JPS603884B2 - 複数の可動ホイールを用いた押出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は素材の長さに制限がなく、連続して押出しを行
なうことのできる可動ホイールを用いた押出装置の改良
に関し、とくに複数の可動ホイールを用いて高能率にか
つ安定して材料を押出すことができる押出装置に関する
ものである。

エンドレス溝を有する可動ホイールの単体を用いて材料
を押出すための装置は、例えば特関昭４７−３１８５９
号公報あるいは特関昭４９−６５３６９号公報などに開
示されておりすでに公知である。

まず、このような可動ホイールを用いて材料を押出すメ
カニズムから説明する。

このメカニズム自体は単独ホイールの場合でも複数ホイ
ールの場合でも相違はないから、以後の説明を理解しや
すくするために、本発明の実施例である第１図を援用し
、その部分断面図である第５および６図を参照しつつ説
明する。この種方式の押出し‘こ使用される可動ホイー
ル１０‘こは、その外周面に断面ほぼコ字状のエンドレ
ス溝１１が形成されており、当該エンドレス溝にはシュ
ーフロック１３が嫁合配置され、エンドレス溝１１とシ
ューフロック１３により輸送通路１６が形成されて、押
出しのための材料１５が前記輸送通路１６に強制的に送
り込まれるようになっている。第５図はこの場合の輸送
通路１６の近傍を示す部分断面図であるが、図からわか
るように、輸送通路１６内では材料１５は、シューブロ
ツク１３とは１面で接しているのに対し、エンドレス溝
１１とは３面で接している。従って、それぞれの接触面
における綾触摩擦抵抗は、エンドレス溝１１側の方がシ
ューブロック１３側よりも３倍大きいことになる。この
状態で各接触面の接触圧力Ｐをもってシュープロック１
３を固定とし可動ホイール１０を回転せしめる。たとえ
ば図の裏面方向にホイール１０を回転せしめた場合を考
えると、材料１５とホイール１０との接触摩擦抵抗の方
が格段に大きいから、ホイール１０‘こより材料１５は
連続的に図の裏面方向に送り込まれる。一方、エンドレ
ス溝１１には第６図にその部分断面図を示したように固
定ブロック２０が密に鉄合せられていて、前記輸送通路
１６の奥において材料１５はこの固定ブロック２川こよ
ってその移動が阻止せられる。このように材料１５の先
端の移動が阻止された状態で輸送通路１６内においては
なおも材料１５の強制的な送り込みが行われるから、そ
の強制的な送り込み力によって材料１５に内圧が発生し
、その内圧が押出圧力となって、その奥にダィを設けて
おくことにより、当該ダィよりいわば無限長の押出製品
を入手することができるものである。しかし、上記押出
方式においては押出圧力の発生源が材料１５とエンドレ
ス溝１１との接触摩擦抵抗に依存されているために、従
来のラム式押出方式にはみられないいくつかの問題点も
存在する。

その第一として構造に由来する問題がある。

すなわち、第５図において前記のように材料１５に内圧
が発生すると、エンドレス簿１１に鉄合されているシュ
ーフロック１３には当該シューフロツク１３をエンドレ
ス溝１１より離間せしめようとする力が働く。従って、
この離間力に抗し得るだけの拘束力Ｆｎをもってシュー
フロツク１３を拘束しておかないと、シューフロツク１
３とエンドレス溝１１との間に隙間ができ、材料１５は
バリとなって輸送通路より溢れ出すばかりでなく、押出
圧力の低下をきたすこととなる。しかも、この場合に発
生する内圧は強大なものであり、この内圧に抗してシュ
ーフロック１３を剛性的に完全に押さえることは技術的
にかなりの困難があり、従来の単独ホイールの場合には
この押さえ構造がきわめて大袈裟となり複雑化している
実情にあった。第二として、可動ホイール方式にとり宿
命的ともいえるつぎの大きな問題点がある。

すなわち、上記の通り圧力発生機構が材料と溝面との接
触摩擦抵抗に依存せしめられているが、材料と溝面との
密着性は押出し作業中つねに全接触面において均一完全
なわけでなく、経時的あるいは場所的に変化していて、
いわゆる空すべりが発生するのである。

