(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剪断押出システム(equal channel angular extrusion system)であって、
拡張剪断材料部と収縮剪断材料部とを備える内部マンドレルと、
前記内部マンドレルの一部の付近に配置される材料と、
ウォール剪断前領域部と、ウォール剪断後拡張済領域部と、ウォール剪断後収縮済領域部との内部に配置される前記材料の全周囲に接するウォールと、
前記材料に圧力を加えることにより前記材料を押して前記拡張剪断材料部に接触させて拡張済剪断後材料部を提供する加圧器であって、該加圧器からの圧力が前記材料に加えられることによりまた、前記拡張済剪断後材料部を押して前記収縮剪断材料部に接触させて収縮済剪断材料部を提供する前記加圧器と、
を備えることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項２】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記拡張剪断材料部が第一剪断拡張域と第二剪断拡張域とを有することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項３】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記拡張剪断材料部が拡張角と第二拡張角とを有することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項４】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記収縮剪断材料部が第一剪断収縮域と第二剪断収縮域とを有することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項５】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記収縮剪断材料部が収縮角と第二収縮角とを有することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項６】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記内部マンドレルの一部が内部マンドレル剪断前領域部を備えることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項７】
請求項６記載の剪断押出システムであって、前記内部マンドレルが更に前記拡張剪断材料部と前記収縮剪断材料部との間に配置された内部マンドレル剪断後拡張済領域部を備えることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項８】
請求項７記載の剪断押出システムであって、前記内部マンドレルが更に内部マンドレル剪断後収縮済領域部を備え、前記収縮剪断材料部が前記内部マンドレル剪断後収縮済領域部と前記内部マンドレル剪断後拡張済領域部との間に配置されていることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項９】
請求項８記載の剪断押出システムであって、前記内部マンドレル剪断後収縮済領域部が前記内部マンドレル剪断前領域部とほぼ同じ直径を有することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項１０】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記ウォールが前記材料と平行に移動することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項１１】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記材料が潤滑剤を備えることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項１２】
請求項１記載の剪断押出システムであって、前記材料が前記内部マンドレルの一部の付近に配置される前に加熱されることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項１３】
