JP2019171426A - 鍛造具 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの取り出しが容易で、鍛造具自体が破損しにくい鍛造具を提供する。【解決手段】鍛造具１０は、第１〜６壁面２１〜２６により直方体形状の鍛造空間ＳでワークＷを鍛造する鍛造具である。鍛造具１０は、第１壁面２１及びこれと隣合う第２壁面２２を形成する第１金型３０と、第３壁面２３及びこれと隣合う第４壁面２４を形成する第２金型４０と、第１金型３０及び第２金型４０の底面３２，４２と当接面６１とが当接したときに当接面６１に囲われた領域で第６壁面２６を形成する第３金型６０と、を備えている。第１金型３０が第５壁面２５のうち第１壁面２１との交線及び第２壁面２２との交線を二辺とする三角形の領域２５ａを形成し、第２金型４９が第５壁面２５のうち第３壁面２３との交線及び前記第４壁面２４との交線を二辺とする三角形の領域２５ｂを形成していて、第５壁面２５と第６壁面２６との間でワークＷを押圧する。【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造具に関する。

従来、直方体ワークに対して、ワークの互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向から、鍛造により順次塑性歪みを加えて結晶粒を微細化する、いわゆる多軸鍛造法が知られている（例えば、特許文献１参照）。多軸鍛造法に用いる鍛造具として、種々のものが提案されている。例えば、方形形状の圧縮室が穿設された圧縮加工板と、圧縮室に上方から挿入される上部アンビルと、基台に設けられた通路に挿入されると上面が圧縮室の下面を閉塞する下部アンビルと、を備えたものが提案されている（特許文献２参照）。この鍛造具では、下部アンビルを引き抜いて、基台に設けられた通路からワークを取り出すことができる。また、上述した圧縮加工板に相当する部材として、複数の型部品を組み合わせることによって圧縮室が形成された内型を外型の内周に嵌め込んだ部材を備えたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、圧縮上面とそれに連接する２つの圧縮側面とでなる圧縮凹所を底面部の一端縁部に有する上部冶具部と、底面部をもつ案内凹所を有する下部冶具部と、を備えたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この鍛造具では、圧縮凹所の圧縮上面及び圧縮側面と、案内凹所の底面部とそれに連接する２つの側面部とによって圧縮室が形成される。

国際公開第２００９／１１９２３７号パンフレット 特開２００６−１１６５９２号公報 国際公開第２０１３／１４６３０９号パンフレット

しかしながら、上部アンビルを圧縮室に挿入する態様の鍛造具では、棒状の上部アンビルの下端の一面をワークに当接させた状態で荷重を加えるため、荷重を加えた際にワークの変形に伴って芯ずれが生じ、その状態で最大荷重を受けることがあった。これによりワークの一部に荷重が集中するなどして、ワークが上部アンビルや下部アンビルに強く固着してしまうことがあった。この場合、上部アンビルや下部アンビルの取り出しが困難になり、結果として、ワークの取り出しが困難になることがあった。一方、圧縮凹所を有する上部冶具部を備えた鍛造具では、ワークの取り出しは比較的容易である。しかし、底面部の一端縁部に圧縮凹所を有しており、この圧縮凹所の圧縮上面をワークに当接させた状態で荷重を加えるため、荷重を加えた際にワークの変形に伴いこの圧縮凹所側に上部治具部が傾くなどして芯ずれが生じ、その状態で最大荷重を受けることがあった。これにより、圧縮凹所の圧縮上面のうち圧縮側面と連接していない突出角部に荷重が集中するなどして、突出角部が破損してしまうことがあった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ワークの取り出しが容易で、鍛造具自体が破損しにくい鍛造具を提供することを主目的とする。

本発明の鍛造具は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

すなわち、本発明の鍛造具は、
第１壁面と、該第１壁面と隣合う第２壁面と、前記第１壁面に対向し前記第２壁面と隣合う第３壁面と、前記第２壁面に対向し前記第１壁面及び前記第３壁面と隣合う第４壁面と、前記第１〜４壁面と隣合う第５壁面と、前記第５壁面に対向し前記第１〜４壁面と隣合う第６壁面と、により直方体形状の鍛造空間でワークを鍛造する鍛造具であって、
前記第１壁面及び前記第２壁面を形成する第１金型と、
前記第３壁面及び前記第４壁面を形成する第２金型と、
を少なくとも備え、
（ａ）前記第１金型及び前記第２金型に加えて前記第１金型及び前記第２金型の底面と当接面とが当接したときに前記当接面に囲われた領域で前記第６壁面を形成する第３金型をさらに備え、前記第１金型が前記第５壁面のうち前記第１壁面と前記第５壁面との交線及び前記第２壁面と前記第５壁面との交線を二辺とする三角形の領域を形成し、前記第２金型が前記第５壁面のうち前記第３壁面と前記第５壁面との交線及び前記第４壁面と前記第５壁面との交線を二辺とする三角形の領域を形成していて、前記第５壁面と前記第６壁面との間で前記ワークを押圧し、前記第１金型及び第２金型の底面と前記第３金型の当接面とが当接したときに前記鍛造空間が形成されるか、
（ｂ）前記第２金型は前記第５壁面及び前記第６壁面を形成し、前記第１金型は前記第１壁面から該第１壁面と同一平面上に連なる第１合わせ面を有し、該第１合わせ面に対向して接する第１対向面を前記第２金型が有し、さらに前記第２金型は前記第３壁面から該第３壁面と同一平面上に連なる第２合わせ面を有し、該第２合わせ面に対向して接する第２対向面を前記第１金型が有し、前記第１金型及び前記第２金型に前記鍛造具の軸方向の荷重を加えたときに前記第２合わせ面に沿って前記第２対向面が移動するとともに前記第１対向面に沿って前記第１合わせ面が移動するように、前記第１，２対向面及び前記第１，２合わせ面が前記荷重の方向に垂直な平面に対して傾斜していて、前記第２壁面と前記第４壁面との間で前記ワークを押圧し、前記第１金型に設けられた第１金型当接面と前記第２金型に設けられた第２金型当接面とが当接したときに前記鍛造空間が形成されるか、
の一方を満たすものである。

この鍛造具では、（ａ）を満たす場合には、第１金型及び第２金型を組み合わせたときの底面の中央部に鍛造空間が開口し、第１，２金型の底面と第３金型の当接面とが当接することで鍛造空間が形成される。これにより、途中で芯ずれが生じたとしても、最大荷重を受ける加工最終段階では、第１，２金型の底面（すなわち鍛造空間Ｓの開口の周囲全面）と第３金型の当接面とが当接する。これにより芯ずれが解消されるため、ワークへの荷重の集中が抑制され、ワークが固着しにくいし、鍛造具自体が破損しにくい。（ｂ）を満たす場合には、第１金型及び第２金型に荷重を加えたときに、第２合わせ面に沿って第２対向面が移動するとともに第１対向面に沿って第１合わせ面が移動し、第１金型当接面と第２金型当接面とが当接することで鍛造空間が形成されるため、ワークを押圧する際に芯ずれが生じにくい。このため、芯ずれによって鍛造具が破損することやワークの取り出しが困難になることを抑制できる。また、（ａ）（ｂ）いずれを満たす場合にも、ワークの周囲の四方のうち、隣り合う第１，２壁面が第１金型に、隣り合う第３，４壁面が第２金型に設けられているため、ワークは、第１，２金型に両者を分離する方向の力を加える。このため、第１〜４壁面からワークを容易に取り出すことができる。なお、本明細書において、直方体形状は、第１〜６壁面のうち隣合う壁面同士のなす角が全て９０°である厳密な意味での直方体形状のほか、これらの角度が９０±１０°の範囲内のものを含む。また、直方体形状には、第１〜６壁面のうち隣合う壁面が隙間なく接しているもののほか、鍛造に影響を与えない程度（例えば３ｍｍ以下）の隙間があるもの（但し第１壁面と第２壁面との間及び第３壁面と第４壁面との間に隙間があるものを除く）を含む。

本発明の鍛造具は、前記第１壁面と前記第２壁面とのなす角及び前記第３壁面と前記第４壁面とのなす角が９０°より大きいものとしてもよい。こうすれば、第１壁面と第２壁面とのなす角や第３壁面と第４壁面とのなす角の間にワークがはまり込みにくく、ワークをより容易に取り出すことができる。これらの角は、９０°より大きく９５°以下が好ましく、９０．５°以上９４°以下がより好ましく、９１°以上９３°以下がさらに好ましい。９０°以上であればワークの取り出しがより容易であり、９５°以下であれば、厳密な意味での直方体に近い形状にワークが加工されるため、前回の鍛造後、次回の鍛造の際に、ワークを安定して載置できる。

