JP2004339610A - 内部に少なくとも１本の螺旋状管路を有する連続円柱体の製造方法、およびそれにより製造された焼結ブランク（半加工品） - Google Patents

Abstract

【課題】ドリル工具製造用の円柱のブランクを経済的に製造する。
【解決手段】可塑的材料、例えば可塑化された粉末冶金的な材料あるいはセラミック類の材料１２より成り、内部に、少なくとも部分的に螺旋状に走る予め設定された断面を持つ管路２６を有した、押し出し方法によって製造された少なくとも１本の棒において、棒の断面が円形と異なり、かつ棒がねじられていない焼結ブランク２４。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１による連続的な円柱状のコアにある少なくとも１本の螺旋状の管路を製造方法に関する。さらに、本発明は、この方法を実行するための装置、つまりこの方法を実行するための適切な、請求項１１、あるいは２８によるの押し出し機、そして最後に前記の方法によって製造された請求項４４による円柱様のブランク（半加工品）に関する。

可塑化するセラミック、あるいは粉末冶金的な材料から連続的に、例えば押し出し方法によって製造された、コアに少なくとも部分的に螺旋状の特定な断面を持つ管路を有する円柱の鋳造品は、工具産業、特にドリル工具の製造の際にますます必要となってきている。これらのドリル工具の冷却剤、あるいは洗浄剤供給系がコアにあるため、それらの冷却剤、あるいは洗浄剤は、切れ刃により近いところで流出することができる。少なくとも１本のコアにある冷却管路の螺旋状のコースは、製造すべき工具、例えばドリリング工具において螺旋状のチップノッチが設計、あるいは切り込まれている場合に必要である。

このようなドリリング工具の軸方向の長さは、いままでかなり大きいものであったため、コアにある少なくとも１本の螺旋状の冷却管路のピッチを、該冷却管路がドリルあるいは工具の切刃の全体の長さにわたって設定された幅の狭い許容範囲におさまるように、製造の段階で正確に制御、および管理する必要がある。

工具製造のために円柱の棒状のブランクを製造するための経済的な押し出し方法を開発する試みが多数行われた。

既に特許文献１に解説された押し出し方法において可塑化した粉末冶金材料が、内面に特定の断面を有する突起のある押し出しノズルに押し通される。押し出しノズルの中心部あたりに軸方向に棒状の物体が配置されている。これらの物体は、可塑化される材料で、還流されるアーバに固定されている。この方法は、複数の段階に分けて実施する。先ず、可塑化すべき原料は、外側に直線的に形成された少なくとも１本の溝を有するような未加工ドリルに加工される。つぎに、このように形成されている未加工ドリルが、押し出しノズルおよび原料の間に発生させる相対的な運動によってひねられる。このような２段階に分けられる製造方法は、現在使われている原料のほとんどに不適切であることが分かった。その理由は、押し出しノズルからでるブランクは、通常、圧力に対する感受性が非常に高いので、ブランクに働くわずかの力でも、単に外形だけではなく、コアに形成されている管路にも望ましくない大きな変形が生じるからである。そのため不良品の割合が過剰に高くなる。

このため、特許文献２には、既に、コアにある少なくとも１本の螺旋状に走る冷却管路のあるドリリング工具の製造方法が紹介されている。この方法では、該少なくとも１本の螺旋状に走る冷却管路は、可塑の材料を押し出すと同時に形成される。このため押し出しノズルの管先の内面には、螺旋状の断面が与えられている。これにおいて前記の突起の螺旋ピッチが、冷却管路の目的の螺旋ピッチに合わせてある。押し出しノズルの中心には、弾性ピンが設置されている。その上流の端は、ノズルのアーバに固定され、その弾性力は、前記ピンが、ノズルの管先の内面の断面に生じさせるねじれ流に対応できるように選択されている。このような製造方法においては、流れの全断面に均等的なねじれ流を与えるため比較的大きなエネルギーを必要とする事は別にして、この方法によって製造されたブランクの冷却管路の螺旋ピッチが、ノズルの管先の内面の断面の突起、あるいは溝の螺旋ピッチと異なることが明らかになった。そのため、材料の損失を最小限におさえるため、ノズルの管先の内面の断面の突起あるいは溝の数を大きくし、その代わりに深さを減らすように製造しなければならないことが明らかになった。よって、通常に完成された焼結品は、チップノッチを切り込む前に丸くなるように研磨される。

完成された焼結品の外面を丸く研磨する段階を節約するため、特許文献３では、管先の内面の断面が正円柱の表面で形成されているノズルを用いた方法が提案されている。この場合、ノズルの管先の前に材料流内にあるねじり装置が設置されている。１つの別の方法では、押し出し材料にねじり装置によってビレットの断面に作用するねじる運動を強制的に与える。もう１つ別の方法では、押し出し材料をねじり装置によってねじり、あるいは回転運動を強制的に与える。内側の管路を形成するため、ねじり、あるいは回転運動に追従する糸状の部材が材料の流れにの中にまで突き出る。この場合、押し出されたブランクのコアに形成する冷却剤の管路の少なくとも１本の断面、あるいは複数の断面に位置する円の直径は、流速およびノズルの管先内の摩擦損失に影響される。これは、特に１つの押し出し充填材料からつぎの充填材料へ切り替えるときに悪影響を及ぼすことがある。従って、本方法の他の変形法においてノズルの管先を回転できるように形成することが提案されている。その目的は、管先の回転によって材料流のねじり運動を補正することにある。

または、特許文献４から、金属あるいはセラミックの、前記の類の円柱形のブランクを製造するための方法および装置が知られてある。この方法および装置では、少なくとも１本のねじれた剛性の材料でできた中心棒が、内面がスムーズな正円柱形のノズルの管先を通る。この少なくとも１つのねじれた中心棒は、ノズルの管先の注入部の前に固定してあるアーバに取り付けられてある。よって、この方法において前記の棒に予め螺旋状の形を与え、剛性の材料、例えば硬質合金あるいは鋼鉄でれば、ある程度、ノズルの管先の内径および中心棒の外径の比較的小さい割合まで、ノズルの管先の領域内では追加のねじる装置を省略する事ができることが解明された。この場合、剛性を有する中心棒は、全断面にわたって材料の流れに均等的なねじり運動を強制的に与えることができることを前提している。前記の割合がより高い値を持つとき、ブランクをねじるためには、ノズルに設置されている追加のねじり装置によって強化する必要がある。さらに、通常、中心棒を、ブランクの中にある実際の螺旋状の管路のねじり度合いよりも強くねじる必要があることも解明された。これは押し出し材料をもって大量の実験を前提にする。これらは製造方法を高価にし、煩雑な品質管理措置も必要にする。
US- PS 2 422 994 DE- PS 36 01 385 DE- OS あるいは EP 0 465 946 A1 EP 0 431 681 A2

