JP7288255B2 - 相当ひずみの導入方法 - Google Patents

Description

本発明は、相当ひずみの導入方法に関する。

従来、金属体に相当ひずみを与えて新たな特性を付与する手法として、HPS(High-Pressure Sliding)法や、HPT(High-Pressure Torsion)法等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えばHPS法では、上下の金型間で金属体を加圧挟持しつつ、加圧方向と略直交する方向に上下の金型を相対的にスライド移動させることにより金属体に相当ひずみを付与する手法である。

またHPT法では、上下金型間で金属体を加圧狭持しつつ、加圧方向を軸として上下金型を相対的に回転移動させることにより金属体に相当ひずみを付与する手法である。

そして、これらHPS法やHPT法によれば、金属体にひずみを多量に導入して高密度な転位を形成することで組織をナノあるいはサブミクロンサイズに微細化し、強度、弾性、延性、剛性等の向上、結晶配向の制御等が実現される。

従って、金属体の加工容易性を向上したり、金属体に新たな機能的特性を付与できるなど、様々な特性の向上が期待される。

特開２００９－６１４９９号公報

ところが、加工対象が金属管である場合、上述のHPS法やHPT法を適用して効率的に金属管の管壁に相当ひずみ導入部を形成する技術は未だ提案されていない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、金属管の管壁に対し周方向に全体的又は部分的に効率良く相当ひずみ導入部を形成することが可能な相当ひずみの導入方法を提供する。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る相当ひずみの導入方法では、（１）ＨＰＳ法による後記挟圧下での相対的な位置変化により相当ひずみを付与できる金属管を外表面側から押圧手段により押圧して管内に配した後記挟圧後に前記金属管から抜去可能な中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧しＨＰＳ法が適用された状態で前記外表面の押圧部と前記中子体との位置を相対的に変化させ前記外表面の押圧部を前記押圧手段に追従させ前記金属管の内面を前記中子体に追従させて前記管壁に相当ひずみを形成することとした。

また、本発明に係る相当ひずみの導入方法では、以下の点にも特徴を有する。
（２）前記押圧部と前記中子体との相対的な位置の変化は、前記金属管の伸延方向への変化であること。
（３）前記中子体は略錐台形状であること。
（４）前記中子体は略円柱又は略円錐台形状であり、前記押圧部と前記中子体との相対的な位置の変化は、前記金属管の周方向への変化であること。

また、本発明に係る相当ひずみの導入方法では、更なる態様として、（５）ＨＰＳ法による後記挟圧下での相対的な位置変化により相当ひずみを付与できる金属管を外表面側から上部金型と下部金型とにより押圧して管内に配した後記挟圧後に前記金属管から抜去可能な中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧しＨＰＳ法が適用された状態で前記外表面の押圧部のうち一部である前記上部金型の押圧部と残部である前記下部金型の押圧部との位置を前記金属管の伸延方向へ相対的に変化させ前記上部金型の押圧部を同上部金型に追従させ前記下部金型の押圧部を同下部金型に追従させて前記管壁の押圧部の一部である前記上部金型に追従させた押圧部と残部である前記下部金型に追従させた押圧部との境界部に相当ひずみを部分的に形成する部分ひずみ導入工程を備えることとした。

また、（６）（５）に係る相当ひずみの導入方法に関し、部分ひずみ導入工程と、同部分ひずみ導入工程により前記境界部に相当ひずみが形成された金属管を伸延方向軸線回りに所定角度回転させる工程と、を複数回に亘り繰り返し行って前記金属管の管壁の略全域に亘り相当ひずみの形成を行うことについても特徴を有している。

また、本発明に係る相当ひずみの導入方法では、更に以下の点にも特徴を有する。
（７）前記金属管からの前記中子体の抜去に際し、前記中子体の温度を変化させ体積を収縮させて抜去すること。
（８）前記中子体は前記金属管に比して軟化温度の低い素材よりなり、前記金属管の軟化温度未満の温度で加熱し流動化させて前記金属管から抜去すること。