この空すべりが発生すると、当然のことながら材料に生
ずる圧力に変動が起り、このために押出圧力に変動が生
じてダィより押出される材料のフローに不均衡が生じ、
製品の品質を不安定化せしめるおそれがあるのである。
発明者らは、可動ホイール方式の押出し１こ関する種々
なる実験ならびに塑性力学上の解析を行なつた結果、上
記のような可動ホイール方式の押出いこ付随する問題点
もホイールを単独ではなく複数組み合せて使用すること
で大幅に改善できることを見出した。すでに提案してい
る袴顔昭５０−１３２７３６号（侍関昭５２一５７０６
８号）はその成果の一つであり、本発明はその改良に関
するものである。以下にまず複数ホイールを用いること
により前記可動ホイール方式に付随する問題点を解決で
きる理由から説明する。

すでにみたように、可動ホイール方式における材料押出
しのための押出圧力は材料とホイールの溝面との接触摩
擦抵抗に依存するものであるから、輸送通路内における
材料の圧力分布は当然通路の入口において小さく、奥に
おいて大きい。

第７図は実際のその圧力分布状況を示す線図であって、
材料の接する部分の円弧角Ｊｏ＝９０ｏの場合の例を示
し、横軸目盛における０は通路の入口部を、９０は通路
のもっとも奥を意味する。縦軸におけるＰ（０）は前記
入口部よりの角座標◇度の位置における圧力値、。ｏは
材料の降伏応力であって、その点における圧力が降伏応
力の何倍になっているかということを縦軸目盛は現して
いる。第７図より通路の入口で圧力は４・さく通路の奥
において圧力が急激に高まる様子がわかるであろう。第
７図のような圧力分布の存在は、とりもなおこずシュー
フロツクにもそれに対応した離間力が作用していること
を意味するわけであるが、いまそのような離間力の生じ
ているシューフロックを外部から押えることを考える。

静的重力に対しこれを一点で支え得る重心点があるよう
に、第７図のような圧力分布状態においても、これを外
方より支持しようとする場合に一つの点で天秤の支点の
ように均衡する応力の集中点となるところが存在する。
いまそのような集中点となる位置の角座標をぐｍとする
。シューブロックを押さえる場合に拘束力ＦｎがこのＪ
ｍに集中するようにすることがもっとも効果的であるこ
とはいうまでもない。このＪｍは材料の内圧のほかにホ
イールの回転による回転モーメントの影響も受け、前記
接触角ぐｏの大きさによっても変化する。第３図は、そ
のような接触角ぐｏと０ｍとの関係を？ｍについての理
論式の解として求めた線図（理論式の群細については省
略した）である。図において８は２ムＲｗ／Ｒｉなる値
であり、仏ｓは加工材とシューフロックとの間の摩擦係
数である。そしてし‘ま加工材の有効摩擦係数、Ｒｉは
押出し前の加工材の半径、Ｒｗはホイールの半径である
。ここにぐｏの値は適宜選択できるが、工業的に通常使
用されている接触角◇ｏは９０ｏ程度であるから、かか
る押出し装置（第１図の場合がそれにあたる）では前記
応力の集中点となる点０ｍは第３図よりわかるように、
ほぼＪｏにひとしい。

この点を前記拘束力Ｆｎで押さえれば、理論上ではシュ
ーフロックはこの一点でもっとも効率よく支え得ること
となる。いま、第４図のように２つのホイール１０ａと
１０ｂが配置され（第１図の配置）、その間に図のよう
に１つのシューフロック１３が配置された状態を考える
。

第４図ではぐｏ＝９００であるから、この場合のぐｍも
前記第３図からほぼ９０ｏであって、それは丁度第４図
に×印をして０ｍとした位置に相当する。この位置Ｊｍ
にシューフロツクへの離間力が集中されるが、この位置
ではシューフロックに加わる離間力がそのまま反対側の
ホイールよりの離間力に対する拘束力Ｆｎとして作用す
ることがわかる。すなわち、ホイール１０ａよりの離間
力はそのままホイール１０ｂよりの離間力に対し拘束力
Ｆｎとして作用し、反対にホイール１０ｂよりの離間力
はそのままホイール１０ａよりの離間力に対する拘束力
Ｆｎとして作用するのである。このように、お互いに離
間力貝０拘束力として作用し合い、シューブロツクにこ
れを拘束するための特別な押さえ機構を付加する必要が
なくなるのである。単独ホイールの場合には、先に説明
したように複雑かつ大袈裟なシューブロツクへの押さえ
構造を不可欠としたことと比較すれば、複数ホイールを
使用することの効用は歴然たるものがある。そしてまた
、単独ホイールにおいて第二の問題点とされたホイール
の空すべりによる発生圧力の不安定とそれによる押出し
製品の品質の不均質の問題は、ホイィールが複数使用さ
れることにより、全部のホイールにおいて同時一斉に空
すべりの発生することはなく、その問題点も複数ホイー
ルの使用により効果的に解消されるのである。

