JP2006116592A - 多軸鍛造用圧縮治具 - Google Patents

Abstract

【課題】
多軸鍛造法に基づいて簡易に超微細粒を作る。
【解決手段】
下部治具部に対して上部治具部を装脱できるように圧縮加工動作をさせる際に鍛造試料を挿入する圧縮室を形成し、１治具について圧縮加工をするごとに上部治具部を下部治具部から移管させることにより圧縮室内の鍛造試料の圧縮軸を回転させるようにしたことにより、バレリングを生じさせることなく超微細粒に対する多軸圧縮加工をすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多軸鍛造用圧縮治具に関し、特に複数の圧縮加工工程の間に余分な加工工程が入る必要性をなくすようにしたものである。

金属材料において、サブミクロンオーダの結晶粒を得るための微細化技術として、重ね圧延（ＡＲＢ）法や多軸鍛造法のように、強ひずみ加工手法を用いたものがある。

これらの強ひずみ加工手法によって加工すれば、直径０．２〔μｍ〕前後の超微細結晶粒からなる金属材料を生成できる。この超微細粒金属材料は、機械的性質、強度、加工性などの点において、優れた性質をもつので、工業的に有用であると考えられる。

ところが、ＡＲＢ法は薄板製造には向いているが、薄板にはできないバルク材の製造には原理的に適していない。

これに対して、多軸鍛造法は、極端に大きい金属材料の製造には不適であるが、バルク材の結晶粒を超微細化するに適している。

多軸鍛造法は、図１３に示すように、加工前の鍛造試料１Ａとして、縦寸法、横寸法及び奥行寸法の比が１．５：１．２２：１のものを用意し、当該鍛造試料１Ａの縦軸方向に対して、矢印ａ１で示すように、圧縮加工をすることにより、縦寸法、横寸法、奥行寸法が１：１．５：１．２２になるような第１の中間鍛造試料１Ｂを得る。この軸比は１回の圧縮で４０％のひずみを得るものであり、軸比を変えることにより各パスごとのひずみ量を変えることができる。この場合、圧縮鍛造治具の圧縮室と圧縮凹部の比を変える。

続いてこの第１の中間鍛造試料１Ｂに対して、第２の圧縮加工工程として、矢印ａ２で示すように、横軸方向に圧縮加工をすることにより、縦寸法、横寸法、奥行寸法の比が１．２２：１：１．５の第２の中間鍛造試料１Ｃを得る。

この第２の中間鍛造試料１Ｃに対して、第３の加工工程として、矢印ａ３で示すように、奥行き方向に縦寸法、横寸法及び奥行寸法の比が１．５：１．２２：１の加工後の鍛造試料１Ｄを得る。

この加工後の鍛造試料１Ｄの縦寸法、横寸法及び奥行寸法の比は、加工前の鍛造試料１Ａと同じであり、かくして加工前の鍛造試料１Ａの縦方向軸、横方向軸及び奥行方向軸についての多軸の鍛造サイクルが１サイクル分終了したことになる。

ところが、このような手法で多軸について鍛造加工をする場合、各圧縮軸についての圧縮加工をする際に、他の圧縮軸方向について、鍛造試料が外部に膨出する現象（これをバレリングと呼ぶ）が生ずる問題がある。

例えば図１３において、加工前の鍛造試料１Ａに対して縦軸方向に圧縮加工ａ１をすることにより第１の中間鍛造試料１Ｂを得たとき、図１４に示すように、他の圧縮軸方向、すなわち幅方向及び奥行方向にバレリングによって膨出部ＢＬが膨出する。

この膨出部ＢＬをそのままにして他の軸方向の圧縮加工をすると、当該膨出部ＢＬの影響により正しい圧縮軸方向の圧縮加工ができないために、正しく結晶粒の微細化ができなくなるおそれがある。

