押出加工工具
【課題】押出材の酸化を防止することができ且つ押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる押出加工工具を提供する。
【解決手段】押出加工工具15は、成形孔３を有する押出ダイス１を具備する。押出ダイス１に、成形孔３よりも下流側の押出材通過空間81に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給流路７が形成されている。
【解決手段】押出加工工具15は、成形孔３を有する押出ダイス１を具備する。押出ダイス１に、成形孔３よりも下流側の押出材通過空間81に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給流路７が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出材を押出加工により製造する際に用いられる押出加工工具、及び押出材の製造方法に関する。
【０００２】
なお本明細書及び特許請求の範囲において、上流及び下流とは、それぞれ押出方向に対し上流及び下流を意味している。
【背景技術】
【０００３】
押出ダイスを具備した押出加工工具を用いてアルミニウム製押出材を押出加工により製造する際には、押出ダイスの成形孔から押し出された押出材の酸化等を防止するため不活性ガスが成形孔よりも下流側の押出材通過空間に供給される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この押出加工において、押出ダイスの下流側には、ボルスタ、バッカ等の下流側部材が配置されるとともに、押出ダイスは下流側部材の温度よりも高い温度に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９１６６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の方法では、押出材通過空間に供給される不活性ガスの温度は、押出材の温度（例えば約４００℃）よりも格段に低かった。そのため、押出材が不活性ガスにより急冷されて押出材の形状や表面状態が変化するという難点があった。
【０００７】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、押出材の酸化を防止することができる上、更に、押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる押出加工工具及びこれを用いた押出材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の手段を提供する。
【０００９】
［１］ 成形孔を有する押出ダイスに、前記成形孔よりも下流側の押出材通過空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路が形成されていることを特徴とする押出加工工具。
【００１０】
［２］ 前記押出ダイスの下流側に押出ダイスの下流側端面に当接して配置される下流側部材を具備し、
前記押出ダイスの下流側端面に、不活性ガス供給流路形成用の溝が形成されるとともに、
前記溝の開口が前記下流側部材で閉塞されることにより、前記押出ダイスに前記不活性ガス供給流路が形成されている前項１記載の押出加工工具。
【００１１】
［３］ 前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出ダイスの外周側から前記押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲して形成されている前項２記載の押出加工工具。
【００１２】
［４］ 前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されている前項２又は３記載の押出加工工具。
【００１３】
［５］ 前記溝は、前記押出材通過空間の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されている前項４記載の押出加工工具。
【００１４】
［６］ 押出加工工具は、アルミニウム又はその合金製の押出材を製造する際に用いられるものであり、
１５０℃以上の押出ダイスを用いて、前記押出材通過空間に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスが供給されるように構成されている前項１〜５のいずれかに記載の押出加工工具。
【００１５】
［７］ 押出加工工具を用いて押出材を押出加工により製造する押出材の製造方法であって、
押出加工工具として、前項１〜６のいずれかに記載の押出加工工具を用い、
前記押出加工工具の押出材通過空間に不活性ガス供給流路を介して不活性ガスを供給した状態で、押出材を押出加工により製造することを特徴とする押出材の製造方法。
【００１６】
［８］ 前記押出材通過空間内の不活性ガス圧力よりも前記不活性ガス供給流路内の不活性ガス圧力を大きくして前記押出材通過空間に不活性ガスを供給する前項７記載の押出材の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以下の効果を奏する。
【００１８】
前項［１］の押出加工工具によれば、成形孔を有する押出ダイスに、成形孔よりも下流側の押出材通過空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路が形成されているので、不活性ガスが不活性ガス供給流路を流れて押出材通過空間に供給されることで押出材の酸化を防止することができる。さらに、不活性ガスが不活性ガス供給流路を流れる途中で押出ダイスにより加熱されてその温度が上昇する。そのため、押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる。
【００１９】
ここで、不活性ガス供給流路は、押出ダイスの下流側に配置されるボルスタ、バッカ等の下流側部材に形成されるのではなく、押出加工時に下流側部材の温度よりも高い温度に設定される押出ダイスに形成されるので、不活性ガスの温度を迅速に上昇させることができる。そのため、より高温の不活性ガスを押出材通過空間に確実に供給することができ、これにより、不活性ガス供給流路が下流側部材に形成された場合に比べて、押出材の形状や表面状態の変化をより確実に防止することができる。
【００２０】
前項［２］の押出加工工具によれば、押出ダイスの下流側端面に不活性ガス供給流路形成用の溝が形成されるとともに、この溝の開口が下流側部材で閉塞されることにより、押出ダイスに不活性ガス供給流路が形成されているので、押出ダイスに不活性ガス供給流路を容易に形成することができる。
【００２１】
前項［３］の押出加工工具によれば、溝が、押出ダイスの下流側端面に、押出ダイスの外周側から押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲して形成されているので、不活性ガス供給流路を長くすることができる。これにより、不活性ガスへの加熱時間が長くなり、そのため不活性ガスの温度を大幅に上昇させることができ、もって押出材の形状や表面状態の変化を更に確実に防止することができる。
【００２２】
前項［４］の押出加工工具によれば、溝が、押出ダイスの下流側端面に、押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されているので、次の効果を奏する。
【００２３】
溝が押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲している、すなわち押出ダイスの外周側から押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲しているので、前項［３］の押出加工工具による効果と同様の効果を奏する。さらに、一般に、室温の不活性ガスが不活性ガス供給流路を流れることで押出ダイスの熱が不活性ガス供給流路の位置で局部的に不活性ガスに奪われて押出ダイスに温度分布が生じるけれども、当該［４］の押出加工工具によれば溝の屈曲状態が押出材通過空間の周りを取り巻く状態であるから、押出ダイスの温度分布を、押出材通過空間を中心に周方向に極力均一にすることができる。これにより、押出材通過空間を通過する押出材の周方向の温度分布について均一化を図ることができ、もって押出材の形状や表面状態を良好に保持することができる。
【００２４】
前項［５］の押出加工工具によれば、溝が、押出材通過空間の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されているので、不活性ガスへの加熱時間を更に長くすることができるし、押出ダイスの温度分布を、押出材通過空間を中心に周方向に更に均一にすることができる。そのため、前項［３］の効果を確実に得ることができる。
【００２５】
前項［６］の押出加工工具は、１５０℃以上の押出ダイスを用いて、押出材通過空間に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスが供給されるように構成されているので、アルミニウム又はその合金製の押出材についてその形状や表面状態の変化を確実に防止することができる。
【００２６】
前項［７］の押出材の製造方法によれば、押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる。
【００２７】