本発明の鍛造具は、前記（ａ）を満たす鍛造具であって、前記第１金型及び前記第２金型は、組み合わせると、前記第１金型の底面及び前記第２金型の底面で形成された底面に前記鍛造空間が開口した柱状体となるように形成された部材であり、前記柱状体の外周面は、前記柱状体の底面から該底面とは反対側の上面に向けて前記鍛造具の軸に接近するように傾斜していて、前記柱状体の外周面に配設され、底面が前記柱状体の底面と面一となるように形成された筒状部材をさらに備えたものとしてもよい。柱状体が底面から上面に向けて縮径し、その外周面に底面が柱状体の底面と面一となる筒状部材が配設されるため、ワークを押圧するときには第１金型と第２金型とが離間してしまうことを筒状部材によって抑制できるとともに、ワークを取り出すときには筒状部材から柱状体を抜きやすい。このため、第１金型と第２金型との分離が容易で、ワークの取り出しが容易である。この鍛造具において、前記柱状体の外周面は、前記鍛造具の軸に対して４５°以下の角度で傾斜していることが好ましく、３°以上１０°以下がより好ましい。３°以上であれば、筒状部材から柱状体をより抜き出しやすい。また、１０°以下であれば、柱状体の上面の面積を比較的大きくできるため、柱状体の上面にかかる荷重を抑制し、鍛造具自体の破損をより抑制できる。なお、本明細書において、柱状体には、円柱や角柱のように径が一定の柱状のもののほか、円錐台や角錐台のように径が変化する錐台状のものが含まれる。

（ａ）を満たし筒状部材を備えた鍛造具において、前記第３金型は、前記当接面を含む底面と該底面から立ち上がる内周面とを有する有底筒状の凹部を有していて、該凹部の底面は前記筒状部材の底面と外径が一致するように形成されているものとしてもよい。こうすれば、ワークを押圧するときに、第１金型と第２金型とが離間する方向の力を筒状部材だけでなく第３金型でも受け止めることができるため、鍛造具自体の破損をより抑制できる。

（ａ）を満たし筒状部材を備えた鍛造具において、前記第３金型の内周面は、前記底面から該底面とは反対側の開口面に向けて前記鍛造具の軸から離れるように傾斜しているものとしてもよい。こうすれば、第３金型からの筒状部材や第１，２金型の取り出しがより容易となり、結果として、ワークをより容易に取り出すことができる。この鍛造具において、前記第３金型の内周面は、前記鍛造具の軸に対して１０°以下の角度で傾斜していることが好ましく、０．５°以上１０°以下がより好ましい。０．５°以上では、第３金型からの筒状部材や第１，２金型の取り出しがより容易になる。また、１０°以下であれば、ワークを押圧するときに、第１金型と第２金型とが離間する方向の力をより多く受け止めることができるため、鍛造具自体の破損をより抑制できる。この鍛造具は、前記筒状部材の底面の外周に、前記第３金型の当接面と当接したときに前記第３金型の内周面に対向して接するガイド面を有しているものとしてもよい。こうすれば、筒状部材が第３金型の内周面にガイドされながら第３金型の凹部に挿入されるため、芯ずれをより抑制できる。

本発明の鍛造具は、前記（ａ）を満たし、前記第１金型及び前記第２金型は、組み合わせると、前記第１金型の底面及び前記第２金型の底面で形成された底面に前記鍛造空間が開口した柱状体となるように形成された部材であり、前記第３金型は、前記当接面を含む底面と該底面から立ち上がる内周面とを有する有底筒状の凹部を有し、該凹部の底面は前記柱状体の底面と外径が一致するように形成されているものとしてもよい。すなわち、上述した筒状部材を省略してもよい。こうすれば、ワークを押圧するときには第１金型と第２金型とが離間するのを第３金型の凹部によって抑制できるとともに、筒状部材がないため、ワークを取り出すときには、第１金型と第２金型との分離がより容易で、ワークの取り出しがより容易である。

（ａ）を満たし筒状部材を省略した鍛造具において、前記第３金型の内周面は、前記底面から該底面とは反対側の開口面に向けて前記鍛造具の軸から離れるように傾斜しているものとしてもよい。こうすれば、第３金型からの第１，２金型の取り出しがより容易となり、結果として、ワークをより容易に取り出すことができる。この鍛造具において、前記第３金型の内周面は、前記鍛造具の軸に対して１０°以下の角度で傾斜していることが好ましく、前記第３金型の内周面は、前記鍛造具の軸に対して０．５°以上１０°以下の角度で傾斜していることがより好ましい。０．５°以上では、第３金型からの第１，２金型の取り出しがより容易になり、１０°以下であれば、ワークを押圧するときに、第１金型と第２金型とが離間するのをより抑制できる。

（ａ）を満たし筒状部材を省略した鍛造具は、前記柱状体の底面の外周に、前記第３金型の当接面と当接したときに前記第３金型の内周面に対向して接するガイド面を有しているものとしてもよい。こうすれば、柱状体が第３金型の内周面にガイドされながら第３金型の凹部に挿入されるため、芯ずれをより抑制できる。

本発明の鍛造具は、前記（ｂ）を満たし、前記第２金型当接面は、前記第１対向面のうち前記第４壁面とは反対側に前記第１対向面から立ち上がるように形成され、前記第１金型当接面は、前記第１合わせ面のうち前記第１壁面とは反対側に前記第２金型当接面に当接するように形成されているものとしてもよい。こうすれば、第１金型においては、第２対向面、第２壁面、第１壁面と第１合わせ面とを含む面、第１金型当接面を階段状に形成し、第２金型においては、第２合わせ面と第３壁面とを含む面、第４壁面、第１対向面、第２金型当接面を階段状に形成すればよいため、鍛造具自体の形状が複雑でなく、鍛造具自体が破損しにくい。

（ｂ）を満たす鍛造具において、前記第２金型は、前記第２合わせ面と前記第３壁面とで形成された底面の一端から立ち上がり前記第５壁面を形成する第１側面と、前記底面の他端から立ち上がり前記第６壁面を形成する第２側面と、を有する凹部を有し、前記第１側面と前記第２側面とは、前記底面から前記凹部の開口に向けて間隔が広くなるように傾斜しているものとしてもよい。こうすれば、凹部の開口側が広くなっているため、ワークの取り出しがより容易である。この鍛造具において、前記第１側面は、前記底面の一端から前記鍛造具の軸に平行に立ち上がる面に対して１０°以下の角度で傾斜していることが好ましく、１°以上１０°以下がより好ましい。また、前記第２側面は、前記底面の他端から前記鍛造具の軸に平行に立ち上がる面に対して１０°以下の角度で傾斜していることが好ましく、１°以上１０°以下がより好ましい。１°以上では、ワークの取り出しがより容易であり、１０°以下では、厳密な意味での直方体に近い形状にワークを加工できる。

（ｂ）を満たす鍛造具において、前記第１，２合わせ面及び前記第１，２対向面は、前記荷重の方向に垂直な平面に対して４５°以上７５°以下の角度で傾斜しているものとしてもよい。この角度を４５°以上とすれば、鍛造具に加えた荷重がより十分にワークに伝わり、７５°以下とすれば第１金型と第２金型とがよりずれにくい。

鍛造具１０の斜視図。 鍛造具１０の分解斜視図。 鍛造具１０の図１のＡ−Ａ断面図。 鍛造具１０を図３のＢ−Ｂ切断面で切断した断面図。 鍛造具１０を用いた鍛造方法を示す説明図。 鍛造具１０を用いた鍛造方法における加工工程の説明図。 鍛造具１０を用いた鍛造方法におけるワークＷの変形を示す説明図。 鍛造具１１０の斜視図。 鍛造具１１０の分解斜視図。 鍛造具１１０の正面図。 鍛造具１１０の図８のＣ−Ｃ断面図。 鍛造具１１０を用いた鍛造方法を示す説明図。 鍛造具１１０を用いた鍛造方法における加工工程を示す説明図。 鍛造具２１０の斜視図。 鍛造具２１０の図１４のＤ−Ｄ断面図。 鍛造具２１０を用いた鍛造方法における加工工程の説明図。 実施例１のワークの加工前後の外観写真。 実施例１〜３の引張試験結果。 実施例４のワークの加工前後の外観写真。

次に、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態の鍛造具１０の斜視図、図２は鍛造具１０の分解斜視図、図３は鍛造具１０の図１のＡ−Ａ断面図、図４は鍛造具１０を図３のＢ−Ｂ切断面で切断した断面図、図５は鍛造具１０を用いた鍛造方法を示す説明図、図６は鍛造具１０を用いた鍛造方法における加工工程の説明図、図７は鍛造具１０を用いた鍛造方法におけるワークＷの変形を示す説明図である。図１，２では、隠れ線を破線で示したが、一部の隠れ線を省略した。

