(57)【要約】【課題】金属や高分子などの固体状の材料および粉末材料に大きいねじりひずみを加え材料の内部組織を微細にする場合に、材料全長部にわたってねじりひずみを大きくする方法を提供する。【解決手段】コンテナーとダイスの内の一方を固定し、他方を回転させながら、コンテナー内面溝に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスで変形させるねじり前方押出し法において、コンテナー出口部内面溝とダイス入り口部内面溝を除き、コンテナー内面溝の横断面およびダイス内面溝の横断面が非軸対称形状であり、ダイスの入り口溝形状がコンテナー内面溝出口の横断面形状の外接円の直径より大きい直径を有する円形断面であることを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。【選択図】  図２
2005000993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナーとダイスの内の一方を固定し、他方を回転させながら、コンテナー内面溝に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスで変形させるねじり前方押出し法において、コンテナー出口部内面溝とダイス入り口部内面溝を除き、コンテナー内面溝の横断面およびダイス内面溝の横断面が非軸対称形状であり、ダイスの入り口溝形状がコンテナー内面溝出口の横断面形状の外接円の直径より大きい直径を有する円形断面であることを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。
【請求項２】
コンテナーを固定し、ダイスを押出し軸の周りに回転させながら、コンテナー内面溝に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスで変形させるねじり前方押出し法において、ダイス入り口部内面溝を除き、ダイス内面溝の横断面が非軸対称形状であり、ダイスの入り口溝形状がコンテナー内面溝出口の横断面形状の外接円の直径より大きい直径を有する円形断面であり、かつ、コンテナー内の材料の長手方向の少なくとも一部分の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして、コンテナー内の材料の横断面内で少なくとも２０℃以上の非軸対称温度分布である状態にして加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。
【請求項３】
コンテナーと第１のダイスの両方を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行うねじり前方押出し加工法において、第１のダイスの溝の横断面が全長にわたって真円形状であり、第２のダイスの横断面がダイス入り口部を除き非軸対称形状であるが、入り口部は真円形状であることを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。
【請求項４】
コンテナーと第１のダイスの両方を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行うねじり前方押出し加工法において、第１のダイスの溝の横断面が全長にわたって真円形状であり、第２のダイスの横断面がダイス入り口部を除き非軸対称形状であるが、入り口部は真円形状であり、かつ、コンテナー内の材料の長手方向の少なくとも一部分の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして、コンテナー内の材料の横断面内で少なくとも２０℃以上の非軸対称温度分布である状態にして加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。
【請求項５】
内面の溝の出口部が曲がり管部であり、溝が全長にわたって同一直径の円形断面である固定されたコンテナーに材料を装填し、プッシャーでこの材料をコンテナーの出口側に配置された回転するダイスにより変形加工しながら押出すことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な内部組織、結晶組織や非結晶組織を有する材料（金属、高分子、木材など）あるいは超微細な第２相を均一に分散した材料を製造するために、固体状の材料、固体状の複合材料、粉末材料、異種金属の混合体あるいは金属とセラミックスの混合体に熱間あるいは冷間で非常に大きな加工ひずみを加える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、金属材料は原料を溶解精錬しこれを鋳造し、さらに加工成形することにより最終製品形状にする。これには、大別して２種類あり、熱間加工後冷却して製品とする熱間加工製品と、これをさらに冷間で加工成形した冷間加工製品である。
