(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルをアルミニウム合金製の中空ビレットの中空穴に貫通させることによりピアシングを行なうに際して、
前記マンドレルに対して、軸方向の後退駆動力を、前記前進駆動力よりも小さな大きさで及ぼすことを特徴とするピアシング方法。
【請求項２】
前記マンドレルにおけるスティックスリップ振動の発生位置を予測し、少なくとも該振動発生予測位置よりも前進側において、該マンドレルに前記後退駆動力を継続的に及ぼす請求項１に記載のピアシング方法。
【請求項３】
マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルをアルミニウム合金製の中空ビレットの中空穴に貫通させることによりピアシングを行なうに際して、
前記マンドレルにおけるスティックスリップ振動の発生位置を予測し、該マンドレルが該振動発生予測位置に達するまでの位置に設定した速度変更点において、かかるマンドレルの前進駆動速度を低速に切り換えることを特徴とするピアシング方法。
【請求項４】
前記マンドレルに対し、請求項１又は２に記載のピアシング方法に従って前記後退駆動力を及ぼす請求項３に記載のピアシング方法。
【請求項５】
前記マンドレルが前記速度変更点に達するまでに、該マンドレルに対して前記後退駆動力を及ぼす請求項４に記載のピアシング方法。
【請求項６】
前記マンドレルにおけるスティックスリップ振動の発生位置を、前記中空ビレットにおける材質，軸方向長さ及び中空穴の内径寸法と、前記マンドレルの軸方向長さ及び外径寸法に基づいて予測する請求項１乃至５の何れかに記載のピアシング方法。
【請求項７】
前記マンドレルに加える前進駆動力を、該マンドレルの座屈限界値を基準として監視し、該前進駆動力が該座屈限界値に近づいた場合に、該マンドレルの前進駆動速度を低くすることにより、マンドレルに及ぼされる前進駆動力が前記座屈限界値を越えないようにする請求項１乃至６の何れかに記載のピアシング方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載のピアシング方法に従って、前記マンドレルを前記中空ビレットの中空穴に貫通せしめた後、該中空ビレットの押出しを行なうことにより、中空の押出材を得ることを特徴とする中空押出材の製造方法。
【請求項９】
マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、かかるマンドレルをアルミニウム合金製の中空ビレットの中空穴に貫通させる前進用シリンダ機構と、該マンドレルに軸方向の後退駆動力を加えて、該マンドレルに前進位置から後退させる後退用シリンダ機構とを、含んで構成されたピアシング装置において、
前記前進用シリンダ機構で前記マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルを前記中空ビレットの中空穴に貫通させると同時に、前記後退用シリンダ機構によって、該マンドレルに軸方向の後退駆動力を、該前進用シリンダ機構による前進駆動力よりも小さな大きさで及ぼし得るようにしたことを特徴とするピアシング装置。
【請求項１０】
前記後退用シリンダ機構による後退駆動力の前記マンドレルに対する作用開始位置を、該マンドレルの前進ストローク上で適宜に変更，設定可能とした請求項９に記載のピアシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ピアシング方法及びピアシング装置に係り、特に、アルミニウム合金からなる中空押出材の製造において、マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、所定の中空ビレットの中空穴にマンドレルを貫通させることによりピアシングを行なうに際して、有利に用いられ得る技術に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、アルミニウム合金からなる中空の押出材（中空製品）を製造する方法として、アルミニウム合金製の中空ビレット（素管）を製品材料として用い、押出成形によって、所望の形状を有する押出材を得る方法が、知られている。そして、このような中空押出材の製造に際しては、押出成形に先立って、マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルを中空ビレットの中空穴に貫入して、貫通せしめる、所謂、ピアシングが行なわれている。
【０００３】
ところで、そのようなピアシングにおいて、外径寸法が中空ビレットにおける中空穴の内径寸法以上とされたマンドレルが用いられた場合においては、かかるマンドレルの中空ビレットへの貫入，貫通に伴って、マンドレルと中空ビレットとの接触面間に生じる摩擦により、スティックスリップ振動が発生し、それがピアシング作業に深刻な影響を及ぼす問題があった。また、かかるピアシングに要する時間を短縮するために、マンドレルの前進駆動速度を比較的に高くすると、激しいスティックスリップ振動が発生し、ビレットやマンドレル等の諸元によっては、マンドレルが折れてしまうといった不具合が惹起されるのであり、更にそのような問題に対処すべく、マンドレルの前進駆動速度を低くすると、ピアシング時間が長くなり過ぎて、実用の点からして好ましくないという問題も内在しているのである。
【０００４】
【解決課題】
かかる状況下、本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、前進駆動するマンドレルに対して、軸方向の後退駆動力を所定の大きさにて及ぼすことによって、マンドレルの前進駆動速度を比較的に高くならしめても、マンドレルにおけるスティックスリップ振動を有利に抑制し得るという知見を得たのであり、またそれとは別に、少なくとも、スティックスリップ振動の発生区間において、マンドレルの前進駆動速度を低くすれば、スティックスリップ振動を効果的に抑制せしめ得ることも、また、見出したのである。
【０００５】
