JP5579425B2 - 押出ダイス - Google Patents

Description

この発明は、中空材の押出加工に用いる押出ダイスに関する。

なお、本明細書および特許請求の範囲の記載において、押出材および押出材料の進む方向を下流または下流側と称し、逆方向を上流または上流側と称する。

押出ダイスにおいては、ベアリング部に耐摩耗性を与えるために、ベアリング部を含むダイスの一部に超硬合金やセラミック等の超硬材料が用いられている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、工具鋼からなるダイケースの凹部内に超硬材料からなるリング状ダイスを焼嵌めしたダイスが記載されている。特許文献２には、マンドレルの心棒を工具鋼で形成し、この心棒に超硬材料からなるマンドレルリングを外嵌めし、心棒の先端に抜け止め用ナットを取り付けてマンドレルリングを心棒に固定するように構成したポートホールダイスの雄型が記載されている。また、特許文献３に記載されているダイスは、心棒とマンドレルリングとの間に心棒よりも軟らかいスリーブを介在させてマンドレルリングを焼嵌めしたものである。

特開平６−１５３４８号公報 特開２００３−１８１５２５号公報 特公平４−６９００９号公報

しかし、超硬材料を焼嵌めするタイプのダイスは、押出の準備工程やメンテナンスに手間がかかるという問題点がある。

また、超硬材料は工具鋼よりも熱膨張係数が小さく、かつ工具鋼よりも引張力に弱いという特性がある。このため、工具鋼からなる心棒に超硬材料からなるマンドレルリングを外嵌めする場合、熱間押出時に心棒が膨張し、マンドレルリングに対する締め付け力が強すぎると破損するおそれがある。逆に、締め付け力が弱すぎると、マンドレルリングがしっかりと固定されず、押出材の押継ぎ部に波打ちが発生したり、偏肉するおそれがある。また、押出材料の流れによってマンドレルリングが心棒から外れるおそれがある。

さらに、押出後のダイスを内部に詰まった押出材料を除去するために苛性ソーダ等の強アルカリ液で洗浄すると、超硬合金に結合材として含まれるＣｏ等が溶解してマンドレルリングの強度を低下させてダイス寿命を低下させる原因となっている。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、心棒にマンドレルリングを外嵌めする押出ダイスにおいて、マンドレルリングを安定して固定でき、メンテナンスを簡単に行え、かつダイス強度を長期に維持できる押出ダイスの提供を目的とする。

即ち、本発明は［１］〜［７］に記載の構成を有する。

［１］押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料からなる基材の少なくとも外周面に硬質の耐アルカリ被膜が形成されてなり、
前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定されていることを特徴とする押出ダイス。

［２］前記マンドレルリングは、基材の外周面および内周面にのみ耐アルカリ被膜が形成されてなる請求項１に記載の押出ダイス。

［３］常温（Ｔ_１）時の隙間が最小となる部分において、押出時のダイス温度（Ｔ_２）における心棒とマンドレルリングとの締め代（Ｘ_Ｔ２）が下記式で表されるとき、常温（Ｔ_１）時における前記心棒の外径（Ａ_Ｔ１）およびマンドレルリングの内径（Ｂ_Ｔ１）が前記締め代（Ｘ_Ｔ２）が０〜０．３％となるように設定されている前項１または２に記載の押出ダイス。
Ｘ_Ｔ２＝{〔Ａ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_１＋Ａ_Ｔ１〕/〔Ｂ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_２＋Ｂ_Ｔ１〕−1}×100
ただし、α_１：心棒を構成する材料の熱膨張係数
α_２：マンドレルリングの基材を構成する材料の熱膨張係数（α_１＞α_２）
Ｔ_１：常温
Ｔ_２：押出時のダイス温度（＞Ｔ_１）
Ａ_Ｔ１：常温（Ｔ_１）時の心棒の外径
Ｂ_Ｔ１：常温（Ｔ_１）時のマンドレルリングの内径（＞Ａ_Ｔ１）
［４］押出時のダイス温度（Ｔ_２）において、前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触し、その接触面が、マンドレルの軸線に対し、押出の下流側に向かって外向きに傾斜する傾斜面となるように設定されている前項１〜３のいずれかに記載の押出ダイス。

［５］前記マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温（Ｔ_１）時の両者間に、押出の下流側で狭くなり上流側で広くなる隙間が存在し、押出時のダイス温度（Ｔ_２）において少なくとも下流側においてその隙間が無くなるように、心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が形成されている前項１〜３のいずれかに記載の押出ダイス。

［６］前記マンドレルはダイスの基盤部から突出し、前記心棒が前記基盤部に対して着脱自在に取り付けられる前項１〜５のいずれかに記載の押出ダイス。

［７］前項１〜６のいずれかに記載の押出ダイスを用い、心棒とマンドレルリングとの間の軸線方向の少なくとも一部において隙間が無くなる温度で押出を行い、押出後のダイスメンテナンスにおいてアルカリ洗浄を行うことを特徴とする押出方法。

上記［１］に記載の発明によれば、心棒にマンドレルリングを外嵌めしたマンドレルにおいて、ダイスが押出時の温度になると、心棒とマンドレルリングの基材との熱膨張係数の差により両者の間に隙間が無くなり、マンドレルリングは心棒が膨張しようとする径方向の力によって締め付けられて心棒に固定される。このように、マンドレルリングが心棒に固定された状態で押出を行うと、押出材の偏肉が抑制されて高品質の押出材を製造することができる。また、常温時には心棒とマンドレルリングと間に隙間があるので、マンドレルリングの心棒への着脱が容易であり、マンドレルリングの交換等のメンテナンスを簡単に行える。

しかも、マンドレルリングの基材の少なくとも外周面には硬質の耐アルカリ被膜が形成されて基材が保護されているので、押出中においては押出材料による基材の摩耗を防ぎ、押出後のダイスメンテナンスにおいてはアルカリ洗浄による基材表面における含有成分の溶解を防いで基材の摩耗を防止することができる。さらに、耐アルカリ被膜の耐摩耗性によって、押出による被膜自身の摩耗が防がれ、溶解防止効果を長期間維持することができる。また、心棒から外したマンドレルリングに対して耐アルカリ被膜を再形成することも可能であるから、耐アルカリ被膜による基材の保護効果と耐アルカリ被膜の再形成とにより、マンドレルリングの強度を長期間維持して寿命を延ばすことができる。

上記［２］に記載の発明によれば、押出材料が付着するマンドレルリングの外周面に加えて内周面にも耐アルカリ被膜が形成されている。このため、押出後のダイス洗浄においてマンドレルリングと心棒の間に生じた隙間（Ｓ_１）に洗浄液が浸入しても、基材の内周面は耐アルカリ被膜によって保護されているので、洗浄液による内周面の溶解が防がれてマンドレルリング内径変化を防ぐことができる。これにより、マンドレルリングの内径が維持されるので、マンドレルリングの径方向における固定安定性を維持することができる。さらに、マンドレルリングの端面に耐アルカリ被膜が形成されていないことで表面処理コストを低減できる。

上記［３］に記載の発明によれば、押出時のダイス温度における心棒とマンドレルリングとの間の締め代（Ｘ_Ｔ２）が適正範囲に設定されているので、安定した固定状態が得られ、かつマンドレルリングの破損を回避できる。

上記［４］に記載の発明によれば、押出時のダイス温度における心棒とマンドレルリングとの接触面は、マンドレルの軸線に対し、押出の下流側に向かって外向きに傾斜する傾斜面であるため、押出材料の流れがマンドレルリングを下流側へ押そうとしても、外向きの傾斜面がその動きを阻止する方向に作用して抜け止め効果を奏する。従って、マンドレルリングの動きが抑制されて高い固定安定性が得られる。

上記［５］に記載の発明によれば、常温時における心棒とマンドレルリングと間の隙間は下流側で狭く上流側で広くなっているので、高温時における締め付け力は下流側で強くなり上流側で弱くなる。このような応力分布の違いにより、押出方向とは逆向きの力が作用する。この逆向きの力は押出材料がマンドレルリングを下流側に押す力に抗して作用するので、押出中のマンドレルリングの下流側への動きが抑制され、マンドレルリングの位置安定性が向上する。

上記［６］に記載の発明によれば、マンドレルの心棒がダイスの基盤部に対して着脱自在であるため、心棒の交換が可能であり、かつメンテナンスをさらに簡単に行える。また、マンドレルリングを心棒の上流側から嵌めることができるので、軸線に対して心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面の一方または両方を傾斜させる場合に、それらのテーパー角度の設計の自由度が基盤部と一体となった心棒を有するマンドレルよりも高い。

