(57)【要約】      （修正有）【課題】素材の金属組織を微細化することにより、高強度化あるいは高延性化が達成された金属成形品を連続的に効率よく製造する金属成形方法及び金属成形設備を提供する。【解決手段】収容部に収容された素材Ｍ1を排出する排出口を有する第１の金型１０を加熱する第１の加熱工程と、収容部に収容され且つ加熱されている素材Ｍ1を加圧して、排出口から排出させる加圧・排出工程と、排出口から排出された素材Ｍ2が供給される第２の金型２０を加熱する第２の加熱工程と、第２の金型２０に素材Ｍ2を供給する供給工程と、素材Ｍ2を第２の金型２０で成形する成形工程を備え、前記加圧・排出工程では、素材Ｍ2の供給方向と交差する方向から素材Ｍ1を加圧して剪断変形させ、素材Ｍ1の金属組織を微細化する。【選択図】図４
2009274126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属組織を有する素材が収容される収容部と、当該収容部に収容された前記素材を外部に排出する排出口を有する第１の金型を加熱する第１の加熱工程と、
前記収容部に収容され且つ加熱されている前記素材を加圧して、前記排出口から排出させる加圧・排出工程と、
前記加熱された第２の金型に、前記排出口から排出され且つ加熱されている素材を供給する供給工程と、
前記第２の金型に供給された素材を当該第２の金型で成形する成形工程と、
を備え、
前記加圧・排出工程では、前記第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向から前記素材を加圧し、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化する金属成形方法。
【請求項２】
前記排出口から排出された素材が供給される第２の金型の温度を調整する温度調整工程をさらに備えた請求項１記載の金属成形方法。
【請求項３】
前記温度調整工程は、前記第２の金型を加熱する第２の加熱工程である請求項２記載の金属成形方法。
【請求項４】
前記加圧・排出工程では、前記第２の金型に供給される素材の供給方向に対し、３０度以上、８０度以下の角度で交差する方向に前記素材を加圧する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の金属成形方法。
【請求項５】
前記第１の金型は、第１の上型と、第１の下型を備え、
前記第１の上型と、第１の下型を当接させる第１の当接工程をさらに備え、
前記第１の当接工程後、前記加圧・排出工程を行う請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の金属成形方法。
【請求項６】
前記第１の金型の排出口に配設され、前記第２の金型に供給される素材の形状を画定する第３の金型をさらに備え、
前記第３の金型を加熱する第３の加熱工程をさらに備えた請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の金属成形方法。
【請求項７】
前記第３の金型は、前記第１の上型に配設される第３の上型と、前記第１の下型に配設される第３の下型を備え、
前記第１の当接工程は、前記第３の上型と第３の下型を、前記第１の上型及び第１の下型と共に当接させる請求項６記載の金属成形方法。
【請求項８】
前記第２の金型は、第２の上型と、第２の下型を備え、
前記成形工程では、前記第２の上型と第２の下型との間に供給された素材を成形する請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の金属成形方法。
【請求項９】
前記加圧・排出工程では、前記収容部に収容された略柱状の素材を加圧し、前記排出口から略板状の素材を排出する請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の金属成形方法。
【請求項１０】
金属組織を有する素材が収容される収容部と、当該収容部に収容された前記素材を外部に排出する排出口が形成された第１の金型と、
前記第１の金型を所定温度に加熱する第１の加熱装置と、
前記前記収容部に収容された素材を加圧して、前記排出口から排出させる加圧装置と、
前記排出口から排出された素材が供給される第２の金型と、
を備え、
前記収容部は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向に延設されており、前記加圧装置は、当該交差する方向から前記素材を加圧し、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化する金属成形設備。
【請求項１１】
前記第２の金型を所定温度に調整する温度調整装置をさらに備えてなる請求項１０記載の金属成形設備。
【請求項１２】
前記温度調整装置が、前記第２の金型を加熱する第２の加熱装置である請求項１１記載の金属成形設備。
【請求項１３】
前記加圧装置は、前記収容部に挿入され、前記素材を加圧する加圧部を備えてなる請求項１０ないし請求項１２のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【請求項１４】
前記収容部は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向に対し、３０度以上、８０度以下の角度で交差する方向に傾斜して配設されてなり、
前記加圧部は、前記収容部の傾斜方向に沿って前記素材を加圧する請求項１３記載の金属成形設備。
【請求項１５】
前記第１の金型は、第１の上型と第１の下型を備えてなり、前記排出口は、当該第１の上型と第１の下型とを当接した際に形成される空間によって画定されてなる請求項１０ないし請求項１４のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【請求項１６】
