(57)【要約】【課題】被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入するとともに、この相当ひずみの付与に係るプロセス精度を高めるとともに自動化を推進することにより、この相当ひずみの付与技術の産業場利用可能性を向上させる。【解決手段】第２金型に対する第１金型の速度を徐々に低下させつつ接近させながら第１加圧手段の第１金型及び第２金型を介した被処理物に対する加圧力を目標圧力に向けて徐々に増大させ、第１加圧手段の加圧力が目標圧力に達した後に第２加圧手段による加圧を開始させ、第２金型のスライド中は第１加圧手段の加圧力を目標圧力に維持し、第２金型のスライドを完了した後、第１加圧手段の圧抜きをし、第２金型に対する第１金型の速度を徐々に低下させつつ第１金型を第２金型から離間させて初期位置に戻す相当ひずみ付与装置。【選択図】図１
2015110245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を挟持する第１金型及び第２金型と、
これら２つの金型を介して当該金型の被処理物挟持方向である第１方向へ前記被処理物を加圧する第１加圧手段と、
前記第２金型を前記第１金型に対して前記第１方向と略垂直な第２方向へスライドさせるべく前記第２金型を前記第２方向へ加圧する第２加圧手段と、
前記第１加圧手段と前記第２加圧手段とを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２金型に対する前記第１金型の速度を徐々に低下させつつ接近させながら前記第１加圧手段の前記被処理物に対する加圧力を目標圧力に向けて徐々に増大させ、前記第１加圧手段の加圧力が前記目標圧力に達した後に前記第２加圧手段による加圧を開始させ、前記第２金型のスライド中は前記第１加圧手段の加圧力を目標圧力に維持し、前記第２金型のスライドを完了した後、前記第１加圧手段の圧抜きをし、前記第２金型に対する前記第１金型の速度を徐々に低下させつつ前記第１金型を前記第２金型から離間させて初期位置に戻すことを特徴とする相当ひずみ付与装置。
【請求項２】
前記第２加圧手段は、押棒の先端で前記第２金型を加圧するものであり、
前記制御手段は、前記第１金型が前記押棒の加圧軌道に近づくほど前記第１金型の前記第２金型に対する速度を減ずるように前記第１加圧手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の相当ひずみ付与装置。
【請求項３】
前記第２加圧手段の前記押棒の位置を検出する検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記第１金型又は前記第２金型と前記押棒との距離が一定距離以下に近づくと、前記第２加圧手段を制御して、前記第１金型又は前記第２金型へ前記押棒を接近させる加圧を終了させ、前記第１金型又は前記第２金型から前記押棒を離間させる駆動を開始させることを特徴とする請求項２に記載の相当ひずみ付与装置。
【請求項４】
前記第２加圧手段は、前記第２金型のスライド速度を一定速度にフィードバック制御し、
前記検出手段は、前記押棒の位置を、前記第２加圧手段による前記第２金型のスライド移動時間に基づいて検出することを特徴とする請求項３に記載の相当ひずみ付与装置。
【請求項５】
前記第２金型を前記第１金型に対して前記第２方向と反対の第３方向へスライドさせるべく前記第２金型を前記第３方向へ加圧する第３加圧手段を更に備え、
前記制御手段は、前記第１加圧手段と前記第２加圧手段に加えて、前記第３加圧手段も制御し、
前記制御手段は、前記第１加圧手段の加圧力が前記目標圧力に達した後、前記第２加圧手段による前記第２金型のスライドと前記第３加圧手段による第２金型のスライドとを交互に所定回数だけ行った後、前記第１加圧手段の圧抜きをし、前記第２金型に対する前記第１金型の速度を徐々に低下させつつ前記第１金型を前記第２金型から離間させて初期位置に戻すことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の相当ひずみ付与装置。
【請求項６】
上金型と、
下金型と、
前記上金型と前記下金型の間に配設されるスライド金型と、
前記上金型と前記下金型とで前記スライド金型を挟持する第１方向へ前記上金型を駆動する第１加圧手段と、
前記スライド金型を前記上金型及び前記下金型に対してスライドさせるべく前記第１方向と略垂直な第２方向へ前記スライド金型を駆動する第２加圧手段と、
前記第１加圧手段と前記第２加圧手段とを制御する制御手段と、
を備え、
前記スライド金型は、前記上金型と前記下金型を対向配置したときに、その境界に沿って前記第２方向に貫通状に形成される金型収容部に収容され、
相当ひずみを付与する被処理物は、前記上金型と前記スライド金型との境界と、前記下金型と前記スライド金型との境界との少なくとも一方に沿って前記第２方向に貫通状に形成される被処理物配置部に収容され、
前記制御手段は、前記上金型の速度を徐々に低下させつつ前記下金型に接近させながら前記第１加圧手段の前記上金型に対する加圧力を目標圧力に向けて徐々に増大させ、前記第１加圧手段の加圧力が前記目標圧力に達した後に前記第２加圧手段による前記スライド金型の加圧を開始し、前記スライド金型のスライド中は前記第１加圧手段の加圧力を目標圧力に維持し、前記スライド金型のスライドを完了した後、前記第１加圧手段の圧抜きをし、前記上金型の速度を徐々に低下させつつ初期位置に後退させることを特徴とする相当ひずみ付与装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相当ひずみ付与装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被処理物に新たな特性を付与する手法として、ひずみ付与加工法が注目されている（例えば、特許文献１参照）。ひずみ付与加工法は、被処理物にひずみを多量に導入して高密度な転位を形成することで組織をナノあるいはサブミクロンサイズに微細化し、強度、弾性、延性、剛性等の向上、結晶配向の制御、等を実現する。これにより、被処理物の加工容易性を向上したり、被処理物に新たな機能的特性を付与したりする等、様々な特性の向上を実現することができる。
【０００３】
ひずみ付与加工法の代表的な加工プロセスとして、ＥＣＡＰ（Ｅｑｕａｌ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、ＡＲＢ（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）法、ＨＰＴ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｏｒｓｉｏｎ）法、ＨＰＳ（（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｌｉｄｉｎｇ））法が知られている。
【０００４】
ＥＣＡＰ法は、被処理物を挿通するための挿通路の途中に屈曲部を設けたダイを用いる。当該挿通路を押し込み又は引き抜きによって通過した金属材料は、途中の屈曲部を通過する時に、安定的に高い相当ひずみが与えられる。これにより、金属材料が均一に微細化され、金属の強度、弾性、剛性を大きく改善できる。
【０００５】
ＡＲＢ法は、圧延を利用したひずみ付与加工方法であり、例えば、元の被処理物を５０％の厚みに圧延し、圧延された板を長手方向に２等分して重ね合わせて元の厚みにしたのち、再び圧延を施す。このＡＲＢ法によれば、従来の圧延に比べて遥かに多量のひずみを被処理物に加えることができる。
【０００６】
ＨＰＴ法は、被処理物を収容する収容部を備えた上部金型と下部金型を用いる。一般的には、下部金型に金属体を収容する凹状の収容部を設け、上部金型に収容部内の金属体を押下する凸状のピストンを設ける。ＨＰＴ法では、収容部に収容した被処理物を上部金型と下部金型の間で挟持して高圧力でプレスするとともに、上部金型と下部金型の少なくとも一方を他方に対して回転させることにより収容部内の被処理物に相当ひずみを付与する。
【０００７】
ＨＰＳ法では、長手状の平板体の被処理物を、被処理物の長手方向と直交する方向を挟持方向として少なくとも２つの金型で挟持するとともに、被処理物を挟持した一方の金型を、他方の金型に対して、被処理物の長手方向に変位させることにより、被処理物に相当ひずみを付与する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−６１４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＥＣＡＰ法では、金属体を屈曲した挿通路に挿通させることにより、全体的に均一に金属組織を微細化した金属体を生成することは可能であるが、金属体を十分に拘束できないため、金属体に導入できるひずみに限界があり、金属体の金属組織を高度に微細化することができなかった。
【００１０】
また、ＡＲＢ法は、通常の圧延機を用いて容易に行える利点があるが、微細化された結晶粒の厚さ方向の不均一性、エッジ割れ等の原理的な制約がある。また、切断と重ね合せのプロセスによって、各層中に相当ひずみが不均一に分布していまい、それに応じて起こる微細化粒サイズの不均一な分布、低傾角と高傾角粒界の混合といった問題が生じる。
【００１１】
また、ＨＰＴ法は、処理対象が円盤状の試料であるため金型の回転の半径方向に沿って相当ひずみの不均一が生じる。また、金型の回転の回転軸部分に孔を設けた金属体の場合でも、ＨＰＴ法による微細化処理では全体的に均一な相当ひずみを加えることが困難であり、全体的に均一に金属組織が微細化された金属体を生成することは困難であった。
【００１２】
一方、特許文献１に記載のＨＰＳ法では、被処理物に対して均一に相当ひずみを加えることが可能であり、被処理物の厚みが数ｍｍ程度であればスライド距離を長くすることにより所望厚みの被処理物に相当ひずみを導入することができるとの記載がある。
【００１３】
しかしながら、本願発明者らの行った実験によれば、被処理物が厚くなるにつれてスライド距離を長くしても結晶粒微細化される被処理物の厚み方向範囲が徐々に限定的になり、相当ひずみの導入が不均一になるという問題を発見した。そこで、本願発明者らは、ＨＰＳ法における微細化可能な被処理物の厚み限界を打破するべく本願発明を行った。また、このようなＨＰＳ法による被処理物の処理を自動化するにあたり発生する各種の課題についても解決を試みた。
【００１４】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入するとともに、この相当ひずみの付与に係るプロセス精度を高めるとともに自動化を推進することにより、この相当ひずみの付与技術の産業場利用可能性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の態様の１つは、被処理物を挟持する第１金型及び第２金型と、これら２つの金型を介して当該金型の被処理物挟持方向である第１方向へ前記被処理物を加圧する第１加圧手段と、前記第２金型を前記第１金型に対して前記第１方向と略垂直な第２方向へスライドさせるべく前記第２金型を前記第２方向へ加圧する第２加圧手段と、前記第１加圧手段と前記第２加圧手段とを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第２金型に対する前記第１金型の速度を徐々に低下させつつ接近させながら前記第１加圧手段の前記被処理物に対する加圧力を目標圧力に向けて徐々に増大させ、前記第１加圧手段の加圧力が前記目標圧力に達した後に前記第２加圧手段による加圧を開始させ、前記第２金型のスライド中は前記第１加圧手段の加圧力を目標圧力に維持し、前記第２金型のスライドを完了した後、前記第１加圧手段の圧抜きをし、前記第２金型に対する前記第１金型の速度を徐々に低下させつつ前記第１金型を前記第２金型から離間させて初期位置に戻すことを特徴とする相当ひずみ付与装置である。
