JP2001025855A - ダイカストマシン用プランジャスリーブ及びその製造方法 - Google Patents

ダイカストマシン用プランジャスリーブ及びその製造方法

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JP2001025855A
JP2001025855A JP11197449A JP19744999A JP2001025855A JP 2001025855 A JP2001025855 A JP 2001025855A JP 11197449 A JP11197449 A JP 11197449A JP 19744999 A JP19744999 A JP 19744999A JP 2001025855 A JP2001025855 A JP 2001025855A
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JP
Japan
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plunger sleeve
outer cylinder
casting machine
die casting
molten metal
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JP11197449A
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Sakae Takahashi
栄 高橋
Yasushi Fukase
泰志 深瀬
Shuhei Honma
周平 本間
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶湯に対する保温性に優れているとともに、
溶湯注入口の下部において溶湯の溶着が起こりにくいプ
ランジャスリーブの構造を提供する。 【解決手段】 このプランジャスリーブは、略円筒形の
形状を備え、前端側(左側)で金型に接続され、後端側
(右側)からプランジャチップが挿入される。プランジ
ャスリーブの後端近傍の側面には溶湯注入口14が形成
されている。プランジャスリーブは複合構造を備え、外
筒部11の内側が内筒部12よって覆われている。外筒
部11は、SUS630により構成される。内筒部12
は、Si:4.6wt%、Mo:20wt%、B:3.
1wt%、残部がNiからなるサーメットで構成され、
Ni基の結合層にNi硼化物及びMo硼化物を分散させ
た組織を備えている。内筒部12は、原料粉末を焼結す
ることによって形成され、外筒部11と内筒部12の接
合は、この焼結の際に同時に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
用あるいはマグネシウム合金用のダイカストマシンにお
いて溶湯受けと加圧シリンダとを兼ねるプランジャスリ
ーブの構造に係る。
【0002】
【従来の技術】従来、ダイカストマシンにおいて溶湯受
けと加圧シリンダを兼ねるプランジャスリーブには、例
えば、SKD61(JIS G 4404)などの熱間金
型用合金工具鋼が使用されていた。
【0003】この様な熱間金型用合金工具鋼は、熱伝導
率が29W/(m・K)と比較的高いので、プランジャ
スリーブ内に充填された溶湯(溶融金属)が急速に冷却
され、特に、プランジャスリーブの内面に接触した溶湯
が短時間で凝固を始める。そのため、プランジャスリー
ブから射出されて金型内に注入された後、溶湯がすぐに
凝固することによって、湯回り不良、断熱チル層の巻き
込みなどによる製品欠陥が発生するという問題があっ
た。特に、溶湯の充填量が少ない薄肉成形品の製造の
際、湯境い、湯回り不良などの製品欠陥が多く発生する
傾向にあった。
【0004】この様な問題を解決するため、保温性及び
耐熱衝撃性を高めた複合構造のプランジャスリーブが開
発されている(例えば、特願平10-109408号、
特願平11-073079号)。上記のプランジャスリ
ーブは、複合構造を備え、耐摩耗性及び耐ヒートチェッ
ク性に優れた熱間金型用合金工具鋼(例えば、SKD