前記第１の金型の排出口に配設され、前記第２の金型に供給される素材の形状を画定する第３の金型をさらに備えてなる請求項１０ないし請求項１５のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【請求項１７】
前記第１の金型は、第１の上型と第１の下型を備えてなり、
前記第３の金型は、当該第１の上型に配設される第３の上型と、当該第１の下型に配設される第３の下型を備えてなり、前記第３の上型と第３の下型とを当接した際に形成される空間によって前記排出口を画定し、前記第２の金型に供給される素材の形状を画定する請求項１０ないし請求項１６のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【請求項１８】
前記第３の金型を所定温度に加熱する第３の加熱装置をさらに備えた請求項１６または請求項１７記載の金属成形設備。
【請求項１９】
前記第２の金型は、第２の上型と、第２の下型を備えてなり、当該第２の上型と第２の下型との間に、前記排出口から供給された素材を受容する請求項１０ないし請求項１８のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【請求項２０】
前記収容部は、前記第１の金型の内壁によって画定される略柱状の中空部からなる請求項１０ないし請求項１９のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【請求項２１】
前記第３の金型は、前記素材を略板状に成形する請求項１６ないし請求項２０のいずれか一項に記載の金属成形設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属組織を有する素材の金属組織を微細化することにより、高強度化あるいは高延性化、あるいは均質化が達成された金属成形品を製造する金属成形方法及び金属成形設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属体や金属含有セラミックス体等の素材は、金属組織を有しているが、ＥＣＡＰ（Equal-Channel Angular Pressing）法によって金属組織を微細化することにより、前記素材の強度の向上あるいは延性の向上が可能であることが知られている。このＥＣＡＰ法は、図２１に示すように、ダイ１００に所要の角度に屈曲させた挿通路２００を設けておき、この挿通路２００に所要の金属体３００をプランジャ４００によって押圧しながら挿通させることで、金属体３００を挿通路２００に沿って屈曲させ、この屈曲に伴って金属体３００に剪断応力を生起させて金属組織を微細化するものである。
【０００３】
このようなＥＣＡＰ法を利用した金属加工方法として、例えば、金属体に剪断応力が作用する挿通路の剪断変形領域を局部的に加熱して、この加熱によって金属体の剪断変形部分の変形抵抗を低減させることによりプランジャで金属体を押圧する力を小さくし、加工性を向上させることが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、金属体の一部分の金属組織のみを微細化する方法として、回転子の端部軸線上に設けたプローブを金属体の所要の位置に当接させて押圧し、回転子を回転させることによって金属体のプローブとの当接部分を摩擦攪拌する方法が知られている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
そしてまた、金属組織が微細化された金属体を大量に製造する方法として、所定組成の低炭素鋼または低炭素合金鋼において、所要の高温状態から冷却する過程で断面積減少率を６０％以上とする加工方法も知られている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらにまた、金属体に変形抵抗を局部的に低下させた低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域の一部分を剪断変形させて前記金属体の金属組織を微細化することにより、剪断変形を低変形抵抗領域の一部分に集中して生じさせ、その部分における金属組織を極めて微細化して、金属体の強度の向上あるいは延性の向上を図る金属加工方法も紹介されている。（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２１８２５号公報
【特許文献２】特開平１１−５１１０３号公報
【特許文献３】特開平１１−３２３４８１号公報
【特許文献４】特許第４００２２７３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、前述した特許文献１に開示されているように、剪断変形領域を加熱した場合には、剪断変形領域を通過した金属体は所定温度に加熱されたままとなっており、挿通路から押出された金属体は全体的に変形抵抗が低下している。したがって、金属体を連続して挿通路に挿通させて剪断応力を繰り返し作用させるためには、金属体が所定温度以下となり、変形抵抗が大きくなるまで冷却するための冷却時間が必要である。このため、金属体に対して冷却時間よりも短い時間で連続的にＥＣＡＰ法による処理を行うことができず、生産性が極めて低いというのが実状である。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているように、プローブとの摩擦を利用した方法は、処理の高速化が極めて困難であるため、ＥＣＡＰ法の場合と同様に量産性に乏しいという問題がある。
【０００９】
そしてまた、特許文献３に開示されている方法が適用可能な金属体は、特殊組成の低炭素鋼または低炭素合金鋼であって、それ以外の組成の金属体にはこの方法を適用することができない。
【００１０】
