セレーション成形方法およびセレーションボルト
【課題】頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に、膨らみおよび割れが発生することなくセレーションを成形できるセレーション成形方法を提供する。
【解決手段】０％以上１．５％以下の範囲内に、鍛造加工時の被加工部３０の断面減少率を設定し、セレーション成形ダイス４０に形成され、被加工部３０にセレーション１３を成形する各セレーション成形部４１・４１・・・を、入口部４１ａが、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス４０の径方向外側およびセレーション成形部４１の周方向内側に向けて延出する形状に形成する。
【解決手段】０％以上１．５％以下の範囲内に、鍛造加工時の被加工部３０の断面減少率を設定し、セレーション成形ダイス４０に形成され、被加工部３０にセレーション１３を成形する各セレーション成形部４１・４１・・・を、入口部４１ａが、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス４０の径方向外側およびセレーション成形部４１の周方向内側に向けて延出する形状に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法およびセレーションボルトの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のディスクホイールを締結する際に用いられるハブボルトは、アクスルハブに圧入嵌合するために、例えば、転造加工によってノコギリ歯状のセレーションが成形されたセレーションボルトによって構成されている。
図１２に示すように、転造加工では、ハブボルト１２０に成形するセレーションの形状に対応する外周形状を有するとともに、ハブボルト１２０を挟んで対向配置される固定転造ダイス１１１および可動転造ダイス１１２を用いる。転造加工では、ハブボルト１２０および各ダイス１１１・１１２を回動させるとともに、可動転造ダイス１１２をハブボルト１２０に押し付けて、ハブボルト１２０にセレーションを成形する。
【０００３】
この場合、ハブボルトを製造する工程としては、鍛造加工によりハブボルトの頭部および軸部を成形→転造加工によりセレーションを成形→転造加工によりネジ部を成形、というような、三つの工程を行う必要がある。つまり、図１２にあるような転造装置（各ダイス１１１・１１２）を用いてセレーションを成形する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、ワイパ装置のドライブシャフトに形成されるセレーションを、鍛造加工によって成形する技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、外径が縮径するテーパ部が形成される棒状のワークを、セレーションが形成されるダイスに押し込むことで、テーパ部にセレーションを成形している。
【０００５】
このようなセレーション成形ダイス１４０には、例えば、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、複数のセレーション成形部１４１・１４１・・・が形成される。各セレーション成形部１４１・１４１・・・の入口部１４１ａ（図１３（ｂ）における紙面上端部）は、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス１４０の径方向外側および周方向外側に向かって延出する傾斜面に形成されている。
また、各セレーション成形部１４１・１４１・・・の上側には、それぞれ鍛造加工前の、セレーションが成形される部分のハブボルトの外径寸法と同一の外径寸法を有するガイド部１４２が形成される。
鍛造加工前のセレーションに対応する部分のハブボルトの外径寸法は、セレーションの大径部と同一の外径寸法が設定される。つまり、鍛造加工時にハブボルトがその軸方向に延びる程度に高い断面減少率が設定される。
【０００６】
特許文献１のように鍛造加工によってセレーションを成形する場合、一つの装置で複数回連続して鍛造加工可能な多段式の鍛造装置に、セレーション成形ダイス１４０を設置するだけで、ハブボルトにセレーションを成形できる。
つまり、セレーションを成形する転造装置を用いる必要がなくなるため、ハブボルトの製造コストを低減できる。
【０００７】
ここで、図１４（ａ）に示すように、高い断面減少率を設定するとともに、頭部１２２からセレーション１２３までの間隔が僅かとなるハブボルト１２０に（座面直下に形成される）セレーション１２３を成形する場合、ガイド部１４２の軸方向の長さ寸法Ｌ１４を充分に確保できない。
この場合、セレーション１２３の上側に、ハブボルト１２０の径方向外側に向かって盛り上がる膨らみ１２５が成形される。
【０００８】
膨らみ１２５は、鍛造加工が進むにつれて徐々に大きくなり、図１４（ｂ）に示すように、鍛造加工終了時に頭部１２２と頂部１４３との間で潰される。このようにして、頭部１２２の下側に、鍛造加工後の軸部１２１の外径寸法よりも大きな外径寸法を有する膨らみ１２５が成形されてしまう。このような膨らみ１２５は、ハブボルト１２０の取付等に影響を与える。
【０００９】
膨らみ１２５の発生を防止するために断面減少率を低く（例えば０％に）設定することが考えられる。この場合、セレーション成形ダイス１４０は、セレーション１２３の大径部に比較的多くの材料を流動させる必要がある。
しかし、入口部１４１ａは、図１５に示すように、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス１４０の径方向外側および周方向外側に向かって延出する傾斜面に形成されている。このため、セレーション成形ダイス１４０は、各入口部１４１ａ・１４１ａ・・・の形状に沿って、ハブボルト１２０の材料を径方向内側（セレーション１２３の小径部側）へ流動させてしまう（図１５に示す矢印参照）。つまり、セレーション成形ダイス１４０により、ハブボルト１２０の材料を一旦小径部側へ流動させた後で、大径部側へ流動させることで、セレーションの大径部が成形される。
【００１０】
このため、鍛造加工時にハブボルト１２０の材料が大径部側に充分に行き渡らず、大径部側にて材料が不足してしまう。この場合、材料が不足している大径部側の材料の流速Ｖ１が、材料が充分に供給されている小径部側の材料の流速Ｖ２よりも遅くなってしまう。
これにより、図１６に示すように、大径部１２３ａ側と小径部１２３ｂ側との間に流速差が生じ、当該流速差によって大径部１２３ａが小径部１２３ｂに引っ張られる（図１６に示す矢印Ｖ１・Ｖ２参照）。大径部１２３ａは、前記引っ張りの影響でハブボルト１２０の軸方向に沿って切れながら繋がってしまう。
このようにして大径部１２３ａの表面に、ハブボルト１２０の軸方向に沿って複数の割れ１２６・１２６・・・が発生してしまう。
【００１１】
以上のように、座面直下にセレーションを成形する場合、断面減少率に応じて膨らみまたは割れが発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−２６２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に、膨らみおよび割れが発生することなくセレーションを成形できるセレーション成形方法およびセレーションボルトを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１においては、セレーション成形ダイスを用いて、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、前記ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法であって、０％以上１．５％以下の範囲内に、前記鍛造加工時の断面減少率を設定し、前記セレーション成形ダイスに形成され、前記ワークに前記セレーションを成形するセレーション成形部を、前記ワークの材料流動を開始させる側の端部が、前記材料流動を開始させる側に向かうにつれて、前記セレーション成形ダイスの径方向外側および前記セレーション成形部の周方向内側に向けて延出する形状に形成する、ものである。
【００１５】
請求項２においては、前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、前記延出方向の先端部分が尖った舟形形状である、ものである。
【００１６】
請求項３においては、前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、１５°以上２５°以下の範囲内に、前記延出方向と前記加工方向とが成す角度を設定する、ものである。
【００１７】
請求項４においては、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセレーション成形方法を用いて、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に前記セレーションが成形されるセレーションボルトであり、前記セレーションが成形されるときに、前記セレーションの前記頭部側に、前記セレーションの形状に沿って連続して、前記セレーションの大径部と同一の外径寸法を有する凸部が成形される、ものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、大径部側に効率的に材料を流動させることができるため、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に、膨らみおよび割れが発生することなくセレーションを成形できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ワークを示す図。（ａ）全体的な構成を示す図。（ｂ）セレーションの形状を示す図。
