(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を押出成形するためのダイアセンブリであって、前記ダイアセンブリは、
ダイ本体を形成するように一緒に結合された複数のダイプレートであって、前記ダイ本体は、押出成形用の金属のビレットを受け取るように構成され、前記複数のダイプレートは、
入口および出口を画定する通路であって、前記出口の直径は、前記入口の直径よりも小さい、通路と、
前記入口と前記出口との間のテーパ状内側表面と
を有し、前記ダイプレートの各々は、中心孔の周りに内側表面を伴う中心孔を有し、第１のダイプレートにおける中心孔の内側表面は、前記第１のダイプレートの前面に隣接して位置付けられた第２のダイプレートにおける中心孔の内側表面よりも、前記通路の軸に対して小さい角度でテーパ状にされる、複数のダイプレートと、
前記ダイ本体に結合された基部であって、前記基部の回転は、前記ダイ本体を回転させる、基部と
を備える、ダイアセンブリ。
【請求項２】
前記第２のダイプレートは、前記第１のダイプレートよりも前記ダイ本体の前記入口の近くに位置付けられる、請求項１に記載のダイアセンブリ。
【請求項３】
前記ダイアセンブリは、第３のダイプレートをさらに備え、前記第３のダイプレートは、前記第３のダイプレートの前面に隣接して位置付けられたダイプレートにおける中心孔の内側表面よりも前記軸に対して大きい角度でテーパ状にされる内側表面を伴う中心孔を有する、請求項１または２に記載のダイアセンブリ。
【請求項４】
前記第３のダイプレートの前記前面に隣接して位置付けられた前記ダイプレートは、前記第１のダイプレートである、請求項３に記載のダイアセンブリ。
【請求項５】
前記第３のダイプレートは、前記第１のダイプレートよりも前記ダイ本体の前記出口の近くに位置付けられる、請求項３または４に記載のダイアセンブリ。
【請求項６】
前記ダイアセンブリは、前記ダイ本体の一部分を形成する第３のプレートをさらに備え、前記第３のプレートは、前記軸に対する角度でテーパ状ではない中心孔の周りの内側表面を伴う中心孔を有する、請求項１に記載のダイアセンブリ。
【請求項７】
前記第３のプレートの前記中心孔は、前記ダイ本体の前記入口を画定する、請求項６に記載のダイアセンブリ。
【請求項８】
前記基部は、中心孔を備える、請求項１〜７のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項９】
前記基部の前記中心孔は、前記ダイ本体出口の直径よりも大きい直径を有する、請求項８に記載のダイアセンブリ。
【請求項１０】
前記ビレットは、前記ダイ本体に進入する前に予熱されない、請求項１〜９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項１１】
前記ダイ本体の回転は、前記テーパ状内側表面と、前記入口を通して前記ダイ本体の前記内部通路の中に前進させられるビレットとの間に摩擦を生成する、請求項１０に記載のダイアセンブリ。
【請求項１２】
前記摩擦は、前記ビレット金属の変形を引き起こすために十分である温度に前記ビレットを加熱する、請求項１１に記載のダイアセンブリ。
【請求項１３】
前記加熱されたビレットは、前記ビレット金属の機械的性質限界を超えない変形力の下で変形可能である、請求項１２に記載のダイアセンブリ。
【請求項１４】
前記ビレットと、マンドレルであって、前記マンドレルを越えて前記ビレットが前進させられる、マンドレルとの間の摩擦は、前記ビレットおよび前記マンドレルを加熱する、請求項１３に記載のダイアセンブリ。
【請求項１５】
冷却システムが、冷却流体を前記マンドレルの内部に提供する、請求項１４に記載のダイアセンブリ。
【請求項１６】
前記ダイプレートのうちの少なくとも１つは、２つの異なる材料から形成され、第１の材料は、前記ダイプレートにおける孔の周囲を形成し、第２の材料は、前記ダイプレートの外側部分を形成する、請求項１〜１５のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項１７】
前記第１の材料および前記第２の材料のうちの少なくとも１つは、セラミック材料、または、鋼である、請求項１６に記載のダイアセンブリ。
【請求項１８】
前記入口付近の前記ダイ本体の前面は、前記入口の直径に等しい直径を有するセンタリング挿入物と嵌合するように構成される、請求項１〜１７のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項１９】
前記センタリング挿入物および前記入口の周囲は、同じ材料から形成される、請求項１８に記載のダイアセンブリ。
【請求項２０】
前記ダイ本体は、マンドレル先端が前記ダイ本体の前記内部通路内に位置付け可能であるように、前記入口を通して前記マンドレル先端を受け取るように構成される、請求項１〜１９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項２１】
前記ダイ本体の前記内側表面は、前記マンドレル先端の外側表面の角度に対応する角度を有する相補的部分を備える、請求項２０に記載のダイアセンブリ。
【請求項２２】
前記ダイ本体は、押出成形製品を形成するように前記ダイ本体の前記内部通路を通して押し動かされるビレットを受け取るように構成され、前記押出成形製品は、前記ダイ本体の前記出口の直径に対応する外径と、前記マンドレル先端の直径に対応する内径とを有する、請求項２０または２１に記載のダイアセンブリ。
【請求項２３】
ダイアセンブリであって、前記ダイアセンブリは、
金属を押出成形するための手段であって、前記押出成形するための手段は、押出成形用の金属のビレットを受け取るように構成され、前記手段は、複数のプレート手段を備え、
前記押出成形するための手段の入口および出口を画定する通路手段であって、前記出口の直径は、前記入口の直径よりも小さい、通路手段と、
前記入口と前記出口との間のテーパ状表面手段と
を有し、前記プレート手段の各々は、中心孔の周りにテーパ状表面を伴う中心孔を有し、第１のプレート手段における中心孔の内側表面は、前記第１のプレート手段の前面に隣接して位置付けられた第２のプレート手段における中心孔の内側表面よりも、前記通路手段の軸に対して小さい角度でテーパ状にされる、押出成形するための手段と、
前記押出成形するための手段を回転手段に結合するための手段であって、前記結合するための手段の回転は、前記押出成形するための手段を回転させる、結合するための手段とを備える、ダイアセンブリ。
【請求項２４】
前記第２のプレート手段は、前記第１のプレート手段よりも、前記押出成形するための手段の前記入口の近くに位置付けられる、請求項２３に記載のダイアセンブリ。
【請求項２５】
前記ダイアセンブリは、第３のプレート手段をさらに備え、前記第３のプレート手段は、前記第３のプレート手段の前面に隣接して位置付けられたプレート手段における中心孔の内側表面よりも前記軸に対して大きい角度でテーパ状にされる内側表面を伴う中心孔を有する、請求項２３または２４に記載のダイアセンブリ。
【請求項２６】
前記第３のプレート手段の前記前面に隣接して位置付けられた前記プレート手段は、前記第１のプレート手段である、請求項２５に記載のダイアセンブリ。
【請求項２７】
前記第３のプレート手段は、前記第１のプレート手段よりも、前記押出成形するための手段の前記出口の近くに位置付けられる、請求項２５または２６に記載のダイアセンブリ。
【請求項２８】
前記ダイアセンブリは、前記押出成形するための手段の一部分を形成する第３のプレート手段をさらに備え、前記第３のプレート手段は、前記軸に対する角度でテーパ状ではない中心孔の周りの内側表面を伴う中心孔を有する、請求項２３に記載のダイアセンブリ。
【請求項２９】
前記第３のプレート手段の前記中心孔は、前記押出成形するための手段の前記入口を画定する、請求項２８に記載のダイアセンブリ。
【請求項３０】
前記結合するための手段は、中心孔を備える、請求項２３〜２９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項３１】
前記結合するための手段の前記中心孔は、前記押出成形するための手段の前記出口の直径よりも大きい直径を有する、請求項３０に記載のダイアセンブリ。
【請求項３２】
前記ビレットは、前記押出成形するための手段に進入する前に予熱されない、請求項２３〜３１のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項３３】
前記押出成形するための手段の回転は、前記テーパ状表面手段と、前記入口を通して前記押出成形するための手段の前記通路手段の中に前進させられるビレットとの間に摩擦を生成する、請求項３２に記載のダイアセンブリ。
【請求項３４】
前記摩擦は、前記ビレット金属の変形を引き起こすために十分である温度に前記ビレットを加熱する、請求項３３に記載のダイアセンブリ。
【請求項３５】
前記加熱されたビレットは、前記ビレット金属の機械的性質限界を超えない変形力の下で変形可能である、請求項３４に記載のダイアセンブリ。
【請求項３６】
前記ビレットと、ロッド手段であって、前記ロッド手段を越えて前記ビレットが前進させられる、ロッド手段との間の摩擦は、前記ビレットおよび前記ロッド手段を加熱する、請求項３５に記載のダイアセンブリ。
【請求項３７】
冷却するための手段が、冷却流体を前記ロッド手段の内部に提供する、請求項３６に記載のダイアセンブリ。
【請求項３８】
