(57)【要約】【課題】装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能な強加工装置を提供する。【解決手段】線材９０に対して強ひずみ加工を行う強加工装置１は、線材９０を連続的に搬送する搬送装置１１，１２，６０と、線材９０を取り囲むように配置され、非真円形状の開口３５を画定する複数の金型３１〜３４と、金型３１〜３４を線材９０に対して相対的に回転させると共に、金型３１〜３４を線材９０に間欠的に打ち付けるスウェージング装置２０と、を備えており、金型３１〜３４の打ち付け後における線材９０の断面積が、金型３１〜３４の打ち付け前における線材９０の断面積と実質的に同一である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材に対して強ひずみ加工を行う強加工装置であって、
前記線材を連続的に搬送する搬送手段と、
前記線材を取り囲むように配置され、非真円形状の開口を画定する複数の金型と、
前記金型を前記線材に対して相対的に回転させる回転手段と、
前記金型を前記線材に間欠的に打ち付ける槌打手段と、を備えており、
前記金型の打ち付け後における前記線材の断面積が、前記金型の打ち付け前における前記線材の断面積と実質的に同一であることを特徴とする強加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の強加工装置であって、
下記の（１）式を満たすことを特徴とする強加工装置。
ｎ×Ｔ≦Ｗ／Ｖ  …  （１）
但し、上記の（１）式において、Ｔは前記金型の一回当たりの打ち付け時間であり、Ｗは前記線材の搬送方向に沿った前記金型の幅であり、Ｖは前記線材の搬送速度であり、ｎは２以上の自然数である。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の強加工装置であって、
前記金型よりも上流側に設けられ、前記線材を所定の姿勢で拘束する第１の拘束手段と、
前記金型よりも下流側に設けられ、前記第１の拘束手段と実質的に同一の姿勢で前記線材を拘束する第２の保持手段と、を備えたことを特徴とする強加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載の強加工装置であって、
前記第２の拘束手段は、前記線材の断面形状が実質的に真円形状となるように前記線材を圧延する圧延手段を含むことを特徴とする強加工装置。
【請求項５】
線材に対して強ひずみ加工を行う強加工方法であって、
前記線材を連続的に搬送しつつ複数の金型を前記線材に対して相対的に回転させながら前記金型を前記線材に間欠的に打ち付けて、前記線材の断面積を変えずに前記線材の断面形状を非真円形状に変形させることを特徴とする強加工方法。
【請求項６】
請求項５に記載の強加工方法であって、
下記の（２）式を満たすことを特徴とする強加工方法。
ｎ×Ｔ≦Ｗ／Ｖ  …  （２）
但し、上記の（２）式において、Ｔは前記金型の一回当たりの打ち付け時間であり、Ｗは前記線材の搬送方向に沿った前記金型の幅であり、Ｖは前記線材の搬送速度であり、ｎは２以上の自然数である。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の強加工方法であって、
前記線材の断面形状を非真円形状から略真円形状にさらに変形させることを特徴とする強加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材に対して強ひずみ加工（SPD：Severe Plastic Deformation）を連続的に行う強加工装置及び強加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長尺物の金属材料に対して強ひずみ加工を行う強加工装置として、金属材料を送り出す搬送手段と、金属材料に沿って並べられた複数組の金型と、搬送手段が金属材料を送り出す毎に金型を加圧する加圧手段と、を備えており、複数の金型の空洞の横断面積がいずれも等しく、且つ、隣接する金型の空洞の横断面形状が相互に異なるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の強加工装置では、圧縮成形の回数と同じ組数の金型を必要とするため、装置が大型化すると共にコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能な強加工装置及び強加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る強加工装置は、線材に対して強ひずみ加工を行う強加工装置であって、前記線材を連続的に搬送する搬送手段と、前記線材を取り囲むように配置され、非真円形状の開口を画定する複数の金型と、前記金型を前記線材に対して相対的に回転させる回転手段と、前記金型を前記線材に間欠的に打ち付ける槌打手段と、を備えており、前記金型の打ち付け後における前記線材の断面積が、前記金型の打ち付け前における前記線材の断面積と実質的に同一であることを特徴とする。
【０００７】
［２］上記発明において、下記の（１）式を満たしてもよい。
ｎ×Ｔ≦Ｗ／Ｖ  …  （１）
但し、上記の（１）式において、Ｔは前記金型の一回当たりの打ち付け時間であり、Ｗは前記線材の搬送方向に沿った前記金型の幅であり、Ｖは前記線材の搬送速度であり、ｎは２以上の自然数である。
【０００８】
［３］上記発明において、前記強加工装置は、前記金型よりも上流側に設けられ、前記線材を所定の姿勢で拘束する第１の拘束手段と、前記金型よりも下流側に設けられ、前記第１の拘束手段と同一の姿勢で前記線材を拘束する第２の保持手段と、を備えてもよい。
【０００９】
［４］上記発明において、前記第２の拘束手段は、前記線材の断面形状が実質的に真円形状となるように前記線材を圧延する圧延手段を含んでもよい。
【００１０】
［５］本発明に係る強加工方法は、線材に対して強ひずみ加工を行う強加工方法であって、前記線材を連続的に搬送しつつ複数の金型を前記線材に対して相対的に回転させながら前記金型を前記線材に間欠的に打ち付けて、前記線材の断面積を変えずに前記線材の断面形状を非真円形状に変形させることを特徴とする。
【００１１】
［６］上記発明において、下記の（２）式を満たしてもよい。
ｎ×Ｔ≦Ｗ／Ｖ  …  （２）
但し、上記の（２）式において、Ｔは前記金型の一回当たりの打ち付け時間であり、Ｗは前記線材の搬送方向に沿った前記金型の幅であり、Ｖは前記線材の搬送速度であり、ｎは２以上の自然数である。
【００１２】
［７］上記発明において、前記線材の断面形状を非真円形状から略真円形状にさらに変形させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、線材を連続的に搬送しつつ複数の金型を線材に対して相対的に回転させながら金型を線材に間欠的に打ち付けて、前記線材の断面積を変えずに前記線材の断面形状を非真円形状に変形させる。これにより、一組の金型によって線材に対して強ひずみ加工を連続的に行うことができるので、装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態における強加工装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における強加工装置に用いられるスウェージング装置の正面図である。
【図３】図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態における強加工装置の金型の正面図である。
【図５】図５は、図３のV部の拡大図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態における金型の変形例を示す正面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態における強加工装置の第１の拘束装置の正面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態における強加工装置の第２の拘束装置の正面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態における強加工装置の圧延装置の正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態における金型と線材の形状の関係を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本実施形態における強加工装置の全体構成を示す図である。
【００１７】
