JP4541304B2

JP4541304B2 - 微細化装置および方法

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Publication number: JP4541304B2
Application number: JP2006016262A
Authority: JP
Inventors: 貴教五十嵐; 正二郎横溝; 克次本江; 紳行須賀
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: JP2007197751A

Description

本発明は、金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化する装置および方法に関する。

近年、最軽量合金であるマグネシウム合金の利用が注目されている。一般的にマグネシウム合金は溶融または半溶融させる工程を経るため、マグネシウム合金の結晶粒が粗大化し、強度向上に限界があった。

そこで、特許文献１に開示されているようなマグネシウム合金の製造装置が開発された。この装置の型は、互いに交差して直線状に延びるとともに９０°間隔で所定方向に順に配列された断面円形の第１〜第４の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成された交差室とを有している。

上記第１〜第４成形穴には、これら成形穴と合致した断面形状を有する第１〜第４押圧部材が進退可能に挿入されている。押圧部材を進退させることにより、金属のチップまたは粒状体を含む原料の微細化工程を多数回繰り返し実行する。

より具体的に述べると、上記微細化工程の前段工程では、原料を１つの成形穴に収容し、押圧部材を押し込むことにより原料を押し固める。微細化工程の後段工程では、当該１つの成形穴の押圧部材を押し込むことにより、原料を当該１つの成形穴から隣接する成形穴へと送り込み、この過程で、原料に剪断力，摩擦力を付与して原料を微細化する。

なお、上記微細化工程の後段工程において、残りの２つの成形穴は前進位置で固定された押圧部材により塞がれている。
特開２００５−２４８３２５号公報

上記方法によれば、効率良く原料を微細化することができるが、改良の余地があった。すなわち、上記押圧部材は円柱形状をなし前端面が平坦になっており、押圧部材の前進位置ではその前端が成形穴の奥端に位置し、交差室まで入り込まないので、原料送りの効率が下がり、ひいては微細化の効率が下がる。

また、上記のように４つの成形穴を有する型を用いる場合には、上記微細化工程の際に交差室において原料が殆ど流れないデッドスペースが生じる不都合があった。このデッドスペースは微細化効率を低下させる。

さらに、１つの成形穴での微細化工程において上記デッドスペースに圧縮されて残された原料が、他の成形穴で微細化工程を行なう際に押圧部材の前進に対する抵抗となり、円滑な微細化の妨げになった。
特に微細化が進んだ状況ではデッドスペースで圧縮成形された原料の硬さが増し、押圧部材の前進を阻止することもあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その第１の態様では、金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、（ア）互いに交差し直線状に延びる断面円形の複数の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成され成形穴同士を連通させる交差室とを有し、これら複数の成形穴と交差室を同一の仮想平面上に配置してなる型と、（イ）上記成形穴と合致した断面形状を有し成形穴に挿入されて進退する複数の押圧部材と、を備え、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の成形穴へ送り込むようにした微細化装置において、上記押圧部材の前端部には、前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部が形成され、これら一対の突出部は押圧部材の前進位置では上記交差室に入り込むことを特徴とする。

上記第１の態様によれば、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の成形穴へ送り込む際に、交差室において原料に剪断力と摩擦力を付与して微細化を行なう。

上記微細化工程において、押圧部材を前進位置まで押し込むと、この押圧部材の一対の突出部が交差室まで入り込むので、原料を交差室での流れを阻害することなく効率よく押出すことができ、微細化の効率を上げることができる。

本発明の第２の態様によれば、金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、（ア）互いに交差して直線状に延びるとともに９０°間隔で所定方向に順に配列された断面円形の第１〜第４の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成された交差室とを有し、これら交差室と第１〜第４の成形穴とを同一の仮想平面上に配置してなる型と、（イ）上記第１〜第４成形穴と合致した断面形状を有しこれら成形穴に挿入されて進退する第１〜第４の押圧部材と、を備え、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の成形穴へ送り込み、この送り込みの際に残りの２つの成形穴を前進位置にある押圧部材で塞ぐようにした微細化装置において、上記第１〜第４押圧部材は、円柱形状のボデイ部と、このボデイ部の前端から前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部とを有し、上記第１〜第４押圧部材の前進位置では、上記ボデイ部の前端が対応する成形穴の奥端にほぼ一致し、上記一対の突出部が上記交差室に入り込むことを特徴とする。

上記第２の態様によれば、第１の態様と同じ理由で微細化の効率を上げることができる。
また、１つの成形穴から他の１つの成形穴への原料の移動に伴う微細化工程において、残りの２つの成形穴に挿入された押圧部材の一対の突出部は交差室においてデッドスペースを埋める役割を担うので、交差室でのデッドスペースを削減でき、このデッドスペースに原料が残ることによる前述の弊害を抑制ないしは解消でき、微細化効率を上げることができるとともに、押圧部材の前進を円滑に行なうことができる。

好ましくは、各押圧部材の一対の突出部の外面は、当該押圧部材のボデイ部の外周面と合致した円筒面をなし、これら一対の突出部の内面は、当該押圧部材と交差する押圧部材のボデイ部の外周面を延長した仮想円筒面と合致した円筒面をなす。
これによれば、押圧部材の進退動作に支障を起こさずに、デッドスペースのより一層の削減を行なうことができる。

好ましくは、各突出部の両側縁は、上記仮想平面と直交する方向から見た時、押圧部材の中心軸線に対して４５°の傾斜をなしている。
これによれば、隣接する押圧部材が前進位置において互いに干渉することなく、デッドスペースのより一層の削減を行なうことができる。

好ましくは、上記交差室が、第１，第３成形穴の内周面を延長した円筒面と第２，第４成形穴の内周面を延長した他の円筒面で型内部をくり貫いた形状を有している。
これによれば、交差室を最小限の広さにすることができ、ひいては交差室でのデッドスペースを削減できる。特に、上述した突出部の好ましい形態と組み合わせれば、デッドスペースを最小限にすることができる。

好ましくは、上記型は、型本体とこの型本体に収容された円筒形状の４つのブッシュとを備え、これらブッシュは上記仮想平面上において９０°の角度間隔をなして配置されており、各ブッシュは円筒形状のボデイ部と、このボデイ部の前端から前方に突出する一対の凸部とを有し、各凸部の両側面は、上記仮想平面と直交する方向から見た時、押圧部材の中心軸線に対して４５°の傾斜をなし、隣接するブッシュの凸部の側面が互いに接しており、上記４つのブッシュのボデイ部の内周面により上記第１〜第４成形穴が画成され、上記４つのブッシュの凸部内面により、上記交差室が画成される。
これによれば、ブッシュで成形穴および交差室を形成するので、成形穴や交差室の摩耗が生じた時には、ブッシュを交換するだけでよいので、ランニングコストを下げることができる。また、ブッシュを押圧部材より耐摩耗性のある材料を用いれば、耐久性も向上する。

また、本発明の微細化方法は、上記微細化装置を用い、金属のチップまたは粒状体を含む原料の微細化工程を繰り返し実行し、最終圧縮工程を実行する方法であって、上記微細化工程の前段工程では、原料を１つの成形穴に収容し、他の３つの成形穴に挿入された押圧部材を前進位置で固定して当該他の３つの成形穴を塞いだ状態で、当該１つの成形穴に挿入された押圧部材を奥に向かって押し込むことにより、当該成形穴に収容された原料を押し固め、上記微細化工程の後段工程では、当該１つの成形穴の押圧部材をさらに加圧しながら前進位置まで押し込むとともに、当該１つの成形穴と所定方向に隣接する成形穴に挿入された押圧部材を背圧をかけた状態で後退させることにより、原料を当該１つの成形穴から隣接する成形穴へと送り込み、上記微細化工程を第１〜第４成形穴について順次実行し、最終圧縮工程では、上記微細化工程の前段工程と同様にしていずれかの成形穴で原料を圧縮成形する。

上記方法によれば、４つの成形穴について順に成形を行なうので微細化を均一かつ効率良く行うことができる。

好ましくは、上記最終圧縮工程前に少なくとも１回原料を撹拌する工程を実行し、上記撹拌工程では、第３押圧部材を前進位置で固定した状態において、第１成形穴に収容された原料を、第１押圧部材を前進させることにより隣接する第２，第４の成形穴に送り込み、次に、第１押圧部材を前進位置で固定し第３押圧部材を後退させた状態で、第２，第４押圧部材を前進させることにより、原料を第３成形穴に送り込む。
この方法によれば、原料の撹拌工程を含むので、圧縮成形体の異方性を解消でき、その割れを回避ないしは抑制できる。

本発明によれば、原料の微細化を効率良く行なうことができる。

以下、本発明の第１実施形態をなす微細化装置について、図面を参照しながら説明する。最初に、微細化装置の概略的構成について図１〜図５を参照しながら説明する。
図１（Ａ）に示すように、本実施形態で用いられる微細化装置は、正面正方形をなす直方体形状の型１０を備えている。この型１０には、同一径の断面円形をなす直線状の４つ成形穴１１〜１４（第１〜第４の成形穴）と交差室１９が形成されている。

上記成形穴１１〜１４の中心軸線は同一の垂直の仮想平面上に配置され、型１０の中心において放射状をなして交わっている。これら成形穴１１〜１４の中心軸線は、この順序で時計回り方向（所定方向）に９０°の角度間隔をなして配置されている。

上記成形穴１１〜１４の中心軸線の交差点には１つの交差室１９が形成されている。この交差室１９を介して成形穴１１〜１４が連なっている。第１成形穴１１は交差室１９から上方に垂直に延び、第２，第４成形穴１２，１４は交差室１９から左右に水平に延び、第３成形穴１３は交差室１９から下方に垂直に延びている。

上記成形穴１１〜１４には、それぞれ成形穴１１〜１４と合致した断面形状の成形ピン２１〜２４（第１〜第４の押圧部材）がスライド可能に挿入されており、前進，後退するようになっている。なお、本明細書において、成形ピン２１〜２４の前方とは交差室１９に向かう方向であり、後方とは交差室１９から離れる方向である。

上記成形ピン２１〜２４の前進，後退は、図４，図５の油圧駆動装置３０（駆動装置）により行なわれるようになっている。油圧駆動装置３０は、共通のタンク３１およびポンプ３２を備えるとともに、各成形ピン２１〜２４毎の油圧回路を備えている。図４は成形ピン２１，２２，２４のための油圧回路を示し、図５は成形ピン２３のための油圧回路を示す。

成形ピン２１〜２４の油圧回路はそれぞれ、油圧シリンダ３３，ソレノイド弁３４〜３６，背圧調整弁３７，圧力センサ３８，逆止弁３９を備えている。

各油圧シリンダ３３は、シリンダ本体３３ａと、シリンダ本体３３ａ内を摺動するピストン３３ｂと、ピストン３３ｂに固定されてシリンダ本体３３ａから突出するロッド３３ｃとを有している。

