トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 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

【発明の名称】 鍛造成形品およびその製造方法
【発明者】 【氏名】橘内 透

【氏名】松下 修

【要約】 【課題】貫通孔を有する鍛造成形品を製造する際の鍛造工程におけるワークピースの意図しない変形を抑制する。

【解決手段】本発明による鍛造成形品は、マグネシウム合金製の鍛造成形品であって、所定の方向Xに延びる貫通孔1aが形成された貫通孔形成部2aと、所定の方向Xに交差する方向に広がる底部3とを有する。貫通孔1aは、鍛造によって形成された第1の部分Aと、鍛造後に形成された第2の部分Bとを含み、貫通孔1aの第2の部分Bは、所定の方向Xにおける貫通孔1aの中央から底部3側にずれて位置している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マグネシウム合金製の鍛造成形品であって、
所定の方向に延びる貫通孔が形成された貫通孔形成部と、
前記所定の方向に交差する方向に広がる底部と、を有し、
前記貫通孔は、鍛造によって形成された第1の部分と、鍛造後に形成された第2の部分とを含み、
前記貫通孔の前記第2の部分は、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部側にずれて位置している、鍛造成形品。
【請求項2】
前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記貫通孔の前記第2の部分までの距離が、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部までの距離の70%を超える、請求項1に記載の鍛造成形品。
【請求項3】
前記貫通孔の前記第2の部分は、前記底部と実質的に同じ高さに位置している請求項1または2に記載の鍛造成形品。
【請求項4】
前記貫通孔形成部は、前記所定の方向に交差する方向において、前記鍛造成形品の中心に対して前記底部よりも外側に位置している請求項1から3のいずれかに記載の鍛造成形品。
【請求項5】
前記マグネシウム合金の平均結晶粒径が150μm以下である、請求項1から4のいずれかに記載の鍛造成形品。
【請求項6】
前記マグネシウム合金の平均結晶粒径が100μm以下である部分を含む請求項1から5のいずれかに記載の鍛造成形品。
【請求項7】
前記マグネシウム合金は10質量%以下のアルミニウムを含む、請求項1から6のいずれかに記載の鍛造成形品。
【請求項8】
前記貫通孔形成部は、前記貫通孔を包囲する側壁を有するボスであり、
前記鍛造成形品は、自動二輪車用のハンドル支持部材である請求項1から7のいずれかに記載の鍛造成形品。
【請求項9】
請求項1から8のいずれかに記載の鍛造成形品を備えた自動二輪車。
【請求項10】
鍛造により成形された自動二輪車用ハンドル支持部材であって、
所定の方向に延びる貫通孔が形成されたボスと、
前記所定の方向に交差する方向に広がる底部と、を有し、
前記貫通孔は、鍛造によって形成された第1の部分と、鍛造後に形成された第2の部分とを含み、
前記貫通孔の第2の部分は、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部側にずれて位置している、ハンドル支持部材。
【請求項11】
金属材料から形成されたワークピースを用意する準備工程と、
前記ワークピースを鍛造することによって、所定の方向に延びる非貫通孔と、前記所定の方向に交差する方向に広がる底部とを前記ワークピースに形成する鍛造工程と、
鍛造された前記ワークピースの一部を除去することによって、前記非貫通孔を貫通孔にする貫通孔形成工程と、を包含する鍛造成形品の製造方法であって、
前記鍛造工程は、前記貫通孔形成工程において除去される前記ワークピースの一部が、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部側にずれて位置するように行われる、鍛造成形品の製造方法。
【請求項12】
前記準備工程において用意される前記ワークピースは、前記鍛造工程における加圧方向から見た外周形状が、前記鍛造工程において鍛造された前記ワークピースと実質的に同じである請求項11に記載の鍛造成形品の製造方法。
【請求項13】
前記準備工程において用意される前記ワークピースは、押し出し成形によって成形されている請求項12に記載の鍛造成形品の製造方法。
【請求項14】
前記準備工程において用意される前記ワークピースは、マグネシウム合金から形成されている請求項11から13のいずれかに記載の鍛造成形品の製造方法。
【請求項15】
前記鍛造工程は、据え込み率60%以上で行われる請求項14に記載の鍛造成形品の製造方法。
【請求項16】
前記鍛造工程は、鍛造後の前記ワークピースの肉厚が1mm以上8mm以下となるように行われる請求項14または15に記載の鍛造成形品の製造方法。
【請求項17】