よって、本発明の目的は、請求項１、あるいは請求項１１、また同２８による方法および装置を、押し出されたブランクに正確に設定されたコースを有するコアに形成されている螺旋状の冷却管路が、最大限の再現性、および組織質をもっているもののように発展させることである。

本発明による方法は、押し出し機の構成、製造方法のパラメーターあるいはブランクの幾何学的な形による制限がないように設定されるべきである。この課題は、請求項１、１１あるいは２８に解説された特徴によって解決される。

この場合において、コアの管路は、原形を作る段階でノズルの管先の中にある材料の可塑的な変形によって形成される。この場合、材料が特にねじりの無いようにノズルの管先に入り、流れの全断面にわたってねじりの無いように前記の少なくとも１つのピンに向かって流れ、ノズルの管先を通る際、連続的な螺旋のピッチに相当する回転運動を与えられ、あるいは１つの流速に依存するように駆動できる懸架装置を通るように流れる。この方法の別の実施例は、少なくとも１本のピン（棒）が回転しないように、あるいは軸方向に固定され（？）、ノズルピンの中にノズルの軸と平行に取り付けられている回転できるように軸受けされている軸につなぐ、およびねじることによってその軸に沿って流れる可塑的な材料が、全長にわたって主に一定の螺旋のピッチによって決まる運動量モーメントが与えられることを特徴とする。また別の実施例では、少なくとも１つのピンを有する軸が１つの追加駆動をする。この軸のピンに対するピンの中にある径方向にある接続部がノズルの管先の中におかれれている。この場合、ピンが弾性的なものであっても良いし、駆動は希望のピッチと無関係に制御できる。

本発明は、高粘性材料流の押し出しの際、製造すべき螺旋ピッチに相当するねじり運動を与え、それによって該材料を比較的に強く可塑的に変形させる理念からは根本的に離れている。それよりも本発明は、少なくとも１本のワイヤにピンの全長に加算される流れ−押し寄せる力によって回転運動を与え、その運動によって可塑的な材料がノズルの管先を通る際に少なくとも１つの螺旋状のコア管路が形成され、そしてこの管路のピッチは、予めねじれているピンのピッチと正確に一致する原理に基づく。本発明による方法は、栓抜き効果の逆転した効果に基づく。この場合、前記のピンは栓抜きの螺旋状の棒、そして可塑的な押し出し材料が栓とたとえることができる。よって、本発明の場合、前記の少なくとも１つのコア螺旋は、原形作りの段階で形成される。本発明の特別の利点は、押し出し材料の断面にねじりの流れを与えるためほとんどエネルギーがかからないことである。同時にこれは、回転する部分と冷却管路を形成する部材が小さい再現性のある力にしか作用しないことを意味する。本発明の場合、予め設定されている螺旋のピッチにおいて、螺旋形の面で軸に近づくにつれてそのリード角が増加する現象を有利に採用されている。これによって押し寄せる角度が減少する。これは、ノズルの管先の内面の付近、あるいはねじり装置−押し寄せる面、あるいはそれより外側にある場所に比較してエネルギー的に利点をもたらす。つまり、言い替えれば押し出し材料の流れは、本発明によるコアにある冷却管路の製造の場合、最低限にしか負荷されない。これは、ズレの管先にでるブランクがとても高い均質の組織を示すと言う特に良い利点が生じる。この場合意外なこととして、形成されている少なくとも１つの螺旋形の冷却管路の正確さ、つまりピッチ、径方向の位置、角度および断面に関する正確さが、最初からきわめて高い水準に保たれることができるのが明らかになった。しかも、これはノズルの管先の内面のために特定な粗さ、またはどのようにその粗さが選択されるのかということと無関係に前記の水準が保たれるのである。

本発明によって初めてコアに螺旋状の冷却管路を有する円柱形の押し出し体を製造することが可能となる。この物体は、円形以外の断面、例えば長方形、多角形、あるいは楕円形と言う形をしてもよく、ノズルの断面に対する冷却管路を形成する部材の回転中心部の位置な重要ではなくなる。また本発明による方法によって広い幅の中のブランクおよび／または可塑化の度合いおよび／または押し出しパラメーターと断面あるいは直径に対する依存性がなくなる。いずれの場合にせよ、ブランクの中に形成されている螺旋形が、共に回転させたワイヤで予め作った螺旋形に相当することになる。さらに有効的な実施例は、従属項および明細書に明らかになる。

請求項２、あるいは同１２、あるいは同２９に記載された改善によって、製造の正確さおよび再現性が、わずかな機械的な煩雑さのみでさらに改良されている。

この場合、剛性あるいは弾性を備えるピンに、特に摩擦を減少する高圧液体、あるいは類液体が供給される。このように大幅に減少された摩擦によって、押し出し材料および少なくとも１つのピンの間には最小限の反発力しか発生させない。これらの最小限の反発力はさらに、最小の断面を持つピンを持つ支持部材を形成することができる。これらのピンの支持部材は、リッジ、軸および軸受けによって構成されている。これらのピン部材は、本発明によってより小さい直径で形成することができるから、これらの部材が逆に、場合によっては押し出し材料の流れを乱すおそれのある反発力をさらに減少させることとなる。従って、本発明では、径方向に押し出し材料の流れに作用する力を加算したものは、本発明で提案された手段によって、前記の力が再現性のあるように押し出し材料の流れに局所にも断面にもねじり運動を与えることができなくなるほど小さくなった。押し出し材料の内部および外側の凝集力がこの傾向に効率良く抵抗することが明らかになった。この場合、本発明による手段では、少なくとも１つの冷却管路を形成するピンが、実質的な摩耗を生じなくなる、と言う追加の利点がある。従って、主特許の対象にさらに加えた改良は、冷却管路を形成する部材が、押し出し材料の中に、準流体静力学的に設けられていることにたとえることができる。前記の液体は特に加圧された状態で供給され（請求項２）、そしてこの液体は、可塑剤でできているか、あるいはこの可塑剤の少なくとも１つの成分を含んでいる。