上記油圧シリンダ３３のロッド３３ｃの先端は、対応する成形ピン２１〜２４の後端に一直線をなして連結されている。

上記油圧シリンダ３３において、ピストン３３ｂの後側に位置する室３３ｘは、ソレノイド弁３４を介して共通のポンプ３２に連なっている。このソレノイド弁３４は、２ポート位置切換弁からなり、オフ位置では、内蔵する逆止弁３４ａがポンプ３２から室３３ｘへの加圧油の流通を阻止し、オン位置では加圧油の流通を許容し、油圧シリンダ３３に連結された成形ピン２１〜２４を前進させるようになっている。

上記ソレノイド弁３４とポンプ３２との間には逆止弁３９が介在されており、この逆止弁３９により、ポンプ３２から室３３ｘへの流れを許容し、逆方向の流れを阻止するようになっている。

上記室３３ｘは、ソレノイド弁３５を介して共通のタンク３１に連なっている。このソレノイド弁３５は、２ポート位置切換弁からなり、オフ位置では、内蔵する逆止弁３５ａが室３３ｘからタンク３１への油の流通を阻止し、オン位置では油の流通を許容するようになっている。

上記ソレノイド弁３５とタンク３１との間には背圧調整弁３７が介在されている。この背圧調整弁３７は、成形ピン２１〜２４の後退時の背圧（室３３ｘの内圧）を調節するものである。

上記油圧シリンダ３３において、ピストン３３ｂの前側に位置する室３３ｙは、ソレノイド弁３６を介して共通のタンク３１に連なっている。このソレノイド弁３６は、２ポート位置切換弁からなり、オフ位置では、内蔵する逆止弁３６ａが室３３ｙからタンク３１への油の流通を阻止し、オン位置では油の流通を許容するようになっている。

第３成形ピン２３のための油圧回路は、図５に示すように、さらにソレノイド弁３４’，３５’，逆止弁３９’を備えている。これらソレノイド弁３４’，３５’はソレノイド弁３４，３５と同様に油圧ロックのための逆止弁３４ａ’，３５ａ’を有している。

ソレノイド弁３４’は、油圧シリンダ３３の室３３ｙと共通のポンプ３２との間に配置されており、オンの時に、加圧油を室３３ｙに導入して第３成形ピン２３の後退動作を行なうようになっている。ソレノイド弁３５’は、この第３成形ピン２３の後退動作の時にオンして、室３３ｘの油を逃がし、油圧抵抗を受けることなく（背圧を受けることなく）第３成形ピン２３を後退できるようにしている。

上記構成をなす装置を用いて、大気中、常温で以下の加工を実行する。用いられる原料Ｍは金属の細片状チップまたは粒状体からなる。本実施形態では、マグネシウム合金の切削屑からなるチップを用いる。

最初に、第１成形ピン２１を抜いた状態で原料Ｍを第１成形穴１１に装填する。この際、成形ピン２２〜２４は、前進位置すなわち成形ピン２２〜２４の前端が交差室１９に隣接する成形穴１２〜１４の奥端と一致する位置にある。各成形ピン２２〜２４に対応するソレノイド弁３４〜３６，３４’，３６’は全てオフであるため油圧シリンダ３３は油圧ロック状態にあり、その結果、成形ピン２２〜２４は後退不能な状態で拘束され実質的な固定状態にある。

上記原料Ｍの装填後に、成形ピン２１を成形穴１１に挿入し油圧シリンダ３３に連結した後、図示しない制御ユニットにより、以下のシーケンス制御を開始する。このシーケンス制御では、微細化工程サイクルと撹拌工程を交互に行なう。微細化工程サイクルでは、成形穴１１〜１４毎に微細化工程の前段工程と後段工程を順次実行する。

最初に、成形穴１１について微細化工程の前段工程を実行する。詳述すると、成形ピン２１に対応するソレノイド弁３４，３６だけをオンすることにより、油圧シリンダ３３に加圧油を供給し、図１（Ａ）に示すように成形ピン２１を押し込む。この際、成形ピン２２〜２４は固定されているので、原料Ｍは成形穴１２〜１４に向かわずに成形穴１１および交差室１９において押し固められ円柱形状の塊になる。この塊は、所定の強度を持っているが、比較的脆いものである。なお、この押し固めの際に、圧力センサ３８からの検出信号に基づき、ポンプ３２からの油の圧力が設定圧力になるようにポンプ３２の駆動を制御する。この押し固め状態は、短時間例えば２秒程度維持される。

次に、成形穴１１について後段工程を実行する。詳述すると、ポンプ３２からの油の圧力が上記前段工程より高い設定圧力になるようにポンプ３２の駆動を制御する。これにより、油圧シリンダ３３は成形ピン２１をさらに押し込む。この際、成形ピン２２に対応するソレノイド３５をオンして、対応する油圧シリンダ３３の室３３ｘからの油を逃がすようにする。これにより成形ピン２２は後退可能になる。その結果、図１（Ｂ），図１（Ｃ）に示すように成形ピン２１は前進位置まで押し込まれ、原料Ｍは成形穴１１から交差室１９を経て成形穴１２へと流動することを余儀なくされ、この過程で剪断力，摩擦力を付与されて微細化される。

上記後段工程において、成形ピン２２は流れ込んだ原料Ｍに押されて（成形ピン２１の前進に追随して）後退する。成形ピン２２に対応する背圧調整弁３７は、上記後段工程の成形ピンの加圧圧力より小さい背圧（１／２０〜１／１０）を設定している。その結果、成形ピン２２は上記原料Ｍに押されて後退するが、上記背圧に対応する抵抗が働き、原料を流れ込み方向と逆方向に押すことにより、原料に対して剪断力，摩擦力が確実に付与されるようにする。

