JP7107446B2 - 押出プレス装置および押出プレス装置のプラテン - Google Patents

Description

本発明は、金属、例えばアルミニウム合金の押出成形に用いられる押出プレス装置に関し、特にプラテンに関する。

押出プレス装置により金属材料を押出成形するには、プレッシャーリングを介してプラテンに配置されたダイスにビレットが押出作用力をもって押し付けられる。この押出作用力は、押出プレス装置が備えるメインシリンダにより付与される。押出工程中において、押出作用力の反力がプラテンおよびメインシリンダハウジングに作用すると、プラテンに撓みが発生する。プラテンの撓みにともなって、プレッシャーリングおよびダイスに撓みが生じる。このプラテンは、エンドプラテンと称されることもある。

図９は、プラテン２２０に発生する撓みを示している。
図９の上側の図に示すように、押出作用力Ｆの反力ｆは、プラテン２２０の略中央部にダイス２６０およびプレッシャーリング２５０を介して押出方向に作用する。押出方向は押出作用力Ｆを示す白抜き矢印と同じ向きで示される。一方、この反力ｆに対しては、タイロッド２８７には反力ｆと逆向きの抗力ｆ’が生じる。タイロッド２８７は押出方向に平行に弾性域内で変形（伸張）することによりこの反力ｆに抗する。その結果、プラテン２２０には、プラテン２２０の略中央部を押出方向に突出させるように弯曲させようとする曲げモーメントＭが発生する。しかしながら、その後方に製品を連続して押出成形（排出）するために、厚さ方向に貫通する排出路２４２が形成されているプラテン２２０は、排出路２４２の近傍に、曲げモーメントＭに抗する十分な剛性を確保することが物理的に困難である。したがって、押出工程において、図９の下側の図に示すような撓み、弯曲変形が発生する。

なお、図９は概略平面図であるが、タイロッド２８７はプラテン２２０の四隅に配置されているため、側面からの矢視においても平面図と同様にプラテン２２０の撓みが発生する。すなわち、３次元的にはプラテン２２０の略中央部が押出方向に突出するような撓みとなる。

また、押出工程における押出作用力Ｆによりプラテン２２０が撓むと、この撓みに対応してプラテン２２０に固定されているプレッシャーリング２５０およびダイス２６０も変形する。

プラテンに作用する押出工程中の押出作用力は押出開始時から押出完了時にかけて変動、具体的には図１０に示すように減少するため、押出工程中にプラテン２２０の撓みは減少する。この撓みの減少に伴って、プレッシャーリングおよびダイスの変形も減少し得る。そのため、押出工程の開始から完了までの間、ダイスから押出成形される製品の寸法が変動し、ダイスの変形の変動の程度によっては、製品について所望する寸法精度を得ることが難しくなる。なお、図１０に示すグラフの横軸は、押出工程中のビレットの長さＬを示し、縦軸はビレットを押出成形するために要する押出作用力Ｆを示す。押出作用力Ｆは、ビレットを介してダイスに作用する所要押出力Ｆａと、ビレット外周面及びビレットが収納されるコンテナ内周面の摩擦力ｆｂとの和、すなわち、Ｆ＝Ｆａ＋ｆｂで表される。前述した押出工程中の押出作用力の減少は、摩擦力ｆｂの減少によるものである。また、所要押出力Ｆａは熱影響を無視すれば押出工程中は一定で変動しない。

特許文献１には、押出工程中の撓みを抑制することができるプレッシャーリングと、このプレッシャーリングを用いた押出ブレス装置が開示されている。特許文献１のプレッシャーリングは、外側部材と内側部材とを備える２重構造をなし、外側部材が内側部材に焼きばめされている。特許文献１のプレッシャーリングによれば、外側部材が内側部材に焼きばめされているので、内側部材には径方向の外側から内側に向かう応力が付与されている。したがって、プレッシャーリングの軸線方向に荷重を受けても、外側から内側に向かう応力が当該荷重に対抗するので、撓みが抑制される。

特開平１０－２５８３０９号公報

特許文献１によれば、プレッシャーリングの撓みを抑えることができる。しかし、プレッシャーリングの撓みはプラテンの撓みに基づいており、２重構造のプレッシャーリングに外側から内側に向かう応力を生じさせたとしても、プラテンの撓みがなくなるわけではない。したがって、押出工程中におけるプレッシャーリングおよびダイスの変形の変動を、製品について高い寸法精度を得るために十分な程度まで抑えることは難しい。

そこで本発明は、撓みが発生するのを抑えることのできるプラテンを備える押出プレス装置を提供することを目的とする。

本発明に係る押出プレス装置は、被加工材を押出成形するダイスと、ダイスに被加工材を押し付ける押圧力を付与するシリンダと、ダイスからの押圧力を受けるプラテンと、を備える。
本発明に係るプラテンは、外側要素と、外側要素の内側に外側要素と同軸上に配置される内側要素と、を備える。
本発明に係る内側要素は、外側要素の表裏の両側から、外側要素を挟持して設けられる。

本発明に係るプラテンは、好ましくは、外側要素と内側要素が嵌合さ、内側要素には、軸線方向（Ｃ）に引張応力が発生し、外側要素には、引張応力に対応する圧縮応力が発生している。

本発明に係る内側要素は、好ましくは、締結により外側要素を挟持して設けられる。

本発明に係るプラテンは、好ましくは、互いに嵌合される外側要素と内側要素は、嵌合に関わらない部位は隙間が空けられる。

本発明に係る内側要素は、好ましくは、前方側に設けられる大径部と、大径部に連なる小径部と、小径部に締結される締結部材と、を備える。
締結部材は、予め小径部に締め付けられることにより外側要素を押圧して、押出工程中に作用する荷重以上の予備荷重を付与することにより、引張応力が発生している。

