JP2002036033A - 金属構造体内面の被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 とくに小径、長尺の貫通孔に耐摩耗性に優れ
た被覆層を簡単な工程で、低コストに形成する。 【解決手段】 貫通孔に対応する表面形状を有する芯金
１の表面に被覆材よりなる層を形成し、この芯金１を貫
通孔に焼きばめしたのち、芯金１を除去する工程を含む
被覆方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属構造体内面の被
覆方法に関し、さらに詳しくは、特に小径のプラスチッ
ク射出成形機用シリンダなどの内面の耐磨耗性を向上す
るための被覆方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチック材料の開発はめざま
しいものがあり、様々な形状に成形されて広範囲な用途
に供されている。かかるプラスチックの成形法の１つに
射出成形法があり、射出成形機用シリンダから溶融プラ
スチックが高圧で様々な形状の金型へ注入される。

【０００３】ところで、一般に工業用プラスチック材料
はその強度を高めるために、ガラス繊維、グラファイト
繊維、炭素繊維などの強化材が多量に添加されているた
め、上記のシリンダ内面には耐食性はもちろんのこと、
高い耐摩耗性が要求される。そのため、シリンダの内面
に耐食性と耐摩耗性を併せ持つ合金よりなる被覆層を形
成することが一般に行われている。その場合の被覆層の
形成方法としては、内周面への肉盛溶接法、プラズマ粉
末溶接（Plasma powder welding、ＰＰＷと略記す
る）法、熱間静水圧加圧（Hot isostatic pressing、
ＨＩＰと略記する）処理法などが従来から適用される。
なかでも、ＰＰＷ法は合金の凝固組織が緻密であり、耐
摩耗性に優れた高品質な被覆層を形成することができる
ため重用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、射出成形機
用シリンダにはφ１００〜１５０ｍｍ程度の大径のもの
から、φ４０ｍｍ以下の小径のものまで、成形するもの
の大きさにより様々な種類があり、例えばＰＰＷ法で被
覆層を形成する場合、大径のものはＰＰＷ法の適用に支
障はないが、小径のものはプラズマトーチが挿入できな
いため、ＰＰＷ法が適用できないという問題がある。

【０００５】そこで、ＰＰＷ法に代えてＨＩＰ法を使用
することも考えられるが、ＨＩＰ法は装置が不可避的に
大型化し、コストが増大するため、とくに小ロットの製
造には適当ではないという問題がある。したがって、本
発明は上記の従来の問題を解決し、貫通孔を有する金属
構造体、とりわけ、小径、長尺のシリンダの内面に高品
質な被覆層を低コストで形成する方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、貫通孔を有する金属構造体の前
記貫通孔内面を被覆材で被覆する方法であって、前記貫
通孔に対応する表面形状を有する芯金表面に前記被覆材
よりなる層を形成し、この芯金を前記貫通孔に焼きばめ
したのち、前記芯金を除去する工程を含むものが提供さ
れる。

【０００７】本発明は、貫通孔を有する金属構造体が管
状構造体、とくに、プラスチック射出成形機用シリンダ
である場合に有用である。また、本発明において、芯金
表面に被覆材よりなる層を形成する工程は、プラズマ粉
末溶接法が好適である。さらに、本発明において、金属
構造体は非調質鋼よりなるものであることが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照しつつ本発明の
金属構造体の内面被覆方法について説明する。ここで
は、一例としてプラスチック射出成形機用シリンダの内
面に耐摩耗性を有する合金よりなる被覆層を形成する場
合について述べる。まず、図１（ａ）のように後述する
シリンダの貫通孔に焼きばめするための芯金１を用意す
る。芯金１は図１（ａ）のように管状でもよいが、中実
の棒状体であってもよい。