図１（Ｃ）に示すように、上記成形ピン２１の前端が成形穴１１の奥端に達し、これを油圧シリンダ３３に付設した位置センサで検出した時に上記後段工程が終了する。すなわち、成形ピン２１に対応するソレノイド弁３４，３６がオフに切り換わり、成形ピン２１は油圧ロックの固定状態となる。

上記図１（Ａ）〜（Ｃ）の前段工程，後段工程は連続して行うのが好ましい。すなわち、成形ピン２１を加圧した状態を継続したまま成形ピン２２を固定状態から後退可能な状態に切り換えるのである。以下、同様である。
上記図１（Ａ）〜（Ｃ）の工程は、図２（Ａ）〜（Ｃ）にも示されている。

次に、第２成形穴１２について第１成形穴１１の場合と同様の前段工程を実行する。詳述すると、成形ピン２１，２３，２４を前進位置で油圧ロックして実質的に固定したまま、成形ピン２２に対応するソレノイド弁３４，３６をオンし、対応する油圧シリンダ３３により、図２（Ｄ）に示すように成形ピン２２を加圧して押し込む。これにより、成形穴１２内の原料Ｍが押し固められる。

次に、成形穴１２について成形穴１１の場合と同様の後段工程を実行する。詳述すると、成形ピン２３に対応するソレノイド弁３５をオンして後退可能な状態にし、成形ピン２２への加圧力を高めて成形ピン２２を押し込む。成形ピン２１，２４は固定したまま維持される。これにより、成形ピン２２は図２（Ｅ），図２（Ｆ）に示すように前進位置まで押し込まれ、原料Ｍは成形穴１２から交差室１９を経て成形穴１３へと移動する過程で微細化される。成形ピン２３は背圧を受けながら原料Ｍに押されて後退する。

次に、第３成形穴１３について成形穴１１、１２の場合と同様の前段工程を実行する。詳述すると、図２（Ｇ）に示すように、成形ピン２１，２２，２４を固定状態に維持したまま、成形ピン２３を加圧して押し込むことにより、成形穴１３内の原料Ｍが押し固められる。

次に、成形穴１３について成形穴１１，１２の場合と同様の後段工程を実行する。詳述すると、成形ピン２４を後退可能な状態にし、成形ピン２３を加圧することより、成形ピン２３は図２（Ｈ），図２（Ｉ）に示すように前進位置まで押し込まれ、原料Ｍは成形穴１３から交差室１９を経て成形穴１４へと移動する過程で微細化される。成形ピン２４は背圧を受けながら原料Ｍに押されて後退する。

次に、成形穴１４について成形穴１１〜１３の場合と同様の前段工程を実行する。詳述すると、図２（Ｊ）に示すように、成形ピン２１，２２，２３を固定状態に維持したまま、成形ピン２４を加圧して押し込むことにより、原料Ｍが押し固められる。

次に、成形穴１４について成形穴１１〜１３と同様の後段工程を実行する。詳述すると、成形ピン２１を後退可能な状態にし、成形ピン２４を加圧することより、成形ピン２４は図２（Ｋ），図２（Ｌ）に示すように前進位置まで押し込まれ、原料Ｍは成形穴１４から交差室１９を経て成形穴１１へと移動する過程で微細化される。成形ピン２１は背圧を受けながら原料Ｍに押されて後退する。

上記のように原料Ｍは一旦押し固められた後、交差室１９を通過する過程で（９０°方向を変えて流動する過程で）ほぼ全断面領域にわたって大きな剪断力，摩擦力を受けるため、原料Ｍの微細化を効率良く行うことができる。

図２に示す１回の微細化工程サイクルが完了する度に図３の撹拌工程を実行する。この撹拌工程では、最初に図３（Ａ）に示すように、成形ピン２３を固定し、成形ピン２２，２４を後退可能にした状態で成形ピン２１を加圧して前進させる。これにより、図３（Ｂ）に示すように、原料Ｍは成形穴１１から成形穴１２，１４へと二手に分かれて送り込まれる。なお、撹拌工程では、微細化工程の前段工程のように原料Ｍを固めることなく、上記原料Ｍの移動を行なう。この原料Ｍの移動過程で成形ピン２２，２４には背圧が付与されているので、原料Ｍの流れ込みが抑制され、原料Ｍが成形ピン２２，２４の一方に偏って流れ込むのを回避できる。

図３（Ｃ）に示すように、原料Ｍの成形穴１１から成形穴１２，１４への送り込みが完了した後で、成形ピン２３を下方に後退させる。この成形ピン２３の後退は、ソレノイド弁３４’，３５’のオンにより、成形ピン２３に連結した油圧シリンダ３３のピストン３３ｂを後退させることにより、行なわれる。この成形ピン２３の後退により、成形穴１３に空隙が生じる。

次に、図３（Ｄ）に示すように、成形ピン２１，２３を固定状態にし、成形ピン２２，２４を同時に加圧して前進させる。これにより、成形穴１２，１４に収容された原料Ｍは、成形穴１３の空隙内に散らばるようにして落とし込まれる。そして、図３（Ｅ）に示すように、成形穴１３への原料Ｍの落とし込みが終了する。原料Ｍにおいて微細化された粒は互いに拘束されずに落とし込まれるので、原料間の相互移動すなわち原料撹拌が良好に行なわれる。