8、SKD61)で内筒部を構成するとともに、熱伝導
率が比較的低く且つ耐熱衝撃性に優れた析出硬化系ステ
ンレス鋼(例えば、SUS630、SUS631)で外
筒部を構成している。これらのプランジャスリーブは、
溶湯に対する保温性に優れているので、湯境い、湯回り
不良、断熱チル層の巻き込みなどの製品欠陥が発生しに
くく、ダイカスト製品の不良率の低減に効果が認められ
ている。
【0005】しかし、上記のプランジャスリーブでは、
溶湯がプランジャスリーブの内面に付着して内径が狭ま
り、その結果、短時間でプランジャチップが動かなくな
るという問題があった。これは、比較的熱伝導率が低い
外筒部によってプランジャスリーブの保温性が増大する
のに伴い、特に溶湯注入口の直下において内筒部の温度
が上り過ぎ、その結果、注入された溶湯がプランジャス
リーブの内面に溶着し易くなることに起因している。
【0006】そのため、溶着した金属をプランジャスリ
ーブの内面から削り落とす作業を頻繁に行う必要があ
り、ダイカストマシンの休止時間が長くなり、生産性の
低下を招く要因になっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来のダイカストマシン用プランジャスリーブの問題点
に鑑み成されたもので、本発明の目的は、溶湯(溶融金
属)に対する保温性に優れているとともに、溶湯注入口
の下部における溶湯の溶着が起こりにくいプランジャス
リーブの構造を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のダイカストマシ
ン用プランジャスリーブは、300℃における熱伝導率
が10W/(m・K)以上25W/(m・K)以下の合
金鋼からなる外筒部と、300℃における熱伝導率が1
0W/(m・K)以上25W/(m・K)以下であっ
て、金属炭化物、金属窒化物及び金属硼化物のうち少な
くとも一種を含むサーメットからなり、前記外筒部の内
周面に冶金的に接合された内筒部と、を備えていること
を特徴とする。
【0009】本発明のプランジャスリーブによれば、内
筒部及び外筒部からなる複合構造を備え、内筒部を、金
属炭化物、金属窒化物または金属硼化物を含んだサーメ
ットで構成しているので、その内周面に溶湯が溶着しに
くく、内周面の耐食性及び耐摩耗性にも優れている。ま
た、外筒部を、比較的熱伝導率が低い合金鋼で構成して
いるので、溶湯に対する保温性に優れ、且つ、耐熱衝撃
性にも優れている。
【0010】このため、本発明のプランジャスリーブに
よれば、湯境い、湯回り不良、断熱チル層の巻き込みな
どの製品欠陥の発生を抑えるとともに、長い寿命を実現
することができる。
【0011】好ましくは、内筒部を、Si:0.5〜8
wt%、Mo:10〜37wt%、B:0.6〜3.2
wt%、残部がNi及び不可避的不純物からなるサーメ
ットで構成する。このサーメットは、Ni基の結合層に
Ni−Mo−B化合物が分散された組織を備え、耐摩耗
性及び耐ヒートクラック性を備えるとともに、特にAl
溶湯に対する耐食性に優れている。また、上記のサーメ
ットの熱伝導率は、その組成によって異なるが、およそ
20W/m・K程度(300℃)であり、従来使用され
ていた熱間金型用合金工具鋼(SKD61)の約2/3
の値である。従って、上記のサーメットは保温性も備え
ている。
【0012】しかし、上記のサーメットは、熱間金型用
合金工具鋼に比べて靭性に劣っているので、溶湯の注入
時に発生する熱応力によってクラックが発生し、それに
よって、プランジャスリーブ全体の破壊を引起こすおそ
れがある。そこで、外筒部を、靭性に優れ、且つ比較的
熱伝導率が低い合金鋼で構成する。
【0013】その様な条件を備えた材料として、好まし
くは、外筒部を、析出硬化系ステンレス鋼SUS630
またはSUS631で構成する。
【0014】あるいは、外筒部を、C:0.1〜0.5
wt%、Si:3〜7wt%、Mn:0.1〜1.0w
t%、Ni:5〜18wt%、Cr:0.5〜8wt
%、残部が実質的にFeからなる合金鋼で構成しても良
い。
【0015】なお、好ましくは、内筒部の肉厚を、0.
