【手続補正書】
【提出日】平成20年12月19日(2008.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
ワークを加熱することにより流動する軸肥大加工条件である圧縮応力とワークの温度及び軸肥大加工回転回数の最適条件を、σｃ／σｙ（σｃ：圧縮応力、σｙ：ワークの各温度における降伏応力）の値を任意に定めると共に、ワークに作用させたい圧縮応力又は軸肥大加工開始時のワークの温度を定めることで、ワークの温度に対する最適な圧縮応力又は圧縮応力に対する最適なワークの温度の条件を得ると共に、所望する肥大部の肥大部直径Ｄに達するまでの最適な軸肥大加工回転回数Ｎを、
【数１】
2007167882.tif 000001
（ｌ：肥大部のワーク軸方向における幅，ｌ０：ワークの初期掴み幅，ε０：特定の肥大率に対する軸圧縮ひずみ，Ｎθ：設定曲げ角度に達するまでの回転数）の式に実測値を当てはめて得られるｎ（ｎ：ワーク素材の材料定数）及びＮ０（Ｎ０：回転時定数）を、
【数２】
2007167882.tif 000002
（Ｄ０：ワークの素材直径）の式に代入すると共に、前記肥大部直径Ｄを代入して、軸肥大加工回転回数Ｎの最適な条件を算出し、さらに、ワークの肥大成形させる部分での体積不変の原則から得られる
【数３】
2007167882.tif 000003
の式からワークの初期掴み幅ｌ０を算出し、少なくともそれらの最適な軸肥大加工条件をもって軸肥大加工をワークに施すようにしたことを特徴とする軸肥大加工方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項１の発明は、ワークを所定間隔離間した一対の保持部にて保持し、少なくともこの保持部間のワークに圧縮応力と曲げ及び該ワークの軸心回りの回転を付加してワークの任意の位置に所望の肥大部を成形する軸肥大加工方法において、少なくともワークの一部を加熱することによって、少なくともワークの肥大成形する部分を青熱脆性温度域を越える温度とした状態で、該ワークに軸肥大加工を施すことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、ワークを加熱する加熱工程をワークに軸肥大加工を施す前に行うと共に、該加熱工程にて軸肥大加工中のワークからの放熱により、少なくともワークの肥大成形する部分の温度が青熱脆性温度域以下とならない温度までワークを加熱するようにしたことを特徴とする。
さらに、請求項３の発明は、ワークを加熱する加熱工程をワークに軸肥大加工を施す前とワークの軸肥大加工中に行うことで、少なくとも軸肥大加工中のワークの肥大成形したい部分の温度を青熱脆性温度域を越える温度とするようにしたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、請求項４の発明は、ワークを加熱することにより流動する軸肥大加工条件である圧縮応力とワークの温度及び軸肥大加工回転回数の最適条件を、σｃ／σｙ（σｃ：圧縮応力、σｙ：ワークの各温度における降伏応力）の値を任意に定めると共に、ワークに作用させたい圧縮応力又は軸肥大加工開始時のワークの温度を定めることで、ワークの温度に対する最適な圧縮応力又は圧縮応力に対する最適なワークの温度の条件を得ると共に、所望する肥大部の肥大部直径Ｄに達するまでの最適な軸肥大加工回転回数Ｎを、
【数４】
2007167882.tif 000004
（ｌ：肥大部のワーク軸方向における幅，ｌ０：ワークの初期掴み幅，ε０：特定の肥大率に対する軸圧縮ひずみ，Ｎθ：設定曲げ角度に達するまでの回転数）の式に実測値を当てはめて得られるｎ（ｎ：ワーク材の材料定数）及びＮ０（Ｎ０：回転時定数）を、
【数５】
2007167882.tif 000005
（Ｄ０：ワークの素材直径）の式に代入すると共に、前記肥大部直径Ｄを代入して、軸肥大加工回転回数Ｎの最適な条件を算出し、さらに、ワークの肥大成形させる部分での体積不変の原則から得られる
【数６】
2007167882.tif 000006