上記［７］に記載の発明によれば、押出がマンドレルリングが心棒に固定された状態で行われるので、偏肉が抑制された高品質の押出材を製造することができる。しかも、マンドレルリングの基材の全表面は硬質の耐アルカリ被膜によって保護されているので、押出中においては押出材料による基材の摩耗が防がれ、押出後のダイスメンテナンスにおいてはアルカリ洗浄による基材表面における含有成分の溶解を防いで基材の摩耗が防止されるので、長期に亘って高品質の押出材を製造することができる。

本発明の一実施形態である雄型を備えるポートホールダイスを示す分解斜視図である。 図１のポートホールダイスの組み付け状態を示す断面図である。 第１参考形態のマンドレルの分解状態を示す断面図である。 図３のマンドレルリングにおける耐アルカリ被膜の他の形成例を示す断面図である。 図３のマンドレルリングにおける耐アルカリ被膜の他の形成例を示す断面図である。 図３のマンドレルリングにおける耐アルカリ被膜の他の形成例を示す断面図である。 図４Ａのマンドレリングにおける耐アルカリ被膜の他の形成例を示す断面図である。 第１参考形態のマンドレルの常温時の状態を示す断面図である。 第１参考形態のマンドレルの押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。 第２実施形態のマンドレルの分解状態を示す断面図である。 第２実施形態のマンドレルの常温時の状態を示す断面図である。 第２実施形態のマンドレルの押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。 第３実施形態のマンドレルの分解状態を示す断面図である。 第３実施形態のマンドレルの常温時の状態を示す断面図である。 第３実施形態のマンドレルの押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。 押出時のダイス温度における圧力分布を示す説明図である。 温度と、心棒の外径およびマンドレルリングの内径との関係を示す図である。 第１参考形態のマンドレルにおいて、ナットによるマンドレルリングの固定を説明する常温時の断面図である。 図１２Ａの押出時のダイス温度における状態を示す断面図である。 第１参考形態のマンドレルにおいて、ナットによるマンドレルリングの固定を説明する常温時の断面図である。 図１３Ａの押出時のダイス温度における状態を示す断面図である。 第４実施形態のマンドレルの分解状態を示す断面図である。 第４実施形態のマンドレルの常温時の状態を示す断面図である。 第４実施形態のマンドレルの押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。 図１４のマンドレルリングの耐アルカリ被膜の他の形成例を示す断面図である。 第４実施形態のマンドレルの変形例の常温時の状態を示す断面図である。 第４実施形態のマンドレルの変形例の押出時のダイス温度時の状態を示す断面図である。

図１および図２に示すポートホールダイス（10）は、中空押出材（1）の外周面を成形する雌型（11）と内周面を成形する雄型（20）とが組み合わされてなり、前記雄型（20）が本発明の押出ダイスの一実施形態である。

雌型（11）は、中央部にベアリング孔（12）を有し、ベアリング孔（12）の下流側にはリリーフ孔（13）が形成され、上流側には溶着室用凹部（14）が形成されている。

前記雄型（20）は、ダイス基盤（21）の中央から下流側にマンドレル（30）が突出し、このマンドレル（30）の周囲に押出方向に貫通する複数個のポートホール（22）を有している。隣接するポートホール（22）（22）間には、下流側に突出する前記マンドレル（30）をその基端部（31）で支持する脚部（23）が形成されている。

図３に示すように、前記マンドレル（30）において、基端部（31）の先端側に径の小さい心棒（32）が一体に形成され、前記基端部（31）と心棒（32）との直径差によりこれらの間には段部（33）が形成されている。前記心棒（32）の先端側はさらに径小となって、外周面に螺旋状のネジ溝が形成されたボルト部（34）が一体に形成されている。前記基端部（31）、心棒（32）およびボルト部（34）は同軸上に形成されている。マンドレルリング（35）は、外周面に、押出材（1）の内周面を成形するベアリング部（36）が突設された環状体である。ナット(37)は前記ボルト部(34)のネジ溝に螺合されるネジ孔(38)を有している。而して、前記心棒（32）にマンドレルリング（35）を外嵌めして段部（33）に当接させ、ボルト部（34）にナット（37）のネジ孔（38）を螺合させると、マンドレルリング（35）は段部（33）とナット（37）に挟まれて、押出軸方向の所定位置に配置される。前記心棒（32）およびマンドレルリング（35）の材料特性および寸法については後に詳述する。

前記雌型（11）と雄型（20）とを組み合わせると、雌型（11）のベアリング孔（12）内に雄型（20）のマンドレルリング（35）のベアリング部（36）が嵌り込んでこれらの間に環状の成形用間隙（符号なし）が形成され、雌型（11）の溶着室用凹部（14）の一部が雄型（20）の端面で塞がれてポートホール（22）に連通する溶着室を形成する。そして、各ポートホール（22）に流入した押出材料は溶着室で合流し、成形用間隙から中空部（2）を有する押出材（1）として押出される。

本発明における「押出時のダイス温度」とは、心棒（32）およびマンドレルリング（35）が高温押出時に所定の温度となり、そのときの温度をいう。また、心棒（32）とマンドレルリング（35）との間に「隙間（Ｓ_１）がある」とは、心棒（32）とマンドレルリング（35）との接触の有無を意味するのではなく、常温（Ｔ_１）における心棒の外径（Ａ_Ｔ１）とマンドレルリングの内径（Ｂ_Ｔ１）とが「Ｂ_Ｔ１＞Ａ_Ｔ１」なる関係を満足し、両者の間にクリアランスが存在することを意味する。また、常温（Ｔ_１）時の隙間（Ｓ_１）の大きさはマンドレルリング（35）の内径（Ｂ_Ｔ１）と心棒（32）の外径（Ａ_Ｔ１）との差（Ｂ_Ｔ１−Ａ_Ｔ１）で表わすものとする。なお、マンドレルの軸線が水平となる姿勢で心棒（32）とマンドレルリング（35）の組み立てを行うと、軸合わせがなされていないために周方向でクリアランスが偏り、あるいはマンドレルリング（35）と心棒（32）が部分的に接触することもあるが、このような場合でも隙間（Ｓ_１）は（Ｂ_Ｔ１−Ａ_Ｔ１）である。

〔マンドレルの材料〕
本発明において、マンドレルリングは基材の少なくとも外周面に硬質の耐アルカリ被膜が形成されている必要がある。本実施形態におけるマンドレルリング（35）は、基材（39a）の全表面が硬質の耐アルカリ被膜（39b）で覆われている。

前記マンドレルリング（35）の基材（39a）を構成する材料は耐摩耗性に優れ、かつその熱膨張係数（α_２）と心棒（32）を構成する材料の熱膨張係数（α_１）とがα_１＞α_２の関係を満足するものであれば特に限定されない。本実施形態においては、心棒（32）を含む部分（以下、単に「心棒」と略する）が工具鋼で形成されているのに対し、マンドレルリング（35）の基材（39a）は前記工具鋼よりも耐摩耗性の高い超硬材料で構成されている。超硬材料としては、ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金、高速度工具鋼、粉末高速度工具鋼、セラミックス等を例示できる。表１に、これらの超硬材料および工具鋼の一例およびそれらの熱膨張係数を示す。なお、心棒（32）およびマンドレルリング（35）の基材（39a）の熱膨張係数がα_１＞α_２の関係を満足すれば良いので、例示した材料は表１に記載した用途に限定されない。例えば、粉末高速度工具鋼の心棒に超硬合金やセラミックスのマンドレルリングを組み合わせる場合も本発明に含まれる。

前記耐アルカリ被膜（39b）は、押出中においては基材（39a）の摩耗を防ぎ、押出後のダイスメンテナンスにおいては洗浄に用いる苛性ソーダ等の強アルカリ液に溶解することなく基材（39a）を保護する。基材（39a）の材料の中には、強アルカリ液に接触すると表面から含有成分の一部が溶解するものがある。例えばＷＣ−ＣｏではＣｏが強アルカリ液に溶解して失われ、Ｃｏの溶出によって表面強度が低下して摩耗した状態になる。かかる現象に対し、本発明では基材（39a）の表面に耐アルカリ被膜（39b）を形成し、基材（39a）表面における含有成分の溶解を防いで基材（39a）の摩耗を防止する。また、耐アルカリ被膜（39b）は高硬度で耐摩耗性を有しているので、押出による被膜自身の摩耗が防がれて溶解防止効果を長期間維持することができる。

耐アルカリ被膜（39b）は、耐アルカリ性および耐摩耗性を有する限りその種類は限定されず、表２に記載した被膜を例示できる。前記耐アルカリ被膜（39b）は、基材（39a）よりも高い硬度を有していることが好ましい。例えば、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）のＨＲＡ硬度は８５程度（ＨＶ硬度で９００）であり、耐アルカリ被膜（39b）の好ましいＨＶ硬度は９００以上、特に好ましくは１８００以上である。基材（39a）よりも高硬度（39a）の耐アルカリ被膜（39b）を形成することで、マンドレルリング（35）の耐摩耗性をさらに向上させることができる。表２に記載した被膜はいずれもＨＶ硬度が１８００以上である。耐アルカリ被膜（39b）の厚さも限定されないが、十分な上記効果を得るためには１μｍ以上であることが好ましい。特に好ましい厚さは２〜８μｍである。前記耐アルカリ被膜（39b）は、所定形状に成型した基材（39a）に対し、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の周知の表面処理を施すことによって形成することができる。

