JPS603886B2 - 複合材料の押出製造装置 - 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方式の押出装置を用い複
合材料を製造する装置の改良に関し、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
とができる複合材料の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、例えば特開昭４７−３１８５計
号公報あるいは特関昭４９−６５３６計号公報などに開
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４および５図を参照しつつ説
明する。この種方式の押出いこ使用される可動ホイール
１０には、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ブ
ロツク１３が鉄合配置され、エンドレス溝１１とシュー
フロツク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内に強制的に送り
込まれるようになっている。第４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１
１とは３面で接している。従って、それぞれの接触面に
おける接触摩擦抵抗は、エンドレス溝１１側の方がシュ
ープロック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をもってシューフロック１３
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により材料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５図にその部分断面図を示したように固定ブ
ロック１９が密に鉄合せられていく、前記輸送通略１６
の奥において材料１５はこの固定ブロック１９によって
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４図において前記のように材料１５に内圧
が発生すると、エンドレス溝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ック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、
この離間力に得るだけの拘束力Ｆｎをもってシューフロ
ック１３を拘束しておかないと、シユーフロツク１３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、従釆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臆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なわけではなく、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。
とくに上記の問題点は例えばアルミ被覆鋼線のような複
合材を製造する場合に大きな腕路となる。すなわち複合
材の押出いこはダィのほかに芯材を供給するニップルを
配置する必要があり、これらダィおよびニップルの両方
を前記シューフロックあるいはその近傍に設けることと
なると、前記シューフロツクの押え構造がますます複雑
かつ大袈裟となってしまう上、押出圧力の変動による材
料のフローの不均衡が生ずると、芯材に被覆される被覆
材のフローがダィ部分において不均質となって、肉厚変
動、偏肉、あるいは表面欠陥といった製品不良の大きな
原因とな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‘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った結果、上記のような可持ホイ
ール方式の押出し‘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。

以下には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６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◇ｏ＝９０ｏの場合の例を示
し、機軸目盛における０は通路の入口部を、９０は遍路
のもっとも奥を意味する。縦軸におけるＰ（Ｊ）は前記
入口部よりの角座標？度の位置における圧力値、ｏｏ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６図より通路の入口で圧力は小さく通路の奥に
おいて圧力が急激に高まる様子がわかるであろう。第６
図のような圧力分布の存在は、とりもなおごずシューフ
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
いるシューブ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６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Ｊｍとする
。シューブロックを押さえる場合に拘束力Ｆｎがこのぐ
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。このめｍ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
接触角でｏの大きさによっても変化する。第２図は、そ
のような接触角？ｏとぐｍとの関係を？ｍについての理
論式の解として求めた線図（理論式の詳細については省
略した）である。図において８は２山Ｒｗ／Ｒｉなる値
であり、山ｓは加工材とシューブロックとの間の摩擦係
数である。そして一は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０ｏの値は適宜選択できるが、工業的に通常使用
されている俵触角？ｏは９０ｏ程度であるから、かかる
押出し装置では前記応力の集中点となる点マｍは第２図
よりわかるように、ほぼぐｏ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
ーブロツ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３図のように２つのホイール１０ａと
１０ｂが配置され、その間に図のように１つのシューブ
ロック１３が配置された状態を考える。