前記鍛造工程は、鍛造後の前記ワークピースの一部の変形高さが130%以上となるように行われる請求項14から16のいずれかに記載の鍛造成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、鍛造成形品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動二輪車のハンドルおよびフロントフォークを固定するための部材として、アッパーブラケットやアンダーブラケットのような支持部材が用いられている。アッパーブラケットおよびアンダーブラケット(以下ではこれらを総称して「ハンドル支持部材」とも呼ぶ。)の一例を図8および図9に示す。
【0003】
図8および図9に示すように、アッパーブラケット700およびアンダーブラケット800には、ボス2a〜2cが設けられている。両端に設けられたボス2aおよび2bには、フロントフォーク30が挿通される貫通孔1aおよび1bが形成されている。なお、図9では、一方の貫通孔1aに挿通されたフロントフォーク30のみを示しているが、他方の貫通孔1bにもフロントフォーク30が挿通される。また、中央部に設けられたボス2cには、ステアリングシャフト40が挿通される貫通孔1cが形成されている。アッパーブラケット700およびアンダーブラケット800によってフロントフォーク30およびステアリングシャフト40が保持されていることによって、ハンドルによる前輪の操作が可能になる。
【0004】
燃費の向上や排出ガスの削減の観点から、自動二輪車の軽量化が重要視されている。従来、自動二輪車の軽量化のため、アッパーブラケットやアンダーブラケットのようなハンドル支持部材の材料として、鋼よりも比重の小さいアルミニウム合金が用いられてきた。アルミニウム合金製のハンドル支持部材は、一般的には、ダイキャストなどの鋳造法によって成形された鋳造成形品に、機械的強度向上のためのT6熱処理(溶体化処理および人工時効処理)を施すことによって形成される。
【0005】
近年、アルミニウム合金よりもさらに比重の小さいマグネシウム合金の製造方法が開発されてきた。また、マグネシウム合金の強度や加工性を改善する技術も開発されてきた。そのため、アルミニウム合金に代えて、マグネシウム合金をハンドル支持部材の材料として用いることが望まれる。マグネシウム合金の比重は、アルミニウム合金の比重の約2/3であるため、マグネシウム合金を用いると自動二輪車をさらに軽量化することができる。
【0006】
しかしながら、マグネシウム合金を用いる場合、鋳造成形品に熱処理を施すだけでは十分な機械的強度を得ることは難しい。そこで、特許文献1には、マグネシウム合金から形成された鋳造成形品を鍛造した後にT6熱処理を施す手法が提案されている。また、特許文献2には、連続鋳造法により作製したマグネシウム合金製のビレットを熱間押し出し成形した後に、溶体化処理、鍛造、時効処理を順次行う手法が提案されている。特許文献1および2に開示されている手法では、いずれもワークピースに鍛造を行う際の塑性変形によって機械的強度が向上するので、十分な機械的強度を実現することができる。
【特許文献1】特開平6−172949号公報
【特許文献2】特開2002−254132号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、本願発明者が詳細な検討を行ったところ、特許文献1および2に開示されているような、鍛造工程を含む手法をハンドル支持部材の製造に単純に用いると、鍛造工程の初期においてワークピースに意図しない変形(曲げ)が発生してしまうことがわかった。
【0008】
ワークピースに上述した変形が発生すると、ワークピースの塑性変形量が多くなるので、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)が大きくなってしまうし、そのために金型の耐久性も低下してしまう。また、そのような変形が発生すると、端部で欠肉が生じることがある。欠肉を防止するために、大きめに形成したワークピースに対して鍛造を行うことも考えられるが、その場合には、大きめに形成した分だけ鍛造後のバリが増加するため、材料の歩留りが低下してしまう。マグネシウム合金は、アルミニウム合金と比較して非常に高価であるので、材料の歩留りの低下は製造コストを大幅に増加させてしまう。
【0009】
ワークピースに上述したような変形が発生する原因は、ハンドル支持部材の貫通孔が、鍛造工程において形成される部分と、鍛造後に形成される部分とを含んでいることにある。鍛造工程を含む手法でハンドル支持部材を製造する場合、ハンドル支持部材の貫通孔は、鍛造工程においてワークピースに一旦非貫通孔を形成した後に、非貫通孔の底に対応した部分を機械加工などによって除去することによって形成される。本願発明者の検討によれば、非貫通孔を貫通孔にするために除去される部分の位置が、ワークピースの変形に大きな影響を与えていることがわかった。
【0010】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通孔を有する鍛造成形品を製造する際の鍛造工程におけるワークピースの意図しない変形を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明による鍛造成形品は、マグネシウム合金製の鍛造成形品であって、所定の方向に延びる貫通孔が形成された貫通孔形成部と、前記所定の方向に交差する方向に広がる底部と、を有し、前記貫通孔は、鍛造によって形成された第1の部分と、鍛造後に形成された第2の部分とを含み、前記貫通孔の前記第2の部分は、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部側にずれて位置している。
