JP2002192222A - 金属材料の等温押出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材料の押出加工に際して、得られるダイ
ス出側の押出製品の温度が、押出中において常に一定と
なるように等温押出する有効な手法の提供。 【解決手段】 コンテナ１０内に収容した金属ビレット
１２を、ダイス出側の押出製品温度が一定となるよう
に、ダイス２０を通じて押し出す方法にして、前記金属
ビレットとして、軸方向及び径方向における温度が均一
となるように加熱された均熱加熱ビレット１２を用いる
一方、理論モデルから導かれる押出力計算式と押出温度
計算式に基づいて、コンテナとビレットとの間の剪断変
形による発生熱量とビレットからコンテナへの流出熱量
とが等しくなるように、前記ビレット１２の加熱温度を
設定して、前記コンテナ１０内に収容せしめることによ
り、ダイス出側の押出製品温度を一定と為し、押出加工
中において該製品温度が変化しないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、アルミニウム等の金属材料の等
温押出方法に係り、特に、ビレット温度またはビレット
温度とコンテナ温度を制御して、ダイスから押し出され
る押出製品の温度が一定となるようにすることによっ
て、かかる押出製品の品質を高度に且つ安定して維持す
ることの出来る等温押出方法に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、アルミニウム等の金属材料（ビ
レット）をダイスから押し出して、所望の断面形状とし
た押出製品が、各種の用途において用いられてきている
が、そのような金属材料の押出加工においては、ダイス
出側となる押出機プラテン出側の製品温度が、その押出
方向たる長手方向において変化して、温度差が生じてし
まうことが認められている。例えば、均一に加熱した金
属ビレットを用いて押出を行なった場合において、その
押出が進むにつれて、ダイス出側の製品温度が上昇する
ようになることが多いのである。これは、押出中に、コ
ンテナ内に収容されたビレットに対して押出のための圧
力がラムを介して加えられることによって惹起される加
工発熱が蓄熱されるためであり、そして、押出工程の後
半になる程、その蓄熱量が多くなるところから、プラテ
ン出側（ダイス出側）の製品温度も、押出が進むにつれ
て上昇するようになる。

【０００３】そこで、従来においては、かかる押出のた
めに、コンテナ内に収容されるビレットの加熱に際し
て、誘導加熱炉等を用いて、ビレットの押出方向におけ
る後部側（ラム側）の温度を前部側（ダイス側）の温度
よりも予め低く加熱するテーパ加熱手法を採用して、ビ
レット温度がダイス側からラム側に向かって漸次低下す
る傾斜温度パターンを、ビレットに付与することによ
り、押出工程中の製品温度の上昇を抑制するという手段
が、広く採用されてきているのである。

【０００４】しかしながら、そのような押出中のダイス
出側の製品温度の上昇を抑えるためにテーパ加熱したビ
レットを用いても、ビレット前部と後部の温度差（テー
パ量）は、ビレットの１００ｍｍ長当たり１０℃といっ
たように一律に決められていることが多く、各押出条件
に応じたビレット温度分布（テーパ量）が与えられてい
ないために、実際には、押出中に製品温度が上昇する場
合や減少する場合が殆どであり、押出中の製品温度が常
に一定になるような等温押出となることは、稀なことで
あった。

【０００５】尤も、各製品に応じて最適なテーパ量を設
定して、テーパ加熱したビレットを用いることにより、
押出製品温度が等温となるようにする手法も考えられる
のではあるが、ビレットのテーパ加熱に際して、そのテ
ーパ量を自在に設定することは、技術的に難しく、ま
た、誘導加熱ビレットヒータ等を用いてテーパ量を最適
値にしたとしても、加熱直後からビレットが搬送され
て、コンテナ内に挿入されるまでの経過時間により、ビ
レット内の熱伝導によって、そのテーパ量が減少してし
まうこともあり、このテーパ量による製品温度調節に
は、大きな困難が内在しているのである。

【０００６】また、かかるテーパ加熱ビレットを使用す
ることによって、ビレット後部の温度が前部の設定温度
よりも著しく低くなり、ビレットとコンテナとの間の剪
断変形抵抗が増大するようになるところから、同じ設定
温度（同じビレット前部加熱温度）の均一加熱のビレッ
トよりも、テーパ加熱ビレットを用いる方が、最大押出
力が高くなってしまい、押出機の能力が不足する場合も
生じ、そしてそのような場合にあっては、ビレットの加
熱温度を高く設定する必要があり、その結果、製品温度
が増加するのを防ぐために、押出速度を減少させなけれ
ばならず、押出能率が低下する等といった弊害もある。

【０００７】さらに、そのようなテーパ加熱ビレットを
用いる場合には、押出中のコンテナ内のダイス近辺のビ
レット温度が一定となり難く、ダイス面に加わる圧力が
押出中に変化して、ダイスの撓み量が変化し、以てダイ
ス孔の断面積が変化することにより、得られる押出製品
の寸法が押出中に変化してしまうという問題も内在する
ものであった。

【０００８】一方、均一に加熱されたビレットを用いた
押出加工において、その押出が進むにつれて、製品温度
が上昇するという問題を解決する手段として、押出中の
押出速度を変化させる手法の採用も考えることが出来
る。一定速度で押出を行なった場合には、製品温度が上
昇するようになるところから、押出が進むにつれて押出
速度を下げて、加工発熱量を減少せしめ、以て等温押出
を実現しようとする考え方である。しかしながら、その
ような手法では、押出速度が一定でないところから、押
出製品の表面性状、例えば光沢等が変化したり、ダイス
面圧が変化して、押出製品の長手方向における寸法誤差
が大きくなったりする等の問題があり、実用上、採用す
ることの出来る手法と考えることは出来ない。

【０００９】ところで、特開２０００−１１７３２３号
公報や特開平１０−１２８４３号公報には、また、押出
温度制御の一つの手法が提案されている。具体的には、
特開２０００−１１７３２３号公報では、金属押出機に
おいて、目標とする押出機プラテン出側の製品温度が得
られるように、理論モデルから導かれた押出温度計算式
と押出力計算式を連立させて解くことにより、ビレット
温度及び押出速度を設定する手法が明らかにされ、その
結果、押出能率は２０％程度向上し、且つ押出機プラテ
ン出側の製品温度も、目標温度の±２０℃以内に制御さ
れ得るようになっている。また、特開平１０−１２８４
３号公報では、金属押出機において、押出機プラテン出
側の製品温度が上限を越えないように、押出力実測値を
用いて、理論モデルから導かれた押出温度計算式を解く
ことにより、ビレット温度が設定されている。