前項［８］の押出材の製造方法では、押出材通過空間内の不活性ガス圧力よりも不活性ガス供給流路内の不活性ガス圧力を大きくして押出材通過空間に不活性ガスを供給することにより、不活性ガスの供給量を圧力によって制御することができる。そのため、前項［７］の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る押出加工工具を具備した押出加工装置を、押出材としての半中空形材を製造している途中の状態で示す断面図である。
【図２】図２は、同押出加工工具の断面図である。
【図３】図３は、同押出加工工具の分解斜視図である。
【図４】図４は、同押出加工工具を上流側から見た正面図である。
【図５】図５は、同押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た図２中のＸ−Ｘ線背面図である。
【図６】図６は、同押出加工装置を用いて製造される押出材としての半中空形材の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の上記実施形態の第１変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の上記実施形態の第２変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の上記実施形態の第３変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の上記実施形態の第４変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の上記実施形態の第５変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００３０】
図１において、１５は本発明の一実施形態に係る押出加工工具、１０は押出加工工具１５を具備した押出加工装置である。同図に示すように、この押出加工装置１０は、直接押出加工方式のものであり、本実施形態の押出加工工具１５を始め、その他に、コンテナ１１、ステム１２等を具備するものである。
【００３１】
この押出加工装置１０を用いて製造される押出材９は、図６に示すように半中空形材である。以下では、押出材９を半中空形材９という。
【００３２】
半中空形材９は、リップ溝型（リップチャンネル状）の形状を有しており、トング比が高い略Ｃ字状の断面形状に形成されている。
【００３３】
この半中空形材９の材質は、金属であり、本実施形態ではアルミニウム（その合金を含む。以下同じ）である。
【００３４】
この半中空形材９は、その内側に設けられ、かつ長さ方向（押出方向Ｅ）に延びるトング部（ボイド部）９２と、周壁に設けられ、かつ長さ方向に延びるスリット状のトング開口部（周壁開口部）９３備え、トング開口部９３を介してトング部９２が外部に開放されている。
【００３５】
図１〜３に示すように、本実施形態の押出加工工具１５は、押出ダイス１と、押出ダイス１の下流側に配置された下流側部材８とを備えている。下流側部材８は、例えばボルスタである。
【００３６】
押出ダイス１は、押出方向Ｅに対し下流側に配置されるダイス本体２と、上流側に配置されるホールプレート５とに分割されている。なお後に詳述するように、ホールプレート５は、ベアリング部を備えず、ダイス（雄型）として機能するものではないが、便宜上、ダイス本体２を雌型、ホールプレート５を雄型と称する場合もある。ダイス本体２及びホールプレート５は、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等のダイス鋼、又はセラミック製である。
【００３７】
図２に示すように、押出ダイス１のダイス本体２は、その上流側端面２ａが押出方向Ｅに対して垂直に配置されるとともに、その下流側端面２ｂが押出方向Ｅに対して垂直な平坦面に形成されている。さらに、ダイス本体２は、図２及び３に示すように、その中央部に半中空形材９を成形する成形孔３がダイス本体２の上流側端面２ａから押出方向Ｅに延びて設けられるとともに、成形孔３の下流側に該成形孔３と連通し且つ成形孔３よりも幅広の裏逃げ孔２５がダイス本体２の下流側端面２ｂまで押出方向Ｅに延びて設けられている。成形孔３の断面形状は、製造される半中空形材９の断面形状に対応した形状の略Ｃ字状に形成されている。裏逃げ孔２５の両内側面は押出方向Ｅに対して外側に傾斜している。裏逃げ孔２５の下流側開口は、ダイス本体２の下流側端面２ｂの略中央部に形成されている（図５参照）。
【００３８】
下流側部材８は、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに当接して配置されるものであり、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等のダイス鋼、又はセラミック製である。下流側部材８の上流側端面８ａは、押出方向Ｅに対し垂直な平坦面に形成されている。したがって、下流側部材８の上流側端面８ａは、ダイス本体２の下流側端面２ｂに面接触状態に当接する。さらに、下流側部材８の上流側端面８ａの直径は、ダイス本体２の下流側端面２ｂの直径に対して略等しく設定されている。
【００３９】
下流側部材８の略中央部には、ダイス本体２の裏逃げ孔２５と連通し且つ裏逃げ孔２５の下流側開口を内周面で包囲する断面円形状の貫通孔８０が押出方向Ｅに沿って貫通して設けられている。
【００４０】
本実施形態では、成形孔３から押し出された半中空形材９が通過する押出材通過空間８１は、ダイス本体２の裏逃げ孔２５と下流側部材８の貫通孔８０とから構成されている。
【００４１】
さらに、図２及び５に示すように、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂには、押出材通過空間８１（詳述すると裏逃げ孔２５における下流側開口の位置）に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給流路形成用の溝７ａが形成されている。溝７ａの断面形状は略コ字状である。そして、ダイス本体２の下流側端面２ｂに下流側部材８の上流側端面８ａが面接触状態に当接して配置されることにより、この溝７ａの開口が下流側部材８の上流側端面で気密に閉塞され、これにより、押出ダイス１のダイス本体２に断面矩形状の不活性ガス供給流路７が形成されている。
【００４２】
図５に示すように、溝７ａは、ダイス本体２の下流側端面２ｂに、裏逃げ孔２５の下流側開口（即ち押出材通過空間８１）の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されている。したがって、溝７ａは、ダイス本体２の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向（即ちダイス本体２の半径方向）に対して屈曲している。本実施形態では、溝７ａは、詳述すると裏逃げ孔２５の下流側開口の周りを四角に取り巻く四角渦巻き状に屈曲している。
【００４３】
さらに、溝７ａの入口７ｘ（不活性ガス供給流路７の入口）は、ダイス本体２の外周面にダイス本体２の半径方向外側に向けて開口して形成されている。溝７ａの出口７ｙ（不活性ガス供給流路７の出口）は、裏逃げ孔２５の内側面に裏逃げ孔２５の下流側開口の内側に向けて開口して形成されている。
【００４４】
溝７ａの入口７ｘには、不活性ガスＧを溝７ａ（不活性ガス供給流路７）に導入する不活性ガス導入手段７０が接続されている。この不活性ガス導入手段７０は、不活性ガスＧを高圧状態に充填したタンク、タンク内の不活性ガスＧを溝７ａの入口７ｘに導入する導入パイプ、不活性ガス導入量を調節するバルブなどを有しており、タンク内に充填された不活性ガスＧの圧力で不活性ガスＧを導入パイプ及びバルブを介して溝７ａの入口７ｘに噴出させることにより、不活性ガスＧを溝７ａに導入するように構成されている。
【００４５】
不活性ガスＧは、半中空形材９の酸化等を防止するためのものである。ここで本発明では、不活性ガスＧとは、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の周期律表の不活性ガスを始め、その他に、窒素ガス等、半中空形材９に対して不活性なガス、及びこれらの混合ガスを含むものとする。
【００４６】
さらに、押出加工工具１５は、１５０℃以上の押出ダイス１を用いて、押出材通過空間８１に１５０℃以上の不活性ガスＧが供給されるように構成されている。詳述すると本実施形態では、押出材通過空間８１に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスＧが供給されるように、押出ダイス１に形成される不活性ガス供給流路７の長さとその断面積と不活性ガスＧの流速とのうち少なくとも一つが設定されている。すなわち、押出材通過空間８１に供給される不活性ガスＧの温度を高くする場合には、不活性ガス供給流路７の長さを長くしたり、不活性ガス供給流路７の断面積を小さくしたり、不活性ガス供給流路７を流れる不活性ガスＧの流速を遅くしたりする。こうすることにより、不活性ガスＧの温度を１５０℃以上に設定することができる。押出材通過空間８１に供給される不活性ガスＧの温度の上限は６６０℃以下に設定されており、これにより、不活性ガスＧの温度がアルミニウムの融点６６０℃を超えないようにしている。押出ダイス１の温度の上限は様々に設定可能であるが、通常５００℃である。
【００４７】
さらに、ダイス本体２は、図２に示すように、成形孔３を構成する内周側ベアリング面３１及び外周側ベアリング面３２等の全てのベアリング部がダイス本体２に形成されるものであり、ソリッドダイスとして捉えることもできる。内周側ベアリング面３１は半中空形材９の内周面を成形するものであり、外周側ベアリング面３２は半中空形材９の外周面を成形するものである。
