JPS6250014A - 複合線条体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、もっばらラ
ム式押出法によるものであった。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腹合一体化したビレットを
投入しこれらを背後からラムにより押出し、前記ビレッ
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ットの大きさに
よっ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・ン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
してビレッ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、いった
んプレスを停止しビレットを再投入して押し継ぎする方
法をとらざるを得ない。

従って、この方法では第１に装置の停止、ビレットの再
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れ
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
き素材たるビレットは背後から抑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
のビレッ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
、ビレッ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、従って前記摩擦も
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
レッ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、キャ
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、キャタピラに
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
開発にたずされってきて、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１０ｆｆｌＩＩｌ径はどの荒
引線である材料７を３ｍｍ径は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った
。

それは、第１に本方式は本質的に接触摩擦に依存してお
り前記キャ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
かったこと、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
料の欠損してしまっているところなどがあられれて品質
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って、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
定シューブロッ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、
シミュレーションによる数理解析などを行なった結果、
本回転ホイール方式を用い、それが−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ったも
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った
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って理解で
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とシュー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の受は部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。従って、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って高圧力となる。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）、材料の降伏応力をσ。とした場合（１）式が成
立する。

Ｐ（φ）／ｃｙ　　−Ｃｅ−２ｕ　（Ｒｗ／Ｒｉ）　　
（φ０−φ）　　−（１）ここに、 μ　：加工材の有効摩擦係数 Ｒｗ：ホイールの半径 Ｒ１：押出前の素材の半径 φ０　：ホイールとシューの接触弧の長さＣ：常に正の
値よりなる定数 第９図は（１）式に基づきシューに沿う角座標φにおけ
る素材（この場合アルミニウム使用）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、急激に立ち上っ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、この立ち上った
分布圧力の最大値は、素材の降伏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った。この結論にいたる過程は、パ
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ったとは勿論である。

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１３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と固定シューブロ
ック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、冶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
ホイールに向って、芯材をどのように供給するかという
点であった。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
が問題であったが、この課題については試行錯誤の結果
、（ｌ〉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っ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
おいて宿命的に避は得なかっ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
ったものである。

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
あって、周端面にエンドレス４１０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
た固定シューブロック１４とからなる。ホイール１１は
一体物であってもよいが、三つの円板材料を組合わせて
も構成することができる。

シューブロック１４は前記通路１３の一端をふさぐ受は
部１５を存すると共にこの受は部１５の一部にダイ１６
を宵し、さらにダイ１６と反対側のブロックに通路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を通っ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って形成される。１９は
通路１３に面して設けられたニップルである。

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に係わるシューブロック１４の対応面とに
よって構成されており、しかもこの通路１３の内面にお
いて溝１０の表面積はシューブロック１５の前記対応面
の表面積よりも大きくされている。従って通路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１０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〜
６０　Ｋｇ／　ｍｍ２をもってホイール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って所定の押出圧力
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２１と固定
シューブロック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が流れることによっ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−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
の作用は十分残っており、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２
３の中に芯材１Ｂ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−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の回転に伴なって移動する外層材
１２は、通路２３の奥に達すると受は部２６から反作用
を受けてその流動か方向転換され、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を用いるこトトハ別
に、一つの可動ホイールに複数のエンドレス溝を設けて
固定シューブロッ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２
８および２ｇを設けてこれと係合するシューブロック３
１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。従って、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の回動に伴って
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にいたっ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ップが生じ
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ッドなどビレッ
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、外層材にあっ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っ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
は得ながった前記コンテナ内のビレットの状態に起因す
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った。

また、本発明は複数のエンドレス溝による複数の輸送通
路によっ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ップ
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：ダ仁 １８：芯材、 ２０：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：固定シューブロック、 ３２：集合室。 代理人　　弁理士　　薄　１）利　幸 第１ＬＡ 第２図 第３ｂ４　　　　　　　　　　第４図 第Ｓ図 第８図 第９図

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ューブロ
   ッ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っ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。