【００１６】
また、本発明の選択的な態様の１つは、前記第２加圧手段は、押棒の先端で前記第２金型を加圧するものであり、前記制御手段は、前記第１金型が前記押棒の加圧軌道に近づくほど前記第１金型の前記第２金型に対する速度を減ずるように前記第１加圧手段を制御することを特徴とする相当ひずみ付与装置である。
【００１７】
また、本発明の選択的な態様の１つは、前記第２加圧手段の前記押棒の位置を検出する検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記第１金型又は前記第２金型と前記押棒との距離が一定距離以下に近づくと、前記第２加圧手段を制御して、前記第１金型又は前記第２金型へ前記押棒を接近させる加圧を終了させ、前記第１金型又は前記第２金型から前記押棒を離間させる駆動を開始させることを特徴とする相当ひずみ付与装置である。
【００１８】
また、本発明の選択的な態様の１つは、前記第２加圧手段は、前記第２金型のスライド速度を一定速度にフィードバック制御し、前記検出手段は、前記押棒の位置を、前記第２加圧手段による前記第２金型のスライド移動時間に基づいて検出することを特徴とする相当ひずみ付与装置である。
【００１９】
また、本発明の選択的な態様の１つは、前記第２金型を前記第１金型に対して前記第２方向と反対の第３方向へスライドさせるべく前記第２金型を前記第３方向へ加圧する第３加圧手段を更に備え、前記制御手段は、前記第１加圧手段と前記第２加圧手段に加えて、前記第３加圧手段も制御し、前記制御手段は、前記第１加圧手段の加圧力が前記目標圧力に達した後、前記第２加圧手段による前記第２金型のスライドと前記第３加圧手段による第２金型のスライドとを交互に所定回数だけ行った後、前記第１加圧手段の圧抜きをし、前記第２金型に対する前記第１金型の速度を徐々に低下させつつ前記第１金型を前記第２金型から離間させて初期位置に戻すことを特徴とする相当ひずみ付与装置である。
【００２０】
また、本発明の他の態様は、上金型と、下金型と、前記上金型と前記下金型の間に配設されるスライド金型と、前記上金型と前記下金型とで前記スライド金型を挟持する第１方向へ前記上金型を駆動する第１加圧手段と、前記スライド金型を前記上金型及び前記下金型に対してスライドさせるべく前記第１方向と略垂直な第２方向へ前記スライド金型を駆動する第２加圧手段と、前記第１加圧手段と前記第２加圧手段とを制御する制御手段と、を備え、前記スライド金型は、前記上金型と前記下金型を対向配置したときに、その境界に沿って前記第２方向に貫通状に形成される金型収容部に収容され、相当ひずみを付与する被処理物は、前記上金型と前記スライド金型との境界と、前記下金型と前記スライド金型との境界との少なくとも一方に沿って前記第２方向に貫通状に形成される被処理物配置部に収容され、前記制御手段は、前記上金型の速度を徐々に低下させつつ前記下金型に接近させながら前記第１加圧手段の前記上金型に対する加圧力を目標圧力に向けて徐々に増大させ、前記第１加圧手段の加圧力が前記目標圧力に達した後に前記第２加圧手段による前記スライド金型の加圧を開始し、前記スライド金型のスライド中は前記第１加圧手段の加圧力を目標圧力に維持し、前記スライド金型のスライドを完了した後、前記第１加圧手段の圧抜きをし、前記上金型の速度を徐々に低下させつつ初期位置に後退させることを特徴とする相当ひずみ付与装置である。
【００２１】
なお、以上説明した相当ひずみ付与装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本発明は前記相当ひずみ付与装置を備える相当ひずみ付与システム、上述した装置の構成に対応した工程を有する相当ひずみ付与装置の制御方法、上述した装置の構成に対応した機能をコンピュータに実現させるプログラム、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入するとともに、この相当ひずみの付与に係るプロセス精度を高めるとともに自動化を推進することにより、この相当ひずみの付与技術の産業場利用可能性を向上させることができる。 
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す正面図である。
【図３】第１の実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す側面図である。
【図４】上アンビル、プランジャー、下アンビル等の金型を示す斜視図である。
【図５】上アンビル、プランジャー、下アンビル等の金型の構成を示す正面図である。
【図６】第１の実施形態に係る相当ひずみ付与装置の動作を示すタイムチャートである。
【図７】軸回転式のマルチパス加工（２パス加工）を説明する図である。
【図８】軸回転式のマルチパス加工（３パス加工）を説明する図である。
【図９】往復動式のマルチパス加工を説明する図である。
【図１０】第２の実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す側面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る相当ひずみ付与装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１２】第３の実施形態にかかる金型の形状を説明する図である。
【図１３】第３の実施形態にかかる金型の形状を説明する図である。
【図１４】ＨＰＳ加工後の断面観察位置を示す図である。
【図１５】ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真を示している。
【図１６】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部（Ｆｒｏｎｔ部），Ｒ部（Ｒｅａｒ部），Ｃ部（Ｃｅｎｔｅｒ部）における断面の光学顕微鏡写真である。
【図１７】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における硬度試験の結果を示す図である。
【図１８】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真である。
【図１９】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示す図である。
【図２０】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真である。
【図２１】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の硬度試験の結果を示す図である。
【図２２】ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真と硬度試験の結果を示している。
【図２３】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真である。
【図２４】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示す図である。
【図２５】押し出し長さ１０ｍｍの１パス加工，２パス加工及び３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真及び硬度試験の結果を示す図である。
【図２６】１０ｍｍの１パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真である。
【図２７】１０ｍｍの３パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真である。
【図２８】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の引張試験の結果を示す図である。
【図２９】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の引張試験の結果を示す図である。
【図３０】往動パスのみを行った場合の被処理物断面の光学顕微鏡写真、及び硬度試験の結果を示す図である。
【図３１】往復動パスを行った場合の被処理物断面の光学顕微鏡写真、及び硬度試験の結果を示す図である。
【図３２】ＡＺ６１の１パス加工後の引張試験の結果を示す図である。
【図３３】ＡＺ６１の１パス加工後の引張試験の結果を示す図である。
【図３４】ＡＺ６１の２パス加工後の引張試験の結果を示す図である。
【図３５】ＡＺ６１の２パス加工後の引張試験の結果を示す図である。
【図３６】ＡＺ６１の３パス加工後の引張試験の結果を示す図である。
【図３７】ＡＺ６１の３パス加工後の引張試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、下記の順序に従って本発明を説明する。
（１）第１の実施形態： 
（２）第２の実施形態： 
（３）第３の実施形態：
（４）実施例１：
（５）実施例２：
（６）実施例３：
【００２５】
（１）第１の実施形態： 
図１は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１の概略構成を示す斜視図、図２は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１の概略構成を示す正面図、図３は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１の概略構成を示す側面図、図４は、上アンビル１０、プランジャー２０、下アンビル３０等の金型を示す斜視図、図５は、当該金型の構成を示す正面図、である。
【００２６】
相当ひずみ付与装置１は、上金型としての上アンビル１０、スライド金型としてのプランジャー２０、下金型としての下アンビル３０、本体フレーム６０、上アンビル１０と下アンビル３０とでプランジャー２０を挟持する第１方向（加圧方向Ｄ１）へ上アンビル１０を駆動する第１加圧手段としての第１油圧装置４０、プランジャー２０を上アンビル１０及び下アンビル３０に対してスライドさせるべく第１方向と略垂直な第２方向（スライド方向Ｄ２）へプランジャー２０を駆動する第２加圧手段としての第２油圧装置５０、及びこれら加圧装置の駆動を制御する制御手段としての制御部７０、を備えている。
【００２７】
本体フレーム６０には、下アンビル３０を固定するためのベッド４４、及び、上アンビル１０を固定するためのスライド４３を一体化された第１油圧装置４０が固定されている。第１油圧装置４０は、本体フレーム６０に固定されたシリンダ部４１と、シリンダ部４１に対して伸縮自在に構成されたピストン部４２とを有しており、ピストン部４２にはスライド４３が固定されている。