【００４８】
ダイス本体２の成形孔３の径方向内側には、半中空形材９のトング部９２を成形するトング部成形部２２が配置されるとともに、このトング部成形部２２が、半中空形材９のトング開口部９３を成形するトング開口部成形部２３にてダイス本体２の外周部２１と一体に繋がっている（図３参照）。従って、トング部成形部２２は、ダイス本体外周部２１に片持ち支持部としてのトング開口部成形部２３を介して片持ち状に支持されている。
【００４９】
また、図２に示すように、ダイス本体２の上流側端面（正面）２ａにおける外周縁部には、上流側に突出する嵌合凸縁部２９が周方向（軸心回りの方向）に連続して形成されている。
【００５０】
一方、ホールプレート５は、下流側（背面側）の内部にウエルドチャンバ５１を有し、このウエルドチャンバ５１が下流側に開放されている。したがって、ウエルドチャンバ５１は成形孔３の上流側に成形孔３と連通して配置されている。さらにホールプレート５には、上流側端部がホールプレート５の上流側端面（正面）に開口し、下流側端部が上記ウエルドチャンバ５１に開口する複数のメタルホール５５が形成されている。メタルホール５５の断面形状（正面視形状）は、略１／４円形に形成されており、このメタルホール５５が周方向に等間隔おきに４つ形成されている。
【００５１】
図３及び４に示すように、４つのメタルホール５５の各間の領域は、ブリッジ５３…として構成されており、互いに隣り合う２つのメタルホール５５がブリッジ５３によって仕切られている。すなわち、周方向に互いに隣り合う２つのメタルホール５５、５５間にブリッジ５３が配置されている。
【００５２】
ホールプレート５における４つのメタルホール５５によって囲まれた部分は、押出ダイス１の軸心に沿って配置される軸心部５０として構成されている。図２に示すように、この軸心部５０における下流側端部には、下流側方向に向けて突出する突出部６１が設けられるとともに、この突出部６１の先端（下流側端部）が、背面視状態において矩形状のダミー成形部６として形成されている。このダミー成形部６は、ダイス本体２のトング部成形部２２に位置的に対応しており、ウエルドチャンバ５１内にトング部成形部２２の上流側にて該トング部成形部２２に対向した状態に配置されるとともに、後に詳述するように、トング部成形部２２に対し略相似形に形成されている。
【００５３】
ここで、このダミー成形部６を備えた本実施形態のホールプレート５と、周知のポートホールダイス（ホローダイス）のホールプレートとを比較した場合、本実施形態のダミー成形部６は、周知のホールプレートにおける雄型ダイス（マンドレル）と同じ位置に配置されるものではあるが、半中空形材９の製品形状を決定するベアリング部（内周側ベアリング面）を有するものではない。つまり、このダミー成形部６は、雄型ダイスの位置に配置されるものの、雄型ダイスとして機能することはないため、雄型ダイスのダミーとして捉えることができる。
【００５４】
さらにこのダミー成形部６は、図４に示すように正面視状態において、トング部成形部２２に対し一回り小さく形成されている。
【００５５】
またホールプレート５の下流側端面（背面）における外周縁部には、上記ダイス本体２の嵌合凸縁部２９に対応して、嵌合凹段部５９が周方向に連続して形成されている。
【００５６】
そしてこの構成のホールプレート５の嵌合凹段部５９内に、上記ダイス本体２の嵌合凸縁部２９が嵌合されるようにして、ダイス本体２とホールプレート５とが組み合わされて、本実施形態の押出ダイス１が製作される。
【００５７】
ダミー成形部６の背面とトング部成形部２２の正面との間には隙間２０が形成されている。さらに、ダミー成形部６とトング部成形部２２とは、ボルトやねじ等で機械的に連結固定されることはなく、ダミー成形部６とトング部成形部２２とは、非固定状態、つまり互いに連係されることのないフリーな状態となっている。
【００５８】
図１に示すように、本実施形態の押出加工装置１０では、押出ダイス１のダイス本体２とホールプレート５とが互いに組み合わされた状態で、押出加工装置１０におけるコンテナ１１の下流側にダイスホルダー（図示省略）を介して保持されている。さらに、下流側部材８がダイス本体２の下流側に、ダイス本体２の下流側端面２ｂに下流側部材８の上流側端面８ａが面接触状態に当接して配置されるとともに、この状態で下流側部材８が固定部材（図示せず）で固定されている。この状態では、図２に示すように、ダイス本体２の下流側端面２ｂの不活性ガス供給流路形成用の溝７ａの開口が下流側部材８の上流側端面８ａで気密に閉塞されている。これにより、ダイス本体２に不活性ガス供給流路７が形成されている。
【００５９】
この押出加工装置１０を用いた押出加工（半中空形材の製造方法）は、周知の押出加工方法と同様である。すなわち、押出ダイス１のダイス本体２及びホールプレート５の温度を３５０〜５００℃に設定するとともに、下流側部材８を３００〜４００℃に設定する。そして、室温に設定された不活性ガス(例：窒素ガス)Ｇを不活性ガス導入手段７０によって不活性ガス供給流路７にその入口７ｘから導入し、これにより該不活性ガスＧを不活性ガス供給流路７を介して押出材通過空間８１（詳述すると裏逃げ孔２５の下流側開口の位置）に供給する。不活性ガスＧの供給量は、例えば毎分１リットル〜毎分９０リットルである。この際、押出材通過空間８１内の不活性ガス圧力よりも不活性ガス供給流路７内の不活性ガス圧力を大きくして押出材通過空間８１に不活性ガスを供給する。具体的には、押出材通過空間８１内の不活性ガス圧力を例えば０．１ＭＰａ、不活性ガス供給流路７内の不活性ガス圧力を例えば０．１１ＭＰａにする。こうすることにより、不活性ガスＧの供給量を圧力によって制御することができる。この状態を維持しつつ、コンテナ１１内に装填された押出材料９１（成形材料）としてのアルミニウムビレットをステム１２でダミーブロック１３を介して押出方向Ｅに押す。これにより、押出材料９１が各メタルホール５５から導入されてウエルドチャンバ５１内で合流及び溶着（圧着）されて成形孔３を通過する。これにより、押出材料９１が成形加工されて成形孔３に対応した断面形状の図６に示すアルミニウム製半中空形材９が製造される。成形孔３から押し出された半中空形材９は、押出材通過空間８１としての、ダイス本体２の裏逃げ孔２５及び下流側部材８の貫通孔８０を順次通過する。このとき、高温状態の半中空形材９は、不活性ガスＧにより酸化が防止される。
【００６０】
而して、上記実施形態の押出ダイス１には次の利点がある。
【００６１】
押出ダイス１のダイス本体２に、ダイス本体２の成形孔３よりも下流側の押出材通過空間８１に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給流路７が形成されているので、押出加工時に、不活性ガスＧが不活性ガス供給流路７を流れて押出材通過空間８１に供給されることで半中空形材９の酸化を防止することができる。さらに、不活性ガスＧが不活性ガス供給流路７を流れる途中で押出ダイス１のダイス本体２により加熱されてその温度が上昇する。そのため、半中空形材９の急冷に伴う半中空形材９の形状や表面状態の変化を防止することができる。
【００６２】
さらに、不活性ガス供給流路７は、下流側部材８に形成されるのではなく、下流側部材８の温度よりも高い温度に設定された押出ダイス１のダイス本体２に形成されているので、不活性ガスＧの温度を迅速に上昇させることができる。そのため、より高温の不活性ガスＧを押出材通過空間８１に確実に供給することができ、これにより、不活性ガス供給流路７が下流側部材８に形成された場合に比べて、半中空形材９の形状や表面状態の変化をより確実に防止することができる。
【００６３】
さらに、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに不活性ガス供給流路形成用の溝７ａが形成されるとともに、この溝７ａの開口が下流側部材８で閉塞されることにより、押出ダイス１のダイス本体２に不活性ガス供給流路７が形成されているので、押出ダイス１に不活性ガス供給流路７を容易に形成することができる。
【００６４】
さらに、溝７ａが、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに、押出ダイス１の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向に対して屈曲して形成されているので（図５参照）、不活性ガス供給流路７を長くすることができる。これにより、不活性ガスＧへの加熱時間が長くなり、そのため不活性ガスＧの温度を大幅に上昇させることができ、もって半中空形材９の形状や表面状態の変化を更に確実に防止することができる。
【００６５】
さらに、溝７ａが、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに、押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されているので、次の効果を奏する。
【００６６】
溝７ａが押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態に屈曲している、すなわち押出ダイス１の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向に対して屈曲しているので、上述した効果と同様の効果を奏する。さらに、一般に、室温の不活性ガスＧが不活性ガス供給流路７を流れることで押出ダイス１の熱が不活性ガス供給流路７の位置で局部的に不活性ガスＧに奪われて押出ダイス１に温度分布が生じるけれども、本実施形態の押出加工工具１５によれば溝７ａの屈曲状態が押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態であるから、押出ダイス１の温度分布を、押出材通過空間８１を中心に周方向に極力均一にすることができる。これにより、押出材通過空間８１を通過する半中空形材９の周方向の温度分布について均一化を図ることができ、もって半中空形材９の形状や表面状態を良好に保持することができる。