【００１０】しかしながら、それら提案された押出温度
制御方式の何れにあっても、ビレット温度分布を適切に
調整し、ダイス出側たる押出機プラテン出側の製品温度
の長手方向（押出方向）における温度差を解消する機能
はなく、かかる長手方向の製品温度の最高温度を許容範
囲以下に制御したり、或いは長手方向の製品温度の平均
温度を目標温度に制御する機能しかなく、そのために、
押出工程中においてダイス出側の製品温度が変化して、
押出製品の押出方向における品質が安定せず、例えば、
強度が押出製品の押出初期の部位と押出終期の部位との
間において変動する等という問題が、内在しているので
ある。

【００１１】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
を背景として為されたものであって、その解決課題とす
るところは、金属材料の押出加工に際して、得られるダ
イス出側の押出製品の温度が、押出中において常に一定
となるように等温押出する有効な手法を提供することに
あり、また、他の課題とするところは、押出製品の品質
を、その押出方向である長手方向において、高度に且つ
安定して維持することの出来る手法を提供することにあ
る。

【００１２】

【解決手段】そして、そのような課題を解決するため
に、本発明にあっては、コンテナ内に収容した金属ビレ
ットを、ダイス出側の押出製品温度が一定となるよう
に、ダイスを通じて押し出す方法にして、前記金属ビレ
ットとして、軸方向及び径方向における温度が均一とな
るように加熱された均熱加熱ビレットを用いる一方、理
論モデルから導かれる押出力計算式と押出温度計算式に
基づいて、コンテナとビレットとの間の剪断変形による
発生熱量とビレットからコンテナへの流出熱量とが等し
くなるように、前記ビレットの加熱温度を設定して、前
記コンテナ内に収容せしめることにより、ダイス出側の
押出製品温度を一定と為し、押出加工中において該製品
温度が変化しないようにしたことを特徴とする金属材料
の等温押出方法を、その要旨とするものである。

【００１３】要するに、このような本発明に従う金属材
料の等温押出方法によれば、理論モデルから導かれた押
出力計算式と押出温度計算式に基づく計算によって、押
出中の製品温度が常に一定となるようなビレット温度設
定値を求めることが出来、そして、そのようにして求め
られたビレット温度設定値に基づいて、ビレット温度を
制御することによって、作業者の技量によることなく、
強度等の機械的性質が押出初期と押出終期において殆ど
変化することのない、高品質な押出製品を安定して得る
ことが出来るのである。

【００１４】しかも、かかる本発明に従う等温押出手法
によれば、押出工程中において、ビレットを介して、ラ
ム荷重のうち、ダイス面に直接加わるダイス荷重が一定
となるのであって、これにより、押出製品の寸法精度を
効果的に高め得て、押出製品の押出方向における部位に
基づくところの寸法変化を効果的に低減せしめ得るので
ある。

【００１５】なお、かくの如き本発明に従う金属材料の
等温押出方法の好ましい態様によれば、前記ビレット温
度（Ｔｂ）は、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｃ：コンテナ温度］ に基づいて求められることとなる。そして、このように
して求められたビレット温度（Ｔｂ）を用いて加熱制御
されたビレットをコンテナに挿入して、押出加工を行な
うことにより、目的とする押出製品の温度をより一層有
利に一定と為し得ることとなるのである。

【００１６】また、本発明に従う金属材料の等温押出方
法においては、ダイス出側の押出製品温度を任意の目標
値に容易に設定し得るようにすべく、コンテナ内に収容
した金属ビレットを、ダイス出側の押出製品温度が一定
となるように、ダイスを通じて押し出す方法にして、前
記金属ビレットとして、軸方向及び径方向における温度
が均一となるように加熱された均熱加熱ビレットを用い
る一方、理論モデルから導かれる押出力計算式と押出温
度計算式に基づいて、コンテナとビレットとの間の剪断
変形による発生熱量とビレットからコンテナへの流出熱
量とが等しくなるように、且つ押出製品の熱量がビレッ
トの熱量とダイス付近の押出仕事による発生熱量との和
に等しくなるように、前記コンテナ内に収容されるビレ
ットの加熱温度と該コンテナの温度とを設定することに
より、ダイス出側の押出製品温度を目標とする一定の温
度と為し、押出加工中において該製品温度が変化しない
ようにしたことを特徴とする金属材料の等温押出方法
が、有利に採用されることとなる。

【００１７】そして、そのような金属材料の等温押出方
法では、前記押出製品が中実材であって、且つ該中実材
が、前記ビレットのダイス孔からの押出によって、形成
されるに際して、有利には、前記ビレット温度（Ｔｂ）
と前記コンテナ温度（Ｔｃ）とが、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・
ρ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められることとなる。

【００１８】また、前記押出製品が中実材であって、且
つ該中実材が、前記ビレットをフローガイドに流入させ
た後、ダイス孔に流入せしめて、押し出される場合にお
いては、前記ビレット温度（Ｔｂ）と前記コンテナ温度
（Ｔｃ）とが、有利には、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ）＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ
／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｇ ：フローガイドの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められるのである。

【００１９】さらに、かかる本発明において、有利に
は、前記押出製品が中空材であって、該中空材が、前記
ビレットをポートホールに流入させた後、ダイス孔に流
入せしめて、押し出される場合においては、前記ビレッ
ト温度（Ｔｂ）と前記コンテナ温度（Ｔｃ）とが、次
式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｐ）＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ
／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｐ ：ポートホールの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められることとなるのである。

【００２０】このようにして、押出温度計算式だけでな
く、押出力計算式も採用し、それらを連立的に解くこと
により、押出製品の形状等も充分に考慮して、目標製品
温度となるようなビレット温度（Ｔｂ）とコンテナ温度
（Ｔｃ）とが、効果的に設定されることとなるのであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を更に具体的に明ら
かにするために、本発明の実施の形態について、図面を
参照しつつ、詳細に説明することとする。