1mm以上、3mm以下とする。これは以下の理由によ
る。上記のサーメットは、合金鋼と比べて高価であるの
で、必要以上の厚さにすることはコストの点から好まし
くない。従って、内筒部の厚さの上限値は、3mm程度
となる。一方、内筒部の厚さが薄過ぎると、Al溶湯に
対する耐食性が損なわれる。そこで、耐食性の効果が現
われる0.1mm程度が内筒部の厚さの下限値となる。
【0016】本発明のダイカストマシン用プランジャス
リーブは、例えば、下記の工程で製造することができ
る。即ち、先ず、外筒部を、300℃における熱伝導率
が10W/(m・K)以上25W/(m・K)以下の合
金鋼を用いて、機械加工によって製作する。この外筒部
の内側に、その内周面との間に僅かな間隙を設けて鋼製
の中子を配置する。前記間隙に、Si:0.5〜8wt
%、Mo:10〜37wt%、B:0.6〜3.2wt
%、残部がNi及び不可避的不純物からなるNi基サー
メット用の原料粉末を充填する。次いで、熱間静水圧処
理装置(HIP)を用いて、前記原料粉末を焼結すると
同時に、これを前記外筒部の内周面に接合する。最後
に、機械加工によって、前記中子を除去するとともに、
前記外筒部の外周面、前記内筒部の内周面、及びそれら
の端面その他を所定の形状に仕上げる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1に、本発明に基づくプランジ
ャスリーブの構造の一例を示す。
【0018】このプランジャスリーブは、略円筒形の形
状を備え、その前端側(図の左端側)において金型(図
示せず)に接続され、その後端側(図の右端側)からプ
ランジャチップ(図示せず)が挿入される。プランジャ
スリーブの後端近傍の側面には溶湯注入口14が形成さ
れている。
【0019】このプランジャスリーブは複合構造を備
え、外筒部11の内側が内筒部12よって覆われてい
る。外筒部11は析出硬化系ステンレス鋼SUS630
で構成され、内筒部12は下記のサーメットで構成され
ている。内筒部を構成しているサーメットは、Si:
0.5〜8wt%、Mo:10〜37wt%、B:0.
6〜3.2wt%、残部がNiの組成からなり、Ni基
の結合層にNi硼化物及びMo硼化物を分散させた組織
を備えている。なお、内筒部12は、原料粉末を焼結す
ることによって形成され、外筒部11と内筒部12の接
合は、この焼結の際に同時に行われている。
【0020】次に、図1に示したプランジャスリーブの
製造方法について説明する。
【0021】(イ)外筒部11(後に前端側の外筒部に
仕上げられる部分)を、SUS630を用いて機械加工
により製作する。図2に、その形状を示す。
【0022】(ロ)中子13を、機械構造用炭素鋼S4
8Cを用いて機械加工により製作する。図3に、その形
状を示す。
【0023】(ハ)図4に示す様に、缶体15の中に外
筒部11を収容し、更に、外筒部11の内側の中心部に
中子13を配置する。なお、この例では、外筒部11と
中子13との間の間隙は5mmである。
【0024】(ニ)この間隙部に、サーメットの原料粉
末12aを充填する。なお、この例では、原料粉末12
aの組成は、Si:4.6wt%、Mo:20wt%、
B:3.1wt%、Ni:残部、である。なお、原料粉
末12aは、上記の組成からなる材料を溶融し、水アト
マイズにより、粒径50〜150μmの粉末状にしたも
のである。
【0025】(ホ)図5に示す様に、缶体15の上部に
蓋16を溶接によって取り付け、缶体15の内部を密封
する。なお、蓋16には真空引き用パイプ17が取り付
けられている。
【0026】(ヘ)真空引き用パイプ17を介して缶体
15の内部を真空引きする。所定の真空度に到達したと
ころで、真空引きを続けながら真空引き用パイプ17を
押し壊し、更に溶接によりこれを封じる。
【0027】(ト)熱間静水圧加圧装置(HIP)を用
いて、1000気圧の下、1000℃に加熱し、原料粉
末12aを焼結するとともに、これを外筒部11及び中
子13に対して接合する。
【0028】(チ)缶体15及び中子13を機械加工に
よって除去する。更に、一体化された外筒部11及び内
筒部12に機械加工を施すとともに、溶湯注入口14
(図1)を形成し、プランジャスリーブの形状に仕上げ
る。
【0029】本発明に基づくプランジャスリーブの性能
を確認すべく、上記の方法によって製作されたプランジ
ャスリーブを、コールドチャンバ方式のダイカストマシ
ンに取り付け、アルミニウム合金を用いてパーソナルコ
ンピュータのケース(肉厚1mm)の鋳造を行った。そ
の結果、従来の複合構造のプランジャスリーブあるいは
従来の単層構造のプランジャスリーブと比較して、次の
様な利点が認められた。
【0030】(イ)従来の複合構造のプランジャスリー
ブ(SUS630からなる外筒部11に、SKD61か
らなる内筒部12を均一な厚さで薄く接合したもの)の
欠点であった、比較的短時間で溶湯注入口の下部で溶湯
の溶着が生じ、それによってプランジャチップが動かな
くなるという現象が防止され、ダイカスト工程の作業の
安定性が改善された。