従って、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その解決課題とするところは、アルミニウム合金からなる中空押出材（中空製品）を製造するに際して、有利に用いられ得るピアシング方法を提供することにあり、また、他の解決課題とするところは、ピアシングを行なうに際して、スティックスリップ振動の抑制とピアシング時間の短縮化とを、両立的に達成し得るピアシング方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明は、そのようなピアシング方法を用いて、中空押出材を有利に製造することが出来る、中空押出材の製造方法を提供することも、その解決課題とする。
【０００７】
さらに、本発明は、上述の如きピアシング方法を有利に実現し得るピアシング装置を提供することも、また、その課題とするものである。
【０００８】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、そのような課題を解決するために、マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルをアルミニウム合金製の中空ビレットの中空穴に貫通させることによりピアシングを行なうに際して、前記マンドレルに対して、軸方向の後退駆動力を、前記前進駆動力よりも小さな大きさで及ぼすことを特徴とするピアシング方法を、その要旨とするものである。
【０００９】
このような本発明に従えば、軸方向の前進駆動力が加えられて前進駆動するマンドレルに対して、かかる前進駆動力よりも小さな大きさの後退駆動力が、軸方向において及ぼされるところから、マンドレルの前進駆動を維持しつつ、スティックスリップ振動を、効果的に抑制乃至は軽減することが出来るため、マンドレルの折損が有利に防止され得ることとなり、しかも、かくの如き有効な振動抑制作用にあっては、マンドレルの前進駆動速度を比較的に高くならしめても、充分に発揮され得るものであることから、前進駆動速度を高めに調節することによって、短時間においてピアシングを行なうことをも、可能となる。
【００１０】
すなわち、かくの如き本発明に従うピアシング方法にあっては、アルミニウム合金からなる中空押出材（中空製品）を製造する際に有利に用いられて、ピアシングを行なうに際しては、優れた振動抑制作用とピアシング時間の短縮効果とを両立して発揮し得るものであって、その結果として、ピアシング効率、ひいては中空押出材の製造における生産効率を、著しく高め得るものである。
【００１１】
なお、そのような本発明に従うピアシング方法において、有利には、前記マンドレルにおけるスティックスリップ振動の発生位置を予測し、少なくとも該振動発生予測位置よりも前進側において、該マンドレルに前記後退駆動力を継続的に及ぼすことが、好ましい。かかる本発明手法によれば、少なくとも、スティックスリップ振動の発生が予測される区間において、後退駆動力が継続的にマンドレルに及ぼされることとなるところから、スティックスリップ振動をより一層効率良く且つ有効に抑制することが出来る。
【００１２】
また、本発明の上記した課題は、マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルをアルミニウム合金製の中空ビレットの中空穴に貫通させることによりピアシングを行なうに際して、前記マンドレルにおけるスティックスリップ振動の発生位置を予測し、該マンドレルが該振動発生予測位置に達するまでの位置に設定した速度変更点において、かかるマンドレルの前進駆動速度を低速に切り換えることを特徴とするピアシング方法によっても、有利に解決され得る。
【００１３】
要するに、この本発明に従うピアシング方法にあっては、スティックスリップ振動の発生位置を予測して、それに基づいて、前述せる如き特定の操作を実施するところから、少なくともスティックスリップ振動の発生が予測される区間においては、マンドレルの前進駆動速度が低速とされるため、スティックスリップ振動を有効的に抑制乃至は軽減せしめ得るのであり、結果的に、マンドレルが折れてしまうようなことを有利に回避することが出来るのである。しかも、マンドレルの前進駆動速度を切り換える速度変更点にあっては、マンドレルがスティックスリップ振動の発生予測位置に至るまでの任意の位置において設定され得るものであるところから、速度変更点を振動発生予測位置に近接せしめることによって、ピアシング時間を可及的に短縮せしめ得るのである。
【００１４】
従って、このような本発明方法にあっては、アルミニウム合金からなる中空押出材を製造する際に有利に用いられて、ピアシングを実施するに際しては、スティックスリップ振動の抑制とピアシング時間の短縮とを、同時に且つ有効的に達成し得るという特徴を発揮するものであり、それ故に、本発明手法によれば、ピアシング効率、更には中空押出材の製造効率を、飛躍的に向上せしめ得るのである。
【００１５】
また、かくの如き本発明においては、前記マンドレルに対し、上述した本発明方法に従って後退駆動力を及ぼす方法が、有利に採用され得、それによって、前記した前進駆動速度の切換と上記後退駆動力の作用との、それぞれによって奏される有効な効果が、相乗的に発現され得ることとなり、より大きな利益を享受することが出来るのである。なお、かかる本発明手法において、より好適には、前記マンドレルが前記速度変更点に達するまでに、該マンドレルに対して前記後退駆動力を及ぼすことによって、マンドレルの駆動安定性を向上させることが、望ましい。
【００１６】
さらに、本発明に従うピアシング方法において、前記マンドレルにおけるスティックスリップ振動の発生位置を予測するに際しては、前記中空ビレットにおける材質，軸方向長さ及び中空穴の内径寸法と、前記マンドレルの軸方向長さ及び外径寸法に基づいて予測することが、好ましいのであって、これによって、スティックスリップ振動の発生位置が、より高精度に予測されて、以て、振動抑制とピアシング時間の短縮とが、より一層高度に実現され得ることとなる。
【００１７】
更にまた、本発明方法においては、前記マンドレルに加える前進駆動力を、該マンドレルの座屈限界値を基準として監視し、該前進駆動力が該座屈限界値に近づいた場合に、該マンドレルの前進駆動速度を低くすることにより、マンドレルに及ぼされる前進駆動力が前記座屈限界値を越えないようにすることが、望ましい。そのような方法を採用すれば、マンドレルの座屈を有利に回避し得ることから、ピアシングが何等中断されることなく、円滑に且つ効率的に実施されることとなる。