本発明に係る相当ひずみの導入方法によれば、ＨＰＳ法による後記挟圧下での相対的な位置変化により相当ひずみを付与できる金属管を外表面側から押圧手段により押圧して管内に配した後記挟圧後に前記金属管から抜去可能な中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧しＨＰＳ法が適用された状態で前記外表面の押圧部と前記中子体との位置を相対的に変化させ前記外表面の押圧部を前記押圧手段に追従させ前記金属管の内面を前記中子体に追従させて前記管壁に相当ひずみを形成することとしたため、金属管の管壁に効率的に相当ひずみ導入部を形成することが可能な相当ひずみの導入方法を提供することができる。

また、前記押圧部と前記中子体との相対的な位置の変化は、前記金属管の伸延方向への変化であることとすれば、金属管の伸延方向に沿って管壁に相当ひずみを導入することができる。

また、前記中子体は略錐台形状であることとすれば、相当ひずみの導入後に中子体を拡径側から引き抜くことで、金属管から中子体を容易に抜去することができる。

また、前記中子体は略円柱又は略円錐台形状であり、前記押圧部と前記中子体との相対的な位置の変化は、前記金属管の周方向への変化であることとすれば、金属管の周方向に沿って管壁に相当ひずみを導入することができ、併せて中子体を略円錐台形状とした場合には、拡径側から引き抜くことで金属管から中子体を容易に抜去することができる。

また、前記金属管からの前記中子体の抜去に際し、前記中子体の温度を変化させ体積を収縮させて抜去することとすれば、更に容易に金属管から中子体を抜去することができる。

また、前記中子体は前記金属管に比して軟化温度の低い素材よりなり、前記金属管の軟化温度未満の温度で加熱し流動化させて前記金属管から抜去することとすれば、更に容易に金属管から中子体を抜去することができる。

また、本発明に係る相当ひずみの導入方法によれば、ＨＰＳ法による後記挟圧下での相対的な位置変化により相当ひずみを付与できる金属管を外表面側から上部金型と下部金型とにより押圧して管内に配した後記挟圧後に前記金属管から抜去可能な中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧しＨＰＳ法が適用された状態で前記外表面の押圧部のうち一部である前記上部金型の押圧部と残部である前記下部金型の押圧部との位置を前記金属管の伸延方向へ相対的に変化させ前記上部金型の押圧部を同上部金型に追従させ前記下部金型の押圧部を同下部金型に追従させて前記管壁の押圧部の一部である前記上部金型に追従させた押圧部と残部である前記下部金型に追従させた押圧部との境界部に相当ひずみを部分的に形成する部分ひずみ導入工程を備えることしたため、金属管の管壁に対し周方向に部分的に効率良く相当ひずみ導入部を形成することができる。

また、前記部分ひずみ導入工程と、同部分ひずみ導入工程により前記境界部に相当ひずみが形成された金属管を伸延方向軸線回りに所定角度回転させる工程と、を複数回に亘り繰り返し行って前記金属管の管壁の略全域に亘り相当ひずみの形成を行うこととすれば、金属管の管壁に対し周方向に全体的に効率良く相当ひずみ導入部を形成することができる。

押圧手段の例を示した説明図である。 相当ひずみの導入過程を示した説明図である。 中子貫装体における力関係を示した説明図である。 管壁での相当ひずみの導入状態を示した説明図である。 略錐台形状の中子による相当ひずみの導入過程を示した説明図である。 相当ひずみの導入過程を示した説明図である。 中子貫装体における力関係を示した説明図である。 中子体の収縮による抜去を示した説明図である。 他の実施形態に係る相当ひずみの導入過程を示した説明図である。 金属管に部分的に導入された相当ひずみの分布を模式的に示した説明図である。 部分ひずみ導入工程を複数回行った際の相当ひずみの分布の変化を模式的に示した説明図である。

本発明は、金属管の管壁に効率的に相当ひずみ導入部を形成することが可能な相当ひずみの導入方法を提供するものであり、特に、金属管を外表面側から押圧して管内に配した中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧した状態で前記外表面の押圧部と前記中子体との位置を相対的に変化させて前記管壁に相当ひずみ導入部を形成する点において特徴的である。

ここで金属管を構成する素材は特に限定されるものではなく、あらゆる金属材料を採用することが可能である。中でも、アルミニウム合金やマグネシウム合金、チタン合金、ニッケル基合金などの金属材料を加工対象とし、超塑性を発現させることもできる。

また金属管の輪切り方向断面視における形状は特に限定されるものではなく、例えば円形状の丸管であったり、矩形状の角管や、多角形状のものであっても良い。

また、金属管は、直管である方が本実施形態に係る相当ひずみの導入方法を実施するにあたり簡便であって有利であるものの、必ずしも限定されるものではなく、多少湾曲した配管であっても良い。

