JP2013018039A

JP2013018039A - ねじり押出材の製造方法及びプラー

Info

Publication number: JP2013018039A
Application number: JP2011154320A
Authority: JP
Inventors: Binyu Kyo; 旻佑姜; Hideaki Takashima; 秀明高島
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】外周に長さ方向に沿って螺旋状の凹凸を有するねじり押出材の全長で、均一なねじり角度及び均一なねじりピッチが得られるようにする。ねじり押出材が材料テーブル上でうねったり、曲がったりするのを抑制する。
【解決手段】ねじり押出材３の先端部をプラー１４の掴み部１６により掴み、ねじり押出材３の押出速度に合わせてプラー１４を押出方向に移動させる。掴み部１４はねじり押出材の回転速度に合わせて同方向に回転させる。ねじり押出材３の押出速度及び回転速度は、検出装置２５によりステム５の位置を検出して算出し、その算出結果に基づいて、プラー１４を移動させる駆動モータ１７と、掴み部１４を回転させる回転モータ２６の回転速度を制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、螺旋状のダイス孔を通して金属材料を押し出し、外周に長さ方向に沿って螺旋状の凹凸を有するねじり押出材を製造する方法、及びその製造方法に用いるプラーに関する。

外周に長さ方向に沿って螺旋状の凹凸を有するねじり押出材は、アルミニウム合金等の金属材料を、前記ねじり押出材の外周の凹凸に対応した断面形状及びねじり角を有する螺旋状のダイス孔を通して押し出すことにより製造されている（特許文献１，２参照）。ダイスの前方（コンテナー側）にダイスへのメタルフローを制御するフローガイドを設置する場合は、前記フローガイドのガイド穴にも螺旋状にねじり角を付与することがある。
ねじり押出材は、ダイスから回転しながら押し出され、押出材長手方向に垂直な断面における断面形状自体は押出材長手方向に同じであるが、その位相（断面における凹凸の向き）が押出材長手方向に沿って連続的に変化している。

特開平３−２２６３０９号公報特開平６−７８３４号公報

図１（ａ）は、スクリューコンプレッサのロータ素材（ねじり押出材）を製造するダイス１（白抜き矢印が押出方向を示す）を示すもので、ダイス孔のベアリング部２が螺旋状に所定のねじり角を有して形成されている。図１（ｂ）はベアリング部２入口の断面、図１（ｃ）はベアリング部２出口の断面であり、いずれも回転対称（この例では４回対称）な断面形状を有する。
上記のようなねじり押出材の押し出しにおいて、ベアリング部２における金属材料のメタルフローは、図１（ｄ）に示すように、押出方向（紙面に垂直方向）に対して螺旋状に回転（矢印参照）するメタルフローとなる。そのため、金属材料はベアリング２において回転の慣性力を付与され、回転しながらダイス１から押し出され、ねじり押出材が製造される。

しかし、押し出しが進行するに従ってねじり押出材の長さが長くなり、ベアリング部２において付与された回転の慣性力に対する反力が増加する。その結果、図２に示すように、ねじり押出材３のねじり角度は押出が進行するに伴って漸減し、Ｈｅａｄ部（押出初期の領域）ではほぼ目標値どおりのねじり角度が得られるが、Ｍｉｄｄｌｅ部（中間領域）及びＴａｉｌ部（押出終期の領域）では、目標値より小さいねじり角度となってしまう（図７のグラフの破線参照）。このように、ねじり押出材３の全長で均一なねじり角度及び均一なねじりピッチ（１回転で軸方向に進む長さ）が得られないことが、ねじり押出材３の製造の歩留が低い主な原因となっている。
なお、図２において、４はコンテナー、５はステム、６は押出シリンダー、７はバッカー、８はボルスター、９は材料テーブルである。前記ダイス１はコンテナー８とバッカー７の間に挟まれて固定されている。