の式からワークの初期掴み幅ｌ０を算出し、少なくともそれらの最適な軸肥大加工条件をもって軸肥大加工をワークに施すようにしたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、請求項４の発明おけるワークの加熱を伴う軸肥大加工方法によれば、σｃ／σｙの値を任意に定めることで、ワークのある温度における軸肥大加工時の最適な圧縮応力を得ることができ、また、σｃ／σｙの値と圧縮応力を任意に定めることで、該圧縮応力における軸肥大加工時の最適なワークの温度を得ることができる。また、先述の数４及び数５（数１及び数２）の式から所望する肥大部の肥大部直径Ｄに達するまでの最適な軸肥大加工回転回数Ｎを算出することができる。したがって、ワークを加熱することによって流動する軸肥大加工条件である、圧縮応力とワークの温度と軸肥大加工回転回数の最適条件を得ることができる。さらに、先述の数６（数３）の式から初期掴み間隔ｌ０を得ることができる。すなわち、この軸肥大加工方法は、所望する肥大部をワークに成形するに当り、少なくともそれらの最適な軸肥大加工条件をもって軸肥大加工をワークに施すようにしている。これによると、ワークへの無駄な加熱やワークに作用させる無駄な圧縮応力をなくすことができると共に、無駄な軸肥大加工時間をかけることがないようにでき、ワークに所望する肥大部を効率良く成形することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係る軸肥大加工方法を図面に基づいて説明する。第１図は軸肥大加工方法の手順を示す説明図である。第２図は第１図中の（ａ）図におけるワークと保持部の中心軸横軸断面をモデル化した説明図である。第３図はワーク表面の軸方向における温度分布を示す説明図である。第４図は加熱時間とワークの最大表面温度の関係を示す説明図である。第５図は軸肥大加工中における保持部の最大表面温度の変化を示す説明図である。第６図は軸肥大加工中におけるワークの最大表面温度の変化を示す説明図である。第７図は加熱時間とワークの肥大率の関係を示す説明図である。第８図は加熱時間とワークの肥大率Ｄ２０／Ｄ０の関係を示す説明図である。第９図はき裂が発生したワークを示す説明図である。第１０図は各加熱条件における軸肥大加工中のワークの最大表面温度の変化と肥大率の関係を示す説明図である。第１１図は各加熱条件における軸肥大加工後のワークの様子を示す説明図である。第１２図はワークの最大表面温度Ｔｓと回転時定数Ｎ０との関係を示す説明図である。第１３図はワークの降伏応力（σｃ／σｙ）と回転時定数Ｎ０の関係を示す説明図である。第１４図はワークの軸肥大加工中の温度変化を示す説明図である。第１５図は加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃ加熱のワークの軸肥大加工開始時のＦＥＭ連成解析結果を示す説明図である。第１６図は加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃ加熱のワークの軸肥大加工終了時のＦＥＭ連成解析結果を示す説明図である。第１７図はワークの温度とワーク表面からの軸方向への深さの関係を示す説明図である。第１８図及び第１９図は別の軸肥大加工方法の手順を示す説明図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
なお、ワークＷには直径Ｄ０＝３２ｍｍの構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃの丸棒鋼材を使用し、全長１５５ｍｍとした。また、軸肥大加工条件としては、圧縮応力σｃ＝０．９７×σｙ２５（σｙ２５：Ｓ４５Ｃ材の室温（２５℃）における降伏応力）とし、曲げ角度θ＝３°、回転速度Ｖ＝４０ｒｐｍ、軸肥大加工回転回数Ｎ＝２０回転、初期掴み幅ｌ０＝５５ｍｍとした。なお、この軸肥大加工条件は、常温での軸肥大加工の場合との比較により、軸肥大変形挙動や肥大率に及ぼす温度の影響を明らかとするために、当該ワークＷに常温にて軸肥大加工を施す場合の条件と同一条件とした。また、当該ワークＷの常温での軸肥大加工による肥大率Ｄ２０／Ｄ０＝１．３５である。