【００２８】
上アンビル１０、プランジャー２０、下アンビル３０等が配設される金型部、及び、第１油圧装置４０や第２油圧装置５０等の加圧装置は、金型や被処理物の交換／設置／取り出しを行うための開口部を除く略全体が、本体フレーム６０を覆うように設けられる筐体によって覆われている。開口部には、シャッター及び光線式安全器が配設されており、シャッターが閉じていない時は光線式安全器の機能に応じて第１油圧装置４０や第２油圧装置５０の動作が規制される構成になっている。これにより、金型や被処理物の交換／設置／取り出し時の作業者の安全性を確保することができる。
【００２９】
スライド４３の下面側には金型固定用の固定凹部４３１が形成されており、この固定凹部４３１に上アンビル１０の基部１０ａが埋設状態で固定される。このとき、上アンビル１０の金型部１０ｂがスライド４３から下アンビル３０に向けて突出状態で固定される。この金型部１０ｂには後述する第１矩形溝１３が形成されている。
【００３０】
固定凹部４３１への上アンビル１０の固定方法は様々な態様が考えられるが、例えば、固定凹部４３１を上アンビル１０の基部１０ａより幅広に形成するとともに上アンビル１０の形状を基端に近づくほど幅広となる裾広がり状とし、上アンビル１０と固定凹部４３１の隙間に楔状のスペーサを嵌合させて固定する方法がある。その他、上アンビル１０の基部から側方へ突出するフランジ状の張出部を設けて、この張出部を油圧クランパ等の固定具を用いてスライド４３に固定してもよい。
【００３１】
ベッド４４の上面側には金型固定用の固定凹部４４１が形成されており、この固定凹部４４１に下アンビル３０の基部３０ａが埋設状態で固定される。このとき、下アンビル３０の金型部３０ｂがベッド４４から上アンビル１０に向けて突出状態で固定される。この金型部３０ｂには後述する第２矩形溝３３が形成されている。
【００３２】
固定凹部４４１への下アンビル３０の固定方法は様々な態様が考えられるが、例えば、固定凹部４４１を下アンビル３０の基部３０ａより幅広に形成するとともに下アンビル３０の形状を基端に近づくほど幅広となる裾広がり状とし、下アンビル３０と固定凹部４４１との隙間に楔状のスペーサを嵌合させて固定する方法がある。その他、下アンビル３０の基部から側方へ突出するフランジ状の張出部を設けて、この張出部を油圧クランパ等の固定具を用いてベッド４４に固定してもよい。
【００３３】
スライド４３とベッド４４は、上アンビル１０が固定されたスライド４３の下面と、下アンビル３０が固定されたベッド４４の上面と、が互いに対面するように対向配置されており、ピストン部４２の伸縮動作に応じて、下アンビル３０と上アンビル１０の被処理物挟持方向である第１方向へ接近／離間するようになっている。すなわち、第１油圧装置４０のピストン部４２を伸長させると上アンビル１０の金型部１０ｂと下アンビル３０の金型部３０ｂとをプランジャー２０や被処理物を介して互いに作用させ合うことができる。
【００３４】
上アンビル１０は、金型部１０ｂにプランジャー２０に対向する第１対向面１１を有し、基部１０ａに第１対向面１１と略平行な第１加圧面１２を有している。第１加圧面１２は、第１油圧装置４０によって略垂直な第１方向に加圧されており、これにより第１対向面１１がプランジャー２０に向けて押圧される。
【００３５】
第１対向面１１には、断面凹状の第１矩形溝１３が、図４に示すスライド方向Ｄ２に沿って横断状に形成されている。第１矩形溝１３の底面１３ａには、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に断面半円状の第１半円溝１４が形成されている。スライド方向Ｄ２は、第２油圧装置５０の駆動によりプランジャー２０が上アンビル１０や下アンビル３０に対して相対移動する方向である。
【００３６】
第１矩形溝１３の幅寸法は、プランジャー２０の後述する第２対向面２１の幅寸法と略一致させてあり、上アンビル１０とプランジャー２０とを所定の位置関係で配置したときに、プランジャー２０が第１矩形溝１３に凹凸係合する。これにより、第１矩形溝１３が、プランジャー２０のスライド方向Ｄ２へのスライド移動を案内する。
【００３７】
プランジャー２０は、上アンビル１０の第１矩形溝１３に対向する第２対向面２１を有している。第２対向面２１には、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に、断面半円状の第２半円溝２２が形成されている。
【００３８】
第１半円溝１４と第２半円溝２２は、上アンビル１０とプランジャー２０を凹凸係合させたときに対向し合う位置に形成されており、上アンビル１０の第１矩形溝１３の底面１３ａとプランジャー２０の第２対向面２１との間にスライド方向Ｄ２に貫通状に、第１半円溝１４と第２半円溝２２が内側壁を構成する円筒状の第１被処理物配置部ＵＳを形成する。
【００３９】
第１被処理物配置部ＵＳには、相当ひずみを付与すべき円柱状（丸棒状）の第１被処理物Ｓ１が配設される。第１被処理物Ｓ１の径は、第１被処理物配置部ＵＳの径と略一致するサイズに形成されており、上アンビル１０とプランジャー２０を所定の位置関係で配置すると、第１被処理物配置部ＵＳに収容された第１被処理物Ｓ１は上アンビル１０とプランジャー２０の間に挟持される。なお、第１被処理物配置部ＵＳの径を第１被処理物Ｓ１の径よりも若干小さくして、第１被処理物Ｓ１のクランプを確実にしてもよい。
【００４０】
下アンビル３０は、その金型部３０ｂにプランジャー２０と対向する第３対向面３１を有し、その基部３０ａに第３対向面３１と略平行な第２加圧面３２とを有している。第２加圧面３２は、支持基台としてのベッド４４に固定されている。このため、上アンビル１０の第１加圧面１２が第１油圧装置４０によって圧力Ｐ１で加圧されると、その反力により、下アンビル３０の第３対向面３１も圧力Ｐ２（Ｐ１＝Ｐ２）でプランジャー２０に向けて押圧する。
【００４１】
第３対向面３１には、断面凹状の第２矩形溝３３が、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に形成されている。第２矩形溝３３と第１矩形溝１３は、上アンビル１０と下アンビル３０を対向配置したときに、その境界に沿ってプランジャー２０を収容するためのスライド方向Ｄ２に貫通状に形成される金型収容部を構成する。第２矩形溝３３の底面３３ａには、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に、断面半円状の第３半円溝３４が形成されている。第２矩形溝３３は、プランジャー２０と凹凸係合してスライド方向Ｄ２へのプランジャー２０のスライド移動を案内する。
【００４２】
第２矩形溝３３の幅寸法は、プランジャー２０の後述する第４対向面２３の幅寸法と略一致させてあり、下アンビル３０とプランジャー２０とを所定の位置関係に配置したときに、プランジャー２０が第２矩形溝３３に凹凸係合する。これにより、第２矩形溝３３は、スライド方向Ｄ２へのプランジャー２０のスライド移動を案内する。
【００４３】
プランジャー２０は、下アンビル３０の第２矩形溝３３に対向する第４対向面２３を有している。第４対向面２３には、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に、断面半円状の第４半円溝２４が形成されている。
【００４４】
第３半円溝３４と第４半円溝２４は、下アンビル３０とプランジャー２０を凹凸係合させたときに対向し合う位置に形成されており、下アンビル３０の第２矩形溝３３の底面３３ａとプランジャー２０の第４対向面２３との間にスライド方向Ｄ２に貫通状に、第３半円溝３４と第４半円溝２４が内側壁を構成する円筒状の第２被処理物配置部ＬＳを形成する。
【００４５】
第２被処理物配置部ＬＳには、相当ひずみを付与すべき円柱状（丸棒状）の第２被処理物Ｓ２が配設される。第２被処理物Ｓ２の径は、第２被処理物配置部ＬＳの径と略一致するサイズに形成されており、下アンビル３０とプランジャー２０を所定の位置関係で配置すると、第２被処理物配置部ＬＳに収容された第２被処理物Ｓ２は下アンビル３０とプランジャー２０の間に挟持される。円筒状の第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳとが軸平行に形成されたとき、円柱状の第１被処理物Ｓ１と第２被処理物Ｓ２も軸平行に配置されることになる。
【００４６】
プランジャー２０は、そのスライド方向Ｄ２と略垂直な面Ｆ１を、第２油圧装置５０によって押圧可能に配設されている。具体的には、第２油圧装置５０は、本体フレーム６０に固定されたシリンダ部５１と、このシリンダ部５１に対して伸縮自在のピストン部５２とを有しており、このピストン部５２の伸縮方向はスライド方向Ｄ２と略平行な方向になっている。ピストン部５２のプランジャー２０の面Ｆ１に対向する面には、プランジャー２０をスライド方向に押圧するための押棒５３が設けてある。
【００４７】
プランジャー２０の面Ｆ１は、ピストン部５２を伸縮させた時の押棒５３の加圧軌道としての動線上に位置しており、この動線は、上アンビル１０と下アンビル３０の間に挟持された状態でプランジャー２０がスライドする動線と略一致している。従って、押棒５３をプランジャー２０の面Ｆ１に当接させて第２油圧装置５０のピストン部５２を伸長させると、プランジャー２０がスライド方向Ｄ２に沿ってスライド移動することになる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１は、上アンビル１０と下アンビル３０の間にプランジャー２０を挟んだ状態で、上アンビル１０と下アンビル３０とを互いに近づける方向に加圧している。このため、上アンビル１０とプランジャー２０の間の第１被処理物配置部ＵＳに配置される第１被処理物Ｓ１と、下アンビル３０とプランジャー２０の間の第２被処理物配置部ＬＳに配置される第２被処理物Ｓ２の２つの被処理物を、同時に押圧挟持することが出来るようになっている。なお、第１被処理物Ｓ１については、上アンビル１０が第１金型を構成し、プランジャー２０が第２金型を構成し、第２被処理物Ｓ２については、下アンビル３０が第１金型を構成し、プランジャー２０が第２金型を構成することになる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１は、第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳをそれぞれ１つずつ設ける場合を例に取り説明を行ったが、これら第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳは複数設けても構わない。すなわち、上アンビル１０とプランジャー２０の間に第１被処理物配置部ＵＳを複数設けたり、下アンビル３０とプランジャー２０の間に第２被処理物配置部ＬＳを複数設けたりしても構わない。金型の間に被処理物配置部を複数設けることにより、同時に複数の被処理物を加工することができるため、相当ひずみ付与加工の効率を向上することができる。
【００５０】
