JPWO2019176562A1 - 物体処理方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
この物体処理方法は、処理対象物(X)に電源(4)を接続することにより特定処理を施す。
Description
本開示は、物体処理方法及び装置に関する。
本願は、2018年3月16日に日本に出願された特願2018−049818号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2018年3月16日に日本に出願された特願2018−049818号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
金属からなる物体を塑性加工法の一種である鍛造によって成形する場合、周知のように物体は外力の作用によって変形すると共に発熱する。この物体発熱は物体の組織(例えば結晶構造)の変化(変態)を招来させ、物体の機械的特性を劣化させる場合がある。
例えば下記特許文献1には、上記鍛造の際に鋼材からなる粗形材(物体)への外力の付加と共に粗形材を冷却(急冷)する鍛造部材の製造方法が開示されている。すなわち、この製造方法は、粗形材を金型で押圧して所定の形状に鍛造する際に、同時に金型に備えられた冷却手段で粗形材を急冷することにより、粗形材の鍛造と焼入れ及び焼戻しとを同時に行う。
ところで、上記従来技術では、金型に備えられた冷却手段を用いて粗形材(物体)を外部から冷却するので、物体の熱容量の関係で物体の内部を外側部と同様に冷却することが難しい。このことは、物体の厚み(熱容量)が増すごとに顕著となる。したがって、従来技術では、物体の内部を外側部と同様の組織に維持することが困難である。
本開示は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、物体の組織変化や変形を従来よりも抑制することまたは物体をより適切に冷却することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示の第1の態様の物体処理方法は、処理対象物に電源を接続することにより特定処理を施す。
本開示の前記第1の態様において、前記特定処理は、前記処理対象物の冷却処理であってもよい。
本開示の前記第1の態様において、前記特定処理は、前記処理対象物の組織の変態抑制処理であってもよい。
本開示の前記第1の態様において、前記電源は、前記処理対象物と接続されることで前記処理対象物内の自由電子を外部に放出させてもよい。
本開示の前記第1の態様において、前記電源は、前記処理対象物から外部に放出させた自由電子を回収してもよい。
本開示の前記第1の態様において、前記電源が前記処理対象物に接続される際に、前記処理対象物に電流を流す他の電源は接続されずともよい。
本開示の第1の態様において、前記処理対象物は、鍛造によって発熱する金属体であってもよく、前記特定処理は、鍛造の前に加熱された前記金属体、鍛造によって発熱しつつある前記金属体、または鍛造によって発熱した前記金属体であってもよい。
また、本開示の第2の態様の物体処理装置は、電源と、当該電源に接続され、処理対象物に接触する電極とを備える。
本開示の前記第2の態様において、前記電源は、前記電極を介して前記処理対象物と接続されることで前記処理対象物内の自由電子を外部に放出させるように構成されてもよい。
本開示の前記第2の態様において、前記電源は、前記処理対象物から外部に放出させた自由電子を回収するように構成されてもよい。
本開示の前記第2の態様において、前記処理対象物に電流を流す他の電源は設けられずともよい。
また、本開示の前記第2の態様において、前記処理対象物は、鍛造の前に加熱された金属体、鍛造によって発熱しつつある金属体、または鍛造によって発熱した金属体であってもよい。
本開示によれば、処理対象物に電源を接続するので、処理対象物(物体)の組織変化や変形を従来よりも抑制することまたは処理対象物をより適切に冷却することが可能である。
また、処理対象物が鍛造によって発熱する金属材料(金属体)である場合は、鍛造の前にこの金属材料に電源を接続することで当該金属材料から電子が奪われるため、電子が奪われていない金属材料に比べて低い温度で鍛造可能である。