また、加熱装置１にて加熱されたワークＷの表面及び内部の温度分布とその変化を把握するために、汎用ソフトによるＦＥＭ解析を行った。さらに、第１図の（ａ）図におけるワークＷと両保持部２，２の中心軸横軸断面を第２図に示すようにモデル化して、軸肥大加工中の温度変化も考慮して、軸肥大変形挙動も解析できるように２次元平面ひずみ問題として連成解析を行った。なお、両保持部２，２は単純化のために剛体として解析した。また、この解析における熱的及び機械的付加の入力として、実際の軸肥大加工条件に合わせて、ワークＷの加熱部分の表層部に熱流束分布を与えて加熱源とし、所定の時間だけ加熱した後に加熱源を外し、偏倚させる保持部２に振り子運動させながら、他方の保持部２の端部より圧縮圧力を与えた。また、前記加熱源としての熱流束は、前記加熱装置１によるワークＷの加熱直後に実測した温度分布に解析結果が一致するようにワークＷ表面部分に熱流束分布を与えた。なお、このとき、ワークＷからの前記保持部２，２への放熱は熱伝導による自然放熱を考慮し、他の表面からの放熱は大気への自然放射冷却を考慮した。また、ワークＷの降伏応力σｙ、ヤング率Ｅ、熱膨張係数α、比熱Ｃ及び熱伝導率λの温度依存性としては実測値をもとに数式化して用いた。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
まず、第３図から第６図を用いて、軸肥大加工中におけるワークＷの温度変化について説明する。
第３図は各加熱条件における加熱直後のワークＷ表面における軸方向の温度分布を示している。これによると、最大温度レベルにあるワークＷ表面の領域は加熱時間の増大と共に増大することが分かる。
次に、第４図は加熱時間の増大に伴うワークＷの表面最大温度における加熱直後温度Ｔｈと軸肥大加工開始時の温度Ｔｓ及び軸肥大加工終了時の温度Ｔｆの各温度変化を示している。これによると、ワークＷの加熱時間ｔｈｅａｔ＝６０ｓｅｃ以上となると、ワークＷの表面最大温度の上昇は次第に飽和していくことが分かる。また、ワークＷの加熱時間ｔｈｅａｔ＝６０ｓｅｃ以上となると、加熱直後から軸肥大加工開始までの間に、ワークＷの最大表面温度が１００Ｋから２００Ｋ程度の温度低下を示す傾向がある。さらに、軸肥大加工開始時と軸肥大加工終了時のワークＷの表面最大温度が、加熱時間ｔｈｅａｔ＝５０ｓｅｃ以上で逆転する傾向があることが分かる。
また、第５図は一方の保持部２における軸肥大加工開始から終了までの表面最大温度の変化を示しており、第６図はワークＷの表面最大温度の軸肥大加工開始から終了までの表面最大温度の変化を示している。これによると、該保持部２の温度は加熱時間ｔｈｅａｔ＝１００ｓｅｃ以上で、ワークＷの温度は加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃ，５０ｓｅｃで、青熱脆性温度域に入ることが分かる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
続いて、第７図から第１１図を用いて、ワークＷの軸肥大変形挙動に及ぼす加熱温度条件の影響について説明する。
まず、第７図はワークＷの加熱時間をパラメータとして、ワークＷの軸肥大加工回転回数Ｎの増大に伴うワークＷの肥大率Ｄ／Ｄ０の挙動を示している。これによると、加熱時間ｔｈｅａｔ＞５０ｓｅｃでの軸肥大変形挙動は明瞭に加熱時間の影響を受け、ワークＷの肥大部の変形速度は加熱時間の増大と共に急速な増大を示すことが分かる。また、ワークＷの軸肥大加工回転回数Ｎ＝２０までの肥大率Ｄ２０／Ｄ０に着目すると、加熱時間の増大に伴う肥大率Ｄ２０／Ｄ０の変化は第８図に示すようになる。これによると、加熱時間ｔｈｅａｔが３０ｓｅｃ＜ｔｈｅａｔ＜５０ｓｅｃの加熱時間域では、ワークＷの肥大率Ｄ２０／Ｄ０はワークＷを加熱しない場合よりも低いことが分かる。このように、ワークＷの肥大率が低下することは青熱脆性の発生に起因すると推察される。また、加熱時間ｔｈｅａｔ＞５０ｓｅｃとなると、軸肥大加工に対する加熱時間の効果が明瞭に現れ、加熱時間が増大するほど、その効果が一層向上することが分かる。しかしながら、加熱時間ｔｈｅａｔ＝１００ｓｅｃでは、破断には至らないが第９図に示すように、軸肥大加工終了直前にワークＷのフィレット部にき裂が発生した。このき裂の発生は、軸肥大加工最終段階時にワークＷの前記フィレット部が青熱脆性温度域にあることに起因している。しかし、加熱時間ｔｈｅａｔ＝１１０ｓｅｃ程度以上の予加熱時間では、ワークＷにき裂損傷が発生することはなく、軸肥大加工にとってワークＷの加熱が極めて有効となることが分かる。