鍛造具１０は、直方体形状のワークＷに対して、ワークＷの互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向から、鍛造により順次塑性歪みを加える、いわゆる多軸鍛造法に用いられるものである。鍛造具１０は、図１〜４に示すように、第１壁面２１と、第１壁面２１と隣合う第２壁面２２と、第１壁面２１に対向し第２壁面２２と隣合う第３壁面２３と、第２壁面２２に対向し第１壁面２１及び第３壁面２３と隣合う第４壁面２４と、第１〜４壁面２１〜２４と隣合う第５壁面２５と、第５壁面２５に対向し第１〜４壁面２１〜２４と隣合う第６壁面２６とを有している。この第１〜６壁面２１〜２６により直方体形状の鍛造空間Ｓが形成される。鍛造具１０では、この鍛造空間ＳでワークＷを鍛造する。図２では、第１〜６壁面２１〜２６の輪郭を一点鎖線で示した。

鍛造具１０は、第１金型３０と、第２金型４０と、筒状部材５０と、第３金型６０と、を備えている。これらは、熱間ダイス鋼（例えばＳＫＤ６１）などの熱間工具鋼、冷間ダイス鋼などの冷間工具鋼、を含む合金工具鋼や、ハステロイ（ハステロイは登録商標）などのニッケル基合金などで形成されたものとしてもよい。鍛造具１０には、軸Ｐの方向に荷重が加えられる。鍛造具１０の軸Ｐは、第１金型３０と第２金型４０とを組み合わせた円錐台（柱状体）の軸、筒状部材５０の軸及び第３金型６０の凹部の軸と一致する。

第１金型３０及び第２金型４０は、合わせ面３１，４１を当接させて組み合わせると、底面３２，４２に鍛造空間Ｓが開口した円錐台となるように形成された部材である。この円錐台の外周面３４，４４は、底面３２，４２から上面３３，４３に向けて鍛造具１０の軸Ｐに接近するように、軸Ｐに対してα°の角度で傾斜している（図３参照）。α°は、０°より大きく４５°以下が好ましく、３°以上１０°以下がより好ましい。３°以上であれば、筒状部材５０から円錐台をより抜き出しやすい。また、１０°以下であれば、円錐台の上面３３，４３の面積を比較的大きくできるため、円錐台の上面３３，４３にかかる荷重を抑制し、鍛造具１０自体の破損をより抑制できる。

第１金型３０は、軸Ｐを含む平面で円錐台を半分に切断した半円錐台形状であり、第１壁面２１及び第２壁面２２を形成し、さらに第５壁面２５のうち第１壁面２１と第５壁面２５との交線及び第２壁面２２と第５壁面２５との交線を二辺とする三角形の領域である天井部２５ａを形成する部材である。合わせ面３１と底面３２とが交わる角部の中央には、鍛造空間Ｓを構成する凹部３５が形成されている。凹部３５は、底面３２に平行で長辺が合わせ面３１上に位置する三角形の天井部２５ａと、天井部２５ａの長辺以外の一辺から軸Ｐに平行に立ち上がる第１壁面２１と、天井部２５ａの残りの一辺から軸Ｐに平行に立ち上がる第２壁面２２と、で構成されている。凹部３５は、底面３２からの深さがａで、第１壁面２１の幅がｂで、第２壁面２２の幅がｃ（但し、ａ＜ｂ＜ｃ）となるように形成されている（図３参照）。ａ，ｂ，ｃの値は特に限定されないが、例えば、１．０３ａ≦ｂ≦１．４９ａ、１．０６ａ≦ｃ≦２．２２ａを満たすことが好ましい。このうち、１．１０ａ≦ｂ≦１．２０ａ、１．２１ａ≦ｃ≦１．４４ａを満たすものでは、各鍛造パスでのひずみが比較的小さく、多軸鍛造をより容易に行うことができる。軸比（ｃ／ａの値）が大きい場合は、より少ない鍛造パス数で多軸鍛造が可能となるが、脆性材料のワークを加工する場合などには、ワークに割れが発生することがある。ａ、ｂ、ｃの値はｃ＝ｂ²／ａを満たすことが好ましい。また、凹部３５は、第１壁面２１と第２壁面２２とのなす角が９０°以上であるθ°となるように形成されている（図４参照）。θ°の値は、９０°より大きく９５°以下が好ましく、９０．５°以上９４°以下がより好ましく、９１°以上９３°以下がさらに好ましい。９０°以上であればワークＷの取り出しがより容易であり、９５°以下であれば、厳密な意味での直方体に近い形状にワークＷが加工されるため、前回の鍛造後、次回の鍛造の際に、ワークＷを安定して載置できる。合わせ面３１と上面３３とが交わる角部には、面取り形状の面３６が形成されている。外周面３４の上部中央には、円形の開口を有する有底孔３７が合わせ面３１に向けて穿設されている。

第２金型４０は、軸Ｐを含む平面で円錐台を半分に切断した半円錐台形状であり、第３壁面２３及び第４壁面２４を形成し、さらに第５壁面２５のうち第３壁面２３と第５壁面２５との交線及び第４壁面２４と第５壁面２５との交線を二辺とする三角形の領域である天井部２５ｂを形成する部材である。合わせ面４１と底面４２とが交わる角部の中央には、鍛造空間Ｓを構成する凹部４５が形成されている。凹部４５は、底面４２に平行で長辺が合わせ面４１上に位置する三角形の天井部２５ｂと、天井部２５ｂの長辺以外の一辺から軸Ｐに平行に立ち上がる第３壁面２３と、天井部２５ｂの残りの一辺から軸Ｐに平行に立ち上がる第４壁面２４と、で構成されている。天井部２５ｂは第１金型３０の天井部２５ａとともに鍛造空間Ｓの第５壁面２５を形成する。凹部４５は、底面４２からの深さがａで、第３壁面２３の幅がｂで、第４壁面２４の幅がｃ（但し、ａ＜ｂ＜ｃ）となるように形成されている（図３参照）。ａ，ｂ，ｃの値は第１金型３０と同じである。また、凹部４５は、第３壁面２３と第４壁面２４とのなす角が９０°以上であるθ°となるように形成されている（図４参照）。θ°の値は第１金型３０と同じである。合わせ面４１と上面４３とが交わる角部には、面取り形状の面４６が形成されている。この面４６は、第１金型３０の面３６とともに、Ｖ字の底が第１，２金型３０，４０の合わせ面３１，４１につながるＶ字溝を形成している。このＶ字溝の底に向けて棒状治具等を挿入することで、第１金型３０と第２金型４０とを容易に分離できるように構成されている。このＶ字溝は省略してもよい。外周面４４の上部中央には、円形の開口を有する有底孔４７が合わせ面４１に向けて穿設されている。

筒状部材５０は、第１金型３０及び第２金型４０を組み合わせた円錐台の外周に配設される、両端が開口した筒状の部材である。筒状部材５０は、第１金型３０及び第２金型４０の外周面３４，４４と内周面５１が当接し、第１金型３０及び第２金型４０の底面３２，４２と底面５２とが面一となるように形成されている。また、上面５３が第１金型３０及び第２金型４０の上面３３，４３と面一となるか、上面５３が上面３３，４３より低くなるように形成されている（図３参照）。上面３３，４３と上面５３との高さの差ｄの値は、基本的には０ｍｍでよいが、荷重をかけたときの第１，２金型の変形を考慮して、０ｍｍより大きい値を設定してもよい。ｄの値は、荷重をかけたときにも第１，２金型３０，４０の合わせ面３１，４１が離間しない程度の値、例えば１ｍｍ以下などが好ましい。なお、ｄの値は、僅かにマイナス、すなわち、上面５３が上面３３，４３より僅かに高くなるように形成されていてもよい。外周面５４は円筒形状であり、外周面５４には有底のてこ孔５５が２つ、対向する位置に穿設されている。てこ孔５５は、筒状部材５０を第３金型６０から取り出す際に用いるものであり、棒状治具を挿入し、第３金型６０の上面６３を支点として筒状部材５０を上方に引き上げることができるように形成されている。このてこ孔５５は省略してもよい。筒状部材５０の上部には、外周面５４から内周面５１まで貫通し、第１金型３０及び第２金型４０の有底孔３７，４７につながる貫通孔５７が穿設されている。この貫通孔５７は、第１，２金型３０，４０の有底孔３７，４７よりも小径に形成されていて、内周には雌ねじが切られている。この貫通孔５７の外周面５４側からボルト５８を挿入し、第１金型３０及び第２金型４０の有底孔３７、４７にボルト５８の先端が達し、ボルト５８に第１金型３０及び第２金型４０を掛止できる位置まで螺合させることで、第１金型３０、第２金型４０及び筒状部材５０が固定される。

