(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状原材料に相当ひずみを付与することによりシート状加工材を作製する第１工程と、
前記シート状加工材を積層した積層材を作製する第２工程と、
前記積層材をγ’ソルバス温度より低温で拡散接合することにより、相当ひずみにより得られた微細組織を保持しつつ一体化する第３工程と、
を含んで構成されることを特徴とする相当ひずみ付与材料の作製方法。
【請求項２】
前記第２工程においては、前記第１工程において相当ひずみを付与されたシート状材料から所定形状に個片化された個片材を所定積層高さまで積層した積層材を作製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材料の作製方法。
【請求項３】
前記第２工程においては、前記第１工程において相当ひずみを付与されたシート状材料をロール状に巻き回してシート状材料が径方向に積層された筒状の積層材を作製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材料の作製方法。
【請求項４】
前記第２工程においては、前記第１工程において相当ひずみを付与されたシート状材料を、蛇腹の屈曲部分を１８０°屈曲させて蛇腹状に折畳み、折目で区分される各部位を積層した積層材を作製する、ことを特徴とする請求項１に記載の相当ひずみ付与材料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相当ひずみ付与材料の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理物に相当ひずみを付与して新たな特性を付与する手法として、ＨＰＳ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｌｉｄｉｎｇ）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＨＰＳ法では、上下の金型の間に被処理物を加圧挟持しつつ、加圧方向と略垂直な方向に上下の金型を相対的にスライド移動させることにより被処理物に相当ひずみを付与する手法である。
【０００３】
上述した特許文献１に記載のＨＰＳ法においては、互いに対向する対向面をそれぞれ有する上金型と下金型とを用いている。上金型と下金型の対向面には、それぞれ金型のスライド方向に沿って直線状に延びる条溝が設けられている。上下金型の対向面を近づけると上金型の条溝と下金型の条溝とで囲われるスライド方向に沿って延びる筒状の空間が形成され、この空間が被処理物を配置する配置空間となる。
【０００４】
被処理物は、上金型の条溝にその上半分を嵌合しつつ下金型の条溝にその下半分を嵌合した状態で配置空間に配置される。この状態で上下の金型が互いに近づく方向に圧力を加えて上下の金型の間に被処理物を加圧挟持しつつ加圧方向と略垂直な筒状の配置空間の延びる方向に上下の金型を相対的にスライド移動させることで、被処理物に相当ひずみが付与される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
上述したように、ＨＰＳ法は被処理物を押し潰す方向に加圧しつつ加圧方向と略直交する方向に上下の金型を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付与する手法である。従って、被処理物の厚みが大きくなりすぎると被処理物の厚み方向の一部に剪断応力が集中してしまい、被処理物の厚み方向の全体に万遍なく相当ひずみを付与することが難しかった。すなわち上述した特許文献１に記載の相当ひずみ付与装置では、相当ひずみを付与する材料の厚みに限界があった。
【０００７】
また、上下の金型を相対的にスライド移動させて相当ひずみを付与することから、配置空間に配置される被処理物の金型の幅方向（スライド方向や加圧方向と直交する方向）両側に沿って延びる条溝の側壁は互いに平行かつ直線状に形成される必要があった。このため、金型内部に形成される筒状空間に配置される被処理物の形状もこれに準じた形状にならざるを得ず、相当ひずみを付与する材料の形状に制限があった。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、相当ひずみを付与する材料の形状やサイズの制限を打破し、相当ひずみが付与された材料の形状やサイズに係る選択自由度を向上すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様の１つは、シート状原材料に相当ひずみを付与することによりシート状加工材を作製する第１工程と、前記シート状加工材を積層した積層材を作製する第２工程と、前記積層材をγ’ソルバス温度より低温で拡散接合することにより、相当ひずみにより得られた微細組織を保持しつつ一体化する第３工程と、を含んで構成されることを特徴とする相当ひずみ付与材料の作製方法である。