本発明に係る外側要素は、好ましくは、内側要素により挟持される領域に、圧縮応力が発生している。

本発明に係る外側要素は、好ましくは、内側要素に隣接して内側要素の外側に嵌合される第１外側要素と、第１外側要素に隣接して第１外側要素の外側に嵌合される第２外側要素と、を備える。この内側要素は、第１外側要素の表裏両側から、第１外側要素を挟持して設けられる。

この内側要素には、好ましくは、軸線方向（Ｃ）に引張応力が発生し、第１外側要素には、引張応力に対応する圧縮応力が発生している。

本発明に係る外側要素は、好ましくは、第１外側要素と第２外側要素とは、収縮ばめにより嵌合される。

本発明に係る内側要素は、好ましくは、押出製品に冷却媒体を供給する流体供給構造１６０が配置される。

本発明に係る内側要素は、好ましくは、外側要素と縦弾性係数が略同じ金属材料、または、外側要素よりも縦弾性係数の大きな金属材料からなる。

本発明によれば、内側要素は外側要素の表裏から外側要素を挟持する。この挟持により、内側要素には引張応力を発生させるとともに、外側要素には圧縮応力を発生させることができる。そのため、押出工程中に押出方向に荷重が作用したとしても、内側要素に発生する引張応力および外側要素に発生する圧縮応力は減少しつつも維持される。そのため、外側要素に撓みが発生しても、引張応力圧縮応力が発生している部分は撓みが生じにくい。

第１実施形態に係るプラテンを備える押出プレス装置の概略構成を示す部分断面平面図である。 図１のプラテンの構成を示す部分断面平面図およびその一部の拡大図である。 図２のプラテンを軸線方向に分解して示す図である。 図２のプラテンの他の形態を示す図である。 第２実施形態に係るプラテンを示す正面図である。 図５のプラテンの構成を示す部分断面平面図である。 図６のプラテンを軸線方向に分解して示す図である。 図６のプラテンに設けられる流体供給構造１６０の構成を示す断面図である。 プラテンに生ずる撓みを説明する図である。 押出作用力Ｆの押出工程中の変動を示すグラフである。

以下、本発明に係る押出プレス装置を実施形態に基づいて説明する。本実施形態に係る押出プレス装置は、径方向に複数に分割された要素からなるプラテンを有する。複数に分割された中で内側に配置される要素は、プレッシャーリングが固定されるとともに、それよりも外側に配置される要素を貫通して表裏から当該要素を挟み込む。本実施形態に係るプラテンは、この構造を備えることにより、押出工程中の撓みを抑えることができる。
本実施形態は、径方向に２つに分割された構造を有する第１実施形態と径方向に３つに分割された構造を有する第２実施形態とを含んでいる。以下、第１実施形態、第２実施形態の順に説明する。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る押出プレス装置１に基づいて本実施形態に係るプラテン２０を説明する。
押出プレス装置１は、図１に示すように、被加工材であるビレットＢが押し出される押出部１０と、ビレットＢを収容し保持する保持部７０と、保持部７０に収容されるビレットＢを押出部１０に向けて押圧する負荷を生成する圧力生成部８０と、を備える。プラテン２０は、押出部１０を構成する主たる要素である。

［押出部１０］
押出部１０は、図１、図２および図３に示すように、プラテン２０と、プラテン２０に支持されるプレッシャーリング５０と、プレッシャーリング５０に支持されるダイス６０と、を備える。
プラテン２０は、外側要素３０と、外側要素３０の内側に同軸上に嵌合により支持される内側要素４０と、を備え、径方向に分割される２層構造を有している。

［外側要素３０］
外側要素３０は、図２および図３に示すように、後方側に設けられる厚肉部３１と、厚肉部３１に連なり前方側に設けられる薄肉部３３と、を備える直方体形状の部材である。なお、厚肉部３１と薄肉部３３の“肉厚”は、後述する保持孔３５の内周面から外側要素３０の外周面までの距離を示すものである。外側要素３０は、厚肉部３１および薄肉部３３の内側に設けられ、前後方向に貫通するとともに、内側要素４０を篏合させるための保持孔３５を備える。保持孔３５は、厚肉部３１に対応する小内径部３６と、薄肉部３３に対応する大内径部３７と、を備え、前後方向に階段状に形成されている。外側要素３０は、通常、鋳鉄により作製される。内側要素４０も同様である。
なお、押出プレス装置１において、図１に示す（Ｆ）の側を前、（Ｂ）の側を後と定義する。また、径方向の寸法は、図１、図２に示す中心軸線Ｃを基準に定められる。

［内側要素４０］
内側要素４０は、図２および図３に示すように、プレッシャーリング５０の取付面４８が設けられる大径部４１と、大径部４１に連なり、厚肉部３１を前後方向に貫通して設けられる小径部４３と、を備える円筒状の部材である。内側要素４０は、外観上、ボルトに似ており、大径部４１が頭部に対応し、小径部４３が胴部に対応する。
内側要素４０の外径は、外側要素３０の外面（上下面及び両側面）の長さに比べて小さく、外側要素３０の内径側の一部を代替しているものとみなされる。予備荷重を作用させた際、図２の、外側要素３０（厚肉部３１）の受圧面３２に予備荷重に相当する以下の面圧ΔＰが発生する。この面圧ΔＰが、外側要素３０の材料強度の降伏点を下回り、さらに安全率を見込んだ面圧になるように、リング状の受圧面３２の面積を決定する、内側要素４０の大径部４１および小径部４３それぞれの直径が、使用されるダイス６０の直径やプレッシャーリング５０の直径も考慮されて決定される。
ΔＰ＝Ａ／Ｆ
Ａ＝π・（Ｄ^２－ｄ^２）／４
ΔＰ：受圧面３２の面圧 Ｆ：押出作用力（予備荷重ＭＦ）
Ａ：受圧面３２の面積 ΦＤ：大径部４１の外径 Φｄ：小径部４３の外径