前記プレート手段のうちの少なくとも１つは、２つの異なる材料から形成され、第１の材料は、前記プレート手段における孔の周囲を形成し、第２の材料は、前記プレート手段の外側部分を形成する、請求項２３〜３７のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項３９】
前記第１の材料および前記第２の材料のうちの少なくとも１つは、セラミック材料、または、鋼である、請求項３８に記載のダイアセンブリ。
【請求項４０】
前記入口付近の前記押出成形するための手段の前面は、ビレットをセンタリングするための手段と嵌合するように構成され、前記センタリングするための手段は、前記入口の直径に等しい直径を有する、請求項２３〜３９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項４１】
前記センタリングするための手段と前記入口の周囲とは、同じ材料から形成される、請求項４０に記載のダイアセンブリ。
【請求項４２】
前記押出成形するための手段は、ロッド先端手段が前記押出成形するための手段の前記内部通路内に位置付け可能であるように、前記入口を通して前記ロッド先端手段を受け取るように構成される、請求項２３〜４０のいずれかに記載のダイアセンブリ。
【請求項４３】
前記押出成形するための手段の前記テーパ状表面手段は、前記ロッド先端手段の外側表面の角度に対応する角度を有する相補的部分を備える、請求項４２に記載のダイアセンブリ。
【請求項４４】
前記押出成形するための手段は、押出成形製品を形成するように前記押出成形するための手段の前記通路手段を通して押し動かされるビレットを受け取るように構成され、前記押出成形製品は、前記押出成形するための手段の前記出口の直径に対応する外径と、前記ロッド先端手段の直径に対応する内径とを有する、請求項４２または４３に記載のダイアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
銅、アルミニウム、金属合金、または、他の金属から形成される金属パイプ等の管材料は、しばしば、押出成形プロセスによって製造される。押出成形プロセスにおいて、ビレットと呼ばれる金属の大型ブロックが、管材料を成形するために使用されるビレットのサイズよりも小さい開口部を伴う円形または他の構成を有するダイ構造を通して加工される。ビレットは、ビレットの中心を通して穿刺ロッドが押し込まれる前に高温まで予熱されることにより、それを通してチャネルを成形し得る。次いで、典型的に約１，０００〜１００，０００ポンド／平方インチのオーダーの大きい圧力がビレットに印加されることにより、穿刺ロッドを越えて、かつ、ダイ開口部を通して予熱された材料を押し込む。圧力は、材料を強制的に変形させて押出成形させ、ダイの開口部の直径に類似する直径を有する管として、ダイの後部から出す。
【０００２】
押出成形によって大量の金属管材を生産するために、大型のビレットおよび製造機械類が必要とされ、金属管材を作成するために押出成形プロセスで使用されるビレットは、しばしば、重量が１，０００ポンドに達するか、または、それを超える。機械およびビレットのサイズは、管材を生産するために大型製造設備を必要とし、押出成形プロセスのサイズ要件は、製造動作のための多大な始動費および保守費につながる。さらに、１度に１つだけのビレットを押出成形すること等のプロセスの制限が、ビレットサイズ由来の非効率につながる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本明細書において、回転式押出成形プレスダイアセンブリを使用して材料を押出成形するためのシステム、デバイス、および、方法が、開示される。特定の実施形態において、本システム、デバイス、および、方法は、複数の材料ビレットの連続押出成形を可能にする。そのような連続押出成形は、比較的小型のビレットが、所望の量の押出成形材料を生産するために効率的に使用されることを可能にし、したがって、そのような連続押出成形プレスシステムのスケールおよびサイズ要件は、従来の押出成形プロセスよりも小さくあり得る。
【０００４】
１つの局面において、材料を押出成形するためのダイアセンブリは、ダイ本体を形成するように一緒に結合された複数のダイプレートを含む。ダイ本体は、入口および出口を画定する通路を有し、出口の直径は、入口の直径よりも小さい。テーパ状表面が、入口と出口との間に位置する。ダイプレートの各々は、中心孔の周りにテーパ状内側表面を伴う中心孔を有し、第１のダイプレートにおける中心孔の内側表面は、第１のダイプレートの前面に隣接して位置付けられた第２のダイプレートにおける中心孔の内側表面よりも、通路の軸に対して小さい角度でテーパ状にされる。基部が、ダイ本体に結合され、基部の回転は、ダイ本体を回転させる。
【０００５】
特定の実装において、第２のダイプレートは、第１のダイプレートよりも、ダイ本体の入口の近くに位置付けられる。ダイアセンブリは、第３のダイプレートの前面に隣接して位置付けられたダイプレートにおける中心孔の内側表面よりも軸に対して大きい角度でテーパ状にされる内側表面を伴う中心孔を有する第３のダイプレートを含み得る。第３のダイプレートの前面に隣接して位置付けられたダイプレートは、第１のダイプレートであり得、第３のダイプレートは、第１のダイプレートよりも、ダイ本体の出口の近くに位置付けられ得る。
【０００６】
特定の実装において、ダイアセンブリは、ダイ本体の一部分を形成する第３のプレートを含み、第３のプレートは、通路の軸に対する角度でテーパ状ではない中心孔の周りの内側表面を伴う中心孔を有する。第３のプレートの中心孔は、ダイ本体の入口を画定する。特定の実装において、基部は、中心孔を含み、基部の中心孔は、ダイ本体出口の直径よりも大きい直径を有する。
【０００７】
特定の実装において、ダイ本体は、押出成形用の材料のビレットを受け取るように構成され、ビレットは、ダイ本体に進入する前に予熱されない。ダイ本体の回転は、テーパ状内側表面と、入口を通してダイ本体の内部通路の中に前進させられるビレットとの間に摩擦を生成する。摩擦は、ビレット材料の変形を引き起こすために十分である温度にビレットを加熱し、加熱されたビレットは、ビレット材料の機械的性質限界を超えない変形力の下で変形可能である。ビレットと、そのマンドレルを越えてビレットが前進させられるマンドレルとの間の摩擦は、ビレットおよびマンドレルを加熱する。冷却システムは、冷却流体をマンドレルの内部に提供する。
【０００８】
特定の実装において、ダイプレートのうちの少なくとも１枚は、２つの異なる材料から形成され、第１の材料は、ダイプレートにおける孔の周囲を形成し、第２の材料は、ダイプレートの外側部分を形成する。第１の材料および第２の材料のうちの少なくとも１つは、セラミック材料、鋼、または、消耗材料である。特定の実装において、入口付近のダイ本体の前面は、入口の直径に実質的に等しい直径を有するセンタリング挿入物と嵌合するように構成される。センタリング挿入物および入口の周囲は、同じ材料から形成される。
【０００９】
特定の実装において、ダイ本体は、マンドレル先端がダイ本体の内部通路内に位置付け可能であるように、入口を通してマンドレル先端を受け取るように構成される。ダイ本体の内側表面は、マンドレル先端の外側表面の角度に対応する角度を有する相補的部分を含む。ダイ本体は、押出成形製品を形成するようにダイ本体の内部通路を通してプレスされるビレットを受け取るように構成され、押出成形製品は、ダイ本体の出口の直径に対応する外径と、マンドレル先端の直径に対応する内径とを有する。
【００１０】
１つの局面において、ダイアセンブリは、複数のプレート手段を含む、材料を押出成形するための手段を含む。押出成形するための手段は、押出成形するための手段の入口および出口を画定する通路手段を有し、出口の直径は、入口の直径よりも小さい。押出成形するための手段はまた、入口と出口との間のテーパ状表面手段を有する。プレート手段の各々は、中心孔の周りにテーパ状表面を伴う中心孔を有し、第１のプレート手段における中心孔の内側表面は、第１のプレート手段の前面に隣接して位置付けられた第２のプレート手段における中心孔の内側表面よりも、通路手段の軸に対して小さい角度でテーパ状にされる。ダイアセンブリはまた、押出成形するための手段を回転手段に結合するための手段も含み、結合するための手段の回転は、押出成形するための手段を回転させる。
【００１１】
特定の実装において、第２のプレート手段は、第１のプレート手段よりも、押出成形するための手段の入口の近くに位置付けられる。押出成形するための手段は、第３のプレート手段の前面に隣接して位置付けられたプレート手段における中心孔の内側表面よりも軸に対して大きい角度でテーパ状にされる内側表面を伴う中心孔を有する第３のプレート手段を含み得る。第３のプレート手段の前面に隣接して位置付けられたプレート手段は、第１のプレート手段であり得、第３のプレート手段は、第１のダイプレートよりも、押出成形するための手段の出口の近くに位置付けられ得る。
【００１２】
特定の実装において、ダイアセンブリは、押出成形するための手段の一部分を形成する第３のプレート手段を含み、第３のプレート手段は、軸に対する角度でテーパ状ではない中心孔の周りの内側表面を伴う中心孔を有する。第３のプレート手段の中心孔は、押出成形するための手段の入口を画定する。特定の実装において、結合するための手段は、中心孔を含む。結合するための手段の中心孔は、押出成形するための手段の出口の直径よりも大きい直径を有する。
【００１３】