【００１０】
このように構成された相当ひずみ付与材料の作製方法においては、第１工程において相当ひずみを付与するシート状原材料の形状やサイズには相当ひずみ付与装置の構造上の制約により生じる厚みや形状の制限があるものの、積層材３をγ’ソルバス温度より低温の拡散接合によって一体化して作製された材料は、第１工程で付与された相当ひずみを維持しつつ相当ひずみ付与装置の構造上制約に縛られない自由な形状や構造となる。従って、第３工程において最終的に作製される相当ひずみ付与材料の形状やサイズは、第１工程において相当ひずみを付与する材料の形状やサイズの制限に依存せず、相当ひずみ付与材料の形状やサイズに係る選択自由度を従来に比べて向上することができる。
【００１１】
本発明の選択的な態様の１つは、前記第２工程においては、前記第１工程において相当ひずみを付与されたシート状材料から所定形状に個片化された個片材を所定積層高さまで積層した積層材を作製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材料の作製方法である。
【００１２】
このように構成された相当ひずみ付与材料の作製方法においては、シート状材料から所定形状に個片化された個片材を用いて積層材を作成するため、個片材の形状を様々に選択可能であり、多様な３次元構造に積層材を形成可能であり、結果的に、多様な３次元構造の相当ひずみ付与材料を実現することができる。
【００１３】
本発明の選択的な態様の１つは、前記第２工程においては、前記第１工程において相当ひずみを付与されたシート状材料をロール状に巻き回してシート状材料が径方向に積層された筒状の積層材を作製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材料の作製方法である。
【００１４】
このように構成された相当ひずみ付与材料の作製方法においては、第３工程において、シート状材料をロール状に巻き回して積層した筒状の積層材を用いて相当ひずみ付与材料を作成することになり、筒状の相当ひずみ付与材料を作製する上での状やサイズに係る選択自由度を従来に比べて向上することができる。
【００１５】
本発明の選択的な態様の１つは、前記第２工程においては、前記第１工程において相当ひずみを付与されたシート状材料を、折目を略１８０°屈曲させて蛇腹状に折畳み、折目で区分される各部位を積層した積層材を作製する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の相当ひずみ付与材料の作製方法である。
【００１６】
このように構成された相当ひずみ付与材料の作製方法においては、シート状材料を折り畳んで積層した積層材を用いて相当ひずみ付与材料を作成することになり、シート状材料を折り畳み積層するというシンプルな方法で従来に相当ひずみ付与材料よりも厚みの大きい相当ひずみ付与材料を作製することができる。
【００１７】
なお、以上説明した相当ひずみ付与材料の作製方法は、他の方法の一環として実施されたり各行程に対応する手段を備えた相当ひずみ付与材料の作成システム等として実施されたりする等の各種の態様を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、相当ひずみを付与する材料の形状やサイズの制限を打破し、相当ひずみを付与した材料の形状やサイズに係る選択自由度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）の方法に係る相当ひずみ付与材料の作製方法を説明する図である。
【図２】積層材を構成する個片材の形状イメージを説明する図である。
【図３】（ｂ）の方法に係る相当ひずみ付与材料の作製方法を説明する図である。
【図４】（ｂ）の方法に係る相当ひずみ付与材料の作製方法の変形例を説明する図である。
【図５】（ｃ）の方法に係る相当ひずみ付与材料の作製方法を説明する図である。
【図６】（ｃ）の方法におけるシート状加工材の変形例を説明する図である。
【図７】拡散接合の評価試験の方法を説明する図である。
【図８】引張試験の結果を示す図である。
【図９】接合部（拡散接合時間が１ｈｒ）の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１０】接合部（拡散接合時間が３ｈｒ）の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１１】接合部（拡散接合時間が５ｈｒ）の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１２】従来に比べて面積の大きいシート状材料に対して相当ひずみを付与可能な相当ひずみ付与装置を説明する図である。