【0012】
ある好適な実施形態において、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記貫通孔の前記第2の部分までの距離は、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部までの距離の70%を超える。
【0013】
ある好適な実施形態において、前記貫通孔の前記第2の部分は、前記底部と実質的に同じ高さに位置している。
【0014】
ある好適な実施形態において、前記貫通孔形成部は、前記所定の方向に交差する方向において、前記鍛造成形品の中心に対して前記底部よりも外側に位置している。
【0015】
ある好適な実施形態において、前記マグネシウム合金の平均結晶粒径は150μm以下である。
【0016】
ある好適な実施形態において、本発明による鍛造成形品は、前記マグネシウム合金の平均結晶粒径が100μm以下である部分を含む。
【0017】
ある好適な実施形態において、前記マグネシウム合金は10質量%以下のアルミニウムを含む。
【0018】
ある好適な実施形態において、前記貫通孔形成部は、前記貫通孔を包囲する側壁を有するボスであり、本発明による鍛造成形品は、自動二輪車用のハンドル支持部材である。
【0019】
本発明による自動二輪車は、上記の構成を有する鍛造成形品を備えている。
【0020】
本発明による自動二輪車用ハンドル支持部材は、鍛造により成形された自動二輪車用ハンドル支持部材であって、所定の方向に延びる貫通孔が形成されたボスと、前記所定の方向に交差する方向に広がる底部と、を有し、前記貫通孔は、鍛造によって形成された第1の部分と、鍛造後に形成された第2の部分とを含み、前記貫通孔の第2の部分は、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部側にずれて位置している。
【0021】
本発明による鍛造成形品の製造方法は、金属材料から形成されたワークピースを用意する準備工程と、前記ワークピースを鍛造することによって、所定の方向に延びる非貫通孔と、前記所定の方向に交差する方向に広がる底部とを前記ワークピースに形成する鍛造工程と、鍛造された前記ワークピースの一部を除去することによって、前記非貫通孔を貫通孔にする貫通孔形成工程と、を包含する鍛造成形品の製造方法であって、前記鍛造工程は、前記貫通孔形成工程において除去される前記ワークピースの一部が、前記所定の方向における前記貫通孔の中央から前記底部側にずれて位置するように行われる。
【0022】
ある好適な実施形態において、前記準備工程において用意される前記ワークピースは、前記鍛造工程における加圧方向から見た外周形状が、前記鍛造工程において鍛造された前記ワークピースと実質的に同じである。
【0023】
ある好適な実施形態において、前記準備工程において用意される前記ワークピースは、押し出し成形によって成形されている。
【0024】
ある好適な実施形態において、前記準備工程において用意される前記ワークピースは、マグネシウム合金から形成されている。
【0025】
ある好適な実施形態において、前記鍛造工程は、据え込み率60%以上で行われる。
【0026】
ある好適な実施形態において、前記鍛造工程は、鍛造後の前記ワークピースの肉厚が1mm以上8mm以下となるように行われる。
【0027】
ある好適な実施形態において、前記鍛造工程は、鍛造後の前記ワークピースの一部の変形高さが130%以上となるように行われる。
【0028】
本発明によるマグネシウム合金製鍛造成形品の貫通孔は、鍛造によって形成された第1の部分と、鍛造後に形成された第2の部分とを含んでおり、第2の部分は、貫通孔の延びる方向における中央から底部側にずれて位置している。従って、鍛造工程において、貫通孔の第1の部分を形成するためのプレス面と底部を形成するためのプレス面とがワークピースに接触するタイミングの差を小さく(第2の部分を貫通孔の延びる方向における中央に位置させる場合に比べて小さく)することができるので、上記タイミングの差に起因して発生するワークピースの意図しない変形が抑制される。そのため、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)を小さくし、金型の耐久性を向上させることができる。また、欠肉の発生を抑制し、材料の歩留りを高くすることができる。
【0029】
貫通孔の延びる方向における中央から貫通孔の第2の部分までの距離が、貫通孔の延びる方向における中央から底部までの距離の70%を超えると、上記タイミングの差を十分に小さくすることができるので、ワークピースの意図しない変形を抑制する効果が高い。
【0030】
貫通孔の第2の部分(鍛造後に形成された部分)が、底部と実質的に同じ高さに位置していると、上記タイミングの差を実質的になくすことができ、貫通孔の第1の部分を形成するためのプレス面と底部を形成するためのプレス面とをワークピースにほぼ同時に接触させることができる。そのため、ワークピースの変形を大きく抑制することができる。
【0031】
ワークピースの変形やそれに伴う欠肉は、底部の広がる方向において貫通孔形成部が鍛造成形品の中心に対して底部よりも外側に位置している構成において発生しやすいので、そのような構成において本発明を用いる意義が大きい。
【0032】