【００１８】
そして、本発明にあっては、上記した本発明に係るピアシング方法に従って、前記マンドレルを前記中空ビレットの中空穴に貫通せしめた後、該中空ビレットの押出しを行なうことにより、中空の押出材を得ることを特徴とする中空押出材の製造方法も、また、その要旨とするものである。
【００１９】
すなわち、かくの如き本発明に従う中空押出材の製造方法にあっては、中空ビレットの押出成形に先立って、各種の有効な機能を奏する本発明手法を用いて、所定のピアシングを行なうものであるところから、中空押出材を生産性良く且つ効率的に製造することが出来るのである。
【００２０】
さらに、本発明あっては、マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、かかるマンドレルをアルミニウム合金製の中空ビレットの中空穴に貫通させる前進用シリンダ機構と、該マンドレルに軸方向の後退駆動力を加えて、該マンドレルに前進位置から後退させる後退用シリンダ機構とを、含んで構成されたピアシング装置において、前記前進用シリンダ機構で前記マンドレルに軸方向の前進駆動力を加えて、該マンドレルを前記中空ビレットの中空穴に貫通させると同時に、前記後退用シリンダ機構によって、該マンドレルに軸方向の後退駆動力を、該前進用シリンダ機構による前進駆動力よりも小さな大きさで及ぼし得るようにしたことを特徴とするピアシング装置をも、その要旨とするものである。
【００２１】
このような本発明に従う構造とされたピアシング装置によれば、上述せる如き特徴的効果を発揮するピアシング方法に従って、ピアシングを有利に実施することが出来るのであり、以て、ピアシングを効率良く行なうことが可能となる。
【００２２】
なお、本発明装置における望ましい態様の一つによれば、前記後退用シリンダ機構による後退駆動力の前記マンドレルに対する作用開始位置を、該マンドレルの前進ストローク上で適宜に変更，設定し得るように構成される。このような構成を採用すれば、上述したピアシング方法において、後退駆動力を所望の位置においてマンドレルに作用せしめることが可能となり、それ故に、上記した優れた機能が、最大限に発揮され得るのである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に明らかにするために、本発明の具体例について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２４】
先ず、図１には、本発明に従うピアシング装置の一実施形態が、概略的に示されている。かかる図１において、ピアシング装置１０は、前進用油圧ポンプ１２及び後退用油圧ポンプ１４のそれぞれにて各別に駆動される前進用シリンダ１６及び後退用シリンダ１８と、前進用シリンダ１６のラム２０及び後退用シリンダ１８のピストンロッド２２に対して連結されたマンドレル２４と、製品材料としてのアルミニウム合金製の中空ビレット（素管）２６を収容するコンテナ２８とを含んで構成されており、前進用油圧ポンプ１２の作動により、マンドレル２４を前進駆動せしめて、コンテナ２８内に収容された中空ビレット２６の中空穴３０に貫入して、貫通させることにより、ピアシングを行なうことが出来る一方、後退用油圧ポンプ１４の作動により、マンドレル２４に対して所定の後退駆動力を及ぼし得るようになっている。そして、このピアシング装置１０においては、制御装置３２により、前進用油圧ポンプ１２及び後退用油圧ポンプ１４の作動を調節して、マンドレル２４の駆動状態を制御することが出来るようになっている。なお、ここで言うところの前進駆動及び後退駆動とは、マンドレル２４の中空ビレット２６に対する貫入，貫通方向及び抜脱方向への駆動をそれぞれ意図するものである。
【００２５】
より詳細には、前進用シリンダ１６は、その軸方向外方に延出するラム２０を備えた単動式の油圧シリンダにて構成される一方、そのシリンダ室３４には、前進用油圧ポンプ１２が接続されており、かかる前進用油圧ポンプ１２の吐出油量に応じた駆動力をラム２０に及ぼして、ラム２０を突出駆動させることが出来るようになっている。また、かかるラム２０には、その突出側端面において、略中実円柱形状のマンドレル２４の一端が同軸的に連結固定されており、ラム２０の突出駆動に従って、マンドレル２４が一体的に前進駆動され得るようになっている。要するに、ピアシング装置１０においては、前進用油圧ポンプ１２の作動に従って、前進用シリンダ１６を駆動せしめることによって、マンドレル２４に所定の前進駆動力を軸方向で加えて、マンドレル２４を前進駆動せしめることが、可能となっている。
【００２６】
なお、本発明において用いられるマンドレル２４としては、その外径寸法が、製品材料として用いる中空ビレット２６における中空穴３０の内径寸法以上とされてなるものが採用されるが、また、そのようなマンドレル２４にあっては、ラム２０に離脱不能に固着されることにより、連結されていても良く、更に、ラム２０に対して着脱可能と為して、ピアシング装置１０に汎用性を持たせることが、より望ましい。
【００２７】
また一方、後退用シリンダ１８は、その軸方向一方側に延び出すラム３６とそれに固定されて他方側に延び出すピストンロッド２２とを備えた、単動式の油圧シリンダにて構成されており、前進用シリンダ１６の軸直角方向両側において、一対、配設されている。また、この一対の後退用シリンダ１８，１８にあっては、双方のシリンダ室３８，３８に対して、一つの後退用油圧ポンプ１４が接続されており、かかる後退用油圧ポンプ１４を作動させて、その吐出油量に応じた駆動力をラム３６，３６に作用せしめることにより、各ラム３６，３６が突出駆動される一方、各ピストンロッド２２，２２が引込駆動されるようになっている。なお、そこにおいて、各ラム３６，３６に加えられる駆動力は、互いに同じとなるように構成されている。また、そのような後退用シリンダ１８，１８の各ピストンロッド２２，２２における突出先端部は、支持板４０を介して、前進用シリンダ１６のラム２０における所定部位に、相対変位不能に固定されており、それによって、後退用油圧ポンプ１４の作動に従って、後退用シリンダ１８，１８を駆動せしめることにより、マンドレル２４に対して、所定の後退駆動力を軸方向で及ぼし得るようになっている。なお、かかる後退駆動力は、マンドレル２４の前進駆動が停止せしめられた状態においては勿論のこと、その前進駆動中においても、前進ストローク上の任意の位置でマンドレル２４に作用せしめられ得るようになっている。
