JP2002283030A - 軽合金射出成形機用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ニッケル基耐熱鋼の本来の高温強度特性を維
持でき、射出圧力を最も強くうける射出成形機用部材内
面の被覆層を十分にバックアップできる耐久性に優れる
軽合金用射出成形機用部材を提供する。 【解決手段】 中空円筒状のシリンダ母材２の溶融金属
と接触する少なくとも一部分に耐溶損性材料からなる被
覆層３を形成してシリンダ本体１を構成するとともに、
該シリンダ本体をニッケル基耐熱鋼からなる外筒４の中
に嵌合した軽合金射出成形機用部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム、ア
ルミニウムなどの軽合金を射出成形する射出成形機に用
いられるシリンダ、ノズルなどの部材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】マグネシウム合金の成形加工は、ダイキ
ャスト法が幅広く用いられているが、近年作業環境の改
善や成形加工効率を高めるため、射出成形法の適用が普
及しつつある。このマグネシウムなどの軽合金を射出す
る射出成形機用部材として、例えば特許第２８６２７９
９号公報が開示されている。この公報に記載の射出成形
機用部材は、ニッケル基耐熱性合金で基材を構成すると
共に、該基材の射出用溶融金属との接触部表面に、コバ
ルト基耐熱性合金を被覆するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術のよう
に、ニッケル基耐熱鋼からなる基材（母材）の内面に、
コバルト基合金など耐溶損性に優れる合金を遠心鋳造法
やＨＩＰ法により被覆させる際、通常、遠心鋳造法の場
合は被覆合金の溶融温度以上、ＨＩＰ法の場合は被覆合
金の焼結温度以上である約１０００℃以上の高い温度に
一旦加熱して被覆を行なう必要がある。このような約１
０００℃以上の高温になると、母材であるニッケル基耐
熱鋼は焼きなましの状態となり、ニッケル基耐熱鋼の本
来の高温強度特性が低下する。

【０００４】一方、マグネシウムなどの軽合金を射出成
形する場合、その使用温度は約６５０℃と高温になるた
め、射出成形用部材には高温強度特性が要求される。そ
こで、前記従来の技術においては、その要求に応えてニ
ッケル基耐熱鋼が本来有する高温強度特性を得られるよ
うに、ニッケル基耐熱鋼の母材の内面にコバルト基合金
を被覆させたシリンダに対して熱処理を再度実施しなけ
ればならない。

【０００５】しかしながら、ニッケル基耐熱鋼に対する
熱処理は、水冷などの急冷を伴うため、コバルト基合金
を被覆したまま急冷を行うと、コバルト基合金に割れを
発生しやすいという問題がある。このようにニッケル基
耐熱鋼の母材の内面にコバルト基合金などの合金を遠心
鋳造法やＨＩＰ法などで形成すると、ニッケル基耐熱鋼
の母材は内面に被覆された被覆合金の制約を受け、ニッ
ケル基耐熱鋼の本来の高温強度特性を確保することが困
難となる。

【０００６】また、遠心鋳造法やＨＩＰ法などを用い耐
溶損性材料からなる合金素材を製作し、この素材を削り
出したライナーを、ニッケル基耐熱鋼の外筒の中に焼嵌
めた場合には、ライナーが外筒に比べ熱膨張率の低いサ
ーメット材料であると、約６５０℃の使用温度において
は、ライナーと外筒との熱膨張係数差により焼嵌めが緩
む。このため、ライナーがニッケル基耐熱鋼の外筒のバ
ックアップを十分に受けられないので、射出成形中にラ
イナーが破損する恐れがある。ライナーが破損すると、
破損した部分から溶融金属が侵入し、ライナーの外周に
あるニッケル基耐熱鋼の外筒に溶融金属が接触し、耐溶
損性に劣るニッケル基耐熱鋼の母材の溶損が急速に進
み、使用に供することができなくなる問題がある。

【０００７】さらに、遠心鋳造法やＨＩＰ法などにより
合金素材を製作し、この素材を削り出しライナーを得た
後に、ニッケル基耐熱鋼の外筒に焼嵌めを行う際には、
残留応力のためにひずみが大きく、ライナーの真直度、
同心度を十分に確保できず、焼嵌め作業が困難となる問
題がある。

