JPWO2004080625A1 - 金属体の加工方法及び金属体の加工装置 - Google Patents

Abstract

金属体の金属組織を微細化することによって高強度化あるいは高延性化した金属体の加工方法、及び同金体の加工装置を提供するものである。この金属体の加工方法及び加工装置では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法及び加工装置であって、低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段により、低変形抵抗領域に沿って非低変形抵抗領域を形成しているものである。

Description

本発明は、金属組織を有する金属体等の物体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、あるいは均質化を図る金属体の加工方法、及び金属体の加工装置に関するものである。

従来、金属体のように金属組織を有している材料では、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、その材料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。
ＥＣＡＰ法では、図３３に示すように、ダイ１００に中途部で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を押圧しながら挿通させることによって金属体３００を挿通路２００に沿って屈曲させ、屈曲にともなって金属体３００に剪断応力を生起し、この剪断応力によって金属組織を微細化しているものである。図３３中、４００は金属体を押圧するプランジャである。
このようなＥＣＡＰ法では、挿通路２００に沿って金属体３００を屈曲させやすくするために、ダイ１００を所定温度に加熱することにより金属体３００全体を加熱して変形抵抗を低下させているが、金属体３００の変形抵抗を大きく低下させた場合には、プランジャ４００による押圧の際に金属体３００に座屈等の余計な変形を生じさせるおそれがあるので、金属体３００の加熱は必要最小限に抑制する必要があった。
このように金属体３００の加熱を抑制すると、金属体３００はプランジャ４００によって比較的大きな力で押圧しなければならないために加工性が悪いという問題があった。
そこで、特開２００１−３２１８２５号の金属材料の加工方法及びその装置では、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。
しかしながら、通常、金属製のダイにおいてその一部を局部的に加熱した場合には、熱拡散の影響によってダイ全体が所定温度に加熱されることとなり、局部的な加熱領域を形成することが困難であった。
そのため、挿通路を挿通されている間、金属体は所定温度に加熱され続けることによって、剪断応力により微細化した金属組織に粗大化が生じるおそれがあった。
しかも、ＥＣＡＰ法では消耗品であるダイを用いなければならないことによって、ダイの耐久条件に基づく交換が必要であるために、製造コストが高騰するという問題も有していた。
このような状況において、昨今では、特に自動車業界において燃費の向上あるいは走行性能の向上を目的として車体等の軽量化が望まれており、高級自動車だけでなく一般車でも金属組織を微細化することにより高強度化を図った金属体を利用して軽量化することに対する大きな要求があり、低価格の高強度化あるいは高延性化された金属体に対する大きな潜在的需要が存在していた。
本発明者らは、このような現状に鑑み、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を低コストで製造可能とすべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。

請求項１記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段により、低変形抵抗領域に沿って非低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、局部的に形成した低変形抵抗領域部分の金属組織を効率よく微細化することができる。
請求項２記載の発明では、一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて金属体を横断する低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段により、低変形抵抗領域の少なくともいずれか一方の側縁に沿って非低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、局部的に形成した低変形抵抗領域部分の金属組織を効率よく微細化することができる。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の金属体の加工方法であって、金属体は伸延方向に沿って移動させるとともに、移動方向の下流側における低変形抵抗領域の側縁に沿って非低変形抵抗領域形成手段により非低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、金属組識が微細化された金属体を極めて効率よく連続的に生成することができる。
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、非低変形抵抗領域形成手段を金属体を冷却する冷却手段とした。これにより、非低変形抵抗領域を極めて容易かつ確実に生成することができるので、低コストで確実に金属組織を微細化した金属体を生成できる。
請求項５記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を真空中で形成することとした。これにより、剪断変形された低変形抵抗領域の表面に気体成分との反応膜が形成されることを防止でき、後工程における処理を軽減することができる。特に、低変形抵抗領域を形成する際に金属体を加熱した場合には、金属体の自己冷却作用によって冷却手段を用いることなく金属体を冷却することができ、低変形抵抗領域の形成効率を向上させることができる。
請求項６記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を高圧雰囲気中で形成することとした。これにより、高圧の圧力による低変形抵抗領域への作用によって金属組織の微細化効率を向上させることができる。
請求項７記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を活性ガス雰囲気中で形成することとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域の表面に活性ガスとの反応領域を形成することができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項８記載の発明では、請求項７記載の金属体の加工方法であって、活性ガスは窒素ガスとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域を窒化させることができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項９記載の発明では、請求項７記載の金属体の加工方法であって、活性ガスはメタンガス及び／または一酸化炭素ガスとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域を浸炭処理することができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項１０記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域に粉体を吹き付けることとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域に粉体を機械的に混入させることができ、より高機能化した金属体を形成できる。特に、従来の鋳造では形成困難な組成の金属体も容易に形成できるとともに、金属以外の粉体を低変形抵抗領域に吹き付けた場合には、新規な材料を製造することもできる。
請求項１１記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域にイオンドーピングを行うこととした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域にイオン化した粒子を混入させることができ、より高機能化した金属体を形成できる。特に、従来の鋳造では形成困難な組成の金属体も容易に形成できる。
請求項１２記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は、金属体に第１の加熱を所定時間行った後に第２の加熱を行って形成することとした。これにより、加熱による低変形抵抗領域の形成において低変形抵抗領域の加熱状態を均質化することができ、均質な微細化を行うことができる。
請求項１３記載の発明では、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は、金属体に第１の加熱を所定時間行った後に第２の加熱を行って形成することとした。これにより、加熱による低変形抵抗領域の形成において低変形抵抗領域の加熱状態を均質化することができ、金属組織の均質な微細化を行うことができる。
請求項１４記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は、高温とした金属体を拘束する拘束手段の非拘束領域に形成することとした。これにより、金属体の製造工程中において加熱状態となっている金属体の金属組織を微細化することができ、製造工程を増やすことなく金属組織を微細化した金属体を製造できる。
請求項１５記載の発明では、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は、高温とした金属体を拘束する拘束手段の非拘束領域に形成することとした。これにより、金属体の製造工程中において加熱状態となっている金属体の金属組織を微細化することができ、製造工程を増やすことなく金属組織を微細化した金属体を製造できる。
請求項１６記載の発明では、請求項５〜１４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、剪断変形の後に金属体を急冷することとした。これにより、加熱状態が持続することによる金属組織の肥大化を抑制できるとともに、金属体に焼入れを行うことができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項１７記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は金属体を加熱して形成するとともに、低変形抵抗領域を剪断変形した後に金属体を急冷することとした。これにより、加熱状態が持続することによる金属組織の肥大化を抑制できるとともに、金属体に焼入れを行うことができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項１８記載の発明では、請求項５〜１１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は金属体を加熱して形成するとともに、低変形抵抗領域を剪断変形した後に金属体を急冷することとした。これにより、加熱状態が持続することによる金属組織の肥大化を抑制できるとともに、金属体に焼入れを行うことができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項１９記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を液体中に没入した金属体に形成することとした。これにより、低変形抵抗領域の形成条件のバラツキを抑制することができ、金属組織を均質に微細化することができる。
請求項２０記載の発明では、請求項１９記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を金属体を液体中で加熱して形成することとした。これにより、加熱して形成した低変形抵抗領域の冷却を速やかに行うことができ、特に、剪断変形が終了した部分に対しては焼入れを連続して行うことができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項２１記載の発明では、請求項２０記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を形成する際に、低変形抵抗領域の周囲の熱伝導率を低減させることとした。これにより、液体中の金属体の加熱を効率よく行うことができる。
請求項２２記載の発明では、請求項２０記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を形成する際に、低変形抵抗領域の周囲に気泡を生起することとした。これにより、液体中の金属体の加熱を効率よく行うことができる。
請求項２３記載の発明では、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を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、金属組織を微細化した金属体を、金属組織を粗大化させずに塑性加工することとした。これにより、金属組織が微細化していることにより高強度化あるいは高延性化された金属体であって、所要の形状とした金属体を提供できる。
請求項２４記載の発明では、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、金属組織を微細化した金属体を、金属組織を粗大化させずに塑性加工することとした。これにより、金属組織が微細化していることにより高強度化あるいは高延性化された金属体であって、所要の形状とした金属体を提供できる。
請求項２５記載の発明では、請求項２３または請求項２４に記載の金属体の加工方法であって、塑性加工を、金属体の金属組織を粗大化させない短時間の加熱状態で行うこととした。これにより、塑性加工時に金属組織が肥大化して高強度化あるいは高延性化が阻害されることを抑止できる。
請求項２６記載の発明では、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、塑性加工後、金属体の金属組織を粗大化させない温度に維持して時効処理することとした。これにより、高強度化あるいは高延性化した金属体の強度をさらに向上させることができる。
請求項２７記載の発明では、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、金属体を浸炭処理していることとした。これにより、低変形抵抗領域の剪断変形にともなって脱炭処理を行いながら金属組織を微細化することができ、より高機能化した金属体を形成できる。
請求項２８記載の発明では、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を伸延させながら金属体の金属組織を微細化することとした。これにより、低変形抵抗領域に剪断による歪みだけでなく、伸延による歪みを加えることができるので、金属組織をより微細化することができる。
請求項２９記載の発明では、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域を圧縮させながら金属体の金属組織を微細化することとした。これにより、低変形抵抗領域に剪断による歪みだけでなく、圧縮による歪みを加えることができるので、金属組織をより微細化することができる。特に、低変形抵抗領域を圧縮させることにより、低変形抵抗領域に印加した剪断変形によって金属体に割れ等の不具合が生じることを防止でき、低変形抵抗領域をより大きく剪断変形させて、金属組織をより微細化することができる。
請求項３０記載の発明では、請求項６〜２９のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、金属体を中空部を有する筒状体として、中空部を減圧状態とすることとした。これにより、低変形抵抗領域において中空部に向けて金属体を収縮変形させながら剪断変形を行うことができ、金属組織をより微細化することができる。
請求項３１記載の発明では、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、金属体を中空部を有する筒状体として、中空部を高圧状態とすることとした。これにより、低変形抵抗領域において金属体を膨張変形させながら剪断変形を行うことができ、金属組織をより微細化することができる。
請求項３２記載の発明では、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域に金属体を所定形状に成形する成形用ガイド体を当接させることとした。これにより、低変形抵抗領域において剪断変形により金属組織を微細化させながら、成形用ガイド体で所要形状に金属体を形状変形させることができるので、高強度化あるいは高延性化された金属体であって、所要の形状とした金属体を提供できる。
請求項３３記載の発明では、請求項３２記載の金属体の加工方法であって、成形ガイド体を金属体を加熱する加熱手段とした。これにより、成形ガイド体と当接した金属体の当接部分を局部加熱することができ、低変形抵抗領域をさらに容易に形成できる。
請求項３４記載の発明では、請求項３２記載の金属体の加工方法であって、成形ガイド体を金属体を冷却する冷却手段とした。これにより、成形ガイド体と当接した金属体の当接部分を局部冷却することができ、剪断変形後の低変形抵抗領域を効率よく冷却して、製造効率を向上させることができる。
請求項３５記載の発明では、請求項１〜３４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は一方向に伸延した金属体を横断させて形成し、この低変形抵抗領域を金属体の伸延方向に沿って移動させることとした。これにより、一方向に伸延した金属体の全体の金属組織を極めて容易に微細化することができるとともに、連続的に金属組織の微細化を行うことができる。
請求項３６記載の発明では、請求項１〜３４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、低変形抵抗領域は金属体を横断し、この低変形抵抗領域を挟む金属体の一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に位置を変動させることにより低変形抵抗領域を剪断変形させることとした。これにより、局部的に形成した低変形抵抗領域部分の金属組織を微細化することができ、高強度化あるいは高延性化した金属体を容易に形成できる。
請求項３７記載の発明では、請求項３６記載の金属体の加工方法であって、位置の変動は、金属体の伸延方向と略直交する方向に、一方の非低変形抵抗領域を他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に振動運動させる振動運動成分を有する振動運動とした。これにより、低変形抵抗領域には極めて容易に剪断変形を生起することができる。
請求項３８記載の発明では、請求項３６記載の金属体の加工方法であって、位置の変動は、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに、一方の非低変形抵抗領域を他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に回転させる回転運動とした。これにより、低変形抵抗領域には極めて容易に剪断変形を生起することができる。
請求項３９記載の発明では、請求項３６記載の金属体の加工方法であって、位置の変動は、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに、一方の非低変形抵抗領域を他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に回動させる回動運動とした。これにより、低変形抵抗領域には極めて容易に剪断変形を生起することができる。
請求項４０記載の発明では、一方向に伸延した加熱状態の金属体を伸延方向に沿って移動させ、金属体を冷却手段に送通させて冷却するとともに、冷却された金属体を振動運動させることにより、冷却手段に送通される前の金属体における金属組織を剪断変形させて微細化することとした。これにより、熱間圧延等の金属体の製造工程中において金属体の金属組織を微細化することができ、製造コストを増大させることなく付加価値の高い金属体を生成できる。
請求項４１記載の発明では、溶体化処理するための温度まで加熱した金属体を冷却手段によって急冷して溶体化処理を行う際に、急冷部分の金属体を剪断変形させることにより金属組織を微細化するとともに溶体化処理を行うこととした。これにより、金属組織が微細化されたまま溶体化処理された金属体を製造できるので、より高強度化または高延性化した金属体を製造できる。
請求項４２記載の発明では、請求項４１記載の金属体の加工方法であって、一方向に伸延した金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させる振動運動成分を有する振動運動を金属体に印加することによって金属体を剪断変形させることとした。これにより、金属体を極めて容易に剪断変形させることができる。