【００２２】先ず、図１には、本発明に従う金属材料の
等温押出方法の一実施形態としての温度制御装置を備え
た金属押出機のシステムの全体が、概略的に示されてい
る。そこにおいて、金属押出機は、コンテナ１０内に収
容されたアルミニウム等の金属ビレット１２を、その背
後から、油圧シリンダ１４によって駆動されるラム１６
の前進作動にて、ダミーブロック１８を介して押圧する
ことにより、ダイス２０を通じて、所定の断面形状を有
する押出製品（型材）２２が、連続的に押し出され得る
ように構成されている。また、押出材料としてのビレッ
ト１２は、ビレットヒータ２４にて設定温度に加熱さ
れ、よく知られているように、コンテナ１０内に収容さ
れた後、ラム１６をコンテナ１０内に押し込むことによ
り、コンテナ１０内に収容されたビレット１２を、コン
テナ１０に装着された製品形状のダイス孔を有するダイ
ス２０を通じて、目的とする形状の押出製品２２が成形
され得るようになっているのである。そして、そのよう
な押出機においては、押出製品２２の温度が押出中にお
いて常に一定となるようにビレットヒータ２４によるビ
レット１２の加熱温度とコンテナヒータ２６によるコン
テナ１０の加熱温度とが、それぞれ、温度制御装置３０
にて調節され得るようになっているのである。なお、２
８は、ダイス２０を支持するプラテン２７に取り付けら
れた、ダイス出側の製品温度を検出するための、放射温
度計等の温度計である。

【００２３】より具体的には、この実施形態における温
度制御装置３０は、押出速度（ラム速度）の如き押出条
件、目標製品温度、ビレット１２及び押出製品２２にお
ける形状や材質等の情報を用いて、押出加工のモデルか
ら理論的に導かれた計算式に基づいて、押出製品２２の
押出中の温度が常に一定となるように、ビレットヒータ
２４によるビレット１２の加熱温度の設定値とコンテナ
ヒータ２６によるコンテナ１０の加熱温度の設定値と
を、それぞれ、求める演算装置を備えているのである。

【００２４】そして、そこにおいて、そのような演算装
置で採用される押出力計算式としては、例えば、Ｓｉｅ
ｂｅｌの押出力計算式に基づくものが、好適に採用され
ることとなる。このＳｉｅｂｅｌの押出力計算式では、
ビレット１２の断面積をＡ、ビレット１２の変形抵抗を
Ｙ、押出製品２２の断面積をＥ、ビレット１２とコンテ
ナ１０との間の摩擦係数をμ、ビレット１２の直径を
Ｄ、ビレット１２の長さ（押出開始時）をＬとすれば、
押出力：Ｆは、ダイス２０の近辺におけるビレット１２
の変形力（Ｆａ）を示す下記（１）式と、ビレット１２
とコンテナ１０との間の剪断変形力（Ｆｂ）を示す下記
（２）式との和として、下記（３）式にて表わされるこ
ととなる。 Ｆａ＝Ａ・Ｙ・ｌｎ（Ａ／Ｅ） ・・・（１） Ｆｂ＝Ｙ・π・Ｄ・μ・Ｌ ・・・（２） Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ＝Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｅ）＋π・Ｄ・μ・Ｌ］ ・・・（３）

【００２５】尤も、かかるＳｉｅｂｅｌの押出式そのも
のを用いて押出力を計算しても、その計算値と、様々な
形状の製品を押し出す実操業での押出力実測値とを一致
させることは、極めて困難である。そこで、押出製品２
２の形状や押出形態乃至はダイス近辺におけるビレット
流れ等を考慮して、押出製品２２が中実材の場合で、ビ
レット１２が直接にダイス２０のダイス孔内に流入する
ような押出の場合（フローガイドが設けられていても、
それがデッドメタル領域に存在しているときには、押出
力に影響をもたらすようなことがないために、この押出
の場合に含まれる）においては、下記（４）式を用い、
また、後述するように、フローガイド（３２）を用い、
ビレット１２をフローガイドからダイス２０のダイス孔
に流入せしめるに際し、そのようなフローガイドがデッ
ドメタル領域からビレット流れ内に入り込んで押出力に
影響をもたらすような押出形式の場合においては、下記
（５）式を用い、また押出製品２２が中空材の場合で、
ビレット１２がポートホールダイス（３４）を通じてダ
イス２０のダイス孔から、中空形態において押し出され
るときには、下記（６）式を用いて、変形力：Ｆａを計
算する必要がある。また、中実材で下記（５）式を採用
する場合には、下記の（７）式を用いて、フローガイド
内の剪断変形力：Ｆｇも計算されることとなる。更に、
中空材の場合には、下記の（８）式を用いて、ポートホ
ールダイス内の剪断変形力：Ｆｐも計算される。なお、
Ｆｂについては、中実材及び中空材共に、前記（２）式
が採用されることとなる。 Ｆａ＝Ａ・Ｙ・［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］ ・・・（４） Ｆａ＝Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ）＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ／Ｅ）］ ・・・（５） Ｆａ＝Ｙ・［Ａ／ｌｎ（Ａ／Ｐ）＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ／Ｅ）］ ・・・（６） Ｆｇ＝Ｙ・μ・Ｇａ ・・・（７） Ｆｐ＝Ｙ・μ・Ｐａ ・・・（８）

【００２６】なお、上記の（４）式において、βは押出
製品の形状を数値的に表わすパラメータであり、押出製
品の周長等の関数であって、統計的に求められ、また
（５）式において、Ｇはフローガイドのガイド孔の断面
積であり、更に（７）式において、Ｇａはフローガイド
のガイド孔とビレットとの接触面積である。加えて、上
記の（６）式において、Ｐはポートホールダイスにおけ
る全ポートホールの断面積であり、また上記（８）式に
おいて、Ｐａは、ポートホールダイスにおける全ポート
ホールとビレットとの接触面積である。

