(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物を少なくとも２つの金型で挟持するとともに、前記被処理物を挟持した一方の金型を他方の金型に対して変位させることにより、前記被処理物に剪断ひずみを加えて前記構造特性及び／または前記機能特性を向上させるひずみ印加方法において、
前記被処理物は長手状の平板体として、この被処理物の厚み方向を挟持方向として前記被処理物を挟持した一方の金型を、前記被処理物の長手方向に変位させることを特徴とするひずみ印加方法。
【請求項２】
第１金型を挟んで互いに対向させて配置した第２金型と第３金型を有し、
前記第１金型と前記第２金型とで前記被処理物を挟持するとともに、前記第１金型と前記第３金型とで前記被処理物を挟持し、前記第１金型を前記第２金型及び前記第３金型に対して変位させる
ことを特徴とする請求項１に記載のひずみ印加方法。
【請求項３】
ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物を少なくとも２つの金型で挟持するとともに、前記被処理物を挟持した一方の金型を他方の金型に対して変位させることにより、前記被処理物に剪断ひずみを加えて前記構造特性及び／または前記機能特性を向上させるひずみ印加装置において、
長手状の平板体とした前記被処理物の厚み方向を挟持方向として前記金型を配置し、前記被処理物を挟持した一方の金型を、前記被処理物の長手方向に変位させることを特徴とするひずみ印加装置。
【請求項４】
第１金型と、この第１金型を挟んで対向させて配置した第２金型と第３金型を備えて、前記第１金型と前記第２金型とで前記被処理物を挟持するとともに、前記第１金型と前記第３金型とで前記被処理物を挟持し、
前記第１金型を前記第２金型及び前記第３金型に対して変位させることを特徴とする請求項３に記載のひずみ印加装置。
【請求項５】
前記第１金型は円柱体として、周面で前記第２金型または前記第３金型とともに前記被処理物を挟持し、前記第１金型を回転させることにより前記第２金型及び前記第３金型に対して変位させることを特徴とする請求項４に記載のひずみ印加装置。
【請求項６】
前記第１金型の周面には前記被処理物が挿入される凹部を設け、前記第２金型及び前記第３金型における前記凹部部分と対向する対向面を、前記凹部以外の対向面と面一としたことを特徴とする請求項５に記載のひずみ印加装置。
【請求項７】
前記凹部は、前記第１金型の周面に螺旋状に設けたことを特徴とする請求項６に記載のひずみ印加装置。
【請求項８】
前記被処理物を挟持する第１金型と第２金型を互いに対向させて配置し、
この第１金型と第２金型の前記被処理物の挟持面における少なくとも何れか一方に、前記被処理物が挿入されるリング状の凹部を互いに同心として複数設け、
外側に位置するリング状の凹部の深さ寸法を、内側に位置するリング状の凹部の深さ寸法よりも大きくしたことを特徴とする請求項３に記載のひずみ印加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物へのひずみ印加方法及びひずみ印加装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属組織では、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上することが知られており、例えば、金属組織にひずみを加えると金属組織が微細化されて、強度の向上、あるいは延性の向上などの金属加工において要求される特性の向上が図れること、あるいは金属組織における結晶の配向が制御されることにより特性の向上が図れることから、ひずみを加えるための様々な方法が提案されている。
【０００３】
例えば、有名なひずみ印加方法として、中途部に屈曲部を有する挿通路を設けたダイを用いるＥＣＡＰ(Equal Channel Angular Pressing)法が知られている。ＥＣＡＰ法では、ダイの挿通路に金属体を押し入れ、屈曲部を通過させる際に、屈曲部部分において金属体に剪断ひずみを作用させ、この剪断ひずみによって金属組織を微細化しているものである。
【０００４】
また、金属体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ＨＰＴ(High Pressure Torsion)法もよく知られている。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ことが多い。ＨＰＴ法では、収容部に収容した金属体を上部金型と下部金型で挟持し、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金属体に剪断ひずみを作用させ、この剪断ひずみによって金属組織を微細化しているものである。
【０００５】
なお、ＨＰＴ法では、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金属体に剪断ひずみを作用させているが、この場合、回転する上部金型または下部金型の回転軸が収容部内の金属体を貫いている場合に、金属体には回転軸部分及び回転軸回りにおいて大きな剪断ひずみを加えることができないことから、剪断ひずみの作用による金属組織の微細化効果に回転軸からの距離に応じて不均一が生じ、金属体の金属組織を全体的に均一に微細化することができなかった。
【０００６】