請求項１記載の剪断押出システムであって、加圧器は実質的にすべての前記材料が前記収縮済剪断材料部を構成するまで圧力を加え続けることを特徴とする剪断押出システム。
【請求項１４】
請求項１記載の剪断押出システムであって、収縮済剪断材料部が実質的に均一な微細構造を有することを特徴とする剪断押出システム。
【請求項１５】
強度の塑性変形を材料に加えることにより材料に実質的に均一な微細構造を与える方法であって、
（Ａ）材料を内部マンドレルの一部とウォールの一部との間に配置し、前記ウォールはウォール剪断前領域部とウォール剪断後拡張済領域部とウォール剪断後収縮済領域部との内部に配置される前記材料の全周囲に接しており、；
（Ｂ）前記材料を拡張して、拡張済剪断後材料部を提供し；
（Ｃ）前記拡張済剪断後材料部を収縮して、収縮済剪断材料部を提供し、それにより、前記収縮済剪断材料部が実質的に均一な微細構造を有すること、
を含む、材料に実質的に均一な微細構造を与える方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、拡張することは、前記材料を拡張剪断材料部に接触させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の方法であって、収縮することは、前記材料を収縮剪断材料部に接触させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
剪断押出システムであって、
マンドレル剪断前領域部とマンドレル剪断後領域部とを有するマンドレルで、前記マンドレル剪断後領域部が前記マンドレル剪断前領域部に対して角度をなしている、前記マンドレルであって、
前記マンドレルが、前記マンドレル剪断前領域部と前記マンドレル剪断後領域部との交差において剪断域を更に有し；
材料と；
マンドレルに圧力を加えて、前記材料を押して前記剪断域を通過させ、前記剪断域において強度の塑性変形を前記材料に与える加圧器と；
前記加圧器から加えられる圧力によって前記材料とともに移動するスライディングウォールと、
を有する剪断押出システム。
【請求項１９】
請求項１８記載の剪断押出システムであって、強度の塑性変形により前記材料に実質的に均一な微細構造を与えることを特徴とする剪断押出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属加工の分野に関するものであり、より具体的には均一な特質と均一な構造を有する金属部の製造の分野に関するものである。
（関連出願の参照）
本出願は、２０１１年９月７日に出願された米国出願６１／５３１，６７４の優先権の利益を主張した、仮出願ではない出願であって、この参照によりその全体がここに組み込まれるものとする。
（連邦政府による支援の研究または開発に関する記載）
本出願はＤＯＥ認可参照番号ＤＥ−ＦＧ０２−０７ＥＲ８４９１６およびＤＥ−ＳＣ０００４５８９のもとで政府の支援によりなされたものである。
【背景技術】
【０００２】
パイプやチューブは、鋳造や押し出し成形やストリップ形成（strip forming）とボンディング／溶接とを組み合わせた従来の工程で製造される。パイプやチューブの主な機能は、一般的には、物質（すなわち、液体）を一つの場所から他の場所へと運ぶことである。従来のパイプやチューブのための材料上の要件としては、強度、漏えいに対する気密性、耐腐食性および耐化学浸食性が挙げられる。材料に対するこのような典型的な機能の要求は、多くの場合、高い水準の要求ではないし、挑戦すべき課題となることもない。例えば、チューブあるいはパイプの微細構造が重要となることはないかもしれない。パイプあるいはチューブにおける微細構造が個所によって変化しても、重大なマイナスの影響とはならないかもしれない。
【０００３】