鍛造工程における塑性変形により、マグネシウム合金の平均結晶粒径は鍛造前に比べて小さくなる。マグネシウム合金の平均結晶粒径は、150μm以下であることが好ましい。平均結晶粒径を150μm以下とすることにより、アルミニウム合金製の鋳造成形品にT6熱処理を施したものと同等の機械的強度を得る事ができる。
【0033】
また、本発明による鍛造成形品は、マグネシウム合金の平均結晶粒径が100μm以下である部分を含むことがさらに好ましい。大きな応力が作用する部位については平均結晶粒径を100μm以下とすることにより、その部位の機械的強度をより高くすることができ、鍛造成形品の耐久力が向上する。
【0034】
マグネシウム合金のアルミニウム含有量は、10質量%以下であることが好ましい。アルミニウム含有量が10質量%を超えると、β相が析出するので、鍛造成形性が低下するとともに鍛造成形品の靭性が低下する。
【0035】
本発明による鍛造成形品は、例えば、自動二輪車用のハンドル支持部材(アッパーブラケットやアンダーブラケット)である。ハンドル支持部材は、フロントフォークやステアリングシャフトが挿通される貫通孔が形成されたボス(貫通孔形成部)を有しているので、本発明が好適に用いられる。
【0036】
本発明による自動二輪車は、上記の構成を有するマグネシウム合金製鍛造成形品を備えているので、製造コストの増加を抑制しつつ、軽量化を図ることができる。
【0037】
本発明によるハンドル支持部材の貫通孔は、鍛造によって形成された第1の部分と、鍛造後に形成された第2の部分とを含んでおり、第2の部分は、貫通孔の延びる方向における中央から底部側にずれて位置している。従って、鍛造工程において、貫通孔の第1の部分を形成するためのプレス面と底部を形成するためのプレス面とがワークピースに接触するタイミングの差を小さくすることができるので、上記タイミングの差に起因して発生するワークピースの意図しない変形が抑制される。そのため、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)を小さくし、金型の耐久性を向上させることができる。また、欠肉の発生を抑制し、材料の歩留りを高くすることができる。
【0038】
本発明による鍛造成形品の製造方法では、鍛造工程が、貫通孔形成工程において除去されるワークピースの一部が貫通孔の延びる方向における中央から底部側にずれて位置するように行われる。そのため、鍛造工程において、非貫通孔を形成するためのプレス面と底部を形成するためのプレス面とがワークピースに接触するタイミングの差を小さくすることができるので、上記タイミングの差に起因して発生するワークピースの意図しない変形が抑制される。そのため、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)を小さくし、金型の耐久性を向上させることができる。また、欠肉の発生を抑制し、材料の歩留りを高くすることができる。
【0039】
準備工程において用意されるワークピースは、鍛造工程における加圧方向(鍛造方向)から見た外周形状が、鍛造工程において鍛造されたワークピースと実質的に同じであることが好ましい。このように、鍛造方向から見た外周形状が鍛造後の外周形状に近いワークピースをあらかじめ用意しておくことにより、鍛造工程の数を少なくする(例えば一回の鍛造工程のみで成形を行う)ことができるので、製造コストを低減することができる。また、発生するバリの量が少なくなるので、材料の歩留りが高くなる。このようなワークピースとしては、例えば、押し出し成形によって成形されたものを用いることができる。押し出し成形によって成形されたワークピースは、押し出し成形によって結晶粒が微細化されているので、鍛造性が高く、好適に用いられる。
【0040】
マグネシウム合金は高価な材料であるため、本発明による鍛造成形品の製造方法は、ワークピースがマグネシウム合金から形成されている場合に特に好適に用いることができる。
【0041】
鍛造工程は、据え込み率60%以上で行われることが好ましい。据え込み率を60%以上とすることにより、マグネシウム合金の平均結晶粒径を十分に小さくすることができるので、アルミニウム合金製の鋳造成形品にT6熱処理を施したものと同等の機械的強度を得る事ができる。
【0042】
また、ワークピースを十分に塑性変形させてマグネシウム合金の平均結晶粒径を十分に小さくする観点から、鍛造工程は、鍛造後のワークピースの肉厚が1mm以上8mm以下となるように行われることが好ましく、鍛造後のワークピースの一部の変形高さが130%以上となるように行われることが好ましい。
【発明の効果】
【0043】
本発明によると、貫通孔を有する鍛造成形品を製造する際の鍛造工程におけるワークピースの意図しない変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0044】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では自動二輪車用のハンドル支持部材であるアッパーブラケットを例として説明を行うが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、アンダーブラケットにも用いられるし、また、貫通孔を有する鍛造成形品全般(例えば車体フレームなど)に広く用いられる。
【0045】