特定の実装において、押出成形するための手段は、押出成形用の材料のビレットを受け取るように構成され、ビレットは、押出成形するための手段に進入する前に予熱されない。押出成形するための手段の回転は、テーパ状内側表面手段と、入口を通して押出成形するための手段の通路手段の中に前進させられるビレットとの間に摩擦を生成する。摩擦は、ビレット材料の変形を引き起こすために十分である温度にビレットを加熱する。加熱されたビレットは、ビレット材料の機械的性質限界を超えない変形力の下で変形可能である。ビレットと、そのロッド手段を越えてビレットが前進させられるロッド手段との間の摩擦は、ビレットおよびロッド手段を加熱し、冷却するための手段は、冷却流体をロッド手段の内部に提供する。
【００１４】
特定の実装において、プレート手段のうちの少なくとも１つは、２つの異なる材料から形成され、第１の材料は、プレート手段における孔の周囲を形成し、第２の材料は、プレート手段の外側部分を形成する。第１の材料および第２の材料のうちの少なくとも１つは、セラミック材料、鋼、または、消耗材料である。特定の実装において、入口付近の押出成形するための手段の前面は、ビレットをセンタリングするための手段と嵌合するように構成され、センタリングするための手段は、入口の直径に実質的に等しい直径を有する。センタリングするための手段および入口の周囲は、同じ材料から形成される。
【００１５】
特定の実装において、押出成形するための手段は、ロッド先端手段が押出成形するための手段の内部通路内に位置付け可能であるように、入口を通してロッド先端手段を受け取るように構成される。押出成形するための手段のテーパ状表面手段は、ロッド先端手段の外側表面の角度に対応する角度を有する相補的部分を備える。押出成形するための手段は、押出成形製品を形成するように押出成形するための手段の通路手段を通してプレスされるビレットを受け取るように構成され、押出成形製品は、押出成形するための手段の出口の直径に対応する外径と、ロッド先端手段の直径に対応する内径とを有する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
材料を押出成形するためのダイアセンブリであって、前記ダイアセンブリは、
ダイ本体を形成するように一緒に結合された複数のダイプレートであって、前記複数のダイプレートは、
入口および出口を画定する通路であって、前記出口の直径は、前記入口の直径よりも小さい、通路と、
前記入口と前記出口との間のテーパ状内側表面と
を有し、前記ダイプレートの各々は、中心孔の周りに内側表面を伴う中心孔を有し、第１のダイプレートにおける中心孔の内側表面は、前記第１のダイプレートの前面に隣接して位置付けられた第２のダイプレートにおける中心孔の内側表面よりも、前記通路の軸に対して小さい角度でテーパ状にされる、複数のダイプレートと、
前記ダイ本体に結合された基部であって、前記基部の回転は、前記ダイ本体を回転させる、基部と
を備える、ダイアセンブリ。
（項目２）
前記第２のダイプレートは、前記第１のダイプレートよりも前記ダイ本体の前記入口の近くに位置付けられる、項目１に記載のダイアセンブリ。
（項目３）
前記ダイアセンブリは、第３のダイプレートをさらに備え、前記第３のダイプレートは、前記第３のダイプレートの前面に隣接して位置付けられたダイプレートにおける中心孔の内側表面よりも前記軸に対して大きい角度でテーパ状にされる内側表面を伴う中心孔を有する、項目１または２に記載のダイアセンブリ。
（項目４）
前記第３のダイプレートの前記前面に隣接して位置付けられた前記ダイプレートは、前記第１のダイプレートである、項目３に記載のダイアセンブリ。
（項目５）
前記第３のダイプレートは、前記第１のダイプレートよりも前記ダイ本体の前記出口の近くに位置付けられる、項目３または４に記載のダイアセンブリ。
（項目６）
前記ダイアセンブリは、前記ダイ本体の一部分を形成する第３のプレートをさらに備え、前記第１のプレートは、前記軸に対する角度でテーパ状ではない中心孔の周りの内側表面を伴う中心孔を有する、項目１に記載のダイアセンブリ。
（項目７）
前記第３のプレートの前記中心孔は、前記ダイ本体の前記入口を画定する、項目６に記載のダイアセンブリ。
（項目８）
前記基部は、中心孔を備える、項目１〜７のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目９）
前記基部の前記中心孔は、前記ダイ本体出口の直径よりも大きい直径を有する、項目８に記載のダイアセンブリ。
（項目１０）
前記ダイ本体は、押出成形用の材料のビレットを受け取るように構成され、前記ビレットは、前記ダイ本体に進入する前に予熱されない、項目１〜９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目１１）
前記ダイ本体の回転は、前記テーパ状内側表面と、前記入口を通して前記ダイ本体の前記内部通路の中に前進させられるビレットとの間に摩擦を生成する、項目１０に記載のダイアセンブリ。
（項目１２）
前記摩擦は、前記ビレット材料の変形を引き起こすために十分である温度に前記ビレットを加熱する、項目１１に記載のダイアセンブリ。
（項目１３）
前記加熱されたビレットは、前記ビレット材料の機械的性質限界を超えない変形力の下で変形可能である、項目１２に記載のダイアセンブリ。
（項目１４）
前記ビレットと、マンドレルであって、前記マンドレルを越えて前記ビレットが前進させられる、マンドレルとの間の摩擦は、前記ビレットおよび前記マンドレルを加熱する、項目１３に記載のダイアセンブリ。
（項目１５）
冷却システムが、冷却流体を前記マンドレルの内部に提供する、項目１４に記載のダイアセンブリ。
（項目１６）
前記ダイプレートのうちの少なくとも１枚は、２つの異なる材料から形成され、第１の材料は、前記ダイプレートにおける孔の周囲を形成し、第２の材料は、前記ダイプレートの外側部分を形成する、項目１〜１５のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目１７）
前記第１の材料および前記第２の材料のうちの少なくとも１つは、セラミック材料、鋼、または、消耗材料である、項目１６に記載のダイアセンブリ。
（項目１８）
前記入口付近の前記ダイ本体の前面は、前記入口の直径に実質的に等しい直径を有するセンタリング挿入物と嵌合するように構成される、項目１〜１７のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目１９）
前記センタリング挿入物および前記入口の周囲は、同じ材料から形成される、項目１８に記載のダイアセンブリ。
（項目２０）
前記ダイ本体は、マンドレル先端が前記ダイ本体の前記内部通路内に位置付け可能であるように、前記入口を通して前記マンドレル先端を受け取るように構成される、項目１〜１９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目２１）
前記ダイ本体の前記内側表面は、前記マンドレル先端の外側表面の角度に対応する角度を有する相補的部分を備える、項目２０に記載のダイアセンブリ。
（項目２２）
前記ダイ本体は、押出成形製品を形成するように前記ダイ本体の前記内部通路を通して押し動かされるビレットを受け取るように構成され、前記押出成形製品は、前記ダイ本体の前記出口の直径に対応する外径と、前記マンドレル先端の直径に対応する内径とを有する、項目２０または２１に記載のダイアセンブリ。
（項目２３）
ダイアセンブリであって、前記ダイアセンブリは、
材料を押出成形するための手段であって、前記手段は、複数のプレート手段を備え、
前記押出成形するための手段の入口および出口を画定する通路手段であって、前記出口の直径は、前記入口の直径よりも小さい、通路手段と、
前記入口と前記出口との間のテーパ状表面手段と
を有し、前記プレート手段の各々は、中心孔の周りにテーパ状表面を伴う中心孔を有し、第１のプレート手段における中心孔の内側表面は、前記第１のプレート手段の前面に隣接して位置付けられた第２のプレート手段における中心孔の内側表面よりも、前記通路手段の軸に対して小さい角度でテーパ状にされる、押出成形するための手段と、
前記押出成形するための手段を回転手段に結合するための手段であって、前記結合するための手段の回転は、前記押出成形するための手段を回転させる、結合するための手段と
を備える、ダイアセンブリ。
（項目２４）
前記第２のプレート手段は、前記第１のプレート手段よりも、前記押出成形するための手段の前記入口の近くに位置付けられる、項目２３に記載のダイアセンブリ。
（項目２５）
前記ダイアセンブリは、第３のプレート手段をさらに備え、前記第３のプレート手段は、前記第３のプレート手段の前面に隣接して位置付けられたプレート手段における中心孔の内側表面よりも前記軸に対して大きい角度でテーパ状にされる内側表面を伴う中心孔を有する、項目２３または２４に記載のダイアセンブリ。
（項目２６）
前記第３のプレート手段の前記前面に隣接して位置付けられた前記プレート手段は、前記第１のプレート手段である、項目２５に記載のダイアセンブリ。
（項目２７）
前記第３のプレート手段は、前記第１のプレート手段よりも、前記押出成形するための手段の前記出口の近くに位置付けられる、項目２５または２６に記載のダイアセンブリ。
（項目２８）
前記ダイアセンブリは、前記押出成形するための手段の一部分を形成する第３のプレート手段をさらに備え、前記第３のプレート手段は、前記軸に対する角度でテーパ状ではない中心孔の周りの内側表面を伴う中心孔を有する、項目２３に記載のダイアセンブリ。
（項目２９）
前記第３のプレート手段の前記中心孔は、前記押出成形するための手段の前記入口を画定する、項目２８に記載のダイアセンブリ。