そこで、金属体には回転軸部分にあらかじめ貫通状態に孔を設けておき、上部金型と下部金型で金属体を挟持して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、孔を縮小消滅させながら剪断ひずみを作用させて、金属体にできるだけ均一な剪断ひずみを加えることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−２４７７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＨＰＴ法における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剪断ひずみを加えることが困難であって、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。
【０００８】
一方、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ことによって金属体に導入できるひずみに限界があり、金属体を拘束してひずみを加えるＨＰＴ法のような大きなひずみを加えることができないことにより、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。
【０００９】
さらに、ＥＣＡＰ法でもＨＰＴ法でも、現時点においては、基本的に少量ずつのバッチ処置でしか安定的に処理できず、大量生産化が困難であった。
【００１０】
本発明者は、このような現状に鑑み、金属体における金属組織の微細化などの構造特性及び／または機能特性の向上を効果的に行えるひずみ印加方法を開発すべく研究を行って、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のひずみ印加方法では、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物を少なくとも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変位させることにより、被処理物に剪断ひずみを加えて構造特性及び／または機能特性を向上させるひずみ印加方法において、被処理物は長手状の平板体として、この被処理物の厚み方向を挟持方向として被処理物を挟持した一方の金型を、被処理物の長手方向に変位させることとした。
【００１２】
さらに、本発明のひずみ印加方法では、第１金型を挟んで互いに対向させて配置した第２金型と第３金型を有し、第１金型と第２金型とで被処理物を挟持するとともに、第１金型と第３金型とで前記被処理物を挟持し、第１金型を第２金型及び第３金型に対して変位させることにも特徴を有するものである。
【００１３】
また、本発明のひずみ印加装置では、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物を少なくとも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変位させることにより、被処理物に剪断ひずみを加えて構造特性及び／または機能特性を向上させるひずみ印加装置において、長手状の平板体とした被処理物の厚み方向を挟持方向として金型を配置し、被処理物を挟持した一方の金型を、被処理物の長手方向に変位させることとした。
【００１４】
さらに、本発明のひずみ印加装置では、第１金型と、この第１金型を挟んで対向させて配置した第２金型と第３金型を備えて、第１金型と第２金型とで被処理物を挟持するとともに、第１金型と第３金型とで被処理物を挟持し、第１金型を第２金型及び第３金型に対して変位させることにも特徴を有し、第１金型は円柱体として、周面で第２金型または第３金型とともに被処理物を挟持し、第１金型を回転させることにより第２金型及び第３金型に対して変位させることにも特徴を有するものである。
【００１５】
しかも、本発明のひずみ印加装置では、第１金型の周面には被処理物が挿入される凹部を設け、第２金型及び第３金型における凹部部分と対向する対向面を、凹部以外の対向面と面一としたことにも特徴を有し、凹部を第１金型の周面に螺旋状に設けたことにも特徴を有するものである。
【００１６】
また、本発明のひずみ印加装置では、外側に位置するリング状の凹部の深さ寸法を、内側に位置するリング状の凹部の深さ寸法よりも大きくしたことにも特徴を有するものである。 
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物を長手状の平板体として、この被処理物の厚み方向を挟持方向として被処理物を挟持した一方の金型を、被処理物の長手方向に変位させることにより、被処理物に対して全体的に均一に剪断ひずみを加えて、構造特性及び／または機能特性を一様に向上させることができる。
【００１８】
しかも、被処理物を長手方向に所定タイミングで順送りとした場合には、バッチ処理的ではあるが、長尺物の被処理物を処理することができ、大量生産化しやすくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のひずみ印加方法及びひずみ印加装置では、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を有する被処理物であって、長手状の平板体とした被処理物を少なくとも２つの金型で挟持し、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、被処理物に剪断ひずみを加えて構造特性及び／または機能特性を向上させているものである。