【図２】ワークの製造工程を示す図。
【図３】セレーション成形前のワークを示す拡大図。（ａ）座面直下の形状を示す図。（ｂ）セレーション成形前後の被加工部の形状を示す図。
【図４】セレーション成形ダイスの内周形状を示す図。（ａ）軸方向から見たときの形状を示す図。（ｂ）図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図５】セレーション成形ダイスに素材をセットした状態を示す断面図。
【図６】セレーション成形時のワークの材料流動に関する説明図。
【図７】セレーション成形時のワークおよびセレーション成形ダイスを示す断面図。
【図８】凸部を示す説明図。
【図９】断面減少率と大径部の外径寸法との関係図。
【図１０】入口部の延出方向と加工方向とが成す角度を示す図。（ａ）周方向内側に延出する方向と加工方向とが成す角度を示す図。（ｂ）径方向外側に延出する方向と加工方向とが成す角度を示す図。
【図１１】入口部の変形例を示す図。（ａ）入口部を径方向に沿って見たときの図。（ｂ）入口部を軸方向に沿って切断した断面図。
【図１２】転造加工によってセレーションを成形する状態を示す説明図。
【図１３】従来のセレーション成形ダイスの内周形状を示す図。（ａ）軸方向から見たときの形状を示す図。（ｂ）図１３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。
【図１４】膨らみの発生のメカニズムを示す説明図。（ａ）セレーション成形途中の状態を示す図。（ｂ）セレーション成形時の状態を示す図。
【図１５】従来のセレーション成形時のワークの材料流動に関する説明図。
【図１６】割れの発生のメカニズムを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本実施形態のセレーション成形方法について説明する。
セレーション成形方法は、ワーク１０の材料を流動させる鍛造加工を行い、セレーション１３を成形するものである。
【００２１】
本実施形態のワーク１０は、自動車のディスクホイールを締結する際に用いられるハブボルトであるものとする。図１（ａ）に示すように、ハブボルトは、軸部１１、頭部１２、セレーション１３、およびネジ部１４が形成されるセレーションボルトである。
【００２２】
軸部１１は、頭部１２より下方向に延出する部分であり、その外周面にセレーション１３およびネジ部１４が形成される。軸部１１は、鍛造加工によって成形される。
【００２３】
頭部１２は、軸部１１よりも大きな外径寸法が設定され、鍛造加工によって成形される。
【００２４】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、セレーション１３は、複数の大径部１３ａ・１３ａ・・・および各大径部１３ａ・１３ａ・・・よりも外径寸法が小さい複数の小径部１３ｂ・１３ｂ・・・が、連続して交互に配置されたノコギリ歯状に形成される。
セレーション１３は、頭部１２に対してワーク１０の軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部１１に形成される。つまり、セレーション１３は、座面直下に形成される。セレーション１３は、鍛造加工によって成形される。
【００２５】
ネジ部１４は、軸部１１の下部を転造加工することによって成形される。
【００２６】
以下では、ワーク１０の製造工程について説明する。
【００２７】
まず、図２に示すように、コイル材２０を直線状に伸ばし、伸ばしたコイル材２０を所定の幅で切断する。なお、以下では、切断したコイル材２０を「素材２０」と表記する。
【００２８】
素材２０の軸方向の長さ寸法は、ワーク１０の軸方向の長さ寸法よりも短い。本実施形態の素材２０の外径寸法は、セレーション１３が成形される部分の外径寸法と同一の外径寸法が設定される。
【００２９】
素材２０には、複数回に分けて鍛造加工（前方押出加工による冷間鍛造加工）が行われる。
すなわち、ダイスにセットした素材２０をパンチ５０によって押圧することで、素材２０の材料を軸方向に流動させ、素材２０を所望の形状に成形する（図５参照）。このような成形が、素材２０に対して常温（または常温に近い温度）の状態で行われる。
【００３０】
一回目の鍛造加工では、セレーション１３およびネジ部１４に対応する部分を除いて、軸部１１と略同一の内周形状を有するダイスが用いられる。
一回目の鍛造加工に用いられるダイスの、セレーション１３およびネジ部１４に対応する部分の内周形状は、セレーション１３およびネジ部１４を成形する前の素材２０の外径寸法と略同一の内径寸法を有する円柱状である。
【００３１】
一回目の鍛造加工により、素材２０をその軸方向に延出させるように、素材２０の下端部を材料流動させて、軸部１１を成形する。
【００３２】
二回目の鍛造加工では、上端部が頭部１２と略同一の内周形状を有するとともに、上端部よりも下側が一回目の鍛造加工後の素材２０の軸部１１と略同一の内周形状を有するダイスが用いられる。
【００３３】
二回目の鍛造加工により、素材２０の上端部をその径方向外側に延出させるように、素材２０の上端部を材料流動させて、頭部１２を成形する。
【００３４】
三回目の鍛造加工では、軸部１１およびセレーション１３と略同一の内周形状を有するダイスが用いられる。
三回目の鍛造加工により、素材２０のセレーション１３が形成される部分を材料流動させて、素材２０にセレーション１３を成形する。三回目の鍛造加工については後で詳述する。
【００３５】
このような三回の鍛造加工は、一つの装置で三回以上連続して鍛造加工可能な多段式の鍛造装置によって行われる。
すなわち、鍛造装置には、三回の鍛造加工に用いられるダイスが設置される。そして、鍛造装置は、ダイスに素材２０をセット→素材２０をパンチ５０により押圧→次のダイスに素材２０をセットというような動作を繰り返し行う（図５参照）。
【００３６】
三回の鍛造加工を行った後で、ネジ部１４の形状に対応する外周形状を有する固定転造ダイスおよび可動転造ダイスにより、素材２０に対して転造加工を行い、ネジ部１４を成形する（図１２参照）。
【００３７】
このような鍛造加工および転造加工を素材２０に対して行うことで、素材２０の外周形状が成形される。そして、成形後の素材２０に熱処理や表面処理を行うことで、ワーク１０は製造される。
【００３８】
ここで、図３（ａ）に示すように、三回目の鍛造加工では、座面直下にセレーション１３を成形する（図３（ａ）に示す頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２参照）。
このため、従来のセレーション成形ダイス１４０を用いて鍛造加工を行った場合、断面減少率（素材２０のセレーション１３に対応する部分における成形前後の断面積の減少率）に応じて、膨らみ１２５または割れ１２６が発生してしまう（図１４および図１６参照）。
【００３９】
本実施形態のセレーション成形方法は、鍛造加工により座面直下にセレーション１３を成形するものである。
本実施形態において、本願発明に係るセレーション成形方法は、素材２０に対して行われる三回目の鍛造時に適用される（図２に示す二回目の鍛造加工時の素材２０参照）。
【００４０】
以下では、本実施形態のセレーション成形方法について説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、セレーション１３を成形する際に用いられるダイスを「セレーション成形ダイス４０」と表記する。また、素材２０のセレーション１３が成形される部分を「被加工部３０」と表記する。
【００４１】
本実施形態のセレーション成形方法では、鍛造加工時の断面減少率を０％に設定して、鍛造加工を行う。
従って、図３（ｂ）に示すように、セレーション１３成形前の被加工部３０の外径寸法（以下、「セレーション１３の下径」と表記する）には、大径部１３ａおよび小径部１３ｂの外径寸法の中間程度の外径寸法が設定される。
【００４２】
このように断面減少率を０％に設定することで、被加工部３０の材料の流動量が減り（被加工部３０の材料流動の影響が素材２０全体には及ばず）、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生することを防止できる（図１４参照）。
つまり、セレーション成形方法では、鍛造加工時に素材２０がその軸方向に延びない程度に低い断面減少率が設定される。
【００４３】
断面減少率を０％にした場合、各大径部１３ａ・１３ａ・・・に充分に材料を流動させなければ、各大径部１３ａ・１３ａ・・・への材料の供給量が足りず、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の表面に割れ１２６が発生してしまう（図１６参照）。
言い換えれば、セレーション成形方法では、各大径部１３ａ・１３ａ・・・を成形する部分に、比較的多くの材料を流動させる必要がある。つまり、被加工部３０の材料を効率的に流動させる必要がある。
【００４４】
本実施形態におけるセレーション成形方法では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すようなセレーション成形ダイス４０を用いる。