【０００９】芯金の構成材料としてはとくに限定される
ものではないが、例えば、炭素鋼，合金鋼，ステンレス
鋼などを使用することができる。ついで、芯金１の外周
面に被覆材よりなる層２を形成する。この層２は最終的
にシリンダの内面の被覆層となるものであり、その構成
材料としては耐食性と耐磨耗性を併せ持つものであれば
よく、具体的には、ＵＣＦ６２５、ＮＭＣｒなどのＮｉ
基合金、ステライトＮｏ６相当、ステライトＮｏ１２相
当などのＣｏ基合金ならびにこれらの合金に炭化物、窒
化物、酸化物の粉末を添加したものなどをあげることが
できる。

【００１０】この被覆材よりなる層２を形成する方法と
しては、通常の溶接法、ＰＰＷ法などを適用することが
できるが、とくにＰＰＷ法は肉盛層の凝固組織が非常に
緻密で耐摩耗性に優れるという点で好ましい。以下にＰ
ＰＷ法について説明する。ＰＰＷ法は、特開平７−２４
１６８３号公報、特開平７―２５６４５９号公報、特開
平１０−３０８６９号公報、特開平１０−１５６５８２
号公報などに開示されている溶接法であって、母材の表
面にプラズマトーチを対向配置し、対象とする溶接箇所
にシールドガスを流しながらプラズマアーク柱を発生さ
せ、そのプラズマアーク柱の中に、形成すべき溶着層の
材料組成を構成する各成分の粉末を溶加材として送給し
ながらアーク焦点位置で溶融し、その溶滴を母材の表面
に順次溶着させることにより所定の厚みの溶着層を形成
する方法である。

【００１１】このＰＰＷ法の利点は以下のような利点を
備えている。すなわち、 （１）まず、ピンポイントに絞られた高温のアーク焦点
位置で溶加材と母材との溶接が進むのでその箇所では送
給された溶加材は完全に溶融し、その溶滴で順次溶着層
が形成されていくことになる。そのため、形成可能な溶
着層の厚みは０.１〜５ｍｍ程度にまで制御可能であ
り、しかも形成された溶着層に気孔は発生せず、また組
成も均一なソリッド状になっている。その結果、非常に
緻密な凝固組織が得られるのである。 （２）さらに、送給する溶加材における各成分粉末の量
を精密に制御することができるので、形成される溶着層
の組成を精密にコントロールすることが可能である。

【００１２】ついで、被覆材よりなる層２の外周面を研
削したのち、図１（ｂ）に示すようにシリンダとなる外
管３に焼きばめする。このとき、上記の被覆材よりなる
層２が形成された芯金１の外径がシリンダ外管３の内径
よりもわずかに、具体的には０．１〜０．３ｍｍ程度大
きくなるように設定しておく。具体的には、外管３を加
熱し、熱膨張によりその内径を拡径した状態で芯金を内
嵌し、その後外管３を自然冷却させる。外管３はその内
径がもとの寸法まで縮径するが、芯金の外径はその内径
より若干大径になっているので、外管３の内壁は芯金の
外層２と強固に密着する。このときの外管３の加熱温度
はその構成材料の種類に応じて適宜設定することが好ま
しく、通常は、５００〜６５０℃程度である。

【００１３】このようなシリンダ外管３の構成材料とし
てはとくに限定されるものではなく、溶融プラスチック
材料に対して十分な耐熱性を有するものであればよい。
とくに、Ｓ４５Ｃ，Ｓ４０Ｃに微量のバナジウムを含む
非調質鋼は好ましいものである。非調質鋼は空気焼き入
れ性、すなわち、空冷過程で焼きが入るという性質に優
れているため、芯金１を焼きばめした後の空冷時に焼入
れされて強度も向上するからである。このような非調質
鋼を使用する場合の焼きばめの温度は８００〜９５０℃
程度に設定することが好ましい。

【００１４】つづいて、芯金１を研削など機械的手段に
より除去したのち、被覆材層２の内径加工を行って、図
１（ｃ）に示すように内面に被覆層２’を有するシリン
ダ３’を得る。このように芯金の外周に被覆層を形成し
た状態で外管に焼きばめすることにより、小径、長尺の
シリンダ内面にも、例えばＰＰＷ法により耐摩耗性に優
れた緻密な被覆層を簡単な工程で形成することが可能と
なる。