請求項４３記載の発明では、請求項４１記載の金属体の加工方法であって、一方向に伸延した金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させる回転運動を金属体に印加することによって金属体を剪断変形させることとした。これにより、金属体を極めて容易に剪断変形させることができる。
請求項４４記載の発明では、請求項４１記載の金属体の加工方法であって、一方向に伸延した金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りに回動させる回動運動を金属体に印加することによって金属体を剪断変形させることとした。これにより、金属体を極めて容易に剪断変形させることができる。
請求項４５記載の発明では、請求項４１〜４４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、金属組織が微細化された金属体を、金属組織を粗大化させない条件下で塑性加工して所定形状とすることとした。これにより、金属組織が微細化していることにより高強度化あるいは高延性化された金属体であって、所要の形状とした金属体を提供できる。
請求項４６記載の発明では、一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて金属体を横断する第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域とを所定の間隔だけ離隔して形成するとともに、この第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域における変形抵抗よりも変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を非低変形抵抗領域形成手段により形成し、この非低変形抵抗領域に金属体の伸延方向と交差する方向の振動運動成分からなる振動運動を加えて第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化することとした。これにより、非低変形抵抗領域に振動運動を容易に印加することができるとともに、この振動運動の印加領域を局所的として、一般的な金属体の製造工程において本発明の金属体の加工方法を容易に導入することができる。
請求項４７記載の発明では、一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて金属体を横断する第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域とを所定の間隔だけ離隔して形成するとともに、この第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域における変形抵抗よりも変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を非低変形抵抗領域形成手段により形成し、この非低変形抵抗領域に金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りの回転運動を加えて第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化することとした。これにより、非低変形抵抗領域に回転運動を容易に印加することができるとともに、この回転運動の印加領域を局所的として、一般的な金属体の製造工程において本発明の金属体の加工方法を容易に導入することができる。
請求項４８記載の発明では、一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて金属体を横断する第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域とを所定の間隔だけ離隔して形成するとともに、この第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域における変形抵抗よりも変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を非低変形抵抗領域形成手段により形成し、この非低変形抵抗領域に金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りの回動運動を加えて第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化することとした。これにより、非低変形抵抗領域に回動運動を容易に印加することができるとともに、この回動運動の印加領域を局所的として、一般的な金属体の製造工程において本発明の金属体の加工方法を容易に導入することができる。
請求項４９記載の発明では、請求項４６〜４８のいずれか１項に記載の金属体の加工方法であって、金属体を伸延方向に沿って移動させることとした。これにより、高強度化あるいは高延性化された金属体の生産性を向上させることができる。
請求項５０記載の発明では、一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させることにより金属体を横断する低変形抵抗領域を形成する低変形抵抗領域形成手段と、低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段と、低変形抵抗領域を挟む一方の金属体を、他方の金属体に対して相対的に変位させる変位印加手段とを有し、この変位印加手段によって印加した変位にともなって低変形抵抗領域を剪断変形させることにより金属体の金属組織を微細化する金属体の加工装置とした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項５１記載の発明では、請求項５０記載の金属体の加工装置であって、変位印加手段は、金属体の伸延方向と交差する方向の振動運動成分からなる振動運動を金属体に印加することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項５２記載の発明では、請求項５０記載の金属体の加工装置であって、変位印加手段は、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りの回転運動を金属体に印加することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項５３記載の発明では、請求項５０記載の金属体の加工装置であって、変位印加手段は、金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りの回動運動を金属体に印加することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項５４記載の発明では、請求項５０〜５３のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段は、金属体を所定温度以上に加熱する加熱手段とした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を低コストで提供できる。
請求項５５記載の発明では、請求項５０〜５４のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、非低変形抵抗領域形成手段は、金属体を冷却する冷却手段とした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を低コストで提供できる。
請求項５６記載の発明では、請求項５０〜５５のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、金属体を伸延方向に沿って送給する送給手段を有することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を連続的に製造可能な加工装置を提供できる。
請求項５７記載の発明では、請求項５６記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段は、金属体を第１の加熱温度に加熱して所定時間維持した後に、第２の加熱温度に加熱する予備加熱手段を有することとした。これにより、加熱による低変形抵抗領域の形成において低変形抵抗領域の加熱状態を均質化することができ、金属組織の均質な微細化を可能とした加工装置を提供できる。
請求項５８記載の発明では、請求項５７記載の金属体の加工装置であって、第１の加熱温度は、金属体の溶体化処理に必要な温度とした。これにより、金属体に溶体化処理を行いながら金属組織を微細化することができ、高強度化または高延性化されるとともに溶体化処理された金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項５９記載の発明では、請求項５６〜５８のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、金属組織が微細化された金属体を、金属組織を粗大化させない温度に維持して時効処理する時効処理手段を有することとした。これにより、高強度化あるいは高延性化した金属体の強度をさらに向上させた金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項６０記載の発明では、請求項５６〜５９のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域に金属体を所定形状に成形する成形用ガイド体を当接させることとした。これにより、成形用ガイド体で所要形状に金属体を形状変形させることができるので、高強度化あるいは高延性化された金属体であって、所要の形状とした金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項６１記載の発明では、請求項６０記載の金属体の加工装置であって、成形ガイド体を金属体を加熱する加熱手段とした。これにより、成形ガイド体と当接した金属体の当接部分を局部加熱することができ、低変形抵抗領域の形成を容易とした加工装置を提供できる。
請求項６２記載の発明では、請求項６０記載の金属体の加工装置であって、成形ガイド体を金属体を冷却する冷却手段とした。これにより、成形ガイド体と当接した金属体の当接部分を局部冷却することができ、剪断変形後の低変形抵抗領域を効率よく冷却して、製造効率を向上させた加工装置を提供できる。
請求項６３記載の発明では、請求項５６〜５９のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、金属体は中空部を有する筒状体とし、金属組織が微細化された金属体を伸延方向に沿って切開することにより平板状金属体を形成する平板化手段を有することとした。これにより、金属組織が微細化された平板状金属体の製造が可能な加工装置を提供できる。
請求項６４記載の発明では、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段は真空中で低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、剪断変形された低変形抵抗領域の表面に気体成分との反応膜が形成されることを防止可能とした加工装置を提供できる。
請求項６５記載の発明では、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段は高圧雰囲気中で低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、高圧の圧力による低変形抵抗領域への作用によって金属組織の微細化効率を向上させた加工装置を提供できる。
請求項６６記載の発明では、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段は活性ガス雰囲気中で低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域の表面に活性ガスとの反応領域を形成することができるので、より高機能化した金属体を形成可能な加工装置を提供できる。
請求項６７記載の発明では、請求項６６記載の金属体の加工装置であって、活性ガスを窒素ガスとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域を窒化させることができるので、より高機能化した金属体を形成可能な加工装置を提供できる。
請求項６８記載の発明では、請求項６６記載の金属体の加工装置であって、活性ガスをメタンガス及び／または一酸化炭素ガスとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域を浸炭処理することができるので、より高機能化した金属体を形成可能な加工装置を提供できる。
請求項６９記載の発明では、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段が低変形抵抗領域に粉体を吹き付ける粉体吹付手段を有することとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域に粉体を機械的に混入させることができ、より高機能化した金属体を形成可能な加工装置を提供できる。
請求項７０記載の発明では、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段が低変形抵抗領域にイオンドーピングを行うイオンドーピング手段を有することとした。これにより、金属体の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域にイオン化した粒子を混入させることができ、より高機能化した金属体を形成可能な加工装置を提供できる。
請求項７１記載の発明では、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域形成手段が、液体中に没入した金属体を所定温度以上に加熱して低変形抵抗領域を形成することとした。これにより、低変形抵抗領域の形成条件のバラツキを抑制することができ、金属組織を均質に微細化することができる加工装置を提供できる。
請求項７２記載の発明では、請求項７１記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域を形成する際に、低変形抵抗領域の周囲の熱伝導率を低減させることとした。これにより、液体中の金属体の加熱を効率よく行うことができる加工装置を提供できる。
請求項７３記載の発明では、請求項７１記載の金属体の加工装置であって、低変形抵抗領域を形成する際に、低変形抵抗領域の周囲に気泡を生じさせることとした。これにより、液体中の金属体の加熱を効率よく行うことができる加工装置を提供できる。
請求項７４記載の発明では、一方向に伸延した金属体を伸延方向に沿って移動させる移動手段と、金属体を溶体化処理するための温度まで加熱する加熱手段と、この加熱手段で加熱された金属体を急冷する冷却手段と、この冷却手段によって冷却されている部分の金属体を剪断変形させる剪断変形手段を有する金属体の加工装置とした。これにより、金属体に溶体化処理を行いながら金属組織を微細化することができ、高強度化または高延性化されるとともに溶体化処理された金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項７５記載の発明では、請求項７４記載の金属体の加工装置であって、剪断変形手段は、金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させる振動運動成分を有する振動運動を金属体に印加することとした。これにより、金属体に溶体化処理を行いながら金属組織を微細化することができ、高強度化または高延性化されるとともに溶体化処理された金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項７６記載の発明では、請求項７４記載の金属体の加工装置であって、剪断変形手段は、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させる回転運動を金属体に印加することとした。これにより、金属体に溶体化処理を行いながら金属組織を微細化することができ、高強度化または高延性化されるとともに溶体化処理された金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項７７記載の発明では、請求項７４記載の金属体の加工装置であって、剪断変形手段は、金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りに回動させる回動運動を金属体に印加することとした。これにより、金属体に溶体化処理を行いながら金属組織を微細化することができ、高強度化または高延性化されるとともに溶体化処理された金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項７８記載の発明では、一方向に伸延した加熱状態の金属体を伸延方向に沿って移動させる移動手段と、金属体を冷却することにより変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する冷却手段と、この非低変形抵抗領域に振動運動を印加する振動運動印加手段とを有し、この振動運動印加手段によって印加した振動運動により、冷却手段に送通される前の金属体における金属組織を剪断変形させる金属体の加工装置とした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項７９記載の発明では、一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させることにより金属体を横断する第１の低変形抵抗領域を形成する第１低変形抵抗領域形成手段と、この第１の低変形抵抗領域から所定間隔だけ離隔した位置に、金属体の変形抵抗を局部的に低下させることにより金属体を横断する第２の低変形抵抗領域を形成する第２低変形抵抗領域形成手段と、第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段と、この非低変形抵抗領域に、第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域を剪断変形させるための変位を印加する変位印加手段とを有し、第１の低変形抵抗領域及び第２の低変形抵抗領域における金属体の金属組織を微細化する金属体の加工装置とした。これにより、金属組識を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項８０記載の発明では、請求項７９記載の金属体の加工装置であって、変位印加手段は、非低変形抵抗領域に、金属体の伸延方向と交差する方向の振動運動成分からなる振動運動を印加することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項８１記載の発明では、請求項７９記載の金属体の加工装置であって、変位印加手段は、非低変形抵抗領域に、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りの回転運動を印加することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項８２記載の発明では、請求項７９記載の金属体の加工装置であって、変位印加手段は、非低変形抵抗領域に、金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りの回動運動を印加することとした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を提供できる。
請求項８３記載の発明では、請求項７９〜８２のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、第１低変形抵抗領域形成手段及び第２低変形抵抗領域形成手段は、それぞれ金属体を所定温度以上に加熱する加熱手段とした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を低コストで提供できる。
請求項８４記載の発明では、請求項７９〜８３のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、非低変形抵抗領域形成手段は金属体を冷却する冷却手段とした。これにより、金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体を製造可能な加工装置を低コストで提供できる。
請求項８５記載の発明では、請求項７９〜８４のいずれか１項に記載の金属体の加工装置であって、金属体を伸延方向に沿って送給する送給手段を有することとした。これにより、連続的に金属組織を容易に微細化することができ、高強度化または高延性化した金属体の高い生産性を有する加工装置を提供できる。

図１は、金属体の断面模式図である。
図２は、金属体の断面模式図である。
図３は、金属体の断面模式図である。
図４は、金属体の断面模式図である。
図５は、低変形抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。
図６は、低変形抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。
図７は、低変形抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。
図８は、低変形抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。
図９は、低変形抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。