（項目３０）
前記結合するための手段は、中心孔を備える、項目２３〜２９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目３１）
前記結合するための手段の前記中心孔は、前記押出成形するための手段の前記出口の直径よりも大きい直径を有する、項目３０に記載のダイアセンブリ。
（項目３２）
前記押出成形するための手段は、押出成形用の材料のビレットを受け取るように構成され、前記ビレットは、前記押出成形するための手段に進入する前に予熱されない、項目２３〜３１のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目３３）
前記押出成形するための手段の回転は、前記テーパ状表面手段と、前記入口を通して前記押出成形するための手段の前記通路手段の中に前進させられるビレットとの間に摩擦を生成する、項目３２に記載のダイアセンブリ。
（項目３４）
前記摩擦は、前記ビレット材料の変形を引き起こすために十分である温度に前記ビレットを加熱する、項目３３に記載のダイアセンブリ。
（項目３５）
前記加熱されたビレットは、前記ビレット材料の機械的性質限界を超えない変形力の下で変形可能である、項目３４に記載のダイアセンブリ。
（項目３６）
前記ビレットと、ロッド手段であって、前記ロッド手段を越えて前記ビレットが前進させられる、ロッド手段との間の摩擦は、前記ビレットおよび前記ロッド手段を加熱する、項目３５に記載のダイアセンブリ。
（項目３７）
冷却するための手段が、冷却流体を前記ロッド手段の内部に提供する、項目３６に記載のダイアセンブリ。
（項目３８）
前記プレート手段のうちの少なくとも１つは、２つの異なる材料から形成され、第１の材料は、前記プレート手段における孔の周囲を形成し、第２の材料は、前記プレート手段の外側部分を形成する、項目２３〜３７のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目３９）
前記第１の材料および前記第２の材料のうちの少なくとも１つは、セラミック材料、鋼、または、消耗材料である、項目３８に記載のダイアセンブリ。
（項目４０）
前記入口付近の前記押出成形するための手段の前面は、ビレットをセンタリングするための手段と嵌合するように構成され、前記センタリングするための手段は、前記入口の直径に実質的に等しい直径を有する、項目２３〜３９のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目４１）
前記センタリングするための手段と前記入口の周囲とは、同じ材料から形成される、項目４０に記載のダイアセンブリ。
（項目４２）
前記押出成形するための手段は、ロッド先端手段が前記押出成形するための手段の前記内部通路内に位置付け可能であるように、前記入口を通して前記ロッド先端手段を受け取るように構成される、項目２３〜４０のいずれかに記載のダイアセンブリ。
（項目４３）
前記押出成形するための手段の前記テーパ状表面手段は、前記ロッド先端手段の外側表面の角度に対応する角度を有する相補的部分を備える、項目４２に記載のダイアセンブリ。
（項目４４）
前記押出成形するための手段は、押出成形製品を形成するように前記押出成形するための手段の前記通路手段を通してプレスされるビレットを受け取るように構成され、前記押出成形製品は、前記押出成形するための手段の前記出口の直径に対応する外径と、前記ロッド先端手段の直径に対応する内径とを有する、項目４２または４３に記載のダイアセンブリ。
【００１６】
本明細書で開示される実施形態の変形例および改変が、本開示を精査した後で当業者に想起される。前述の特徴および局面は、本明細書で説明される１つ以上の他の特徴との複数の従属組み合わせおよび副次的組み合わせを含む任意の組み合わせおよび副次的組み合わせにおいて実装され得る。それらの任意の構成要素を含む本明細書で説明または図示される種々の特徴は、他のシステムにおいて組み合わせられてもよく、統合されてもよい。さらに、特定の特徴は、省略されてもよく、実装されなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
前述および他の目的および利点は、類似参照文字が全体を通して類似部分を指す添付図面と併せて解釈される、下記の発明を実施するための形態を考慮すると明白である。
【００１８】
【図１】図１は、例証的な押出成形プレスダイアセンブリの斜視図を示す。
【００１９】
【図２】図２は、例証的な押出成形プレスシステムの側面図を示す。
【００２０】
【図３】図３は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの側面図を示す。
【００２１】
【図４】図４は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な鋼端部ホルダを示す。
【００２２】
【図５】図５は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な進入プレートを示す。
【００２３】
【図６】図６は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な第１の中間プレートを示す。
【００２４】
【図７】図７は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な第２の中間プレートを示す。
【００２５】
【図８】図８は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な出口プレートを示す。
【００２６】
【図９】図９は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な基礎プレートを示す。
【００２７】
【図１０】図１０は、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な断面図を示す。
【００２８】
【図１１】図１１は、例証的なマンドレル棒先端を示す。
【００２９】
【図１２】図１２は、図１１のマンドレル棒先端がダイアセンブリの中に前進させられている、図１の押出成形プレスダイアセンブリの例証的な断面図を示す。
【００３０】
【図１３】図１３は、材料の押出成形中の図１２のダイアセンブリおよびマンドレル棒先端の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
詳しい説明
本明細書で説明されるシステム、方法、および、デバイスの全体的な理解を提供するために、特定の例証的な実施形態が説明される。本明細書で説明される実施形態および特徴は、押出成形プレスシステムに関連する使用のために論じられるが、下記で概説される構成要素、接続機構、製造方法、および、他の特徴は、任意の好適な様式で互いと組み合わせられ得、他の製造プロセスで使用されるシステムに適合させられ得、かつ、適用され得ることが、理解される。さらに、本明細書で説明される実施形態は、中空ビレットから金属管材を押出成形することに関するが、本明細書に記載のシステム、デバイス、および、方法は、任意の好適な種類の材料を押出成形するためのシステムに適合させられ得、かつ、適用され得ることが、理解される。
【００３２】
図１は、プレス押出成形システムの中で、継ぎ目のない押出成形管材を含み得る押出成形管材を成形するためのダイアセンブリ１を示す。ダイアセンブリ１は、例えば継ぎ目のない銅水管のためのＡＳＴＭ−Ｂ８８標準仕様を含む、種々の継ぎ目のない管の標準に従って、継ぎ目のない押出成形管材製品を生産するように、複数のビレットの連続押出成形を提供し得る。継ぎ目のない押出成形管材はまた、飲料水システム構成要素のためのＮＳＦ／ＡＮＳＩ−６１の下での標準に準拠し得る。ダイアセンブリ１は、押出成形管材製品を成形するように、マンドレル棒１０を含み、そのマンドレル棒を越えてビレット１７等の材料ビレットが矢印Ａの方向にダイアセンブリを通過させられる。ビレット１７は、銅および銅合金を含む種々の金属、または、アルミニウム、ニッケル、チタン、および、それらの合金等の任意の他の好適な非鉄金属、鋼および他の鉄合金を含む鉄金属、プラスチック等のポリマー、または、任意の他の好適な材料、あるいは、それらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、押出成形プレスシステムで使用するための任意の好適な材料から形成され得る。マンドレル棒１０を通り過ぎるビレットは、管製品を成形するように、センタリング挿入物（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ  ｉｎｓｅｒｔ）９と、ダイプレート３〜７および基礎プレート８のスタックから成るダイ本体１８とを通して、かつ、冷却システム１３を通して前進させられる。ダイアセンブリ１は、基礎プレートに結合される５枚のプレートを含むが、ダイアセンブリは、より多いかまたはより少ないプレートを含み得、ダイ本体は、特定の適用においてはダイ本体１８より長くあり得るか、または、短くあり得る。
【００３３】