【図１３】シート状材料を挟持する第１金型と第２金型の対向面の形状を説明する図である。
【図１４】各回のＨＰＳ加工の対象部位を説明する図である。
【図１５】第１金型及び第２金型の具体的形状の一例を示す図である。
【図１６】積層材の形状の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】
本実施形態に係る相当ひずみ付与材料の作製方法は、シート状原材料１に相当ひずみを付与したシート状加工材２を作製する第１工程と、シート状加工材２を積層した積層材３を作製する第２工程と、積層材３をγ’ソルバス温度より低温で拡散接合することにより、相当ひずみにより得られた微細組織を保持しつつ一体化する第３工程と、を含んで構成される。第１工程において相当ひずみを付与するシート状原材料１の形状やサイズには相当ひずみ付与装置の構造上の制約により生じる厚みや形状の制限がある。ただし、積層材３をγ’ソルバス温度より低温の拡散接合によって一体化して作製されるバルク材４は、第１工程で付与された相当ひずみを維持しつつ相当ひずみ付与装置の構造上制約に縛られない自由な形状や構造とすることができる。
【００２２】
本実施形態に係る相当ひずみ付与材料の作製方法では、まず、シート状原材料１にＨＰＳ加工を行って相当ひずみを付与したシート状加工材２を用意する。
【００２３】
シート状原材料１はシート状の金属材料である。シート状原材料１に対して相当ひずみを付与したシート状加工材２は、従来知られているＨＰＳ加工方法で作製してもよいし、後述する相当ひずみ付与装置を用いて行うＨＰＳ加工で作製してもよい。なお、シート状原材料１は、ＨＰＳ加工によって厚み方向の略全域に一定以上（超塑性が発現する程度）の相当ひずみを付与可能な程度の厚みである。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ている。
【００２４】
次に、シート状加工材２を積層した積層材３を作製する。積層の仕方は様々であるが、以下では、積層材３の作製方法として、概略、（ａ）個片材の積み重ねにより作製する方法、（ｂ）シート状加工材をロール状に巻き回して作製する方法、（ｃ）シート状加工材を折り畳んで作製する方法、の３つについて説明する。
【００２５】
まず、図１を参照しつつ、（ａ）の方法によって積層材３を作製する方法について説明する。（ａ）の方法では、まず、シート状加工材２から複数の個片材５を作製する。
【００２６】
個片材５は所定の縁形状を持つ平板状部材であり、個片材５の所定の縁形状は後述するバルク材の長さ方向に垂直な切断面に沿う断面形状となる。個片材５は、シート状加工材の中でも一定量以上の相当ひずみが付与された部位（例えば超塑性が発現した部位）から作製される。なお、複数の個片材５は、同じ１枚のシート状加工材２から個片化して作製してもよいし、複数枚のシート状加工材２から個片化して作製してもよい。
【００２７】
次に、複数の個片材５を積層して所要の積層高さｈ１以上の積層材３を形成する。シート状加工材２から作製される個片材５の数は、所望の積層高さｈ１を板材の厚みｄ１で除した数程度の量であり、個片材５を積層して所望の積層高さｈ１に達する程度の量の個片材５を作製する。これにより、シート状原材料１やシート状加工材２のシート厚みｄ１以上の厚みを有する積層材３において実現される。
【００２８】
積層材３において、複数の個片材５は積層方向において互いに隣接しあう個片材５の間で板面が互いに対面重合するように積層してある。個片材５の板面はシート状加工材２において表裏のシート面をそれぞれ構成していた面である。このようにして作製された積層材３は、幅や長さはシート状加工材２より小さく、厚みはシート状加工材２より大きい。
【００２９】
複数の個片材５は、図２に示すように、最終的に作製したい所望の立体形状Ｔを一定間隔で並設した仮想切断面で切断して形成される複数のスライスＳにそれぞれ対応する形状を有している。従って、複数の個片材５のそれぞれを、所望の立体形状Ｔにおける各スライスＳと同じ位置関係で積層すると、複数の個片材５を積層して形成される積層材３が、所望の立体形状Ｔとほぼ同様概形を持つ立体構造物となる。
【００３０】
複数の個片材は、シート状加工材２を表裏に切断する切断線がシート状加工材２のシート面に所望の閉曲線（この曲線の語には直線の概念も含む）を描くように、シート状加工材２を切断することで作製される。シート状加工材２から個片材５を切断する手法は、特に限定されるものではないが、プレス打ち抜き、レーザー溶断、ワイヤーカット、エッチング等が例示される。
【００３１】