図１０は、低変形抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。
図１１は、低変形抵抗領域のための加熱プロファイルの説明図である。
図１２は、低変形抵抗領域のための加熱プロファイルの説明図である。
図１３は、第１実施形態のＳＴＳＰ装置の概略説明図である。
図１４は、金属体の冷却方法における他の実施形態の説明図である。
図１５は、ＳＴＳＰ装置による処理前の金属組織の電子顕微鏡写真である。
図１６は、ＳＴＳＰ装置による処理後の金属組織の電子顕微鏡写真である。
図１７は、Ｓ４５Ｃにおいて金属組織を微細化した場合の物性変化を示すグラフである。
図１８は、ＪＩＳ−Ａ５０５６において金属組織を微細化した場合の物性変化を示すグラフである。
図１９は、ＳＴＳＰ装置における変容例の概略説明図である。
図２０は、ＳＴＳＰ装置における変容例の概略説明図である。
図２１は、ＳＴＳＰ装置における変容例の概略説明図である。
図２２は、第２実施形態のＳＴＳＰ装置の概略説明図である。
図２３は、図２の一部切欠拡大図である。
図２４は、第１回転支持体に設けたガイドローラの配設形態の説明図である。
図２５は、第３実施形態のＳＴＳＰ装置の概略説明図である。
図２６は、図２５の要部拡大図である。
図２７は、図２６の要部部分の側面図である。
図２８は、ＳＶＳＰ装置の概略説明図である。
図２９は、ＳＶＳＰ装置における変容例の概略説明図である。
図３０は、金属体の断面模式図である。
図３１は、ボディーフレームソケットの説明図である。
図３２は、ボディーフレームソケットの説明図である。
図３３は、ＥＣＡＰ法を説明するための参考図である。

本発明の金属体の加工方法及び金属体の加工装置では、高強度化あるいは高延性化を図った金属体を生成可能としているものであり、特に、含有している金属組織を微細化することによって金属体の高強度化あるいは高延性化を図っているものである。
特に、金属組織を微細化するために、本発明では、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を剪断変形させることにより強歪みを加えて金属組織を微細化しているものである。
しかも、低変形抵抗領域を局部的に形成していることによって、金属組織を微細化するために加えた剪断変形による剪断応力が低変形抵抗領域に集中して作用し、効率よく強歪み生成して金属組織を微細化することができるようにしている。
合わせて、マグネシウム合金等の金属体においては、結晶方位を調整可能とすることが期待できる。
特に、局部的な低変形抵抗領域を形成するために、低変形抵抗領域に沿って変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を形成するようにしている。この非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域生成手段を低変形抵抗領域に沿って設けておくことにより、低変形抵抗領域に加えた剪断変形が低変形抵抗領域以外に拡散することを抑制でき、低変形抵抗領域に効率よく剪断応力を生じさせることができる。
非低変形抵抗領域生成手段は、具体的には、金属体を冷却する冷却手段であればよく、金属体の変形抵抗の調整を容易に行うことができる。
例えば、金属体の熱間圧延工程において、加熱状態である金属体を冷却装置に送通することにより冷却し、冷却にともなって変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を形成して、冷却装置送通後の領域であるこの非低変形抵抗領域を振動運動させることにより、冷却装置送通前の領域を剪断変形させて金属組織を容易に微細化し、高強度化あるいは高延性化した金属体を生成することができる。
ここで、上記した低変形抵抗領域とは、金属体を加熱することによって変形抵抗が低下した領域であり、低変形抵抗領域以外の領域と比較して外力の作用にともなって変形を生じやすくなっている領域のことである。
一方、非低変形抵抗領域は低変形抵抗領域よりも変形抵抗が大きくなっている領域であり、低変形抵抗領域以外の領域が基本的には非低変形抵抗領域である。
低変形抵抗領域は加熱によって形成するだけでなく、たとえば、所要の温度に加熱した金属体の周囲に金属体を拘束する拘束体を装着することにより非低変形抵抗領域を形成し、拘束体を装着していない非拘束領域を低変形抵抗領域とすることもできる。
具体的には、鋳造された金属体等の熱間圧延工程における高温状態の金属体の周囲に拘束体を当接させている場合等である。
あるいは、液体状態となった金属体を凝固させながら拘束体で所定形状に成形している際に、部分的に非拘束領域を形成してこの非拘束領域を低変形抵抗領域として剪断変形を加えるようにすることもできる。
このように、所定温度以上に加熱されていることにより全体的に低変形抵抗状態となっている金属体に拘束体を当接させて拘束することによって非低変形抵抗領域を形成するとともに、拘束体と当接していない非拘束領域を低変形抵抗領域とすることにより、鋳造等による金属体の製造工程中において加熱状態となっている金属体の金属組織を微細化することができ、製造工程を増やすことなく金属組織を微細化した金属体を製造できる。
本発明での「金属体」の語は、一種類の金属元素からなる単一金属で構成する場合だけでなく、二種類以上の金属元素からなる合金で構成したものを含むだけでなく、一種または複数種の金属元素と一種または複数種の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、特別に言及しない限りは、金属体は金属を含有したセラミックス体等の金属間化合物も含んでいるものとする。
なお、金属体は一様の組成となっている必要はなく、図１に金属体の断面模式図として示すように、第１金属層１１に第２金属層１２さらには第３金属層１３を積層した積層体１０であってもよい。このとき、第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３はそれぞれ所要の金属、合金、若しくは金属間化合物であればよい。第１金属層１１と、第２金属層１２と、第３金属層１３とは単に重合することにより積層体１０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１０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１０を構成してよい。
あるいは、金属体は、図２に金属体の断面模式図として示すように、第１金属粉体１４と第２金属粉体１５とを混合した混合体を所定形状に仮焼成形した仮焼体１６であってもよい。このとき、第１金属粉体１４と第２金属粉体１５の２種類の粉体で仮焼体１６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１６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１６を形成してもよい。
あるいは、金属体は、図３に金属体の断面模式図として示すように、所定形状とした多孔質体１７の孔部に金属粉体１８を充填して形成した充填体１９であってもよい。なお、多孔質体１７には、金属粉体１８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。
あるいは、金属体は、図４に金属体の断面模式図として示すように、複数本の第１金属線材２１と複数本の第２金属線材２２とを束ねて形成した金属線束２３であってもよい。このとき、第１金属線材２１と第２金属線材２２の２種類の金属線材で金属線束２３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２３を形成してもよい。
このように、金属体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、金属体はどのような形態であってもよい。
図１〜３では、金属体は断面を矩形状とし、図４では金属体の断面は円形状としているが、金属体は断面が矩形状となった矩形体や、断面が円形状となった丸棒体に限定するものではなく、平板体や中空部を有する筒状体となっていてもよいし、これら以外でもたとえばＨ形鋼体、山形鋼体、溝形鋼体、Ｔ形鋼体、リップル溝鋼体等であってもよい。
さらに、金属体にはあらかじめ浸炭処理や窒化処理等の所要の処理を施していてもよい。特に、金属体に浸炭処理を施していた場合には、後述するように金属体に形成した低変形抵抗領域の剪断変形にともなって脱炭処理を行うことができ、脱炭処理を行いながら金属組織を微細化することができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
なお、浸炭処理された金属体だけでなく、通常の炭素鋼や高炭素鋼の場合でも、金属体に形成した低変形抵抗領域の剪断変形にともなって脱炭処理を行うことができ、より高機能化した金属体を形成できる。
金属体は一方向に伸延した形態とし、図５に示すように、金属体を横断するように低変形抵抗領域３０を形成することによって、金属体には低変形抵抗領域３０によって区切られた第１非低変形抵抗領域３１と第２非低変形抵抗領域３２とを形成している。
このように一方向に伸延した金属体を横断させて低変形抵抗領域３０を形成していることによって、金属体の伸延方向に沿って低変形抵抗領域３０を移動させながら低変形抵抗領域３０を剪断変形させることにより、金属組織の微細化処理を連続的に行うことができる。
しかも、必要に応じて低変形抵抗領域３０に生起する剪断変形の変形形態を調整することによって、低変形抵抗領域３０の部分に加わる強歪みのモードを異ならせることができるので、金属体には金属組織の微細化の程度が異なる領域を形成することができ、金属体の多機能化を図ることができる。
低変形抵抗領域３０の剪断変形は、図５（ａ）に示すように、第２非低変形抵抗領域３２を第１非低変形抵抗領域３１に対して金属体の厚み方向に振動させる振動運動を加えることによって、第２非低変形抵抗領域３２を第１非低変形抵抗領域３１に対して相対的に位置を変動させることにより行っている。
あるいは、振動運動は、振動方向を金属体の厚み方向ではなく、図５（ｂ）に示すように、金属体の厚み方向と直交する金属体の幅方向としてもよく、さらには、図５（ｃ）に示すように金属体の厚み方向の振動と、幅方向の振動との両方を複合した複合振動としてもよい。このように複合振動とした場合には、低変形抵抗領域に大きな剪断応力を作用させることができる。
ここで、振動運動は必ずしもマクロ的な変位をともなう振動運動である必要はなく、金属体に歪みを生じさせることができる共振等のような振動運動であってもよい。
また、金属体が丸棒体や中空部を有する円筒体である場合には、図６に示すように、第２非低変形抵抗領域３２’を第１非低変形抵抗領域３１’に対して、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させることによって、第２非低変形抵抗領域３２’を第１非低変形抵抗領域３１’に対して相対的に位置を変動させて、低変形抵抗領域３０’を剪断変形させることもできる。
このとき、第２非低変形抵抗領域３２’は、第１非低変形抵抗領域３１’に対して常に一定の角速度で回転させてもよいし、正回転と逆回転とを交互に繰り返えすように回動させてもよい。
さらに、このような回転軸周りの回動による低変形抵抗領域の剪断変形は、金属体が丸棒体や中空部を有する円筒体である場合に限定するものではなく、図７に示すように、平板体からなる金属体に横断状態に低変形抵抗領域３０″を形成し、この低変形抵抗領域３０″を挟む第１非低変形抵抗領域３１″と第２非低変形抵抗領域３２″において、第２非低変形抵抗領域３２’を第１非低変形抵抗領域３１’に対して金属体の略中心を通って伸延方向と略平行とした回転軸周り正回転と逆回転とを交互に繰り返すように回動させてもよい。
第１非低変形抵抗領域３１，３１’，３１″に対する第２非低変形抵抗領域３２，３２’，３２″の相対的な振動運動、回転運動あるいは回動運動の運動量は、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″に剪断変形を生じさせて金属組織の微細化が可能な程度の運動量であればよい。
低変形抵抗領域３０，３０’，３０″を剪断変形させる場合には、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″に金属体の伸延方向に沿って圧縮応力を作用させるように圧縮することにより、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″に大きな形状変形が生起されたり、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″部分において破断が生じたりすることを抑制できる。
特に、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″に金属体の伸延方向に沿って圧縮応力を作用させることによって、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″には、剪断による歪みだけでなく、圧縮による歪みを加えることができるので、金属組織をより微細化することができる。
逆に、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″を剪断変形させる場合に、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″に金属体の伸延方向に沿って引張応力を作用させるように伸延させることにより、低変形抵抗領域３０，３０’，３０″には、剪断による歪みだけでなく、伸延による歪みを加えることができるので、金属組織をより微細化することができる。
このように低変形抵抗領域を剪断変形させることによって、低変形抵抗領域における金属組織を微細化することができるだけでなく、図１〜４に示した金属体では互いの金属組織が結合することにより新たな合金あるいはセラミックスを生成することも可能であり、特に従来の溶融法では生成できなかった組成の合金を機械的に生成することができる。
上記したように低変形抵抗領域を剪断変形させる場合には、図８に示すように、一方向に伸延した金属体に、この金属体を横断する第１低変形抵抗領域３０ａと第２低変形抵抗領域３０ｂとを所定間隔だけ離隔して形成するとともに、第１低変形抵抗領域３０ａと第２低変形抵抗領域３０ｂとに挟まれた領域を中間非低変形抵抗領域３３として、中間非低変形抵抗領域３３を振動運動させることにより、第１低変形抵抗領域３０ａ及び第２低変形抵抗領域３０ｂを容易に剪断変形させることができる。
ここで、図８では、金属体は平板体としており、図８（ａ）では、中間非低変形抵抗領域３３を金属体の厚み方向に振動させているものであり、図８（ｂ）では、中間非低変形抵抗領域３３を金属体の厚み方向と直交する金属体の幅方向に振動させているものであり、図８（ｃ）では、中間非低変形抵抗領域３３を、金属体の厚み方向の振動と、幅方向の振動との両方を複合した複合振動によって振動させているものである。
さらに、図９に示すように、第１低変形抵抗領域３０ａと第２低変形抵抗領域３０ｂとに挟まれた領域を中間非低変形抵抗領域３３の第１低変形抵抗領域３０ａ近傍には、金属体を挟持するとともに金属体の伸延方向に沿って金属体を送給する第１上側送給ローラ３６ａと第１下側送給ローラ３６ｂとからなる第１送給装置３６を設け、中間非低変形抵抗領域３３の第２低変形抵抗領域３０ｂ近傍には、金属体を挟持するとともに金属体の伸延方向に沿って金属体を送給する第２上側送給ローラ３７ａと第２下側送給ローラ３７ｂとからなる第２送給装置３７を設け、第１送給装置３６と第２送給装置３７とを互いに逆位相で上下動させることにより、第１低変形抵抗領域３０ａ及び第２低変形抵抗領域３０ｂを剪断変形させてもよい。
この場合に第１低変形抵抗領域３０ａ及び第２低変形抵抗領域３０ｂに生じる剪断変形は、上記した図８（ａ）での振動モードによる剪断変形とミクロ的には同じである。
金属体が丸棒体や中空部を有する円筒体である場合には、図１０に示すように、所定間隔だけ離隔して設けた第１低変形抵抗領域３０ａ’と第２低変形抵抗領域３０ｂ’との間の中間非低変形抵抗領域３３’を、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させることによって第１低変形抵抗領域３０ａ及び第２低変形抵抗領域３０ｂを容易に剪断変形させることができる。図１０中、３４は中間非低変形抵抗領域３３’を回転させている回転ローラである。
さらに、図８〜１０において、金属体を伸延方向に沿って移動させることにより、金属体における第１低変形抵抗領域３０ａ’及び第２低変形抵抗領域３０ｂ’の位置を移動させることができる。
したがって、通常、連続的に製造されている金属体の製造工程中において、金属体に第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’と第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’とを形成して中間非低変形抵抗領域３３，３３’を振動あるいは回転若しくは回動させることにより、金属体を容易に剪断変形させることができるので、金属組織が微細化されることにより高強度化あるいは高延性化された金属体を低コストで製造することができる。
なお、上記した中間非低変形抵抗領域３３，３３’の振動、回転若しくは回動においては、他の運動モードとして、金属体の伸延方向に沿って伸縮する伸縮運動モードと、例えば図８における中間非低変形抵抗領域３３において、平板状とした金属体の平面における法線方向を回動軸とした回動運動モードが考えられ、全部で６自由度分の運動を考えることができる。
しかしながら、図８〜１０に示すように第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’と第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’を有する場合には、伸縮運動モードでは第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’と第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’に十分な剪断応力を加えることは困難であり、同様に回動運動モードでも十分な剪断応力を第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’と第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’に加えることは困難であり、実質的には４自由度の運動を利用して剪断変形を生じさせることが望ましい。
ただし、図５〜７に示すように、金属体に１カ所だけ低変形抵抗領域３０，３０’を形成する場合には、伸縮運動モードや回動運動モードによって上記したように金属体の伸延方向に圧縮応力や引張応力を作用させるようにすることもできる。
第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’及び第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’は、通常、それぞれ金属体を加熱することにより形成しているが、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’と第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’の加熱温度をそれぞれ異ならせておくことにより、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’及び第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’に作用する剪断応力をそれぞれ異ならせることができ、金属組織には二段階でそれぞれ異なる剪断応力を作用させることができるので、金属組織をより微細化することができる。
しかも、一度剪断変形されて金属組織が微細化された部分をさらに剪断変形させる場合には、金属体の延性が向上していることによって金属体の加熱温度を低くすることができ、金属組織をより微細化することができる。
具体的には、金属体を伸延方向に沿って移動させることにより、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’を形成するための第１低変形抵抗領域形成域と、第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’を形成するための第２低変形抵抗領域形成域を横断させる場合に、金属体がマグネシウム合金等のような難変形合金あるいは難変形の金属間化合物等であれば、図１１に示すように、第１低変形抵抗領域形成域を高温とし、第２低変形抵抗領域形成域を第１低変形抵抗領域形成域と比較して低温としている。
このとき、第１低変形抵抗領域形成域の加熱温度は、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’の金属体が十分に軟化する温度であって、剪断変形が可能となっている温度であればよい。そのような加熱温度において第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’に剪断応力を作用させることによって、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’を容易に剪断変形させて金属組織を均一とするとともに、中程度の微細粒、例えば１０〜５０μｍ程度の粒径として、金属体の変形抵抗を小さくすることができる。