押出成形中に、ダイ本体１８は、ビレット１７がダイ本体を通して押し動かされている間に回転する。ビレット１７は、回転しないセンタリング挿入物９のグリッパ４４によって保持され、したがって、ビレット１７は、ダイ本体を通る中心通路への入口１１において回転しているダイ本体１８に進入するときに回転しない。ダイ本体１８の回転は、ダイを通して押し動かされるときに、非回転ビレット１７の外側表面と摩擦を生成し、摩擦は、ビレット材料が変形するために十分な温度にビレット１７を加熱する。例えば、金属ビレットは、変形のために１０００°Ｆよりも高い温度に、摩擦によって加熱され得る。異なる材料および異なる金属の温度要件は、変動し得、１０００°Ｆ未満のビレット温度がいくつかの適用では好適であり得る。他の押出成形システムとは対照的に、ダイ１８の回転および非回転ビレット１７との接触によって生成される摩擦が、変形可能な温度にビレットを加熱するエネルギーを提供するので、押出成形アセンブリ１は、押出成形前にビレットの予熱を必要としない。
【００３４】
ダイアセンブリ１は、例えば、その開示が全体において参照によって本明細書に援用される２０１２年１０月１２日に出願された米国特許出願第１３／６５０，９７７号に記載されている押出成形プレスシステムを含む任意の好適な押出成形システムにおいて押出成形材料を成形するために使用され得る。例えば、ダイアセンブリ１は、連続材料押出成形のために、図２に示される押出成形プレスシステム５７において実装され得る。押出成形プレスシステム５７は、マンドレル輸送区画５８と、プラテン構造区画５９とを含む。マンドレル輸送区画５８は、マンドレル棒７４と、水クランプまたは冷却要素６０、６１と、マンドレルグリップまたはグリッピング要素６２、６３と、ビレット送達システムとを含む。マンドレル輸送区画５８は、図面を過剰に複雑にすることを回避するために図２には示されていない物理的輸送構造によって支持されるが、その輸送構造は、マンドレル輸送５８の構成要素のためのマウントとしての機能を果たす。プラテン構造区画５９は、進入プラテン６５および後方ダイプラテン６６と、プレスラムプラテン６７、６８と、センタリングプラテン６９と、後方ダイプラテン６６をプレスする回転式ダイ７０とを含む。プラテン構造区画５９は、モータ７２および関連ギアボックス構成要素（図示せず）のためのマウントとしての機能も果たすフレーム７１によって支持される。押出成形プレスシステム５７に従い、それに沿ってビレット装填、移送、および、押出成形が起こる方向は、矢印Ｂによって表される。押出成形プレスシステム５７は、少なくとも部分的に、ビレット送達サブシステム７７、押出成形サブシステム７８、および、押出成形プレスシステム５７の冷却サブシステムの局面を制御するＰＬＣシステムによって操作され得る。
【００３５】
マンドレルグリップ６２、６３は、連続押出成形を提供するように、複数のビレットがマンドレル棒７４に沿って、かつ、その周りで連続的に送給されることを可能にしながら、マンドレル棒を定位置に保持するように設計されたマンドレル棒把持システム７３を備える。マンドレルグリップ６２、６３は、押出成形プロセス中の任意の所与の時間に、マンドレルグリップ６２、６３のうちの少なくとも１つがマンドレル棒７４を把持しているように、マンドレル棒７４を定位置にしっかりと保持し、かつ、そのマンドレル棒が回転することを防止するようにＰＬＣシステムによって制御され得る。マンドレルグリップ６２、６３は、マンドレル棒７４の位置を設定し、マンドレル棒７４が回転することを防止する。マンドレルグリップ６２、６３が把持位置にあり、それによって、マンドレル棒７４を把持するとき、マンドレルグリップ６２、６３は、ビレットがグリップを通してマンドレル棒７４に沿って移送されることを防止する。
【００３６】
マンドレルグリップ６２、６３は、１つ以上のビレットが所与の時間にそれぞれのマンドレルグリップを通過することを可能にするように、マンドレル棒７４を交互に把持することによって動作する。例えば、上流マンドレルグリップ６２は、下流マンドレルグリップ６３がマンドレル棒７４を把持している間にマンドレル棒７４を解放し得る。任意の所与の時間に、マンドレルグリップ６２、６３のうちの少なくとも１つは、好ましくは、マンドレル棒７４を把持しているか、または、別様にそれと係合させられる。上流マンドレルグリップ６２付近で列に並べられるかまたは割り出しされる（ｉｎｄｅｘｅｄ）か、あるいは、マンドレル棒７４に沿って移送されているかである１つ以上のビレットは、開放上流マンドレルグリップ６２を通過し得る。特定の数のビレットが開放上流マンドレルグリップ６２を通過した後、マンドレルグリッパ６２は、閉鎖することによって、マンドレル棒７４の把持に戻り得、ビレットは、下流グリッピング要素６３に前進させられ得る。下流グリッピング要素６３は、閉鎖されたままであり、それによって、マンドレル棒７４を把持し得、または、下流マンドレルグリップ６３は、上流マンドレルグリップ６２がマンドレル棒７４を再把持した後に開放し得る。２つのマンドレルグリップ６２、６３が押出成形プレスシステム５７において示されるが、任意の好適な数のマンドレルグリップが提供され得ることが、理解される。
【００３７】
水クランプ６０、６１は、押出成形プロセス中に、マンドレル棒７４の内部に沿ってマンドレル棒先端に冷却水を供給するように設計されたマンドレル棒水送達システム７５を備える。水クランプ６０、６１は、複数のビレットが、マンドレル棒７４に沿って、かつ、その周りで連続的に送給されることを可能にしながら、押出成形プロセス中にプロセス冷却水をマンドレル棒に連続的に供給するように、ＰＬＣシステムによって制御され得る。水クランプ６０、６１は、押出成形プロセス中にマンドレル棒先端へのプロセス冷却水の供給に中断がないか、または、実質的に中断がないように動作する。上記で論じられたマンドレルグリップ６２、６３の動作と同様に、水クランプ６０、６１がマンドレル棒７４にクランプされるか、または、それと係合させられるとき、水クランプ６０、６１は、ビレットが水クランプを通してマンドレル棒７４に沿って移送されることを防止する。
【００３８】
水クランプ６０、６１は、押出成形中の任意の所与の時間に、水クランプのうちの少なくとも１つが、マンドレル棒７４にクランプされるかまたはそれと係合させられ、それによって、マンドレル棒の先端への送達のためにマンドレル棒７４の中へ冷却水を送達するように、動作する。ビレットが水クランプ６０、６１のうちの１つを通過するとき、それぞれの水クランプは、冷却水を送達することを中断し、マンドレル棒７４に再びクランプして冷却水を送達し続ける前に、ビレットがそれを通過することを可能にするように、マンドレル棒７４を解放または係合解除する。水クランプ６０、６１のうちの一方が、クランプされていないか、または、マンドレル棒７４から係合解除されている間、他方の水クランプは、冷却水をマンドレル棒に送達し続ける。
【００３９】
例えば、上流水クランプ６０は、下流水クランプ６１がマンドレル棒７４にクランプされている間にマンドレル棒７４を解放し得る。任意の所与の時間に、水クランプ６０、６１のうちの少なくとも１つは、好ましくは、冷却水を連続的に送達するようにマンドレル棒７４にクランプされる。上流水クランプ６０付近で列に並べられるかまたは割り出しされるか、あるいは、マンドレル棒７４に沿って移送されているかである１つ以上のビレットは、開放上流水クランプ６０を通過し得る。特定の数のビレットが開放上流水クランプ６０を通過した後、水クランプ６０は、閉鎖することによって、マンドレル棒７４にクランプして冷却水を送達することに戻り得、ビレットは、下流水クランプ６１まで前進させられ得る。下流水クランプ６１は、閉鎖されたままであり、それによって、マンドレル棒７４にクランプし得、または、下流水クランプ６１は、上流水クランプ６０がマンドレル棒７４に再びクランプした後に開放し得る。２つの水クランプ６０、６１が押出成形プレスシステム５７において示されるが、任意の好適な数の水クランプが提供され得ることが、理解される。
【００４０】
マンドレル棒７４は、実質的に押出成形プレスシステム５７の長さに沿って延び、回転式ダイ７０を通してマンドレル棒先端を配置するように位置付けられる。回転式ダイ７０は、図１に示されるダイ本体１８を組み込み得る。ダイ７０を通してマンドレル棒先端を適正に位置付けるための調整は、マンドレル輸送区画５８を移動させることにしたがってマンドレル棒７４を移動させることによって達成される。マンドレル棒７４およびマンドレル輸送区画５８に対する調整は、ダイ７０に向かっても、そのダイから離れてもよい。マンドレル棒７４およびマンドレル輸送区画５８は、好ましくは、押出成形プレスシステム５７が動作中である間に調整されることができないが、特定の実施形態において、マンドレル棒７４および／またはマンドレル輸送区画５８は、動作中に調整され得ることが、理解される。
【００４１】
上記で論じられたように、押出成形プレスシステム５７は、進入プラテン６５および後方ダイプラテン６６と、プレスラム（ｐｒｅｓｓ−ｒａｍ）プラテン６７、６８と、センタリングプラテン６９と、後方ダイプラテン６６をプレスする回転式ダイ７０とを有するプラテン構造区画５９を含む。進入プラテン６５の近くには、第１のプレスラムプラテン６７またはＡラムと、第２のプレスラムプラテン６８またはＢラムとを含むプレスラムプラテンアセンブリ７６がある。第１のプレスラムプラテン６７および第２のプレスラムプラテン６８は、センタリングプラテン６９の中へビレットを送給し、そのセンタリングプラテンは、ビレットを把持し、後方ダイプラテン６６をプレスする回転式ダイ７０に進入する前にビレットが回転することを防止する。
【００４２】
