JP4807513B2 - Manufacturing apparatus and manufacturing method for hollow shaft member with helical fin, and movable die used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、工業用資材の製造技術の改良、更に詳しくは、押出成形によって簡単かつ大量に製造することができ、中空軸部分とフィン部分とが巧みに一体成形されることによって、接着部における破断のおそれがなく、強固な構造を実現することができるヘリカルフィン付中空軸部材の製造装置および製造方法、およびそれに用いる可動ダイスに関するものである。 The present invention is an improvement in the manufacturing technology of industrial materials, more specifically, it can be manufactured easily and in large quantities by extrusion molding, and the hollow shaft portion and the fin portion are skillfully integrally molded, so that The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a hollow shaft member with a helical fin that can be realized without a risk of breakage, and a movable die used therefor.
周知のとおり、ヘリカルフィンを周縁に備えた中空軸部材は、工業用資材として様々な用途に使用されており、例えば、熱交換用のフィンチューブや搬送機に用いられるスクリューコンベア、射出成形機用スクリューなどがある。 As is well known, hollow shaft members having helical fins at the periphery are used for various applications as industrial materials. There are screws.
ところで、前記の熱交換装置などに用いるフィンチューブは、中空軸部分の外周に螺旋状のフィン部分を巻き付けて構成されており、従来、中空軸部分を予め作製してから、その周縁にフィン部分を付けることによって作製する方法が開示されている（例えば、特許文献１および２参照）。
By the way, the fin tube used for the heat exchange device or the like is configured by winding a spiral fin portion around the outer periphery of the hollow shaft portion. Has been disclosed (see, for example,
しかしながら、かかる従来の製造方法では、フィン部分をロウ付けや溶接などによって取り付けていたため、大規模な製造設備が必要であったり、あるいは、複雑な製造工程が必要であって、製造コストが嵩んでしまうという問題があった。
本発明は、従来の製造方法に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、押出成形によって簡単かつ大量に製造することができ、中空軸部分とフィン部分とが巧みに一体成形されることによって、接着部における破断のおそれがなく、強固な構造を実現することができるヘリカルフィン付中空軸部材の製造装置および製造方法、およびそれに用いる可動ダイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the conventional manufacturing method, and the object of the present invention is that it can be manufactured easily and in large quantities by extrusion molding, By skillfully forming the part and the fin part integrally, there is no risk of breakage at the bonded part, and a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a hollow shaft member with a helical fin capable of realizing a strong structure, and a movable part used therefor To provide dice.
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。 Means employed by the present inventor for solving the above-described problems will be described with reference to the accompanying drawings.
即ち、本発明は、可塑性成形材料ｍを加圧して圧送可能であって、押出ヘッド部11のダイ中心に回転自在なマンドレル12が配設される押出機１と；
この押出機１の押出ヘッド部11の先端に装着される複合部材であって、板体の略中央に円孔部21ａが開設され、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂが設けられて作製される複数枚のダイプレート21が、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層されて、かつ、これらのダイプレート21がそれぞれ回転自在であるとともに、内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22が前記ダイプレート21の前に積層された可動ダイス２とを具備して構成されており、可動ダイス２とを具備して構成されており、
当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置のずれによってプレート間に生じる段差により、ダイの内部形状が変形してダイスパターンが固定されて、傾斜押し出しによる異なる螺旋状のフィン部Ｆの形状を決定することができるとともに、
このダイスパターンが固定された可動ダイス２が前記押出ヘッド部11の先端に装着される一方、
前記マンドレル12により回転を加えながら中空軸部Ｐをダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部Ｐの周縁に螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出ししながら一体に付着せしめることができるようにするという技術的手段を採用したことにより、ヘリカルフィン付中空軸部材の製造装置を完成させた。
That is, the present invention relates to an
This is a composite member attached to the tip of the extrusion head portion 11 of the
The die
While the
The hollow shaft portion P is pushed out from the die center while being rotated by the
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１のマンドレル12を連結式に構成して、回転マンドレル12ａの外側に固定マンドレル12ｂ、追加マンドレル12ｃを順次連結可能にするという技術的手段を採用した。
Further, in order to solve the above-described problems, the present invention is configured such that the
また、本発明は、可塑性成形材料ｍを加圧して圧送可能な押出機１の押出ヘッド部11において、回転を加えながら中空軸部Ｐをダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部Ｐの周縁に螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出ししながら一体に付着せしめるとき、
前記押出機１の押出ヘッド部11の先端には、可動ダイス２を配設して、この可動ダイス２の内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22を前記ダイプレート21の前に積層し、
この可動ダイス２は、板体の略中央に円孔部21ａを開設して、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂを設けてダイプレート21を作製する一方、
このダイプレート21を複数枚用いて、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層して、かつ、これらのダイプレート21はそれぞれ回転自在に構成されており、
当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置をずらすことによってプレート間に段差を生ぜしめ、ダイの内部形状を変形せしめることによりダイスパターンを固定して、傾斜押し出しによる異なる螺旋状のフィン部Ｆの形状を決定するとともに、
このダイスパターンを固定した可動ダイス２を前記押出ヘッド部11の先端に装着する一方、
前記マンドレル12により回転を加えながら中空軸部Ｐをダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部Ｐの周縁に螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出ししながら一体に付着せしめるという技術的手段を採用することによって、ヘリカルフィン付中空軸部材の製造方法を完成させた。
In the extrusion head portion 11 of the
A
The
A plurality of the
Rotating the
While mounting the
The hollow shaft portion P is pushed out from the center of the die while being rotated by the