【００２０】
なお、ひずみを加えることによる構造特性及び／または機能特性の向上は、金属組織だけで見られる現象ではなく、高分子などの有機物や、セラミックス、あるいは金属間化合物などの組織でも見られる現象であり、ひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性の向上が見られる組織を有していれば被処理物は何であってもよい。
【００２１】
本発明では、長手状の平板体とした被処理物を挟持した金型の一方を他方に対して被処理物の長手方向に変位させて被処理物に剪断ひずみを加えることにより、被処理物に対して全体的に均一に剪断ひずみを加えることができるので、被処理物の構造特性及び／または機能特性を均一に向上させることができ、構造特性及び／または機能特性のバラツキの抑制された被処理物を生成できる。
【００２２】
図１は、第１実施形態のひずみ印加装置A1の概略説明図である。第１実施形態のひずみ印加装置A1は、所定形状とした第１金型10と、この第１金型10と対向させて配置した第２金型20、及び第１金型10と対向させて配置した第３金型30を備えており、特に、第２金型20と第３金型30は第１金型10を挟んで対向させて配置している。なお、図示していないが、第１金型10、第２金型20、第３金型30は、それぞれ所要の支持基台に支持されており、後述するように、所定方向に進退移動可能としている。
【００２３】
第１金型10は、第２金型20と対向した第１対向面11と、第３金型30と対向した第２対向面12を有し、第１対向面11と第２対向面12とは互いに平行な平面としている。第１対向面11には断面凹形状の第１溝13を横断状に設けており、第２対向面12にも断面凹形状の第２溝14を横断状に設けている。なお、第１金型10は、必ずしも第１対向面11と第２対向面12を有している必要はなく、少なくとも第１溝13及び第２溝14が設けられていればよい。また、本実施形態では、第１金型10の片面にそれぞれ１本ずつの溝を設けているが、溝の本数は１本に限定するものではなく、複数本設けてもよい。
【００２４】
第１溝13及び第２溝14の幅寸法は、本実施形態では長手状の平板体とした被処理物Ｍの幅寸法と同じとし、第１溝13及び第２溝14内に被処理物Ｍを配設可能としている。
【００２５】
第１金型10には油圧シリンダ15のロッド16を接続し、油圧シリンダ15によって第１金型10を第１溝13及び第２溝14の延伸方向に進退移動可能としている。
【００２６】
第２金型20には、第１金型10の第１対向面11と対向した対向面21に、第１溝13に挿入可能とした断面凸形状の凸条部22を設けている。また、第２金型20には、油圧シリンダ23のロッド24を接続し、油圧シリンダ23によって第２金型20を第１金型10に向けて押出させて凸条部22を第１溝13に挿入して、凸条部22で第１溝13内の被処理物Ｍを挟持して押圧可能としている。
【００２７】
第３金型30には、第１金型10の第２対向面12と対向した対向面31に、第２溝14に挿入可能とした断面凸形状の凸条部32を設けている。また、第３金型30には、油圧シリンダ33のロッド34を接続し、油圧シリンダ33によって第３金型30を第１金型10に向けて押出させて凸条部32を第１溝14に挿入し、凸条部32で第２溝14内の被処理物Ｍを挟持して押圧可能としている。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態では、第２金型20の凸条部22の幅寸法を第１金型10の第１溝13の幅寸法とほぼ同一として、凸条部22を第１溝13に挿入可能とし、また、第３金型30の凸条部32の幅寸法を第１金型10の第２溝14の幅寸法とほぼ同一として、凸条部32を第２溝14に挿入可能としているが、凹凸形状をそれぞれ逆にしてもよく、さらには、どちらにも溝を設けた凹凹形状としてもよい。また、前述したように、第１金型10の片面に複数本の溝を設けた場合には、第２金型20及び第３金型30には溝の本数に対応した複数の凸状部を設けている。あるいは、第１金型10、第２金型20、第３金型30には凹凸形状を設けずに、第１金型10、第２金型20、第３金型30の側方にそれぞれガイド用の金型を設けて、このガイド用の金型と、第１金型10、第２金型20、または第３金型30とにより被処理物Ｍを収容する凹状の収容部を形成してもよい。
【００２９】
ひずみ印加装置A1で加工処理される被処理物Ｍは、本実施形態ではマグネシウム合金であって、第１金型10の第１溝13及び第２溝14の幅寸法と等幅で、所定長さの平板体としている。
【００３０】
被処理物Ｍはマグネシウム合金に限定されるものではなく、アルミニウム合金、銅合金、鉄合金などの各種の金属体であってもよく、特に、鋳造材や展伸材である必要はなく、例えば金属や金属間化合物などの粉末を平板状に加圧成形したものであってもよい。なお、加圧成形される材料は、必ずしも粒径や形状が調整された材料である必要はなく、どのような形状であってもよい。例えば、所要の組成の材料を研削などによって加工した際に生じたチップ状あるいは粉末状の破片クズであってもよい。また、被処理物Ｍには金属以外の材料を混在させておいてもよく、例えばフラーレンやカーボンナノチューブ、あるいはシリカなどを混合した複合材であってもよい。これらは、結晶性を有している必要はなく、アモルファス材であってもよい。さらに、被処理物Ｍは、必ずしも金属を含有している必要はなく、ポリエチレンなどの高分子材料や、セラミックス材料、圧電材料、熱電材料であってもよい。特に、水素吸蔵合金、超伝導合金、形状記憶合金、圧電合金、熱電合金などのような機能性材料では、ひずみを加えることにより顕著な機能向上が期待できる。