そこで従来は、１つの軸方向について圧縮加工をしたとき、その都度当該膨出部ＢＬを除去するために端面を研削、研磨するような余分な作業をする必要があった。

このような研削、研磨作業は、１回の圧縮加工ごとに行なわなければならないために、多軸鍛造加工工程が複雑になると共に、研削、研磨するごとに素材が減って行く問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、圧縮加工工程においてバリレングを生じさせないようにした多軸鍛造用圧縮治具を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、下部治具部１１Ｂに対して上部治具部１１Ａを移動させることによって圧縮室１８内の鍛造試料２５を圧縮加工する多軸鍛造用圧縮治具１１であって、下部治具部１１Ｂは、上部治具部１１Ａの上部アンビル１９を上方から挿脱動作される圧縮室１８と、圧縮室１８の下面に連通する通路３０と、通路３０に挿脱される下部アンビル３１とを具え、通路３０に下部アンビル３１を挿入することにより下部アンビル３１の上面によって圧縮室１８の下面を閉塞し、かつ上部治具部１１Ａを下部治具部１１Ｂから離れる方向に移動させることにより上部アンビル１９を圧縮室１８から引き抜いた状態において、圧縮室１８に鍛造試料２５を入れた後上部治具部１１Ａを下部治具部１１Ｂの方向に移動させることにより圧縮室１８に挿入された上部アンビル１９によって下部アンビル３１との間に鍛造試料２５を第１の圧縮軸方向に圧縮加工し、次に下部アンビル３１を通路３０から引き出し、また圧縮高さ調整板３３を引き抜いた後、上部治具部１１Ａを下部治具部１１Ｂの方向に移動させることにより上部アンビル１９によって鍛造試料２５を通路３０に突き落し、次に当該鍛造試料２５を通路３０を介して外部に取り出した後当該通路３０に下部アンビルを挿入すると共に、上部治具部１１Ａを下部治具部１１Ｂから離れる方向に移動させることにより上部アンビル１９を圧縮室１８から引き抜いた状態にし、これにより圧縮室１８に鍛造試料２５を入れることにより当該鍛造試料２５を第１の圧縮軸方向とは異なる第２の圧縮軸方向に圧縮加工できるようにする。

また、本発明においては、下部治具部４１Ｂに対して上部治具部４１Ａを移動させることによって圧縮室４７内の鍛造試料５５を圧縮加工する多軸鍛造用圧縮治具４１であって、上部治具部４１Ａは、第１の底面部４４Ｇの一端縁部に、圧縮上面４６Ａと該圧縮上面４６Ａに連接する圧縮側面４６Ｃ、４６Ｄとでなる圧縮凹所４６を有し、下部治具部４１Ｂは、上部治具部４１Ａの第１の底面部４４Ｇに対応する第２の底面部４２Ｇをもつ案内凹所４２を有し、上部治具部４１Ａを下部治具部４１Ｂから離れる方向に移動させることにより上部治具部４１Ａを案内凹所４２から引き抜いた状態において、案内凹所４２のうち圧縮凹所４６に対応する位置に鍛造試料５５を入れた後、上部治具部４１Ａを下部治具部４１Ｂの方向に移動させることにより、圧縮凹所４６の圧縮上面４６Ａ及び圧縮側面４６Ｃ、４６Ｄと、案内凹所４２の第２の底面部４２Ｇ及び当該第２の底面部４２Ｇに連接する側面部４２Ｃ、４２Ｄとによって圧縮室４７を形成すると共に、圧縮凹所４６の圧縮上面４６Ａによって下部治具部４１Ｂの第２の底面部４２Ｇとの間に鍛造試料５５を第１の圧縮軸方向に圧縮加工し、次に上部治具部４１Ａを下部治具部４１Ｂから離れる方向に移動させた後、上部治具部４１Ａを案内凹所４２から引き抜いた状態において、鍛造試料５５を案内凹所４２から外部に取り出して入れ直すことにより当該鍛造試料５５を第１の圧縮軸方向とは異なる第２の圧縮軸方向に圧縮加工できるようにする。

本発明によれば、上部治具部を下部治具部から離れた状態から当該下部治具部の方向へ移動させることにより、順次複数の圧縮軸方向が変更された鍛造試料を圧縮室内に入れて圧縮加工を繰り返すことができ、これにより鍛造試料の結晶粒を多軸鍛造法により容易に超微細化できる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
図１及び図２において、１１は全体として多軸鍛造用圧縮治具を示し、上部治具部１１Ａと下部治具部１１Ｂとを有する。

下部治具部１１Ｂにおいて、方形平面形状を有する基台１５上に、厚い板状のメス型圧縮加工板１６が取付ボルト１７によって取付けられている。

メス型圧縮加工板１６の中央位置には、その厚みを貫通するように、断面が方形形状の圧縮室１８が穿設され、当該圧縮室１８には上方から上部治具部１１Ａの上部アンビル１９が挿脱自在に挿入されている。

上部アンビル１９は、メス型圧縮加工板１６の上表面とほぼ平行に対向するように配設された圧縮動作板２０の下面中央位置に下方に突出するように設けられていると共に、上部アンビル１９の周囲に圧縮動作板２０の厚みを貫通するように４つの案内孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２１Ｄが穿設され、当該案内孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２１Ｄに対してメス型圧縮加工板１６の上表面に植立された４本の案内棒２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ及び２２Ｄが挿通されている。

