(57)【要約】【課題】押出材の全長に亘って表面性状欠陥のない均質な押出材を製造する。【解決手段】コンテナに装填される直前の時点で当該ビレットの特に前端部の温度を測定し、この温度の実測値を予め設定された押出し適正温度範囲と比較して、当該適正温度範囲内に実測温度が適合する場合のみ、当該ビレットをコンテナに装填して押出を開始する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出加工条件中のビレット温度の適正温度範囲を予め設定しておき、
コンテナにビレットが装填される直前にビレット温度を測定し、
このビレット温度の実測値を前記の予め設定された適正温度範囲と比較して、当該適正温度範囲内に実測温度が適合する場合においてのみ、当該ビレットをコンテナに装填して押出材の押出加工を行うことを特徴とする押出加工方法。
【請求項２】
前記ビレットは、３０００系アルミニウム合金である請求項１に記載の押出加工方法。
【請求項３】
前記押出材は、アルミニウム管材である請求項１または２に記載の押出加工方法。
【請求項４】
ビレット温度の前記適正温度範囲を３５０〜５２０℃に設定して押出加工を行う請求項２または３に記載の押出加工方法。
【請求項５】
ビレット温度の測定を、加熱処理後、ビレットキャリアーに搭載されたビレットに対して、その押出方向の前端部において行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の押出加工方法。
【請求項６】
ビレット温度の測定を、熱電対を用いて行う請求項５に記載の押出加工方法。
【請求項７】
押出速度を、５〜７０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定して押出加工を行う請求項２〜６のいずれか１項に記載の押出加工方法。
【請求項８】
押出材が、感光ドラム用素管である請求項２〜７のいずれか１項に記載の押出加工方法。
【請求項９】
ビレットチャージャー上に搭載された加熱処理後のビレットの温度を測定する測温手段と、
押出加工条件中のビレット温度の適正温度範囲を設定する手段と、
前記測温手段で測定されたビレット温度の実測値を前記適正温度範囲と比較して、当該適正温度範囲内に実測値が適合する場合においてのみビレットチャージャー上のビレットをコンテナに装填せしめる装填作業を実行する駆動制御手段とを具備する押出加工装置。
【請求項１０】
ビレットの測温手段は、ビレットキャリアー上に搭載されたビレットに対して、その押出方向の前端部の温度を測定するものである請求項９に記載の押出加工装置。
【請求項１１】
前記測温手段は、ビレットキャリアー上のビレットの前端面に対して進退作動自在に設置された熱電対を有する請求項１０に記載の押出加工装置。
【請求項１２】
ビレット温度の実測値が、前記適正温度範囲から逸脱するときに、コンテナにビレットを装填しないように警告を与える警報手段を備える請求項９〜１１のいずれか１項に記載の押出加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料、特にアルミニウム又はその合金によるビレットを押出加工して、所定断面形状の押出材とする押出加工方法及び同装置に関する。
【０００２】
尚、本明細書において、以下「アルミニウム」の語は、その合金を含む意味において用いられる。
【背景技術】
【０００３】
電子複写機やプリンター等に用いられる感光ドラム用の素管をはじめ、各種ＯＡ機器用の部品として、アルミニウム押出材が用いられることが多い。近時、これらの用途の押出材にあっては、品質精度の点で益々高度なものが求められる傾向にある。殊に、感光ドラム用基体として用いられる押出素管や、アルマイト処理を施される押出材等においては、格別に厳しい表面性状等が要求される。
【０００４】
上記のような用途のための押出材は、例えば感光ドラム用素管の場合、Ａ３００３アルミニウム合金によるビレットからポートホールダイスを用いて所定寸法の管状押出材に押し出し成形したのち、これを更に引抜き加工して所要の寸法精度をもつ管材に加工される。
【０００５】
ところが、従来、上記のような加工工程を経て製造された管材等においては、同じ材料と同じ加工条件で製造されたものであっても、その中の製品の一部に、品質要求に適合しない製品が混在し、実質的な歩留りの低下を余儀なくされるという問題点が認識されていた。
【０００６】