図1(a)および(b)と図2に、本実施形態におけるアッパーブラケット100を示す。図1(a)および(b)は、アッパーブラケット100を模式的に示す上面図および下面図であり、図2は、図1(a)中の2A−2A’線に沿った断面図である。
【0046】
アッパーブラケット100は、マグネシウム合金製の鍛造成形品である。マグネシウム合金は、典型的には、アルミニウムや亜鉛を含んでいる。また、マグネシウム合金は、カルシウムを含むことによって難燃性を付与されていることが好ましい。
【0047】
アッパーブラケット100は、貫通孔1a〜1eが形成された貫通孔形成部2a〜2eを有している。貫通孔1a〜1eが延びる方向(図2中に矢印Xで示している。)は、貫通孔1a〜1eの中心軸に平行であるので、以下では、貫通孔1a〜1eの延びる方向Xを単に「軸方向」と呼ぶ。
【0048】
貫通孔形成部2a〜2eは、貫通孔1a〜1eを包囲する側壁を有するボスである。アッパーブラケット100の長手方向の両端に位置する貫通孔形成部2aおよび2bに形成された貫通孔1aおよび1bには、フロントフォークが挿通される。貫通孔形成部2aおよび2bには、貫通孔1aおよび1bを締め付けるための締め付け構造5が設けられている。締め付け構造5には、ねじ孔が形成されており、このねじ孔にボルトを挿入することにより、貫通孔1aおよび1bが締め付けられる。
【0049】
アッパーブラケット100の長手方向の中央に位置する貫通孔形成部2cに形成された貫通孔1cには、ステアリングシャフトが挿通される。また、他の貫通孔形成部2dおよび2eに形成された貫通孔1dおよび1eは、ハンドルを保持するための部材を固定するために設けられている。
【0050】
アッパーブラケット100は、さらに、軸方向Xに交差する方向(ここでは直交する方向)に広がる底部3と、底部3から突出する凸部4とを有している。
【0051】
底部3は、板状に広がっており、アッパーブラケット100の全体を支持する。凸部4は、底部3を補強するリブであり、貫通孔形成部2a〜2e同士を接続するように形成されている。
【0052】
貫通孔1a〜1eは、図2に示すように、鍛造によって形成された第1の部分Aと、鍛造後に形成された第2の部分Bとを含んでいる。第1の部分Aは、鍛造時の塑性変形を利用して形成される。つまり、第1の部分Aは、鍛造時に形成される非貫通孔に対応している。これに対し、第2の部分Bは、鍛造時に形成された非貫通孔の底に対応した部分を、鍛造後に機械加工などにより除去することによって形成される。以下では、この第2の部分Bを「抜き部」とも称する。第1の部分Aと第2の部分(抜き部)Bとは、貫通孔形成部2a〜2eの鍛流線(ファイバーフロー)を観察することにより容易に識別される。
【0053】
本実施形態では、図2に示すように、貫通孔1a〜1eの抜き部Bは、底部3と実質的に同じ高さに位置している。つまり、抜き部Bは、軸方向Xにおける貫通孔1a〜1eの中央から底部3側にずれて位置している。
【0054】
本実施形態におけるアッパーブラケット100では、抜き部Bが上述したように位置していることによって、鍛造工程の初期におけるワークピースの意図しない変形(曲げ)の発生が抑制される。以下、この点をより具体的に説明する。
【0055】
特許文献1および2に開示されているような、鍛造工程を含む手法をハンドル支持部材の製造に単純に用いる場合、抜き部Bは、図3(a)に示すように、軸方向Xにおける中央に位置するように設けられる。これは、抜き勾配に起因した加工代を小さくするためである。図3(b)に示しているように、鍛造直後(つまり抜き部Bに対応した部分B’が除去されていない状態)のワークピースには、鍛造型からの離型を容易にするための抜き勾配θ(例えば3°程度)が設けられている。抜き勾配θに起因した加工代は、鍛造後の機械加工などによって除かれるいわば余肉である。抜き部Bを軸方向Xにおける中央に位置するように設けると、加工代をもっとも小さくすることができる。
【0056】
しかしながら、抜き部Bを軸方向Xにおける中央に設けた場合、図3(b)からもわかるように、抜き部Bを形成するために除去される部分B’は、軸方向X(鍛造時の加圧方向である。)における位置が底部3と大きくずれている。そのため、第1の部分Aを形成するためのプレス面と底部3を形成するためのプレス面とで、ワークピースにはじめて接触するタイミングに大きな時間差が生じてしまう。具体的には、図3(c)に示すように、鍛造用の上型21については、第1の部分Aを形成するためのプレス面21aよりも底部3を形成するためのプレス面21bがワークピース11に早く接触してしまうし、鍛造用の下型22については、第1の部分Aを形成するためのプレス面22aが底部3を形成するためのプレス面22bよりもワークピース11に早く接触してしまう。このようなタイミングの差が、ワークピースに意図しない変形(曲げ)を生じさせてしまう。
【0057】
ワークピースに上述した変形が発生すると、ワークピースの塑性変形量が多くなるので、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)が大きくなってしまうし、そのために金型の耐久性も低下してしまう。また、そのような変形が発生すると、端部で欠肉が生じることがある。欠肉を防止するために、大きめに形成したワークピースに対して鍛造を行うことも考えられるが、その場合には、大きめに形成した分だけ鍛造後のバリが増加するため、材料の歩留りが低下してしまう。マグネシウム合金は、アルミニウム合金と比較して非常に高価であるので、材料の歩留りの低下は製造コストを大幅に増加させてしまう。