また、マンドレルリング（30）において、押出時のダイス温度（Ｔ_２）と常温（Ｔ_１）の状態が繰り返されることにより、基材（39a）は膨張と収縮を繰り返すことになるが、前記の耐アルカリ被膜（39b）の厚さであればその被膜に割れを生ずることなく、割れた部分からのアルカリ洗浄液による溶解は生じない。

前記マンドレル（35）において、前記耐アルカリ被膜（39b）は押出材料が付着するマンドレルリング（35）の外周面のみならず、耐摩耗性を要求されない内周面および端面にも形成されている理由は以下のとおりである。洗浄時のダイス温度は常温（Ｔ_１）または押出時の温度（Ｔ_２）よりも低下しているから、心棒（32）およびマンドレルリング（35）はそれぞれに収縮して締め代が緩み、両者の間には隙間（Ｓ_１）が生じている（図５Ａ参照）。そして、洗浄液は心棒（32）のボルト部（34）とナット（37）の螺合部からこの隙間（Ｓ_１）にも入り込むおそれがあり、マンドレルリング（35）の内周面も洗浄液に接触する可能性がある。マンドレルリング（35）の内周面が溶解して内径が拡大すると、マンドレルリング（35）の径方向における固定安定性が低下して押出安定性が低下する原因となる。このため、締め代の緩みによって洗浄液が接触するおそれのある内周面にも耐アルカリ被膜（39b）が形成されている。

また、本実施形態のようにマンドレルリングが軸線方向において下流側からナット等の抑え部材によって拘束されている場合は、マンドレルリング（35）の両端面はダイス基盤（31）の段部（33）とナット（37）とに強く押圧されているので、これらの合わせ目から洗浄液が入り込む可能性は極めて低く、押出安定性に悪影響を及ぼすような洗浄液の浸入は起こらない。しかも後の〔マンドレルリングの押出軸方向における固定〕で詳述するように、押出時のダイス温度（Ｔ_２）に上昇した時に、熱膨張係数の差により軸線方向においてマンドレルリング（35）が緩まないように、常温（Ｔ_１）時は高温（Ｔ_２）時よりもナット（37）がマンドレルリング（35）を強く締め付けているため、マンドレルリング（35）の端面を通って洗浄液が浸入する可能性はなお一層低くなる。

従って、常温（Ｔ_１）時の状態に鑑みると、図４Ａに示すマンドレルリング（80）のように、基材（39a）の外周面および内周面に耐アルカリ被膜（39b）が形成されていれば、両端面（81a）（81b）に耐アルカリ被膜（39b）が形成されていなくても、洗浄液が内周面に接触する可能性は極めて低く、マンドレルリング（80）の固定安定性を低下させない。図３および図４Ａのマンドレルリング（35）（80）は、その逃がし径がナット（37）のフランジ（37a）の径よりも大きいために下流側端面の外縁部が露出しているので洗浄液が接触する。従って、下流側端面（81b）が耐アルカリ被膜で覆われていない図４Ａのマンドレルリング（80）では、下流側端面（81b）の外縁部が洗浄液に接触して基材（39a）に溶解が生じる。しかしながら、下流側端面において、洗浄時の溶解によって生じる程度の寸法変化によってマンドレルリングの固定安定性が低下することはないので、端面の耐アルカリ被膜は必須要件ではない。従って、上記構造のマンドレルにおいては、マンドレルリングの基材の外周面および内周面に耐アルカリ被膜が形成されていれば足り、両端面に耐アルカリ被膜が形成されていないマンドレルリングを使用した場合も、洗浄によって固定安定性が損なわれることがなく、安定した押出を繰り返し行うことができる。

また、本発明は、マンドレルリング端面の耐アルカリ被膜を排除するものではなく、図３に示した基材（39a）の全表面に耐アルカリ被膜（39b）を形成したマンドレルリング（35）、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように基材（39a）の上流側端面（81a）および下流側端面（81b）のうちのどちらか一方にのみに耐アルカリ被膜（39b）を形成したマンドレルリング（82）（84）も本発明に含まれる。

なお、マンドレルリングの下流側端面は溶解しても固定安定性に悪影響を及ぼさないと雖も、マンドレルリングの寿命を可及的に長くする上で、下流側端面の外縁部が溶解するよりも溶解しない方が好ましいことは明らかである。マンドレルリングの下流側端面を洗浄液に接触させない方法としては、図４Ｄのようにナット（37）のフランジ(37b）の径を拡大してマンドレルリング（80）の逃がし径と同寸とし、フランジ(37b）でマンドレルリング（80）の端面を覆う構造を推奨できる。また、図３および図４Ｂのマンドレル（35）（82）のように、基材（39a）の下流側端面（81b）に耐アルカリ被膜（39b）を形成して基材（39a）を保護することも好ましい。

さらに、洗浄液がマンドレルリングの内周面に接触しない場合は、内周面の耐アルカリ被膜も必須条件ではない。例えば、後述の第４実施形態のマンドレル（60）は心棒（61）が基盤部（21）の台座（24）に着脱自在でありマンドレルリング（35）を心棒（61）の本体部（62）の上流側から嵌める構造であるから、マンドレルリング（35）を下流側から抑えるための頭部（64）が本体部（62）と一体に形成されている（図１４〜１５Ｂ参照）。前記心棒（61）には、図３のマンドレル（30）のナット（37）に対応する頭部に螺合部が存在しないので、下流側からの洗浄液の浸入はない。また、マンドレルリング（35）の両端面は、台座（24）と頭部（64）のフランジ（67）によって強く押圧されているので、図３のマンドレル（30）と同じく、両端面から洗浄液が浸入することもない。よって、マンドレルリング（35）の内周面（35a）は洗浄液に接触しない。従って、心棒の先端側から洗浄液が浸入しないマンドレル構造においては、図１６に示すように、基材（39a）の外周面にのみ耐アルカリ被膜（39b）を形成し、上流側端面（81a）、下流側端面（81b）および内周面（81c）に耐アルカリ被膜（39b）を形成しないマンドレルリング（86）を使用することができる。

従って、本発明におけるマンドレルリングにおいて、外周面に耐アルカリ被膜が形成されていることは必須要件であるが、その他の面においてはマンドレルの構造に応じて被膜の要否が決定される。

マンドレルリングにおいて、基材の一部の面に耐アルカリ被膜を形成しないことによるメリットは、耐アルカリ被膜形成のための表面処理のコストダウンである。表面処理方法として先に例示したＣＶＤおよびＰＶＤでは、全表面に被膜を形成する処理と一部の面に被膜を形成しない処理とで処理コストに差があるので、コスト面で有利である。ただし、マンドレルリングの固定安定性に悪影響を及ぼさない面に耐アルカリ被膜が存在していても何ら不都合はないので、基材に対する保護効果をより一層高め、あるいは不本意な洗浄液の接触やマンドレルの分解洗浄等に備えて端面や内周面に耐アルカリ被膜を形成することは、必ずしも無駄であるとは言えない。

本発明において、常温（Ｔ_１）時に心棒とマンドレルリングとの間に隙間があるので、マンドレルリングの心棒への着脱が容易であり、マンドレルリングの交換等のメンテナンスを簡単に行える。そして、心棒から外したマンドレルリングに対して耐アルカリ被膜を再形成することも可能であるから、耐アルカリ被膜による基材の保護効果と耐アルカリ被膜の再形成とにより、マンドレルリングの強度を長期間維持して寿命を延ばすことができる。

本発明において、マンドレルリングの基材として心棒よりも熱膨張係数の小さい材料を用いることにより、押出時の加工発熱によるマンドレルリングの膨張率が小さくなるため、押出材はより安定した寸法のものを得ることができる。即ち、心棒（工具鋼）に熱膨張係数の小さいマンドレルリングを組み合わせたマンドレルでは、押し出していない時と加工発熱最大時との外径差が、工具鋼のみで製作したマンドレルにおける外径差よりも小さくなるので、押出材の肉厚が安定する。そして、押出材の寸法が安定していると、後加工後の製品品質も安定したものとなる。例えば、押出後に引抜加工を行う場合、押出材に偏肉がなく肉厚が一定であれば、引抜材の肉厚も一定になる。また、押出材の肉厚が一定であれば、引抜上がりの長さも一定になる。また、上述した耐アルカリ被膜は耐摩耗性が高いので摩耗粉の発生が少なく、摩耗粉の押出材への混入も減少する。押出材に異物であるダイスの摩耗粉が混入していると、押出材の品質が低下することはもとより引抜材の表面欠陥となる。押出材への摩耗粉の混入量が少なければ、引抜材に発生する表面欠陥も少なくなる。これらのことから、本発明の押出ダイスを用いて製造した押出材は、押出材としての品質が優れていることはもとより、後加工用素材としても品質の優れたものとなる。