そして、第２低変形抵抗領域形成域の加熱温度は、金属組織の再結晶が生じる程度までの温度として、第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’部分の金属組織が肥大化することを抑制しながら剪断変形させて金属組織をより微細化している。
このように、第１低変形抵抗領域形成域では、第２低変形抵抗領域形成域において再結晶が生じる低温度域までで金属体を剪断変形させることができるように結晶粒調整が可能な程度に金属体を加熱することによって、難変形合金あるいは難変形の金属間化合物等でも金属組織を容易に微細化して高延性化を図ることができる。
また、金属体が熱処理型合金の場合には、第１低変形抵抗領域形成域において加熱後に急冷却されることを利用して、第１低変形抵抗領域形成域における金属体の加熱温度を金属体の溶体化処理条件となる温度とし、その状態で第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’に剪断応力を作用させることによって、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’において状態図における組成よりも多くの添加元素を固溶させることができる。
しかも、金属体は、溶体化処理されながら金属組織が微細化されることにより、溶体化処理されていながら金属組織が小さくなっている金属体を形成することができる。このような溶体化処理されていながら金属組織が小さくなっている金属体は、従来の製造方法では溶体化処理時の加熱による金属組織の肥大化によって製造することができなかったが、本発明の加工方法及び加工装置を用いることによって製造可能とすることができる。
第２低変形抵抗領域形成域の加熱温度は、金属組織の再結晶が生じる程度までの温度として、第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’部分の金属組織が肥大化することを抑制しながら剪断変形させて金属組織をより微細化している。
このように、第１低変形抵抗領域形成域において金属体の溶体化処理を行うことにより、均質かつ金属組織が微細化された金属体を形成することができる。
上記したように、本発明では、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’や第２低変形抵抗領域３０ｂ，３０ｂ’等の低変形抵抗領域を剪断変形させて金属体の金属組織を微細化しているのであるが、金属組織を微細化する作用としては、加熱等により変形しやすくなった金属体中の結晶粒が剪断変形によって剪断されることにより微細化されているものと考えられる。
特に、低変形抵抗領域の両端部分では、後述するように冷却等によって金属体の結晶粒に変形が生じにくいことにより変形抵抗が高くなっており、剪断変形にともなう剪断応力は、この変形抵抗が高い高変形抵抗領域と低変形抵抗領域との境界部分において大きく作用することによって、高変形抵抗領域と低変形抵抗領域との境界部分において金属組織の微細化が特に促進されているものと考えられる。
したがって、金属体を伸延方向に沿って移動させて第１低変形抵抗領域形成域及び第２低変形抵抗領域形成域を通過させる場合には、それぞれにおいて金属体が高変形抵抗領域から低変形抵抗領域になる場合よりも、低変形抵抗領域から高変形抵抗領域になる場合における温度制御が重要となる。
すなわち、金属体が高変形抵抗領域から低変形抵抗領域になる場合では温度制御の自由度が高く、図１２に示すように、金属体を加熱して低変形抵抗領域を形成する場合に、予備加熱領域を設けて金属体を予備加熱しておき、その後、本加熱によって金属体を所定の温度に加熱するようにしてもよい。
特に、図１２に示すように、第１低変形抵抗領域形成域の前に予備加熱領域を設けて金属体を予備加熱しておくことにより、比較的高温状態に加熱される第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’を短時間で、比較的略均一に加熱することができる。したがって、略均一に加熱された第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’を剪断変形させることにより、第１低変形抵抗領域３０ａ，３０ａ’の金属組織を均質に微細化することができる。
また、第１低変形抵抗領域形成域での加熱条件を溶体化温度とした場合には、予備加熱領域での予備加熱の温度を溶体化温度としておくことにより、溶体化処理に必要十分な処理時間の加熱を行うことができるので、確実に溶体化処理された金属体を第２低変形抵抗領域形成域で剪断変形させることができる。
特に、金属体に複数の溶体化温度がある場合や、複数の変態温度がある場合には、それぞれの所定温度に所定時間維持した後に本加熱を行って低変形抵抗領域を剪断変形させてもよい。
さらに、金属体を冷却する場合にも金属体を段階的に冷却して、各冷却状態で低変形抵抗領域に所要の剪断応力が作用するようにしてもよい。
金属体には、上記したように剪断変形を二段階に分けて加えるだけでなく、金属体の伸延方向に沿って中間非低変形抵抗領域３３，３３’を複数設けることにより、さらに多段に分けて加えてもよい。特に、金属体が金属含有セラミックス体等の場合には、剪断変形を加えるたびに異なる条件の剪断変形とすることによりさらに均質化を図ることができる。
以下において、第１実施形態の加工装置を説明する。
図１３は、金属体に形成した低変形抵抗領域を回転運動または回動運動によって捻回させることによって剪断変形させる装置である。本発明者らは、このように低変形抵抗領域を捻回することによって剪断変形させて金属組織を微細化させることをＳＴＳＰ（Ｓｅｖｅｒｅ Ｔｏｒｓｉｏｎ Ｓｔｒａｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ）法と称しており、図１３はＳＴＳＰ装置の一例の概略説明図である。ここでは、説明の便宜上、金属体Ｍ２は一方向に伸延させた丸棒体としているが、中空部を有する円筒状体であってもよい。
ＳＴＳＰ装置は、金属体Ｍ２の伸延方向に沿って基台６０上面に固定部６１と、剪断変形部６２と、回転部６３とを設けて構成している。
固定部６１は、基台６０上面に立設した第１固定壁６１ａと、第２固定壁６１ｂとで構成している。第１固定壁６１ａ及び第２固定壁６１ｂは、それぞれ所定の厚みを有する板体で構成しており、第１固定壁６１ａと第２固定壁６１ｂとは互いに略平行としている。
また、第１固定壁６１ａ及び第２固定壁６１ｂにはそれぞれ金属体Ｍ２を挿通させる挿通孔を設け、同挿通孔にそれぞれ金属体Ｍ２を挿通させ、第１固定壁６１ａ及び第２固定壁６１ｂの上端に螺着した固定用ネジ６１ｃ，６１ｄの先端部を挿通孔に挿通させた金属体Ｍ２周面に当接させて、金属体Ｍ２を固定している。
なお、固定部６１は、第１固定壁６１ａと第２固定壁６１ｂとで構成するものに限定するものではなく、金属体Ｍ２を固定可能であればどのように構成してもよい。ここで、金属体Ｍ２を固定するとは、丸棒状となった金属体Ｍ２の中心軸を回転軸とする金属体Ｍ２の回転に対する固定である。
回転部６３は、基台６０上面に立設した第１規制壁６３ａと、第２規制壁６３ｂと、第１規制壁６３ａと第２規制壁６３ｂとの間に介装する進退規制体６３ｃと、図示していない回転装置とによって構成している。
第１規制壁６３ａ及び第２規制壁６３ｂは、それぞれ所定の厚みを有する板体で構成しており、第１規制壁６３ａと、第２規制壁６３ｂとは互いに略平行としている。そして、第１規制壁６３ａ及び第２規制壁６３ｂにはそれぞれ金属体Ｍ２を挿通させる挿通孔を設け、同挿通孔にそれぞれ金属体Ｍ２を挿通させている。
進退規制体６３ｃは、第１規制壁６３ａと第２規制壁６３ｂとの間隔寸法と略同一の長さを有し、かつ、金属体Ｍ２に環装可能とした円筒体で構成している。この進退規制体６３ｃは、第１規制壁６３ａと第２規制壁６３ｂとの間において金属体Ｍ２に環装し、さらに、進退規制体６３ｃの周面に螺着した固定用ネジ６３ｄ，６３ｄの先端部を、進退規制体６３ｃを貫通した金属体Ｍ２周面に当接させて、金属体Ｍ２に対して進退規制体６３ｃを固定している。
したがって、後述するように金属体Ｍ２の非低変形抵抗領域を回転させた場合には、進退規制体６３ｃが第１規制壁６３ａと第２規制壁６３ｂに規制されることにより、金属体Ｍ２に伸延方向のズレが生じることを防止できる。
金属体Ｍ２の非低変形抵抗領域を回転させる回転装置には様々な装置を用いることができ、回転部６３側の金属体Ｍ２に所定のトルクを加えながら回転または回動させることができればどのような装置であってもよい。本実施形態では、回転部６３側の金属体Ｍ２の端部に回転用モータ（図示せず）を連動連結し、この回転用モータを回転装置としている。
剪断変形部６２は、金属体Ｍ２を所定温度に加熱する加熱装置６４と、この加熱装置６４による加熱によって金属体Ｍ２に形成した低変形抵抗領域３０’を所定の幅寸法とするために金属体Ｍ２を冷却する冷却装置６５とで構成している。
本実施形態では、加熱装置６４には高周波加熱コイルを用いており、この高周波加熱コイルを金属体Ｍ２に所定回数巻回し、金属体Ｍ１を所定温度に加熱することによって変形抵抗を低減させて低変形抵抗領域３０’を形成している。なお、加熱装置６４は高周波加熱コイルに限定するものではなく、電子ビーム、プラズマ、レーザー、電磁誘導等を用いた加熱や、ガスバーナーによる加熱、電気的短絡を利用した加熱であってもよい。特に、加熱装置６４として電子ビームを用いた場合には、金属体Ｍ２の伸延方向における低変形抵抗領域３０’の幅を極めて小さくすることができ、低変形抵抗領域３０’により大きな剪断応力を作用させることができるので、金属組織のさらなる微細化を可能とすることができる。
冷却装置６５は、給水配管６５ａから供給された水を吐出する第１吐水口６５ｂと第２吐水口６５ｃで構成しており、第１吐水口６５ｂ及び第２吐水口６５ｃから吐出した水によって金属体Ｍ２を冷却している。図１０中、６６は第１吐水口６５ｂ及び第２吐水口６５ｃから吐出された水を受ける受水容器であり、６７は同受水容器６６に接続した排水管である。
本実施形態では、第１吐水口６５ｂ及び第２吐水口６５ｃは、金属体Ｍ１の上方から下方に向けて水を噴射するようにしているが、例えば、図１４に示すように、吐水口６８を金属体Ｍ１の周囲に略等間隔に複数設けて、複数の吐水口６８から金属体Ｍ１に向けて水を噴射してもよい。
この場合、各吐水口６８は、金属体Ｍ１の表面の法線方向に対して所要の入射角θとして水を噴射することによりさらに冷却効率を向上させることができる。したがって、低変形抵抗領域３０’の両端において金属体Ｍ１の温度勾配を大きくすることができ、これにより大きな剪断応力を作用させることができるので、金属組織の微細化効率を向上させることが期待できる。
特に、冷却にともなって被冷却面に発生する気泡を効率よく飛散させることができ、気泡発生にともなう冷却効率の低下を抑制して、冷却効率を向上させることができる。
また、冷却装置６５では、第１吐水口６５ｂと第２吐水口６５ｃとの間に設けた加熱装置６４によって形成された低変形抵抗領域３０’の両側を、第１吐水口６５ｂ及び第２吐水口６５ｃから吐出した水によって冷却しており、特に、第１吐水口６５ｂと第２吐水口６５ｃとの配設位置を調整することによって、低変形抵抗領域３０’を、金属体Ｍ２の伸延方向の長さと比較して極めて微少な領域としている。
このように、低変形抵抗領域３０’を、金属体Ｍ２の伸延方向に沿った微小幅とすることにより、低変形抵抗領域３０’の部分に極めて大きな剪断変形を生起しやすく、金属組織の微細化効率を向上させることができる。しかも、回転装置によって低変形抵抗領域３０’を捻回した場合に低変形抵抗領域３０’において捻回のムラが生じることを防止できる。さらに、捻回によって低変形抵抗領域３０’に生起した剪断変形の残留歪み、あるいは残留変形を小さくすることができる。
また、加熱装置６４で加熱した低変形抵抗領域３０’を冷却装置６５によって急冷することによって焼き入れを行っていることとなり、金属組織が微細化された金属体Ｍ２の硬度の向上を図ることもできる。
しかも、低変形抵抗領域３０’を急冷することによって加熱状態が持続されることを防止でき、微細化した金属組織が肥大化することを抑制できる。
低変形抵抗領域３０’の幅は、金属体Ｍ２の伸延方向と直交する面による断面での断面幅寸法の約３倍以内が望ましい。低変形抵抗領域３０’をこのような条件とすることによって、捻回にともなう低変形抵抗領域３０’の変形を必要最小限に抑制しながら大きな剪断変形を生起することができ、金属体Ｍ２の金属組織の微細化効率を向上させることができる。
上記の冷却装置６５は水冷装置としているが、水冷装置に限定するものではなく、加熱装置６４による加熱領域を局部的な領域とすることができるように冷却可能な装置であれば空冷であってもよく、あるいは励磁冷却であってもよく、適宜の冷却装置を用いてよい。
特に、受水容器６６部分を適宜の真空室として、この真空室の内部空間を約５００ｈＰａ以下の真空状態として、真空中において低変形抵抗領域３０’を形成した場合には、低変形抵抗領域３０’の表面に気体成分との反応膜が形成されることを防止できる。したがって、後工程における処理を軽減することができる。
しかも、このような真空中で金属体Ｍ２を加熱する場合には、加熱装置６４として電子ビーム加熱を用いることができ、しかもこの電子ビーム加熱に対する金属体Ｍ２の冷却には、金属体Ｍ２の自己冷却作用を利用することができるので、低変形抵抗領域３０’を極めて微小な幅寸法とすることができ、低変形抵抗領域３０’部分に極めて大きな剪断変形を生起することができる。
さらに、真空中において低変形抵抗領域３０’を形成したことを利用して、低変形抵抗領域３０’の部分に所要の元素からなる粒子をイオンドーピングしてもよい。
このように、低変形抵抗領域３０’にイオンドーピングを行うことにより、低変形抵抗領域３０’は金属組織が微細化されるとともに、イオン化した粒子が注入されることにより、より高機能化した金属体を形成できる。特に、金属組織を微細化しながら粒子を注入することにより、通常のイオンドーピングよりも深く粒子を注入できるとともに、注入された粒子を金属体Ｍ２に十分混合することができる。しかも、粒子の注入にともなって金属体Ｍ２に生じる金属組織のダメージを解消することもできる。
また、所要の粒子をイオンドーピングするのではなく、低変形抵抗領域３０’に所要の組成の粉体を吹き付けるようにしてもよい。
低変形抵抗領域３０’に粉体を吹き付けることによって、金属体Ｍ２の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域３０’に粉体を機械的に混入させることができ、より高機能化した金属体を形成できる。特に、従来の鋳造では形成困難な組成の金属体も容易に形成できるとともに、金属以外の組成の粉体を低変形抵抗領域３０’に吹き付けた場合には、新規な材料を製造することもできる。
なお、低変形抵抗領域３０’に所要の組成の粉体を吹き付ける場合には、必ずしも真空中である必要はなく、常圧状態であってもよい。
上記したように、減圧状態の真空中で低変形抵抗領域３０’を形成するのではなく、受水容器６６部分に加圧室を形成して、加圧室内を高圧状態として低変形抵抗領域３０’を形成してもよい。
このように高圧状態として低変形抵抗領域３０’を形成した場合には、高圧の圧力による低変形抵抗領域３０’への加圧作用によって金属組織の微細化効率を向上させることが期待できる。
特に、加圧室内には不活性ガスを送気して加圧する場合だけでなく、活性ガスを送気して加圧してもよい。
活性ガス雰囲気中で低変形抵抗領域３０’を形成することにより、金属体Ｍ２の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域３０’の表面に活性ガスとの反応領域を形成することができ、表面改質を行って所要の表面コーティングを行うことができるだけでなく、活性ガスとの反応にともなう強歪みを生起することができる場合や、表面コーティングを行うことができる場合があるので、より高機能化した金属体を形成できる。
特に、活性ガスとして窒素ガスを用いた場合には、金属体Ｍ２の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域３０’を窒化させることができるので、金属組織の微細化にともなって高強度及び高延性であって窒化処理された高機能な金属体Ｍ２を低コストで提供できる。
また、活性ガスとしてメタンガス及び／または一酸化炭素ガス等の炭素含有ガスを用いた場合には、金属体Ｍ２の金属組織を微細化するとともに低変形抵抗領域３０’を浸炭処理することができるので、金属組織の微細化にともなって高強度及び高延性であって浸炭処理された高機能な金属体Ｍ２を低コストで提供できる。
なお、加圧室内に活性ガスを送気する場合には、必ずしも高圧状態になっている必要はなく、加圧室内が活性ガス雰囲気となっているだけでもよい。
また、低変形抵抗領域３０’に不活性ガスや活性ガスを接触させるのでなく、不活性液体や活性液体を接触させるようにしてもよい。
すなわち、上記したＳＴＳＰ装置をそのまま不活性液体や活性液体の中に没入させて、低変形抵抗領域３０’を形成するようにしてもよい。
このように不活性液体中や活性液体中で低変形抵抗領域３０’を形成することにより、低変形抵抗領域３０’の形成条件を安定化させることができ、金属組織を均質に微細化することができる。
特に、低変形抵抗領域３０’は、金属体Ｍ２を不活性液体中や活性液体中で加熱して形成することによって、不活性液体や活性液体を冷却剤として利用することができ、冷却効率を向上させることができる。
しかも、剪断変形が終了した部分に対しては、不活性液体や活性液体での冷却による焼入れを連続して行うことができるので、より高機能化した金属体を形成できる。
なお、不活性液体中や活性液体中で金属体Ｍ２を加熱して低変形抵抗領域３０’を形成する場合には、低変形抵抗領域３０’部分の加熱効率が低下するおそれがある。
そこで、低変形抵抗領域３０’を形成する場合には、金属体Ｍ２における低変形抵抗領域３０’の形成領域の周囲において熱伝導率を低減させて、低変形抵抗領域３０’に加えた熱が不活性液体または活性液体を介して拡散することを抑制するようにしている。したがって、液体中における金属体Ｍ２の加熱を効率よく行うことができる。
具体的には、加熱する低変形抵抗領域３０’の近傍にエアノズル（図示せず）を位置させ、このエアノズルから気泡状に気体を送気することによって低変形抵抗領域３０’の周囲に気泡域を生起して気泡による断熱層を形成することにより、熱伝導率を低減させることができる。したがって、極めて容易に熱伝導率を低減させて、液体中における金属体Ｍ２の加熱を効率よく行うことができる。
特に、エアノズルから気泡状に送気される気体を窒素ガス、あるいはメタンガス及び／または一酸化炭素ガス等の炭素含有ガスとした場合には、低変形抵抗領域３０’の窒化処理、あるいは浸炭処理を行うことができる。
また、金属体Ｍ２が中空部を有する中空円筒体である場合には、中空部を減圧状態とすることによって、低変形抵抗領域において中空部に向けて金属体を収縮変形させながら剪断変形を行うことができ、金属組織をより微細化することができる。
あるいは、逆に中空部を高圧状態とすることによって、低変形抵抗領域において金属体を膨張変形させながら剪断変形を行うことができ、金属組織をより微細化することができる。
このように、中空部を減圧状態または高圧状態とする場合にも、中空部内に不活性ガスまたは活性ガス、若しくは不活性液体あるいは活性液体を所定圧力で供給するようにしてもよい。特に、中空部を減圧状態とする場合には、金属体の外部を加圧状態としておくことにより、相対的に減圧状態となっていてもよい。
ＳＴＳＰ装置は上記のように構成しており、金属体Ｍ２に形成した低変形抵抗領域３０’を捻回することによって金属組織を微細化する場合には、ＳＴＳＰ装置に金属体Ｍ２を装着し、冷却装置６５によって低変形抵抗領域３０’の両側を冷却しながら加熱装置６４によって低変形抵抗領域３０’を加熱する。
ここで、加熱装置６４による加熱は、低変形抵抗領域３０’の温度が金属体Ｍ２に生じた歪みの回復軟化温度または再結晶温度以上となるまで行い、回復・再結晶温度以上となったところで回転装置によって非低変形抵抗領域を金属体Ｍ２の中心軸を回転軸として回転軸周りに回転させることにより、低変形抵抗領域３０’を捻回する。
回転装置による非低変形抵抗領域の回転は１〜２０ｒｐｍとしている。回転回数は２分の１回転以上としており、回転回数が多いほど大きな剪断変形を生起することができ、金属組織の微細化効率を向上させることができる。
なお、加熱装置６４による金属体Ｍ２の加熱温度は、回復・再結晶温度以上ではあるが、金属結晶粒の粗大化の影響が生じ始める温度以下に制御することが望ましい。
本実施形態では、低変形抵抗領域３０’を形成した金属体Ｍ２の一方端を固定して、他方端を回転させるように構成しているが、低変形抵抗領域３０’を挟む両側をそれぞれに逆方向に回転させてもよい。
このようにして低変形抵抗領域３０’を捻回した後、低変形抵抗領域３０’を冷却している。上記した実施形態では、金属体Ｍ２を伸延方向に沿って移動させることはできないが、金属体Ｍ２を伸延方向に沿って移動可能に構成することにより、金属体Ｍ２における低変形抵抗領域３０’の位置を変位させることができ、金属体Ｍ２に対して捻回による剪断処理を連続的に行って、広範囲の領域にわたって金属組織を微細化した金属体Ｍ２とすることができる。
また、金属体Ｍ２を伸延方向に沿って移動可能に構成するのではなく、加熱装置６４と冷却装置６５とからなる剪断変形部６２を金属体Ｍ２の伸延方向に沿って移動可能に構成してもよい。