また、金型の間に被処理物配置部を複数設ける場合、溝の径を各々異なるものとしてもよい。これにより、サイズが異なる複数の被処理物に対し、同時に相当ひずみ付与加工を行う事が出来る。また、後述するマルチパス加工を行う際には、パス数の進行と共に被処理物の配置先を段階的に挟径の被処理物配置部に変更していってもよい。これにより、相当歪み付与加工の応力によって被処理物断面が徐々に縮径されるように圧縮された場合にも、マルチパス加工を構成する各パスにおいて、最適な径の被処理物配置部で相当ひずみ付与加工を行うことができるようになる。
【００５１】
また、本実施形態では、１つの第１油圧装置４０を用いて、上アンビル１０の第１対向面１１とプランジャー２０の第２対向面２１とを近づける方向に圧力Ｐ１で加圧するとともに、下アンビル３０の第３対向面３１とプランジャー２０の第４対向面２３とを近づける方向に圧力Ｐ２で加圧しているため、１つの第１油圧装置４０で２つの被処理物を同時に押圧挟持することができるが、むろん、加圧部位毎にそれぞれ加圧装置を設けても構わない。
【００５２】
また、本実施形態では被処理物の形状を丸棒状としたが、被処理物の形状はこれに限るものではなく平板状としてもよく、長手状のものであれば様々なものを採用可能である。また、被処理物配置部の形状も円筒状に限るものではなく、被処理物の形状に合わせて長手状の様々な筒状とすることができる。そして、第１被処理物配置部ＵＳの形状と第２被処理物配置部ＬＳの形状は互いに異なってもよい。例えば、第１被処理物配置部ＵＳについては丸棒状の被処理物を処理するべく円筒状とし、第２被処理物配置部ＬＳについては平板状の被処理物を処理するべく扁平角筒状としてもよい。これにより、異なる形状の被処理物に同時に相当ひずみ付与加工を行うことができる。
【００５３】
また、第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳのいずれか一方だけを設けても良い。この場合、被処理物配置部を設けない側のプランジャーとアンビルが直接摺動することになるため、この被処理物配置部を設けない側のプランジャーとアンビルの間に潤滑物質を挟持する。この潤滑物質としては、相当ひずみ付与加工の高圧挟持条件下でも排出されずに流動性を維持できる物質であれば様々なものを採用できる。一例を挙げると、鉛や真鍮がある。また、特に、下アンビル３０とプランジャー２０の間に第２被処理物配置部ＬＳを設けず、潤滑物質を挟持する構成とした場合、相当ひずみ付与加工の作業から重量あるプランジャーの取外し作業を省略することができる。
【００５４】
次に、上述した相当ひずみ付与装置１の動作を説明する。図６は、相当ひずみ付与装置１の動作を示すタイムチャートである。
【００５５】
相当ひずみ付与処理においては、まず、作業者が相当ひずみ付与装置１に被処理物をセットする。作業者は、スライド４３に上アンビル１０をセットし、ベッド４４に下アンビル３０をセットする。そして、第２矩形溝３３（第２被処理物配置部ＬＳ）に被処理物を配置して、その上から第２矩形溝３３にプランジャー２０をセットする。また、プランジャー２０の第２半円溝２２（第１被処理物配置部ＵＳ）にも被処理物を配置する。
【００５６】
被処理物のセットが完了すると、次に、作業者は、制御部７０の操作盤７１に対して所定の操作入力を行って相当ひずみ付与装置１に相当ひずみ付与動作を開始させる。
【００５７】
制御部７０の操作盤７１に対して所定の操作入力がなされると、相当ひずみ付与装置１は、第１油圧装置４０の駆動を開始する（時刻ｔ１）。これにより、第１油圧装置４０のピストン部４２が伸長を開始し、ピストン部４２の先端のスライド４３に固定された上アンビル１０が、ベッド４４に固定された下アンビル３０及びこの上に配置されたプランジャー２０へ向かって速度ｖ１で下降を開始する。速度ｖ１は例えば６０ｍｍ／ｓとする。
【００５８】
上アンビル１０が下アンビル３０及び／又はプランジャー２０から一定距離まで近づくと、下アンビル３０及び／又はプランジャー２０との接触前に上アンビル１０の下降速度を速度ｖ１よりも低速な速度ｖ２に減速する（時刻ｔ２）。速度ｖ２は例えば速度ｖ１の半分以下の２０ｍｍ／ｓとする。速度切り替えのタイミングは、例えば、上アンビル１０が下降を開始してから所定時間が経過したことにより検知してもよいし、上アンビル１０の位置を検出するためのセンサを設けてそのセンサ出力に基づいて検知してもよい。このように上アンビル１０の第１矩形溝１３にプランジャー２０が侵入する前に上アンビル１０のプランジャー２０への接近速度を低速化しているため、プランジャー２０を上アンビル１０の第１矩形溝１３に安定して案内することができる。これにより上アンビル１０とプランジャー２０とが仮に接触した場合にもその衝撃が緩和され、金型の保護、被処理物の位置ズレ防止等が実現される。
【００５９】
その後、上アンビル１０と下アンビル３０及び／又はプランジャー２０との接触までに、上アンビル１０は、速度ｖ２よりも更に低速な速度ｖ３に減速しつつも下降を継続する（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）。速度ｖ３は、例えば速度ｖ２の１／１０以下の０．５〜１．５ｍｍ／ｓの範囲内になる。このように、上アンビル１０とプランジャー２０と下アンビル３０とが合体するまでに上アンビル１０のプランジャー２０への接近速度をさらに減速して低速で接触させることにより、上アンビル１０とプランジャー２０と下アンビル３０との合体直後の圧力急上昇を防止することができる。
【００６０】
速度ｖ３での下降は、被処理物に接触した後も被処理物に対する加圧力が目標圧力に達するまで継続される。すなわち、上アンビル１０と下アンビル３０及び／又はプランジャー２０とが接触合体した後も、第１油圧装置４０の駆動を負荷状態で継続する。これにより、上アンビル１０と下アンビル３０及びプランジャー２０とに挟持された被処理物への加圧力が徐々に上昇していく。このとき、被処理物と金型の密着度が徐々に上昇し、被処理物や金型の剛性や弾性及び印加される加圧力に応じて被処理物や金型が徐々に変形する。目標圧力の検出は、例えば第１油圧装置４０に設けた圧力センサで行う。または、上アンビル１０の位置の変動量の検出により、上アンビル１０の単位時間あたりの移動量が所定値以下になったことをもって被処理物に対する加圧力が目標圧力に達したと判断してもよい。被処理物に対する加圧力が目標圧力に達すると（時刻ｔ４）、その後、後述する一連の相当ひずみ付与処理（時刻ｔ４〜時刻ｔ９）が終了するまで、例えば圧力センサのセンサ出力に基づく油圧回路のフィードバック制御により加圧力が目標圧力に維持される。
【００６１】
被処理物に対する加圧力が目標圧力に達すると、第２油圧装置５０の駆動が開始される。すなわち、第２油圧装置５０のピストン部５２及びその先端に設けられた押棒５３が速度ｖ４でプランジャー２０に向けて伸長を開始する（時刻ｔ４）。速度ｖ４は、例えば６０ｍｍ／ｓとする。なお、時刻ｔ１〜時刻ｔ５において、プランジャー２０は、その面Ｆ１が上アンビル１０と下アンビル３０の間から第２油圧装置５０側へ突出した状態になっている。従って、押棒５３は、速度ｖ４でプランジャー２０の面Ｆ１に向けて伸長する。
【００６２】
押棒５３がプランジャー２０の面Ｆ１から一定距離まで近づくと、プランジャー２０の面Ｆ１との接触前に、第２油圧装置５０の吐出しバルブが切り替わって低速高圧力モードに変化する。これにより、押棒５３の伸長速度が速度ｖ４よりも低速な速度ｖ５に減速する（時刻ｔ５）。速度ｖ５は、被処理物に相当ひずみを付与しつつ行う上アンビル１０及び下アンビル３０に対するプランジャー２０の移動速度と同等とする。
【００６３】
ここで、本実施形態にかかる第２油圧装置５０の低速高圧力モードではフィードバック制御に追従するサーボバルブを使用しており、位置、速度、又は圧力に基づくフィードバック制御により負荷の有無に関わらず押棒５３を一定速度で伸長させることができる。このため、低速高圧力モードでは、プランジャー２０を上アンビル１０及び下アンビル３０に対して一定速度で移動させることができる。
【００６４】
すなわち、速度ｖ５は、例えば０．１〜１．５ｍｍ／ｓの範囲で０．１ｍｍ／ｓ単位で任意の一定速度に設定することができる。速度切り替えのタイミングは、例えば、押棒５３の位置を検出するためのセンサを設けてそのセンサ出力に基づいて検知してもよいし、押棒５３が伸長を開始してから所定時間が経過したことにより検知してもよい。
【００６５】
このように、押棒５３の伸長をプランジャー２０との接触前は高速で行いつつプランジャー２０との接触までに減速して低速で接触させることにより、押棒５３とプランジャー２０との接触時の衝撃が緩和され、これにより金型が保護され、更には被処理物の位置ズレも防止できる。
【００６６】
この速度ｖ５で伸張している間、プランジャー２０は上アンビル１０及び下アンビル３０に対してスライド方向Ｄ２へ一定速度で相対的に移動する。プランジャー２０に対する速度ｖ５での加圧は上アンビル１０及び下アンビル３０に対するプランジャー２０の相対移動が所定距離を達するまで継続される（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）。上アンビル１０及び下アンビル３０に対するプランジャー２０の相対移動距離は、押棒５３の位置又はプランジャー２０の位置を検出する検出手段としての位置センサによって検出してもよいし、プランジャー２０を速度ｖ５に減速してからの経過時間に基づいて検出してもよい。
【００６７】
このようにプランジャー２０が上アンビル１０及び下アンビル３０に対して相対的に移動すると、第１被処理物配置部ＵＳに収容された被処理物と第２被処理物配置部ＬＳに収容された被処理物とに相当ひずみが付与される。すなわち、第１被処理物配置部ＵＳに収容された被処理物は、上アンビル１０との当接面が上アンビル１０に略固定され、且つプランジャー２０との当接面がプランジャー２０に略固定されるため、プランジャー２０との当接面付近の部位と上アンビル１０との当接面付近の部位とが互いに逆方向に移動する。このため、上アンビル１０とプランジャー２０のいずれにも固定されていない内部に剪断応力が加わって相当ひずみが導入される。
【００６８】
同様に、第２被処理物配置部ＬＳに収容された被処理物は、プランジャー２０との当接面はプランジャー２０に略固定されるとともに下アンビル３０との当接面は下アンビル３０に略固定されるため、プランジャー２０との当接面付近の部位と下アンビル３０との当接面付近の部位とが互いに逆方向に移動する。このため、プランジャー２０と下アンビル３０のいずれにも固定されていない内部に剪断応力が加わって相当ひずみが導入される。
【００６９】
プランジャー２０への加圧が終了すると、第２油圧装置５０の圧抜きを行う（時刻ｔ６〜時刻ｔ７）。この圧抜きの時間は、例えば０．５ｓとする。この圧抜きにより、ピストン部５２に印加していた油圧が解除されて、金型や被処理物の弾性による反力に応じた位置までピストン部５２が自然に戻ることになる。
【００７０】
第２油圧装置５０の圧抜きが終了すると、押棒５３を速度ｖ７で後退させて、初期位置に戻す（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）。速度ｖ７は、例えば速度ｖ４と同等又はそれ以上の速度の１２０ｍｍ／ｓとする。すなわち、後退移動は、加圧対象に向けた移動でないため、第２油圧装置５０のピストン部５２の移動速度の中で可能な限り早い速度で行い、これにより相当ひずみ導入処理の所要時間を全体的に短縮している。
