JPS6234444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、素材の長さに制約を受けることなく
無限長に連続する複合線条体を、長手方向に均一
な品質を確保しつつ、高能率に製造する方法に関
するものである。

従来知られている複合線条体の製造方法は、も
つぱらラム式押出法によるものであつた。すなわ
ち、従来知られている方法には、高圧のラム式プ
レスのコンテナの内部に芯材および筒状の外層材
を複合一体化したビレツトを投入しこれらを背後
からラムにより押出し、前記ビレツトをダイによ
り縮径して複合線条体に成形する方法があるが、
得られる複合線条体の条長はビレツトの大きさに
よつてきびしく制約されるという大きな欠点があ
る。これとは別に例えば、特公昭43―18274号公
報に開示されている複合線の製造方法は、上記の
欠点を改良し、長尺化を可能にしようとしている
ものであるが、それでもなお、製品の品質の上か
らみると、なお解決が必要な多くの問題点を有し
ている。すなわち、本方法は、自由長の芯材の周
上に高圧ラム式プレスのコンテナ内に収容したビ
レツトを外層材として押出被覆するものである
が、この場合、複合される一方の芯材のみは比較
的自由長にとることができるものの外層材につい
ては依然としてビレツトが使用されるからプレス
のコンテナの容積に依存せざるを得ず、長尺材を
得ようとすれば、いつたんプレスを停止しビレツ
トを再投入して押し継ぎする方法をとらざるを得
ない。

従つて、この方法では第１に装置の停止、ビレ
ツトの再投入などによる生産速度の低下は避けら
れず、第２に装置停止中に芯材が高温のプレス内
に停溜するために材質上の変化が起る上、外層材
にしてもいわゆる押し継ぎ部分は品質が安定せ
ず、この継ぎ目においては長手方向に、機械的に
強度の低下した品質的に不安定な部分があらわ
れ、製品上欠陥となる。しかも、このラム式押出
法に随伴する品質的な不安定性は、ひとり継ぎ目
部分にのみとどまるものではない。つぎに詳記す
るようにラム式押出法には外層材の品質が長手方
向に一定しないという宿命的な欠点を有している
のである。すなわち、押出しすべき素材たるビレ
ツトは背後から押圧を受けたときにその周面にお
いてコンテナ壁面との間に摩擦を生じるが、この
ビレツトとコンテナ壁面との摩擦は、複合線条体
の押出圧力につねに変動を与えるのである。これ
は要するに、ビレツトの押し初めの未だ形状の大
きいときは、コンテナ壁面との接触もそれだけ大
きく、従つて前記摩擦も大きいから、ラムによる
押出圧力はこのコンテナ内面との摩擦により低減
せしめられ、材料が複合される位置にまで到達す
る圧力は小さくなる。一方押し終りではもはや前
記摩擦は無視できる程度となり、押出圧力は全体
として大きくなる。寸法、形状、接着性の安定し
た複合線条体を入手するには、押出圧力が定常化
し、押出速度も一定であることが必須の条件であ
るが、上記のようにビレツトの形状により押出圧
力に変動があると、界面の接着にも、外形寸法に
も、偏心度合にも、表面状態にも当然悪影響が生
じ、これの防止には多くの困難と設備の複雑化を
伴うことは避けられないのである。

しかも、すでにみたように、この再投入部で芯
材は高温のプレス内に停溜する結果、芯材の機械
的強度が部分的に低下するという欠点がある。

このようなラム式押出法の欠陥を改善するため
に、キヤタピラを用いて外層材となる素材に押出
圧力を付与する方法が実験的に提案されたことが
あるが、キヤタピラによりプレス押出のような高
い押出圧力を発生させることは不可能であり、界
面接着のためにきわめて高い押出圧力を要求する
複合線条体の製造に適用することは不可能であ
る。

発明者らは、長年にわたり複合線条体の製造に
係る研究開発にたずさわつてきて、つねに上記諸
問題に直面し、これの解決方法を模索しつづけて
きた。

押出方法として、例えば特開昭47―31859号あ
るいは特開昭49―65369号公報に開示の押出方法
は、すでにみた方法と異なり、可動ホイールの回
転による接触摩擦抵抗に依存して押出圧力を発生
せしめるものである。