摩擦を減少する有利な効果は、摩擦を減少する液体がピンの付近にある、つまりそれらのピンの表面を濡らすことだけでも生じる。さらに別の改良は、請求項４、あるいは請求項３２に説明されている改善よって得られる。この場合、摩擦を減少する液体が既に、軸が軸受けからでるところで、ベアリング−パッキング間隙を介して供給される。これによって流体静力学的な支持フィルムが、軸受けより下流にある冷却管路を形成する部材の全面にわたって形成されることになる。この流体静力学的な支持フィルムが後で、切り込まれる溝を介して流出する。この場合、押し出し材料の中に流れが回る部材、例えば軸、あるいは軸リッジの接続部に、介在物が生じないことが推測できる。これは、流体静力学的な間隙を形成する液体が、押し出し材料の内圧によって、表面にわたって形成する溝への最も簡単な道を探すことからである。

請求項５あるいは同１３に解説された変更によって、ノズルの管先を通過する際に特に有効な圧縮比が得られる。粘性のきわめて高い材料の特性は、非粘性液体と異なり、それよりある程度の弾性をもっているため、ノズルの管先およびその中に設置されている螺旋状の棒を通過する際に、断面を満たすためにかなりの圧力があることに注意を払うことが必要である。これは特にノズルの管先の流入口、つまり押し出しノズルの形、あるいは流れの中の他の障害物によって流れの断面の変更が起きる領域では特に肝心である。本発明の特に有効の実施例によって、材料流の断面に分配する圧力のコントロールは、ノズルの管先の内面の形成によって行われる。この内面は例えば、流れを通過する断面が流出側に向かってだんだん小さくなるように形成することができる。これは、流体力学的な理由によって生じる周囲に向う圧力の低下（ノズルの管先の流出口の断面）の対策となる。

ノズルの流入口に入る材料は、ねじれた棒に達する際、反力モーメントが生じざるをえない。内面を適切に形成することおよび／またはノズルの流入口の付近に位置づけられている冷却管路を形成する部材の付近において適切な対策をとることにより、冷却管路を形成する部材の反力が、材料にねじりが生じないようにノズルの流出口を通過させ、その流出口から流出するように受けとめることができる。

適切な対策としては例えば、材料の流れにより冷却管路を形成する棒、あるいは冷却管路を形成する部材の回転運動を追加駆動することによって援助することである。この場合、前記のような追加駆動の最も有効な構成は、追加の駆動モーメントが反力モーメントをちょうど補正するように設計する事が望ましい。

本発明による他の実施例により、追加駆動は、例えば請求項２８に解説されているように、冷却管路を形成する部材と組み合わせることが有効である。この場合、少なくとも１本の弾性的な中心ピンが、ノズルの管先の中間で突き出る軸の先端に取り付けられている。それによって軸は、希望の管路の螺旋ピッチを依存的に制御されるように回転させることができる。この場合において、材料の流れの断面全体にねじり運動を与えるものではなく、管路はこの場合にも原形を作る段階で形成されているから、上述したと同じ利点が得られる。材料がねじられないため、内部に螺旋状の管路を有しつつ円形と異なる断面を持つ棒を得ることも可能である。

前記の追加駆動モーメントを発生させる別の、特に簡単な方法は、請求項５、あるいは請求項１９に解説されている。螺旋形の回転方向に合わせて、冷却管路を形成する上流にある棒の端面に傾斜を与えることだけでも、摩擦に起因する粘性モーメントがほとんど補正できる。これは、請求項２０の課題である。

さらに、少なくとも１本のコアにあるその１本のピンに相当する冷却管路を形成するピンが、軸と連結するボス体よりも上流側に延長された場合、これは請求項１８に解説されている、棒の曲がりモーメントをボス体に導入する事が有利になる。これによってボス体およびピンの間の接続部分をより短く形成することができる。

軸に取り付けられているピンに一様の回転運動を導入することは、主に第一段階、つまりノズルの管先の本当のガイド部分に行われる。この理由により、ワイヤーの剛性は、軸からの距離を大きくなることにつれて小さくなるが、このことがコア管路の形の正確さに影響を及ぼすことはない。

出てくるブランクのいかなる回転、これは特定な応用の場合によって邪魔になることがあるが、それを防ぐための別の、あるいは追加の対策としては、少なくとも流入部分の付近において流れの線形化を行うことである。このため流れのガイド装置を利用することによって軸方向に流れの調整および安定化が行われている。このような流れのガイド装置を特に有効に形成する手段は、請求項３４に記載されている。この場合、例えば軸方向のノッチを利用することができる。その形成において特にノズルの管先の内面の形成が、同時に、回転軸の端のボスの付近に生じる断面の変化を補整するために利用される。この場合、軸方向のノッチはピンおよび回転軸の間の接続ボスまでしか形成されない。

請求項３７から請求項４０までによる実施例は、ボス体の回りに立体的な流れれにおいてボス体に取り付けられている剛性あるいは弾性の、予め螺旋形にされた、あるいは制御された回転駆動によって運動量モーメントの与えられたピン、あるいは糸の摩擦特性によって主にねじりのない押し出し材料の組織、およびブランクの正確さに悪影響が与えられることが特に有効的に避けられている。これらの悪影響の因子の中には、ノズルの表面に向かって径方向にわずかな到達距離を発生する押し出し材料のねじり運動だけを起こす運動量モーメントが含まれている。この回転軸、あるいは少なくとも１つのピンのピッチ円に発生するねじり運動を補整するため、あるいは消去するためにはガイド装置が有効である。これらの装置も最小寸法で形成することができ、その場合、軸方向に通過する流れの断面は、ターボマシーンと類似して、タービン形の管路を形成する部材、つまり前記の少なくとも１本のピンの横の狭い軸性の間隙に置かれる。これらのガイド装置は特にひれ状に形成し、例えばアーバと一体化して形成されている。しかし、必要に応じてアーバに取り付けることもできる。これらのねじりを防止するように作用する流れガイド装置の組み合わせは、前記のねじり運動がこの場合にも小さい到達距離を示すため、特に流れの断面の全体にわたらない。しかし、もちろんねじり運動防止装置を流れの断面全体に作用させることも可能である。