【０００３】
熱間加工とは、絶対温度で、再結晶温度以上融点以下での加工である。冷間加工とは再結晶温度以下での加工をさす。室温（２０℃±２０℃）での加工が多い。
【０００４】
これらのいずれの方法においても、金属材料に加えられる加工量は製品の材質に大きく影響することが知られている。圧延、鍛造などの加工は、特に、結晶粒などのミクロ組織を微細にする上で有効であり、鉄鋼材料、アルミニウム材料など多くの金属材料でこの方法が使用されている。これは、金属材料の結晶粒が微細であるほど優れた機械的性質が得られるからである。
【０００５】
熱間加工製品においては、高温で加工した場合、加工ひずみ速度を大きくし大きなひずみを加えることにより金属材料は動的再結晶状態になり、ひずみ速度が大きいほど結晶粒が小さくなる。低温（再結晶温度よりは高い）で加工した場合は、セル状に転位が堆積し、転位の再配列により微細な結晶粒になる。
【０００６】
また、冷間加工製品では冷間（再結晶温度以下）における加工量が大きいほどその後に続く焼鈍を行った場合の再結晶粒の大きさを小さくできる。加工温度が融点の９０％以上になると加工ひずみの影響が材料に残存しないので、加工ひずみを残存させたい場合には、融点の９０％未満の温度で加工することが望ましい。
【０００７】
一方、粉末材料には物理的、化学的に高機能を持っているものが多いが、これらを工業的に利用するためには、固体状、望ましくは相対密度が100％に近いことが要請されている。そのために、室温よりも高い高温で圧密加工を行うことができるHIP（Hot Isostatic Pressing）やホットプレスが多用されている。
【０００８】
しかし、より高密度化するためにはより高温加工することが必要であるが、その場合、材料の性質が変化することが多く、機能性を損なわないで、100％に近い相対密度が達成されている例は少ないようである。特に、MA（Mechanical Alloying）粉のように粒内の結晶粒サイズがミクロン以下のレベルにまで微細化された粉末はきわめて固化しにくく、低温での固化技術が開発されることが強く望まれている。このためにもせん断ひずみなどの大ひずみを加えることが有効であると思われる。
【０００９】
さらに、MAの一種であるが、２種以上の任意組成のバルク状の金属あるいは金属粒子の混合体に対して非常に大きい変形を加えるとこれらが混合され、異種金属同士がナノメータのオーダーにまで近づくことが可能になる。金属粒子の混合の場合は空隙部体積が０に近づくまで加工を続けるとバルク状の固体材料となり、新規な合金（超微細粒合金やアモルファス合金など）の製造につながる。
【００１０】
あるいは、大きいひずみを金属と超微細セラミックス粒の混合体に加えることにより、超微細粒を金属中に均一に分散させることが可能になる。
【００１１】
また、金属中の析出物などを粉砕し均一微細に分散させることも可能になる。
高分子材料においても高圧で大きいねじりをくわえることにより微細な内部組織を持つ材料を得ることができる。
【００１２】
以上のように、大ひずみを加える手段は金属内部組織の微細化、非結晶化、粉末材料の固化、異種金属同士の混合、金属と超微細粒の混合、あるいはその他の物質の微細組織化に対して有効であるが、従来の加工手段、例えば圧延や鍛造あるいはHIPやホットプレスのみではその加え得る変形量に限界があった。
【００１３】
筆者は、従来のひずみを大幅に超える大ひずみを達成する方法として、押出し加工とねじり加工を組み合わせたねじり押出し法をすでに開発している（特許文献１〜３）。
【特許文献１】特願２００３−１７４０９１
【特許文献２】特願２００３−４０５１６９
【特許文献３】特願２００３−４０５１７０
【００１４】
その方法の１例を以下で説明する。
【００１５】
その方法は、図１に示したように、コンテナー３内に装填された材料１をプッシャー４で押し込み、ダイス２で変形させる前方押し出し法において、コンテナー３あるいはダイス２の一方を固定し、他方を押し出し軸ａの周りに回転させながらプッシャーにより押出し加工を行うねじり前方押出し加工法である。図１はダイスを回転させる場合である。材料部分１−１は材料１のコンテナー３内の部分、材料部分１−２はダイス２内の押出し変形を受けた部分である。