【００２７】ここで、中実材の押出加工の模式図を図２
に、また中空材の押出加工の模式図を図３に、それぞ
れ、示すこととする。それらの図の中、図２は、フロー
ガイド３２を介して、ビレット１２の押出を行ない、目
的とする中実材２２ａを得る例を示しており、そこで
は、コンテナ１０内のビレット１２が、ラム１６の前進
による押出作用を受けて、先ずフローガイド３２のガイ
ド孔３３内に流入し、次いで、ダイス２０のダイス孔内
に流入せしめられて、押し出されることにより、かかる
ダイス孔の形状に対応した形状を有する押出製品２２た
る中実材２２ａが得られるのである。なお、この中実材
２２ａの押出において、例示の如きフローガイド３２を
使用しない場合があり、その場合には、ビレット１２
は、コンテナ１０内から直接にダイス２０のダイス孔内
に流入せしめられて押し出され、目的とする押出製品
（２２ａ）を得ることが出来る。

【００２８】また、図３に示される中空材２２ｂたる押
出製品２２の押出成形に際しては、かかる中空材２２ｂ
に中空部２３を形成する必要があるところから、雌ダイ
スとしてのダイス２０と共に、雄ダイスであるポートホ
ールダイス３４が、チャンバ形成部材３６を間にして組
み合わせて用いられ、コンテナ１０内に収容されたビレ
ット１２が、ラム１６の前進による押圧作用によって、
ひとまず、ポートホールダイス３４のポートホール３５
と呼ばれる数カ所の孔に分割して流入せしめられ、更
に、チャンバ形成部材３６にて形成されるチャンバと呼
ばれる空間に流入させられ、そして中空部分が形成され
るように構成されたダイス２０のダイス孔内に流入せし
められて押し出されることにより、目的とする中空部２
３を有する押出製品２２（２２ｂ）が成形されるように
なっているのである。

【００２９】そうすると、前記した押出力：Ｆの計算式
たる（３）式に対して、押出製品２２の形状に応じて、
上記の変形力（Ｆａ）を表わす（４）式〜（６）式を代
入することにより、Ｓｉｅｂｅｌの押出力計算式に基づ
く実際の押出力計算式は、中実材２２ａの場合にあって
は、下記（９）式または（１０）式、中空材２２ｂの場
合にあっては、下記（１１）式にて表わすことが出来
る。 Ｆ＝Ｙ・｛Ａ・［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］＋π・Ｄ・μ・Ｌ｝・・・（９） Ｆ＝Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ）＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ／Ｅ）＋μ・Ｇａ ＋π・Ｄ・μ・Ｌ］ ・・・（１０） Ｆ＝Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｐ）＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ／Ｅ）＋μ・Ｐａ ＋π・Ｄ・μ・Ｌ］ ・・・（１１）

【００３０】一方、図１に示される如き温度制御装置３
０において設けられた演算装置で採用される中実材の押
出温度計算式としては、例えば、次式によって表わされ
る、押出時の熱量移動のモデルに基づく製品温度計算式
が、好適に採用されることとなる。 中実材の押出製品の熱量＝（ビレットの熱量）＋（ダイ
ス付近の変形による発生熱量）＋（ビレットとコンテナ
との間の剪断変形による発生熱量）−（ビレットからコ
ンテナへの流出熱量）−（ビレットからダイスへの流出
熱量）−（ビレットからダミーブロックへの流出熱量）

【００３１】ここにおいて、押出中における製品温度の
変化に対して、上式の項目のうちで、ビレット１２とコ
ンテナ１０間の剪断変形による発生熱量と、ビレット１
２からコンテナ１０への流出熱量が及ぼす影響が最も大
きい。例えば、ラム速度が比較的速い場合等には、押出
中にビレット１２とコンテナ１０間の剪断変形による発
生熱量が蓄積されていくところから、押出中にビレット
温度が増加していき、その結果、ダイス孔を通過した後
の製品温度も押出中に増加してしまうのである。また、
逆に、ラム速度が比較的遅くて、ビレット１２とコンテ
ナ１０間の剪断変形による発生熱量が少なく、ビレット
１２の加熱温度がコンテナ１０の温度よりも高い場合等
には、押出中にビレット１２からコンテナ１０へ熱量が
流出して、押出中にビレット温度が低下していき、その
結果、ダイス孔を通過した後の製品温度も低下してしま
うのである。

【００３２】また、コンテナ１０の熱容量に比べて、ダ
イス２０とダミーブロック１８の熱容量は小さく、押出
中にビレット温度に近付くようになる。従って、ダイス
２０とダミーブロック１８への熱伝達も考慮して、より
正確な温度計算をする場合には、ビレット１２の領域を
分割し、各領域毎の熱伝導も考慮した計算を行なう必要
があるが、トラブルによる装置の停止等で、ダイス２０
やダミーブロック１８が著しく低い温度になっていない
限りにおいて、ダイス２０やダミーブロック１８への流
出熱量は省略しても、出側製品温度が一定となるビレッ
ト温度の計算には、支障はないのである。

【００３３】そうすると、前記した押出時の熱量移動の
モデルに基づく製品温度計算式は、下式の如くなり、そ
のような式に基づいて、押出中の製品温度を一定とする
ようなビレット温度が、計算により、求められ得るので
ある。 中実材の押出製品の熱量＝（ビレットの熱量）＋（ダイ
ス付近の変形による発生熱量）＋（ビレットとコンテナ
との間の剪断変形による発生熱量）−（ビレットからコ
ンテナへの流出熱量）

【００３４】ところで、ダイス孔付近で加工発熱により
高温になるメタルは、次々にダイス２０のダイス孔から
押し出されて、流失していくところから、ダイス２０付
近の発生熱量のビレット１２後方への熱伝導は殆ど無視
することが出来ることが、シミュレーションの結果から
判明しており、そのために、上式において、押出中のビ
レット温度が一定となる条件は、コンテナ１０とビレッ
ト１２との間の剪断変形による発熱量が、ビレット１２
からコンテナ１０への流出熱量に等しい場合であり、そ
してその場合においては、上記の押出製品温度計算式
は、下式の如くなる。 押出製品の熱量＝（ビレットの熱量）＋（ダイス付近の
押出仕事による発生熱量）

【００３５】ここで、ビレット温度は、一定となるため
に、材料の変形抵抗が一定となるところから、ダイス２
０付近の押出仕事による発生熱量も一定となるのであ
り、その結果、押出製品２２の温度も一定値となるので
ある。