冷却管路を形成する部材が押し出し材料に与えるねじり運動を特に有効に補整する装置は、請求項３９に記載されている。この場合、冷却管路を形成する部材によって発生され、押し出し材料に与えているねねじりモーメントが、ねじり運動の方向に対する反対方向に向いている対ねじり運動によって補整される。このねじり運動を補整するガイド装置は、例えば正確にボス体の形状をしていても良いし、あるいはねじり運動モーメントを発生させる中心棒の摩擦力を補整するように設計しても良い。この流れに突き出る部材、つまり流れ部材も制御されているように駆動、あるいは自由に軸受けされていることができる。この部材は、冷却管路を形成する部材の回転方向に対して反対方向に回転する。

作動原理によって本発明は、ブランクのどのような断面、そしてコアの管路のいかなる形や配置にも利用できる。ただし、対称的であるため特に簡単な状況は、棒が回転軸の軸に対して中心的に配置された場合に生じる。請求項４１に記載した内容を発展させて、極めて高い粘性をもった、つまり可塑的な材料のノズルの管先への流入状態、あるいは螺旋中心棒への押し寄せる状態を最適化することもできる。

さらに有効的な実施例は、従属項および明細書において明らかになる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例に付いて説明する。
以下においてまず、本発明の作動に基づく、冷却管路を形成する原理を説明するため、先ず図１から４を参照する。

図１の符号１０は、押し出し工具を示す。粘性の高い、可塑化された金属、あるいはセラミック材料１２は、この工具を図１４に示されているように右から左へ通り抜けて流れる。符号１４は、ノズルの管先である。これはノズルのサポート部材１６と一体で形成されるか、あるいはサポート部材１６に交換可能に取り付けれている。ノズルの管先１４および／またはノズルのサポート部材は、特に交換ができるように押し出し工具１０に固定されている。

押し出し機のノズルは、２つの部分でできている、つまり、１つのノズルの管先ＤＭおよび１つのノズル流入部ＤＥである。ノズル流入部ＤＥでは、可塑的な材料１２を濾斗状にノズルの管先まで導入する。ノズル流入部ＤＥの中心に、後に図１５を参照しながらより詳しく説明するノズルアーバ１８が設置されている。そのアーバの下流側に円錐の表面２０が形成されている。それによってノズルアーバ１８およびノズルのサポート部材１６の間に、ノズルの管先ＤＭに開口する環状空間２２が形成される。

押し出し工具１０、あるいは押し出し機のノズル１４、１６は、円柱形で棒状の、少なくとも１本のコアに位置する螺旋状の、左回り、あるいは右回りの管路２６を有する成型品２４を連続的に押し出すためにある。このようなブランクは、例えば工具の製造の際に必要である。この場合、適切に曲げられたブランクが本来の焼結工程に入る前に、押し出し工程において先ず１つの乾燥工程あるいは前焼結工程が続く。焼結加工が終了されたブランクは通常切削される。この場合、少なくとも１本の螺旋状のチップノッチが切り込まれることによって焼結されたブランクが加工される。コアに位置する管路２６のコースは、切削加工の場合にはモニターすることができないため、ブランク２４の各断面においてコア管路２６の付近における、断面、ピッチ円、および軸２８のピッチ円の偏心度をできる限り幅の狭い許容範囲内におさまるように作らなくてはならない。そのため、予め設定された螺旋ピッチＷＳを正確に保つ必要がある。そうでなければ、特にチップノッチを長めの、焼結されたブランクに刻み込むときに、コア管路に接近する距離が近すぎることが有り得る。その結果は、剛性の減少が生じるか、あるいはブランク全体が不良品となり、利用できなくなる場合がある。前記にあげた問題は、ドリルの中に形成されているコアの冷却剤管路、あるいは洗浄剤管路の数、および形と無関係に生じる。あるいはまた、金属の、あるいはセラミックのブランクを製造する際に、これらのブランクが乾燥、および／または焼結工程中において、組織に依存してときどき大幅に、規則正しく収縮することも考慮しなければならない。従って、可塑化した硬質合金あるいはセラミック材料の押し出しにおいて、単なる押し出されたブランクの寸法の高い正確さが保たれることだけではなく、断面にわたって組織の一様性も最大限に確保する対策を取ることが大事である。この目的に達するために、押し出し工具は、以下に示されている構成となっている。

ノズルのアーバ１８の中心には１つの軸３０が回転ができるように軸受けされている。この軸３０は、ノズルのアーバ１８の前端部３２より前に、ノズルの管先ＤＭの中まで突き出ており、下流側にプレート状のボス体３４がある（図１６のものも参照すること）。このボス体は、その径方向外側に配置されている側面３６、３８を介してそれぞれ少なくとも１本の螺旋状の、予めねじれているピン、あるいは中心棒４０、４２と固定的に接続されている。ここに示されている実施例においてこれらのピン４０、４２は２本設けられている。これらのピン４０、４２は、軸４４のアーバ３０に、かつそれによってボス体３４に対して中心的に配置されている。しかし、ここで本発明は、上記のピンの数および配置に限られないことを強調すべきである。同じように１本のピン、あるいは複数のピンを均等的に、あるいは非均等的にボスの周囲に配置することもできる。この場合、各ピンの直径が異なることも可能である。

しかし、また同じように前記のピンを異なるピッチ円に取り付けることもできる。その場合、ピンの軸および／あるいは回転方向で異なる場合さえある。

予め螺旋形にねじれたピン４０、４２は、押し出されたブランク２４のピッチと正確に一致する。ピッチＷＳの度合いおよびピッチ円の直径ＴＫＤは、焼結の縮小率を考慮しながら設定される。螺旋軸２８は、アーバ３０の軸と一致する。これによってピン４０、４２の断面は、アーバ３０の回転のとき常にピッチ円４６上を動くことになる。このためには、ピン４０、４２を、正確に位置決めされているようにボス体３４の側面３６、３８に取り付けることが必要である。これは特に溶接、あるいはハンダ付けによって行われている。ピン４０、４２の材料としては、弾性率の高い材料、例えば鋼鉄、硬質合金、あるいはセラミック材料が利用される。