このように、作製される積層材３（及びバルク材４）は、所望の立体形状Ｔに対応するものであり様々な形状を実現できる。すなわち、図１５に示すような断面Ｔ字状の立体構造物が実現できることはもちろん、円錐状の立体構造物、径が途中で変化する円柱状の立体構造物、その他、３ＤプリンタのようにスライスＳの積層により実現できる立体構造物であれば大抵のものは実現できる可能性が高い。むろん、複雑な構造物の場合は、所望の立体構造物を複数の部分に分割してバルク材として形成した後、バルク材を更に積層して最終的な立体構造物に形成する等、段階的に立体構造物を形成する過程を踏んでもよい。
【００３２】
次に図３を参照しつつ（ｂ）の方法によって積層材３を作製する方法について説明する。（ｂ）の方法では、シート状加工材２をロール状に巻き回す際に芯材を用いる方法と用いない方法とがある。
【００３３】
芯材を用いる場合、図４に示すように、後述する拡散接合によってシート状加工材２と接合されて一体化する芯材を用いる場合と、後述する拡散接合によってシート状加工材２と接合されずシート状加工材２の接合完了後に取り外される芯材を用いる場合と、がある。前者の場合、芯材についてもシート状加工材２と同じ金属材料に相当ひずみを付与した相当ひずみ付与材料を用いる。
【００３４】
芯材を用いる場合、芯材の周りにシート状加工材２又はシート状加工材２からシート状に切り出したシート状材料を少なくとも一周以上巻き回し、その巻き回し状態を固定する。芯材を用いない場合、可能な限り密にシート状加工材２又はシート状加工材２からシート状に切り出したシート状材料を少なくとも一周以上巻き回し、その巻き回し状態を固定する。巻き回し状態を固定する方法としては、例えば、ゴム型等に入れて外部から液体やガスで圧力を掛けることにより行うことができる。このようにシート状加工材２又はシート状加工材２からシート状に切り出したシート状材料を巻き回すことにより、シート材が径方向に積層された積層材３が作製される。
【００３５】
芯材にシート状加工材２と同じ金属材料に相当ひずみを付与した相当ひずみ付与材料を用いた積層材３の場合、後述する拡散接合を行うと芯材６も含めて積層材３と一体化されて、中実な円柱状のバルク材４を作製できる。一方、芯材に相当ひずみが付与されていない材料を用いる場合、後述する拡散接合を行っても芯材６と積層材３とが一体化されにくいため、拡散接合の後、積層材３を一体化して作製されたバルク材４から芯材６を引き抜いて中空筒状のバルク材４とする。芯材６を用いない場合、中心の巻き回し密度次第ではあるが、中心に多少の中空部分が残存したバルク材４となる。
【００３６】
次に図５を参照しつつ（ｃ）の方法によって積層材３を作製する方法について説明する。（ｃ）の方法では全体に万遍なく相当ひずみが付与された長尺シート状材料２’が必要になるため、必要に応じてシート状加工材２を切断等により整形した長尺シート状材料２’を作製する。
【００３７】
長尺シート状材料２’は、短手方向に沿って延びる折目構造７が複数設けられている。複数の折目構造７の延びる方向は互いに平行である。複数の折目構造７は、長手方向に一定間隔ごとに設けられており、谷折用の折目構造７と山折用の折目構造７とが長手方向に沿って交互に設けられている。
【００３８】
次に、長尺シート状材料２’の各折目構造７を折目に沿って屈曲させることで全体として蛇腹状とする。そして、蛇腹の各屈曲部分を１８０°屈曲させることにより、折目構造７で区分される各部位が交互に表裏反転しつつ順に積層された積層材３が形成される。長尺シート状材料２’における折目構造７を境界とする区分数は、所望の積層高さｈ１を板材の厚みｄ１で除した数程度の量であり、区分数に応じた数のシート状材料を積層して所望の積層高さｈ１に達する程度の数の折目構造７を形成する。このようにして作製された積層材３は、所要の厚み以上の厚みが実現されており、シート状原材料１やシート状加工材２のシート厚みｈ１以上の高さを有する矩形柱体状の積層材３が実現される。
【００３９】
なお、長尺シート状材料２’の形状は、等幅帯状に延びる形状に限らず、折目構造７で区画された各部の形状は様々な形状とすることができる。具体的には、例えば、図６に示すように、折目構造７で区画された各部の形状を台形とし、隣接する各部の間が台形の頂辺同士、底辺同士で交互に接続された形状としてもよい。このような長尺シート状材料２’を折畳んで形成された積層材３は台形柱体状となる。
【００４０】
以上のような、様々な方法で様々な形状に形成された積層材３を拡散接合により一体化してバルク材４とする。拡散接合においては、積層材３の各層が互いに密着するように加圧しつつ加熱して、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する。なお、本実施形態では、積層材３の各層の間にインサート金属の挟持は行わない。また、拡散接合で接合する対象材料の表面に酸化被膜が形成されている場合は、真空中、不活性ガス中、水素ガス中等の制御された雰囲気下で拡散接合を行うことにより酸化被膜を還元（酸化被膜を破壊）して接合容易性を向上してもよい。
【００４１】
