図２(F)は横型ダイの底面、図２(G)は図２(D)に示す一点鎖線２Ｇによる断面、図２(H)は図２(A)に示す一点鎖線２Ｃによる断面において横型装置を組み合わせた状態、をそれぞれ示すものである。

【図3】本実施形態の閉塞鍛造装置により鍛造されるワークの構成を示す説明図で、図３(A)は平面、図３(B)は図３(A)に示す一点鎖線３Ｂによる断面、図３(C)は図３(A)に示す一点鎖線３Ｃによる断面、図３(D)は図３(A)に示す３Ｄ線方向矢視、図３(E)は図３(A)に示す３Ｅ線方向矢視、をそれぞれ示すものである。

【図4】本実施形態の閉塞鍛造装置による衝撃緩衝機能を説明する説明図で、図４(A)は上型ダイが加圧前の下降直前にある状態、図４(B)は上型ダイが下型ダイに当接した状態、図４(C)は上型ダイが下死点にありインサートパンチおよびノックアウトパンチによって加圧された状態、をそれぞれ示すものである。

【図5】図４における拡大部分を示す説明図で、図５(A)は図４(A)に示す一点鎖線αの範囲内、図５(B)は図４(A)に示す一点鎖線βの範囲内、図５(C)は図４(A)に示す一点鎖線γの範囲内、をそれぞれ拡大して表したものである。

【図6】本実施形態の閉塞鍛造工程における閉塞鍛造装置の一連動作を示す説明図で、図６(A)は素材を投入する前の状態、図６(B)は素材を投入した後、上型ダイの下降によって上縦カムにより横型ダイが前進する直前の状態、図６(C)は横型ダイの前進が完了した状態、をそれぞれ示すものである。

【図7】図６(C)に示す説明図の続きで、図７(D)は上型ダイのさらなる下降によって上縦カムによるバックアップが完了した状態、図７(E)はインサートパンチおよびノックアウトパンチによって素材が加圧されて閉塞空間内に押し出された状態、図７(F)は上型ダイおよび下型ダイが基準位置まで上昇した状態、をそれぞれ示すものである。

【図8】図７(F)に示す説明図の続きで、図８(G)は上型ダイが上昇して下型ダイから離型した状態、図８(H)は横型ダイが後退して下型ダイから離型した状態、図８(I)は鍛造後のワークをノックアウトパンチが蹴り出す状態、をそれぞれ示すものである。

【図9】図６(A)〜図８(H)に示す閉塞鍛造工程１サイクル中における各部のストローク位置を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法の実施形態を図に基づいて説明する。なおここでは、複数の軸部が放射状に形成される放射状軸部品の一例として、ユニバーサルジョイント（自在継手）用のスパイダを挙げて説明する。

【0021】

<<閉塞鍛造装置の構成>>
まず、本実施形態に係る閉塞鍛造装置１０の構成概要を図１を参照して説明する。なお、図１(A)には、閉塞鍛造装置１０の縦断面（図１(B)に示す一点鎖線１Ａによる断面）、図１(B)には、図１(A)に示す一点鎖線１Ｂによる横断面、がそれぞれ図示されている。

【0022】

図１に示すように、閉塞鍛造装置１０は、型締めされた閉塞空間Ｓ内の素材Ｍを上下からほぼ同じ速度および圧力で加圧してワーク１００を押出し成形する同期閉塞方式を採用するもので、主に、ラム１１、ベッド１２、上型ダイベース１５、下型ダイベース１６、ダイリング２１，２２、上型ダイ２３、下型ダイ２４、インサートパンチ３１、ノックアウトパンチ３２、横型装置５０、カム機構等から構成されている。

【0023】

なお、素材Ｍとしては、円柱や角柱等の柱状に成形されたクロム鋼(ＳＣｒ４１５，ＳＣｒ４２０)やクロムモリブデン鋼(ＳＣＭ４１５，ＳＣＭ４２０)等のクロム系の鋼材が例示されるが、塑性変形可能な材料であれば他の金属やその他の非金属材料であっても良い。

【0024】

ラム１１およびベッド１２は、一般のプレス装置と同様に、図略のフレームに固定された下方（重力方向）のベッド１２に対して、その上方（反重力方向）からラム１１が上下動可能に構成されている。ラム１１は「スライダ」とも称される。

【0025】

ラム１１には、上型ダイベース１５を所定ストローク（所定距離）間で上下動可能に保持するフランジ状のガイド１３が形成されており、ベッド１２にも下型ダイベース１６を同様に上下動可能に保持するガイド１４が形成されている。

【0026】

上型ダイベース１５は、円盤形状をなす厚肉の板状部材で、ラム１１の下方で所定ストローク（所定距離）間を移動可能に、ロッド１７を介し図略の上主シリンダに取り付けられている。同様に、下型ダイベース１６も、円盤形状をなす厚肉の板状部材で、ベッド１２の上方で所定ストローク（所定距離）間を移動可能に、ロッド１８を介し図略の下主シリンダに取り付けられている。

【0027】

即ち、上型ダイベース１５および下型ダイベース１６の一端面側外周に形成された環状凸部に、前述したガイド１３，１４のフランジが係止されることで、上型ダイベース１５はラム１１の下方で、また下型ダイベース１６はベッド１２の上方で、それぞれ所定距離間を上下移動可能にしている。

【0028】

なお、上型ダイベース１５には、後述するインサートパンチ３１およびカム付きフランジ５７を貫通可能にする穴が形成されている。また、下型ダイベース１６には、ノックアウトパンチ３２、上縦カム４１およびカム付きフランジ５７を貫通可能にする穴が形成されている。

【0029】

ダイリング２１は、上型ダイ２３を上型ダイベース１５に固定するための環状部材で、上型ダイ２３の周囲を囲むように位置している。同様に、ダイリング２２は、下型ダイ２４を下型ダイベース１６に固定するための環状部材で、下型ダイ２４の周囲を囲むように位置している（図１(B)参照）。なお、ダイリング２１，２２にも、上縦カム４１やカム付きフランジ５７の貫通を可能にする矩形状の切欠部２２ａが形成されている。

【0030】

本実施形態の場合、ダイリング２１，２２に形成される環状凹部（または環状凸部）に、上型ダイ２３や下型ダイ２４に形成される環状凸部（または環状凹部）が掛止されることによって、ダイリング２１，２２が六角穴付きボルト１９により上型ダイベース１５や下型ダイベース１６にネジ締結されると、上型ダイ２３や下型ダイ２４も上型ダイベース１５や下型ダイベース１６に共締めされるように構成されている。