これにより圧縮動作板２０従って上部アンビル１９が上下方向に往復移動できるようになされている。

圧縮動作板２０の上面中央部には、円柱状の取付用突部２３が上方に突出するように設けられ、この取付用突部２３が圧縮駆動部（図示せず）に取付けられ、これにより取付用突部２３を介して圧縮動作板２０が案内棒２２Ａ〜２２Ｄによって案内されながら、上下方向に移動し、これにより圧縮室１８に挿入された上部アンビル１９が、圧縮室１８に入れられた鍛造試料２５に対して上方から圧縮加工力を加え、その後上方に退避することができる。

かかる構成に加えて、基台１５の中央部には、圧縮室１８と連通する位置から前端面に至るまでの間に直線的に延長する通路３０が形成され、この通路３０に下部アンビル３１が前後方向に挿脱自在に挿入されている。

下部アンビル３１は図３に示すように、断面長方形状の板状金具でなり、作業員が前方端のつまみ部３１Ａをつまんで下部アンビル３１を前方から通路３０に挿入操作したとき、その先端部分の上面が圧縮室１８の下面を閉塞するように位置決めされる。これにより圧縮室１８に上方から鍛造試料２５が挿入されたとき、当該鍛造試料２５が下部アンビル３１の上表面に載置された状態になり、この状態において圧縮室１８に上方から挿入される上部アンビル１９の下面と、下部アンビル３１の上面とによって鍛造試料２５を圧縮加工できるようになされている。

メス型圧縮加工板１６の表面には、圧縮高さ調節板３３が設けられている。

圧縮高さ調節板３３は図４に示すように先端部に切れ目３３Ａを有し、当該切れ目３３Ａに上部治具部１１Ａの上部アンビル１９を挿通させながら、左右方向に移動できるような状態で、圧縮高さ調節板３３をメス型圧縮加工板１６上において右方向から挿入したり、この挿入状態から右方向に引き抜いたりできるようになされている。

この実施の形態の場合、上部アンビル１９の圧縮動作板２０からの突出長さは、メス型圧縮加工板１６の厚みとほぼ同じに選定され、これにより圧縮高さ調節板３３が挿入されていないとき、圧縮動作板２０がその下面をメス型圧縮加工板１６の上面に当接させる位置にまで降下することにより、上部アンビル１９の下端面が丁度基台１５の通路３０の上面位置まで下降できる。

以上の構成において、図５に示すように、下部治具部１１Ｂの案内棒２２Ａ〜２２Ｄに対して、矢印ｂによって示すように、上方から圧縮動作板２０の案内孔２１Ａ〜２１Ｄを挿入することにより、上部治具部１１Ａを下部治具部１１Ｂに対して上下方向に移動できるように装着する。

このときの装着作業は、作業者が圧縮動作板２０の左及び右側面から外方に突出するように設けられている棒状ハンドル３５Ａ及び３５Ｂを手で把持することにより行い得る。

このように下部治具部１１Ｂに上部治具部１１Ａを装着する際に、下部治具部１１Ｂのメス型圧縮加工板１６上に矢印ｃで示すように右方から圧縮高さ調節板３３を挿入したり、当該挿入状態から右方に引き抜いたりすることができる。

このようにして下部治具部１１Ｂ上に圧縮高さ調節板３３を介在させた状態で、取付用凸部２３を介して鍛造駆動部によって鍛造試料２５の３つの圧縮軸について順次鍛造作業を行う。

先ず鍛造試料２５の第１の圧縮軸方向への鍛造を行う際に、鍛造駆動部によって上部治具部１１Ａを案内棒２２Ａ〜２２Ｄに沿って上方に引き上げることにより圧縮動作板２０から下方に突出している上部アンビル１９をメス型圧縮加工板１６の圧縮室１８及び圧縮高さ調節板３３の切れ目３３Ａから上方に引き抜く。

この状態において、作業者は、圧縮高さ調節板３３の切れ目３３Ａを介してメス型圧縮加工板１６の圧縮室１８に外形が正方形形状の鍛造試料２５を挿入する。

このとき鍛造試料２５は圧縮室１８内において上下方向に第１の圧縮軸を向けて下部アンビル３１上に置かれた状態になる。

この状態において鍛造駆動部が１回圧縮動作をすることにより上部治具部１１Ａが案内棒２２Ａ〜２２Ｄに沿って下方に移動されると、上部アンビル１９が鍛造試料２５を下部アンビル３１上に圧縮する。