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１の押出ヘッド部11のダイ中心にマンドレル12を配設し、このマンドレルが軸芯に挿通して、かつ、円孔部21との空間において、中空軸部Ｐを作出するとともに、前記マンドレル12を回転させることにより当該中空軸部Ｐに回転を加えながら押し出すという技術的手段を採用した。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１のコンテナ内に逃げ溝13を作製し、可塑性成形材料ｍの余剰分を流入させることにより、押出ヘッド部11からの押出速度を低減せしめて、単位長さ当たりの中空軸部Ｐにおけるフィン部Ｆの巻付数量を増加させるという技術的手段を採用した。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention creates a
更にまた、本発明は、可塑性成形材料ｍを加圧して圧送可能な押出機１の押出ヘッド部11の先端に装着される複合部材であって、
板体の略中央に円孔部21ａが開設され、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂが設けられて作製される複数枚のダイプレート21が、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層されて、かつ、これらのダイプレート21がそれぞれ回転自在に構成されているとともに、内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22が前記ダイプレート21の前に積層されており、
当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置のずれによってプレート間に生じる段差により、ダイの内部形状が変形してダイスパターンが固定されて、傾斜押し出しによる異なる螺旋状のフィン部Ｆの形状を決定することができるようにするという技術的手段を採用したことにより、ヘリカルフィン付中空軸部材製造用の可動ダイスを完成させた。
Furthermore, the present invention is a composite member attached to the tip of the extrusion head portion 11 of the
A plurality of die
The die
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、可動ダイス２の各ダイプレート21に、複数の扇型スリット21ｂを対称的に設けるという技術的手段を採用した。
Further, in order to solve the above problems, the present invention employs technical means in which a plurality of fan-
本発明は、可塑性成形材料を加圧して圧送可能な押出機の押出ヘッド部において、回転を加えながら中空軸部をダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部の周縁に螺旋状のフィン部を傾斜押し出ししながら一体に付着せしめることにより、ヘリカルフィン付中空軸部材を合理的に製造することができる。 In the extrusion head portion of an extruder capable of pressurizing and feeding a plastic molding material, the hollow shaft portion is pushed out from the center of the die while applying rotation, and at the same time, the peripheral portion of the hollow shaft portion is interlocked with the rotation. A hollow shaft member with a helical fin can be reasonably manufactured by attaching the helical fin portions integrally while inclining extrusion.
したがって、本発明の製造装置および方法によれば、押出成形によって簡単かつ大量に製造することができ、中空軸部分とフィン部分とが巧みに一体成形されることによって、接着部における破断のおそれがなく、強固な構造を実現することができるとともに、かかるヘリカルフィン付中空軸部材は、熱交換用のフィンチューブや搬送機に用いられるスクリューコンベア、射出成形機用スクリューなどの様々な用途に仕様することができることから、実用的利用価値は頗る高いものがある。 Therefore, according to the manufacturing apparatus and method of the present invention, it can be manufactured easily and in large quantities by extrusion molding, and the hollow shaft portion and the fin portion are skillfully integrally formed, and there is a risk of breakage at the bonded portion. The hollow shaft member with helical fins can be used for various applications such as heat exchange fin tubes, screw conveyors used in conveyors, and screws for injection molding machines. Therefore, the practical utility value is very high.
本発明を実施するための最良の形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると、次のとおりである。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described in more detail with reference to the drawings specifically shown as follows.
本発明の実施形態を図１から図６に基づいて説明する。まず、本発明におけるヘリカルフィン付中空軸部材の製造装置について説明する。図中、符号１で指示するものは押出機であり、この押出機１は、可塑性成形材料ｍを加圧して圧送可能であって、押出ヘッド部11のダイ中心に回転自在なマンドレル12が配設されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the manufacturing apparatus of the hollow shaft member with a helical fin in this invention is demonstrated. In the figure, the
また、符号２で指示するものは可動ダイスであり、この可動ダイス２は、前記押出機１の押出ヘッド部11に装着される複合部材である。具体的には、板体の略中央に円孔部21ａが開設され、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂが設けられて作製される複数枚のダイプレート21が、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層されて、かつ、これらのダイプレート21がそれぞれ回転自在に構成されている。
Also, what is indicated by
この可動ダイス２のダイプレート21は、図２（ａ）（ｂ）のような形状に作製されている。本実施形態では、各ダイプレート21に、複数の扇型スリット21ｂを対称的に設けることができ、複数のフィン部Ｆを同時に作成することができる。また、可動ダイス２の内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22（図３（ａ）〜（ｃ））を前記ダイプレート21の前に積層する。
The die
しかして、上記の如く構成された製造装置を用いて、本発明のヘリカルフィン付中空軸部材を製造する方法について以下に説明する。まず、可塑性成形材料ｍを押出機１のホッパーから充填する。この可塑性成形材料ｍとしては、熱可塑性プラスチック材料や、セメントなどの水硬性材料、セラミックス捏和材などの焼結性材料、あるいは金属材料などを採用することができる。
Thus, a method of manufacturing the helical fin-attached hollow shaft member of the present invention using the manufacturing apparatus configured as described above will be described below. First, the plastic molding material m is filled from the hopper of the
次いで、前記可塑性成形材料ｍを加圧して圧送可能な押出機１の押出ヘッド部11において、回転を加えながら中空軸部Ｐをダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部Ｐの周縁に螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出ししながら一体に付着せしめる。
Next, in the extrusion head portion 11 of the
ここで、「傾斜押し出し」とは、成形機の押出口に、押出口正面からみて平行に２つのダイスを配置し、この２つのダイスを平面視において押出方向に対して前後にずらして取り付け、押出材料を出口から押し出すことにより、押し出される材料に曲がりを発生させるものであり、図４にその基本原理を示す。 Here, “inclined extrusion” means that two dies are arranged in parallel to the extrusion port of the molding machine as viewed from the front of the extrusion port, and these two dies are attached to the extrusion direction shifted in the front-rear direction in plan view, By extruding the extruded material from the outlet, the extruded material is bent. FIG. 4 shows the basic principle.