内側要素４０は、大径部４１から小径部４３に亘って前後方向に貫通する排出路４２が設けられる。ダイス６０を通過して押し出された押出製品は排出路４２を通って押出プレス装置１から後方に排出される。また、内側要素４０は、小径部４３の後方側の外周端部におねじ４４が切られている。小径部４３のおねじ４４は、後述する締結部材４６のめねじ４７と締め付けられる。さらに、内側要素４０は、大径部４１と小径部４３を繋ぐ受圧面４５を備える。受圧面４５は、外側要素３０からの中心軸線Ｃに平行な方向、つまり軸線方向の圧力を受ける面である。受圧面４５と外側要素３０の受圧面３２は、中心軸線Ｃに直交する平面が例示されているが、互いに圧力を受けることができるのであれば、他の形状であってもよい。例えば、押出方向Ｅｄ（図１）に傾くテーパ面、階段状の面などを適用できる。

内側要素４０は、大径部４１および小径部４３を外側要素３０に固定するための締結部材４６を備える。締結部材４６はナットと同様の形態をなしており、小径部４３に形成されたおねじ４４と締め付けられるめねじ４７が内周面に切られている。第１実施形態は、押出プレス装置１の組立時に、予備荷重ＭＦを発生させた状態において、予め締結部材４６をプラテン２０の後方側から小径部４３に締め付けることにより、内側要素４０に中心軸線Ｃに平行な引張応力ＰＦを常時発生させるところに特徴を有している。
予備荷重ＭＦは、プレッシャーリング５０およびダイス６０を介して、押出工程中に内側要素４０に作用する定格荷重以上の値に設定される。予備荷重ＭＦの発生手順の例は後述される。

第１実施形態においては、小径部４３の少なくともおねじ４４が外側要素３０の後方に突出されるとともに、締結部材４６のめねじ４７がこのおねじ４４に締め付けられる。これにより、外側要素３０の厚肉部３１は内側要素４０と締結部材４６による締結により挟持される。

締結部材４６は、プラテン２０の後方側から内側要素４０のおねじ４４にねじ込むことが可能であって、また、ダイス６０から押し出される製品をプラテン２０から排出させる排出路４２が形成されることが必要な要件である。この要件を備えていれば、図４に示すように、内側要素４０の小径部４３の内周面に加工されためねじ４４’と締結部材４６’から小径部４３の内周面へ突出する部位の外周面に加工されたおねじ４７’とが締め付けられる形態であってもよい。

［プレッシャーリング５０］
プレッシャーリング５０は、図１～図３に示すように、内側要素４０の取付面４８に図示を省略するボルト等で取り付けられ、ダイス６０からの押圧力を受けるとともに、内側要素４０に押圧力を伝達する。プレッシャーリング５０は、内側要素４０の排出路４２に通じる通過路５１を備えている。プレッシャーリング５０は、外側要素３０および内側要素４０よりも高強度材料、例えば工具鋼から作製される。

［保持部７０］
保持部７０は、図１に示すように、ビレットＢを保持するコンテナ７１と、コンテナ７１を保持するコンテナホルダ７３と、コンテナホルダ７３を介してコンテナ７１をダイス６０に押し付けるコンテナシリンダ７５と、を備えている。
コンテナ７１は、コンテナホルダ７３に支持された状態で前後方向に貫通する保持室７２を備えている。ビレットＢは、この保持室７２に収容された状態でコンテナ７１に保持される。
コンテナホルダ７３はコンテナ７１を保持する。コンテナホルダ７３に保持されるコンテナ７１はコンテナホルダ７３と一体的に前後方向に往復移動が可能である。
コンテナシリンダ７５は、プラテン２０に固定されるシリンダ７６と、シリンダ７６に対して進退可能に設けられるピストンロッド７７と、を備えている。ピストンロッド７７はその先端部分がコンテナホルダ７３に固定されており、コンテナシリンダ７５を動作させることによりコンテナホルダ７３を介してコンテナ７１をダイス６０に押し付けることができる。

［圧力生成部８０］
圧力生成部８０は、図１に示すように、プラテン２０と対向するように配置されるメインシリンダハウジング８１と、メインシリンダハウジング８１の略中央に支持されるメインシリンダ８３と、を備える。また、圧力生成部８０は、メインシリンダ８３の周囲においてメインシリンダハウジング８１に支持されるサイドシリンダ８５と、メインシリンダ８３の周囲においてメインシリンダハウジング８１に支持されるタイロッド８７と、を備える。
メインシリンダ８３は、メインラム８４と、メインラム８４の先端部に固定されるメインクロスヘッド８６と、メインクロスヘッド８６に取り付けられる押出ステム８８と、を備えている。メインシリンダ８３がメインラム８４をプラテン２０の側に向けて動作させれば、押出ステム８８がビレットＢをダイス６０に向けて押し付ける。