また、処理対象物が鍛造によって発熱する金属材料(金属体)である場合は、鍛造の前にこの金属材料に電源を接続することで当該金属材料から電子が奪われるため、電子が奪われていない金属材料に比べて低い温度で鍛造可能である。
以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。
最初に、図1を参照して本実施形態に係る鍛造品冷却装置Rについて説明する。この鍛造品冷却装置Rは、鍛造品Xに対して冷却処理を施す装置であり、図1に示すように電極1、第1スイッチ2、第1抵抗器3、コンデンサブロック4、第2スイッチ5、第3スイッチ6、第2抵抗器7、第3抵抗器8、第4スイッチ9、第5スイッチ10、直流電源11、制御部12及び操作部13を備えている。なお、これら各構成要素のうち、コンデンサブロック4は、本開示の電源に相当する。また、本実施形態の鍛造品冷却装置Rにおいて、鍛造品Xに電圧をかけて電流を流す、すなわち鍛造品Xに電子を供給する他の電源は設けられていない。
最初に、図1を参照して本実施形態に係る鍛造品冷却装置Rについて説明する。この鍛造品冷却装置Rは、鍛造品Xに対して冷却処理を施す装置であり、図1に示すように電極1、第1スイッチ2、第1抵抗器3、コンデンサブロック4、第2スイッチ5、第3スイッチ6、第2抵抗器7、第3抵抗器8、第4スイッチ9、第5スイッチ10、直流電源11、制御部12及び操作部13を備えている。なお、これら各構成要素のうち、コンデンサブロック4は、本開示の電源に相当する。また、本実施形態の鍛造品冷却装置Rにおいて、鍛造品Xに電圧をかけて電流を流す、すなわち鍛造品Xに電子を供給する他の電源は設けられていない。
なお、このような鍛造品冷却装置Rは、本開示に係る物体処理装置に相当する。また上記鍛造品Xは、本開示における処理対象物(物体)に相当する。さらに、この鍛造品冷却装置Rが鍛造品Xに対して施す冷却処理及び変態抑制処理は、本開示における特定処理に相当する。
鍛造品Xは、所定の金属材料によって形成されており、例えばブリスク(製品)の原型材である。ブリスクは、周知のようにターボ機械のローターディスクとブレードが一体成型された略円板状の回転体であり、例えばガスタービンのコンプレッサあるいは/及びタービンの構成部品である。このようなブリスクは、鍛造等の塑性変形加工によって得られた原型材を切削加工することによって最終的な製品として製造される。なお、鍛造品Xがブリスクの場合、上記金属材料は、例えば所定組成のチタン合金である。
本実施形態に係る鍛造品冷却装置Rは、このような鍛造品Xに電源を接続することにより冷却処理を施す装置である。このような鍛造品冷却装置Rの構成要素のうち、電極1は、電線(電力線)を介して第1スイッチ2の一方の端子に接続された針状の端子であり、電気抵抗が比較的小さな金属、例えば白金(Pt)製である。
この電極1は、図示するように鍛造品Xと電気的に接続された状態、例えば表面に接触した状態で鍛造品Xに設置される。このような電極1は、可撓性を有する電線によって第1スイッチ2の一方の端子に電気的に接続されている。このため、鍛造品Xの形状や姿勢等に応じて鍛造品Xの好適な場所に容易に設置することができる。なお、この電極1は、1あるいは複数設けられており、鍛造品Xの形状や姿勢等に応じて適宜必要な個数が鍛造品Xの表面に接続される。
第1スイッチ2は、制御部12によって制御される開閉スイッチであり、一方の端子が各電極1に接続され、他方の端子が第1抵抗器3の一端及び第3抵抗器8の一端に接続されている。第1抵抗器3は、所定の抵抗値(例えば100Ω)を有し、一端が第1スイッチ2の他方の端子及び第3抵抗器8の一端に接続され、他端がコンデンサブロック4の一端に接続されている。
コンデンサブロック4は、所定の静電容量(例えば0.1μF)を有する複数のコンデンサが並列接続された二端子回路であり、一端が第1抵抗器3の他端に接続され、他端が第2スイッチ5の一方の端子に接続されている。後述するように、コンデンサブロック4は、電極1を介して鍛造品Xと電気的に接続されることで鍛造品X内の自由電子を外部に放出させ、鍛造品Xから外部に放出させた自由電子を回収するように構成されている。第2スイッチ5は、制御部12によって制御される開閉スイッチであり、一方の端子がコンデンサブロック4の他端に接続され、他方の端子が第3スイッチ6の一方の端子、第4スイッチ9の他方の端子及び直流電源11のマイナス端子に接続されている。
