JP2003071514A - 中空材成形用押出ダイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押出成形後のアルミ製中空材の平面部の平面
度を高めることができる中空材成形用押出ダイスを提供
する。 【解決手段】 押出ダイス１は、中空材の外周面を形成
するベアリング部２２の押出方向の長さを、中空材の内
周面を形成するベアリング部１２の長さよりも大きく形
成することで、中空材の平面部の平面度を向上させる。
特にベアリング部１２とベアリング部２２との押出方向
の長さの差Ｌを、中空材の幅の０．３倍以上１．５ｔ以
下、より好ましくは０．６倍以上１．５倍以下とするこ
とで、平面度が極めて向上することが実験により確認さ
れた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面部を有するア
ルミ製中空材（以下、単に「中空材」という）の押出成
形に用いられる押出ダイスに関し、詳しくは、押出成形
後の中空材の平面部の平面度を高める中空材成形用押出
ダイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図２（ａ）に示すような平面部を
有する中空材の押出成形には、一般にポートホールダイ
スが用いられている。このポートホールダイスは、例え
ば図３に示す中空状の雄型１０と図４に示す中空状の雌
型２０とを備える。

【０００３】雄型１０は、図３に示すように、その内部
を軸方向に延びるブリッジ部１３により４つの領域に分
割されており、このブリッジ部１３の先端中央に長方体
状のマンドレル部１１が前方に突出して設けられてい
る。一方、雌型２０は、図４に示すように、その先端壁
に上記マンドレル部１１を挿通するための長方形状の開
口部２１を有し、その後方は雄型１０に向けて開口して
いる。

【０００４】また、図５に雄型１０と雌型２０とを組み
合わせて構成したポートホールダイスの断面図（図３及
び図４のＡ０Ｂ断面に相当）を示すように、雄型１０の
マンドレル部１１の外周面には、中空材の内周部を成形
するためのベアリング部１１２が突設されており、一
方、雌型２０の開口部２１の内周面には、中空材の外周
部を成形するためのベアリング部１２２が突設されてい
る。

【０００５】これらベアリング部１１２とベアリング部
１２２は、その押出方向の長さが通常同じになるように
構成されており、雄型１０と雌型２０とが組み合わされ
たときに対向し、中空材の成形隙間ＣＬを形成する。ま
た、雌型２０の前方には、雌型２０をその前方で支持す
ると共に、成形隙間ＣＬから押し出された中空材を外部
に導出する開口部３１を有するバックアップダイ３０が
配設されている。

【０００６】図６に図５の要部拡大図を示すように、雄
型１０の後方から導入された円柱状のアルミニウム素材
（以下、単に「素材」という）は、押出成形の過程にお
いて、マンドレル部１１を支持する上記ブリッジ部１３
により一旦４分割されてポート内１０１を流動した後、
チャンバ内１０２にて再び合流して溶着する。そして、
さらに成形隙間ＣＬを通過することにより、図２に示す
ような平面部を有する中空材に成形される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、素材（図中
散点模様）は、チャンバ内１０２において図中矢印で示
すように、雄型１０及び雌型２０の壁面に沿って流動す
る性質を有するのであるが、雌型２０の角隅部には、所
謂デッドメタル部（図中点線部：材料流動が澱んでいる
部分）が発生する。このため、外側の素材は、図中太い
矢印で示すように、このデッドメタル部との境界に沿っ
て流れ、成形隙間ＣＬに流入する。一方、内側の素材
は、図中細い矢印で示すように、雄型１０の外周面に沿
って流動し、成形隙間ＣＬに流入する。