第３金型６０は、合わせ面３１，４１が合わさった状態の第１金型及び第２金型の底面３２，４２と当接する当接面６１を有し、底面３２，４２と当接面６１とが当接したときに当接面６１で囲われた領域が第６壁面２６を形成する部材である。第３金型６０は、当接面６１を含む底面６２と、底面６２から立ち上がる内周面６４とを有する有底円筒状の凹部６５を有している。第３金型の凹部６５の底面６２は筒状部材５０の底面５２と外径が一致するように形成されている。内周面６４は、底面６２から開口面６３に向けて軸Ｐから離れるように、軸Ｐに対してβ°の角度で傾斜している（図３参照）。内周面６４は、軸Ｐに対して１０°以下の角度で傾斜していることが好ましく、０．５°以上１０°以下の角度で傾斜していることがより好ましい。０．５°以上では、第３金型６０からの筒状部材５０や第１，２金型３０，４０の取り出しがより容易になる。また、１０°以下であれば、ワークＷを押圧するときに、第１金型３０と第２金型４０とが離間する方向の力をより多く受け止めることができるため、鍛造具１０自体の破損をより抑制できる。第３金型６０は、凹部６５の底に取り出し可能な板部材を備え、この板部材の表面を底面６２としてもよい。こうすれば、第３金型６０本体の損耗などをより抑制できる。

次に、鍛造具１０を用いてワークＷを多軸鍛造する方法について説明する。ワークＷとしては、各辺の長さが、第１，２金型３０，４０の上述したａ，ｂ，ｃ（但し、ａ＜ｂ＜ｃ）の値に対応する直方体形状のものを用いる。ワークＷとしては、例えば、チタンやチタン合金、銅や銅合金、ステンレス鋼などの鉄鋼材、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを用いることができる。

この多軸鍛造法では、例えば、図５及び図６に示すように、第３金型６０に第１形状のワークＷを載置する載置工程と、載置されたワークＷを鍛造空間Ｓ（図１参照）の形状に応じた第２形状に変形させることによりワークＷに塑性歪みを加える加工工程と、加工を終えたワークＷを取り出す取出工程と、を含み、載置工程から取出工程までを２回以上繰り返すものとしてもよい。なお、第１形状と第２形状とは、いずれも長さａ，ｂ，ｃの辺を有する点で共通する。一方、第１形状と第２形状とは、第１形状で長さｃであった辺が第２形状では長さａの辺となり、第１形状で長さｂであった辺が第２形状では長さｃの辺となり、第１形状で長さａであった辺が第２形状では長さｂの辺になる点で異なる。

載置工程では、ワークＷを第３金型６０の底面６２のうち第６壁面２６を形成する領域に載置する。このとき、ワークＷのうち長さａ，ｃの辺で囲われた面が長さａ，ｂの辺で囲われた第１，３壁面２１，２３に対向し、長さｂ，ｃの辺で囲われた面が長さａ，ｃの辺で囲われた第２，４壁面２２，２４に対向し、長さａ，ｂの辺で囲われた面が長さｂ，ｃの辺で囲われた第５，６壁面２５，２６に対向するように載置する。

加工工程では、図５及び図６に示すように、ボルト５８で固定された第１金型３０、第２金型４０及び筒状部材５０を下降させて、第３金型６０の凹部６５に挿入し、第１，２金型３０，４０の底面３２，４２が第３金型６０の当接面６１に当接するまで上方から加圧する。これにより、第５壁面２５と第６壁面２６との間でワークＷが押圧される。第１，２金型３０，４０の底面３２，４２と第３金型６０の当接面６１とが当接したときに鍛造空間Ｓが形成され、ワークＷは、鍛造空間Ｓの形状に応じた第２形状に変形する。第１，３壁面２１，２３にワークＷの長さａ，ｂの辺で囲われた面が対向し、第２，４壁面２２，２４に長さａ，ｃの辺で囲われた面が対向し、第５，６壁面２５，２６に長さｂ，ｃの辺で囲われた面が対向した状態となる。

取出工程では、まず、筒状部材５０のてこ孔５５に図示しない棒状治具を挿入し、第３金型６０の上面６３を支点として筒状部材５０を上方に引き上げる。これにより、筒状部材５０にボルト５８で固定された第１金型３０、第２金型４０を、第３金型６０の壁部６３の内周から引き上げることができる。続いて、必要に応じて、ボルト５８を緩めたり、ボルト５８を外して第１金型３０、第２金型４０及び筒状部材５０を分離して、ワークＷを取り出す。

続いて、取り出したワークＷを回転させて、再び載置工程から取り出し工程までを行い、こうした操作を必要な回数だけ繰り返す。これにより、図７に示すように、ワークＷの互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向から、鍛造により順次塑性歪みを加えることができる。すなわち、初回の加工工程でワークＷのＸ軸方向から荷重σｘを加えた場合、次回はＹ軸方向から荷重σｙを加え、その次はＺ軸方向から荷重σｚを加えることで、ワークＷの互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向から、順次塑性歪みを加えることができる。

以上説明した鍛造具１０では、第１金型３０及び第２金型４０を組み合わせたときの底面３２，４２の中央部に鍛造空間Ｓが開口し、第１，２金型３０，４０と第３金型６０の当接面６１とが当接することで鍛造空間Ｓが形成される。これにより、途中で芯ずれが生じたとしても、最大荷重を受ける加工最終段階（図６の完了時の図参照）では、第１，２金型３０，４０の底面３２，４２（すなわち鍛造空間Ｓの開口の周囲全面）と、第３金型６０の当接面６１とが当接する。これにより芯ずれが解消されるため、ワークＷが固着しにくいし、鍛造具自体が破損しにくい。また、ワークＷの周囲の四方のうち、隣り合う第１，２壁面２１，２２が第１金型３０に、隣り合う第３，４壁面２３，２４が第２金型４０に設けられているため、ワークＷは、第１，２金型３０，４０に両者を分離する方向の力を加える。このため、第１〜４壁面２１〜２４からワークＷを容易に取り出すことができる。

また、鍛造具１０では、合わせ面３１，４１で合わせることで形成される円錐台が底面３２，４２から上面３３，４３に向けて縮径し、その外周面３４，４４に、底面５２が円錐台の底面３２，４２と面一となる筒状部材５０が配設される。このため、ワークＷを押圧するときには第１金型３０と第２金型４０とが離間してしまうことを筒状部材５０によって抑制できるとともに、ワークＷを取り出すときには筒状部材５０から円錐台を抜きやすい。このため、第１金型３０と第２金型４０との分離が容易で、ワークＷの取り出しが容易である。

また、鍛造具１０では、第３金型６０は、当接面６１を含む底面６２と底面６２から立ち上がる内周面６４とを有する有底筒状の凹部６５を有していて、凹部６５の底面６２は筒状部材５０の底面５２と外径が一致するように形成されている。このため、ワークＷを押圧するときに、第１金型３０と第２金型４０とが離間する方向の力を筒状部材５０だけでなく第３金型６０でも受け止めることができるため、鍛造具１０自体の破損をより抑制できる。

また、鍛造具１０では、第３金型６０の内周面６４は、底面６２から開口面６３に向けて軸Ｐから離れるように傾斜しているため、第３金型６０からの筒状部材５０や第１，２金型３０，４０の取り出しがより容易となる。結果として、ワークＷをより容易に取り出すことができる。

［第２実施形態］
図８は第２実施形態の鍛造具１１０の斜視図、図９は鍛造具１１０の分解斜視図、図１０は鍛造具１１０の正面図、図１１は鍛造具１１０の図８のＣ−Ｃ断面図、図１２は鍛造具１１０を用いた鍛造方法を示す説明図、図１３は鍛造具１１０を用いた鍛造方法における加工工程を示す説明図である。図８，９の斜視図では、隠れ線を破線で示したが、一部の隠れ線を省略した。また、図８，９では、構造の理解を容易にするため、視認できる面に網掛けを施した。