【００６７】
さらに、溝７ａが、押出材通過空間８１の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されているので、不活性ガスＧへの加熱時間を更に長くすることができるし、押出ダイス１の温度分布を、押出材通過空間８１を中心に周方向に更に均一にすることができる。そのため、不活性ガスＧの温度を更に大幅に上昇させることができるし、押出材通過空間８１を通過する半中空形材９の周方向の温度分布について均一化を更に図ることができ、もって半中空形材９の形状や表面状態の変化を更に一層確実に防止することができる。
【００６８】
さらに、この押出加工工具１５は、１５０℃以上の押出ダイス１を用いて、押出材通過空間８１に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスＧが供給されるように構成されているので、アルミニウム製の半中空形材９についてその形状や表面状態の変化を確実に防止することができる。
【００６９】
また本実施形態の押出加工工具１５の押出ダイス１によれば、トング部成形部２２の上流側にトング部成形部２２に対応してダミー成形部６を配置しているため、押出加工時に、押出材料９１がダミー成形部６の外周側を流動することにより、押出材料９１がトング部成形部２２の中心部（主要部）に圧接することがなく、トング部成形部２２に作用する押出荷重が軽減される。このため、その押出荷重によりトング開口部成形部２３が破損する可能性を低く抑えることができ、もって押出ダイス１の耐久性を向上させることができる。
【００７０】
また本実施形態においては、ダミー成形部６をトング部成形部２２に対し離間させているため、押出荷重によって押出ダイス１のホールプレート５に撓みが発生して、ダミー成形部６が下流側に押し出されたとしても、ダミー成形部６がトング部成形部２２に圧接するのを有効に防止できる。このため、トング部成形部２２に多大な荷重が加わることがなく、この点からも、トング開口部成形部２３の破損を確実に防止でき、もって押出ダイス１の耐久性を一層向上させることができる。
【００７１】
その上さらに、本実施形態においては、ダミー成形部６をトング部成形部２２に対し非固定状態としているため、押出ダイス１のホールプレート５の撓みによりダミー成形部６が変位したとしても、その変位に追従してトング部成形部２２が変位するようなことがなく、ダミー成形部６の変位による悪影響がトング部成形部２２に及ぶようなことがない。従ってトング開口部成形部２３の破損をより確実に防止でき、もって押出ダイス１の耐久性をより一層確実に向上させることができる。
【００７２】
なお本実施形態においては、ダミー成形部６およびトング部成形部２２間の隙間２０の幅寸法を、成形孔３の幅寸法よりも狭く設定している。これにより、押出材料９１は優先して成形孔３を通過するようになり、ダミー成形部６およびトング部成形部２２間の隙間２０に押出材料９１が浸入するのを確実に防止することができる。このため、押出材料９１の隙間２０への浸入による不具合、例えば隙間２０に押出材料９１がかみ込むことによって、ホールプレート５の撓みによる悪影響がトング部成形部２２に及ぶのを確実に防止でき、もって押出ダイス１の耐久性をより一層確実に向上させることができる。
【００７３】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々に変更可能である。
【００７４】
例えば、図７Ａ〜７Ｅは、上記実施形態に係る押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに形成される不活性ガス供給流路形成用の溝７ａの幾つかの変形形態を示している。なおこれらの図では、押出材通過空間８１（即ち裏逃げ孔２５）の断面形状が円形状である場合を示している。
【００７５】
図７Ａに示した第１変形形態では、溝７ａは、押出ダイス１のダイス本体２の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向に真直に形成されている。
【００７６】
図７Ｂに示した第２変形形態では、２本の溝７ａ、７ａが互いに１８０°の位相差をもって押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されている。
【００７７】
図７Ｃに示した第３変形形態では、溝７ａは、押出ダイス１の外周側から押出材通過空間８１に向かう途中で複数（同図では２つ）に分岐して形成されている。
【００７８】
図７Ｄに示した第４変形形態では、溝７ａは、押出材通過空間８１の周りを１周以上、丸く取り巻く丸渦巻き状に屈曲して形成されている。
【００７９】
図７Ｅに示した第５変形形態では、溝７ａは、その出口７ｙが先細り状になるように形成されている。
【００８０】
なお本発明では、上記実施形態及び上記変形形態の押出ダイス１の溝７ａの形状を組み合わせて構成しても良い。
【００８１】
また上記実施形態では、下流側部材８はボルスタであるが、本発明では、その他にバッカ等であっても良い。
【００８２】
また上記実施形態では、溝７ａの断面形状はコ字状であるが、本発明では、その他にＶ字状や円弧状などであっても良い。
【００８３】
また上記実施形態では、押出材９は半中空形材であるが、本発明では、その他に中空材や中実材であっても良い。
【００８４】
また上記実施形態では、ウエルドチャンバ５１はホールプレート５に設けられているが、本発明では、その他に、ウエルドチャンバ５１はダイス本体２に設けられていても良いし、ダイス本体２とホールプレート５とに跨がって設けられていても良い。すなわち、本発明では、ウエルドチャンバ５１は、ダイス本体２とホールプレート５のうち少なくとも一方に設けられていれば良い。
【００８５】
また上記実施形態では、押出材９の材質、即ち押出材料９１は、アルミニウムであることが望ましいが、本発明では、その他に、アルミニウム以外の金属であっても良い。
【００８６】
また上記実施形態では、押出ダイス１は、ダイス本体２とホールプレート５とが組み合わされたダイス、即ち組合せダイスであるが、本発明では、そのような組合せダイスであることに限定されるものではなく、その他に、例えば単独で用いられるダイスであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、半中空形材等の押出材を押出加工により製造する際に用いられる押出加工工具、及び押出材の製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１：押出ダイス
２：ダイス本体
２ｂ：ダイス本体の下流側端面
３：成形孔
５：ホールプレート
７：シールドガス供給流路
７ａ：シールドガス供給流路形成用の溝
８：下流側部材
８ａ：下流側部材の上流側端面
８１：押出材通過空間
９：半中空形材（押出材）
１０：押出加工装置
１５：押出加工工具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出材を押出加工により製造する際に用いられる押出加工工具、及び押出材の製造方法に関する。
【０００２】
なお本明細書及び特許請求の範囲において、上流及び下流とは、それぞれ押出方向に対し上流及び下流を意味している。
【背景技術】
【０００３】
押出ダイスを具備した押出加工工具を用いてアルミニウム製押出材を押出加工により製造する際には、押出ダイスの成形孔から押し出された押出材の酸化等を防止するため不活性ガスが成形孔よりも下流側の押出材通過空間に供給される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この押出加工において、押出ダイスの下流側には、ボルスタ、バッカ等の下流側部材が配置されるとともに、押出ダイスは下流側部材の温度よりも高い温度に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９１６６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の方法では、押出材通過空間に供給される不活性ガスの温度は、押出材の温度（例えば約４００℃）よりも格段に低かった。そのため、押出材が不活性ガスにより急冷されて押出材の形状や表面状態が変化するという難点があった。
【０００７】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、押出材の酸化を防止することができる上、更に、押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる押出加工工具及びこれを用いた押出材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の手段を提供する。
【０００９】
［１］ 成形孔を有する押出ダイスに、前記成形孔よりも下流側の押出材通過空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路が形成されていることを特徴とする押出加工工具。
【００１０】