【0031】(ロ)プランジャスリーブの寿命は、従来
の複合構造のものと比較して、約3倍に伸びた。
【0032】(ニ)溶湯に対する保温性に優れているの
で、従来の単層構造のプランジャスリーブ(SKD61
単層から構成されるもの)を使用した場合と比較して、
良品率が約13%向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくプランジャスリーブの構造の一
例を示す図。
【図2】本発明に基づくプランジャスリーブを製造する
工程において、外筒部に相当する部分の形状を示す図。
【図3】本発明に基づくプランジャスリーブを製造する
工程において、中子の部分の形状を示す図。
【図4】本発明に基づくプランジャスリーブを製造する
工程において、缶体内に外筒部及び中子を配置し、更に
原料粉末を充填した状態を示す図。
【図5】本発明に基づくプランジャスリーブを製造する
工程において、HIP処理を行うために缶体を密封した
状態を示す図。
【符号の説明】
11・・・外筒部(後に外筒部に仕上げられる部分)、 12・・・内筒部(後に内筒部に仕上げられる部分)、 12a・・・原料粉末、 13・・・中子、 14・・・溶湯注入口、 15・・・缶体、 16・・・蓋、 17・・・真空引き用パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 周平 静岡県沼津市大岡2068の3 東芝機械株式 会社沼津事業所内 Fターム(参考) 4K018 AA08 AB04 AC01 BA20 BB04 EA17 JA27 JA34 KA18

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 300℃における熱伝導率が10W/
    (m・K)以上25W/(m・K)以下の合金鋼からな
    る外筒部と、 300℃における熱伝導率が10W/(m・K)以上2
    5W/(m・K)以下であって、金属炭化物、金属窒化
    物及び金属硼化物のうち少なくとも一種を含むサーメッ
    トからなり、前記外筒部の内周面に冶金的に接合された
    内筒部と、 を備えていることを特徴とするダイカストマシン用プラ
    ンジャスリーブ。
  2. 【請求項2】 前記内筒部は、Si:0.5〜8wt
    %、Mo:10〜37wt%、B:0.6〜3.2wt
    %、残部がNi及び不可避的不純物からなり、Ni基の
    結合層にNi硼化物及びMo硼化物を分散させたサーメ
    ットであることを特徴とする請求項1に記載のダイカス
    トマシン用プランジャスリーブ。
  3. 【請求項3】 前記内筒部の肉厚が、0.1mm以上、
    3mm以下であることを特徴とする請求項1または2に
    記載のダイカストマシン用プランジャスリーブ。
  4. 【請求項4】 前記外筒部は、析出硬化系ステンレス鋼
    SUS630またはSUS631であることを特徴とす
    る請求項1または2に記載のダイカストマシン用プラン
    ジャスリーブ。
  5. 【請求項5】 前記外筒部は、C:0.1〜0.5wt
    %、Si:3〜7wt%、Mn:0.1〜1.0wt
    %、Ni:5〜18wt%、Cr:0.5〜8wt%、
    残部がFe及び不可避的不純物からなる合金鋼で構成さ
    れることを特徴とする請求項1または2に記載のダイカ
    ストマシン用プランジャスリーブ。
  6. 【請求項6】 外筒部を、300℃における熱伝導率が
    10W/(m・K)以上25W/(m・K)以下の合金
    鋼を用いて、機械加工によって製作する工程と、 この外筒部の内側に、その内周面との間に僅かな間隙を
    設けて鋼製の中子を配置する工程と、 前記間隙に、Si:0.5〜8wt%、Mo:10〜3
    7wt%、B:0.6〜3.2wt%、残部がNi及び
    不可避的不純物からなるNi基サーメット用の原料粉末
    を充填する工程と、 熱間静水圧処理装置を用いて、前記原料粉末を焼結する
    と同時に、これを前記外筒部の内周面に接合する工程
    と、 機械加工によって、前記中子を除去するとともに、前記
    外筒部及び前記内筒部を所定の形状に仕上げる工程と、 を備えたことを特徴とするダイカストマシン用プランジ
    ャスリーブの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010017760A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Toshiba Mach Co Ltd Ni基合金と鋼材の接合方法及びその接合体
KR20190030764A (ko) * 2016-08-31 2019-03-22 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 다이캐스트용 슬리브 및 그의 제조 방법

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