鍛造具１１０は、直方体形状のワークＷに対して、ワークＷの互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向から、鍛造により順次塑性歪みを加える、いわゆる多軸鍛造法に用いられるものである。鍛造具１１０は、図８〜１１に示すように、第１壁面１２１と、第１壁面１２１と隣合う第２壁面１２２と、第１壁面１２１に対向し第２壁面１２２と隣合う第３壁面１２３と、第２壁面１２２に対向し第１壁面１２１及び第３壁面１２３と隣合う第４壁面１２４と、第１〜４壁面１２１〜１２４と隣合う第５壁面１２５と、第５壁面１２５に対向し第１〜４壁面１２１〜１２４と隣合う第６壁面１２６とを有している。この第１〜６壁面１２１〜１２６により直方体形状の鍛造空間Ｓが形成される。鍛造具１０では、この鍛造空間ＳでワークＷを鍛造する。図９では、第１〜６壁面１２１〜１２６の輪郭を一点鎖線で示した。

鍛造具１１０は、第１金型１３０と、第２金型１５０と、を備えている。これらは、熱間ダイス鋼（例えばＳＫＤ６１）などの熱間工具鋼、冷間ダイス鋼などの冷間工具鋼、を含む合金工具鋼や、ハステロイ（ハステロイは登録商標）などのニッケル基合金などで形成されたものとしてもよい。鍛造具１１０には、軸Ｐの方向に荷重が加えられる。鍛造具１１０の軸Ｐは、第１金型１３０の軸及び第２金型１５０の軸と一致する。

第１金型１３０は、本体部１３５の底面１３２から階段状の凸部１３６が突出した部材である。本体部１３５の上面１３３は鍛造具１１０の軸Ｐ（荷重の方向）に垂直に形成されており、本体部１３５の底面１３２は正面１３１側よりも背面１３４側で本体部１３５の厚みが厚くなるように傾斜している。凸部１３６は、正面１３１側が背面１３４側よりも本体部１３５の底面１３２からの高さが高い階段状に形成されており、正面１３１に隣接して形成された第２対向面１４２と、第２対向面１４２よりも高さが低く第２対向面１４２に平行に形成された第１壁面１２１及び第１壁面１２１から第１壁面１２１と同一平面上に連なる第１合わせ面１４１とを備えている。第２対向面１４２と第１壁面１２１とは、第２壁面１２２で接続されており、第１合わせ面１４１と本体部１３５の底面１３２とは、第１金型当接面１４３で接続されている。この凸部１３６は、第１壁面１２１と第２壁面１２２とのなす角が９０°以上であるθ°となるように形成されている（図１１参照）。θ°は、９０°より大きく９５°以下が好ましく、９０．５°以上９４°以下がより好ましく、９１°以上９３°以下がさらに好ましい。９０°以上であればワークＷの取り出しがより容易であり、９５°以下であれば、厳密な意味での直方体に近い形状にワークが加工されるため、前回の鍛造後、次回の鍛造の際に、ワークを安定して載置できる。凸部１３６の側面１４５及び１４６は、軸Ｐに平行で、かつ互いに平行に形成されている。また、凸部１３６は、側面１４５と側面１４６の距離（幅）がｃで、第１壁面１２１の長さがＣ−Ｃ断面においてａで、第２壁面１２２の長さがＣ−Ｃ断面においてｂ（但し、ａ＜ｂ＜ｃ）となるように形成されている。ａ，ｂ，ｃの長さは第１実施形態と同様である。第１壁面１２１，第１合わせ面１４１、第２対向面１４２及び底面１３２は、平行に形成されており、これらは全て、軸Ｐに垂直な平面に対してδ°の角度で傾斜している（図１１参照）。δ°は、４５°以上７５°以下が好ましい。この角度を４５°以上とすれば、鍛造具１１０に加えた荷重がより十分にワークＷに伝わり、７５°以下とすれば第１金型１３０と第２金型１５０とがよりずれにくい。

第２金型１５０は、本体部１５５の上面１５２に階段状の凹部１５６が設けられた部材である。本体部１５５の底面１５３は軸Ｐに垂直に形成されており、本体部１５５の上面１５２は背面１５４側よりも正面１５１側で本体部１５５の厚みが厚くなるように傾斜している。凹部１５６は、第２合わせ面１６２と第３壁面１２３とで形成された底面１６４の一端から立ち上がり第５壁面１２５を形成する第１側面１６５と、底面１６４の他端から立ち上がり第６壁面１２６を形成する第２側面１６６と、を有している。第２合わせ面１６２は、第３壁面１２３と同一平面上に連なる面である。第１側面１６５は、底面１６４の一端から軸Ｐに平行に立ち上がる面に対してγ°の角度で傾斜している（図１０参照）。第２側面１６６は、底面１６４の他端から軸Ｐに平行に立ち上がる面に対してγ°の角度で傾斜している。γ°は、１０°以下が好ましく、１°以上１０°以下がより好ましい。１°以上では、ワークＷの取り出しがより容易であり、１０°以下では、厳密な意味での直方体に近い形状にワークを加工できる。凹部１５６は、正面１５１側が背面１５４側よりも深さ（上面１５２からの深さ）が深い階段状に形成されており、正面１５１に隣接して形成された底面１６４と、底面１６４よりも深さが浅く底面１６４に平行に形成された第１対向面１６１とを備えている。底面１６４と第１対向面１６１とは、第４壁面１２４で接続されており、第１対向面１６１と本体部１５５の上面１５２とは第２金型当接面１６３で接続されている。この凹部１５６は、第３壁面１２３と第４壁面１２４とのなす角が９０°以上であるθ°となるように形成されている（図１１参照）。θ°の値は第１金型１３０と同じである。また、凹部１５６は、第１側面１６５と第２側面１６６との距離（幅）が第２合わせ面１６２においてｃで、第３壁面１２３の長さがＣ−Ｃ断面においてａで、第４壁面１２４の長さがＣ−Ｃ断面においてｂ（但し、ａ＜ｂ＜ｃ）となるように形成されている。ａ，ｂ，ｃの長さは第１実施形態と同様である。第３壁面１２３，第１対向面１６１、第２合わせ面１６２及び上面１５２は、平行に形成されており、これらは全て、軸Ｐに垂直な平面に対してδ°傾斜している（図１１参照）。δ°は、４５°以上７５°以下が好ましい。第２金型１５０は、凹部１５６の底面１６４に、取り出し可能なように正面１５１側にはみ出して載置された板部材を備え、この板部材の表面を底面１６４（第２合わせ面１６２及び第３壁面１２３）としてもよい。こうすれば、板部材を用いてワークＷを引き出すことができるため、より容易にワークＷを取り出すことができる。

次に、鍛造具１１０を用いてワークＷを多軸鍛造する方法について説明する。ワークＷとしては、各辺の長さが、第１，２金型１３０，１５０の上述したａ，ｂ，ｃ（但し、ａ＜ｂ＜ｃ）の値に対応する直方体形状のものを用いる。ワークＷとしては、例えば、チタンやチタン合金、銅や銅合金、ステンレス鋼などの鉄鋼材、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを用いることができる。

この多軸鍛造法では、例えば、図１２及び図１３に示すように、第２金型１５０の底面１６４に第１形状のワークＷを載置する載置工程と、載置されたワークＷを鍛造空間Ｓ（図８参照）の形状に応じた第２形状に変化させることによりワークＷに塑性歪みを加える加工工程と、加工を終えたワークＷを取り出す取出工程と、を含み、載置工程から取出工程までを２回以上繰り返すものとしてもよい。

載置工程では、ワークＷを第２金型１５０の底面１６４に載置する。このとき、ワークＷのうち長さｂ，ｃの辺で囲われた面が長さａ，ｃの辺で囲われた第１，３壁面１２１，１２３に対向し、長さａ，ｂの辺で囲われた面が長さｂ，ｃの辺で囲われた第２，４壁面１２２，１２４に対向し、長さａ，ｃの辺で囲われた面が長さａ，ｂの辺で囲われた第５，６壁面１２５，１２６（図９参照）に対向するように載置する。

加工工程では、図１２及び図１３に示すように、まず、第１金型１３０を下降させて、第１金型１３０の凸部１３６を第２金型１５０の凹部１５６に挿入する。第１金型１３０の第２対向面１４２が第２金型の第２合わせ面１６２に当接すると、第２合わせ面１６２に沿って第２対向面１４２がスライドし、第１対向面１６１に沿って第１合わせ面１４１がスライドする。さらに、第１金型１３０の第２壁面１２２がワークＷに当接すると、第２壁面１２２と第４壁面１２４との間でワークＷを押圧する。これにより、第１，２合わせ面１４１，１６２や第２，１対向面１４２，１６１に平行な力でワークＷが加圧される。さらに、第１金型１３０の第１金型当接面１４３が第２金型１５０の第２金型当接面１６３に当接して鍛造空間Ｓが形成されるまで加圧を続けることで、加圧工程が完了する。これにより、ワークＷは、鍛造空間Ｓの形状に応じた第２形状に変化し、第１，３壁面１２１，１２３に長さａ，ｃの辺で囲われた面が対向し、第２，４壁面１２２，１２４に長さｂ，ｃの辺で囲われた面が対向し、第５，６壁面１２５，１２６に長さａ，ｂの辺で囲われた面が対向した状態となる。なお、加工工程では、第１金型１３０及び第２金型１５０に軸Ｐ方向の荷重を加えたときに第２合わせ面１６２に沿って第２対向面１４２が移動するとともに第１対向面１６１に沿って第１合わせ面１４１が移動する。このため、鍛造具１１０に荷重を加えるプレス機と、第１金型１３０との間に、こうした移動をより円滑にするための機構を設けてもよい。例えば、プレス機の押圧部と第１金型１３０との間に、ローラーや潤滑材などを設けてもよい。