一方、ねじり押出材３の押し出しにおいて、ベアリング部２における金属材料のメタルフローは螺旋状に回転していることから、ベアリング部２の断面のメタルフローを均一化するのが困難である。例えば、図１（ｄ）に示すように、ベアリング部２の断面の中心部（ロータの軸部）１１と周辺の凸状部（ロータの羽根部）１２，１２，・・では、メタルフローの回転方向速度が異なる。また、ベアリング部２の内周面と金属材料間の摩擦条件に局部的な差ができたり、金属材料に局部的な温度差ができ、これにより各凸状部１２，１２，・・間でもメタルフローに速度差が生じやすい。そのため、図３に示すように、ねじり押出材３には全長にわたって立体的なうねり（上下左右のうねり）が発生しやすい。このうねりは押出速度が大きいほど大きくなる。

また、ねじり押出材３は、ダイス１から回転しながら押し出されるので、ねじり押出材３は材料テーブル９上で回転し、材料テーブル９との摩擦により横方向に移動する現象が発生し、図４に示すように、ねじり押出材３全体が片持ち梁を曲げたような状態となる。
ねじり押出材３に生じるこのようなうねり及び曲げは、ねじり押出材３の断面寸法及びねじりピッチの精度に悪影響を与えている。

このようなうねり及び曲げを抑制するには、ねじり押出材３の先端部をプラーで牽引して、ねじり押出材３を押出方向に誘導することが有効と考えられるが、ねじり押出材３は回転しながら押し出されるため、従来のプラー（例えば特願２０１０−１３１６１９号公報参照）を用いることができない。そのため、従来は、材料テーブル９上のねじり押出材３を作業者が手動で押出方向に誘導しているが、手動での誘導では上記のようなうねり及び曲げを十分抑制できない。また、作業者が押出初期から最終時期まで材料テーブル９の周囲に張り付いて誘導することで生産性が低下する。

本発明は、ねじり押出材の製造方法において生じていた上記問題点に鑑みてなされたもので、ねじり押出材の全長で均一なねじり角度及び均一なねじりピッチが得られるようにし、同時に、ねじり押出材に上記のようなうねり及び曲げが生じるのを抑制することを目的とする。

本発明は、螺旋状のダイス孔を通して金属材料を押し出し、外周に長さ方向に沿って螺旋状の凹凸を有するねじり押出材を製造する方法において、ねじり押出材の先端部を、押出方向を軸線として回転可能に設置された掴み部を備えるプラーの前記掴み部により掴み、前記プラーを前記ねじり押出材の押出速度に合わせて押出方向に移動させ、同時に前記掴み部を前記ねじり押出材の回転速度に合わせて同方向に回転させることを特徴とする。
上記製造方法を実施するにあたり、例えば、前記ねじり押出材の押出速度及び回転速度を測定し、その測定結果に基づいて、プラーの移動速度を前記押出速度に同期させ、かつ掴み部の回転速度をねじり押出材の押出速度と同期させる。

上記製造方法に用いられるプラーは、一例として、直線状に付設されたガイドレールに沿って移動する台車と、前記台車の移動方向を軸線として前記台車に回転可能に設置された掴み部と、前記台車に設置されて前記掴み部を回転させる駆動源からなる。

本発明では、ねじり押出材の先端部をプラーの掴み部で掴み、前記プラーをねじり押出材の押出速度に合わせて押出方向に移動させる際に、前記掴み部をねじり押出材の回転速度に合わせて同方向に回転させる。これにより、ベアリング部において付与された回転の慣性力に対する反力を軽減又はなくし、ねじり押出材の全長で均一なねじり角度及び均一なねじりピッチが得られるようになる。
同時に、回転するねじり押出材を自動的に押出方向に誘導して、材料テーブル上に押し出されたねじり押出材に上記のようなうねり及び曲げが生じるのを抑制することができ、ねじり押出材の断面寸法及びねじりピッチの精度を向上させることができる。

