押出ダイス
【課題】心棒に対してマンドレルリングを着脱可能なマンドレルにおいて、心棒とマンドレルリングとの熱膨張係数の差が大きい場合でもマンドレルリングの破損の危険性を低減し、かつマンドレルリングの高い位置精度を確保する。
【解決手段】マンドレル（30）は心棒（32）とマンドレルリング（35）とを有し、前記マンドレルリング（35）は、心棒（32）よりも熱膨張係数の小さい材料で構成され、前記心棒（32）の外周面およびマンドレルリング（35）の内周面が、マンドレルリング（35）を心棒（32）に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間（Ｓ１）があり、押出時のダイス温度時に、マンドレル（30）の軸線方向の少なくとも一部においてその隙間（Ｓ１）が無くなって両者が接触するように設定され、前記心棒（32）の外周面（32a）に、軸線方向に沿って少なくとも１本の溝（40）が設けられている。
【解決手段】マンドレル（30）は心棒（32）とマンドレルリング（35）とを有し、前記マンドレルリング（35）は、心棒（32）よりも熱膨張係数の小さい材料で構成され、前記心棒（32）の外周面およびマンドレルリング（35）の内周面が、マンドレルリング（35）を心棒（32）に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間（Ｓ１）があり、押出時のダイス温度時に、マンドレル（30）の軸線方向の少なくとも一部においてその隙間（Ｓ１）が無くなって両者が接触するように設定され、前記心棒（32）の外周面（32a）に、軸線方向に沿って少なくとも１本の溝（40）が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空材の押出加工に用いる押出ダイスに関する。
【０００２】
なお、本明細書および特許請求の範囲の記載において、押出材および押出材料の進む方向を下流または下流側と称し、逆方向を上流または上流側と称する。
【背景技術】
【０００３】
押出ダイスにおいては、ベアリング部に耐摩耗性を与えるために、ベアリング部を含むダイスの一部に超硬合金やセラミック等の超硬材料が用いられている（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１には、工具鋼からなるダイケースの凹部内に超硬材料からなるリング状ダイスを焼嵌めしたダイスが記載されている。特許文献２には、マンドレルの心棒を工具鋼で形成し、この心棒に超硬材料からなるマンドレルリングを外嵌めし、心棒の先端に抜け止め用ナットを取り付けてマンドレルリングを心棒に固定するように構成したポートホールダイスの雄型が記載されている。また、特許文献３に記載されているダイスは、心棒とマンドレルリングとの間に心棒よりも軟らかいスリーブを介在させてマンドレルリングを焼嵌めしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５３４８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１５２５号公報
【特許文献３】特公平４−６９００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、超硬材料を焼嵌めするタイプのダイスは、押出の準備工程やメンテナンスに手間がかかるという問題点がある。
【０００７】
また、超硬材料は工具鋼よりも熱膨張係数が小さく、かつ工具鋼よりも引張力に弱いという特性がある。このため、工具鋼からなる心棒に超硬材料からなるマンドレルリングを外嵌めする場合、熱間押出時に心棒が膨張し、マンドレルリングに対する締め付け力が強すぎると破損するおそれがある。逆に、締め付け力が弱すぎると、マンドレルリングがしっかりと固定されず、押出材の押継ぎ部に波打ちが発生したり、偏肉するおそれがある。また、押出材料の流れによってマンドレルリングが心棒から外れるおそれがある。
【０００８】
このような先行技術の問題点を解決するために、本発明者らは、特願２００９−７３９号において、心棒およびマンドレルリングの材料の熱膨張係数差を利用し、常温においては両者間に隙間が存在してマンドレルリングを着脱可能とし、押出時のダイス温度においては熱膨張によって隙間が無くなってマンドレルリングが心棒に固定されるマンドレルを提案した。
【０００９】
また、特願２００９−７３９号において提案したマンドレルは、押出時の締め代が適正値となるように常温時の心棒外径およびマンドレルリング内径を設定するので、心棒とマンドレルリングの熱膨張係数の差が大きくなるほど常温時における両者間の隙間は大きくなる。マンドレルの組み立ては常温で行うので、前記隙間が大きくなるほど組み立て時の心合わせが難しくなり、組み立て時の心合わせが不十分であると押出時においてもマンドレルリングの位置精度が悪くなる傾向がある。マンドレルリングの位置精度の低下は押出材の偏肉の一因である。このような現象に対し、マンドレルリングの位置精度を高めるために常温時の隙間が狭くなるように設定すると、押出時の締め代が大きくなるのでマンドレルリングの破損の危険性も高くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、心棒に対してマンドレルリングを着脱可能なマンドレルにおいて、心棒とマンドレルリングとの熱膨張係数の差が大きい場合でもマンドレルリングの破損の危険性を低減し、かつマンドレルリングの高い位置精度を確保できる押出ダイスの提供を目的とする。
【００１１】
即ち、本発明は下記［１］〜［７］に記載の構成を有する。
【００１２】
［１］押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料で構成され、
前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定され、
前記心棒の外周面に、軸線方向に沿って少なくとも１本の溝が設けられていることを特徴とする押出ダイス。
【００１３】
［２］前記心棒の先端に心棒よりも径小のボルト部が心棒と一体に形成され、このボルト部にナットを螺合させることによってマンドレルリングが軸線方向に拘束されるものとなされている前項１に記載の押出ダイス。
【００１４】
［３］前記溝の断面形状がＶ字形またはＵ字形である前項１または２に記載の押出ダイス。
【００１５】
［４］前記溝の開口縁が曲面で形成されている前項１〜３のいずれかに記載の押出ダイス。
【００１６】
［５］常温時における前記溝の開口幅および深さは、押出時のダイス温度において溝の凹みが残るように設定されている前項１〜４のいずれかに記載の押出ダイス。
【００１７】
［６］常温時において、前記溝の軸線方向の長さ（ＭＴ１）とマンドレルリングの軸線方向の長さ（ｍＴ１）とがＭＴ１≧ｍＴ１の関係を満たす前項１〜５のいずれかに記載の押出ダイス。
【００１８】
［７］前項１〜６のいずれかに記載の押出ダイスを用い、心棒とマンドレルリングとの間の軸線方向の少なくとも一部において隙間が無くなる温度で押出を行うことを特徴とする押出方法。
【発明の効果】
【００１９】
上記［１］に記載の発明によれば、心棒にマンドレルリングを外嵌めしたマンドレルにおいて、ダイスが押出時の温度になると、心棒とマンドレルリングとの熱膨張係数の差により両者の間に隙間が無くなり、マンドレルリングは心棒が膨張しようとする径方向の力によって締め付けられて心棒に固定される。このように、マンドレルリングが心棒に固定された状態で押出を行うと、押出材の偏肉が抑制されて高品質の押出材を製造することができる。また、常温時には心棒とマンドレルリングと間に隙間があるので、マンドレルリングの心棒への着脱が容易であり、マンドレルリングの交換等のメンテナンスを簡単に行える。
【００２０】
さらに、外周面に溝が設けられた心棒は、外周をマンドレルリングによって拘束されているために、押出時のダイス温度において、溝の断面形状が開口幅が狭くなり溝深さが浅くなるように変形する。この溝の変形が心棒とマンドレルリングの熱膨張係数差によって生じる締め付け力の一部を吸収し、マンドレルリングに対する応力負荷を軽減させる。このような応力負荷の軽減により、溝のない心棒を用いたマンドレルよりも常温時に心棒とマンドレルリングとの間の隙間を小さく設定しても、マンドレルリングを安定して固定することができる。そして、常温時の隙間を小さく設定することで、マンドレルを組み立てる際に心棒とマンドレルリングとの間のがたつきが小さくなって心棒とマンドレルリングの心合わせがなされやすくなる。常温時に心合わせがなされていると押出時のダイス温度においても心合わせの精度が高まりマンドレルリングの位置精度が高めることができる。
【００２１】
上記［２］に記載の発明によれば、ナットによってマンドレルリングが押出軸方向にも固定されるので、マンドレルリングの抜け落ちが防がれてさらに安定した固定状態が得られる。また、ナットによって押出軸方向のずれを抑制することで、心棒の膨張力による締め付けのみで固定する場合よりも、締め代を小さくすることができるので、締め代の増大によるマンドレルリングの破損の危険性を回避できる。
【００２２】
上記［３］に記載の発明によれば、入隅が溝底の1箇所であるので、心棒の熱膨張によって溝底が塞がり易く溝の開口幅も狭くなり易いので、締め代の精度が向上してマンドレルリングの固定安定性を高めることができる。また、隣接の溝とも干渉しにくいことから溝数を増やし易く、周方向において変形量を分散させ易い。
【００２３】
上記［４］に記載の発明によれば、押出時のダイス温度において、マンドレルリングに対する接触圧が周方向で連続的に変化するのでマンドレルリングの欠けや破損が発生しにくくなる。
【００２４】
上記［５］に記載によれば、マンドレルリングに対する応力負荷を確実に軽減できる。
【００２５】
上記［６に記載の発明によれば、心棒の軸線方向の全域で溝の変形によるマンドレルリングに対する応力負荷軽減効果を得ることができる。
【００２６】
上記［７］に記載の発明によれば、心棒の溝の変形によってマンドレルリングに対する応力負荷が軽減するので、溝のない心棒を用いたマンドレルよりも常温時に心棒とマンドレルリングとの間の隙間を小さく設定することができる。常温時の隙間の小さいマンドレルは、マンドレルを組み立てる際に心棒とマンドレルリングとの心合わせがなされやすくなり、押出時のダイス温度においても心合わせの精度が高まりマンドレルリングの位置精度が高まって、押出材の偏肉を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態である雄型を備えるポートホールダイスを示す分解斜視図である。
【図２】図１のポートホールダイスの組み付け状態を示す断面図である。
【図３】図１のポートホールにおけるマンドレルの分解状態を示す断面図である。
【図４】図３のマンドレルに用いられる心棒の斜視図である。
【図５】温度と、心棒の外径およびマンドレルリングの内径との関係を示す図である。
【図６Ａ】図３のマンドレルの常温時の状態を示す断面図である。
【図６Ｂ】図３のマンドレルの押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。
【図６Ｃ】図３のマンドレルの常温時における他の状態を示す断面図である。
【図７Ａ】図３のマンドレルにおいて、ナットによるマンドレルリングの拘束を説明する常温時の断面図である。
【図７Ｂ】図６Ａの押出時のダイス温度における状態を示す断面図である。
【図８Ａ】図６Ａの８Ａ−８Ａ線断面図である。
【図８Ｂ】図６Ｂの８Ｂ−８Ｂ線断面図である。
【図９Ａ】断面四角形の溝の他の例を示す断面図である。
【図９Ｂ】断面四角形の溝の他の例を示す断面図である。
【図１０Ａ】断面Ｖ字形の溝を示す断面図である。
【図１０Ｂ】断面Ｖ字形の溝の他の例を示す断面図である。
【図１０Ｃ】断面Ｖ字形の溝の他の例を示す断面図である。
【図１１】断面Ｕ字形の溝を示す断面図である。
【図１２Ａ】開口縁が曲面で形成された溝を示す断面図である。
【図１２Ｂ】開口縁が曲面で形成された溝の他の例を示す断面図である。
【図１２Ｃ】開口縁が曲面で形成された溝の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１および図２に示すポートホールダイス（10）は、中空押出材（1）の外周面を成形する雌型（11）と内周面を成形する雄型（20）とが組み合わされてなり、前記雄型（20）が本発明の押出ダイスの一実施形態である。
【００２９】
雌型（11）は、中央部にベアリング孔（12）を有し、ベアリング孔（12）の下流側にはリリーフ孔（13）が形成され、上流側には溶着室用凹部（14）が形成されている。
【００３０】
前記雄型（20）は、ダイス基盤（21）の中央から下流側にマンドレル（30）が突出し、このマンドレル（30）の周囲に押出方向に貫通する複数個のポートホール（22）を有している。隣接するポートホール（22）（22）間には、下流側に突出する前記マンドレル（30）をその基端部で支持する脚部（23）が形成されている。
【００３１】
図３に示すように、前記マンドレル（30）は、心棒（32）と、この心棒に外嵌めされるマンドレルリング（35）と、ナット（37）とを備えている。
【００３２】