【００３１】
被処理物Ｍは、できるだけ薄肉状となっている方が剪断ひずみによる変形を大きくすることができ、金属組織の微細化効果を大きくすることができる。本実施形態では、被処理物Ｍの肉厚を約５ｍｍ程度としている。被処理物Ｍの厚みは何ら限定するものではなく、所望の厚みとしてよい。
【００３２】
このように構成したひずみ印加装置A1で被処理物Ｍを加工処理する場合には、まず、第１金型10の第１溝13と第２溝14にそれぞれ被処理物Ｍを挿入し、次いで、第２金型20の凸条部22を第１溝13に挿入するとともに、第３金型30の凸条部32を第２溝14に挿入して、第１金型10と第２金型20とで第１溝13内の被処理物Ｍを挟持して押圧するとともに、第１金型10と第３金型30とで第２溝14内の被処理物Ｍを挟持して押圧する。
【００３３】
このとき、第２金型20による押圧方向と、第３金型30による押圧方向とを同一の仮想直線上で互いに反対方向とすることにより、第１金型10には被処理物Ｍを押圧する押圧手段を何ら設けることなく、被処理物Ｍを押圧することができる。なお、本実施形態では、ロッド24を介して第２金型20に接続した油圧シリンダ23と、ロッド34を介して第３金型30に接続した油圧シリンダ33とによって各被処理物Ｍを押圧しているが、何れか一方の金型だけに油圧シリンダを接続して金型を押すとともに、他方の金型は固定させて配置して、反作用を利用して被処理物Ｍを押圧可能としてもよい。
【００３４】
第１金型10を介した第２金型20と第３金型30による被処理物Ｍの押圧は、1.0GPa程度の圧力以上であることが望ましい。
【００３５】
被処理物Ｍを押圧して所要の加圧状態とした後、ひずみ印加装置A1は、油圧シリンダ15によって第１金型10を被処理物Ｍの長手方向に、第２金型20及び第３金型30に対して変位させる。ここで、第１金型10には、被処理物Ｍを加圧するための加圧手段を設けておらず、油圧シリンダ15による変位手段だけを設けていることにより、変位手段を簡潔に構成することができ、第１金型10を変位させやすく、しかも第１金型10の変位量の制御を行いやすくすることができる。
【００３６】
第１金型10の変位量は大きければ大きいほど、被処理物Ｍに大きな剪断ひずみを加えることができ、被処理物Ｍの組織の微細化効果を向上させることができる。ただし、被処理物Ｍでは、金属組織の大きさが所定の以下となると、第２金型20と第３金型30による被処理物Ｍの加圧条件を変更しない限り金属組織のさらなる微細化ができないため、第２金型20と第３金型30による被処理物Ｍの加圧条件、及び被処理物Ｍの厚み寸法から特定される所定の変位量だけ第１金型10を変位させるだけでよい。被処理物Ｍの厚み寸法が１ｍｍ程度であれば、第１金型10の変位量は、少なくとも１０ｍｍ程度であればよい。すなわち、変位量は、材料の依存性があるものの、被処理物Ｍの厚み寸法の少なくとも１０倍程度以上とすることが望ましい。
【００３７】
なお、第１金型10は、一方方向にのみ変位させるだけでなく、変位の方向を逆転させて逆方向にも変位させてもよく、第１金型10を交互に前後進させることにより第１金型10の変位量を大きくしてもよい。
【００３８】
第１金型10を第２金型20及び第３金型30に対して変位させて被処理物Ｍに剪断ひずみを加えた後、ひずみ印加装置A1は、第２金型20及び第３金型30をそれぞれ第１金型10から後退させ、また第１金型10は変位分だけ後退させ、被処理物Ｍを第１溝13及び第２溝14から引き出している。ここで、被処理物Ｍは、図１に示すように、第１金型10の長さよりも長くしておくことにより、ひずみ印加装置A1は、加工処理した分だけ被処理物Ｍを送って、被処理物Ｍの未処理部分を第１溝13と第２溝14にそれぞれ挿入して、連続的に処理可能としている。
【００３９】
したがって、本実施形態のひずみ印加装置A1は、例えば金属体の圧延加工工程の後段に設けて、所定の厚みに圧延された帯状の金属体に対して剪断ひずみを生じさることにより、金属組織が微細化された金属体を効率よく製造可能とすることができる。
【００４０】
なお、本実施形態のひずみ印加装置A1では、非加熱状態下で被処理物Ｍに剪断ひずみを加えているが、必要に応じて第１金型10、第２金型20、第３金型30にはヒータなどの加熱手段を設けて、被処理物Ｍを所定の温度として剪断ひずみを加えてもよい。
【００４１】
図３は、第２実施形態のひずみ印加装置A2の概略説明図である。第２実施形態のひずみ印加装置A2は、円柱状とした第１金型40と、この第１金型40の周面41に対向させて配置した第２金型50、及び第１金型40の周面41に対向させて配置した第３金型60を備えており、第２金型50と第３金型60は第１金型40を挟んで対向させて配置している。なお、図示していないが、第１金型40、第２金型50、第３金型60は、それぞれ所要の支持基台に支持されており、後述するように、回転可能または所定方向に進退移動可能としている。
【００４２】
円柱状とした第１金型40には、周面41に断面凹形状の収容溝42を周回状に設けている。収容溝42の幅寸法は、本実施形態では長手状の平板体とした被処理物Ｍの幅寸法と同じとし、収容溝42内に被処理物Ｍを配設可能としている。なお、本実施形態では、第１金型40に収容溝42を１本だけ設けているが、収容溝42は１本に限定するものではなく、複数本設けてもよい。