【００３６】また、コンテナ１０とビレット１２との間
の剪断変形による発熱量：Ｑｍは、熱の仕事当量をＪと
すれば、下記（１２）式にて表わされる。 Ｑｍ＝Ｆｂ・（Ｌ／４）／Ｊ ・・・（１２）

【００３７】そして、この（１２）式に対して、前記
（２）式にて規定されるＦｂ値を代入することにより、
下式（１３）の如く表わすことが出来る。 Ｑｍ＝Ｙ・π・Ｄ・μ・Ｌ・（Ｌ／４）／Ｊ ・・・（１３）

【００３８】ここにおいて、ビレット１２から、その加
熱温度よりも低い温度に維持されているコンテナ１０へ
の流出熱量：Ｑｃは、ビレット温度をＴｂ、コンテナ温
度をＴｃ、ビレット１２とコンテナ１０との間の熱伝達
率をｈ、ラム１６の駆動速度（押出速度）をＶとすれ
ば、熱伝達率（ｈ）と、ビレットとコンテナの温度差
（Ｔｂ−Ｔｃ）と、押出時間（＝ビレット長さ／ラム速
度＝Ｌ／Ｖ）と、ビレットとコンテナの接触面積との積
として考えられ、以下の（１４）式にて表わすことが出
来る。なお、ここで、ビレットとコンテナの接触面積
は、ビレットが短くなるにつれて減少するところから、
ビレット周長にビレットの平均長さ：Ｌ／２を乗算した
値としている。 Ｑｃ＝ｈ・（Ｔｂ−Ｔｃ）・Ｌ／Ｖ・Ｄ・μ・（Ｌ／２）・・・（１４）

【００３９】そうすると、押出中の押出製品２２の温度
を一定とするには、上記の発熱量：Ｑｍと、流出熱量：
Ｑｃとが等しければよいところから、上記の（１３）式
と（１４）式より、下記の（１５）式を導くことが出来
るのである。 Ｙ・π・Ｄ・μ・Ｌ・（Ｌ／４）／Ｊ＝ｈ・（Ｔｂ−Ｔｃ）・Ｌ／Ｖ・Ｄ・ μ・（Ｌ／２） ・・・（１５）

【００４０】そして、かかる（１５）式を整理すること
により、押出中の製品温度を一定とするビレット温度
は、以下のような（１６）式にて求められ得るのであ
る。 Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２・Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ ・・・（１６）

【００４１】また、押出中の製品温度を一定に維持しつ
つ、更に製品温度を目標温度と為す場合にあっては、上
記したコンテナ１０とビレット１２との間の剪断変形に
よる発熱量とビレット１２からコンテナ１０への流出熱
量とが等しくなる関係を満たした上で、更に、押出製品
２２の目標製品温度の熱量が、ビレット１２の熱量とダ
イス２０付近の変形による発生熱量との和に等しくなる
ように、計算にて求められるビレット温度を採用する必
要があるのであり、またそのようにして計算されたビレ
ット温度に基づいて、前記の関係より、コンテナ温度を
調整（設定）する必要があるのである。

【００４２】具体的には、例えば、押出製品２２が中実
材２２ａの場合で、Ｆａとして、前記（４）式を使用し
たとき（フローガイドを用いることなく、ビレットを直
接にダイスのダイス孔から押し出す場合、及びフローガ
イドを用いても、それがデッドメタル領域に存在して、
押出力に影響をもたらすことなく、押出が行なわれる場
合）、ビレット１２の比重をｃ、ビレット１２の比熱を
ρ、目標製品温度をＴｅとすると、目標製品温度となる
ビレット温度計算式は、下記の（１７）式となる。 ｃ・ρ・Ａ・Ｌ・Ｔｅ＝ｃ・ρ・Ａ・Ｌ・Ｔｂ＋Ｙ・Ａ・ ［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］・Ｌ／Ｊ ・・・（１７）

【００４３】従って、かかる（１７）式を整理すること
により、ビレット温度（Ｔｂ）は、以下の（１８）式に
て表わされることとなるのである。 Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ） ・・・（１８）

【００４４】また、押出製品２２が、中実材２２ａの場
合であっても、その押出に際して、図２に示される如き
フローガイド３２を用いて、その押出を行なう場合（フ
ローガイドがデッドメタル領域からビレット流れの中に
入り込み、押出力に影響を与える）にあっては、Ｆａと
しては、前記（５）式を用いる必要があり、その場合に
あっては、前記（１７）式は、下記の（１９）式とな
り、また前記（１８）は、下記の（２０）式となって、
ビレット温度は、そのような（２０）式にて、求められ
ることとなる。 ｃ・ρ・Ａ・Ｌ・Ｔｅ＝ｃ・ρ・Ａ・Ｌ・Ｔｂ＋Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ） ＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ／Ｅ）］・Ｌ／Ｊ・・・（１９） Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ）＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ／Ｅ）］ ／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ・・・（２０）

【００４５】さらに、押出製品２２が、図３に示される
如きポートホールダイス３４を用いた押出手法にて、中
空材２２ｂを得る場合にあっては、Ｆａとしては、前記
（６）式を用いて、目標製品温度となるビレット温度計
算式は、下記の（２１）式にて表わされ、そしてそれを
整理することによって、ビレット温度（Ｔｂ）は、下記
の（２２）式にて求められるのである。 ｃ・ρ・Ａ・Ｌ・Ｔｅ＝ｃ・ρ・Ａ・Ｌ・Ｔｂ＋Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｐ） ＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ／Ｅ）］・Ｌ／Ｊ・・・（２１） Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｐ）＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ／Ｅ）］ ／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ・・・（２２）

【００４６】なお、温度制御装置３０における演算装置
で採用される中空材２２ｂの押出温度計算式としては、
例えば、下式によって表わされる、押出時の熱量移動の
モデルに基づく製品温度計算式が、好適に採用されるこ
ととなる。 中空材たる押出製品の熱量＝（ビレットの熱量）＋（ビ
レットがポートホール内からダイス孔へ流入する際に発
生する変形による発生熱量）＋（ビレットとコンテナ間
の剪断変形による発生熱量）−（ビレットからコンテナ
への流出熱量）−（ビレットからダイスへの流出熱量）
−（ビレットからダミーブロックへの流出熱量）＋（ポ
ートホール内の剪断変形による発生熱量）−（ビレット
からポートホールへの流出熱量）＋（ビレットがコンテ
ナ内からポートホールへ流入する際に発生する変形によ
る発生熱量）