〔マンドレルの形状〕
本発明のマンドレルは、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度において、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定されている限り、前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面の形状は任意に設定することができる。即ち、本発明におけるマンドレルの形状に関する条件は下記（１）（２）である。
（１）常温時にマンドレルリングを心棒に外嵌めすることができる隙間があること
（２）押出時のダイス温度において、軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって心棒とマンドレルリングとが接触すること
以下に、本発明において設定可能なマンドレルの形状例を示す。また、マンドレルリングの寸法は耐アルカリ被膜を含む寸法である。

（第１参考形態）
図３および図５Ａは、常温（Ｔ_１）時におけるマンドレル（30）の要部断面図である。このマンドレル（30）は、図１および図２に示した押出ダイス（10）の雄型（20）の一部を構成するマンドレルである。

前記マンドレル（30）は、心棒（32）の外周面（32a）およびマンドレルリング（35）の内周面（35a）がマンドレル（30）の軸線と平行に形成され、心棒（32）の外径（Ａ_Ｔ１）およびマンドレルリング（35）の内径（Ｂ_Ｔ１）は軸線方向において一定である。前記心棒（32）にマンドレルリング（35）を外嵌めすると、両者間に軸線に平行な一定の隙間（Ｓ_１）が存在する。

常温（Ｔ_１）時に心棒（32）とマンドレルリング（35）とを組み付ける際には、前記隙間（Ｓ_１）があるのでマンドレルリング（35）を心棒（32）に外嵌めすることは容易である。さらに、ナット（37）を取り付けて締め付けると、心棒（32）には押出方向の引張力が生じ、マンドレルリング（35）には押出方向の圧縮力が生じる。

（第２実施形態）
図６および図７Ａは、常温（Ｔ_１）時におけるマンドレル（40）の要部断面図である。このマンドレルは（40）は、図１および図２に示した押出ダイス（10）の雄型（20）において、第１参考形態のマンドレル（30）に代わるものである。なお、図６〜図７Ｂにおいて、図１〜図５Ｂと共通の符号は同じものを表すものとして重複する説明を省略する。

前記マンドレル（40）は、心棒（32）の外周面（32a）をマンドレル（40）の軸線と平行に形成する一方で、マンドレルリング（45）の内周面（45a）は下流側に向かって外向きに傾斜するテーパー面（テーパー角度：θ_Ｔ１）で形成されている。心棒（32）にマンドレルリング（45）を外嵌めすると、心棒（32）とマンドレルリング（45）との間に、押出の上流側端部（心棒の付け根側）で最も狭く、下流側（心棒の先端側）に向かって徐々に広くなる隙間（Ｓ_１）が存在する。

本実施形態のマンドレル（40）と第１参考形態のマンドレル（30）とは、心棒（32）が共通し、マンドレルリング（35）（45）の内周面（35a）（45a）の角度が異なる。また、前記マンドレルリング（45）は基材（49a）の表面全体に耐アルカリ被膜（49b）が形成されている。

図７Ａは、常温（Ｔ_１）時のマンドレルリング（45）の内径（Ｂ_Ｔ１）として直径が最小となる上流端における直径を示している。心棒（32）の外径（Ａ_Ｔ１）は軸線方向において一定である。従って、心棒（32）の外周面（32a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）との間には、（Ｂ_Ｔ１−Ａ_Ｔ１）を最小値とする隙間（Ｓ_１）が存在する。

常温（Ｔ_１）時に心棒（32）とマンドレルリング（35）とを組み付ける際には、前記隙間（Ｓ_１）があるのでマンドレルリング（35）を心棒（32）に外嵌めすることは容易である。さらに、ナット（37）を取り付けて締め付けると、心棒（32）には押出方向の引張力が生じ、マンドレルリング（35）には押出方向の圧縮力が生じる。

（第３実施形態）
図８および図９Ａは、常温（Ｔ_１）時におけるマンドレル（50）の要部断面図である。このマンドレルは（50）は、図１および図２に示した押出ダイス（10）の雄型（20）において、第１参考形態のマンドレル（30）に代わるものである。なお、図８〜図９Ｂにおいて、図１〜図５Ｂと共通の符号は同じものを表すものとして重複する説明を省略する。

前記マンドレル（50）は、マンドレルリング（35）の内周面（35a）をマンドレル（30）の軸線と平行に形成する一方で、心棒（52）の外周面（52a）は下流側に向かって外向きに傾斜するテーパー面で形成されている。これらの寸法は、心棒（52）の外周面（52a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）との間に隙間（Ｓ_１）が存在し、かつその隙間（Ｓ_１）は押出の下流側（心棒の先端側）に向かって徐々に狭くなって下流端で最も狭くなり、上流側（心棒の付け根側）に向かって徐々に広くなって上流端で最も広くなるように設定されている。

本実施形態のマンドレル（50）と第１参考形態のマンドレル（30）とは、マンドレルリング（35）が共通し、心棒（32）（52）の外周面（32a）（52a）の角度が異なる。

図９Ａは、常温（Ｔ_１）時の心棒（52）の外径（Ａ_Ｔ１）として、直径が最大となる下流端における直径を示している。マンドレルリング（35）の内径（Ｂ_Ｔ１）は押出方向において一定である。従って、心棒（32）の外周面（32a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）との間には、（Ｂ_Ｔ１−Ａ_Ｔ１）を最小値とする隙間（Ｓ_１）が存在する。

常温（Ｔ_１）時に心棒（52）とマンドレルリング（35）とを組み付ける際には、前記隙間（Ｓ_１）があるのでマンドレルリング（35）を心棒（52）に外嵌めすることは容易である。さらに、ナット（37）を取り付けて締め付けると、心棒（52）には押出方向の引張力が生じ、マンドレルリング（35）には押出方向の圧縮力が生じる。

〔マンドレルリングの径方向における固定〕
図１１は、温度（Ｔ）に対する心棒（32）（52）の外径（Ａ）およびマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ）の変化を示したものである。なお、上述した３種類のマンドレル（30）（40）（50）において、第２実施形態のマンドレルリング（45）の内周面（45a）および第３実施形態の心棒（52）の外周面（52a）はテーパー面であって、軸線方向においてその内径（Ｂ）および外径（Ａ）が変化しているので、ここでは、それぞれ心棒（32）（52）とマンドレルリング（35）（45）との隙間が最小となる部分における、心棒（32）（52）の外径（Ａ）およびマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ）として説明する。即ち、第１参考形態のマンドレル（30）においては任意の部分における心棒の外径（Ａ）およびマンドレルリングの内径（Ｂ）であり、第２実施形態のマンドレル（40）においては上流端における心棒（32）の外径（Ａ）およびマンドレルリング（45）の内径（Ｂ）であり、第３実施形態のマンドレル（50）においては下流端における心棒（52）の外径（Ａ）およびマンドレルリング（35）の内径（Ｂ）である。

心棒（32）（52）およびマンドレルリング（35）（45）はいずれも熱膨張により寸法が拡大する（Ａ_Ｔ、Ｂ_Ｔ）。この図に示すように、常温（Ｔ_１）において、マンドレルリングの内径（Ｂ_Ｔ１）は心棒の外径（Ａ_Ｔ１）よりも大きく、実寸としてＢ_Ｔ１−Ａ_Ｔ１の隙間がある。温度（Ｔ）が上昇すると、心棒（32）（52）およびマンドレルリング（35）（45）は、それぞれの基材（39a）（49a）の熱膨張係数（α_１）（α_２）に応じて径が大きくなる。Ｔ_２＞Ｔ_１を満足する任意の温度（Ｔ_２）における心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ２）およびマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ２）は、下記の（I）式および（II）式で表される。

Ａ_Ｔ２＝Ａ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_１＋Ａ_Ｔ１ …（I）
Ｂ_Ｔ２＝Ｂ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_２＋Ｂ_Ｔ１ …（II）
ただし、α_１：心棒を構成する材料の熱膨張係数
α_２：マンドレルリングの基材を構成する材料の熱膨張係数
Ｔ_１：常温
Ｔ_２：高温（＞Ｔ_１）
Ａ_Ｔ１：常温（Ｔ_１）時の心棒の外径
Ｂ_Ｔ１：常温（Ｔ_１）時のマンドレルリングの内径（＞Ａ_Ｔ１）