【００４３】
第１金型40には、中心位置に回転軸46を設けており、この回転軸46には駆動モータ45の出力軸を連動連結して、第１金型40を回転軸46回りに回転可能としている。
【００４４】
第２金型50には、第１金型40の周面41と対向した対向面51に、収容溝42に挿入可能とした断面凸形状の凸条部52を設けている。本実施形態では、対向面51を第１金型40の周面41に略沿った湾曲面としているが、対向面51は必ずしも湾曲している必要はない。一方、凸条部52の頂部の平面は、第１金型40の収容溝42の湾曲した底面43と重なり合う湾曲面としている。
【００４５】
また、第２金型50には、油圧シリンダ53のロッド54を接続し、油圧シリンダ53によって第２金型50を第１金型40に向けて押出させて凸条部52を収容溝42に挿入し、凸条部52で収容溝42内の被処理物Ｍを挟持して押圧可能としている。
【００４６】
第３金型60には、第１金型40の周面41と対向した対向面61に、収容溝42に挿入可能とした断面凸形状の凸条部62を設けている。本実施形態では、対向面61を第１金型40の周面41に略沿った湾曲面としているが、対向面61は必ずしも湾曲している必要はない。一方、凸条部62の頂部の平面は、第１金型40の収容溝42の湾曲した底面43と重なり合う湾曲面としている。
【００４７】
また、第３金型60には、油圧シリンダ63のロッド64を接続し、油圧シリンダ63によって第３金型60を第１金型40に向けて押出させて凸条部42を収容溝42に挿入し、凸条部62で収容溝42内の被処理物Ｍを挟持して押圧可能としている。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態では、第２金型50の凸条部52の幅寸法を第１金型40の収容溝42の幅寸法とほぼ同一として、凸条部52を収容溝42に挿入可能とし、また、第３金型60の凸条部62の幅寸法を第１金型40の収容溝42の幅寸法とほぼ同一として、凸条部62を収容溝42に挿入可能としているが、凹凸形状をそれぞれ逆にしてもよく、さらには、どちらにも収容溝を設けた凹凹形状としてもよい。また、前述したように、第１金型40に複数本の収容溝42を設けた場合には、第２金型20及び第３金型30には収容溝42の本数に対応した複数の凸状部52,62を設けている。あるいは、第１金型40、第２金型50、第３金型60には凹凸形状を設けずに、第１金型40、第２金型50、第３金型60の側方にそれぞれガイド用の金型を設けて、このガイド用の金型と、第１金型40、第２金型50、または第３金型60とにより被処理物Ｍを収容する凹状の収容部を形成してもよい。
【００４９】
ひずみ印加装置A2で加工処理される被処理物Ｍはマグネシウム合金としているが、第１実施形態のひずみ印加装置A1の場合と同様に、被処理物Ｍはひずみを加えることにより構造特性及び／または機能特性が向上する組織を含有していれば何であってもよく、第１金型10の収容溝42の幅寸法と等幅で、所定長さの平板体となっていればよい。
【００５０】
このように構成したひずみ印加装置A2で被処理物Ｍを加工処理する場合には、まず、第１金型40と第２金型50の間における収容溝42と、第１金型40と第３金型60の間における収容溝42にそれぞれ被処理物Ｍを挿入し、次いで、第２金型50の凸条部52を収容溝42に挿入するとともに、第３金型60の凸条部62を収容溝42に挿入して、第１金型40と第２金型50とで収容溝42内の被処理物Ｍを挟持して押圧するとともに、第１金型40と第３金型60とで収容溝42内の被処理物Ｍを挟持して押圧する。
【００５１】
このとき、第２金型50による押圧方向と、第３金型60による押圧方向とを同一の仮想直線上で互いに反対方向とすることにより、第１金型40には被処理物Ｍを押圧する押圧手段を何ら設けることなく、被処理物Ｍを押圧することができる。また、第２金型50と第３金型60のそれぞれに油圧シリンダ53,63を設けるのではなく、いずれか一方にだけ設けて反作用を利用しながら被処理物Ｍをそれぞれ押圧してもよい。
【００５２】
第１金型40を介した第２金型50と第３金型60による被処理物Ｍの押圧は、1.0GPa程度の圧力以上であることが望ましい。
【００５３】
被処理物Ｍを押圧して所要の加圧状態とした後、ひずみ印加装置A2は、駆動モータ45によって第１金型40を回転させることにより、第１金型40を第２金型50及び第３金型60に対して被処理物Ｍの長手方向に変位させる。ここで、第１金型40には、被処理物Ｍを加圧するための加圧手段を設けておらず、駆動モータ45による変位手段だけを設けていることにより、変位手段を簡潔に構成することができ、第１金型40を変位させやすく、しかも第１金型40の変位量の制御を行いやすくすることができる。
【００５４】
被処理物Ｍでは、被処理物Ｍの組織の大きさが所定の以下となると、第２金型50と第３金型60による被処理物Ｍの加圧条件を変更しない限り金属組織のさらなる微細化ができないため、第２金型50と第３金型60による被処理物Ｍの加圧条件、及び被処理物Ｍの厚み寸法から特定される所定の変位量だけ第１金型40を変位させるだけでよい。
【００５５】