ねじり押出材の製造に用いるダイスの一部断面斜視図（ａ）、ダイス孔のベアリング部入口の断面形状を示す図（ｂ）、同出口の断面形状を示す図（ｃ）、及びベアリング部の出口側から見たメタルフローを説明する図（ｄ）である。従来のねじり押出材に生じていた問題点を説明する押出機及び周辺装置の一部断面側面図である。従来のねじり押出材に生じていた別の問題点を説明する押出機及び周辺装置の一部断面側面図である。従来のねじり押出材に生じていたさらに別の問題点を説明する押出機及び周辺装置の一部断面平面図である。本発明に係るねじり押出材の製造方法を説明する押出機及び周辺装置の一部断面側面図である。本発明に係るねじり押出材の別の製造方法を説明する押出機及び周辺装置の一部断面側面図である。本発明で得られるねじり押出材の長さ方向部位とねじり角度の関係（実線）、及び従来の方法で得られるねじり押出材の長さ方向部位とねじり角度の関係（破線）を示す模式図である。

以下、図５，６を参照して、本発明に係るねじり押出材の製造方法について説明する。
図５に示す押出機そのものは、図２〜４の押出機と実質的に同じであるが、この押出機の後方（下流側）には、押出方向（図２において左方向）に沿って直線的に敷設されたレール１３と、レール１３に沿って押出方向に移動するプラー１４が設置されている。プラー１４は、台車１５と、台車１５に設置された掴み部１６、台車１５を押出方向前後に移動させる駆動モータ１７、駆動モータ１７と掴み部１６の間に設置されたギアボックス１８、及び掴み部１６を開閉作動させるための図示しない駆動手段等からなる。台車１７には、レール１３上を走行する車輪１９が設置されている。

掴み部１６は、台車１５の移動方向（押出方向）を回転の軸線として、台車１５に回転可能に設置されている。また、掴み部１６の回転の軸線は、ダイス１出口におけるねじり押出材３の回転の軸心（図１（ｄ）に点Ｏで示す）と一致させている。軸心Ｏは、スクリューコンプレッサのロータ素材の場合、長さ方向（押出方向）に垂直な断面の重心を通る。
駆動モータ１７は車輪１９を回転させると同時に、ギアボックス１８を介して掴み部１６を所定の減速比で回転させる。なお、レール１３と車輪１９に代えて、ラック（レール１３の代わりに敷設）とピニオン（車輪１９の代わりに台車１５に設置）を用いることもできる。

図５において、２１は端末コンソール、２２は押出シリンダー６及び駆動モータ１７の駆動を制御する制御装置である。制御装置２２は、シリンダー制御部２３に指令して押出シリンダー６に加圧流体を送り込み、ステム５の移動速度（いわゆるラム速度）を制御し、また、モータ制御部２４に指令して駆動モータ１７の回転速度を制御する。
駆動モータ１７の回転速度の制御は、ステム５の位置を検出する検出器２５からの検出信号に基づいて行われる。すなわち、制御装置２２は、検出器２５からの検出信号に基づき、ステム５の移動速度、さらに押出比に基づくねじり押出材３の押出速度（押出方向への進行速度）を算出し、プラー１４の移動速度がねじり押出材３の押出速度と同期（一致）するように、駆動モータ１７の回転速度を制御する。

ねじり押出材３の押出速度と回転速度（単位時間あたりの断面の回転角度）は、ダイス１のベアリング部２のねじり角に基づいて一定の比例関係にあり、ギアボックス１８の減速比は前記比例関係に基づいて予め調整されている。従って、上記のように駆動モータ１７の回転速度を制御することで、同時に掴み部１６の回転速度はねじり押出材３の回転速度と自動的に同期（一致）する。
なお、ねじり押出材３の押出速度はダイス出口速度であり、回転速度はダイス出口における回転速度である。

図５に示す前記押出機及びプラー１４によるねじり押出材の製造方法の一例を説明すると、まず、プラー１４を押出機の後方位置（ボルスター８近傍）に配置し、押出機から押し出されたねじり押出材３の先端部が掴み部１６に達した時点で、駆動モータ１７を作動させる。駆動モータ１７は、前記のように制御装置２２により回転速度が制御され、プラー１４がねじり押出材３の押出速度に同期する移動速度で移動し、かつ掴み部１６がねじり押出材３の回転速度に同期する回転速度で回転する。この状態で掴み部１６を開閉作動させる図示しない駆動手段を作動させ、これにより掴み部１６が閉じ、ねじり押出材３の先端部を掴む。