金属管の外表面側からの押圧は、金属管の管内に配した後述の中子体を管壁を介して圧迫することが可能なあらゆる手段を採用することができる。

このような押圧手段の一例としては、例えば図１（ａ）に示すように、輪切り方向断面視において金属管１０の略上半部外表面と当接する凹部１１ａを備えた上部金型１２Ｕと、略下半部外表面と当接する凹部１１ｂを備えた下部金型１２Ｄとの２つの金型１２で構成される押圧構造を挙げることができる。

このような押圧構造を採用した場合、両金型を所定の加圧装置等により白抜きの矢印で示す方向から力を加えることで、金属管１０の上半部や下半部の外表面側からの押圧を実現し中子体１５を圧迫することが可能である。

また、別の一例を挙げるならば、図１（ｂ）に示すように、金属管１０の外表の四半円弧面とそれぞれ当接する凹部１３ａ～１３ｄを備えた上部金型１４Ｕ、下部金型１４Ｄ、左側金型１４Ｌ、右側金型１４Ｒの４つの金型１４で押圧手段としての押圧構造を構築し、金属管１０の上下左右の外表面側からの押圧を実現し中子体１５を圧迫することも可能である。

すなわち押圧手段は、同押圧手段と金属管１０内に配した中子体１５との相対的な移動に伴って、押圧手段に追従する金属管外表面の押圧部と中子体１５に追従する金属管内面との間に相当ひずみ導入部を形成する導入工程が実施可能な手段であれば特に限定されるものではなく、また、押圧手段として金型を採用した場合には、その金型は金属管１０の素材や大きさ、形状等に応じて適宜分割されていても構わない。

また、押圧手段として金型を採用した場合、各金型の凹部表面は粗面としても良い。粗面とすることにより、凹部表面と金属管表面との滑りを抑制することができ、金属管の管壁に効率的に相当ひずみ導入部を形成することができる。なお、粗面の面粗度は加工対象となる金属管の素材や形状によって適宜変更可能であるが、例えばINCONEL718（INCONELは登録商標）で形成された金属管の場合は、Rz=25μｍ～60μｍ程度とすることができる。

金属管の管内には、図１（ａ）や図１（ｂ）で示すように、中子体１５が配置される。この中子体１５は、理想的には金属管１０の内空形状と同形状を有することが望ましいが、金属管１０内への中子体１５の挿入を容易とするために、金属管１０の内表面と中子体１５の外表面との間に数μｍ～数ｍｍ程度の間隙が形成されていても良い。

金属管１０の内壁と中子体１５の外表面との間に隙間が存在すると、押圧手段による中子体１５の圧迫の際に押圧力が中子体１５に伝わらず、中子体１５から金属管１０への抗力の発生を妨げてしまうようにも思えるが、実際上は、押圧手段による押圧力によって金属管１０が変形し内表面が中子体１５に密着できる程度の隙間であれば相当ひずみ導入部の形成にあたり、大きな問題とはならない。

中子体１５の素材は、押圧手段からの押圧力に抗して管壁に相当ひずみを導入可能な程度の抗力を発生させることができる素材であれば特に限定されるものではなく、あらゆる金属材料を採用することができる。

また、前述した各金型の凹部表面と同様に、中子体１５の表面は粗面としても良い。このような構成とすることにより、中子体１５と金属管１０の内表面との滑りを抑制することができ、金属管１０の管壁に効率的に相当ひずみ導入部を形成することができる。この場合、粗面の面粗度は加工対象となる金属管１０の素材や形状によって適宜変更可能であるが、例えばINCONEL718（INCONELは登録商標）で形成された金属管１０の場合は、Rz=25μｍ～60μｍ程度とすることができる。

そして、本実施形態に係る相当ひずみの導入方法では、押圧手段による金属管１０の外表面側からの押圧力と中子体１５からの抗力とにより管壁を挟圧した状態で、外表面の押圧部と中子体１５との位置を相対的に変化させることで、金属管１０の管壁に効率的に相当ひずみ導入部を形成することができる。