例えば、パイプやチューブに対する運用時の力学的要件が重要である場合には、しばしば、パイプおよびチューブ材料の微細構造に対して十分な特性が必要とされる。一例として、そのような特性として、粒径が十分に小さいことが挙げられる。また、そのような十分な特性として、十分に均一あるいは一貫した微細構造であることが挙げられる。そのような特性によって、後の形成および運用の際に、期待された性能が提供されることが望まれるであろう。チューブまたはパイプが高圧の液体を搬送する場合、あるいは別の形に形成される（すなわち、液圧成形によって）場合、意義のある力学的要件が必要とされると考えられる。チューブまたはパイプが劣った特質の部分を含んでいるなら、運用条件は弱い連結特質（すなわち、特性）によって制約される場合があり、パイプまたはチューブの形成または運用特性が低下するかもしれない。そのような劣った特質は、溶接部あるいはその近くにあるものも含まれるかもしれない。これらの要因のどちらもコストパフォーマンスに影響するであろう。多くの場合、チューブ壁の厚さ方向の微細構造は均一ではない。そのような不均一性は、製造条件に由来するかもしれない。例えば、鋳造金属パイプの場合、チューブ壁の外表面および内表面近くでは粒径が小さいであろう。不均一性の欠点は、チューブ性能にマイナスの影響を与え、それゆえに総費用にもマイナスの影響を与えるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、チューブおよびパイプの製造のために改良された処理が必要とされている。さらに、材料の中空断面において、均一で一貫した微細構造を作るための改良された方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
剪断押出システム（ＥＣＡＥ法：equal channel angular extrusion system）による一実施例では、当技術分野におけるこれらおよび他の必要に取り組む。システムは内部マンドレルを有している。内部マンドレルは拡張剪断材料部と収縮剪断材料部とを有している。加えて、システムは材料を含んでいる。材料は内部マンドレルの一部の付近に配置される。加えて、システムはウォールを含んでいる。ウォールはウォール剪断前領域部と、ウォール剪断後拡張済領域部と、ウォール剪断後収縮済領域部との内部に配置される材料の全周囲に接する。更に、システムは加圧器を有している。加圧器は材料に圧力を加え、材料を押して拡張剪断材料部に接触させ、拡張済剪断後材料部がもたらされる。加圧器からの圧力が材料に加えられて、拡張済剪断後材料部を押して収縮剪断材料部に接触させ、収縮済剪断材料部がもたらされる。
【０００６】
他の実施例では、強度の塑性変形を材料に与えるための方法によって、当技術分野におけるこれらおよび他の必要に取り組み、材料に実質的に均一な微細構造が与えられる。本方法は、材料を内部マンドレルの一部とウォールの一部との間に配置し、ウォールはウォール剪断前領域部とウォール剪断後拡張済領域部とウォール剪断後収縮済領域部との内部に配置される材料の全周囲に接している。本方法は、更に、材料を拡張させて、拡張済剪断後材料部を提供する。加えて、本方法は、拡張済剪断後材料部を収縮させて、収縮済剪断材料部をもたらすことを含んでいる。収縮済剪断材料部は実質的に均一な微細構造を有する。収縮済剪断部もまた、実質的に均一な微細構造を有する。
【０００７】
加えて、当技術分野におけるこれらおよび他の必要は、剪断押出システムによる一実施例において取り組まれる。システムはマンドレルを有している。マンドレルはマンドレル剪断前領域部とマンドレル剪断後領域部とを有している。マンドレル剪断後領域部は、マンドレル剪断前領域部に対してある角度をなしている。マンドレルは更に、マンドレル剪断前領域部とマンドレル剪断後領域部との交差において、剪断域を有している。本システムは材料をも含んでいる。更に、本システムは加圧器を有している。加圧器は、圧力を材料に加えて、材料を押して剪断域を通過させる。剪断域において、強度の塑性変形が材料に与えられる。更に、本システムはスライディングウォールを有している。スライディングウォールは、加圧器から加えられる圧力によって材料とともに移動する。
【０００８】
上記は、以下における本発明の詳細な説明をよりよく理解するために、本発明の特徴および技術的利点をかなり広く概説したものである。本発明の付加的な特徴および利点を以下に説明するが、それらは本発明の請求の範囲の対象となるものである。当業者にとっては当然のことながら、開示される概念および特定の実施例は、本発明と同じ目的を達成するために、修正の、あるいは他の実施例の設計のための基礎として容易に利用できる。やはり当業者には当然のことであるが、このような均等な実施例は、特許請求の範囲に示した本発明の趣旨および範囲から逸脱するものではない。
【０００９】
発明を実施するための形態の説明のために、次の添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】材料が剪断域に到達していない剪断押出システムの実施例の垂直断面図を示している。