【0058】
これに対し、本実施形態におけるアッパーブラケット100では、抜き部Bは、軸方向X(貫通孔1aの延びる方向)における貫通孔1aの中央から底部3側にずれて位置しているので、第1の部分Aを形成するためのプレス面と底部3を形成するためのプレス面とがワークピースに接触するタイミングの差を小さくすることができる。従って、ワークピースの意図しない変形が抑制されるので、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)を小さくし、金型の耐久性を向上させることができる。また、欠肉の発生を抑制し、材料の歩留りを高くすることができる。
【0059】
さらに、図2に例示しているように、抜き部Bが底部3と実質的に同じ高さに位置していると、上記のタイミング差を実質的になくすことができ、第1の部分Aを形成するためのプレス面と底部3を形成するためのプレス面とをワークピースにほぼ同時に接触させることができる。そのため、ワークピースの変形を抑制する効果が高い。
【0060】
もちろん、図2に例示した構成に限定されず、抜き部Bが軸方向Xにおける中央から底部3側にずれてさえいれば、ワークピースの変形を抑制する効果が得られる。ただし、その効果を高くするためには、抜き部Bはできるだけ底部3に近いことが好ましく、図4(a)に示すように軸方向Xにおける中央(鎖線で示している。)から抜き部Bまでの距離をd1とし、軸方向Xにおける中央から底部3までの距離をd2としたとき、距離d1およびd2が、d1>0.7d2の関係を満足する(つまり距離d1が距離d2の70%を超える)ことが好ましく、図4(a)に例示しているように距離d1およびd2が実質的に同じである(具体的にはd1>0.9d2の関係を満足する)ことがより好ましい。距離d1およびd2がd1>0.7d2の関係を満足することにより、ワークピースの変形を効果的に抑制でき、距離d1およびd2が実質的に同じであることにより、ワークピースの変形をいっそう効果的に抑制できる。なお、軸方向における中央から鍛造成形品の最も低い位置までの距離をd3とすると、距離d1は距離d3を超えることはない(つまりd1<d3)。
【0061】
また、底部3は、アッパーブラケット100の全体を支持すればよく、貫通孔形成部(ボス)2aや凸部(リブ)4の間に規定される凹みの底であればよい。したがって、底部3は、必ずしも図2や図4(a)に例示しているように軸方向Xにおける最も低い位置に設けられている必要はなく、図4(b)に示すように、軸方向Xにおける最も低い位置よりも上方に設けられていてもよい(ただし、底部3は軸方向Xにおける中央に設けられることはない。)。
【0062】
鍛造工程における塑性変形により、マグネシウム合金の平均結晶粒径は鍛造前に比べて小さくなる。鍛造後のマグネシウム合金の平均結晶粒径は、150μm以下であることが好ましい。平均結晶粒径を150μm以下とすることにより、アルミニウム合金製の鋳造成形品にT6熱処理を施したものと同等の機械的強度を得る事ができる。
【0063】
また、鍛造工程後のアッパーブラケット100は、マグネシウム合金の平均結晶粒径が100μm以下である部分を含むことがさらに好ましい。締め付け部を含むボス(貫通孔形成部)2aおよび2bや、ステアリングシャフトが挿通される中央のボス(貫通孔形成部)2cには、大きな応力が作用する(つまり強度負荷が大きい)ので、これらの部分については平均結晶粒径を100μm以下とすることにより、その機械的強度をより高くすることできる。
【0064】
なお、本発明は、例示したハンドル支持部材に限定されず、貫通孔を有する鍛造成形品に広く用いられる。ただし、ワークピースの変形やそれに伴う欠肉は、貫通孔形成部が鍛造成形品の中心に対して底部よりも外側に位置している構成において発生しやすいので、そのような鍛造成形品に本発明を用いることが好ましい。例えば、ハンドル支持部材は、フロントフォークを挿通するための貫通孔の形成された貫通孔形成部が底部よりも外側に位置しているので、本発明を好適に用いられる。
【0065】
続いて、本実施形態におけるアッパーブラケット100の製造方法を図5を参照しながら説明する。図5(a)〜(d)は、アッパーブラケット100の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【0066】
まず、図5(a)に示すように、マグネシウム合金から形成されたワークピース11を用意する。マグネシウム合金としては、種々の組成のものを用いることができるが、マグネシウム合金のアルミニウム含有量は、10質量%以下であることが好ましい。アルミニウム含有量が10質量%を超えると、β相が析出するので、鍛造成形性が低下するとともに鍛造成形品の靭性が低下する。また、マグネシウム合金のアルミニウム含有量は、2質量%以上であることが好ましい。アルミニウム含有量が2質量%未満であると、凝固温度範囲が広くなるので、ワークピース11を鋳造により用意する際に鋳造欠陥が生じやすくなる。アルミニウム含有量が2質量%以上10質量%以下のマグネシウム合金としては、例えば、下記表1に示す組成のAZ31やAZ61、AZ91を用いることができる。なお、表1中の数値の単位はいずれも質量%であり、残部はマグネシウムである。
【0067】
【表1】