【０００８】この場合、外側を流れる素材がデッドメタ
ル部の境界面から受ける摩擦力は、内側を流れる素材が
雄型１０の外周面から受ける摩擦力よりも小さいため、
素材が成形隙間ＣＬに流入する際の流動速度は、外周側
の方が内周側よりも大きくなる。その結果、素材が成形
隙間ＣＬを通過する際の流動速度は、外周側（ベアリン
グ部１２２側）の方が内周側（ベアリング部１１２側）
よりも速くなる。このため、素材が成形隙間ＣＬを通過
する間、中空材の平面部には厚み方向内側（中空材の内
側方向）に向かって応力が作用し、この応力が内部応力
として蓄積される。そして、この中空材が成形隙間ＣＬ
から遠ざかると、この平面部に蓄積された内部応力が開
放されるため、当該平面部には逆に厚み方向外側（中空
材の外側方向）に向かって力が加わる。このとき、平面
部の両端は隣接する平面部に拘束されているため、その
中央部で外側に大きく撓み、図２（ｂ）にその断面図を
示すように、押出成形後の中空材の平面部は全体として
外周側に凸変形する。この凸変形による最大撓みｈmax
は、経験的に図２（ａ）に示す素材の溶着部ｍで最も大
きくなる。

【０００９】近年の中空材の押出成形における寸法精度
に対する要求は厳しくなる一方であるため、このような
平面部の撓みを可能な限り小さくし、平面部の平面度を
向上させることが要請されている。本発明は、こうした
問題に鑑みてなされたものであり、押出成形後の中空材
の平面部の平面度を高めることができる中空材成形用押
出ダイスを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本願請
求項１に記載の中空材成形用押出ダイスは、先端にマン
ドレル部が設けられた雄型と、先端にこのマンドレル部
を挿通する開口部が設けられた雌型とを備える。マンド
レル部の外周面には、第１のベアリング部が突設され、
開口部の内周面には、この第１のベアリング部に対向し
て設けられた第２のベアリング部が設けられている。そ
して、この第１のベアリング部と第２のベアリング部と
の間に形成された成形隙間を介してアルミニウム素材を
押出すことにより、平面部を有する中空材を成形する。
尚、ここでいう「アルミニウム素材」とは、アルミニウ
ムを主成分とする素材を意味し、純アルミ、アルミ合金
の双方を含むものである（以下単に「素材」という）。

【００１１】そして、第２のベアリング部が、第１のベ
アリング部よりも押出方向前方に長くなるように形成さ
れている。このため、素材が成形隙間を通過する際に、
外側（第２のベアリング部側）の摩擦力を大きくするこ
とができ、素材の材料流動の速度を、中空材の外周側と
内周側とで均等にすることができる。この結果、成形隙
間において上述した中空材の厚み方向に生じる応力を削
減又は解消することができ、その結果、平面部における
内部応力の蓄積を小さくし、中空材が成形隙間から遠ざ
かった後に応力の開放による平面部の変形という現象を
抑制することができる。この結果、中空材の平面部の平
面度を高めることができる。

【００１２】特に請求項２に記載のように、上記第２の
ベアリング部と第１のベアリング部との押出方向の長さ
の差が、成形隙間の間隔（つまり中空材の厚み）の０．
３倍以上１．５倍以下に形成されているとよい。かかる
構成によれば、後述する実施例に実験結果を示すよう
に、中空材の幅に対する反り（外側方向への最大撓み）
を大幅に低減し、その平面度を高めることができるから
である。

【００１３】ここで、下限値に「０．３倍」を設定した
のは、上記押出方向の長さの差が０．３倍未満である場
合には、中空材外側の流動速度が内側の流動速度よりも
依然として速いため、従来のように押出方向の長さの差
が０である場合と比較して、平面度がそれほど向上しな
いためである。また、上限値に「１．５倍」を設定した
のは、上記押出方向の長さの差が１．５倍より大きい場
合には、中空材の外表面に表面欠陥が生じたり、又は要
求される押出圧力が高圧になる等、別の問題が発生する
ためである。

【００１４】また、より好ましくは請求項３に記載のよ
うに、上記第２のベアリング部と第１のベアリング部と
の押出方向の長さの差が、成形隙間の間隔の０．６倍以
上１．５倍以下であるとよい。後述する実験結果によれ
ば、例えば押出方向の長さの差を成形隙間の０．３倍と
した場合に平面度が従来の３分の２程度に小さくするこ
とができるのに対し、この押出方向の長さの差を成形隙
間の０．６倍以上とすることで、平面度を従来の３分の
１以下にすることができ、さらに高精度な平面部を形成
することができるからである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本実施形態に係る中空材成形用押出
ダイス（以下、単に「押出ダイス」という）は、平面部
を有するアルミ製中空材を押出成形するものである。
尚、当該押出ダイスは、そのベアリング部の形状を除い
ては上記従来の押出ダイスと同様の構成であるため、同
様の部分についてはその説明を省略する。図１は当該押
出ダイスの要部詳細図である。