第3スイッチ6は、制御部12によって制御される開閉スイッチであり、一方の端子が第2スイッチ5の他方の端子、第4スイッチ9の他方の端子及び直流電源11のマイナス端子に接続され、他方の端子が第2抵抗器7の一端に接続されている。第2抵抗器7は、所定の抵抗値(例えば100Ω)を有し、一端が第3スイッチ6の他方の端子に接続され、他端が接地されている。
第3抵抗器8は、所定の抵抗値(例えば10Ω)を有し、一端が第1スイッチ2の他方の端子及び第1抵抗器3の一端に接続され、他端が第4スイッチ9の一方の端子及び第5スイッチ10の一方の端子に接続されている。第4スイッチ9は、制御部12によって制御される開閉スイッチであり、一方の端子が第3抵抗器8の他端及び第5スイッチ10の一方の端子に接続され、他方の端子が第2スイッチ5の他方の端子、第3スイッチ6の一方の端子及び直流電源11のマイナス端子に接続されている。
第5スイッチ10は、制御部12によって制御される開閉スイッチであり、一方の端子が第3抵抗器8の他端及び第4スイッチ9の一方の端子に接続され、他方の端子が直流電源11のプラス端子に接続されている。直流電源11は、所定の直流電圧(例えば16V)を発生する電源であり、プラス端子が第5スイッチ10の他方の端子に接続され、マイナス端子が第2スイッチ5の他方の端子、第3スイッチ6の一方の端子及び第4スイッチ9の他方の端子に接続されている。
制御部12は、操作部13から入力される操作信号に基づいて第1〜第5スイッチ2,5,6,9,10を制御する装置である。この制御部12は、操作信号に基づいて第1〜第5スイッチ2,5,6,9,10に関する各開閉制御信号を生成するロジック回路あるいはソフトウエア制御装置である。制御部12がソフトウエア制御装置である場合、この制御部12は、CPU(中央演算処理装置)、各種の記憶装置、及び入出力装置を備える。このような制御部12は、操作信号に基づいて各開閉制御信号を適宜生成することにより、第1〜第5スイッチ2,5,6,9,10の動作を所望状態に制御する。
操作部13は、鍛造品冷却装置Rの管理者の操作指示を受け付ける装置であり、例えば1あるいは複数の操作ボタンである。この操作部13は、上記操作指示に応じた操作信号を制御部12に出力する。
続いて、図2(a)を参照して本実施形態における鍛造装置Tについて説明する。この鍛造装置Tは、下金型A、上金型B及び押圧用上金型Cを備えている。下金型Aは、片面の中心部に円筒状の突出部aが形成された略円板状の部材であり、中心部に近い第1の押圧面b(平面)と、外周部に近い第2押圧面c(波型面)とを備えている。第1の押圧面bは平面状に形成され、第2押圧面cは波形状に形成されている。また、この下金型Aは、突出部aの周面であると共に第1の押圧面b(平面)に直交して接する円筒面(内側円筒面d)を備えている。内側円筒面dは、突出部aの外周面である。なお、図2(a)、(b)において、下金型Aが位置する側を下側、押圧用上金型Cが位置する側を上側と称する。
上金型Bは、中心部に空洞が形成されたリング状の部材であり、上記第2押圧面c(波型面)に対向する第3の押圧面e(波型面)と上記内側円筒面dに対向する外側円筒面fとを備えている。第3の押圧面eは波形状に形成されている。外側円筒面fは、上金型Bの内周面である。この上金型Bにおいて、第3の押圧面eは第1の距離Laを隔てて下金型Aの第2押圧面cと対向し、また外側円筒面fは第2の距離Lbを隔てて内側円筒面dに対向する。なお、下金型Aの内側円筒面dと上金型Bの外側円筒面fとで挟まれた空間は、後述する母材Xaを収容する母材収容空間Kbであり、また第2押圧面cと第3の押圧面eとで挟まれた空間は押出空間Koである。
なお、図2(a)における符号Xaは、上述した鍛造品Xの母材であり、リング状に形成されている。この母材Xaは、円筒状内周面と円筒状外周面との差(幅)が上記第2の距離Lbよりも若干小さく設定され、また互いに平行する両端面(上面及び下面)の差(肉厚)が所定寸法に設定されたリング状の金属部材である。