積層材３の拡散接合における加熱は、γ’ソルバス温度より低温とする。例えばインコネル７１８であれば、γ’ソルバス温度が９００℃であることから、例えば加熱温度は９００℃以下であればよく、例えば７００℃〜８５０℃の範囲とし、より好適には７５０℃〜８００℃の範囲とする。γ’ソルバス温度より低い温度域では析出物の分散状態が維持でき粒成長が生じにい。なお、インコネル７１８については、γ’ソルバス温度（９００℃）における析出物はＮｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）、γ”ソルバス温度（９１５℃）における析出物はＮｉ３Ｎｂ（Ａｌ，Ｔｉ）、δソルバス温度（１０２０℃）における析出物はＮｉ３Ｎｂである。すなわち、γ’ソルバス温度より低い温度域で拡散接合を行うことにより、積層材３の作製元であるシート状加工材２に付与されていた相当ひずみにより得られた微細組織が保持される。
【００４２】
次に、上述したバルク材４に対して行った拡散接合の評価試験について、図７を参照して説明する。
【００４３】
図７は、拡散接合の評価試験の方法を説明する図である。
【００４４】
同図に示す試験は、１ｍｍ×１０ｍｍ×１００ｍｍのインコネル７１８板材に対し、後述する相当ひずみ付与装置１００を用いて、加圧力が３ＧＰａ、スライド速度が１．０ｍｍ／ｓ、スライド距離が１５ｍｍの相当ひずみ付与加工を１回行うことにより、ε＝１１．５５の相当ひずみ（後述する式（１）参照）が付与されたシート状加工材２を使用した。
【００４５】
また、拡散接合は、大気中で、幅１０ｍｍの２枚のシート状加工材２の端部をシート面方向に沿う方向に約２ｍｍ重複させ、この重複部分（１０ｍｍ×２ｍｍ）に対して１００ＭＰａの力を一定時間加えることにより行った。なお、拡散接合時間は１ｈｒ、３ｈｒ、５ｈｒのそれぞれで行い、加熱温度は８００℃とした。
【００４６】
このような接合条件下でそれぞれ作製した試料から、図７に示すように、２枚のシート状加工材２の端部を重合させて拡散接合した接合部８を長さ方向の途中に含むように切断分離して作製したＩ字状試料を評価試験の試験片とし、Ｉ字状試料を長さ方向に漸増する引張力を加え、Ｉ字状試料が破断した時点での引張力を記録した。
【００４７】
図８は、引張試験の結果を示す図である。
【００４８】
図８（ａ）に示すように、８００℃の雰囲気中で行った評価試験では、拡散接合時間が１ｈｒの試験片は２８．２Ｎで破断し、拡散接合時間が３ｈｒの試験片は３４．４Ｎで破断し、拡散接合時間が５ｈｒの試験片は６１．５Ｎで破断した。いずれの試験片も接合面が剥離する形で破断した。このことから、８００℃の雰囲気中では、拡散接合時間が長いほど接合部分の接合強度が上昇することが分かる。
【００４９】
図８（ｂ）に示すように、室温の雰囲気中で行った評価試験では、拡散接合時間が１ｈｒの試験片は３０１Ｎで破断し、拡散接合時間が３ｈｒの試験片は３１６Ｎで破断し、拡散接合時間が５ｈｒの試験片は２６７Ｎで破断した。拡散接合時間が３ｈｒの試験片は接合面が剥離する形で破断したが、拡散接合時間が１ｈｒの試験片と拡散接合時間が５ｈｒの試験片は、接合面とは異なる部位が千切れるように破断した。このことから、室温ではいずれの拡散接合時間の試験片も高い接合強度が実現されており、接合面の接合強度がシート状加工材２自体の引張強度と近いレベルであることが分かる。
【００５０】
図９〜図１１は、接合部の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。図９は、拡散接合時間が１ｈｒの接合部の断面、図１０は、拡散接合時間が３ｈｒの接合部の断面、図１１は、拡散接合時間が５ｈｒの接合部の断面、をそれぞれ撮影した写真である。図９においては広い範囲に接合面が観察される。図１０においては断続的な接合痕が比較的明りょうに観察される。図１１においては接合痕がさらに断続的になっており、図１０に比べて接合痕が少なくなっていることが分かる。これら写真から、拡散接合時間が長くなるほど拡散接合が進行することが分かる。なお、相当ひずみが付与されていないシート状原材料１を用いて同条件で拡散接合を行ったものについては結晶粒が粗大であるため接合に重要な原子拡散速度が小さく、接合自体が起こらなかった。
【００５１】
上述した第１の実施形態で用いるシート状加工材２としては、公知のＨＰＳ装置を用いて作製した相当ひずみ付与材料を用いても構わないが、積層材３を作製するには相当ひずみ付与材料のシート面積が大きい方が利用しやすい。以下では、シート面積の大きい相当ひずみ付与材料を作製できる相当ひずみ付与装置について説明する。
【００５２】
図１２は、従来に比べて面積の大きいシート状材料に対して相当ひずみを付与可能な相当ひずみ付与装置を説明する図である。
【００５３】