このとき鍛造試料２５は、上部アンビル１９及び下部アンビル３１間に圧縮されることにより外側面が外方に膨出しようとしても、その周囲には圧縮室１８の内壁面があるので、当該外側面の膨出が抑制され、その結果鍛造試料２５のバレリング作用を防止できる。

かくして第１の圧縮軸についての圧縮作業が終了すると、次に作業者が下部アンビル３１を通路３０から前方に引き出すと共に、圧縮高さ調節板３３を右方向に引き出すような操作をする。

このとき鍛造試料２５の下面に接触していた下部アンビル３１が通路３０から引き抜かれることにより鍛造試料２５が通路３０に露出するが、圧縮作業時に側面が圧縮室１８の内壁面に強く押し付けられていることにより、鍛造試料２５は通路３０に自然に落下することはできずに圧縮室１８内に止まっている。

この状態において、次に作業者が圧縮駆動部に対して圧縮動作と同様の押し込み動作をさせた後、圧縮駆動部に対して上方に移動する動作をさせることにより上部アンビル１９を圧縮室１８から上方に引き抜くような退避位置になるまで上部治具部１１Ａを引き上げる。

このとき上部アンビル１９が下方に押し込み動作することにより圧縮室１８内に止まっていた鍛造試料２５が通路３０に突き落とされ、当該突き落とされた鍛造試料２５を作業者が通路３０から外部に取り出す。

かくして鍛造試料２５の第１の圧縮軸に対する圧縮加工が終了し、続いて作業者は通路３０に下部アンビル３１を挿入ことにより圧縮室の下面を閉塞させると共に、圧縮高さ調節板３３を左方向にメス型圧縮加工板１６上に挿入した後、その切れ目３３Ａを通して圧縮室１８内に鍛造試料２５を挿入する。

このとき作業者は、鍛造試料２５の軸方向を９０〔°〕回転させて第２の圧縮軸が上下方向に向くような状態で圧縮室１８内に挿入する。

この状態において、作業者は、鍛造駆動部を圧縮動作させる。このとき上部アンビル１９は圧縮室１８に挿入された鍛造試料２５に対して２回目の圧縮動作を繰り返すことにより下部アンビル３１上に当該鍛造試料２５を圧縮する。

このときも、鍛造試料２５の外側面が膨出動作をしようとしても、圧縮室１８の壁面によって当該膨出動作が抑制されることにより鍛造試料２５のバレリングが防止される。

かくして鍛造試料２５は第２の圧縮軸についての圧縮加工をされる。

この２回目の圧縮加工が終了すると、作業者は通路３０から下部アンビル３１を外部に引き出すと共に、圧縮高さ調節板３３を右方向に引き出す。

続いて１回目の圧縮作業と同様に鍛造駆動部を押し込み動作させることによって上部治具部１１Ａを圧縮高さ調節板３３が取り除かれた厚みの分だけ押し込み動作させ、これにより、圧縮室１８内に止まっている鍛造試料２５を通路３０に突き落とした後、上部アンビル１９が圧縮室１８の上方に退避する位置になるまで上部治具部１１Ａを引き上げる。

このとき作業者は通路３０に押し落とされた鍛造試料２５を外部に取り出した後、通路３０に下部アンビル３１を挿入すると共に、圧縮高さ調節板３３を右方からメス型圧縮加工板１６上に挿入する。

かくして鍛造試料２５の第２軸に対する圧縮加工が終了し、続いて作業者は当該鍛造試料２５の軸方向を９０〔°〕回転させて第３の圧縮軸が上下方向に向くような向きに回転させて、圧縮高さ調節板３３の切れ目３３Ａを介して圧縮室１８に挿入する。

その後、作業者は、鍛造駆動部を３回目の圧縮動作させることにより上部アンビル１９を圧縮室１８に挿入された鍛造試料２５に対して圧縮動作させる。

このとき鍛造試料２５は下部アンビル３１との間で第３軸方向に圧縮加工されるが、このときも外側面が膨出動作をしようとしても圧縮室１８の壁面によって当該膨出動作が抑制されることにより鍛造試料２５のバレリングが防止される。

続いて作業者が下部アンビル３１を通路３０から外方に引き出すと共に、圧縮高さ調節板３３を右方向に引き抜いた後鍛造駆動部を押し込み動作させることにより、上部アンビル１９が圧縮高さ調節板３３の厚みの分だけ圧縮室１８に押し込み動作をし、これにより圧縮室１８に止まっている鍛造試料２５が通路３０に押し落とされる。