［２］ 前記押出ダイスの下流側に押出ダイスの下流側端面に当接して配置される下流側部材を具備し、
前記押出ダイスの下流側端面に、不活性ガス供給流路形成用の溝が形成されるとともに、
前記溝の開口が前記下流側部材で閉塞されることにより、前記押出ダイスに前記不活性ガス供給流路が形成されている前項１記載の押出加工工具。
【００１１】
［３］ 前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出ダイスの外周側から前記押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲して形成されている前項２記載の押出加工工具。
【００１２】
［４］ 前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されている前項２又は３記載の押出加工工具。
【００１３】
［５］ 前記溝は、前記押出材通過空間の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されている前項４記載の押出加工工具。
【００１４】
［６］ 押出加工工具は、アルミニウム又はその合金製の押出材を製造する際に用いられるものであり、
１５０℃以上の押出ダイスを用いて、前記押出材通過空間に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスが供給されるように構成されている前項１〜５のいずれかに記載の押出加工工具。
【００１５】
［７］ 押出加工工具を用いて押出材を押出加工により製造する押出材の製造方法であって、
押出加工工具として、前項１〜６のいずれかに記載の押出加工工具を用い、
前記押出加工工具の押出材通過空間に不活性ガス供給流路を介して不活性ガスを供給した状態で、押出材を押出加工により製造することを特徴とする押出材の製造方法。
【００１６】
［８］ 前記押出材通過空間内の不活性ガス圧力よりも前記不活性ガス供給流路内の不活性ガス圧力を大きくして前記押出材通過空間に不活性ガスを供給する前項７記載の押出材の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以下の効果を奏する。
【００１８】
前項［１］の押出加工工具によれば、成形孔を有する押出ダイスに、成形孔よりも下流側の押出材通過空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路が形成されているので、不活性ガスが不活性ガス供給流路を流れて押出材通過空間に供給されることで押出材の酸化を防止することができる。さらに、不活性ガスが不活性ガス供給流路を流れる途中で押出ダイスにより加熱されてその温度が上昇する。そのため、押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる。
【００１９】
ここで、不活性ガス供給流路は、押出ダイスの下流側に配置されるボルスタ、バッカ等の下流側部材に形成されるのではなく、押出加工時に下流側部材の温度よりも高い温度に設定される押出ダイスに形成されるので、不活性ガスの温度を迅速に上昇させることができる。そのため、より高温の不活性ガスを押出材通過空間に確実に供給することができ、これにより、不活性ガス供給流路が下流側部材に形成された場合に比べて、押出材の形状や表面状態の変化をより確実に防止することができる。
【００２０】
前項［２］の押出加工工具によれば、押出ダイスの下流側端面に不活性ガス供給流路形成用の溝が形成されるとともに、この溝の開口が下流側部材で閉塞されることにより、押出ダイスに不活性ガス供給流路が形成されているので、押出ダイスに不活性ガス供給流路を容易に形成することができる。
【００２１】
前項［３］の押出加工工具によれば、溝が、押出ダイスの下流側端面に、押出ダイスの外周側から押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲して形成されているので、不活性ガス供給流路を長くすることができる。これにより、不活性ガスへの加熱時間が長くなり、そのため不活性ガスの温度を大幅に上昇させることができ、もって押出材の形状や表面状態の変化を更に確実に防止することができる。
【００２２】
前項［４］の押出加工工具によれば、溝が、押出ダイスの下流側端面に、押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されているので、次の効果を奏する。
【００２３】
溝が押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲している、すなわち押出ダイスの外周側から押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲しているので、前項［３］の押出加工工具による効果と同様の効果を奏する。さらに、一般に、室温の不活性ガスが不活性ガス供給流路を流れることで押出ダイスの熱が不活性ガス供給流路の位置で局部的に不活性ガスに奪われて押出ダイスに温度分布が生じるけれども、当該［４］の押出加工工具によれば溝の屈曲状態が押出材通過空間の周りを取り巻く状態であるから、押出ダイスの温度分布を、押出材通過空間を中心に周方向に極力均一にすることができる。これにより、押出材通過空間を通過する押出材の周方向の温度分布について均一化を図ることができ、もって押出材の形状や表面状態を良好に保持することができる。
【００２４】
前項［５］の押出加工工具によれば、溝が、押出材通過空間の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されているので、不活性ガスへの加熱時間を更に長くすることができるし、押出ダイスの温度分布を、押出材通過空間を中心に周方向に更に均一にすることができる。そのため、前項［３］の効果を確実に得ることができる。
【００２５】
前項［６］の押出加工工具は、１５０℃以上の押出ダイスを用いて、押出材通過空間に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスが供給されるように構成されているので、アルミニウム又はその合金製の押出材についてその形状や表面状態の変化を確実に防止することができる。
【００２６】
前項［７］の押出材の製造方法によれば、押出材の急冷に伴う押出材の形状や表面状態の変化を防止することができる。
【００２７】
前項［８］の押出材の製造方法では、押出材通過空間内の不活性ガス圧力よりも不活性ガス供給流路内の不活性ガス圧力を大きくして押出材通過空間に不活性ガスを供給することにより、不活性ガスの供給量を圧力によって制御することができる。そのため、前項［７］の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る押出加工工具を具備した押出加工装置を、押出材としての半中空形材を製造している途中の状態で示す断面図である。
【図２】図２は、同押出加工工具の断面図である。
【図３】図３は、同押出加工工具の分解斜視図である。
【図４】図４は、同押出加工工具を上流側から見た正面図である。
【図５】図５は、同押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た図２中のＸ−Ｘ線背面図である。
【図６】図６は、同押出加工装置を用いて製造される押出材としての半中空形材の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の上記実施形態の第１変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の上記実施形態の第２変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の上記実施形態の第３変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の上記実施形態の第４変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の上記実施形態の第５変形形態に係る押出加工工具の押出ダイスのダイス本体を下流側から見た、図５に対応する背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００３０】
図１において、１５は本発明の一実施形態に係る押出加工工具、１０は押出加工工具１５を具備した押出加工装置である。同図に示すように、この押出加工装置１０は、直接押出加工方式のものであり、本実施形態の押出加工工具１５を始め、その他に、コンテナ１１、ステム１２等を具備するものである。
【００３１】
この押出加工装置１０を用いて製造される押出材９は、図６に示すように半中空形材である。以下では、押出材９を半中空形材９という。
【００３２】
半中空形材９は、リップ溝型（リップチャンネル状）の形状を有しており、トング比が高い略Ｃ字状の断面形状に形成されている。
【００３３】
この半中空形材９の材質は、金属であり、本実施形態ではアルミニウム（その合金を含む。以下同じ）である。
【００３４】
この半中空形材９は、その内側に設けられ、かつ長さ方向（押出方向Ｅ）に延びるトング部（ボイド部）９２と、周壁に設けられ、かつ長さ方向に延びるスリット状のトング開口部（周壁開口部）９３備え、トング開口部９３を介してトング部９２が外部に開放されている。
【００３５】
図１〜３に示すように、本実施形態の押出加工工具１５は、押出ダイス１と、押出ダイス１の下流側に配置された下流側部材８とを備えている。下流側部材８は、例えばボルスタである。
【００３６】