【００２８】
また、かかる後退用シリンダ１８，１８にあっては、前進用油圧ポンプ１２の作動によりマンドレル２４が前進駆動する状態において、制御装置３２による制御弁（図示せず）等の調節によって、作動油の排出が適量をもって許容されて、シリンダ室３８，３８における正圧が回避され得るようになっている。また一方、前進用シリンダ１６にあっては、その作動を止めた状態で、後退用油圧ポンプ１４の作動によりマンドレル２４に後退駆動力を及ぼす際には、制御装置３２による制御弁（図示せず）等の調節にて、作動油の排出が可能とされて、シリンダ室３４の正圧が回避され得るようになっており、それによって、ピアシングの終了後等において、マンドレル２４を後退駆動せしめて初期位置に復帰させることが、容易に且つ良好に実施され得るようになっている。更に、それら各シリンダ１６，１８に接続される油圧ポンプ１２，１４としては、可変容量ポンプ等、吐出油量の制御性に優れるものが、好適に採用される。
【００２９】
そして、ピアシング装置１０においては、このような各シリンダ１６，１８の軸方向一方側（図１中、左側）で、それらシリンダ１６，１８に対して所定間隔を空けて対向位置して、コンテナ２８が配設されている。このコンテナ２８は、製品材料たる中空ビレット２６の外形（ここでは、円筒形状とされている）に応じた形状のビレット収容孔４２を有しており、かかるビレット収容孔４２内に中空ビレット２６を収容して、軸方向においては変位不能に固定し得るようになっている。また、コンテナ２８は、マンドレル２４におけるラム２０とは反対側の端面が、その初期位置において、コンテナ２８の軸方向一端面（図１中、右側端面）に対向すると共に、収容される中空ビレット２６の中空穴３０とマンドレル２４とが相互に心合わせされる状態において、マンドレル２４を貫入，貫通せしめ得る形態をもって、配置されている。
【００３０】
このように、ピアシング装置１０においては、前進用油圧ポンプ１２及び／又は後退用油圧ポンプ１４の所定作動により、マンドレル２４が駆動されて、ピアシングが実施されるようになっているのであるが、本実施形態においては、制御装置３２によるマンドレル２４の駆動状態の制御に従って、所望のピアシングを行ない得るようになっている。
【００３１】
ところで、かかる制御装置３２は、図１に示されるように、入力装置４４と、マンドレル２４の前進駆動速度を制御する速度パターン制御装置４６と、マンドレル２４に加える後退駆動力を制御する背圧制御装置４８とを備えており、入力装置４４において入力される各種入力値や、マンドレル２４に装着された位置センサ（図示せず）により実測されるマンドレル位置等に基づいて、所定の制御を行ない得るようになっている。なお、位置センサとしては、例えば、ポテンショメータやエンコーダ等の変位センサを利用したもの等が、好適に採用される。
【００３２】
より具体的には、制御装置３２を構成する速度パターン制御装置４６は、前進用油圧ポンプ１２の作動を調節することによって、マンドレル２４の前進駆動速度を制御するものである。即ち、かかる速度パターン制御装置４６は、マンドレル２４の前進駆動速度の目標値を設定することが出来る一方、前進駆動速度がかかる目標値となるように、前進ポンプ傾角信号（制御信号）を出力して、その制御信号に応じて前進用油圧ポンプ１２の吐出油量を調節することが出来るようになっており、その吐出油量に従って前進用シリンダ１６が駆動せしめられることにより、マンドレル２４が所期の前進駆動速度にて駆動されることとなるのである。なお、このようなマンドレル２４の前進駆動速度制御に際して、有利には、フィードバック制御が採用される。また、マンドレル２４の前進駆動速度にあっては、公知の各種の速度センサを用いて実測され得、更に好適には、前記位置センサを利用して、間接的に求められる。
【００３３】
また、この速度パターン制御装置４６にあっては、マンドレル２４の前進駆動の初期段階には、前進駆動速度の目標値を所定の高速側基準値：ｈに設定する一方、マンドレル２４が前進ストローク上の特定位置（速度変更点：図１中、Ａで示されるマンドレル位置）に達した時点において、かかる目標値を高速側基準値：ｈから低速側基準値：ｌに切り換えるように、構成されている。要するに、この速度パターン制御装置４６によって、所定の速度変更点において、マンドレル２４の前進駆動速度が低速に変更されるようになっているのであり、従って、マンドレル２４は、かかる速度変更点から、ラム２０が中空ビレット２６のマンドレル側端面（図１中、右側端面）に当接するまで、低速にて前進駆動せしめられることとなるのである。
【００３４】
なお、前進駆動速度の目標値を設定するために用いられる高速側及び低速側基準値：ｈ，ｌは、要請されるピアシング時間やピアシング装置１０の動特性，速度変更点の設定位置等を考慮して、適宜に決定されるものであるが、特に、低速側基準値：ｌにあっては、それに加え、前進駆動速度が、ピアシングを行なうに際して発生するスティックスリップ振動を軽減し得る速度となるように、定められる必要があり、また、より好適には、後に詳述する如き背圧制御装置４８による制御を更に加味して、決定されることとなる。また、本実施形態においては、それら基準値は、入力装置４４にて入力されるようになっている。更にまた、前進駆動速度の目標値の設定は、高速側及び／又は低速側の速度基準値を、前もって、速度制御系の動特性に影響を及ぼす特定因子毎に複数定めて、入力しておき、それら因子に対応して適切な値を選択することにて行なうことも可能であるが、ここでは、高速側及び低速側の速度基準値の何れもが、１種類ずつ入力されるようになっている。
【００３５】