タイロッド８７は、タイロッドナット８９とともにメインシリンダハウジング８１とプラテン２０を連結する。タイロッド８７およびタイロッドナット８９はプラテン２０の四隅および対応するメインシリンダハウジング８１の四隅を連結する。押出工程中に、プラテン２０にはダイス６０およびプレッシャーリング５０を介して、また、メインシリンダ８３を介して、メインシリンダハウジング８１にはプラテン２０およびメインシリンダハウジング８１を互いに離間させる方向への押出作用力の反力が作用する。タイロッド８７の大径部を構成するタイロッドナット８９は、この反力に抗して、プラテン２０及びメインシリンダハウジング８１の移動を拘束する。そして、タイロッド８７は、タイロッド８７の弾性領域での伸張を許容しつつ、押圧作用力の反力に抗する強度を有するように構成されている。

［押出プレス装置１の動作］
以上の構成を備える押出プレス装置１の動作を説明する。
押出プレス装置１により被加工材であるビレットＢを押出成形する場合、図示しない保持手段により、プラテン２０にプレッシャーリング５０を介して配置されたダイス６０に、コンテナシリンダ７５でコンテナ７１を押し付ける。そして、押出ステム８８をプラテン２０の側に移動させて、コンテナ７１内に収納されたビレットＢをダイス６０に押圧させる。この工程をアプセット工程という。メインラム８４をさらにプラテン２０の側に移動させることにより、ビレットＢを押出ステム８８によりダイス６０に押圧させて、ダイス６０のダイス孔６１から後方へ、所定の製品を連続して押出成形する。この工程を押出工程という。なお、メインクロスヘッド８６には、サイドシリンダ８５のシリンダロッドも固定され、サイドシリンダ８５は押出工程時、つまりメインクロスヘッド８６の前進時およびメインクロスヘッド８６の後退時に駆動される。

［引張応力ＰＦの発生手順］
次に、予備荷重ＭＦにより、内側要素４０に、予め中心軸線Ｃに平行に引張応力ＰＦを発生させる手順の一例について簡単に説明する。なお、図１～図３を適宜参照願いたい。

［外側要素３０と内側要素４０の仮固定］
最初に、プレッシャーリング５０を図示しないボルト等でプラテン２０の内側要素４０の取付面４８に固定する。この時点では、締結部材４６は外されている。
引き続き、プレッシャーリング５０が固定された内側要素４０をクレーンや、専用の挿入治具等でプラテン２０の外側要素３０の保持孔３５に挿入させる。内側要素４０の小径部４３の外径と保持孔３５の小内径部３６の内径とが、外側要素３０に対する内側要素４０の位置決め基準を満たすクリアランスを有している。したがって、外側要素３０に対する内側要素４０の位置決めは特に必要ない。一方、内側要素４０の大径部４１の外径に対して、大径部４１が収容される収容室３９の開口径は大きく（図２）、所定のクリアランスＳが確保される。収容室３９の開口径とは保持孔３５の大内径部３７の内径のことである。このクリアランスＳについては後述する。この状態において、内側要素４０の小径部４３のおねじ４４の一部が外側要素３０よりも後方に露出する。このおねじ４４に締結部材４６のめねじ４７をクレーンや専用の挿入治具等を用いてねじ込ませることで、締結部材４６を小径部４３に仮締めさせる。

［予備荷重ＭＦの作用］
次に、プラテン２０およびメインシリンダハウジング８１の間に、押出工程中に押出方向Ｅｄに作用する荷重（定格荷重）以上の予備荷重ＭＦを作用させる。具体的には、ダイス６０の代わりに、製品形状を模した開口部のないダミーダイス等を、図示しない保持手段によりプレッシャーリング５０に配置させ、このダミーダイスに、コンテナシリンダ７５で、ビレットＢが収容されていないコンテナ７１を押し付ける。

そして、メインシリンダ８３およびサイドシリンダ８５を駆動させて、図示が省略される押出治具等を先端に取り付けた押出ステム８８をコンテナ７１の保持室７２内でプラテン２０の側に移動させて、押出治具によりダミーダイスに押出作用力を直に作用させる。この時、ダミーダイスを介して、プラテン２０およびメインシリンダハウジング８１の間に作用させる押出作用力（予備荷重ＭＦ）が、押出工程中に押出方向Ｅｄに作用する荷重（定格荷重）以上になるよう、メインシリンダ８３およびサイドシリンダ８５へ供給する作動油圧力を制御する。予備荷重ＭＦは、定格荷重の１０５～１１０％とすることが好ましい。

定格荷重よりも大きなこの予備荷重ＭＦを作用させることにより、プラテン２０は、内側要素４０の受圧面４５を介して、定格荷重での押出工程時よりも大きく圧縮される。

［締結部材４６の増し締め］
そして、この状態において、専用のねじ込み治具等で、仮締めされていた締結部材４６を、プラテン２０の後方側から内側要素４０の小径部４３のおねじ４４にねじ込んで増し締めする。内側要素４０には予備荷重ＭＦが押出方向Ｅｄに作用しているため、外側要素３０に対する内側要素４０の相対的な回転運動を拘束させる周り止め手段は不要である。また、受圧面４５の押出方向Ｅｄへの投影面積に含まれる外側要素３０が、定格荷重での押出工程時よりもさらに圧縮されている。そのため、大きなねじ込み力を掛けずとも、締結部材４６を内側要素４０の小径部４３にねじ込んだ後、予備荷重ＭＦを開放すると、内側要素４０に中心軸線Ｃに平行に、予備荷重ＭＦに準じた引張応力ＰＦを常時発生させることができる。