本実施形における強加工装置１は、図１に示すように、送出装置１１及び巻取部１２と、金型３１〜３４が装着されたスウェージング装置２０と、第１及び第２の拘束装置４０，５０と、圧延装置６０と、制御装置７０と、を備えている。この強加工装置１は、既存のスウェージング装置２０を応用して、長尺の線材９０に対して強ひずみ加工を連続的に行う装置である。線材９０は、例えば銅や銅合金等の金属材料から構成される細線であり、特に限定されないが１ｍｍ２以下の断面積を持つ略真円形の断面形状を有している。
【００１８】
送出装置１１は、スウェージング装置２０の上流側に設けられており、強ひずみ加工前の線材９０がロール状に巻回された供給ドラム１１１を有している。この供給ドラム１１１を図中時計廻りに回転させることで、加工前の線材９０が送出装置１１からスウェージング装置２０に連続的に供給される。
【００１９】
一方、巻取装置１２は、スウェージング装置２０の下流側に設けられており、強ひずみ加工後の線材９０をロール状に巻き取る回収ドラム１２１を有している。この回収ドラム１２１を図中時計廻りに回転させることで、スウェージング装置２０で加工された線材９０が巻取装置１２に連続的に回収される。
【００２０】
なお、本実施形態において、「上流側」及び「下流側」とは、線材９０の搬送方向を基準とする。
【００２１】
本実施形態におけるスウェージング装置２０は、以下に説明するように、回転冷間鍛造（スウェージング）加工に用いられる通常のスウェージング装置と同様の構成であるが、金型３１〜３４の構成が通常のスウェージング装置に装着される金型と異なっている。
【００２２】
図２及び図３は本実施形態における強加工装置のスウェージング装置を示す図、図４及び図５は本実施形態における強加工装置の金型を示す図、図６は本実施形態における金型の変形例を示す図である。
【００２３】
スウェージング装置２０は、図２及び図３に示すように、メインシャフト２１と、ハンマ２２と、金型３１〜３４と、ハウジング２３と、ローラリング２４と、を備えている。本実施形態におけるスウェージング装置２０が、本発明における回転手段と槌打手段の一例に相当する。
【００２４】
メインシャフト２１は、軸方向に沿って貫通する貫通孔２１１を中心に有していると共に、径方向に沿って延在し貫通孔２１１に連通した４つのハンマ保持部２１２を有している。メインシャフト２１の貫通孔２１１には、送出装置１１及び巻取装置１２によって連続的に搬送される線材９０が通過するようになっている。一方、４つのハンマ保持部２１２には、ハンマ２２と金型３１〜３４がメインシャフト２１の径方向に沿って可動自在にそれぞれ挿入されており、４つの金型３１〜３４が線材９０を取り囲むように配置されている。
【００２５】
このメインシャフト２１は、ベアリング２３１を介して回転自在にハウジング２３内に挿入されている。メインシャフト２１は、ベルト２１３を介して第１のモータ２１４によって回転可能となっているのに対し、ハウジング２３は、ベルト２３２を介して第２のモータ２３３によって回転可能となっており、メインシャフト２１とハウジング２３は相互に独立して回転することが可能となっている。
【００２６】
ローラリング２４は、ハンマ２２に対向するように、メインシャフト２１とハウジング２３との間に配置されている。このローラリング２４は、複数のローラ２４１と、環状のフレーム２４２と、を有している。フレーム２４２は、ハウジング２３と共に回転することが可能となっている。一方、複数のローラ２４１は、フレーム２４２に回転自在に保持されていると共に、フレーム２４２の周方向に沿って実質的に等間隔に配置されている。また、このローラ２４１は、フレーム２４２の内周面から内側に向かって若干突出するような大きさの直径を有している。
【００２７】
以上に説明したスウェージング装置２０では、メインシャフト２１が回転すると金型３１〜３４が線材９０を中心として回転するのに対し、ハウジング２３が回転することでローラリング２４が線材９０を中心として回転する。そのため、金型３１〜３４よりもローラリング２４を相対的に速く回転させると（すなわち、［メインシャフト２１の回転数］＜［ハウジング２３の回転数］）、ローラ２４１がハンマ２２に突き当たって押し下げ、当該ハンマ２２が金型３１〜３４を槌打（hammering）する。
【００２８】