最後に図３（Ｆ）に示すように、成形ピン２３を加圧前進させながら成形ピン２１を後退させることにより、初期状態に戻る。この後、図２の微細化工程サイクルを再開する。

上記図２（Ａ）〜（Ｌ）の微細化工程サイクルと図３（Ａ）〜（Ｆ）の撹拌工程とを交互に多数回繰り返した後、最終圧縮工程を行なう。最終圧縮工程では、図２（Ａ），（Ｄ），（Ｇ），（Ｊ）に示すように、成形穴１１〜１４のいずれかで実行される前段工程と同じ工程を実行し、圧縮成形体を得る。例えば図２（Ａ）の段階で完了させる場合には、成形ピン２１を抜き、成形ピン２３を交差室１９を通過するようにして前進させ圧縮成形体を成形穴１１から押出す。

上記のように撹拌工程を実行することにより、圧縮成形体の異方性が解消されるので圧縮成形体は割れにくくなり、割らずに型１０から取出せるとともに、押出成形等の加工ステージへと割らずに搬送することができる。

次に、本発明の特徴部をなす上記微細化装置の詳細な構造について図６〜図１３を参照しながら説明する。図６，図７に示すように、上記型１０は、正面が正方形をなし厚み（奥行き寸法）が薄い直方体形状の型本体１５と、円筒形状の４つのブッシュ１６とを有している。

型本体１５には４つの直線状をなす断面円形の収容穴１５ａが形成されている。これら収容穴１５ａの中心軸線は、同一の垂直な仮想平面Ｐ（図１２にのみ示す。成形穴１１〜１４が配置された仮想平面と同じ）上に配置され、隣接するもの同士が９０°をなして交差している。

４つの収容穴１５ａの交差部には交差空間１５ｂが形成されている。この交差空間１５ｂは、４つの収容穴１５ａの内周面を延長させた円筒面によってくり抜かれた形状をなしている。

図６，図８（Ａ）に示すように、上記ブッシュ１６は、ボデイ部１６ａとこのボデイ部１６ａの前端から前方に突出する一対の凸部１６ｂとを有している。これら一対の凸部１６ｂは上記仮想平面Ｐを挟んで対峙している。

図６に示すように、上記仮想平面Ｐと直交する方向から見た時、これら凸部１６ｂの両側面１６ｘは中心軸線に対して４５°の傾斜をなしている。これにより、凸部１６ｂの頂角は９０°をなしている。

上記４つのブッシュ１６のボデイ部１６ａは、上記型本体１５の収容穴１５ａと同径をなしてこれら収容穴１５ａ内に収容されており、その内周面により上記成形穴１１〜１４が画成されている。

上記ブッシュ１６の凸部１６ｂは上記交差空間１５ｂに入り込んでおり、隣接するブッシュ１６の凸部１６ｂの側面１６ｘ同士が接している。４つのブッシュ１６の凸部１６ｂの内面により、上記交差室１９が画成されている。

図１１は、成形穴１１〜１４および交差室１９の形状を示す。図１１から理解できるように、交差室１９は成形穴１１〜１４の内周面を延長させた円筒面１１ａ〜１４ａを互いに交わらせることにより得られる。換言すれば、円筒面１１ａ〜１４ａで型内部をくり貫いた形状をなしている。

上記円筒面１１ａ〜１４ａの交差線を符号１９ｘで示す。上記交差室１９は、交差線１９ｘで凹み、延長した円筒面１１ａ〜１４ａで膨らんだ形状をなしている。

次に、成形ピン２１〜２４について説明する。成形ピン２１〜２４は、図９に示す円柱形状のロッド２５と、このロッド２５の前端に連結される図１０に示すヘッド２６とを有している。なお、他の図ではこれらロッド２５とヘッド２６とを一体に示している。

上記ロッド２５の前端面には連結用の穴２５ａが形成されており、後端部は前述した油圧シリンダ３３のロッド３３ｃへの連結部２５ｂとなっている。

上記ヘッド２６は、ロッド２５の外径と等しい円柱形状のベース部２６ａと、このベース部２６の後端面に形成された小径の連結用突起２６ｂを有している。この突起２６ｂをロッド２５の穴２５ａに挿入してピン（図示しない）で結合することにより、ヘッド２６がロッド２５と同一軸線をなして固定されている。

上記成形ピン２１〜２４において、上記ロッド２５とヘッド２６のベース部２６ａにより、ボデイ部２７（図８（Ｂ）参照）が構成されている。

上記ヘッド２６はさらに、ベース部２６ａから前方に突出する一対の突出部２６ｃを有している。一対の突出部２６ｃは上記仮想平面Ｐを挟んで対峙している。

図６，図１０（Ａ）に示すように、上記一対の突出部２６ｃの両側縁２６ｘは上記仮想平面Ｐと直交する方向から見た時、成形ピン２１〜２４の中心軸線に対して４５°傾斜している。

上記一対の突出部２６ｃの外面は、ボデイ部２７の外周面と合致し面一をなしている。上記一対の突出部２６ｃの内面２６ｙは連続した円筒面の一部を形成しており、この円筒面は、成形ピン２１〜２４が前進位置にある時、この突出部２６ｃが属する成形ピンと直交する成形ピンの外周面の延長上の仮想円筒面と合致する。

成形ピン２１〜２４が前進位置にある時、図７，図８（Ｃ）に示すように、成形ピン２１〜２４のボデイ部２７の前端（すなわち一対の突出部２６cの内面２６ｙにおいて最も凹んだ部位）がブッシュ１６のボデイ部１６ａの前端、すなわち成形穴１１〜１４の奥端に位置する。