前記マンドレル（30）において、ダイスの基盤部（21）から一体に続く台座（31）の先端側に径の小さい心棒（32）が一体に形成され、前記台座（31）と心棒（32）との直径差によりこれらの間には段部が形成され、この段部の下流側端面（33）がマンドレルリング（35）の軸線方向における基準位置となる。以下、この面を位置基準面（33）と称する。前記心棒（32）の先端側はさらに径小となって、外周面に螺旋状のネジ溝が形成されたボルト部（34）が一体に形成されている。前記台座（31）、心棒（32）およびボルト部（34）は同軸上に形成されている。また、図３および図４に示すように、心棒（32）の外周面（32a）に４本の溝（40）が設けられている。マンドレルリング（35）は、外周面に押出材（1）の内周面を成形するベアリング部（36）が突設された環状体である。ナット（37）は前記ボルト部（34）のネジ溝に螺合されるネジ孔（38）を有している。而して、前記心棒（32）にマンドレルリング（35）を外嵌めして位置基準面（33）に当接させ、ボルト部（34）にナット（37）のネジ孔（38）を螺合させると、マンドレルリング（35）は位置基準面（33）とナット（37）に挟まれて、押出軸方向の所定位置に配置される。前記心棒（32）およびマンドレルリング（35）の材料特性および寸法については後に詳述する。
【００３３】
前記雌型（11）と雄型（20）とを組み合わせると、雌型（11）のベアリング孔（12）内に雄型（20）のマンドレルリング（35）のベアリング部（36）が嵌り込んでこれらの間に環状の成形用間隙（符号なし）が形成され、雌型（11）の溶着室用凹部（14）の一部が雄型（20）の端面で塞がれてポートホール（22）に連通する溶着室を形成する。そして、各ポートホール（22）に流入した押出材料は溶着室で合流し、成形用間隙から中空部（2）を有する押出材（1）として押出される。
【００３４】
〔マンドレルの形状〕
本発明のマンドレルは、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度において、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定されている限り、前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面の形状は任意に設定することができる。即ち、本発明におけるマンドレルの形状に関する条件は下記（１）（２）である。
（１）常温時にマンドレルリングを心棒に外嵌めすることができる隙間があること
（２）押出時のダイス温度において、軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって心棒とマンドレルリングとが接触すること
本発明における「押出時のダイス温度」とは、心棒（32）およびマンドレルリング（35）が高温押出時に所定の温度となり、そのときの温度をいう。
【００３５】
図３および図６Ａは、本実施形態のマンドレル（30）の常温（Ｔ１）時における要部断面図である。このマンドレル（30）は、図１および図２に示した押出ダイス（10）の雄型（20）の一部を構成するマンドレルである。
【００３６】
前記マンドレル（30）は、心棒（32）の外周面（32a）およびマンドレルリング（35）の内周面（35a）がマンドレル（30）の軸線と平行に形成され、心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）は軸線方向において一定である。前記心棒（32）にマンドレルリング（35）を外嵌めすると、両者間に軸線に平行な一定の隙間（Ｓ１）が存在する。
【００３７】
本発明において、心棒（32）とマンドレルリング（35）との間に「隙間（Ｓ１）がある」とは、心棒（32）とマンドレルリング（35）との接触の有無を意味するのではなく、常温（Ｔ１）における心棒の外径（ＡＴ１）とマンドレルリングの内径（ＢＴ１）とが「ＢＴ１＞ＡＴ１」なる関係を満足し、両者の間にクリアランスが存在することを意味する。また、常温（Ｔ１）時の隙間（Ｓ１）の大きさはマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）と心棒（32）の外径（ＡＴ１）との差（ＢＴ１−ＡＴ１）で表わすものとする。
【００３８】
なお、図６Ａはマンドレルリング（35）の内周面（35a）と心棒（32）の外周面（32a）との間の距離が周方向においても一定の大きさとした状態を示しているが、常温（Ｔ１）においてはマンドレルリング（35）と心棒（32）の軸合わせがなされていないので、両者間の距離は周方向で必ずしも一定にはならない。例えば、マンドレル（30）の軸線が水平となる姿勢で組み立てを行うと、図６Ｃに示したように、マンドレルリング（35）の内周面（35a）の上部が心棒（32）の外周面（32a）の上部に接触して両者間の距離はゼロであり、周方向に沿って下方にいくにつれて両者間の距離が拡大し、下部において距離が最大となる。また、マンドレルリング（35）はナット（37）で締め付けられて仮止めされた状態にあるので、全周において両者は接触していないが、両者間の距離には偏りがある、という場合もある。従って、本発明において「隙間がある」とは、マンドレルリング（35）と心棒（32）との接触の有無を意味するのではなく、常温（Ｔ１）における心棒（32）の外径（ＡＴ１）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）とが「ＢＴ１＞ＡＴ１」なる関係を満足し、両者の間にクリアランスが存在することを意味する。また、マンドレルリング（35）と心棒（32）とが上述したいずれの位置関係にある場合においても、本発明における隙間（Ｓ１）の大きさはマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）と心棒の外径（ＡＴ１）との差（ＢＴ１−ＡＴ１）で表される。
【００３９】
また、本発明は心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面はマンドレルの軸線に対して平行であることを要さず、心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面のどちらか一方または両方が軸線に対して傾斜するテーパー面で形成されているマンドレル、軸線方向の一部がテーパー面で形成されているマンドレルも本発明に含まれる。従って、両者間の隙間の大きさが軸線方向で変化することもあり、本発明における隙間（Ｓ１）とは、軸線方向においてマンドレルリングの内径（ＢＴ１）と心棒の外径（ＡＴ１）との差（ＢＴ１−ＡＴ１）が最小となる部分における隙間である。
【００４０】
前記マンドレル（30）は、常温（Ｔ１）時に心棒（32）とマンドレルリング（35）とを組み付ける際には、両者の間に隙間（Ｓ１）があるのでマンドレルリング（35）を心棒（32）に外嵌めすることは容易である。さらに、ナット（37）を取り付けて締め付けると、心棒（32）には押出方向の引張力が生じ、マンドレルリング（35）には押出方向の圧縮力が生じる。
【００４１】
〔マンドレルの材料〕
前記マンドレルリング（35）を構成する材料は耐摩耗性に優れ、かつその熱膨張係数（α２）と心棒（32）を構成する材料の熱膨張係数（α１）とがα１＞α２の関係を満足するものであれば特に限定されない。本実施形態においては、心棒（32）を含む部分（以下、単に「心棒」と略する）が工具鋼で形成されているのに対し、マンドレルリング（35）は前記工具鋼よりも耐摩耗性の高い超硬材料で構成されている。超硬材料としては、ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金、高速度工具鋼、粉末高速度工具鋼、セラミックス等を例示できる。表１に、これらの超硬材料および工具鋼の一例およびそれらの熱膨張係数を示す。なお、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の基材の熱膨張係数がα１＞α２の関係を満足すれば良いので、例示した材料は表１に記載した用途に限定されない。例えば、粉末高速度工具鋼の心棒に超硬合金やセラミックスのマンドレルリングを組み合わせる場合も本発明に含まれる。
【００４２】
本発明において、マンドレルリングとして心棒よりも熱膨張係数の小さい材料を用いることにより、押出時の加工発熱によるマンドレルリングの膨張率が小さくなるため、押出材はより安定した寸法のものを得ることができる。即ち、心棒（工具鋼）に熱膨張係数の小さいマンドレルリングを組み合わせたマンドレルでは、押し出していない時と加工発熱最大時との外径差が、工具鋼のみで製作したマンドレルにおける外径差よりも小さくなるので、押出材の肉厚が安定する。そして、押出材の寸法が安定していると、後加工後の製品品質も安定したものとなる。例えば、押出後に引抜加工を行う場合、押出材に偏肉がなく肉厚が一定であれば、引抜材の肉厚も一定になる。また、押出材の肉厚が一定であれば、引抜上がりの長さも一定になる。また、マンドレルリングの材料は耐摩耗性が高いので摩耗粉の発生が少なく、摩耗粉の押出材への混入も減少する。押出材に異物であるダイスの摩耗粉が混入していると、押出材の品質が低下することはもとより引抜材の表面欠陥となる。押出材への摩耗粉の混入量が少なければ、引抜材に発生する表面欠陥も少なくなる。これらのことから、本発明の押出ダイスを用いて製造した押出材は、押出材としての品質が優れていることはもとより、後加工用素材としても品質の優れたものとなる。
【００４３】
【表１】
【００４４】
〔マンドレルリングの径方向における固定〕
図５は、温度（Ｔ）に対する心棒（32）の外径（Ａ）およびマンドレルリング（35）の内径（Ｂ）の変化を示したものである。
【００４５】
心棒（32）およびマンドレルリング（35）はいずれも熱膨張により寸法が拡大する（ＡＴ、ＢＴ）。この図に示すように、常温（Ｔ１）において、マンドレルリングの内径（ＢＴ１）は心棒の外径（ＡＴ１）よりも大きく、実寸としてＢＴ１−ＡＴ１の隙間がある。温度（Ｔ）が上昇すると、心棒（32）およびマンドレルリング（35）は、それぞれの熱膨張係数（α１）（α２）に応じて径が大きくなる。Ｔ２＞Ｔ１を満足する任意の温度（Ｔ２）における心棒（32）の外径（ＡＴ２）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）は、下記の（I）式および（II）式で表される。
【００４６】
ＡＴ２＝ＡＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α１＋ＡＴ１ …（I）
ＢＴ２＝ＢＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α２＋ＢＴ１ …（II）
ただし、α１：心棒を構成する材料の熱膨張係数
α２：マンドレルリングの基材を構成する材料の熱膨張係数
Ｔ１：常温
Ｔ２：高温（＞Ｔ１）
ＡＴ１：常温（Ｔ１）時の心棒の外径
ＢＴ１：常温（Ｔ１）時のマンドレルリングの内径（＞ＡＴ１）
【００４７】
図６Ａに示すように、常温（Ｔ１）においてマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を心棒（32）の外径（ＡＴ１）よりも大きい寸法で製作すると、両者の寸法差により心棒（32）の外周面とマンドレルリング（35）の内周面との間には隙間（Ｓ１）があるので、容易に外嵌めすることができる。
【００４８】
そして、図６Ｂに示すように、ダイス温度が上昇すると、心棒（32）の外径拡大量がマンドレルリング（35）の内径拡大量を上回るために隙間（Ｓ１）は減少していき、この隙間（Ｓ１）が無くなるとマンドレルリング（35）は心棒（32）に固定される。
【００４９】
熱膨張係数はα１＞α２であるから、図５に参照されるように、温度上昇に伴い、温度（ＴＺ）において心棒（32）の外径（ＡＴＺ）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴＺ）が等しくなった時点で隙間（Ｓ１）が無くなり、マンドレルリング（35）は心棒（32）から外れなくなって固定された状態となる。さらに温度が上昇すると、心棒（32）の外径（ＡＴ）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ）を上回る。心棒（32）の外径（ＡＴ）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ）を上回る温度領域（Ｔ＞ＴＺ）では、心棒（32）の膨張力がマンドレルリング（35）を内側から締め付ける力として作用し、マンドレルリング（35）に周方向の引張力が付与されるので、ますます心棒（32）から外れにくくなってしっかりと固定される。
【００５０】
〔心棒とマンドレルリングの締め代〕