示された実施例においてピン４０、４２の長さは、主に螺旋ピッチの長さＷＳ／２である。その配列は、ピン４０、４２が少なくともノズルの管先１４の端面まで到達するよう選択されている。よって、押し出し工程中にピン４０、４２によって形成されたコア管路２６が、ノズルを出た後にもその形状および位置を保つ。

ボス体３４は、ここに示されている実施例では、ノズルの管先ＤＭの中に位置する。そのため、ノズルのアーバ１８の前端面３２から予め設定された軸距離ＡＸがある。この軸距離ＡＸは、ノズルの管先ＤＭの中における押し出しの状況、およびそれにより前記少なくとも１本のピン４０、４２に影響を及ぼせるように特に調節ができるものである。

図１に示されている矢印５０は、材料の流れが、ノズルの管先ＤＭの付近で軸方向にピン４０、４２に押し寄せることを示す。従って、この流れは、螺旋形のピッチＷＳおよびピッチ円の直径ＴＫＤによって設定されている角度ＰＨＩをもってピン４０、４２に接触する。これらのピンは、ボス体３４およびアーバ３０を介して、螺旋性の軸２８の回りに、つまり軸４４の回りに、ノズルの管先ＤＭの中に回転ができるように取り付けられている。そのため、可塑的な材料１２がノズルの管先を通過するときにワイヤ４０、４２に連続的な、予め形成されたピンの螺旋形のピッチに相当する、角速度ＯＭＥＧＡをもつ回転運動を起こす。螺旋形のピンの流れに対する角度によって引き起こされ、周囲方向に作用する成分は、ピン４０、４２の長さにわたって加算される。従って、アーバ３０、ボス体３４、および少なくとも１本の螺旋状にねじれたピン４０、４２の構成は、流れの速度に設定される均等的な回転運動を行うことになる。この運動におけるピン４０、４２の曲がり負荷は、比較的小さく抑えられている。このようにピン４０、４２は、流れが軸方向を通る、駆動軸３０を有したタービンの原理に基づいて作用する。ただし、この場合、その媒体は非粘性、圧縮できない液体ではなく、粘性の高い、そして多少弾性的な材料である。

接続部分３６、３８を有するボス体３４は、ノズルの管先ＤＭの領域にあるため、ここに示されている実施例においてノズルの管先ＤＭの領域の流れ、および圧力状況を制御するための対策がとられている。ノズルの管先は原則的に２つの部分に分かれている。つまり、１つのノズルの管先−流入領域ＤＭＥ、および１つのノズルの管先−流れ領域ＤＭＳである。ノズルの管先は、ノズルの管先−流れ領域ＤＭＳにおいて予め設定された主に一定の形を保つ断面がある。これによって流れの速度が制御できる。ＤＭＳ領域内の断面が変わらなければ、この領域の中の流れの速度も一定していることが推測される。実際流れが通過できる断面を少なくともＤＭＥ領域の軸方向の長さにわたって、特にＤＥＭ領域中で、できればノズルの管先ＤＭの全長にわたって主に一定にすることが肝心である。このためＤＭＥ領域の中の直径は、ＤＭＳ領域に比較して、図中Ｍで示す分だけ拡張されることによって、ＤＭＳおよびＤＭＥの直径で決定されている輪形面積が、図３に示されている、接続部分５２を含んだアーバ３０およびボス体３４の半径方向の断面の面積と等しくなる。ＤＭＳおよびＤＭＥの領域内の直内面の適切な形成によって、材料１２がノズルの管先ＤＭを通過する際の過剰な圧力の変化が避けられる。特に、本発明によるノズルの管先ＤＭによって、特にＤＭＳおよびＤＭＥの移行部において圧力が大きく減少することが防止されている。従って、ＤＭＳ部において断面を満たすために充分な圧力があることが確実に確保される。

下流に設置されているボス体３４のエッジ５４、あるいは５６のいくつかの可能な形態が図に簡単に示されている。ここに示されているこれらのエッジのコーズは、例に過ぎないし、もちろんある範囲内で、流れおよび圧力の状態をこの付近において適切に制御するため変更することができる。図では、破線て、下流にある替わりのエッジ１５６の実施例が示されている。このような設計により流れの状況を自由に設定することができる。

材料の流れが、ボス体３４、およびピン４０、４２に軸方向に押し寄せる際、アーバ３０によって吸収しなければならない軸方向の反力が発生する。そのため、単なるラジアルベアリング５８だけではなく、平軸受け（スラストベアリング）６０もアーバ３０に設けられている。前記の平軸受けは以下に図２を参照して詳しく説明される。その他、図２に示されている実施例は、主に図１に示されているものと類似している。よって、図２では、図１と同じ符号を用いている。

平軸受け６０は、ころがり軸受け、特にニードルベアリングで構成される。このニードルベアリングのピン６２は、サポート円盤として形成されているころがり面６４、６６上を転がる。アーバ３０は前記の円盤を通してある。１つの円盤、つまり円盤６４は、一面でアーバの差し込み部材７０の端面６８にサポートされている。このアーバの差し込み部材７０は、環形のノズルの差し込み部材７４の中心体７２にねじり込まれている。中心体７２および取付外環７６の間に特に互いに均等的な距離で周囲に形成されているリッジ７８が設置されている。これらのものは特に外環７６と一体化して形成されている。符号８０は、アーバの差し込み部材７０および中心体７２の間にあるパッキングおよびパッキングパッケージである。第２の転がり円盤６６は、ニードル６２の反対にワッシャー８２によって押さえられ、そしてこのワッシャーがベアリング調節ナット８４によってアーバ３０に押さえられている。符号８６により示した栓は、ノズルアーバ−中心体７２から、ベアリングに油をさすために取り外すことができる。

間隙のためのパッキングは符号８８で示してある。このパッキング８８により、ベアリング５８および６０を材料１２に対して密閉するため充分であることが明らかになった。間隙のパッキングの後ろにさらに１つのＯリングを設置することもできる。

上記の回転できる冷却管路を形成する部材の軸受けの構造は、押し出し機のヘッドを最短時間内に取り替えることを可能にする。ヘッドを交換するためには、例えば、アーバの差し込み部材７０全体およびその前に取り付けられているベアリング６０が交換される。

図２に示されている実施例において、管路を形成する部材の構造は、図１４に示されている螺旋状の予めねじれたワイヤ、あるいは棒４０、４２と変わらない。しかし、ワイヤ、あるいは棒４０、４２からアーバへの移行部（接続部）が多少異なる。