さらにまた、特許文献４に開示されている加工方法は、金属組織を微細化することにより高強度化あるいは高延性化を図った各種の金属体あるいは金属含有セラミックス体を連続的に形成することについて開示されているが、素材の金属組織を微細化しながら金属成形品を製造する方法については言及されていない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、素材の金属組織を微細化することにより、高強度化あるいは高延性化が達成された金属成形品を連続的に効率よく製造する金属成形方法及び金属成形設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため本発明は、金属組織を有する素材が収容される収容部と、当該収容部に収容された前記素材を外部に排出する排出口を有する第１の金型を加熱する第１の加熱工程と、前記収容部に収容され且つ加熱されている前記素材を加圧して、前記排出口から排出させる加圧・排出工程と、前記加熱された第２の金型に、前記排出口から排出され且つ加熱されている素材を供給する供給工程と、前記第２の金型に供給された素材を当該第２の金型で成形する成形工程と、を備え、前記加圧・排出工程では、前記第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向から前記素材を加圧し、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化する金属成形方法を提供するものである。
【００１３】
この金属成形方法によれば、第１の加熱工程によって、前記素材の変形抵抗を低下させることができ、加圧・排出工程において、変形抵抗が低下している素材を、前記第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向から加圧するため、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化することができる。したがって、前記排出口から排出される素材の高強度化あるいは高延性化を行うことができる。また、成形工程において、第２の金型に供給される素材は、前記加圧・排出工程で高強度化あるいは高延性化がなされた素材であるため、高強度化あるいは高延性化が達成された金属成形品を連続的に効率よく得ることができる。
【００１４】
また、本発明にかかる金属成形方法は、前記排出口から排出された素材が供給される第２の金型の温度を調整する温度調整工程をさらに備えることができる。この温度調整工程は、前記第２の金型を加熱する第２の加熱工程であってもよく、第１の金型により加熱された素材を冷却する工程であってもよい。すなわち、この温度調整工程は、素材の種類や最終的に得たい製品の品質等に応じて、第１の金型により加熱された素材をさらに加熱する、あるいは当該素材の温度を維持する、当該素材を冷却する等、任意に選択することができる。
【００１５】
前記加圧・排出工程において、前記素材を加圧する方向は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向に対し、３０度以上、８０度以下の角度で交差する方向とすることが、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化するうえで、さらに好ましい。また、前記素材を加圧する方向は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向に対し、約４５度の角度で交差する方向とすることが、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化するうえで、より一層好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかる金属成形方法は、前記第１の金型が、第１の上型と第１の下型を備えてなり、前記第１の上型と、第１の下型を当接させる第１の当接工程をさらに有し、前記第１の当接工程後、前記加圧・排出工程を行うことができる。この方法によれば、第１の当接工程で、第１の上型と第１の下型とが当接した際に形成される空間によって、前記排出口を画定することができる。
【００１７】
そしてまた、本発明にかかる金属成形方法は、前記第１の金型の排出口に配設され、前記第２の金型に供給される素材の形状を画定する第３の金型をさらに備え、前記第３の金型を加熱する第３の加熱工程をさらに有することができる。この方法によれば、第２の金型に供給される素材の形状を第３の金型によって画定する際に、当該素材を加熱することができるため、当該素材の金属組織をさらに効率よく微細化することができる。
【００１８】
また、本発明にかかる金属成形方法は、前記第３の金型が、前記第１の上型に配設される第３の上型と、前記第１の下型に配設される第３の下型を備えてなり、前記第１の当接工程では、前記第３の上型と第３の下型を、前記第１の上型及び第１の下型と共に当接させることができる。
【００１９】
さらにまた、本発明にかかる金属成形方法は、前記第２の金型が、第２の上型と第２の下型を備えてなり、前記成形工程では、前記第２の上型と第２の下型との間に供給された素材を成形することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明にかかる金属成形方法は、加圧・排出工程において、収容部に収容された略柱状の素材を加圧し、前記排出口から略板状の素材を排出することができる。すなわち、本発明にかかる金属成形方法は、従来、困難とされていた略円柱状から略板状への加工を、簡単に行うことができる。
【００２１】
また、前記目的を達成するため本発明は、金属組織を有する素材が収容される収容部、及び当該収容部に収容された前記素材を外部に排出する排出口が形成された第１の金型と、前記第１の金型を所定温度に加熱する第１の加熱装置と、前記前記収容部に収容された素材を加圧して、前記排出口から排出させる加圧装置と、前記排出口から排出された素材が供給される第２の金型と、を備え、前記収容部は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向に延設されており、前記加圧装置は、当該交差する方向から前記素材を加圧し、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化する金属成形設備を提供するものである。