このような要求性能に適合しない欠陥の大部分は、押出材の表面粗さや結晶粒の粗大化に起因するものであり、引抜加工後において表面粗さが大きくなり、あるいは外観が白っぽくなったり、アルマイト処理後の表面に結晶粒粗大化による模様（マクロ模様）が現れて、外観不良を起こすというものである。
【０００７】
そこで、このような原因となる押出材の表面結晶粒の粗大化要因について、押出条件を種々変化させることで探究したところ、押出機のコンテナに新たなビレットを装填して継続的な押出しが再開される場面での、押出開始初期段階でのビレット温度が大きく影響していることを見出すに至り、本発明を完成し得たものである。
【０００８】
従来から、押出材の全長に安定品質を得るための方法として、ビレット温度や押出速度を制御する「等温押出し」の技法が確立している。この等温押出し法は、下記特許文献１、２に示されるようにダイスの出側での押出製品の温度を、プラテンの出側に設けた測温手段で連続的に計測し、この測定製品温度が一定となるように、押出速度を常時制御するものである。
【特許文献１】特許第３７７０１６９号公報
【特許文献２】特許第３８２３７９５号公報
【０００９】
ところが、このような等温押出法の採用は、そのための設備コストが相当高価につくのみならず、当該等温押出法を採用しても、前記のような表面性状欠陥の発生はこれを完全に払拭することができず、単一のビレットで押出した押出材製品中の一部に、なおも引き抜き加工後に発現する不良要因を有する押出材部分が混在することがあるという問題があった。
【００１０】
まして、等温押出装置を具備しない押出機を用いて製造される製品にあっては、上記のような不良品の発生率は益々高いものとなる傾向があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の背景下において、押出材の表面性状欠陥、とくに表面粗さが大きい部位を生じたり、結晶粒の粗大化部位を生じたりする欠陥部位の発生を効果的に防いで、全長に亘り高品質で均質な押出材を得ることができる押出加工方法と、これに用いる押出加工装置を提供しようとするものである。
【００１２】
更にはまた、必ずしも高価な等温押出システムを導入することなしに、上記のような押出材の品質安定をはかることができる押出加工方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような課題に対して、本発明者らは現実の押出加工条件の種々の変化要因に着目して研究を進めたところ、次のような要因の存することが判明した。
【００１４】
即ち、ビレットは、押出加工前にビレットヒーターによって所定の押出加工適正温度に見合う温度に加熱されたのち、ビレットコールにより押出機に附属するビレットチャージャーに移載され、ここで先行する押出中のビレットによる一回の押出しが完了するまで待機状態に置かれるのが普通である。そして、先行するビレットによる押出が完了すると、ビレットチャージャー上で待機中のビレットが、ビレット投入コールに基いて押出スラムの軸線に沿って位置するビレットローダーに移載され、続いてスラムが前進駆動されることによりコンテナ中に装填され、次回の押し継ぎ押出し加工が開始される。
【００１５】
ところが、実際上、ビレットヒーターによるビレットの加熱が終了してから、当該ビレットが押出機のコンテナに装填されるまでの時間に注目すると、これが実に相当のバラツキを有することが判明した。このバラツキは、ビレット自体の搬送中のトラブルや、押出機の後面設備での押出材の搬送上のトラブル等によって、かなり大きなものとなる場合があるのみならず、定常運転状態時においてもある程度生じている。
【００１６】
そして、このような待機時間のバラツキによって、上記の加熱完了時からコンテナ装填までの時間が長くなればなるほど、ビレット温度は自然放熱によって低下する。このため、稀に所期する押出適正温度未満に低下した温度の低いビレットがコンテナに装填されてしまう事態を生じることがあり、当該ビレットによる押出再開時の、特に押出加工の進行によって昇温するまでの初期段階で、表面性状や内部組織に欠陥を有する押出材が押出成形されてしまうことがある。特に、内部組織の欠陥に関しては、押出した製品の外観上からはその欠陥の存在を判別できないため、次工程の引抜き加工後、あるいはアルマイト処理後に顕在化することになり、結果的に最終製品における不良品の発生率を増大してしまうことになる。
【００１７】