これは第８図にみるように10mm径ほどの荒引線
である材料７を３mm径ほどの線材に成形するいわ
ば伸線機の一種であり、発明者らは、当所この方
式が複合線条体の押出しに適用できようとは想い
到らなかつた。

それは、第１に本方式は本質的に接触摩擦に依
存しており前記キヤタピラ方式と同様な方式であ
ると考えられ、十分に高い圧力が得られるかどう
かについて疑問が大きかつたこと、第２に圧力発
生源が純摩擦力のみに依存しているから空すべり
などによる発生圧力の不安定さが随伴するであろ
うと予測され、単体物の押出しならいざ知らず、
複合線条体をつくる上に必要な定常的な圧力を得
ることはむずかしいと考えられたこと、第３に品
質面からみてすでにみたように複合線条体の製造
には、定常的圧力下で安定した速度で外層材が供
給されねばならず、そうでないと、外径の太すぎ
るところ細すぎるところ材料の欠損してしまつて
いるところなどがあらわれて品質的に問題である
こと、そしてまた、第４に材料の供給路がホイー
ル外周に形成された細長い溝であり、しかも当の
ホイールは高速回転しているのであつて、芯材を
ラム式におけるように簡単には供給できそうにな
いこと、さらに第５として、仮にも芯材の供給が
できたとしても押出圧力発生源となる通路は、回
転しているホイールと固定シユーブロツクにより
形成されているため、ホイールの中心側と外表面
側とで通路内にある材料の移動速度に差があるか
ら、複合せしめ得たとしても外層材に偏肉が生じ
てしまうであろうと考えられたこと、などなどの
理由による。

しかしながら、発明者らは、本回転ホイール方
式による押出方法が、前記ラム式押出方法におい
ては考えられない無限長の製品押出しが可能であ
るという一大長所を有していることにあらためて
注目し直した。そして、この押出し方法により如
何ようにしてか複合線条体の製造を達成せしめん
ものと、鋭意検討を開始した。そして、基本的な
可能性を模索するために、本回転ホイール方式の
もつ特有の構成に対し、詳細な構造力学的解析を
加え、それに基く材料の塑性力学的挙動に詳細な
分析を加え、シミユレーシヨンによる数理解析な
どを行なつた結果、本回転ホイール方式を用い、
それが一大特徴とする無限長の複合線条体を高品
質を確保しつつ高能率に入手可能とした本発明に
係わる製造方法を完成するにいたつたものであ
る。そこに到達するまでの過程が如何に困難なも
のであつたかは、回転ホイール押出方式が早くか
ら提案されながら本発明以前に本回転ホイール方
式による複合線の押出方法については全く提案さ
れていない事実によつて理解できよう。

回転ホイールによる押出方式は基本的には第８
図に示すように、駆動軸１に取付けられたホイー
ル２のエンドレス溝３とシユー４により材料７を
送り込む輸送通路を形成し、当該輸送通路の奥に
材料７の受け部５および押出し成形するダイ６を
設けておいて、当該ダイより材料を押出す方法で
あるが、この場合の押出圧力は、ホイール２の矢
印方向の回転により、溝３と材料７との接触摩擦
抵抗に依存して、通路の奥に材料７が強制的に送
り込まれることにより発生する。従つて、当然の
ことながら材料７における発生圧力は、通路の入
口近傍では未だ小さく通路の奥にすすむに従つて
高圧力となる。問題はこのときの最大圧力値であ
り、その圧力値が複合線条体の界面接着に十分寄
与可能な値となるかということである。

発明者らはこの圧力分布について詳細な解析を
試みた結果、その圧力は予想以上に大きく、最初
の予想に反して、複合線条体の押出に十分寄与可
能な圧力に到達することを発見した。

いま、通路における材料７とホイール２との接
触弧の角座標をφとし、角座標φ点における材料
７の分布圧力Ｐ（φ）、材料の降状応力をσ_０と
した場合(1)式が成立する。