押出時、ダイスは所定温度に加熱されて常温（Ｔ１）よりも高温となる。従って、図５および図６Ｂに示すように、押出時のダイス温度（Ｔ２）において、心棒（32）の外径（ＡＴ２）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）と等しくなるか、心棒（32）の外径（ＡＴ２）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）を上回るように、常温（Ｔ１）時の心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を設定すれば、マンドレルリング（35）を心棒（32）に固定した状態で押出を行うことができる。そして、マンドレルリング（35）が心棒（32）に固定された状態で押出を行うと、押出材（1）の偏肉が抑制されて高品質の押出材（1）を製造することができる。ただし、心棒（32）の膨張力が過剰になってマンドレルリング（35）の引張力の限界を超えるとマンドレルリング（35）が破損するので、材料の熱膨張係数（α１、α２）と押出時のダイス温度（Ｔ２）を勘案して、高温時に適度な引張力を生じさせるように、常温（Ｔ１）時の心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を設定する。
【００５１】
ここで、任意の温度（Ｔ）における心棒（32）とマンドレルリング（35）との締まり具合および緩み具合を、心棒（32）の外径（ＡＴ）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ）の比率に基づいて、下記（III）式の締め代（ＸＴ）として定義する。ＡＴ＜ＢＴ、即ち両者の間には隙間がある状態ではＸＴ＜０となり、締め代（ＸＴ）値が小さくなるほど緩みが大きいことを示している。一方、ＡＴ＞ＢＴ、即ち両者の間には隙間がなくマンドレルリング（35）が内側から心棒（32）に締め付けられている状態ではＸＴ＞０となり、締め代（ＸＴ）の値が大きくなるほど締め付け力大きいことを示している。ＡＴ＝ＢＴ（ＸＴ＝０）は、両者間に隙間はないが締め付け力が利いていない状態である。
ＸＴ（％）＝（ＡＴ／ＢＴ−１）×１００ …（III）
【００５２】
さらに、（III）式により、常温（Ｔ１）時および高温（Ｔ２）時（押出時のダイス温度）における心棒（32）とマンドレルリング（35）との締め代（ＸＴ１）（ＸＴ２）は、それぞれ（IV）式および（V）式により表わされる。
ＸＴ１（％）＝（ＡＴ１／ＢＴ１−１）×１００ …（IV）
ＸＴ２（％）＝（ＡＴ２／ＢＴ２−１）×１００
＝{〔ＡＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α１＋ＡＴ１〕/〔ＢＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α２＋ＢＴ１〕−1}×100 …（V）
【００５３】
心棒（32）およびマンドレルリング（35）は、常温（Ｔ１）時にＡＴ１＜ＢＴ１となるように製作されるのでＸＴ１＜０となり、締め代（ＸＴ１）は両者間の隙間があって緩んだ状態を示している。一方、押出時のダイス温度（Ｔ２）において両者間の隙間が無くなってＡＴ２≧ＢＴ２であるから、その締め代（ＸＴ２）は０または正値となり、締め付け力が利いている状態を示している。また、ＸＴ２＜０は、押出時のダイス温度（Ｔ２）においても緩みがあってマンドレルリング（35）が心棒（32）に固定されていない状態を示している。
【００５４】
前記締め代（ＸＴ２）が大きくなるほど締め付け力も強くなり、マンドレルリング（35）がしっかりと固定されて外れにくくなるが、上述したように締め付け力が過度に大きくなるとマンドレルリング（35）が破損するおそれがある。また、押出時には材料流れにより押出方向の力もが加わる。これらを勘案すると、前記締め代（ＸＴ２）は０．３％以下が好ましい。前記締め代（ＸＴ２）が０または正値である限り下限値は規定されないが、確実に固定するために０．０５％以上が好ましい。特に好ましい締め代（ＸＴ２）は０．１５〜０．２５％である。なお、締め代（ＸＴ２）の適正範囲は、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の材質、マンドレルリング（35）の厚み等によって異なる。
【００５５】
なお、前記締め代（ＸＴ２）は、後述する心棒（32）の溝（40）の変形が無いものとして、ダイス温度（Ｔ１、Ｔ２）、常温（Ｔ１）時の心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）、熱膨張係数（α１、α２）から計算した値である。
【００５６】
従って、常温（Ｔ１）時に隙間（Ｓ１）が最小となり押出時のダイス温度（Ｔ２）時に締め付け力が最大となる部分において、押出（Ｔ２）時の締め代（ＸＴ２）が０〜０．３％となるように心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を設定すれば良い。その他の部分における締め代は、常温（Ｔ１）時の隙間（Ｓ１）の大きさに応じた値となる。
【００５７】
また、常温（Ｔ１）時の締め代（ＸＴ１）は負値である限り限定されない。心棒（32）の外径（ＡＴ１）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）よりも小さいので、これらの組み付け作業は容易である。押出ダイスは、押出が終わって常温（Ｔ１）に冷却されると常温（Ｔ１）時の締め代（ＸＴ１）に戻って緩みが生じるので、心棒（32）からマンドレルリング（35）を取り外すことができる。従って、摩耗したマンドレルリングの取り外し、新しいマンドレルリングの取り付けといったメンテナンスを容易に行える。
【００５８】
〔マンドレルリングの押出軸方向における固定〕
上記実施形態のマンドレル（30）においては、心棒（32）の先端に、マンドレルリング（35）の内径よりも径の大きいナット（37）が着脱自在に取り付けられている。高温（Ｔ２）時のマンドレルリング（35）は心棒（32）によって径方向に締め付けられて固定されるが、押出中は材料の流れにより下流側への力が加わる。そこで、前記マンドレル（30）においては、ナット（37）を取り付けることでマンドレルリング（35）の抜け落ちを確実に防ぎ、固定安定性を高めている。また、ナット（37）を取り付けて押出軸方向の拘束力を加えることで、心棒（32）の膨張力による締め付けのみで固定する場合よりも、締め代（ＸＴ２）を小さくすることができるので、締め代（ＸＴ２）の増大によるマンドレルリング（35）の破損の危険性を回避できる。
【００５９】
また、ナット（37）を取り付けるマンドレル（30）においては、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向における寸法にも常温（Ｔ１）時に差を設けておき、高温（Ｔ２）時にナット（37）がマンドレルリング（35）に当接して、マンドレルリング（35）がナット（37）によって確実に拘束されるようにすることが好ましい。
【００６０】
図６Ａおよび図６Ｂは、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向における好ましい寸法関係を示している。図６Ａに示す常温（Ｔ１）時において、心棒（32）の長さ（符号なし）はマンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）よりも短く、ボルト部（34）に螺合させたナット（37）はマンドレルリング（35）を締め付けている。心棒（32）には、心棒（32）とナット（37）との間の隙間（Ｓ２）に応じた引張力が付与され、マンドレルリング（35）は押出軸方向に拘束されている。図６Ｂは、図６Ａの押出時のダイス温度（Ｔ２）時の状態を示す図であり、心棒（32）およびマンドレルリング（35）がそれぞれに膨張した状態を示している。心棒（32）の熱膨張係数（α１）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数（α２）はα１＞α2の関係にあるので、心棒（32）の寸法拡大量がマンドレルリング（35）の寸法拡大量を上回り、前記隙間（Ｓ２）は減少方向に変化する。この隙間（Ｓ２）の減少により、心棒（32）に付与される引張力は減少し、マンドレルリング（35）に対する締め付け力は減少するが、隙間（Ｓ２）がある限りがナット（37）による抑えが利いているので、マンドレルリング（35）が押出軸方向にずれることはない。即ち、マンドレルリング（35）は径方向と押出軸方向の両方向に拘束されて固定されている。このように、押出軸方向の拘束が加わることで、上述した径方向の締め代（ＸＴ２）を小さくしても、マンドレルリング（35）の固定安定性を維持することができる。ひいては、マンドレルリング（35）に付与される周方向の引張力を軽減して、締め代（ＸＴ２）の増大による破損を回避することができる。
【００６１】
これに対し、図７Ａは、常温（Ｔ１）において心棒（32）とマンドレルリング（35）の長さが等しく、心棒（32）とナット（37）との間に隙間（Ｓ２）が無い状態を示している。図７Ｂは、図７Ａの押出時のダイス温度（Ｔ２）における状態を示す図であり、熱膨張により心棒（32）がマンドレルリング（35）よりも長くなって、マンドレルリング（35）とナット（37）との間に隙間（Ｓ３）が生じている。このような状態では、マンドレルリング（35）に対してナット（37）による抑えが利かなくなり、押出軸方向の固定安定性が低下する。また、このような状態でマンドレルリング（35）のずれを確実に阻止するには、径方向の締め代（ＸＴ２）を十分に大きくする必要があるので、マンドレルリング（35）が破損する可能性も増大する。
【００６２】
なお、図６Ａおよび図６Ｂでは常温（Ｔ１）時に心棒（32）がマンドレルリング（35）より短い場合を示したが、その差が小さく押出時のダイス温度（Ｔ２）時に長さが逆転して心棒（32）がマンドレルリング（35）よりも長くなれば、図７Ｂのようにナット（37）による抑えが利かなくなる。
【００６３】
以上より、押出時のダイス温度（Ｔ２）においてマンドレルリング（35）にナット（37）による締め付け力が作用するように、常温（Ｔ１）時の心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向の寸法を設定しておくことが好ましい。ダイスの温度上昇に伴って、マンドレルリング（35）とナット（37）は緩む方向に変化するので、押出時のダイス温度（Ｔ２）時にナット（37）による締め付け力を確実に利かせるためには、少なくとも常温（Ｔ１）時にナット（37）がマンドレルリング（35）を締め付けている必要がある。このとき、軸線方向の寸法は心棒（32）＜マンドレルリング（35）であり、心棒（32）とナット（37）との間には隙間（Ｓ２）が存在する（図６Ａ参照）。
【００６４】
〔心棒の溝〕
本発明において、押出時の締め代（ＸＴ２）がＸＴ２≧０となるように心棒（32）の外周面（32a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）が設定されていることは必須条件である。また、径方向において所定の締め代（ＸＴ２）を得る場合、心棒（32）の熱膨張係数（α１）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数（α２）の差（α１−α２）が大きくなるほど、常温（Ｔ１）時の両者の隙間（Ｓ１）は大きくなる。従って、常温（Ｔ１）で行うマンドレル（30）の組み立てにおいては、両者間の隙間（Ｓ１）が大きくなるほどマンドレルリング（35）のがたつきが大きくなって心棒（32）とマンドレルリング（35）の軸線合わせが難しくなる。常温（Ｔ１）時の軸線のずれはダイス温度が上昇しても継承されることがあり、押出時のマンドレルリング（35）の径方向の位置精度を低下させて押出材の偏肉の原因の一つとなる。常温（Ｔ１）時の隙間（Ｓ１）が小さくなるように心棒（32）の外径およびマンドレルリング（35）の内径を設定すれば組み立て時に両者の軸線を合わせ易くなり、押出時のマンドレルリング（35）の位置精度も高くなるが、その反面締め代（ＸＴ２）が大きくなってマンドレルリング（35）に対する締め付け力が大きくなるので破損の危険性も増すことになる。
【００６５】
そこで、本発明は、心棒の外周面に溝を設け、押出時の熱膨張による断面積の拡大を溝の断面形状を変形させることによってマンドレルリングに対する締め付け力を緩和し、マンドレルリングの破損を防止している。これにより、溝のない心棒を用いた場合よりも両者間の隙間（Ｓ１）を狭く設定することができる。
【００６６】
以下に、外周面に溝を設けた心棒、およびこの心棒を組み合わせたマンドレルについて、図３、４、６Ａ、６Ｂ、８Ａ〜１２Ｃを参照して説明する。なお、これらに図示したマンドレル（30）は、常温（Ｔ１）時において、軸線方向の寸法が心棒（32）よりもマンドレルリング（35）の方が長く、心棒（32）とナット(37）の間には隙間（Ｓ２）が存在し、軸線方向においてもマンドレルリングが固定されるものである。
【００６７】
図４は、図３に示したマンドレル（30）に用いられている心棒（32）を含む部分の斜視図である。図４に示すように、心棒（32）の外周面（32a）には、周方向に等間隔に配置された４本の溝（40）が軸線方向に沿って設けられている。これら４本の溝（40）は溝底が心棒（32）の中心（マンドレルの軸線）に向いており、４本の溝（40）は心棒の中心に対し放射状に設けられている。
【００６８】