常温（Ｔ_１）においてマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ１）を心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ１）よりも大きい寸法で製作すると、両者の寸法差により心棒（32）の外周面とマンドレルリング（35）（45）の内周面との間には隙間（Ｓ_１）があるので、容易に外嵌めすることができる。

そして、ダイス温度が上昇すると、心棒（32）（52）の外径拡大量がマンドレルリング（35）（45）の内径拡大量を上回るために隙間（Ｓ_１）は減少していき、この隙間（Ｓ_１）が無くなるとマンドレルリング（35）（45）は心棒（32）（52）に固定される。

熱膨張係数はα_１＞α_２であるから、図１１に参照されるように、温度上昇に伴い、温度（Ｔ_Ｚ）において心棒（32）（52）の外径（Ａ_ＴＺ）とマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_ＴＺ）が等しくなった時点で隙間（Ｓ_１）が無くなり、マンドレルリング（35）（45）は心棒（32）（52）から外れなくなって固定された状態となる。さらに温度が上昇すると、心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ）がマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ）を上回る。心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ）がマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ）を上回る温度領域（Ｔ＞Ｔ_Ｚ）では、心棒（32）（52）の膨張力がマンドレルリング（35）（45）を内側から締め付ける力として作用し、マンドレルリング（35）（45）に周方向の引張力が付与されるので、ますます心棒（32）（52）から外れにくくなってしっかりと固定される。

（第１参考形態）
マンドレル（30）は、常温（Ｔ_１）時における隙間（Ｓ_１）が軸線と平行であるから、ダイス温度が上昇する過程で隙間（Ｓ_１）は平行を保ちながら狭くなっていき、Ｔ≧Ｔ_Ｚなる温度領域において隙間（Ｓ_１）が無くなって心棒（32）の外周面（32a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）とが全面で接触する（図５Ｂ参照）。

（第２実施形態）
マンドレル（40）は、常温時（Ｔ_１）における隙間（Ｓ_１）が上流側ほど狭くなっているので、ダイス温度が上昇する過程で、最初に心棒（32）の上流端において隙間（Ｓ_１）が無くなり、隙間（Ｓ_１）の無い領域が下流側に拡大していく（図７Ｂ参照）。そして、上流側に形成される接触面（41）は、常温（Ｔ_１）時のマンドレルリング（45）の内周面（45a）に倣って下流側に向かって外向きに傾斜する傾斜面となる。

なお、本実施形態では、図７Ｂに示すように、押出時のダイス温度（Ｔ_２）において上流側で心棒（32）とマンドレルリング（45）とが接触し下流側で隙間（Ｓ_１）が残るように、マンドレルリング（45）の上流端における内径（Ｂ_Ｔ１）および内周面（45a）のテーパー角度、心棒（32）の外径（Ａ_Ｔ１）が設定されているが、本発明はこのような寸法設定に限定するものではない。接触面が押出の下流側に向かって外向きに傾斜していれば足り、上記の寸法設定により、心棒とマンドレルリングを全領域で接触させることも、上流側または中間部で接触させることも可能であり、複数箇所で接触する場合も本発明に含まれる。さらには、心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面は平滑面であることに限定されず、一方に設けられた突起部を他方に食い込ませるような接触構造も本発明に含まれる。

（第３実施形態）
マンドレル（50）は、常温時（Ｔ_１）における隙間（Ｓ_１）は下流側ほど狭くなっているので、ダイス温度が上昇する過程で、最初に心棒（52）の下流端において隙間（Ｓ_１）が無くなり、隙間（Ｓ_１）の無い領域が上流側に拡大していく（図９Ｂ参照）。常温時（Ｔ_１）における隙間（Ｓ_１）は下流側ほど狭くなっているので、押出時のダイス温度（Ｔ_２）においては、マンドレルリング（35）は下流側ほど大きな力で締め付けられる。このため、図９に示すように、心棒（52）の外周面（52a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）との界面にかかる応力場に違いが現れ、圧力は下流側ほど高く上流側ほど低くなる。そして、このような圧力分布の違いにより、押出方向とは逆向きの力（Ｆ）が作用する。この逆向きの力（Ｆ）は押出材料がマンドレルリング（35）を下流側に押す力に抗して作用するので、押出中のマンドレルリング（35）の下流側への動きが抑制され、マンドレルリング（35）の位置安定性が向上する。

なお、本実施形態では、図９Ｂに示すように、押出時のダイス温度（Ｔ_２）において、下流側で心棒（52）とマンドレルリング（35）とが接触し、上流側で隙間（Ｓ_１）が残るように、マンドレルリング（35）の内径（Ｂ_Ｔ１）、心棒（52）の下流端における外径（Ａ_Ｔ１）および外周面（32a）のテーパー角度が設定されていることを示しているが、本発明はこのような寸法設定に限定するものではない。常温時の隙間が押出の下流側で狭くなるように設定されていれば上記効果が得られるので、軸線に平行な心棒の外周面と下流側に向かって内向きに傾斜するマンドレルリングの内周面との組み合わせ、傾斜方向の異なるテーパー面の組み合わせ、同方向に傾斜して角度の異なるテーパー面の組み合わせも本発明に含まれる。また、心棒とマンドレルリングとが全領域で接触する場合も本発明に含まれる。さらには、前記隙間の大きさが押出方向の全域で変化していることにも限定されず、軸線方向の一部に隙間（Ｓ_１）の大きさが一定となされた芯合わせ部を設けることも可能である。

本発明において、押出時のダイス温度（Ｔ_２）において心棒とマンドレルリングとが全領域で接触することは必須の条件ではない。このことは第２実施形態および第３実施形態が示している。しかしながら、両者の接触面積が大きいほど締め付け力が利いてマンドレルリングの固定安定性が向上することから、マンドレルリングの内周面の面積の２０％以上、特に５０％以上が心棒の外周面に接触することが好ましい。かかる接触面積率は、心棒およびマンドレルリングの基材の材料選定および寸法設定によって調節できる。

（心棒とマンドレルリングの締め代）
押出時、ダイスは所定温度に加熱されて常温（Ｔ_１）よりも高温となる。従って、図５Ｂ、７Ｂ、９Ｂに示すように、押出時のダイス温度（Ｔ_２）において、心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ２）がマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ２）と等しくなるか、心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ２）がマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ２）を上回るように、常温（Ｔ_１）時の心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ１）およびマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ１）を設定すれば、マンドレルリング（35）（45）を心棒（32）（52）に固定した状態で押出を行うことができる。そして、マンドレルリング（35）（45）が心棒（32）（52）に固定された状態で押出を行うと、押出材（1）の偏肉が抑制されて高品質の押出材（1）を製造することができる。ただし、心棒（32）（52）の膨張力が過剰になってマンドレルリング（35）（45）の引張力の限界を超えるとマンドレルリング（35）（45）が破損するので、材料の熱膨張係数（α_１、α_２）と押出時のダイス温度（Ｔ_２）を勘案して、高温時に適度な引張力を生じさせるように、常温（Ｔ_１）時の心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ１）およびマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ１）を設定する。

ここで、任意の温度（Ｔ）における心棒（32）（52）とマンドレルリング（35）（45）との締まり具合および緩み具合を、心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ）とマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ）の比率に基づいて、下記（III）式の締め代（Ｘ_Ｔ）として定義する。Ａ_Ｔ＜Ｂ_Ｔ、即ち両者の間には隙間がある状態ではＸ_Ｔ＜０となり、締め代（Ｘ_Ｔ）値が小さくなるほど緩みが大きいことを示している。一方、Ａ_Ｔ＞Ｂ_Ｔ、即ち両者の間には隙間がなくマンドレルリング（35）（45）が内側から心棒（32）（52）に締め付けられている状態ではＸ_Ｔ＞０となり、締め代（Ｘ_Ｔ）の値が大きくなるほど締め付け力大きいことを示している。Ａ_Ｔ＝Ｂ_Ｔ（Ｘ_Ｔ＝０）は、両者間に隙間はないが締め付け力が利いていない状態である。
Ｘ_Ｔ（％）＝（Ａ_Ｔ／Ｂ_Ｔ−１）×１００ …（III）

さらに、（III）式により、常温（Ｔ_１）時および高温（Ｔ_２）時（押出時のダイス温度）における心棒（32）（52）とマンドレルリング（35）（45）との締め代（Ｘ_Ｔ１）（Ｘ_Ｔ２）は、それぞれ（IV）式および（V）式により表わされる。
Ｘ_Ｔ１（％）＝（Ａ_Ｔ１／Ｂ_Ｔ１−１）×１００ …（VI）
Ｘ_Ｔ２＝（Ａ_Ｔ２／Ｂ_Ｔ２−１）×１００
＝{〔Ａ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_１＋Ａ_Ｔ１〕/〔Ｂ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_２＋Ｂ_Ｔ１〕−1}×100
…（V）