【００７１】
プランジャー２０が後退して初期位置に戻ると、次に、第１油圧装置４０の圧抜きを行う（時刻ｔ８〜時刻ｔ９）。この圧抜きの時間は、例えば０．５ｓとする。この圧抜きにより、ピストン部４２に印加していた油圧を解除されて、金型や被処理物の弾性による反力に応じた位置までピストン部４２が自然に戻ることになる。
【００７２】
第１油圧装置４０の圧抜きが終了すると、ピストン部４２を速度ｖ９で上昇させる（時刻ｔ９〜時刻ｔ１０）。速度ｖ９は、例えば速度ｖ１と同等又はそれ以上の速度の１２０ｍｍ／ｓとする。すなわち、上昇移動は、加圧対象に向けた移動でないため、第１油圧装置４０のピストン部４２の移動速度の中で可能な限り速い速度で行い、相当ひずみ導入処理の所要時間を全体的に短縮している。
【００７３】
その後、ピストン部４２が初期位置付近まで後退するとピストン部４２の上昇速度を速度ｖ９よりも低速な速度ｖ１０に減速する（時刻ｔ１０）。速度ｖ９は例えば速度ｖ９の半分以下の４０ｍｍ／ｓとする。速度切り替えのタイミングは、例えば、上アンビル１０が上昇を開始してから所定時間が経過したことにより検知してもよいし、上アンビル１０の位置検出センサを設けてその出力に基づいて検知してもよい。
【００７４】
このように、上アンビル１０の上昇を、初期位置に戻る前は高速で行いつつ、初期位置に到達する前に減速して低速化することにより、ピストン部４２の停止時に第１油圧装置４０へ加わる衝撃によるダメージが緩和され、スライド４３に固定されている上アンビル１０に加わる衝撃も緩和される。従って、上アンビル１０が衝撃でスライド４３から落下する等のアクシデントを防止できる。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態にかかる相当ひずみ付与装置１では、制御部７０が、プランジャー２０に対する上アンビル１０の速度を徐々に低下させつつ接近させながら第１油圧装置４０の被処理物に対する加圧力を目標圧力に向けて徐々に増大させる。従って、上アンビル１０が押棒５３の動線に近づくほど上アンビル１０のプランジャー２０に対する速度が減少することになる。そして、第１油圧装置４０の加圧力が目標圧力に達した後に第２油圧装置５０による加圧を開始させ、プランジャー２０のスライド中は第１油圧装置４０の加圧力を目標圧力に維持し、プランジャー２０のスライドが完了すると第２油圧装置の圧抜きを行ってから押棒５３を後退させた後、第１油圧装置４０の圧抜きをし、プランジャー２０に対する上アンビル１０の速度を徐々に低下させつつ上アンビル１０をプランジャー２０から離間させて初期位置に戻す。
【００７６】
以上のように構成された相当ひずみ付与装置１では、第１油圧装置４０を用いて、被処理物に加圧方向Ｄ１への挟み込み圧力を加えながら、第２油圧装置５０を用いて圧力Ｐ３を作用させることによりプランジャー２０を上アンビル１０や下アンビル３０に対してスライド方向Ｄ２へ相対的にスライド移動させて、被処理物の内部に相当ひずみを導入し、被処理物の結晶粒径をナノレベル又はサブミクロンレベルに超微細化することができる。
【００７７】
ここで、上述した第１被処理物Ｓ１及び第２被処理物Ｓ２は、従来のＨＰＳ法やＨＰＴ法で扱う被処理物より大きな厚みを有する。特に、相当ひずみ付与装置１が被処理物に与える相当ひずみは、後述する実施例の被処理物断面の光学顕微鏡写真や硬度分布から分かるように、スライド方向Ｄ２と垂直な方向に一定以上の幅（以下、「有効相当ひずみ付与厚み」と記載する。）を持つが、従来のＨＰＳ法やＨＰＴ法では、この有効相当ひずみ付与厚みよりも薄い被処理物にしか被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入することができなかった。
【００７８】
これに対し、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１では、加圧方向Ｄ１における被処理物配置部のサイズを有効相当ひずみ付与厚み以上としてあるため、加圧方向Ｄ１において被処理物の断面の所定範囲に限定的に相当ひずみが形成される。このため、この所定範囲が被処理物の断面全体を包含しない場合がある。このような場合、被処理物を長軸周りに回転させて加圧方向Ｄ１を変更して別の角度で相当ひずみを再度付与するマルチパス加工を行うことにより、相当ひずみの形成範囲が被処理物の断面全体を包含するように調整することができる。
【００７９】
図７〜図９は、マルチパス加工を説明する図である。図７，図８には、軸回転式のマルチパス加工を示し、図９には、往復動式のマルチパス加工を示してある。なお、図７には軸回転式の２パス加工について示し、図８には軸回転式の３パス加工について示してある。
【００８０】
マルチパス加工では、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を基準にしたときに、第１油圧装置４０の加圧方向Ｄ１とプランジャー２０のスライド方向Ｄ２との少なくとも一方が互いに異なる２種以上の相当ひずみ付与加工を行うことにより、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２内に形成する相当ひずみを均一化する。
【００８１】
より具体的には、軸回転式のマルチパス加工では、相当ひずみ付与加工を少なくとも１回行った第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を、第１油圧装置４０の加圧方向Ｄ１と略垂直な何れかの軸周りに所定角度だけ回転させて第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに再配置し、金型の間に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を押挟持しつつ、プランジャー２０を上アンビル１０や下アンビル３０に対して相対的に押圧方向と略垂直な方向にスライド移動させることにより、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２に再び相当ひずみ付与加工を行う。所定角度は、再配置前の第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２の軸周りの角度をｘ°とすると、ｘ°＋πｎ（ｎは整数）以外である。
【００８２】
２パス加工を行う際は、図７に示すように、被処理物に１パス加工を施した後に、被処理物をいったん第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳから取り出して、例えば長軸周りに被処理物を９０°（１８０°／２）回転させて、第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに再配置して次パスの相当ひずみ付与加工を行う。
【００８３】
３パス加工を行う際は、図８に示すように、被処理物に１パス加工及び２パス加工を行った後に、それぞれ被処理物をいったん第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳから取り出して、例えばそれぞれ長軸周りに６０°（１８０°／３）回転させてから第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに再配置して次パスの相当ひずみ付与加工を行う。
【００８４】
このようなマルチパス加工を行うことにより、被処理物の断面における相当ひずみ導入範囲を増やして、被処理物に導入する相当ひずみを略均一に近づけることができる。すなわち、被処理物の断面において、１パス目で充分な相当ひずみを付与できなかった部位にも、２パス目、３パス目で相当ひずみが付与されることとなり、被処理物全体に導入される相当ひずみを略均一に近づけることができる。
【００８５】
また、往復動式のマルチパス加工では、第１油圧装置４０が加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を加圧しつつ第２油圧装置５０がプランジャー２０をスライド方向Ｄ２にスライドさせた後、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２の向きをスライド方向Ｄ２において反転させ、再び第１油圧装置４０が加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を加圧しつつ第２油圧装置５０がプランジャー２０をスライド方向Ｄ２にスライドさせる。すなわち、被処理物を基準にすると、加圧方向が同一でスライド方向が異なる相当ひずみ付与加工を行う。
【００８６】
また、往復動式のマルチパス加工の他の例として、後述する第２の実施形態のように、上アンビル１０等の金型を挟んで第２油圧装置５０とスライド方向Ｄ２において反対側に第２油圧装置５０とは別の第３油圧装置１８０を設けて、第１油圧装置４０が加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を加圧しつつ第２油圧装置５０がプランジャー２０をスライド方向Ｄ２にスライドさせた後、その位置にプランジャー２０を残したまま第２油圧装置５０は後退し、第１油圧装置４０が加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２に加圧継続したまま第３油圧装置１８０がプランジャー２０をスライド方向Ｄ２’にスライドさせる方法もある。この場合においても、被処理物を基準にして、加圧方向が同一でスライド方向が異なる相当ひずみ付与加工を行うことができる。
【００８７】
図９は、往復動式のマルチパス加工により被処理物内部に形成される相当ひずみを説明する図である。同図には、第１被処理物Ｓ１の内部に形成される相当ひずみを例示してあり、第１被処理物Ｓ１において、往動パスでプランジャー２０によって押し出される側をＦｒｏｎｔ、押し込まれる側をＲｅａｒ、その中間部をＣｅｎｔｅｒとし、Ｆｒｏｎｔ側近傍の部位を「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側近傍の部位を「Ｒ部」、Ｃｅｎｔｅｒ付近の部位を「Ｃ部」としてある。
【００８８】
同図に示すように、往動パスと復動パスにいずれにおいても、Ｃ部では第１被処理物Ｓ１の厚み方向略中央付近に歪みが導入される。一方、Ｆ部では、往動パスにおいては厚み方向略中央よりも上アンビル１０寄りの部位に歪が導入され、復動パスにおいては厚み方向略中央よりもプランジャー２０寄りの部位に歪が導入される。他方、Ｒ部では、往動パスにおいては厚み方向略中央よりもプランジャー２０寄りの部位に歪が導入され、復動パスにおいては厚み方向略中央よりも上アンビル１０寄りの部位に歪が導入される。
【００８９】
このように、加圧方向が同一でスライド方向が異なる往動パスと復動パスとでは、導入される歪の態様が互いに異なるため、往動パスと復動パスとを併用することにより、より被処理物の全体的に歪が導入されるようになり、被処理物内部へのひずみ導入範囲を均一化することができる。
【００９０】
しかも、第１油圧装置４０による加圧を解除せずに継続して往復動式のマルチパス加工を行うこともできるため、第１油圧装置４０の上下動及び加減圧に係る時間短縮や作業負担軽減の効果がある。また、被処理物の再セットによる位置ズレも無いため、後述する往復動式のマルチパス加工による導入ひずみの均一化にも効果がある。