［第１実施形態の効果］
次に、第１実施形態に係るプラテン２０が奏する効果について説明する。この効果は、外側要素３０と内側要素４０の間に以上で説明した応力状態を発生させることによる第１の効果と、クリアランスＳを設けることによる第２の効果を含む。以下、順に説明する。

［外側要素３０と内側要素４０の応力状態による第１の効果］
第１実施形態において、内側要素４０は外側要素３０の表裏から外側要素３０を挟持する。これにより、内側要素４０には中心軸線Ｃに平行に引張応力ＰＦが発生し、内側要素４０の受圧面４５と締結部材４６との間に挟まれる外側要素３０の部位には圧縮応力ＣＦが発生する。これら引張応力ＰＦおよび圧縮応力ＣＦは、定格荷重よりも大きな予備荷重ＭＦに準じた応力である。そのため、押出工程中に押出方向Ｅｄに作用する荷重が、最大、定格荷重と略同じであったとしても、内側要素４０に発生する引張応力ＰＦ、および、外側要素３０に発生する圧縮応力ＣＦは減少しつつも維持される。そのため、タイロッド８７が伸長し、かつ、プラテン２０の外側要素３０に撓みが発生しても、内側要素４０および締結部材４６による、プラテン２０の略中央部の締結状態が維持され、撓みが生じにくい。

このように、本実施形態によれば、押出工程中、内側要素４０および締結部材４６による、プラテン２０の略中央部の締結状態およびこの締結状態による圧縮応力ＣＦが維持される。したがって、プラテン２０の後方側に製品を押し出して排出させる排出路４２が内側要素４０に形成されていても、プラテン２０の特に外側要素３０に撓みを発生させる曲げモーメントＭ（図１０（ａ））に対抗するための十分な剛性を、排出路４２の近傍の、内側要素４０（大径部４１）及び締結部材４６により把持された、外側要素３０の厚肉部３１の部位に確保することができる。こうして、第１実施形態によれば、プラテン２０の撓みを抑制するという第１の効果を奏することができる。

［クリアランスＳを設けることによる第２の効果］
第１実施形態は、クリアランスＳを備えることにより、プラテン２０に撓みが発生しても、この撓みのプレッシャーリング５０への影響を抑制することができる。以下、図２の部分拡大図を参照して説明する。
この部分拡大図において、外側要素３０に撓みが発生する前を２点鎖線で示し、撓みが発生した後を実線で示している。外側要素３０と内側要素４０の間にはクリアランスＳが設けられている。クリアランスＳは、外側要素３０と内側要素４０の嵌合に関わらない部位に設けられた隙間である。
このクリアランスＳは、プラテン２０、特に外側要素３０に図示するような撓みが生じたとしても、収容室３９を区画する内周面３８が内側要素４０の大径部４１に接触しないように設定される。

この構成によれば、外側要素３０の撓みがプレッシャーリング５０の変形に直接影響しない。そのため、外側要素３０に撓みが発生し、押出作用力Ｆの変動（減少）によりこの撓み（撓み量）が変動した場合でも、プレッシャーリング５０に図示しない保持手段により配置されているダイス６０を変形させることがないという第２の効果を奏することができる。また、先に説明したように、内側要素４０の小径部４３の外径と小径部４３が挿入される保持孔３５の開口部径との間には、外側要素３０に対する内側要素４０の位置決め基準を満たすクリアランスしか有していない。しかし、外側要素３０の撓みが発生する状態において、小径部４３が挿入される外側要素３０の開口部内周面（小内径部３６の内周面）の大部分は、内側要素４０の小径部４３の外周面から離間する方向に変形する。そのため、外側要素３０が撓む際に、このクリアランスの小ささがプレッシャーリング５０の変形に影響する虞はない。なお、図２における所定のクリアランスＳおよび外側要素３０の撓みは、説明の理解を容易にするために誇張して示している。

一方、押出工程中、内側要素４０および締結部材４６による、外側要素３０の略中央部の締結状態が維持されることと、この締結状態により圧縮応力ＣＦが維持されることで確保される、外側要素３０の撓みを発生させる曲げモーメントＭに対抗するための剛性は、内側要素４０がプラテン２０と縦弾性係数が略同じ金属材料であっても構造上確保することが可能である。そのため、内側要素４０をプラテン２０よりも縦弾性係数が大きな金属材料で製造することにより、プラテン２０の略中央部に発生させる圧縮応力ＣＦに加えて、この中央部の強度自体を向上させて、この剛性をさらに高めることも可能である。

このように、内側要素４０および締結部材４６により、内側要素４０には引張応力ＰＦ、外側要素３０には圧縮応力ＣＦを発生させることにより、外側要素３０の略中央部の剛性を向上し、押出工程中の外側要素３０の撓み（撓み量）を抑制することができる。

また、外側要素３０の撓み（撓み量）が発生し、押出作用力Ｆの変動（減少）により、押出工程中に変動したとしても、内側要素４０の大径部４１の外周面と、大径部４１が配置される外側要素３０の保持孔３５の内周面と、が接触しない構成により、所定のクリアランスＳが減少しつつも確保されるため、外側要素３０の撓みがプレッシャーリング５０の変形に直接影響しない。