【００２２】
この構成を備えた金属成形設備は、第１の金型に収容されている素材を第１の加熱装置によって加熱することができるため、当該素材の変形抵抗を低下させることができ、この変形抵抗が低下した素材を前記加圧装置で加圧することにより、当該素材を排出口から排出させることができる。ここで、前記収容部は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向に延設されており、前記加圧装置は、当該交差する方向から前記素材を加圧するため、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化することができる。したがって、金属組織が微細化された素材を前記排出口から排出し、第２の金型に供給することができる。したがって、高強度化あるいは高延性化が達成された金属成形品を連続的に効率よく得ることができる。
【００２３】
また、本発明にかかる金属成形設備は、前記第２の金型を所定温度に調整する温度調整装置をさらに備えることができる。この温度調整装置は、前記第２の金型を加熱する第２の加熱装置であってもよく、第１の金型により加熱された素材を冷却する冷却装置であってもよい。すなわち、この温度調整装置は、素材の種類や最終的に得たい製品の品質等に応じて、第１の金型により加熱された素材をさらに加熱する装置、あるいは当該素材の温度を維持す装置、当該素材を冷却する装置等、任意に選択することができる。
【００２４】
そしてまた、前記加圧装置は、前記収容部に挿入され、前記素材を加圧する加圧部を備えることができる。
【００２５】
また、本発明にかかる金属成形設備は、前記収容部が、前記第２の金型に供給される素材の供給方向に対し、３０度以上、８０度以下の角度で交差する方向に傾斜して配設され、前記加圧部は、前記収容部の傾斜方向に沿って前記素材を加圧するよう構成することもできる。このように、加圧方向を傾斜させることで、当該素材をより効率よく剪断変形させて金属組織の微細化することができ、高強度化あるいは高延性化が一層向上した金属成形品を得ることができる。また、前記素材を加圧する方向は、前記第２の金型に供給される素材の供給方向に対し、約４５度の角度で交差する方向とすることが、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化するうえで、より一層好ましい。
【００２６】
そしてまた、本発明にかかる金属成形設備は、前記第１の金型が、第１の上型と第１の下型を備えており、前記排出口は、当該第１の上型と第１の下型とを当接した際に形成される空間によって画定されるよう構成することもできる。
【００２７】
また、本発明にかかる金属成形設備は、前記第１の金型の排出口に配設され、前記第２の金型に供給される素材の形状を画定する第３の金型をさらに備えることもできる。
【００２８】
さらにまた、本発明にかかる金属成形設備は、前記第１の金型が、第１の上型と第１の下型を備えており、前記第３の金型は、当該第１の上型に配設される第３の上型と、当該第１の下型に配設される第３の下型を備えてなり、前記第３の上型と第３の下型とを当接した際に形成される空間によって前記排出口を画定し、前記第２の金型に供給される素材の形状を画定するよう構成することもできる。
【００２９】
また、本発明にかかる金属成形設備は、前記第３の金型を所定温度に加熱する第３の加熱装置をさらに備えることができる。このように構成することで、第２の金型に供給される素材の形状を第３の金型によって画定する際に、当該第３の金型を第３の加熱装置によって加熱することができるため、素材も加熱され、前記排出口から排出される素材の金属組織をさらに効率よく微細化することができる。
【００３０】
そしてまた、本発明にかかる金属成形設備は、前記第２の金型は、第２の上型と、第２の下型を備えてなり、当該第２の上型と第２の下型との間に、前記排出口から供給された素材を受容するよう構成することもできる。
【００３１】
また、前記収容部は、前記第１の金型の内壁によって画定される略柱状の中空部から構成することもできる。さらにまた、前記第３の金型は、前記素材を略板状に成形することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明にかかる金属成形方法及び金属成形設備によれば、変形抵抗を低下させた素材を、第２の金型に供給される素材の供給方向と交差する方向から加圧するため、当該素材を剪断変形させて前記金属組織を微細化することができる。この結果、高強度化あるいは高延性化が達成された金属成形品を連続的に効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる金属成形方法及び金属成形設備について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００３４】
図１は、本実施の形態にかかる金属成形方法を実施するための金属成形設備を模式的に示す断面図、図２〜図６は、図１に示す金属成形設備を使用して本実施の形態にかかる金属成形方法を実施する際の各工程を模式的に示す断面図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載してある。また、本実施の形態では、上型が配設される方向を「上」、下型が配設される方向を「下」と定義してあるが、一対の型は、上下方向に限らず、左右方向等、任意の位置に配設することができる。
【００３５】
図１に示すように、本実施の形態にかかる金属成形設備１は、金属組織を有する素材Ｍ1を収容する収容部１３と、収容部１３の下端に形成された排出口１４を有する第１の金型１０と、第１の金型１０の排出口１４から排出された素材Ｍ2が供給される第２の金型２０と、第１の金型１０に配設された第３の金型３０と、第１の金型１０を加熱する第１の加熱装置４０と、収容部１３に収容された素材Ｍ1を加圧する加圧装置５０と、第２の金型２０を加熱する第２の加熱装置６０と、を備えて構成されている。