【００１６】
１−１の材料と１−２の材料が相対的に回転することにより、その境界の点線で囲まれた材料部分Ｎがねじり変形を受けるのである。周知のように丸棒をねじった場合、材料中心軸上のひずみは外周部と比べると非常に小さい。したがって、中心軸上のひずみも大きくしたい場合には、回転数を非常に多くしなければならない。
【００１７】
また、たとえば、コンテナーを固定しダイスを回転する場合であれば、コンテナー内の横断面の温度分布を不均一にすれば材料の変形が非軸対称になるので中心軸上のひずみも大きくなる。温度不均一の度合いは、たとえば、高温部と低温部の温度差は２０℃程度以上をさす。なぜならば、この程度の温度差があれは通常は変形抵抗に有意差ができ、メタルフローに影響をおよぼすからである。
【００１８】
高温の材料の場合であれば、図１のようにコンテナー出口側の材料の円周上の一部分の材料Ｉを冷却装置Ｒで冷却すればよい。高温の材料とは、通常は室温（２０±２０℃程度）より、２０℃以上温度の高い材料をさす。高温の材料が冷却されるとは、変形抵抗に有意な差があらわれる２０℃以上冷却されることを指す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記ねじり押出し加工法は、材料の熱間加工や冷間加工に容易に適用でき、相当ひずみで10以上の大ひずみが達成できる。そのため、固体状の材料はその内部組織が非常に微細になる。粉末材料の場合には、密度が著しく向上し、真密度に近いものが得られる。また、異種金属の混合体の均一混合が可能になる。
【００２０】
しかしながら、ねじり押出し加工の初期においては、ダイス内の材料１−２の表面積が小さいので、ダイス２内面と材料１−２の表面の間ですべりが生じ、ダイス内の材料１−２のねじり回転数はダイスの回転数よりも少なくなる場合がある。
【００２１】
特に、ダイスやコンテナーの工具耐用性を配慮して、材料表面やダイスとコンテナーの接触部に潤滑材を塗布して加工を行う場合には、このすべりを極力抑えることが必要になってくる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために種々検討した結果、以下のような新しい加工法を開発することができた。
【００２３】
その第１の方法は、コンテナーとダイスの内の一方を固定し、他方を回転させながら、コンテナー内面溝に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスで変形させるねじり前方押出し法において、コンテナー出口部内面溝とダイス入り口部内面溝を除き、コンテナー内面溝の横断面およびダイス内面溝の横断面が非軸対称形状であり、ダイスの入り口溝形状がコンテナー内面溝出口の横断面形状の外接円の直径より大きい直径を有する円形断面であることを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法である。
【００２４】
第２の方法は、コンテナーを固定し、ダイスを押出し軸の周りに回転させながら、コンテナー内面溝に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスで変形させるねじり前方押出し法において、ダイス入り口部内面溝を除き、ダイス内面溝の横断面が非軸対称形状であり、ダイスの入り口溝形状がコンテナー内面溝出口の横断面形状の外接円の直径より大きい直径を有する円形断面であり、かつ、コンテナー内の材料の長手方向の少なくとも一部分の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして、コンテナー内の材料の横断面内で少なくとも２０℃以上の非軸対称温度分布である状態にして加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法である。
【００２５】
第３の方法は、コンテナーと第１のダイスの両方を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行うねじり前方押出し加工法において、第１のダイスの溝の横断面が全長にわたって真円形状であり、第２のダイスの横断面がダイス入り口部を除き非軸対称形状であるが、入り口部は真円形状であることを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法。