その結果、特許文献１に開示された押出プレス装置に対して、押出工程中の、プレッシャーリング５０やダイス６０の変形（変形量）およびその変動を大幅に抑制することができ、押出工程の開始から完了までの間、ダイス６０から押出成形される製品について、所望する寸法精度で得ることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るプラテン１２０を図５～図８を参照して説明する。
第２実施形態に係るプラテン１２０は、図５および図６に示すように、第２外側要素１３０、第１外側要素１４０および内側要素１５０を備える３層構造を有している。第２外側要素１３０は直方体形状の部材である。また、第１外側要素１４０および内側要素１５０は円筒状の部材であり、中心軸線Ｃ上に同軸に配置されている。第２外側要素１３０の内側に第１外側要素１４０が嵌合され、第１外側要素１４０の内側に内側要素１５０が嵌合されている。内側要素１５０は、第１外側要素１５０の表裏両側から、第１外側要素１５０を挟持して設けられる。

［第２外側要素１３０］
第２外側要素１３０は、図５、図６および図７に示すように、後方側に設けられる厚肉部１３１と、厚肉部１３１に連なり前方側に設けられる薄肉部１３３と、を備える。第２外側要素１３０は、厚肉部１３１および薄肉部１３３の内側に設けられ、前後方向に貫通するとともに、第１外側要素１４０を篏合させるための保持孔１３５を備える。保持孔１３５は、厚肉部１３１に対応する小内径部１３６と、薄肉部１３３に対応する大内径部１３７と、を備え、前後方向に階段状に形成されている。

［第１外側要素１４０］
第１外側要素１４０は、図５、図６および図７に示すように、後方側に設けられる小径部１４１と、小径部１４１に連なり前方側に設けられる大径部１４３と、を備える。第１外側要素１４０は、小径部１４１と大径部１４３を貫通するとともに、隣接する内側要素１５０を篏合させるための保持孔１４５を備える。保持孔１４５は、小内径部１４６と大内径部１４７と、を備え、前後方向に階段状に形成されている。

ここで、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０とは収縮ばめ（shrinkage fit）により嵌合されていることが好ましい。収縮ばめにより嵌合されることにより、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０の間には径方向に圧縮応力が発生する。そのために、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０の部分は、当該部分が一体構造であるのに比べて剛性が高くなる。また、第１外側要素１４０を構成する素材の縦弾性係数が、第２外側要素１３０を構成する素材よりも大きければ、第２外側要素１３０の剛性をさらに向上できる。
このように、第２外側要素１３０に十分な剛性を確保できれば、第１実施形態が備えていたクリアランスＳは最小にできるか、省くことができる。
収縮ばめとしては、焼きばめと冷やしばめが知られている。焼きばめを適用する場合には、第２外側要素１３０を所定の温度まで加熱して径方向に膨張させた状態で、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０を嵌合させる。冷やしばめを適用する場合には、第１外側要素１４０を所定の温度まで冷却して径方向に収縮させた状態で、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０を嵌合させる。

［内側要素１５０］
内側要素１５０は、図５、図６および図７に示すように、プレッシャーリング５０の取付凹部が設けられる大径部１５１と、大径部１５１に連なり、収容室３９を前後方向に貫通して設けられる小径部１５３と、を備えている。

内側要素１５０は、大径部１５１から小径部１５３に亘って前後方向に貫通する排出路１５２が設けられる。ダイス６０を通過して押し出された押出製品は排出路１５２を通って押出プレス装置１から後方に排出される。また、内側要素１５０は、小径部１５３の後方側の外周端部におねじ１５４が切られている。小径部１５３のおねじ１５４は、締結部材１５６のめねじ１５７と締め付けられている。さらに、内側要素１５０は、大径部１５１および小径部１５３を連続させる受圧面１５５を備える。受圧面１５５は、第２外側要素１３０および第１外側要素１４０からの中心軸線Ｃに平行な圧力を受ける面である。

内側要素１５０は、大径部１５１および小径部１５３を第１外側要素１４０に固定するための締結部材１５６を備える。締結部材１５６はナットと同様の形態をなしており、小径部１５３に形成されたおねじ１５４と締め付けられるめねじ１５７が内周面に切られている。第２実施形態も、押出プレス装置１の組立時に、予備荷重ＭＦを発生させた状態において、予め締結部材１５６をプラテン２０の後方側から小径部１５３に締め付けることにより、内側要素１４０に中心軸線Ｃに平行な引張応力ＰＦを常時発生させた状態で、内側要素１４０がプラテン１２０の略中央内部に配置されている。

内側要素１５０は、押出工程中に押出方向に作用する荷重以上の予備荷重ＭＦにより、予め押出方向に引張応力ＰＦを発生させた状態で、第１外側要素１４０に固定される。この関係は、第１実施形態の外側要素３０と内側要素４０の応力関係と同じである。

内側要素１５０は、流体供給構造１６０を備える。流体供給構造１６０は、図５に示すように、例えば、周方向に均等な間隔を開けて４か所に設けられる。
流体供給構造１６０は、図６～図８に示すように、押し出された押出製品を冷却する液体または気体からなる流体を供給する第１構造１６１と、エアカーテンを形成するためのエアを供給する第２構造１６５と、を備える。
第１構造１６１は、図示を省略する供給源から冷却媒体を流す第１流路１６２と、第１流路１６２を流れてきた冷却媒体を吐出する第１ノズル１６３，１６３と、を備える。第１流路１６２は、内側要素１５０の小径部１５３の内部を後方から前方に向けて延設される。第１ノズル１６３，１６３は、第１流路１６２の先端に接続され、その吐出口が小径部１５３の径方向の内側に向けられている。
第２構造１６５は、図示を省略する供給源から供給されるエアが流れる第２流路１６６と、第２流路１６６の先端に設けられる第２ノズル１６７と、を備える。第２流路１６６は、内側要素１５０の小径部１５３の内部を後方から前方に向けて延設される。第２ノズル１６７は、第２流路１６６の先端に接続され、その吐出口が小径部１５３の径方向の内側に向けられている。