押圧用上金型Cは、片面の周縁部に円環状の突出部gが形成された略円板状の部材である。この押圧用上金型Cにおいて、突出部gの先端面(平面、下面)が母材Xaの上面(一方の端面)に当接して押圧する押圧面hである。このような押圧用上金型Cは、図示しない押圧機構に支持されており、当該押圧装置によって上下に移動することにより母材Xaの上面を下方に向けて押圧する。
次に、このような鍛造品冷却装置R及び鍛造装置Tを用いた鍛造品Xの製造方法について、図2(a)に加え、図2(b)〜図5をも参照して詳しく説明する。この製造方法は、後述するように鍛造品Xの冷却方法及び変態抑制方法を含む。なお、これら冷却方法及び変態抑制方法は、本開示に係る物体処理方法に相当する。
鍛造装置Tを用いた鍛造品Xの製造工程は、鍛造工程、冷却工程(変態抑制工程)及び加工工程を有する。これら各工程のうち、冷却工程(変態抑制工程)は、本実施形態における冷却方法及び変態抑制方法に相当する。最初に、鍛造工程では、図2(a)に示すように、母材Xaを母材収容空間Kbに収容する。そして、図2(b)に示すように、押圧用上金型Cを降下させることにより、上下方向において母材Xaを押し潰すと共に母材Xaの一部を押出空間Koに押し出させる。
このような押圧用上金型Cの押圧により、母材Xaは、図3(a)、(b)に示すようにリング状のローターディスクx1と当該ローターディスクx1の外周に位置するブレードx2とを備えた鍛造品X(ブリスクの原型材)に成形される。上記ローターディスクx1は、肉厚がブレードx2よりも大幅に厚い部位であり、ブレードx2は、波型形状で肉厚が比較的薄い部位である。なお、このような鍛造品Xは、後述する冷却工程の後工程である加工工程において、波型のブレードx2が加工されることにより、ローターディスクx1の外周に所定間隔で環状に並ぶ個別のブレードに仕上げ加工される。
このような母材Xaの鍛造工程において、母材Xaは発熱を伴って変形する。すなわち、鍛造品Xは、押圧用上金型Cによる外力の作用に起因して発熱する金属体であり、例えば鍛造前の温度950℃が1100℃程度まで温度上昇する。そして、このような鍛造品Xの高温化は、鍛造品Xの組織(結晶構造)を変態させる可能性があるので、鍛造品Xを冷却(急冷)する必要がある。
このような必要から本実施形態では以下の冷却工程を行う。詳細については後述するが、この冷却工程は、鍛造品Xの組織の変態を抑制する変態抑制工程でもある。この冷却工程(変態抑制工程)では、図4(a)に示すように鍛造品冷却装置Rの各電極1をローターディスクx1の上面に接触させることにより鍛造品Xにコンデンサブロック4(電源)を接続する。
より詳細には、例えば図4(b)に示すように、リング状のローターディスクx1の上面において、中心O周りに互いに90°の角度関係にある4点P1〜P4に各電極1をそれぞれ接触させる。これら4点P1〜P4は、肉厚がブレードx2よりも厚いローターディスクx1の表面に含まれ、鍛造品Xの各部位(ローターディスクx1及びブレードx2)のうち、内部の発熱が最も著しい部位に相当する位置である。
この状態において、鍛造品冷却装置Rの制御部12は、最初に第2スイッチ5及び第5スイッチ10を閉状態に設定し、また第1スイッチ2、第3スイッチ6及び第4スイッチ9を開状態に設定する(第1設定状態)。この第1状態を所定時間継続することにより、コンデンサブロック4の各コンデンサは、直流電源11によって徐々に充電されて満充電状態となる。すなわち、コンデンサブロック4は、一端に正の電荷が帯電し、他端に負の電荷が帯電すると共に、両端の電圧(端子間電圧)が直流電源11の出力電圧(例えば16V)に近い電圧となる。
制御部12は、この第1設定状態において第5スイッチ10を閉状態から開状態に設定変更し、また第1スイッチ2及び第3スイッチ6を開状態から閉状態に設定変更する(第2設定状態)。すなわち、コンデンサブロック4は、一端が第1スイッチ2及び第1抵抗器3を介して各電極1に接続され、他端が第2スイッチ5、第3スイッチ6及び第2抵抗器7を介して接地される。この第2設定状態では、第1抵抗器3及び第2抵抗器7における若干の電圧降下があるものの、鍛造品Xにはコンデンサブロック4の端子間電圧に近い電圧が印加される。この際、コンデンサブロック4は、電極1を介して鍛造品Xと接続されることで鍛造品X内の自由電子を外部に放出させ、鍛造品Xから外部に放出させた自由電子を回収する。