あとは、ねじり押出材３の押し出しが継続している間、駆動モータ１７の作動を継続すればよい。プラー１４はねじり押出材３の押出速度に合わせて押出方向に移動し、同時に掴み部１６はねじり押出材３の回転速度に合わせて同方向に回転する。プラー１４の移動速度と掴み部１６の回転速度をこのように制御することにより、ねじり押出材３に掛かる引張力又は圧縮力、及びせん断力を、ねじり押出材３の弾性変形範囲内に留めることができると考えられる。
ねじり押出材３は、先端部を掴み部１６に掴まれダイス出口の回転速度に同期して回転するので、ベアリング部２においてねじり押出材３に付与される回転の慣性力に対し、従来のような大きい反力が作用せず、ねじり押出材３の全長で均一なねじり角度及び均一なねじりピッチが得られるようになる。その結果、ねじり押出材３のねじり角度は押し出しの進行に伴って漸減することなく、ねじり押出材３の全長にわたり、ほぼ目標値どおりのねじり角度及びねじりピッチが得られる（図７のグラフの実線参照）。

同時に、ねじり押出材３はプラー１４により牽引されて押出方向にほぼ直線的に誘導され、従来のように、材料テーブル９上でうねったり、曲がったりすることが抑制される。
なお、材料テーブル９は、移動するプラー１４と相互に干渉しないように、ねじり押出材３を支持する支持位置（図５に示す位置）と、プラー１４との干渉を防止できる退避位置の間を移動可能なように配置する。一方、材料テーブル９を前記支持位置に固定配置することもできるが、この場合、プラー１４の移動経路を材料テーブル９と相互に干渉しないように設定する必要がある。

図６は、本発明に係るねじり押出材２の別の製造方法を示すもので、図５で説明した製造方法との違いは、駆動モータ１７がプラー１４の移動のみに関与し、掴み部１６を回転させる別の駆動モータ（回転モータ）２６が設置されている点である。
制御装置２２は、シリンダー制御部２３に指令して押出シリンダー６に加圧流体を送り込み、ステム５の移動速度を制御し、また、駆動モータ制御部２４に指令して駆動モータ１７の回転速度を制御し、さらに、回転モータ制御部２７に指令して回転モータ２６の回転速度を制御する。

駆動モータ１７の回転速度の制御は、ステム５の位置を検出する検出器２５からの検出信号に基づいて行われる。すなわち、制御装置２２は、検出器２５からの検出信号に基づき、ステム５の移動速度、さらに押出比に基づくねじり押出材３の押出速度を算出し、プラー１４の移動速度がねじり押出材３の押出速度と同期するように、駆動モータ１７の回転速度を制御する。同時に制御装置２２は、ねじり押出材３の押出速度から、ねじり押出材３の回転速度（単位時間あたりの断面の回転角度）を算出し、掴み部１６の回転速度がねじり押出材３の回転速度と同期するように、回転モータ２６の回転速度を制御する。この場合も、ねじり押出材３の押出速度はダイス出口速度であり、回転速度はダイス出口における回転速度である。
図６に示す前記押出機及びプラー１４によるねじり押出材の製造方法は、図５で説明したものと同様に行うことができる。

１ダイス
２ベアリング部
３ねじり押出材
１３レール
１４プラー
１５台車
１６掴み部
１７プラーを移動させる駆動モータ
１８ギアボックス
２６掴み部を回転させる回転モータ

Claims

螺旋状のダイス孔を通して金属材料を押し出し、外周に長さ方向に沿って螺旋状の凹凸を有するねじり押出材を製造する方法において、ねじり押出材の先端部を、押出方向を軸線として回転可能に設置された掴み部を備えるプラーの前記掴み部により掴み、前記プラーを前記ねじり押出材の押出速度に合わせて押出方向に移動させ、同時に前記掴み部を前記ねじり押出材の回転速度に合わせて同方向に回転させることを特徴とするねじり押出材の製造方法。
直線状に付設されたガイドレールに沿って移動する台車と、前記台車に設置された掴み部からなる押出材のプラーにおいて、前記掴み部は前記台車の移動方向を軸線として回転可能に設置され、かつ前記掴み部を回転させる駆動源が前記台車に設置されていることを特徴とするねじり押出材のプラー。