さらに、金属体Ｍ２の伸延方向の移動、または剪断変形部６２の金属体Ｍ２の伸延方向に沿った移動を往復移動とすることによって、金属体Ｍ２の所定幅の領域に繰り返し剪断処理を行って、金属組織をより微細化してもよい。
しかも、場合によっては、金属体Ｍ２の所要の位置に形成した低変形抵抗領域３０’ごとに、回転装置による金属体Ｍ２の回転速度、あるいは加熱条件若しくは冷却条件を調整することにより金属組織の微細化の程度を調整して、金属体Ｍ２の強度あるいは延性を調整することができ、部分的に強度を向上させたり、延性を向上させたりした金属体Ｍ２を生成できる。
図１５は、上記したＳＴＳＰ装置による処理前のアルミニウム合金であるＡｌ５０５６の電子顕微鏡写真であり、図１６は、ＳＴＳＰ装置で処理したＡｌ５０５６の電子顕微鏡写真である。金属体Ｍ２を剪断変形させることによって、６０〜７０μｍであった金属組織の結晶粒を５μｍ以下にまで微細化できることがわかる。
しかも、この結晶粒の微細化は、加熱、冷却の条件を工夫して設定することにより、たとえば、電子ビームできわめて狭い領域のみをしかも深淵部まで加熱し、その領域外では自己冷却により低温のままとすれば、低変形抵抗領域と非低変形抵抗領域の境界部を幅狭として低変形抵抗領域に強歪みを集中できるので、結晶粒径を数十ナノから十ナノのレベルにまで、微細化することができる。
また、図１７は鉄系材料であるＳ４５Ｃを、上記したＳＴＳＰ装置によって処理した金属体と、ＳＴＳＰ装置における処理と同様の熱履歴による焼き鈍し処理を行った金属体との耐力、引張り強度、均一延びを比較した結果を示しており、ＳＴＳＰ装置で処理することによって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わかる。
さらに、図１８はアルミニウム系材料であるＡｌ５０５６を、上記したＳＴＳＰ装置によって処理した金属体と、ＳＴＳＰ装置における処理と同様の熱履歴による焼き鈍し処理を行った金属体との耐力、引張り強度、均一延びを比較した結果を示しており、ＳＴＳＰ装置で処理することによって、Ｓ４５Ｃの場合と同様に、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わかる。
なお、上記したＳＴＳＰ装置では、その構造から明らかなように、回転装置によって非低変形抵抗領域を回転させた場合の低変形抵抗領域３０’の回転軸部分には十分な剪断変形が生じないことによって金属組織の微細化が不十分な領域があらわれるおそれがある。
そこで、本実施形態のＳＴＳＰ装置では、加熱装置６４によって金属体Ｍ２を加熱することにより低変形抵抗領域３０’を形成する際には、加熱装置６４は回転軸の領域を非中心とする加熱分布として加熱している。
すなわち、本実施形態のように加熱装置６４を高周波加熱コイルで構成した場合には、高周波加熱コイルの中心軸を回転部６３による金属体Ｍ２の回転軸から偏倚させている。これによって低変形抵抗領域３０’では回転軸の領域を非中心とする加熱分布とすることがで、回転軸の領域に微細化されない領域ができることを抑止して、ＳＴＳＰ装置においても金属組織を均一に微細化することができる。
このように、加熱装置６４の配置を調整することにより加熱分布を回転軸の領域を非中心とした状態とすることができ、回転軸の領域の金属組織も確実に微細化することができる。
ＳＴＳＰ装置における金属組織の微細化の不均一を防止する方法としては、低変形抵抗領域３０’を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、金属体Ｍ１の伸延方向と略直交する方向に移動させて、この移動によって低変形抵抗領域３０’の回転軸の領域に剪断変形を生じさせることにより、金属組織の微細化の不均一を防止してもよい。
すなわち、ＳＴＳＰ装置に後述するＳＶＳＰ装置の振動印加体４７を組み込んで、低変形抵抗領域３０’を捻回するとともに振動させてもよい。
あるいは、回転軸自体を丸棒状となった金属体Ｍ２の幾何学的な中心から偏倚させることにより、低変形抵抗領域３０’の回転軸の領域に剪断変形を生じさせて、金属組織の微細化の不均一を防止してもよい。
または、金属体Ｍ２を所定形状に成形する適宜の成型用ガイド体を低変形抵抗領域３０’に当接させて、この成型用ガイド体によって低変形抵抗領域３０’に加えられる変形応力を生起して金属組織の微細化の不均一を防止することもできる。
特に、低変形抵抗領域３０’では変形抵抗が低下していることにより所定形状への成形を容易に行うことができ、所定形状への変形と金属組織の微細化の不均一解消とを同時に行うことができる。
具体的には、図１９に示すように、低変形抵抗領域３０’に成形用ガイド体として例えば伸線用ダイス６９を当接させることによって、低変形抵抗領域３０’において剪断変形により金属組織を微細化させながら、伸線用ダイス６９で金属体Ｍ２の伸線処理を行うこともできる。
特に、図１９においては、伸線用ダイス６９は図示しないヒータと接続して所要温度となるようにして、伸線用ダイス６９を加熱用装置として使用するようにしている。
したがって、伸線用ダイス６９と当接した金属体Ｍ２の当接部分を局部加熱することができ、低変形抵抗領域３０’を容易に形成できる。
あるいは、伸線用ダイス６９には、内部に冷却水を通水させる水路（図示せず）等を設けて低変形抵抗領域３０’を冷却する冷却装置としてもよい。
伸線用ダイス６９を冷却装置とした場合には、図２０に示すように、伸線用ダイス６９と当接した金属体の当接部分を局部冷却することができ、剪断変形後の低変形抵抗領域３０’を効率よく冷却して、製造効率を向上させることができる。
また、低変形抵抗領域３０’が所定の温度、特に成形加工を行う温度にまで冷却された後に成形用ガイド体によって金属体Ｍ２に所要の成形加工を行ってもよい。
なお、説明の便宜上、図１９では冷却装置を省略しており、図２０では加熱装置を省略している。
成形用ガイド体としては伸線用ダイス６９に限定するものではなく、雄ねじ形成用ダイスやバイト等を適宜用いることにより、ネジ加工やギヤ転造を行うようにしてもよい。
図２１は、上記したＳＴＳＰ装置の変容例の概略説明図である。このＳＴＳＰ装置には、金属体Ｍ２’を供給する供給部７０と、剪断変形された金属体Ｍ２’を収容する収容部７１とを設けている。
供給部７０には所要のリールに巻回した金属体Ｍ２’を供給し、図示しない引延具によって金属体Ｍ２’を直線状に引き延ばしながら送給するようにしている。
収容部７１では、剪断変形された金属体Ｍ２’を、図示しない巻付具によってリールに巻回させて収容するようにしている。
そして、ＳＴＳＰ装置では、供給部７０と収容部７１との間に、金属体Ｍ２’の伸延方向に沿って複数の剪断変形部６２’をそれぞれ所定間隔だけ離隔して設け、しかも、隣り合った剪断変形部６２’，６２’の間に回転部６３’を設けて、この回転部６３’によって金属体Ｍ２’の伸延方向と略平行とした回転軸周りに金属体Ｍ２’を回転させて、剪断変形部６２’部分の金属体Ｍ２’を剪断変形させている。
剪断変形部６２’には、金属体Ｍ２’を加熱する高周波加熱コイル６４’と、金属体Ｍ２’を冷却するための冷却水を吐出する第１吐水口６５ｂ’と第２吐水口６５ｃ’とを設け、しかも、第１吐水口６５ｂ’と第２吐水口６５ｃ’との間に高周波加熱コイル６４’を位置させて、高周波加熱コイル６４’による金属体Ｍ２’の加熱領域を微小範囲としている。
本実施形態では、回転部６３’には金属体Ｍ２’に当接させた回転ローラを設け、この回転ローラによって金属体Ｍ２’を回転させている。しかも、隣り合った回転部６３’では、それぞれ回転ローラの回転方向を逆方向としている。
このように構成したＳＴＳＰ装置において、供給部７０と収容部７１とを金属体Ｍ２’の搬送手段として金属体Ｍ２’を送給することによって、金属体Ｍ２’に複数回の剪断変形を施すことができる。
あるいは、たとえば、剪断変形部６２’を金属体Ｍ２’の伸延方向に沿って所定間隔ＴでＮカ所設けている場合に、供給部７０と収容部７１とを金属体Ｍ２’の搬送手段として金属体Ｍ２’を所定間隔Ｔと等距離だけ送給すると、Ｔ×Ｎの長さの領域において一度に剪断変形を行うことができるので、剪断変形を停止して金属体Ｍ２’をＴ×Ｎだけ送給し、その後、剪断変形を再開して金属体Ｍ２’を所定間隔Ｔと等距離だけ送給することを繰り返すようにすることもできる。これによって、製造効率を向上させることができる。
なお、この場合には、Ｎは偶数であって、図２１のように、剪断変形部６２’と剪断変形部６２’との間に全て回転部６３’を設けるのではなく、一つおきに回転部６３’を設けてもよい。
以下において、上記した第１実施形態のＳＴＳＰ装置を改良した第２実施形態のＳＴＳＰ装置について説明する。第２実施形態のＳＴＳＰ装置では、金属体を加熱して形成する低変形抵抗領域を金属体の伸延方向に沿って移動させるようにしているものである。
図２２は、第２実施形態のＳＴＳＰ装置の概略説明図、図２３は図２２の一部切欠の概略説明図である。
第２実施形態のＳＴＳＰ装置は、被処理物である棒状の金属体Ｍ３を支持するとともに回転させる回転手段となる回転処理部１０２と、この回転処理部１０２で支持された金属体Ｍ３の一部を加熱して低変形抵抗領域を形成する低変形抵抗領域形成手段となる加熱処理部１０３とで構成している。ここで、本実施形態では、金属体Ｍ３は丸棒体としているが、金属体Ｍ３は必ずしも丸棒体に限定するものではなく、例えば金属体Ｍ３の伸延方向に沿って伸延させた中空部を有する円筒体、あるいは、場合によっては単なる角棒体であってもよい。
回転処理部１０２は、基台１０４上面に左右方向に伸延させて設けたスライドレール１０５と、同スライドレール１０５に摺動自在に装着してスライドレール１０５に沿って左右に摺動する摺動テーブル１０６と、摺動テーブル１０６の一端に設けた捻回用モータ１０７と、摺動テーブル１０６の他端に設けて捻回用モータ１０７によって回転される金属体Ｍ３の一端を固定支持する固定支持体１０８とで構成している。
さらに、摺動テーブル１０６の一端の下面には、雄ネジ状とした進退操作軸１０９と螺合する第１突片１１０を突設し、進退操作軸１０９の一端に連動連結した進退操作用モータ１１１によって進退操作軸１０９を回転させることにより、スライドレール１０５に沿って摺動テーブル１０６を左右方向に摺動操作するように構成している。
スライドレール１０５は、本実施例では円柱状の棒状体であって、基台１０４上面に所要の間隔を隔てて立設した第１支持壁１１２と第２支持壁１１３との間に架設している。特に本実施例では、スライドレール１０５は、水平面内に所定間隔を隔てて平行に２本設けている。図２２及び図２３中、１１４はスライドレール１０５を補助的に支持する第１補助支持体であり、１１５もスライドレール１０５を補助的に支持する第２補助支持体である。特に、第２補助支持体１１５では、進退操作軸１０９の一端を回転自在に支持している。
摺動テーブル１０６は所要の大きさとした板体で構成しており、下面側の一端には下方に向けて第１突片１１０を突設するとともに、他端には下方に向けて第２突片１１６を突設している。そして、第１突片１１０及び第２突片１１６には、それぞれスライドレール１０５が挿通される挿通孔を設けており、同挿通孔にスライドレール１０５を挿通させて摺動テーブル１０６をスライドレール１０５に装着し、摺動テーブル１０６をスライドレール１０５に沿って摺動自在としている。
捻回用モータ１０７は摺動テーブル１０６の一端に固定装着しており、捻回用モータ１０７の出力軸には金属体Ｍ３を装着するための装着金具１１７を取着している。装着金具１１７には、金属体Ｍ３の一端が挿入される挿入孔を設けている。
固定支持体１０８は捻回用モータ１０７に対向させて摺動テーブル１０６の他端に立設しており、特に、固定支持体１０８は、支持フレーム１０８ａと、同支持フレームに装着したクラッチ機構部１０８ｂとで構成している。
クラッチ機構部１０８ｂには金属体Ｍ３を挿通させる挿通孔１０８ｃを形成し、同挿通孔１０８ｃに挿通した金属体Ｍ３をクラッチ機構部１０８ｂの回転板に固定装着して、クラッチ機構部１０８ｂを接続状態と切断状態の切替操作を行うことにより、金属体Ｍ３の非回転状態と可回転状態とを切替可能としている。
摺動テーブル１０６の上面には、所要の位置に金属体Ｍ３を回転自在に支持する第１回転支持体１１８と、第２回転支持体１１９とを設けている。第１回転支持体１１８は捻回用モータ１０７寄りに設け、第２回転支持体１１９は固定支持体１０８寄りに設けている。
第１回転支持体１１８及び第２回転支持体１１９の上部には、４つのガイドローラ１１８ａ，１１９ａをそれぞれ金属体Ｍ３と略平行に伸延させながら回転自在に枢着しており、図２４に示すようにガイドローラ１８ａを金属体Ｍ３の周囲に略等間隔で配置して、金属体Ｍ３を支持するように構成している。
加熱処理部１０３は、第１回転支持体１１８と第２回転支持体１１９との間に設けており、特に、金属体Ｍ３の一部を加熱して変形抵抗を低下させる加熱部１２０と、同加熱部１２０における加熱によって形成された低変形抵抗領域を極小領域とするために加熱部１２０の両側に設けた第１冷却部１２１と、第２冷却部１２２とで構成している。第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２は、加熱によって変形抵抗が低下している低変形抵抗領域の両側をそれぞれ冷却することによって変形抵抗を増大させており、非低変形抵抗領域を生成している非低変形抵抗領域生成手段となっている。
加熱部１２０は、本実施例では、図２３に示すように、金属体Ｍ３に巻回した高周波加熱コイル１２３によって構成している。なお、加熱部１２０は、高周波加熱コイル１２３に限定するものではなく、プラズマ、レーザー、電磁誘導等を用いた加熱や、ガスバーナーによる加熱であってもよい。
第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２は、それぞれ噴霧ノズル１２１ａ，１２２ａで構成しており、同噴霧ノズル１２１ａ，１２２ａに水と空気とを送給して、金属体Ｍ３に水を噴霧することにより金属体Ｍ３を冷却するように構成している。第１冷却部１２１は捻回用モータ１０７寄りに設け、第２冷却部１２２は固定支持体１０８寄りに設けている。
第１冷却部１２１と第２冷却部１２２とによって金属体Ｍ３の冷却を行い、加熱部１２０における加熱によって形成された低変形抵抗領域を極小領域とすることによって、後述するように金属体Ｍ３に生じる捻回の領域を微小幅領域として、大きい剪断応力を生起することができるようにしている。
第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２において水の噴霧を行うために、加熱処理部１０３はケーシング１２４内に収容している。１２５はケーシング１２４を載置する載置台１２６を支持するために基台１０４に立設した支持柱である。ケーシング１２４及び載置台１２６には、第１冷却部１２１及び第２冷却部によってケーシング１２４内に噴霧された水を排水する排水路１２７を設けており、ケーシング１２４の下部に溜まった水を排水路１２７から排出するように構成している。排水路１２７から排出された水は、摺動テーブル１０６の上面に設けた排水槽１２８で受け止めてさらに排出するように構成している。
また、ケーシング１２４の内部には、第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２から噴霧された水が加熱部１２０にかかることを防止するために、加熱部１２０を囲繞する防水ケース１２９を設けている。
防水ケース１２９には、高周波加熱コイル１２３によって加熱された金属体Ｍ３の温度を計測するための温度計測センサ１３０を取着している。特に、同温度計測センサ１３０による計測を精度良く行うために、防水ケース１２９内には送気管１３１を連通連結して乾燥空気を送気している。防水ケース１２９内に乾燥空気を送気することによって、第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２において噴霧された水が加熱部１２０内に浸入することも防止できる。
上記のように構成したＳＴＳＰ装置を用いて、次のようにして金属体Ｍ３を捻回し、剪断応力を作用させている。
まず、所要の金属体Ｍ３を、固定支持体１０８のクラッチ機構部１０８ｂに設けた挿通孔１０８ｃ、第２回転支持体１１９、ケーシング１２４内の高周波加熱コイル１２３、第１回転支持体１１８に順次挿通させて装着金具１１７の挿入孔に挿入し、装着金具１１７の外側面に設けた固定ネジ３２を締めることにより金属体Ｍ３を固定装着し、さらに、クラッチ機構部１０８ｂの回転板に、図示しない固定ネジを用いて金属体Ｍ３を固定装着する。
その後、捻回用モータ１０７を作動させることにより金属体Ｍ３を所要の回転数で回転させる。このとき、クラッチ機構部１０８ｂでは切断状態とすることにより金属体Ｍ３を可回転状態として、金属体Ｍ３全体を回転させている。金属体Ｍ３の回転速度は、１〜１００ｒｐｍ程度であればよい。なお、場合によってはさらに高速で回転させてもよい。
また、金属体Ｍ３の回転開始にともなって、高周波加熱コイル１２３による金属体Ｍ３の加熱を開始する。金属体Ｍ３を回転させながら加熱することにより金属体Ｍ３の均一な加熱を行うことができる。
金属体Ｍ３が所定の冷却開始温度に達したところで第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２の噴霧ノズル１２１ａ，１２２ａから水の噴霧を開始して、金属体Ｍ３に形成した低変形抵抗領域の両側の冷却を行う。
そして、高周波加熱コイル１２３により金属体Ｍ３をさらに加熱して、金属体Ｍ３が冷却開始温度よりも高い捻回開始温度に達したところで、クラッチ機構部１０８ｂを接続状態として金属体Ｍ３の一側を非回転状態とする。
したがって、金属体Ｍ３の一側は非回転状態となる一方で、金属体Ｍ３の他側は捻回用モータ１０７によって回転状態となっているので、金属体Ｍ３の低変形抵抗領域に捻回を生じさせることができる。ここで、捻回開始温度は、金属体Ｍ３の金属の回復・再結晶温度以上ではあるが、金属結晶粒の粗大化の影響が生じ始める温度以下に制御することが望ましい。
さらに、クラッチ機構部１０８ｂを接続状態としたのと同時に、進退操作用モータ１１１を作動させることにより摺動テーブル１０６をスライドレール１０５に沿って摺動させて、金属体Ｍ３における低変形抵抗領域の形成位置を移動させている。
したがって、金属体Ｍ３の伸延方向に沿って連続的に金属体Ｍ３に剪断応力を加えることができる。摺動テーブル１０６の移動速度は１〜２００ｃｍ／ｍｉｎ程度であればよく、捻回用モータ１０７の回転速度との兼ね合いから、金属体Ｍ３に適する速度とすることが望ましい。
摺動テーブル１０６が所定の距離だけ移動したところで高周波加熱コイル１２３による加熱を停止し、進退操作用モータ１１１を逆回転させて摺動テーブル１０６を初期位置に復帰させている。
そして、金属体Ｍ３の温度が所定の温度にまで降下したところで第１冷却部１２１及び第２冷却部１２２の噴霧ノズル１２１ａ，１２２ａから水の噴霧を停止して、ＳＴＳＰ装置から金属体Ｍ３を取出している。
上記した実施形態では、進退操作用モータ１１１によって往復する摺動テーブル１０６の往路においてのみ金属体Ｍ３の捻回を行って剪断応力を作用させているが、復路においてもそのまま金属体Ｍ３の捻回を行ってもよく、しかも、その場合には、捻回用モータ１０７の回転方向を逆転させてもよい。さらには、摺動テーブル１０６を複数回往復させて、金属体Ｍ３に繰り返し剪断応力を作用させるようにしてもよい。
上記したＳＴＳＰ装置では、加熱部１２０の高周波加熱コイル１２３は金属体Ｍ３からの距離が略均一となるように巻回してもよいが、金属体Ｍ３からの距離を不略均一となるように巻回した場合には、高周波加熱コイル１２３による金属体Ｍ３の加熱中心、すなわち、最高加熱部位を、捻回用モータ１０７による金属体Ｍ３の回転軸、すなわち、低変形抵抗領域の捻回の回転軸から偏倚させることができ、回転軸部分の金属にも十分な剪断応力を作用させることができるので、金属体Ｍ３の金属組織を均質に微細化することができる。
また、第１回転支持体１１８と第２回転支持体１１９の少なくともいずれか一方に、金属体Ｍ３を同金属体Ｍ３の伸延方向と略直交する方向に振動させる振動手段を設けることにより、捻回の回転軸部分の金属にも十分な剪断応力を作用させることができ、金属体Ｍ３の金属組織を均質に微細化することができる。振動手段としては、第１回転支持体１１８あるいは第２回転支持体１１９に振動子を装着するだけでもよい。
さらに、ケーシング１２４の内部には、窒素ガス、あるいはメタンガス及び／または一酸化炭素ガス等の活性ガスを送気して、非変形抵抗領域の表面に所要の反応膜を形成するようにしてもよい。
特に、活性ガス等によってケーシング１２４の内部を高圧雰囲気としておくことにより、高圧の圧力による低変形抵抗領域への作用によって金属組織の微細化効率を向上させることが期待できる。
あるいは、ケーシング１２４の内部には液体を注入し、非変形抵抗領域を液体中で形成するようにしてもよい。この場合、噴霧ノズル２１ａ，２２ａからの水の噴霧を不要とすることができるとともに、金属体Ｍ３の冷却効率を向上させることができる。この場合にも、上記した防水ケース１２９を設けるとともにこの防水ケース１２９の内部に所要の気体を送気することにより、高周波加熱コイル１２３で金属体Ｍ３を確実に加熱することができるようにすることが望ましい。
特に、防水ケース１２９の内部に送気する気体を窒素ガス、あるいはメタンガス及び／または一酸化炭素ガス等の活性ガスとすることにより、非変形抵抗領域の表面に所要の反応膜を形成することができる。
さらに、ケーシング１２４の内部には液体を注入している場合には焼き入れを行っていることともなり、ケーシング１２４の内部に注入した液体の温度を調整しておくことにより、所要の焼き入れ処理あるいは冷却を行うことができる。
