(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイスから押し出される中空押出形材に、該中空押出形材の出側開口から冷気供給管を挿し込み、該冷気供給管の先端に取り付けた冷気噴射ノズルから前記ダイスの出側端面までの距離を一定に維持し、前記中空押出形材の半径方向から出側開口に向けて前記冷気噴射ノズルから冷気を噴き出すことを特徴とする中空押出形材内面の冷却方法。
【請求項２】
先端に冷気噴射ノズルが装着された冷気供給ホースと、該冷気供給ホースが巻き付けられ、プラーに搭載されたホースリールと、前記冷気供給ホースを押出成形中の中空押出形材の内部に案内するホースガイドと、押出方向に沿ったプラーの移動速度と等速で且つ押出方向と逆方向に送り出す送出し機構とを備え、ダイスの出側端面から一定距離だけ離れた位置に維持された前記冷気噴射ノズルから噴き出される冷気で中空押出形材の内面を冷却することを特徴とする中空押出形材内面の冷却装置。
【請求項３】
請求項２記載の送出し機構は、プラーが走行するレールに回転可能に接触するホース送りローラを備え、押出方向とは逆方向で且つ押出速度と等速の周速で回転する前記ホース送りローラによって冷気供給ホースが中空押出形材に送り込まれる冷却装置。
【請求項４】
押出機の出側に配置されたイニシャルテーブルに沿ったレールと、該レールに走行可能に配置されたハウジングと、該ハウジングに一端が取り付けられ、ダイス側に片持ち状態で延びる伸縮管と、伸縮管の先端に装着された冷気噴射ノズルとを備え、押出成形中にプラーと同期してハウジングを押出方向に走行させる際、ダイスの出側端面から一定距離だけ離れた位置で中空押出形材の内部に前記冷気噴射ノズルが維持されるように、押出方向とは逆方向で且つハウジングの走行速度と等速で伸縮管を伸張させることを特徴とする中空押出形材内面の冷却装置。
【請求項５】
冷気噴射ノズルのダイス側端部に、該冷気噴射ノズルから噴き出される冷気が前記ダイスに直接吹き付けられることを防止する傘状プレートが設けられている請求項２〜４の何れかに記載の冷却装置。
【請求項６】
冷気供給ホース又は伸縮管を中空押出形材の中心に維持する支持具が所定間隔で冷気供給ホース又は伸縮管に装着される請求項２又は４記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、押出直後の中空押出形材の内部に冷気を吹き込み、内部からも冷却する方法及び冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
析出硬化型アルミニウム合金の押出成形では、押出直後にダイス端で押出形材を冷却することにより溶体化処理を施し、後工程の時効処理でＭｇ2Ｓｉ，ＣｕＡｌ2等を析出させ必要強度を付与する方法が採用されることもある。押出直後の冷却では、マトリックスに固溶している合金成分が冷却段階で析出・粗大化して時効処理後に必要強度が得られなくなることを防止するため、合金成分の析出が防止されるように冷却速度を大きくすることが必要である。
形材外面側の冷却速度を大きくすることは容易である。しかし、押出形材には、単数又は複数の中空部のある断面構造をもつホロー材や、中空部の一部が開放されたセミオープン材等がある（以下、これらを中空押出形材で総称する）。このような中空押出形材を外面から冷却する際に冷却速度を大きくすると、形材内部の熱応力が大きくなって形状変形が生じる。そのため、外面からの冷却のみで変形を生じさせることなく、後工程の時効処理で必要強度を出せる中空押出形材は、一定肉厚以下の形材に限られる（特願平１１−２８５２９２号公報）。
【０００３】
しかし、中空押出形材としては、肉厚の形材も広く使用されている。このような肉厚の中空押出形材を押出直後に冷却して溶体化処理するため、形材内部からの冷却も必要になる。断面の一部を肉厚化した中空押出形材についても、肉厚部の冷却遅れを防止する上で内部からの冷却を併用することが望まれる。