そして、押出機１の押出ヘッド部11には、可動ダイス２が配設されており、この可動ダイス２をシフトさせて異なる螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出しできる。
And the
なお、本実施形態では、前記可動ダイス２を構成するにあたり、まず、板体の略中央に円孔部21ａを開設して、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂを設けて成るダイプレート21を作製する。
In the present embodiment, when the
そして、このダイプレート21を複数枚用いて、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層する。この際、これらのダイプレート21はそれぞれ回転自在に構成する。
Then, a plurality of the
本実施形態では、当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置をずらすことによってプレート間に段差を生ぜしめ、ダイ形状を変形せしめることにより、傾斜押し出しによるフィン部Ｆの形状を決定することができる。
In the present embodiment, by rotating the
また、本実施形態では、押出機１の押出ヘッド部11のダイ中心にマンドレル12を配設して、このマンドレル12が軸芯に挿通して、かつ、円孔部21との空間において、中空軸部Ｐを作出することができる。また、前記マンドレル12を回転させることにより当該中空軸部Ｐに回転を加えながら押し出すことができる（図５参照）。
In the present embodiment, a
更にまた、本実施形態では、押出機１のマンドレル12を連結式に構成することができ、具体的には、図６に示すように、回転マンドレル12ａの外側に固定マンドレル12ｂ、追加マンドレル12ｃを順次連結可能に構成し、成形品の作製条件に応じて適宜交換することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
更にまた、本実施形態では、図７に示すように、押出機１のコンテナ内に逃げ溝13を作製し、可塑性成形材料ｍの余剰分を流入させることにより、押出ヘッド部11からの押出速度を低減せしめることができ、単位長さ当たりの中空軸部Ｐにおけるフィン部Ｆの巻付数量を増加させることができる。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the
本発明における実施例を以下に説明する。本実施例においては、ダイプレート21（および材料流動制御プレート22）を積層して構成する可動ダイス２について複数のダイスパターンを用意し、それぞれの成形品、特に、フィン部Ｆの形状、性質について検討する。なお、本実施例に使用する押出機１は実験用の小型のものであり、連続的な押出成形能力はなく、コンテナ内の一定量の材料を押し出すものである。また、本実施例では、前記ダイプレート21の前に材料流動制御プレート22を適宜配置する。
Examples of the present invention will be described below. In this embodiment, a plurality of die patterns are prepared for the
〔実験１〕
〔実験条件〕
ダイスからの押出速度を、５０mm/minで押し出す。潤滑剤として石鹸水を使用し、素材とコンテナパイプ、ダイスの接触面に塗布した。また、室温は１５〜２５℃とした。実験素材として、外径３２mm、内径１６mm、長さ８０〜１００mmのカラークレイ製円管を用いた。この円管は、同じ断面寸法を有するコンテナから押し出して作製した。
[Experiment 1]
[Experimental conditions]
The extrusion speed from the die is extruded at 50 mm / min. Soap was used as a lubricant and applied to the contact surface of the material, container pipe and die. Moreover, room temperature was 15-25 degreeC. As an experimental material, a color clay circular tube having an outer diameter of 32 mm, an inner diameter of 16 mm, and a length of 80 to 100 mm was used. This circular tube was made by extruding from a container having the same cross-sectional dimension.
本実施例における成形品の性質を「比ねじれ角」および「フィン部の厚さ」により評価する。この比ねじれ角とは、図８に示すように、中空軸の中心軸線から同一距離のフィン上の任意の２点の横ｘと縦ｙとの長さを測定し、ｙと成形品の直径Ｄとからφ［°］を求め、更に比ねじれ角γ［°／mm］を次式から算出するものである。 The properties of the molded product in this example are evaluated by “specific helix angle” and “fin portion thickness”. As shown in FIG. 8, the specific helix angle is obtained by measuring the length of horizontal x and vertical y at two arbitrary points on the fin at the same distance from the center axis of the hollow shaft, and y and the diameter of the molded product. Φ [°] is obtained from D and the specific torsion angle γ [° / mm] is calculated from the following equation.