本実施形態のひずみ印加装置A2では、第１金型40の回転量を調整するだけで第２金型50及び第３金型60に対する変位量を調整でき、しかも、第１金型40を必要なだけ回転させることにより、変位量をいくらでも大きくすることができるので、変位量に上限がなく、任意の変位を生じさせて、被処理物Ｍに所要の剪断ひずみを加えることができる。なお、第１金型40は一方方向にだけ回転させるだけでなく、逆方向に回転させてもよく、第１金型40を交互に正転・逆転させることにより変位量を大きくしてもよい。
【００５６】
特に、被処理物Ｍの厚み寸法が大きくなると、第１金型40を第２金型50及び第３金型60に対してより大きく変位させる必要があるが、第１金型40の回転を制御するだけで容易に対応でき、厚肉の被処理物Ｍの金属組織を微細化することができる。
【００５７】
第２金型50及び第３金型60に対して第１金型10を所定の角度だけ回転させて被処理物Ｍに剪断ひずみを加えた後、ひずみ印加装置A2は、第２金型50及び第３金型60をそれぞれ第１金型40から後退させ、被処理物Ｍを収容溝42からそれぞれ引き出している。ここで、被処理物Ｍは、図３に示すように、第２金型50や第３金型60の長さよりも長くしておくことにより、ひずみ印加装置A2は、加工処理された分だけ被処理物Ｍを送って、被処理物Ｍの未処理部分を収容溝42にそれぞれ挿入して、連続的に処理可能としている。
【００５８】
あるいは、被処理物Ｍは、第１金型40の収容溝42部分に１回転状に配設可能な長さとして、収容溝42部分に１回転状に配設し、第１金型40に対する第２金型50及び第３金型60による挟持位置を逐次ずらしながら被処理物Ｍに剪断ひずみを加えて金属組織を微細化してもよい。あるいは、第２金型50と第３金型60とで第１金型40の全周を覆うことにより、被処理物Ｍを第１金型40の全円周上にわたって挟持して、第１金型40を連続的に回転させて被処理物Ｍに剪断ひずみを加えて金属組織を微細化してもよい。
【００５９】
この場合、被処理物Ｍを押圧する金型として、第２金型50と第３金型60だけでなく、第１金型40の周囲に第２金型50や第３金型60と同等の複数の金型を配置して、例えば被処理物Ｍ全体を均等に加圧しながら第１金型40を回転させてもよい。
【００６０】
本実施形態のひずみ印加装置A2でも、非加熱状態下で被処理物Ｍに剪断ひずみを加えているが、必要に応じて第１金型40、第２金型50、第３金型60にはヒータなどの加熱手段を設けて、被処理物Ｍを所定の温度として剪断ひずみを加えてもよい。
【００６１】
このように、ひずみ印加装置A1,A2では、被処理物Ｍを長手状の平板体として、この被処理物Ｍの長手方向と直交する方向を挟持方向として被処理物Ｍを挟持した第１金型10,40を、第２金型20,50及び第３金型30,60に対して被処理物Ｍの長手方向に変位させて被処理物Ｍに剪断ひずみを加えることにより、被処理物Ｍに対して均一に剪断ひずみを加えることができるので、被処理物Ｍ中の金属組織を均一に微細化できるだけでなく、被処理物Ｍ中の組織の構造特性及び／または機能特性を均一に向上させることが期待できる。
【００６２】
特に、ひずみ印加装置A1,A2では、第２金型20,50と第３金型30,60を、第１金型10,40を挟んで対向させて配置し、第２金型20,50と第３金型30,60をそれぞれ第１金型10,40に向けて押送することにより、第１金型10,40には被処理物Ｍを押圧するための押圧手段を設ける必要がなく、第１金型10,40を被処理物Ｍの長手方向に変位させる変位手段だけを設ければよいので、ひずみ印加装置A1,A2の構造を簡潔として、低コストのひずみ印加装置A1,A2を提供できる。
【００６３】
さらに、第２実施形態のひずみ印加装置A2のように、第１金型40を円柱状として、この第１金型40の周面部分を押圧面として用いることにより、被処理物Ｍの長手方向への変位における変位量を無限大とすることができ、コンパクトでありながら被処理物Ｍに極めて大きな剪断ひずみを加えることができるひずみ印加装置A2を提供できる。
【００６４】
図５は、第３実施形態のひずみ印加装置A3の概略説明図である。第３実施形態のひずみ印加装置A3は、第２実施形態のひずみ印加装置A2と基本構成を同じとしているが、第２実施形態のひずみ印加装置A2がバッチ処理的に被処理物Ｍにひずみを加えているのに対して、連続的にひずみを加えることができるようにしたものである。
【００６５】
第３実施形態のひずみ印加装置A3では、円柱状とした第１金型40'と、この第１金型40'の周面41'に対向させて配置した第２金型50'、及び第１金型40'の周面41'に対向させて配置した第３金型60'を備えており、第２金型50'と第３金型60'は第１金型40'を挟んで対向させて配置している。なお、図示していないが、第１金型40'、第２金型50'、第３金型60'は、それぞれ所要の支持基台に支持されており、後述するように、回転可能または所定方向に進退移動可能としている。なお、本実施形態では、第１金型40'を挟んで対向させて第２金型50'と第３金型60'の２つ１組の金型を設けているが、第１金型40'を挟んで対向させて配置される２つ１組の金型を複数組設けてもよい。
【００６６】
円柱状とした第１金型40'には、周面41'に断面凹形状の凹部42'を螺旋状に設けている。凹部42'の幅寸法は、本実施形態では長手状の平板体とした被処理物Ｍの幅寸法と同じとし、凹部42'内に被処理物Ｍを配設可能としている。
【００６７】
第１金型40には、中心位置に回転軸46'を設けており、この回転軸46'には駆動モータ45'の出力軸を連動連結して、第１金型40'を回転軸46'回りに回転可能としている。