この押圧部と中子体１５との相対的な位置の変化は、例えば金型（押圧部）を固定して中子体１５を移動させたり、逆に中子体１５を固定して金型（押圧部）を移動させたり、また双方を移動させても良い。ここでは、相対的な位置変化の一例として、金型を固定し中子体１５を金属管１０の伸延方向へ移動させることで変化させた場合で説明する。

図２は、押圧手段として図１（ａ）にて示した上部金型１２Ｕ及び下部金型１２Ｄを採用した場合の金属管１０の管壁への相当ひずみ導入部形成過程の一例を示した説明図である。

図２（ａ）に示すように、金属管１０の管内に中子体１５を挿入して中子体１５が貫装された状態の金属管１０（以下、中子貫装体１６ともいう。）を構成し、この中子貫装体１６を上部金型１２Ｕと下部金型１２Ｄとの間に配置する。なお、この配置手順の順序は特に限定されるものではなく、まず金属管１０を上下金型１２Ｕ,１２Ｄの間に配し、中子体１５を挿通させても良いのは勿論である。

ここでは丸管である金属管１０を加工対象例として説明するが、下部金型１２Ｄには金属管１０の下半部外形を象った半円柱状の下半部収容空間１７ａが形成されており、金属管１０の下半部を収容可能としている。

また、下部金型１２Ｄの下半部収容空間１７ａに収容された金属管１０の管開口と対向する金型側面１７ｂ,１７ｃには、中子体１５の下半部外形状と略同形状、ここでは、上下金型１２Ｕ,１２Ｄの分割面に属する辺を弦とする側面視半円状の中子挿通路下半切欠部１７ｄ,１７ｅがそれぞれ形成されている。

また、下半部収容空間１７ａと、中子挿通路下半切欠部１７ｄ,１７ｅとの境界部分には、金属管１０の管壁の厚みに相当する段差が形成されている。この段差は、上下金型１２Ｕ,１２Ｄや中子体１５を金属管１０の伸延方向へ相対移動させた際に、金属管１０全体が中子体１５に追従して金型内から逸脱してしまうことを規制するため壁、すなわち規制壁１８として機能する。なお、規制壁１８は金属管１０を金型１２内に拘束するために有用ではあるものの、製造上不要である場合には省略することができる。

また、この下部金型１２Ｄと同様の構成が上下反転した状態で上部金型１２Ｕにも形成されており、具体的な説明は割愛するが、上下金型１２Ｕ,１２Ｄを合わせて金型対を構築した際に、下部金型１２Ｄの下半部収容空間１７ａと上部金型１２Ｕの上半部収容空間とで中子貫装体１６の金属管１０の全体を収容する収容空間が形成される。

また、金型対には、下部金型１２Ｄの中子挿通路下半切欠部１７ｄ,１７ｅと上部金型１２Ｕの中子挿通路上半切欠部とで中子挿通路が形成され、中子貫装体１６のうち金属管１０を金型内にて保持しつつ、中子体１５をその軸線方向へ向けて移動可能としている。

次いで、図２（ｂ）に示すように、上部金型１２Ｕ及び下部金型１２Ｄにより中子貫装体１６を挟持し、金属管１０を外表面側から押圧して管内に配した中子体１５を管壁を介して圧迫する。

この状態において、Ｐ－Ｐ断面における力関係を参照すると、図３に示すように金属管１０の外表面に対しては金型からの押圧力Ｆ１が作用し、金属管１０の内表面に対しては中子体１５からの抗力Ｆ２が作用することとなる。

この押圧力Ｆ１と抗力Ｆ２とによる管壁の挟圧状態で、更に中子体１５に対し軸線方向への力Ｆ３を与え、金属管１０の外表面部分、すなわち押圧部と中子体１５との相対位置を変化させた場合について考える。

図４は、図３中破線の丸で示した部分における金属管１０の管壁の状態を示す説明図である。図４において金属管１０の断面部分に示すハッチングは、管壁に導入されたひずみの状態を模式的に示している。

図４（ａ）は力Ｆ３を付与する前の状態を示しており、上部金型１２Ｕに追従する金属管１０の外表面Ｍｏ（網掛けで示す）と、中子体１５に追従する金属管１０の内表面Ｍｉ（網掛けで示す）との間には、また相当ひずみは導入されていない。