Ｐ（φ）／σ_０ ＝Ce−２μ（Rw／Ri）（φ_０−φ） …(1) ここに、 μ：加工材の有効摩擦係数 Rw：ホイールの半径 Ri：押出前の素材の半径 φ_０：ホイールとシユーの接触孤の長さ Ｃ：常に正の値よりなる定数 第９図は(1)式に基づきシユーに沿う角座標φに
おける素材（この場合アミニウム使用）の分布圧
力を図示したものである。第９図より明らかなよ
うにφ＝90゜（第１図でダイ１６の存在するとこ
ろ）に近づくにつれ、急激に立ち上つて圧力分布
の最大値が得られることがわかる。数理解析およ
び実験の結果、この立ち上つた分布圧力の最大値
は、素材の降状応力の数倍の値に達することが判
明するとともに、このような高圧力下であれば複
合材の界面接着のために十分適用可能であるとの
結論に到達するにいたつた。この結論にいたる過
程は、バリの発生の防止という別の重要な解決課
題を含め、数々の試行錯誤の結果によるものであ
つたとは勿論である。

そしてまた、素材の塑性流動の挙動に関する解
析は複合線条体の製造の有効性を確かなものとし
た。

これを第５〜７図により説明する。上記通路１
３に供給された外層材１２の塑性変形状態をみる
と、まず外層材１２の速度分布は、可動ホイール
１１と固定シユーブロツク１４との間で著しい速
度差を受けることから第５図に示されるとおりと
なる。その結果、外層材１２に作用する内部せん
断力の値は第６図に示されるように当然大きくな
り、さらに外層材１２の流れは第７図に示される
ように通路の奥のある領域では非常に複雑な流れ
となる。そして、その結果第６図にみられるよう
に非常に大きいせん断が芯材１８の周上全体に作
用し、いわゆる摩擦圧接の状態をつくる効果とな
りこれが芯材１８と外層材１２との接着に著しい
結果をもたらすものであることは、治金学上当然
導き出されることである。

かくして、最後に残された課題は、高速に回転
しているホイールに向つて、芯材をどのように供
給するかという点であつた。ラム式押出法で行な
われているように、芯材と素材とを同時供給する
ことは不可能であるし、同時供給ができないとす
れば、どこのどのように供給するかが問題であつ
たが、この課題については試行錯誤の結果、(1)芯
材と素材を同じ入口から通路に供給せず、芯材を
別なところから供給する。(2)その芯材の供給位置
を素材が供給された奥における高圧力発生状態部
分の中とする、という二つの構成によつて最終的
に解決可能なことを見出し、ここに前記従来の複
合線条体の製造において宿命的に避け得なかつた
数々の欠点を一気に解決し得た画期的複合線条体
の製造方法を提案し得るにいたつたものである。

以下に本発明を図面をもちいて具体的に説明す
る。

第１図に示される押出装置、本発明の基本とな
るものであつて、周端面にエンドレス溝１０を有
する可動ホイール１１と、このホイール１１の周
端面に係合されていて前記溝１０との間に外層材
１２の輸送通路１３を形成した固定シユーブロツ
ク１４とからなる。ホイール１１は一体物であつ
てもよいが、三つの円板材料を組合わせても構成
することができる。

シユーブロツク１４は前記通路１３の一端をふ
さぐ受け部１５を有すると共にこの受け部１５の
一部にダイ１６を有し、さらにダイ１６と反対側
のブロツクに通路１３に通じる芯材供給路１７を
有する。この芯材供給路１７は、芯材１８がダイ
１６を通つて直線的に移動することができるよう
に直線的通路をもつ形成される。１９は通路１３
に面して設けられたニツプルである。

前記芯材１８としては例えば鋼からなる線条体
が使用される。また前記外層材１２としては例え
ばアルミニウムからなる長尺素材が使用される。

この押出装置の通路１３の内面はホイール１１
の溝１０とこの溝１０に係わるシユーブロツク１
４の対応面とによつて構成されており、しかもこ
の通路１３の内面において溝１０の表面積はシユ
ーブロツク１５の前記対応面の表面積よりも大き
くされている。従つて通路１３の中の外層材１２
は、ホイール１１の矢印方向への回転により溝１
０との間に生じる強い接着摩擦抵抗によりその押
出力の一部もしくは全部を得るように構成されて
いる。ここに押出力の一部を得るとは、ほかに押
出力を得る補助的手段を加えてもよいことを意味
するものである。