【００２６】
第４の方法は、コンテナーと第１のダイスの両方を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行うねじり前方押出し加工法において、第１のダイスの溝の横断面が全長にわたって真円形状であり、第２のダイスの横断面がダイス入り口部を除き非軸対称形状であるが、入り口部は真円形状であり、かつ、コンテナー内の材料の長手方向の少なくとも一部分の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして、コンテナー内の材料の横断面内で少なくとも２０℃以上の非軸対称温度分布である状態にして加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法である。
【００２７】
第５の方法は、内面の溝の出口部が曲がり管部であり、溝が全長にわたって同一直径の円形断面である固定されたコンテナーに材料を装填し、プッシャーでこの材料をコンテナーの出口側に配置された回転するダイスにより変形加工しながら押出すことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し法である。
【発明の効果】
【００２８】
これらの方法によれば、コンテナー内とダイス（第１のダイスと第２のダイスがある場合には、第２のダイス）内における材料は横断面形状あるいは温度分布が非軸対称であるので、ねじり押出し初期あるいは終期においても、ダイスの回転数と材料のねじり回転数がほぼ同じになり、効率よくねじりひずみを材料に加えることができる。
【００２９】
このため、通常の圧延、鍛造、押出しなどの加工方法で得られる加工ひずみを大きく上まわる加工ひずみを固体状材料や粉末材料に効率的に加えることができ、熱間や冷間で材料内部組織を微細にしたり、高密度にする生産プロセスに有効に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
上記の方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
第１の方法を図２に示す。コンテナー３を回転しないように固定し、ダイス２を押出し軸ａの周りに回転させながら、コンテナー３内に装填された材料１をプッシャー圧力Ｐで押し込み、ダイス２で変形させる。コンテナー３内面の溝の横断面は入口端および出口端を除き全長にわたって同一直径（Ｄ１）の円形断面（図３）か、あるいは全長にわたって同一断面積の正方形断面（図４）であることが多い。
【００３２】
図３の左部分はコンテナーの入口から視た平面図、右側はその縦断面図である。コンテナーの入口端と出口端には図のＲ１、Ｒ２の位置にＲ加工を施しておく場合が多い。また、コンテナー内面が正方形や多角形などの非軸対称形状断面の場合、序々に出口端の円形断面に近づいていくように形成されていることが多い。
【００３３】
ダイス２の溝形状の例を図５に示す。図５（ａ）はダイス入口からみた平面図であり、図５（ｂ）は、その上部がダイスのＡ−Ｂ−Ｃ縦断面図、下部がａ−ｂ−ｃ縦断面図である。
【００３４】
ダイス２の溝の入り口の円の直径はコンテナー３の内面溝の出口端の横断面形状の外接円の直径より大きい直径を有する円形断面であり、ダイス内面横断面形状が次第に正方形断面に近づき、出口では正方形断面になる。
【００３５】
ダイス内面形状は、正方形形状以外に、多角形形状、楕円形状、あるいは形材形状など他の非軸対称形状でもよい。出口端の穴直径は材料が出やすくするために、当然、中程の断面形状寸法より大きくとってよい。
【００３６】
このように、コンテナー３内部とダイス２内部ともに非軸対称形状断面にすれば、材料のねじり回数とダイスの回転数が一致し、工具（コンテナー、ダイス）と材料表面の間の全境界面ですべるということなくなる。
【００３７】
コンテナー３内の材料が長い場合には、コンテナー内面が非軸対称でなくても、コンテナー内面と材料表面の間の全境界面ですべるということはなくなる。しかし、押し出しの終期では、材料長さが短くなりすべりの傾向が強くなるので、材料尾端にも大きなねじり変形を加えたい場合には、押し出し終期における単位材料長さあたりのダイス回転数を多くする必要がある。
【００３８】
この図２の第１の方法の場合、コンテナー３を回転し、ダイス２を固定しておいても同様の結果が得られる。
【００３９】