また、金属体Ｍ３の被加熱部分には成型用ガイド体を当接させて、金属組織を微細化するとともに所要の形状に成形可能としてもよい。
上記した回転処理部１０２と、この回転処理部１０２を載設した摺動テーブル１０６と、この摺動テーブル１０６を摺動させている摺動機構を電子線照射装置におけるチャンバー内に収容可能な形態としてチャンバー内に設けた場合には、金属体の加熱に電子線を用いることができるとともに、金属体の自己冷却作用によって冷却手段を用いることなく金属体を冷却することができ、低変形抵抗領域の形成効率を向上させることができる。
以下において、上記した第２施形態のＳＴＳＰ装置を改良した第３実施形態のＳＴＳＰ装置について説明する。第３実施形態のＳＴＳＰ装置では、一方向に長く伸延した金属体を連続的に処理可能としているものである。
図２５は、第３実施形態のＳＴＳＰ装置の概略説明図、図２６は図２５の要部拡大図であり、図２７は同要部部分の側面図である。
第３実施形態のＳＴＳＰ装置は、一方向に長く伸延した金属体Ｍ４の搬送工程中に介設可能としており、金属体Ｍ４の搬送工程における上流側から第１低変形抵抗領域形成部２１０と、変位印加部２２０と、第２低変形抵抗領域形成部２３０とを設けて構成している。図２５中、２４０及び２５０はそれぞれ搬送ガイド部であり、所定間隔でガイドローラ２０１を設けたガイドフレーム２０２を、支持支柱２０３で所要の高さに位置させて構成している。
第１低変形抵抗領域形成部２１０は、金属体Ｍ４の送給を行う第１送給ローラ対２１１と、後段の変位印加部２２０によって金属体Ｍ４に加えられた変位の伝搬を抑制する第１伝搬抑制ローラ対２１２と、金属体Ｍ４を加熱して第１低変形抵抗領域を形成する第１ヒータ２１３と、この第１ヒータ２１３で形成された第１低変形抵抗領域の側縁を冷却して金属体Ｍ４の変形抵抗を増大させている第１冷却器２１４とを、金属体Ｍ４の送給方向に沿って配置して構成している。図２５〜２７中、２１５は、金属体Ｍ４の第１送給ガイドであり、２１６は第１低変形抵抗領域形成部２１０と変位印加部２２０と第２低変形抵抗領域形成部２３０を制御している制御部である。
また、第２低変形抵抗領域形成部２３０は、金属体Ｍ４の第２送給ガイド２３５と、金属体Ｍ４を加熱して第２低変形抵抗領域を形成する第２ヒータ２３３と、この第２ヒータ２３３で形成された第２低変形抵抗領域の側縁を冷却して金属体Ｍ４の変形抵抗を増大させている第２冷却器２３４と、金属体Ｍ４の送給を行う第２送給ローラ対２３１と、前段の変位印加部２２０によって金属体Ｍ４に加えられた変位の伝搬を抑制する第２伝搬抑制ローラ対２３２とを、金属体Ｍ４の送給方向に沿って配置して構成している。
特に、第２低変形抵抗領域形成部２３０では、第２ヒータ２３３で形成した第２低変形抵抗領域を所定幅とするために、送給ガイド２３５と第２ヒータ２３３との間に第３冷却器２３７を設けている。
第１低変形抵抗領域形成部２１０と第２低変形抵抗領域形成部２３０とにおいて、第１送給ローラ対２１１と第２送給ローラ対２３１とは同一構成としており、第１伝搬抑制ローラ対２１２と第２伝搬抑制ローラ対２３２も同一構成としており、第１ヒータ２１３と第２ヒータ２３３も同一構成としており、第１冷却器２１４と第２冷却器２３４も同一構成としており、第１送給ガイド２１５と第２送給ガイド２３５も同一構成としており、第１低変形抵抗領域形成部２１０と第２低変形抵抗領域形成部２３０とでは、それぞれの配列を異ならせているだけである。
以下において、図２６及び図２７を用いて第１低変形抵抗領域形成部２１０について説明する。
第１低変形抵抗領域形成部２１０は、矩形枠状とした基台フレーム２１８上に金属体Ｍ４の送給方向に沿って第１送給ローラ対２１１と、第１伝搬抑制ローラ対２１２と、第１ヒータ２１３と、第１冷却器２１４と、第１送給ガイド２１５とを順に配設して構成している。
第１送給ローラ対２１１は、金属体Ｍ４の上方側に配置した上部送給ローラ２１１ａと、金属体Ｍ４の下方側に配置した下部送給ローラ２１１ｂとによって金属体Ｍ４を挟持するようにしており、図２７に示すように、下部送給ローラ２１１ｂに連動連結した駆動モータ２１１ｃによって下部送給ローラ２１１ｂを回転させることにより、上部送給ローラ２１１ａと下部送給ローラ２１１ｂとで挟持した金属体Ｍ４を送給可能としている。
特に、上部送給ローラ２１１ａは、この上部送給ローラ２１１ａを装着した上部送給ローラ支持体２１１ｄを第１付勢バネ２１１ｅによって下方に向けて付勢することにより、所定の圧力で上部送給ローラ２１１ａと下部送給ローラ２１１ｂとにより金属体Ｍ４を挟持している。図２６中、２１１ｆは下部送給ローラ２１１ｂを装着した下部送給ローラ支持体、２１１ｇは、上部送給ローラ支持体２１１ｄを下部送給ローラ支持体２１１ｆの上方位置に支持している第１支持柱である。
なお、本実施形態では、金属体Ｍ４は一方向に伸延した丸棒体としており、上部送給ローラ２１１ａ及び下部送給ローラ２１１ｂの金属体Ｍ４との当接面は円弧状に凹設している。
第１伝搬抑制ローラ対２１２は、金属体Ｍ４の上方側に配置した上部抑制ローラ２１２ａと、金属体Ｍ４の下方側に配置した下部抑制ローラ２１２ｂとによって金属体Ｍ４を挟持するようにしている。
特に、上部抑制ローラ２１２ａは、この上部抑制ローラ２１２ａを装着した上部抑制ローラ支持体２１２ｄを第２付勢バネ２１２ｅによって下方に向けて付勢することにより、所定の圧力で上部抑制ローラ２１２ａと下部抑制ローラ２１２ｂとにより金属体Ｍ４を挟持している。図２６中、２１２ｆは下部抑制ローラ２１２ｂを装着した下部抑制ローラ支持体、２１２ｇは、上部抑制ローラ支持体２１２ｄを下部抑制ローラ支持体２１２ｆの上方位置に支持している第２支持柱である。
第１伝搬抑制ローラ対２１２では、第２付勢バネ２１２ｅの上部に当接させた昇降板２１２ｈを昇降操作ハンドル２１２ｊで操作することにより昇降可能としており、昇降板２１２ｈの堅さを調整することにより、上部抑制ローラ２１２ａと下部抑制ローラ２１２ｂとによる金属体Ｍ４の挟持力を調整可能としている。
上部抑制ローラ２１２ａ及び下部抑制ローラ２１２ｂの金属体Ｍ４との当接面も、上部送給ローラ２１１ａ及び下部送給ローラ２１１ｂの金属体Ｍ４との当接面と同様に円弧状に凹設しており、特に、上部抑制ローラ２１２ａ及び下部抑制ローラ２１２ｂでは、金属体Ｍ４との当接面に、周面に沿った係止溝２１２ｋを複数設けて、後述するように変位印加部２２０で金属体Ｍ４に加えた金属体Ｍ４の伸延方向と略平行とした回転軸周りの金属体Ｍ４の回転にともなって第１伝搬抑制ローラ対２１２部分の金属体Ｍ４が回転することを防止している。
なお、第１伝搬抑制ローラ対２１２は必要に応じて複数並設して、第１伝搬抑制ローラ対２１２部分の金属体Ｍ４が回転することを確実に防止するようにしてもよい。
第１ヒータ２１３は、金属体Ｍ４に巻回した高周波加熱コイル２１３ａによって構成している。なお、第１ヒータ２１３は、高周波加熱コイル２１３ａに限定するものではなく、プラズマ、レーザー、電磁誘導等を用いた加熱や、ガスバーナーによる加熱であってもよい。
第１冷却器２１４は、内面に複数の噴水口を設けた筒状の噴水管２１４ａと、この噴水管２１４ａに水を供給する給水管２１４ｂとで構成している。図２６中、２１４ｃは噴水管２１４ａから噴射した水の飛散を防止するケーシングである。
第１送給ガイド２１５は、回転支持体２１５ａの上部に４つのガイドローラ２１５ｂをそれぞれ金属体Ｍ４と略平行に伸延させながら回転自在に枢着しており、図２４に示した第１回転支持体１１８と同様の構成としている。
第１低変形抵抗領域形成部２１０は上記したように構成しており、必要に応じて第１伝搬抑制ローラ対２１２と第１ヒータ２１３との間に第１冷却器２１４と同様の冷却器を設けて金属体Ｍ４を冷却し、第１ヒータ２１３によって金属体Ｍ４を加熱した熱が第１伝搬抑制ローラ対２１２部分に伝搬することを防止するようにしてもよい。
第２低変形抵抗領域形成部２３０は、上記したように第１低変形抵抗領域形成部２１０における第１送給ローラ対２１１と、第１伝搬抑制ローラ対２１２と、第１ヒータ２１３と、第１冷却器２１４と、第１送給ガイド２１５の配置が異なるだけであるので、説明は省略する。なお、第２低変形抵抗領域形成部２３０の第３冷却器２３７は、第１冷却器２１４のように噴水管２１４ａを用いることなく、給水管から供給された水を金属体Ｍ４に直接噴射するようにしている。図２５中、２３７ａは第３冷却器２３７における水の飛散防止のためのケーシングである。
変位印加部２２０は、本実施形態では、金属体Ｍ４をその伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させる回転器としており、金属体Ｍ４を挟んで対向させて配置した第１回転ローラ２２０ａと第２回転ローラ２２０ｂで金属体Ｍ４を挟持して、金属体Ｍ４を回転させるようにしている。
特に、第１回転ローラ２２０ａ及び第２回転ローラ２２０ｂは、それぞれの回転軸を金属体Ｍ４の伸延方向に対して所要の角度で交差させることにより、金属体Ｍ４を回転させるとともに、金属体Ｍ４を伸延方向に沿って送給可能としている。
上記のＳＴＳＰ装置では、金属体Ｍ４を伸延方向に沿って送給しながら第１低変形抵抗領域形成部２１０の第１ヒータ２１３及び第２低変形抵抗領域形成部２３０の第２ヒータ２３３で金属体Ｍ４をそれぞれ加熱することにより第１低変形抵抗領域と第２低変形抵抗領域とを形成し、第１低変形抵抗領域と第２低変形抵抗領域とで挟まれた非低変形抵抗領域部分の金属体Ｍ４を変位印加部２２０で回転させることにより、第１低変形抵抗領域部分及び第２低変形抵抗領域部分をそれぞれ剪断変形させている。
本実施形態では、変位印加部２２０において金属体Ｍ４を回転させるようにしているが、金属体Ｍ４に適宜の超音波振動装置等を当接させて振動させるようにしてもよい。
このように、一方向に伸延した金属体Ｍ４に第１低変形抵抗領域と第２低変形抵抗領域とを所定間隔だけ隔てて設けるとともに、第１低変形抵抗領域と第２低変形抵抗領域との間の非低変形抵抗領域部分に所要の変位運動を加えるようにすることによって、金属体Ｍ４の搬送工程中において金属組識の微細化を行うことができる。
また、第２低変形抵抗領域形成部２３０の後段には時効処理用の加熱装置を設け、金属体Ｍ４を所要の時効温度に加熱することによって時効処理を行うようにしてもよい。
あるいは、第２低変形抵抗領域形成部２３０の後段には適宜の加工装置、例えば圧延装置や伸線装置等を設けて金属体Ｍ４を塑性加工してもよい。
特に、金属体Ｍ４を中空の筒状体で構成している場合には、第２低変形抵抗領域形成部２３０の後段において金属体Ｍ４を伸延方向に沿って切開することにより平板状金属体とするようにしてもよい。このようにすることによって、金属組織が微細化された平板状金属体を極めて容易に製造することができる。
図２８は、金属体に形成した低変形抵抗領域を振動によって剪断変形させる装置である。本発明者らは、このように低変形抵抗領域を振動によって剪断変形させて金属組織を微細化させることをＳＶＳＰ（Ｓｅｖｅｒｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｔｒａｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ）法と称しており、図２８はＳＶＳＰ装置の一例の概略説明図である。ここでは、説明の便宜上、金属体Ｍ１は一方向に伸延させた角棒体としているが、他の形状であってもよい。
ＳＶＳＰ装置には、金属体Ｍ１の伸延方向に沿って基台４０上に固定部４１と、剪断変形部４２と、振動部４３とを設けている。
固定部４１には、金属体Ｍ１の伸延方向に沿って第１規制体４４と、第２規制体４５とを設けている。第１規制体４４では、伸延方向に沿って送給される金属体Ｍ１の幅方向の動きを規制しており、第２規制体４５では、伸延方向に沿って送給される金属体Ｍ１の厚み方向の動きを規制して、金属体Ｍ１を進退自在に固定している。
すなわち、第１規制体４４では、それぞれ支持体によって回転自在に支持された第１当接ローラ４４ａと第２当接ローラ４４ｂで金属体Ｍ１を挟持固定している。
また、第２規制体４５では、金属体Ｍ１を挟んで立設した第１支持体４５ａと第２支持体４５ｂに、金属体Ｍ１の下方側に位置させる下側ローラ４５ｃと、金属体Ｍ１の上方側に位置させる上側ローラ４５ｄとを回転自在に架設して、下側ローラ４５ｃと上側ローラ４５ｄとで金属体Ｍ１を挟持固定している。
なお、下側ローラ４５ｃと上側ローラ４５ｄ、さらには、第１規制体４４の第１当接ローラ４４ａと第２当接ローラ４４ｂをそれぞれ適宜の駆動装置を用いて回転させて、金属体Ｍ１を送給する送給機構としてもよい。図２８中、４６は金属体Ｍ１の送給を補助するガイドローラである。
振動部４３には、金属体Ｍ１の伸延方向に沿って振動印加体４７と、振動伝搬抑制体４８とを設けている。振動印加体４７では金属体Ｍ１に所定の振動を印加し、振動伝搬抑制体４８では振動印加体４７において金属体Ｍ１に印加した振動が金属体Ｍ１に沿って伝搬することを抑制している。
振動印加体４７は、金属体Ｍ１の下方に位置させた超音波振動体４９と、この超音波振動体４９の出力軸４９ａに装着した伝播体５０とで構成している。伝播体５０は、金属体Ｍ１の下方側に位置させた下側ローラ５０ａと、金属体Ｍ１の上方側に位置させた上側ローラ５０ｂとを、Ｕ字状とした支持フレーム５０ｃに回転自在に架設して構成しており、下側ローラ５０ａと上側ローラ５０ｂとで金属体Ｍ１を挟持している。
そして、伝播体５０は、超音波振動体４９を作動させることによって、所定の振幅で、勝所定の周波数で上下方向に振動し、金属体Ｍ１を上下方向に振動させている。本実施形態では、超音波振動体４９によって振動運動を生起しているが、超音波振動体４９以外の装置、たとえばリニアモータあるいは圧電素子等、あるいは簡単にはカム機構によって振動運動を生起してもよい。
例えば、カム機構からなる振動装置としては、図２９に示すように、後述するように金属体Ｍ１に形成した低変形抵抗領域３０の近傍において、金属体Ｍ１の一方の側面側に楕円状カム５５を設けるとともに、他方の側面側にスプリング等で構成した従動用弾性体５６を設け、楕円状カム５５と従動用弾性体５６とで金属体Ｍ１を挟持するとともに、楕円状カム５５の回転運動によって金属体Ｍ１を振動運動させるように構成している。図２３中、５７は従動用弾性体５６の固定体であり、５８は金属体Ｍ１と直接的に当接して金属体Ｍ１を安定的に振動させるための支持板である。なお、カムは楕円状カム５５に限定するものではなく、多角形状カム等の適宜のカム形状としてよい。
超音波振動体４９によって金属体Ｍ１に加えた振動の振幅は、後述するように金属体Ｍ１に形成した低変形抵抗領域３０部分における金属組織を剪断変形によって微細化できる程度であればよく、基本的には、金属体Ｍ１を構成している金属の金属組織の粒径と、低変形抵抗領域３０の金属体Ｍ１の伸延方向における幅寸法とから必要最小限の振幅が決定される。
超音波振動体４９による振動の振幅は、大きければ大きいほど金属組織を微細化できるが、振動の振幅が大きい場合には低変形抵抗領域３０において復元が困難となる変形が発生するおそれがあり、そのため、低変形抵抗領域３０に復元が困難となる変形が生じない最大の振幅で金属体Ｍ１を振動させることが望ましい。
ここで、復元が困難とならない変形とは、半周期による振動において、低変形抵抗領域３０が振動前の形状に復元する変形であり、復元が困難となる変形とは、半周期による振動において、低変形抵抗領域３０が振動前の形状に復元しない変形である。
超音波振動体４９によって金属体Ｍ１に加えた振動の周波数は、振動によって低変形抵抗領域３０に生起した変位による歪みを、金属体Ｍ１の歪みの解消作用によって解消したり、金属組織の再結晶化作用によって解消したりするよりも前に、先に加えた変位と異なる変位、すなわち、逆方向あるいは異なる方向への変位による歪みを与えることができる周波数である必要があり、この周波数はできる限り大きく設定する方が望ましい。なお、金属体Ｍ１に加える振動は、必ずしも高周波の振動を印加する場合だけでなく、たとえば低変形抵抗領域３０に半周期分の振動だけを印加するような、低周波の振動を短時間だけ印加するように構成してもよい。
ここでいう低周波とは、低変形抵抗領域３０に生起した変位による歪みに対して、上記した金属体Ｍ１の歪みの解消作用、あるいは金属組織の再結晶化作用が作用を開始するまでの間に、低周波の振動が次の変位による歪みを生起することができるもっとも長い時間を４分の１周期とした振動の周波数である。
なお、より効率よく低変形抵抗領域３０を剪断変形させるためには、第１規制体４４で金属体Ｍ１を固定するだけでなく、金属体Ｍ１自体の慣性を利用して固定することが望ましく、ＳＶＳＰ装置によって処理される金属体Ｍ１に応じた条件で振動を印可することにより、慣性による固定が可能となる振動の印加条件を選択することが望ましい。
振動伝搬抑制体４８は、上記した第２規制体４５と同一構成であって、金属体Ｍ１を挟んで立設した第１支持体４８ａと第２支持体４８ｂに、金属体Ｍ１の下方側に位置させる下側ローラ４８ｃと、金属体Ｍ１の上方側に位置させる上側ローラ４８ｄとを回転自在に架設して、下側ローラ４８ｃと上側ローラ４８ｄとで金属体Ｍ１を挟持固定し、振動印加体４７で金属体Ｍ１に加えた振動が金属体Ｍ１に沿って伝搬することを抑制している。
剪断変形部４２は、金属体Ｍ１を所定温度に加熱する加熱装置５１と、この加熱装置５１による加熱によって金属体Ｍ１に形成した低変形抵抗領域３０を所定の幅内に抑制するために金属体Ｍ１を冷却する冷却装置５２とで構成している。
本実施形態では、加熱装置５１には高周波加熱コイルを用いており、この高周波加熱コイルを金属体Ｍ１に所定回数巻回し、金属体Ｍ１を所定温度に加熱することによって変形抵抗を低減させて低変形抵抗領域３０を形成している。なお、加熱装置５１としては高周波加熱コイルに限定するものではなく、電子ビーム、プラズマ、レーザー、電磁誘導等を用いた加熱や、ガスバーナーによる加熱、電気的短絡を利用した加熱であってもよい。特に、加熱装置５１として電子ビームを用いた場合には、金属体Ｍ１の伸延方向における低変形抵抗領域３０の幅を極めて小さくすることができ、低変形抵抗領域３０により大きな剪断応力を作用させることができるので、金属組織のさらなる微細化を可能とすることができる。
冷却装置５２は、給水配管５２ａから供給された水を吐出する第１吐水口５２ｂと第２吐水口５２ｃで構成しており、第１吐水口５２ｂ及び第２吐水口５２ｃから吐出した水によって金属体Ｍ１を冷却している。図２８中、５３は第１吐水口５２ｂ及び第２吐水口５２ｃから吐出された水を受ける受水容器であり、５４は同受水容器５３に接続した排水管である。
冷却装置５２では、第１吐水口５２ｂと第２吐水口５２ｃとの間に設けた加熱装置５１によって形成された低変形抵抗領域３０の両側を、第１吐水口５２ｂ及び第２吐水口５２ｃから吐出した水によって冷却しており、特に、第１吐水口５２ｂ及び第２吐水口５２ｃの配設位置を調整することによって、低変形抵抗領域３０を、金属体Ｍ１の伸延方向の長さと比較して極めて微少な領域としている。
このように、低変形抵抗領域３０を、金属体Ｍ１の伸延方向に沿った微小幅とすることにより、低変形抵抗領域３０の部分に極めて大きな剪断変形を生起しやすく、金属組織の微細化効率を向上させることができる。しかも、振動運動による剪断変形の残留歪み、あるいは残留変形を小さくすることができる。
また、加熱装置５１で加熱した低変形抵抗領域３０を冷却装置５２によって急冷することによって焼き入れを行っていることとなり、金属組織が微細化された金属体Ｍ１の硬度の向上を図ることもできる。
金属体Ｍ１の冷却は水冷に限定するものではなく、空冷であってもよい、励磁冷却であってもよく、金属体Ｍ１の変形抵抗を向上させることができればどのような方法であってもよい。
加熱装置５１及び冷却装置５２には、上記したＳＴＳＰ装置の加熱装置６４及び冷却装置６５と同様に様々な加熱手段及び冷却手段を用いることができる。
本実施形態では、第２規制体４５と高周波加熱コイルからなる加熱装置５１との間に冷却装置５２を設け、また、加熱装置５１と振動印加体４７との間に冷却装置５２を設けているが、第２規制体４５及び振動印加体４７は冷却装置５２よりも加熱装置５１に近接させて設け、第２規制体４５と振動印加体４７との間隔をできるだけ短くしてもよい。
このように、第２規制体４５と振動印加体４７との間隔をできるだけ短くすることによって、振動印加体４７によって金属体Ｍ１に印加した振動のエネルギーが低変形抵抗領域３０以外の部分に散逸することを防止でき、振動のエネルギーによる低変形抵抗領域３０の剪断変形を効率よく生起することができる。
さらに、金属体Ｍ１を挟持した第２規制体４５の下側ローラ４５ｃと上側ローラ４５ｄ、及び振動印加体４７の伝播体５０における下側ローラ５０ａと上側ローラ５０ｂに冷却機能を付加し、これらのローラ４５ｃ，４５ｄ，５０ａ，５０ｂによって金属体Ｍ１を挟持するとともに冷却してもよい。
上記のように構成したＳＶＳＰ装置において、振動運動によって金属組織を微細化する場合には、金属体Ｍ１を固定部４１、剪断変形部４２、振動部４３に順次送通し、剪断変形部４２の冷却装置５２によって低変形抵抗領域３０の両側を冷却しながら加熱装置５１によって金属体Ｍ１を加熱して、低変形抵抗領域３０を形成する。
ここで、加熱装置５１による加熱は、低変形抵抗領域３０の温度が金属体Ｍ１に生じた歪みの回復軟化温度または金属組織の再結晶温度以上となるまで行い、回復・再結晶温度以上となったところで振動印加体４７によって金属体Ｍ１の非低変形抵抗領域を振動させて、低変形抵抗領域３０に剪断変形を生起する。なお、加熱装置５１による金属体Ｍ１の加熱温度は、回復・再結晶温度以上ではあるが、金属結晶粒の粗大化の影響が生じ始める温度以下に制御することが望ましい。
このように、低変形抵抗領域３０を剪断変形させることによって、金属体Ｍ１には外形形状の変化をほとんど生起することなく金属組織を微細化することができる。