【００１５】

【実施例】実施例１ 図１〜３に示した工程により、Ｓ４５ＶＣ（組成Ｃ０．
４５重量％、Ｓｉ０．２５重量％、Ｍｎ０．７５重量
％、Ｖ０．１重量％、残部Ｆｅ）よりなり、内径φ２
３．０ｍｍ、外径φ６０．０ｍｍの外管３の内面に被覆
を行った。すなわち、まずＳＵＳ３０４よりなり、外径
φ１４ｍｍ、厚み４ｍｍ、長さ６５０ｍｍの管状の芯金
１の外周面にＰＰＷ法によりＫＶ１０（炭化バナジウム
１０％含有ステライト）の肉盛層２を形成し、外周面を
研削加工して外管の内径より０．１２ｍｍ大きい径（２
３．１２ｍｍ）にした。

【００１６】ついで、外管３の内面が酸化しないように
Ａｒガスを通しながら８５０℃に加熱した後、肉盛層２
を有する芯金１を挿入し、空冷した。しかるのち、管状
芯金１を機械加工により除去して、内面に被覆層２’を
有するシリンダ３’を得た。上記のようにして得られた
シリンダを、ガラス繊維を４０％含むＰＰＳ（ポリフェ
ニレンサルファイド）樹脂製品の射出成形に使用したと
ころ、従来のＫＶ１０ ＨＩＰ製のシリンダ対比で１．
３倍の寿命を得た。

【００１７】実施例２ 被覆層の材質をＫＶ１５（炭化バナジウム１５％含有ス
テライト）としたことを除いては上記実施例１と同様に
して内面に被覆層を有するシリンダを作製し、同様に寿
命を調べたところＨＩＰ製シリンダ対比で１．２〜１．
５倍の寿命であった。

【００１８】比較例１ なお、ＨＩＰの場合、製造コストは上記実施例１，２に
比べて約１．３倍であった。以上の結果からも明らかな
ように、本発明の被覆方法によれば、小径でかつ長尺の
シリンダ内面への被覆を簡便に行うことが可能で、しか
も耐摩耗性に優れた被覆層を形成することができる。そ
れに加えて、従来のＨＩＰ法と比較して低コストで被覆
を行うことができ経済的にも極めて有用である。

【００１９】なお、上記の実施例においては金属構造物
としてプラスチック射出成形機用シリンダを対象とした
が、金属構造物の形状はこのような管状のものに限定さ
れるものではなく、貫通孔を有するものであれば、例え
ば、直方体、球体など、どのようなものであっても本発
明を適用することが可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の金属構造体内面の被覆方法によれば、簡便な工程で
内面に高性能な被覆層を形成することができ、とくに、
通常の肉盛溶接が適用できないような小径、長尺の貫通
孔を有する構造体に適用することが可能であるため、そ
の工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の被覆方法をプラスチック射出成形機用
シリンダの内面被覆に適用した場合の各工程を示す概念
図である。

【符号の説明】

１ 芯金 ２ 被覆材よりなる層（ＰＰＷ肉盛層） ２’ 被覆層 ３ 外管 ３’ シリンダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔を有する金属構造体の前記貫通孔
   内面を被覆材で被覆する方法であって、前記貫通孔に対
   応する表面形状を有する芯金表面に前記被覆材よりなる
   層を形成し、この芯金を前記貫通孔に焼きばめしたの
   ち、前記芯金を除去する工程を含むことを特徴とする金
   属構造体内面の被覆方法。
2. 【請求項２】 前記管状構造体がプラスチック射出成形
   機用シリンダである請求項１に記載の被覆方法。
3. 【請求項３】 前記芯金表面に被覆材よりなる層を形成
   する工程がプラズマ粉末溶接法によるものである請求項
   １または２に記載の被覆方法。
4. 【請求項４】 前記金属構造体が非調質鋼よりなる請求
   項１〜３のいずれかに記載の被覆方法。