プレスラムプラテン６７、６８は、ビレットを把持して押出成形ダイスタック７０の方向へ実質的に一定の押し動かし力を提供することによって、動作する。任意の所与の時間に、プレスラムプラテン６７、６８のうちの少なくとも１つは、ビレットを把持し、一定の押し動かし力を提供するようにマンドレル棒７４に沿ってビレットを前進させる。プレスラムプラテン６７、６８は、ビレットが押出成形サブシステム７８のセンタリング挿入物６９および回転式ダイ７０に進入する前に、ビレット送達サブシステム７７の最終部分を形成する。進入プラテン６５の前のビレット送給トラック区画と同様に、プレスラムプラテン６７、６８の前の区画は、好ましくは、プレスラムプラテン６７、６８によって把持されるビレットと次のビレットとの間の任意の間隙を最小限にするように、連続的にビレットを割り出しする。
【００４３】
上記で論じられたように、プレスラム６７、６８は、連続的に、ビレットを回転式ダイ７０に押し込む。プレスラム６７、６８は、ビレットを、把持し、回転式ダイ７０に向かって、かつ、その中へ前進させ、次いで、前進させられたビレットを把持解除し、次の把持／前進サイクルのために後退することを交互に行う。好ましくは、回転式ダイ７０上に常に一様な圧力が存在するように、一方のプレスラムが押し動かすことを止める時間と、他方のプレスラムが押し動かし始めようとしている時間との間に、重複がある。プレスラム６７、６８は、それぞれのプレスラムに結合されたプレスラムシリンダを介して、前進および後退する。示されるように、１つのプレスラムにつき２つのプレスラムシリンダ７９、８０がある。プレスラムシリンダ８０の第１のセットは、進入プラテン６５の左右に位置する（ただし、右側プレスラムシリンダは、左側プレスラムシリンダによって図から隠されている）。プレスラムシリンダ８０の第１のセットは、第１のプレスラムプラテン６７と結合し、第１のプレスラム６７がビレットを前進させてその後で後続のビレットをつかむために後退するときに第１のプレスラム６７を移動させるように構成される。プレスラムシリンダ７９の第２のセットは、進入プラテン６５の最上部および最下部に位置する。プレスラムシリンダ７９の第２のセットは、第２のプレスラムプラテン６８と結合し、第２のプレスラム６８がビレットを前進させて後続のビレットをつかむために後退するときに、第２のプレスラム６８を移動させるように構成される。２つのプレスラムシリンダが、第１のプレスラムプラテン６７および第２のプレスラムプラテン６８の各々について示されるが、任意の好適な数のプレスラムシリンダが提供され得、特定の実施形態において、プレスラムシリンダは、第１のプレスラム６７と第２のプレスラム６８との両方に結合され得ることが、理解される。
【００４４】
センタリングプラテン６９は、プレスラム６７、６８によって前進させられるビレットを受け取り、回転式ダイ７０の中へのビレットの進入に先立って、押出成形プロセス中にビレットを保持するように機能する。センタリングプラテン６９が押出成形プロセスのために定位置に位置付けられるとき、センタリングプラテン６９は、実質的に押出成形ダイ７０の一部である。つまり、センタリングプラテン６９のセンタリング挿入物は、回転式ダイ７０に実質的に当接する。しかしながら、センタリングプラテン６９自体、および、センタリング挿入物を含むその中の構成要素は、回転式ダイ７０とともには回転しない。センタリングプラテン６９は、ビレットを把持することと、それによって、回転式ダイ７０の中へのビレットの進入に先立ってビレットが回転することを防止することとによって、ダイ７０が回転する間に、第２のプレスラムによってもはや保持されなくなるビレットが回転することを防止する。
【００４５】
図１のダイアセンブリ１を再び参照すると、アセンブリが例えば図２の押出成形システムにおける押出成形プロセスで使用されるとき、センタリング挿入物９は、ダイ本体１８の前縁まで前進させられ、その結果として、センタリング挿入物９の前面５５が、ダイ本体１８の前面１６に接触する。押出成形中のダイ本体１８およびセンタリング挿入物９のこの配向は、図３に示される。この配向において、センタリング挿入物９の面５５とダイ本体１８の面１６との間の接触は、それぞれ、押出成形プロセス中に材料がダイ本体１８から脱出することを防止する。押出成形を開始するために、ビレット１７は、ビレット１７を押出成形管製品に押し込むように、矢印Ａの方向にマンドレル棒１０を越えてダイアセンブリ１を通して前進させられる。ダイアセンブリ１に進入する前に、ビレット１７は、センタリング挿入物９の開口部１５の中へ前進させられ、そこでは、グリッパ４４がビレット１７の外側表面に係合する。ビレット１７が開口部１５を通して前進させられると、ビレット１７がダイ本体１８の回転内側表面１４によって接触させられるとき、これらのグリッパ４４は、ビレット１７の回転を防止する。
【００４６】
ビレット１７およびセンタリング挿入物９は押出成形プロセス中に回転しないが、ダイ本体１８と、ダイ本体が接続される基礎プレート８とは、モータ駆動型スピンドル５６によって回転させられる。ビレット１７がセンタリング挿入物９を通して前進させられるとき、そのビレットは、ダイ本体１８の入口１１を通過し、ダイ本体１８の内側表面１４に接触する。捻転力が、回転式ダイ１８とビレット１７との間の干渉接触に起因して、ビレット１７の外側表面に印加される。センタリング挿入物９のグリッパ４４は、この捻転力に抵抗し、ビレット１７がダイ本体１８に進入することにより摩擦を生成してビレット１７を加熱するエネルギーを産生する前に、そのビレットが回転することを防止する。
【００４７】
ダイ本体１８のテーパ状内側表面１４の外形は、ダイ本体１８におけるプレートを通過する中心孔の形状および配向によって画定される。ダイ本体１８は、鋼端部ホルダ３と、進入プレート４と、第１の中間プレート５と、第２の中間プレート６と、出口プレート７とを含むダイプレートのスタックで形成される。ダイ本体１８を構成するこの一連のプレートは、一緒に積み重ねられ、図１におけるボルト２等の締結具によって相互に固着され、基礎プレート８に接続される。ボルト２は、プレート３〜８の各々を通過する貫通穴１２の各々の中に配置される。次いで、基礎プレート８は、プレート８を回転させるモータ駆動型スピンドル５６、および、ダイ本体１８のプレート３〜７に結合される。特定の実装において、ダイ本体１８において示される５枚よりも多いかまたは少ないプレート３〜７を含むダイ本体が、用いられ得る。
【００４８】
ダイ本体１８のプレートの中心孔によって作成される内側表面１４は、入口１１から出口プレート７における通路の出口までダイ本体１８を通る内部通路を狭めるテーパ状外形を呈する。したがって、力がダイ本体１８を通してビレットをプレスするようにビレット１７に印加される場合、材料の外径がプレート３〜７の各々を通過するように強制的に縮小させられるにつれて、ビレット１７の材料は、押し出される。プレート３〜７の寸法、および、内側表面１４とビレット１７との間の相互作用は、図４〜１３に関して下記でさらに詳細に説明される。
【００４９】
図４〜９は、ダイ本体１８におけるプレート３〜７の各々、および、ダイ本体１８が接続される基礎プレート８を示す。図４は、ダイ本体の前面１６とダイ本体の内部通路への入口１１とを形成するダイ本体１８の鋼端部ホルダ３を示す。鋼端部ホルダ３は、ダイ本体１８において積み重ねられたときに開口部入口１１の直径を画定する中心円形孔２１を含む。図４に示されるように、鋼端部ホルダ３は、２つの材料から形成され、プレートの外周１９が１つの材料から形成され、孔２１の周囲２０が異なる材料から形成される。鋼端部ホルダ３を構成する２つの材料は、鋼端部ホルダ３と、センタリング挿入物９および進入プレート４の両方との間に相補的境界面を形成するように選択され得る。例えば、外周１９が、進入プレート４の外周を形成する材料と同一または同様であるＨ１３鋼等の鋼で形成され得る一方で、孔周囲２０は、センタリング挿入物９を形成するために使用される材料と同一または同様であるインコネル鋼等の異なる材料で形成され得る。孔周囲２０およびセンタリング挿入物９の材料を合致させることによって、センタリング挿入物９の前面５５に接触する孔周囲２０の前面２３は、ダイアセンブリ１が使用中であるときに摩耗を低減する相補的境界面を提供する。ダイ本体１８が回転し、かつ、センタリング挿入物９が静止したままであるので、摩擦が面２３と面５５との間に生成され得る。表面１６に対する表面５５の圧力の調整とともに、同じ材料または類似材料から孔周囲２０およびセンタリング挿入物９を形成することによって、特に、ダイ本体１８の回転が開始または停止するときの押出成形プロセスの起動中および動作停止中に、この摩擦の摩耗効果が、最小限にされることができる。
【００５０】
ダイ本体１８における第２のプレートは、図５に示される進入プレート４である。鋼端部ホルダ３と同様に、進入プレート４は、２つの異なる材料から形成される。１つの材料がプレートの外周２５を形成する一方で、第２の材料は、プレートの中心を通る中心孔２６の周りに孔周囲２４を形成する。外周２５は、鋼端部ホルダ３の外周と同じ材料または類似材料、例えばＨ１３鋼材料で作製され得る。孔２６の周囲２４は、ビレット１７等のビレットが孔２６を通してプレスされて内側表面２７に接触するときに劣化に抵抗する耐摩耗材料、例えばセラミック材料から形成される。
【００５１】