取出工程では、第１金型１３０を第２金型１５０から引き上げ、ワークＷを取り出す。ワークＷを取り出す際には、例えば、第２金型１５０を正面１５１が下になるように回転させて取り出してもよい。こうすれば、ワークＷは、自重で正面１５１側に落下するため、容易にワークＷを取り出すことができる。

続いて、取り出したワークＷを回転させて、載置工程から取出工程までを行い、こうした操作を必要な回数だけ繰り返す。これにより、鍛造具１０を用いた場合と同様、図７に示すように、ワークＷの互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向から、鍛造により順次塑性歪みを加えることができる。

以上説明した鍛造具１１０では、第１金型１３０及び第２金型１５０に荷重を加えたときに、第２合わせ面１６２に沿って第２対向面１４２が移動するとともに第１対向面１６１に沿って第１合わせ面１４１が移動し、第１金型当接面１４３と第２金型当接面１６３とが当接することで鍛造空間Ｓが形成されるため、ワークＷを押圧する際に芯ずれが生じにくい。このため、芯ずれによって鍛造具１１０が破損することやワークＷの取り出しが困難になることを抑制できる。また、ワークＷの周囲の四方のうち、隣り合う第１，２壁面１２１，１２２が第１金型１３０に、隣り合う第３，４壁面１２３，１２４が第２金型１５０に設けられているため、ワークＷは、第１，２金型１３０，１５０に両者を分離する方向の力を加える。このため、第１〜４壁面１２１〜１２４からワークＷを容易に取り出すことができる。

また、鍛造具１１０では、第２金型当接面１６３は、第１対向面１６１のうち第４壁面１２４とは反対側に第１対向面１６１から立ち上がるように形成され、第１金型当接面１４３は、第１合わせ面１４１のうち第１壁面１２１とは反対側に第２金型当接面１６３に当接するように形成されている。こうした鍛造具１１０では、その製造時に、第１金型１３０においては、第２対向面１４２、第２壁面１２２、第１壁面１２１と第１合わせ面１４１とを含む面、第１金型当接面１４３を階段状に形成するだけでよい。また、第２金型においては、第２合わせ面１６２と第３壁面１２３とを含む底面１６４、第４壁面１２４、第１対向面１６１、第２金型当接面１６３を階段状に形成するだけでよい。このため、鍛造具自体の形状が複雑でなく、鍛造具自体の製造が容易であるし、鍛造具自体が破損しにくい。

この鍛造具１１０では、第２金型１５０は、第２合わせ面１６２と第３壁面１２３とで形成された底面１６４の一端から立ち上がり第５壁面１２５を形成する第１側面１６５と、底面１６４の他端から立ち上がり第６壁面１２６を形成する第２側面１６６と、を有する凹部１５６を有し、第１側面１６５と第２側面１６６とは、底面１６４から凹部１５６の開口に向けて間隔が広くなるように傾斜している。このように凹部１５６の開口側が広くなっているため、ワークＷの取り出しがより容易である。

この鍛造具１１０では、第１，２合わせ面１４１，１６２及び第１，２対向面１６１，１４２は、荷重の方向（鍛造具１１０の軸Ｐ）に垂直な平面に対して４５°以上７５°以下の角度で傾斜しているため、鍛造具に加えた荷重がより十分にワークＷに伝わり、第１金型１３０と第２金型１５０とがよりずれにくい。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した鍛造具１０では、第３金型６０は、当接面６１を含む底面６２と底面６２から立ち上がる内周面６４とを有する有底筒状の凹部６５を有しているものとしたが、当接面６１を含む底面６２を有していればよく、例えば平面であってもよい。また、鍛造具１０では、凹部６５の底面６２は筒状部材５０の底面５２と外径が一致するように形成されているものとしたが、筒状部材５０の底面５２より外径が大きく形成されていてもよい。

鍛造具１０では、第３金型６０の内周面６４は、底面６２から底面６２とは反対側の開口面６３に向けて軸Ｐから離れるように、軸Ｐに対してβ°の角度で傾斜しているものとしたが、傾斜していなくてもよい、すなわち、β°が０°でもよい。この場合、筒状部材５０の外周面５４は、底面５２から上面５３に向けて軸Ｐに接近するように、軸Ｐに対して傾斜していることが好ましい。この傾斜は０°より大きく４５°以下が好ましく、３°以上１０°以下がより好ましい。こうすれば、第３金型６０からの筒状部材５０や第１，２金型３０，４０の取り出しがより容易となり、結果として、ワークＷをより容易に取り出すことができる。

鍛造具１０では、筒状部材５０は、図１〜６において、外周面５４が軸Ｐに平行な円筒状のものとしたが、外周面５４が軸Ｐに平行なものに限定されない。例えば、筒状部材５０の底面５２の外周に、第３金型６０の当接面６１と当接したときに第３金型６０の内周面６４に対向して接するガイド面を有しているものとしてもよい。こうすれば、筒状部材５０が第３金型６０の内周面６４にガイドされながら第３金型の凹部に挿入されるため、芯ずれをより抑制できる。また、例えば、外周面５４の底面５２側だけでなく全体が第３金型６０の内周面６４に対向して接するように傾斜していてもよいし、外周面５４が底面５２から上面５３に向けて縮径するように傾斜していてもよい。

鍛造具１０では、第１，２金型３０，４０に設けられた有底孔３７と筒状部材５０に設けられた貫通孔５７と、ボルト５８とを用いて第１，２金型３０，４０と筒状部材５０とを固定したが、こうしたものに限定されない。例えば、第１，２金型３０，４０にも貫通孔を設け、この貫通孔と筒状部材の貫通孔５７とに、棒状部材を貫通させる構造としてもよいし、その他の態様としてもよいし、これらを省略してもよい。

鍛造具１０では、第１，２金型３０，４０を組み合わせると円錐台となるものとしたが、錐台状のものであればよい。円錐台であれば、筒状部材５０から抜き出しやすいため、より好ましい。

鍛造具１０では、凹部３５は、底面３２からの深さがａで第１壁面２１の幅がｂで、第２壁面２２の幅がｃとなるように形成されているものとしたが、底面３２からの深さがａで第１壁面２１の幅がｃで、第２壁面２２の幅がｂとなるように形成されていてもよい。この場合、凹部４５は、底面４２からの深さがａで第３壁面２３の幅がｃで、第４壁面２４の幅がｂとなるように形成される。

鍛造具１０では、筒状部材５０を備えたものとしたが、筒状部材５０を省略してもよい。この場合、第１金型３０及び第２金型５０は、組み合わせると、第１金型３０の底面３２及び第２金型４０の底面４２で形成された底面３２，４２に鍛造空間Ｓが開口した円錐台となるように形成された部材であり、第３金型６０は、当接面６１を含む底面６２と底面６２から立ち上がる内周面６４とを有する有底筒状の凹部６５を有し、凹部６５の底は円錐台の底３２，４２と外径が一致するように形成されているものとしてもよい。こうすれば、ワークＷを押圧するときには第１金型３０と第２金型４０とが離間することを第３金型６０の凹部６５によって抑制できるとともに、筒状部材５０がないため、ワークＷを取り出すときには、第１金型３０と第２金型４０との分離がより容易で、ワークＷの取り出しがより容易である。