心棒（32）（52）およびマンドレルリング（35）（45）は、常温（Ｔ_１）時にＡ_Ｔ１＜Ｂ_Ｔ１となるように製作されるのでＸ_Ｔ１＜０となり、締め代（Ｘ_Ｔ１）は両者間の隙間があって緩んだ状態を示している。一方、押出時のダイス温度（Ｔ_２）において両者間の隙間が無くなってＡ_Ｔ２≧Ｂ_Ｔ２であるから、その締め代（Ｘ_Ｔ２）は０または正値となり、締め付け力が利いている状態を示している。また、Ｘ_Ｔ２＜０は、押出時のダイス温度（Ｔ_２）においても緩みがあってマンドレルリング（35）（45）が心棒（32）（52）に固定されていない状態を示している。

前記締め代（Ｘ_Ｔ２）が大きくなるほど締め付け力も強くなり、マンドレルリング（35）（45）がしっかりと固定されて外れにくくなるが、上述したように締め付け力が過度に大きくなるとマンドレルリング（35）（45）が破損するおそれがある。また、押出時には材料流れにより押出方向の力もが加わる。これらを勘案すると、前記締め代（Ｘ_Ｔ２）は０．３％以下が好ましい。前記締め代（Ｘ_Ｔ２）が０または正値である限り下限値は規定されないが、確実に固定するために０．０５％以上が好ましい。特に好ましい締め代（Ｘ_Ｔ２）は０．１５〜０．２５％である。なお、締め代（Ｘ_Ｔ２）の適正範囲は、心棒（32）（52）およびマンドレルリング（35）（45）の材質、マンドレルリング（35）（45）の厚み等によって異なる。

従って、常温（Ｔ_１）時に隙間（Ｓ_１）が最小となり押出時のダイス温度（Ｔ_２）時に締め付け力が最大となる部分において、高温（Ｔ_２）時の締め代（Ｘ_Ｔ２）が０〜０．３％となるように心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ１）およびマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ１）を設定すれば良い。その他の部分における締め代は、常温（Ｔ_１）時の隙間（Ｓ_１）の大きさに応じた値となる。

また、常温（Ｔ_１）時の締め代（Ｘ_Ｔ１）は負値である限り限定されない。心棒（32）（52）の外径（Ａ_Ｔ１）がマンドレルリング（35）（45）の内径（Ｂ_Ｔ１）よりも小さいので、これらの組み付け作業は容易である。押出ダイスは、押出が終わって常温（Ｔ_１）に冷却されると常温（Ｔ_１）時の締め代（Ｘ_Ｔ１）に戻って緩みが生じるので、心棒（32）（52）からマンドレルリング（35）（45）を取り外すことができる。従って、摩耗したマンドレルリングの取り外し、新しいマンドレルリングの取り付けといったメンテナンスを容易に行える。

なお、図５Ａ、５Ｂ、７Ａ、７Ｂ、９Ａ、９Ｂは、径方向の熱膨張を説明するための模式図であって、押出軸方向の熱膨張は表わされていない。

〔マンドレルリングの押出軸方向における固定〕
上記実施形態のマンドレル（30）（40）（50）においては、心棒（32）（52）の先端に、マンドレルリング（35）（45）の内径よりも径の大きいナット（37）が着脱自在に取り付けられている。高温（Ｔ_２）時のマンドレルリング（35）は心棒（32）（52）によって径方向に締め付けられて固定されるが、押出中は材料の流れにより下流側への力が加わる。そこで、前記マンドレル（30）（40）（50）においては、ナット（37）を取り付けることでマンドレルリング（35）（45）の抜け落ちを確実に防ぎ、固定安定性を高めている。また、ナット（37）を取り付けて押出軸方向の拘束力を加えることで、心棒（32）（52）の膨張力による締め付けのみで固定する場合よりも、締め代（Ｘ_Ｔ２）を小さくすることができるので、締め代（Ｘ_Ｔ２）の増大によるマンドレルリング（35）（45）の破損の危険性を回避できる。

また、ナット（37）を取り付けるマンドレル（30）（40）（50）においては、心棒（32）およびマンドレルリング（35）（45）の押出軸方向における寸法にも常温（Ｔ_１）時に差を設けておき、高温（Ｔ_２）時にナット（37）がマンドレルリング（35）に当接して、マンドレルリング（35）（45）がナット（37）によって確実に拘束されるようにすることが好ましい。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、第１参考形態のマンドレル（30）を例示して心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向における好ましい寸法関係を示している。図１２Ａに示す常温（Ｔ_１）時において、心棒（32）の長さはマンドレルリング（35）の長さよりも短く、ボルト部（34）に螺合させたナット（37）はマンドレルリング（35）を締め付けている。心棒（32）には、心棒（32）とナット（37）との間の隙間（Ｓ_２）に応じた引張力が付与され、マンドレルリング（35）は押出軸方向に拘束されている。図１２Ｂは図１２Ａの押出時のダイス温度（Ｔ_２）時の状態を示す図であり、心棒（32）およびマンドレルリング（35）がそれぞれに膨張した状態を示している。心棒（32）の熱膨張係数（α_１）とマンドレルリング（35）の基材（39a）の熱膨張係数（α_２）はα_１＞α₂の関係にあるので、心棒（32）の寸法拡大量がマンドレルリング（35）の寸法拡大量を上回り、前記隙間（Ｓ_２）は減少方向に変化する。この隙間（Ｓ_２）の減少により、心棒（32）に付与される引張力は減少し、マンドレルリング（35）に対する締め付け力は減少するが、隙間（Ｓ_２）がある限りがナット（37）による抑えが利いているので、マンドレルリング（35）が押出軸方向にずれることはない。即ち、マンドレルリング（35）は径方向と押出軸方向の両方向に拘束されて固定されている。このように、押出軸方向の拘束が加わることで、上述した径方向の締め代（Ｘ_Ｔ２）を小さくしても、マンドレルリング（35）の固定安定性を維持することができる。ひいては、マンドレルリング（35）に付与される周方向の引張力を軽減して、締め代（Ｘ_Ｔ２）の増大による破損を回避することができる。

これに対し、図１３Ａは、常温（Ｔ_１）において心棒（32）とマンドレルリング（35）の長さが等しく、心棒（32）とナット（37）との間に隙間（Ｓ_２）が無い状態を示している。図１３は、図１３Ａの押出時のダイス温度（Ｔ_２）における状態を示す図であり、熱膨張により心棒（32）がマンドレルリング（35）よりも長くなって、マンドレルリング（35）とナット（37）との間に隙間（Ｓ_３）が生じている。このような状態では、マンドレルリング（35）に対してナット（37）による抑えが利かなくなり、押出軸方向の固定安定性が低下する。また、このような状態でマンドレルリング（35）のずれを確実に阻止するには、径方向の締め代（Ｘ_Ｔ２）を十分に大きくする必要があるので、マンドレルリング（35）が破損する可能性も増大する。

なお、図１２Ａおよび図１２Ｂでは常温（Ｔ_１）時に心棒（32）がマンドレルリング（35）より短い場合を示したが、その差が小さく押出時のダイス温度（Ｔ_２）時に長さが逆転して心棒（32）がマンドレルリング（35）よりも長くなれば、図１３Ｂのようにナット（37）による抑えが利かなくなる。

以上より、押出時のダイス温度（Ｔ_２）においてマンドレルリング（35）にナット（37）による締め付け力が作用するように、常温（Ｔ_１）時の心棒（32）およびマンドレルリング（35）の押出軸方向の寸法を設定しておくことが好ましい。ダイスの温度上昇に伴って、マンドレルリング（35）とナット（37）は緩む方向に変化するので、押出時のダイス温度（Ｔ_２）時にナット（37）による締め付け力を確実に利かせるためには、少なくとも常温（Ｔ_１）時にナット（37）がマンドレルリング（35）を締め付けている必要がある。第２実施形態のマンドレル（50）および第３実施形態のマンドレル（50）において、ナット（37）による締め付け力を利かせるための寸法設定は第１参考形態のマンドレル（30）と共通である。

さらに、第２実施形態および第３実施形態のマンドレル（40）（50）においては、マンドレルリング（45）の内周面（45a）または心棒（52）の外周面（52a）がテーパー面で形成されることによって、マンドレルリング（45）（35）の抜け止め効果を得ている。