【0031】

上型ダイ２３および下型ダイ２４は、インサートパンチ３１、ノックアウトパンチ３２および横型ダイ５１とともに閉塞空間Ｓを区画形成し得る金型で、上述したように、上型ダイ２３はダイリング２１を介して上型ダイベース１５に、また下型ダイ２４はダイリング２２を介して下型ダイベース１６に、それぞれ固定されている。これらの構成は、図２を参照して後述する。

【0032】

インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２は、上型ダイ２３、下型ダイ２４および横型ダイ５１とともに閉塞空間Ｓを区画形成し、かつ、素材Ｍを上下から加圧して閉塞空間Ｓ内の隙間に押し出しながら、ワーク１００のパンチ範囲（図１(B)に示すクロスハッチングの範囲）Ｐを成型し得る機能を有する棒状部材である。

【0033】

ノックアウトパンチ３２の上方に位置するインサートパンチ３１は、上型ダイ２３に形成されるパンチ穴２３ａを貫通する軸部と、この軸部よりも大径に形成される後端大径部とからなり、この後端大径部の外径はパンチ穴２３ａの内径よりも大径に形成され、また軸部の軸長は上型ダイ２３の厚さよりも大きく設定されている。さらに、上型ダイベース１５にも、インサートパンチ３１の後端大径部の貫通を可能にするパンチ穴が形成され、その上方には、ラム１１の下降とともにインサートパンチ３１の後端を加圧可能なパンチピン３３が所定間隔を隔てて位置している（図６参照）。

【0034】

このように構成することで、インサートパンチ３１の軸部がパンチ穴２３ａに挿入されて後端大径部がパンチ穴２３ａの周縁部に引っかかると、インサートパンチ３１は上型ダイ２３にぶら下がった状態を維持して、インサートパンチ３１の先端が上型ダイ２３から突出する。このため、インサートパンチ３１は、その先端が素材Ｍ等に接触して上方に向く力が加わると、押し上げられて後端がパンチピン３３に当接するまでパンチ穴２３ａ内に引っ込むような動きをする。

【0035】

一方、インサートパンチ３１の下方に位置するノックアウトパンチ３２も、外観形状はインサートパンチ３１とほぼ同様に構成されており、下型ダイ２４に形成されるパンチ穴２４ａを貫通する軸部と、この軸部よりも大径で外径がパンチ穴２４ａの内径よりも大径に形成される後端大径部とからなるが、このノックアウトパンチ３２の後端は、下型ダイ２４や下型ダイベース１６とは独立して上下するパンチピン３４に当接した状態を維持している。なお、下型ダイベース１６には、ノックアウトパンチ３２の後端大径部の貫通を可能にするパンチ穴が形成されている。

【0036】

即ち、ノックアウトパンチ３２の軸部が下型ダイ２４の下方からパンチ穴２４ａに挿入されても、軸部よりも大径の後端大径部が下方に位置することから、ノックアウトパンチ３２は重力方向（下方）に抜け落ち得る。このため、ノックアウトパンチ３２が抜けることなく先端が下型ダイ２４のパンチ穴２４ａ内の所定深さ位置を維持するように、ノックアウトパンチ３２の後端をパンチピン３４が下方から支持している。これにより、パンチピン３４の上下動に合わせてノックアウトパンチ３２も上下し、パンチ穴２４ａの周縁部に後端大径部が引っかかる位置がノックアウトパンチ３２の先端突出限界となる。

【0037】

横型装置５０は、後に詳述する横型ダイ５１を含む金型装置で、ワーク１００に放射状に形成される軸部の数だけ設けられる。本実施形態の場合、ワーク１００はスパイダで、後述するようにその周囲に９０度間隔で４箇所に軸部を形成する必要がある。このため、本実施形態では、図１(B)に示すように、当該横型装置５０を４セット設けている。

【0038】

<<横型ダイの構成>>
ここで、横型装置５０の全体構成を説明する前に、横型ダイ５１の構成を図２(D)から図２(F)等を参照して説明する。なお、図２(D)には横型ダイ５１の正面、図２(E)には横型ダイ５１の側面、図２(F)には横型ダイ５１の底面、図２(G)には図２(D)に示す一点鎖線２Ｇによる横型ダイ５１の断面、がそれぞれ図示されている。

【0039】

図２(D)等に示すように、横型ダイ５１は、上型ダイ２３、下型ダイ２４、インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２とともに閉塞空間Ｓを区画形成し得る金型で、インサートパンチ３１とノックアウトパンチ３２とにより上下から加圧された素材Ｍが押し出されて充填され得るキャビティ５２を形成している。このキャビティ５２の径方向断面形状は真円近似をなしている。

【0040】

このため、横型ダイ５１は、キャビティ５２と同一軸で開口部５２ａに向かって縮径して先端部に当該開口部５２ａが開口する円錐台部５１ａと、この円錐台部５１ａの大径側に繋がる中空円柱部５１ｂと、中空円柱部５１ｂの端部に形成されるフランジ部５１ｃと、から構成されており、キャビティ５２内にはワーク１００の軸部に軸穴用のガイド穴を形成可能な軸穴ピン５３を、キャビティ５２と同軸状に収容している。

【0041】

これにより、インサートパンチ３１とノックアウトパンチ３２により上下から加圧されると、押し出された素材Ｍが横型ダイ５１のキャビティ５２に充填されて径方向断面形状が真円近似をなす軸部を備えたワーク１００が成形される。つまり、この軸部においてはバリが発生しない。

【0042】

即ち、このような横型ダイ５１を用いることなく、上下方向に二分割した上下の金型によってワーク１００の軸部を成形した場合には、上型と下型との合わせ面にできる隙間によりバリ（分割線やパーティングラインともいう）が発生するため、このバリを除去する後工程が必要になるが、本実施形態では円錐台部５１ａと中空円柱部５１ｂとによるキャビティ５２でワーク１００の軸部を成形するので、軸部においてはそのようなバリができることはなく、バリを除去する後工程を省略することが可能となる［効果１］。