また、第１０図は各加熱条件での軸肥大加工中におけるワークＷの最大表面温度（加熱直後）Ｔｈ，最大表面温度（加工開始時）Ｔｓ，最大表面温度（加工終了時）Ｔｆの各温度変化とワークＷの肥大率Ｄ２０／Ｄ０との関係を示している。これによると、軸肥大加工中でのワークＷの最大表面温度の変化は軸肥大加工開始時の温度曲線と軸肥大加工終了時の温度曲線との間にあり、この軸肥大加工中でのワークＷの最大表面温度の温度変化がワークＷの肥大率Ｄ２０／Ｄ０に影響を及ぼしていることが分かる。さらに、軸肥大加工開始時のワークＷの表面最大温度Ｔｓが約７５８Ｋ以下では、第１１図の（ａ）図及び（ｂ）図にも示すように、ワークＷの加熱による効果はほとんどなく、むしろ常温での軸肥大加工よりもワークＷの肥大率Ｄ２０／Ｄ０は低下している。また、ワークＷの表面最大温度Ｔｓが約８５６Ｋ以上では、第１１図の（ｃ）図にも示すように、常温での軸肥大加工では期待できない二倍以上の肥大率Ｄ２０／Ｄ０が得られ、ワークＷの加熱による非常に大きな効果が明瞭に現れる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ここで、ｌは肥大部の軸方向における幅であり、ｌ０はワークの初期掴み幅、ε０は特定の肥大率に対する軸圧縮ひずみであり、Ｎθは設定曲げ角度に達するまでの回転数である。
一方、ワークＷの被圧縮部（肥大部）での体積不変を考慮して、数８（数３及び数６）の式を数７（数１及び数４）の式に代入すると数９（数２及び数５）の式が得られ、第７図中に示す破線のように軸肥大変形挙動の推定式として表すことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
ここで、Ｎ０は回転時定数であり、塑性変形抵抗と密接な関係がある。また、上記してきた軸肥大加工での軸圧縮変形挙動の実測値に対して、数７（数１及び数４）の式をベストフィットさせて得られるＮ０およびｎ（ｎ：ワーク素材の材料定数）の値は、数９（数２及び数５）の式にも適用できる。
この軸肥大加工における加工速度∂（Ｄ／Ｄ０）／∂Ｎは回転時定数Ｎ０の値が小さくなる条件ほど速くなる。ここで、これらの軸肥大変形特性を加工開始時のワークＷの最大表面温度Ｔｓと回転時定数Ｎ０の関係で表すと、第１２図に示すような傾向がある。すなわち、最大表面温度Ｔｓが高くなるほど、回転時定数Ｎ０は小さくなるが、ワークＷの再結晶温度Ｔｒ以上になると急速に回転時定数Ｎ０が低下する傾向がある。また、最大表面温度Ｔｓ＝５２３Ｋ〜６７３Ｋの範囲を除いて考えると、最大表面温度Ｔｓと回転時定数Ｎ０の関係の傾向は、第１２図中の二本の実線で示されるように数１０の式で定式化できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ここで、ＮＴｒは再結晶温度Ｔｒにおける回転時定数Ｎ０の値であり、Ｑは軸肥大変形機構の活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数である。
一方、軸圧縮荷重一定での各加熱条件における軸肥大加工の圧縮応力σｃを、各ワークＷの最大表面温度Ｔｓでの降伏応力σｙで基準化した値σｃ／σｙにより、回転時定数Ｎ０に及ぼす圧縮応力σｃの影響を検討すると、第１３図に示すような傾向を示す。すなわち、この影響もまた、最大表面温度Ｔｓ＝４７３Ｋ〜６２３Ｋの範囲を除いて考えると、再結晶温度Ｔｒ域を境に変化する傾向がある。この傾向は軸肥大加工に及ぼすワークＷの加熱による温度の効果が降伏強度の温度依存性による低下に支配されていることを示唆している。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、ワークＷの軸肥大変形の温度依存性に及ぼす青熱脆性の影響について説明する。