つぎに具体的押出動作についてみると、押出圧
力50〜60Kg／mm^２をもつてホイール１１を矢印方
向に回転させると共にアルミニウムの外層材１２
を300〜350℃に予熱して通路１３の中に供給しさ
らに前記芯材供給路１７から300〜450℃に予熱さ
れた鋼の芯材１８を通路１３を間にはさんでダイ
１６に挿通供給させると、前記外層材１２はホイ
ール１１の可動により生じた溝１０との接触摩擦
抵抗によつて所定の押出圧力を得、通路１３の中
を移動していく。この外層材１２と芯材１８と
は、第１図からも明らかなように通路１３の奥で
出会い、そこで互いに複合一体化されてから、ダ
イ１６から押出され、通常アルミ被鋼線と称する
複合線条体２０を形成する。

第２図以下の各図において、第１図と構造的に
同一のものについては第１図の符号をそのまま採
用し、説明を簡略化する。

第２図に示される押出装置は、可動ホイール２
１と固定シユーブロツク２２との間に形成された
通路２３がその奥において側部に折れた通路の一
室２４を有し、さらにこの室２４の入口部の芯材
１８の前方位置に断面において第３図に示される
ような分流体２５を有する。

ここで通路２３から上記側部に折れた一室２４
まで外層材１２が流れることによつて生じる押出
圧力の状態の変化についてみると、通路の中では
押出圧力の状態はその発生の原動力として機械的
摩擦を利用している関係から一言でいえば動圧的
であり、これに対して上記一室２４では外層材の
方向転換とここに至るまでに要するエネルギーの
ロス分により押出圧力の状態はかなり改善され、
静圧的となる。しかし、ここでもある程度の内部
せん断の作用は十分残つており、すでに述べたと
ころの接着作用はここで発揮するといえる。その
結果として、通路２３の中に芯材１８を通した場
合にはそれだけで著しい接着効果を発揮するもの
の、押出圧力の状態が動圧的（押出圧力が定常的
でなく不安定である）であるために、偏芯、偏肉
の問題が認められるが、上記一室２４の中に芯材
１８を通した場合には比較的良好なる接着状態の
もとで偏芯、偏肉の問題を解決することができ
る。つぎに、分流体２５の作用を実際の押出し動
作から説明すると、ホイール２１の回転に伴なつ
て移動する外層材１２は、通路２３の奥に達する
と受け部２６から反作用を受けてその流動が方向
転換されて折れ曲がり側室たる一室２４にいた
る。

このときの外層材１２の流動は、分流体２５の
作用により分流された二つの流れとなり、しかも
この二つの流れは側室たる一室２４の中央に位置
された芯材１８に対して夫々流動圧が全体に力学
的に釣り合うように芯材１８の両側から集合され
た流れとなる。これにより芯材の偏心および外層
材の偏肉の問題はより一層改善され、芯材１８と
外層材１２は、複合化されてダイ１６から押出さ
れる。

発明者らは、このような分流体２５を用いるこ
ととは別に、一つの可動ホイールに複数のエンド
レス溝を設けて固定シユーブロツクとの間に複数
の輸送通路を形成せしめ、それぞれの輸送通路に
供給された外層材を側室たる一室で集合させるこ
とを考えた。即ち、押出装置を第４図に示すよう
な構成として複合線条体を製造するようにした。

本発明の実施例である第４図に示す押出装置の
構造は、ホイール２７の周端面に壁３０を隔てら
れた二つの溝２８および２８を設けてこれと係合
するシユーブロツク３１との間に二つの通路２９
および２９を形成させ、それらの通路２９および
２９をその奥において集合室３２により互に連通
させている。従つて、通路２９および２９にそれ
ぞれ外層材１２および１２を供給する一方、ホイ
ール２７を回転させれば、ホイール２７の回動に
伴つて通路２９および２９を移動する外層材１２
および１２の流れはそれぞれ集合室３２にいたつ
て集合された流れとなり、集合室３２の中央に給
送された芯材１８と複合化される。