ここで力Ｆ３が付与されると、図４（ｂ）にて傾斜湾曲したハッチングで示すように外表面Ｍｏと内表面Ｍｉとの間に相当ひずみが導入され、管壁の肉厚内部に相当ひずみ導入部Ｓが形成されることとなる。なお、この動作は中子体１５や金型を復路動作させる油圧装置等を配置して、往復加工によって相当ひずみの導入を加速させても良い。

相当ひずみ導入部Ｓの形成後は、中子貫装体１６を構成する金属管１０から中子体１５を抜去することで相当ひずみ導入部Ｓが導入された金属管１０を得ることができる。なお、中子体１５の抜去は、中子貫装体１６の状態において中子体１５と金属管１０とを相対的に移動させることで押し抜いても良いし、引き抜いても良い。

また、中子体１５は、略錐台形状としても良い。図５は、略錐台形状の中子体１５を用いて相当ひずみ導入部Ｓの形成を行う過程を示した説明図である。

図５（ａ）に示すように、まず、上下金型１２Ｕ,１２Ｄ内に配された金属管１０に対し、略錐台形状の中子体１５を相対的に細径の側から挿入する。

このとき、加工対象である金属管１０の内空形状は、輪切り断面視において伸延方向に一様な形状であっても良いが、ここでは一例として中子体１５の一部である中途部１５ｄと略同形状の漸次狭窄する内空形状としている。

この状態で上下金型１２Ｕ,１２Ｄにより中子体１５を圧迫すると、図５（ｂ）に示すように金属管１０の管壁の外表面側には押圧力Ｆ１が、また、管壁の内表面側には抗力Ｆ２が付与されることとなる。

ここで中子体１５に対し力Ｆ３を作用させることで、管壁に相当ひずみ導入部Ｓを形成することができるのであるが、このとき中子体１５の略錐台形状により、中子体１５から金属管１０に対しては抗力Ｆ２と同じ方向に拡径する力（拡径力Ｆ４）が働くため中子体１５の表面と金属管１０の内表面とを更に圧着させることができ、柱状の中子体１５を用いた場合に比してより効率的に相当ひずみの導入を行うことができる。

次に、中子貫装体１６から中子体１５を抜去する際、図５（ｃ）に示すように、相対的に細径側の端面をハンマー１７等により打撃するなどして、中子体１５を移動させる。この場合もまた、中子体１５が略錐台形状であることにより、中子体１５を僅かに抜去方向へ移動させるだけで中子体１５の表面と金属管１０の内表面との間に間隙を形成することができるため、極めて円滑に中子体１５を金属管１０から抜去することができる。

そして、中子体１５の抜去後は、図５（ｄ）に示すように上下金型１２Ｕ,１２Ｄを開き、内部の金属管１０を取り出すことで、管壁に相当ひずみ導入部Ｓが形成された金属管１０を得ることができる。なお、中子貫装体１６から中子体１５を抜去は、上下金型１２Ｕ,１２Ｄを開き、中子貫装体１６を一旦取り出してから行うこともできる。

また、金属管１０の輪切り方向断面の形状が円形状である場合、中子体１５が円柱状又は略円錐台形状のいずれにおいても、前述の押圧部と中子体１５との相対的な位置の変化は、金属管１０の周方向への変化であっても良い。

具体的には図６に示すように、中子体１５が円柱状である場合、黒矢印で示す円周方向に中子体１５を回転させることで金属管１０の管壁に相当ひずみを導入することも可能である。なお、このとき中子体１５に対し回転方向への移動に加え、金属管１０の伸延方向への移動を加えることも可能である。

そして、図７（ａ）に示すように上下金型１２Ｕ,１２Ｄで中子体１５を圧迫した状態で、図７（ｂ）に示すように回転方向への力Ｆ５を付与して中子体１５又は上下金型１２Ｕ,１２Ｄを周方向に位置変化させることで、金属管１０の管壁に相当ひずみ導入部Ｓを形成することができる。

なお、上述してきた実施形態では、金属管１０の外表面の押圧部と中子体１５との相対的な位置変化の例として、金属管１０の伸延方向へ位置が変化する例や、金属管１０の内周方向へ位置が変化する例を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えばこれらを組み合わせて、金属管１０の伸延方向へ位置を変化させつつ内周方向へも位置を変化させながら相当ひずみ導入部Ｓの形成を行っても良い。