まず、ワークＷの軸肥大加工開始時の最大表面温度Ｔｓ＝４７３Ｋ〜５２３Ｋとなる加熱時間ｔｈｅａｔ＝３０ｓｅｃ，４０ｓｅｃ及び５０ｓｅｃでの軸肥大加工においては、最大表面温度Ｔｓが第１４図に示すようにほとんど青熱脆性温度域内で軸肥大変形が進行するため、肥大率Ｄ２０／Ｄ０＝１．３５以上は向上しない。また、この温度範囲での降伏応力の温度依存性としては青熱脆性によりワークＷが強度上昇するので、軸肥大加工に対して、むしろ、ワークＷを加熱することが逆効果を示す傾向にあったと推察される。このような青熱脆性の影響には、軸肥大加工過程におけるワークＷの表面温度の変化のみならず、表面から軸心方向への温度分布および軸方向温度分布の変化も影響する。
第１５図及び第１６図は加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃ加熱のワークＷの軸肥大加工開始時及び終了時の温度分布をＦＥＭにより連成解析して推定したものである。これによると、表面から内部への温度分布はワークＷの中央位置では略々均一であり、端部へ僅かに外れる領域でほんの一部分布が生じる程度であることが分かる。しかも、表面から任意の深さ位置における軸方向応力分布としては表面での軸方向分布と略々類似の分布を示している。また、第１７図に示すように、軸肥大加工の進行に伴うワークＷの深さ方向温度分布も表面と中心とに温度差がほとんど生じることはなく、一様に変化する傾向がある。
したがって、軸肥大加工中でのこれらの温度分布の変化から、ワークＷの最大表面温度Ｔｓ＝４７３Ｋ〜６２３Ｋの範囲の加熱は青熱脆性の影響により軸肥大加工の加工性の向上に対して逆効果となることが十分に推察できる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
続いて、ワークＷの軸肥大加工率向上に対するワークＷの加熱効果における青熱脆性の影響と効果的な加熱条件について説明する。
加熱時間ｔｈｅａｔ＝１００ｓｅｃで軸肥大加工開始時のワークＷの表面最大温度Ｔｓ＝８２３ＫとなるワークＷに軸肥大加工を施した場合のように、肥大率Ｄ２０／Ｄ０＝２まで向上する加熱条件下でも、第９図に見られるようにき裂が発生する。このき裂発生も青熱脆性が影響しており、軸肥大加工中での温度低下によってワークＷのフィレット部の温度が青熱脆性温度域に入るため、ワークＷの前記フィレット部の材質硬化が疲労き裂を誘起したと推察される。ところが、加熱時間ｔｈｅａｔ＝１１０ｓｅｃ、１２０ｓｅｃで表面最大温度Ｔｓ＞８５３ＫとなるワークＷの軸肥大加工の場合では、き裂の発生は認められなかった。これは該ワークＷのフィレット部の温度が青熱脆性温度域まで低下しないためである。
したがって、軸肥大加工における効果的な加熱条件としては、常温での軸肥大加工で期待できない二倍程度以上の肥大率が得られ、ワークＷの温度低下に伴う青熱脆性の影響による材質硬化に起因するき裂発生を回避できることが不可欠である。このことを考慮すると、ワークＷの表面最大温度Ｔｓ＞８５３Ｋとなる加熱時間ｔｈｅａｔ＞１１０ｓｅｃの加熱条件が軸肥大加工率の向上にとって最も効果的であると言える。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
以上の検証から次のことが言える。
まず、ワークＷの軸肥大加工開始時の表面最大温度ＴｓがＴｓ＝６７３Ｋ以下の加熱条件では、ワークＷの肥大率に対してほとんど効果がないというより、むしろ、悪影響を及ぼす。また、表面最大温度ＴｓがＴｓ＝８２３Ｋの加熱条件では、約二倍の肥大率を得られるが、軸肥大加工中のワークＷの温度低下により青熱脆性に起因する疲労き裂が発生する。
また、表面最大温度ＴｓがＴｓ＝８５３Ｋ以上の加熱条件では、ワークＷを加熱することがワークＷの肥大率の向上に対して極めて有効であり、青熱脆性のような有害な影響が発生することなく肥大率Ｄ２０／Ｄ０が二倍以上に増大する。
さらに、軸肥大加工に対するワークＷの加熱の効果を温度依存性によるσｃ／σｙの増大効果と見做して評価すると、軸肥大変形挙動は室温（常温）の軸肥大加工の場合と同様に、ワークＷの加熱を伴う軸肥大加工でもよく推定できる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