このように複数の溝２８および２８による複数
の通路を配置すれば、一つの通路において材料の
スリツプが生じても（全部が同時に一斉に起こる
ことは考えられない）、他方の通路でこれを補完
する状態となり、外層材１２は不足の事態なしに
芯材１８と共に安定した圧力のもとに押出される
ことになる。

以上詳記の通り、本実施例複合線条体の製造方
法によれば、摩擦抵抗を利用した連続押出方法を
使用することにより、押出しすべき素材としてワ
イヤロツドなどビレツトに比べて断面積の小さい
無限供給可能なものを使用できるから、芯材およ
び外層材の素材の長さに制限がなく、製造を無限
に連続させ生産性を著しく向上させることができ
ると共に、外層材にあつては予想以上に高い押出
圧力と材料解析の結果判明した硬度のせん断発生
域の存在とにより芯材との間に優れた接着効果を
発揮することにより十分なる接着力をもつて押出
しによる継ぎ目のない製品を入手できると共に、
プレス押出方式の場合に避け得なかつた前記コン
テナ内のビレツトの状態に起因する宿命的な圧力
変動による品質のむらの発生あるいは芯材の停溜
による芯材の部分的強度低下というような欠陥を
完全に解消した製品を入手することが可能となつ
た。

また、本発明は複数のエンドレス溝による複数
の輸送通路によつて押出しすべき材料の流れを構
成することにより、押出しすべき素材として断面
積の小さいものを用いても供給材料の途切れがな
く、また押出圧の発生が不足することもなくきわ
めて安定した押出しを行うことができると共に、
摩擦利用にもかかわらず物理的に方向性の少ない
むらのない押出製品を得ることができる。立ち上
り時においては、一方のエンドレス溝で材料のス
リツプが生じても他方のエンドレス溝でこれを補
うことにより、供給材料の不足の事態をなくし、
押出しに至る圧力変動を滑らかに推移させること
ができる。

以上のように本発明は押出動作の不安定さを解
消せしめ、しかも高能率に健全な複合線条体を入
手できる方法を提供したもので、その工業的価値
は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は夫々本発明のもとになる
複合線条体の製造方法を示す説明図、第３図は第
２図におけるＡ―A′線部断面図、第４図は本発
明に係る複合線条体の製造方法の一実施例を示す
説明図、第５〜７図はそれぞれ外層材の流れの状
態を示すものにして第５図は外層材の速度分布状
態図、第６図イは外層材に作用する内部せん断力
の状態図、第６図ロは第６図イ中Ｂ―B′断面図、
第７図イは外層材の流れの模様を示す状態図、第
７図ロは第７図イ中Ｃ―C′断面図、第８図は回
転ホイールによる押出方式の断面的説明図、第９
図は材料の角座標における圧力分布を示す線図で
ある。 １２：外層材、１６：ダイ、１８：芯材、２
０：複合線条体、２７：可動ホイール、２８：エ
ンドレス溝、２９：輸送通路、３１：固定シユー
ブロツク、３２：集合室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 芯材の周上に被覆せられる外層材となるべき
   素材を、可動ホイールの周上に設けられた複数の
   エンドレス溝と当該複数のエンドレス溝に係合す
   る固定シユーブロツクとにより形成される細長い
   複数の通路内に夫々連続的に供給し、回転する可
   動ホイールの溝内面と該素材との間の接触摩擦抵
   抗によつて該素材を夫々前記複数の通路内に強制
   的に送り込むことにより該素材に夫々押出し圧力
   の一部または全部を発生せしめ、供給されて通路
   の奥にある高圧力発生状態の素材を夫々前記複数
   の通路の集合室に至らしめると共に該集合室に集
   合せしめられた素材の中に別なところより連続的
   に芯材を供給して複合一体化せしめ、ダイを通し
   て押出し成型する複合線条体の製造方法。