第３図ではぐｏ＝９００であるから、１この場合の◇ｍ
も前記第２図からほぼ９０ｏであって、それは丁度第３
図に×印をして？ｍとした位置に相当する。この位置中
ｍにシューブロックへの離間力が集中されるが、この位
置ではシューブ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
離間力即拘束力として作用し合い、シューブロックにこ
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ェープロックへの押さえ
構造を不可欠としたことと比較すれば、複数ホィ−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ものである。従って複
合材料の押出いこ可動ホイール方式の押出装置を使用す
る場合の前記した溢路についても複数の可動ホイールを
用いることで具合よく解消される。以上の通り、単独ホ
イールの場合にみられた諸周題は、複数ホイールにより
解決されたが、ここになお改善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３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「ｎ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０因となって、単
独ホイールの場合ほどでなくとも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
力変タ動が生じても、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０の前記それぞれのエンド
レス溝に按合して材料押出しのための輸送通路を形成す
るそれ自身が微動自在になるシューブロツクと、当該シ
ューブロツクに対向して配置せられ前記それぞれのエン
ドレス溝に密に隣合する固定ブロックとが設けられ、こ
れらシュープロックならびに固定ブロックとの相対抗す
る間が押出材料のための一の集合室に形成されてなり、
前記輸送通路が当該集合室に蓮通せしめられてなるとと
もに、前記シューフロックならびに固定ブロックには、
芯材を供給するためのニップルと複合材押出成形のため
のダイが相対向して設けられてなる複合材料の押出製造
装置にある。以下に、添付図面に示す実施例により本発
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１０，１０を用いる本発明
にかかる複合材料の押出装置の−実施例を示す説明断面
図である。

互に平行な軸１２，１２により支持された可動ホイール
１０，１川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に競合されるシユーフロツク１３
があり、シユーブロツク１３はコロ２０，２０‘こより
支持され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
鉄合しているシューフロック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１６，１６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
封止して密に俵合している固定ブロック１９があり、ホ
イール１０の回転により当該固定ブロック１９まで送り
込まれてきた材料１５はこの固定ブロック１９によりそ
の移動が強制的に阻止されるようになっている。シュー
フロック１３と固定ブロック１９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１
６，１６の奥がこの集合室１８に運速されており、前記
固定ブロック１９に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。第
１図において、１７は複合材料２４を押出し成形するダ
ィであって、ダィ１７と相対向する位池には芯材２３を
供給するニツプル２２があり、芯材２３が固定ブロック
１９の案内路２１を貫通し、ニップル２２により位層ぎ
めされてダィ１７の中心部に案内供給され、ダィ１７に
おいて材料１５が外周に被覆されて、複合材料２４が押
出し成形される。

もっともこのダイ１７とニツプル２２の配置関係は第１
図とは逆にシューフロック１３側にニップルを配し固定
ブロック１９側にダィを配する関係であってもよいこと
はいうまでもない。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図の押出し装瞳において、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Ｒ，とＲ２の関係は、Ｒ，＞Ｒ２の状態と
なり、シューフロツク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、左側の通路のスペースが広くな
り、右側の通路のスペースが狭くなる。スペースが広く
なっ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。そうすると、今度は内圧は逆にＲ
．＜Ｒ２の関係となり、シューフロック１３は図中左側
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をも適確に防止するこ
とができるのである。

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
じてシューブ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ブロッ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、とくに押出圧力の変動をきらう複合材の押出
し‘こ適用したことで製品の品質をし・ちだんと高め得
ることとなったものであり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図は材料の接触弧とシューブロックの最良
支持点との関係を示す線図、第３図は二つのホイールを
用いた場合のシューブロツクに付加される応力関係を示
す説明図、第４図は輸送遍路近傍における構成状況を示
す部分断面図、第５図は固定ブロックの鉄合状況を示す
部分断面図、第６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、１３：シュ
ーブロツク、１５：材料、１６：輸送通路、１７；ダィ
、１８；集合室、１９：固定ブロック、２０：コロ、２
２；ニツプル、２３；芯・材、２４；複合材。 第１図 覚２図 第３図 寿４図 鷺Ｓ図 舞も図

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そ
   れ自身が微動自在になるシユーブロツクと、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
   シユーブロツクならびに固定ブロツクとの相対向する間
   が押出材料のための一の集合室に形成されてなり、前記
   輸送通路が当該集合室に連通せしめられてなるとともに
   、前記シユーブロツクならびに固定ブロツクには、芯材
   を供給するためのニツプルと複合材押出成形のためのダ
   イが相対向して設けられてなる複合材料の押出製造装置
   。