続いて、加熱工程において、ワークＷを加熱する条件について説明する。
上述したように、加熱装置１にてワークＷを加熱した後に該ワークＷに軸肥大加工を施しても、その肥大率に対してほとんど効果がない、あるいは、青熱脆性の影響によりむしろ悪影響を及ぼす温度域があることは明らかである（第１０図参照）。この温度域は、加熱したワークＷの軸肥大開始時の最大表面温度Ｔｓで見た場合ではＴｓ＝６７３Ｋ以下である。
また、前記温度域（Ｔｓ＝６７３Ｋ以下）を越えるワークＷの表面最大温度Ｔｓとすると、上述したように、ワークＷを加熱することがワークＷの肥大率の向上に対して有効に作用する（第１０図参照）。したがって、この温度域（Ｔｓ＞６７３Ｋ）では、ワークＷの変形抵抗を確実に低下させることができ、従来の常温での軸肥大加工の圧縮圧力以下の圧縮圧力にてワークＷに軸肥大加工を施せる。さらに、容易にワークＷに成形する肥大部の直径を大きくできると共にワークＷの軸方向に幅広な肥大部を成形することも可能となる。
さらに、表面最大温度ＴｓがＴｓ＝８５３Ｋ以上の加熱では、ワークＷを加熱することがワークＷの肥大率に対して極めて有効に作用し、青熱脆性のような有害な影響を受けることなく、ワークＷの肥大率を二倍以上とすることができる（第１０図参照）。また、この表面最大温度Ｔｓ＝８５３Ｋ以上ではワークＷの再結晶温度Ｔｒの温度近傍以上となることから、結晶粒微細化強化の作用による組織の改質及び機械的特性の改善がなされると共に強靭化が図れることから、ワークＷの塑性変形能（伸び）が向上される特徴がある。したがって、この温度域以上では、従来の常温での軸肥大加工の圧縮圧力以下の圧縮圧力でワークＷに軸肥大加工を施せるだけでなく、一層容易に肥大部の直径を大きくできると共にワークＷの軸方向に幅広な肥大部を容易に成形可能となり、さらに、ワークＷの改質及び機械的特性の改善もできる。
しかしながら、前記温度域（Ｔｓ＝６７３Ｋ以下）を越えるワークＷの最大表面温度ＴｓがＴｓ＝８２３Ｋであっても、上述したように、軸肥大加工中のワークＷの放熱により青熱脆性温度域までワークＷの温度低下した部分が青熱脆性の影響により材質硬化し、き裂損傷が発生することがある（第９図参照）。
したがって、加熱工程にてワークＷを加熱する条件は、軸肥大加工開始時にワークＷの全体又は少なくとも肥大成形したい部分の温度が青熱脆性温度域を越える温度（Ｔｓ＞６７３Ｋ）とすると共に、軸肥大加工中にワークＷからの放熱により、ワークＷの全体又は少なくとも肥大成形したい部分の温度が青熱脆性温度域まで低下しない温度とすることが望ましい。これによると、ワークＷの変形抵抗を確実に低下させることができると共に、従来の常温での軸肥大加工の圧縮圧力以下の圧縮圧力でワークＷに軸肥大加工を施せ、さらに、ワークＷに青熱脆性の影響による材質硬化に起因するき裂損傷の発生を防ぐことができる。また、このワークＷを加熱する条件は、ワークＷの塑性変形能の向上も図れ、軸肥大加工におけるワークＷの肥大率の向上に対して有効に作用するので、肥大率二倍以上の大きな肥大部を容易に成形可能となると共に、ワークＷの軸方向に幅広な肥大部を容易に成形することが可能となる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
なお、ワークＷに軸肥大加工を施すための軸肥大加工条件は、上記したような条件（圧縮圧力、曲げ角度、掴み幅等）を満たしておれば良いが、所望する肥大部形状（肥大部直径及び肥大部幅）により、軸肥大加工条件（ここでは、ワークＷを加熱することによって流動する条件である、圧縮応力、ワークＷの温度及び軸肥大加工回転回数）を設定することが望ましい。このとき、上述したように、軸肥大加工に対するワークＷの加熱効果を温度依存性によるσｃ／σｙの増大効果と見做して評価すると、軸肥大変形挙動は常温での軸肥大加工の場合と同様に、ワークＷの加熱を伴う軸肥大加工でもよく推定できる。このことにより、σｃ／σｙの値を任意に定めることで、ある温度におけるワークＷの軸肥大加工時の最適な圧縮応力を得ることができる。また、σｃ／σｙの値と圧縮応力を任意に定めることで、該圧縮応力におけるワークＷを加熱して昇温させたときの最適な最低温度を得ることができる。