【０００８】したがって、本発明の目的は前記の課題に
鑑みて、ニッケル基耐熱鋼の本来の高温強度特性を維持
でき、また射出圧力を最も強くうける射出成形機用部材
内面の被覆層をこのニッケル基耐熱鋼により十分にバッ
クアップできる耐久性に優れる軽合金用射出成形機用部
材を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の軽合金射出成形
機用部材は、中空円筒状のシリンダ母材の溶融金属と接
触する少なくとも一部分に耐溶損性材料からなる被覆層
を形成してシリンダ本体を構成するとともに、該シリン
ダ本体をニッケル基耐熱鋼からなる外筒の中に嵌合した
ことを特徴とする。

【００１０】本発明において、シリンダ本体をニッケル
基耐熱鋼からなる外筒に、焼嵌め、冷し嵌め、圧入、溶
接のいずれかの手段で嵌合固定したことを特徴とする。
また、シリンダ母材の室温から６５０℃までの平均線熱
膨張係数をα１、外筒の室温から６５０℃までの平均線
熱膨張係数をα２とするとき、α１＞α２の関係を満足
させたことを特徴とする。また、シリンダ母材の室温か
ら６５０℃までの平均線熱膨張係数をα１、外筒の室温
から６５０℃までの平均線熱膨張係数をα２、シリンダ
本体と外筒間の嵌合径をｄ（ｍｍ）、シリンダの使用温
度と室温との温度差をΔＴ（℃）、シリンダ本体と外筒
間の嵌合代をδ（ｍｍ）とするとき、α１≦α２の場合
は、ｄ×（α２−α１）×ΔＴ＜δの関係を満足させた
こと特徴とする。

【００１１】また本発明において、シリンダ母材がオー
ステナイト系鋼材またはオーステナイト系耐熱鋼からな
ることが好ましい。シリンダ母材の溶融金属と接触する
少なくとも一部分に形成する被覆層が、コバルト基合
金、鉄基合金、コバルト基合金に硬質セラミックスを分
散させたサーメット、鉄基合金に硬質セラミックスを分
散させたサーメットのいずれかからなることが好まし
い。

【００１２】

【作用】本発明の構成によれば、従来のようにニッケル
基耐熱鋼の内面に耐溶損性材料からなる合金を被覆させ
ないので、ニッケル基耐熱鋼の外筒は被覆合金の制約を
受けることなく、ニッケル基耐熱鋼に所定の熱処理を実
施することができる。このため、ニッケル基耐熱鋼の本
来有する高温強度特性を発揮させることができる。

【００１３】シリンダ母材に耐溶損性材料からなる被覆
層を形成したシリンダ本体を、高温強度特性を十分に維
持したニッケル基耐熱鋼の外筒に、焼嵌め、冷し嵌めな
どで嵌合することにより、被覆層に圧縮応力を付与する
ことができる。

【００１４】さらに、室温から６５０℃までのシリンダ
母材の平均線熱膨張係数α１を、外筒の平均線熱膨張係
数α２より大きくすることにより、実際にシリンダを使
用する温度約６５０℃では、両者の熱膨張係数差により
シリンダ本体が、ニッケル基耐熱鋼外筒により締め付け
られ、被覆層に圧縮応力を付与することができる。

【００１５】被覆層に嵌合による圧縮応力と、熱膨張係
数差による圧縮応力を大きく付与させることにより、射
出圧力による被覆層の割れ、ヒートクラックの発生およ
び進展を防止できる。

【００１６】ニッケル基耐熱鋼外筒より熱膨張係数が大
きくなるシリンダ母材の材質として、オーステナイト系
鋼材またはオーステナイト系耐熱鋼材が望ましい。オー
ステナイト系鋼材またはオーステナイト系耐熱鋼材は、
金属組織の安定性を考慮しても好適な材料である。すな
わち、フェライト系鋼材やマルテンサイト系鋼材では、
軽合金の射出成形時の使用温度約６５０℃において、鋼
材の変態点に近くなり、金属組織が不安定となる。ま
た、熱膨張係数が比較的小さいため、使用温度において
ニッケル基耐熱鋼の外筒のバックアップを十分に受ける
ことができない。

【００１７】また、室温から６５０℃までのシリンダ母
材の平均線熱膨張係数α１が、外筒の平均線熱膨張係数
α２より小さい、すなわちα１≦α２の場合において
も、シリンダ本体と外筒間の嵌合径をｄ（ｍｍ）、シリ
ンダの使用温度と室温との温度差をΔＴ（℃）、シリン
ダ本体と外筒間の嵌合代をδ（ｍｍ）とするとき、ｄ×
（α２−α１）×ΔＴ＜δの関係を満足させることによ
り、被覆層に少なくとも嵌合による圧縮応力を付与でき
る。なお、α１≦α２の場合、ｄ×（α２−α１）×Δ
Ｔ≧δでは、ニッケル基耐熱鋼の外筒のバックアップ効
果が得られない。