筒状部材５０を省略した鍛造具１０において、第３金型６０の内周面６４は、底面６２から底面６２とは反対側の開口面６３に向けて軸Ｐから離れるように傾斜しているものとしてもよい。こうすれば、第３金型６０からの第１，２金型３０，４０の取り出しがより容易となり、結果として、ワークをより容易に取り出すことができる。この鍛造具１０において、第３金型６０の内周面６４は、軸Ｐに対して１０°以下の角度で傾斜していることが好ましく、第３金型６０の内周面６４は、軸Ｐに対して０．５°以上１０°以下の角度で傾斜していることがより好ましい。０．５°以上では、第３金型６０からの第１，２金型３０，４０の取り出しがより容易になり、１０°以下であれば、ワークＷを押圧するときに、第１金型３０と第２金型４０とが離間するのをより抑制できる。この鍛造具１０において、円錐台の底面３２，４２の外周に、第３金型６０の当接面６１と当接したときに第３金型６０の内周面６４に対向して接するガイド面を有しているものとしてもよい。こうすれば、円錐台が第３金型６０の内周面にガイドされながら第３金型６０の凹部６５に挿入されるため、芯ずれをより抑制できる。この鍛造具１０において、第１金型３０と第２金型４０とを組み合わせた柱状体は、円錐台でなくてもよく、その外周面３４，４４は傾斜していなくてもよいし、底面３２，４２から上面３３，４３に向けて鍛造具１０の軸Ｐから離れるように傾斜していてもよい。

筒状部材５０を省略した鍛造具１０の一例である鍛造具２１０について、以下に、図面を用いて説明する。図１４は鍛造具２１０の斜視図、図１５は鍛造具２１０の図１４のＤ−Ｄ断面図、図１６は鍛造具２１０を用いた加工工程の様子を示す説明図である。この鍛造具２１０は、筒状部材５０を省略した点、第１，２金型３０，４０において面３６，４６と有底孔３７，４７を省略して張出部２３７，２４７及び受け部２３８，２４８を追加した点、ボルト５８に代えて軸部材２５８で第１金型３０と第２金型４０とを固定した点、円錐台の底面３２，４２の外周に、第３金型６０の当接面６１と当接した時に第３金型６０の内周面６４に対向して接するガイド面２３９，２４９を設けた点以外は、鍛造具１０と同じである。この鍛造具２１０では、第１金型３０の受け部２３８に第２金型４０の張出部２４７が、第２金型４０の受け部２４８に第１金型３０の張出部２３７が、張出部２３７，２４７に設けられた孔の軸が一致するように配置され、この孔に軸部材２５８を差しむことにより構成されるヒンジ構造によって、第１金型３０と第２金型４０とが固定されている。この鍛造具２１０を用いた場合、加工工程では、図１６に示すように、軸部材２５８で固定された第１金型３０、第２金型４０を、底面３２，４２を比較的大きく離間させた状態で第３金型６０の凹部６５に挿入し、そこから、第１，２金型３０，４０のガイド面２３９，２４９を第３金型６０の内周面６４に沿わせて第１，２金型３０，４０を下降させることができるため、芯ずれなどがより生じにくい。なお、鍛造具２１０では、第１金型３０と第２金型４０とがヒンジ構造によって固定されているものとしたが、第１金型３０と第２金型４０とはどのように固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。このヒンジ構造は、鍛造具１０に適用してもよい。

また、例えば、鍛造具１１０では、第２金型当接面１６３は、第１対向面１６１のうち第４壁面１２４とは反対側に第１対向面１６１から立ち上がるように形成され、第１金型当接面１４３は、第１合わせ面１４１のうち第１壁面１２１とは反対側に第２金型当接面１６３に当接するように形成されているものとしたが、両者が当接したときに鍛造空間Ｓが形成される位置に形成されていれば、こうしたものに限定されない。

鍛造具１１０では、第２金型１５０の凹部１５６の第１側面１６５と第２側面１６６とは、底面１６４から凹部１５６の開口に向けて間隔が広くなるように傾斜しているものとしたが、傾斜していなくてもよい。この場合、第１金型１３０の凸部１３６の側面１４５，１４６を、第２金型１５０の第１，２側面１６５、１６６にはまり込まないような寸法に形成すればよい。

鍛造具１１０では、凸部１３６は、側面１４５と側面１４６の距離がｃで、第１壁面１２１の長さがＣ−Ｃ断面においてａで、第２壁面１２２の長さがＣ−Ｃ断面においてｂとなるように形成されているものとしたが、こうしたものに限定されない。凸部１３６は、側面１４５と側面１４６の距離がｂで、第１壁面１２１の長さがＣ−Ｃ断面においてａで、第２壁面１２２の長さがＣ−Ｃ断面においてｃとなるように形成されていてもよい。この場合、凹部１５６は、第１側面１６５と第２側面１６６との距離が第２合わせ面１６２においてｂで、第３壁面１２３の長さがＣ−Ｃ断面においてａで、第４壁面１２４の長さがＣ−Ｃ断面においてｃとなるように形成される。

鍛造具１１０では、第１壁面１２１等と底面１３２とが平行に形成され、第３壁面１２３等と上面１５２とが平行に形成されているものとしたが、第１壁面１２１等と底面１３２とは平行でなくてもよいし、第３壁面１２３等と上面１５２とは平行でなくてもよい。

以下には、鍛造具１０を用いて多軸鍛造を行った例について、実施例として説明する。

［実施例１］
積層欠陥エネルギー（ＳＦＥ）が１．７ｍＪｍ^-2のＣｕ−７ｍａｓｓ％Ａｌ合金を、１５．１ｍｍ×１８．４ｍｍ×２２．７ｍｍの寸法に切り出し、これを実施例１のワークとした。鍛造具１０を用い、このワークに対して多軸鍛造を行った。多軸鍛造では、載置工程から取出工程までを１５回繰り返した。各加工工程では、初期ひずみ速度３．０×１０^-3ｓ^-1で、真ひずみ量（あるいは累積ひずみ量）６．０の圧縮変形を加えた。そして、各回の加工後のワークから、ゲージ部サイズが６ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの引張試験片を切り出し、引張試験を行った。

［実施例２，３］
積層欠陥エネルギーが２．８ｍＪｍ^-2のＣｕ−５ｍａｓｓ％Ａｌ合金を用いた以外は、実施例１と同様に実施例２の試験を行った。また、積層欠陥エネルギーが２２．０ｍＪｍ^-2のＣｕ−２ｍａｓｓ％Ａｌ合金を用いた以外は、実施例１と同様に実施例３の試験を行った。

［実験結果］
実施例１〜３のいずれにおいても、鍛造具１０が破損したり、ワークＷの取り出しができなくなることはなかった。図１７に、実施例１のワークの加工前後の外観写真を示す。鍛造回数の増加によってワークのスプリングバックが大きくなる傾向があり、図１７では所望の形状から少しずれているが、この特性は材料によって変化する。実施例１〜３では、荷重の集中を示すような大きな変形は見られなかった。以上より、鍛造具１０では、ワークの取り出しが容易で、鍛造具自体が破損しにくいことが確認された。

図１８に、実施例１〜３の引張試験結果を示す。実施例１〜３では、載置工程から取出工程を繰り返す毎に、引張降伏強さが向上し、焼鈍材では引張降伏強さが１００ＭＰａ程度のＣｕ−７ｍａｓｓ％Ａｌを８００ＭＰａ程度まで高強度化できた。また、結晶組織を確認したところ、実施例１〜３のいずれにおいても、結晶粒径が２００ｎｍ以下まで微細化していた。このことから、鍛造具１０は、多軸鍛造法に用いる鍛造具として有用であることがわかった。

［実施例４］
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を、１５ｍｍ×１８．３ｍｍ×２２．５ｍｍの寸法に切り出し、これを実施例４のワークとした。鍛造具１０を用い、このワークに対して多軸鍛造を行った。多軸鍛造では、載置工程から取り出し工程までを３回繰り返した。各加工工程では、初期ひずみ速度３．０×１０^-3ｓ^-1で、真ひずみ量（あるいは累積ひずみ量）１．２の圧縮変形を加えた。そして、３回繰り返し後の外観を確認した。また、実施例１と同様に引張試験を行った。

実施例４においても、鍛造具１０が破損したり、ワークＷの取り出しができなくなることはなかった。図１９に実施例４のワークの加工前後の外観写真を示す。図１９では、観察方向の異なる３つの外観を示した。図１９に示すように、ステンレス鋼を用いた場合も、若干の変形はあるものの、荷重の集中を示すような大きな変形は見られなかった。この結果からも、鍛造具１０では、ワークの取り出しが容易で、鍛造具自体が破損しにくいことが確認された。また、実施例４でも、載置工程から取出工程を繰り返す毎に、引張降伏強さが向上し、焼鈍材では引張降伏強さが２００ＭＰａ程度のＳＵＳ３０４を１．５ＧＰａ程度まで高強度化できた。