相当ひずみ付与装置１００は、対向面１１を有する第１金型１０、対向面１１に対向する対向面２１を有する第２金型２０、第１金型１０の対向面１１と第２金型２０の対向面２１とを互いに近づける方向に加圧する駆動装置３０（図１２には不図示）、第１金型１０と第２金型２０とを対向面１１，２１の長さ方向Ｄ１（図１２においては紙面に垂直な方向）に沿う方向に相対的にスライド移動させるスライド装置４０（図１２には不図示）、及び、シート状材料ＳＭを対向面１１，２１の幅方向Ｄ２に搬送する搬送装置９０と、を備える。
【００５４】
シート状材料ＳＭは、そのシート面が対向面１１，２１の面方向に沿うような位置関係で、対向面１１，２１の間を対向面１１，２１に沿う方向に通過するように搬送装置９０によって搬送される。シート状材料ＳＭは、相当ひずみ付与時において対向面１１，２１の間に挟持され、駆動装置３０によって第１金型１０と第２金型２０を介してシート面と略垂直な加圧方向Ｄ３に加圧される。
【００５５】
シート状材料ＳＭは、その幅が第１金型１０の対向面１１の幅ｗ１や第２金型２０の対向面２１の幅ｗ２よりも広く、特に、後述する高摩擦面１２，２２の幅よりも広い。従って、第１金型１０と第２金型２０との間にシート状材料ＳＭを加圧挟持する際は、シート状材料ＳＭの一部は第１金型１０と第２金型２０との間に挟持されるものの、対向面１１，２１の幅方向Ｄ２の少なくとも一方からシート状材料ＳＭがはみ出した状態となる。
【００５６】
相当ひずみ付与装置１００は、第１金型１０の対向面１１と第２金型２０の対向面２１との間にシート状材料ＳＭを挟持した状態で、第１金型１０の対向面１１と第２金型２０の対向面２１とが接近する方向に駆動装置３０が加圧し、スライド装置４０が第１金型１０と第２金型２０とを対向面１１，２１の長さ方向Ｄ１に相対スライドさせる。これにより、シート状材料ＳＭの第１金型１０と第２金型２０の間に加圧挟持されている部分に相当ひずみが付与される。
【００５７】
相当ひずみ付与装置１００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は第２金型２０のスライド距離、ｔは被処理物厚さ、をそれぞれ表す。
【００５８】
【数１】
0006612645.tif 000002
【００５９】
すなわち、相当ひずみ付与装置１００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、被処理物であるシート状材料ＳＭ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。
【００６０】
相当ひずみは、駆動装置３０の加圧力、対向面１１，２１と被処理物との間のグリップ力、スライド装置４０が行う第１金型１０と第２金型２０の相対スライドの距離、相対スライドを行う回数（往動のみ、往復動、複数回の往復動、等）、に応じた程度で、シート状材料ＳＭに付与される。付与される相当ひずみの程度は、シート状材料の材質や形状にもよる。すなわち、特定の材質や形状のシート状材料ＳＭに付与される相当ひずみは、駆動装置３０の加圧力、スライド装置４０が行う第１金型１０と第２金型２０の相対スライドの距離、相対スライドを行う回数の選択により、調整することができる。
【００６１】
相当ひずみ付与装置１００は、第１金型１０の対向面１１と第２金型２０の対向面２１の間隔を駆動装置３０により変更することができる。すなわち、駆動装置３０は、シート状材料ＳＭに相当ひずみを付与する際に第１金型１０の対向面１１と第２金型２０の対向面２１とを近づける方向に駆動し、相当ひずみの付与が終了すると第１金型１０と第２金型２０を離間させる。シート状材料ＳＭが第１金型１０と第２金型２０の加圧挟持から解放されてから、搬送装置９０がシート状材料ＳＭを対向面１１．２１の幅方向Ｄ２に搬送する。
【００６２】
なお、以下では、第１金型１０と第２金型２０の間にシート状材料の一部を加圧挟持して拘束してから次に第１金型１０と第２金型２０とを離間してシート状材料の加圧挟持を開放するまでを「１回のＨＰＳ加工」と呼ぶことにする。
【００６３】
図１３は、シート状材料ＳＭを挟持する第１金型１０と第２金型２０の対向面１１，２１の形状を説明する図である。
【００６４】
第１金型１０と第２金型２０の対向面１１，２１には、互いに対向する部位に、長さ方向Ｄ１に沿う方向の全長に亘って形成された高摩擦面１２，２２と、高摩擦面１２，２２を挟んで対向面１１，２１の幅方向Ｄ２両側において長さ方向Ｄ１に沿って形成された低摩擦面１３，２３とを有する。高摩擦面１２，２２は滑り性が相対的に低く（摩擦力が相対的に高い）、低摩擦面１３，２３は滑り性が相対的に高い（摩擦力が相対的に低い）。高摩擦面１２，２２及び低摩擦面１３，２３の滑り性の相対的な相違は、例えば対向面１１，２１に対して行う高摩擦加工又は低摩擦加工により実現される。
【００６５】