【図２】材料が剪断域を通過しつつある剪断押出システムの実施例の垂直断面図を示している。
【図３】材料が剪断域を通過しつつある剪断押出システムの実施例の垂直断面図を示している。
【図４ａ】材料が拡張されそして収縮された剪断押出システムの実施例の垂直断面図を示している。
【図４ｂ】材料が拡張された剪断押出システムの実施例の垂直断面図を示している。
【図４ｃ】材料が収縮された剪断押出システムの実施例の垂直断面図を示している。
【図５】拡張しつつある剪断材料部の実施例の垂直断面図を示している。
【図６】代表的な体積要素の実施例を示している。
【図７】収縮剪断材料部の実施例の垂直断面図を示している。
【図８】代表的な体積要素の実施例を示している。
【図９】代表的な体積要素の実施例の画像を示している。
【図１０】すべての材料が剪断部を通過した後の剪断押出システムの実施例を示している。
【図１１】材料がマンドレル越しに押される剪断押出システムの実施例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１、図２および図３は、材料１０とマンドレル１５と加圧器３５とを有する剪断押出システム５の実施例を示している。剪断押出システム５（equal channel angular extrusion system）は、材料１０に強度の塑性変形を加えるものである。実施例において、剪断押出システム５を材料１０に対して適用する前は、材料１０は微細構造的に不均一性を有している。限定されるものではないが、剪断押出システム５は不均一な微細構造を均一な微細構造へと変換する。均一な微細構造とは、材料１０全体にわたって実質的に同じ特質と構造を有する微細構造のことである。均一な微細構造は、周方向に対称な微細構造で厚さ方向に実質的に均一であってもよい。限定されるものではないが、さらに剪断押出システム５による強度の塑性変形は、材料１０全体に均一な塑性歪みを与え、それにより材料１０に均一な微細構造を与える。限定されるものではないが、更に、剪断押出システム５は、材料１０が剪断押出システム５により処理された後に、材料１０に結果としてもたらされるテクスチャを制御することができる。実施例においては、テクスチャは材料１０に適用される歪み経路によって制御される。限定されるものではないが、更に、剪断押出システム５は、中空部における不均一な微細構造を、部分形状を変化させることなく均質化する（すなわち、均一にする）ことができる。
【００１２】
図１は、剪断域３０を通過する前の材料１０を示している。図２、図３は材料１０の一部が剪断域３０を通過した実施例を示している。この実施例において、剪断前材料部４０は、材料１０のうち、剪断域３０（図において、説明の目的のためだけに、点線で記されている）を通過していない部分であり、剪断後材料部４５は、材料１０の剪断域３０を通過した部分である。
【００１３】
材料１０は、強度塑性変形に適したどんな材料であってもよい。実施例では、材料１０は金属である。実施例によっては、金属は遷移金属、金属合金、あるいはそれらの任意の組み合わせである。例えば、ある実施例に含まれるのは、ニオブを有する金属である。別の実施例では、金属はタンタルである。材料１０は望ましいどんな形状であってもよい。例えば、材料１０は中空であってもよいし中まで詰まっていてもよい。材料１０は、円形の断面や、六角形の断面や、八角形の断面や、正方形の断面などであってもよい。限定されるものではないが、材料１０の例として、パイプ、棒、チューブ、板、中空板などを挙げることができる。実施例によっては、剪断域３０は材料１０の直径の約１％から約１０％の間である。
【００１４】
マンドレル１５はマンドレル剪断前領域部２０とマンドレル剪断後領域部２５と剪断域３０とを有している。図示された実施例では、マンドレル１５は中空である。マンドレル剪断前領域部２０はマンドレル剪断後領域部２５に対して角度１２０をなしている。角度１２０は材料１０の強度の塑性変形に適したどんな角度であってもよい。実施例では、角度１２０は約９０度と約１８０度の間、あるいは約９０度と約１５０度の間である。ある実施例では、角度１２０は約９０度である。図１および図２に示された剪断押出システム５の実施例の場合、角度１２０は約９０度である。図３に示された剪断押出システム５の実施例では、角度１２０は約１３５度である。