セレーション成形ダイス４０は、軸部１１およびセレーション１３と略同一の内周形状を有する。つまり、セレーション成形ダイス４０は、被加工部３０に対応する部分を除いて、概ね頭部１２成形時の軸部１１と同一の内周形状を有する（図２に示す一回目の鍛造加工時の素材２０参照）。セレーション成形ダイス４０には、複数のセレーション成形部４１・４１・・・、ガイド部４２、および頂部４３が形成される。
【００４５】
各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれ被加工部３０にセレーション１３を成形する部分である。各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれセレーション１３の軸方向の長さ寸法に応じて、セレーション成形ダイス４０の内周面に軸方向に所定の長さだけ形成される。各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれセレーション成形ダイス４０の周方向に沿って連続して形成される。
【００４６】
各セレーション成形部４１・４１・・・は、セレーション成形ダイス４０の内周面から所定寸法だけ内側方向へ突出して形成されており、最も内側へ突出している尖端部は、セレーション成形部４１における幅方向（セレーション成形ダイス４０の周方向）の中心に位置している。
【００４７】
各セレーション成形部４１・４１・・・の上端部（以下、「入口部４１ａ」と表記する）は、セレーション成形ダイス４０の径方向においては、セレーション成形ダイス４０の内周面から前記内側へ突出している尖端部側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜面に形成されている。
また、入口部４１ａは、セレーション成形ダイス４０の周方向においては、セレーション成形部４１の中央部から幅方向端部へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜面に形成されている。
つまり、入口部４１ａは、上側に向かうにつれて、尖端部がセレーション成形ダイス４０の径方向外側に延出するとともに、セレーション成形部４１の周方向両端部がセレーション成形ダイス４０の周方向内側に向けて延出する形状に形成され、二つの傾斜面が形成されている。また、入口部４１ａは、上端部（延出方向の先端部分）が尖った船形形状である。
【００４８】
すなわち、各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれ下側が略三角柱状に形成されるとともに、当該三角柱の上面に底面を合わせた三角錐を配置したような形状となる（図６参照）。
【００４９】
各セレーション成形部４１・４１・・・の径方向外側の端部から、セレーション成形ダイス４０の内周部分の中心部までの距離は、大径部１３ａの外径寸法と略同一の長さとなる。
また、各セレーション成形部４１・４１・・・の径方向内側の端部から、セレーション成形ダイス４０の内周部分の中心部までの距離は、小径部１３ｂの外径寸法と略同一の長さとなる。
つまり、各セレーション成形部４１・４１・・・は、径方向外側の端部に被加工部３０の材料を流動させることにより、各大径部１３ａ・１３ａ・・・を成形するとともに、径方向内側の端部に被加工部３０の材料を流動させることにより、各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・を成形する。
【００５０】
図４（ｂ）および図５に示すように、ガイド部４２は、鍛造加工時にセレーション１３の上側が膨らむことを防止するためのものであり、各セレーション成形部４１・４１・・・の上側に位置する。ガイド部４２は、セレーション１３の下径と同一の内径寸法が設定される。
【００５１】
ガイド部４２の軸方向の長さ寸法Ｌ４は、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２に対応する。例えば、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２が長ければ、それに応じて長くなり、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２が短ければ、それに応じて短くなる。
本実施形態のガイド部４２の軸方向の長さ寸法Ｌ４は、高い断面減少率を設定して（例えば、セレーション１３の下径を大径部１３ａの外径寸法と同程度の寸法に設定して）鍛造加工した場合、膨らみ１２５が発生してしまう程度に短い（図１４参照）。
【００５２】
本実施形態において、「頭部１２に対して軸方向に僅かに間隔Ｌ２を空けた」とは、ガイド部４２の軸方向の長さ寸法Ｌ４が、前記膨らみ１２５が及ぶ範囲をカバーできない長さとなる程度に、セレーション１３の上端部が頭部１２に対して接近している状態であることをいう。
【００５３】
頂部４３は、ガイド部４２の上側に位置し、セレーション成形ダイス４０の上面を成す部分である。
【００５４】
図５に示すように、セレーション１３を成形するとき、素材２０は、セレーション成形ダイス４０にセットされ、パンチ５０によって下方向に押圧される。
このとき、セレーション成形ダイス４０は、各入口部４１ａ・４１ａ・・・により被加工部３０の材料を流動させる。
【００５５】
すなわち、セレーション成形ダイス４０は、図６に示すように、各入口部４１ａ・４１ａ・・・にて被加工部３０の材料を二つの傾斜面に沿ってかき分ける。つまり、各入口部４１ａ・４１ａ・・・の上方より下方向に向かって流れてくる材料を、セレーション成形ダイス４０の周方向一端側および周方向他端側の二方向に分けて流動させる（図６に示す矢印参照）。
【００５６】
このように、本実施形態では、セレーション成形ダイス４０の上側が、被加工部３０の材料流動を開始させる側となる。
つまり、各入口部４１ａ・４１ａ・・・は、それぞれ材料流動を開始させる側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス４０の径方向外側および周方向内側に向けて延出する形状に形成される、被加工部３０の材料流動を開始させる側の端部として機能する。
【００５７】
セレーション成形ダイス４０は、その周方向一端側および周方向他端側に流動させた被加工部３０の材料を、下方向に流動させながら、各セレーション成形部４１・４１・・・と被加工部３０との間に形成される隙間を埋めるように流動させる。
つまり、セレーション成形ダイス４０は、被加工部３０の材料を、下方向に流動させながら、各大径部１３ａ・１３ａ・・・および各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・に対応する位相に流動させる。
【００５８】
このようにして、セレーション成形ダイス４０は、図７に示すように、素材２０に各大径部１３ａ・１３ａ・・・および各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・を成形する。
【００５９】
これによれば、セレーション成形ダイス４０は、被加工部３０の材料を効率的に各大径部１３ａ・１３ａ・・・側に流動させることができる。
つまり、断面減少率を０％に設定して鍛造加工を行う場合でも、各大径部１３ａ・１３ａ・・・に被加工部３０の材料を充分に供給できる。従って、各大径部１３ａ・１３ａ・・・と各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・との間で材料の供給量の差異を小さくできるため、各大径部１３ａ・１３ａ・・・側の材料の流速と、各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・側の材料の流速との差を小さくできる。
このため、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の表面に割れ１２６が発生することを防止できる（図１６参照）。
【００６０】
これによれば、膨らみ１２５および割れ１２６が発生することなく、座面直下に（頭部１２に対して素材２０の軸方向に僅かに間隔Ｌ２を空けた位置の軸部１１に）セレーション１３を成形できる。
この場合、鍛造装置にセレーション成形ダイス４０をセットするだけで素材２０にセレーション１３を成形できるため、セレーション１３を転造工程によって成形する場合と比較して、ワーク１０の製造に要するコストを低減できる。
また、断面減少率を低く設定することで、比較的小さな押圧力でセレーション１３を成形できる。
【００６１】
本実施形態のセレーション成形方法を用いて素材２０にセレーション１３を成形した素材２０には、図７および図８に示すように、凸部１５が成形される。
【００６２】
凸部１５は、セレーション１３の上側、つまり、頭部１２側に形成される。凸部１５は、素材２０をその径方向外側から見たときに、セレーション１３の上端部の形状に沿った半楕円状（楕円の上半分が素材２０に転写された形状）に形成される。
このような凸部１５は、それぞれセレーション１３の上端部の形状に沿って素材２０の外周面に全周にわたって連続して成形される。
凸部１５は、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法と略同一の外径寸法を有する。素材２０の軸方向における凸部１５の長さ寸法は、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２よりも短い。
【００６３】
すなわち、断面減少率を０％に設定した場合、軸部１１とガイド部４２との間に所定の幅の隙間が生じた状態となり、鍛造加工時にその隙間を埋めるように素材２０が僅かに膨らむ。
つまり、図７および図１４（ｂ）に示すように、凸部１５は、高い断面減少率を設定した場合にあるような膨らみ１２５とは違い、鍛造加工時に頭部１２と頂部４３との間で潰されるものではない。つまり、ワーク１０の取付等に影響を与えるものではない。