【0043】

<<上型ダイ・下型ダイの構成>>
ここで、図２(A)〜図２(C)等に、下型ダイ２４の中央部分を含む構成の一部が図示されているので、横型ダイ５１に対する上型ダイ２３および下型ダイ２４の構成を説明する。なお、図２(A)には下型ダイ２４の部分平面（または上型ダイ２３の部分底面）、図２(B)には図２(A)に示す２Ｂ方向矢視、図２(C)には図２(A)に示す一点鎖線２Ｃによる縦断面、がそれぞれ図示されている。また図２(H)には、図２(A)に示す一点鎖線２Ｃによる下型ダイ２４の断面において横型装置５０を組み合わせた状態が図示されている。

【0044】

上型ダイ２３および下型ダイ２４は、前述したように、インサートパンチ３１、ノックアウトパンチ３２および横型ダイ５１とともに閉塞空間Ｓを区画形成し得る金型である。そのため、インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２によって加圧された素材Ｍがパンチ範囲Ｐの周囲と横型ダイ５１とに押し出されて、予定した形状に成形され得るように、上型ダイ２３および下型ダイ２４は構成される。なお、下型ダイ２４の上下関係を逆転させたものが上型ダイ２３の構成に相当するため、ここでは図２(A)等に基づいて下型ダイ２４の構成を説明し、上型ダイ２３の構成の説明は省略する。

【0045】

図２(A)に示すように、下型ダイ２４のほぼ中央には、ノックアウトパンチ３２が貫通し得るパンチ穴２４ａが形成されており、このパンチ穴２４ａを中心に９０度間隔で４つの横型ダイ５１を載置可能に４箇所にホルダ凹部２６が形成されている。

【0046】

ホルダ凹部２６は、円錐凹部２６ａ、円柱凹部２６ｂおよびガイド凹部２６ｃの３つ部分に分かれて構成されており、このうちの円錐凹部２６ａおよび円柱凹部２６ｂは、前述した横型ダイ５１の円錐台部５１ａと中空円柱部５１ｂとにそれぞれ対応している。またガイド凹部２６ｃは、横型装置５０の円筒部５５に対応している。

【0047】

即ち、図２(H)に示すように、横型ダイ５１の円錐台部５１ａの下半円形状（径方向断面下半分）に合致し得るようにホルダ凹部２６の円錐凹部２６ａが形成され、また横型ダイ５１の中空円柱部５１ｂの下半円形状（径方向断面下半分）に合致し得るようにホルダ凹部２６の円柱凹部２６ｂが形成されている。また、ホルダ凹部２６のガイド凹部２６ｃは、横型装置５０の横型ダイケース５４を構成する円筒部５５に対応するように、その下半円形状（径方向断面下半分）に合致し得るように形成されている。

【0048】

これにより、横型装置５０は回転体形状をなす一方で、これを受けるホルダ凹部２６はいずれも回転体形状の径方向半分（半円状）の凹部によって形成されている。このため、ホルダ凹部２６に横型装置５０を載置する際には、横型装置５０が角柱形状等の非回転体をなす場合に比べて、位置合わせを簡便にすることができる。

【0049】

また、このように下型ダイ２４においては、円錐凹部２６ａ、円柱凹部２６ｂおよびガイド凹部２６ｃから構成されるホルダ凹部２６が形成されているが、この下型ダイ２４は、単に横型ダイ５１や横型装置５０を保持する機能を有するものではなく、パンチ穴２４ａの周囲形状を成形可能な金型として機能する部位を備えている。

【0050】

即ち、図２(A)〜図２(C)に示すように、隣接するホルダ凹部２６間にはホルダ凹部２６同士の連通を防ぐ内周壁２４ｂが最頂部である上型ダイ２３との合わせ面まで立ち上がって仕切部２８を構成している。そのため、このような仕切部２８が形成されることなく隣接するホルダ凹部２６同士が繋がっている場合、ホルダ凹部２６に保持される隣接する横型ダイ５１同士が互いに接触し得ることから、一つの横型ダイ５１に形状の歪みや位置ずれが生じたときには、歪み等のない他の横型ダイ５１の位置ずれを招きそれが全ての横型ダイ５１に連鎖するおそれがあるが、本実施形態による下型ダイ２４では仕切部２８が隔壁の役割を果たすことから、そのような連鎖的な弊害を防止することが可能となる。したがって、パンチ穴２４ａを中心とした放射状の位置決めを確実にすることができるので、放射状軸部品の品質向上することができる［効果２］。

【0051】

また、パンチ穴２４ａには、図２(B)および図２(C)に示すように、半円形状をなす切欠部２４ｃが形成されており、この切欠部２４ｃと仕切部２８に連続する三角形状部２４ｄおよびこの三角形状部２４ｄに繋がる側壁部２４ｅを含むパンチ穴２４ａの外周周囲において、ワーク１００の下面形状を成形することが可能となる。

【0052】

即ち、このような下型ダイ２４を用いることなく、４つの横型ダイ５１とインサートパンチ３１とノックアウトパンチ３２とによって、ワークを形成した場合には、インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２により加圧されるパンチ範囲Ｐの周囲は、横型ダイ５１によってのみ形状が成形されることになるため、横型ダイ５１の型抜き方向に向いて拡径するような型抜きができない形状（いわゆる逆テーパ）はパンチ穴２４ａの外周周囲に形成することは困難であったが、本実施形態による下型ダイ２４を用いることによりパンチ穴２４ａの外周周囲に含まれる、切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄおよび側壁部２４ｅにおいては任意形状を下型ダイ２４によって形成することが可能となる。したがって、例えば、後述するように、ワーク１００のパンチ範囲外側周囲１１２ａや側縁部１１５において、任意形状を成形することができ逆テーパであっても成形できる［効果３］。

【0053】

なお、ここでは便宜的に、円錐台部５１ａ、中空円柱部５１ｂや横型ダイケース５４の、下半円形状（径方向断面下半分）と表現をしたが、横型ダイ５１は円柱形状をなすキャビティ５２の軸を中心とする回転体形状である。また横型ダイケース５４も後述するように円筒形状をなす。そのため、下半円形状（径方向断面下半分）と上半円形状（径方向断面上半分）とは同一で、下型ダイ２４と上型ダイ２３とは上下反転の関係にある。

【0054】

このように上型ダイ２３および下型ダイ２４を構成することによって、インサートパンチ３１、ノックアウトパンチ３２および横型ダイ５１とともに閉塞空間Ｓを区画形成し得るのであるから、本発明に係る閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法の基本的な構成による作用および効果は上述したように得られる（前記［効果１］〜［効果３］）。しかし、本実施形態においては、横型ダイ５１をそれだけで使用することなく、横型装置５０として、次に説明をするような衝撃緩和機能の発揮を可能にしている。