なお、本実施形態では、振動印加体４７は金属体Ｍ１の非低変形抵抗領域を金属体Ｍ１の厚み方向である上下方向に振動させているが、上記したように金属体Ｍ１の幅方向である左右方向に振動させてもよいし、上下方向の振動と左右方向の振動とを複合させた複合振動によって振動させてもよく、そのために振動印加体４７を適宜の構成としてよい。
ここで、金属体Ｍ１に印加する振動は、金属体Ｍ１の伸延方向と略直交する上下方向あるいは左右方向の振動だけに限定しているものではなく、振動の成分中に少なくとも金属体Ｍ１の伸延方向と略直交する上下方向あるいは左右方向の振動が含まれていればよい。
本実施形態のＳＶＳＰ装置では、上記したように振動部４３での振動運動の印加により低変形抵抗領域３０において剪断変形を生起するとともに、同時に金属体Ｍ１を伸延方向に送給することによって、金属体Ｍ１における低変形抵抗領域３０の位置を変位させることができ、金属体Ｍ１に対して振動運動による剪断処理を連続的に行って広範囲にわたって金属組識を微細化することができる。
特に、低変形抵抗領域３０が一方向に伸延した金属体Ｍ１を完全に横断していることによって、低変形抵抗領域３０の移動にともなって金属体Ｍ１には一様に剪断処理を施すことができ、略均一に金属組織が微細化された金属体Ｍ１を形成することができる。
さらに、場合によっては、金属体Ｍ１の所要の位置で剪断変形によって生起する剪断応力の大きさを調整することにより金属組織の微細化の程度を調整して、金属体Ｍ１の強度あるいは延性を調整することができ、部分的に強度を向上させたり、延性を向上させたりした金属体Ｍ１を生成できる。
本実施形態では、低変形抵抗領域３０を形成した金属体Ｍ１２の一方端を固定して、他方端を振動させるように構成しているが、低変形抵抗領域３０を挟む両側をそれぞれ逆位相で振動させてもよい。
また、ＳＶＳＰ装置を、金属体Ｍ１に対して熱間圧延や冷間圧延、あるいは押出成形等を行う所定の成形装置の後行程部分に設けた場合には、圧延処理あるいは押出処理等によって伸延方向に引き延ばされた金属体Ｍ１の金属組織を剪断変形させることができ、金属組織をさらに微細化させやすくすることができる。
このように、上記したＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置によって金属体に局部的に低変形抵抗領域３０，３０’を形成するとともに、この低変形抵抗領域３０，３０’を剪断変形させることによって強歪みを加えることにより金属組織を微細化することができ、金属体の強度あるいは延性を向上させることができる。
しかも、図１に示したように、金属体を複数の金属層を重合させた積層体１０としている場合には、各金属層を形成している金属が隣接した金属層の金属と互いに微細化しながら接合することにより、一体化した金属体を生成できるとともに、金属層の積層方向に金属組成が変化する金属体を提供することができる。
あるいは、図３０に金属体の断面模式図として示すように、一部を切欠した切欠丸棒状の第１金属棒２４の切欠部分に第２金属材２５を挿入して一体化した複合金属棒２６をＳＴＳＰ装置で処理することによって、第１金属棒２４の金属と第２金属材２５の金属とを機械的に混合して、新規な合金を生成できる。
また、図２に示したように、金属体を複数種類の金属粉体を混合した混合体の仮焼体１６としている場合には、各金属粉体の金属組織を互いに微細化しながら接合することにより緊密に一体化した金属体を生成できる。特に、溶融法では生成できない組み合わせの金属もＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置によって機械的に接合することができ、新規な合金を生成できる。
また、図３に示したように、金属体を多孔質体１７の孔部に金属粉体１８を充填して形成した充填体１９としている場合にも、各金属の金属組織を互いに微細化しながら接合することにより一体化した金属体を生成できる。特に、溶融法では生成できない組み合わせの金属もＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置によって機械的に接合することができ、新規な合金を生成できる。
また、図４に示したように、金属体を複数種類の金属線材を束ねて形成した金属線束２３としている場合には、各金属線材の金属組織を互いに微細化しながら接合することにより一体化した金属体を生成できる。特に、溶融法では生成できない組み合わせの金属もＳＴＳＰ装置によって機械的に接合することができ、新規な合金を生成できる。
特に、金属体は、ＳＶＳＰ装置あるいはＳＴＳＰ装置によって金属組織を微細化するまでは中空筒状としておき、ＳＶＳＰ装置あるいはＳＴＳＰ装置によって金属組織を微細化した後に、筒状となっている金属体の周面を切開して板状体とすることにより、極めて容易に板状の金属材料であって、しかも金属組織が微細化されている金属材料を提供できる。
上記したＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置では、加熱装置によって形成した低変形抵抗領域の金属体の伸延方向における長さと、低変形抵抗領域に加える剪断変形を調整することによって、低変形抵抗領域の全域において剪断変形を行うこともできるし、低変形抵抗領域の一部分、たとえば、低変形抵抗領域の中央領域や、低変形抵抗領域の両端部または一方の端部において剪断変形を行うこともできる。
また、ＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置で低変形抵抗領域の結晶組織を微細化した金属体は、必要であれば塩浴中への焼き入れを行ってもよい。この場合、ＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置から塩浴焼き入れ装置に連続的に送通させることにより、効率よく機能を向上させた金属体を生成できる。
さらに、ＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置で低変形抵抗領域の結晶組織を微細化した金属体は、金属組織を粗大化させずに塑性加工することによって、金属組織が微細化していることにより高強度化あるいは高延性化された金属体であって、所要の形状とした金属体とすることができる。
なお、低変形抵抗領域の結晶組織を微細化する場合には、上記したように微細化した結晶粒の肥大化が生じないような比較的低温としているため、塑性加工において必要となる下降温度よりも低いことが多い。
そこで、塑性加工を行う場合には、金属体を所定の加工温度に急加熱して、金属組織を粗大化させない短時間の加熱状態において塑性加工を行うことにより、塑性加工時に金属組織が肥大化して高強度化あるいは高延性化が阻害されることを抑止している。
さらに、塑性加工後には常温まで急冷するのではなく、金属体の金属組織を粗大化させない温度に維持して時効処理するようにしている。このように時効処理することによって、高強度化あるいは高延性化した金属体の強度をさらに向上させることができる。
上記したように、金属組織を微細化した金属体では、その金属体の再結晶化温度よりも高い温度状態とした場合には、微細化されている金属組織の肥大化が生じて微細化の効果が消失されるので、ＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置で金属組織を微細化する場合には、ＳＶＳＰ装置及びＳＴＳＰ装置での処理後に、金属組織の肥大化が生じる温度以上での長時間の処理がないようにしておくことが望ましい。
上記のようにして金属組織を微細化した金属体は、高強度であるために自動車部品として用いた場合には軽量化を図ることができ、自動車を軽量化して燃費の向上を図ることができる。
このように自動車部品に用いる金属体は、次のようにして製造している。
まず、所望の組成とした板状の金属板に対して前処理を行う。この前処理では、金属板を一旦加熱して冷却することによって金属板の単一相化、及び金属板を構成している金属の粒子分散、さらには金属板の残留応力の調整等を行っている。
次いで、前処理が終了した金属板をＳＶＳＰ装置で処理することによって、金属板の金属組織を一様に微細化して、高強度化及び高延性化した金属板を形成している。
特に、金属板をアルミニウム合金とした場合には、高強度化及び高延性化された大判のアルミニウム合金板を形成することができ、複雑な形状のボンネットやカウル等を鍛造で形成可能とすることができ、製造コストを大きく低減することができる。
特に、このようなボンネットやカウル等を鍛造で形成する場合に、他部材との接続に用いるフランジや嵌合構造を一体成形することができるので、複数部品の一体成形を行うことによって低コスト化を図ることができるとともに、構造的な強度の向上を図ることができる。
上記したように、金属板をＳＶＳＰ装置によって所望の金属体を形成するだけでなく、所望の組成とした丸棒状の金属体に対して、上記した前処理を行った後にＳＴＳＰ装置で処理することによって、金属板の金属組織を一様に微細化して、高強度化及び高延性化した金属体を形成することもできる。
このようにして形成した金属体は、高延性となっているので、所要の容積ごとに分離した後に複数のシリンダを有する鍛造金型で鍛造加工を行うことによって、たとえば、図３１に示すように、複雑な形状を有するボディーフレームソケット８０を形成することもできる。
本実施形態のボディーフレームソケット８０は、図３２に示すように自動車のボディーフレーム９０における各フレームの接続部分に使用するものであり、通常は、各フレームを接続部で溶接することにより接続していたが、図３１に示すボディーフレームソケット８０を用いることによって、溶接作業を不要として製造コストを低減することができるとともに、溶接よりも構造的な強度を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。
図３１のボディーフレームソケット８０では、それぞれ異なる方向に伸延している第１フレーム８１と、第２フレーム８２と、第３フレーム８３と、第４フレーム８４の４本のフレーム８１，８２，８３，８４がそれぞれ挿入される第１嵌合部８５と、第２嵌合部８６と、第３嵌合部８７と、第４嵌合部８８とを所定方向に伸延させて突設している。
そして、各嵌合部８５，８６，８７，８８には、鍛造加工の際にシリンダを挿入することによって形成した挿入孔８５ｈ，８６ｈ，８７ｈ，８８ｈを設け、この挿入孔８５ｈ，８６ｈ，８７ｈ，８８ｈに各フレーム８１，８２，８３，８４の先端部をそれぞれ挿入して接続するようにしている。
他の使用形態として、たとえば、ステアリングシャフトのような棒状体の部材に対してＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法による金属組織の微細化を行うことにより、高強度の棒状体を提供可能とすることができる。しかも、棒状体の全金属組識を一様に微細化するのではなく、一部分だけを微細化したり、あるいは一部分だけを微細化しなかったりすることにより強度に意図的なバラツキをもたせることもできる。
このように、強度に意図的なバラツキをもたせた棒状体からなるステアリングシャフトとした場合には、事故の発生時に衝撃でステアリングシャフトを意図的に破断させることによって衝撃吸収性を付与することができる。
あるいは、ネジを形成する場合には、棒状体の部材に対してＳＶＳＰ法による金属組織の微細化を行った後に、ＳＶＳＰ法による金属体の回転を利用してネジ転造を行うことにより、高強度化したネジを容易に形成することができる。
同様に、ミッションギヤを形成する場合には、捧状体の部材に対してＳＶＳＰ法による金属組織の微細化を行った後に、ＳＶＳＰ法による金属体の回転を利用して、所要のダイスによりギヤ歯の成型を行うことにより、高強度化したミッションギヤを容易に形成することができる。
上記のようにして金属組織を微細化した金属体は、自動車部品に対する利用だけでなく、半導体製造工程において使用するスパッタ装置のスパッタリング用ターゲット材として利用した場合にも極めて有用である。
特に、所要の組成となった金属体を生成可能であり、しかも生成した金属体は均質な組成とすることができるとともに金属組織が微細であるので半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とすることができる。そして、このようなスパッタリング用ターゲット材をＥＣＡＰ法よりも安価に生成することができる。
このスパッタリング用ターゲット材は、次のようにして製造している。
まず、所望の組成とした金属板に対して、前処理を行う。この前処理では、金属板を一旦加熱して冷却することによって金属板の単一相化、及び金属板を構成している金属の粒子分散、さらには金属板の残留応力の調整等を行っている。
次いで、前処理が終了した金属板をＳＶＳＰ装置で処理することによって、金属板の金属組織を一様に微細化している。
ＳＶＳＰ装置による金属組織の微細化後、金属板を常温圧延、あるいは冷間鍛造または温間鍛造、あるいはスエージング等によって微細化した結晶組織の結晶方位を調整するとともに、ターゲット形状への成形を行っている。
このように、微細化した結晶組織の結晶方位を調整することによって、半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。
さらに、金属板をターゲット形状に成形する場合には、金属体を略円盤状に成形すると同時に裏面に冷却用凹状溝を形成している。このように冷却用凹状溝を同時成形することにより、スパッタリング用ターゲットの製造工程を短縮化することができ、安価なスパッタリング用ターゲットを提供できる。
特に、ＳＶＳＰ装置によって金属組織が微細化されていることにより金属板の成形性が向上しているので、冷却用凹状溝を冷間鍛造または温間鍛造によって精度よく生成することができる。
なお、ＳＶＳＰ装置によって金属板の金属組織を一様に微細化した後に、微細化した金属検証の粗大化を抑制可能な温度に金属板を加熱して、金属板の残留応力の調整等を行ってもよい。
他の製造方法として次のようにすることもできる。この製造方法では、ターゲット材となる金属体は所望の組成とした丸棒状の金属棒としている。
まず、金属棒に対して、上記した金属板の場合と同様に前処理を行って、金属棒の単一相化、及び金属棒を構成している金属の粒子分散、さらには金属棒の残留応力の調整等を行っている。
次いで、前処理が終了した金属棒をＳＴＳＰ装置で処理することによって、金属棒の金属組織を一様に微細化している。
ＳＴＳＰ装置による金属組織の微細化後、金属棒を所定長さごとに切断し、冷間鍛造または温間鍛造によって金属板を形成している。
このように成形した金属板を上記したようにＳＶＳＰ装置で処理することによって、金属板の金属組織をさらに微細化している。その後、上記した金属板の場合と同様に、金属板を常温圧延、あるいは冷間鍛造または温間鍛造、あるいはスエージング等によって微細化した結晶組織の結晶方位を調整するとともに、ターゲット形状への成形を行っている。
ＳＴＳＰ法とＳＶＳＰ法とを組み合わせてスパッタリング用ターゲットとなる金属体を生成することによって、金属組織が極めて微細化された金属体とすることができ、半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。
特に、ＳＴＳＰ法で金属棒を処理したことによって金属棒の組成の均質化を図ることができ、より均質化された金属体からスパッタリング用ターゲットを生成することによって、半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。
上記したＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法は、自動車部品やスパッタリング用ターゲットの製造だけでなく、以下のような素材に対して用いることにより特性を向上させた材料あるいは部品の提供を可能とすることができる。
金属体が磁性体であった場合には、この金属体の金属組織をＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって微細化することにより加工性を向上させて、細線化等の微細な加工を可能とすることができる。また、場合によっては、磁化率を向上が期待できる。
金属体が形状記憶合金であった場合には、この金属体の金属組織をＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。特に、この形状記憶合金を用いて電子機器の組み立てに用いるネジを形成した場合には、その電子機器の廃棄時に形状記憶によってネジのネジ山を消失させることにより、容易に分解することができる。
金属体が水素吸蔵合金であった場合には、この金属体の金属組織をＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって微細化することにより水素の吸蔵能力の向上が期待できる。さらには、加工性が向上することによって様々な形状とすることができ、水素吸蔵機能を有する構造物を形成することができる。
金属体が制振合金であった場合には、この金属体の金属組織をＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。特に、スピーカ等の音響機器の構成部材に対するこの制振合金の適用を広めることによって、音質の向上を図ることができる。
金属体が電熱材料であった場合には、この金属体の金属組織をＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。
金属体が生体材料であった場合には、この金属体の金属組織をＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。
特に、従来、生体材料としてはチタンが使用されているものの、チタンは高硬度であるために加工性が非常に悪く、成形コストがかさむという問題があったが、ＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって金属組織を微細化することによりチタンを鍛造で成形可能とすることができ、低コストで所定形状としたチタン部品を形成することができる。
しかも、ＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって金属組織が微細化されたチタンは、低ヤング率で高強度の材料とすることができ、生体親和性を向上させることもできる。
このように、ＳＶＳＰ法あるいはＳＴＳＰ法によって処理された金属体は、延性が向上していることによって加工性が向上しているだけでなく、高強度化されているので同一強度の部材をより軽量に形成することができ、船舶や航空機、あるいは自動車等の輸送機器、または高層ビルや橋梁等の建築構造物の軽量化を図ることができる。

以上のように、本発明の金属体の加工方法及び金属体の加工装置では、高強度及び高延性の金属体を極めて容易に製造することができるので、低コストの高強度及び高延性の金属体を提供可能とすることができる。

Claims (85)

1. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
   前記低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段により、前記低変形抵抗領域に沿って前記非低変形抵抗領域を形成していることを特徴とする金属体の加工方法。
2. 一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
   前記低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段により、前記低変形抵抗領域の少なくともいずれか一方の側縁に沿って前記非低変形抵抗領域を形成していることを特徴とする金属体の加工方法。
3. 前記金属体は伸延方向に沿って移動させるとともに、移動方向の下流側における前記低変形抵抗領域の側縁に沿って前記非低変形抵抗領域形成手段により前記非低変形抵抗領域を形成していることを特徴とする請求項２記載の金属体の加工方法。
4. 前記非低変形抵抗領域形成手段は、前記金属体を冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
5. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
   前記低変形抵抗領域を真空中で形成することを特徴とする金属体の加工方法。
6. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
   前記低変形抵抗領域を高圧雰囲気中で形成することを特徴とする金属体の金属体の加工方法。
7. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
   前記低変形抵抗領域を活性ガス雰囲気中で形成することを特徴とする金属体の加工方法。
8. 前記活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項７記載の金属体の加工方法。
9. 前記活性ガスはメタンガス及び／または一酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項７記載の金属体の加工方法。
10. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    前記低変形抵抗領域に粉体を吹き付けることを特徴とする金属体の加工方法。
11. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    前記低変形抵抗領域にイオンドーピングを行うことを特徴とする金属体の加工方法。
12. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    前記低変形抵抗領域は、前記金属体に第１の加熱を所定時間行った後に第２の加熱を行って形成することを特徴とする金属体の加工方法。
13. 前記低変形抵抗領域は、前記金属体に第１の加熱を所定時間行った後に第２の加熱を行って形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
14. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    前記低変形抵抗領域は、高温とした前記金属体を拘束する拘束手段の非拘束領域に形成することを特徴とする金属体の加工方法。
15. 前記低変形抵抗領域は、高温とした前記金属体を拘束する拘束手段の非拘束領域に形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
16. 前記剪断変形の後に、前記金属体を急冷することを特徴とする請求項５〜１４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
17. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    前記低変形抵抗領域は前記金属体を加熱して形成するとともに、前記低変形抵抗領域を剪断変形した後に、前記金属体を急冷することを特徴とする金属体の加工方法。
18. 前記低変形抵抗領域は前記金属体を加熱して形成するとともに、前記低変形抵抗領域を剪断変形した後に、前記金属体を急冷することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
19. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    前記低変形抵抗領域は、液体中に没入した前記金属体に形成することを特徴とする金属体の加工方法。
20. 前記低変形抵抗領域は、前記金属体を液体中で加熱して形成することを特徴とする請求項１９記載の金属体の加工方法。
21. 前記低変形抵抗領域を形成する際に、前記低変形抵抗領域の周囲の熱伝導率を低減させていることを特徴とする請求項２０記載の金属体の加工方法。
22. 前記低変形抵抗領域を形成する際に、前記低変形抵抗領域の周囲に気泡を生起していることを特徴とする請求項２０記載の金属体の加工方法。
23. 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を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法であって、
    金属組織を微細化した前記金属体を、金属組織を粗大化させずに塑性加工することを特徴とする金属体の加工方法。
24. 金属組織を微細化した前記金属体を、金属組織を粗大化させずに塑性加工することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
25. 前記塑性加工は、前記金属体の金属組織を粗大化させない短時間の加熱状態で行うことを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の金属体の加工方法。
26. 前記塑性加工後、前記金属体の金属組織を粗大化させない温度に維持して時効処理することを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
27. 前記金属体は、浸炭処理されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
28. 前記低変形抵抗領域を伸延させながら前記金属体の金属組織を微細化することを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
29. 前記低変形抵抗領域を圧縮させながら前記金属体の金属組織を微細化することを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
30. 前記金属体は中空部を有する筒状体として、前記中空部を減圧状態としていることを特徴とする請求項６〜２９のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
31. 前記金属体は中空部を有する筒状体として、前記中空部を高圧状態としていることを特徴とする請求項１〜２９のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
32. 前記低変形抵抗領域に金属体を所定形状に成形する成形用ガイド体を当接させていることを特徴とする請求項１〜３１のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
33. 前記成形ガイド体を、前記金属体を加熱する加熱手段としていることを特徴とする請求項３２記載の金属体の加工方法。
34. 前記成形ガイド体を、前記金属体を冷却する冷却手段としていることを特徴とする請求項３２記載の金属体の加工方法。
35. 前記低変形抵抗領域は一方向に伸延した前記金属体を横断させて形成し、この低変形抵抗領域を前記金属体の伸延方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１〜３４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
36. 前記低変形抵抗領域は前記金属体を横断し、この低変形抵抗領域を挟む前記金属体の一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に位置を変動させることにより前記低変形抵抗領域を剪断変形させることを特徴とする請求項１〜３４のいずれか１項に記載の金属体加工方法。
37. 前記の位置の変動は、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に、前記一方の非低変形抵抗領域を前記他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に振動運動させる振動運動成分を有する振動運動であることを特徴とする請求項３６記載の金属体の加工方法。
38. 前記の位置の変動は、前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに、前記一方の非低変形抵抗領域を前記他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に回転させる回転運動であることを特徴とする請求項３６記載の金属体の加工方法。
39. 前記の位置の変動は、前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに、前記一方の非低変形抵抗領域を前記他方の非低変形抵抗領域に対して相対的に回動させる回動運動であることを特徴とする請求項３６記載の金属体の加工方法。
40. 一方向に伸延した加熱状態の金属体を伸延方向に沿って移動させ、前記金属体を冷却手段に送通させて冷却するとともに、冷却された金属体を振動運動させることにより、前記冷却手段に送通される前の前記金属体における金属組織を剪断変形させて微細化する金属体の加工方法。
41. 溶体化処理するための温度まで加熱した金属体を冷却手段によって急冷して溶体化処理を行う際に、急冷部分の前記金属体を剪断変形させることにより金属組織を微細化するとともに溶体化処理を行う金属体の加工方法。
42. 前記剪断変形は、一方向に伸延した前記金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させる振動運動成分を有する振動運動を前記金属体に印加することによって行うことを特徴とする請求項４１記載の金属体の加工方法。
43. 前記剪断変形は、一方向に伸延した前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させる回転運動を前記金属体に印加することによって行うことを特徴とする請求項４１記載の金属体の加工方法。
44. 前記剪断変形は、一方向に伸延した前記金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りに回動させる回動運動を前記金属体に印加することによって行うことを特徴とする請求項４１記載の金属体の加工方法。
45. 金属組織が微細化された前記金属体を、金属組織を粗大化させない条件下で塑性加工して所定形状とすることを特徴とする請求項４１〜４４のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
46. 一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域とを所定の間隔だけ離隔して形成するとともに、この第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域における変形抵抗よりも変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を非低変形抵抗領域形成手段により形成し、この非低変形抵抗領域に前記金属体の伸延方向と交差する方向の振動運動成分からなる振動運動を加えて前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法。
47. 一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域とを所定の間隔だけ離隔して形成するとともに、この第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域における変形抵抗よりも変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を非低変形抵抗領域形成手段により形成し、この非低変形抵抗領域に前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りの回転運動を加えて前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法。
48. 一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域とを所定の間隔だけ離隔して形成するとともに、この第１の低変形抵抗領域と第２の低変形抵抗領域との間に、前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域における変形抵抗よりも変形抵抗を増大させた非低変形抵抗領域を非低変形抵抗領域形成手段により形成し、この非低変形抵抗領域に前記金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りの回動運動を加えて前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工方法。
49. 前記金属体を伸延方向に沿って移動させることを特徴とする請求項４６〜４８のいずれか１項に記載の金属体の加工方法。
50. 一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させることにより前記金属体を横断する低変形抵抗領域を形成する低変形抵抗領域形成手段と、
    前記低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段と、
    前記低変形抵抗領域を挟む一方の前記金属体を、他方の金属体に対して相対的に変位させる変位印加手段とを有し、
    この変位印加手段によって印加した変位にともなって前記低変形抵抗領域を剪断変形させることにより前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工装置。
51. 前記変位印加手段は、前記金属体の伸延方向と交差する方向の振動運動成分からなる振動運動を印加することを特徴とする請求項５０記載の金属体の加工装置。
52. 前記変位印加手段は、前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りの回転運動を印加することを特徴とする請求項５０記載の金属体の加工装置。
53. 前記変位印加手段は、前記金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りの回動運動を印加することを特徴とする請求項５０記載の金属体の加工装置。
54. 前記低変形抵抗領域形成手段は、前記金属体を所定温度以上に加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項５０〜５３のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
55. 前記非低変形抵抗領域形成手段は、前記金属体を冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項５０〜５４のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
56. 前記金属体を伸延方向に沿って送給する送給手段を有することを特徴とする請求項５０〜５５のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
57. 前記低変形抵抗領域形成手段は、前記金属体を第１の加熱温度に加熱して所定時間維持した後に、第２の加熱温度に加熱する予備加熱手段を有することを特徴とする請求項５６記載の金属体の加工装置。
58. 前記第１の加熱温度は、前記金属体の溶体化処理に必要な温度であることを特徴とする請求項５７記載の金属体の加工装置。
59. 金属組織が微細化された前記金属体を、金属組織を粗大化させない温度に維持して時効処理する時効処理手段を有することを特徴とする請求項５６〜５８のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
60. 前記低変形抵抗領域に前記金属体を所定形状に成形する成形用ガイド体を当接させていることを特徴とする請求項５６〜５９のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
61. 前記成形ガイド体を、前記金属体を加熱する加熱手段としていることを特徴とする請求項６０記載の金属体の加工装置。
62. 前記成形ガイド体を、前記金属体を冷却する冷却手段としていることを特徴とする請求項６０記載の金属体の加工装置。
63. 前記金属体は中空部を有する筒状体であって、金属組織が微細化された前記金属体を伸延方向に沿って切開することにより平板状金属体を形成する平板化手段を有することを特徴とする請求項５６〜５９のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
64. 前記低変形抵抗領域形成手段は、真空中で前記低変形抵抗領域を形成することを特徴とする請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
65. 前記低変形抵抗領域形成手段は、高圧雰囲気中で前記低変形抵抗領域を形成することを特徴とする請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
66. 前記低変形抵抗領域形成手段は、活性ガス雰囲気中で前記低変形抵抗領域を形成することを特徴とする請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
67. 前記活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項６６記載の金属体の加工装置。
68. 前記活性ガスはメタンガス及び／または一酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項６６記載の金属体の加工装置。
69. 前記低変形抵抗領域形成手段は、前記低変形抵抗領域に粉体を吹き付ける粉体吹付手段を有することを特徴とする請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
70. 前記低変形抵抗領域形成手段は、前記低変形抵抗領域にイオンドーピングを行うイオンドーピング手段を有することを特徴とする請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
71. 前記低変形抵抗領域形成手段は、液体中に没入した前記金属体を所定温度以上に加熱して前記低変形抵抗領域を形成していることを特徴とする請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
72. 前記低変形抵抗領域を形成する際に、前記低変形抵抗領域の周囲の熱伝導率を低減させていることを特徴とする請求項７１記載の金属体の加工装置。
73. 前記低変形抵抗領域を形成する際に、前記低変形抵抗領域の周囲に気泡を生じさせていることを特徴とする請求項７１記載の金属体の加工装置。
74. 一方向に伸延した金属体を伸延方向に沿って移動させる移動手段と、
    前記金属体を溶体化処理するための温度まで加熱する加熱手段と、
    この加熱手段で加熱された前記金属体を急冷する冷却手段と、
    この冷却手段によって冷却されている部分の前記金属体を剪断変形させる剪断変形手段を有することを特徴とする金属体の加工装置。
75. 前記剪断変形手段は、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させる振動運動成分を有する振動運動を前記金属体に印加することを特徴とする請求項７４記載の金属体の加工装置。
76. 前記剪断変形手段は、前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させる回転運動を前記金属体に印加することを特徴とする請求項７４記載の金属体の加工装置。
77. 前記剪断変形手段は、前記金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りに回動させる回動運動を前記金属体に印加することを特徴とする請求項７４記載の金属体の加工装置。
78. 一方向に伸延した加熱状態の金属体を伸延方向に沿って移動させる移動手段と、
    前記金属体を冷却することにより変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する冷却手段と、
    この非低変形抵抗領域に振動運動を印加する振動運動印加手段とを有し、
    この振動運動印加手段によって印加した振動運動により、前記冷却手段に送通される前の前記金属体における金属組織を剪断変形させて微細化する金属体の加工装置。
79. 一方向に伸延した金属体の変形抵抗を局部的に低下させることにより前記金属体を横断する第１の低変形抵抗領域を形成する第１低変形抵抗領域形成手段と、
    この第１の低変形抵抗領域から所定間隔だけ離隔した位置に、前記金属体の変形抵抗を局部的に低下させることにより前記金属体を横断する第２の低変形抵抗領域を形成する第２低変形抵抗領域形成手段と、
    前記第１の低変形抵抗領域と前記第２の低変形抵抗領域との間に、前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域において低下している変形抵抗を増大させて非低変形抵抗領域を形成する非低変形抵抗領域形成手段と、
    この非低変形抵抗領域に、前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域を剪断変形させるための変位を印加する変位印加手段とを有し、
    前記第１の低変形抵抗領域及び前記第２の低変形抵抗領域における前記金属体の金属組織を微細化する金属体の加工装置。
80. 前記変位印加手段は、前記非低変形抵抗領域に、前記金属体の伸延方向と交差する方向の振動運動成分からなる振動運動を印加することを特徴とする請求項７９記載の金属体の加工装置。
81. 前記変位印加手段は、前記非低変形抵抗領域に、前記金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りの回転運動を印加することを特徴とする請求項７９記載の金属体の加工装置。
82. 前記変位印加手段は、前記非低変形抵抗領域に、前記金属体の伸延方向と略平行とした回動軸周りの回動運動を印加することを特徴とする請求項７９記載の金属体の加工装置。
83. 前記第１低変形抵抗領域形成手段及び前記第２低変形抵抗領域形成手段は、それぞれ前記金属体を所定温度以上に加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項７９〜８２のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
84. 前記非低変形抵抗領域形成手段は、前記金属体を冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項７９〜８３のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。
85. 前記金属体を伸延方向に沿って送給する送給手段を有することを特徴とする請求項７９〜８４のいずれか１項に記載の金属体の加工装置。

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