また一方、背圧制御装置４８は、マンドレル２４の前進駆動に際し、マンドレル２４が前進ストローク上の特定位置（背圧作用開始点：図１中、Ｂにて示されるマンドレル位置）に到達した時点において、後退ポンプ傾角信号（制御信号）の出力を開始し、更に前進駆動が終了するまで、該制御信号の出力を行なうようになっており、それによって、かかる制御信号に応じた吐出油量をもって後退用油圧ポンプ１４を作動せしめて、その吐出油量に応じた背圧をマンドレル２４に加えることが出来るようになっている。要するに、背圧制御装置４８による制御にて、所定の背圧作用開始点よりも前進側において、そのような背圧に基づく後退駆動力が、継続的にマンドレル２４に及ぼされるようになっているのである。また、この背圧制御装置４８にあっては、かくしてマンドレル２４に作用せしめられる後退駆動力の大きさが、常に、マンドレル２４に及ぼされている前進駆動力よりも小さくなるように、後退用油圧ポンプ１４の吐出油量を調整するものであり、後退駆動力を及ぼしつつ、マンドレル２４を良好に前進駆動させることが可能となっている。なお、かくの如く吐出油量の調整を行なうために出力される制御信号としては、前記した駆動力の大きさに関する条件を満たす限り、その出力の間において大きさが変化するものであっても良いが、ここでは、出力期間全体に亘って、一定の大きさとされている。
【００３６】
また、背圧制御装置４８においては、更に、マンドレル２４の前進駆動が停止された状態下で、後退ポンプ傾角信号（制御信号）を出力して、後退用油圧ポンプ１４を作動させることにより、マンドレル２４を所定速度で後退駆動せしめ得るようになっている。これによって、ピアシングの終了後等において、マンドレル２４を高速で後退駆動せしめて、短時間において初期位置に復帰させることが可能となっている。
【００３７】
そして、本実施形態の制御装置３２においては、ピアシングを行なうに際して生じるスティックスリップ振動の発生位置を予測し、その振動発生予測位置に基づいて、速度パターン制御装置４６において速度変更点を決定すると共に、背圧制御装置４８において背圧作用開始点を決定するようになっている。
【００３８】
ここにおいて、スティックスリップ振動の発生位置にあっては、ピアシング装置１０を想定したシミュレーション計算を行なうことによって予測することも、可能であるが、より好適には、ピアシング装置１０の実機を用いた実験や過去のピアシング実績に基づいて、予測的に求めることが、望ましい。特に、本実施形態においては、ピアシング装置１０を用いて、中空ビレットの材質，軸方向長さ（ビレット長）及びその中空穴の内径寸法（ビレットホロー径）、マンドレルの軸方向長さ（マンドレル長）及び外径寸法（マンドレル径）を種々変更してピアシング実験を行なうことにより、スティックスリップ振動の発生位置を測定し、その発生位置の実測値に基づいて下記（式１）を導出して、かかる（式１）に従って、振動発生予測位置：Ｓｅを予測的に求めている。なお、振動発生予測位置：Ｓｅの基準点（零点）は、前記位置センサによる位置測定の基準点に対応して定められるものであって、マンドレル２４の前進ストローク上の任意の点において、適宜に設定され得るものあるが、ここでは、振動発生予測位置：Ｓｅの計算を容易にするために、マンドレル２４の初期位置に設定されている。
Ｓｅ＝Ｌｓ−ａ×（ｂ×Ｌｍ−ｃ×Ｌｂ）  ・・・  （式１）
但し、Ｌｍ：マンドレル長，Ｌｂ：ビレット長である。また、ａ，ｂ，ｃは、設定パラメータであって、予め行なった実験の結果や過去のピアシング実績に基づいて、ビレットの材質，ビレットホロー径及びマンドレル径を考慮して、決定されるものである。更にまた、Ｌｓは、基準点からの前進ストローク長さであるが、これは、上述の如く基準点を設定することに起因して導入されるパラメータである。
【００３９】
要するに、本実施形態の制御装置３２においては、特定の影響因子、即ち、中空ビレットの材質，ビレット長（Ｌｂ）及びビレットホロー径と、マンドレル長（Ｌｍ）及びマンドレル径に基づいて、振動発生位置を予測することが出来るようになっているのであり、従って、用いるマンドレル２４や中空ビレット２６の諸元にきめ細かく対応した高精度な予測が、可能となっている。
【００４０】
なお、上記（式１）において、ビレット長：Ｌｂ，マンドレル長：Ｌｍ，及び前進ストローク長さ：Ｌｓは、入力装置４４において入力されるものである。また、設定パラメータ：ａ〜ｃの値の設定にあっては、ビレットの材質やビレットホロー径，マンドレル径の値に応じて、予めデータテーブル化しておき、そのデータテーブルを利用して行なう方法が、好適に採用され得、例えば、図示しない記憶装置に、かかるデータテーブルを予め記憶させておき、入力装置４４にて入力されるビレットの材質，ビレットホロー径及びマンドレル径に基づいて、該記憶装置から該当する値を取り出すようにしたり、或いは、それら所定の因子に応じてデータテーブルから該当する値を外部において選択して、入力装置４４より入力すること等によって、有利に実施され得る。なお、ここでは、データテーブルを予め記憶させておく、前者の方法を採用している。
【００４１】
そして、かくして予測される振動発生予測位置：Ｓｅに基づいて、速度制御パターン装置４６と背圧制御装置４８の各々において、速度変更点及び背圧作用開始点が、それぞれ、決定されることとなる。そこにおいて、速度変更点は、有効なスティックスリップ振動の抑制効果が得られるように、マンドレル２４が振動発生予測位置：Ｓｅに達するまでの位置において設定されるものであるが、好適には、ピアシング時間の短縮化を有利に図るべく、そのような設定位置のうち、振動発生予測位置：Ｓｅに可及的に近接した位置、要するに、マンドレル２４が振動発生予測位置：Ｓｅに達する直前位置に設定することが、望ましい。また一方、背圧作用開始点については、優れた振動抑制機能が発現され得るように、マンドレル２４が振動発生予測位置：Ｓｅに到達するまでの位置に設定して、少なくとも振動発生予測位置：Ｓｅよりも前進側において背圧（後退駆動力）がマンドレル２４に及ぼされるように為すことが好ましいが、有利には、マンドレル２４が前記速度変更点に至るまでの位置において設定することが、更に好ましい。かくの如き設定によって、マンドレル２４の駆動安定性、ひいてはピアシング装置１０の作動安定性が有利に確保され得るのであり、更にまた、背圧制御における作動遅れを考慮した設定も出来るため、所期の位置において、所定の大きさの背圧（後退駆動力）をより確実に且つ安定してマンドレル２４に作用せしめることが可能となるのである。