第２の方法は、装置構成、工具形状、押出し加工法などいずれも第１の方法と同じであるが、コンテナー３内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が非軸対称である状態で加工を行うことが特徴である。
【００４０】
高温の材料の場合には、図２に示したように、冷却装置Ｒにより、コンテナー内部のダイス入り口近くの点線で示された材料部分Ｉを冷却すればよい。また、同時に、保温の目的で加熱装置Ｈにより材料の円周上の一部分Ｊを加熱してもよい。
【００４１】
高温とは、室温（２０±２０℃）より２０℃以上高い状態をさす。なぜならば、通常の物質の場合、２０℃の差があると材料に変形抵抗に有意差が生じ、材料の塑性流動に差が生じるからである。したがって、高温の材料の一部を冷却することにより温度分布を生じさせて、材料流動に差を生じさせ変形を軸対称でなくすることができるのは、冷却することによる低温部と高温部との温度差は２０℃以上必要である。
【００４２】
なお、コンテナー内で不均一温度分布を持つ部分はコンテナー内の材料の全長の内の一部分であってよい。
【００４３】
材料が室温の場合は、加熱装置Ｈのみにより加熱するか、あるいは加熱装置Ｈと冷却装置Ｒの両方を用いればよい。この場合も高温部と低温部の温度差は２０℃以上必要である。
【００４４】
第３の方法を図６で説明する。コンテナー３と第１のダイス２−１の両者を回転しないように図示していない架台に固定し、第１のダイス２−１の出口側に第２のダイス２−２を付加し、この第２のダイス２−２を回転しながら、材料１をプッシャー４でコンテナー３に押し込み、第１のダイス２−１と第２のダイス２−２でともに減面加工を行う。第１のダイス２−１は全長にわたって真円形状である。
【００４５】
第２のダイス２−２の入口溝形状は真円であるが、内部では非軸対称断面形状になっている。
【００４６】
図７はコンテナー形状の１例を示している。図７（ａ）はコンテナーの入口側から視た平面図であるが、コンテナー内面溝の横断面形状は正方形である。
【００４７】
図７（ｂ）は縦断面図を示しているが、符号のａ、ｂ、ｃは平面図（ａ）のａ、ｂ、ｃに対応させた描き方になっている。すなわち、この例ではコンテナーの内面溝の形状は出口部を除き、正方形断面になっているが、この正方形断面は出口の真円形状に徐々に近づいていくように形成されている。
【００４８】
コンテナー内面形状は、正方形以外の楕円形などの非軸対称形状でもよい。また、軸対称の円であってもよい。
【００４９】
図８にコンテナー３、第１のダイス２−１および第２のダイス２−２の横断面形状の例を示した。図８（ａ）の軸方向各位置に対応する横断面形状を図８（ｂ）、図８（ｃ）に示している。
【００５０】
Ｄ−Ｄがコンテナー内面溝の横断面形状（正方形）であり、Ｅ−Ｅが第１のダイスの横断面形状（円形）、Ｆ−Ｆが第２のダイスの横断面形状（正方形）である。図８（ｂ）と図８（ｃ）の違いは正方形のコーナーにＲがあるかないかである。
【００５１】
このようなコンテナー、第１のダイス、第２のダイスの配置にしておくと、第２のダイス２−２を回転させたとき、第１のダイスと第２のダイスの接触部の近くの点線で示したＴの部分で材料のねじりが生じる。
【００５２】
なぜならば、第２のダイス２−２は非軸対称形状であるので、第２のダイス内の材料１−３は第２のダイス２−２とともに回転するが、コンテナー３と第１のダイス２−１は固定され回転せず、しかもコンテナー３と第１のダイス２−１の接触部の近くではコンテナー内の材料１−１と第１のダイス内の材料１−２の間の材料が減面加工されるので少なくともこの部分（Ｓ）は固定され回転しないからである。
【００５３】
このようにこの第３の方法によれば、第１のダイスと第２のダイスの中間部Tでねじりが生じる。しかし、この部分でねじりが生じると、図６中点線の矢印で示したｋの位置で材料の噛み出しが生じる場合がある。
【００５４】
コンテナー３の内面の横断面形状を非軸対称形状にしておくと、当然この固定効果は大きくなり、材料は確実にすべりを生じることなくねじられることになる。
【００５５】
ところで、室温の材料をねじり押出し加工する場合、このねじりを受ける部分は、図６の第１のダイス２−１の軸方向中心部（Ｕ）を加熱するとこの被加熱部分では変形抵抗がＴより低くなるので、ねじりが生じる位置はＴからＵに近づき第１のダイス２−１と第２のダイス２−２の接触部ｋにおける噛み出しの発生が抑制される効果が生じる。
【００５６】