【0055】

<<横型装置の構成>>
即ち、図２(H)に示すように、横型装置５０は、横型ダイ５１、軸穴ピン５３、横型ダイケース５４等から構成されており、横型ダイ５１を横型ダイケース５４に収容することにより、横型ダイ５１に対して所定方向に付勢力が働き得るように構成している。

【0056】

具体的には、横型ダイケース５４は、円筒部５５、円底部５６およびコイルバネ５８，５９により構成されており、円筒部５５は、軸方向に肉厚部と薄肉部との２段構成となるようにその周壁が形成されている。そして、円筒部５５の肉厚部の内径を横型ダイ５１の中空円柱部５１ｂの外径よりも僅かに大径に設定するとともに、円筒部５５の薄肉部の内径を横型ダイ５１のフランジ部５１ｃの外径よりも僅かに大径に設定する。また、当該肉厚部は、その軸方向長さ（以下「軸長」という）を横型ダイ５１の中空円柱部５１ｂの軸長よりも短く（例えば、中空円柱部５１ｂの軸長のほぼ１／２）設定し、当該薄肉部は、その軸長を、円底部５６の厚さと横型ダイ５１のフランジ部５１ｃの厚さとの和よりも、所定長だけ大きく設定する。

【0057】

これにより、円筒部５５の薄肉側の開口から円錐台部５１ａを先頭に、横型ダイ５１を円筒部５５内に収容した後、当該開口を円底部５６により閉塞すると、横型ダイ５１は、円筒部５５の厚肉側の開口から円錐台部５１ａを突出させるとともに、円筒部５５内で径方向および軸方向のそれぞれにガタつく程度に移動することが可能となる。即ち、中空円柱部５１ｂやフランジ部５１ｃの周囲と円筒部５５の内周壁との間と隙間Ｃｖが形成され、またフランジ部５１ｃの底側と円底部５６との間に隙間Ｃｈが隙間が形成されているため、これらの隙間分だけガタつきができる。

【0058】

円底部５６には、その厚さ（軸）方向に付勢力を発するコイルバネ５８が当該軸を中心に複数個内装されており、また円筒部５５には、径方向内側に向けて付勢力を発するコイルバネ５９が所定箇所に内装されている。これにより、円筒部５５内でその径方向および軸方向にそれぞれ移動可能な横型ダイ５１は、コイルバネ５８によって円筒部５５の厚肉側の開口方向、つまり円錐台部５１ａが突出する方向に付勢され、またコイルバネ５９によって所定の径方向、つまり円錐台部５１ａが突出する方向と垂直方向に付勢される。

【0059】

このように構成される横型装置５０を、図２(H)に示すように、コイルバネ５９を下型ダイ２４側に向けて下型ダイ２４のホルダ凹部２６に載置すると、コイルバネ５８により横型ダイ５１がパンチ穴２４ａ方向に隙間Ｃｈ分だけ押し出されることから、円錐台部５１ａの先端がパンチ穴２４ａの開口に僅かに突出する（図２(H)に示す符号Ｃｒ）。また、コイルバネ５９によって横型ダイ５１が上方に隙間Ｃｖ分だけ押し上げられることから、その隙間Ｃｖ分、横型ダイ５１がホルダ凹部２６の円柱凹部２６ｂから浮き上がって隙間Ｃｓができる。これにより、下型ダイ２４のホルダ凹部２６上において、横型ダイ５１との間に『遊び』をつくることができるため、後述するように、上型ダイ２３、下型ダイ２４および横型ダイ５１による閉塞完了時における衝撃を緩和する機能（衝撃緩和機能）を発揮することが可能となる。

【0060】

<<カム機構の構成>>
ここでカム機構について説明する。本実施形態の場合、４セット設けられる横型装置５０は、これから説明するカム機構によって同期して、下型ダイ２４のホルダ凹部２６に位置するようにパンチ穴２４ａに向けて前進したり、またパンチ穴２４ａから遠ざかるように後退する。

【0061】

即ち、図１に示すように、このカム機構は、上型ダイベース１５から鉛直方向に下がる上縦カム４１と、ベッド１２から鉛直反対方向にせり上がる下縦カム４２と、横型装置５０に取り付けられるカム付きフランジ５７と、によって構成されている。

【0062】

上縦カム４１は、断面形状が矩形をなす角柱状のカムで、先端部４１ａを下方に向けてダイリング２２の切欠部２２ａの最外側を貫通し得るようにダイリング２１に固定されている。先端部４１ａは、ダイリング２１が下降すると、当該先端部４１ａに当接したカム付きフランジ５７がパンチ穴２４ａに向けて接近（前進）するように、傾斜方向が設定されたカム面が形成されている。

【0063】

下縦カム４２も、上縦カム４１と同様に、断面形状が矩形をなす角柱状のカムで、先端部４２ａを上方に向けてダイリング２２の切欠部２２ａの最内側を貫通し得るようにベッド１２の下方から上下動するロッド４３に固定されている。先端部４２ａは、ロッド４３が上昇すると、当該先端部４２ａに当接したカム付きフランジ５７がパンチ穴２４ａから離隔（後退）するように、傾斜方向が設定されたカム面が形成されている。

【0064】

カム付きフランジ５７も、上縦カム４１下縦カム４２と同様に、断面形状が矩形をなす角柱状のカムで、軸方向のほぼ中央に、横型装置５０を構成する横型ダイケース５４の円底部５６の外径よりも僅かに大径に設定される円形凹部５７ｃが形成されており、さらに両端にはカム面が形成されている。このカム付きフランジ５７の軸方向長さは、上縦カム４１の先端部４１ａと下縦カム４２の先端部４２ａとにより挟まれ得る長さに設定されており、これらに挟まれる位置関係をとった場合には、カム付きフランジ５７の両端のカム面のいずれか一方が、上縦カム４１のカム面または下縦カム４２のカム面に当接しつつ、残りの他方によって案内され得るように構成されている（図６(B)、図８(B)）。

【0065】

このうちの一方に形成される上端カム５７ａは、上縦カム４１の先端部４１ａのカム面に当接すると、このカム面の傾斜に沿って当該カム付きフランジ５７がパンチ穴２４ａに向けて接近（前進）するように、傾斜方向が設定されている。これに対し他方に形成される下端カム５７ｂは、下縦カム４２の先端部４２ａのカム面に当接すると、このカム面の傾斜に沿って当該カム付きフランジ５７がパンチ穴２４ａから離隔（後退）するように、傾斜方向が設定されている。これにより、上端カム５７ａと下端カム５７ｂとは、カム面が互いに平行になるように位置している。