また、図８Ａは図６Ｂの８Ａ−８Ａ線断面図、図８Ｂは図６Ｂの８Ｂ−８Ｂ線断面図である。図８Ａにおいて（ＣＴ１）、（ＦＴ１）はそれぞれ常温（Ｔ１）時の溝（40）の開口幅（周方向の寸法）、深さ（半径方向の寸法）であり、図８Ｂにおいて（ＣＴ２）、（ＦＴ２）はそれぞれ押出時のダイス温度（Ｔ２）における溝（40）の開口幅、深さである。図８Ａに示すように、前記溝（40）の断面形状は略長方形であり、開口幅（ＣＴ２）と底幅とが等しく、溝（40）の側面と底面のなす角度（θ１）は９０°である。
【００６９】
図８Ａに示す常温（Ｔ１）時において、心棒（32）とマンドレルリング（35）との間には隙間（Ｓ１）がある。図８Ｂに示す押出時のダイス温度（Ｔ２）において、心棒の外径（ＡＴ１）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）とがＡＴ１≧ＢＴ２の関係となって両者間の隙間（Ｓ１）がなくなる。このとき、心棒（32）の熱膨張によってマンドレルリング（35）を締め付けてマンドレルリング（35）を固定する力は、マンドレルリング（35）が心棒（32）を外周側から拘束する力となり、心棒（32）の外径が拡大しようとする力に抗して作用する。このため、心棒（32）の外径を拡大させる力が溝（40）に逃げ、溝（40）の断面形状は開口幅（ＣＴ１）が狭くなりかつ溝深さ（ＦＴ１）が浅くなるように変形する。即ち、常温時の溝幅（ＣＴ１）＞押出時の溝幅（ＣＴ２）となり、常温時の溝深さ（ＦＴ１）＞押出時の溝深さ（ＦＴ２）となる。このような心棒（32）の変形により、押出時の心棒（32）の外径は、常温（Ｔ１）時の外径（ＡＴ１）および熱膨張係数（α１）に基づいて（I）式により算出した外径（ＡＴ２）よりも小さくなり、マンドレルリング（35）の締め代も（V）式により算出した締め代（ＸＴ２）よりも僅かに小さくなる。即ち、心棒（32）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数差（α１−α２）で生じる締め付け力の一部を溝（40）に逃がすことによって、マンドレルリング（35）に対する応力負荷を軽減させている。なお、上述した溝（40）の変形は弾性変形域内であるから、押出後にダイスが常温に下がると溝（40）の開口幅および溝深さは元の（ＣＴ１）（ＦＴ１）に戻る。
【００７０】
上述したように、本発明のマンドレルにおいては、マンドレルリング（35）に対する締め付け力は溝（40）の変形によって緩和され、実際に得られる締め代は常温時の寸法および熱膨張係数に基づいて算出した締め代（ＸＴ２）から溝（40）の変形による緩和分を差し引いた値となる。このため、押出時に計算上の締め代（ＸＴ２）を得るためには、常温（Ｔ１）時の両者間の隙間（Ｓ１）を（ＸＴ２）の計算の元となった値よりも小さく（狭く）設定することができ、小さい隙間（Ｓ１）でマンドレルリング（35）を安定して固定することができる。そして、常温時の隙間（Ｓ１）を小さく設定することで、マンドレル（30）を組み立てる際に心棒（32）とマンドレルリング（35）との間のがたつきが小さくなって心棒（32）とマンドレルリング（35）の心合わせがなされやすくなる。常温（Ｔ１）時に心合わせがなされていると押出時のダイス温度（Ｔ２）においても心合わせの精度が高まりマンドレルリング（35）の位置精度が高まるので、本発明の押出ダイスを用いた金属の押出において押出材の偏肉を低減することができる。また、溝の変形は弾性変形域内であるから、押出ダイスを繰り返し使用してもマンドレルリングの高い位置精度を維持することができる。
【００７１】
上記の本発明による溝の変形を利用したマンドレルリングの心合わせ向上効果は、心棒とマンドレルリングの熱膨張係数差の大小にかかわらず得ることができる。ただし、両者の熱膨張係数差が大きいマンドレルでは、溝なしの心棒を用いると過剰な締め付け力によるマンドレルリングの破損を防ぐために常温時の隙間（Ｓ１）を大きく設定しなければならないので、このようなマンドレルにおいて本発明を適用する意義は大きい。
【００７２】
心棒（32）に設ける溝の数は上記実施形態の４個に限定されない。溝は１つあれば溝の変形によってマンドレルリング（35）に対する締め付け力を吸収できるので溝の数は任意である。ただし、変形量を周方向において均一に分散させるには、複数の溝を等間隔で設け、複数箇所で変形させることが好ましい。周方向において変形量を均等に分散させることによって周方向における締め代が均等化され、ひいてはマンドレルリングの固定安定性を高めて位置精度を高めることができる。また、多数の溝を設けるという観点より、常温時における溝（40）の深さ（ＦＴ１）を心棒の半径よりも小さく設定し、ＦＴ１＜ＡＴ１／２なる関係を満たすことが好ましい。多数の溝を設ける場合は、隣接する溝が干渉し合わないように、溝数、溝幅および溝深さを適宜設定する。
【００７３】
本発明において、隣接する溝が干渉し合わない限り、溝数や溝の断面形状は任意に設定することができる。ただし、図８Ｂに参照されるように、押出時のダイス温度（Ｔ２）において溝（40）の開口幅（ＣＴ２）および溝深さ（ＦＴ２）が０を超えるように、常温時の開口幅（ＣＴ１）および溝深さ（ＦＴ１）が設定されていることが好ましい。溝幅（ＣＴ２）＝０、溝深さ（ＦＴ２）＝０とは、心棒（32）の熱膨張によって溝（40）が変形し尽くして溝（40）の凹みが無くなった状態であるから、締め付け力の緩和が不十分であるおそれがある。押出時に溝（40）の凹みが残るように常温時の開口幅（ＣＴ１）および溝深さ（ＦＴ１）を設定することによって、マンドレルリングに対する応力負荷を確実に軽減できる。
【００７４】
溝（40）の軸線方向の長さ（ＭＴ１）も限定されない。しかし、マンドレルリング（35）の応力負荷が軽減される領域は溝（40）が形成されている部分であるから、軸線方向の全域でマンドレルリング（35）に対する締め付け力を緩和して応力負荷軽減効果を得るには、溝の（40）上流側端部が心棒（32）の上流側端部である位置基準面（33）に達していることが好ましい。また、常温（Ｔ１）時の溝（40）の長さ（ＭＴ１）がマンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）と同一またはそれ以上となるよう設定することが好ましく、ＭＴ１≧ｍＴ１の関係を満足するよう設定することが好ましい。また、図３、図６Ａ、図６Ｂに示したマンドレル（30）においては、マンドレルリング（35）の軸線方向の固定を確実なものとするために、常温（Ｔ１）時において、心棒（32）の長さ（符号なし）をマンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）よりも短くしているので、溝（40）の長さ（ＭＴ１）≧マンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）の関係を満足するように設定すると、溝（40）の上流側端部はマンドレルリング（35）の位置基準面（33）よりも上流側になり、台座（31）にまで切り込んだ溝となる。
【００７５】
（他の溝形状）
図３等に示した心棒（32）の溝（40）は、断面形状が長方形であって、側面および底面が平面で構成され、かつ開口幅と溝底の幅が等しいものであった。しかし、本発明は溝の断面形状をこのような形状を限定するものではない。以下に、他の形状の溝について図面を参照しつつ説明する。図９Ａ〜１２Ｃは、心棒（32）の軸線に垂直な断面を示している。なお、これらの図は溝形状の説明のために溝を拡大表示してものであり、溝の寸法を規定するものでない。
【００７６】
図９Ａおよび図９Ｂは断面四角形の溝（41）（42）を示している。図９Ａの溝（41）は開口幅が底幅よりも狭いあり溝であり、側面と底面のなす角度（θ１）は０°＜θ１＜９０°である。図９Ｂの溝（42）は開口幅が底幅よりも広く、側面と底面のなす角度（θ１）は９０°＜θ１＜１８０°である。断面四角形の溝では、隣接する溝との干渉を回避するという観点から、側面と底面のなす角度（θ１）を９０°≦θ＜１８０°の範囲に設定することが好ましい。なお、θ１＝９０°の溝とは図８Ａに示した溝（40）である。
【００７７】
図１０Ａ〜１０Ｃは断面Ｖ字形の溝（43）（44）（45）を示しており、これらの溝（43）（44）（45）はそれぞれ溝底（43a）（44a）（45a）の開き角度（θ２）が異なる。開き角度（θ２）は、図１０Ａの溝（43）が９０°、図１０Ｂの溝（44）が０°＜θ２＜９０°、図１０Ｃの溝（45）が９０°＜θ２＜１８０°である。断面Ｖ字形の溝（43）（44）（45）は入隅が溝底（43a）（44a）（45a）の1箇所であるので、溝の開口幅および溝深さが同等ならば、２箇所に入隅が形成される断面四角形の溝よりも溝底（43a）（44a）（45a）が塞がり易く溝の開口幅も狭くなり易いので、締め代の精度が向上してマンドレルリングの固定安定性を高めることができる。また、断面Ｖ字形の溝（43）（44）（45）は隣接の溝とも干渉しにくいことから溝数を増やし易く、周方向において変形量を分散させ易い。
【００７８】
図１１は、底面（46a）が曲面で形成された断面Ｕ字形の溝（46）を示している。Ｕ字形の溝（46）は、Ｖ字形の溝（43）（44）（45）と同じく、押出時の熱膨張によって溝底（46a）が塞がり易く溝の開口幅も狭くなり易いので、締め代の精度が向上してマンドレルリングの固定安定性を高めることができる。また、隣接の溝とも干渉しにくいことから溝数を増やし易く、周方向において変形量を分散させ易い。また、断面四角形の溝よりも溝付け加工が容易である。断面Ｕ字形の溝において、常温（Ｔ１）時の底面（46a）の曲率（ＲＴ１）と心棒（32）の外径（ＡＴ１）とは、ＲＴ１＜ＡＴ１／２なる関係を満たしていることが好ましく、特にＲＴ１＜ＡＴ１／４なる関係を満たしていることが好ましい。
【００７９】
図１２Ａ〜１２Ｃに示された溝（47）（48）（49）は、心棒（32）の外周面（32a）と溝の側面との出隅である開口縁（47a）（48a）（49a）を曲面で形成したものである。図１２Ａの溝（47）は断面四角形の溝の開口縁（47a）を曲面で形成したもの、図１２Ｂの溝（48）は断面Ｖ字形の溝の開口縁（48a）を曲面で形成したもの、図１２Ｃの溝（49）は断面Ｕ字形の溝の開口縁（49a）を曲面で形成したものである。このように、溝（47）（48）（49）の開口縁（47a）（48a）（49a）が曲面で形成されていると、押出時の熱膨張後も開口縁（47a）（48a）（49a）の曲面が維持され、マンドレルリング（35）に対する接触圧が周方向で連続的に変化するのでマンドレルリング（35）の欠けや破損が発生しにくくなる。
【００８０】
また、図９Ａ〜１２Ｃの種々形状の溝（41）〜（49）に関し、溝の数、溝の開口幅、溝深さの好ましい範囲は、先に説明した断面長方形の溝（40）に準じる。
【００８１】
本発明のマンドレルはマンドレルリングの軸線方向の拘束手段を、心棒と一体に形成したボルト部とこのボルト部に螺合するナットに限定するものではない。他の拘束手段として、心棒の中心に心棒を軸線方向に貫くボルト挿通孔を設け、孔底となる台座に雌ねじ部を形成し、ボルトを貫通孔に差し込んで先端部を雌ねじ部に螺合させ、ボルトの頭部でマンドレルリングを下流側から抑える方法を例示できる。
【００８２】
本発明の押出ダイスは、閉じられた中空部を有する中空材の押出のみならず、中空部の一部が開口した半中空材の押出にも適用することができる。
【００８３】
また、本発明の押出ダイスを用いて成形する材料は金属である限り何ら限定されず、アルミニウム、銅、鉄およびこれらの合金を例示できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の押出ダイスは、中空部または半中空部を有する各種押出材の製造に利用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１…押出材
10…ポートホールダイス
11…雌型
20…雄型（押出ダイス）
21…ダイス基盤
30…マンドレル
32…心棒
34…ボルト部
35…マンドレルリング
37…ナット
40、41、42、47、48、49…溝
43、44、45…断面Ｖ字形の溝
46…断面Ｕ字形の溝
47a、48a、49a…溝の開口縁
Ｓ１…隙間
ＣＴ１、ＣＴ２…溝の開口幅
ＦＴ１、ＦＴ２…溝の深さ
ＡＴ１、ＡＴ２…心棒外径
ＭＴ１…溝の軸線方向の長さ
ｍＴ１…マンドレルリングの軸線方向の長さ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空材の押出加工に用いる押出ダイスに関する。
【０００２】
なお、本明細書および特許請求の範囲の記載において、押出材および押出材料の進む方向を下流または下流側と称し、逆方向を上流または上流側と称する。
【背景技術】
【０００３】
押出ダイスにおいては、ベアリング部に耐摩耗性を与えるために、ベアリング部を含むダイスの一部に超硬合金やセラミック等の超硬材料が用いられている（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１には、工具鋼からなるダイケースの凹部内に超硬材料からなるリング状ダイスを焼嵌めしたダイスが記載されている。特許文献２には、マンドレルの心棒を工具鋼で形成し、この心棒に超硬材料からなるマンドレルリングを外嵌めし、心棒の先端に抜け止め用ナットを取り付けてマンドレルリングを心棒に固定するように構成したポートホールダイスの雄型が記載されている。また、特許文献３に記載されているダイスは、心棒とマンドレルリングとの間に心棒よりも軟らかいスリーブを介在させてマンドレルリングを焼嵌めしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５３４８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１５２５号公報