【００１８】本発明は、高温強度の高いニッケル基耐熱
鋼外筒により被覆層に大きな圧縮応力を付与することが
できるため、シリンダ本体の母材は高い強度が必要とさ
れない。したがって、遠心鋳造法やＨＩＰ法により合金
を母材内面に被覆した後には、急冷を伴う熱処理を実施
する必要がなく、それに起因する合金被覆層の割れは発
生しない。

【００１９】シリンダ母材に合金を被覆したシリンダ本
体を用いると、所定の寸法に削り出す際に、ライナー単
体を削り出す時のような大きなひずみが発生しないた
め、嵌合作業をスムーズに行うことができる

【００２０】ニッケル基耐熱鋼の外筒と被覆層との間
に、靭性の優れる鋼材からなるシリンダ母材が介在する
構成となるため、被覆層にクラックが発生した場合にお
いても、クラックの先端はシリンダ母材で止まり、ニッ
ケル基耐熱鋼の領域まで進展しない。したがって、発生
したクラックに溶融金属が侵入しても、シリンダ母材は
鉄基からなるので耐溶損性に優れ溶損が進行し難く、耐
溶損性に劣るニッケル基耐熱鋼の外筒に溶融金属が接触
することを防ぐことができる。

【００２１】シリンダ母材に被覆する合金は、マグネシ
ウムなどの溶融金属に対する耐溶損性に優れるコバルト
基合金または鉄基合金が望ましい。さらに耐摩耗性、耐
かじり性を向上させるために合金に硬質粒子を分散させ
たサーメットが好ましい。これらの耐溶損性材料は、耐
摩耗性、耐ヒートクラック性、高温強度などを兼ね備え
たものであり、射出成形機用部材の寿命を大幅に伸ばす
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の実施例を図
面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明のシリンダ
本体を外筒に嵌合する前の状態を示す概略断面図であ
る。図２は、本発明のシリンダ本体を外筒に嵌合した後
の状態を示す概略断面図である。図１および図２におい
て、シリンダ本体１は、中空円筒状のシリンダ母材２の
溶融金属と接触する内周表面に耐溶損性材料からなる被
覆層３を形成して構成される。そして、本発明のシリン
ダ５は、シリンダ本体１をニッケル基耐熱鋼からなる外
筒４の内面に嵌合して固定することにより構成される。

【００２３】まず、重量％でＣｒ：１９％、Ｍｏ：３
％、Ｆｅ：１９％、Ｎｂ：５％、Ｔｉ：０．８％、Ａ
ｌ：０．５％、Ｎｉ：残部のニッケル基耐熱鋼を用い
て、外径１５０ｍｍ、内径９０ｍｍの中空円筒状の外筒
４を製作した。

【００２４】このニッケル基耐熱鋼は、９８０℃×１時
間保持後に油焼入れにより急冷し、７８０℃×８時間保
持後に炉冷を施し、さらに６２０℃×８時間保持後空冷
を実施した。このようにして得たニッケル基耐熱鋼から
なる外筒４は、硬さが５８ＨＳ、引張り強度が１３８０
ＭＰａ、室温から６５０℃までの平均線熱膨張係数が１
５．０×１０^-6／℃を有する。

【００２５】次に、重量％でＳｉ：０．３％、Ｍｎ：
１．５％、Ｎｉ：８％、Ｃｒ：１８％、Ｆｅ：残部から
なるオーステナイト系鋼材のシリンダ母材２を用意し、
外径１１０ｍｍ、内径４５ｍｍの円筒を作成した。この
シリンダ母材２の内面に、遠心鋳造法により被覆層３と
して重量％でＳｉ：１％、Ｍｎ：１％、Ｃｒ：２０％、
Ｂ：３％、Ｃｏ：残部からなるコバルト基合金を肉厚１
０ｍｍで形成し、シリンダ本体１とした。

【００２６】遠心鋳造においては、コバルト基合金をシ
リンダ母材２の内側にセットし、一旦１２５０℃まで加
熱、溶融し、遠心鋳造機上の遠心鋳造を行い、室温まで
除冷した。このようにして得たシリンダ母材２は、硬さ
が２６ＨＳ、引張り強度が５８０ＭＰａ、室温から６５
０℃までの平均線熱膨張係数が１９．０×１０^-6／℃を
有する。