【００３６】
第１の金型１０は、上下一対の金型である第１の上型１１と第１の下型１２とを備えている。第１の上型１１と第１の下型１２の少なくとも一方には、図示しない金型駆動装置が接続されており、第１の上型１１と第１の下型１２は、この金型駆動装置により、互いに近づく方向（当接する方向）及び遠ざかる方向に相対移動可能となっている。また、第１の上型１１と第１の下型１２は、互いに当接した状態で、後に詳述する第２の金型２０を配設するための空間１８を形成するよう構成されている。
【００３７】
第１の上型１１には、金属組織を有する素材Ｍ1（図２〜図４参照）が収容される収容部１３が形成されており、収容部１３の下端には、収容部１３に連通する排出口１４が形成されている。収容部１３は、第１の上型１１の内壁によって画定される略円柱状の中空部から形成されており、この中空部は、第２の金型２０に供給される素材Ｍ2（図２〜図６参照）の供給方向（図１に矢印Ｘで示す方向）に対し、図１に示す角度α（本実施の形態では約４５度）で交差するよう傾斜している。また、収容部１３の上部には、後に詳述する加圧装置５０の構成要素であるプランジャ５１が進退可能に挿入されており、収容部１３に収容された素材Ｍ1を、収容部１３の内壁に沿って所望の圧力で加圧するようになっている。さらにまた、第１の上型１１には、後に詳述する第１の加熱装置４０の構成要素であるヒータ４１が配設されている。また、第１の上型１１の第１の下型１２と対向する面であって、後に詳述する第２の金型２０寄りの先端には、後に詳述する第３の上型３１が配設される配設部１５が形成されている。
【００３８】
第１の下型１２には、後に詳述する第１の加熱装置４０の構成要素であるヒータ４２が配設されている。また、第１の下型１２の第１の上型１１と対向する面であって、後に詳述する第２の金型２０の近傍には、後に詳述する第３の下型３２が配設される配設部１６が形成されている。この第１の下型１２は、第１の上型１１が当接した際に、第１の上型１１と、収容部１３の下端面と、第３の上型３１と、第３の下型３２とによって排出口１４を画定する。
【００３９】
第２の金型２０は、第１の上型１１と第１の下型１２によって形成された空間１８に配設されている。この第２の金型２０は、上下一対の金型である第２の上型２１と第２の下型２２とを備えており、第２の上型２１及び第２の下型２２には、これらを互いに近づく方向（当接する方向）及び遠ざかる方向に移動させる金型駆動装置７０のシャフト７１及び７２が各々接続されている。そして、第２の上型２１及び第２の下型２２は、金型駆動装置によって、互いに当接した際に、これらの間に供給されている素材Ｍ2を所望の形状にプレス加工して金属成型品（例えば、図９、図１７〜図２０参照）を製造する。また、第２の上型２１には、後に詳述する第２の加熱装置６０の構成要素であるヒータ６１が配設されており、第２の下型２２には、第２の加熱装置６０の構成要素であるヒータ６２が配設されている。
【００４０】
第３の金型３０は、上下一対の金型である第３の上型３１と第３の下型３２とを備えている。第３の上型３１は、第１の上型１１に形成された配設部１５に着脱可能に取付けられており、第３の下型３２は、第１の下型１２に形成された配設部１６に着脱可能に取付けられている。したがって、第３の上型３１と第３の下型３２は、第１の上型１１及び第１の下型１２が互いに相対移動する際に、これらと共に移動する。また、第３の上型３１と第３の下型３２は、前述したように、排出口１４の形状を画定するため、第３の上型３１と第３の下型３２の形状によって、第２の金型２０に供給される素材Ｍ2の形状が決定される。なお、本実施の形態では、素材Ｍ2の形状が略板状となる構成の第３の上型３１と第３の下型３２を選択した。
【００４１】
ここで、第３の上型３１及び第３の下型３２は、第１の上型１１及び第１の下型１２に各々着脱可能に取付けられているため、第２の金型２０に供給される素材Ｍ2の所望の形状にそれぞれ相補する形状を有する複数種の第３の上型３１及び第３の下型３２を用意しておけば、これらを取り替えるだけで簡単に所望の形状の素材Ｍ2を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第３の上型３１と第３の下型３２は、第１の加熱装置４０によって第１の上型１１及び第１の下型１２と同様に加熱されるが、第３の上型３１と第３の下型３２を加熱する第３の加熱装置をさらに配設してもよい。この場合は、第１の金型１０と、第３の金型３０の加熱温度を別々に制御することができる。
【００４３】
第１の加熱装置４０は、第１の上型１１に配設され、第１の上型１１を加熱するヒータ４１と、第１の下型１２に配設され、第１の下型１２を加熱するヒータ４２と、第１の上型１１及び第１の下型１２の温度をモニタし、加熱温度を制御する図示しない温度制御部を備えている。
【００４４】
加圧装置５０は、収容部１３に進退可能に挿入され且つ収容部１３に収容されている素材Ｍ1を加圧するプランジャ５１と、プランジャ５１を進退運動させる図示しない駆動部と、この駆動部に接続され、プランジャ５１が素材Ｍ1を加圧する際の圧力を制御する図示しない圧力制御部を備えている。プランジャ５１は、略円柱状を有しており、収容部１３内を進退移動する程度の隙間を、収容部１３を画定する内壁との間に形成するサイズを有している。このプランジャ５１の軸心Ｏ（図１参照）は、素材Ｍ2の供給方向（図１に矢印Ｘで示す方向）に対し、角度α（本実施の形態では約４５度）で交差するよう傾斜している。したがって、プランジャ５１は、収容部１３の傾斜方向に沿って素材Ｍ1を加圧することになる。
【００４５】
第２の加熱装置６０は、第２の上型２１に配設され、第２の上型２１を加熱するヒータ６１と、第２の下型２２に配設され、第２の下型２２を加熱するヒータ６２と、第２の上型２１及び第２の下型２２の温度をモニタし、加熱温度を制御する図示しない温度制御部を備えている。