ところで、相当ひずみ導入部Ｓの形成後、金属管１０から中子体１５を抜去するに際しては、金属管１０の輪切り方向断面視の形状に拘わらず、中子体１５をそのまま押し抜いたり、中子体１５の反対側面側から押圧して抜去したり、また、円錐台形状の中子体１５であればハンマーで打撃するなどして抜去することが可能である旨説明したが、例えば、中子体１５の温度変化に応じた体積変化を利用して抜去することも可能である。

例えば中子体１５を形状記憶合金の如き素材にて形成し、温度を所定の温度以上に加温したり冷却することで体積が収縮するよう構成すれば、相当ひずみ導入部Ｓの形成後に中子体１５を加熱又は冷却して収縮させることで、図８にて破線で示す中子体１５が金属管１０の内表面に密着した状態から、実線で示す状態のように中子体１５の表面と金属管１０の内表面との間に間隙を形成することができ、金属管１０からの中子体１５の抜去を容易に行うことができる。

また、金属管１０からの中子体１５の抜去に関する更なる一例として、例えば中子体１５を金属管１０に比して軟化温度の低い素材にて形成し、金属管１０の軟化温度未満の温度で中子体１５を加熱し流動化させて金属管１０から抜去することもできる。

例えば、INCONEL718で形成された金属管１０と純アルミニウムで形成された中子体１５とを使用して中子貫装体１６を構築し、相当ひずみ導入部Ｓの形成を終えた後に、中子体１５を加熱して溶融させることで、金属管１０から中子体１５を抜去することができる。なお、中子体１５の溶融は必ずしも全体について行う必要はなく、例えば、金属管内表面と接触している中子体表面部分のみを溶融させて抜去しても良いのは勿論である。

次に、他の実施形態に係る相当ひずみの導入方法について説明する。ここまで説明してきた相当ひずみの導入方法は、金属管１０の輪切り方向断面で見ると、専ら管壁の周方向全体に亘り相当ひずみを導入する例といえるものであるが、他の実施形態に係る相当ひずみの導入方法では、金属管１０の管壁の周方向の一部について伸延方向に相当ひずみを導入する例について説明する。

図９は他の実施形態に係る相当ひずみの導入方法により金属管１０の管壁の周方向の一部について伸延方向に相当ひずみを導入する例を示した説明図であり、先に図２及び図３を用いて説明したのと同様に、図９（ａ）では、金属管１０の管内に中子体１５を貫装して中子貫装体１６を構成し、この中子貫装体１６を上部金型１２Ｕと下部金型１２Ｄとの間に配置した状態を示している。

この状態において、上部金型１２Ｕ及び下部金型１２Ｄにより中子貫装体１６を挟持し、金属管１０を外表面側から押圧して管内に配した中子体１５を管壁を介して圧迫すると、金属管１０の外表面に対しては両金型１２Ｕ,１２Ｄからの押圧力Ｆ１が作用し、金属管１０の内表面に対しては中子体１５からの抗力Ｆ２が作用する。

ここで、先の図３で示した例では、中子体１５に対し金属管１０の伸延方向へ力Ｆ３を付与することにより金属管１０の外表面の押圧部と中子体１５との位置を相対的に変化させたのであるが、本他の実施例では、上部金型１２Ｕと中子体１５はその位置を保持させつつ、下部金型１２Ｄに対して力Ｆ３を金属管１０の伸延方向へ付与する。

すなわち、下部金型１２Ｄを、図９（ａ）に示す如く上部金型１２Ｕと正対した状態から、図９（ｂ）に示すように金属管１０（中子体１５）の伸延方向に沿って移動させることにより、外表面側からの押圧力Ｆ１と中子体１５からの抗力Ｆ２とにより管壁を挟圧した状態で外表面の押圧部のうち一部の押圧部である下部金型１２Ｄ内に収容された金属管１０の外表面部と、残部である上部金型１２Ｕ内に収容された金属管１０の外表面部との位置を金属管１０の伸延方向へ相対的に変化させる。

すると、この動作から生起する２つの作用により金属管１０の管壁に相当ひずみの導入が行われる。

まず１つ目は、先に図４を用いて説明したのと同様の作用によるものである。具体的には、図９（ｂ）に示すように、下部金型１２Ｄに追従する金属管１０の外表面Ｍｏと、中子体１５に追従する金属管１０の内表面Ｍｉとの間の肉厚部分、すなわち、下部金型１２Ｄに収容された金属管１０の管壁に相当ひずみの導入が行われる。