そして、制御部12は、上記第2設定状態を所定時間に亘って継続すると、第2スイッチ5を閉状態から開状態に設定変更し、また第4スイッチ9を開状態から閉状態に設定変更する(第3設定状態)。この第3設定状態において、各電極1は、第1スイッチ2、第3抵抗器8、第4スイッチ9、第3スイッチ6及び第2抵抗器7を介して接地される。
そして、制御部12は、上記第3設定状態を所定時間に亘って継続すると、第2スイッチ5を開状態から閉状態に設定変更する(第4設定状態)。すなわち、この第4設定状態では、コンデンサブロック4は、一端が第1抵抗器3、第3抵抗器8、第4スイッチ9、第3スイッチ6及び第2抵抗器7を介して接地され、また他端が第2スイッチ5、第3スイッチ6及び第2抵抗器7を介して接地される。この第4設定状態が所定時間に亘って継続されることにより、コンデンサブロック4に充電された電荷が十分に放電される。そして、制御部12は、この第4設定状態を所定時間に亘って継続すると、上述した第1〜第4設定状態を所定回数だけ繰り返す。
このような鍛造品冷却装置Rによる所定回数に亘るコンデンサブロック4(電源)の接続によって、鍛造品X(金属材料)内の自由電子は、各電極1等を介して鍛造品Xの外部つまりコンデンサブロック4(電源)に回収される。なお、本実施形態において、コンデンサブロック4が鍛造品Xに接続される際に、鍛造品Xに電圧をかけて電流を流す、すなわち鍛造品Xに電子を供給する他の電源は接続されない。
ここで、鍛造品Xは、鍛造装置Tに保持されているので、また700〜1100℃程度の高温状態なために電気抵抗が極めて高くなっているので、電極1から鍛造品Xに注入される電子(例えば電極1内の自由電子)は極めて微小である。したがって、鍛造品冷却装置Rによる鍛造品Xへのコンデンサブロック4(電源)の接続によって、専ら鍛造品X内の自由電子がコンデンサブロック4(電源)に回収される。
このようなコンデンサブロック4(電源)の接続を1あるいは複数回行うことにより、鍛造品Xは図5のグラフ(特性図)に示すように冷却される。周知のように、金属の熱は、構成原子の振動に加えて自由電子の運動が寄与して発生する。これら構成原子と自由電子のうち、自由電子が鍛造品Xの外部に放出されることにより熱の原因の一つが解消されるので、鍛造品Xは温度低下する。なお、図5は、コンデンサブロック4(電源)の接続による冷却効果の実験結果であり、出力電圧が16Vの直流電源11を用いた場合を示している。
この実験では、鍛造品Xを真空雰囲気中で800°まで加熱し、その後に徐冷した場合における鍛造品Xの内部温度の変化をコンデンサブロック4(電源)を鍛造品Xに接続した場合(破線及び二点鎖線で示す)とコンデンサブロック4(電源)を接続しない場合(実線で示す)とについて計測した。また、この実験では、コンデンサブロック4(電源)を1回だけ接続した場合(破線で示す)と複数回接続した場合(二点鎖線で示す)について鍛造品Xの内部温度の変化を確認した。コンデンサブロック4を1回だけ鍛造品Xに接続する場合では、電極1を1回だけ鍛造品Xに接触させている。コンデンサブロック4を複数回鍛造品Xに接続する場合では、電極1の鍛造品Xに対する接触と離間とを繰り返している。
このような図5に示すように、冷却用電圧を1回だけ接続した場合に、単純徐冷の場合よりも10°以上の温度低下を実現することが可能であり、またコンデンサブロック4(電源)を複数回接続した場合には、単純徐冷に対して30°度近い温度低下を実現することが可能であることが確認できた。さらに、1100℃程度の金属であれば、自由電子の運動エネルギーが大きいので、この自由電子を外部に放出させることにより950℃程度まで冷却することが期待できる。