第２実施形態のマンドレル（40）では、常温（Ｔ_１）のマンドレルリング（45）の内周面（45a）がマンドレル（40）の軸線に対して下流側に向かって外向きに傾斜するテーパー面で形成されているため、押出時のダイス温度（Ｔ_２）時における接触面（41）もマンドレルリング（45）の内周面（45a）の傾斜方向に倣って下流側に向かって広がる外向きの傾斜面となる（図５Ｂ参照）。このため、押出材料の流れがマンドレルリング（45）を下流側へ押そうとしても、外向きの傾斜面（接触面）（41）がその動きを阻止する方向に作用して抜け止め効果を奏する。従って、マンドレルリング（45）の動きが抑制されて高い固定安定性が得られる。前記接触面（41）の位置は、常温（Ｔ_１）時の隙間（Ｓ_１）の大きさや熱膨張率（α_１、α_２）の差によって決まるので、常温（Ｔ_１）時に上流側に向かって狭くなる隙間（Ｓ_１）を有する本実施形態においては、その傾斜角度（θ_Ｔ２）は常温（Ｔ_１）時のマンドレルリング（45）の内周面（45a）のテーパー角度（θ_Ｔ1）から僅かに変化するが、傾斜方向は維持される。

前記接触面（41）は僅かでも傾斜していれば上述した抜け止め効果が得られるので、本発明は接触面（41）の傾斜角度（θ_Ｔ２）を限定するものではない。ただし、接触面（41）のマンドレル（40）の軸線に対する傾斜角度（θ_Ｔ２）が大きくなるほどその効果は増大するので、前記傾斜角度（θ_Ｔ２）は０．０５〜３°が好ましく、特に０．１〜２°が好ましい。

また、本実施形態のマンドレル（40）は心棒（32）の先端側（下流側）からマンドレルリング（45）を外嵌めする構造であるので、両者の接触面積の確保と外嵌め可能なマンドレルリング（45）の最小径と心棒（32）の最大径とを勘案すると、常温（Ｔ_１）時のテーパー角度（θ_Ｔ１）は自ずと制限され、接触面（41）の傾斜角度（θ_Ｔ２）も相応の角度に制限される。ただし、心棒を基端部に対して脱着自在とし、心棒の根本側（上流側）からマンドレルリングを嵌める構造にすれば、上記のテーパー角度（θ_Ｔ１）および傾斜角度（θ_Ｔ２）を大きくすることができる。かかる構造のマンドレルについては第４実施形態において後に詳述する。

第３実施形態のマンドレル（50）では、図１０に示すように、マンドレルリング（35）を径方向に締め付ける圧力の分布の差によって生じる力（Ｆ）によって、マンドレルリング（35）が軸線方向にも拘束されるので抜け止め効果が得られる。

〔マンドレルリングの周方向における位置決め〕
マンドレルにおいては、心棒およびマンドレルリングの孔の断面形状を非円形に形成することにより、マンドレルリングの周方向の回動を阻止することができる。これにより、周方向のずれがなくなって固定安定性を高めるとともに、マンドレルリングの位置決めを行うことができる。特に、押出材の中空部の形状が円以外の場合は、周方向の位置決めが必要となるため、適用意義が大きい。

〔心棒の脱着〕
本発明においては、マンドレルの心棒をダイスの基盤部に対して脱着自在とすることもできる。

（第４実施形態）
図１４〜図１５Ｂに示すマンドレル（60）は、図１に参照される雄型（20）の基盤部（21）から一体に続く台座（24）に対して着脱自在に取り付けられる心棒（61）とこの心棒（61）に外嵌めされるマンドレルリング（35）とにより構成されている。図１４〜図１５Ｂにおいて、図１〜図５Ｂと共通の符号は同じものを表すものとして重複する説明を省略する。

前記心棒（61）はボルト形であり、マンドレルリング（35）の装着部位である本体部（62）の上流側には、心棒（31）を台座（24）に取り付けるための凸部（63）が該本体部（62）と同軸状に設けられ、下流側には、マンドレルリング（35）を抑える頭部（64）が設けられている。一方、マンドレルリング（35）は第１参考形態と同じものである。そして、心棒（61）の凸部（63）側からマンドレルリング（35）を嵌め、凸部（63）を台座（24）に取り付けると、本体部（62）に外嵌めされたマンドレルリング（35）は台座（24）の先端面と心棒（61）の頭部（64）との間に挟まれて軸線方向の所定位置に配置される。本実施形態においては、前記心棒（61）およびマンドレルリング（35）の材料と形状の両面により、押出時のダイス温度において、マンドレルリング（35）が心棒（61）に固定される。

図１４および図１５Ａは、常温（Ｔ_１）時におけるマンドレル（60）の要部断面図である。

前記心棒（61）の本体部（62）は外径が（Ａ_Ｔ１）の円柱形であり、その外周面（62a）は心棒（61）の軸線、即ちマンドレル（60）の軸線に対して平行である。前記凸部（63）は本体部（62）よりも径小であり、本体部（62）に続く部分が円柱形の芯合わせ部（65）であり、その外周面は心棒（61）の軸線、即ちマンドレルの軸線に平行である。この芯合わせ部（65）の上流側はさらに径小となされた雄ねじ部（66）である。前記頭部（64）はマンドレルリング（35）の内径よりも大きく、本体部（62）に嵌めたマンドレルリング（35）を下流側から抑えるものである。また、前記頭部（64）は本体部（62）に続く部分に径大のフランジ（67）が形成されている。

一方、台座（24）の先端面には、心棒（61）の凸部（63）に対応する凹部（25）が設けられている。前記凹部（25）は、開口側（下流側）が軸線に平行な内周面を有し心棒（61）の芯合わせ部（65）に対応する芯合わせ部（26）であり、奥側（上流側）が心棒（61）の雄ねじ部（66）に対応する雌ねじ部（27）である。この台座（24）の芯合わせ部（26）の内周面および前記心棒（61）の芯合わせ部（65）の外周面はいずれもマンドレル（60）の軸線に平行であるからこれらの芯合わせ部（65）（26）は平行である。

常温（Ｔ_１）において、前記マンドレル（60）の組み立てを行う。前記心棒（61）の凸部（63）側からマンドレルリング（35）を本体部（62）に外嵌めし、凸部（63）を台座（24）の凹部（25）に挿入して雄ねじ部（66）を雌ねじ部（27）に螺合させて、心棒（61）を台座（24）に固定する。このとき、前記心棒（61）の芯合わせ部（65）と台座（24）の芯合わせ部（26）とが平行に組み付けられることで、心棒（61）の軸線は台座（24）の軸線に高精度で合わされる。即ち、心棒（61）の凸部（63）の外周面と台座（24）の凹部（25）の内周面とが平行となる芯合わせ部（65）（26）を設けることで、雄ねじ部（66）と雌ねじ部（27）との螺合のみで心棒（61）を取り付けるよりも、高精度で芯合わせがなされた状態に取り付けられて固定され、ひいては押出材の偏肉が抑制される。また、マンドレルリング（35）は台座（24）の先端面と心棒（61）の頭部（64）との間に挟まれて軸線方向の所定位置に配置される。

上述したマンドレル（60）の組み立てが完了しても、常温（Ｔ_１）においては、心棒（61）の本体部（62）の外周面（62a）とマンドレルリング（35）の内周面（35a）との間には隙間（Ｓ_１）が存在している。本実施形態において、前記隙間（Ｓ_１）の大きさは軸線方向において一定である。

常温（Ｔ_１）時に心棒（61）とマンドレルリング（35）とを組み立てる際には、前記隙間（Ｓ_１）があるのでマンドレルリング（35）を心棒（61）に外嵌めすることは容易である。さらに、心棒（61）を台座（24）に固定して頭部（64）でマンドレルリング（35）を抑えると、心棒（61）の本体部（62）には押出方向の引張力が生じ、マンドレルリング（35）には押出方向の圧縮力が生じる。

ダイス温度が上昇すると、心棒（61）およびマンドレルリング（35）がそれぞれの熱膨張係数（α_１）（α_２）に従って膨張し、心棒（61）の本体部（62）には圧縮力が生じ、マンドレルリング（35）には周方向の引張力が生じる。そして、心棒（61）の本体部（62）の外径拡大量がマンドレルリング（35）の内径拡大量を上回るために隙間（Ｓ_１）は減少していき、図１５Ｂに示すように隙間（Ｓ_１）が無くなるとマンドレルリング（35）は心棒（61）の本体部（62）に固定される。