〔数式〕
φ＝sin-1（ｙ／Ｄ）×２ ［°］
γ＝φ／ｘ ［°／mm］
[Formula]
φ = sin −1 (y / D) × 2 [°]
γ = φ / x [° / mm]
また、フィン部の厚さの測定方法については、図９に示すように、成形品と中心軸線とフィン部の中心軸線とが交わる点を通るフィン部の厚さを測定する。本実施例では、ダイプレートの厚さが３mmであるため、理想フィン厚は３mmとなる。 As for the method of measuring the thickness of the fin part, as shown in FIG. 9, the thickness of the fin part passing through the point where the molded product, the central axis and the central axis of the fin part intersect is measured. In this embodiment, since the thickness of the die plate is 3 mm, the ideal fin thickness is 3 mm.
なお、本実施例では、よりフィン部へカラークレイが流動するように、材料流動制御プレート22を作製した。また、プレートの配置形状はピラミッド形にし、傾斜を４５°とした。そして、固定マンドレル径１６mm、追加マンドレル径１６mm、追加マンドレル長１０mm、ダミーブロック内径１６mm、マンドレル回転速度１４．９ｒｐｍにおいて作製した場合の素材の変形状態を調べる。本実施例では、以下の３通りのダイスパターンを用いて行った。
In the present example, the material
〔ダイスパターン１（Ｐ１）〕
本実施例におけるダイスパターン１（Ｐ１）を図10に示す。本パターンでは、２枚のダイプレート21の前に３枚の材料流動制御プレート22を配置し、その組み合わせは、上から順に、
（配置：ピラミッド形）
１１８°（材料流動制御プレート22）
８２．８°（材料流動制御プレート22）
４７．６°（材料流動制御プレート22）
９０°（ダイプレート21）
１５０°（ダイプレート21）
であり、当該ダイスパターンにより押出成形を行ったところ、図11のようなフィン厚および比ねじれ角を有する成形品を得た。
[Dice pattern 1 (P1)]
FIG. 10 shows a die pattern 1 (P1) in this example. In this pattern, three material
(Arrangement: Pyramid)
118 ° (material flow control plate 22)
82.8 ° (material flow control plate 22)
47.6 ° (material flow control plate 22)
90 ° (die plate 21)
150 ° (die plate 21)
When extrusion molding was performed using the die pattern, a molded product having a fin thickness and a specific helix angle as shown in FIG. 11 was obtained.
〔ダイスパターン２（Ｐ２）〕
次に、本実施例におけるダイスパターン２（Ｐ２）を図12に示す。本パターンでは、２枚のダイプレート21の前に２枚の材料流動制御プレート22を配置し、その組み合わせは、上から順に、
（配置：ピラミッド形）
８２．８°（材料流動制御プレート22）
４７．６°（材料流動制御プレート22）
９０°（ダイプレート21）
１５０°（ダイプレート21）
であり、当該ダイスパターンにより押出成形を行ったところ、図13のようなフィン厚および比ねじれ角を有する成形品を得た。
[Dice pattern 2 (P2)]
Next, the die pattern 2 (P2) in the present embodiment is shown in FIG. In this pattern, two material
(Arrangement: Pyramid)
82.8 ° (material flow control plate 22)
47.6 ° (material flow control plate 22)
90 ° (die plate 21)
150 ° (die plate 21)
When extrusion molding was performed using the die pattern, a molded product having a fin thickness and a specific helix angle as shown in FIG. 13 was obtained.
〔ダイスパターン３（Ｐ３）〕
次に、本実施例におけるダイスパターン３（Ｐ３）を図14に示す。本パターンでは、２枚のダイプレート21の前に１枚の材料流動制御プレート22を配置し、その組み合わせは、上から順に、
（配置：ピラミッド形）
４７．６°（材料流動制御プレート22）
９０°（ダイプレート21）
１５０°（ダイプレート21）
であり、当該ダイスパターンにより押出成形を行ったところ、図15のようなフィン厚および比ねじれ角を有する成形品を得た。
[Dice pattern 3 (P3)]
Next, the die pattern 3 (P3) in the present embodiment is shown in FIG. In this pattern, one material
(Arrangement: Pyramid)
47.6 ° (material flow control plate 22)
90 ° (die plate 21)
150 ° (die plate 21)
When extrusion molding was performed using the die pattern, a molded product having a fin thickness and a specific helix angle as shown in FIG. 15 was obtained.
〔考察〕
上記各ダイスパターンにおいて、追加した材料流動制御プレート22の枚数と比ねじれ角およびフィン厚の関係を図16のグラフに示す。Ｐ１はＰ２、Ｐ３に比べてねじれ量が多いことがわかる。これは材料流動制御プレート22の枚数が多いほど、ダイス内側の抵抗が増え、中空軸部Ｐに対してフィン部Ｆへのカラークレイの流動が容易になったためだと考えられる。また、フィン厚も材料流動制御プレート22が多いと厚くなることがわかる。これにより材料流動制御プレート22によって比ねじれ角およびフィン厚を増加させることが確認できる。
[Discussion]
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the number of added material
〔実験２〕
次に、材料流動制御プレート22の積層パターンを変え、前記Ｐ１を基準に左にそろえ階段状にしたダイスパターンと右にそろえて階段状にダイスパターンをそれぞれＰ４、Ｐ５とした。
[Experiment 2]
Next, the stacking pattern of the material
〔ダイスパターン４（Ｐ４）〕
本実施例におけるダイスパターン４（Ｐ４）を図17に示す。本パターンでは、２枚のダイプレート21の前に３枚の材料流動制御プレート22を配置し、その組み合わせは、上から順に、
（配置：左そろえ）
１１８°（材料流動制御プレート22）
８２．８°（材料流動制御プレート22）
４７．６°（材料流動制御プレート22）
９０°（ダイプレート21）
１５０°（ダイプレート21）
であり、当該ダイスパターンにより押出成形を行ったところ、図18のようなフィン厚および比ねじれ角を有する成形品を得た。
[Dice pattern 4 (P4)]
FIG. 17 shows the die pattern 4 (P4) in this example. In this pattern, three material
(Arrangement: left alignment)
118 ° (material flow control plate 22)
82.8 ° (material flow control plate 22)
47.6 ° (material flow control plate 22)
90 ° (die plate 21)
150 ° (die plate 21)
When extrusion molding was performed using the die pattern, a molded product having a fin thickness and a specific helix angle as shown in FIG. 18 was obtained.