【0066】

なお、横型装置５０は、上端カム５７ａを上方、下端カム５７ｂを下方に向けて当該カム付きフランジ５７を鉛直に設定した場合に、円筒部５５に内装されたコイルバネ５９が真下に位置するように、カム付きフランジ５７の円形凹部５７ｃに固定される。

【0067】

このように上縦カム４１、下縦カム４２およびカム付きフランジ５７からなるカム機構を構成し、さらに上縦カム４１および下縦カム４２の上昇や下降を所定の手順で制御することによって、カム付きフランジ５７に取り付けられた横型装置５０を前進させたり後退させることが可能となる。なお、この制御の詳細は、図６〜図９を参照して後述する。

【0068】

<<ワークの構成>>
次に、このように構成される閉塞鍛造装置１０によって閉塞鍛造されるワーク１００の構成を図３を参照して説明する。なお、図３(A)には、ワーク１００の平面、図３(B)には図３(A)に示す一点鎖線３Ｂによる断面、図３(C)には図３(A)に示す一点鎖線３Ｃによる断面、図３(D)には図３(A)に示す３Ｄ線方向矢視、図３(E)には図３(A)に示す３Ｅ線方向矢視、がそれぞれ図示されている。

【0069】

図３(A)に示すように、ワーク１００は、ユニバーサルジョイントに使用されるスパイダで本体部１１０と４つの軸部１２０とによって構成されており、これらの軸部１２０は、本体部１１０を中心に外周方向に９０度間隔で放射状、つまり十字形状をなすように形成されている。

【0070】

これらの軸部１２０の形状は、前述した横型ダイ５１のキャビティ５２によって成形され、その先端部１２１にはガイド穴１２２が形成されている。このガイド穴１２２は、閉塞鍛造装置１０による鍛造工程よりも後の工程で貫通孔を形成するドリル刃を案内する穴で、前述した横型ダイ５１の軸穴ピン５３によって成形される。

【0071】

先端部１２１とは反対側の付根部１２３には、曲線状に拡径する逆テーパが形成されており、これは横型ダイ５１のキャビティ５２の開口部５２ａの形状によって成形される。この付根部１２３は、本体部１１０の側縁部１１５に繋がるとともに、本体部１１０の上面部１１１や下面部１１３に繋がっている。

【0072】

本体部１１０の側縁部１１５の形状は、前述した下型ダイ２４の側壁部２４ｅとこれと同様に構成される上型ダイ２３の側壁部とによって成形される。そのため、この側縁部１１５においては、図３(D)に示すように、下型ダイ２４と上型ダイ２３との合わせ面によるバリ（分割線、パーティングライン）Ｌが形成される。

【0073】

これに対し、本体部１１０の下面部１１３の形状は、ノックアウトパンチ３２と下型ダイ２４とによって成形される。即ち、下面部１１３のうち、パンチ面１１４のパンチ範囲Ｐの内側、つまりパンチ範囲内側１１４ａはノックアウトパンチ３２の先端形状によって成形され、同パンチ範囲Ｐの外側、つまりパンチ範囲外側周囲１１４ｂは下型ダイ２４の三角形状部２４ｄによって成形される。

【0074】

また、本体部１１０の上面部１１１の形状は、インサートパンチ３１と上型ダイ２３とによって成形されるが、上型ダイ２３は下型ダイ２４と同様に形成されることから、上面部１１１のうち、パンチ面１１２のパンチ範囲Ｐの内側、つまりパンチ範囲内側１１２ａはインサートパンチ３１の先端形状によって成形され、同パンチ範囲Ｐの外側、つまりパンチ範囲外側周囲１１２ｂは上型ダイ２３の三角形状部（下型ダイ２４の三角形状部２４ｄに相当）によって成形される。

【0075】

このように成形されるワーク１００はユニバーサルジョイントのスパイダとして機能する必要上、十字形状に形成される軸部１２０は、対向する軸部１２０同士の各軸が同軸であることと、他の対向する軸部１２０同士の軸と直交することとが要求され、さらに各軸部１２０の径方向断面形状が真円に近似した円柱形状であることが要求される。

【0076】

このため、本実施形態では、前述したように、上型ダイ２３や下型ダイ２４において、軸部１２０を成形する横型ダイ５１の中空円柱部５１ｂの軸（キャビティ５２の軸）が、対向する横型ダイ５１の中空円柱部５１ｂの軸と同軸で、かつ、他の対向する横型ダイ５１同士の中空円柱部５１ｂの軸と直交するように、ホルダ凹部２５，２６が形成されている。また、横型ダイ５１の中空円柱部５１ｂ（キャビティ５２）の径方向断面形状は、真円近似をなしている。

【0077】

<<衝撃緩和機能の説明>>
続いて、前述した横型装置５０による衝撃緩和機能の効果を図４および図５に基づいて説明する。なお、図４(A)には上型ダイ２３が加圧前の下降直前にある状態、図４(B)には上型ダイ２３が下型ダイ２４に当接した状態、図４(C)には上型ダイ２３が下死点にありインサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２によって加圧された状態、がそれぞれ図示されている。また、図５(A)には図４(A)に示す一点鎖線αの範囲内、図５(B)には図４(A)に示す一点鎖線βの範囲内、図５(C)には図４(A)に示す一点鎖線γの範囲内、をそれぞれ拡大して表したものが図示されている。

【0078】

図４(A)に示すように、上型ダイ２３が加圧に向けた下降直前状態にある場合には、下型ダイ２４ではそのホルダ凹部２６上に横型装置５０が載置、つまり横型装置５０の前進が所定位置まで完了している。そのため、ダイリング２１に固定された上縦カム４１は、ダイリング２１とともにそれまでに下降することで、先端部４１ａでカム付きフランジ５７をパンチ穴２４ａ方向に押し出して、横型装置５０の前進を完了させている。