【００１６】図１に示すように、本実施例の押出ダイス
１は、上記従来技術と同様のポートホールダイスとして
構成されており、雄型１０と雌型２０とを備える。雄型
１０の先端には、例えば長方形状のマンドレル部１１が
前方（図中右方）に突設されており、その押出方向中央
部の外周面には、ベアリング部１２が突設されている。
このベアリング部１２は、マンドレル部１１の外周全体
にわたって連続的に周設されおり、その先端面は平坦面
であり、雄型１０の軸線と平行になっている。

【００１７】一方、雌型２０の先端壁には、マンドレル
部１１を挿通可能な長方形状の開口部２１が設けられて
おり、その内周面には、ベアリング部２２が突設されて
いる。このベアリング部２２は、開口部２１の内周全体
にわたって連続的に周設されおり、その先端面は平坦面
であり、雌型２０の軸線と平行になっている。また、開
口部２１のベアリング部２２より前方の部分は、前方に
向かって拡がるテーパ状に形成されている。これらベア
リング部１２とベアリング部２２は、図のように雄型１
０と雌型２０とが組み合わされたときに対向し、その間
に成形隙間ＣＬを形成する。

【００１８】ベアリング部１２とベアリング部２２は、
その各々の後端縁１２ａ、２２ａが同一平面上にくるよ
うに配置されているため、素材が成形隙間ＣＬを通過す
る際の起点は、中空材の内側と外側で一致している。一
方、ベアリング部２２は、ベアリング部１２よりも押出
方向前方（図中右方）に長さＬだけ長くなるように形成
されている。従って、素材が成形隙間ＣＬを通過する際
の起点から終点までの距離は、中空材の外側の方が内側
よりも長くなり、中空材は外側面にてより長く拘束され
ることになる。

【００１９】このため、素材が成形隙間ＣＬを通過する
際に、外側（ベアリング部２２側）の摩擦力を大きくす
ることができ、素材の流動速度を、中空材の外周側と内
周側とで均等にすることができる。この結果、成形隙間
ＣＬにおいて中空材の厚み方向に生じる応力を削減又は
解消することができ、その結果、上述した平面部におけ
る内部応力の蓄積を小さくし、中空材が成形隙間ＣＬか
ら遠ざかった後に応力の開放による平面部の変形という
現象を抑制することができる。この結果、中空材の平面
部の平面度を高めることができる。

【００２０】本発明の実施の形態に係る押出ダイス１で
は、後述する実施例で述べる中空材の平面度向上の観点
から、ベアリング部１２とベアリング部２２との押出方
向の長さの差Ｌを、成形隙間ＣＬの間隔（つまり、中空
材の厚み）の０．３倍以上１．５倍以下、より好ましく
は０．６倍以上１．５倍以下に設定している。

【００２１】

【実施例】発明者は、上記実施形態に係る押出ダイス１
を採用することによる、中空押出材の平面度向上の効果
を確認するための実験を行った。以下、本発明の実施例
を示し、その実験結果を従来例との比較で説明する。 ［実施例１］本実施例では、押出ダイス１を用いて、ア
ルミニウム素材として一般に用いられるＡ６Ｎ０１アル
ミニウム合金からなる円柱状のビレットを５００℃の熱
間押出加工し、図２（ａ）に示す断面正方形状の中空材
Ｔを成形した。尚、本実施例での押出速度は８ｍ／分と
した。

【００２２】中空材Ｔは、その断面を構成する一辺の長
さ（つまり中空材Ｔの幅）ｗが４６ｍｍであり、各辺の
厚みｔが２ｍｍで一定である。つまり、ベアリング部１
２とベアリング部２２により形成される成形隙間ＣＬは
２ｍｍに設定され、ベアリング部１２の外周の形状は中
空材Ｔの内周面の形状に一致し、ベアリング部２２の内
周面の形状は中空材Ｔの外周面の形状に一致する。