この実施例においてアーバ３０は、下流端に太くなった部分１３４がある。ピン４０、４２は、溶接、あるいはハンダ付けによってアーバ３０のそれに相当する太くなるところと接続されている。この構造では本発明による方法、あるいは本発明による押し出し装置を応用するとき、ノズルの管先ＤＭにおいて押し出されているブランクは、非常に高い均一性を確保することに成功することが判明された。

もちろん、アーバの太くなった部分１３４の付近で、固定部分の回りにおける流体抵抗を最低限にする対策をとることもできる。これは図３に示された断面で示されている。符号２３４で示されたウェブの断面は非常に狭く形成され、そして特に軸の両側で螺旋形の面で構成されている。このため、連続的な冷却管路を形成する部材４０、４２の回転運動において発生する流体抵抗は最小となる。ワイヤ４０、４２およびボス体３４、あるいは１３４、あるいは２３４の接続部の軸方向の長さは、比較的短く作ることができる。これはピン、あるいはワイヤ４０、４２が材料１２の回転によって主に引張応力、そしてコイルばねと似たように僅かな捩じり応力でしか負荷されないためである。

前記の押し出し装置は以下のように作動する。
粘性の高い材料１２は、軸方向の距離ＡＸを持つ短い流入セクションを介して環状空間２２から出て、軸方向にノズルの管先流入部分ＤＭＥへ入る。それによってこの材料は、棒、あるいはワイヤ４０、ボス体３４、あるいは１３４、あるいは２３４、またはアーバ３０で構成されている冷却管路を形成する部材が、流れの押し寄せ角度ＰＨＩによって連続的に、ピンの螺旋ピッチＷＳに相当する回転を生じる。ノズルの管先の中にある螺旋形の位置、あるいは螺旋のピッチＷＳは、ブランクに形成されている冷却管路螺旋の位置、および形と正確に一致する。よって、ノズルの管先を通る流れがあれば、従来の類似の押し出し方法に比較して、通過する材料の可塑的な変化が生じない。それよりも、原形を形成する過程中に、螺旋形の冷却管路が中に形成される。その際、棒４０、４２には主に引張応力が生じる。同様なことが、アーバ３０に対する負荷に対しても言える。よって、これも比較的小さい直径で形成することができる。

上に説明されている実施例において、ノズルの管先ＤＭの円柱形の内空の内面９０は、ノズルの管先流入部分ＤＭＥも滑らかに形成されている。このようなスムーズな構成の場合、あるいはノズルの管先ＤＭの断面は円形である場合に備えて、僅かではあるが、流れが螺旋形にされたピン４０、４２に押し寄せることによって生ずる摩擦力、およびベアリングの摩擦力により、ブランク２４が軸４４に対して軽度の回転をしながら流出する。しかしながら、冷却管路を形成する部材によって形成されているコア管路の寸法安定性はこれによって影響を受けない。ただし、特定の実施例においてこの自己回転が望ましくない場合がある。この自己回転を取り除くために、さまざまの対策がとれる。

図には詳しく示されていないが、その対策の一つは、アーバ３０に追加の駆動手段を付けることである。この手段は、反力モーメントを補整するようなトルクをアーバ３０に与える。

さらに別の、図１に示されている対策では、ピン４０、４２の上流側にある端面９２に形成した傾斜面が、押し寄せる流れが冷却管路を形成する部材に追加のトルクを与えるように形成されている。

そして、図２には破線でもう１つの別の可能性が示されている。この対策では、ワイヤ４０、４２に、ボス体１３４の上流に延長セクション１４０、１４２を設置することである。この延長セクションには、ブランクの所望の螺旋ピッチとは異なるような螺旋ピッチを与える。それによって、突起１４０、１４２に押し寄せてくる材料１２の流れが、前記の反力モーメントを補整する追加のトルクを冷却管路を形成する部材に与える。

また、ノズルの管先ＤＭの付近に流れのガイド面を設置することもできる。これらは、ノズルの管先ＤＭの中の材料１２の流れを軸方向に整列すること、つまり線形化することをサポートする。このような流れのガイド面は、例えばノズルの管先流入部分ＤＭＥに、あるいはその他のノズルの管先ＤＭの中に設置することができる。図４は、このような流れのガイド面装置が、内面歯９４として図式的に示されている。この内面歯は、ノズルの管先ＤＭに限定した場合、歯形を、直径９８を越える周囲に加算された歯形の断面９６が、アーバおよびボス１３４、あるいは２３４の和に相当するように選択することが有利である。

もちろん、本発明に基づく概念から離れないで、上に解説されている実施例の変更が可能である。前記の発明の概念とは、材料１２をノズルの管先ＤＭの中に可塑的に変形することによって、予め螺旋状にねじれた棒４０、４２、および回転できるように軸受けされ、予め設定された相対回転運動を行うアーバ３０と固定的に接続された１つの冷却管路を形成する部材が、ノズルの管先ＤＭの中を通る流れによって動かされることを防止することである。このように、本発明による製造方法は、可能な断面の全てに応用できる。それは図１Ａでは、例として破線で示されている断面の限界１００で示唆されている。このように、冷却管路を形成する部材の軸は、ノズルの管先ＤＭの断面の中で配置を自由に設定することができる。本発明による構造によっては、寸法、例えばブランクの直径、可塑度と押し出しパラメーター、例えば押し出し速度との間に幅広い許容範囲が存在する。よって、従来の技術と異なり、ブランクにおける希望の螺旋ピッチに予め正確にねじれた棒が存在するため、ブランクのコア管路の希望のピッチおよび位置を得られ、煩雑な予備実験で決めた度合いよりも過剰にねじる必要がなくなった。材料１２の流れには、ノズルの管先ＤＭ断面を通過するとき弾性エネルギー容量が生じない上、コア管路を形成する部材の動かされている部材への機械的負荷が比較的小さい。これは冷却管路を形成する部材に占領される断面が、ノズルの管先ＤＭ全断面に比べて比較的小さいからである。

上記説明した装置において、ノズルの管先ＤＭがおよそ螺旋ピッチＷＳの長さの約半分となるように形成されていれば、ノズルの管先ＤＭが螺旋ピッチに対して短く形成することができることを強調しなければならない。この場合、前記のワイヤも適切に合わせて短縮されることによって、ノズルの管先ＤＭの付近に終わるようにする。