【特許文献３】特公平４−６９００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、超硬材料を焼嵌めするタイプのダイスは、押出の準備工程やメンテナンスに手間がかかるという問題点がある。
【０００７】
また、超硬材料は工具鋼よりも熱膨張係数が小さく、かつ工具鋼よりも引張力に弱いという特性がある。このため、工具鋼からなる心棒に超硬材料からなるマンドレルリングを外嵌めする場合、熱間押出時に心棒が膨張し、マンドレルリングに対する締め付け力が強すぎると破損するおそれがある。逆に、締め付け力が弱すぎると、マンドレルリングがしっかりと固定されず、押出材の押継ぎ部に波打ちが発生したり、偏肉するおそれがある。また、押出材料の流れによってマンドレルリングが心棒から外れるおそれがある。
【０００８】
このような先行技術の問題点を解決するために、本発明者らは、特願２００９−７３９号において、心棒およびマンドレルリングの材料の熱膨張係数差を利用し、常温においては両者間に隙間が存在してマンドレルリングを着脱可能とし、押出時のダイス温度においては熱膨張によって隙間が無くなってマンドレルリングが心棒に固定されるマンドレルを提案した。
【０００９】
また、特願２００９−７３９号において提案したマンドレルは、押出時の締め代が適正値となるように常温時の心棒外径およびマンドレルリング内径を設定するので、心棒とマンドレルリングの熱膨張係数の差が大きくなるほど常温時における両者間の隙間は大きくなる。マンドレルの組み立ては常温で行うので、前記隙間が大きくなるほど組み立て時の心合わせが難しくなり、組み立て時の心合わせが不十分であると押出時においてもマンドレルリングの位置精度が悪くなる傾向がある。マンドレルリングの位置精度の低下は押出材の偏肉の一因である。このような現象に対し、マンドレルリングの位置精度を高めるために常温時の隙間が狭くなるように設定すると、押出時の締め代が大きくなるのでマンドレルリングの破損の危険性も高くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、心棒に対してマンドレルリングを着脱可能なマンドレルにおいて、心棒とマンドレルリングとの熱膨張係数の差が大きい場合でもマンドレルリングの破損の危険性を低減し、かつマンドレルリングの高い位置精度を確保できる押出ダイスの提供を目的とする。
【００１１】
即ち、本発明は下記［１］〜［７］に記載の構成を有する。
【００１２】
［１］押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料で構成され、
前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定され、
前記心棒の外周面に、軸線方向に沿って少なくとも１本の溝が設けられていることを特徴とする押出ダイス。
【００１３】
［２］前記心棒の先端に心棒よりも径小のボルト部が心棒と一体に形成され、このボルト部にナットを螺合させることによってマンドレルリングが軸線方向に拘束されるものとなされている前項１に記載の押出ダイス。
【００１４】
［３］前記溝の断面形状がＶ字形またはＵ字形である前項１または２に記載の押出ダイス。
【００１５】
［４］前記溝の開口縁が曲面で形成されている前項１〜３のいずれかに記載の押出ダイス。
【００１６】
［５］常温時における前記溝の開口幅および深さは、押出時のダイス温度において溝の凹みが残るように設定されている前項１〜４のいずれかに記載の押出ダイス。
【００１７】
［６］常温時において、前記溝の軸線方向の長さ（ＭＴ１）とマンドレルリングの軸線方向の長さ（ｍＴ１）とがＭＴ１≧ｍＴ１の関係を満たす前項１〜５のいずれかに記載の押出ダイス。
【００１８】
［７］前項１〜６のいずれかに記載の押出ダイスを用い、心棒とマンドレルリングとの間の軸線方向の少なくとも一部において隙間が無くなる温度で押出を行うことを特徴とする押出方法。
【発明の効果】
【００１９】
上記［１］に記載の発明によれば、心棒にマンドレルリングを外嵌めしたマンドレルにおいて、ダイスが押出時の温度になると、心棒とマンドレルリングとの熱膨張係数の差により両者の間に隙間が無くなり、マンドレルリングは心棒が膨張しようとする径方向の力によって締め付けられて心棒に固定される。このように、マンドレルリングが心棒に固定された状態で押出を行うと、押出材の偏肉が抑制されて高品質の押出材を製造することができる。また、常温時には心棒とマンドレルリングと間に隙間があるので、マンドレルリングの心棒への着脱が容易であり、マンドレルリングの交換等のメンテナンスを簡単に行える。
【００２０】
さらに、外周面に溝が設けられた心棒は、外周をマンドレルリングによって拘束されているために、押出時のダイス温度において、溝の断面形状が開口幅が狭くなり溝深さが浅くなるように変形する。この溝の変形が心棒とマンドレルリングの熱膨張係数差によって生じる締め付け力の一部を吸収し、マンドレルリングに対する応力負荷を軽減させる。このような応力負荷の軽減により、溝のない心棒を用いたマンドレルよりも常温時に心棒とマンドレルリングとの間の隙間を小さく設定しても、マンドレルリングを安定して固定することができる。そして、常温時の隙間を小さく設定することで、マンドレルを組み立てる際に心棒とマンドレルリングとの間のがたつきが小さくなって心棒とマンドレルリングの心合わせがなされやすくなる。常温時に心合わせがなされていると押出時のダイス温度においても心合わせの精度が高まりマンドレルリングの位置精度が高めることができる。
【００２１】
上記［２］に記載の発明によれば、ナットによってマンドレルリングが押出軸方向にも固定されるので、マンドレルリングの抜け落ちが防がれてさらに安定した固定状態が得られる。また、ナットによって押出軸方向のずれを抑制することで、心棒の膨張力による締め付けのみで固定する場合よりも、締め代を小さくすることができるので、締め代の増大によるマンドレルリングの破損の危険性を回避できる。
【００２２】
上記［３］に記載の発明によれば、入隅が溝底の1箇所であるので、心棒の熱膨張によって溝底が塞がり易く溝の開口幅も狭くなり易いので、締め代の精度が向上してマンドレルリングの固定安定性を高めることができる。また、隣接の溝とも干渉しにくいことから溝数を増やし易く、周方向において変形量を分散させ易い。
【００２３】
上記［４］に記載の発明によれば、押出時のダイス温度において、マンドレルリングに対する接触圧が周方向で連続的に変化するのでマンドレルリングの欠けや破損が発生しにくくなる。
【００２４】
上記［５］に記載によれば、マンドレルリングに対する応力負荷を確実に軽減できる。
【００２５】
上記［６に記載の発明によれば、心棒の軸線方向の全域で溝の変形によるマンドレルリングに対する応力負荷軽減効果を得ることができる。
【００２６】
上記［７］に記載の発明によれば、心棒の溝の変形によってマンドレルリングに対する応力負荷が軽減するので、溝のない心棒を用いたマンドレルよりも常温時に心棒とマンドレルリングとの間の隙間を小さく設定することができる。常温時の隙間の小さいマンドレルは、マンドレルを組み立てる際に心棒とマンドレルリングとの心合わせがなされやすくなり、押出時のダイス温度においても心合わせの精度が高まりマンドレルリングの位置精度が高まって、押出材の偏肉を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態である雄型を備えるポートホールダイスを示す分解斜視図である。
【図２】図１のポートホールダイスの組み付け状態を示す断面図である。
【図３】図１のポートホールにおけるマンドレルの分解状態を示す断面図である。
【図４】図３のマンドレルに用いられる心棒の斜視図である。
【図５】温度と、心棒の外径およびマンドレルリングの内径との関係を示す図である。
【図６Ａ】図３のマンドレルの常温時の状態を示す断面図である。
【図６Ｂ】図３のマンドレルの押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。
【図６Ｃ】図３のマンドレルの常温時における他の状態を示す断面図である。
【図７Ａ】図３のマンドレルにおいて、ナットによるマンドレルリングの拘束を説明する常温時の断面図である。
【図７Ｂ】図６Ａの押出時のダイス温度における状態を示す断面図である。
【図８Ａ】図６Ａの８Ａ−８Ａ線断面図である。
【図８Ｂ】図６Ｂの８Ｂ−８Ｂ線断面図である。
【図９Ａ】断面四角形の溝の他の例を示す断面図である。
【図９Ｂ】断面四角形の溝の他の例を示す断面図である。
【図１０Ａ】断面Ｖ字形の溝を示す断面図である。
【図１０Ｂ】断面Ｖ字形の溝の他の例を示す断面図である。
【図１０Ｃ】断面Ｖ字形の溝の他の例を示す断面図である。
【図１１】断面Ｕ字形の溝を示す断面図である。
【図１２Ａ】開口縁が曲面で形成された溝を示す断面図である。
【図１２Ｂ】開口縁が曲面で形成された溝の他の例を示す断面図である。
【図１２Ｃ】開口縁が曲面で形成された溝の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１および図２に示すポートホールダイス（10）は、中空押出材（1）の外周面を成形する雌型（11）と内周面を成形する雄型（20）とが組み合わされてなり、前記雄型（20）が本発明の押出ダイスの一実施形態である。
【００２９】
雌型（11）は、中央部にベアリング孔（12）を有し、ベアリング孔（12）の下流側にはリリーフ孔（13）が形成され、上流側には溶着室用凹部（14）が形成されている。
【００３０】
前記雄型（20）は、ダイス基盤（21）の中央から下流側にマンドレル（30）が突出し、このマンドレル（30）の周囲に押出方向に貫通する複数個のポートホール（22）を有している。隣接するポートホール（22）（22）間には、下流側に突出する前記マンドレル（30）をその基端部で支持する脚部（23）が形成されている。
【００３１】
図３に示すように、前記マンドレル（30）は、心棒（32）と、この心棒に外嵌めされるマンドレルリング（35）と、ナット（37）とを備えている。
【００３２】
前記マンドレル（30）において、ダイスの基盤部（21）から一体に続く台座（31）の先端側に径の小さい心棒（32）が一体に形成され、前記台座（31）と心棒（32）との直径差によりこれらの間には段部が形成され、この段部の下流側端面（33）がマンドレルリング（35）の軸線方向における基準位置となる。以下、この面を位置基準面（33）と称する。前記心棒（32）の先端側はさらに径小となって、外周面に螺旋状のネジ溝が形成されたボルト部（34）が一体に形成されている。前記台座（31）、心棒（32）およびボルト部（34）は同軸上に形成されている。また、図３および図４に示すように、心棒（32）の外周面（32a）に４本の溝（40）が設けられている。マンドレルリング（35）は、外周面に押出材（1）の内周面を成形するベアリング部（36）が突設された環状体である。ナット（37）は前記ボルト部（34）のネジ溝に螺合されるネジ孔（38）を有している。而して、前記心棒（32）にマンドレルリング（35）を外嵌めして位置基準面（33）に当接させ、ボルト部（34）にナット（37）のネジ孔（38）を螺合させると、マンドレルリング（35）は位置基準面（33）とナット（37）に挟まれて、押出軸方向の所定位置に配置される。前記心棒（32）およびマンドレルリング（35）の材料特性および寸法については後に詳述する。
【００３３】
前記雌型（11）と雄型（20）とを組み合わせると、雌型（11）のベアリング孔（12）内に雄型（20）のマンドレルリング（35）のベアリング部（36）が嵌り込んでこれらの間に環状の成形用間隙（符号なし）が形成され、雌型（11）の溶着室用凹部（14）の一部が雄型（20）の端面で塞がれてポートホール（22）に連通する溶着室を形成する。そして、各ポートホール（22）に流入した押出材料は溶着室で合流し、成形用間隙から中空部（2）を有する押出材（1）として押出される。
【００３４】
〔マンドレルの形状〕
本発明のマンドレルは、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度において、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定されている限り、前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面の形状は任意に設定することができる。即ち、本発明におけるマンドレルの形状に関する条件は下記（１）（２）である。
（１）常温時にマンドレルリングを心棒に外嵌めすることができる隙間があること