【００９１】
なお、第１被処理物配置部ＵＳに第１被処理物Ｓ１を配置して第１被処理物Ｓ１に相当ひずみを加えるとき、上アンビル１０の第１対向面１１（第１矩形溝１３の底面１３ａ）とプランジャー２０の第２対向面２１の間には隙間Ｒ１が形成されるようになっており、上アンビル１０とプランジャー２０が加圧方向Ｄ１において直接接触しないように構成されている。これにより、上アンビル１０の第１対向面１１（第１矩形溝１３の底面１３ａ）とプランジャー２０の第２対向面２１との摩擦による損耗を防止できる。
【００９２】
同様に、第２被処理物配置部ＬＳに第２被処理物Ｓ２を配置して第２被処理物Ｓ２に相当ひずみを加えるとき、下アンビル３０の第３対向面３１（第２矩形溝３３の底面３３ａ）とプランジャー２０の第４対向面２３の間には隙間Ｒ２が形成されるようになっており、下アンビル３０とプランジャー２０が加圧方向Ｄ１において直接接触しないように構成されている。これにより、下アンビル３０の第３対向面３１（第２矩形溝３３の底面３３ａ）とプランジャー２０の第４対向面２３との摩擦による損耗を防止できる。
【００９３】
また、第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに被処理物を配置して相当ひずみを加えるとき、上アンビル１０の第１対向面１１と下アンビル３０の第３対向面３１との間にも、隙間Ｒ３が形成されるようになっており、上アンビル１０と下アンビル３０とが加圧方向Ｄ１において直接接触しないようになっている。これにより、上アンビル１０の第１対向面１１と下アンビル３０の第３対向面３１との摩擦による損耗を防止できる。
【００９４】
ところで、相当ひずみ付与装置１が被処理物に加える相当ひずみεは、下記の式（１）で表すことができる。下記（１）式において、ｘはプランジャー２０のスライド距離、ｔは被処理物厚さ、をそれぞれ表す。
【００９５】
【数１】
2015110245.tif 000003
【００９６】
すなわち、相当ひずみ付与装置１が被処理物に与える相当ひずみεは、スライド距離ｘに比例し、被処理物の厚みｔに反比例する。更に言えば、相当ひずみεは、被処理物に加えた変形による剪断応力に比例する。
【００９７】
（２）第２の実施形態： 
図１０は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す側面図である。なお、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１００は、第３油圧装置１８０及び本体フレーム１７０の形状を除くと、第１の実施形態に係る相当ひずみ付与装置１と同様の構成であるため、同じ符号を付して以下では詳細な説明を省略する。本体フレーム１７０は、第３油圧装置１８０の配設スペース分を本体フレーム６０から拡張した構成になっている。
【００９８】
第３油圧装置１８０は、上アンビル１０や下アンビル３０等の金型配設部Ａｎｖを挟んで第２油圧装置５０の反対側に設けてある（図１０では金型配設部Ａｎｖの左側）。第３油圧装置１８０は、第２油圧装置５０と同様にシリンダ部１８１、ピストン部１８２及び押棒１８３を有しており、シリンダ部１８１が本体フレーム１７０に対して固定されており、このシリンダ部１８１から金型配設部Ａｎｖに向けてピストン部１８２が伸縮／後退する構成である。
【００９９】
第３油圧装置１８０は、第２油圧装置５０に比べて、ピストン部１８２の可動域が広くなるように長ストローク構成を採用してある。これにより、ピストン部１８２の最大後退時に第３油圧装置１８０と金型配設部Ａｎｖとの間に広い空間を確保することができる。従って、金型配設部Ａｎｖにおける被処理物設置作業、被処理物回収作業、金型交換作業等を第３油圧装置１８０の側から行うことが可能となる。
【０１００】
図１１は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１００の動作を示すタイムチャートである。なお、同図には、往復動式のひずみ付与加工を例に取り示してあるが、軸回転式のひずみ付与加工を組み合わせて行ってもよい。
【０１０１】
本実施形態にかかる相当ひずみ付与処理は、時刻ｔ１〜ｔ８については上述した第１の実施形態にかかる相当ひずみ付与処理と同様であるため、説明を省略する。
【０１０２】
時刻ｔ８において第２油圧装置５０のピストン部５２が初期位置に戻ると、次に、第３油圧装置１８０の駆動を開始する。すなわち、第３油圧装置１８０のピストン部１８２の先端に設けられた押棒１８３が、速度ｖ１１でプランジャー２０に向けて伸長を開始する（時刻ｔ８）。速度ｖ１１は、例えば６０ｍｍ／ｓとする。なお、時刻ｔ８において、プランジャー２０は、その面Ｆ２（図４参照）が上アンビル１０と下アンビル３０の間から第３油圧装置１８０側へ突出した状態になっている。従って、押棒１８３は、速度ｖ１１でプランジャー２０の面Ｆ２に向けて伸長することになる。
【０１０３】
押棒５３がプランジャー２０の面Ｆ２から一定距離まで近づくと、プランジャー２０の面Ｆ２との接触前に、第２油圧装置５０の吐出しバルブが切り替わって低速高圧力モードに変化する。これにより、押棒５３の伸長速度が速度ｖ１１よりも低速な速度ｖ１２に減速する（時刻ｔ９）。速度ｖ１１は、被処理物に相当ひずみを付与しつつ行う上アンビル１０及び下アンビル３０に対するプランジャー２０の移動速度と同等とする。
【０１０４】
上述したように、実施形態にかかる第２油圧装置５０の低速高圧力モードでは、例えば０．１〜１．５ｍｍ／ｓの範囲で０．１ｍｍ／ｓ単位で任意の一定速度に設定することが可能であり、速度ｖ１２は、位置、速度、又は圧力に基づくフィードバック制御により負荷の有無に関わらず一定速度である。速度切り替えのタイミングは、例えば、押棒５３の位置を検出するためのセンサを設けてそのセンサ出力に基づいて検知してもよいし、押棒５３が伸長を開始してから所定時間が経過したことにより検知してもよい。
【０１０５】
このように、押棒５３の伸長をプランジャー２０との接触前は高速で行いつつプランジャー２０との接触までに減速して低速で接触させることにより、押棒５３とプランジャー２０との接触時の衝撃が緩和され、これにより金型が保護され、更には被処理物の位置ズレも防止できる。
【０１０６】
この間、プランジャー２０は、上アンビル１０及び下アンビル３０に対して、スライド方向Ｄ２’へ一定速度で相対的に移動する。プランジャー２０に対する速度ｖ１２での加圧は、上アンビル１０及び下アンビル３０に対するプランジャー２０の相対移動が所定距離を達するまで継続される（時刻ｔ９〜時刻ｔ１０）。
【０１０７】
上アンビル１０及び下アンビル３０に対するプランジャー２０の相対移動距離は、押棒１８３の位置又はプランジャー２０の位置を検出する位置センサによって検出してもよいし、プランジャー２０を速度ｖ５に減速してからの経過時間に基づいて検出してもよい。
【０１０８】
このようにプランジャー２０が上アンビル１０及び下アンビル３０に対してスライド方向Ｄ２’へ相対的に移動すると、第１被処理物配置部ＵＳに収容された被処理物と第２被処理物配置部ＬＳに収容された被処理物とにおいて、第２油圧装置５０の押圧によりプランジャー２０が上アンビル１０及び下アンビル３０に対してスライド方向Ｄ２へ相対的に移動した場合とは異なる態様で相当ひずみが付与される。
【０１０９】
プランジャー２０への加圧が終了すると、第３油圧装置１８０の圧抜きを行う（時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１）。この圧抜きの時間は、例えば０．５ｓとする。この圧抜きにより、ピストン部１８２に印加していた油圧が解除されて、金型や被処理物の弾性による反力に応じた位置までピストン部１８２が自然に戻ることになる。
【０１１０】
第３油圧装置１８０の圧抜きが終了すると、ピストン部１８２を速度ｖ１４で後退させる（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２）。このとき、ピストン部１８２は第３油圧装置１８０のフルストロークを後退する必要はなく、その手前の加工待機位置まで後退すればよい。速度ｖ１４は、例えば速度ｖ１１と同等又はそれ以上の速度の１２０ｍｍ／ｓとする。すなわち、後退移動は、加圧対象に向けた移動でないため、第３油圧装置１８０のピストン部１８２の移動速度の中で可能な限り早い速度で行っており、これにより相当ひずみ導入処理の所要時間を全体的に短縮している。
【０１１１】
その後、第２油圧装置５０にて行う図１０中右側からのプランジャー２０の押圧推進と、第３油圧装置１８０にて行う図中左側からのプランジャー２０の押圧推進と、を必要な数だけ繰り返した後、上述した第１の実施形態と同様の第１油圧装置４０の圧抜き及び上昇を行う。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態にかかる相当ひずみ付与装置１００は、第１油圧装置４０で上アンビル１０及び下アンビル３０とプランジャー２０の間に第１被処理物Ｓ１及び第２被処理物Ｓ２を押圧挟持しつつ、第２油圧装置５０と第３油圧装置１８０とでプランジャー２０をスライド方向Ｄ２とスライド方向Ｄ２’に交互にスライド移動させることができるため、往復動式のマルチパス加工を短時間で精度よく行うことができる。
【０１１３】
（３）第３の実施形態：
図１２、図１３は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す側面図である。なお、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置２００（不図示）は、プランジャー、及びプランジャーと対面して第１被処理物収容部や第２被処理物収容部を形成する上アンビル及び下アンビルの矩形溝の底部を除くと、第１の実施形態に係る相当ひずみ付与装置１や第２の実施形態にかかる相当ひずみ付与装置１００と同様の構成であるため、以下では詳細な説明を省略する。
【０１１４】
本実施形態にかかるプランジャー２２０は、断面が略矩形であり、互いに対向する第１面２２１ａと第３面２２１ｃには、上述した第１実施形態にかかるプランジャー２０と同様の半円溝が形成されており、他の互いに対向する第２面２２１ｂと第４面２２１ｄには、矩形溝が形成されている
【０１１５】
上アンビル２１０のプランジャー２２０と凹凸係合する矩形溝の内底部は、底部２１１ａと底部２１１ｂとを取り換えて固定可能になっている。底部２１１ａは、第１面２２１ａの半円溝と対面して円筒状の被処理物配置部ＵＳａを形成する半円溝を有し、底部２１１ｂは、第２面２２１ｂの矩形溝と対面して断面矩形の被処理物配置部ＵＳｂを形成する矩形溝を有する。
【０１１６】
下アンビル２３０のプランジャー２２０と凹凸係合する矩形溝の内底部は、底部２３１ａと底部２３１ｂとを取り換えて固定可能になっている。底部２３１ａは、第３面２２１ｃの半円溝と対面して円筒状の被処理物配置部ＬＳａを形成する半円溝を有し、底部２３１ｂは、第４面２２１ｄの矩形溝と対面して断面矩形の被処理物配置部ＬＳｂを形成する矩形溝を有する。
【０１１７】