【００１５】
図１、図２、図３に示されているように、角度１２０により剪断域３０が提供される。剪断域３０は、材料１０がマンドレル剪断前領域部２０からマンドレル剪断後領域部２５へと進む際に、材料１０に対して単純剪断が作用する場所である。剪断域３０は、マンドレル剪断前領域部２０とマンドレル剪断後領域部２５との交差位置において、マンドレル１５を横断して横方向に伸びている。
【００１６】
加えて、図１、図２、図３に示されているように、加圧器３５は、材料１０が押されてマンドレル１５を通って進むために十分な圧力を材料１０に与える。実施例では、加圧器３５は水撃ポンプ、ピストン等である。ある実施例では、加圧器３５は水撃ポンプである。
【００１７】
実施例において、材料１０は潤滑剤により潤滑されている。ある実施例では、マンドレル１５に配置される前に、材料１０の外部が潤滑される。材料１０とマンドレル１５との間の摩擦を減らすのに適したどんな潤滑剤でも使用できるであろう。潤滑剤は、液体潤滑剤、乾式潤滑材、あるいはそれらの任意の組み合わせであってもよい。液体潤滑剤としては油性潤滑剤が挙げられる。限定されるものではないが、適切な油性潤滑剤の例としては、石油留分、植物油、合成液体、あるいはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。限定されるものではないが、更に、合成液体の例としては、シリコーン、フッ化炭素、あるいはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。乾式潤滑材としては、グラファイト、二硫化タングステンなどの二硫化物、およびモリブデン、あるいはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。潤滑剤は任意の適切な方法で材料１０に塗布することができる。限定されるものではないが、材料１０に潤滑剤を塗布する適切な方法の例としては、吹付、ディッピング、ブラシ塗り、あるいはこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【００１８】
図１、図２、図３に示された実施例では、材料１０は潤滑され、加熱される。材料１０を加熱し潤滑するのは、任意の適切な順序でよい。実施例では、材料１０は加熱の前に潤滑される。材料１０がマンドレル１５を通過する際の材料１０の変形性を増加させるために、任意の適切な温度へと材料１０を加熱することができる。別の実施例では、材料１０はマンドレル１５を通過する前には加熱されない。潤滑と加熱の後に、材料１０の一部あるいは全部をマンドレル剪断前領域部２０に配置する。図１において、矢印は、マンドレル剪断前領域部２０において材料１０が動く方向を表わしている。材料１０が押されると、マンドレル剪断前領域部２０を通って、剪断接触域１２５においてマンドレル１５の壁に接触するに至る。剪断接触域１２５において、加圧器３５により材料１０に加えられる圧力により、材料１０が剪断域３０を通過する際に、材料１０に単純剪断が強いられる。単純剪断により、剪断前材料部４０に対して強度の塑性変形が加えられて、剪断後材料部４５がもたらされる。剪断前材料部４０のすべてが剪断域３０を通過してしまうまで、加圧器３５により圧力が加えられる。図１０は、材料１０のすべてが剪断域３０を通過したときの、剪断押出システム５の実施例を示している。次いで、材料１０をマンドレル１５から取り出すことができる。実施例によっては、加圧中にマンドレル１５が固定される。そのような実施例の場合、加圧中にマンドレル１５の動きを阻止するため十分に固定する。マンドレル１５から取り出した後に得られた材料１０は、マンドレル１５に配置する前とおよそ同じサイズ（すなわち、およそ同じ幅と高さ）である。実施例では、材料１０を１回より多くマンドレル１５を通過させる。ある実施例では、材料１０は多数回マンドレル１５を通過する。実施例では、材料１０は、材料１０に望ましく均一な微細構造が実現されるまで、十分な回数、マンドレル１５を通過させられる。限定されるものではないが、材料１０がマンドレル１５を通過する度に、材料１０における均一な微細構造が向上する。実施例によっては、材料１０がマンドレル１５を多数回通過する場合に、マンドレル１５に配置する前に潤滑が追加されることが望ましい。別の実施例（図示されていない）では、マンドレル１５が１か所より多い剪断域３０および／または１個より多い角度１２０を有している。