【００４２】
因みに、かかる速度変更点及び背圧作用開始点は、上述の如き設定条件をそれぞれ充足する限りにおいて、任意の位置に設定可能であるが、例えば、前記（式１）における設定パラメータ：ａ〜ｃの値を適宜に変更することによって、有利に決定され得る。即ち、速度変更点：Ｓｖ、及び背圧作用開始点：Ｓｐは、それぞれ、下記（式２）及び（式３）にて表される計算式から、容易に求められ得るのである。
Ｓｖ＝Ｌｓ−ａ’×（ｂ’×Ｌｍ−ｃ’×Ｌｂ）  ・・・  （式２）
Ｓｐ＝Ｌｓ−ａ''×（ｂ''×Ｌｍ−ｃ''×Ｌｂ）  ・・・  （式３）
但し、ａ’，ｂ’，ｃ’及びａ''，ｂ''，ｃ''は、設定パラメータであって、求められるＳｖ及びＳｐが上述の設定条件を満足するように、前記（式１）の設定パラメータ：ａ，ｂ，ｃの値に基づいて決定されるものである。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、上記（式２），（式３）における設定パラメータのうち、ｂ’，ｃ’及びｂ''，ｃ''の値を、（式１）におけるｂ，ｃと同じ値と為し、且つａ＜ａ’＜ａ''となるように設定している。このような設定によれば、速度変更点：Ｓｖ，及び背圧作用開始点：Ｓｐの設定がより一層容易なものとなるだけでなく、速度変更点：Ｓｖを、マンドレル２４が振動発生予測位置：Ｓｅに達する直前に設定する一方、背圧作用開始点：Ｓｐを、かかる速度変更点：Ｓｖにマンドレル２４が達するまでの位置において、背圧制御における作動遅れを考慮しつつ、設定することが可能となるところから、スティックスリップ振動の抑制とピアシング時間の短縮化、更にはマンドレル２４の駆動安定化や後退駆動力の作用性の向上を、より一層高度に実現し得ることとなる。
【００４４】
なお、かくの如き各設定パラメータ：ａ’〜ｃ’及びａ''〜ｃ''を設定するに際しては、上記（式１）における設定パラメータ：ａ〜ｃの場合と同様に、ビレットの材質やビレットホロー径及びマンドレル径の値に応じて予めデータテーブル化されたものを利用する方法が、有利に適用され得、また、ここでは、かかるデータテーブルを予め記憶装置に記憶させて、ビレットの材質，ビレットホロー径及びマンドレル径の入力に基づいて該当する値を取り出す方法を採用している。また、ビレット長：Ｌｂ，マンドレル長：Ｌｍ，及び前進ストローク長さ：Ｌｓは、前記振動発生予測位置：Ｓｅの算出の場合と同様に、入力装置４４にて入力されるものが、用いられる。
【００４５】
ところで、本実施形態の制御装置３２にあっては、そのような速度パターン制御装置４６及び背圧制御装置４８に加えて、更に、圧力制御装置５０を備えている。この圧力制御装置５０においては、マンドレル２４の前進駆動に際し、マンドレル２４の中空ビレット２６に対する貫入が開始される位置から、マンドレル２４に対する負荷、即ち、前進駆動力：Ｆ、及びマンドレル２４において座屈を惹起する負荷値（座屈限界値）：ＦＬの計算を逐次的に行なう一方、得られる前進駆動力：Ｆと座屈限界値：ＦＬとの対比を随時行なうようになっている。そして、それらの差：ＦＬ−Ｆが、所定の値よりも小さくなるような場合には、下記（式４）に従ってゲイン：Ｋを求めて、それを速度パターン制御装置４６より出力される前進ポンプ傾角信号（制御信号）に乗ぜしめることにより、前進用油圧ポンプ１２の吐出油量を減少せしめて、マンドレル２４の前進駆動速度を低くするようになっている。なお、ゲイン：Ｋは、０＜Ｋ＜１なる条件を満たすものである。
Ｋ＝２×（ＦＬ−Ｆ）／Ｆ  ・・・  （式４）
【００４６】
ここにおいて、前進駆動力：Ｆは、マンドレル２４に作用せしめられる前圧、換言すれば、前進用シリンダ１６のシリンダ室３４内の圧力を、従来から公知の各種の圧力センサにて測定し、その実測値に基づいて計算することによって、容易に得ることが出来る。
【００４７】
また一方、マンドレル２４における座屈限界値：ＦＬは、一般に、マンドレル長，マンドレル径及びマンドレルの移動距離（マンドレル位置）等によって定義されるものであるが、好適には、下記（式５）の如きマンドレル座屈限界計算式に従って求められる限度押力値が、座屈限界値：ＦＬとして有利に採用され得る。
ＦＬ＝ｎ×π×２×Ｅ×Ｉ／（（Ｌｍ−ｘ）×２×α）・・・  （式５）
但し、ｎ：端末係数，Ｅ：ヤング率，Ｉ：断面二次モーメント，Ｌｍ：マンドレル長，ｘ：マンドレルの移動距離，α：安全係数である。
【００４８】
なお、かかる（式５）において、マンドレルの移動距離：ｘは、マンドレル２４が初期位置から前進駆動して、中空ビレット２６のマンドレル側端面（図１中、右側端面）に達した位置を基準とし、そこから前進側への駆動距離にて表されるものである。翻れば、マンドレルの移動距離：ｘは、前記位置センサにて検出されるマンドレル位置に基づいて、マンドレル２４の中空ビレット２６に対する貫入が開始される位置から、逐次算出されるようになっているのである。
【００４９】
要するに、かくの如き圧力制御装置５０にあっては、マンドレル２４における座屈限界値（ＦＬ）を判断基準として、マンドレル２４に加える前進駆動力（Ｆ）を監視すると共に、前進駆動力が座屈限界値に近づいた場合には、前進用油圧ポンプ１２の作動を調整することにより、マンドレル２４の前進駆動速度を低くして、以て、マンドレル２４に加わる負荷を低減せしめることが出来るものであって、従って、マンドレル２４に及ぼされる前圧に基づく前進駆動力（負荷）が、座屈限界値を越えてしまい、マンドレル２４が座屈してしまうようなことを、効果的に回避し得るようになっているのである。
【００５０】
従って、このような構成を有するピアシング装置１０を用いてピアシングを行なえば、スティックスリップ振動の発生位置を予測すると共に、マンドレル２４が該振動発生予測位置に達するまでの所定位置に設定した速度変更点において、マンドレル２４の前進駆動速度をスティックスリップ振動の軽減が可能な程度まで低くし得るところから、少なくともスティックスリップ振動の発生予測区間においては、前進駆動速度が、かくの如く低速とされるため、スティックスリップ振動を効果的に軽減せしめて、マンドレルの折損を有利に防止することが出来ると共に、速度変更点を振動発生予測位置に可及的に近接せしめることによって、前進駆動速度を高速状態に長時間維持し得る、換言すれば、ピアシング時間の短縮化をも、有利に実現し得るのである。