また、成形ピン２１〜２４が前進位置にある時、成形ピン２１〜２４の突出部２６ｃがブッシュ１６の凸部１６ｂに位置し、突出部２６ｃの両側縁２６ｘが凸部１６ｂの両側面１６ｘと一致する。換言すれば、成形ピン２１〜２４が前進位置にある時、図６，図１２，図１３に示すように、突出部２６ｃが交差室１９に入り込むようになっている。

なお、上述したように２つの円筒面により突出部２６ｃを形成すると、図１０（Ａ），（Ｃ）の想像線で示すように先端が尖ってしまい耐久性を損なうので、この先端部はカットされている。

次に、上記構成による作用を、成形穴１１での微細化工程を例にとって説明する。上記のように成形ピン２１を前進させて原料Ｍを成形穴１１から成形穴１２へと移動させる際に、原料Ｍは、交差室１９において成形穴１１の奥端と成形穴１２の奥端とを連ねる断面円形の仮想通路を主として流れる。

従来構造では、図１４に示すように成形ピン１２０が平坦な前端面を有していて、成形ピン１２０の前端が成形穴１３、１４の奥端に位置しているので、図１１，図１５に示すように、交差室１９における円筒面１３ａ，１４ａの近傍部が、上記仮想通路から外れてデッドスペースＳとなる。そのため、成形穴１１から成形穴１２への原料Ｍの移動の際に、このデッドスペースＳに原料Ｍが残されたままとなり、原料微細化の効率を低下させる。

上記デッドスペースＳに残された原料Ｍは、微細化工程の前段において押し固められているので、他の成形穴での微細化工程において原料の流れに対する抵抗となる。例えば、成形穴１２から成形穴１３へと原料を移動させる際には、円筒面１３ａ近傍のデッドスペースＳに残された原料が抵抗となり、成形穴１３から成形穴１４へと原料を移動させる際には円筒面１４ａ近傍のデッドスペースＳに残された原料が抵抗となる。

特に微細化が進んだ状況ではそのデッドスペースＳに残された原料の硬度が増し、成形ピン２１〜２４の前進を妨げることもある。

しかし、本実施形態では、成形ピン２３，２４が前進位置にあり固定されている時、それらの突出部２６ｃは交差室１９に円筒面１３ａ，１４ａの近傍部に配置されているため、従来構造のようなデッドスペースＳは殆ど生じない。その結果、圧縮された原料Ｍが残ることがなく、上記不都合を抑制ないしは解消できる。すなわち、微細化を効率良く行なうことができ、成形ピン２１〜２４の前進を円滑に行なうことができる。

また、成形穴１１内の原料Ｍの微細工程の後段工程において、成形ピン２１を前進させると、その前端の突出部２６cが交差室１９に入り込むので、より多くの原料Ｍを移動させることができ、この点からも微細化の効率を向上させることができる。

さらに、前述した拡散工程でも、成形ピン２１〜２４の突出部２６ｃが交差室１９に入り込むので、原料Ｍが交差室１９に留まる量を削減でき、拡散をより効率良く行なうことができる。

本実施形態では、成形ピン２１〜２４が前進位置にある時、突出部２６ｃの外面が交差室１９の円筒面１１ａ〜１４ａに接しているので、両者の間に隙間が形成されない。また、突出部２６ｃの内面は、微細化工程での原料の仮想通路に沿う円筒面となっている。さらに隣接する前進位置の成形ピンの突出部２６ｃは側縁同士がほぼ接している。その結果、上述したデッドスペースを最小限にすることができる。

上記実施形態に基づき、以下の条件で実験を行なった。
（１）使用するマグネシウム合金チップはＡＺ３１（Ａｌを３重量％、Ｚｎを１重量％含
むマグネシウム基合金）であり、そのサイズは下記のとおりである。
最小０．５ｍｍ，最大３ｍｍ、平均１．５ｍｍ
（２）微細化工程と撹拌工程からなる加工サイクルの回数は４０回である。
（３）加工サイクルにおいて、前段工程における油圧は３４０Ｋｇ／ｃｍ^２であり、原料
に付与される押し固め力は４．４トンである。
（４）加工サイクルにおいて、後段工程における油圧は４００Ｋｇ／ｃｍ^２であり、原料
に付与される押し崩し力は５．２トンである。
（５）後退する成形ピンに付与される背圧は４０Ｋｇ／ｃｍ^２である。
（６）得られた圧縮成形体は直径３５ｍｍ，長さ８０ｍｍの円柱体である。
（８）上記圧縮成形体を窒素ガス雰囲気中において、３００°Ｃで予備加熱した後、押し出し加工を行なう。
（９）上記押し出し加工は、押出比３７で実行する。

上記（６）の段階で得られた圧縮成形体は十分な微細化がなされており、上記（８）の段階で得られた押出成形品で引張り試験を行なった結果、満足すべき強度が得られた。また、拡散も効率良く行なわれたので、圧縮成形体は異方性がなくなり割れにくくなった。

上記実施形態では、マグネシウム合金だけで圧縮成形体を製造したが、マグネシウム合金を主原料（母材）として添加材を加えてもよいことは勿論である。添加材としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＣ，Ｍｇ_２Ｓｉ等がある。これら添加材は数１０ミクロン以下の粉末とするのが好ましい。