【００１９】
実施例によっては、剪断押出システム５は、マンドレル１５の通過が望ましい回数実現された後に、変形後熱処理を材料１０に対して加えることを含んでいる。熱は任意の適切な方法で加えることができる。限定されるものではないが、変形後熱処理には、微細構造の所望の回復、再結晶化、軟化、または細粒化を実現するために、任意の適切な温度および継続期間が含まれてもよい。
【００２０】
ある実施例では、剪断押出システム５には、所望の回数マンドレル１５の通過が実現された後の、材料１０の引っ張りが含まれる。引っ張りは熱処理の前および／または後にし終えることができる。限定されるものではないが、引っ張りによって材料１０の直径および／または長さを調節することができる。
【００２１】
図１１は、剪断押出システム５の別の実施例を示すものであり、材料１０が加圧器３５によってマンドレル１５の上からに押される。このような実施例では、材料１０は中空である。
【００２２】
図４ａ）は、剪断押出システム５の実施例の一部分を示しているが、内部マンドレル５０の外部の上から材料１０が押されている。このような実施例の場合、材料１０は中空である。加圧器３５が図示されていないのは、図解の都合のためだけである。更に、矢印は材料１０が動く方向を表わしている。このような実施例の場合、内部マンドレル５０は拡張角１３０、第二拡張角１５５、収縮角１３５、第二収縮角１６０、内部マンドレル剪断前領域部６０、内部マンドレル剪断後拡張済領域部６５、および内部マンドレル剪断後収縮済領域部７０を有している。幾つかの実施例では、内部マンドレル剪断前領域部６０は、内部マンドレル剪断後収縮済領域部７０とほぼ同じ直径を有している。拡張角１３０、第二拡張角１５５、収縮角１３５、および第二収縮角１６０は、材料１０の強度の塑性変形に適した任意の角度でよい。幾つかの実施例では、拡張角１３０、第二拡張角１５５、収縮角１３５、および第二収縮角１６０は、それぞれ約９０度と約１８０度との間、あるいは、それぞれ約９０度と約１５０度との間とすることができる。ある実施例では、拡張角１３０、第二拡張角１５５、収縮角１３５および／または第二収縮角１６０は、それぞれ約９０度である。図示された実施例では、剪断押出システム５はウォール５５を有し、材料１０が内部マンドレル５０とウォール５５との間に配置される。幾つかの実施例では、ウォール５５は材料１０と同様の構成を有している。ある実施例では、ウォール５５はウォール剪断前領域部１４０、ウォール剪断後拡張済領域部１４５、およびウォール剪断後収縮済領域部１５０を有している。実施例によっては、ウォール５５は材料１０の拡張とともに拡張する。図４ｂ）および４ｃ）に示されているような実施例の場合、ウォール５５はスライディングウォール（sliding wall）である。このような実施例では、加圧器３５から加えられる圧力によってウォール５５は材料１０とともに移動する。このような実施例では、剪断押出システム５は固定ピース１６５を有している。そのような固定ピースは材料１０との関連で移動しない。このような実施例では、内部マンドレル５０も材料１０およびウォール５５とともにスライドする。別の実施例（図示されていない）では、剪断押出システム５はウォール５５を有していない。
【００２３】
図４ｂ）、図４ｃ）および図５に示された実施例の動作においては、材料１０は内部マンドレル５０の外部上を押され、材料１０の剪断前材料部４０は内部マンドレル剪断前領域部６０の外部沿いに進む。図５は、拡張剪断材料部７５を含む剪断押出システム５の一部を示している。実施例では、材料１０は潤滑および／または予熱される。ウォール５５および内部マンドレル５０は材料１０とともに移動する。実施例では、加圧器３５（図示されていない）により加えられる圧力によってウォール剪断前領域部１４０は剪断前材料部４０と対応して平行に移動する。材料１０の拡張されていない部分（剪断前材料部４０）が内部マンドレル５０の拡張剪断材料部７５に対応する部分に接触すると、材料１０はスライドしつづけ、材料１０は拡張角１３０のあたりで拡張する。拡張剪断材料部７５は、第一剪断拡張域９５と第二剪断拡張域１００とを有している。第一剪断拡張域９５および第二剪断拡張域１００（図４においては、説明の目的のためだけに、破線で示されている）は、材料１０が内部マンドレル剪断前領域部６０から内部マンドレル剪断後拡張済領域部６５へと通過する際に、材料１０に対して単純剪断が作用する場所である。第一剪断拡張域９５および第二剪断拡張域１００によって与えられる単純剪断により、材料１０に対して強度の塑性変形が加えられる。実施例では、第一剪断拡張域９５は拡張角１３０のあたりで材料１０を横断して伸びており、第二剪断拡張域１００は第二拡張角１５５のあたりで材料１０を横断して伸びている。第一剪断拡張域９５から第二剪断拡張域１００への領域は拡張剪断材料部７５である。