【0068】
この準備工程において用意されるワークピース11は、図6に示すように、鍛造工程における加圧方向から見た外周形状が、鍛造工程において鍛造されたワークピース11と実質的に同じであることが好ましい。鍛造方向から見た外周形状が鍛造後の外周形状に近いワークピース11をあらかじめ用意することにより、少ない鍛造工程数(例えば一回)で成形を行うことができるので、工程数を削減し、製造コストを低減することができる。また、発生するバリの量を少なくすることができるので、材料の歩留りを高くして製造コストを低減することもできる。このようなワークピース11としては、例えば、鋳造材を押し出し成形したものを用意すればよい。押し出し成形を用いると、結晶粒を微細化することができるので、ワークピース11の鍛造性を高くするという効果も得られる。
【0069】
次に、図5(b)に示すように、鍛造用金型20を用いてワークピース11を鍛造することによって、図5(c)に示すような、非貫通孔12と、非貫通孔12の延びる方向に交差する方向に広がる底部3と、底部3から突出する凸部4とをワークピース11に形成する。この鍛造工程は、非貫通孔12の底に対応する部分13が、底部3と実質的に同じ高さに位置するように行われる。
【0070】
その後、図5(d)に示すように、鍛造されたワークピース11の一部、具体的には、非貫通孔12の底に対応した部分13を除去することによって、非貫通孔12を貫通孔1aにする。この貫通孔形成工程は、例えば機械加工によって行われる。その後、必要に応じて表面処理が行われる。このようにして、アッパーブラケット100が得られる。
【0071】
上述した製造方法では、鍛造工程は、貫通孔形成工程において除去される部分13が底部3と実質的に同じ高さに位置するように行われる。そのため、非貫通孔12を形成するためのプレス面と底部3を形成するためのプレス面とがワークピース11に接触するタイミングの差を実質的になくすことができる。具体的には、図5(b)からもわかるように、上型21の表面のうち、非貫通孔12を形成するためのプレス面21aと、底部3を形成するためのプレス面21bとは、ほぼ同じタイミングでワークピース11に接触するし、下型22の表面のうち、非貫通孔12を形成するためのプレス面22aと、底部3を形成するためのプレス面22bとは、ほぼ同じタイミングでワークピース11に接触する。従って、ワークピース11の意図しない変形が抑制されるので、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)を小さくし、金型の耐久性を向上させることができる。また、欠肉の発生を抑制し、材料の歩留りを高くすることができる。
【0072】
なお、鍛造工程は、貫通孔形成工程において除去される部分13が底部3とほぼ同じ高さに位置するように必ずしも行われなくてもよい。貫通孔形成工程において除去される部分13が、貫通孔1aの延びる方向における中央から底部3側にずれて位置していさえすれば、非貫通孔12を形成するためのプレス面と底部3を形成するためのプレス面とがワークピース11に接触するタイミングの差を小さくすることができるので、ワークピース11の変形を抑制する効果が得られる。
【0073】
鍛造工程は、据え込み率60%以上で行われることが好ましい。据え込み率とは、加圧方向におけるワークピース11の変形率(高さ減少率)であり、鍛造前のワークピース11の高さをh1(図5(a)参照)、鍛造後のワークピース11の基本高さ(底部3の高さによって規定される。)をh2(図5(c)参照)としたときに、据え込み率R(%)は、R=(h1−h2)/h1×100と表される。
【0074】
据え込み率を60%以上とすることにより、マグネシウム合金の平均結晶粒径を十分に小さくすることができるので、アルミニウム合金製の鋳造成形品にT6熱処理を施したものと同等の機械的強度を得る事ができる。
【0075】
また、ワークピース11を十分に塑性変形させてマグネシウム合金の平均結晶粒径を十分に小さくする観点から、鍛造工程は、鍛造後のワークピース11の肉厚が1mm以上8mm以下となるように行われることが好ましく、鍛造後のワークピース11の一部の変形高さが130%以上となるように行われることが好ましい。なお、ワークピース11の各部位の変形高さH(%)は、鍛造後のワークピース11の各部位の高さをh3(図5(c)には貫通孔形成部2aの高さh3を示している。)としたときに、H=(h3/h1)×100と表される。
【0076】
ここで、本実施形態における製造方法により製造したアッパーブラケット100(実施例)と、他の手法により製造したアッパーブラケット(比較例1および2)とについて、欠肉の発生の有無を評価した結果を説明する。なお、比較例1は、図3(a)に示すように、抜き部Bが軸方向Xにおける中央に位置するような鍛造型を用いた他は実施例と同じ手法で製造されたアッパーブラケットである。また、比較例2は、抜き部Bが軸方向Xにおける中央に位置するような鍛造型と丸棒状のワークピースを用いて、据え込み鍛造、荒鍛造、仕上げ鍛造の3つの鍛造工程を経て製造されたアッパーブラケットである。
【0077】
まず、表2に、実施例、比較例1および2のそれぞれについて、ワークピースの体積に対する鍛造成形品の体積の比、すなわち歩留りを変化させて欠肉の発生を評価した結果を示す。
【0078】
【表2】


【0079】