【００４７】そして、かかる計算項目のうち、押出中の
製品温度変化に大きく影響するものは、前記した中実材
２２ａの場合と同じく、ビレット１２とコンテナ１０と
の間の剪断変形による発生熱量とビレット１２からコン
テナ１０への流出熱量であるところから、押出中の製品
温度を一定とするビレット温度の計算式は、前記した中
実材の場合と同様に、前記の（１６）式を使用すればよ
いのである。

【００４８】ところで、中空材２２ｂの場合において、
目標製品温度となるビレット温度の計算は、分割モデル
を利用すれば可能であるが、中空材の製品温度レベルを
ビレット温度設定値を変化させて制御することは、困難
であることが、分割モデルによるシミュレーションにお
いても、また実機押出機によるテストでも、明らかとな
っている。

【００４９】要するに、中空材２２ｂの場合、ビレット
１２がポートホール（３４）を通過した後、ダイス孔を
通過する二段階の加工となるのであり、ビレット１２が
ポートホール（３４）を通過する際に、ポートホール
（３４）との熱伝達により、ビレット１２の温度が、ポ
ートホール温度と略同等になる。従って、中実材２２ａ
の場合と比較すると、ダイス孔流入前のビレット温度
が、各製品間で差が少ない、つまり、中空材で製品温度
を変化させるためには、中実材に比べて、大きくビレッ
ト温度を変化させる必要があるのである。そして、その
ためには、押出機の余力が大きくなければ不可能であっ
て、且つ押出中にビレット温度が変化しないように、各
製品毎にコンテナ温度を大きく変化させる必要があるの
であり、実用的ではないのである。逆に、中空材の場合
は、ビレット温度を制御しなくても、略一定の製品温度
を得ることが出来るとも言うことが出来る。従って、中
空材の場合には、押出中に製品温度が一定となるビレッ
ト温度の設定のみ行ない、製品温度レベルを変化させる
場合には、ダイス冷却等の方法を採用することも可能で
ある。

【００５０】以上、本発明の代表的な実施形態について
詳述してきたが、本発明が、上述した具体的な記載、及
び以下に記述する実施例によって、何等限定的に解釈さ
れるものではなく、当業者の知識に基づいて種々なる変
更、修正、改良等を加えた形態において実施され得るも
のであり、またそのような実施形態が、本発明の趣旨を
逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属す
るものであることは、言うまでもないところである。

【００５１】例えば、押出製品２２たる中実材２２ａの
製品温度が押出中に常に一定となるビレット温度の計算
式は、前記（１５）式が用いられているが、ビレット１
２の領域を数個に分けた分割モデルや、有限要素法（Ｆ
ＥＭ）等による詳細なモデル計算を用いて、コンテナ１
０とビレット１２との間の剪断変形による発熱量とビレ
ット１２からコンテナ１０への流出熱量とが等しくなる
ように計算して、ビレット温度条件を求めるようにする
ことも可能である。

【００５２】また、ビレット１２の領域を数個に分けた
分割モデルや、有限要素法（ＦＥＭ）等による詳細なモ
デル計算を用いて、単純な温度計算モデルでは考慮する
のが困難であった、ビレット１２からダイス２０への流
出熱量、ビレット１２からダミーブロック１８への流出
熱量等を計算項に入れるようにすることも、可能であ
る。

【００５３】以上のように、本発明にあっては、所定の
計算式に基づいて、ダイス出側、具体的には押出機プラ
テン出側の製品温度が一定となるようにビレット温度や
コンテナ温度を算出し、そしてそのような温度に、ビレ
ット１２やコンテナ１０を設定して、押出を行なうこと
により、得られる押出製品２２の長手方向（押出方向）
における強度等の機械的性質の変動を効果的に抑制し
て、その品質を高度に、安定して維持せしめ得ることと
なったのであり、また、そのような押出製品２２の等温
押出によって、ビレット１２から作用するダイス荷重を
一定に保持することが出来、更にそれによって、押出製
品２２の寸法精度も著しく向上せしめられ得ることとな
ったのであって、そこに、本発明の特徴的な技術的意義
が存するのであるが、それら本発明の特徴的な作用・効
果は、また、以下の実施例からも明らかなところであ
る。

【００５４】実 施 例 前記した図１に示される如き温度制御システムを有し、
且つ前記（９）式、（１０）式、（１１）式で示される
押出力計算式と、前記（１６）式、（１８）式で示され
る押出温度計算式を採用する演算装置を有する温度制御
装置３０を用いて、実際に、アルミニウムビレットの押
出加工を行ない、目的とする中実材２２ａを得た。そし
て、この押出加工に際しての製品温度とラム速度と押出
力の実測値を、図４に、またコンテナ１０への挿入前
（ビレットヒータ２４にて加熱後）のビレット１２の温
度の実測値を、図５に、それぞれ示した。

【００５５】一方、比較例として実施された、同様なア
ルミニウムビレットを用いて、同様な押出製品を、同じ
押出機を用いて押出加工する従来法において、その押出
加工された製品温度と製品速度の実測値を、図６に、ま
たコンテナ１０への挿入前のテーパ加熱されたビレット
温度の実測値を、図７に、それぞれ示した。

【００５６】そして、それらの図の対比から明らかなよ
うに、従来のテーパ加熱されたビレット１２を用いた押
出加工では、押出中に、製品温度が約８℃低下している
のに対して、本発明手法によれば、押出中の製品温度の
低下は、２℃以下に止まり、略一定に制御され得ている
ことを認めることが出来る。また、ラム速度に関して
は、従来手法では、製品温度の上限等で速度が規定さ
れ、３９０ｍｍ／ｍｉｎであったものが、本発明手法に
従えば、製品温度レベルも下がり、そのため製品速度を
７７０ｍｍ／ｍｉｎまで増加させることが出来、押出効
率の大幅な向上を達成し得ることが認められる。