【００６４】
本実施形態のセレーション成形方法を用いて素材２０にセレーション１３を成形した場合、図７および図８に示すように、座面直下には、上側から順に軸部１１、凸部１５、セレーション１３が成形されることとなる。
この場合、座面直下の外径寸法は、上側から順に、セレーション１３の下径（軸部１１）、大径部１３ａの外径（凸部１５）、セレーション１３の外径（大径部１３ａおよび小径部１３ｂ）と変動する。
つまり、製造工程を終えたワーク１０は、頭部１２とセレーション１３との間にアンダーカットがある形状（頭部１２とセレーション１３との間が僅かに窪んだ形状）となるとともに、当該アンダーカット部分の下端部が上下方向に波打った形状となる。
【００６５】
このようにセレーション１３成形時に素材２０に凸部１５が成形されることにより、ワーク１０の形状を視認するだけで、本実施形態のセレーション成形方法を用いてワーク１０にセレーション１３を成形したかを把握できる。
従って、第三者による不正行為（第三者が本実施形態と同様のセレーション成形方法にてワーク１０にセレーション１３を成形したこと）を認識できる。つまり、第三者による不正行為の事実を容易に立証できる。
【００６６】
ここで、図９を用いて、セレーション成形方法にて設定する断面減少率の範囲について説明する。
図９は、断面減少率を変更しながら、つまり、セレーション１３の下径を変更しながら、本実施形態のセレーション成形ダイス４０を用いて座面直下にセレーション１３を成形した結果を示すグラフである。
【００６７】
図９に示すように、断面減少率を０％に設定したときには、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生せず、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法も予め設定される所定の範囲内となった（図９の縦軸に記載のセレーション大径ｒ１・ｒ２参照）。
また、断面減少率を０．５％、１．０％、および１．５％に設定したときも同様の結果が得られた。
【００６８】
断面減少率を２．０％に設定したときには、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生した。
また、断面減少率を３．０％および５．０％に設定したときも同様の結果が得られた（図９に点線で示す符号Ｐ参照）。
【００６９】
断面減少率を−０．４％に設定したときには、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生しなかったが、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法が予め設定される所定の範囲外となった。
【００７０】
以上の実験結果より、座面直下にセレーション１３を成形する場合、０％以上１．５％以下の範囲内に、鍛造加工時の被加工部３０の断面減少率を設定すればよいことがわかった（図９に示す範囲Ｒ参照）。
【００７１】
なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、各セレーション成形部４１・４１・・・の入口部４１ａは、それぞれ１５°以上２５°以下の範囲内に、延出方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２・θ３を設定することが好ましい。
【００７２】
「延出方向」とは、入口部４１ａの周方向両端部が周方向内側へ延出する方向と、入口部４１ａの径方向内側に突出する部分が径方向外側へ延出する方向とのことをいう。
【００７３】
「加工方向」とは、本実施形態においては、素材２０がパンチ５０により押圧される方向である。つまり、図７や図１０等における紙面下方向が、加工方向に対応する（図１０（ａ）および図１０（ｂ）に二点鎖線で示す符号Ｃ参照）。
【００７４】
すなわち、延出方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２・θ３は、入口部４１ａの周方向両端部が周方向内側へ延出する方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２、および入口部４１ａの径方向内側に突出する部分が径方向外側へ延出する方向と加工方向とが成す角度θ３の、三つの角度のことである。
【００７５】
仮に、各角度θ１・θ２・θ３が、それぞれ１５°よりも小さい場合には、鍛造加工時に大径部１３ａ側に緩やかに材料を流動させることとなる。従って、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法が所望の寸法よりも小さくなる可能性がある。
また、各角度θ１・θ２・θ３が、それぞれ２５°よりも大きい場合には、鍛造加工時に大径部１３ａ側に材料を効率的に流動させ難くなる。つまり、従来のセレーション成形ダイス１４０を用いた場合にあるような、割れ１２６が発生する可能性がある（図１６参照）。
【００７６】
以上のように、１５°以上２５°以下の範囲内に、延出方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２・θ３を設定することで、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法を所望の寸法にできるとともに、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の表面に割れ１２６が発生することを確実に防止できる。
【００７７】
また、入口部４１ａの形状は、本実施形態に限定されるものでなく、被加工部３０の材料を効率的に大径部１３ａ側に流動させることができる形状であればよい。例えば、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、素材２０の軸心および素材２０の径方向外側から見たときに、上底が上端部に位置するような略台形状であっても構わない。
【００７８】
ただし、被加工部３０の材料をより効率的に大径部１３ａ側に流動させることができるという観点から、入口部４１ａの形状は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すような延出方向の先端部分が尖った舟形形状とすることが好ましい。
【００７９】
ここで、従来のセレーション成形ダイス１４０（図１４参照）を用いてワーク１０にセレーション１３を成形するための手段として、頭部１２を成形する前に、セレーション１３を成形することが考えられる。この場合、素材２０は、頭部１２に対応する部分がセレーション１３に対応する部分に沿って上方向に延出している状態である（図２に示す一回目の鍛造加工時の素材２０参照）。
この状態の素材２０に対してセレーション１３を成形する場合、膨らみ１２５の発生を防止できる程度に軸方向の寸法が長いガイド部を形成できる。
【００８０】
しかし、セレーション１３を成形した後で頭部１２を成形することとなるため、頭部１２を成形するダイスに、素材２０に成形したセレーション１３との干渉を防止するためのセレーション１３を形成する必要がある。このようなセレーション１３は、例えば、各セレーション成形部４１・４１・・・と同一形状に形成される（図４参照）。
【００８１】
このような頭部１２を成形するダイスには、素材２０側の大径部と、ダイス側の小径部との位相が合うような状態で、素材２０がセットされてしまう可能性がある。
この場合、素材２０に頭部１２を成形するときに、ダイス側の小径部が、素材２０側の大径部を材料流動させてしまい、素材２０のセレーション１３が潰れてしまう。
【００８２】
つまり、頭部１２を成形した後で、本実施形態のセレーション成形方法を用いてセレーション１３を成形することで、セレーション１３の位相を考慮することなくセレーション１３を成形できる。
【００８３】
本実施形態のセレーション成形方法では、前方押出加工による冷間鍛造加工によりハブボルトにセレーション１３を成形するものとしたが、これに限定されるものでない。例えば、後方押出加工による冷間鍛造によりワークの内周面にセレーションを成形しても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１０ ワーク
１３ セレーション
４０ セレーション成形ダイス
４１ セレーション成形部
４１ａ 入口部（材料流動を開始させる側の端部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法およびセレーションボルトの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のディスクホイールを締結する際に用いられるハブボルトは、アクスルハブに圧入嵌合するために、例えば、転造加工によってノコギリ歯状のセレーションが成形されたセレーションボルトによって構成されている。
図１２に示すように、転造加工では、ハブボルト１２０に成形するセレーションの形状に対応する外周形状を有するとともに、ハブボルト１２０を挟んで対向配置される固定転造ダイス１１１および可動転造ダイス１１２を用いる。転造加工では、ハブボルト１２０および各ダイス１１１・１１２を回動させるとともに、可動転造ダイス１１２をハブボルト１２０に押し付けて、ハブボルト１２０にセレーションを成形する。
【０００３】