すなわち、丸棒状の被処理物に相当ひずみ付与加工を行う場合は、上アンビル２１０の矩形溝の内底部に第１底部２１１ａを固定し、下アンビル２３０の矩形溝の内底部に第１底部２３１ａを固定し、プランジャー２２０の第１面２２１ａと第３面２２１ｃを上アンビル２１０と下アンビル２３０にそれぞれ対向させて配置することにより被処理物配置部ＵＳａ，ＬＳａを形成する。
【０１１８】
一方、断面矩形の被処理物に相当ひずみ付与加工を行う場合は、上アンビル２１０の矩形溝の内底部に第２底部２１１ｂを固定し、下アンビル２３０の矩形溝の内底部に第２底部２３１ｂを固定し、プランジャー２２０の第２面２２１ｂと第４面２２１ｄを上アンビル２１０と下アンビル２３０にそれぞれ対向させて配置することにより被処理物配置部ＵＳｂ，ＬＳｂを形成する。
【０１１９】
このように、プランジャー２２０を断面矩形に形成してプランジャー２０の４つの面にそれぞれ溝形状を形成するとともに、上アンビル１０及び下アンビル３０のプランジャー２２０に対向する底部を取り替え可能に構成することにより、様々な形状の被処理物に相当ひずみ付与加工を行うことができる。なお、本実施形態では、第１面２２１ａと第３面２２１ｃの溝形状を一致させ、第２面２２１ｂと第４面２２１ｄの溝形状を一致させてあるが、各面の溝形状の選択は様々に変更可能である。
【０１２０】
以下、相当ひずみ付与装置１又は相当ひずみ付与装置１００を用いて被処理物に相当ひずみを付与した実施例について説明する。
【０１２１】
（４）実施例１：
本実施例では、純度９９．９９％の純アルミ（４Ｎ−Ａｌ）の丸棒材に対し、上述した相当ひずみ付与装置１００を用いて行った相当ひずみ付与加工の結果を説明する。本実施例では、径が３ｍｍ、長さが１００ｍｍの４Ｎ−Ａｌを７３３Ｋで焼鈍した丸棒材を被処理物とし、相当ひずみ付与加工を行った。相当ひずみ付与の条件は、室温下で、第１油圧装置４０による圧力を１．０ＧＰａとし、第２油圧装置５０によるプランジャー２０の押し出し長さｘを５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍとし、パス数は１，２，３とした。
【０１２２】
図１４は、ＨＰＳ加工後の断面観察位置を示す図である。同図に示すように、被処理物において、プランジャー２０のスライドによって押し出される側をＦｒｏｎｔ、押し込む側をＲｅａｒ、中心をＣｅｎｔｅｒとし、Ｆｒｏｎｔ側から１５ｍｍの「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側から１５ｍｍの「Ｒ部」、中心付近の「Ｃ部」の３箇所の断面に対して、組織観察と硬度試験を行った。硬度試験は、被処理物の断面全体に０．２５ｍｍ間隔で複数設定された測定点に対し、５０ｇｆの試験力を１５秒掛けることにより行った。
【０１２３】
図１５は、ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真を示している。同図に示すように、被処理物断面は、平均結晶粒径が数百μｍの粗大な結晶粒で構成されている。なお、４Ｎ−Ａｌの初期硬度は２０Ｈｖであった。
【０１２４】
図１６は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図１７は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における硬度試験の結果を示している。これらの図において、図の上下方向が加圧方向Ｄ１である。
【０１２５】
５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部に幅方向を長軸とする楕円状の歪みが導入され、その他の厚さ方向上部や下部に粗大な結晶粒が残存している。また、歪みが導入された部位近くで硬度が上昇している。
【０１２６】
１０ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部の楕円状の歪みがより顕著になり、その他の厚さ方向上部や下部との結晶粒サイズのコントラストが鮮明になっている。なお、純アルミの硬度はある量以上の相当ひずみが導入されると減少して飽和することに由来して、押し出し長さの増加に伴い歪みが導入された部位で硬度が減少している。
【０１２７】
１５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部の楕円状の歪みが更に顕著になる。また、歪みが導入された部位ではさらに硬度が低下する一方で硬度が高かった領域の周囲の硬度が上昇している。なお、断面厚さ方向において、歪み導入位置や硬度上昇位置は、被処理物の長さ方向で異なっている。
【０１２８】
なお、いずれの押し出し長さであっても、断面厚さ方向における歪み導入位置や硬度変化位置は、被処理物の長さ方向で異なっている。例えば、Ｆ部では上寄りの位置に、Ｃ部では中央部に、Ｒ部では下寄りの位置に、それぞれ歪みが導入され、硬度が上昇している。
【０１２９】
図１８は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図１９は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示している。これらの図において、図の左右方向が２パス加工時の加圧方向Ｄ１であり、図の上下方向が１パス加工時の加圧方向Ｄ１である。
【０１３０】
５ｍｍのＨＰＳ加工を２パス行うと、Ｃ部の断面の上下方向（２パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に左右を長軸方向とする楕円状の微細化領域と、Ｃ部の断面の左右方向（１パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に上下を長軸方向とする楕円状の微細化領域が形成され、その他の部分に粗大な結晶粒が残存する。また、微細化領域及びその近くで硬度が上昇している。
【０１３１】
１０ｍｍのＨＰＳ加工を２パス行うと、Ｃ部の断面の略中心部における微細化領域がより顕著になり、その他の厚さ方向上部や下部との結晶粒サイズのコントラストが鮮明になっている。なお、上述した純アルミの硬度特性に由来して、微細化領域及びその近くで硬度が低下する一方で、硬度の高い領域が外側へ広がっている。
【０１３２】
１５ｍｍのＨＰＳ加工を２パス行うと、Ｃ部の断面の微細化領域が更に顕著になる。また、微細化領域及びその近くで硬度が低下しており、硬度の高い領域が外側へ広がっている。なお、断面厚さ方向において、微細化領域は被処理物の長さ方向で異なる位置に形成されている。
【０１３３】
図２０は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図２１は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の硬度試験の結果を示している。
【０１３４】
５ｍｍのＨＰＳ加工を３パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部に長軸方向が略６０°異なる楕円状の微細化領域が３つ形成され、Ｃ部の断面のほぼ全体が微細化される。また、Ｃ部の断面全体でほぼ均一な硬度分布となる。
【０１３５】
１０ｍｍのＨＰＳ加工を３パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部の楕円状の微細化領域がより顕著になる。また、微細化領域及びその近くで硬度が低下しており、Ｃ部の断面全体が均一な硬度になっている。
【０１３６】
（５）実施例２：
本実施例は、Ａｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｃ（％はｗｔ％）の丸棒材に対し、上述した相当ひずみ付与装置１００を用いて行った相当ひずみ付与試験の結果を示す。本実施例では、溶体化処理を行ったＡｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｃ合金の丸棒材を被処理物として、相当ひずみ付与加工を行った。なお、溶体化処理は、Ｔ＝８７３Ｋ、τ＝１ｈで行った。相当ひずみ付与加工条件は、室温下で、第１油圧装置４０による圧力Ｐを１．０ＧＰａとし、第２油圧装置５０によるプランジャー２０の押し出し長さｘを５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍとし、パス数は１，２，３とした。
【０１３７】
組織観察と硬度試験は、上述した実施例１と同様に、Ｆｒｏｎｔ側から１５ｍｍの「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側から１５ｍｍの「Ｒ部」、中心付近の「Ｃ部」の３箇所の断面に対して行った。硬度試験も、第１実施例と同様に、被処理物の断面全体に０．２５ｍｍ間隔で複数設定された測定点に対し、５０ｇｆの試験力を１５秒掛けることにより行った。
【０１３８】
図２２は、ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真と硬度試験の結果を示している。同図に示すように、被処理物の断面は、平均結晶粒径が２６μｍの粗大な結晶粒で構成されており、平均硬度が５４．７Ｈｖである。
【０１３９】
図２３は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図２４は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示している。
【０１４０】
５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部に幅方向を長軸とする楕円状の歪みが導入され、その他の厚さ方向上部や下部に粗大な結晶粒が残存する。また、歪みが導入された部位近くで硬度が上昇している。
【０１４１】
１０ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部の楕円状の歪みがより顕著になり、その他の厚さ方向上部や下部との結晶粒サイズのコントラストが鮮明になっている。また、歪みが導入された部位で硬度が上昇しており、特に被処理物の幅方向の両端で硬度が上昇している。
【０１４２】
１５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部の楕円状の歪みが更に顕著になる。また、歪みが導入された部位で硬度が上昇しており、特に被処理物の幅方向の両端の硬度は１５０Ｈｖまで上昇している。
【０１４３】
図２５は、押し出し長さ１０ｍｍの１パス加工，２パス加工及び３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真及び硬度試験の結果を対比して示している。
【０１４４】
１パス加工では、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部に幅方向を長軸とする楕円状の微細化領域が形成され、その他の厚さ方向上部や下部に粗大な結晶粒が残存しているが、２パス加工では、Ｃ部の断面の上下方向（２パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に左右を長軸方向とする楕円状の微細化領域と、Ｃ部の断面の左右方向（１パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に上下を長軸方向とする楕円状の微細化領域が形成され、その他の部分に粗大な結晶粒が残存する。そして、３パス加工では、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部に長軸方向が略６０°異なる楕円状の微細化領域が３つ形成され、Ｃ部の断面のほぼ全体が微細化されている。