押出ダイス１は、押出方向Ｅに対し下流側に配置されるダイス本体２と、上流側に配置されるホールプレート５とに分割されている。なお後に詳述するように、ホールプレート５は、ベアリング部を備えず、ダイス（雄型）として機能するものではないが、便宜上、ダイス本体２を雌型、ホールプレート５を雄型と称する場合もある。ダイス本体２及びホールプレート５は、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等のダイス鋼、又はセラミック製である。
【００３７】
図２に示すように、押出ダイス１のダイス本体２は、その上流側端面２ａが押出方向Ｅに対して垂直に配置されるとともに、その下流側端面２ｂが押出方向Ｅに対して垂直な平坦面に形成されている。さらに、ダイス本体２は、図２及び３に示すように、その中央部に半中空形材９を成形する成形孔３がダイス本体２の上流側端面２ａから押出方向Ｅに延びて設けられるとともに、成形孔３の下流側に該成形孔３と連通し且つ成形孔３よりも幅広の裏逃げ孔２５がダイス本体２の下流側端面２ｂまで押出方向Ｅに延びて設けられている。成形孔３の断面形状は、製造される半中空形材９の断面形状に対応した形状の略Ｃ字状に形成されている。裏逃げ孔２５の両内側面は押出方向Ｅに対して外側に傾斜している。裏逃げ孔２５の下流側開口は、ダイス本体２の下流側端面２ｂの略中央部に形成されている（図５参照）。
【００３８】
下流側部材８は、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに当接して配置されるものであり、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等のダイス鋼、又はセラミック製である。下流側部材８の上流側端面８ａは、押出方向Ｅに対し垂直な平坦面に形成されている。したがって、下流側部材８の上流側端面８ａは、ダイス本体２の下流側端面２ｂに面接触状態に当接する。さらに、下流側部材８の上流側端面８ａの直径は、ダイス本体２の下流側端面２ｂの直径に対して略等しく設定されている。
【００３９】
下流側部材８の略中央部には、ダイス本体２の裏逃げ孔２５と連通し且つ裏逃げ孔２５の下流側開口を内周面で包囲する断面円形状の貫通孔８０が押出方向Ｅに沿って貫通して設けられている。
【００４０】
本実施形態では、成形孔３から押し出された半中空形材９が通過する押出材通過空間８１は、ダイス本体２の裏逃げ孔２５と下流側部材８の貫通孔８０とから構成されている。
【００４１】
さらに、図２及び５に示すように、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂには、押出材通過空間８１（詳述すると裏逃げ孔２５における下流側開口の位置）に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給流路形成用の溝７ａが形成されている。溝７ａの断面形状は略コ字状である。そして、ダイス本体２の下流側端面２ｂに下流側部材８の上流側端面８ａが面接触状態に当接して配置されることにより、この溝７ａの開口が下流側部材８の上流側端面で気密に閉塞され、これにより、押出ダイス１のダイス本体２に断面矩形状の不活性ガス供給流路７が形成されている。
【００４２】
図５に示すように、溝７ａは、ダイス本体２の下流側端面２ｂに、裏逃げ孔２５の下流側開口（即ち押出材通過空間８１）の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されている。したがって、溝７ａは、ダイス本体２の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向（即ちダイス本体２の半径方向）に対して屈曲している。本実施形態では、溝７ａは、詳述すると裏逃げ孔２５の下流側開口の周りを四角に取り巻く四角渦巻き状に屈曲している。
【００４３】
さらに、溝７ａの入口７ｘ（不活性ガス供給流路７の入口）は、ダイス本体２の外周面にダイス本体２の半径方向外側に向けて開口して形成されている。溝７ａの出口７ｙ（不活性ガス供給流路７の出口）は、裏逃げ孔２５の内側面に裏逃げ孔２５の下流側開口の内側に向けて開口して形成されている。
【００４４】
溝７ａの入口７ｘには、不活性ガスＧを溝７ａ（不活性ガス供給流路７）に導入する不活性ガス導入手段７０が接続されている。この不活性ガス導入手段７０は、不活性ガスＧを高圧状態に充填したタンク、タンク内の不活性ガスＧを溝７ａの入口７ｘに導入する導入パイプ、不活性ガス導入量を調節するバルブなどを有しており、タンク内に充填された不活性ガスＧの圧力で不活性ガスＧを導入パイプ及びバルブを介して溝７ａの入口７ｘに噴出させることにより、不活性ガスＧを溝７ａに導入するように構成されている。
【００４５】
不活性ガスＧは、半中空形材９の酸化等を防止するためのものである。ここで本発明では、不活性ガスＧとは、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の周期律表の不活性ガスを始め、その他に、窒素ガス等、半中空形材９に対して不活性なガス、及びこれらの混合ガスを含むものとする。
【００４６】
さらに、押出加工工具１５は、１５０℃以上の押出ダイス１を用いて、押出材通過空間８１に１５０℃以上の不活性ガスＧが供給されるように構成されている。詳述すると本実施形態では、押出材通過空間８１に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスＧが供給されるように、押出ダイス１に形成される不活性ガス供給流路７の長さとその断面積と不活性ガスＧの流速とのうち少なくとも一つが設定されている。すなわち、押出材通過空間８１に供給される不活性ガスＧの温度を高くする場合には、不活性ガス供給流路７の長さを長くしたり、不活性ガス供給流路７の断面積を小さくしたり、不活性ガス供給流路７を流れる不活性ガスＧの流速を遅くしたりする。こうすることにより、不活性ガスＧの温度を１５０℃以上に設定することができる。押出材通過空間８１に供給される不活性ガスＧの温度の上限は６６０℃以下に設定されており、これにより、不活性ガスＧの温度がアルミニウムの融点６６０℃を超えないようにしている。押出ダイス１の温度の上限は様々に設定可能であるが、通常５００℃である。
【００４７】
さらに、ダイス本体２は、図２に示すように、成形孔３を構成する内周側ベアリング面３１及び外周側ベアリング面３２等の全てのベアリング部がダイス本体２に形成されるものであり、ソリッドダイスとして捉えることもできる。内周側ベアリング面３１は半中空形材９の内周面を成形するものであり、外周側ベアリング面３２は半中空形材９の外周面を成形するものである。
【００４８】
ダイス本体２の成形孔３の径方向内側には、半中空形材９のトング部９２を成形するトング部成形部２２が配置されるとともに、このトング部成形部２２が、半中空形材９のトング開口部９３を成形するトング開口部成形部２３にてダイス本体２の外周部２１と一体に繋がっている（図３参照）。従って、トング部成形部２２は、ダイス本体外周部２１に片持ち支持部としてのトング開口部成形部２３を介して片持ち状に支持されている。
【００４９】
また、図２に示すように、ダイス本体２の上流側端面（正面）２ａにおける外周縁部には、上流側に突出する嵌合凸縁部２９が周方向（軸心回りの方向）に連続して形成されている。
【００５０】
一方、ホールプレート５は、下流側（背面側）の内部にウエルドチャンバ５１を有し、このウエルドチャンバ５１が下流側に開放されている。したがって、ウエルドチャンバ５１は成形孔３の上流側に成形孔３と連通して配置されている。さらにホールプレート５には、上流側端部がホールプレート５の上流側端面（正面）に開口し、下流側端部が上記ウエルドチャンバ５１に開口する複数のメタルホール５５が形成されている。メタルホール５５の断面形状（正面視形状）は、略１／４円形に形成されており、このメタルホール５５が周方向に等間隔おきに４つ形成されている。
【００５１】
図３及び４に示すように、４つのメタルホール５５の各間の領域は、ブリッジ５３…として構成されており、互いに隣り合う２つのメタルホール５５がブリッジ５３によって仕切られている。すなわち、周方向に互いに隣り合う２つのメタルホール５５、５５間にブリッジ５３が配置されている。
【００５２】
ホールプレート５における４つのメタルホール５５によって囲まれた部分は、押出ダイス１の軸心に沿って配置される軸心部５０として構成されている。図２に示すように、この軸心部５０における下流側端部には、下流側方向に向けて突出する突出部６１が設けられるとともに、この突出部６１の先端（下流側端部）が、背面視状態において矩形状のダミー成形部６として形成されている。このダミー成形部６は、ダイス本体２のトング部成形部２２に位置的に対応しており、ウエルドチャンバ５１内にトング部成形部２２の上流側にて該トング部成形部２２に対向した状態に配置されるとともに、後に詳述するように、トング部成形部２２に対し略相似形に形成されている。
【００５３】
ここで、このダミー成形部６を備えた本実施形態のホールプレート５と、周知のポートホールダイス（ホローダイス）のホールプレートとを比較した場合、本実施形態のダミー成形部６は、周知のホールプレートにおける雄型ダイス（マンドレル）と同じ位置に配置されるものではあるが、半中空形材９の製品形状を決定するベアリング部（内周側ベアリング面）を有するものではない。つまり、このダミー成形部６は、雄型ダイスの位置に配置されるものの、雄型ダイスとして機能することはないため、雄型ダイスのダミーとして捉えることができる。
【００５４】