この場合、ハブボルトを製造する工程としては、鍛造加工によりハブボルトの頭部および軸部を成形→転造加工によりセレーションを成形→転造加工によりネジ部を成形、というような、三つの工程を行う必要がある。つまり、図１２にあるような転造装置（各ダイス１１１・１１２）を用いてセレーションを成形する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、ワイパ装置のドライブシャフトに形成されるセレーションを、鍛造加工によって成形する技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、外径が縮径するテーパ部が形成される棒状のワークを、セレーションが形成されるダイスに押し込むことで、テーパ部にセレーションを成形している。
【０００５】
このようなセレーション成形ダイス１４０には、例えば、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、複数のセレーション成形部１４１・１４１・・・が形成される。各セレーション成形部１４１・１４１・・・の入口部１４１ａ（図１３（ｂ）における紙面上端部）は、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス１４０の径方向外側および周方向外側に向かって延出する傾斜面に形成されている。
また、各セレーション成形部１４１・１４１・・・の上側には、それぞれ鍛造加工前の、セレーションが成形される部分のハブボルトの外径寸法と同一の外径寸法を有するガイド部１４２が形成される。
鍛造加工前のセレーションに対応する部分のハブボルトの外径寸法は、セレーションの大径部と同一の外径寸法が設定される。つまり、鍛造加工時にハブボルトがその軸方向に延びる程度に高い断面減少率が設定される。
【０００６】
特許文献１のように鍛造加工によってセレーションを成形する場合、一つの装置で複数回連続して鍛造加工可能な多段式の鍛造装置に、セレーション成形ダイス１４０を設置するだけで、ハブボルトにセレーションを成形できる。
つまり、セレーションを成形する転造装置を用いる必要がなくなるため、ハブボルトの製造コストを低減できる。
【０００７】
ここで、図１４（ａ）に示すように、高い断面減少率を設定するとともに、頭部１２２からセレーション１２３までの間隔が僅かとなるハブボルト１２０に（座面直下に形成される）セレーション１２３を成形する場合、ガイド部１４２の軸方向の長さ寸法Ｌ１４を充分に確保できない。
この場合、セレーション１２３の上側に、ハブボルト１２０の径方向外側に向かって盛り上がる膨らみ１２５が成形される。
【０００８】
膨らみ１２５は、鍛造加工が進むにつれて徐々に大きくなり、図１４（ｂ）に示すように、鍛造加工終了時に頭部１２２と頂部１４３との間で潰される。このようにして、頭部１２２の下側に、鍛造加工後の軸部１２１の外径寸法よりも大きな外径寸法を有する膨らみ１２５が成形されてしまう。このような膨らみ１２５は、ハブボルト１２０の取付等に影響を与える。
【０００９】
膨らみ１２５の発生を防止するために断面減少率を低く（例えば０％に）設定することが考えられる。この場合、セレーション成形ダイス１４０は、セレーション１２３の大径部に比較的多くの材料を流動させる必要がある。
しかし、入口部１４１ａは、図１５に示すように、上側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス１４０の径方向外側および周方向外側に向かって延出する傾斜面に形成されている。このため、セレーション成形ダイス１４０は、各入口部１４１ａ・１４１ａ・・・の形状に沿って、ハブボルト１２０の材料を径方向内側（セレーション１２３の小径部側）へ流動させてしまう（図１５に示す矢印参照）。つまり、セレーション成形ダイス１４０により、ハブボルト１２０の材料を一旦小径部側へ流動させた後で、大径部側へ流動させることで、セレーションの大径部が成形される。
【００１０】
このため、鍛造加工時にハブボルト１２０の材料が大径部側に充分に行き渡らず、大径部側にて材料が不足してしまう。この場合、材料が不足している大径部側の材料の流速Ｖ１が、材料が充分に供給されている小径部側の材料の流速Ｖ２よりも遅くなってしまう。
これにより、図１６に示すように、大径部１２３ａ側と小径部１２３ｂ側との間に流速差が生じ、当該流速差によって大径部１２３ａが小径部１２３ｂに引っ張られる（図１６に示す矢印Ｖ１・Ｖ２参照）。大径部１２３ａは、前記引っ張りの影響でハブボルト１２０の軸方向に沿って切れながら繋がってしまう。
このようにして大径部１２３ａの表面に、ハブボルト１２０の軸方向に沿って複数の割れ１２６・１２６・・・が発生してしまう。
【００１１】
以上のように、座面直下にセレーションを成形する場合、断面減少率に応じて膨らみまたは割れが発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−２６２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に、膨らみおよび割れが発生することなくセレーションを成形できるセレーション成形方法およびセレーションボルトを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１においては、セレーション成形ダイスを用いて、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、前記ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法であって、０％以上１．５％以下の範囲内に、前記鍛造加工時の断面減少率を設定し、前記セレーション成形ダイスに形成され、前記ワークに前記セレーションを成形するセレーション成形部を、前記ワークの材料流動を開始させる側の端部が、前記材料流動を開始させる側に向かうにつれて、前記セレーション成形ダイスの径方向外側および前記セレーション成形部の周方向内側に向けて延出する形状に形成する、ものである。
【００１５】
請求項２においては、前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、前記延出方向の先端部分が尖った舟形形状である、ものである。
【００１６】
請求項３においては、前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、１５°以上２５°以下の範囲内に、前記延出方向と前記加工方向とが成す角度を設定する、ものである。
【００１７】
請求項４においては、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセレーション成形方法を用いて、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に前記セレーションが成形されるセレーションボルトであり、前記セレーションが成形されるときに、前記セレーションの前記頭部側に、前記セレーションの形状に沿って連続して、前記セレーションの大径部と同一の外径寸法を有する凸部が成形される、ものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、大径部側に効率的に材料を流動させることができるため、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に、膨らみおよび割れが発生することなくセレーションを成形できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ワークを示す図。（ａ）全体的な構成を示す図。（ｂ）セレーションの形状を示す図。
【図２】ワークの製造工程を示す図。
【図３】セレーション成形前のワークを示す拡大図。（ａ）座面直下の形状を示す図。（ｂ）セレーション成形前後の被加工部の形状を示す図。
【図４】セレーション成形ダイスの内周形状を示す図。（ａ）軸方向から見たときの形状を示す図。（ｂ）図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図５】セレーション成形ダイスに素材をセットした状態を示す断面図。
【図６】セレーション成形時のワークの材料流動に関する説明図。
【図７】セレーション成形時のワークおよびセレーション成形ダイスを示す断面図。
【図８】凸部を示す説明図。
【図９】断面減少率と大径部の外径寸法との関係図。
【図１０】入口部の延出方向と加工方向とが成す角度を示す図。（ａ）周方向内側に延出する方向と加工方向とが成す角度を示す図。（ｂ）径方向外側に延出する方向と加工方向とが成す角度を示す図。
【図１１】入口部の変形例を示す図。（ａ）入口部を径方向に沿って見たときの図。（ｂ）入口部を軸方向に沿って切断した断面図。
【図１２】転造加工によってセレーションを成形する状態を示す説明図。
【図１３】従来のセレーション成形ダイスの内周形状を示す図。（ａ）軸方向から見たときの形状を示す図。（ｂ）図１３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。
【図１４】膨らみの発生のメカニズムを示す説明図。（ａ）セレーション成形途中の状態を示す図。（ｂ）セレーション成形時の状態を示す図。
【図１５】従来のセレーション成形時のワークの材料流動に関する説明図。
【図１６】割れの発生のメカニズムを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本実施形態のセレーション成形方法について説明する。
セレーション成形方法は、ワーク１０の材料を流動させる鍛造加工を行い、セレーション１３を成形するものである。
【００２１】
