JP2008173687A - 鍛造成形品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図２

Description

本発明は、鍛造成形品およびその製造方法に関する。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平６−１７２９４９号公報 特開２００２−２５４１３２号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。 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。 （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。 （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。 （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。 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。 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。 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。 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

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

Claims (17)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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