押出直後に中空押出形材を内部から冷却する方法としては、ダイのマンドレルに穿設した冷気吐出口から押出直後の中空押出形材内部に冷気を噴出する方法（特開平８−２０６７２９号），中空押出形材の側壁にレーザビームを照射して冷気導入孔を穿設し、冷気導入孔から中空押出形材の内部に冷気を吹き込む方法（特開平５−２００４３１号公報）等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
冷気吐出口をマンドレルに形成することは、ダイスの製作を困難にし、加工負荷やコスト上昇の原因となる。しかも、冷気吐出口の穿設による強度低下でダイスが破損しやすくなるため、冷気吐出口の穿設個所に制約を受け、必要部分の内部冷却が十分できないことにもなる。
他方、中空押出形材の側壁に冷気導入孔をあけると、製品の商品価値を大きく損ねることになりかねない。また、押出直後から冷気導入孔の穿設までに時間がかかり、この間の冷却過程で合金成分が析出し、時効処理による強度付与に必要な固溶量が確保できなくなる虞がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、押出機出側から挿入した冷気供給管の先端に取り付けた冷気噴出ノズルを押出機直後の中空押出形材内部に位置させることにより、押出直後の中空押出形材を内部から確実に冷却することを目的とする。
本発明の冷却方法は、その目的を達成するため、ダイスから押し出される中空押出形材に、該中空押出形材の出側開口から冷気供給管を挿し込み、該冷気供給管の先端に取り付けた冷気噴射ノズルから前記ダイスの出側端面までの距離を一定に維持し、前記冷気噴射ノズルから前記中空押出形材の半径方向から出側開口に向けて冷気を噴き出すことを特徴とする。
【０００６】
冷気供給管として冷気供給ホースを使用する冷却装置では、先端に冷気噴射ノズルが装着された冷気供給ホースを巻き付けたホースリールをプラーに搭載し、ホースガイドにより冷気供給ホースを押出成形中の中空押出形材の内部に案内する。このとき、押出方向に沿ったプラーの移動速度と等速で且つ押出方向と逆方向に冷気供給ホースを送り出すことにより、ダイスの出側端面から一定距離だけ離れた位置に冷気噴射ノズルを維持する。送出し機構としては、たとえばプラーが走行するレールに回転可能に接触するホース送りローラが使用される。
【０００７】
伸縮管を用いた冷却装置では、押出機の出側に配置されたイニシャルテーブルに沿ったレールにハウジングを走行可能に配置し、ダイス側に片持ち状態で延び、先端に冷気噴射ノズルが装着された伸縮管の基端をハウジングに取り付ける。押出成形中にプラーと同期してハウジングを押出方向に走行させる際、ダイスの出側端面から一定距離だけ離れた位置で中空押出形材の内部に冷気噴射ノズルが維持されるように、押出方向とは逆方向で且つハウジングの走行速度と等速で伸縮管を伸張させる。
【０００８】
何れの冷却装置でも、噴き出された冷気がダイスに直接吹き付けられることを防止する傘状プレートを冷気噴射ノズルのダイス側端部に設けることが好ましい。冷気供給ホース又は伸縮管を中空押出形材の中心に維持する支持具を所定間隔で冷気供給ホース又は伸縮管に装着しながら、冷気供給ホース又は伸縮管をダイス側に送り出すこともできる。
【０００９】
【実施の形態】
押出直後の中空押出形材を内部から冷却するためには、ダイス出側近傍の位置で中空押出形材の内部に存在する高温気体を排出し、冷気に置き換えることが必要である。当該位置にある中空押出形材内部に冷気を噴出させることにより、高温気体が排出され、中空押出形材が内部から冷却される。しかし、冷気吐出口をマンドレルに穿設することや中空押出形材に冷気導入孔を穿設することは前述したような問題があるため、本発明では押出機出側から冷気供給管を中空押出形材に挿し込み、冷気供給管の先端に取り付けた冷気噴出ノズルを押出機直後の中空押出形材内部に位置させる方式を採用した。
【００１０】