本実施形態のワーク１０は、自動車のディスクホイールを締結する際に用いられるハブボルトであるものとする。図１（ａ）に示すように、ハブボルトは、軸部１１、頭部１２、セレーション１３、およびネジ部１４が形成されるセレーションボルトである。
【００２２】
軸部１１は、頭部１２より下方向に延出する部分であり、その外周面にセレーション１３およびネジ部１４が形成される。軸部１１は、鍛造加工によって成形される。
【００２３】
頭部１２は、軸部１１よりも大きな外径寸法が設定され、鍛造加工によって成形される。
【００２４】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、セレーション１３は、複数の大径部１３ａ・１３ａ・・・および各大径部１３ａ・１３ａ・・・よりも外径寸法が小さい複数の小径部１３ｂ・１３ｂ・・・が、連続して交互に配置されたノコギリ歯状に形成される。
セレーション１３は、頭部１２に対してワーク１０の軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部１１に形成される。つまり、セレーション１３は、座面直下に形成される。セレーション１３は、鍛造加工によって成形される。
【００２５】
ネジ部１４は、軸部１１の下部を転造加工することによって成形される。
【００２６】
以下では、ワーク１０の製造工程について説明する。
【００２７】
まず、図２に示すように、コイル材２０を直線状に伸ばし、伸ばしたコイル材２０を所定の幅で切断する。なお、以下では、切断したコイル材２０を「素材２０」と表記する。
【００２８】
素材２０の軸方向の長さ寸法は、ワーク１０の軸方向の長さ寸法よりも短い。本実施形態の素材２０の外径寸法は、セレーション１３が成形される部分の外径寸法と同一の外径寸法が設定される。
【００２９】
素材２０には、複数回に分けて鍛造加工（前方押出加工による冷間鍛造加工）が行われる。
すなわち、ダイスにセットした素材２０をパンチ５０によって押圧することで、素材２０の材料を軸方向に流動させ、素材２０を所望の形状に成形する（図５参照）。このような成形が、素材２０に対して常温（または常温に近い温度）の状態で行われる。
【００３０】
一回目の鍛造加工では、セレーション１３およびネジ部１４に対応する部分を除いて、軸部１１と略同一の内周形状を有するダイスが用いられる。
一回目の鍛造加工に用いられるダイスの、セレーション１３およびネジ部１４に対応する部分の内周形状は、セレーション１３およびネジ部１４を成形する前の素材２０の外径寸法と略同一の内径寸法を有する円柱状である。
【００３１】
一回目の鍛造加工により、素材２０をその軸方向に延出させるように、素材２０の下端部を材料流動させて、軸部１１を成形する。
【００３２】
二回目の鍛造加工では、上端部が頭部１２と略同一の内周形状を有するとともに、上端部よりも下側が一回目の鍛造加工後の素材２０の軸部１１と略同一の内周形状を有するダイスが用いられる。
【００３３】
二回目の鍛造加工により、素材２０の上端部をその径方向外側に延出させるように、素材２０の上端部を材料流動させて、頭部１２を成形する。
【００３４】
三回目の鍛造加工では、軸部１１およびセレーション１３と略同一の内周形状を有するダイスが用いられる。
三回目の鍛造加工により、素材２０のセレーション１３が形成される部分を材料流動させて、素材２０にセレーション１３を成形する。三回目の鍛造加工については後で詳述する。
【００３５】
このような三回の鍛造加工は、一つの装置で三回以上連続して鍛造加工可能な多段式の鍛造装置によって行われる。
すなわち、鍛造装置には、三回の鍛造加工に用いられるダイスが設置される。そして、鍛造装置は、ダイスに素材２０をセット→素材２０をパンチ５０により押圧→次のダイスに素材２０をセットというような動作を繰り返し行う（図５参照）。
【００３６】
三回の鍛造加工を行った後で、ネジ部１４の形状に対応する外周形状を有する固定転造ダイスおよび可動転造ダイスにより、素材２０に対して転造加工を行い、ネジ部１４を成形する（図１２参照）。
【００３７】
このような鍛造加工および転造加工を素材２０に対して行うことで、素材２０の外周形状が成形される。そして、成形後の素材２０に熱処理や表面処理を行うことで、ワーク１０は製造される。
【００３８】
ここで、図３（ａ）に示すように、三回目の鍛造加工では、座面直下にセレーション１３を成形する（図３（ａ）に示す頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２参照）。
このため、従来のセレーション成形ダイス１４０を用いて鍛造加工を行った場合、断面減少率（素材２０のセレーション１３に対応する部分における成形前後の断面積の減少率）に応じて、膨らみ１２５または割れ１２６が発生してしまう（図１４および図１６参照）。
【００３９】
本実施形態のセレーション成形方法は、鍛造加工により座面直下にセレーション１３を成形するものである。
本実施形態において、本願発明に係るセレーション成形方法は、素材２０に対して行われる三回目の鍛造時に適用される（図２に示す二回目の鍛造加工時の素材２０参照）。
【００４０】
以下では、本実施形態のセレーション成形方法について説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、セレーション１３を成形する際に用いられるダイスを「セレーション成形ダイス４０」と表記する。また、素材２０のセレーション１３が成形される部分を「被加工部３０」と表記する。
【００４１】
本実施形態のセレーション成形方法では、鍛造加工時の断面減少率を０％に設定して、鍛造加工を行う。
従って、図３（ｂ）に示すように、セレーション１３成形前の被加工部３０の外径寸法（以下、「セレーション１３の下径」と表記する）には、大径部１３ａおよび小径部１３ｂの外径寸法の中間程度の外径寸法が設定される。
【００４２】
このように断面減少率を０％に設定することで、被加工部３０の材料の流動量が減り（被加工部３０の材料流動の影響が素材２０全体には及ばず）、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生することを防止できる（図１４参照）。
つまり、セレーション成形方法では、鍛造加工時に素材２０がその軸方向に延びない程度に低い断面減少率が設定される。
【００４３】
断面減少率を０％にした場合、各大径部１３ａ・１３ａ・・・に充分に材料を流動させなければ、各大径部１３ａ・１３ａ・・・への材料の供給量が足りず、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の表面に割れ１２６が発生してしまう（図１６参照）。
言い換えれば、セレーション成形方法では、各大径部１３ａ・１３ａ・・・を成形する部分に、比較的多くの材料を流動させる必要がある。つまり、被加工部３０の材料を効率的に流動させる必要がある。
【００４４】
本実施形態におけるセレーション成形方法では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すようなセレーション成形ダイス４０を用いる。
セレーション成形ダイス４０は、軸部１１およびセレーション１３と略同一の内周形状を有する。つまり、セレーション成形ダイス４０は、被加工部３０に対応する部分を除いて、概ね頭部１２成形時の軸部１１と同一の内周形状を有する（図２に示す一回目の鍛造加工時の素材２０参照）。セレーション成形ダイス４０には、複数のセレーション成形部４１・４１・・・、ガイド部４２、および頂部４３が形成される。
【００４５】
各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれ被加工部３０にセレーション１３を成形する部分である。各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれセレーション１３の軸方向の長さ寸法に応じて、セレーション成形ダイス４０の内周面に軸方向に所定の長さだけ形成される。各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれセレーション成形ダイス４０の周方向に沿って連続して形成される。
【００４６】
各セレーション成形部４１・４１・・・は、セレーション成形ダイス４０の内周面から所定寸法だけ内側方向へ突出して形成されており、最も内側へ突出している尖端部は、セレーション成形部４１における幅方向（セレーション成形ダイス４０の周方向）の中心に位置している。
【００４７】
各セレーション成形部４１・４１・・・の上端部（以下、「入口部４１ａ」と表記する）は、セレーション成形ダイス４０の径方向においては、セレーション成形ダイス４０の内周面から前記内側へ突出している尖端部側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜面に形成されている。
また、入口部４１ａは、セレーション成形ダイス４０の周方向においては、セレーション成形部４１の中央部から幅方向端部へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜面に形成されている。
つまり、入口部４１ａは、上側に向かうにつれて、尖端部がセレーション成形ダイス４０の径方向外側に延出するとともに、セレーション成形部４１の周方向両端部がセレーション成形ダイス４０の周方向内側に向けて延出する形状に形成され、二つの傾斜面が形成されている。また、入口部４１ａは、上端部（延出方向の先端部分）が尖った船形形状である。
【００４８】
すなわち、各セレーション成形部４１・４１・・・は、それぞれ下側が略三角柱状に形成されるとともに、当該三角柱の上面に底面を合わせた三角錐を配置したような形状となる（図６参照）。