本発明は、このような現場作業上の実体に着目した原因解明に基づき、前記課題の解決のために下記の手段を提示するものである。
【００１８】
［１］押出加工条件中のビレット温度の適正温度範囲を予め設定しておき、
コンテナにビレットが装填される直前にビレット温度を測定し、
このビレット温度の実測値を前記の予め設定された適正温度範囲と比較して、当該適正温度範囲内に実測温度が適合する場合においてのみ、当該ビレットをコンテナに装填して押出材の押出加工を行うことを特徴とする押出加工方法。
【００１９】
［２］前記ビレットは、３０００系アルミニウム合金である前項［１］に記載の押出加工方法。
【００２０】
［３］前記押出材は、アルミニウム管材である前項［１］または［２］に記載の押出加工方法。
【００２１】
［４］ビレット温度の前記適正温度範囲を３５０〜５２０℃に設定して押出加工を行う前項［２］または［３］に記載の押出加工方法。
【００２２】
［５］ビレット温度の測定を、加熱処理後、ビレットキャリアーに搭載されたビレットに対して、その押出方向の前端部において行うことを特徴とする前項［１］〜［４］のいずれか１項に記載の押出加工方法。
【００２３】
［６］ビレット温度の測定を、熱電対を用いて行う前項［５］に記載の押出加工方法。
【００２４】
［７］押出速度を、５〜７０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定して押出加工を行う前項［２］〜［６］のいずれか１項に記載の押出加工方法。
【００２５】
［８］押出材が、感光ドラム用素管である前項［２］〜［７］のいずれか１項に記載の押出加工方法。
【００２６】
［９］ビレットチャージャー上に搭載された加熱処理後のビレットの温度を測定する測温手段と、
押出加工条件中のビレット温度の適正温度範囲を設定する手段と、
前記測温手段で測定されたビレット温度の実測値を前記適正温度範囲と比較して、当該適正温度範囲内に実測値が適合する場合においてのみビレットチャージャー上のビレットをコンテナに装填せしめる装填作業を実行する駆動制御手段とを具備する押出加工装置。
【００２７】
［１０］ビレットの測温手段は、ビレットキャリアー上に搭載されたビレットに対して、その押出方向の前端部の温度を測定するものである前項［９］に記載の押出加工装置。
【００２８】
［１１］前記測温手段は、ビレットキャリアー上のビレットの前端面に対して進退作動自在に設置された熱電対を有する前項［１０］に記載の押出加工装置。
【００２９】
［１２］ビレット温度の実測値が、前記適正温度範囲から逸脱するときに、コンテナにビレットを装填しないように警告を与える警報手段を備える前項［９］〜［１１］のいずれか１項に記載の押出加工装置。
【発明の効果】
【００３０】
前記［１］項の押出加工方法においては、予め経験的に求められているビレットの押出適正温度範囲、即ち、押出材に結晶粒の粗大化部分や内部組織欠陥部分を生じることのない温度範囲を設定しておくことにより、先行するビレットによる押出しが完了したのち新たなビレット投入のコールがかかった場合に、ビレット温度の実測値が押出可能な温度であっても上記の押出適正温度範囲から外れる場合にあっては、当該ビレットはコンテナに装填されることがない。従って何らかの原因で、ビレット温度が適正温度未満に下がってしまったビレットをそのままコンテナに装填して押出してしまう危惧がなく、ひいては、押出材に不本意な性状欠陥部分を生じるのを確実に回避しうる。
【００３１】
しかも、このコンテナ装填の直前に行うビレットの温度測定と、その結果に基づくビレットの装填作業の制御機構とで実行しうる方法であることにより、高価な等温押出システムを用いる場合に較べて極めて安価な設備コストで実行できる点でも有利である。
【００３２】
上記の加工方法は、前記［２］［３］項に記載のように、Ａ３００３アルミニウム合金によるビレットからのアルミニウム管材の押出加工に特に好都合に適用しうる。
【００３３】
その場合、前記［４］項及び［７］項のように、押出適正温度を３５０〜５２０℃、押出速度を５〜７０ｍ／ｍｉｎの範囲にそれぞれ設定して前記［１］項に記載の押出加工方法を実施することにより、全長に亘って表面性状欠陥のない均質な押出材を得ることができる。
【００３４】
更に、前記［５］項のように、コンテナへの装填の直前に行うビレット温度の測定を、ビレットの押出方向前端部において行うものとすることにより、押し継ぎ時を含む押出し開始直後の段階での単位押出材の特に先端部分近傍領域においても、表面欠陥のない押出材を得ることができる。