【００５７】また、ビレット温度は、図７に示されるよ
うな従来の５００℃のテーパ加熱から、本発明手法にあ
っては、図５に示されるように、４８０℃の均熱加熱と
なるのであり、そこでは、ビレット温度の設定温度自体
は下がっているものの、４８０℃均熱加熱ビレットは、
従来の５００℃テーパ加熱ビレットと比較して、ビレッ
ト後部の温度が高いところから、結果として、最大押出
ラム圧力は、共に、約２７０ｋｇｆ／ｃｍ² と、殆ど変
わっていない。つまり、ビレット温度を従来設定値より
も下げて且つ押出ラム速度を上昇させても、押出力は増
加せず、しかも製品温度は一定となり、製品温度の最大
値も、従来より下がっていることが認められるのであ
る。従って、本発明方法によれば、押出能率の向上と等
温押出が同時に実現された理想的な押出となっているこ
とが認められる。

【００５８】さらに、かくの如き二つの手法に従って押
出加工された中実材からなる押出製品２２の強度につい
て、その長手方向（押出方向）において、それぞれ調査
したところ、テーパ加熱ビレットを用いた比較例として
の従来法に従う押出手法にあっては、図８に示されるよ
うに、押出中の製品強度が大きく変化しているのであ
る。これに対して、本発明に従って、均熱加熱のビレッ
ト１２を用いて、押出中の製品温度を一定に制御して得
られた押出製品の強度は、図９に示されるように、押出
中、略一定値に制御されていることが認められ、品質が
高度に安定した製品となっていることを認めた。

【００５９】そして、上記の本発明に従う等温押出条件
と比較例のテーパ加熱押出条件とを採用した場合におけ
るダイス荷重について、それぞれ、シミュレーションし
た結果、本発明に従う等温押出条件を採用した場合にあ
っては、ダイス荷重は一定となるのに対して、比較例の
テーパ加熱押出条件を採用した場合にあっては、押出し
が進むに従って、ダイス荷重が上昇するようになること
を認めた。また、そのようなシミュレーション結果に基
づき、平板（幅：３０ｍｍ、厚さ：４ｍｍ）の等温押出
とテーパ加熱押出実験を行ない、その長手方向における
板幅を測定し、その結果を図１０（ａ）及び（ｂ）に示
すが、本発明に従う等温押出手法を採用した場合にあっ
ては、押出板材の板幅変化は、０．０２５ｍｍであった
のに対して、従来のテーパ加熱押出手法にて得られたも
のにあっては、板幅変化は０．０５３ｍｍとなり、大き
な長手方向における板幅変化を示し、寸法精度が悪化す
ることを認めた。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う金属材料の等温押出方法によれば、ダイス出側の
押出製品温度が、押出工程中において一定の温度に効果
的に維持され得て、押出加工中において製品温度が変化
しないようにされ、以てかかる押出製品の長手方向（押
出方向）における強度等の機械的性質の変動が有利に抑
制され得て、その品質を高度に且つ安定して維持し得る
ことが出来るのであり、また、寸法精度のバラツキも効
果的に抑制され得た押出製品を有利に得ることが出来る
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての温度制御装置を備
えた押出システムの全体構成を概略的に示す説明図であ
る。

【図２】中実材の押出加工の状態を示す要部断面説明図
である。

【図３】中空材の押出加工の状態を示す要部断面説明図
である。

【図４】実施例において得られた、本発明方法における
製品温度とラム速度と押出力の実測値を示すグラフであ
る。

【図５】実施例において得られた、本発明方法における
コンテナ挿入前のビレット長さ方向におけるビレット温
度の実測値を示す図である。

【図６】実施例において得られた、比較例である従来の
押出加工手法を採用した場合における製品温度と製品速
度の実測値を示すグラフである。

【図７】実施例において得られた、従来の押出加工手法
におけるコンテナ挿入前のビレット長手方向におけるビ
レット温度の実測値を示す図である。

【図８】実施例において得られた、従来の押出加工手法
における製品の強度分布を示す図である。

【図９】実施例において得られた、本発明方法に従う製
品の強度分布を示す図である。

【図１０】実施例において得られた、押出長さと板幅と
の関係を示す図であって、（ａ）は本発明に従う押出製
品の板幅の変動を示す図であり、（ｂ）は従来の方法に
よって得られた押出製品の板幅の変動を示す図である。

【符合の説明】

１０ コンテナ １２ ビレ
ット １４ 油圧シリンダ １６ ラム １８ ダミーブロック ２０ ダイ
ス ２２ 押出製品 ２２ａ 中実
材 ２２ｂ 中空材 ２４ ビレ
ットヒータ ２６ コンテナヒータ ２７ プラ
テン ２８ 温度計 ３０ 温度
制御装置 ３２ フローガイド ３３ ガイ
ド孔 ３４ ポートホールダイス ３５ ポー
トホール ３６ チャンバ形成部材

【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月２７日（２００１．６．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】 なお、かくの如き本発明に従う金属材料
の等温押出方法の好ましい態様によれば、前記ビレット
温度（Ｔｂ）は、次式： Ｔｂ＝Ｙ・μ・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗μ ：ビレットとコンテナとの間の摩擦係数 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｃ：コンテナ温度］ に基づいて求められることとなる。そして、このように
して求められたビレット温度（Ｔｂ）を用いて加熱制御
されたビレットをコンテナに挿入して、押出加工を行な
うことにより、目的とする押出製品の温度をより一層有
利に一定と為し得ることとなるのである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 そして、そのような金属材料の等温押出
方法では、前記押出製品が中実材であって、且つ該中実
材が、前記ビレットのダイス孔からの押出によって、形
成されるに際して、有利には、前記ビレット温度（Ｔ
ｂ）と前記コンテナ温度（Ｔｃ）とが、次式： Ｔｂ＝Ｙ・μ・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・
ρ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗μ ：ビレットとコンテナとの間の摩擦係数 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められることとなる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】 また、前記押出製品が中実材であって、
且つ該中実材が、前記ビレットをフローガイドに流入さ
せた後、ダイス孔に流入せしめて、押し出される場合に
おいては、前記ビレット温度（Ｔｂ）と前記コンテナ温
度（Ｔｃ）とが、有利には、次式： Ｔｂ＝Ｙ・μ・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ）＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ
／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗μ ：ビレットとコンテナとの間の摩擦係数 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｇ ：フローガイドの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められるのである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】 さらに、かかる本発明において、有利に
は、前記押出製品が中空材であって、該中空材が、前記
ビレットをポートホールに流入させた後、ダイス孔に流
入せしめて、押し出される場合においては、前記ビレッ
ト温度（Ｔｂ）と前記コンテナ温度（Ｔｃ）とが、次
式： Ｔｂ＝Ｙ・μ・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｐ）＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ
／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗μ ：ビレットとコンテナとの間の摩擦係数 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｐ ：ポートホールの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められることとなるのである。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】 ここにおいて、ビレット１２から、その
加熱温度よりも低い温度に維持されているコンテナ１０
への流出熱量：Ｑｃは、ビレット温度をＴｂ、コンテナ
温度をＴｃ、ビレット１２とコンテナ１０との間の熱伝
達率をｈ、ラム１６の駆動速度（押出速度）をＶとすれ
ば、熱伝達率（ｈ）と、ビレットとコンテナの温度差
（Ｔｂ−Ｔｃ）と、押出時間（＝ビレット長さ／ラム速
度＝Ｌ／Ｖ）と、ビレットとコンテナの接触面積との積
として考えられ、以下の（１４）式にて表わすことが出
来る。なお、ここで、ビレットとコンテナの接触面積
は、ビレットが短くなるにつれて減少するところから、
ビレット周長にビレットの平均長さ：Ｌ／２を乗算した
値としている。 Ｑｃ＝ｈ・（Ｔｂ−Ｔｃ）・Ｌ／Ｖ・Ｄ・π・（Ｌ／２）・・・（１４）