（２）押出時のダイス温度において、軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって心棒とマンドレルリングとが接触すること
本発明における「押出時のダイス温度」とは、心棒（32）およびマンドレルリング（35）が高温押出時に所定の温度となり、そのときの温度をいう。
【００３５】
図３および図６Ａは、本実施形態のマンドレル（30）の常温（Ｔ１）時における要部断面図である。このマンドレル（30）は、図１および図２に示した押出ダイス（10）の雄型（20）の一部を構成するマンドレルである。
【００３６】
前記マンドレル（30）は、心棒（32）の外周面（32a）およびマンドレルリング（35）の内周面（35a）がマンドレル（30）の軸線と平行に形成され、心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）は軸線方向において一定である。前記心棒（32）にマンドレルリング（35）を外嵌めすると、両者間に軸線に平行な一定の隙間（Ｓ１）が存在する。
【００３７】
本発明において、心棒（32）とマンドレルリング（35）との間に「隙間（Ｓ１）がある」とは、心棒（32）とマンドレルリング（35）との接触の有無を意味するのではなく、常温（Ｔ１）における心棒の外径（ＡＴ１）とマンドレルリングの内径（ＢＴ１）とが「ＢＴ１＞ＡＴ１」なる関係を満足し、両者の間にクリアランスが存在することを意味する。また、常温（Ｔ１）時の隙間（Ｓ１）の大きさはマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）と心棒（32）の外径（ＡＴ１）との差（ＢＴ１−ＡＴ１）で表わすものとする。
【００３８】
なお、図６Ａはマンドレルリング（35）の内周面（35a）と心棒（32）の外周面（32a）との間の距離が周方向においても一定の大きさとした状態を示しているが、常温（Ｔ１）においてはマンドレルリング（35）と心棒（32）の軸合わせがなされていないので、両者間の距離は周方向で必ずしも一定にはならない。例えば、マンドレル（30）の軸線が水平となる姿勢で組み立てを行うと、図６Ｃに示したように、マンドレルリング（35）の内周面（35a）の上部が心棒（32）の外周面（32a）の上部に接触して両者間の距離はゼロであり、周方向に沿って下方にいくにつれて両者間の距離が拡大し、下部において距離が最大となる。また、マンドレルリング（35）はナット（37）で締め付けられて仮止めされた状態にあるので、全周において両者は接触していないが、両者間の距離には偏りがある、という場合もある。従って、本発明において「隙間がある」とは、マンドレルリング（35）と心棒（32）との接触の有無を意味するのではなく、常温（Ｔ１）における心棒（32）の外径（ＡＴ１）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）とが「ＢＴ１＞ＡＴ１」なる関係を満足し、両者の間にクリアランスが存在することを意味する。また、マンドレルリング（35）と心棒（32）とが上述したいずれの位置関係にある場合においても、本発明における隙間（Ｓ１）の大きさはマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）と心棒の外径（ＡＴ１）との差（ＢＴ１−ＡＴ１）で表される。
【００３９】
また、本発明は心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面はマンドレルの軸線に対して平行であることを要さず、心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面のどちらか一方または両方が軸線に対して傾斜するテーパー面で形成されているマンドレル、軸線方向の一部がテーパー面で形成されているマンドレルも本発明に含まれる。従って、両者間の隙間の大きさが軸線方向で変化することもあり、本発明における隙間（Ｓ１）とは、軸線方向においてマンドレルリングの内径（ＢＴ１）と心棒の外径（ＡＴ１）との差（ＢＴ１−ＡＴ１）が最小となる部分における隙間である。
【００４０】
前記マンドレル（30）は、常温（Ｔ１）時に心棒（32）とマンドレルリング（35）とを組み付ける際には、両者の間に隙間（Ｓ１）があるのでマンドレルリング（35）を心棒（32）に外嵌めすることは容易である。さらに、ナット（37）を取り付けて締め付けると、心棒（32）には押出方向の引張力が生じ、マンドレルリング（35）には押出方向の圧縮力が生じる。
【００４１】
〔マンドレルの材料〕
前記マンドレルリング（35）を構成する材料は耐摩耗性に優れ、かつその熱膨張係数（α２）と心棒（32）を構成する材料の熱膨張係数（α１）とがα１＞α２の関係を満足するものであれば特に限定されない。本実施形態においては、心棒（32）を含む部分（以下、単に「心棒」と略する）が工具鋼で形成されているのに対し、マンドレルリング（35）は前記工具鋼よりも耐摩耗性の高い超硬材料で構成されている。超硬材料としては、ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金、高速度工具鋼、粉末高速度工具鋼、セラミックス等を例示できる。表１に、これらの超硬材料および工具鋼の一例およびそれらの熱膨張係数を示す。なお、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の基材の熱膨張係数がα１＞α２の関係を満足すれば良いので、例示した材料は表１に記載した用途に限定されない。例えば、粉末高速度工具鋼の心棒に超硬合金やセラミックスのマンドレルリングを組み合わせる場合も本発明に含まれる。
【００４２】
本発明において、マンドレルリングとして心棒よりも熱膨張係数の小さい材料を用いることにより、押出時の加工発熱によるマンドレルリングの膨張率が小さくなるため、押出材はより安定した寸法のものを得ることができる。即ち、心棒（工具鋼）に熱膨張係数の小さいマンドレルリングを組み合わせたマンドレルでは、押し出していない時と加工発熱最大時との外径差が、工具鋼のみで製作したマンドレルにおける外径差よりも小さくなるので、押出材の肉厚が安定する。そして、押出材の寸法が安定していると、後加工後の製品品質も安定したものとなる。例えば、押出後に引抜加工を行う場合、押出材に偏肉がなく肉厚が一定であれば、引抜材の肉厚も一定になる。また、押出材の肉厚が一定であれば、引抜上がりの長さも一定になる。また、マンドレルリングの材料は耐摩耗性が高いので摩耗粉の発生が少なく、摩耗粉の押出材への混入も減少する。押出材に異物であるダイスの摩耗粉が混入していると、押出材の品質が低下することはもとより引抜材の表面欠陥となる。押出材への摩耗粉の混入量が少なければ、引抜材に発生する表面欠陥も少なくなる。これらのことから、本発明の押出ダイスを用いて製造した押出材は、押出材としての品質が優れていることはもとより、後加工用素材としても品質の優れたものとなる。
【００４３】
【表１】
【００４４】
〔マンドレルリングの径方向における固定〕
図５は、温度（Ｔ）に対する心棒（32）の外径（Ａ）およびマンドレルリング（35）の内径（Ｂ）の変化を示したものである。
【００４５】
心棒（32）およびマンドレルリング（35）はいずれも熱膨張により寸法が拡大する（ＡＴ、ＢＴ）。この図に示すように、常温（Ｔ１）において、マンドレルリングの内径（ＢＴ１）は心棒の外径（ＡＴ１）よりも大きく、実寸としてＢＴ１−ＡＴ１の隙間がある。温度（Ｔ）が上昇すると、心棒（32）およびマンドレルリング（35）は、それぞれの熱膨張係数（α１）（α２）に応じて径が大きくなる。Ｔ２＞Ｔ１を満足する任意の温度（Ｔ２）における心棒（32）の外径（ＡＴ２）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）は、下記の（I）式および（II）式で表される。
【００４６】
ＡＴ２＝ＡＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α１＋ＡＴ１ …（I）
ＢＴ２＝ＢＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α２＋ＢＴ１ …（II）
ただし、α１：心棒を構成する材料の熱膨張係数
α２：マンドレルリングの基材を構成する材料の熱膨張係数
Ｔ１：常温
Ｔ２：高温（＞Ｔ１）
ＡＴ１：常温（Ｔ１）時の心棒の外径
ＢＴ１：常温（Ｔ１）時のマンドレルリングの内径（＞ＡＴ１）
【００４７】
図６Ａに示すように、常温（Ｔ１）においてマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を心棒（32）の外径（ＡＴ１）よりも大きい寸法で製作すると、両者の寸法差により心棒（32）の外周面とマンドレルリング（35）の内周面との間には隙間（Ｓ１）があるので、容易に外嵌めすることができる。
【００４８】
そして、図６Ｂに示すように、ダイス温度が上昇すると、心棒（32）の外径拡大量がマンドレルリング（35）の内径拡大量を上回るために隙間（Ｓ１）は減少していき、この隙間（Ｓ１）が無くなるとマンドレルリング（35）は心棒（32）に固定される。
【００４９】
熱膨張係数はα１＞α２であるから、図５に参照されるように、温度上昇に伴い、温度（ＴＺ）において心棒（32）の外径（ＡＴＺ）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴＺ）が等しくなった時点で隙間（Ｓ１）が無くなり、マンドレルリング（35）は心棒（32）から外れなくなって固定された状態となる。さらに温度が上昇すると、心棒（32）の外径（ＡＴ）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ）を上回る。心棒（32）の外径（ＡＴ）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ）を上回る温度領域（Ｔ＞ＴＺ）では、心棒（32）の膨張力がマンドレルリング（35）を内側から締め付ける力として作用し、マンドレルリング（35）に周方向の引張力が付与されるので、ますます心棒（32）から外れにくくなってしっかりと固定される。
【００５０】
〔心棒とマンドレルリングの締め代〕
押出時、ダイスは所定温度に加熱されて常温（Ｔ１）よりも高温となる。従って、図５および図６Ｂに示すように、押出時のダイス温度（Ｔ２）において、心棒（32）の外径（ＡＴ２）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）と等しくなるか、心棒（32）の外径（ＡＴ２）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）を上回るように、常温（Ｔ１）時の心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を設定すれば、マンドレルリング（35）を心棒（32）に固定した状態で押出を行うことができる。そして、マンドレルリング（35）が心棒（32）に固定された状態で押出を行うと、押出材（1）の偏肉が抑制されて高品質の押出材（1）を製造することができる。ただし、心棒（32）の膨張力が過剰になってマンドレルリング（35）の引張力の限界を超えるとマンドレルリング（35）が破損するので、材料の熱膨張係数（α１、α２）と押出時のダイス温度（Ｔ２）を勘案して、高温時に適度な引張力を生じさせるように、常温（Ｔ１）時の心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を設定する。
【００５１】
ここで、任意の温度（Ｔ）における心棒（32）とマンドレルリング（35）との締まり具合および緩み具合を、心棒（32）の外径（ＡＴ）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ）の比率に基づいて、下記（III）式の締め代（ＸＴ）として定義する。ＡＴ＜ＢＴ、即ち両者の間には隙間がある状態ではＸＴ＜０となり、締め代（ＸＴ）値が小さくなるほど緩みが大きいことを示している。一方、ＡＴ＞ＢＴ、即ち両者の間には隙間がなくマンドレルリング（35）が内側から心棒（32）に締め付けられている状態ではＸＴ＞０となり、締め代（ＸＴ）の値が大きくなるほど締め付け力大きいことを示している。ＡＴ＝ＢＴ（ＸＴ＝０）は、両者間に隙間はないが締め付け力が利いていない状態である。
ＸＴ（％）＝（ＡＴ／ＢＴ−１）×１００ …（III）
【００５２】
さらに、（III）式により、常温（Ｔ１）時および高温（Ｔ２）時（押出時のダイス温度）における心棒（32）とマンドレルリング（35）との締め代（ＸＴ１）（ＸＴ２）は、それぞれ（IV）式および（V）式により表わされる。
ＸＴ１（％）＝（ＡＴ１／ＢＴ１−１）×１００ …（IV）
ＸＴ２（％）＝（ＡＴ２／ＢＴ２−１）×１００
＝{〔ＡＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α１＋ＡＴ１〕/〔ＢＴ１×（Ｔ２−Ｔ１）×α２＋ＢＴ１〕−1}×100 …（V）
【００５３】