また、マグネシウム合金の代わりにアルミニウム合金等の軽金属を用いてもよいし、軽金属以外の金属を用いてもよい。金属材料は、細片状ではなく粒体状であってもよい。

本発明は上記実施形態に制約されず種々の形態を採用可能である。例えば、成形穴１１〜１４は水平面上に配置してもよい。
本発明において、微細化工程の前段工程，後段工程を含むサイクル間に補助的な工程を介在させてもよい。

型は、例えば９０°で交差させた２つの成形穴を有するものであってもよいし、３つの成形穴を有するものであってもよい。３つの成形穴の場合、１２０°で交差させてもよいし、Ｔ字状に交差するようにしてもよい。

（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明装置の一実施形態をなす微細化装置の拡大縦断面図であり、第１成形穴についての微細化工程を順に示す。（Ａ）〜（Ｌ）は、同装置の概略縦断面図であり、全ての成形穴についての微細化工程を順に示す。（Ａ）〜（Ｆ）は、同装置の拡大縦断面図であり、撹拌工程を順に示すである。同装置に付属の油圧駆動装置における第１，第２，第４成形ピンのための油圧回路図である。同油圧駆動装置における第３成形ピンのための油圧回路図である。同装置の型および成形ピンの詳細構造を一部断面にして示す正面図である。同装置の型および成形ピンの詳細構造を示す縦断面図である。同装置を構成する部材の斜視図であり、（Ａ）はブッシュ，（Ｂ）は成形ピン，（Ｃ）はブッシュ内に成形ピンが挿入された状態をそれぞれ示す。上記成形ピンのロッドを一部断面にして示す正面図である。上記成形ピンのヘッドを示し、（Ａ）は正面図，（Ｂ）は側面図，（Ｃ）は平面図である。同装置の型の交差室形状を示す斜視図である。図７中ＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う横断面図である。図１２の要部を更に拡大して微細化工程での原料の流れを説明する断面図である。比較例での原料の流れを説明する図１３相当図である。同比較例でのデッドスペースの拡大断面図である。

符号の説明

１０型
１１〜１４第１〜第４成形穴
１１ａ〜１４ａ交差室を画成する円筒面
１５型本体
１６ブッシュ
１６ａブッシュのボデイ部
１６ｂブッシュの凸部
１６ｘ凸部の両側面
１９交差室
２１〜２４第１〜第４成形ピン（押圧部材）
２６ｃ成形ピンの突出部
２６ｘ突出部の両側縁
２７成形ピンのボデイ部
Ｍ原料
Ｐ仮想平面