【００２４】
図４ｂ）、図４ｃ）および図５に更に示されている実施例では、拡張剪断材料部７５が材料１０を拡張させた後に、材料１０は移動（すなわち、スライド）しつづけ、材料１０の拡張された部分（拡張済剪断後材料部８０）は内部マンドレル剪断後拡張済領域部６５の外部沿いに移動する。実施例では、内部マンドレル剪断後拡張済領域部６５は拡張済剪断後材料部８０を拡張しない（すなわち、拡張済剪断後材料部８０に対して角度をなしていない）。実施例では、拡張済剪断後材料部８０は剪断前材料部４０より大きな直径を有している。実施例によっては、剪断後材料部８０は剪断前材料部４０の外径とほぼ同じ内径を有している。ウォール５５および内部マンドレル５０は材料１０とともに移動する。ある実施例では、ウォール５５および内部マンドレル５０は材料１０と平行に移動する。実施例では、加圧器３５により内部マンドレル剪断前領域部６０およびウォール剪断前領域部１４０の対向端に加えられた圧力により、拡張剪断材料部７５から、ウォール剪断後拡張済領域部１４５は拡張済剪断後材料部８０と対応して平行に移動する。材料１０は拡張された後に取り出され、次いで収縮してもよいが、それは図４ｃ）に示されている。
【００２５】
図４ｂ）図４ｃ）および図７に更に示されている実施例では、材料１０の拡張済剪断後部分が内部マンドレル５０の収縮剪断材料部８５に接触すると、材料１０はスライドしつづけ、材料１０は収縮角１３５のあたりで収縮する。収縮剪断材料部８５は第一剪断収縮域１０５と第二剪断収縮域１１０とを有している。第一剪断収縮域１０５および第二剪断収縮域１１０（図４では、説明の目的のためだけに、破線で示されている）は、材料１０が内部マンドレル剪断後拡張済領域部６５から内部マンドレル剪断後収縮済領域部７０へと進む際に材料１０に対して単純剪断が作用する場所である。第一剪断収縮域１０５および第二剪断収縮域１１０により与えられる単純剪断より、材料１０に対して強度の塑性変形が加えられる。実施例では、第一剪断収縮域１０５は収縮角１３５のあたりで材料１０を横断して伸びており、第二剪断収縮域１１０は第二収縮角１６０のあたりで材料１０を横断して伸びている。第一剪断収縮域１０５から第二剪断収縮域１１０への領域は収縮剪断材料部８５である。
【００２６】
図４および図７に更に示されている実施例では、収縮剪断材料部８５が材料１０を収縮した後、材料１０は移動（すなわち、スライド）しつづけ、材料１０の収縮された部分（収縮済剪断材料部９０）は内部マンドレル剪断後収縮済領域部７０の外部に沿って移動する。実施例では、内部マンドレル剪断後収縮済領域部７０は収縮済剪断材料部９０を拡張しない（すなわち、収縮済剪断材料部９０と角度をなしていない）。実施例では、収縮済剪断材料部９０は拡張済剪断材料部８０より小さな直径を有している。実施例によっては、収縮済剪断材料部９０は剪断前材料部４０とほぼ同じ直径を有している。ウォール５５および内部マンドレル５０は対応して材料１０とともに移動する。実施例では、加圧器３５により内部マンドレル剪断前領域部６０およびウォール剪断前領域部１４０の対向端に加えられた圧力により、拡張剪断材料部７５から、ウォール剪断後収縮済領域部１５０は収縮済剪断材料部９０と対応して平行に移動する。
【００２７】
別の実施例（図示されていない）では、材料１０は収縮され、次いで、ほぼ元の大きさに戻るように拡張される。
【００２８】
限定されるものではないが、材料１０とともにスライドするウォール５５および内部マンドレル５０により摩擦が減少するであろう。限定されるものではないが、更に、材料１０とともにスライドするウォール５５および内部マンドレル５０により、材料１０の移動も容易になる。
【００２９】