さらに、数７（数１及び数４）の式に実測値を当てはめて得られた回転時定数Ｎ０とワーク素材の材料定数ｎと、所望する肥大部の肥大部直径Ｄを数９（数２及び数５）の式に代入して算出することで、肥大部直径Ｄに達するまでの最適な軸肥大加工回転回数Ｎを算出することができる。すなわち、ワークＷの加熱することによって流動する軸肥大軸肥大加工条件である圧縮応力、ワークＷの温度及び軸肥大加工回転回数の最適条件を得ることができる。したがって、この最適条件を用いて軸肥大加工をワークＷに施すことによって、ワークＷへの無駄な加熱やワークＷに作用させる無駄な圧縮圧力をなくすことができると共に、無駄な軸肥大加工時間をかけることがないようにでき、ワークＷに所望する肥大部を効率良く成形することが可能となる。なお、上記してきた軸肥大加工方法（第１図参照）では、所望の肥大部を成形するにあたり、ワークＷの初期掴み幅ｌ０が影響することとなるので、初期掴み幅ｌ０については、数８（数３及び数６）の式から算出すれば良い。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
また、本実施例においては、ワークＷに圧縮圧力を作用させるために、ワークＷを保持した保持部２，２の少なくとも一方を他方の保持部２に接近させる軸肥大加工装置の構成としている。しかしながら、ワークＷを一対の保持部２，２に保持させた状態で、一方の保持部２側から他方の保持部２側へ油圧シリンダ等の伸縮手段で該ワークＷを押し出すようにして、ワークＷに圧縮圧力を作用させる軸肥大加工装置の構成としても良い（第１８図及び第１９図参照）。このように構成した軸肥大加工装置を用いた軸肥大加工方法によると、素材径Ｄ０のワークＷの中間部に、肥大部直径Ｄ（Ｄ＞Ｄ０）で初期掴み間隔ｌ０と肥大部幅ｌが同じ幅（ｌ０＝ｌ）の肥大部（第１８図の（ｈ）参照）、又は、肥大部直径Ｄ（Ｄ＞Ｄ０）で初期掴み幅ｌ０より肥大部幅ｌが大きな幅（ｌ＞ｌ０）の肥大部（第１９図の（ｈ）参照）を成形することも可能となる。したがって、この軸肥大加工方法と上述したワークＷの加熱条件でワークＷを加熱する方法とを組み合わせることで、上述した軸肥大加工方法と同様の作用と効果を得ることができると共に、ワークＷに成形する肥大部の直径をより一層大きなものとすることが容易にでき、さらに、肥大部の幅がより一層幅広なものとすることが容易にできるようになる。
さらに、本実施例においては、加熱装置１にてワークＷを加熱する加熱工程を、ワークＷに軸肥大加工を施す前に行うようにしているが、ワークＷの軸肥大加工中も加熱装置１にてワークＷを加熱するようにしても良い。この方法のようにしても、上述した軸肥大加工方法と同様の作用と効果を得ることができる。さらに、この方法によれば、ワークＷの温度管理が行いやすいだけでなく、ワークＷのきめ細かな温度調節を行え、さらには、ワークＷからの放熱の影響によるワークＷの変形抵抗及び塑性変形能の変化を略々無くすあるいは無視できるようにすることが可能となる。したがって、軸肥大加工により成形する肥大部の形状（肥大部直径及び肥大部幅等）をよりコントロールしやすくなり、所望の肥大部を一層成形しやすくなる。また、軸肥大加工前でのみワークＷを加熱する場合と比べて、この軸肥大加工方法は、ワークＷの放熱による温度低下を考慮する必要がないことから、加熱した際の少なくともワークＷの肥大成形させたい部分の温度を青熱脆性温度域を越える温度でも低く抑えることが可能となる。すなわち、ワークＷの肥大成形したい部分の温度が青熱脆性温度域を越える温度からワークＷの最大表面温度Ｔｓ＝６７３Ｋの間の温度域においても、青熱脆性の影響を受けることなくワークＷに軸肥大加工を施すことが可能となる。したがって、所望する肥大部の軸肥大加工を、肥大部形状に合わせて、より最適な条件にて効率良く行うことが可能となる。さらに、上述した軸肥大加工方法に比べて、極めて大きな肥大部を成形可能となる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