本発明は、多軸鍛造法により超微細粒（例えば結晶粒径が１μｍ以下）の金属材料を得る場合に利用できる。多軸鍛造法では、組成を変えることなく結晶粒の超微細化によって強度や剛性を高めることができるため、金属材料の他の特性を保ったまま強度や剛性を高め得る。このため、多軸鍛造法で得られた金属材は、生体材料や、電子材料、構造材料など、種々の用途に利用できる。

１０ 鍛造具、２１ 第１壁面、２２ 第２壁面、２３ 第３壁面、２４ 第４壁面、２５ 第５壁面、２５ａ 天井部、２５ｂ 天井部、２６ 第６壁面、３０ 第１金型、３１ 合わせ面、３２ 底面、３３ 上面、３４ 外周面、３５ 凹部、３６ 面、３７ 有底孔、４０ 第２金型、４１ 合わせ面、４２ 底面、４３ 上面、４４ 外周面、４５ 凹部、４６ 面、４７ 有底孔、５０ 筒状部材、５１ 内周面、５２ 底面、５３ 上面、５４ 外周面、５５ てこ孔、５７ 貫通孔、５８ ボルト、６０ 第３金型、６１ 当接面、６２ 底面、６３ 開口面、６４ 内周面、６５ 凹部、１１０ 鍛造具、１２１ 第１壁面、１２２ 第２壁面、１２３ 第３壁面、１２４ 第４壁面、１２５ 第５壁面、１２６ 第６壁面、１３０ 第１金型、１３１ 正面、１３２ 底面、１３３ 上面、１３４ 背面、１３５ 本体部、１３６ 凸部、１４１ 第１合わせ面、１４２ 第２対向面、１４３ 第１金型当接面、１４５，１４６ 側面、１５０ 第２金型、１５１ 正面、１５２ 上面、１５３ 底面、１５４ 背面、１５５ 本体部、１５６ 凹部、１６１ 第１対向面、１６２ 第２合わせ面、１６３ 第２金型当接面、１６４ 底面、１６５ 第１側面、１６６ 第２側面、２１０ 鍛造具、２３７ 張出部、２３８ 受け部、２３９ ガイド面、２４７ 張出部、２４８ 受け部、２４９ ガイド面、２５８ 軸部材、Ｓ 鍛造空間、Ｗ ワーク、Ｐ 軸。

Claims (16)

1. 第１壁面と、該第１壁面と隣合う第２壁面と、前記第１壁面に対向し前記第２壁面と隣合う第３壁面と、前記第２壁面に対向し前記第１壁面及び前記第３壁面と隣合う第４壁面と、前記第１〜４壁面と隣合う第５壁面と、前記第５壁面に対向し前記第１〜４壁面と隣合う第６壁面と、により直方体形状の鍛造空間でワークを鍛造する鍛造具であって、
   前記第１壁面及び前記第２壁面を形成する第１金型と、
   前記第３壁面及び前記第４壁面を形成する第２金型と、
   を少なくとも備え、
   （ａ）前記第１金型及び前記第２金型に加えて前記第１金型及び前記第２金型の底面と当接面とが当接したときに前記当接面に囲われた領域で前記第６壁面を形成する第３金型をさらに備え、前記第１金型が前記第５壁面のうち前記第１壁面と前記第５壁面との交線及び前記第２壁面と前記第５壁面との交線を二辺とする三角形の領域を形成し、前記第２金型が前記第５壁面のうち前記第３壁面と前記第５壁面との交線及び前記第４壁面と前記第５壁面との交線を二辺とする三角形の領域を形成していて、前記第５壁面と前記第６壁面との間で前記ワークを押圧し、前記第１金型及び第２金型の底面と前記第３金型の当接面とが当接したときに前記鍛造空間が形成されるか、
   （ｂ）前記第２金型は前記第５壁面及び前記第６壁面を形成し、前記第１金型は前記第１壁面から該第１壁面と同一平面上に連なる第１合わせ面を有し、該第１合わせ面に対向して接する第１対向面を前記第２金型が有し、さらに前記第２金型は前記第３壁面から該第３壁面と同一平面上に連なる第２合わせ面を有し、該第２合わせ面に対向して接する第２対向面を前記第１金型が有し、前記第１金型及び前記第２金型に前記鍛造具の軸方向の荷重を加えたときに前記第２合わせ面に沿って前記第２対向面が移動するとともに前記第１対向面に沿って前記第１合わせ面が移動するように、前記第１，２対向面及び前記第１，２合わせ面が前記荷重の方向に垂直な平面に対して傾斜していて、前記第２壁面と前記第４壁面との間で前記ワークを押圧し、前記第１金型に設けられた第１金型当接面と前記第２金型に設けられた第２金型当接面とが当接したときに前記鍛造空間が形成されるか、
   の一方を満たす、鍛造具。
2. 前記第１壁面と前記第２壁面とのなす角及び前記第３壁面と前記第４壁面とのなす角が９０°より大きい、請求項１に記載の鍛造具。
3. 前記（ａ）を満たす請求項１又は２に記載の鍛造具であって、
   前記第１金型及び前記第２金型は、組み合わせると、前記第１金型の底面及び前記第２金型の底面で形成された底面に前記鍛造空間が開口した柱状体となるように形成された部材であり、
   前記柱状体の外周面は、前記柱状体の底面から該底面とは反対側の上面に向けて前記鍛造具の軸に接近するように傾斜していて、
   前記柱状体の外周面に配設され、底面が前記柱状体の底面と面一となるように形成された筒状部材をさらに備えた、
   請求項１又は２に記載の鍛造具。
4. 前記柱状体の外周面は、前記鍛造具の軸に対して３°以上１０°以下の角度で傾斜している、
   請求項３に記載の鍛造具。
5. 前記第３金型は、前記当接面を含む底面と該底面から立ち上がる内周面とを有する有底筒状の凹部を有していて、該凹部の底面は前記筒状部材の底面と外径が一致するように形成されている、
   請求項３又は４に記載の鍛造具。
6. 前記第３金型の内周面は、前記底面から該底面とは反対側の開口面に向けて前記鍛造具の軸から離れるように傾斜している、
   請求項５に記載の鍛造具。
7. 前記第３金型の内周面は、前記鍛造具の軸に対して０．５°以上１０°以下の角度で傾斜している、請求項６に記載の鍛造具。
8. 前記筒状部材の底面の外周に、前記第３金型の当接面と当接したときに前記第３金型の内周面に対向して接するガイド面を有している、
   請求項６又は７に記載の鍛造具。
9. 前記（ａ）を満たし、
   前記第１金型及び前記第２金型は、組み合わせると、前記第１金型の底面及び前記第２金型の底面で形成された底面に前記鍛造空間が開口した柱状体となるように形成された部材であり、
   前記第３金型は、前記当接面を含む底面と該底面から立ち上がる内周面とを有する有底筒状の凹部を有し、該凹部の底面は前記柱状体の底面と外径が一致するように形成されている、
   請求項１又は２に記載の鍛造具。
10. 前記第３金型の内周面は、前記底面から該底面とは反対側の開口面に向けて前記鍛造具の軸から離れるように傾斜している、
    請求項９に記載の鍛造具。
11. 前記第３金型の内周面は、前記鍛造具の軸に対して０．５°以上１０°以下の角度で傾斜している、請求項１０に記載の鍛造具。
12. 前記柱状体の底面の外周に、前記第３金型の当接面と当接したときに前記第３金型の内周面に対向して接するガイド面を有している、
    請求項１０又は１１に記載の鍛造具。
13. 前記（ｂ）を満たし、
    前記第２金型当接面は、前記第１対向面のうち前記第４壁面とは反対側に前記第１対向面から立ち上がるように形成され、
    前記第１金型当接面は、前記第１合わせ面のうち前記第１壁面とは反対側に前記第２金型当接面に当接するように形成されている、
    請求項１又は２に記載の鍛造具。
14. 前記第２金型は、前記第２合わせ面と前記第３壁面とで形成された底面の一端から立ち上がり前記第５壁面を形成する第１側面と、前記底面の他端から立ち上がり前記第６壁面を形成する第２側面と、を有する凹部を有し、
    前記第１側面と前記第２側面とは、前記底面から前記凹部の開口に向けて間隔が広くなるように傾斜している、請求項１３に記載の鍛造具。
15. 前記第１側面は、前記底面の一端から前記鍛造具の軸に平行に立ち上がる面に対して１°以上１０°以下の角度で傾斜し、
    前記第２側面は、前記底面の他端から前記鍛造具の軸に平行に立ち上がる面に対して１°以上１０°以下の角度で傾斜している、
    請求項１４に記載の鍛造具。
16. 前記第１，２合わせ面及び前記第１，２対向面は、前記荷重の方向に垂直な平面に対して４５°以上７５°以下の角度で傾斜している、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の鍛造具。