【００４９】
各セレーション成形部４１・４１・・・の径方向外側の端部から、セレーション成形ダイス４０の内周部分の中心部までの距離は、大径部１３ａの外径寸法と略同一の長さとなる。
また、各セレーション成形部４１・４１・・・の径方向内側の端部から、セレーション成形ダイス４０の内周部分の中心部までの距離は、小径部１３ｂの外径寸法と略同一の長さとなる。
つまり、各セレーション成形部４１・４１・・・は、径方向外側の端部に被加工部３０の材料を流動させることにより、各大径部１３ａ・１３ａ・・・を成形するとともに、径方向内側の端部に被加工部３０の材料を流動させることにより、各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・を成形する。
【００５０】
図４（ｂ）および図５に示すように、ガイド部４２は、鍛造加工時にセレーション１３の上側が膨らむことを防止するためのものであり、各セレーション成形部４１・４１・・・の上側に位置する。ガイド部４２は、セレーション１３の下径と同一の内径寸法が設定される。
【００５１】
ガイド部４２の軸方向の長さ寸法Ｌ４は、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２に対応する。例えば、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２が長ければ、それに応じて長くなり、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２が短ければ、それに応じて短くなる。
本実施形態のガイド部４２の軸方向の長さ寸法Ｌ４は、高い断面減少率を設定して（例えば、セレーション１３の下径を大径部１３ａの外径寸法と同程度の寸法に設定して）鍛造加工した場合、膨らみ１２５が発生してしまう程度に短い（図１４参照）。
【００５２】
本実施形態において、「頭部１２に対して軸方向に僅かに間隔Ｌ２を空けた」とは、ガイド部４２の軸方向の長さ寸法Ｌ４が、前記膨らみ１２５が及ぶ範囲をカバーできない長さとなる程度に、セレーション１３の上端部が頭部１２に対して接近している状態であることをいう。
【００５３】
頂部４３は、ガイド部４２の上側に位置し、セレーション成形ダイス４０の上面を成す部分である。
【００５４】
図５に示すように、セレーション１３を成形するとき、素材２０は、セレーション成形ダイス４０にセットされ、パンチ５０によって下方向に押圧される。
このとき、セレーション成形ダイス４０は、各入口部４１ａ・４１ａ・・・により被加工部３０の材料を流動させる。
【００５５】
すなわち、セレーション成形ダイス４０は、図６に示すように、各入口部４１ａ・４１ａ・・・にて被加工部３０の材料を二つの傾斜面に沿ってかき分ける。つまり、各入口部４１ａ・４１ａ・・・の上方より下方向に向かって流れてくる材料を、セレーション成形ダイス４０の周方向一端側および周方向他端側の二方向に分けて流動させる（図６に示す矢印参照）。
【００５６】
このように、本実施形態では、セレーション成形ダイス４０の上側が、被加工部３０の材料流動を開始させる側となる。
つまり、各入口部４１ａ・４１ａ・・・は、それぞれ材料流動を開始させる側に向かうにつれて、セレーション成形ダイス４０の径方向外側および周方向内側に向けて延出する形状に形成される、被加工部３０の材料流動を開始させる側の端部として機能する。
【００５７】
セレーション成形ダイス４０は、その周方向一端側および周方向他端側に流動させた被加工部３０の材料を、下方向に流動させながら、各セレーション成形部４１・４１・・・と被加工部３０との間に形成される隙間を埋めるように流動させる。
つまり、セレーション成形ダイス４０は、被加工部３０の材料を、下方向に流動させながら、各大径部１３ａ・１３ａ・・・および各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・に対応する位相に流動させる。
【００５８】
このようにして、セレーション成形ダイス４０は、図７に示すように、素材２０に各大径部１３ａ・１３ａ・・・および各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・を成形する。
【００５９】
これによれば、セレーション成形ダイス４０は、被加工部３０の材料を効率的に各大径部１３ａ・１３ａ・・・側に流動させることができる。
つまり、断面減少率を０％に設定して鍛造加工を行う場合でも、各大径部１３ａ・１３ａ・・・に被加工部３０の材料を充分に供給できる。従って、各大径部１３ａ・１３ａ・・・と各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・との間で材料の供給量の差異を小さくできるため、各大径部１３ａ・１３ａ・・・側の材料の流速と、各小径部１３ｂ・１３ｂ・・・側の材料の流速との差を小さくできる。
このため、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の表面に割れ１２６が発生することを防止できる（図１６参照）。
【００６０】
これによれば、膨らみ１２５および割れ１２６が発生することなく、座面直下に（頭部１２に対して素材２０の軸方向に僅かに間隔Ｌ２を空けた位置の軸部１１に）セレーション１３を成形できる。
この場合、鍛造装置にセレーション成形ダイス４０をセットするだけで素材２０にセレーション１３を成形できるため、セレーション１３を転造工程によって成形する場合と比較して、ワーク１０の製造に要するコストを低減できる。
また、断面減少率を低く設定することで、比較的小さな押圧力でセレーション１３を成形できる。
【００６１】
本実施形態のセレーション成形方法を用いて素材２０にセレーション１３を成形した素材２０には、図７および図８に示すように、凸部１５が成形される。
【００６２】
凸部１５は、セレーション１３の上側、つまり、頭部１２側に形成される。凸部１５は、素材２０をその径方向外側から見たときに、セレーション１３の上端部の形状に沿った半楕円状（楕円の上半分が素材２０に転写された形状）に形成される。
このような凸部１５は、それぞれセレーション１３の上端部の形状に沿って素材２０の外周面に全周にわたって連続して成形される。
凸部１５は、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法と略同一の外径寸法を有する。素材２０の軸方向における凸部１５の長さ寸法は、頭部１２の下端部からセレーション１３の上端部までの間隔Ｌ２よりも短い。
【００６３】
すなわち、断面減少率を０％に設定した場合、軸部１１とガイド部４２との間に所定の幅の隙間が生じた状態となり、鍛造加工時にその隙間を埋めるように素材２０が僅かに膨らむ。
つまり、図７および図１４（ｂ）に示すように、凸部１５は、高い断面減少率を設定した場合にあるような膨らみ１２５とは違い、鍛造加工時に頭部１２と頂部４３との間で潰されるものではない。つまり、ワーク１０の取付等に影響を与えるものではない。
【００６４】
本実施形態のセレーション成形方法を用いて素材２０にセレーション１３を成形した場合、図７および図８に示すように、座面直下には、上側から順に軸部１１、凸部１５、セレーション１３が成形されることとなる。
この場合、座面直下の外径寸法は、上側から順に、セレーション１３の下径（軸部１１）、大径部１３ａの外径（凸部１５）、セレーション１３の外径（大径部１３ａおよび小径部１３ｂ）と変動する。
つまり、製造工程を終えたワーク１０は、頭部１２とセレーション１３との間にアンダーカットがある形状（頭部１２とセレーション１３との間が僅かに窪んだ形状）となるとともに、当該アンダーカット部分の下端部が上下方向に波打った形状となる。
【００６５】
このようにセレーション１３成形時に素材２０に凸部１５が成形されることにより、ワーク１０の形状を視認するだけで、本実施形態のセレーション成形方法を用いてワーク１０にセレーション１３を成形したかを把握できる。
従って、第三者による不正行為（第三者が本実施形態と同様のセレーション成形方法にてワーク１０にセレーション１３を成形したこと）を認識できる。つまり、第三者による不正行為の事実を容易に立証できる。
【００６６】
ここで、図９を用いて、セレーション成形方法にて設定する断面減少率の範囲について説明する。
図９は、断面減少率を変更しながら、つまり、セレーション１３の下径を変更しながら、本実施形態のセレーション成形ダイス４０を用いて座面直下にセレーション１３を成形した結果を示すグラフである。
【００６７】
図９に示すように、断面減少率を０％に設定したときには、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生せず、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法も予め設定される所定の範囲内となった（図９の縦軸に記載のセレーション大径ｒ１・ｒ２参照）。
また、断面減少率を０．５％、１．０％、および１．５％に設定したときも同様の結果が得られた。
【００６８】
断面減少率を２．０％に設定したときには、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生した。
また、断面減少率を３．０％および５．０％に設定したときも同様の結果が得られた（図９に点線で示す符号Ｐ参照）。
【００６９】
断面減少率を−０．４％に設定したときには、頭部１２の下側に膨らみ１２５が発生しなかったが、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法が予め設定される所定の範囲外となった。