さらにこのダミー成形部６は、図４に示すように正面視状態において、トング部成形部２２に対し一回り小さく形成されている。
【００５５】
またホールプレート５の下流側端面（背面）における外周縁部には、上記ダイス本体２の嵌合凸縁部２９に対応して、嵌合凹段部５９が周方向に連続して形成されている。
【００５６】
そしてこの構成のホールプレート５の嵌合凹段部５９内に、上記ダイス本体２の嵌合凸縁部２９が嵌合されるようにして、ダイス本体２とホールプレート５とが組み合わされて、本実施形態の押出ダイス１が製作される。
【００５７】
ダミー成形部６の背面とトング部成形部２２の正面との間には隙間２０が形成されている。さらに、ダミー成形部６とトング部成形部２２とは、ボルトやねじ等で機械的に連結固定されることはなく、ダミー成形部６とトング部成形部２２とは、非固定状態、つまり互いに連係されることのないフリーな状態となっている。
【００５８】
図１に示すように、本実施形態の押出加工装置１０では、押出ダイス１のダイス本体２とホールプレート５とが互いに組み合わされた状態で、押出加工装置１０におけるコンテナ１１の下流側にダイスホルダー（図示省略）を介して保持されている。さらに、下流側部材８がダイス本体２の下流側に、ダイス本体２の下流側端面２ｂに下流側部材８の上流側端面８ａが面接触状態に当接して配置されるとともに、この状態で下流側部材８が固定部材（図示せず）で固定されている。この状態では、図２に示すように、ダイス本体２の下流側端面２ｂの不活性ガス供給流路形成用の溝７ａの開口が下流側部材８の上流側端面８ａで気密に閉塞されている。これにより、ダイス本体２に不活性ガス供給流路７が形成されている。
【００５９】
この押出加工装置１０を用いた押出加工（半中空形材の製造方法）は、周知の押出加工方法と同様である。すなわち、押出ダイス１のダイス本体２及びホールプレート５の温度を３５０〜５００℃に設定するとともに、下流側部材８を３００〜４００℃に設定する。そして、室温に設定された不活性ガス(例：窒素ガス)Ｇを不活性ガス導入手段７０によって不活性ガス供給流路７にその入口７ｘから導入し、これにより該不活性ガスＧを不活性ガス供給流路７を介して押出材通過空間８１（詳述すると裏逃げ孔２５の下流側開口の位置）に供給する。不活性ガスＧの供給量は、例えば毎分１リットル〜毎分９０リットルである。この際、押出材通過空間８１内の不活性ガス圧力よりも不活性ガス供給流路７内の不活性ガス圧力を大きくして押出材通過空間８１に不活性ガスを供給する。具体的には、押出材通過空間８１内の不活性ガス圧力を例えば０．１ＭＰａ、不活性ガス供給流路７内の不活性ガス圧力を例えば０．１１ＭＰａにする。こうすることにより、不活性ガスＧの供給量を圧力によって制御することができる。この状態を維持しつつ、コンテナ１１内に装填された押出材料９１（成形材料）としてのアルミニウムビレットをステム１２でダミーブロック１３を介して押出方向Ｅに押す。これにより、押出材料９１が各メタルホール５５から導入されてウエルドチャンバ５１内で合流及び溶着（圧着）されて成形孔３を通過する。これにより、押出材料９１が成形加工されて成形孔３に対応した断面形状の図６に示すアルミニウム製半中空形材９が製造される。成形孔３から押し出された半中空形材９は、押出材通過空間８１としての、ダイス本体２の裏逃げ孔２５及び下流側部材８の貫通孔８０を順次通過する。このとき、高温状態の半中空形材９は、不活性ガスＧにより酸化が防止される。
【００６０】
而して、上記実施形態の押出ダイス１には次の利点がある。
【００６１】
押出ダイス１のダイス本体２に、ダイス本体２の成形孔３よりも下流側の押出材通過空間８１に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給流路７が形成されているので、押出加工時に、不活性ガスＧが不活性ガス供給流路７を流れて押出材通過空間８１に供給されることで半中空形材９の酸化を防止することができる。さらに、不活性ガスＧが不活性ガス供給流路７を流れる途中で押出ダイス１のダイス本体２により加熱されてその温度が上昇する。そのため、半中空形材９の急冷に伴う半中空形材９の形状や表面状態の変化を防止することができる。
【００６２】
さらに、不活性ガス供給流路７は、下流側部材８に形成されるのではなく、下流側部材８の温度よりも高い温度に設定された押出ダイス１のダイス本体２に形成されているので、不活性ガスＧの温度を迅速に上昇させることができる。そのため、より高温の不活性ガスＧを押出材通過空間８１に確実に供給することができ、これにより、不活性ガス供給流路７が下流側部材８に形成された場合に比べて、半中空形材９の形状や表面状態の変化をより確実に防止することができる。
【００６３】
さらに、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに不活性ガス供給流路形成用の溝７ａが形成されるとともに、この溝７ａの開口が下流側部材８で閉塞されることにより、押出ダイス１のダイス本体２に不活性ガス供給流路７が形成されているので、押出ダイス１に不活性ガス供給流路７を容易に形成することができる。
【００６４】
さらに、溝７ａが、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに、押出ダイス１の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向に対して屈曲して形成されているので（図５参照）、不活性ガス供給流路７を長くすることができる。これにより、不活性ガスＧへの加熱時間が長くなり、そのため不活性ガスＧの温度を大幅に上昇させることができ、もって半中空形材９の形状や表面状態の変化を更に確実に防止することができる。
【００６５】
さらに、溝７ａが、押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに、押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されているので、次の効果を奏する。
【００６６】
溝７ａが押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態に屈曲している、すなわち押出ダイス１の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向に対して屈曲しているので、上述した効果と同様の効果を奏する。さらに、一般に、室温の不活性ガスＧが不活性ガス供給流路７を流れることで押出ダイス１の熱が不活性ガス供給流路７の位置で局部的に不活性ガスＧに奪われて押出ダイス１に温度分布が生じるけれども、本実施形態の押出加工工具１５によれば溝７ａの屈曲状態が押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態であるから、押出ダイス１の温度分布を、押出材通過空間８１を中心に周方向に極力均一にすることができる。これにより、押出材通過空間８１を通過する半中空形材９の周方向の温度分布について均一化を図ることができ、もって半中空形材９の形状や表面状態を良好に保持することができる。
【００６７】
さらに、溝７ａが、押出材通過空間８１の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されているので、不活性ガスＧへの加熱時間を更に長くすることができるし、押出ダイス１の温度分布を、押出材通過空間８１を中心に周方向に更に均一にすることができる。そのため、不活性ガスＧの温度を更に大幅に上昇させることができるし、押出材通過空間８１を通過する半中空形材９の周方向の温度分布について均一化を更に図ることができ、もって半中空形材９の形状や表面状態の変化を更に一層確実に防止することができる。
【００６８】
さらに、この押出加工工具１５は、１５０℃以上の押出ダイス１を用いて、押出材通過空間８１に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスＧが供給されるように構成されているので、アルミニウム製の半中空形材９についてその形状や表面状態の変化を確実に防止することができる。
【００６９】
また本実施形態の押出加工工具１５の押出ダイス１によれば、トング部成形部２２の上流側にトング部成形部２２に対応してダミー成形部６を配置しているため、押出加工時に、押出材料９１がダミー成形部６の外周側を流動することにより、押出材料９１がトング部成形部２２の中心部（主要部）に圧接することがなく、トング部成形部２２に作用する押出荷重が軽減される。このため、その押出荷重によりトング開口部成形部２３が破損する可能性を低く抑えることができ、もって押出ダイス１の耐久性を向上させることができる。
【００７０】
また本実施形態においては、ダミー成形部６をトング部成形部２２に対し離間させているため、押出荷重によって押出ダイス１のホールプレート５に撓みが発生して、ダミー成形部６が下流側に押し出されたとしても、ダミー成形部６がトング部成形部２２に圧接するのを有効に防止できる。このため、トング部成形部２２に多大な荷重が加わることがなく、この点からも、トング開口部成形部２３の破損を確実に防止でき、もって押出ダイス１の耐久性を一層向上させることができる。
【００７１】
その上さらに、本実施形態においては、ダミー成形部６をトング部成形部２２に対し非固定状態としているため、押出ダイス１のホールプレート５の撓みによりダミー成形部６が変位したとしても、その変位に追従してトング部成形部２２が変位するようなことがなく、ダミー成形部６の変位による悪影響がトング部成形部２２に及ぶようなことがない。従ってトング開口部成形部２３の破損をより確実に防止でき、もって押出ダイス１の耐久性をより一層確実に向上させることができる。