また、上述の棒４０、４２を中心的な軸４４、あるいは２８の配置の代わりに別の位置を選択することもできる。その場合、軸の異なる側に異なる断面を持つ棒、あるいはワイヤを形成することもできる。

図５ないし図１７には、再現性を同時に高めながら、コアの管路の位置の正確さ、および、押し出されたブランクの組織の均一性を改善するため、他の押し出し機のノズルの実施例が示されている。これらの他の実施例の押し出し機のノズルの幾何学的な形状は、主に前記の実施例のものと類似している。よって、類似の部材には、前記の実施例に相当する番号で符合されており、その頭番号として”３”から”９”までを使用している。

幾何学的な形態に関し、図５による冷却管路を形成する部材は、図１に示されているものと微妙な部分のみが変更されている。予め螺旋状にねじれているピン３４０、３４２がリッジ３９２を介して１つのアーバ３３０に取り付けられている。この実施例の特徴は、ノズルのアーバ３１８の中に軸受けされている軸３３０に中ぐり３３１がある。さらに、リッジ３９２には半径方向に延びた中ぐり３９３が施され、これは符号３９５の位置でピン３４０、３４２の表面に開口する。この中ぐり３３１およびラジアル中ぐり３９３は、押し出し材料およびピン３４０、３４２の間に発生する摩擦力を減少する物質、例えば流体、特に摩擦を減少する液体、あるいは液体に類似する物質の流れを通す道を形成する。この供給は、矢印３９７で示されており、特に加圧された状態で行われる。このような摩擦を減少する液体、あるいは液体に類似する物質としては、例えば押し出し材料の可塑剤が使われる。この物質は、開口３９５のところで流出し、ピン３４０、３４２の表面に沿って流れる（ただし、ピン３４０、３４２の周囲、あるいは縦方向にこのようなラジアル管の多数本が設計することもできる）。それによってピン３４０、３４２の表面が全体に濡らされている。これによってピン３４０、３４２、および押し出し材料の間の摩擦が大幅に減少され、さらに押し出し材料およびピン３４０、３４２の間に発生する反力も最小限に抑えられる。そして、リッジ３９２およびアーバ３３０の断面も最小限に減らすことができる。それによってピンのサポートおよび押し出し材料の間の反力も最小限にまで減らすことができる。このように押し出し材料に対して径方向に作用する力は、本発明による実施例によって、押し出し材料の流れの影響を、局所的にも断面全体に対しても、材料にねじり運動を与えることができないほどに小さくなる。これは、前記の材料の内面と外側の凝集力が、前記の反力より大きいからである。さらに、ピン３４０、３４２の表面が摩擦を減少する液体、あるいは摩擦を減少する物質で完全に濡れることによってピンの摩耗がほぼ完全に除去されることと言う副次効果も影響している。

図６は、押し出し機の変更した例を示す。この場合、図５に示されているものと違って剛性的な、予めねじれたピンの代わりに、駆動軸４３０の分岐部４９２に取り付けられている弾性的なピン４４０、４４２が使われていることを特徴とする。軸４３０および分岐部４９２は中空に形成されている。それによって、ここで矢印で示されているように、この場合にも摩擦力を減少する液体を、軸４３０の中ぐり４３１を通して分岐部４９２に流し込み、そこで弾性的なピン４４０、４４２まで伝わることができる。ピンは、図５に示されている実施例と違って、軸４３０によって駆動される弾性的なものである。押し出し棒がねじり運動を行わないことをモニターするため、ノズルの管先に、概略で示した測定装置に装備された摩擦車が設けられている。

両方の実施例の共通点は、ワイヤあるいはピンによって供給されている液体によって、押し出し材料の中にワイヤあるいはピンのための準静圧流体軸受けが実現されていることである。これにより、外乱の影響が著しく減少される。

図７および図８にはピン４４０、４４２のサポートの変形実施例を示す。図７によるサポートでは開口部４９５が見える。これらの開口部は、供給されている摩擦力を減少するための液体の均等的な分布を確保するため、ピン４４０、４４２の周囲および縦方向に分配されている。図６に示されている実施例における分岐部４９２は、図７に示されている実施例では、中ぐり４９３′を有する径方向に延びたリッジ４９２′で置き換えられている。

図８に示されている実施例は、糸状のベルト４４１″が軸４３０″に取り付けられている場合、特に有効的に利用できる。ここにおいても、軸４３０″は中空に形成され、ノズルの管先に向いている端に、前記の糸状のベルト４４１″が掛けてある分岐部４９２″がある。摩擦力を減少する液体が分岐部４９２″から流出するところは記号Ａで示してある。

図５から図８を参照して説明した実施例では、コア管路を構成する部材を濡らすことがピンの付近でしか行われない。図９は、ノズルのアーバ５１８より下流にある冷却管路を形成する部材が、摩擦力を減少する液体で全て濡らされる実施例を示す。このため、ノズルのアーバ５１８の前端に軸受け５１９を形成する。この軸受け５１９の前に直径のより大きい中ぐり５２１が施されている。軸は、この実施例において固体軸として形成することができる。この軸５３０は、駆動されるか、ノズルのアーバ５１８の中に自由に回転ができるように軸受けされている。ピン５４０，５４２は、剛性、あるいは弾性を有するものである。

軸５３０と中ぐり５２１の間は、摩擦力を減少する流体、特に液体で満たされている。この液体は、矢印で示されているように特に加圧されて供給される。この実施例の利点は、液体の供給が軸受け５１９を通して行われることである。これによって液体は、特に静圧流体軸受けとして形成することができる。従って、この実施例において、ノズルのアーバ５１８の下流の冷却管路を形成する部材の表面全体が、前記の摩擦を減少する液体で濡らされることである。これによって軸５３０および分岐固定部５９２の断面を最小限に抑えることができる。符号５９５により示す点は、摩擦を減少する液体が、ピン５４０，５４２に沿ってノズルのアーバの下流の冷却管路を形成する部材の表面全体に静圧式流体サポート膜を形成している様子を示している。液体は、以後形成される管路を介してのみ流出する。図９に示されている実施例は、ボス体５９２が最小限、また流体的に非常に有利な断面を持つように作ることができる。