材料１が、図示していない加熱炉により加熱された後、コンテナー３に装入された場合には、図６の冷却装置Ｑにより冷却することにより、Tの部分の変形抵抗をUの部分より低くなり、ねじりが生じる位置をＴからＵに近づけるこができ、同様に噛み出しの発生を抑制することができる。
【００５７】
第４の方法は、装置構成、工具形状、押出し加工法などいずれも第３の方法と同じであるが、コンテナー３および第１のダイス２−１内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が非軸対称である状態で加工を行うことが特徴である。
【００５８】
高温の材料の場合には、図６に示したように、冷却装置Ｒにより、コンテナー内の第１のダイス２−１の入り口近くの点線で示された材料部分Ｉを冷却すればよい。また、同時に、保温の目的で加熱装置Ｈにより材料の一部Ｊを加熱してもよい。
【００５９】
材料が室温の場合は、加熱装置Ｈにより材料部分Ｊを加熱するか、あるいは、加熱装置Ｈと冷却装置Ｒの両方を用いればよい。また、第２のダイス内の加熱装置Ｋと冷却装置Ｑを用いるとさらに効果的に偏熱状態を生じさせることができる。この第４の方法においても、当然偏熱状態とは材料の横断面内で２０℃以上の温度分布を持つ場合を指す。
【００６０】
第５の方法は、図９に示したように、内面の溝（中空部）の出口部が曲がり管部（図中曲がり角度φに対応する部分）であり、溝が全長にわたって同一直径の円形断面である固定されたコンテナー３に材料１を装填し、プッシャー４でこの材料１をコンテナー３の出口側に配置された回転するダイス２を通して変形加工しながら押出すものである。
【００６１】
コンテナー３の溝部の材料の内、変形加工をうけていない直線部を１−１、曲がり管部を１−２とする。また、ダイス２内の材料を１−３とする。ダイスの溝の横断面形状（Ｙ−Ｙ部）は円形でもよいが、材料１−３の表面とダイス２の内面の滑りを抑制するためには、四角形などの非軸対称形状の方がよい。
【００６２】
この場合でも、ダイス入口（Ｘ−Ｘ部）の溝の横断面形状は真円にする。コンテナー３内面の一部が曲がり管であるから、コンテナー３とダイス２の接触部の近くのねじり変形部における変形も非軸対称になる。
【００６３】
高温の材料を加工する場合には、コンテナー出口部を冷却装置Ｑで冷却すると、噛み出し発生位置がコンテナー３とダイス２の接触部近傍からコンテナー入り口の方に向かって若干移動するため、噛み出し長さが減少する。材料が室温の場合には、加熱装置Ｈで加熱し、冷却装置Ｑで冷却するのがよい。
【００６４】
図では、加熱装置Ｈは材料の一部しか加熱できないので、温度分布も非軸対称になるが、加熱時間を短縮するためには、材料の全周を加熱する。温度が均熱でも変形が非軸対称であるからである。
【００６５】
なお、冷却は冷却装置Ｑによらず、コンテナー３とダイス２の間からｅおよびｆの方向に冷却水を導入してもよい。
【００６６】
上記の第５の方法では、コンテナー３の出口側の材料１−３をダイス２で把持回転したが、別の把持回転装置でも同様の効果を得ることができる。そのような把持回転装置の例を図１０と図１１で説明する。
【００６７】
図１０で示した把持回転装置は、２つのロールｒによる圧下力により材料１−３を把持し、このロールを図示していないハウジングごと押出し軸ａの周りに回転させるものである。
【００６８】
ロールｒはアイドリングさせておき、そこへ材料１−３を押し込む。ロールを駆動すればそれだけ圧下力が強くなるので把持回転する能力が増す。また、材料を進行させる効果もある。
【００６９】
なお、この方式の場合ロール数は２つに限らず、３ロール方式でも４ロール方式でもよい。
【００７０】
図１１で示した把持回転装置は、２つの傾斜ロールｓ１とｓ２により材料１−３を圧下回転させるものである。
【００７１】
ｓ１ロールの軸心とｓ２ロールの軸心の交点をＯとする。θはトーイング角と呼ばれる。
【００７２】
Ｍはロール駆動モーターである。モーターおよびロール軸は図示していない架台にロール回転を妨げないように固定されている。交点Ｏを動かさないで、ｓ１ロールの軸心上の一点Ｚ１を紙面より若干下にｈだけ、またｓ２ロールの軸心上の一点Ｚ２を紙面より若干上にｈだけ動かせて設置しておき、ｓ１ロールとｓ２ロールを矢印の方向に回転させると材料１−３は右方へ移動しながら回転する。
【００７３】
紙面内の、ａ軸と直角な方向（ｇ）から視た、ｓ１ロールの軸心とｓ２ロールの軸心のなす角を傾斜角という。上記トーイング角と傾斜角を変化させることにより回転速度と移動速度をプッシャー速度とマッチングするように調節することができる。
【００７４】