【００７２】
なお本実施形態においては、ダミー成形部６およびトング部成形部２２間の隙間２０の幅寸法を、成形孔３の幅寸法よりも狭く設定している。これにより、押出材料９１は優先して成形孔３を通過するようになり、ダミー成形部６およびトング部成形部２２間の隙間２０に押出材料９１が浸入するのを確実に防止することができる。このため、押出材料９１の隙間２０への浸入による不具合、例えば隙間２０に押出材料９１がかみ込むことによって、ホールプレート５の撓みによる悪影響がトング部成形部２２に及ぶのを確実に防止でき、もって押出ダイス１の耐久性をより一層確実に向上させることができる。
【００７３】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々に変更可能である。
【００７４】
例えば、図７Ａ〜７Ｅは、上記実施形態に係る押出ダイス１のダイス本体２の下流側端面２ｂに形成される不活性ガス供給流路形成用の溝７ａの幾つかの変形形態を示している。なおこれらの図では、押出材通過空間８１（即ち裏逃げ孔２５）の断面形状が円形状である場合を示している。
【００７５】
図７Ａに示した第１変形形態では、溝７ａは、押出ダイス１のダイス本体２の外周側から押出材通過空間８１に向かう方向に真直に形成されている。
【００７６】
図７Ｂに示した第２変形形態では、２本の溝７ａ、７ａが互いに１８０°の位相差をもって押出材通過空間８１の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されている。
【００７７】
図７Ｃに示した第３変形形態では、溝７ａは、押出ダイス１の外周側から押出材通過空間８１に向かう途中で複数（同図では２つ）に分岐して形成されている。
【００７８】
図７Ｄに示した第４変形形態では、溝７ａは、押出材通過空間８１の周りを１周以上、丸く取り巻く丸渦巻き状に屈曲して形成されている。
【００７９】
図７Ｅに示した第５変形形態では、溝７ａは、その出口７ｙが先細り状になるように形成されている。
【００８０】
なお本発明では、上記実施形態及び上記変形形態の押出ダイス１の溝７ａの形状を組み合わせて構成しても良い。
【００８１】
また上記実施形態では、下流側部材８はボルスタであるが、本発明では、その他にバッカ等であっても良い。
【００８２】
また上記実施形態では、溝７ａの断面形状はコ字状であるが、本発明では、その他にＶ字状や円弧状などであっても良い。
【００８３】
また上記実施形態では、押出材９は半中空形材であるが、本発明では、その他に中空材や中実材であっても良い。
【００８４】
また上記実施形態では、ウエルドチャンバ５１はホールプレート５に設けられているが、本発明では、その他に、ウエルドチャンバ５１はダイス本体２に設けられていても良いし、ダイス本体２とホールプレート５とに跨がって設けられていても良い。すなわち、本発明では、ウエルドチャンバ５１は、ダイス本体２とホールプレート５のうち少なくとも一方に設けられていれば良い。
【００８５】
また上記実施形態では、押出材９の材質、即ち押出材料９１は、アルミニウムであることが望ましいが、本発明では、その他に、アルミニウム以外の金属であっても良い。
【００８６】
また上記実施形態では、押出ダイス１は、ダイス本体２とホールプレート５とが組み合わされたダイス、即ち組合せダイスであるが、本発明では、そのような組合せダイスであることに限定されるものではなく、その他に、例えば単独で用いられるダイスであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、半中空形材等の押出材を押出加工により製造する際に用いられる押出加工工具、及び押出材の製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１：押出ダイス
２：ダイス本体
２ｂ：ダイス本体の下流側端面
３：成形孔
５：ホールプレート
７：シールドガス供給流路
７ａ：シールドガス供給流路形成用の溝
８：下流側部材
８ａ：下流側部材の上流側端面
８１：押出材通過空間
９：半中空形材（押出材）
１０：押出加工装置
１５：押出加工工具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形孔を有する押出ダイスに、前記成形孔よりも下流側の押出材通過空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路が形成されていることを特徴とする押出加工工具。
【請求項２】
前記押出ダイスの下流側に押出ダイスの下流側端面に当接して配置される下流側部材を具備し、
前記押出ダイスの下流側端面に、不活性ガス供給流路形成用の溝が形成されるとともに、
前記溝の開口が前記下流側部材で閉塞されることにより、前記押出ダイスに前記不活性ガス供給流路が形成されている請求項１記載の押出加工工具。
【請求項３】
前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出ダイスの外周側から前記押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲して形成されている請求項２記載の押出加工工具。
【請求項４】
前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されている請求項２又は３記載の押出加工工具。
【請求項５】
前記溝は、前記押出材通過空間の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されている請求項４記載の押出加工工具。
【請求項６】
押出加工工具は、アルミニウム又はその合金製の押出材を製造する際に用いられるものであり、
１５０℃以上の前記押出ダイスを用いて、前記押出材通過空間に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスが供給されるように構成されている請求項１〜５のいずれかに記載の押出加工工具。
【請求項７】
押出加工工具を用いて押出材を押出加工により製造する押出材の製造方法であって、
押出加工工具として、請求項１〜６のいずれかに記載の押出加工工具を用い、
前記押出加工工具の押出材通過空間に不活性ガス供給流路を介して不活性ガスを供給した状態で、押出材を押出加工により製造することを特徴とする押出材の製造方法。
【請求項８】
前記押出材通過空間内の不活性ガス圧力よりも前記不活性ガス供給流路内の不活性ガス圧力を大きくして前記押出材通過空間に不活性ガスを供給する請求項７記載の押出材の製造方法。
【請求項１】
成形孔を有する押出ダイスに、前記成形孔よりも下流側の押出材通過空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路が形成されていることを特徴とする押出加工工具。
【請求項２】
前記押出ダイスの下流側に押出ダイスの下流側端面に当接して配置される下流側部材を具備し、
前記押出ダイスの下流側端面に、不活性ガス供給流路形成用の溝が形成されるとともに、
前記溝の開口が前記下流側部材で閉塞されることにより、前記押出ダイスに前記不活性ガス供給流路が形成されている請求項１記載の押出加工工具。
【請求項３】
前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出ダイスの外周側から前記押出材通過空間に向かう方向に対して屈曲して形成されている請求項２記載の押出加工工具。
【請求項４】
前記溝は、前記押出ダイスの下流側端面に、前記押出材通過空間の周りを取り巻く状態に屈曲して形成されている請求項２又は３記載の押出加工工具。
【請求項５】
前記溝は、前記押出材通過空間の周りを１周以上取り巻く状態に屈曲して形成されている請求項４記載の押出加工工具。
【請求項６】
押出加工工具は、アルミニウム又はその合金製の押出材を製造する際に用いられるものであり、
１５０℃以上の前記押出ダイスを用いて、前記押出材通過空間に１５０℃以上、６６０℃以下の不活性ガスが供給されるように構成されている請求項１〜５のいずれかに記載の押出加工工具。
【請求項７】
押出加工工具を用いて押出材を押出加工により製造する押出材の製造方法であって、
押出加工工具として、請求項１〜６のいずれかに記載の押出加工工具を用い、
前記押出加工工具の押出材通過空間に不活性ガス供給流路を介して不活性ガスを供給した状態で、押出材を押出加工により製造することを特徴とする押出材の製造方法。
【請求項８】
前記押出材通過空間内の不活性ガス圧力よりも前記不活性ガス供給流路内の不活性ガス圧力を大きくして前記押出材通過空間に不活性ガスを供給する請求項７記載の押出材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【公開番号】特開２０１２−２４８１９（Ｐ２０１２−２４８１９Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６６７７７（Ｐ２０１０−１６６７７７）
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【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２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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