かくして作業者は通路３０に押し落とされた鍛造試料２５を外部に取り出すことにより、３回目の圧縮作業を終了する。

以上の構成によれば、鍛造試料２５の第１軸ないし第３軸について、順次圧縮加工をすることにより多軸鍛造を行うことができるが、かくするにつき、第１軸、第２軸及び第３軸の圧縮加工を、圧縮室１８の壁面によって閉塞された圧縮室１８内において上部アンビル１９と下部アンビル３１との間で行うようにしたことにより、鍛造試料２５の外表面が外部に膨出できないことにより、鍛造試料２５の端面のバレリングを防止することができる。

従って、圧縮加工後の鍛造試料２５の外形及び寸法を加工前のものと変わらないようにできることにより、従来の場合のように、鍛造加工をしたときに生ずる端面のバレリングについてこれを研削したり研磨したりする必要性をなくし得、その結果多軸についての鍛造作業を、上部アンビル１９及び下部アンビル３１間の第１の圧縮作業工程と、下部アンビル３１及び圧縮高さ調節板３３を引き抜くと共に上部アンビル１９を押し出し動作させることにより圧縮室１８内に止まっている鍛造試料２５を通路３０に押し出す第２の作業工程と、上部アンビル１９を圧縮室１８から上方に退避させると共に、通路３０に押し出された鍛造試料２５を取り出した後、下部アンビル３１及び圧縮高さ調節板３３を元の位置に戻す第３の作業工程との３つの作業工程に簡略化することができる。

（２）第２の実施の形態
図６及び図７は第２の実施の形態による多軸鍛造用圧縮治具４１を示し、上部治具部４１Ａと、下部治具部４１Ｂとを有する。

下部治具部４１Ｂは、図８に示すように、中央部において上方に開放している案内凹所４２をもつメス型治具４３でなり、当該メス型治具４３の案内凹所４２に対して、図９に示すような上部治具部４１Ａのオス型治具４４を挿入させることにより、メス型治具４３の案内凹所４２に案内させながら、上下方向に移動できるように嵌め合わさせる。

下部治具部４１Ｂの案内凹所４２は、図８に示すように、横断面が五角形形状を有し、当該五角形形状の底辺面部４２Ａと対向する突出角部４２Ｂ位置において、９０〔°〕より僅かに大きい角度（＝９０＋α〔°〕）を形成するように一対の交差面部４２Ｃ及び４２Ｄが交差している。

底辺面部４２Ａの両端は直角方向に互いに平行に延長する一対の平行面部４２Ｅ及び４２Ｆに連接していると共に、当該平行面部４２E及び４２Fの先端が交差面部４２Ｃ及び４２Ｄに連接している。

案内凹所４２の底面部４２Ｇは、図７に示すように、底辺面部４２Ａから突出角部４２Ｂの方向に行くに従って次第に深くなるように傾斜している。

この実施の形態の場合、底面部４２Ｇの傾斜は、メス型治具４３の底面４３Ｘに対してほぼ１０〔°〕の傾斜をもっており、これにより案内凹所４２の底面部４２Ｇは最も深い位置で突出角部４２Ｂと交差している共に、その交差角（従って底面部４２Ｇ及び交差面部４２Ｃ、４２Ｄの交差角）は、９０〔°〕より僅かに大きい角度（＝９０＋α〔°〕）に選定されている。

これに加えて、案内凹所４２の底面部４２Ｇは最も深い位置で一対の交差面部４２Ｃ及び４２Ｄと交差していると共に、その交差角がほぼ９０〔°〕に選定されている。

上部治具部４１Ａのオス型治具４４は、図９に示すように、全体として横断面がほぼ五角形形状を有し、下部治具部４１Ｂの案内凹所４２（図８）に対応するように、底辺面部４４Ａと、これと対向する突出角部４４Ｂと、突出角部４４Ｂの位置で交差する交差面部４４Ｃ及び４４Ｄと、交差面部４４Ｃ及び４４Ｄからそれぞれ底辺面部４４Ａの両端に連接する平行面部４４Ｅ及び４４Ｆと、底辺面部４４Ａ、平行面部４４Ｅ及び４４Ｆと連接する底面部４４Ｇとを有する。