進入プレート４は、ダイ本体の入口１１から出口までの、ダイ本体１８の内側表面１４のテーパを開始する。周囲２４の内側表面２７は、角度付けられ、その結果として、中心孔２６の直径にわたる直径が、鋼端部ホルダ３の背面に当接するプレート４の前面ではより大きく、第１の中間プレート５に当接する進入プレート４の背面ではより小さい。前面において孔２６の直径に等しい直径を有するビレット１７が進入プレート４を通してプレスされるとき、表面２７のテーパリングは、回転プレート４とビレット１７との間に摩擦を生成する。この摩擦は、ビレット１７が回転式ダイ本体１８の中へ前進させられると、そのビレットを加熱するエネルギーを生成し、テーパ状内側表面１４を通してビレットの変形を開始する。予熱されたビレットと非回転式ダイとの間の接触が副産物として熱エネルギーを生成する押出成形プロセスとは対照的に、予熱されていないビレット１７の摩擦加熱は、変形のために十分な温度にビレットを加熱するために必要とされるので、押出成形のために必要である。
【００５２】
図６は、ダイ本体１８を構成するプレートのスタックにおける進入プレート４の後ろに位置する第１の中間プレート５を示す。第１の中間プレート５は、第１の材料から形成される外周２９と、第２の材料から形成される孔周囲２８とを含む。外周２９は、スタックにおける他のプレートの外周と同じ材料または類似材料、例えばＨ１３鋼で形成され得る。プレートを通る中心孔３０の周囲２８は、進入プレート４の孔周囲２４に関して論じられたように、耐摩耗材料、例えばセラミック材料から形成される。孔周囲２８の内側表面３１は、スタックにおける進入プレート４に当接する第１の中間プレート５の前面から、プレートスタックにおける第２の中間プレート６に当接する第１の中間プレート５の背面までテーパ状である。内側表面３１の角度付けは、前面から後面まで中心孔３０をテーパ状にし、進入プレート４の中心孔２６に関して上記で論じられたように、ダイ本体１８の内部通路および表面１４をさらにテーパ状にする。
【００５３】
進入プレート４の内側表面２７のテーパ角度に対する、内側表面３１が第１の中間プレート５における中心孔３０の中心軸に対してテーパ状である程度は、押出成形されている材料およびダイプレートの総数全体に依存する。特定の材料のための特定の実装において、内側表面３１がテーパ状である程度は、進入プレート４の内側表面２７のテーパ角度よりも小さくあり得る。内側表面の角度におけるこの変化、および、中心孔２６に対する中心孔３０のより小さい直径は、ビレット１７との摩擦境界面、および、進入プレート４および第１の中間プレート５にわたってビレット１７をより均一に変形させるために必要とされる仕事を拡散させることにより、材料摩耗を低減し、ダイプレートの寿命を延長するとともに、押出成形製品の同心性および一様性を向上する。仕事および摩擦力のこの拡散、および、材料と表面テーパリングの程度との間の相関は、図１０、１２、１３に示される断面図に関して下記でより完全に論じられる。
【００５４】
ダイスタックにおける第１の中間プレート５に続く第２の中間プレート６が、図７に示される。プレート３〜５と同様に、第２の中間プレート６は、第１の材料で形成される外周３２と、第２の材料で形成される、中心孔３４の周りの周囲３３とを有する。外周３２を形成する第１の材料は、スタックにおける他のプレートと同一または同様、例えばＨ１３鋼であり得、孔周囲３３を形成する材料は、セラミック等の耐摩耗材料であり得る。中心孔３４の周りの周囲３３の内側表面３５は、第１の中間プレート５に当接するプレート６の前面から、出口プレート７に当接するプレート６の背面まで角度付けられる。
【００５５】
ダイ本体１８を構成するプレートスタックにおける最終プレートは、図８に示される出口プレート７である。出口プレート７は、プレート３〜６と同様に、Ｈ１３鋼等の第１の材料から形成される外周３６と、第２の材料、例えば耐摩耗セラミックから形成される中心孔３８の周りの周囲３７とを有する。出口プレート７の直径は、鋼端部ホルダ３から出口プレート７までの内側表面１４のテーパリングの結果として、図４に示される鋼端部ホルダ３における開口部１１の直径よりも実質的に小さい。出口プレート７の中心孔３８を包囲する内側表面３９は、中心孔３８の中心軸に対して角度付けられる。中心孔３８の最も狭い区画は、ダイ本体１８を通る通路の最も狭い部分を画定し、したがって、ビレット１７がダイ本体１８を通してプレスされるときに生産される押出成形管の外径を設定する。ダイアセンブリ１を使用して作成される押出成形製品のこの直径および寸法は、図１３に関して下記でさらに詳細に論じられる。
【００５６】
図９は、ダイ本体１８を形成する積層プレートを回転式動力源に結合する基礎プレート８を示す。例えば、図１、３に示されるように、ダイアセンブリ１における基礎プレート８は、ダイ本体１８をスピンドル５６に結合する。スピンドル５６は、設定された回転速度でスピンドル５６の回転に動力供給するモータによって、駆動されることにより回転する。スピンドル５６は、基礎プレート８の周囲の周りの外側貫通穴４３を通過してスピンドル５６の回転力を基礎プレート８に伝達するボルトによって、基礎プレート８に接続される。基礎プレート８はまた、ダイ本体１８の貫通穴１２を通過して基礎プレート８における穴４２の中に入る、図１に示されるボルト２等のボルトによって、ダイ本体１８におけるプレートに回転式に結合される。
【００５７】
基礎プレート８は、内側表面４１を有する中心孔４０を含む。孔４０および内側表面４１は、出口プレート７における孔の直径よりも広い直径を有し得る、基礎プレート８における開口部を画定する。基礎プレート孔４０のより広い直径は、内側表面４１に直接接触することなく押出成形材料がダイ本体１８から退出することを可能にし、流体源等の冷却構成要素が、基礎プレート８に部分的に進入し、ダイ本体１８の出口付近で、出口プレート７から退出する押出成形材料に冷却流体を適用することを可能にし得る。出口プレート７はまた、図１３に関して下記で論じられるように、冷却流体の適用をさらに容易にする逃げ角をプレートの背面付近に含み得る。
【００５８】
ダイアセンブリ１は、プレート３〜７を積み重ねることと、ダイ本体プレートの貫通穴１２の中および基礎プレートの穴４２の中に配置されたボルトを用いて、プレートによって形成されるダイ本体１８を基礎プレート８に接続することとによって、押出成形に先立って組み立てられる。ダイ本体１８を形成するためのこれらのプレートの積層は、ダイアセンブリ１を通してプレスされるビレットの押出成形を引き起こすダイ本体１８の内部外形を形成する。積層プレートのこの内側外形および配向は、図１０におけるダイアセンブリ１の断面図に示される。
【００５９】
図１０における断面は、ダイ本体１８、および、押出成形のために位置付けられたセンタリング挿入物９を示す。ダイプレート３〜７は、一緒に結合され、プレートの外周１９、２５、２９、３２、３６における一連の貫通穴１２に挿入されたボルト２によって、基礎プレート８に締結される。この配向において、ダイ本体１８における内部通路５４の開口部１１は、センタリング挿入物９の開口部１５を通して内部通路５４の中心軸４５に沿ってダイ本体１８の中にプレスされるビレットを受け取るように、センタリング挿入物９と整列させられる。
【００６０】
ダイプレート３〜７の孔周囲２３、２４、２８、３３、３７の各々は、ダイ本体１８を通る内部通路５４の輪郭を成すテーパ状内側表面１４を形成するように、隣接プレートにおける孔周囲に当接する。内側表面１４は、開口部１１における通路の最大直径から出口８１における最小直径まで内部通路５４を狭め、通路５４の狭まりは、動作中に回転式ダイ本体１８の中へプレスされるビレットの狭まり変形および押出成形を引き起こす。押出成形は、ビレットを加熱するように内側表面１４の境界面において摩擦エネルギーが産生されることを要求し、エネルギーは、ダイプレート３〜７の孔周囲における摩耗を生成することができる。摩擦摩耗の効果を低減し、押出成形中に内側表面１４にわたって一様な応力を生成するために、内側表面２７、３１、３５、３９は、摩擦境界面を拡散させ、いずれか１枚のプレート上のエネルギーおよび摩擦の集中を低減するように設計される。内側表面の設計および内側表面１４の外形は、異なる適用のために、特に、異なる材料の押出成形のために異なり得る。押出成形のために使用されるビレットの材料特性、例えば、押出成形中にビレットの加熱に影響を及ぼし得る熱伝達特性に応じて、ダイ本体におけるダイプレートの内側外形は、ダイプレートにわたって仕事および摩耗を拡散させるように変動させられ得る。加えて、ダイ回転速度は、ダイの効率を増加させ、かつ、ビレットの材料特性を超過することを回避するように変動させられ得る。例えば、約２００ｒｐｍ〜約１０００ｒｐｍのダイ回転速度が、使用され得る。特定の実装において、より遅い回転速度、例えば約３００ｒｐｍが、変形のために十分な温度にビレットを依然として加熱しながら、高レベルの捻転シア（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｓｈｅｅｒ）をビレットに印加することを回避するために所望され得る。より速い速度、例えば約８００ｒｐｍが、より高い捻転シアの悪影響を受けないか、または、変形温度に加熱するためにより多くのエネルギーを必要とし、したがって、より大きい摩擦を必要とする材料のために使用され得る。他の実装において、１００ｒｐｍを超えるダイ回転速度が、押出成形のために所望され得る。
【００６１】
図１０に示されるように、内側表面２７、３１、３５、３９は、中心軸４５に対して一様な角度ではテーパ状にならない。描写されるダイにおける各表面は、開口部１１付近の進入プレート４から出口８１における出口プレート７まで減少していく角度でテーパ状にされる。この減少していく角度設計は、ダイアセンブリ１の特定の押出成形材料または適用のために所望され得る。しかしながら、特定の実施形態において、中心軸４５に対する内側表面２７のテーパ角度は、隣接表面３１のテーパ角度以下であり得る。図１０に示される実施形態において、進入プレート４の内側表面２７がテーパ状にされる角度４６は、出口プレート７の内側表面３９がテーパ状にされる角度４７よりも大きい。プレート間のテーパ角度における差は、開口部１１から出口８１までの中心孔の直径の差の結果としての、プレートにわたる摩擦エネルギーおよび応力を拡散させる。