〔ダイスパターン５（Ｐ５）〕
次に、本実施例におけるダイスパターン５（Ｐ５）を図19に示す。本パターンでは、２枚のダイプレート21の前に３枚の材料流動制御プレート22を配置し、その組み合わせは、上から順に、
（配置：右そろえ）
１１８°（材料流動制御プレート22）
８２．８°（材料流動制御プレート22）
４７．６°（材料流動制御プレート22）
９０°（ダイプレート21）
１５０°（ダイプレート21）
であり、当該ダイスパターンにより押出成形を行ったところ、図20のようなフィン厚および比ねじれ角を有する成形品を得た。
[Dice pattern 5 (P5)]
Next, the die pattern 5 (P5) in the present embodiment is shown in FIG. In this pattern, three material
(Arrangement: right alignment)
118 ° (material flow control plate 22)
82.8 ° (material flow control plate 22)
47.6 ° (material flow control plate 22)
90 ° (die plate 21)
150 ° (die plate 21)
When extrusion molding was performed using the die pattern, a molded product having a fin thickness and a specific helix angle as shown in FIG. 20 was obtained.
〔考察〕
図11、18、20において、実験１と同条件におけるダイスパターンＰ１、Ｐ４、Ｐ５のフィンの成形状態を示す。Ｐ４、Ｐ５に比べＰ１がよくねじれているのがわかる。また、図21にダイスパターンと比ねじれ角およびフィン厚の関係を示す。Ｐ１に比べＰ４、Ｐ５は比ねじれ角が小さく、同様にフィン厚も薄くなっている事がわかる。これより材料流動制御プレート22の形状を片方にそろえ階段状にするよりもピラミッド型にし、ダイス下部に向かい谷の様にする方が材料の流動がフィン部Ｆに向かいやすくなり、比ねじれ角およびフィン厚も大きくなるという事がわかる。
[Discussion]
11, 18, and 20 show the molding state of the fins of the die patterns P1, P4, and P5 under the same conditions as in
本実施例による成形品は、押出機１に配設されるマンドレル12による回転開始位置、押出速度、回転速度および追加マンドレルによっても成形品の形状に影響を与えるものである。以下、実験３〜６において、これらについての実験結果を示す。
In the molded product according to the present embodiment, the shape of the molded product is also influenced by the rotation start position, the extrusion speed, the rotational speed, and the additional mandrel by the
〔実験３〕
「マンドレルによる回転開始位置との関係」
ダイスパターンをＰ１に固定した場合において、マンドレル12の回転開始位置を変化させた場合における成形品について説明する。
[Experiment 3]
"Relationship with rotation start position by mandrel"
The molded product when the rotation start position of the
〔実験条件〕
まず、スペーサ（厚さ３mm）の枚数を決定し、このスペーサをダイプレート21の下に介装することによって、上段にずらすことができる。材料ｍは固定マンドレル12ｂにより回転せずに３枚の材料流動制御プレート22中を流動し、材料流動制御プレート22とダイプレート21と接する面において回転マンドレル12ａにより回転を与えることで中空軸部Ｐおよびフィン部Ｐが成形される。この接する面を回転開始位置の原点とし厚さ３mmのスペーサを材料流動制御プレート22の上に１〜３枚乗せ、回転開始位置を材料流動制御プレート22上段にずらして実験をした。
[Experimental conditions]
First, the number of spacers (
図22に示すように、ダイスパターンＰ１、押出し速度５０mm/min、固定マンドレル径１６mm、追加マンドレル径１６mm、追加マンドレル長１０mm、ダミーブロック内径１６mm、マンドレル回転速度１４.９rpmにおいて、回転開始位置ｚ＝０mm、３mm、６mm、９mm、の条件で実験をした。
As shown in FIG. 22, at the die pattern P1, the
〔考察〕
図23に回転開始位置と比ねじれ角およびフィン厚の関係を示す。回転位置が上がるごとに比ねじれ角が大きくなることがわかる。これは回転開始位置を上げることによって、中空軸全体が回るため比ねじれ角が大きくなると考えられる。それに対してフィン厚は回転開始位置が上がるごとに薄くなっている。体積一定の条件のもと、一定の長さにおいて成形品の体積は変わらないので、中空軸部Ｐの肉厚が一定のため、比ねじれ角が上昇するにしたがってフィン部Ｆの厚さが薄くなったものだと考えられる。
[Discussion]
FIG. 23 shows the relationship between the rotation start position, the specific helix angle, and the fin thickness. It can be seen that the specific twist angle increases as the rotational position increases. This is thought to be because the specific helix angle increases because the entire hollow shaft rotates by raising the rotation start position. In contrast, the fin thickness decreases as the rotation start position increases. Since the volume of the molded product does not change at a constant length under the condition of a constant volume, the thickness of the fin portion F decreases as the specific helix angle increases because the thickness of the hollow shaft portion P is constant. It is thought that it became.