第１構造１６１は、排出路１５２を通過したばかり、つまり押出直後の押出製品に冷却媒体を供給して所望する温度履歴をたどるように冷却することにより、押出製品に焼き入れ、その他の熱処理による強度向上などの効果を得るために設けられる。供給される冷却媒体は、エア、不活性ガスなどの気体、水などの液体から選択されるが、冷却能力からすると、液体、特に水を噴霧して用いることが好ましい。

冷却媒体を液体にすると、噴霧した液体が付着した部位の腐食が懸念される。例えば、噴霧された液体が、内側要素１５０の排出路１５２およびプレッシャーリング５０の通過路５１を経由してダイス６０に付着し、ダイス６０が錆びる、あるいは、発生した錆が押出製品に混入するといった問題が発生するのを避けたい。そこで本実施形態においては、好ましい形態として、第２構造１６５を備える。つまり、第１構造１６１よりも第２構造１６５をダイス６０に近い前方側に設け、第２構造１６５からエアを供給することにより、第１構造１６１から噴霧された液体がダイス６０に達するのを防ぐエアカーテンを形成する。

ここでは好ましい形態として、第１構造１６１から液体を押出製品に噴霧することを前提として説明したが、第１構造１６１から気体を押出製品に噴霧することができる。この場合、ダイス６０などに腐食のおそれはないから、第２構造１６５を省くことができる。
また、流体供給構造１６０は、図８の上側の図に示すように、第１ノズル１６３と第２ノズル１６７を短管を介して内側要素１５０の内側に露出して設けることもできるし、図８の下側の図に示すように、第１ノズル１６３と第２ノズル１６７を内側要素１５０の内周面に加工した凹部に設けることもできる。前者の場合、第１ノズル１６３と第２ノズル１６７を覆う保護体１６４を設けることが好ましい。

［第２実施形態が奏する効果］
次に、第２実施形態が奏する効果を説明する。
第２実施形態に係るプラテン１２０は、第２外側要素１３０、第１外側要素１４０および内側要素１５０からなり、径方向に３層構造を有するが、第１外側要素１４０と内側要素１５０の間に、第１実施形態と同様の挟持による応力構造を設けている。したがって、第１実施形態と同様に、押出工程中のプラテン１２０の変形が抑制される。
また、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０とが収縮ばめにより嵌合されれば、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０の間の径方向に圧縮応力が発生する。そのために、第２外側要素１３０と第１外側要素１４０の部分は、当該部分が一体構造であるのに比べて剛性が高くなり、押出工程中のプラテン１２０の変形がさらに抑制されることが期待できる。このように、第２外側要素１３０に十分な剛性を確保できれば、第１実施形態が備えていたクリアランスＳを最小にできるか、省くことができる。

次に、第２実施形態は、内側要素１５０に流体供給構造１６０を設けているので、以下説明するように、プラテン１２０の第２外側要素１３０および第１外側要素１４０の剛性を担保できる。
例えば、図９に示す全体が一体として構成されるプラテン２２０の排出路２４２の周囲に流体供給構造１６０の第１流路１６２、第２流路１６６を設けるためにきり孔加工を行うものとする。そうすると、プラテン２２０が撓むと、きり孔加工部に応力が集中しプラテン２２０の破損の要因となり得る。
きり孔加工をするのに代えて、第１流路１６２、第２流路１６６を構成する配管を排出路２４２の周縁に配置することもできる。しかし、この代替手段を採用するには、第１ノズル１６３、第２ノズル１６７に対応する冷却ノズルの立ち上がり高さを含めて、排出路２４２の開口径を大きくする必要がある。したがって、この代替手段を採用すると、プラテン２２０の剛性を低下させる。

以上に対して、第２実施形態は、第１流路１６２、第２流路１６６、第１ノズル１６３および第２ノズル１６７を内側要素１５０の内部に配置している。ここで、先に第１実施形態（段落００４８）において説明したように、第１実施形態の、外側要素３０の撓みが発生する状態において、小径部４３が挿入される外側要素３０の開口部内周面（小内径部３６内周面）の大部分は、内側要素４０の小径部４３の外周面から離間する方向に変形する。同様に、第２実施形態の、第２外側要素１３０に撓みが発生した場合でも、小径部１５３が挿入される第２外側要素１３０の開口部内周面（小内径部１４６内周面）の大部分は、内側要素１５０の小径部１５３の外周面から離間する方向に変形する。したがって、内側要素１５０については、第２外側要素１３０の撓みによる応力集中は生じ得ず、内側要素１５０の中心軸線Ｃに平行に常時発生している、定格荷重よりも大きな予備荷重ＭＦに準じた引張応力ＰＦにより剛性の低下も生じ得ない。
さらに、内側要素１５０および締結部材１５６による締結により、プラテン１２０の一部である、第１外側要素１４０の小径部１４１を含む部位が把持され、その部位の圧縮応力ＣＦが維持される、第１実施形態と同様の挟持による応力構造が設けられている。この応力構造により、プラテン１２０に撓みを発生させる曲げモーメントＭに対抗するための十分な剛性が確保され、プラテン１２０の押出工程中の撓み自体が抑制される。そのため、内側要素１５０よりも外側に設けられる第１外側要素１４０および第２外側要素１３０への応力集中、剛性の低下を避けることができる。
また、一体型のプラテン２２０に比べて寸法および重量の小さい内側要素１５０にきり孔加工をするのは、プラテン２２０にきり孔加工するよりも、加工が容易である。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に置き換えたりすることができる。たとえば、流体供給構造１６０は、第１実施形態の内側要素４０に設けることができる。