このような本実施形態によれば、コンデンサブロック4(電源)の接続によって鍛造品Xを従来の単純徐冷よりも急速冷却することができるので、鍛造品Xの組織変化を従来よりも抑制することが可能である。なお、本実施形態によれば、鍛造品Xからの自由電子の放出に起因する冷却が原因ではなく、鍛造品Xからの自由電子の放出によって鍛造品Xを構成する組織(結晶)間あるいは/及び原子間の相互作用の抑制が原因となって鍛造品Xの組織変化が抑制されていると理解することもできる。
すなわち、鍛造品Xにコンデンサブロック4(電源)を接続することによる直接の作用が鍛造品Xからの自由電子の放出に基づく冷却にあるのか、組織(結晶)間あるいは/及び原子間の相互作用の抑制にあるのか、あるいは他の要因にあるのか今後の検討が必要であるが、図5に示すように鍛造品Xへのコンデンサブロック4(電源)の接続は、鍛造品Xを従来よりも急速に冷却するという作用を奏する。したがって、本実施形態において鍛造品Xにコンデンサブロック4(電源)を接続するという工程は、少なくとも鍛造品Xの冷却処理及び鍛造品Xおける組織の変態抑制処理に相当する。
なお、本開示は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、図4(b)に示したように4点P1〜P4に電極1を設けたが、本開示はこれに限定されない。電極1の鍛造品Xへの設置態様は、鍛造品Xの形状や大きさ等に応じて種々の形態が考えられる。また、上記実施形態では、針状の電極1を採用したが、電極1の形状はこれに限定されない。例えば鍛造品Xとの接触面積を増大させるように板状の電極を採用してもよい。さらに、上記実施形態では電極1を白金製とすることを例示したが、電極1の材料は白金に限定されない。
(1)上記実施形態では、図4(b)に示したように4点P1〜P4に電極1を設けたが、本開示はこれに限定されない。電極1の鍛造品Xへの設置態様は、鍛造品Xの形状や大きさ等に応じて種々の形態が考えられる。また、上記実施形態では、針状の電極1を採用したが、電極1の形状はこれに限定されない。例えば鍛造品Xとの接触面積を増大させるように板状の電極を採用してもよい。さらに、上記実施形態では電極1を白金製とすることを例示したが、電極1の材料は白金に限定されない。
(2)上記実施形態では、鍛造工程後に冷却工程(変態抑制工程)を行ったが、本開示はこれに限定されない。例えば鍛造工程の途中で冷却工程(変態抑制工程)を行ってもよい。すなわち、鍛造工程において、鍛造品Xが完成する前の途中段階、例えば押圧用上金型Cを用いた鍛造によって発熱しつつある母材Xaに電極1を接触させ、コンデンサブロック4(電源)を母材Xaに接続して、母材Xaを冷却してもよい。鍛造によって発熱している際の母材Xaに電源を接続することで、発熱で生じた高エネルギーの電子を効果的に母材Xaから奪うことができる。
また、鍛造の前に加熱された母材Xaに電極1を接触させて、コンデンサブロック4(電源)を母材Xaに接続してもよい。鍛造の前に加熱された母材Xaに電源を接続することで、予め母材Xaから電子を奪っておくことができ、電子が奪われていない母材(金属材料)に比べて、20〜30℃低い温度で鍛造できる。この理由としては、電子が持つエネルギーを原子核の格子が持つことになり、同じ温度では変形抵抗が減少するためであると考えられる。
冷却工程(変態抑制工程)は、母材Xaの温度に応じて適宜適切なタイミングで行えばよい。なお、温度が下がり過ぎた場合には、電子が入り込まない状態で絶縁状態で鍛造に適した温度に再加熱してもよい。母材Xaを加熱した後に電源に接続して冷却し、その後絶縁状態で再加熱してから鍛造を行ってもよい。
また、鍛造の前に加熱された母材Xaに電極1を接触させて、コンデンサブロック4(電源)を母材Xaに接続してもよい。鍛造の前に加熱された母材Xaに電源を接続することで、予め母材Xaから電子を奪っておくことができ、電子が奪われていない母材(金属材料)に比べて、20〜30℃低い温度で鍛造できる。この理由としては、電子が持つエネルギーを原子核の格子が持つことになり、同じ温度では変形抵抗が減少するためであると考えられる。
冷却工程(変態抑制工程)は、母材Xaの温度に応じて適宜適切なタイミングで行えばよい。なお、温度が下がり過ぎた場合には、電子が入り込まない状態で絶縁状態で鍛造に適した温度に再加熱してもよい。母材Xaを加熱した後に電源に接続して冷却し、その後絶縁状態で再加熱してから鍛造を行ってもよい。