高摩擦加工のシンプルな一例としては放電加工等で金型表面に微細な凹凸（例えば深さ２０〜３０μｍ程度の凹凸）を砂地状に形成して面粗度を高める方法がある。低摩擦加工のシンプルな一例としては金型表面を研磨して面粗度を低める方法がある。むろん、これら方法は一例であり、その他様々な方法で金型表面の滑り性を調整できる。
【００６６】
高摩擦面１２，２２は、互いに平行な平坦面であり、対向面１１，２１の中で最も近接した部位、又は、最も近接した部位の１つである。このため、例えば相当ひずみ付与装置１００にシート状材料Ｍをセットせずに対向面１１，２１を互いに接近させた場合、高摩擦面１２と高摩擦面２２は、対向面１１，２１の各部位の中で最初に当接し合う部位、又は、最初に当接し合う部位の１つとなる。すなわち、対向面１１，２１の間に加圧挟持されたシート状材料ＳＭは、高摩擦面１２，２２の間に挟持される部位に対する加圧挟持力が最大になる構造である。
【００６７】
一方、低摩擦面１３，２３は、その少なくとも一部が、高摩擦面１２，２２がシート状材料ＳＭを加圧挟持する圧力以下の圧力で加圧挟持する。この低摩擦面１３，２３がシート状材料ＳＭを加圧挟持する部位は、高摩擦面１２，２２が加圧挟持するシート状材料ＳＭに相当ひずみを付与するにあたり、高摩擦面１２，２２が加圧挟持する部位の幅方向Ｄ２への圧潰伸長を抑制する圧潰伸長抑制部として機能する。
【００６８】
圧潰伸長抑制部としての低摩擦面１３，２３は、高摩擦面１２，２２と対向面１１，２１の幅方向Ｄ２における縁部との間の全体に亘って設けられている。すなわち、高摩擦面１２，２２と対向面１１，２１の各縁部との間にそれぞれ長さ方向Ｄ２の略全体にわたって圧潰伸長抑制部が分布するように設けられている。
【００６９】
圧潰伸長抑制部は、低摩擦面１３，２３によって構成されるため、高摩擦面１２，２２と当接するシート状材料ＳＭの表面は対応する金型の対向面１１，２１にグリップされて追従して変位するのに対し、低摩擦面１３，２３と当接するシート状材料ＳＭの表面は対応する金型の対向面１１，２１にグリップされずほとんど追従せずに摺動する。このため、スライド装置４０で第１金型１０と第２金型２０とを相対スライドさせる際に、圧潰伸長抑制部で加圧挟持されているシート状材料ＳＭの部位には高摩擦面１２，２２で挟持される部位に比べて付与される相当ひずみが小さい。
【００７０】
従って、高摩擦面１２，２２の両側に沿って圧潰伸長抑制部を構成する低摩擦面１３，２３を設けることにより、高摩擦面１２，２２の間に加圧挟持されているシート状材料ＳＭの内部に相当ひずみを選択的に付与しつつ、シート状材料ＳＭの幅方向Ｄ２へ圧潰伸長を抑制できる。
【００７１】
なお、シート状材料ＳＭは、対向面１１，２１の幅方向Ｄ２の少なくとも一方からはみ出した状態で第１金型１０と第２金型２０との間に加圧挟持されるため相当ひずみ付与中にシート状材料Ｍが変形して破断・剪断等しないように対向面１１，２１は略平坦面として形成されている。ただし、後述するようにシート状材料ＳＭが破断・剪断等しない程度の歪みを起こす程度の凹凸形状は形成してもよい。
【００７２】
図１４は、各回のＨＰＳ加工の対象部位を説明する図である。
【００７３】
第１金型１０の対向面１１と第２金型２０の対向面２１とを離間させ、対向面１１，２１の間にシート状材料ＳＭの対象部位Ｒ１が高摩擦面１２，２２の間に位置するように搬送装置９０でシート状材料ＳＭを幅方向Ｄ２に搬送し、高摩擦面１２，２２の間にシート状材料ＳＭを加圧挟持する。そして、スライド装置４０が第１金型１０と第２金型２０を長さ方向Ｄ１に相対スライドさせて対象部位Ｒ１に相当ひずみを付与した後、駆動装置３０が第１金型１０と第２金型２０を離間させる。
【００７４】
対象部位Ｒ１に対する１回のＨＰＳ加工が終了し、第１金型１０と第２金型２０とを離間してシート状材料ＳＭを加圧挟持から解放すると、シート状材料ＳＭを幅方向Ｄ２に所定距離搬送して高摩擦面１２，２２の間に位置する部位を対象部位Ｒ１から対象部位Ｒ２に変更する。
【００７５】
対象部位Ｒ１から対象部位Ｒ２への移動距離は高摩擦面１１，２１の幅員以下とする。すなわち、シート状材料ＳＭにおいて、直前に相当ひずみが付与された範囲と次に相当ひずみが付与される範囲との少なくとも一部が幅方向Ｄ２において重複する。このため、幅方向Ｄ２においてシート状材料ＳＭに万遍なく相当ひずみを付与していくことができる。
【００７６】
相当ひずみを重複付与される部位には、直前の付与分の相当ひずみに次の付与分の相当ひずみが積算的に付与される。特に、図１４に示すように、シート状材料ＳＭの１回の搬送距離を高摩擦面１２，２２の幅員の略半分とすると、初回に相当ひずみを付与する範囲の前半と最終回に相当ひずみを付与する範囲の後半とを除いて幅方向Ｄ２においてシート状材料ＳＭの略全体に２回ずつＨＰＳ加工が為された状態となる。この場合、シート状材料ＳＭに付与する相当ひずみが幅方向Ｄ２において均等化しつつ１回のＨＰＳ加工で付与する相当ひずみの程度を少なくできるためＨＰＳ処理を効率化できる。