【０１４５】
硬度は、各パス加工で形成した微細化領域を中心に上昇しつつ、被処理物断面全体で上昇している。特に、３パス加工後の被処理物断面では、被処理物断面のほぼ全体が微細化されていることに対応して被処理物断面のほぼ全体で一定以上の硬度になっており、特に、被処理物中心部では非常に高い硬度が実現されていることが分かる。
【０１４６】
図２６は、１０ｍｍの１パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真、図２７は、１０ｍｍの３パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真である。図２６，図２７において、上部左写真、上部右写真、下部左写真は、それぞれ、明視野像、暗視野像、制限視野回折パターンであり、暗視野像は制限視野回折パターン中の矢印の回折ビームで撮影したものである。これらの図に示すように、１パス加工後の粒径は左右に細長い比較的大きな結晶粒径であるのに対し、３パス加工後の被処理物は全体的に平均結晶粒径が約２７０ｎｍに微細化されており、パス数の増大に伴い微細化が進行することが分かる。
【０１４７】
このように、４Ｎ−Ａｌに比べて高硬度のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金であっても、相当ひずみ付与装置１００を用いて被処理物を微細化し、硬度を上昇することが出来ることが分かる。従って、相当ひずみ付与装置１００を用いて材料の硬度を上昇させて、機械的特性や機能的特性を向上させることができる。
【０１４８】
図２８，図２９は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の引張試験の結果を示す図である。図２８には、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物、１０ｍｍの１パス加工後の被処理物、１０ｍｍの２パス加工後の被処理物、１０ｍｍの３パス加工後の被処理物、のそれぞれについて５７３Ｋで引張試験を行い、被処理物が破断するまでの引張応力（ＭＰａ）と伸長長さ（％）の関係をプロットしてある。図２９は、各被処理物が破断したときの伸長長さを対比して示してある。
【０１４９】
図２８，図２９に示すように、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物では、約６０％の伸長で破断するが、１パス加工後の被処理物では破断までに約４７０％も伸長し、２パス加工後の被処理物では破断までに約８８０％も伸長し、３パス加工後の被処理物では破断までに約１０３０％も伸長する。一般的に、合金であれば約４００％伸長すれば超塑性材料と言われるところ、本実施例では、１パス加工後の被処理物が既に超塑性を示し、２パス加工、３パス加工後の被処理物では更に高い超塑性の特性を示すことが分かる。
【０１５０】
このように、相当ひずみ付与加工により微細化した材料は、室温ではホールペッチの関係に従い強度が高いものの、高温（融点の約半分以上の温度）になると微細結晶粒が示す超塑性による粒界滑りで逆に柔らかくなる。従って、上述した実施例１，２に係る被処理物についても高温にすることで材料の硬度を大きく低下させて加工容易性を向上することができる。
【０１５１】
本実施例では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の融点が９３３Ｋであり、引張試験を５７３Ｋで行っている。その結果、図２８に示すように、最大引張応力は、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物では約８６ＭＰａも必要であるのに対し、１パス加工後の被処理物では約４５ＭＰａ、２パス加工後の被処理物では約３２ＭＰａ、３パス加工後の被処理物では約２１ＭＰａ、と微細化が進むにつれて伸長に必要な引張応力が徐々に低下しており、パス数の増加に伴って徐々に高い超塑性の特性を示すようになることが分かる。
【０１５２】
（６）実施例３：
本実施例は、ＡＺ６１マグネシウム合金（以下、ＡＺ６１と略す。）の丸棒材に対し、上述した相当ひずみ付与装置１００を用いて行った相当ひずみ付与加工の結果を説明する。本実施例では、径が３ｍｍ、長さが１００ｍｍのＡＺ６１を７７３Ｋで焼鈍した丸棒材を被処理物とし、相当ひずみ付与加工を行った。相当ひずみ付与の条件は、４７３Ｋの温度で、第１油圧装置４０による圧力を１．４ＧＰａとし、第２油圧装置５０によるプランジャー２０の押し出し長さｘを１０ｍｍとし、押出速度を０．２ｍｍ／ｓとしてある。
【０１５３】
図３０は、往動パスのみを行った場合のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真と、Ｆ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示し、図３１は、往復動パスを行った場合のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真と、Ｆ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示している。これらの図において、図の上下方向が加圧方向Ｄ１である。
【０１５４】
組織観察と硬度試験は、上述した実施例１と同様に、Ｆｒｏｎｔ側から１５ｍｍの「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側から１５ｍｍの「Ｒ部」、中心付近の「Ｃ部」の３箇所の断面に対して行った。硬度試験も、第１実施例と同様に、被処理物の断面全体に０．２５ｍｍ間隔で複数設定された測定点に対し、５０ｇｆの試験力を１５秒掛けることにより行った。なお、ＦｒｏｎｔとＲｅａｒの関係は、往動パスにおけるプランジャー２０のスライド方向を基準にして決めてある。
【０１５５】
往動パスのみを行った場合、Ｃ部では、断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中央部に幅方向に沿って集中的に歪みが導入され、その他の厚さ方向上部や下部にはほとんど歪みが導入されていない。また、歪みが導入された部位近くで硬度が上昇し、その他の部位ではほとんど硬度が上昇していない。
【０１５６】
一方、Ｆ部では、断面の厚さ方向の略中央部よりも上側に広がりを持って歪みが導入され、略中央部よりも下側にはほとんど歪みが導入されていない。また、歪みが導入された部位近くで硬度が上昇し、その他の部位ではほとんど硬度が上昇していない。
【０１５７】
他方、Ｒ部では、断面の厚さ方向の略中央部よりも下側に広がりを持って歪みが導入され、略中央部よりも上側にはほとんど歪みが導入されていない。また、歪みが導入された部位近くで硬度が上昇し、その他の部位ではほとんど硬度が上昇していない。
【０１５８】
これに対し、往復動パスを行った場合、Ｃ部については、往動パスのみの場合と同様に断面の厚さ方向の略中心部に集中的に歪みが導入されているが、Ｆ部については、断面の厚さ方向の略中央部よりも下側に広がりを持って歪みが導入され、Ｒ部については断面の厚さ方向の略中央部よりも上側に広がりを持って歪みが導入されている。
【０１５９】
すなわち、図９に示すように、往動パスにおけるひずみ導入範囲と復動パスにおけるひずみ導入範囲とが相違する。このため、往復動式のマルチパス加工を行うことにより、被処理物内に導入されるひずみを、一方向のみのパス加工の場合に比べて均一化することができる。特に、被処理物端部に近いＦ部やＲ部に導入されるひずみを被処理物断面方向において均一に近づけることができる。
【０１６０】
図３２〜図３７は、往復動パスにより相当ひずみ付与加工を行ったＡＺ６１の引張試験の結果を示す図である。図３２，図３３は１パス加工、図３４，図３５は２パス加工、図３６，図３７は３パス加工を行ったＡＺ６１に関する。
【０１６１】
図３２，図３４，図３６には、それぞれ、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物、被処理物のＦ部（Ｌ＝１５ｍｍ）、被処理物のＣ部（Ｌ＝５０ｍｍ）、被処理物のＲ部（Ｌ＝８５ｍｍ）、のそれぞれから切り出したサンプルについて４７３Ｋで引張試験を行い、被処理物が破断するまでの引張応力（ＭＰａ）と伸長長さ（％）の関係をプロットしてある。図３３，図３５，図３７には、各被処理物が破断したときの伸長長さを対比して示してある。
【０１６２】
図３２〜図３７から分かるように、被処理物のＦ部やＲ部から切り出したサンプルは、いずれも被処理物のＣ部から切り出したサンプルよりも高い伸長長さを示している。また、被処理物のＦ部やＲ部の伸長長さを各パスで比較すると、１パス加工を行った被処理物の破断までの伸長長さは１００％であったのに対し、２パス加工を行った被処理物は３２０％の伸長長さを示し、３パス加工を行った被処理物のＲ部では伸長長さが５００％を超えて超塑性が出現する状態になっている。すなわち、パス回数を重ねるにつれて破断までの伸長長さが改善することが分かる。
【０１６３】
なお、本発明は上述した実施形態および変形例に限られず、上述した実施形態および変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態および変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【符号の説明】
【０１６４】
１，１００…相当ひずみ付与装置、１０…上アンビル、１０ａ…基部、１０ｂ…金型部、１１…第１対向面、１２…第１加圧面、１３…第１矩形溝、１３ａ…底面、１４…第１半円溝、２０…プランジャー、２１…第２対向面、２２…第２半円溝、２３…第４対向面、２４…第４半円溝、３０…下アンビル、３０ａ…基部、３０ｂ…金型部、３１…第３対向面、３２…第２加圧面、３３…第２矩形溝、３３ａ…底面、３４…第３半円溝、４０…第１油圧装置、４１…シリンダ部、４２…ピストン部、４３…スライド、４３１…固定凹部、４４…ベッド、４４１…固定凹部、５０…第２油圧装置、５１…シリンダ部、５２…ピストン部、５３…押棒、６０…本体フレーム、７０…制御部、７１…操作盤、１８０…第３油圧装置、Ｄ１…スライド方向、Ｄ２…加圧方向、ＬＳ…第２被処理物配置部、Ｓ１…第１被処理物、ＵＳ…第１被処理物配置部、Ｓ２…第２被処理物
【図１】
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【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】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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