【００６８】
第２金型50'には、第１金型40'の周面41'と対向する円周状に窪ませた対向面51'を設けている。対向面51'は、第１金型40'の周面41'に略沿った一様な湾曲面としている。特に、対向面51'は、第１金型40'の凹部42'の部分と対向する領域と、凹部42'以外の部分と対向した領域を連続面として、一様な湾曲面としている。
【００６９】
また、第２金型50'には、油圧シリンダ53'のロッド54'を接続し、油圧シリンダ53'によって第２金型50'を第１金型40'に向けて押出させて対向面51'を第１金型40'の周面41'に当接させることにより、第１金型40'の凹部42'内に配設した被処理物Ｍを第２金型50'と第１金型40'とで挟持して押圧可能としている。
【００７０】
第３金型60'には、第１金型40'の周面41'と対向する円周状に窪ませた対向面61'を設けている。対向面61'は、第１金型40'の周面41'に略沿った一様な湾曲面としている。特に、対向面61'は、第１金型40'の凹部42'の部分と対向する領域と、凹部42'以外の部分と対向した領域を連続面として、一様な湾曲面としている。
【００７１】
また、第３金型60'には、油圧シリンダ63'のロッド64'を接続し、油圧シリンダ63'によって第３金型60'を第１金型40'に向けて押出させて対向面61'を第１金型40'の周面41'に当接させることにより、第１金型40'の凹部42'内に配設した被処理物Ｍを第３金型50'と第１金型40'とで挟持して押圧可能としている。
【００７２】
このように構成したひずみ印加装置A3で被処理物Ｍを加工処理する場合には、まず、第１金型40'に設けた螺旋状の凹部42'に被処理物Ｍを挿入しながら第１金型40'に巻き付け、第１金型40'と第２金型50'とで凹部42'内の被処理物Ｍを挟持して押圧するとともに、第１金型40'と第３金型60'とで凹部42'内の被処理物Ｍを挟持して押圧する。
【００７３】
このとき、第２金型50'による押圧方向と、第３金型60'による押圧方向とを同一の仮想直線上で互いに反対方向とすることにより、第１金型40'には被処理物Ｍを押圧する押圧手段を何ら設けることなく、被処理物Ｍを押圧することができる。また、第２金型50'と第３金型60'のそれぞれに油圧シリンダ53',63'を設けるのではなく、いずれか一方にだけ設けて反作用を利用しながら被処理物Ｍをそれぞれ押圧してもよい。
【００７４】
第１金型40'を介した第２金型50'と第３金型60'による被処理物Ｍの押圧は、1.0GPa程度の圧力以上であることが望ましい。
【００７５】
被処理物Ｍを押圧して所要の加圧状態とした後、ひずみ印加装置A3は、駆動モータ45'によって第１金型40'を回転させることにより、第１金型40'を第２金型50'及び第３金型60'に対して被処理物Ｍの長手方向に変位させる。ここで、第１金型40'には、被処理物Ｍを加圧するための加圧手段を設けておらず、駆動モータ45'による変位手段だけを設けていることにより、変位手段を簡潔に構成することができ、第１金型40'を変位させやすくすることができる。
【００７６】
しかも、被処理物Ｍは、図６に示すように、第１金型40'に螺旋状に巻き付けた状態となっており、第１金型40'を回転させることにより、被処理物Ｍの第１金型40'への巻き込み作用を生じさせて、被処理物Ｍを連続的に送給することができる。
【００７７】
特に、第２金型50'及び第３金型60'では、第１金型40'の周面41'に対向させた対向面51',61'を一様な円周状の湾曲面としているので、回転する第１金型40'によって第２金型50'及び第３金型60'の移動が生じることがなく、所定の位置に居続けることができる。したがって、被処理物Ｍの連続処理を可能とすることができる。
【００７８】
本実施形態のひずみ印加装置A3でも、非加熱状態下で被処理物Ｍに剪断ひずみを加えているが、必要に応じて第１金型40'、第２金型50'、第３金型60'にはヒータなどの加熱手段を設けて、被処理物Ｍを所定の温度として剪断ひずみを加えてもよい。
【００７９】
図７は、第４実施形態のひずみ印加装置A4に用いる第１金型70の斜視図である。第４実施形態のひずみ印加装置A4は、図８に示すように、互いに対向させて配置した第１金型70と第２金型80とで被処理物を挟持して、押圧しながら第１金型70と第２金型80のいずれか一方を回転させて、あるいは両方を互いに逆方向に回転させて被処理物にひずみを加えているものである。
【００８０】
具体的には、図７に示すように、第１金型70には、第２金型80と対向して被処理物を挟持する挟持面71に被処理物が挿入されるリング状とした複数のリング状凹部72を互いに同心として複数設けている。本実施形態では、中央側から、第１リング状凹部72-1と、第２リング状凹部72-2と、第３リング状凹部72-3の３つのリング状凹部72を設けている。なお、リング状凹部72は３つに限定するものではなく、３つ以上としてもよい。
【００８１】
さらに、第１リング状凹部72-1の内側には、円形状に窪ませた中央凹部73を設けている。
【００８２】
図示していないが、本実施形態では、第１金型70には、この第１金型70を、第１〜３リング状凹部72-1〜3の中心を通る回転軸回りに回転させる駆動部を設けている。第１〜３リング状凹部72-1〜3の中心を通る回転軸回りに第１金型70を回転させることによって、第１〜３リング状凹部72-1〜3にそれぞれ挿入された被処理物を長手方向に変位させることとしている。