〔実験４〕
「マンドレルによる押出速度との関係」
次に、ダイスパターンをＰ１に固定した場合において、マンドレル12による押出速度を変化させた場合における成形品について説明する。
〔実験条件〕
ダイスパターンＰ１、マンドレル回転速度１４.９rpm、固定マンドレル径１６mm、追加マンドレル径１６mm、追加マンドレル長１０mm、ダミーブロック内径１６mmにおいて押出し速度１０〜５０mm/min、の条件で実験をした。
[Experiment 4]
"Relationship with mandrel extrusion speed"
Next, the molded product when the extrusion speed by the
[Experimental conditions]
The experiment was conducted under the conditions of a die pattern P1, a mandrel rotation speed of 14.9 rpm, a fixed mandrel diameter of 16 mm, an additional mandrel diameter of 16 mm, an additional mandrel length of 10 mm, and a dummy block inner diameter of 16 mm and an extrusion speed of 10 to 50 mm / min.
〔考察〕
素材の変形状態から、押出し速度を上げるとともにねじれ量が徐々に大きくなることがわかった。また、押出し速度１０〜３０mm/minにおいては、成形品の全体にうねりが出来ているのがわかった。これは回転速度に対して押出し速度が遅すぎるため材料が回転方向に出ようとし、押し出し方向に出辛くなってしまうためだと考えられる。材料は一定の速度で降下してくるため、圧力がある程度までかかると押し出され、また詰まるといったような一定のサイクルが出来る。これにより一定間隔でうねりが発生するものだと考えられる。
[Discussion]
From the deformation state of the material, it was found that the twist amount gradually increased as the extrusion speed was increased. It was also found that the entire molded product was wavy at an extrusion speed of 10 to 30 mm / min. This is thought to be because the extrusion speed is too slow relative to the rotation speed, so that the material tends to come out in the rotation direction and is difficult to come out in the extrusion direction. Since the material descends at a constant speed, a constant cycle can be performed in which the material is pushed out and clogged when pressure is applied to some extent. This is considered to cause undulations at regular intervals.
図24に押出し速度と比ねじれ角およびフィン厚の関係を示す。押出し速度が上がるにつれ比ねじれ角が大きくなることがわかる。押し出し速度が上がることにより、押し出し方向と回転方向の材料流動のバランスがよくなったものと考えられる。同様にフィン厚も押出し速度が上がるにつれ徐々に厚くなることがわかる。これは速度が上がることにより、よりフィン部Ｆへの材料流動が多くなるためであり、より安定したフィン部Ｆが成形出来るようになると考えられる。 FIG. 24 shows the relationship between extrusion speed, specific helix angle, and fin thickness. It can be seen that the specific helix angle increases as the extrusion speed increases. It is considered that the balance between the material flow in the extrusion direction and the rotation direction is improved by increasing the extrusion speed. Similarly, it can be seen that the fin thickness gradually increases as the extrusion speed increases. This is because the material flow to the fin portion F increases as the speed increases, and it is considered that a more stable fin portion F can be formed.
〔実験５〕
「マンドレルによる回転速度との関係」
次に、ダイスパターンをＰ１に固定した場合において、マンドレル12による回転速度を変化させた場合における成形品について説明する。
〔実験条件〕
ダイスパターンＰ１において、押出し速度５０mm/min、固定マンドレル径１６mm、追加マンドレル径１６mm、追加マンドレル長１０mm、ダミーブロック内径１６mmにおいてマンドレル回転速度７.５〜４４.８rpmの条件で実験をした。
[Experiment 5]
"Relationship with mandrel rotation speed"
Next, the molded product in the case where the rotation speed by the
[Experimental conditions]
In the die pattern P1, an experiment was conducted under the conditions of an extrusion speed of 50 mm / min, a fixed mandrel diameter of 16 mm, an additional mandrel diameter of 16 mm, an additional mandrel length of 10 mm, and a dummy block inner diameter of 16 mm and a mandrel rotation speed of 7.5 to 44.8 rpm.
〔考察〕
素材の変形状態から、マンドレル回転数２９.８rpm以上になるとフィン部全体にうねりが見られた。これは、前記同様、押出し速度に対して回転数が速くなりすぎるためだと考えられる。
[Discussion]
When the mandrel rotation speed was 29.8 rpm or more from the deformed state of the material, undulation was observed in the entire fin portion. This is considered to be because the rotational speed becomes too fast with respect to the extrusion speed, as described above.
図25にマンドレル回転速度と比ねじれ角およびフィン厚の関係を示す。回転速度を上げると共に徐々に比ねじれ角が大きくなるがフィン部にうねりの出始める２９.８rpm以上になると上下する。これはフィン部全体にうねりが発生したためフィン成形が安定しないためだと考えられる。この場合、波状欠陥のため実際には使えないものとする。フィン厚に関しても同様に安定しないことがわかる。 FIG. 25 shows the relationship between the mandrel rotation speed, the specific helix angle, and the fin thickness. As the rotational speed is increased, the specific torsional angle gradually increases, but goes up and down at 29.8 rpm or higher when undulations start to appear on the fins. This is thought to be because fin formation is not stable because the entire fin portion is wavy. In this case, it cannot be actually used due to a wave-like defect. It can be seen that the fin thickness is not stable as well.