【0079】

この状態において、図４(A)に示す一点鎖線αの範囲内を拡大した図、つまり図５(A)を参照すると、ノックアウトパンチ３２上に下方から支えられるようにパンチ穴２４ａ内にセットされる素材Ｍは、その外径Ｍｄがパンチ穴２４ａの内径Ｐｄよりも小径に形成されている。そのため、その隙間Ｃｒ分だけ、横型ダイ５１の先端（円錐台部５１ａの先端）がパンチ穴２４ａの開口に突出可能な状態にあり、円錐台部５１ａは、ホルダ凹部２６の円錐凹部２６ａに当接しながら、コイルバネ５９により上方に隙間Ｃｓだけ浮いている。これにより、上型ダイ２３と下型ダイ２４とが当接して閉塞空間Ｓを形成する前においては、横型ダイ５１はホルダ凹部２６から浮いた状態を維持するため、ホルダ凹部２６上で『遊び』をつくることが可能となる。よって、上型ダイ２３と下型ダイ２４との協働により横型ダイ５１の位置決めが容易になるため、ワーク１００の品質を一層向上することができる。［効果５］

【0080】

上型ダイ２３が下降して、図４(B)に示すように、上型ダイ２３が下型ダイ２４に当接した状態にある場合には、上縦カム４１が横型装置５０のカム付きフランジ５７の背後（カム付きフランジ５７とダイリング２１，２２との間）に位置し、インサートパンチ３１が下降してノックアウトパンチ３２上の素材Ｍを加圧し始める直前で、上型ダイ２３、下型ダイ２４、横型ダイ５１、インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２により閉塞空間Ｓを形成した状態にある。なお、下縦カム４２の位置には変化はない。

【0081】

この状態において、図４(B)に示す一点鎖線βの範囲内を拡大した図、つまり図５(B)を参照すると、ホルダ凹部２６上の横型ダイ５１は、その円錐台部５１ａが下降してきた上型ダイ２３の円錐凹部２５ａに当接して下方にコイルバネ５９の付勢力に抗して押されることから、円錐台部５１ａが下型ダイ２４の円錐凹部２６ａを形成する斜面に沿って拡径する方向であるパンチ穴２４ａから離れる方向に移動する（符号Ｃｓ’は上方に形成される円錐台部５１ａと円筒部５５との隙間）。これは、コイルバネ５８の付勢力に抗する方向でもあるため、下型ダイ２４に上型ダイ２３が当接する際、つまり閉塞完了時に両金型の当接によって生じ得る衝撃力で横型ダイ５１を押し返す方向に働く力をコイルバネ５８の付勢力による緩衝作用により緩和することが可能となる（衝撃緩和機能）。これにより、横型ダイ５１の破損を防止することができる（衝撃緩和機能の効果）［効果４］。

【0082】

この後、インサートパンチ３１の下降によって加圧が開始されると、インサートパンチ３１の下降速度の１／２で、ダイリング２２、下型ダイ２４およびノックアウトパンチ３２も下降することから、素材Ｍは、インサートパンチ３１とノックアウトパンチ３２とによる両方向から同じ圧力で加圧されて、横型ダイ５１のキャビティ５２等に押し出される。つまり、ワーク１００が成形される。なお、図４(C)に示す状態は、上型ダイ２３の下死点に相当する。

【0083】

この状態において、図４(C)に示す一点鎖線γの範囲内を拡大した図、つまり図５(C)を参照すると、インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２による加圧によって素材Ｍが閉塞空間Ｓ内に押し出されてワーク１００が成形されている以外には図５(B)と同様であるが、図４(C)を参照するとわかるように、横型装置５０のカム付きフランジ５７の後方（背後）に上縦カム４１が位置し、さらにその後方に上型ダイベース１５および下型ダイベース１６を介してダイリング２１，２２が存在する。これにより、横型装置５０の後方には、上下方向にのみ移動する上縦カム４１が存在することから、まずは横型装置５０、ひいては横型ダイ５１の後退を阻止することが可能となる。
また、この上縦カム４１の後方には、さらに上型ダイベース１５、下型ダイベース１６、ダイリング２１およびダイリング２２が位置（存在）し、いずれも環状部材であることから、上型ダイ２３と下型ダイ２４とが当接して閉塞空間Ｓを形成する際やインサートパンチ３１とノックアウトパンチ３２とによって素材Ｍを閉塞空間Ｓ内に押し出す際に、横型ダイ５１のキャビティ５２内で横型ダイ５１を押し返す方向（反下型ダイ２４方向）に作用する力が加わっても、このような上縦カム４１や上型ダイベース１５等の環状部材により対抗することが可能となる。したがって、上縦カム４１や上型ダイベース１５等の環状部材が設けられていない場合に比べ、横型ダイ５１の後退を阻止するために必要となる抗力を小さくできるので、当該抗力を発生させる加圧装置の小型化が可能になり、設備の大型化を抑制することができる。［効果６］

【0084】

<<閉塞鍛造装置の作動>>
次に、閉塞鍛造工程における閉塞鍛造装置１０の一連動作を図６〜図９に基づいて説明する。なお、図６(A)には素材Ｍを投入する前の状態、図６(B)には素材Ｍを投入した後、上型ダイ２３の下降によって上縦カム４１により横型ダイ５１が前進する直前の状態、図６(C)には横型ダイ５１の前進が完了した状態、図７(D)には上型ダイ２３のさらなる下降によって上縦カム４１によるバックアップが完了した状態、図７(E)にはインサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２によって素材Ｍが加圧されて閉塞空間Ｓ内に押し出された状態、図７(F)には上型ダイ２３および下型ダイ２４が基準位置Ｏまで上昇した状態、図８(G)には上型ダイ２３が上昇して下型ダイ２４から離型した状態、図８(H)には横型ダイ５１が後退して下型ダイ２４から離型した状態、図８(I)には鍛造後のワーク１００をノックアウトパンチ３２が蹴り出す状態、をそれぞれ表したものが図示されている。

【0085】

また、図９には、図６(A)〜図８(H)に示す閉塞鍛造工程１サイクル中における各部のストローク位置を示すグラフ図が図示されている。なお、図９において、基準位置Ｏは、図６〜図８に示す基準位置Ｏと同義である。また、横型ダイ５１のストロークだけは、上下方向の動きではなく、下型ダイ２４上でパンチ穴２４ａの方向（横方向）に前進（右上がりの傾き）させたり、パンチ穴２４ａとは逆方向に後退（右下がりの傾き）させる動きを示すことに留意されたい。このため、横型ダイ５１においては、基準位置Ｏはパンチ穴２４ａの開口端（パンチ穴２４ａの周壁近端面）を示す。