【００４６】
次に、本実施の形態にかかる金属成形設備１を使用した金属成形方法について詳細に説明する。
【００４７】
先ず、第１の加熱装置４０を作動させ、第１の上型１１及び第１の下型１２、第３の上型３１及び第３の下型３２を約２００℃に加熱する。また、第２の加熱装置６０を作動させ、第２の上型２１及び第２の下型２２を約２００℃に加熱する。
【００４８】
次に、約２００℃に加熱されている第１の上型１１に形成された収容部１３内に略円柱形の素材Ｍ1を収容させる。（図２参照）。この時、第１の上型１１及び第１の下型１２の温度は、前述した図示しない温度制御部によりモニタされており、第１の上型１１及び第１の下型１２は、約２００℃に保持されることになる。その後、加圧装置５０のプランジャ５１を収容部１３の上部に挿入する。（図２参照）。
【００４９】
素材Ｍ1は、１種類の金属元素からなる単一金属で構成することができる。また、素材Ｍ1は、２種類以上の金属元素からなる合金で構成してもよいし、金属元素と非金属元素とからなる金属間化合物で構成してもよい。さらに、素材Ｍ1は、一様の組成となっている必要はなく、例えば、図１３に断面模式図として示すように、第１金属層１０１と、第２金属層１０２と、第３金属層１０３を積層した積層体であってもよい。この時、第１金属層１０１、第２金属層１０２、第３金属層１０３は、それぞれ所要の金属あるいは合金であればよい。第１金属層１０１と、第２金属層１０２と、第３金属層１０３とは、単に重合することにより積層体としてもよいし、めっき処理、蒸着処理あるいは圧着処理等によって積層してもよい。ここで、積層体は、３層に限定するものではなく、適宜の数だけ重合して積層体を構成してよい。
【００５０】
また、素材Ｍ1は、例えば、図１４に断面模式図として示すように、第１金属粉体１０４と、第２金属粉体１０５とを混合した混合体を所定形状に仮焼成形した仮焼体であってもよい。この時、第１金属粉体１０４と第２金属粉体１０５の２種類の粉体で仮焼体を構成するだけでなく、さらに多種の粉体を混合して仮焼体を形成してもよく、金属の粉体だけでなく非金属の粉体を混合して仮焼体を形成してもよい。
【００５１】
そしてまた、素材Ｍ1は、例えば、図１５に断面模式図として示すように、所定形状とした多孔質体１０６の孔部に金属粉体１０７を充填して形成した充填体であってもよい。なお、多孔質体には、金属粉体１０７を充填する場合だけでなく非金属粉体を充填してもよい。
【００５２】
さらにまた、素材Ｍ1は、例えば、図１６に断面模式図として示すように、複数本の第１金属線材１０８と、複数本の第２金属線材１０９とを束ねて形成した金属線束であってもよい。このとき、第１金属線材１０８と第２金属線材１０９の２種類の金属線材で金属線束を構成するだけでなく、さらに多種の金属線材を束ねて金属線束を形成してもよい。
【００５３】
このように、素材Ｍ1は、様々な形態が可能であって、後述するように剪断変形によって金属組織が微細化するのであればどのような形態であってもよい。
【００５４】
なお、本実施の形態では、素材Ｍ1は、収容部１３に好適に収容されるよう、収容部１３の形状に合った略円柱形状を有するアルミニウムを使用した。
【００５５】
次に、図示しない金型駆動装置により、第１の上型１１と第１の下型１２を互いに近づく方向（当接する方向）に相対移動させる。（図３参照）。この時、例えば、第１の下型１２を固定しておき、第１の上型１１を第１の下型１２に向けて移動させてもよく、第１の上型１１を固定しておき、第１の下型１２を第１の上型１１に向けて移動させてもよい。または、第１の上型１１と第１の下型１２の両者を移動させてもよい。このようにして、第１の上型１１と第１の下型１２を当接させることで、図３に示すように、第１の上型１１と、第１の下型１２と、収容部１３の下端面と、第３の上型３１と、第３の下型３２とにより排出口１４が画定される。
【００５６】
次に、この状態で加圧装置５０を駆動させ、プランジャ５１を斜め下方向に移動させて収容部１３に収容されている素材Ｍ1を、２００℃の加工温度にて、アルミニウム合金においては約８７０（Ｎ／ｍｍ2）の圧力で、マグネシウム合金においては約６３０（Ｎ／ｍｍ2）の圧力で加圧する。（図４参照）。この時、素材Ｍ1は、約２００℃に加熱されているため、変形抵抗が低下しており、加熱されていない場合に比べ、外力の作用に伴って変形を生じやすくなっている。そして、この変形抵抗が低下した素材Ｍ1に圧力が加えられることになるが、この圧力が加えられた素材Ｍ1は、排出口１４において、斜めの方向（図１に示す軸心Ｏ方向）から水平な方向（図１に示す矢印Ｘ方向）に曲げられながら略板状（図７参照）に剪断変形され、この時かかる剪断応力により金属組織が微細化される。ここで、この略板状の素材Ｍ2は、図７に示すように、略円柱状の素材Ｍ1の直径Ｗ1よりも広い幅Ｗ2を備えている。次いで、この金属組織が微細化された素材Ｍ2が第２の上型２１と、第２の下型２２との間に供給される。（図４参照）。なお、本実施の形態では、素材Ｍ1の押出速度を１７．３０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。
【００５７】
次に、金型駆動装置７０を駆動してシャフト７１及び７２を動かし、第２の上型２１と第２の下型２２を互いに近づく方向（当接する方向）に移動させ、素材Ｍ2を成形する。（図５参照）。この時、第２の上型２１及び第２の下型２２は、約２００℃に加熱されており、素材Ｍ2は、第２の上型２１及び第２の下型２２によってプレス成形されるため、さらに金属組織が微細化される。
【００５８】
次いで、冷却後、金型駆動装置７０により、第２の上型２１及び第２の下型２２を互いに遠ざかる方向に移動させ、プレス成形された成型品Ｍ3（図８参照）を取り出す。この成型品Ｍ3は、図８に示すように、製品となる製品部分ｍ1と、不要部分（バリ部分）ｍ2から構成されている。次に、製品部分ｍ1から不要部分ｍ2を取り除き（仕上げ工程）、金属組織が微細化され、高強度化あるいは高延性化が達成された金属成形品（発明品）を得た。（図９参照）。