押出機は、たとえば図１に示すように、ダイス１からプラテン２を経て押出方向Ｄに押し出される中空押出形材Ｍの先端をプラー３で引っ張り、プラー３をレール４に沿って走行させながら、中空押出形材Ｍをイニシャルテーブル５上に送り出す。このとき、冷気供給管として冷気供給ホース１１を中空押出形材Ｍの出側開口から内部に送り込み、冷気供給ホース１１の先端に装着した冷気噴射ノズル１２をダイス１の出側近傍に位置させる内部冷却機構１０を付設している。
冷気供給ホース１１は、ホースリール１３から繰り出され、ホースガイド１４によって中空押出形材Ｍの出側開口に送り出される。冷気供給ホース１１の先端に取り付けられた冷気噴射ノズル１２には、噴射方向が押出方向Ｄに向けて傾斜したノズル孔１５（図２ａ）が穿設されている。また、ノズル孔１５から噴出された冷気がダイス１に直接接触してダイス１を冷却しないように、冷気噴射ノズル１２のダイス１側に傘状プレート１６が設けられている。
【００１１】
冷気供給ホース１１には、高温の中空押出形材Ｍ中に挿入されるため耐熱性及び断熱性に優れた材質で、長尺の中空押出形材Ｍに宙吊り状態で挿し込むことから曲がりにくい材質のホースが好ましい。或いは、中空押出形材Ｍ内の冷気供給ホース１１を適宜の間隔で支持する支持具１７をプラー３側から適宜の間隔で送り出すこともできる。支持具１７としては、冷気供給ホース１１が挿通されるリング１７ａから少なくとも３方にアーム１７ｂが延び、中空押出形材Ｍの内面に接触して回転するローラ１７ｃが各アーム１７ｂの先端に取り付けられたもの（図２ｂ）が使用される。摩擦係数の高い材質や弾性力，バネ弾性等で冷気供給ホース１１を挟み込むリング１７ａを使用すると、冷気供給ホース１１とリング１７ａとの間のスリップが防止され、冷気供給ホース１１の送出しに伴ってリング１７ａも中空押出形材Ｍ内に送り込まれる。
【００１２】
冷気供給ホース１１の送出しには、たとえばレール４に接離可能なホース送りローラ１８が使用される。押出開始時点では、レール４からホース送りローラ１８を離し、ホースリール１３から冷気供給ホース１１を予め所定長さだけ繰り出し、ダイス１の出側端面から冷気噴射ノズル１２までの距離を一定値ｄに設定する。次いで、レール４にホース送りローラ１８を接触させ、押出方向Ｄに向かったプラー３の走行速度ｖに等しい周速で図１では反時計方向にホース送りローラ１８を回転する。ホース送りローラ１８に接触している冷気供給ホース１１は、ホース送りローラ１８の周速に等しい速度でホースリール１３から送り出される。そのため、プラー３を基準として冷気供給ホース１１が送出し速度ｖで図１では左方向に送り出され、冷気噴射ノズル１２の絶対位置がダイス１の出側から距離ｄ離れた一定位置に維持される。
【００１３】
プラー３の走行速度ｖと冷気供給ホース１１の送出し速度を一致させる上で、レール４とホース送りローラ１８及び冷気供給ホース１１とホース送りローラ１８との間でのスリップを防止することが必要である。スリップ防止には、各材質の摩擦抵抗を高め、或いはギア等で各部材を噛み合わせることが有効である。
【００１４】
冷気供給ホース１１の先端部には、ノズル孔１５が押出方向Ｄ方向に傾斜しているため、ノズル孔１５から噴出される冷気によって図１で左方向に向かった推進力が付与される。また、ノズル孔１５から噴出された冷気が中空押出形材Ｍの内壁に衝突することによって反力が生じる。その結果、中空押出形材Ｍの内部ほぼ中央位置でダイス１の中心に向けて冷気供給ホース１１の先端部が自己支持される。冷気噴射による推進力で冷気供給ホース１１をダイス１側に送ることも可能であるが、そのためには極めて大きなガス圧を必要とし、ダイス１の周辺温度を不安定にしかねない。この点、冷気供給ホース１１の先端部を自己支持するだけの推進力であれば、押出条件に悪影響を与えない程度にガス圧を抑えることができる。
【００１５】
ダイス１の出側端面から一定距離ｄだけ離れた位置に冷気噴射ノズル１２を維持し、中空押出形材Ｍの半径方向から出側開口に向けて冷気を冷気噴射ノズル１２から噴き出すとき、中空押出形材Ｍ内部の高温気体が冷気の流れに乗って中空押出形材Ｍの内部から排気され、中空押出形材Ｍの内部が冷気に置き換わる。その結果、中空押出形材Ｍが内面側から冷却される。冷気には、低温の空気，液体窒素，ミスト等が使用される。