【図１】軸肥大加工方法の手順を示す説明図。      （ａ）ワークの加熱及びワークを保持部に保持した様子を示す説明図。      （ｂ）（ａ）図におけるＡ−Ａ’断面図。      （ｃ）ワークに圧縮圧力、回転、曲げを付加した様子を示す説明図。      （ｄ）肥大部を成形する様子を示す説明図。      （ｅ）ワークを真直化する様子を示す説明図。      （ｆ）当該方法で肥大部が成形されたワークの様子を示す説明図。
【図２】第１図中の（ａ）図におけるワークと保持部の中心軸横軸断面をモデル化した説明図。
【図３】ワーク表面の軸方向における温度分布を示す説明図。
【図４】加熱時間とワークの最大表面温度の関係を示す説明図。
【図５】軸肥大加工中における保持部の最大表面温度の変化を示す説明図。
【図６】軸肥大加工中におけるワークの最大表面温度の変化を示す説明図。
【図７】加熱時間とワークの肥大率の関係を示す説明図。
【図８】加熱時間とワークの肥大率Ｄ２０／Ｄ０の関係を示す説明図。
【図９】き裂が発生したワークを示す説明図。
【図１０】各加熱条件における軸肥大加工中のワークの最大表面温度の変化と肥大率の関係を示す説明図。
【図１１】各加熱条件における軸肥大加工後のワークの様子を示す説明図。      （ａ）未加熱の場合のワークの様子を示す説明図。      （ｂ）加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃの場合のワークの様子を示す説明図。      （ｃ）加熱時間ｔｈｅａｔ＝１２０ｓｅｃの場合のワークの様子を示す説明図。
【図１２】ワークの最大表面温度Ｔｓと回転時定数Ｎ０との関係を示す説明図。
【図１３】ワークの降伏応力（σｃ／σｙ）と回転時定数Ｎ０の関係を示す説明図。
【図１４】ワークの軸肥大加工中の温度変化を示す説明図。
【図１５】加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃ加熱のワークの軸肥大加工開始時のＦＥＭ連成解析結果を示す説明図。
【図１６】加熱時間ｔｈｅａｔ＝４０ｓｅｃ加熱のワークの軸肥大加工終了時のＦＥＭ連成解析結果を示す説明図。
【図１７】ワークの温度とワーク表面からの軸方向への深さの関係を示す説明図。
【図１８】別の軸肥大加工方法の手順を示す説明図。      （ａ）ワークの加熱及びワークを保持部に保持した様子を示す説明図。      （ｂ）（ａ）図におけるＡ−Ａ’断面図。      （ｃ）ワークに圧縮圧力、回転、曲げを付加した様子を示す説明図。      （ｄ）保持部間隔を一定に保った状態で肥大部を成形する様子を示す説明図。      （ｅ）保持部間隔を一定に保った状態で肥大部を成形する様子を示す説明図。      （ｆ）保持部間隔を一定に保った状態で肥大部を成形する様子を示す説明図。      （ｇ）ワークを真直化する様子を示す説明図。      （ｈ）当該方法で肥大部が成形されたワークの様子を示す説明図。
【図１９】別の軸肥大加工方法の手順を示す説明図。      （ａ）ワークの加熱及びワークを保持部に保持した様子を示す説明図。      （ｂ）（ａ）図におけるＡ−Ａ’断面図。      （ｃ）ワークに圧縮圧力、回転、曲げを付加した様子を示す説明図。      （ｄ）保持部間隔を広げながら肥大部を成形する様子を示す説明図。      （ｅ）保持部間隔を広げながら肥大部を成形する様子を示す説明図。      （ｆ）保持部間隔を狭めて肥大部の形状を整える様子を示す説明図。      （ｇ）ワークを真直化する様子を示す説明図。      （ｈ）当該方法で肥大部が成形されたワークの様子を示す説明図。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
１      加熱装置
２      保持部
Ｄ      肥大部直径
Ｄ０    ワークの素材直径
ｌ      肥大部のワーク軸方向における幅（肥大部幅）
ｌ０    ワークの初期掴み幅
Ｎ      軸肥大加工回転回数
Ｎ０    回転時定数
Ｎθ    設定曲げ角度に達するまでの回転数
ｎ      ワーク素材の材料定数
Ｗ      ワーク
σｃ    圧縮応力
σｙ    ワークの各温度における降伏応力
ε０    特定の肥大率に対する軸圧縮ひずみ