【００８３】
また、本実施形態では、第２金型80は、第１金型70と同一構造とし、第２金型80には、第１金型70と対向して被処理物を挟持する挟持面81に被処理物がそれぞれ挿入される第１リング状凹部82-1と、第２リング状凹部82-2と、第３リング状凹部82-3の３つのリング状凹部82を互いに同心として設けている。さらに、第１リング状凹部82-1の内側には、円形状に窪ませた中央凹部83を設けている。
【００８４】
第１金型70の第１〜３リング状凹部72-1〜3と、第２金型80の第１〜３リング状凹部82-1〜3は、図８に示すように、互いに対向させている。なお、第１金型70と第２金型80の両方にそれぞれリング状凹部72,82を設けて互いに対向させる必要はなく、一方を平面状あるいは凸状としてもよい。
【００８５】
図示していないが、本実施形態では、第２金型80は、この第２金型80を第１金型70に当接させて押圧させる加圧装置に装着している。
【００８６】
このように構成したひずみ印加装置A4で被処理物Ｍを加工処理する場合には、まず、第１金型70の第１〜３リング状凹部72-1〜3、及び中央凹部73に、それぞれリング状とした被処理物、及び円盤状とした被処理物を挿入し、第１金型70と第２金型80とで各被処理物を挟持して押圧し、第１金型70を第２金型80に対して回転させることにより、各被処理物にひずみを加えている。
【００８７】
このように、回転によって被処理物にひずみを加える場合には、回転軸から離れるにつれて大きなひずみが作用するため、回転軸に近い被処理物と、回転軸から遠い被処理物とでは、加えられるひずみの大きさが異なることとなっている。
【００８８】
そこで、本実施例では、図８に示すように、外側に位置するリング状凹部72,82の凹部の深さ寸法を、内側に位置するリング状凹部72,82の凹部の深さ寸法よりも大きくすることにより、回転軸から遠い被処理物に加えられるひずみの大きさを低減させることができる。したがって、各リング状凹部72,82内の被処理物に加えられるひずみの大きさの差を低減させて、各被処理物に加えられるひずみ大きさを均一化できることが期待できる。
【００８９】
なお、リング状凹部72,82の凹部の深さ寸法は、必ずしも内側を浅く、外側を深くする必要はなく、逆に、内側を深く、外側を浅くしてもよいし、あるいは全て同じ深さとしてもよい。
【００９０】
また、第１金型70の挟持面71と、第２金型80の挟持面81のいずれか一方を平面とした場合には、他方の挟持面71,81に設けるリング状凹部72,82を螺旋状としてもよい。
【００９１】
第１金型70を回転させている駆動部17は、第１金型70を一方の方向に回転させる正回転と、逆の方向に回転させる逆回転とを可能として、正回転と逆回転とを交互に切替え可能としてもよい。
【００９２】
第１金型70を回転させることにより被処理物にひずみを加えた後、第２金型80を第１金型70から離隔して、被処理物の取り出しを行っている。
【００９３】
このようにリング状凹部72,82を用いて被処理物にひずみを加える場合に、リング状凹部72,82は、処理後の形状を考慮した寸法形状としてよく、たとえば、リング状凹部72,82を細幅の溝とすることにより、本実施形態のひずみ印加装置A4でワイヤなどの線材を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図２】第１実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図３】第２実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図４】第２実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図５】第３実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図６】第３実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図７】第４実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【図８】第４実施形態のひずみ印加装置の概略説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ｍ    被処理物
A1,A2 ひずみ印加装置
10,40 第１金型
20,50 第２金型
30,60 第３金型
11    第１対向面
12    第２対向面
13    第１溝
14    第２溝
15    油圧シリンダ
16    ロッド
21,31 対向面
22,32 凸条部
23,33 油圧シリンダ
24,34 ロッド
41    周面
42    収容溝
43    底面
45    駆動モータ
46    回転軸
51,61 対向面
52,62 凸条部
53,63 油圧シリンダ
54,64 ロッド
【図１】
0005288437.tif 000002
【図２】
0005288437.tif 000003
【図３】
0005288437.tif 000004
【図４】
0005288437.tif 000005
【図５】
0005288437.tif 000006
【図６】
0005288437.tif 000007
【図７】
0005288437.tif 000008
【図８】
0005288437.tif 000009