心棒（32）およびマンドレルリング（35）は、常温（Ｔ１）時にＡＴ１＜ＢＴ１となるように製作されるのでＸＴ１＜０となり、締め代（ＸＴ１）は両者間の隙間があって緩んだ状態を示している。一方、押出時のダイス温度（Ｔ２）において両者間の隙間が無くなってＡＴ２≧ＢＴ２であるから、その締め代（ＸＴ２）は０または正値となり、締め付け力が利いている状態を示している。また、ＸＴ２＜０は、押出時のダイス温度（Ｔ２）においても緩みがあってマンドレルリング（35）が心棒（32）に固定されていない状態を示している。
【００５４】
前記締め代（ＸＴ２）が大きくなるほど締め付け力も強くなり、マンドレルリング（35）がしっかりと固定されて外れにくくなるが、上述したように締め付け力が過度に大きくなるとマンドレルリング（35）が破損するおそれがある。また、押出時には材料流れにより押出方向の力もが加わる。これらを勘案すると、前記締め代（ＸＴ２）は０．３％以下が好ましい。前記締め代（ＸＴ２）が０または正値である限り下限値は規定されないが、確実に固定するために０．０５％以上が好ましい。特に好ましい締め代（ＸＴ２）は０．１５〜０．２５％である。なお、締め代（ＸＴ２）の適正範囲は、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の材質、マンドレルリング（35）の厚み等によって異なる。
【００５５】
なお、前記締め代（ＸＴ２）は、後述する心棒（32）の溝（40）の変形が無いものとして、ダイス温度（Ｔ１、Ｔ２）、常温（Ｔ１）時の心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）、熱膨張係数（α１、α２）から計算した値である。
【００５６】
従って、常温（Ｔ１）時に隙間（Ｓ１）が最小となり押出時のダイス温度（Ｔ２）時に締め付け力が最大となる部分において、押出（Ｔ２）時の締め代（ＸＴ２）が０〜０．３％となるように心棒（32）の外径（ＡＴ１）およびマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）を設定すれば良い。その他の部分における締め代は、常温（Ｔ１）時の隙間（Ｓ１）の大きさに応じた値となる。
【００５７】
また、常温（Ｔ１）時の締め代（ＸＴ１）は負値である限り限定されない。心棒（32）の外径（ＡＴ１）がマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ１）よりも小さいので、これらの組み付け作業は容易である。押出ダイスは、押出が終わって常温（Ｔ１）に冷却されると常温（Ｔ１）時の締め代（ＸＴ１）に戻って緩みが生じるので、心棒（32）からマンドレルリング（35）を取り外すことができる。従って、摩耗したマンドレルリングの取り外し、新しいマンドレルリングの取り付けといったメンテナンスを容易に行える。
【００５８】
〔マンドレルリングの押出軸方向における固定〕
上記実施形態のマンドレル（30）においては、心棒（32）の先端に、マンドレルリング（35）の内径よりも径の大きいナット（37）が着脱自在に取り付けられている。高温（Ｔ２）時のマンドレルリング（35）は心棒（32）によって径方向に締め付けられて固定されるが、押出中は材料の流れにより下流側への力が加わる。そこで、前記マンドレル（30）においては、ナット（37）を取り付けることでマンドレルリング（35）の抜け落ちを確実に防ぎ、固定安定性を高めている。また、ナット（37）を取り付けて押出軸方向の拘束力を加えることで、心棒（32）の膨張力による締め付けのみで固定する場合よりも、締め代（ＸＴ２）を小さくすることができるので、締め代（ＸＴ２）の増大によるマンドレルリング（35）の破損の危険性を回避できる。
【００５９】
また、ナット（37）を取り付けるマンドレル（30）においては、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向における寸法にも常温（Ｔ１）時に差を設けておき、高温（Ｔ２）時にナット（37）がマンドレルリング（35）に当接して、マンドレルリング（35）がナット（37）によって確実に拘束されるようにすることが好ましい。
【００６０】
図６Ａおよび図６Ｂは、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向における好ましい寸法関係を示している。図６Ａに示す常温（Ｔ１）時において、心棒（32）の長さ（符号なし）はマンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）よりも短く、ボルト部（34）に螺合させたナット（37）はマンドレルリング（35）を締め付けている。心棒（32）には、心棒（32）とナット（37）との間の隙間（Ｓ２）に応じた引張力が付与され、マンドレルリング（35）は押出軸方向に拘束されている。図６Ｂは、図６Ａの押出時のダイス温度（Ｔ２）時の状態を示す図であり、心棒（32）およびマンドレルリング（35）がそれぞれに膨張した状態を示している。心棒（32）の熱膨張係数（α１）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数（α２）はα１＞α2の関係にあるので、心棒（32）の寸法拡大量がマンドレルリング（35）の寸法拡大量を上回り、前記隙間（Ｓ２）は減少方向に変化する。この隙間（Ｓ２）の減少により、心棒（32）に付与される引張力は減少し、マンドレルリング（35）に対する締め付け力は減少するが、隙間（Ｓ２）がある限りがナット（37）による抑えが利いているので、マンドレルリング（35）が押出軸方向にずれることはない。即ち、マンドレルリング（35）は径方向と押出軸方向の両方向に拘束されて固定されている。このように、押出軸方向の拘束が加わることで、上述した径方向の締め代（ＸＴ２）を小さくしても、マンドレルリング（35）の固定安定性を維持することができる。ひいては、マンドレルリング（35）に付与される周方向の引張力を軽減して、締め代（ＸＴ２）の増大による破損を回避することができる。
【００６１】
これに対し、図７Ａは、常温（Ｔ１）において心棒（32）とマンドレルリング（35）の長さが等しく、心棒（32）とナット（37）との間に隙間（Ｓ２）が無い状態を示している。図７Ｂは、図７Ａの押出時のダイス温度（Ｔ２）における状態を示す図であり、熱膨張により心棒（32）がマンドレルリング（35）よりも長くなって、マンドレルリング（35）とナット（37）との間に隙間（Ｓ３）が生じている。このような状態では、マンドレルリング（35）に対してナット（37）による抑えが利かなくなり、押出軸方向の固定安定性が低下する。また、このような状態でマンドレルリング（35）のずれを確実に阻止するには、径方向の締め代（ＸＴ２）を十分に大きくする必要があるので、マンドレルリング（35）が破損する可能性も増大する。
【００６２】
なお、図６Ａおよび図６Ｂでは常温（Ｔ１）時に心棒（32）がマンドレルリング（35）より短い場合を示したが、その差が小さく押出時のダイス温度（Ｔ２）時に長さが逆転して心棒（32）がマンドレルリング（35）よりも長くなれば、図７Ｂのようにナット（37）による抑えが利かなくなる。
【００６３】
以上より、押出時のダイス温度（Ｔ２）においてマンドレルリング（35）にナット（37）による締め付け力が作用するように、常温（Ｔ１）時の心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向の寸法を設定しておくことが好ましい。ダイスの温度上昇に伴って、マンドレルリング（35）とナット（37）は緩む方向に変化するので、押出時のダイス温度（Ｔ２）時にナット（37）による締め付け力を確実に利かせるためには、少なくとも常温（Ｔ１）時にナット（37）がマンドレルリング（35）を締め付けている必要がある。このとき、軸線方向の寸法は心棒（32）＜マンドレルリング（35）であり、心棒（32）とナット（37）との間には隙間（Ｓ２）が存在する（図６Ａ参照）。
【００６４】
〔心棒の溝〕
本発明において、押出時の締め代（ＸＴ２）がＸＴ２≧０となるように心棒（32）の外周面（32a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）が設定されていることは必須条件である。また、径方向において所定の締め代（ＸＴ２）を得る場合、心棒（32）の熱膨張係数（α１）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数（α２）の差（α１−α２）が大きくなるほど、常温（Ｔ１）時の両者の隙間（Ｓ１）は大きくなる。従って、常温（Ｔ１）で行うマンドレル（30）の組み立てにおいては、両者間の隙間（Ｓ１）が大きくなるほどマンドレルリング（35）のがたつきが大きくなって心棒（32）とマンドレルリング（35）の軸線合わせが難しくなる。常温（Ｔ１）時の軸線のずれはダイス温度が上昇しても継承されることがあり、押出時のマンドレルリング（35）の径方向の位置精度を低下させて押出材の偏肉の原因の一つとなる。常温（Ｔ１）時の隙間（Ｓ１）が小さくなるように心棒（32）の外径およびマンドレルリング（35）の内径を設定すれば組み立て時に両者の軸線を合わせ易くなり、押出時のマンドレルリング（35）の位置精度も高くなるが、その反面締め代（ＸＴ２）が大きくなってマンドレルリング（35）に対する締め付け力が大きくなるので破損の危険性も増すことになる。
【００６５】
そこで、本発明は、心棒の外周面に溝を設け、押出時の熱膨張による断面積の拡大を溝の断面形状を変形させることによってマンドレルリングに対する締め付け力を緩和し、マンドレルリングの破損を防止している。これにより、溝のない心棒を用いた場合よりも両者間の隙間（Ｓ１）を狭く設定することができる。
【００６６】
以下に、外周面に溝を設けた心棒、およびこの心棒を組み合わせたマンドレルについて、図３、４、６Ａ、６Ｂ、８Ａ〜１２Ｃを参照して説明する。なお、これらに図示したマンドレル（30）は、常温（Ｔ１）時において、軸線方向の寸法が心棒（32）よりもマンドレルリング（35）の方が長く、心棒（32）とナット(37）の間には隙間（Ｓ２）が存在し、軸線方向においてもマンドレルリングが固定されるものである。
【００６７】
図４は、図３に示したマンドレル（30）に用いられている心棒（32）を含む部分の斜視図である。図４に示すように、心棒（32）の外周面（32a）には、周方向に等間隔に配置された４本の溝（40）が軸線方向に沿って設けられている。これら４本の溝（40）は溝底が心棒（32）の中心（マンドレルの軸線）に向いており、４本の溝（40）は心棒の中心に対し放射状に設けられている。
【００６８】
また、図８Ａは図６Ｂの８Ａ−８Ａ線断面図、図８Ｂは図６Ｂの８Ｂ−８Ｂ線断面図である。図８Ａにおいて（ＣＴ１）、（ＦＴ１）はそれぞれ常温（Ｔ１）時の溝（40）の開口幅（周方向の寸法）、深さ（半径方向の寸法）であり、図８Ｂにおいて（ＣＴ２）、（ＦＴ２）はそれぞれ押出時のダイス温度（Ｔ２）における溝（40）の開口幅、深さである。図８Ａに示すように、前記溝（40）の断面形状は略長方形であり、開口幅（ＣＴ２）と底幅とが等しく、溝（40）の側面と底面のなす角度（θ１）は９０°である。
【００６９】
図８Ａに示す常温（Ｔ１）時において、心棒（32）とマンドレルリング（35）との間には隙間（Ｓ１）がある。図８Ｂに示す押出時のダイス温度（Ｔ２）において、心棒の外径（ＡＴ１）とマンドレルリング（35）の内径（ＢＴ２）とがＡＴ１≧ＢＴ２の関係となって両者間の隙間（Ｓ１）がなくなる。このとき、心棒（32）の熱膨張によってマンドレルリング（35）を締め付けてマンドレルリング（35）を固定する力は、マンドレルリング（35）が心棒（32）を外周側から拘束する力となり、心棒（32）の外径が拡大しようとする力に抗して作用する。このため、心棒（32）の外径を拡大させる力が溝（40）に逃げ、溝（40）の断面形状は開口幅（ＣＴ１）が狭くなりかつ溝深さ（ＦＴ１）が浅くなるように変形する。即ち、常温時の溝幅（ＣＴ１）＞押出時の溝幅（ＣＴ２）となり、常温時の溝深さ（ＦＴ１）＞押出時の溝深さ（ＦＴ２）となる。このような心棒（32）の変形により、押出時の心棒（32）の外径は、常温（Ｔ１）時の外径（ＡＴ１）および熱膨張係数（α１）に基づいて（I）式により算出した外径（ＡＴ２）よりも小さくなり、マンドレルリング（35）の締め代も（V）式により算出した締め代（ＸＴ２）よりも僅かに小さくなる。即ち、心棒（32）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数差（α１−α２）で生じる締め付け力の一部を溝（40）に逃がすことによって、マンドレルリング（35）に対する応力負荷を軽減させている。なお、上述した溝（40）の変形は弾性変形域内であるから、押出後にダイスが常温に下がると溝（40）の開口幅および溝深さは元の（ＣＴ１）（ＦＴ１）に戻る。
【００７０】