実施例では、材料１０は内部マンドレル５０上を少なくとも１回通過させられる。ある実施例では、材料１０は内部マンドレル５０上を多数回通過させられる。実施例では、材料１０は、材料１０に望ましく均一な微細構造が実現されるまで、十分な回数内部マンドレル５０上を通過させられる。限定されるものではないが、内部マンドレル５０上の通過の度に、材料１０における均一な微細構造が向上する。実施例によっては、材料１０が内部マンドレル５０上を多数回通過させられる場合に望ましいこととして、内部マンドレル剪断前領域部６０上に配置する前に潤滑が追加される。別の実施例（図示されていない）では、内部マンドレル５０が少なくとも一か所の拡張剪断材料部７５および／または少なくとも一か所の収縮剪断材料部８５を有している。実施例によっては、望ましく均一な微細構造とは実質的に均一な微細構造のことである。
【００３０】
図４ａ）は、ウォール５５が材料１０とともにスライドしない剪断押出システム５の実施例を示す。図示されたような実施例では、剪断押出システム５が同じ装置に収縮と拡張とを備えている。別の実施例（図示されていない）では、ウォール５５および内部マンドレル５０がスライドせず、拡張および収縮が図４ｂ）、図４ｃ）のスライディングウォール５５の実施例と類似した別々の装置で実行される。
【００３１】
実施例によっては、剪断押出システム５には、内部マンドレル５０上の所望の回数の通過が実現した後、材料１０に対して変形後熱処理を加えることが含まれる。ある実施例では、剪断押出システム５には、内部マンドレル５０上の所望の回数の通過が実現した後の材料１０の引っ張りが含まれる。
【００３２】
図６は、図５の説明目的の円部分から取られた、拡張剪断材料部７５を含む剪断押出システム５の一部を示し、図８は、図７の説明目的の円部分から取られた、収縮剪断材料部８５を含む剪断押出システム５の一部を示す。図５、図６、図７、図８の円は、説明目的のためだけのものであり、構造的な要素を表わすものではない。図６および図８に示された実施例では、代表的な体積要素１１５が説明目的のためだけに示されており、収縮および拡張が材料１０の要素に及ぼす影響を示している。
【００３３】
実施例では、材料１０は、材料１０の微細構造に不規則性をもたらす、溶接部、不規則、亀裂など、任意のタイプの体積要素（すなわち、材料体積要素）を含むことができる。そのような典型的な体積要素１１５の強度の塑性変形によって、剪断押出システム５は材料１０を通して実質的に均一な微細構造をもたらす。図９は、剪断押出システム５の断面図を示す。図示されているように、体積要素１１５は拡張剪断材料部７５においては拡張の前には、拡張済剪断後材料部８０よりも大きな粒子を有している。
【００３４】
ある実施例では、剪断押出システム５の応用の一例が、超電導高周波（ＳＲＦ）空洞に形成された高ＲＲＲの純ニオブ（Ｎｂ）チューブを含んでいる。実施例では、高ＲＲＲ純ニオブチューブが材料１０である。剪断押出システム５を高ＲＲＲ純ニオブチューブに適用することにより、均一で一貫した微細構造を備えた製品（ＳＲＦ空洞）が提供される。実施例では、ＳＲＦ空洞は、端と端を結合した多くの空洞ストリングからなる荷電粒子加速器に用いることができる。限定されるものではないが、空洞ストリングに形成されたチューブが一貫した微細構造を有し、その結果、ＳＲＧ空洞形状に形成した後に空洞が一貫したジオメトリを有するのは好ましいであろう。実施例では、そのようなチューブは、ＳＲＦ空洞形状に拡張するのに特に適したテクスチャを有することができる。
【００３５】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく様々な変更、置換、および修正を行なうことができる。
【符号の説明】
【００３６】
５：剪断押出システム、１０：材料、１５：マンドレル、２０：マンドレル剪断前領域部、２５：マンドレル剪断後領域部、３０：剪断域、４０：剪断前材料部、４５：剪断後材料部、５０：内部マンドレル、５５：ウォール、６０：内部マンドレル剪断前領域部、６５：内部マンドレル剪断後拡張済領域部、７０：内部マンドレル剪断後収縮済領域部、７５：拡張剪断材料部、８０：拡張済剪断後材料部、８５：収縮剪断材料部、９０：収縮済剪断材料部、１４０：ウォール剪断前領域部、１４５：ウォール剪断後拡張済領域部、１５０：ウォール剪断後収縮済領域部、１６５：固定ピース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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