【００５９】
次に、比較として、素材Ｍ1と同様の成分からなる素材を、約２００℃で加熱した第２の上型２１及び第２の下型２２に直接供給してプレス成形を行い、金属成形品（比較品）を得た。
【００６０】
次に、このようにして得られた発明品と比較品の金属組織を電子顕微鏡にて観察した。図１０は、本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた金属成型品（発明品）の金属組織の光学顕微鏡写真であり、図１１は、従来の金属成形方法で得られた金属成型品（比較品）の金属組織の光学顕微鏡写真である。また、図２２は、素材Ｍ1の金属組織の光学顕微鏡写真であり、その平均結晶粒径は、約２０μｍである。図１０に示す発明品は、素材Ｍ1（マグネシウム合金）を剪断変形させた後、プレス成形することにより、金属組織の平均結晶粒径が、約５μｍとなり、図２２に示す素材Ｍ1に比べ、平均結晶粒径が、１／４程度に微細化され、且つ図１１に示す従来品の金属組織の結晶粒よりも、平均結晶粒径が、１／５程度に微細化されたことが判る。
【００６１】
次に、発明品と比較品との耐力、引張り強度、均一延びを比較した。この結果を図１２に示す。図１２から、発明品は、均一延びを増加させることなく耐力及び引張り強度を向上させることができることが判る。
【００６２】
なお、本実施の形態では、加圧装置５０によって素材Ｍ1を加圧する工程で、素材Ｍ1を約２００℃に加熱した場合について説明したが、これに限らず、素材Ｍ1を加熱する温度は、素材Ｍ1の変形抵抗を低下させることが可能な温度であれば、特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。例えば、素材Ｍ1がアルミニウムであれば、１５０〜３００℃程度が好ましい。また、素材Ｍ1がマグネシウムの場合は、１７０〜２５０℃程度が好ましい。そしてまた、素材Ｍ1が、銅合金（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ）の場合は、２５０〜５００℃程度が好ましい。
【００６３】
また、本実施の形態では、素材Ｍ1と素材Ｍ2を、ほぼ同一の温度で加熱した場合について説明したが、これに限らず、素材Ｍ1と素材Ｍ2を加熱する温度は、素材Ｍ1の種類や特性、得られる金属成型品に必要な特性値（強度や延性等）等によって、任意に選択することができる。例えば、素材Ｍ1を素材Ｍ2よりも高い温度で加熱した場合、焼き入れのような材料の急冷強化される効果が得られるなる傾向があり、素材Ｍ1を素材Ｍ2よりも低い温度で加熱した場合、結晶粒は微細化する傾向がある。
【００６４】
また、素材Ｍ1の種類や特性、得られる金属成型品に必要な特性値（強度や延性等）等によっては、第２の加熱装置６０の代わりに、素材Ｍ2を冷却する冷却装置を配設してもよい。具体的には、素材Ｍ2を冷却してもよい。例えば、素材Ｍ1の押出速度が速い場合、摩擦熱が生じることがあるが、このような場合、素材Ｍ2を所望の温度に冷却することで摩擦熱による影響を受けることを抑制することができる。なお、素材Ｍ1の押出速度が遅いほど、金属の結晶組織が安定し、均一で微細な結晶粒径が得られるが、押出速度を遅くすると、金属成形に時間がかるため、生産性の観点からすると押出速度をなるべく速くすることが望まれる。したがって、素材Ｍ1の種類や特性、得られる金属成型品に必要な特性値（強度や延性等）等によって押出速度を選択することで、生産性と金属成型品の品質とのバランスを最適にすることができる。
【００６５】
なお、一例として、素材Ｍ1の押出速度を０．０７ｍｍ／ｓｅｃにした際の金属組織の光学顕微鏡写真を図２３に示す。遅い押出速度で得られた発明品（図２３）の平均結晶粒径は、約１μｍであり、図１０と図２３を比較すると、発明品（図２３）の方が、速い押出速度で得られた発明品（図１０）よりも金属の結晶組織が安定し、均一で微細な結晶粒径が得られていることが判る。
【００６６】
そしてまた、本実施の形態では、略円柱状の素材Ｍ1を使用した場合について説明したが、これに限らず、素材Ｍ1の形状は、例えば、軸線に垂直な断面が楕円形の略円柱状、前記断面が矩形の略円柱状、前記断面が多角形の略円柱状等、特に限定されるものではない。
【００６７】
そしてまた、例えば、最終製品として、図１７〜図２０に示すような複雑な形状の金属成型品を製造する場合は、素材Ｍ2を成形する際の成形荷重を大きくして、板厚方向の形状も成形する鍛造加工を行うこともできる。
【００６８】
また、本実施の形態では、収容部１３を、第２の金型２０に供給される素材Ｍ2の供給方向（図１に矢印Ｘで示す方向）に対し約４５度傾斜させ、収容部１３に収容された素材Ｍ1を、素材Ｍ2の供給方向に対し約４５度で交差する（傾斜する）方向から加圧した場合について説明したが、これに限らず、収容部１３に収容された素材Ｍ1を、素材Ｍ2の供給方向に対し交差する方向から加圧して排出口１４から排出させることが可能であれば、前記交差する角度αは、例えば、０＜α≦９０等、所望により決定することができる。
【００６９】
ここで、例えば、圧力や素材Ｍ1の形状、サイズ等、諸条件が同一の場合、角度αが９０度に近いほど、素材Ｍ1の押出速度が遅くなり、角度αが０度に近いほど、素材Ｍ1の押出速度が速くなる。したがって、素材Ｍ1の種類や特性、得られる金属成型品に必要な特性値（強度や延性等）等によって収容部１３の傾斜角度を選択することで、生産性と金属成型品の品質とのバランスを最適にすることができる。
【００７０】