１ 押出プレス装置
１０ 押出部
２０ プラテン
３０ 外側要素
３１ 厚肉部
３２ 受圧面
３３ 薄肉部
３３Ａ 面
３３Ｂ 面
３５ 保持孔
３６ 小内径部
３７ 大内径部
３８ 内周面
３９ 収容室
４０ 内側要素
４１ 大径部
４２ 排出路
４３ 小径部
４５ 受圧面
４６ 締結部材
４６’ 締結部材
４８ 取付面
５０ プレッシャーリング
６０ ダイス
７０ 保持部
７１ コンテナ
７２ 保持室
７３ コンテナホルダ
７５ コンテナシリンダ
７６ シリンダ
７７ ピストンロッド
８０ 圧力生成部
８１ メインシリンダハウジング
８３ メインシリンダ
８４ メインラム
８５ サイドシリンダ
８６ メインクロスヘッド
８７ タイロッド
８８ 押出ステム
８９ タイロッドナット
１２０ プラテン
１３０ 第２外側要素
１３１ 厚肉部
１３３ 薄肉部
１３５ 保持孔
１３６ 小内径部
１３７ 大内径部
１４０ 第１外側要素
１４１ 小径部
１４３ 大径部
１４５ 保持孔
１４６ 小内径部
１４７ 大内径部
１５０ 内側要素
１５１ 大径部
１５２ 排出路
１５３ 小径部
１５５ 受圧面
１５６ 締結部材
１６０ 流体供給構造
１６１ 第１構造
１６２ 第１流路
１６３ 第１ノズル
１６５ 第２構造
１６６ 第２流路
１６７ 第２ノズル
２２０ プラテン
２４２ 排出路
２５０ プレッシャーリング
２６０ ダイス
２８７ タイロッド
Ｂ ビレット
Ｃ 中心軸線
Ｓ クリアランス

Claims (12)

1. 被加工材を押出成形するダイスと、
   前記ダイスに前記被加工材を押し付ける押圧力を付与するシリンダと、
   前記ダイスからの前記押圧力を受けるプラテンと、を備え、
   前記プラテンは、
   外側要素と、
   前記外側要素の内側に前記外側要素と同軸上に配置される内側要素と、を備え、
   前記内側要素は、
   前記ダイスから押し出される押出製品に向けて冷却媒体を供給する流体供給構造を備える、ことを特徴とする押出プレス装置。
   
2. 前記流体供給構造は、前記冷却媒体を供給する第１構造を備え、
   前記第１構造は、前記冷却媒体が流れる第１流路と、前記第１流路を流れてきた前記冷却媒体を吐出する第１ノズルと、を備える、請求項１に記載の押出プレス装置。
   
3. 前記流体供給構造は、エアカーテンを形成するためのエアを供給する第２構造を備え、
   前記第２構造は、前記エアが流れる第２流路と、前記第２流路を流れてきた前記エアを吐出する第２ノズルと、を備え、
   前記第２ノズルは、前記第１ノズルよりも前記ダイスに近い側に設けられる、
   請求項２に記載の押出プレス装置。
   
4. 前記流体供給構造は、周方向に均等な間隔を開けて設けられる、
   請求項２または請求項３に記載の押出プレス装置。
   
5. 前記内側要素は、
   前方側に設けられる大径部と、前記大径部に連なる小径部と、を備え、
   前記第１流路は、前記小径部の内部を後方から前方に向けて延設され、前記第１ノズルは、その吐出口が前記小径部の径方向の内側に向けられている、
   請求項２に記載の押出プレス装置。
   
6. 前記内側要素は、
   前方側に設けられる大径部と、前記大径部に連なる小径部と、を備え、
   前記第２流路は、前記小径部の内部を後方から前方に向けて延設され、前記第２ノズルは、その吐出口が前記小径部の径方向の内側に向けられている、
   請求項３に記載の押出プレス装置。
   
7. 前記第１ノズルから吐出される前記冷却媒体としての液体が前記ダイスに達するのを防ぐために、前記エアカーテンが形成される、
   請求項３に記載の押出プレス装置。
   
8. 前記流体供給構造は、
   前記第１ノズルと前記第２ノズルが、短管を介して前記内側要素の内側に露出して設けられるか、または、
   前記第１ノズルと前記第２ノズルが、前記内側要素の内周面に形成された凹部に設けられる、
   請求項３に記載の押出プレス装置。
   
9. 前記内側要素は、
   前記外側要素の表裏の両側から、前記外側要素を挟持して設けられる、
   請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の押出プレス装置。
   
10. 前記内側要素は、
    押出工程中に作用する荷重以上の予備荷重により、予め軸線方向に引張応力を発生させた状態で、前記外側要素の内側に配置される、
    請求項９に記載の押出プレス装置。
    
11. 前記内側要素が、前記外側要素と縦弾性係数が略同じ金属材料、または、前記外側要素より縦弾性係数の大きな金属材料からなる、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の押出プレス装置。
    
12. ダイスの押出成形による押圧力を受ける、押出プレス装置のプラテンであって、
    前記プラテンは、
    外側要素と、前記外側要素の内側に前記外側要素と同軸上に配置される内側要素と、を備え、
    前記内側要素は、
    前記ダイスから押し出される押出製品に向けて冷却媒体を供給する流体供給構造を備える、
    押出プレス装置のプラテン。

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