【００６２】
各プレートは、入口直径、例えばプレート４の直径ｄ５と、出口直径、例えばプレート４の直径ｄ７とを有する。ビレットがプレートの中にプレスされるとき、ビレットを加熱して直径ｄ５から直径ｄ７まで変形させるように、閾値量のエネルギーが生成されなければならない。このエネルギーの量は、直径の縮小率、特に、プレート４を通過するときのビレットの断面積における結果として生じる縮小率による影響を受ける。プレート３〜７における中心孔が、各々、単一の一様な角度でテーパ状にされる場合、各プレートの入口から出口までの直径変化は、等しくなり、したがって、ビレット断面積における縮小率は、各連続プレートについて増加する。例えば、プレート４の直径ｄ５と直径ｄ７との間の絶対差が、プレート７の直径ｄ６と直径ｄ８との間の絶対差に等しい場合、中心孔の直径における縮小率は、プレート４よりもプレート７において高くなり、より大量の応力およびエネルギーが、プレート７をプレート４よりも速く摩耗させる。
【００６３】
プレートにわたるビレットの面積縮小率に加えて、ビレット材料の機械的および熱的な特性が、ダイスタックにおけるプレートの数および設計を決定付け得る。例えば、高い熱伝導率を有するビレット材料は、低い熱伝導率を有する材料よりも迅速に変形可能な温度に熱くなり得、したがって、より少ないプレートを伴うより短いダイが、高伝導率材料のために使用され得る。加えて、ダイの内側表面のテーパリング角度は、ビレットのより迅速な加熱の結果として、高伝導率材料に対してより大きくあり得る。他の実装において、同数のプレートを有する等しいサイズのダイが使用され得、ダイのテーパリング角度は、異なる熱的特性に適応するように異なり、ダイ表面またはダイ内のマンドレル先端の表面にわたって、可能な限り均一に仕事および摩耗を拡散しながら、ビレットを変形可能な温度に加熱し得る。
【００６４】
ダイ本体１８を通してプレスされるビレットは、直径ｄ８、すなわち出口プレート７の最も狭い部分における直径に類似する外径を有するダイ本体１８の出口８１を通して押出成形管製品を生産する。押出成形製品の内径は、マンドレル棒１０の端部で管製品の内径を生成するように選択される端部寸法を有するマンドレル先端を用いて、ダイ本体１８の中へマンドレル棒１０を前進させることによって選択される。図１１は、押出成形管材のための所望の内径を作成するようにマンドレル棒１０の端部に結合され得るマンドレル先端４８を示す。マンドレル先端４８は、マンドレル棒１０の端部に結合するように構成される開放端８２を有する。押出成形中に生成される摩擦エネルギーおよび熱は、マンドレル先端４８を加熱し得、開放端８２は、マンドレル先端４８を冷却するように、マンドレル棒１０を通って及ぶ冷却システムからの水またはガス等の冷却流体を受け取り得る。
【００６５】
マンドレル先端４８の開放端８２の反対側には、閉鎖端５１がある。閉鎖端５１の直径は、先端４８を越えて押し出される管の内径を設定する寸法であり、先端４８は、異なる内径寸法を伴う押出成形を達成するように、異なる直径を有する一連の先端から選択されることができる。開放端８２と閉鎖端５１との間には、先端外側表面８４の３つの部分４９、８３、５０がある。押出成形中に、ビレットが、先端部分４９、８３と端部分５０とを含む変形領域を通り過ぎるように、ビレットは、矢印Ｃの方向にマンドレル棒１０および先端４８を越えてプレスされる。先端４８が押出成形のために位置付けられるとき、閉鎖端５１が、ダイ直径が最も狭いダイの後方出口を超えて延びるまで、先端は、ダイの中に前進させられる。次いで、先端部分４９の外径に実質的に等しい中空コア直径を有するビレットが、マンドレル棒１０および先端４８を通り越させられる。先端部分４９において、周りのダイの直径が狭まり、ダイとビレットとの間の摩擦は、ビレットの外径が圧縮されると、ビレットを加熱するエネルギーを生成する。次いで、加熱されたビレットは、先端部分８３を通り過ぎ、ビレットの中空コアの内径は、材料が押出成形すると、端部分５０の外径まで縮小する。マンドレル先端４８を越えるこの押出成形は、図１２、１３に関して、下記でさらに詳細に論じられる。
【００６６】
図１２は、マンドレル１０およびマンドレル先端４８が、センタリング挿入物９を通してダイ本体１８の中心通路５４の中に前進させられるダイアセンブリ１を示す。マンドレル１０は、マンドレル先端４８が出口プレート７における出口８１を通って延びるように位置付けられる。図２に関して上記で論じられたように、ダイ本体１８が回転させられ、かつ、ビレットがマンドレル棒１０を通り過ぎている間に、図１２に示される配向でマンドレル棒１０を保持するため、および、回転に抵抗するために、押出成形プレスシステムにおけるグリッピング要素が使用され得る。
【００６７】
図１３は、ビレット１７がダイ本体１８を通過させられて管５３を形成するように押し出されるときの図１２のダイアセンブリおよびマンドレル先端構成を示す。押出成形中、ダイ本体１８は、マンドレル棒１０およびセンタリング挿入物９が静止して保たれている間に回転させられる。ビレット１７は、矢印Ａの方向にダイ本体１８の中にプレスされ、第１の接触点８５でダイ本体１８の内側表面１４に接触する。内側表面１４とビレット１７との間の干渉接触は、接触点８５で始まり、ビレット１７を塑性変形可能温度に加熱するエネルギーを生成する。
【００６８】
ビレット１７がマンドレル先端４８の第１の部分４９を越えて前進させられるとき、内側表面１４のテーパ状部が、マンドレル先端４８に向かって内向きにビレット１７をプレスする圧縮力を、ビレット１７の外側表面に印加する。ビレット１７が塑性変形状態にあるので、ダイ本体１８が元の直径ｄ２からビレット１７の外径まで縮小するとき、ビレットにおける材料は、マンドレル先端４８の部分８３の方向に押出成形する。ビレット１７が先端部分８３に到達するとき、ビレットがマンドレル先端４８をさらに越えて前進するにつれて、端部分５０に向かう先端部分８３のテーパ状部が、ビレット１７の内径を押出成形させて元の直径ｄ１から縮小させる。先端部分８３におけるマンドレル先端４８のテーパ状表面は、先端部分８３において実質的に一様な押出成形を生成するように、その部分を包囲する領域における内側表面１４の角度に実質的に対応し得る。例えば、ビレット１７の外径および内径は、第１の先端部分４９に近接する先端部分８３の端部から端部分５０に近接する先端部分８３の端部まで、実質的に同じ量だけ、または、実質的に同じ割合だけ縮小し得る。
【００６９】
押出成形ビレット１７が端部分５０に到達するとき、ビレットの内径は、端部管材製品の元の直径ｄ１から最終直径ｄ３まで縮小させられる。ビレット１７が端部分５０を通り過ぎる場合、ビレット１７の外径は、押出成形管材製品５３が出口プレート７から退出するときに最終外径ｄ４まで縮小し続ける。退出の時点で、押出成形製品５３の形成が完了している。ダイ本体１８内の摩擦および加熱に起因して、製品５３は、ダイ本体１８からの退出時に高温であり、さらなる変形を防止するように、または、押出成形プレスの動作安全性を増加させ、押出成形材料の脱出をなくすように、または、所望の材料特性を維持するように冷却要素が適用され得る。基礎プレート８における孔４０が、出口プレート７の出口直径よりも大きい直径を伴って図１３に示される。この構成は、より早い冷却のために、押出成形製品５３が出口プレート７における最終軸受から退出するとすぐに、冷却要素および冷却流体が基礎プレート８の中に到達してその押出成形製品に接触することを可能にするために、好ましくあり得る。出口プレート７は、ダイ本体１８の出口８１の可能な限り近くで、流体材料の導入をさらに容易にするように角度付きリリーフ表面（ａｎｇｌｅｄ  ｒｅｌｉｅｆ  ｓｕｒｆａｃｅ）８６を含む。製品５３が基礎プレート８から退出して冷却システムを通過した後、押出成形プロセスが完了し、製品５３は、後処理のために集められ得る。
【００７０】
前述の説明は、例証的なものに過ぎず、本明細書で挙げられる詳細に限定されるべきものではないことが、理解されるべきである。いくつかの実施形態が本開示で提供されているが、開示されたシステム、デバイス、および、方法、および、それらの構成要素は、本開示の範囲から逸脱することなく、多くの他の具体的形態で具現化され得ることが、理解されるべきである。
【００７１】
種々の改変が、本開示を精査した後の当業者に想起される。開示されている特徴は、本明細書で説明される１つ以上の他の特徴との複数従属の組み合わせおよび副次的組み合わせを含む任意の組み合わせおよび副次的組み合わせで実装され得る。それらの任意の構成要素を含む上記で説明または図示されている種々の特徴は、他のシステムに組み込まれ得、または、統合され得る。さらに、特定の特徴は、省略されても実装されなくてもよい。変更、置換、および、改変の実施例は、当業者によって確認可能であり、本明細書で開示される情報の範囲から逸脱することなく、なされることができる。本明細書で引用されている全ての参考文献は、それらの全体が参照によって組み込まれ、本願の一部にされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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