図１０、およびそれ以降の図面に示されている実施例は、冷却管路を形成する部材の回りの流れによって押し出し材料に与えられている回転モーメントを最小限化、あるいは補整することを目的とする。図４に示されている実施例と違って、この実施例においては、運動量モーメントを補整できる流れガイド面装置が設置されている。これは、ノズルの表面に向かってラジアルの到達距離の短い、僅かなねじり運動を引き起こす。この目的を達するため、押し出し機の軸と平行にノズルのアーバ６１８に流れガイド面体６４１、６４３が固定されている。これらの部材は、ピン６４０、６４２の上流付近まで達し、先端部にテーパー面６４７、６４５を有する。よって、ガイド面は、ひれ形に形成され、極めて狭い間隙を残して、タービンと類似の作用を果たすピン６４０、６４２の上流まで達する。ガイド面体６４１、６４３は、決定的なところでねじり運動の補整が行われるターボマシーンのガイド装置の如き作用をする。

ねじり運動防止装置の第一の実施例は図１２および１３に示されている。上述の実施例と違って、この実施例においては、交差点が、流れガイドピン７４１、７４３およびタービンの如きピン７４０、７４２の間にある。言い替えれば、この場合には間隙ＳＰが流れの方向に向いている。ノズルのアーバ７１８に固定されている流れガイドピン７４１、７４３が下流に斜面７４５、７４７を形成することが図１３に示されている図面で最も良く分かる。

図１４および１５による実施例では他の流れガイド面装置が設置されている。これらのものは符号８４１、８４３で示してある。上述の実施例と違って、これらの流れガイド面が、流れの断面全体にわたるプレート状の部材で構成されている。図１０から１３まで参照しながら上述した実施例と同じような、各コアの管路を形成すべきピンのために、１つの流れガイド面８４１、８４３がある。この場合には、流れガイド面８４１、８４３の下流にある端が、ピン８４０、８４２の上流の先端のできる限り近くまでに達する。

最後に、図１６を参照しながら、ねじり運動を補整するガイド装置のもう１つの別の実施例を説明する。押し出し機のこの実施例においても、押し出し材料および冷却管路を形成する部材の間の摩擦力を最小限化する装置が設置されている。このような装置は、図１０から図１５までに示した実施例では省略されていた。ここでは、ねじり運動補整装置が、冷却管路を形成する部材の表面の回りに摩擦力を減少する液体が流れるか否かと無関係に、前記の有利な効果を発揮することができる。

この場合には、リッジ９９２にピン９４０、９４２を有した軸９３０に、ノズルのアーバ９１８に軸受けされた外軸９３５を通してある。外軸９３５は、図１０から図１５までに示されている他の実施例の流れガイド面装置と同じようにノズルの管先の中間まで達し、ピン９４０、９４２の上流端から僅かな軸方向の距離ＡＸを隔てて流れ部材９３７が設けられている。この流れ部材は主にリッジ９９２と同じような断面を持つ。しかし、矢印Ｇは、この流れ部材９３７が冷却管路を形成する部材９４０、９４２（部分Ｋ）に対して反対の方向に駆動されることを示している。ねじり運動を補整する流れガイド部材９３７の断面は、ねじり運動のインパルスを発生させる中心帽の摩擦力が同時に補整されるように最適化させることもできる。この流れガイド部材９３７は、特に制御駆動される。ただし、自由回転するように軸支することもできる。その場合、流れを分岐する面の傾斜度は、冷却管路を形成する部材（回転方向Ｋ）に対して反対方向の回転（回転方向Ｇ）を誘発するように設定されている。

以上説明したように、本発明は、連続的な、少なくとも１本の、特に複数の、周囲に均等的に分配され、所定の断面のコアに位置して螺旋状に走る管路を有する円柱状の棒を製造する方法を提供する。この方法は特に焼結品、あるいはセラミック・ブランクを製造する際に利用される。この場合、ブランクを形成する可塑的な材料は、この材料が螺旋状にねじれた、ノズルのアーバに固定されている軸に沿って流れて、ノズルの管先から押し出される。この方法を簡略化するため、あるいは押し出し結果を、押し出しに関するパラメーターへの依存性からできる限り取り除くため、ノズルの管先の中に、回転ができるように軸受けされた、予め螺旋状にねじれた少なくとも１本のピンを有する冷却管路を形成する部材が設置される。前記のピンは、少なくとも軸との接続部分で寸法的安定を保って堅く固定されている。螺旋状の予ねじり度合いは、ブランクに形成すべきコア管路の螺旋形と正確に一致する。これによって、前記の少なくとも１本のピンに、軸に沿って流れる可塑的な材料から、全長にわたって一定した、螺旋のピッチによって決定される回転インパルスが与えられる。これによって、ノズルの管先の中にある材料の可塑的な変形が除外される。

本発明の作動原理を解説するための、押し出し機のノズルの前端部の図式的な断面図である。 図１のＩＡ−ＩＡによる断面図である。 本発明によるアーバの構造を示した拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。 ノズルの管先部分における内面を変更した輪郭の部分断面図である。 本発明による方法の変形例を記載するための、押し出し機のノズル前端部の縦断面である。 押し出し機のノズルの変形実施例である。 押し出し機のノズルの他の実施例の部分断面図である。 押し出し機のノズルの他の実施例の部分断面図である。 押し出し機のノズルの他の実施例で、摩擦力を減少する物質の供給を変更した、押し出し機のノズル前端部の断面図である。 押し出し機のノズルの、ねじりを減少する、あるいはねじりを補整するためのガイド面装置を有する他の実施例を示す断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩによる断面図である。 ねじれを減少する、あるいはねじれを補正するために摩擦力を減少するガイド面装置の他の実施例を示す断面図である。 図１２のＸＩＩＩによる図面である。 押し出し材料に作用するねじり運動を減少する装置の実施例である。 図１４のＸＶ−ＸＶによる断面図である。 押し出し機のノズルの、ねじり運動を減少する流体部材である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩによる断面図である。

符号の説明

１２ 材料
２４ 成型品（ブランク）
２６ 管路

Claims (1)

1. 可塑的材料、例えば可塑化された粉末冶金的な材料あるいはセラミック類の材料より成り、内部に、少なくとも部分的に螺旋状に走る予め設定された断面を持つ管路を有した、押し出し方法によって製造された少なくとも１本の棒において、前記棒の断面が円形と異なり、かつ前記棒がねじられていないことを特徴とする焼結ブランク。
   
   

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