【００３５】
そして、上記の温度測定は、前記［６］項のように、測温素子に熱電対を用いた接触式の測温器で行うものとすることにより、最も機構的に簡単な装置でもって正確なビレット温度を計測することができる点で有利である。
【００３６】
従って、上記各項に記載のような押出加工方法を用いて、前記［８］項のように感光ドラム用素管を製造する場合、その製品の良品歩留り率を向上して、実質的な製造コストを一段と低減することができる。
【００３７】
前記［９］〜［１２］項は、上記の押出加工方法を実施するための押出加工装置に関するものであり、これらの各項に記載の押出加工装置を用いることによって上記加工方法を確実かつ的確に実行しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、この発明の好ましい実施態様を、添附図面を参照して説明する。
【００３９】
図１は、この発明に係る押出加工装置の構成の概要を示す説明用平面図である。
【００４０】
同図において、（１）は押出機、（２）はそのコンテナ、（３）はダイス、（４）はダイスライドを示す。
【００４１】
コンテナ（２）の後方（押出方向を基準とする）には、該コンテナ（２）と同一軸線上にビレット（Ｂ）を支持しうるビレットローダー（５）が設けられている。そして、押出機（１）のステム（６）は、ビレット交換時においてビレットローダー（５）の後方位置にまで後退移動可能なものとなされ、ビレットローダー（５）上に載置されたビレット（Ｂ）をビレット投入コールに基いてコンテナ（２）内に押し込み装填しうるものとなされている。
【００４２】
一方、ビレットローダー（５）の側方位置には、コンテナ装填前のビレット（Ｂ）を待機させるビレットチャージャー（７）が設けられている。
【００４３】
上記の構成は従来の押出装置と同様であるが、本発明においては、上記ビレットチャージャー（７）上に担持されているビレット（Ｂ）の押出方向前端面の温度を検出しうる測温装置（１０）を具備する。
【００４４】
この測温装置（１０）は、先端に測温素子として熱電対（１０ａ）を用いた接触式の測温装置であり、常時はビレットチャージャー（７）の前方位置で離間して待機しており、ビレットが搬送されてくると後方に進出作動して上記熱電対（１０ａ）をビレット（Ｂ）の前端面に当接させ、コンテナへのビレット投入コールがでるまで常時測温を続けるものとなされている。
【００４５】
そして、この測温装置（１０）によるビレット温度の実測値はビレット投入制御装置（１１）に伝達され、ここで予め設定されたビレット押出のための適正温度範囲と比較し、当該適正温度範囲内に実測温度が適合している場合にのみ、当該ビレット（Ｂ）をコンテナ（２）に装填するべく所定のビレット装填動作が行われるようになっている。従って、上記制御装置（１１）は、予め過去の押出加工実績から求められた押出加工条件中の特にビレットの適正温度範囲を可変設定可能なものとなされ、かつこの適正温度範囲を記憶する手段と、前記実測温度との比較演算手段と、その結果に基いてビレットチャージャー（７）の駆動を制御すると共に、前記実測値が適正温度範囲から外れている場合に、当該ビレット（Ｂ）をコンテナ（２）に装填しないように警告するための警報手段を備えたものとなされいる。更に好ましくは、上記のように実測値が適正温度範囲から外れる場合には、ビレットチャージャー（７）上で待機するビレット（Ｂ）を、装填移送ライン外に排除するエジェクター装置を起動しうるものとなされても良い。
【００４６】
アルミニウム等の金属材料をもって所定断面形状の押出材を製造する場合、金属材料ビレット（Ｂ）は予めビレットヒーターによって加熱される。そして、この加熱後、押出機（１）側からのビレット投入コールに基いて、コンテナ（２）に装填され、押出加工が開始される。
【００４７】
このようなビレット（Ｂ）の加熱からコンテナ（２）への装填そして押出開始に至るまでの、本発明に係る押出加工方法の工程流れを図２にフローチャートとして示している。
【００４８】
図２の参照において、ビレットヒーターによって加熱されたビレット（Ｂ）は、ビレットコールに基いてビレットヒーターから搬出され（ステップＳ１）、ビレットチャージャー（７）に移載されて（ステップＳ２）、ここで待機し、測温装置（１０）によりビレット前端部の温度が測定される（ステップＳ３）。
【００４９】