また２つ目の作用について、図１０を参照して説明する。図１０は金型１２に収容された中子貫装体１６を中子体１５の軸線方向から臨んだ断面図であり、金属管１０に導入された相当ひずみについて、導入量の多い部分は濃く、導入量の少ない部分は薄く濃淡で示している。

図１０に示すように、上部金型１２Ｕと下部金型１２Ｄの分割面を含む仮想の境界平面Ｋ（図１０において紙面手前－奥方向にも広がる平面）が金属管１０の管壁を横断する位置の近傍部分、換言すれば管壁の押圧部の一部と残部との境界部を中心に、相当ひずみ導入部Ｓが金属管１０の管壁の周方向の一部について伸延方向に部分的に形成されることとなる。

このように、金属管１０を外表面側から押圧して管内に配した中子体１５を管壁を介して圧迫し、外表面側からの押圧力Ｆ１と中子体１５からの抗力Ｆ２とにより管壁を挟圧した状態で外表面の押圧部のうち一部の押圧部と残部の押圧部との位置を金属管１０の伸延方向へ相対的に変化させて管壁の押圧部の一部と残部との境界部に相当ひずみ導入部を部分的に形成する工程（以下、部分ひずみ導入工程）を行えば、金属管１０の管壁の周方向の任意の位置において伸延方向へ向け部分的に相当ひずみ導入部Ｓの形成を行うことができる。

なお次に述べるように、部分ひずみ導入工程を繰り返し行うために部分ひずみ導入工程後にこの部分的に相当ひずみが導入された金属管１０を再び金型１２に納める場合などの如く、金属管１０の形状を大凡元の形状に戻す必要があったり、また、より多くの相当ひずみの導入を行いたい場合には、図９（ｃ）に示すように下部金型１２Ｄに対して力Ｆ３とは反対方向、すなわち復元方向への力Ｆ６を付与するようにしても良い。

ところで、この部分ひずみ導入工程は、同部分ひずみ導入工程を行った後に、前述した境界平面Ｋが金属管１０の管壁を横断する位置が、先の部分ひずみ導入工程でひずみの導入を行った位置と異なるよう、次の部分ひずみ導入工程の実施前に金属管１０をその軸線周りに所定角度回転させ位相を違えつつ複数回に亘り繰り返し部分ひずみ導入工程を行うことで、金属管１０の管壁の略全体に相当ひずみ導入部Ｓを形成することも可能である。

図１１は、部分ひずみ導入工程と、金属管１０を軸線周りに所定角度回転させる工程（以下、位相変更工程ともいう。）とを交互に複数回行うことで、金属管１０の管壁略全体に相当ひずみ導入部Ｓを形成する過程を示した説明図である。なお、図１１（ａ）～図１１（ｄ）の各図は金属管１０のみを示しており、中子体１５や金型１２は図示を省略している。

図１１（ａ）は、部分ひずみ導入工程によっては未だ相当ひずみが導入されていない状態の金属管１０を示している。このような金属管１０に対し金型１２の境界平面Ｋを太実線で示すように配して部分ひずみ導入工程を行うと、太実線で示した境界部を中心に円周方向に沿って部分的に広がる相当ひずみ導入部が金属管１０の伸延方向に亘り形成される（図１１（ｂ）参照）。

こうして１度目の部分ひずみ導入工程が終了した後、金属管１０をその軸線周りに所定角度α（本実施形態では60度）回転させて１度目の位相変更工程を行う。

これにより、図１１（ｃ）に示すように境界平面Ｋが金属管１０を横断する位置（太実線で示す）が、先に相当ひずみ導入部Ｓが形成された際の境界平面Ｋの横断位置（細実線で示す）と異なる状態で金型１２内に配置される。

次に、この状態で２度目の部分ひずみ導入工程を行うと、１度目の部分ひずみ導入工程と同様、図１１（ｄ）に示すように境界平面Ｋの横断位置を中心に金属管１０の管壁に相当ひずみ導入部Ｓが部分的に形成されることとなり、実質的には先に形成した相当ひずみ導入部Ｓの拡張が行われる。