本実施形態における金型３１〜３４は、図４に示すように、円弧状の溝３１１〜３４１を先端に有しており、金型３１〜３４を四方から突き合わせると、これらの溝３１１〜３４１によって楕円形状の開口３５が画定されるようになっている。図５に示すように、これらの溝３１１〜３４１は、線材９０の搬送方向に沿って延在しており、上述のハンマ２２が金型３１〜３４を加圧して金型３１〜３４を線材９０に同時に叩き付けると、線材９０が圧縮変形して、線材９０の断面形状が略真円形状から楕円形状に変形する。
【００２９】
この際、本実施形態では、金型３１〜３４を打ち付けた後の楕円形状の線材９０の断面積Ｓ１が、金型３１〜３４を打ち付ける前の略真円形状の線材９０の断面積Ｓ０と実質的に同一となるように（Ｓ１＝Ｓ０）、金型３１〜３４の溝３１１〜３４１の形状が設定されている。そのため、加工前後の線材９０の断面積を変化させずに線材９０に大きなひずみを付与することができ（すなわち、線材９０に対して強ひずみ加工を行うことができ）、線材９０の結晶粒が微細化し線材９０の強度や靭性を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、線材９０を連続的に搬送しつつ金型３１〜３４を回転させながら線材９０に間欠的に打ち付けるので、一組の金型３１〜３４によって線材９０に対して強ひずみ加工を連続的に行うことができ、装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００３１】
なお、金型の先端によって画定される開口の形状は、非真円形状であれば、上述の楕円形状に限定されない。例えば、図６に示すように、金型３１Ｂ〜３４Ｂによって矩形形状の開口３５Ｂを画定してもよい。また、金型が線材の全周を取り囲んでいれば、一つの開口を画定する金型の数は特に限定されない。また、スウェージング装置２０を複数台並べてもよい。
【００３２】
図７及び図８は本実施形態における強加工装置の第１及び第２の拘束装置をそれぞれ示す図である。
【００３３】
第１及び第２の拘束装置４０，５０は、スウェージング装置２０の前後で線材９０の姿勢を保持する装置であり、第１の拘束装置４０は、スウェージング装置２０の上流側に設けられているのに対し、第２の拘束装置５０は、スウェージング装置２０の下流側に設けられている。
【００３４】
第１の拘束装置４０は、図７に示すように、一対の拘束ロール４１，４１と、これらのローラ４１，４１を相互に接近する方向に押圧する一対のエアシリンダ４２，４２と、を備えている。２つの拘束ロール４１の周面４１１には、半円形状の断面を有する溝４１２がそれぞれ形成されており、この溝４１２の断面形状は、強ひずみ加工前の線材９０の略真円形の断面形状に対応している。なお、エアシリンダ４２に代えて、油圧シリンダ等を用いてもよい。
【００３５】
第２の拘束装置５０も、図８に示すように、一対の拘束ロール５１，５１と、これらのローラ５１，５１を相互に接近する方向に押圧する一対のエアシリンダ５２，５２と、を備えている。上述の第１の拘束装置４０と異なり、２つの拘束ロール５１，５１の周面５１１には、半楕円形状の断面を有する溝５１２がそれぞれ形成されており、この溝５１２の断面形状は、強ひずみ加工後の線材９０の楕円形の断面形状に対応している。なお、エアシリンダ５２に代えて、油圧シリンダ等を用いてもよい。
【００３６】
第１の拘束装置４０において、溝４１２，４１２の間に線材９０を挟んだ状態で、エアシリンダ４２，４２によって拘束ロール４１，４１を押圧すると、線材９０を一定の姿勢で保持される。同様に、第２の拘束装置５０において、溝５１２，５１２の間に線材９０を挟んだ状態で、エアシリンダ５２，５２によって拘束ロール５１，５１を押圧すると、第１の拘束装置４０と同一の姿勢で線材９０が保持される。
【００３７】
このように、拘束装置４０，５０によって金型３１〜３４の前後で線材９０を強力に保持することで、スウェージング装置２０を用いて強ひずみ加工を行う際に、線材９０が捻回してしまうのが防止される。因みに、第１及び第２の拘束装置４０，５０を備えていない場合には、金型３１〜３４を線材９０に押し付けた際に、線材９０が金型３１〜３４に倣って回転してしまい、線材９０の断面を十分に変形することができず、強ひずみ加工の効率が低下してしまう。
【００３８】
図９は本実施形態における強加工装置の圧延装置を示す図である。
【００３９】