【００５１】
また、本実施形態のピアシング装置１０によれば、軸方向の前進駆動力が加えられて前進駆動するマンドレル２４に対して、スティックスリップ振動の発生予測位置に基づいて決定した背圧作用開始点より前進側において、前進駆動力よりも小さな大きさの後退駆動力を軸方向において及ぼすことが出来るところから、かかるピアシング装置１０によりピアシングを行えば、マンドレル２４の前進駆動を良好に維持しつつ、スティックスリップ振動を効果的に抑制して、マンドレル２４の折損を有利に回避することが出来るのであり、しかも、そのような有効な振動抑制作用にあっては、マンドレル２４の前進駆動速度を比較的に高くしても、充分に発揮され得るのである。
【００５２】
さらに、本発明に係るピアシング装置１０においては、前進駆動速度の制御と後退駆動力の制御とを同時に行ない得るところから、かくの如きピアシング装置１０を用いてピアシングを実施することにより、スティックスリップ振動をより一層有効に抑制乃至は軽減せしめることが出来、また、前進駆動速度制御による前記ピアシング時間の短縮効果に加えて、後退駆動力の作用により、速度変更点で切り換えた後の前進駆動速度をも、従来装置において振動抑制のために要求される速度に比して、高くすることが可能となるため、ピアシング時間の短縮化をより一層高度に達成することが出来るのである。
【００５３】
そして、かくの如きピアシング装置１０は、アルミニウム合金からなる中空製品を製造するに際して、有利に用いられ得るものであって、それによって、前工程として、ピアシング装置１０により、本発明に従って、中空ビレット２６の中空穴３０にマンドレル２４を貫通せしめた後、かかる中空ビレット２６を押出成形せしめることによって、目的とする中空製品（中空押出材）を製造することが出来るのである。要するに、マンドレル２４を何等破壊することなく、且つ短時間において、所望の中空押出材を得ることが、出来るのである。
【００５４】
なお、そのような中空押出材（中空製品）の押出成形においては、従来から公知の直接押出し或いは間接押出しの何れの操作にても実施され得、その中で、間接押出しを実施する場合にあっては、例えば、図２に示されるようにして、行なわれることとなる。即ち、ピアシング装置１０により所定のピアシングを行なった後において、コンテナ２８のビレット収容孔４２に対応した外形形状を呈し、且つ目的とする中空押出材５２の外側形状を与えるダイス孔５４を有してなるダイス５６を用い、それを、所定長さをもって延びる筒型形状を呈するダイステム５８（但し、ここでは、ビレット収容孔４２への挿入を可能と為す外形形状とされ、また、ダイス孔５４よりも大きな内孔を有している）における軸方向一端面に取り付けた後、マンドレル２４を位置固定せしめた状態下で、かかるダイステム５８により、コンテナ２８のマンドレル２４とは反対側（図１，２中、左側）から、図２中の矢印方向に、ダイス５６を介して中空ビレット２６を押圧せしめて、ダイス５６及びダイステム５８をビレット収容孔４２内に押入せしめることによって、中空ビレット２６が、ダイス孔５４に応じた外形形状をもって、ダイステム５８の内孔を通じて押し出されることとなるのであり、以て、目的とする中空押出材５２が得られるのである。
【００５５】
ところで、図３には、上記の如き構成とされたピアシング装置（１０）を用いて、ビレット長及びマンドレル長を種々変更して、ピアシングを行ない、前記（式１）の第２項に従って算出された振動発生予測距離と実際の振動発生距離とを対比させた結果が、示されている。なお、振動発生距離の予測値は実線にて示されている一方、その実測値は、白丸にて示されている。かかる図３からも明らかなように、予測値と実測値の差は、最大で２０ｍｍ程度であることが認められ、それは、実用上からして、誤差の範囲として見做すことが出来るところから、前記（式１）は、スティックスリップ振動の発生位置を充分に予測し得るものであることが、認識される。
【００５６】
また、図４及び図５には、本実施形態のピアシング装置（本発明例）と、マンドレルを単に前進駆動させることにてピアシングを行なうように構成された、従来から公知のピアシング装置（比較例）とを、それぞれ用いてピアシングを行ない、その時のマンドレルの前進駆動速度（ｍｍ／ｓ）と、マンドレルに及ぼされる前圧，背圧（即ち、各シリンダにおけるシリンダ室内の圧力：ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を、時間を追って測定した結果が、それぞれ、示されている。なお、かかる測定では、その何れにおいても、中空ビレットとして、Ａ７０７５のアルミニウム合金からなり、４９０ｍｍのビレット長と３７ｍｍのビレットホロー径を有するものを用いる一方、マンドレルとして、その軸方向長さが６００ｍｍであり、且つ外径寸法が３７ｍｍのものを用い、また、ピアシングは、中空ビレットを約３００〜４５０℃の温度で加熱した状態において、実施した。更に、本発明例の装置によるピアシングにおいては、速度変更点及び背圧作用開始点を、それぞれ、上記（式２）及び（式３）に従って、決定した。なお、そこにおいて、各設定パラメータの値は、以下の通りであった。
（式２）：ａ’＝０．９５，ｂ’＝０．９，ｃ’＝０．８５
（式３）：ａ''＝０．９７，ｂ''＝０．９，ｃ''＝０．８５
【００５７】
かかる図４及び図５からも明らかなように、比較例の装置によるピアシングにあっては、激しいスティックスリップ振動が発生して、前進駆動速度及び前圧の値が大きく変化しており、しかも、そのような振動のため、マンドレルの前進駆動速度を高くすることが出来ず、ピアシングには１３５秒を必要とすることが認められる。それに対して、本発明装置によるピアシングでは、スティックスリップ振動は、可及的に抑制乃至は軽減せしめられていると共に、ピアシングに要する時間は、僅か２８秒と、従来のものに比して、大幅に短縮されていることが認識される。