そして、先行するビレット（Ｂ）による押出しが完了したのち、次のビレット（Ｂ）をコンテナ（２）に装填すべく、ビレット投入コールが出されると、上記の温度の実測値は、制御装置（１１）に伝達され、該制御装置（１１）に予め設定されている押出適正温度範囲と比較され（ステップ５）、これが適正温度範囲内である場合（ステップ５のＯＫの場合）のみ、ビレット（Ｂ）のコンテナ投入動作が実行される。即ち、ビレットローダー（５）上にビレット（Ｂ）が移載され（ステップＳ６）、ステム（６）の前進によってコンテナ（２）に装填され（ステップＳ７）、続いて押出しが開始される。
【００５０】
一方、測温装置（１０）による実測値が押出適正温度範囲から外れている場合、特にビレット温度が低い場合には、当該ビレットをコンテナに装填しないように、作業者に警告する警報装置が作動される（ステップＳ５のＮＧの場合）。併せて、ビレットローダー（５）へのビレットの搬送が停止され、ビレットチャージャー（７）上の当該ビレット（Ｂ）は一旦除去され、再度、ビレットヒーターによる加熱工程に供される。
【００５１】
ところで、押出材が感光ドラム用素管等の精密管材である場合、その材料としてＡ３００３アルミニウム合金が用いられる。而して、当該Ａ３００３合金からなるビレットを用いて所定の管材を押出す場合、過去の押出加工の経験的実績から、押出に供するときの適正なビレット温度、即ち押出適正温度は、概ね３５０℃〜５２０℃の範囲内である。この温度範囲から逸脱する温度のビレットを押出に供する場合、一般的傾向として、結晶粒径の粗大化を招き、押出材の前端部と後端部で表面粗さや内部組織に不均一を生じる傾向が見られる。より好ましい押出適正温度範囲は、４００℃〜５００℃である。
【００５２】
また、押出速度も表面性状等の品質に重大な影響を及ぼす。該速度は５〜７０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定して行うのが好適である。この範囲から外れる押出速度で加工するときも、前記同様に一般的傾向として表面の結晶粒の粗大化傾向が強くなり、全長に亘って良好な品質の押出材を得ることが困難である。より好ましい押出速度の範囲は、１０〜５０ｍ／ｍｉｎである。
【００５３】
〈実験例〉
そこで、このような経験的な好ましい押出加工条件の知見に基づき、押出加工に供する直前のビレット（Ｂ）の適正温度範囲を４００〜５００℃、押出速度１０〜５０ｍ／ｍｉｎに設定した状態で、Ａ３００３合金からなるビレットを用いて本発明による押出加工装置と方法で、直径２０ｍｍの押出管材の押出加工を行ったところ、得られたすべての押出材は、いずれもその表面結晶粒径が２５０μｍ以下にあって、粗大な結晶粒を有しないものであることを確認し得た。また、当該押出材を引抜き加工およびアルマイト処理に供したのちその表面性状を目視検査したところ、いずれもマクロ模様の出現しない、内部組織の均一なものであることを確認し得た。尚、コンテナへの装填時に、ビレットの温度が押出適正温度から逸脱するために装填を忌避されることになったビレットは、使用ビレットの約１％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る押出加工装置の構成の概要を平面状態で示す説明図である。
【図２】ビレットの加熱から押出機のコンテナへの装填までの工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１…押出機
２…コンテナ
３…ダイス
４…ダイスライド
５…ビレットローダー
６…ステム
７…ビレットチャージャー
１０…測温装置
１０ａ…熱電対
１１…ビレット投入制御装置
Ｂ…ビレット
【図１】
2008161895.tif 000003
【図２】
2008161895.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
即ち、ビレットは、押出加工前にビレットヒーターによって所定の押出加工適正温度に
見合う温度に加熱されたのち、ビレットコールにより押出機に附属するビレットチャージ
ャーに移載され、ここで先行する押出中のビレットによる一回の押出しが完了するまで待
機状態に置かれるのが普通である。そして、先行するビレットによる押出が完了すると、
ビレットチャージャー上で待機中のビレットが、ビレット投入コールに基いて押出ステム
の軸線に沿って位置するビレットローダーに移載され、続いてステムが前進駆動されるこ
とによりコンテナ中に装填され、次回の押し継ぎ押出し加工が開始される。