表2から、比較例1では歩留りが80%以上、比較例2では歩留りが50%以上になると欠肉が発生してしまうことがわかる。これに対し、実施例では、歩留り80%、90%および95%のいずれの場合についても欠肉が発生しなかった。言い換えると、欠肉の発生を防止しつつ、95%という高い歩留りを実現できた。
【0080】
続いて、表3に、実施例、比較例1および2のそれぞれについて、鍛造に必要なプレストン数、鍛造工程数および金型耐久性を示す。
【0081】
【表3】


【0082】
表3から、実施例では、比較例1および2に比べ、鍛造に必要なプレストン数が少なく、金型の耐久性が向上していることがわかる。また、実施例では、比較例2に比べて鍛造工程数も少ない。
【0083】
表2および表3に示したように、本実施形態における製造方法によれば、鍛造に必要な加圧力(プレストン数)を小さくし、金型の耐久性を向上させることができる。また、欠肉の発生を抑制し、材料の歩留りを高くすることができる。
【0084】
なお、本実施形態における製造方法は、マグネシウム合金製の鍛造成形品の製造に限定されず、種々の金属材料から形成された鍛造成形品の製造に用いることができる。マグネシウム合金は高価な材料であるため、本実施形態における製造方法は、マグネシウム合金製の鍛造成形品の製造に特に好適に用いられる。
【0085】
本実施形態における製造方法により製造されたマグネシウム合金製のハンドル支持部材を備えた自動二輪車の一例を図7に示す。
【0086】
図7に示す自動二輪車500は、本実施形態における製造方法により製造されたマグネシウム合金製のアッパーブラケット100およびアンダーブラケット200を備えている。アッパーブラケット100およびアンダーブラケット200によってフロントフォーク30およびステアリングシャフト(不図示)が保持されていることによって、ハンドル50による前輪60の操作が可能になっている。
【0087】
図7に示した自動二輪車500は、本実施形態における製造方法により製造されたマグネシウム合金製のアッパーブラケット100およびアンダーブラケット200を備えているので、製造コストの増加を抑制しつつ、軽量化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0088】
本発明によると、貫通孔を有する鍛造成形品を製造する際の鍛造工程におけるワークピースの意図しない変形を抑制することができる。
【0089】
本発明は、マグネシウム合金製の鍛造成形品およびその製造方法に特に好適に用いられ、本発明による鍛造成形品は、例えば自動二輪車用のハンドル支持部材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0090】
【図1】(a)および(b)は、本発明の好適な実施形態におけるアッパーブラケット100を模式的に示す上面図および下面図である。
【図2】本発明の好適な実施形態におけるアッパーブラケット100を模式的に示す断面図である。
【図3】(a)は、貫通孔の抜き部を軸方向における中央に位置するように設けた構造を示す断面図であり、(b)は、(a)に示した構造について鍛造直後のワークピースを模式的に示す断面図であり、(c)は、(a)に示した構造を形成するための鍛造用金型を模式的に示す断面図である。
【図4】(a)および(b)は、本発明の好適な実施形態におけるアッパーブラケット100を模式的に示す断面図である。
【図5】(a)〜(d)は、アッパーブラケット100の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図6】準備工程において用意されるワークピースの一例を示す上面図である。
【図7】アッパーブラケット100を備えた自動二輪車500を模式的に示す側面図である。
【図8】従来のアッパーブラケットおよびアンダーブラケットを模式的に示す斜視図である。
【図9】従来のアッパーブラケットを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【0091】
1a、1b、1c、1d、1e 貫通孔
2a、2b、2c、2d、2e 貫通孔形成部(ボス)
3 底部
4 凸部(リブ)
5 締め付け構造
11 ワークピース
12 非貫通孔
13 非貫通孔の底に対応する部分
20 鍛造用金型
21 上型
22 下型
30 フロントフォーク
40 ステアリングシャフト
50 ハンドル
60 前輪
A 貫通孔の第1の部分(鍛造によって形成された部分)
B 貫通孔の第2の部分(鍛造後に形成された部分)
100 アッパーブラケット
200 アンダーブラケット
500 自動二輪車
【出願人】 【識別番号】000010076
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
【出願日】 平成19年12月5日(2007.12.5)
【代理人】 【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司

【識別番号】100139930
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮司


【公開番号】 特開2008−173687(P2008−173687A)
【公開日】 平成20年7月31日(2008.7.31)
【出願番号】 特願2007−314204(P2007−314204)