本実施形態の心棒（61）は頭部（64）が本体部（62）と一体になっているので、本体部（62）の軸線方向における熱膨張に伴って頭部（64）の位置が下流側に後退する。ダイス温度が上昇すると、心棒（61）とマンドレルリング（35）の熱膨張係数の差により本体部（62）の寸法拡大量はマンドレルリング（35）の寸法拡大量を上回るので、頭部（64）による締め付け力は弱くなる方向に変化する。ダイス温度が上昇しても、図１４Ｂに示すように、マンドレルリング（35）の両端が台座（24）の先端面および心棒（61）の頭部（64）に接触している限りは、相応の締め付け力が利いている。押出時のダイス温度（Ｔ_２）において頭部（64）による締め付け力を利かせるには、常温（Ｔ_１）時に温度上昇による緩み量を上回る強い締め付け力を付与しておく必要がある。常温（Ｔ_１）時において、心棒（61）の本体部（62）の長さ（Ｌ_１）をマンドレルリング（35）の長さ（Ｌ_２）よりも僅かに短く設定し、さらに心棒（61）の芯合わせ部（65）の長さ（Ｌ_３）を台座（24）の芯合わせ部（26）の長さ（Ｌ_４）よりも短く設定することにより、マンドレルリング（35）の両端を台座（24）の先端面および心棒（61）の頭部（64）に接触させ、さらに雄ねじ部（66）と雌ねじ部（27）の締め具合で心棒（61）位置の微調整を行いマンドレルリング（35）に付与する締め付け力の調節を行う。また、本体部（62）は下流側部分がテーパー状に縮径されて芯合わせ部（65）へと続いているので、ねじの緊締による心棒（61）の上流側への移動はスムーズに行われる。そして、常温（Ｔ_１）においてマンドレル（60）を組み立てる際に、ねじの締め具合によってマンドレルリング（35）に対する締め付け力を適宜調節しておき、押出時のダイス温度（Ｔ_２）に温度上昇して締め付け力が緩んでもなお頭部（64）がマンドレルリング（35）に接触している状態を維持するようにする。

ダイスの基盤部に対して心棒を脱着自在に取り付ける構造においては、心棒の交換が可能であり、かつメンテナンスをさらに簡単に行える。また、このような構造においては、マンドレルリングを心棒の上流側から嵌めることができるので、軸線に対して心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面の一方または両方を傾斜させる場合に、それらのテーパー角度の設計の自由度が基盤部と一体となった心棒を有するマンドレル（第１〜第３実施形態）よりも高い。例えば図１７Ａに示すように、心棒（72）の外周面（72a）およびマンドレルリング（75）の内周面（75a）が下流側に向かって外向きに傾斜するテーパー面で形成されたマンドレル（70）においては、マンドレルリング（75）の内径が最大となる下流側に本体部（72）の外径が最小となる上流側を挿入することになる。このため、心棒（72）の外周面（72a）のテーパー角度（θ_１）およびマンドレルリング（75）の内周面（75a）のテーパー角度（θ_２）を大きく設定しても心棒（72）とマンドレルリング（75）の組み立てが可能であるから、テーパー角度（θ_１）（θ_２）の設計の自由度が高い。図１７Ｂに示すように、前記マンドレル（70）は押出時のダイス温度（Ｔ_２）において、隙間（Ｓ_１）が無くなって本体部（72）の外周面（72a）とマンドレルリング（75）の内周面（75a）とが接触し、テーパー角度（θ_１）（θ_２）に応じた傾斜角度（θ_３）の接触面（79）が形成される。第２実施形態で説明したように、下流側に向かって外向きに傾斜する接触面は軸線方向におけるマンドレルリングの固定安定性を高める効果がある。従って、組み立ての可否によってテーパー角度（θ_１）（θ_２）が制限されない構造においては、接触面の傾斜角度（θ_３）が大きくなるように心棒およびマンドレルリングの寸法を設定することで、軸線方向におけるマンドレルリングの固定安定性の向上を図ることができる。

さらに、第１〜第３実施形態のように頭部（ナット）が心棒から外れるようにすれば、マンドレルリングは心棒の上流側、下流側のどちらからも嵌めることができるので、マンドレル設計の自由度が高くなる。

本発明の押出ダイスは、閉じられた中空部を有する中空材の押出のみならず、中空部の一部が開口した半中空材の押出にも適用することができる。

また、本発明の押出ダイスを用いて成形する材料は金属である限り何ら限定されず、アルミニウム、銅、鉄およびこれらの合金を例示できる。

本発明の押出ダイスは、中空部または半中空部を有する各種押出材の製造に利用できる。

１…押出材
10…ポートホールダイス
11…雌型
20…雄型（押出ダイス）
21…ダイス基盤
30、40、50、60、70…マンドレル
32、52、72…心棒
32a、52a、72a…外周面
35、45、75、80、82、84、86…マンドレルリング
81a…基材の上流側端面
81b…基材の下流側端面
35a、45a、75a、81c…内周面
39a、49a…基材
39b、49b…耐アルカリ被膜
36…ベアリング部

Claims (7)

1. 押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
   前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料からなる基材の少なくとも外周面に硬質の耐アルカリ被膜が形成されてなり、
   前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時に両者間に隙間があり、押出時のダイス温度（Ｔ _２ ）時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触し、その接触面が、マンドレルの軸線に対し、押出の下流側に向かって外向きに傾斜する傾斜面となるように設定され、
   常温（Ｔ_１）時の隙間が最小となる部分において、押出時のダイス温度（Ｔ_２）における心棒とマンドレルリングとの締め代（Ｘ_Ｔ２）が下記式で表されるとき、常温（Ｔ_１）時における前記心棒の外径（Ａ_Ｔ１）およびマンドレルリングの内径（Ｂ_Ｔ１）が前記締め代（Ｘ_Ｔ２）が０〜０．３％となるように設定されていることを特徴とする押出ダイス。
   Ｘ_Ｔ２＝{〔Ａ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_１＋Ａ_Ｔ１〕/〔Ｂ_Ｔ１×（Ｔ_２−Ｔ_１）×α_２＋Ｂ_Ｔ１〕−1}×100
   ただし、α_１：心棒を構成する材料の熱膨張係数
   α_２：マンドレルリングの基材を構成する材料の熱膨張係数（α_１＞α_２）
   Ｔ_１：常温
   Ｔ_２：押出時のダイス温度（＞Ｔ_１）
   Ａ_Ｔ１：常温（Ｔ_１）時の心棒の外径
   Ｂ_Ｔ１：常温（Ｔ_１）時のマンドレルリングの内径（＞Ａ_Ｔ１）
2. 前記マンドレルリングは、基材の外周面および内周面にのみ耐アルカリ被膜が形成されてなる請求項１に記載の押出ダイス。
3. 前記マンドレルはダイスの基盤部から突出し、前記心棒が前記基盤部に対して着脱自在に取り付けられる請求項１または２に記載の押出ダイス。
4. 押出材の内面を成形するマンドレルが、心棒と、該心棒に外嵌めされるマンドレルリングとを有し、
   前記マンドレルリングは、心棒よりも熱膨張係数の小さい材料からなる基材の少なくとも外周面に硬質の耐アルカリ被膜が形成されてなり、
   前記心棒の外周面およびマンドレルリングの内周面が、マンドレルリングを心棒に外嵌めした状態において、常温時（Ｔ _１ ）に両者間に、押出の下流側で狭くなり上流側で広くなる隙間が存在し、押出時のダイス（Ｔ _２ ）温度時に、マンドレルの軸線方向の少なくとも一部においてその隙間が無くなって両者が接触するように設定され、
   常温（Ｔ _１ ）時の隙間が最小となる部分において、押出時のダイス温度（Ｔ _２ ）における心棒とマンドレルリングとの締め代（Ｘ _Ｔ２ ）が下記式で表されるとき、常温（Ｔ _１ ）時における前記心棒の外径（Ａ _Ｔ１ ）およびマンドレルリングの内径（Ｂ _Ｔ１ ）が前記締め代（Ｘ _Ｔ２ ）が０〜０．３％となるように設定されていることを特徴とする押出ダイス。
   Ｘ _Ｔ２ ＝{〔Ａ _Ｔ１ ×（Ｔ _２ −Ｔ _１ ）×α _１ ＋Ａ _Ｔ１ 〕/〔Ｂ _Ｔ１ ×（Ｔ _２ −Ｔ _１ ）×α _２ ＋Ｂ _Ｔ１ 〕−1}×100
   ただし、α _１ ：心棒を構成する材料の熱膨張係数
   α _２ ：マンドレルリングの基材を構成する材料の熱膨張係数（α _１ ＞α _２ ）
   Ｔ _１ ：常温
   Ｔ _２ ：押出時のダイス温度（＞Ｔ _１ ）
   Ａ _Ｔ１ ：常温（Ｔ _１ ）時の心棒の外径
   Ｂ _Ｔ１ ：常温（Ｔ _１ ）時のマンドレルリングの内径（＞Ａ _Ｔ１ ）
5. 前記マンドレルリングは、基材の外周面および内周面にのみ耐アルカリ被膜が形成されてなる請求項４に記載の押出ダイス。
6. 前記マンドレルはダイスの基盤部から突出し、前記心棒が前記基盤部に対して着脱自在に取り付けられる請求項４または５に記載の押出ダイス。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の押出ダイスを用い、心棒とマンドレルリングとの間の軸線方向の少なくとも一部において隙間が無くなる温度で押出を行い、押出後のダイスメンテナンスにおいてアルカリ洗浄を行うことを特徴とする押出方法。
   

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