図１０や図１１の場合も、図９と同じ位置で加熱や冷却を行う方が、コンテナー内でねじり変形をするようになるので、望ましい。なお、この方式の場合ロール数は２つに限らず、３ロール方式でもよい。
【００７５】
最後に、念のため、非軸対称という用語の意味について補足する。本発明においては、断面形状が非軸対称である場合と温度の分布が非軸対称という場合の両方で非軸対称という言葉を使用している。
断面形状の非軸対称度を、断面の重心から断面の外周までの距離のうちの最大値から最小値を引き、平均値で割った値と定義すると、通常はこの値が０．０５以上であれば軸対称の場合と比べて材料のねじりの能力という意味で優れた効果を発揮する。四角形断面の場合は０．３４程度であり、十分なねじり能力があることがわかる。
【実施例１】
【００７６】
成分がＡｌ：９９．９％以上の純アルミニウムの棒材（直径２０ｍｍ、長さ６０ｍｍ）を使用し、図１２の装置を用いて、第２の方法でダイスを回転する方式のねじり前方押出し法を実施した。
【００７７】
図１２のコンテナー３は固定されたホルダー５により回転しないように支持され、ダイス２はホルダー６および７によりラジアルベアリング９およびスラストベアリング８−２により回転自在に支持されている。
【００７８】
なお、８−１のスラストベアリングはコンテナー先端部とダイス２の間に生じる回転による摩擦力を軽減するために設けられている。また、ダイス２は駆動ベルト１０を介して駆動モーターＭに連結されている。
【００７９】
高温の材料１はコンテナー３に装填された後、プッシャー４により押し込まれ、ダイス２により減面押出し加工を受けるが、コンテナー３の出口端部に設けられた冷却装置Ｒにより冷却される。冷却水はＷ１より導入されＷ２より排出される。
【００８０】
装置Ｒの○印および点線は水路を模式的に表したものである。ダイス２は駆動モーターＭにより駆動ベルト１０を介して回転させられる。
【００８１】
コンテナー部内径はφ２０ｍｍ、長さは１００ｍｍである。
【００８２】
ダイスの内面形状は図１３に示したように入り口はφ２０ｍｍの円形断面である。
入り口部２０ｍｍの区間で円形断面から正方形断面に徐々に変化させている。円形から正方形になった位置から５ｍｍの区間は□１１．３ｍｍ、その右方の残りの３５ｍｍは□１２ｍｍの正方形断面である。
【００８３】
プッシャー速度は毎分５ｍｍ、ダイス回転数は毎分４０回である。材料は別に設置されている加熱炉で無酸化雰囲気中で３００℃に加熱され、加熱炉から抽出後素早くコンテナーに装入された。
【００８４】
図示されていない熱電対でコンテナーの温度分布を測定し、その分布から推定した材料温度は、１ｃ近辺の偏熱度が最大で、高温部で２８０℃、低温部で１００℃であった。１ｄ部では、ダイスからの抜熱があるので低温であり、なおかつ偏熱度は小さいと予想している。
【００８５】
途中止め材の組織観察から、ねじり変形は１ｃで最も大きくなっていた。プッシャー先端部に近い１ａ部はコンテナー内面にほぼ固着している状態であり、ねじりは受けていない。
【００８６】
途中止め材の内部組織調査結果によれば、コンテナー内の未変形部１ａの結晶粒直径は平均で５０μｍであったが、ダイス内の変形部１ｄの結晶粒の直径は、横断面内で一様であり、非常に微細になっていた。
【００８７】
透過電子顕微鏡観察の結果、１μｍ以下の結晶粒が多く観察され、平均でも約１μｍ程度であった。
【００８８】
ビッカース硬度は１ａ部では平均３０であったが、１ｄ部では平均で６５に達していた。また、その分布も横断面内で一様であった。
【実施例２】
【００８９】
成分がＡｌ：９９．９％以上の純アルミニウムの棒材（直径２０ｍｍ、長さ８０ｍｍ）を使用し、図１４の装置を用いて、第４の方法でねじり前方押出し法を実施した。
【００９０】
図１４のコンテナー３および第１のダイス２−１は固定されたホルダー５により回転しないように支持され、ダイス２−２はホルダー６および７によりラジアルベアリング９およびスラストベアリング８−２により回転自在に支持されている。
【００９１】
また、ダイス２−２は駆動ベルト１０を介して駆動モーターＭに連結されている。
【００９２】
室温の材料１はコンテナー３に装填された後、プッシャー４により押し込まれ、ダイス２―１により減面押出し加工を受けた後ダイス２−２によっても減面押出し加工を受ける。
室温の材料１は１ａ部が高周波加熱装置Ｈにより最高温度が約３００℃に加熱される。図で下面のみ加熱しているので上面の温度が低く、約２００℃であった。ダイス２−２には冷却装置が設置されている。
【００９３】