Claims

金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、
（ア）互いに交差し直線状に延びる断面円形の複数の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成され成形穴同士を連通させる交差室とを有し、各成形穴の奥端が当該成形穴と交差室の境界として提供され、上記交差室の内面が、上記複数の成形穴の内周面を延長した円筒面を連ねることにより形成される面領域を含み、これら複数の成形穴と交差室が同一の仮想平面上に配置された型と、
（イ）上記成形穴と合致した断面の円柱形状のボデイ部を有し、成形穴に挿入されて進退する複数の押圧部材と、
を備え、微細化工程において、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の１つの成形穴へ送り込むようにした微細化装置において、
上記押圧部材のボデイ部の前端には、ボデイ部の前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部が形成され、
これら一対の突出部が押圧部材の前進位置では上記交差室に入り込むことを特徴とする微細化装置。
金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、
（ア）互いに交差し直線状に延びる断面円形の複数の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成され成形穴同士を連通させる交差室とを有し、各成形穴の奥端が当該成形穴と交差室の境界として提供され、上記交差室の内面が、上記複数の成形穴の内周面を延長した円筒面を連ねることにより形成される面領域を含み、これら複数の成形穴と交差室が同一の仮想平面上に配置された型と、
（イ）上記成形穴と合致した断面の円柱形状のボデイ部を有し、成形穴に挿入されて進退する複数の押圧部材と、
を備え、微細化工程において、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の１つの成形穴へ送り込み、この送り込みの際に残りの成形穴を前進位置にある押圧部材で塞ぐようにした微細化装置において、
上記押圧部材のボデイ部の前端には、ボデイ部の前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部が形成され、
これら一対の突出部が押圧部材の前進位置では上記交差室に入り込むことを特徴とする微細化装置。
金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、
（ア）互いに交差して直線状に延びるとともに９０°間隔で所定方向に順に配列された断面円形の第１〜第４の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成された交差室とを有し、各成形穴の奥端が当該成形穴と交差室の境界として提供され、上記交差室の内面が、上記４つの成形穴の内周面を延長した円筒面を連ねることにより形成され、これら交差室と第１〜第４の成形穴とが同一の仮想平面上に配置された型と、
（イ）上記第１〜第４成形穴と合致した断面の円柱形状のボデイを有し、これら成形穴に挿入されて進退する第１〜第４の押圧部材と、
を備え、微細化工程において、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の１つの成形穴へ送り込み、この送り込みの際に残りの２つの成形穴を前進位置にある押圧部材で塞ぐようにした微細化装置において、
上記第１〜第４押圧部材は、上記ボデイ部の前端からボデイ部の前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部を有し、
上記第１〜第４押圧部材の前進位置では、上記ボデイ部の前端が対応する成形穴の奥端にほぼ一致し、上記一対の突出部が上記交差室に入り込むことを特徴とする微細化装置。
上記一対の突出部は、上記押圧部材のボデイ部前端において上記仮想平面と直交する方向の両端部に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細化装置。
上記一対の突出部は、上記押圧部材のボデイ部前端において上記仮想平面と直交する方向の中央から両端部に向かって突出高さを増大させるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細化装置。
金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、
（ア）互いに交差して直線状に延びるとともに９０°間隔で所定方向に順に配列された断面円形の第１〜第４の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成された交差室とを有し、各成形穴の奥端が当該成形穴と交差室の境界として提供され、上記交差室の内面が、上記４つの成形穴の内周面を延長した円筒面を連ねることにより形成され、これら交差室と第１〜第４の成形穴とが同一の仮想平面上に配置された型と、
（イ）上記第１〜第４成形穴と合致した断面の円柱形状のボデイ部を有し、これら成形穴に挿入されて進退する第１〜第４の押圧部材と、
を備え、微細化工程において、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の１つの成形穴へ送り込み、この送り込みの際に残りの２つの成形穴を前進位置にある押圧部材で塞ぐようにした微細化装置において、
上記第１〜第４押圧部材は、上記ボデイ部の前端からボデイ部の前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部とを有し、
上記第１〜第４押圧部材の前進位置では、上記ボデイ部の前端が対応する成形穴の奥端にほぼ一致し、上記一対の突出部が上記交差室に入り込み、
各押圧部材の一対の突出部は、上記仮想平面と直交する方向から見た時に押圧部材の中心軸線に対して４５°傾斜する２つの傾斜面で囲われた空間に、配置されていることを特徴とする微細化装置。
金属のチップまたは粒状体を含む原料を微細化するために、
（ア）互いに交差して直線状に延びるとともに９０°間隔で所定方向に順に配列された断面円形の第１〜第４の成形穴と、これら成形穴の交差部に形成された交差室とを有し、各成形穴の奥端が当該成形穴と交差室の境界として提供され、上記交差室の内面が、上記４つの成形穴の内周面を延長した円筒面を連ねることにより形成され、これら交差室と第１〜第４の成形穴とが同一の仮想平面上に配置された型と、
（イ）上記第１〜第４成形穴と合致した断面の円柱形状のボデイ部を有し、これら成形穴に挿入されて進退する第１〜第４の押圧部材と、
を備え、微細化工程において、１つの成形穴に収容された原料を、当該成形穴に挿入された押圧部材を前進位置まで押し込むことにより、当該成形穴と交差する他の１つの成形穴へ送り込み、この送り込みの際に残りの２つの成形穴を前進位置にある押圧部材で塞ぐようにした微細化装置において、
上記第１〜第４押圧部材は、上記ボデイ部の前端からボデイ部の前方に突出するとともに上記仮想平面を挟んで対峙する一対の突出部とを有し、
上記第１〜第４押圧部材の前進位置では、上記ボデイ部の前端が対応する成形穴の奥端にほぼ一致し、上記一対の突出部が上記交差室に入り込み、
各押圧部材の一対の突出部の外面は、当該押圧部材のボデイ部の外周面と合致した円筒面をなし、これら一対の突出部の内面は、当該押圧部材と交差する押圧部材のボデイ部の外周面を延長した仮想円筒面と合致した円筒面をなし、
各突出部の両側縁は、上記仮想平面と直交する方向から見た時、押圧部材の中心軸線に対して４５°の傾斜をなしていることを特徴とする微細化装置。
上記型は、型本体とこの型本体に収容された円筒形状の４つのブッシュとを備え、これらブッシュは上記仮想平面上において９０°の角度間隔をなして配置されており、
各ブッシュは円筒形状のボデイ部と、このボデイ部の前端から前方に突出する一対の凸部とを有し、各凸部の両側面は、上記仮想平面と直交する方向から見た時、押圧部材の中心軸線に対して４５°の傾斜をなし、隣接するブッシュの凸部の側面が互いに接しており、
上記４つのブッシュのボデイ部の内周面により上記第１〜第４成形穴が画成され、上記４つのブッシュの凸部内面により、上記交差室が画成されることを特徴とする請求項６または７に記載の微細化装置。
請求項３，６，７，８のいずれかに記載の微細化装置を用い、金属のチップまたは粒状体を含む原料の微細化工程を繰り返し実行し、最終圧縮工程を実行する方法であって、
上記微細化工程の前段工程では、原料を１つの成形穴に収容し、他の３つの成形穴に挿入された押圧部材を前進位置で固定して当該他の３つの成形穴を塞いだ状態で、当該１つの成形穴に挿入された押圧部材を奥に向かって押し込むことにより、当該成形穴に収容された原料を押し固め、
上記微細化工程の後段工程では、当該１つの成形穴の押圧部材をさらに加圧しながら前進位置まで押し込むとともに、当該１つの成形穴と所定方向に隣接する成形穴に挿入された押圧部材を背圧をかけた状態で後退させることにより、原料を当該１つの成形穴から隣接する成形穴へと送り込み、
上記微細化工程を第１〜第４成形穴について順次実行し、
最終圧縮工程では、上記微細化工程の前段工程と同様にしていずれかの成形穴で原料を圧縮成形することを特徴とする微細化方法。
上記最終圧縮工程前に少なくとも１回原料を撹拌する工程を実行し、上記撹拌工程では、第３押圧部材を前進位置で固定した状態において、第１成形穴に収容された原料を、第１押圧部材を前進させることにより隣接する第２，第４の成形穴に送り込み、次に、第１押圧部材を前進位置で固定し第３押圧部材を後退させた状態で、第２，第４押圧部材を前進させることにより、原料を第３成形穴に送り込むことを特徴とする請求項９に記載の微細化方法。