これにより、メス型治具４３の案内凹所４２に上方からオス型治具４４が嵌め込まれたとき、対応する面、すなわち底辺面部４２Ａと４４Ａ、突出角部４２Ｂと４４Ｂ、交差面部４２Ｃと４４Ｃ、並びに４２Ｄと４４Ｄ、平行面部４２Ｅと４４Ｅ、並びに４２Ｆと４４Ｆ、底面部４２Ｇと４４Ｇが、互いに対向ないし対接することにより、以下に述べるように、圧縮室４７において鍛造試料に対する圧縮加工をする。

オス型治具４４の突出角部４４Ｂの下端部分（従って底面部４４Ｇの一端縁部）には、横断面が正方形形状の圧縮凹所４６が穿設されている。

圧縮凹所４６は、オス型治具４４が、その底面部４４Ｇをメス型治具４３の底面部４２Ｇに当接する位置に嵌め込まれた状態（図７）において、図１０に示すように、案内凹所４２の底面部４２Ｇとほぼ平行に対向する圧縮上面４６Ａと、案内凹所４２の交差面部４２Ｃ及び４２Ｄとそれぞれ平行に対向する圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄとを有し、これによりオス型治具４４の圧縮上面４６Ａ並びに圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄと、メス型治具４３の底辺部４２Ｇ並びに交差面部４２Ｃ及び４２Ｄとで囲まれた、横断面がほぼ1.22×1.5の長方形形状の圧縮室４７を形成できるようになされている。

この実施の形態の場合、圧縮凹所４６の圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄ間の交差角度と、圧縮上面４６Ａ及び圧縮側面４６Ｃ、４６Ｄ間の交差角度とが、それぞれ９０〔°〕より僅かに大きい角度（＝９０＋α〔°〕）に選定されている。

以上の構成において、作業者が棒状ハンドル５１Ａ及び５１Ｂを把持して、上部治具部４１Ａのオス型治具４４の上面に形成されている段部５０を鍛造駆動部（図示せず）に取り付けることにより、オス型治具４４が、図７において矢印ｄで示すように、下部治具部４１Ｂのメス型治具４３の案内凹所４２に対して上方から下方に圧縮挿入動作をすると共に、上方へ引き抜き動作をする。

すなわち先ず作業者は、鍛造駆動部によってオス型治具４４をメス型治具４３から上方に引き抜いた状態に操作した後、メス型治具４３の案内凹所４２の突出角部４２Ｂの位置に鍛造試料５５を入れる（図７）。ここで案内凹所４２の突出角部４２Ｂの位置は、底面部４２Ｇが突出角部４２Ｂの方向に行くに従って低くなるように傾斜すると共に、連接する一対の交差面部４２Ｃ及び４２Ｄが９０＋α〔°〕を形成していることにより、入れられた鍛造試料５５が側面を交差面部４２Ｃ及び４２Ｄに当接した状態に容易に位置決めされる。

続いて作業者は、鍛造駆動部を圧縮動作させることにより、オス型治具４４をその底面部４４Ｇがメス型治具４３の底面部４２Ｇに当接するまで下方に圧縮動作させる。

このときオス型治具４４は図１１（Ａ）に示すように、圧縮凹所４６の内壁面を構成する圧縮上面４６Ａ並びに圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄ（図１０（Ａ））が、鍛造試料５５から上方に離間した位置から、図１１（Ｂ）に示すように、オス型治具４４の方向に下方へ移動するのに応じて近づいて来る。

やがて図１１（Ｃ）に示すように、圧縮凹所４６の圧縮上面４６Ａ並びに圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄが鍛造試料５５に当接すると、当該圧縮上面４６Ａ並びに圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄと、メス型治具４３の底面部４２Ｇ並びに交差面部４２Ｃ及び４２Ｄとによって圧縮室４７が形成される。

このとき鍛造試料５５は圧縮凹所４６の圧縮上面４６Ａと、メス型治具４３の底面部４２Ｇとによって上下方向の第１の圧縮軸について圧縮変形加工を受ける。

この圧縮変形加工時、鍛造試料５５は側面方向に膨出しようとするが、当該側面方向への膨出はオス型治具４４の圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄとメス型治具４３の交差面部４２Ｃ及び４２Ｄとが鍛造試料５５の側面に当接していることにより抑制される。

この圧縮加工時においては、オス型治具４４の底辺面部４４Ａが斜め上方に開くように傾斜しているメス型治具４３の底辺面部４４Ａと摺接しながら下方に降下して行くことにより、オス型治具４４の先端部が全体としてメス型治具４３の交差面部４２Ｃ及び４２Ｄの方向に押し付けられ、これにより圧縮室４７内の鍛造試料５５に対する圧縮動作を確実に行うことができる。