(3)上記実施形態では、複数のコンデンサを並列接続したコンデンサブロック4を採用したが、本開示はこれに限定されない。例えば各種の二次電池を採用してもよい。また、上記実施形態では単一のコンデンサブロック4を用いたが、コンデンサブロック4の個数は複数であってもよい。例えば複数用意されたコンデンサブロック4を所定の順番で電極1に順次接続することにより、コンデンサブロック4を鍛造品Xに対して複数回接続してもよい。
(4)図5に示す実験結果では直流電源11の出力電圧を16Vとしたが、本開示はこれに限定されない。すなわち、コンデンサブロック4の端子間電圧については、16V近傍の電圧に限定されず、例えば鍛造品Xの冷却温度が最大となるように適宜設定すればよい。また、上記実施形態ではコンデンサブロック4を用いたが、鍛造品X内の自由電子を外部に放出可能な電源、つまり鍛造品X内の自由電子に外部に放出する方向の電界を作用させ得る電源であれば他の電源でもよい。すなわち、本開示の電源は鍛造品X内の自由電子を外部に放出させるように構成されていればよく、鍛造品Xから外部に放出させた自由電子を回収せずともよい。
(5)上記実施形態では、電極1、第1スイッチ2、第1抵抗器3、コンデンサブロック4、第2スイッチ5、第3スイッチ6、第2抵抗器7、第3抵抗器8、第4スイッチ9、第5スイッチ10、直流電源11、制御部12及び操作部13を備える鍛造品冷却装置Rを採用したが、本開示はこれに限定されない。鍛造品冷却装置Rの構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用してもよい。
(6)上記実施形態では、所定の金属材料からなる母材Xaから鍛造品Xを製造したが、本開示はこれに限定されない。例えば図6に示すように所定の金属材料からなる基材x3の表面に絶縁膜x4を形成し、電子を奪った状態の母材Xbを鍛造によって成形してもよい。すなわち、鍛造品冷却装置Rによるコンデンサブロック4の接続の前処理として、鍛造品X(処理対象物)の表面の絶縁処理を施してもよい。例えば、基材x3にガラスコーティングを施すことにより、基材x3の表面に絶縁膜x4を形成してもよい。
(7)上記実施形態は鍛造品Xの組織変化の抑制に本開示を適用した場合に関するが、本開示の適用はこれに限定されない。内部に自由電子を有する種々の金属製物体に本開示は適用可能である。また、本開示の本質的な手段は処理対象物(物体)に電源を接続することにあるので、その結果得られる特定処理は、上述した処理対象物(物体)の冷却や組織の相互作用の抑制に限定されない。
本開示における特定処理として、例えば切削工具の冷却処理が考えられる。切削工具は被切削材との摩擦によって高温化するが、切削工具を電源と接続することにより簡単に冷却することが可能である。すなわち、高温化による切削工具の硬度低下等を容易に抑制することが可能である。
また、本開示における特定処理として、例えば金属材料の容体化処理が考えられる。ニッケル合金、チタン合金等の金属材料は高温にしてから急冷することにより組織を緻密にして強度を上げているが、金属材料に電源と接続することにより簡単に急冷することが可能である。従来の方法では、金属材料を高温にしてから急冷すると、その表面と内部の温度差が大きくなり、大きな残留応力が生じ、よって金属材料が変形する可能性がある。一方、本開示によれば、表面と内部の温度差を緩和しつつ、金属材料の内部をも含む全体を急冷することが可能であり、よって質の高い容体化処理を実現することができる。
また、容体化処理のために加熱された金属材料に対して電源を接続し、予め金属材料から電子を奪い、その後、他の冷却手段によって急冷することも考えられる。この場合でも、残留応力を低減して金属材料の変形を抑制することができる。
また、容体化処理のために加熱された金属材料に対して電源を接続し、予め金属材料から電子を奪い、その後、他の冷却手段によって急冷することも考えられる。この場合でも、残留応力を低減して金属材料の変形を抑制することができる。
(8)上記実施形態では、第1〜第4設定状態を所定回数だけ繰り返したが、本開示はこれに限定されない。例えば第3、第4設定状態を省略し、第1、第2設定状態を所定回数繰り返してもよい。