コンテナー部内径はφ２０ｍｍ、長さは１００ｍｍである。
【００９４】
第１のダイスの内面形状を図１５に示した。第１のダイスの横断面形状は円形であり、入り口における直径が最大で２０ｍｍである。出口の直径は１６ｍｍである。
【００９５】
第２のダイスの内面形状を図１６に示した。入り口の形状は円形断面であり、直径が１６ｍｍである。入り口部の１０ｍｍの区間で円形から□１０ｍｍの正方形断面へ徐々に変化する。出口は辺長１０．５ｍｍの正方形断面である。
【００９６】
プッシャー速度は毎分５ｍｍ、ダイス回転数は毎分４０回である。
【００９７】
途中止め材の組織観察から、ねじり変形は１ｂ部と１ｃ部で最も大きくなっていた。途中止め材の内部組織調査結果によれば、コンテナー内の未変形部１ａの結晶粒直径は平均で２０μｍであったが、ダイス内の変形部１ｄの結晶粒の直径は、電子顕微鏡観察によれば横断面内で一様であり、平均１．５μｍ程度に微細になっていた。
【００９８】
この場合も非常に大きいひずみが材料軸心部にも導入されたものと思われる。ビッカース硬度は１ａ部では平均３０であったが、１ｄ部では平均で７０に達していた。また、その分布も横断面内で一様であった。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】偏熱ねじり前方押出し法（ダイス回転方式）の水平断面図
【図２】非軸対称ねじり押出し法（ダイス回転方式）の水平断面図
【図３】コンテナー内面溝形状の例
【図４】コンテナー内面溝形状の例
【図５】ダイス溝形状の例
【図６】非軸対称ねじり前方押出し法（ダイス回転方式）の水平断面図
【図７】コンテナー内面溝形状の例
【図８】非軸対称偏熱ねじり前方押し出し法におけるコンテナー、第１のダイス、および第２のダイスの内面溝形状の例
【図９】曲がり管をもつコンテナーによる非軸対称ねじり押出し法の水平断面図
【図１０】２ロール式把持回転装置
【図１１】傾斜ロール式把持回転装置
【図１２】実施例１の装置
【図１３】実施例１のダイス溝形状
【図１４】実施例２の装置
【図１５】実施例２の第１のダイスの内面溝形状
【図１６】実施例２の第２のダイスの内面溝形状
【符号の説明】
【０１００】
１      材料
１−１  材料の１部分
１−２  材料の１部分
１−３  材料の１部分
２      ダイス
３      コンテナー
４      プッシャー
５      コンテナーホルダー
６      ダイスホルダー
７      ダイスホルダー
８−１  スラストベアリング
８−２  スラストベアリング
９      ラジアルベアリング
１０    駆動ベルト
１１    出側プッシャー    
Ｐ      入側プッシャー圧力
ａ      押出し軸
ｒ      ローラ
ｓ１    傾斜ロール
ｓ２    傾斜ロール
Ａ      工具位置を示す符号
Ｂ      工具位置を示す符号
Ｃ      工具位置を示す符号
ａ      工具位置を示す符号
ｂ      工具位置を示す符号
ｃ      工具位置を示す符号
ｅ      冷却水入り口
ｆ      冷却水入り口
ｇ      傾斜角を説明するための矢印の方向
ｋ      噛み出しが発生する可能性のある位置
Ｄ１    コンテナー円形溝の直径
Ｅ１    コンテナー四角形溝の対角線長
Ｑ      冷却装置
Ｉ      材料部分
Ｊ      材料部分
Ｎ      材料部分
Ｕ      材料部分
Ｓ      材料部分
Ｔ      材料部分
１ａ    材料部分
１ｂ    材料部分
１ｃ    材料部分
１ｄ    材料部分
Ｒ      冷却装置
Ｈ      加熱装置
Ｋ      加熱装置
Ｗ１    冷却装置に導入される冷却水
Ｗ２    冷却装置から排出される冷却水
Ｍ      駆動モーター
φ      曲がり管部角
θ      トーイング角
【図１】
2005000993.tif 000003
【図２】
2005000993.tif 000004
【図３】
2005000993.tif 000005
【図４】
2005000993.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005000993.tif 000008
【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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