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】 そうすると、押出中の押出製品２２の温
度を一定とするには、上記の発熱量：Ｑｍと、流出熱
量：Ｑｃとが等しければよいところから、上記の（１
３）式と（１４）式より、下記の（１５）式を導くこと
が出来るのである。 Ｙ・π・Ｄ・μ・Ｌ・（Ｌ／４）／Ｊ＝ｈ・（Ｔｂ−Ｔｃ）・Ｌ／Ｖ・Ｄ・ π・（Ｌ／２） ・・・（１５）

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】 そして、かかる（１５）式を整理するこ
とにより、押出中の製品温度を一定とするビレット温度
は、以下のような（１６）式にて求められ得るのであ
る。 Ｔｂ＝Ｙ・μ・Ｖ／（２・Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ ・・・（１６）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンテナ内に収容した金属ビレットを、
   ダイス出側の押出製品温度が一定となるように、ダイス
   を通じて押し出す方法にして、 前記金属ビレットとして、軸方向及び径方向における温
   度が均一となるように加熱された均熱加熱ビレットを用
   いる一方、理論モデルから導かれる押出力計算式と押出
   温度計算式に基づいて、コンテナとビレットとの間の剪
   断変形による発生熱量とビレットからコンテナへの流出
   熱量とが等しくなるように、前記ビレットの加熱温度を
   設定して、前記コンテナ内に収容せしめることにより、
   ダイス出側の押出製品温度を一定と為し、押出加工中に
   おいて該製品温度が変化しないようにしたことを特徴と
   する金属材料の等温押出方法。
2. 【請求項２】 前記ビレット温度（Ｔｂ）が、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｃ：コンテナ温度］ に基づいて求められる請求項１に記載の金属材料の等温
   押出方法。
3. 【請求項３】 コンテナ内に収容した金属ビレットを、
   ダイス出側の押出製品温度が一定となるように、ダイス
   を通じて押し出す方法にして、前記金属ビレットとし
   て、軸方向及び径方向における温度が均一となるように
   加熱された均熱加熱ビレットを用いる一方、理論モデル
   から導かれる押出力計算式と押出温度計算式に基づい
   て、コンテナとビレットとの間の剪断変形による発生熱
   量とビレットからコンテナへの流出熱量とが等しくなる
   ように、且つ押出製品の熱量がビレットの熱量とダイス
   付近の押出仕事による発生熱量との和に等しくなるよう
   に、前記コンテナ内に収容されるビレットの加熱温度と
   該コンテナの温度とを設定することにより、ダイス出側
   の押出製品温度を目標とする一定の温度と為し、押出加
   工中において該製品温度が変化しないようにしたことを
   特徴とする金属材料の等温押出方法。
4. 【請求項４】 前記押出製品が中実材であって、且つ該
   中実材が、前記ビレットのダイス孔からの押出によっ
   て、形成されるに際して、前記ビレット温度（Ｔｂ）と
   前記コンテナ温度（Ｔｃ）とが、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［β＋ｌｎ（Ａ／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・
   ρ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められる請求項３に記載の金属材料の等温
   押出方法。
5. 【請求項５】 前記押出製品が中実材であって、且つ該
   中実材が、前記ビレットをフローガイドに流入させた
   後、ダイス孔に流入せしめて、押し出される場合におい
   て、前記ビレット温度（Ｔｂ）と前記コンテナ温度（Ｔ
   ｃ）とが、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｇ）＋Ｇ・ｌｎ（Ｇ
   ／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｇ ：フローガイドの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められる請求項３に記載の金属材料の等温
   押出方法。
6. 【請求項６】 前記押出製品が中空材であって、該中空
   材が、前記ビレットをポートホールに流入させた後、ダ
   イス孔に流入せしめて、押し出される場合において、前
   記ビレット温度（Ｔｂ）と前記コンテナ温度（Ｔｃ）と
   が、次式： Ｔｂ＝Ｙ・π・Ｖ／（２Ｊ・ｈ）＋Ｔｃ Ｔｂ＝Ｔｅ−Ｙ・［Ａ・ｌｎ（Ａ／Ｐ）＋Ｐ・ｌｎ（Ｐ
   ／Ｅ）］／（Ｊ・ｃ・ρ・Ａ） ［但し、Ｙ ：ビレットの変形抵抗 Ｖ ：ビレットの押出速度 Ｊ ：熱の仕事当量 ｈ ：ビレットとコンテナとの間の熱伝達率 Ｔｅ：目標製品温度 β ：押出製品の形状パラメータ Ａ ：ビレットの断面積 Ｐ ：ポートホールの断面積 Ｅ ：押出製品の断面積 ｃ ：ビレットの比重 ρ ：ビレットの比熱］ に基づいて求められる請求項３に記載の金属材料の等温
   押出方法。