本開示は、例えば金属からなる物体の組織変化や変形を従来よりも抑制するため、または物体をより適切に冷却するために利用することができる。
R 鍛造品冷却装置(物体処理装置)
T 鍛造装置
X 鍛造品(処理対象物)
Xa、Xb 母材
x1 ローターディスク
x2 ブレード
x3 基材
x4 絶縁膜
1 電極
2 第1スイッチ
3 第1抵抗器
4 コンデンサブロック
5 第2スイッチ
6 第3スイッチ
7 第2抵抗器
8 第3抵抗器
9 第4スイッチ
10 第5スイッチ
11 直流電源
12 制御部
13 操作部
A 下金型
B 上金型
C 押圧用上金型
a 突出部
b 第1の押圧面
c 第2押圧面
d 内側円筒面
e 第3の押圧面
f 外側円筒面
g 突出部
h 押圧面
T 鍛造装置
X 鍛造品(処理対象物)
Xa、Xb 母材
x1 ローターディスク
x2 ブレード
x3 基材
x4 絶縁膜
1 電極
2 第1スイッチ
3 第1抵抗器
4 コンデンサブロック
5 第2スイッチ
6 第3スイッチ
7 第2抵抗器
8 第3抵抗器
9 第4スイッチ
10 第5スイッチ
11 直流電源
12 制御部
13 操作部
A 下金型
B 上金型
C 押圧用上金型
a 突出部
b 第1の押圧面
c 第2押圧面
d 内側円筒面
e 第3の押圧面
f 外側円筒面
g 突出部
h 押圧面
Claims (12)
- 処理対象物に電源を接続することにより特定処理を施す物体処理方法。
- 前記特定処理は、前記処理対象物の冷却処理である請求項1に記載の物体処理方法。
- 前記特定処理は、前記処理対象物の組織の変態抑制処理である請求項1に記載の物体処理方法。
- 前記電源は、前記処理対象物と接続されることで前記処理対象物内の自由電子を外部に放出させる請求項1〜3のいずれか一項に記載の物体処理方法。
- 前記電源は、前記処理対象物から外部に放出させた自由電子を回収する請求項4に記載の物体処理方法。
- 前記電源が前記処理対象物に接続される際に、前記処理対象物に電流を流す他の電源は接続されない請求項4または5に記載の物体処理方法。
- 前記処理対象物は、鍛造によって発熱する金属体であり、
前記特定処理は、鍛造の前に加熱された前記金属体、鍛造によって発熱しつつある前記金属体、または鍛造によって発熱した前記金属体に対して施される請求項1〜6のいずれか一項に記載の物体処理方法。 - 電源と、
当該電源に接続され、処理対象物に接触する電極と
を備える物体処理装置。 - 前記電源は、前記電極を介して前記処理対象物と接続されることで前記処理対象物内の自由電子を外部に放出させるように構成されている請求項8に記載の物体処理装置。
- 前記電源は、前記処理対象物から外部に放出させた自由電子を回収するように構成されている請求項9に記載の物体処理装置。
- 前記処理対象物に電流を流す他の電源は設けられていない請求項9または10に記載の物体処理装置。
- 前記処理対象物は、鍛造の前に加熱された金属体、鍛造によって発熱しつつある金属体、または鍛造によって発熱した金属体である請求項8〜11のいずれか一項に記載の物体処理装置。
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2019
- 2019-02-28 JP JP2020505760A patent/JPWO2019176562A1/ja active Pending
- 2019-02-28 WO PCT/JP2019/007819 patent/WO2019176562A1/ja active Application Filing
- 2019-02-28 US US16/981,017 patent/US20210016342A1/en active Pending
- 2019-02-28 CN CN201980019144.2A patent/CN111819297A/zh active Pending
- 2019-02-28 EP EP19766700.9A patent/EP3766993A4/en not_active Withdrawn
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