【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中炭素鋼を被加工材として軸肥大加工を行う際に、軸肥大加工を行う前処理として、被加工材がトルースタイトやソルバイトの微細な均質組織となるような調質処理を行うことを特徴とする軸肥大加工における被加工材の前処理。
【請求項２】
請求項１に記載の調質処理を焼入れと焼戻しによる熱処理としたことを特徴とする請求項１記載の軸肥大加工における最適な被加工材の前処理。
【請求項３】
軸肥大加工方法において、肥大加工後の肥大部幅ｌを
【数１】
2007169684.tif 000001
ここでｌ０は被加工材の加工部幅の初期値であり、ε０は限界肥大率（Ｄ＊ｆ／Ｄ０）に対する軸圧縮歪み、Ｎは回転数、Ｎ０は実測値に対し近似して得られる回転時定数とするとともに、
肥大加工後の肥大部直径Ｄを
【数２】
2007169684.tif 000002
ここでＤ０は被加工材の直径とし、
焼入れ・焼戻しによる熱処理の影響を軸圧縮歪みε０と焼戻しパラメータＭとの関係式を
【数３】
2007169684.tif 000003
とすることにより、熱処理した被加工材の軸肥大変形挙動を推測可能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】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
次に、前述の７種類の被加工材を使用して、第１図に示すような軸肥大加工装置１を用い、室温（２５℃）・大気中にて加工実験を行った。実験方法を第２図に示している。
まず、第２図（ａ）に示すように軸回転駆動側スリーブ２と軸加圧側スリーブ３の軸が同一軸上にある状態で、被加工材Ｗをスリーブ２，３間隔Ｌ０で装着する。
然る後、第２図（ｂ）に示すように加圧手段４により軸加圧側スリーブ３を軸回転駆動側スリーブに接近させるようにして設定の軸加圧力Ｐを先ず負荷した。この軸加圧力Ｐの負荷の後、スリーブ２，３間隔の変化を測定し、被加工部の幅ｌ及び最大外径Ｄの変化を連続自動計測し、１回転ごとの被加工部の幅ｌＮおよび最大外径ＤＮを実測した。
さらに、第２図（ｆ）に示すように目標の軸肥大率に達すると、曲げ角度θを０度に復帰させ、軸の回転を停止した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
次に、焼入れ焼戻し前後の材料組織の比較について説明する。
Ｓ３５Ｃの標準組織は、第３図に示すようになり、白色部の初析フェライト（αＦｅ）と黒色部のパーライトからとなる。
一方、焼入れにより得られたソルバイト組織およびトルースタイト組織を、それぞれ、第４図と第５図に示す。第４図に示すように、組織はマルテンサイトとマルテンサイトの白い素地の粒界に沿って結節状の黒い微細パーライトとの２相組織となり、共析変態点Ａ１〜約５００℃間の温度範囲での冷却速度がやや遅いために生じた組織であると考えられる。第５図から分かるように、焼戻し温度Ｔ＝６００℃以下の場合では、その焼戻し組織は、マルテンサイト組織に過飽和に固溶していた炭素が、再結晶しているフェライト基地中にセメンタイト粒子として均一に分散析出した微細な均一トルースタイト組織となる。一方、焼戻し温度Ｔ＝６００℃以上の場合では析出粒子が一層細かくなり羽毛状を呈するソルバイト組織となっているのが確認できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
続いて、焼入れ焼戻し前後の機械的性質の比較について説明する。
（１）焼戻しパラメータと焼戻し硬さの母曲線
焼戻しによる鋼の機械的性質の変化は拡散によって進行するマルテンサイトの分解と炭化物の析出凝集の結果であるから、焼戻し温度と同様に焼戻し時間も機械的性質を支配する重要な因子となる。そこで、この２つの支配因子が表現できる焼戻しパラメータＭは次式で表せる。
【数７】
2007169684.tif 000004
ここで、Ｔは焼戻し温度（Ｋ）であり、ｔは焼戻し時間（ｈ）である。定数Ｃは炭素量（Ｃ％）によって次式のように変える。
【数８】
2007169684.tif 000005
ここで、本実験ではＳ３５Ｃを被加工材として使用しているので０．３５％の炭素含有量により、定数Ｃは約１９と決定する。焼戻し条件Ｍ（Ｔ，ｔ）とその条件で得られた硬さＨＶとの関係は第６図に示すようなＨＶ−Ｔ曲線およびＨＶ−Ｍ曲線で示される。これを数式化すると次式のようになる。なお、ＨＶ−Ｔ曲線ではｔ＝１．５ｈで得られるものである。
【数９】
2007169684.tif 000006
【数１０】
2007169684.tif 000007
ここで、ＫＨＶ−Ｔ＝−０．１５１，ＨＶＴ０＝３４６，ＫＨＶ−Ｍ＝−０．００８，ＨＶＭ０＝３８７とし、数式１０を用いて、任意の焼戻し温度Ｔと焼戻し時間ｔとの組み合わせ条件での焼戻し硬さが推定できる。