このように中空押出形材Ｍを内面から冷却するとき、厚肉の中空押出形材Ｍであっても、冷却過程で合金成分の析出や熱応力に起因した変形を生じさせることなく冷却することが可能になる。内面からの冷却は、１５ｍｍを超える厚肉部をもつ中空押出形材Ｍを押出成形するときに特に有効である。しかも、一定条件下での冷却であるため、冷却された中空押出形材Ｍの品質も安定化する。
【００１６】
冷気供給ホース１１に代え、伸縮管２２を冷気供給管として使用する内部冷却機構２０も使用可能である。或いは、イニシャルテーブル５に沿った定位置に内部冷却機構を配置し、該内部冷却機構から中空押出形材Ｍの内部に延びる一定長さの冷気供給管の使用も可能である。ただし、この場合には、押出成形が終了した後の中空押出形材Ｍから冷気供給管を抜くために押出方向Ｄに沿った長いスペースが必要となる。
伸縮管２２を備えた内部冷却機構２０は、プラー３と等速で押出方向Ｄに移動させるため、図３に示すようにイニシャルテーブル５の側部に設けたレール２１に沿って走行可能に配置されている。伸縮管２２は、内部冷却機構２０のダイス１側に片持ち状態で設けられている。
【００１７】
伸縮管２２は、外管２２ａに複数の内管２２ｂを内挿した多重管である。外管２２ａは、クランク状に屈曲し、内部冷却機構２０のハウジング２３に回転可能に装着されている。最内管２２ｃの先端に、図１と同様な冷気噴射ノズル２４が取り付けられる。伸縮管２２は、外管２２ａから内管２２ｂ、最内管２２ｃを順次送り出すことによって長さを変えることができる。
伸縮管２２の剛性が十分であれば、ダイス１から押し出された中空押出形材Ｍの全長にわたって伸縮管２２を片持ち状態で支持できるが、図２と同様な支持具１７を適宜の間隔で送り出して伸縮管２２に嵌め込むことによって中空押出形材Ｍの内部ほぼ中央に冷気噴射ノズル２４を維持することが容易になる。支持具１７は、外管２２ａ，内管２２ｂ，最内管２２ｃのダイス１側先端部に付けることが好ましい。伸縮管２２を構成する外管２２ａ，内管２２ｂ，最内管２２ｃとしてある程度の剛性をもつパイプを使用する場合には、３方に突出するアーム１７ｂにローラ１７ｃを装着した支持具１７（図２）に代え、下方一方向に突出するアームにローラを回転可能に装着した支持具も使用可能である。
外管２２ａのａ−ａ方向の回転及び外管２２ａから内管２２ｂ、更には最内管２２ｃの送出しは、ハウジング２３に内蔵した駆動機構（図示せず）で行われる。内管２２ｂ及び最内管２２ｃは、押出方向Ｄ方向に走行する中空押出形材Ｍの走行速度ｖと等しく、押出方向Ｄとは逆方向の繰出し速度で外管２２ａから順次繰り出される。
【００１８】
内管２２ｂ，外管２２ａの繰出し速度は、プラー３又は内部冷却機構２０の走行速度に同調させる適宜の制御機構を用いて、中空押出形材Ｍの走行速度に一致させることができる。制御機構としては、たとえばダイス１の出側端面から冷気噴射ノズル２４までの距離を光センサー，音響センサー，風圧センサー等で測定し、測定結果に基づき当該距離が一定になるように制御信号を伸縮管２２の駆動機構に出力する制御回路が使用される。
押出方向Ｄに沿った中空押出形材Ｍの走行速度と等しい送出し速度で伸縮管２２が押出方向Ｄと逆方向に送り出されるため、最内管２２ｃの先端に取り付けた冷気噴射ノズル２４は、ダイス１の出側端面からの距離が一定した絶対位置に維持される。したがって、押出直後の中空押出形材Ｍは、冷気噴射ノズル２４から噴出される冷気によって一定条件下で内部から冷却される。
【００１９】
【実施例】
温度４６０℃に加熱したダイス１を押出機にセットし，温度４８０℃に加熱した外径３５５ｍｍのＪＩＳ  Ａ６０６３アルミニウム合金ビレットを押出機のコンテナに充填し、長さ１０ｍの押出パイプ（外径３００ｍｍ，肉厚２５ｍｍ）を製造した。このとき、押出直後の中空押出形材Ｍを外面から冷却すると共に、図３に示した内部冷却機構２０を用いて内面からの冷却も併用した。内部冷却機構２０としては、最内管２２ｃの外径が１００ｍｍの伸縮管２２を備えたものを使用した。