〔実験６〕
「追加マンドレルとの関係」
次に、ダイスパターンをＰ１に固定した場合において、マンドレル12の追加マンドレル12ｃを変更した場合における成形品について説明する。
〔実験条件〕
ダイスパターンＰ１、押出し速度５０mm/min、固定マンドレル径１６mm、ダミーブロック内径１６mm、マンドレル回転速度１４.９rpm、追加マンドレル長１０mmにおいて追加マンドレル径１６mm、１７mm、の条件で実験をした。また、同じ条件において、これまでで最もねじれの大きかった回転開始位置６mmの条件でも同様の実験を行った。
[Experiment 6]
“Relationship with Additional Mandrels”
Next, the molded product when the
[Experimental conditions]
Experiments were performed under the conditions of a die pattern P1, an extrusion speed of 50 mm / min, a fixed mandrel diameter of 16 mm, a dummy block inner diameter of 16 mm, a mandrel rotation speed of 14.9 rpm, and an additional mandrel length of 10 mm and an additional mandrel diameter of 16 mm and 17 mm. The same experiment was also performed under the same conditions under the condition where the rotation start position was 6 mm, which was the largest amount of twisting so far.
〔考察〕
図26に追加マンドレルと比ねじれ角およびフィン厚の関係を示す。追加マンドレル径１６mmよりも１７mmの方が比ねじれ角が飛躍的に大きくなっているのがわかる。これは追加マンドレル径を１７mmにすることで中空軸内面への摩擦が大きくなり、下降速度が下がるためフィン部Ｆが押出し方向に対して大きく傾き、比ねじれ角が大きくなるからだと考えられる。フィン厚は追加マンドレル径が１７mmになってもほぼ同等である。これも追加マンドレル径が回転マンドレル径よりも１mm大きいため中空軸内面に下からの力が大きく掛かったためだと考えられる。
[Discussion]
FIG. 26 shows the relationship between the additional mandrel, specific helix angle, and fin thickness. It can be seen that the specific torsion angle is remarkably larger at 17 mm than at the additional mandrel diameter of 16 mm. This is presumably because by setting the additional mandrel diameter to 17 mm, the friction on the inner surface of the hollow shaft increases and the lowering speed decreases, so that the fin portion F is greatly inclined with respect to the pushing direction and the specific twist angle is increased. The fin thickness is almost the same even when the additional mandrel diameter is 17 mm. This is also because the additional mandrel diameter is 1 mm larger than the rotating mandrel diameter, and a large force from below is applied to the inner surface of the hollow shaft.
本発明は概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、押出機１の仕様は、可塑性成形材料ｍの性質によって適宜変更することができるし、また、押出機１から押し出される成形品に対する冷却機構や切断機構も適宜設けることができ、これら何れのものも本発明の技術的範囲に属する。
The present invention is generally configured as described above. However, the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications can be made within the description of “Claims”. The specifications can be changed as appropriate according to the properties of the plastic molding material m, and a cooling mechanism and a cutting mechanism for the molded product extruded from the
１ 押出機
11 押出ヘッド部
12 マンドレル
12ａ 回転マンドレル
12ｂ 固定マンドレル
12ｃ 追加マンドレル
13 逃げ溝
２ 可動ダイス
21 ダイプレート
21ａ 円孔部
21ｂ 扇状スリット
22 材料流動制御プレート
ｍ 可塑性成形材料
Ｐ 中空軸部
Ｆ フィン部
1 Extruder
11 Extrusion head
12 Mandrels
12a Rotating mandrel
12b Fixed mandrel
12c Additional mandrels
13
21 Die plate
21a Round hole
21b Fan-shaped slit
22 Material flow control plate m Plastic molding material P Hollow shaft part F Fin part
Claims (7)
この押出機１の押出ヘッド部11の先端に装着される複合部材であって、板体の略中央に円孔部21ａが開設され、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂが設けられて作製される複数枚のダイプレート21が、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層されて、かつ、これらのダイプレート21がそれぞれ回転自在であるとともに、内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22が前記ダイプレート21の前に積層された可動ダイス２とを具備して構成されており、
当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置のずれによってプレート間に生じる段差により、ダイの内部形状が変形してダイスパターンが固定されて、傾斜押し出しによる異なる螺旋状のフィン部Ｆの形状を決定することができるとともに、
このダイスパターンが固定された可動ダイス２が前記押出ヘッド部11の先端に装着される一方、
前記マンドレル12により回転を加えながら中空軸部Ｐをダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部Ｐの周縁に螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出ししながら一体に付着せしめることができることを特徴とするヘリカルフィン付中空軸部材の製造装置。 An extruder 1 capable of pressurizing and feeding the plastic molding material m and having a rotatable mandrel 12 disposed at the center of the die of the extrusion head portion 11;
This is a composite member attached to the tip of the extrusion head portion 11 of the extruder 1, and a circular hole portion 21a is established at substantially the center of the plate body, and at least a part of the circumferential edge portion of the circular hole portion 21a. A plurality of die plates 21 produced by providing fan-shaped slits 21b are stacked in a state where the circular hole portions 21a are in communication with each other, and these die plates 21 are respectively rotatable , A material flow control plate 22 for controlling the flow of the plastic molding material m inside is provided with a movable die 2 stacked in front of the die plate 21 ;
The die plate 21 is rotated, and the internal shape of the die is deformed and the die pattern is fixed due to a step generated between the plates due to the positional deviation between the fan-shaped slits 21b of the adjacent die plates 21. While being able to determine the shape of the different helical fin portions F,