以上の通り、単独ホイールの場合にみられた諸問題は、
複数ホイールの使用により解決されたが、ここになお敢
然の望まれるつぎのような問題点のあることが判明した
。上記複数ホイールを使用することにより発揮される効
果は、ホイールのそれぞれにおいて材料の送り込みが順
調な場合にいえることであって、そうでない場合には必
ずしも十分といえない場合がある。

例えば第４図において、一方のホイール１０ａに空すべ
りが発生し、他方の１０ｂにおいては空すべりは発生し
ない場合を考える。当然空すべりのあった１０ａ側の内
圧は低くなり、一方の１０ｂ側の内圧が高くなって、前
記Ｆｎの均衡が破れ、シューブロックには予期しないよ
うな異常力が附加されるおそれがある。しかも、ホイー
ルの一方の内圧が高く他方が低い状態では押出し圧力そ
のものにも不均衡が生じ、これがダィの入口近傍におけ
る材料のフローの不均質化をつくる原因となって、押出
製品の品質不良の原因となるおそれがある。本発明は上
記のような実情にかんがみてなされたものであり、複数
の可動ホイールを用いた押出装置にあって前記空すべり
などに起因する圧力変動が生じても、装置そのものが自
動的にその不均衡を是正しつねに安定した押出しの達成
できる押出装置を提供しようとするものであって、その
要旨とするところは、外周縁にエンドレス溝を有する複
数の可動ホイールと、これら各可動ホイールの前記それ
ぞれのエンドレス溝に鉄合して材料押出しのための輸送
通路を形成する一のシューフロックと、当該シューフロ
ックに対向して配置せられ前記それぞれのエンドレス溝
に密に鉄合する固定ブロックとが設けられ、これらシュ
ーフロックと固定ブロックとの相対向する間が材料押出
しのためのダィを有するの集合室に形成せられるととも
に前記輸送通路が当該集合室に蓮通せられてなる押出装
置において、前記シューフロックは前記各可動ホイール
の各輸送通路内で生ずる押出圧力の差に応じて微動でき
るように構成せられてなる複数の可動ホイールを用いた
押出装置にある。

以下に、添付図面に示す二様の実施例により本発明につ
いて具体的に説明する。第１図は二つの可動ホイール１
０，１０を用いる本発明にかかる押出装置の一実施例を
示す説明断面図である。

互に平行な軸１９，１９により支持された可動ホイール
１０，１０‘こはその外周面に断面ほぼコ字状のエンド
レス溝１１，１１が形成されている。一方、これら可動
ホイール１０，１０とは別個に前記エンドレス溝１１，
１１に鉄合されるシユーフロツク１３があり、シユーブ
ロツク１３は支軸１９を中心に図中矢印方向に微動でき
るように構成されている。そしてまた、前記エンドレス
溝１１，１１とこれに鼓合しているシューフロツク１３
とにより、材料１５，１５を移動せしめるための輸送通
路１６，１６が形成されていて、この輸送通路１６，１
６の一端は図のように材料１５，１５を挿入可能な閉口
に構成され、当該輸送通路の奥には、前記エンドレス溝
１１，１１を完全に封止して密に舷合している固定ブロ
ック２０があり、ホイール１０の回転により当該固定ブ
ロック２０まで送り込まれてきた材料１５はこの固定ブ
ロック２０‘こよりその移動が強制的に阻止されるよう
になっている。シユーフロツク１３と固定ブロック２０
との間は図示するように材料１５の集合室１８になって
いて、前記輸送通路１６，１６の奥がこの集合室１８に
蓮通されており、前記固定ブロック２０‘こよって強制
的に移動を阻止された材料１５は、通路１６の奥におい
て方向転換し、上記集合室１８内に集合せしめられるよ
うに構成されている。１７は前記集合室１８内に設けら
れているダィであって、集合室１８内に集合せしめられ
た材料は１５は、このダィ１７から押出し成型されて押
出製品２１なる。