押出開始に当たり、起立状態の伸縮管２２（図４ａ）を回転させ、ダイス１の中心線上に冷気噴射ノズル２４を位置させた後、ダイス１の出側端面から冷気噴射ノズル２４までの距離が３ｍになるまで内部冷却機構２０を押出方向Ｄと逆方向に移動させた。
【００２０】
次いで、中空押出形材Ｍの先端をプラー３で拘束し、プラー３及び内部冷却機構２０を押出方向Ｄに走行させながら、中空押出形材Ｍを形材速度５ｍ／分で押し出した（図４ｂ）。押出成形中に冷気噴射ノズル２４から温度２０℃の冷却空気を流量５０ｍ3／分で噴き出し、中空押出形材Ｍを内部から冷却した。同時に、中空押出形材Ｍの周囲に配置したノズルから温度２０℃の冷却空気を流速１０ｍ／秒で噴き出し、中空押出形材Ｍを外部からも冷却した。
【００２１】
ダイス１から押し出される中空押出形材Ｍの押出長さが長くなるに応じ、ダイス１の出側端面から冷気噴射ノズル２４までの距離が一定値３ｍに維持されるように外管２２ａから内管２２ｂ，最内管２２ｃを順次繰り出した（図４ｃ）。冷却条件は、１ビレットを押し出す全工程を通して一定条件とした。
中空押出形材Ｍの押出長さが１５ｍに達したとき、１ビレットを押し出す全工程が終了したものと扱い、押出終了に伴って冷気の噴出しも中止した。次いで、最内管２２ｃ，内管２２ｂを外管２２ａに引き込んで伸縮管２２を縮め、プラテンソー６で中空押出形材Ｍをプラテン２から切り離した（図４ｄ）。
【００２２】
製造された中空押出形材Ｍの金属組織を観察した結果、全長にわたって析出物のないマトリックスをもっていた。この中空押出形材Ｍに１９０℃×１８０分の時効処理を施したところ、１９０Ｎ／ｍｍ2以上の強度を付与できた。
比較のため、内面からの冷却を省略する以外は同じ条件下で中空押出形材Ｍを製造した。得られた中空押出形材Ｍは、多数の析出物がマトリックスに析出しており、時効処理後の強度も１１０Ｎ／ｍｍ2と低い値を示した。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、先端に冷気噴射ノズルを取り付けた冷気供給管を中空押出形材の出側開口から挿し込み、ダイスの出側端面から一定距離だけ離れた位置で中空押出形材の内部に維持した冷気噴射ノズルから冷気を噴き出すことにより、中空押出形材を内部から冷却している。この方法によるとき、厚肉の中空押出形材であっても十分な冷却速度がとれるため、強度付与に寄与しない合金成分の析出が防止される。したがって、時効処理時に強度付与に有効な析出量が十分確保され、強度の高い中空押出形材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  冷気供給管として冷気供給ホースを用い、押出方向に沿ったプラーの走行に合わせて冷気噴射ノズルを逆方向に等速で送り出す機構を備えた内部冷却機構の説明図
【図２】  中空押出形材の内部に挿入された冷気供給ホース及び冷気噴射ノズルを示す断面図
【図３】  冷気供給管として伸縮管を備えた内部冷却機構の斜視図
【図４】  同内部冷却機構を用いた押出成形工程の説明図
【符号の説明】
１：ダイス    ２：プラテン    ３：プラー    ４：レール    ５：イニシャルテーブル    ６：プラテンソー
１０：内部冷却機構    １１：冷気供給ホース    １２：冷気噴射ノズル    １３：ホースリール    １４：ホースガイド    １５：ノズル孔    １６：傘状プレート    １７：支持具    １７ａ：リング    １７ｂ：アーム    １７ｃ：ローラ    １８：ホース送りローラ
２０：内部冷却機構    ２１：レール    ２２：伸縮管    ２２ａ：外管    ２２ｂ：内管    ２２ｃ：最内管    ２３：ハウジング    ２４：冷気噴射ノズル
Ｍ：中空押出形材    Ｄ：押出方向
ｄ：ダイスの出側端面から冷気噴射ノズルまでの距離
【図１】
0004277149.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004277149.tif 000005