While the movable die 2 to which the die pattern is fixed is attached to the tip of the extrusion head portion 11,
The hollow shaft portion P is pushed out from the die center while being rotated by the mandrel 12, and at the same time, the helical fin portion F is obliquely pushed and attached to the periphery of the hollow shaft portion P while being interlocked with the rotation. An apparatus for producing a hollow shaft member with a helical fin, characterized in that:
前記押出機１の押出ヘッド部11の先端には、可動ダイス２を配設して、この可動ダイス２の内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22を前記ダイプレート21の前に積層し、
この可動ダイス２は、板体の略中央に円孔部21ａを開設して、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂを設けてダイプレート21を作製する一方、
このダイプレート21を複数枚用いて、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層して、かつ、これらのダイプレート21はそれぞれ回転自在に構成されており、
当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置をずらすことによってプレート間に段差を生ぜしめ、ダイの内部形状を変形せしめることによりダイスパターンを固定して、傾斜押し出しによる異なる螺旋状のフィン部Ｆの形状を決定するとともに、
このダイスパターンを固定した可動ダイス２を前記押出ヘッド部11の先端に装着する一方、
前記マンドレル12により回転を加えながら中空軸部Ｐをダイ中心から押し出すと同時に、この回転に連動しつつ当該中空軸部Ｐの周縁に螺旋状のフィン部Ｆを傾斜押し出ししながら一体に付着せしめることを特徴とするヘリカルフィン付中空軸部材の製造方法。 In the extrusion head portion 11 of the extruder 1 capable of pressurizing and feeding the plastic molding material m, the hollow shaft portion P is pushed out from the center of the die while rotating, and at the same time, the periphery of the hollow shaft portion P is interlocked with the rotation. When the spiral fin part F is attached to one piece while incliningly pushing,
A movable die 2 is disposed at the tip of the extrusion head portion 11 of the extruder 1, and a material flow control plate 22 for controlling the flow of the plastic molding material m inside the movable die 2 is provided as the die plate. Laminate in front of 21,
The movable die 2 has a circular hole portion 21a at the approximate center of the plate body, and a fan-shaped slit 21b is provided at least at a part of the circumferential edge of the circular hole portion 21a to produce the die plate 21. ,
A plurality of the die plates 21 are used, and the respective circular hole portions 21a are stacked in a state where they communicate with each other, and the die plates 21 are configured to be rotatable,
Rotating the die plate 21 to shift the position of the fan-shaped slits 21b of the adjacent die plates 21 to create a step between the plates, fixing the die pattern by deforming the internal shape of the die, While determining the shape of different spiral fin portions F by inclined extrusion,
While mounting the movable die 2 to which the die pattern is fixed at the tip of the extrusion head portion 11,
The hollow shaft portion P is pushed out from the die center while being rotated by the mandrel 12, and at the same time, the helical fin portion F is obliquely pushed and attached to the periphery of the hollow shaft portion P while being interlocked with the rotation. The manufacturing method of the hollow shaft member with a helical fin characterized by these.
板体の略中央に円孔部21ａが開設され、かつ、この円孔部21ａの円周縁部の少なくとも一部に扇状スリット21ｂが設けられて作製される複数枚のダイプレート21が、各円孔部21ａを連通合致させた状態で積層されて、かつ、これらのダイプレート21がそれぞれ回転自在に構成されているとともに、内部における可塑性成形材料ｍの流動を制御するための材料流動制御プレート22が前記ダイプレート21の前に積層されており、
当該ダイプレート21を回転させて、隣り合うダイプレート21の扇型スリット21ｂ同士の位置のずれによってプレート間に生じる段差により、ダイの内部形状が変形してダイスパターンが固定されて、傾斜押し出しによる異なる螺旋状のフィン部Ｆの形状を決定することができることを特徴とするヘリカルフィン付中空軸部材製造用の可動ダイス。 A composite member attached to the tip of the extrusion head portion 11 of the extruder 1 capable of pressurizing and feeding the plastic molding material m,
A plurality of die plates 21 each having a circular hole portion 21a formed in the approximate center of the plate body and a fan-shaped slit 21b provided in at least a part of the circumferential edge portion of the circular hole portion 21a The material flow control plate 22 is configured so that the hole portions 21a are stacked in a state where the holes 21a are in communication with each other and the die plates 21 are configured to be rotatable, and the flow of the plastic molding material m is controlled inside. Are stacked in front of the die plate 21,
The die plate 21 is rotated, and the internal shape of the die is deformed and the die pattern is fixed due to a step generated between the plates due to the positional deviation between the fan-shaped slits 21b of the adjacent die plates 21. A movable die for manufacturing a hollow shaft member with a helical fin, wherein the shape of different helical fin portions F can be determined.
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