かくして鍛造試料５５の第１の圧縮軸に対する圧縮加工が終了すると、作業者は鍛造駆動部を操作してオス型治具４４を上方位置に戻す。

このとき鍛造試料５５に当接していた圧縮室４７の壁面は鍛造試料５５をメス型治具４３の突出角部４２Ｂの位置に置いたまま上方に移動する。因に、オス型治具４４の圧縮凹所４６を構成する圧縮上面４６Ａ並びに圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄ相互間の角度が９０＋α〔°〕に設定されていることにより、圧縮加工後の鍛造試料５５が当該圧縮上面４６Ａ並びに圧縮側面４６Ｃ及び４６Ｄ間に挟まることがない。

この状態において作業者は、メス型治具４３に残った鍛造試料５５を案内凹所４２から取り出して圧縮軸を９０〔°〕回転させて再度圧縮室４７の位置に入れ直す。

その後作業者は鍛造駆動部を駆動して鍛造試料５５の第２の圧縮軸に対する圧縮加工工程に入り、第１の圧縮軸の圧縮加工工程と同様にオス型治具４４によって圧縮動作をした後元の位置に戻す。

その後作業者はメス型治具４３内に残っている鍛造試料５５を取り出してさらに９０〔°〕圧縮軸を回転させて第３の圧縮軸について鍛造駆動部に圧縮加工及びその復帰動作をさせる。

以上の構成によれば、オス型治具４４をメス型治具４３から離間させた状態において鍛造試料５５をメス型治具に入れる加工工程と、当該鍛造試料５５に対してオス型治具４４による圧縮加工をする第２の加工工程とを繰り返すだけの簡易な加工工程によって、多軸鍛造ができる圧縮治具を得ることができる。

（３）圧縮加工結果
図１又は図６の多軸用圧縮治具１１又は４１によってＣｕ−Ｃｒ合金でなる鍛造試料について、室温で累積ひずみが８．４になるまで圧縮加工した結果を、透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、図１２に示すような圧縮加工結果が得られた。

図１２において明らかなように、平均結晶粒径が０．５〔μｍ〕程度の超微細粒組織が観察できた。

また実験によれば、図１又は図１６の多軸鍛造用圧縮治具を用いて累積ひずみが３０までの多軸鍛造加工を行ったところ、鍛造試料の形状及びサイズは実験前とほぼ同様に維持できた。

（４）他の実施の形態
なお、上述の第２の実施の形態においては、メス型治具４３の案内凹所４２の横断面形状が五角形の場合について述べたが、これに限らず、突出角部４２Ｂに沿ってオス型治具４４を圧縮動作させ得るような多角形にしても、上述の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明は、多軸鍛造により超微細粒の金属材を得る場合に利用できる。

本発明による第１の実施の形態の多軸鍛造用圧縮治具を示す平面図である。 図１の縦断面図である。 下部アンビルを示す平面図である。 圧縮高さ調節板を示す平面図である。 図１の多軸鍛造用圧縮治具の分解組立図である。 本発明による第２の実施の形態の多軸鍛造用圧縮治具を示す斜視図である。 図６の多軸鍛造用圧縮治具の側面図である。 下部治具部のメス型治具を示す斜視図である。 上下治具部のオス型治具を示す斜視図である。 オス型治具の圧縮凹所の平面構造及び側面構造を示す部分的略線図である。 オス型治具による圧縮加工動作の説明に供する部分的略線図である。 透過型電子顕微鏡を用いて観察した圧縮加工結果の超微細粒組織を示す略線図である。 従来の多軸鍛造法の概念を示す略線図である。 図１３の多軸鍛造法により生ずるバリレングの説明に供する略線図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ……鍛造試料、１１、４１……多軸鍛造用圧縮治具、１１Ａ……上部治具部、１１Ｂ……下部治具部、１５……基台、１６……メス型圧縮加工板、１７……取付ボルト、１８……圧縮室、１９……上部アンビル、２０……圧縮動作板、２１Ａ〜２１Ｄ……案内孔、２２Ａ〜２２Ｄ……案内棒、２３……取付用突部、３０……通路、３１……下部アンビル、３３……圧縮高さ調節板、３５Ａ、３５Ｂ……棒状ハンドル、４１Ａ……上部治具部、４１Ｂ……下部治具部、４２……案内凹所、４２Ａ……底辺面部、４２Ｂ……突出角部、４２Ｃ、４２Ｄ……交差面部、４２Ｅ、４２Ｆ……平行面部、４２Ｇ……底面部、４３……メス型治具、４３Ｘ……底面、４４……オス型治具、４４Ａ……底辺面部、４４Ｂ……突出角部、４４Ｃ、４４Ｄ……交差面部、４４Ｅ、４４Ｆ……平行面部、４４Ｇ……底面部、４６……圧縮凹所、４６Ａ……圧縮上面、４６Ｃ、４６Ｄ……圧縮側面、４７……圧縮室、５５……鍛造試料。