【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】
次に機械的特性の変化について説明する。
焼戻し温度Ｔによる機械的性質の変化を、それぞれ第７図と第８図に示す。なお、焼戻し時間ｔ＝１．５ｈ，焼戻し温度Ｔの上昇に伴い、伸びδは大きくなるが、焼戻し温度Ｔ＝６５０℃以上の場合はほぼ一定になる傾向がある。
また、焼戻し温度Ｔが高くなるにつれて、ビッカース硬さＨＶ、引張強さσＢおよび降伏強さσｙは低下していく。焼戻し温度Ｔが高いほど、マルテンサイトから析出した多数の微細なセメンタイト粒子は次第に数少ない粗大粒子へ凝集していき、それに伴ってセメンタイト粒子の間隔が開いて柔らかいフェライトの変形が容易になると考えられる。
また、硬さと引張強度・降伏強度との関係を第９図に示し、数式１１，１２で表すことができる。
【数１１】
2007169684.tif 000008
【数１２】
2007169684.tif 000009
ここで、ＫＢ＝７．８３，σＢ０＝１１８１，Ｋｙ＝８．８５，σｙ＝−１６０６とし、これらを数式１０から１２を用いて任意の条件Ｍ（Ｔ，ｔ）で施した焼戻し後のビッカース硬さＨＶ，引張強さσＢおよび降伏強さσｙが推定できる。
一方、シャルピー衝撃値ρと焼戻し温度Ｔとの関係を第１０図に示す。焼戻し温度Ｔが高いほど焼戻し靱性が高くなることを認められた。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
そして、軸肥大加工限界におよぼす焼戻し条件の影響について説明する。
熱処理材において、疲労損傷を生じない限界肥大率Ｄｆ＊／Ｄ０およびそれを納入まま材の限界肥大率Ｄｆ／Ｄ０＝１．６５で基準化した（Ｄｆ＊／Ｄ０）／（Ｄｆ／Ｄ０）を第１１図に示す。焼戻し温度Ｔが高くなるにつれて、Ｄｆ＊／Ｄ０および（Ｄｆ＊／Ｄ０）／（Ｄｆ／Ｄ０）は増大しており、第１０図に示した靱性向上の結果と一致している。また、焼戻しパラメータＭと限界肥大率との関係は第１２図に示すような線形関係があり、次式で表すことができる。
【数１３】
2007169684.tif 000010
ここで、Ａ１＝３×１０−５，Ｂ１＝０．５０３とする。数式１３を用いて各焼戻し条件Ｍ（Ｔ，ｔ）での限界肥大率Ｄｆ＊／Ｄ０を推測することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
次に、軸肥大変形挙動におよぼす焼戻し条件の影響について説明する。
まず、軸圧縮変形挙動ｌ／ｌ０は次式で表すことができる。
【数１４】
2007169684.tif 000011
ここで、Ｎは回転数であり、ε０は限界肥大率（Ｄｆ＊／Ｄ０）に対する軸圧縮ひずみである。Ｎ０は実測値に対し近似して得られる回転時定数であり、変形速度を表す係数である。
一方、肥大部の体積は不変であることから、（Ｄ／Ｄ０）＝（ｌ０／ｌ）１／２となり、数式１４に代入すると、軸肥大変形挙動Ｄ／Ｄ０は次式で表すことができる。
【数１５】
2007169684.tif 000012
ここで、
【数１６】
2007169684.tif 000013
となり、数式１３を数式１６に代入すると、ε０とＭとの関係を次式で表すことができる。
【数１７】
2007169684.tif 000014
一方、各熱処理材における軸肥大変形挙動Ｄ／Ｄ０を第１３図に示す。焼戻し温度Ｔの変化にもかかわらず軸肥大変形速度の差がほとんど見られなく、回転時定数Ｎ０がほぼ一定（Ｎ０＝８．２）となる。また、数式１５，１７を用いて、任意の熱処理条件による軸肥大変形挙動を予測することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
これまで説明したように、軸材や歯車などによく用いられている中炭素鋼Ｓ３５Ｃに対して、焼入れ焼戻しの熱処理および組織制御により加工性および限界肥大率の向上を図る軸肥大加工の検討を行い、焼入れ焼戻しによる材料の機械的特性や組織などの変化を調べ、軸肥大加工性に対して影響をおよぼす巨視的および微視的な組織の要因究明を通して、次のような有用な結果が得られた。
（１）８００℃油焼入れ後、５５０℃〜６７５℃の６条件で１．５時間保持後空冷の焼入れ焼戻しにより、軸肥大加工に適した均質なトルースタイトやソルバイト組織が得られることを確認した。
（２）焼戻し温度Ｔの上昇に伴うシャルピー衝撃値・延性の増加および硬さ・引張強さ・降伏強度の低下により、限界軸肥大率が向上することを明らかにした。
（３）焼戻し温度Ｔの上昇に伴い、限界軸肥大率は明瞭に増大していく傾向がある。
（４）被加工材の降伏強度に対する圧縮応力の比を一定とする軸荷重条件下では、軸肥大加工における変形速度としてはほぼ一定となる。
（５）軸肥大変形挙動の数式モデルに焼戻しパラメータＭを導入することにより、Ｓ３５Ｃの任意の焼入れ焼戻し組織材における軸肥大変形挙動を推測することができる。