圧延装置６０は、第２の拘束装置５０のさらに下流側に設けられている。この圧延装置６０は、図９に示すように、一対の圧延ロール６１，６１を備えており、これらの圧延ロール６１，６１は第３のモータ６２によって回転駆動することが可能となっている。この圧延ロール６１の周面６１１には、半円形状の断面を有する溝６１２が形成されており、この圧延ロール６１，６１の間を通過した線材９０は、スウェージング装置２０を通過する前と同じ略真円形の断面形状に成形される。
【００４０】
線材９０の断面形状が楕円形状のままであると、巻取装置１２による回収時に線材９０が捻回してしまうおそれがあるが、本実施形態では、強ひずみ加工後に線材９０の断面形状を略真円形に戻すので、線材９０の巻き取り性の向上が図られている。
【００４１】
本実施形態では、この圧延装置６０の第３のモータ６２の駆動力によって線材９０が搬送されるので、本実施形態における送出装置１１、巻取装置１２、及び圧延装置６０が、本発明における搬送手段の一例に相当する。
【００４２】
なお、この圧延装置６０によって線材９０の姿勢を強力に拘束することができる場合には、第２の拘束装置５０を省略してもよい。また、楕円形の断面形状のまま線材を使用する場合には、この圧延装置６０は不要である。この場合には、線材９０は、例えば巻取装置１２が備えるモータ（不図示）の駆動力によって搬送される。
【００４３】
制御装置７０は、上述の搬送装置１０、スウェージング装置２０、圧延装置６０の駆動を制御する。特に、本実施形態では、この制御装置７０が、下記の（３）式を満たすように制御を行う。
【００４４】
ｎ×Ｔ≦Ｗ／Ｖ  …  （３）
【００４５】
但し、上記の（３）式において、Ｔは、金型３１〜３４の一回当たりの打ち付け時間であり、Ｗ、は線材９０の搬送方向に沿った金型３１〜３４の幅（図５参照）であり、Ｖは、線材９０の搬送速度であり、ｎは２以上の自然数。なお、上記の打ち付け時間ＴをＳＰＭ（＝［槌打回数（或いは打ち付け回数）］／［時間］）より算出してもよい。
【００４６】
上記の（３）式を満たすことで、線材９０の同一箇所が金型３１〜３４の間を通過する間に、当該箇所に金型３１〜３４を複数回打ち付けることができ、線材９０の断面形状をそれぞれ異なる角度で傾斜した楕円形状に変形させることができる。
【００４７】
例えば、金型３１〜３４の間を通過する間に金型３１〜３４を線材９０の同一箇所に７回打ち付けることができ（ｎ＝７）、且つ、その間に金型３１〜３４が１８０度回転する場合には、当該線材９０の断面形状を、図１０に示すような７種類に変形させることができる。なお、図１０は金型と線材の形状との関係を示す断面図である。
【００４８】
このように、本実施形態では、上記の（３）式を満たすことで、一組の金型３１〜３４を通過させる間に、線材９０に対して複数回の強ひずみ加工を行うことができるので、線材９０の強度や靭性をより確実に向上させることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、強ひずみ加工装置に既存のスウェージング装置を利用するので、装置の更なる低コスト化を図ることもできる。
【００５０】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００５１】
１…強加工装置
１１…送出装置
１２…巻取装置
２０…スウェージング装置
２１…メインシャフト
２１２…ハンマ保持部
２１４…第１のモータ
２２…ハンマ
２３…ハウジング
２３３…第２のモータ
２４…ローラリング
２４１…ローラ
３１〜３４…金型
３１１〜３４１…溝
３５…開口
４０…第１の拘束装置
４１…拘束ロール
４１２…溝
４２…エアシリンダ
５０…第２の拘束装置
５１…拘束ロール
５１２…溝
５２…エアシリンダ
６０…圧延装置
６１…圧延ロール
６１２…溝
６２…第３のモータ
７０…制御装置
９０…線材
【図１】
2014000579.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014000579.tif 000009
【図８】
2014000579.tif 000010
【図９】
2014000579.tif 000011
【図１０】
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