【００７７】
図１５（ａ）〜（ｃ）は、上述した特徴を持つ第１金型１０及び第２金型２０の具体的形状の一例を示す図である。
【００７８】
図１５（ａ）に示す第１金型１０及び第２金型２０には、幅方向Ｄ２の略中央部に長さ方向Ｄ１に沿って延びるように平坦な高摩擦面１２，２２が形成されている。高摩擦面１２，２２の幅方向Ｄ２の両側には、幅方向断面形状において幅方向Ｄ２において対向面１１，２１の縁に近づくほど互いに遠ざかるように傾斜が付けてある低摩擦面１３．２３が形成されている。
【００７９】
低摩擦面１３，２３の傾斜の角度は、高摩擦面１２，２２に対して０°〜２０°程度とし、例えば５°程度とする。これにより、対向面１１，２１でシート状材料ＳＭを加圧挟持した際に高摩擦面１２，２２がシート状材料ＳＭに当接して加圧挟持することはもちろん、低摩擦面１３．２３の高摩擦面１２，２２寄りの部位もシート状材料ＳＭに高摩擦面１２，２２より弱く当接して加圧挟持することになる。このように、高摩擦面１２，２２の両側に沿って設けた傾斜した低摩擦面１３，２３の一部が上述した圧潰伸長抑制部を構成する。
【００８０】
図１５（ｂ）に示す第１金型１０及び第２金型２０には、幅方向Ｄ２の略中央部に長さ方向Ｄ１に沿って延びるように平坦な高摩擦面１２，２２が形成されている。高摩擦面１２，２２の幅方向Ｄ２の両側には、幅方向断面形状において幅方向Ｄ２において対向面１１，２１の縁に近づくほど互いに遠ざかるように徐々に傾斜が大きくなる低摩擦面１３．２３が形成されている。低摩擦面１３，２３の傾斜の最大角度は、高摩擦面１２，２２に対して０°〜２０°程度とし、例えば５°程度とする。
【００８１】
対向面１１，２１でシート状材料ＳＭを加圧挟持すると、高摩擦面１２，２２がシート状材料ＳＭに当接して加圧挟持することはもちろん、低摩擦面１３．２３の高摩擦面１２，２２寄りの部位もシート状材料ＳＭに当接して加圧挟持することになる。このように、高摩擦面１２，２２の両側に沿って設けた幅方向Ｄ２の縁に近づくほど大きくなる傾斜を持つ低摩擦面１３，２３の一部が上述した圧潰伸長抑制部を構成する。
【００８２】
図１５（ｃ）に示す第１金型１０の対向面１１には、長さ方向Ｄ１に沿って延びる条溝１４が設けられており、第２金型２０の対向面２１には、長さ方向Ｄ１に沿って延びる突条２４が設けられている。条溝１４及び突条２４の深さはいずれも０．５ｍｍ程である。条溝１４の底面には長さ方向Ｄ１に沿って延びる高摩擦面１２が形成され、突条２４の頂面には長さ方向Ｄ１に沿って延びる高摩擦面２２が形成されている。
【００８３】
突条２４の幅は条溝１４の幅よりも若干幅狭に形成されており、突条２４と条溝１４とを接近当接させると凹凸係合する。なお、突条２４の段差を図に示すように裾広がり状の傾斜とし、条溝１４の段差を開口に近づく程徐々に拡幅する傾斜とすると、第１金型１０と第２金型２０の間に挟持されるシート状材料ＳＭの過度の屈曲を抑えつつシート状材料ＳＭの幅方向Ｄ２への伸長を抑制する係止構造を実現できる。
【００８４】
このように、高摩擦面１２，２２の両側に沿って第１金型１０と第２金型２０との間で凹凸係合する若干の段差構造を設けることにより、この段差の部位でシート状材料ＳＭが幅方向Ｄ２において係止されることになる。この段差構造が上述した圧潰伸長抑制部を構成する。
【００８５】
このように、第１金型１０及び第２金型２０は様々な形状で実現可能であり、圧潰伸長抑制部についても様々な形状で実現可能である。すなわち、第１金型１０及び第２金型２０の対向面１１，２１に高摩擦面１２，２２を有し、その幅方向Ｄ２両側に長さ方向Ｄ１に沿って低摩擦面１３，２３を有し、高摩擦面１２，２２がシート状材料ＳＭを加圧挟持する際に低摩擦面１３，２３の少なくとも一部がシート状材料ＳＭを加圧挟持する構成が実現できればその他様々な形状で圧潰伸長抑制部を実現することができる。
【００８６】
なお、本発明は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態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】
【００８７】
１…シート状原材料、２…シート状加工材、２’…長尺シート状材料、３…積層材、４…バルク材５…個片材、６…芯材、７…折目構造、８…接合部、１０…第１金型、１１…対向面、１２…高摩擦面、２０…第２金型、２１…対向面、２２…高摩擦面、３０…駆動装置、４０…スライド装置、９０…搬送装置、１００…付与装置、Ｄ１…方向、Ｄ２…幅方向、Ｄ３…加圧方向、Ｓ…スライス、ＳＭ…シート状材料、Ｔ…立体形状
【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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