Claims (4)

1. 下部治具部に対して上部治具部を移動させることによって圧縮室内の鍛造試料を圧縮加工する多軸鍛造用圧縮治具であって、
   上記下部治具部は、上記上部治具部の上部アンビルを上方から挿脱動作される上記圧縮室と、上記圧縮室の下面に連通する通路と、上記通路に挿脱される下部アンビルとを具え、
   上記通路に上記下部アンビルを挿入することにより上記下部アンビルの上面によって上記圧縮室の下面を閉塞し、かつ上記上部治具部を上記下部治具部から離れる方向に移動させることにより上記上部アンビルを上記圧縮室から引き抜いた状態において、上記圧縮室に上記鍛造試料を入れた後上記上部治具部を上記下部治具部の方向に移動させることにより上記圧縮室に挿入された上記上部アンビルによって上記下部アンビルとの間に上記鍛造試料を第１の圧縮軸方向に圧縮加工し、
   次に上記下部アンビルを上記通路から引き出した後、上記上部治具部を上記下部治具部の方向に移動させることにより上記上部アンビルによって上記鍛造試料を上記通路に突き落し、
   次に当該鍛造試料を上記通路を介して外部に取り出した後当該通路に上記下部アンビルを挿入すると共に、上記上部治具部を上記下部治具部から離れる方向に移動させることにより上記上部アンビルを上記圧縮室から引き抜いた状態にし、これにより上記圧縮室に上記鍛造試料を入れることにより当該鍛造試料を上記第１の圧縮軸方向とは異なる第２の圧縮軸方向に圧縮加工できるようにする
   ことを特徴とする多軸鍛造用圧縮治具。
2. 上記上部治具部及び上記下部治具部間に挿脱される圧縮高さ調節板を具え、
   該圧縮高さ調節板は、上記上部アンビルによって上記鍛造試料を圧縮加工する際には上記上部治具部及び上記下部治具部間位置に挿入されると共に、当該圧縮加工された上記鍛造試料を上記圧縮室から上記通路に突き落す際には上記上部治具部及び上記下部治具部間位置から引き抜かれる
   ことを特徴とする請求項１に記載の多軸鍛造用圧縮治具。
3. 下部治具部に対して上部治具部を移動させることによって圧縮室内の鍛造試料を圧縮加工する多軸鍛造用圧縮治具であって、
   上記上部治具部は、第１の底面部の一端縁部に、圧縮上面と該圧縮上面に連接する圧縮側面とでなる圧縮凹所を有し、
   上記下部治具部は、上記上部治具部の上記第１の底面部に対応する第２の底面部をもつ案内凹所を有し、
   上記上部治具部を上記下部治具部から離れる方向に移動させることにより上記上部治具部を上記案内凹所から引き抜いた状態において、上記案内凹所のうち上記圧縮凹所に対応する位置に上記鍛造試料を入れた後、上記上部治具部を上記下部治具部の方向に移動させることにより、上記圧縮凹所の上記圧縮上面及び上記圧縮側面と、上記案内凹所の上記第２の底面部及び当該第２の底面部に連接する側面部とによって上記圧縮室を形成すると共に、上記圧縮凹所の上記圧縮上面によって上記下部治具部の上記第２の底面部との間に上記鍛造試料を第１の圧縮軸方向に圧縮加工し、
   次に上記上部治具部を上記下部治具部から離れる方向に移動させた後上記上部治具部を上記案内凹所から引き抜いた状態において、上記鍛造試料を上記案内凹所から外部に取り出して入れ直すことにより当該鍛造試料を上記第１の圧縮軸方向とは異なる第２の圧縮軸方向に圧縮加工できるようにする
   ことを特徴とする多軸鍛造用圧縮治具。
4. 上記案内凹所は、横断面がほぼ多角形形状になるように形成されると共に、上記第２の底面部は上記多角形形状の突出角部の方向に行くに従って深くなるように傾斜することにより、上記案内凹所に入れられる上記鍛造試料を上記突出角部の位置に位置決めし易くする
   ことを特徴とする請求項３に記載の多軸鍛造用圧縮治具。