さて、本発明にかかる押出装置は上記のように構成され
ているから、下記のような作用効果を発揮することがで
きる。

いま、第１図の押出し装置において、右側のホイールに
空すべりが発生し、左側のホイールにはかかる空すべり
がなく正常に動作しているものと仮定する。

空すべりの発生の有無により左右の通路内における材料
の送り込まれ方に差が生じ、当然のことながら空すべり
のない左側の通路内の内圧の方が空すべりをしている右
側の通路内の内圧よりも高くなる。すなわち、第１図に
おいて内圧ＲＩとＲ２の関係は、ＲＩ＞Ｒ２の状態とな
り、シューフロック１３がそれ自身微動できる構成とな
っているため、前記内圧の差によって微動し、図中右側
に移動する。すると、左側の通路のスべ−スが広くなり
、右側の通路のスペースが狭くなる。スべ−スが広くつ
た側は内圧が低下する一方、スペースが狭くなった側の
内圧は高くなる。そうなると、今度は内圧は逆にＲＩ＜
Ｒ２の関係となり、シューフロック１３は図中矢印Ｒで
しめした左側に押し戻される。このようにして、空すべ
りなどのために両方のホイールの通路内の内圧に変化が
生じても、シューフロック自身がその内圧の変化に応じ
て微動し、つねに両方のホイール内の内圧を一定の均衡
状態に保持するように作用するから、つねに安定した品
質良好な押出製品を得ることができることは勿論、シュ
ーフロックの支持構造に異常な力が加わることも適確に
防止することがきるのである。

つぎに、第２図は本発明にかかる別な実施例を示すもの
であって、第１図と同一符号は同一構成を示す。すなわ
ち、第２図においてはシューフロックの微動機構を第１
図の支軸１９′に代えてシューフロックの底面に多数配
置されたコロ３０，３０のころがりに依存するようにし
、より水平な移動ができるようにした以外その作用効果
においては第１図の場合と変りはない。上記のように、
本発明にかかる押出装置によれば、それぞれの可動ホイ
ールの輸送通路内に生ずる内圧の差に応じてシューフロ
ックが微動できるように構成したから、とくに装置を大
仕掛けにすることなく押出し圧力の均衡を自動的に保持
し、複数の可動ホイールを使用した場合になお懸念の残
されていた問題点の完全な解決をなし得たものであって
、単独ホイールに比較して格段に高能率に高品質製品の
押出しが達成できることは勿論、複数ホイールを使用し
シューフロツクの固定されているものに比べても、安定
度の高い押出しを実行可能となし得たものであって、そ
の工業的意義はけだし大きなものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる押出装置の一実施例を示す説明
断面図、第２図は本発明にかかる別な実施例を示す説明
断面図、第３図は材料の接触弧とシューフロックの最良
支持点との関係を示す線図「第４図は二つのホイールを
用いた場合のシューフロックに付加される応力関係を示
す説明図、第５図は輸送通路近傍における構成状況を示
す部分断面図、第６図は固定ブロックの様合状況を示す
部分断面図、第７図は輸送通路内における材料の圧力分
布状況を示す線図である。 １０；可動ホイール、１１：エンドレス溝、Ｉ３：シュ
ーブロック、１５；材料、１６：輸送通路、１７；ダィ
、１８：集合室、１９，１９′：軸、２０；固定ブロッ
ク、２１；押出製品、３０；コロ。 寿１図 兼２図 第３図 第４図 亮Ｓ図 菱ら図 弟了図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外周縁にエンドレス溝を有する複数の可動ホイール
   と、これら各可動ホイールの前記それぞれのエンドレス
   溝に嵌合して材料押出しのための輸送通路を形成する一
   のシユーブロツクと、当該シユーブロツクに対向して配
   置せられ前記それぞれのエンドレス溝に密に嵌合する固
   定ブロツクとが設けられ、これらシユーブロツクと固定
   ブロツクとの相対向する間が材料押出しのためのダイを
   有する一の集合室に形成せられるとともに前記輸送通路
   が当該集合室に連通せられてなる押出装置において、前
   記シユーブロツクは前記各可動ホイールの各輸送通路内
   で生ずる押出圧力の差に応じて微動できるように構成せ
   られてなる複数の可動ホイールを用いた押出装置。