さらにまた、本実施の形態では、第１の上型１１と第１の下型１２を備えた第１の金型１０について説明したが、これに限らず、第１の金型１０は、収容部１３に収容した素材Ｍ1を、素材Ｍ2の供給方向に対し交差する方向から加圧して、素材Ｍ1の金属組織を微細化して排出口１４から排出し、第２の金型２０に供給することが可能であれば、例えば、第１の上型１１と第１の下型１２を一体化した構造等、他の構成を備えていてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、第１の上型１１と第１の下型１２に、第３の上型３１及び第３の下型３２を各々配設した場合について説明したが、これに限らず、第１の金型１０に第３の金型３０の機能を持たせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施の形態にかかる金属成形方法を実施するための金属成形設備を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す金属成形設備を使用して本実施の形態にかかる金属成形方法を実施する際の工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す金属成形設備を使用して本実施の形態にかかる金属成形方法を実施する際の工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す金属成形設備を使用して本実施の形態にかかる金属成形方法を実施する際の工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図５】図１に示す金属成形設備を使用して本実施の形態にかかる金属成形方法を実施する際の工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図６】図１に示す金属成形設備を使用して本実施の形態にかかる金属成形方法を実施する際の工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図７】図４に示す工程の際に、素材Ｍ2を平面視した状態を示す図である。
【図８】図６に示す工程で得た成型品の斜視図である。
【図９】図６に示す工程で得た成型品を仕上げ加工して製品とした金属成型品の斜視図である。
【図１０】本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた金属成型品（発明品）の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図１１】従来の金属成形方法で得られた金属成型品（比較品）の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図１２】本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた金属成型品（発明品）の物性と、従来の金属成形方法で得られた金属成型品（比較品）の物性を示す図である。
【図１３】素材Ｍ1の一例を示す断面模式図である。
【図１４】素材Ｍ1の一例を示す断面模式図である。
【図１５】素材Ｍ1の一例を示す断面模式図である。
【図１６】素材Ｍ1の一例を示す断面模式図である。
【図１７】本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた他の形状を有する金属成型品（製品）の斜視図である。
【図１８】本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた他の形状を有する金属成型品（製品）の斜視図である。
【図１９】本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた他の形状を有する金属成型品（製品）の斜視図である。
【図２０】本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた他の形状を有する金属成型品（製品）の斜視図である。
【図２１】従来のＥＣＡＰ法を説明するための断面図である。
【図２２】素材Ｍ1の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図２３】本発明の他の本実施の形態にかかる金属成形方法で得られた金属成型品（発明品）の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００７３】
１…金属成形設備、  １０…第１の金型、  １１…第１の上型、  １２…第１の下型、  １３…収容部、  １４…排出口、  ２０…第２の金型、  ２１…第２の上型、  ２２…第２の下型、  ３０…第３の金型、  ３１…第３の上型、  ３２…第３の下型、  ４０…第１の加熱装置、  ５０…加圧装置、  ５１…プランジャ、  ６０…第２の加熱装置、  ７０…金型駆動装置、  Ｍ1、Ｍ2…素材
【図１】
2009274126.tif 000003
【図２】
2009274126.tif 000004
【図３】
2009274126.tif 000005
【図４】
2009274126.tif 000006
【図５】
2009274126.tif 000007
【図６】
2009274126.tif 000008
【図７】
2009274126.tif 000009
【図８】
2009274126.tif 000010
【図９】
2009274126.tif 000011
【図１２】
2009274126.tif 000012
【図１３】
2009274126.tif 000013
【図１４】
2009274126.tif 000014
【図１５】
2009274126.tif 000015
【図１６】
2009274126.tif 000016
【図１７】
2009274126.tif 000017
【図１８】
2009274126.tif 000018
【図１９】
2009274126.tif 000019
【図２０】
2009274126.tif 000020
【図２１】
2009274126.tif 000021
【図１０】
2009274126.tif 000022
【図１１】
2009274126.tif 000023
【図２２】
2009274126.tif 000024
【図２３】
2009274126.tif 000025