【００７０】
以上の実験結果より、座面直下にセレーション１３を成形する場合、０％以上１．５％以下の範囲内に、鍛造加工時の被加工部３０の断面減少率を設定すればよいことがわかった（図９に示す範囲Ｒ参照）。
【００７１】
なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、各セレーション成形部４１・４１・・・の入口部４１ａは、それぞれ１５°以上２５°以下の範囲内に、延出方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２・θ３を設定することが好ましい。
【００７２】
「延出方向」とは、入口部４１ａの周方向両端部が周方向内側へ延出する方向と、入口部４１ａの径方向内側に突出する部分が径方向外側へ延出する方向とのことをいう。
【００７３】
「加工方向」とは、本実施形態においては、素材２０がパンチ５０により押圧される方向である。つまり、図７や図１０等における紙面下方向が、加工方向に対応する（図１０（ａ）および図１０（ｂ）に二点鎖線で示す符号Ｃ参照）。
【００７４】
すなわち、延出方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２・θ３は、入口部４１ａの周方向両端部が周方向内側へ延出する方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２、および入口部４１ａの径方向内側に突出する部分が径方向外側へ延出する方向と加工方向とが成す角度θ３の、三つの角度のことである。
【００７５】
仮に、各角度θ１・θ２・θ３が、それぞれ１５°よりも小さい場合には、鍛造加工時に大径部１３ａ側に緩やかに材料を流動させることとなる。従って、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法が所望の寸法よりも小さくなる可能性がある。
また、各角度θ１・θ２・θ３が、それぞれ２５°よりも大きい場合には、鍛造加工時に大径部１３ａ側に材料を効率的に流動させ難くなる。つまり、従来のセレーション成形ダイス１４０を用いた場合にあるような、割れ１２６が発生する可能性がある（図１６参照）。
【００７６】
以上のように、１５°以上２５°以下の範囲内に、延出方向と加工方向とが成す角度θ１・θ２・θ３を設定することで、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の外径寸法を所望の寸法にできるとともに、各大径部１３ａ・１３ａ・・・の表面に割れ１２６が発生することを確実に防止できる。
【００７７】
また、入口部４１ａの形状は、本実施形態に限定されるものでなく、被加工部３０の材料を効率的に大径部１３ａ側に流動させることができる形状であればよい。例えば、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、素材２０の軸心および素材２０の径方向外側から見たときに、上底が上端部に位置するような略台形状であっても構わない。
【００７８】
ただし、被加工部３０の材料をより効率的に大径部１３ａ側に流動させることができるという観点から、入口部４１ａの形状は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すような延出方向の先端部分が尖った舟形形状とすることが好ましい。
【００７９】
ここで、従来のセレーション成形ダイス１４０（図１４参照）を用いてワーク１０にセレーション１３を成形するための手段として、頭部１２を成形する前に、セレーション１３を成形することが考えられる。この場合、素材２０は、頭部１２に対応する部分がセレーション１３に対応する部分に沿って上方向に延出している状態である（図２に示す一回目の鍛造加工時の素材２０参照）。
この状態の素材２０に対してセレーション１３を成形する場合、膨らみ１２５の発生を防止できる程度に軸方向の寸法が長いガイド部を形成できる。
【００８０】
しかし、セレーション１３を成形した後で頭部１２を成形することとなるため、頭部１２を成形するダイスに、素材２０に成形したセレーション１３との干渉を防止するためのセレーション１３を形成する必要がある。このようなセレーション１３は、例えば、各セレーション成形部４１・４１・・・と同一形状に形成される（図４参照）。
【００８１】
このような頭部１２を成形するダイスには、素材２０側の大径部と、ダイス側の小径部との位相が合うような状態で、素材２０がセットされてしまう可能性がある。
この場合、素材２０に頭部１２を成形するときに、ダイス側の小径部が、素材２０側の大径部を材料流動させてしまい、素材２０のセレーション１３が潰れてしまう。
【００８２】
つまり、頭部１２を成形した後で、本実施形態のセレーション成形方法を用いてセレーション１３を成形することで、セレーション１３の位相を考慮することなくセレーション１３を成形できる。
【００８３】
本実施形態のセレーション成形方法では、前方押出加工による冷間鍛造加工によりハブボルトにセレーション１３を成形するものとしたが、これに限定されるものでない。例えば、後方押出加工による冷間鍛造によりワークの内周面にセレーションを成形しても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１０ ワーク
１３ セレーション
４０ セレーション成形ダイス
４１ セレーション成形部
４１ａ 入口部（材料流動を開始させる側の端部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セレーション成形ダイスを用いて、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、前記ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法であって、
０％以上１．５％以下の範囲内に、前記鍛造加工時の断面減少率を設定し、
前記セレーション成形ダイスに形成され、前記ワークに前記セレーションを成形するセレーション成形部を、
前記ワークの材料流動を開始させる側の端部が、前記材料流動を開始させる側に向かうにつれて、前記セレーション成形ダイスの径方向外側および前記セレーション成形部の周方向内側に向けて延出する形状に形成する、
セレーション成形方法。
【請求項２】
前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、
前記延出方向の先端部分が尖った舟形形状である、
請求項１に記載のセレーション成形方法。
【請求項３】
前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、
１５°以上２５°以下の範囲内に、前記延出方向と前記加工方向とが成す角度を設定する、
請求項１または請求項２に記載のセレーション形成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセレーション成形方法を用いて、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に前記セレーションが成形されるセレーションボルトであり、
前記セレーションが成形されるときに、前記セレーションの前記頭部側に、前記セレーションの形状に沿って連続して、前記セレーションの大径部と同一の外径寸法を有する凸部が成形される、
セレーションボルト。
【請求項１】
セレーション成形ダイスを用いて、ワークの材料を流動させる鍛造加工を行い、前記ワークにセレーションを成形するセレーション成形方法であって、
０％以上１．５％以下の範囲内に、前記鍛造加工時の断面減少率を設定し、
前記セレーション成形ダイスに形成され、前記ワークに前記セレーションを成形するセレーション成形部を、
前記ワークの材料流動を開始させる側の端部が、前記材料流動を開始させる側に向かうにつれて、前記セレーション成形ダイスの径方向外側および前記セレーション成形部の周方向内側に向けて延出する形状に形成する、
セレーション成形方法。
【請求項２】
前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、
前記延出方向の先端部分が尖った舟形形状である、
請求項１に記載のセレーション成形方法。
【請求項３】
前記セレーション成形ダイスの前記ワークの材料流動を開始させる側の端部は、
１５°以上２５°以下の範囲内に、前記延出方向と前記加工方向とが成す角度を設定する、
請求項１または請求項２に記載のセレーション形成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセレーション成形方法を用いて、頭部に対して軸方向に僅かに間隔を空けた位置の軸部に前記セレーションが成形されるセレーションボルトであり、
前記セレーションが成形されるときに、前記セレーションの前記頭部側に、前記セレーションの形状に沿って連続して、前記セレーションの大径部と同一の外径寸法を有する凸部が成形される、
セレーションボルト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−７８２（Ｐ２０１３−７８２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５７８６（Ｐ２０１１−１３５７８６）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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