上述したように、本発明のマンドレルにおいては、マンドレルリング（35）に対する締め付け力は溝（40）の変形によって緩和され、実際に得られる締め代は常温時の寸法および熱膨張係数に基づいて算出した締め代（ＸＴ２）から溝（40）の変形による緩和分を差し引いた値となる。このため、押出時に計算上の締め代（ＸＴ２）を得るためには、常温（Ｔ１）時の両者間の隙間（Ｓ１）を（ＸＴ２）の計算の元となった値よりも小さく（狭く）設定することができ、小さい隙間（Ｓ１）でマンドレルリング（35）を安定して固定することができる。そして、常温時の隙間（Ｓ１）を小さく設定することで、マンドレル（30）を組み立てる際に心棒（32）とマンドレルリング（35）との間のがたつきが小さくなって心棒（32）とマンドレルリング（35）の心合わせがなされやすくなる。常温（Ｔ１）時に心合わせがなされていると押出時のダイス温度（Ｔ２）においても心合わせの精度が高まりマンドレルリング（35）の位置精度が高まるので、本発明の押出ダイスを用いた金属の押出において押出材の偏肉を低減することができる。また、溝の変形は弾性変形域内であるから、押出ダイスを繰り返し使用してもマンドレルリングの高い位置精度を維持することができる。
【００７１】
上記の本発明による溝の変形を利用したマンドレルリングの心合わせ向上効果は、心棒とマンドレルリングの熱膨張係数差の大小にかかわらず得ることができる。ただし、両者の熱膨張係数差が大きいマンドレルでは、溝なしの心棒を用いると過剰な締め付け力によるマンドレルリングの破損を防ぐために常温時の隙間（Ｓ１）を大きく設定しなければならないので、このようなマンドレルにおいて本発明を適用する意義は大きい。
【００７２】
心棒（32）に設ける溝の数は上記実施形態の４個に限定されない。溝は１つあれば溝の変形によってマンドレルリング（35）に対する締め付け力を吸収できるので溝の数は任意である。ただし、変形量を周方向において均一に分散させるには、複数の溝を等間隔で設け、複数箇所で変形させることが好ましい。周方向において変形量を均等に分散させることによって周方向における締め代が均等化され、ひいてはマンドレルリングの固定安定性を高めて位置精度を高めることができる。また、多数の溝を設けるという観点より、常温時における溝（40）の深さ（ＦＴ１）を心棒の半径よりも小さく設定し、ＦＴ１＜ＡＴ１／２なる関係を満たすことが好ましい。多数の溝を設ける場合は、隣接する溝が干渉し合わないように、溝数、溝幅および溝深さを適宜設定する。
【００７３】
本発明において、隣接する溝が干渉し合わない限り、溝数や溝の断面形状は任意に設定することができる。ただし、図８Ｂに参照されるように、押出時のダイス温度（Ｔ２）において溝（40）の開口幅（ＣＴ２）および溝深さ（ＦＴ２）が０を超えるように、常温時の開口幅（ＣＴ１）および溝深さ（ＦＴ１）が設定されていることが好ましい。溝幅（ＣＴ２）＝０、溝深さ（ＦＴ２）＝０とは、心棒（32）の熱膨張によって溝（40）が変形し尽くして溝（40）の凹みが無くなった状態であるから、締め付け力の緩和が不十分であるおそれがある。押出時に溝（40）の凹みが残るように常温時の開口幅（ＣＴ１）および溝深さ（ＦＴ１）を設定することによって、マンドレルリングに対する応力負荷を確実に軽減できる。
【００７４】
溝（40）の軸線方向の長さ（ＭＴ１）も限定されない。しかし、マンドレルリング（35）の応力負荷が軽減される領域は溝（40）が形成されている部分であるから、軸線方向の全域でマンドレルリング（35）に対する締め付け力を緩和して応力負荷軽減効果を得るには、溝の（40）上流側端部が心棒（32）の上流側端部である位置基準面（33）に達していることが好ましい。また、常温（Ｔ１）時の溝（40）の長さ（ＭＴ１）がマンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）と同一またはそれ以上となるよう設定することが好ましく、ＭＴ１≧ｍＴ１の関係を満足するよう設定することが好ましい。また、図３、図６Ａ、図６Ｂに示したマンドレル（30）においては、マンドレルリング（35）の軸線方向の固定を確実なものとするために、常温（Ｔ１）時において、心棒（32）の長さ（符号なし）をマンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）よりも短くしているので、溝（40）の長さ（ＭＴ１）≧マンドレルリング（35）の長さ（ｍＴ１）の関係を満足するように設定すると、溝（40）の上流側端部はマンドレルリング（35）の位置基準面（33）よりも上流側になり、台座（31）にまで切り込んだ溝となる。
【００７５】
（他の溝形状）
図３等に示した心棒（32）の溝（40）は、断面形状が長方形であって、側面および底面が平面で構成され、かつ開口幅と溝底の幅が等しいものであった。しかし、本発明は溝の断面形状をこのような形状を限定するものではない。以下に、他の形状の溝について図面を参照しつつ説明する。図９Ａ〜１２Ｃは、心棒（32）の軸線に垂直な断面を示している。なお、これらの図は溝形状の説明のために溝を拡大表示してものであり、溝の寸法を規定するものでない。
【００７６】
図９Ａおよび図９Ｂは断面四角形の溝（41）（42）を示している。図９Ａの溝（41）は開口幅が底幅よりも狭いあり溝であり、側面と底面のなす角度（θ１）は０°＜θ１＜９０°である。図９Ｂの溝（42）は開口幅が底幅よりも広く、側面と底面のなす角度（θ１）は９０°＜θ１＜１８０°である。断面四角形の溝では、隣接する溝との干渉を回避するという観点から、側面と底面のなす角度（θ１）を９０°≦θ＜１８０°の範囲に設定することが好ましい。なお、θ１＝９０°の溝とは図８Ａに示した溝（40）である。
【００７７】
図１０Ａ〜１０Ｃは断面Ｖ字形の溝（43）（44）（45）を示しており、これらの溝（43）（44）（45）はそれぞれ溝底（43a）（44a）（45a）の開き角度（θ２）が異なる。開き角度（θ２）は、図１０Ａの溝（43）が９０°、図１０Ｂの溝（44）が０°＜θ２＜９０°、図１０Ｃの溝（45）が９０°＜θ２＜１８０°である。断面Ｖ字形の溝（43）（44）（45）は入隅が溝底（43a）（44a）（45a）の1箇所であるので、溝の開口幅および溝深さが同等ならば、２箇所に入隅が形成される断面四角形の溝よりも溝底（43a）（44a）（45a）が塞がり易く溝の開口幅も狭くなり易いので、締め代の精度が向上してマンドレルリングの固定安定性を高めることができる。また、断面Ｖ字形の溝（43）（44）（45）は隣接の溝とも干渉しにくいことから溝数を増やし易く、周方向において変形量を分散させ易い。
【００７８】
図１１は、底面（46a）が曲面で形成された断面Ｕ字形の溝（46）を示している。Ｕ字形の溝（46）は、Ｖ字形の溝（43）（44）（45）と同じく、押出時の熱膨張によって溝底（46a）が塞がり易く溝の開口幅も狭くなり易いので、締め代の精度が向上してマンドレルリングの固定安定性を高めることができる。また、隣接の溝とも干渉しにくいことから溝数を増やし易く、周方向において変形量を分散させ易い。また、断面四角形の溝よりも溝付け加工が容易である。断面Ｕ字形の溝において、常温（Ｔ１）時の底面（46a）の曲率（ＲＴ１）と心棒（32）の外径（ＡＴ１）とは、ＲＴ１＜ＡＴ１／２なる関係を満たしていることが好ましく、特にＲＴ１＜ＡＴ１／４なる関係を満たしていることが好ましい。
【００７９】
図１２Ａ〜１２Ｃに示された溝（47）（48）（49）は、心棒（32）の外周面（32a）と溝の側面との出隅である開口縁（47a）（48a）（49a）を曲面で形成したものである。図１２Ａの溝（47）は断面四角形の溝の開口縁（47a）を曲面で形成したもの、図１２Ｂの溝（48）は断面Ｖ字形の溝の開口縁（48a）を曲面で形成したもの、図１２Ｃの溝（49）は断面Ｕ字形の溝の開口縁（49a）を曲面で形成したものである。このように、溝（47）（48）（49）の開口縁（47a）（48a）（49a）が曲面で形成されていると、押出時の熱膨張後も開口縁（47a）（48a）（49a）の曲面が維持され、マンドレルリング（35）に対する接触圧が周方向で連続的に変化するのでマンドレルリング（35）の欠けや破損が発生しにくくなる。
【００８０】
また、図９Ａ〜１２Ｃの種々形状の溝（41）〜（49）に関し、溝の数、溝の開口幅、溝深さの好ましい範囲は、先に説明した断面長方形の溝（40）に準じる。
【００８１】
本発明のマンドレルはマンドレルリングの軸線方向の拘束手段を、心棒と一体に形成したボルト部とこのボルト部に螺合するナットに限定するものではない。他の拘束手段として、心棒の中心に心棒を軸線方向に貫くボルト挿通孔を設け、孔底となる台座に雌ねじ部を形成し、ボルトを貫通孔に差し込んで先端部を雌ねじ部に螺合させ、ボルトの頭部でマンドレルリングを下流側から抑える方法を例示できる。
【００８２】
本発明の押出ダイスは、閉じられた中空部を有する中空材の押出のみならず、中空部の一部が開口した半中空材の押出にも適用することができる。
【００８３】
また、本発明の押出ダイスを用いて成形する材料は金属である限り何ら限定されず、アルミニウム、銅、鉄およびこれらの合金を例示できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の押出ダイスは、中空部または半中空部を有する各種押出材の製造に利用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１…押出材
10…ポートホールダイス
11…雌型
20…雄型（押出ダイス）
21…ダイス基盤
30…マンドレル
32…心棒
34…ボルト部
35…マンドレルリング
37…ナット
40、41、42、47、48、49…溝
43、44、45…断面Ｖ字形の溝
46…断面Ｕ字形の溝
47a、48a、49a…溝の開口縁
Ｓ１…隙間
ＣＴ１、ＣＴ２…溝の開口幅
ＦＴ１、ＦＴ２…溝の深さ
ＡＴ１、ＡＴ２…心棒外径
ＭＴ１…溝の軸線方向の長さ
ｍＴ１…マンドレルリングの軸線方向の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料で構成され、
前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定され、
前記心棒の外周面に、軸線方向に沿って少なくとも１本の溝が設けられていることを特徴とする押出ダイス。
【請求項２】
前記心棒の先端に心棒よりも径小のボルト部が心棒と一体に形成され、このボルト部にナットを螺合させることによってマンドレルリングが軸線方向に拘束されるものとなされている請求項１に記載の押出ダイス。
【請求項３】
前記溝の断面形状がＶ字形またはＵ字形である請求項１または２に記載の押出ダイス。
【請求項４】
前記溝の開口縁が曲面で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の押出ダイス。
【請求項５】
常温時における前記溝の開口幅および深さは、押出時のダイス温度において溝の凹みが残るように設定されている請求項１〜４のいずれかに記載の押出ダイス。
【請求項６】
常温時において、前記溝の軸線方向の長さ（ＭＴ１）とマンドレルリングの軸線方向の長さ（ｍＴ１）とがＭＴ１≧ｍＴ１の関係を満たす請求項１〜５のいずれかに記載の押出ダイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の押出ダイスを用い、心棒とマンドレルリングとの間の軸線方向の少なくとも一部において隙間が無くなる温度で押出を行うことを特徴とする押出方法。
【請求項１】
押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料で構成され、
前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定され、
前記心棒の外周面に、軸線方向に沿って少なくとも１本の溝が設けられていることを特徴とする押出ダイス。
【請求項２】
前記心棒の先端に心棒よりも径小のボルト部が心棒と一体に形成され、このボルト部にナットを螺合させることによってマンドレルリングが軸線方向に拘束されるものとなされている請求項１に記載の押出ダイス。
【請求項３】
前記溝の断面形状がＶ字形またはＵ字形である請求項１または２に記載の押出ダイス。
【請求項４】
前記溝の開口縁が曲面で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の押出ダイス。
【請求項５】
常温時における前記溝の開口幅および深さは、押出時のダイス温度において溝の凹みが残るように設定されている請求項１〜４のいずれかに記載の押出ダイス。
【請求項６】
常温時において、前記溝の軸線方向の長さ（ＭＴ１）とマンドレルリングの軸線方向の長さ（ｍＴ１）とがＭＴ１≧ｍＴ１の関係を満たす請求項１〜５のいずれかに記載の押出ダイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の押出ダイスを用い、心棒とマンドレルリングとの間の軸線方向の少なくとも一部において隙間が無くなる温度で押出を行うことを特徴とする押出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【公開番号】特開２０１２−１１４４５（Ｐ２０１２−１１４４５Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２８５５（Ｐ２０１０−１５２８５５）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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