【0086】

図６(A)に示すように、素材Ｍを投入する前の状態においては、ラム１１が最上位置にあり、上型ダイ２３が上死点に位置している。このとき下型ダイ２４は、その合わせ面が基準位置Ｏに位置しており、この位置が下型ダイ２４の上死点に相当する。また、ノックアウトパンチ３２は、ワーク１００を蹴り出した直後に相当する上死点に位置している。さらに、横型装置５０は、後退位置で下縦カム４２の先端部４２ａに形成される頂部平坦面上に載置されて前進待ちの状態、つまり待機状態にある。なお、この状態は、図９に示す符号(A)の位置にあたり、この図からも、ノックアウトパンチ３２の位置が上死点にあることがわかる。なお、図６(A)〜図６(C)において、符号２３ａは「上型ダイ２３のパンチ穴」、符号２３ｂは「上型ダイ２３の内周壁」、符号２７は「仕切部」（下型ダイ２４の仕切部２８に相当）を示す。

【0087】

図６(A)の状態から、ラム１１、上型ダイ２３およびインサートパンチ３１を一緒に下降させ、さらにノックアウトパンチ３２も下降させると、下型ダイ２４のパンチ穴２４ａには、素材Ｍをセットする穴が形成される。これにより、パンチ穴２４ａ内に素材Ｍを投入することが可能となり、図６(B)に示すように、素材Ｍを投入した後の状態では、上型ダイ２３とともに下降した上縦カム４１の先端部４１ａが後退位置で待機中の横型装置５０のカム付きフランジ５７の上端カム５７ａに当接した状態、つまり上型ダイ２３の下降によって上縦カム４１により横型ダイ５１が前進する直前の状態にある。なお、この状態は、図９に示す符号(B)の位置にあたる。

【0088】

図６(B)の状態から、ラム１１、上型ダイ２３およびインサートパンチ３１をさらに下降させ、これと同時に下縦カム４２も下降させる。上型ダイ２３の下降により上縦カム４１も下がるため、その先端部４１ａがカム付きフランジ５７の上端カム５７ａを押して、横型装置５０をパンチ穴２４ａ方向に前進させる。このときカム付きフランジ５７の下端カム５７ｂは、下降する下縦カム４２の先端部４２ａに案内されてその斜面を登る。つまり、カム付きフランジ５７は、上縦カム４１と下縦カム４２とに挟まれた状態でそれぞれの斜面を登って横型装置５０を前進させる。

【0089】

そして、横型装置５０の横型ダイ５１の先端が、素材Ｍに当接する位置まで横型装置５０が前進すると、図６(C)に示すように、横型ダイ５１の前進が完了した状態に到達する。この状態は、図４(A)および図５(A)に示す状態に相当する。このため、図５(A)を参照して説明したように、横型ダイ５１は下型ダイ２４のホルダ凹部２６から上方に浮いた状態を維持している。なお、この状態は、図９に示す符号(C)の位置にあたる。

【0090】

図６(C)の状態から、さらにラム１１、上型ダイ２３およびインサートパンチ３１を下降させる。このとき下縦カム４２は停止している。これにより、図６(D)に示すように、上型ダイ２３、下型ダイ２４、横型ダイ５１、インサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２により閉塞空間Ｓが形成され、この閉塞空間Ｓ内に素材Ｍが存在する。この状態は、図４(B)および図５(B)に示す状態に相当する。このため、図５(B)を参照して説明したように、閉塞完了時に横型ダイ５１に加わる力をコイルバネ５８による衝撃緩和機能によって緩和する。なお、この状態は、図９に示す符号(D)の位置にあたり、図９において、(C)から(D)に移行する期間中、横型ダイ５１の位置を示す二点鎖線が基準位置Ｏよりも下側に位置することが、横型ダイ５１が僅かに下型ダイ２４のパンチ穴２４ａの開口に突出した状態を維持していることを表している。

【0091】

図７(D)の状態から、インサートパンチ３１による加圧が開始されて図７(E)に示す状態に移行する。即ち、ラム１１、上型ダイ２３およびインサートパンチ３１をこれまで同じ速度で下降させる一方で、下型ダイ２４および下縦カム４２をラム１１等の速度の１／２で下降させる。これにより、上型ダイ２３については、当接する下型ダイ２４が１／２の速度で下降することから、見かけ上の上型ダイ２３の下降は、下型ダイ２４と同様の１／２の速度で行われる。これは、図９に示す(D)〜(E)間のグラフからも、上型ダイ２３と下型ダイ２４とは同じ速度で、ラム１１等よりも１／２の速度になっていることがわかる。これにより、素材Ｍに対してインサートパンチ３１もノックアウトパンチ３２も同じ速度で加圧することができるため、横型ダイ５１のキャビティ５２に押し出す素材Ｍの偏り等による軸部１２０の撓みを抑制できる。

【0092】

なお、図７(E)の状態は、図４(C)および図５(C)に示す状態に相当する。このため、図５(C)を参照して説明したように、横型装置５０の後方に位置する上縦カム４１の後方には、さらに上型ダイベース１５、下型ダイベース１６、ダイリング２１およびダイリング２２が位置することから、インサートパンチ３１とノックアウトパンチ３２とによって素材Ｍを閉塞空間Ｓ内に押し出す際に、横型ダイ５１のキャビティ５２内で横型ダイ５１を押し返す方向（反下型ダイ２４方向）に作用する力が加わっても、このような上縦カム４１や上型ダイベース１５等の環状部材により対抗することが可能となる。

【0093】

このようにしてワーク１００が成形されると、図７(F)に示す状態に移行する。先の図７(D)の状態から図７(E)の状態に移行した動作とほぼ逆の動作を行う。即ち、ラム１１、上型ダイ２３、下型ダイ２４およびインサートパンチ３１を上昇させることで、停止しているノックアウトパンチ３２および下縦カム４２が相対的に下がるため、インサートパンチ３１は下がってワーク１００から離れ、また下縦カム４２は、カム付きフランジ５７の下端カム５７ｂから離隔する。なお、この状態は、図９に示す符号(F)の位置にあたる。

【0094】

下型ダイ２４は、基準位置Ｏまで上昇すると停止するが、ラム１１、上型ダイ２３およびインサートパンチ３１は、さらに上昇する。そして、上縦カム４１の先端部４１ａが、先に停止した下型ダイ２４上の横型装置５０に取り付けられるカム付きフランジ５７に近づき、上端カム５７ａの斜面の延長が上縦カム４１の先端部４１ａの斜面に一致すると、上昇を停止する。これが図８(G)に示す状態で、図９に示す(G)の位置にあたる。