【００５８】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明が、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことは、言うまでもないところである。
【００５９】
例えば、製品材料として用いる中空ビレットとしては、従来から公知の各種のアルミニウム合金からなるものであれば良く、その形状，大きさ等にあっては、製造する中空押出材（製品）に応じて、適宜に設定され得ることとなる。また、マンドレルやコンテナ、押出成形において用いられるダイスやダイステム等の具体的構成は、そのような中空ビレットの構成を考慮して、適宜に変更され得るものである。
【００６０】
また、本発明に従うピアシング装置に備えられる前進用シリンダ機構及び後退用シリンダ機構にあっては、求められる性能や設備費等に応じた種々なる形態をもって、構成され得るものであり、例示の実施形態の如く、別々の単動式油圧シリンダにて構成される必要性は必ずしもなく、前進用及び後退用シリンダ機構の双方の機能を兼ね備え得る、複動式の油圧シリンダにて構成されていても、何等差し支えない。
【００６１】
さらに、マンドレルの前進駆動中において所定位置からマンドレルに後退駆動力を作用せしめるには、例示の如く、後退用シリンダ機構に接続された油圧ポンプを作動せしめることにて行なう他、後退用シリンダ機構に設けた制御弁を絞り作動せしめること等により、作動油の排出を制限することにて実施することも、可能である。
【００６２】
更にまた、マンドレルに対する後退駆動力の作用開始位置にあっては、少なくともスティックスリップ振動の発生予測位置よりも前進側において、マンドレルに後退駆動力が作用せしめられるように設定されることが、好ましいのであるが、マンドレルの前進駆動開始段階から、後退駆動力の作用を開始して、駆動系によって惹起される振動等のスティックスリップ振動以外の振動を抑制し得るように構成しても、何等問題はない。また、後退駆動力の作用開始位置の決定方法としては、前もって、振動発生位置を所定範囲毎に分類して、その代表値を定めておき、予測される振動発生位置が含まれる分類の代表値を取出して、かかる代表値に基づいて作用開始位置を求める方法も、また、有利に採用され得る。
【００６３】
さらに、例示のピアシング装置の速度パターン制御装置においては、速度変更点において、前進駆動速度を高速から低速に切り換えるようになっていたが、これに限定されるものでは決してなく、例えば、高速と低速の間に中間の速度段階を一つ乃至は複数設けて、速度変更点において、かかる中間の速度から低速に変更するように構成したり、或いはまた、スティックスリップ振動の軽減が可能な程度において、低速状態を複数の段階にて設定するように構成しても、何等支障はない。更にまた、速度変更点の決定においては、予め振動発生位置を所定範囲毎に分類せしめて、その分類毎に代表値を決定しておき、予測される振動発生位置が該当する分類の代表値を抽出して、その代表値に対応して速度変更点を求めるようにしても良い。
【００６４】
加えて、中空ビレットとマンドレルの接触面間等には、必要に応じて、所定の潤滑油を導入することも、勿論可能である。また、スティックスリップ振動の発生位置の予測や、速度変更点及び後退駆動力の作用開始位置の決定は、そのような潤滑油の化学的性質や、その他、マンドレルの温度変化等を考慮して行なうことも出来るのであり、また特に、振動発生位置の予測を、上述した（式１）を採用して行なう場合には、その設定パラメータ：ａ〜ｃの値を、例示した中空ビレットの材質，中空ビレットの中空穴の内径寸法及びマンドレルの外径寸法を考慮して決定する必要は、必ずしもなく、ピアシングに係る各種の因子に基づいて定めることが、可能である。
【００６５】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明に従うピアシング方法にあっては、アルミニウム合金からなる中空押出材（中空製品）を製造する際に有利に用いられて、ピアシングを行なうに際しては、スティックスリップ振動の抑制とピアシング時間の短縮とを両立して達成することが出来るという特徴を発揮するものであり、また、このようなピアシング方法を用いた本発明に係る中空押出材の製造方法にあっては、高い生産性及び生産効率をもって、目的とする中空押出材を製造することが出来るのである。また、本発明に従うピアシング装置によれば、そのようなピアシング方法を有利に実現することが出来るのであり、以て、ピアシングを効率的に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態としてのピアシング装置を概略的に示す説明図である。
【図２】図１に示されるピアシング装置を用いてピアシングを行なった後において、中空ビレットの押出しを行なっている状態の一具体例を示す、拡大断面説明図である。
【図３】本発明の一実施例における振動発生距離の予測値と実測値とを対比して示すグラフである。
【図４】  本発明の一実施例におけるマンドレルの前進駆動速度とマンドレルに及ぼされる前圧及び背圧の実測値を示すグラフである。
【図５】  本発明の一比較例におけるマンドレルの前進駆動速度とマンドレルに及ぼされる前圧の実測値を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    ピアシング装置            １２    前進用油圧ポンプ
１４    後退用油圧ポンプ          １６    前進用シリンダ
１８    後退用シリンダ            ２４    マンドレル
２６    中空ビレット              ２８    コンテナ
３０    中空穴                    ３２    制御装置
４６    速度パターン制御装置      ４８    背圧制御装置
５０    圧力制御装置
【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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