【００２３】実験では、上述したベアリング部１２とベ
アリング部２２との押出方向の長さの差Ｌを、厚みｔ
（つまり成形隙間ＣＬの間隔）の０．３倍（０．３ｔ：
以下同様に表示する），０．６ｔ，１．０ｔ，１．５ｔ
に変化させて中空材Ｔを夫々押出成形した。そして、図
２（ｂ）に示すように、その各々の場合について押出成
形後の中空材Ｔの幅方向の最大撓みｈmaxを測定した。
尚、比較例としてＬが２．０ｔ、従来例としてＬが０ｔ
の場合の最大撓みｈmaxについても同様に測定した。

【００２４】本実施例の押出ダイス１による平面度は、
中空材Ｔの幅ｗに対する最大撓みｈmaxの大きさにより
評価した。つまり、この最大撓みｈmaxが小さいほど平
面度が高いことになる。表１に実験結果を示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１によれば、ベアリング部１２とベアリ
ング部２２との押出方向の長さの差Ｌが０ｔ、つまり従
来例の場合には、最大撓みｈmaxが中空材の幅ｗの０．
１２％であった。これに対し、本実施例における最大撓
みｈmaxは、Ｌが０．３ｔの場合に幅ｗの０．０９％、
Ｌが０．６ｔの場合に幅ｗの０．０４％、Ｌが１．０ｔ
の場合に幅ｗの０．０３％、Ｌが１．５ｔの場合に場合
に幅ｗの０．０２％であった。

【００２７】また、比較例として行ったＬが２．０ｔの
場合には、中空材Ｔの外周面にむしれ状の表面欠陥が現
れ、正常な製品が得られなかった。以上の実験結果によ
り、Ｌが大きすぎると正常な製品としての中空材Ｔが得
られず、本実施例のように、Ｌを０．３ｔ〜１．５ｔと
した場合に高精度の平面度を有する中空材Ｔが得られる
ことが確認できた。その中でも、特にＬを０．６ｔ〜
１．５ｔとした場合には撓みが従来の３分の１以下にな
り、平面度が極めて向上することが分かった。 ［実験例２］本実施例では、押出ダイス１を用いて、ア
ルミニウム粉末複合材ビレットを５００℃の熱間押出加
工し、実施例１と同様の図２に示す断面正方形状の中空
材Ｔを成形した。尚、本実施例での押出速度は８ｍ／分
とした。

【００２８】実験では、上述したベアリング部１２とベ
アリング部２２との押出方向の長さの差Ｌを、実施例１
と同様に、０．３ｔ，０．６ｔ，１．０ｔ，１．５ｔに
変化させて中空材Ｔを夫々押出成形した。そして、その
各々の場合について押出成形後の中空材Ｔの幅方向の最
大撓みｈmaxを測定した。尚、比較例としてのＬが２．
０ｔの場合、従来例としてのＬが０ｔの場合についても
同様に測定した。表２に実験結果を示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２によれば、ベアリング部１２とベアリ
ング部２２との押出方向の長さの差Ｌが０ｔ、つまり従
来例の場合には、最大撓みｈmaxが中空材の幅ｗの０．
６８％であった。これに対し、本実施例における最大撓
みｈmaxは、Ｌが０．３ｔの場合に幅ｗの０．３８％、
Ｌが０．６ｔの場合に幅ｗの０．２１％、Ｌが１．０ｔ
の場合に幅ｗの０．１６％、Ｌが１．５ｔの場合に場合
に幅ｗの０．１２％であった。

【００３１】また、比較例として行ったＬが２．０ｔの
場合には、押出成形時の押圧力が高くなり実用上の上限
値に達したため、押出加工を中止した。以上の実験結果
により、Ｌが大きすぎると押出圧力が高くなり実用上問
題があることが分かった。また、本実施例のように、Ｌ
を０．３ｔ〜１．５ｔとした場合に高精度の平面度を有
する中空材Ｔが得られることが確認できた。その中で
も、特にＬを０．６ｔ〜１．５ｔとした場合には撓みが
従来の３分の１以下になり、平面度が極めて向上するこ
とが分かった。