２度目の位相変更工程を行って図１１（ｅ）に示すように金型１２内で金属管１０を配置し、３度目の部分ひずみ導入工程を行って金属管１０の管壁に相当ひずみ導入部Ｓの形成を部分的に行うと、図１１（ｆ）に示すように、実質的には先に形成した相当ひずみ導入部Ｓの更なる拡張が行われ、結果として金属管１０の管壁の略全域に相当ひずみ導入部Ｓが形成されることとなる。

このように、部分ひずみ導入工程と、同部分ひずみ導入工程により境界部に相当ひずみ導入部Ｓが形成された金属管１０を伸延方向軸線回りに所定角度回転させる位相変更工程と、を複数回に亘り繰り返し行うことによっても、金属管１０の管壁の略全域に亘り効率的に相当ひずみ導入部Ｓを形成することが可能である。

上述してきたように、本実施形態に係る相当ひずみの導入方法によれば、金属管を外表面側から押圧して管内に配した中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧した状態で前記外表面の押圧部と前記中子体との位置を相対的に変化させて前記管壁に相当ひずみ導入部を形成することとしたため、金属管の管壁に効率的に相当ひずみ導入部を形成することが可能な相当ひずみの導入方法を提供することができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１０ 金属管
１２Ｄ 下部金型
１２Ｕ 上部金型
１５ 中子体
１６ 中子貫装体
１８ 規制壁
Ｆ１ 押圧力
Ｆ２ 抗力
Ｆ３ 力
Ｆ４ 拡径力
Ｆ５ 力
Ｆ６ 力
Ｍｉ 内表面
Ｍｏ 外表面
Ｓ 相当ひずみ導入部

Claims (8)

1. ＨＰＳ法による後記挟圧下での相対的な位置変化により相当ひずみを付与できる金属管を外表面側から押圧手段により押圧して管内に配した後記挟圧後に前記金属管から抜去可能な中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧しＨＰＳ法が適用された状態で前記外表面の押圧部と前記中子体との位置を相対的に変化させ前記外表面の押圧部を前記押圧手段に追従させ前記金属管の内面を前記中子体に追従させて前記管壁に相当ひずみを形成する相当ひずみの導入方法。
2. 前記押圧部と前記中子体との相対的な位置の変化は、前記金属管の伸延方向への変化であることを特徴とする請求項１に記載の相当ひずみの導入方法。
3. 前記中子体は略錐台形状であることを特徴とする請求項２に記載の相当
   ひずみの導入方法。
4. 前記中子体は略円柱又は略円錐台形状であり、前記押圧部と前記中子体との相対的な位置の変化は、前記金属管の周方向への変化であることを特徴とする請求項１に記載の相当ひずみの導入方法。
5. ＨＰＳ法による後記挟圧下での相対的な位置変化により相当ひずみを付与できる金属管を外表面側から上部金型と下部金型とにより押圧して管内に配した後記挟圧後に前記金属管から抜去可能な中子体を管壁を介して圧迫し、前記外表面側からの押圧力と前記中子体からの抗力とにより前記管壁を挟圧しＨＰＳ法が適用された状態で前記外表面の押圧部のうち一部である前記上部金型の押圧部と残部である前記下部金型の押圧部との位置を前記金属管の伸延方向へ相対的に変化させ前記上部金型の押圧部を同上部金型に追従させ前記下部金型の押圧部を同下部金型に追従させて前記管壁の押圧部の一部である前記上部金型に追従させた押圧部と残部である前記下部金型に追従させた押圧部との境界部に相当ひずみを部分的に形成する部分ひずみ導入工程を備える相当ひずみの導入方法。
6. 請求項５に記載の部分ひずみ導入工程と、同部分ひずみ導入工程により前記境界部に相当ひずみが形成された金属管を伸延方向軸線回りに所定角度回転させる工程と、を複数回に亘り繰り返し行って前記金属管の管壁の略全域に亘り相当ひずみの形成を行うことを特徴とする相当ひずみの導入方法。
7. 前記金属管からの前記中子体の抜去に際し、前記中子体の温度を変化させ体積を収縮させて抜去することを特徴とする請求項１～６いずれか１項に記載の相当ひずみの導入方法。
8. 前記中子体は前記金属管に比して軟化温度の低い素材よりなり、前記金属管の軟化温度未満の温度で加熱し流動化させて前記金属管から抜去することを特徴とする請求項１～６いずれか１項に記載の相当ひずみの導入方法。

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