【0095】

図８(G)の状態から、ラム１１、上型ダイ２３およびインサートパンチ３１をさらに上昇させ、これと同時に下縦カム４２も上昇させる。上型ダイ２３の上昇により上縦カム４１も上がるため、その先端部４１ａがカム付きフランジ５７の上端カム５７ａから離れるように引いて、横型装置５０をパンチ穴２４ａの反対方向に後退させる。このときカム付きフランジ５７の下端カム５７ｂは、上昇する下縦カム４２の先端部４２ａに案内されてその斜面を下る。つまり、カム付きフランジ５７は、上縦カム４１と下縦カム４２とに挟まれた状態でそれぞれの斜面を下って横型装置５０を後退させる。

【0096】

そして、横型装置５０の横型ダイ５１の先端が、素材Ｍから抜けて最初の待機位置まで横型装置５０が後退すると、図８(H)に示すように、横型ダイ５１の後退が完了した状態に到達する。この状態は、図９に示す符号(H)の位置にあたる。

【0097】

最後にノックアウトパンチ３２を上昇させて、ワーク１００をパンチ穴２４ａから蹴り出すことで、図８(I)に移行し一連の構成を終了する。なお、この状態は、ワーク１００がノックアウトパンチ３２上に残っている以外は、図６(A)に示すものと同様である。このため、図９では(A)と同じ位置に(I)がある。

【0098】

以上説明したように、本実施形態に係る閉塞鍛造装置１０によると、下型ダイ２４は、パンチ穴２４ａを中心に複数の横型ダイ５１を放射状に位置決め可能に複数の横型ダイ５１に対応する複数のホルダ凹部２６、および、これらの複数のホルダ凹部２６のうち周方向に隣接するホルダ凹部２６の双方の一部を形成するとともにパンチ穴２４ａの外側周囲の（切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄ、側壁部２４ｅ）の形状の一部を形成する仕切部２８を有し、上型ダイ２３は、下型ダイ２４、インサートパンチ３１、ノックアウトパンチ３２および複数の横型ダイ５１によって閉塞空間Ｓを形成可能に下型ダイ２４に対応して設けられる。これにより、閉塞空間Ｓ内の素材Ｍをインサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２で加圧すると、当該素材Ｍは、複数の横型ダイ５１のキャビティ５２に押し出されるとともにパンチ穴２４ａの外側周囲（切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄ、側壁部２４ｅ）にも押し出される。このため、軸部１２０は横型ダイ５１により成形され、パンチ穴２４ａの外側周囲（切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄ、側壁部２４ｅ）は下型ダイ２４により成形される。したがって、軸部１２０においてはバリの発生がなく、パンチ範囲外側周囲１１２ｂは任意の形状に成形することができる。

【0099】

また、本実施形態に係る閉塞鍛造方法によると、対向する一対のインサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２と、軸部１２０の形状をなすキャビティ５２を有する複数の横型ダイ５１と、パンチ穴２４ａを中心に複数の横型ダイ５１を放射状に位置決め可能に複数の横型ダイ５１に対応する複数のホルダ凹部２６およびこれらの複数のホルダ凹部２６のうち周方向に隣接するホルダ凹部２６の双方の一部を形成するとともにパンチ穴２４ａの外側周囲（切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄ、側壁部２４ｅ）の形状の一部を形成する仕切部２８を有する下型ダイ２４と、パンチ穴２３ａを有するとともに下型ダイ２４に対応して設けられる上型ダイ２３と、によって閉塞空間Ｓを区画形成し、閉塞空間Ｓ内の素材Ｍを一対のインサートパンチ３１およびノックアウトパンチ３２で加圧することでキャビティ５２とパンチ穴２４ａの外側周囲（切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄ、側壁部２４ｅ）に素材Ｍを押し出してワーク１００を鍛造する。これにより、軸部１２０は横型ダイ５１により成形され、パンチ穴の外側周囲（切欠部２４ｃ、三角形状部２４ｄ、側壁部２４ｅ）は下型ダイ２４により成形される。したがって、軸部１２０においてはバリの発生がなく、パンチ範囲外側周囲１１２ｂは任意の形状に成形することができる。

【0100】

なお、上述した実施形態では、放射状軸部品として、図３に示すようなスパイダを例示して説明したが、本発明の閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法によって閉塞鍛造可能な放射状軸部品はこれに限られることはなく、軸部が放射状に形成される多軸部品であれば、２軸、３軸あるいは５軸等の、軸部の数が２以上の整数であるものの閉塞鍛造に適用することができ、いずれの場合も上述と同様の本発明に特有の作用・効果を得られる。

【符号の説明】

【0101】

１０…閉塞鍛造装置
１１…ラム
１２…ベッド
１５…上型ダイベース
１６…下型ダイベース
２１，２２…ダイリング（環状部材）
２３…上型ダイ（他方の金型）
２３ａ…パンチ穴
２４…下型ダイ（一方の金型）
２４ａ…パンチ穴
２４ｂ…内周壁
２４ｃ…切欠部（パンチ穴の外周周囲）
２４ｄ…三角形状部（パンチ穴の外周周囲）
２４ｅ…側壁部（パンチ穴の外周周囲）
２５，２６…ホルダ凹部
２５ａ，２６ａ…円錐凹部（横型ホルダ）
２５ｂ，２６ｂ…円柱凹部（横型ホルダ）
２５ｃ，２６ｃ…ガイド凹部
２７，２８…仕切部
３１…インサートパンチ（一対のパンチ、パンチの他方）
３２…ノックアウトパンチ（一対のパンチ、パンチの一方）
４１…上縦カム（横型移動手段、一方のカム）
４２…下縦カム
５０…横型装置
５１…横型ダイ（横型）
５１ａ…円錐台部
５１ｂ…中空円柱部
５１ｃ…フランジ部
５２…キャビティ
５２ａ…開口部
５３…軸穴ピン
５４…横型ダイケース
５５…円筒部
５６…円底部
５７…カム付きフランジ（横型移動手段、他方のカム）
５８，５９…コイルバネ（付勢手段）
１００…ワーク（放射状軸部品）
１１０…本体部
１１１…上面部
１１２，１１４…パンチ面
１１２ａ，１１４ａ…パンチ範囲内側
１１２ｂ，１１４ｂ…パンチ範囲外側周囲（パンチ面の外側周囲）
１１３…下面部
１１５…側縁部
１２０…軸部
Ｍ…素材（金属素材）
Ｐ…パンチ範囲
Ｓ…閉塞空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】