【００３２】また、特に変形抵抗が高い材料であるアル
ミニウム粉末複合材においては、従来例に示すように、
平面度が特に悪くなっていたが、本発明の適用により、
当該平面度が著しく向上することが確認できた。つま
り、実施例１と実施例２とで最大撓みｈmaxの絶対値は
異なるものの、ベアリング部１２とベアリング部２２と
の押出方向の長さの差Ｌに応じて、同様の平面度向上の
効果が得られることが分かった。

【００３３】以上に説明したように、本発明の実施形態
に係る押出ダイス１によれば、中空材Ｔの外周面を形成
するベアリング部２２の押出方向の長さを、内周面を形
成するベアリング部１２の長さよりも大きくすること
で、中空材Ｔの平面部の平面度を向上させることができ
ることが分かった。

【００３４】そして、特にベアリング部１２とベアリン
グ部２２との押出方向の長さの差Ｌ（つまり中空材Ｔの
幅ｗに対する押出方向の長さの差）が、中空材Ｔの幅ｗ
の０．３倍以上１．５ｔ以下である場合に、高精度の平
面度を有する中空材Ｔが得られることが確認できた。

【００３５】さらに、その中でも特にＬを０．６倍以上
１．５倍以下とした場合に、平面度が極めて向上するこ
とが分かった。尚、上記各実施例では、押出加工の条件
を５００℃の熱間により押出速度８ｍ／分で行った例を
示したが、これと異なる実験条件にて実験を行っても、
同様の実験結果（効果）が得られることが分かってい
る。

【００３６】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定され
ることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形
態をとり得ることはいうまでもない。また、上記各実施
例では、中空材Ｔとして正方形状のものを選んだが、長
方形状その他の平面部を有する中空材であれば、本発明
の押出ダイスを用いることにより、上記と同様の効果が
得られる。

【００３７】さらに、上記各実施例では、中空材Ｔの厚
みｔを各辺で一定にしたが、各辺毎に厚みが異なる中空
材を成形する場合にも、本発明の押出ダイスを適用する
ことができる。この場合は、ベアリング部１２及びベア
リング部２２の各辺に対応した押出方向の長さを、各辺
の厚みに応じて設定すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る押出ダイスの要部詳
細図である。

【図２】 実施例に係る中空材の説明図である。

【図３】 押出ダイスを構成する雄型の斜視図である。

【図４】 押出ダイスを構成する雌型の斜視図である。

【図５】 従来の押出ダイスの断面図である。

【図６】 図５の要部拡大図である。

【符号の説明】

１・・・押出ダイス、 １０・・・雄型、 １１・・・
マンドレル部、１２・・・ベアリング部、 ２０・・・
雌型、 ２１・・・開口部、２２・・・ベアリング部、
ＣＬ・・・成形隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にマンドレル部が設けられた雄型
   と、先端に前記マンドレル部を挿通する開口部が設けら
   れた雌型とを備え、 前記マンドレル部の外周面に突設された第１のベアリン
   グ部と、前記開口部の内周面の該第１のベアリング部に
   対向して設けられた第２のベアリング部との間に形成さ
   れた成形隙間を介してアルミニウム素材を押出すことに
   より、平面部を有する中空材を成形する中空材成形用押
   出ダイスにおいて、 前記第２のベアリング部が、前記第１のベアリング部よ
   りも押出方向前方に長くなるように形成されたことを特
   徴とする中空材成形用押出ダイス。
2. 【請求項２】 前記第２のベアリング部と前記第１のベ
   アリング部との押出方向の長さの差が、両ベアリング部
   が形成する前記成形隙間の間隔の０．３倍以上１．５倍
   以下に形成されたことを特徴とする請求項１記載の中空
   材成形用押出ダイス。
3. 【請求項３】 前記第２のベアリング部と前記第１のベ
   アリング部との押出方向の長さの差が、両ベアリング部
   が形成する前記成形隙間の間隔の０．６倍以上１．５倍
   以下に形成されたことを特徴とする請求項２記載の中空
   材成形用押出ダイス。