【００２７】そして、シリンダ本体１とニッケル基耐熱
鋼からなる外筒４を所定の寸法（嵌合径９５ｍｍ、嵌合
代０．０３ｍｍ）に加工し、シリンダ本体１をニッケル
基耐熱鋼からなる外筒４に焼嵌めることにより、本発明
の軽合金射出成形機用シリンダ５を得た。

【００２８】（実施例２）まず、実施例１と同様のニッ
ケル基耐熱鋼からなる外筒４を準備した。

【００２９】次に、重量％でＣｒ：１５％、Ｎｉ：２６
％、Ｍｏ：１．３％、Ｔｉ：２．１５％、Ａｌ：０．２
５％、Ｖ：０．３％、Ｂ０．００４％、Ｆｅ：残部から
なるオーステナイト系耐熱鋼材のシリンダ母材２を用意
し、外径１１０ｍｍ、内径４５ｍｍの円筒を作成した。
このシリンダ母材２の内面に、ＨＩＰ法により被覆層３
として重量％でＣ：２．９％、Ｂ：１．６％、Ｓｉ：
０．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｃｒ：１０．９％、Ｃｏ：
４０．７％、Ｗ：４２．０％、および不可避的不純物か
らなるサーメット合金を肉厚３ｍｍで形成し、シリンダ
本体１とした。サーメット合金はタングステンカーバイ
ド粒子を含有させて作製され、タングステンカーバイド
を含むセラミックス相は５０体積％以上であった。

【００３０】ＨＩＰにおいては、サーメット合金粉末を
シリンダ母材２の内面に充填させた状態で、一旦１０２
０℃まで加熱し、ＨＩＰ処理を実施し、室温まで除冷し
た。さらに、９８０℃×１時間保持後空冷し、さらに７
２０℃×１６時間保持後に空冷した。このようにして得
たシリンダ母材２は、硬さが４２ＨＳ、引張り強度が９
５０ＭＰａ、室温から６５０℃までの平均線熱膨張係数
が１８．０×１０^-6／℃を有する。

【００３１】そして、シリンダ本体１とニッケル基耐熱
鋼からなる外筒４を所定の寸法（嵌合径９５ｍｍ、嵌合
代０．０３５ｍｍ）に加工し、シリンダ本体１をニッケ
ル基耐熱鋼からなる外筒４に焼嵌めすることにより、本
発明の軽合金射出成形機用シリンダ５を得た。

【００３２】本発明のシリンダを用いて、約６００℃で
のマグネシウム合金の射出成形を実機試験したところ、
長期間使用において溶損、摩耗、ヒートクラックの発生
は認められず、優れた耐久性を示した。なお、本発明は
実施例のようにシリンダに限定されず、ノズルなど他の
軽合金射出成形機用部材にも適用できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の軽合金射出成形機用部材によれ
ば、マグネシウムなどの溶融金属の射出成形機用部材と
して要求される耐溶損性、耐摩耗性、耐ヒートクラック
性、高温強度の全ての条件を満足することができ、さら
に溶損、摩耗による寿命低下や折損などの損傷を防ぐこ
とができ、射出成形機用の耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリンダ本体を外筒に嵌合する前の状
態を示す概略断面図である。

【図２】本発明のシリンダ本体を外筒に嵌合した後の状
態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ本体、 ２ シリンダ母材、 ３ 被覆
層、 ４ 外筒、 ５シリンダ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒状のシリンダ母材の溶融金属と
   接触する少なくとも一部分に耐溶損性材料からなる被覆
   層を形成してシリンダ本体を構成するとともに、該シリ
   ンダ本体をニッケル基耐熱鋼からなる外筒の中に嵌合し
   たことを特徴とする軽合金射出成形機用部材。
2. 【請求項２】 前記嵌合が、焼嵌め、冷し嵌め、圧入、
   溶接のいずれかの手段で固定されてなることを特徴とす
   る請求項１に記載の軽合金射出成形機用部材。
3. 【請求項３】 シリンダ母材および外筒の室温から６５
   ０℃までの平均線熱膨張係数をそれぞれα１およびα２
   とするとき、α１＞α２の関係を満足させたことを特徴
   とする請求項１または２に記載の軽合金射出成形機用部
   材。
4. 【請求項４】 シリンダ母材および外筒の室温から６５
   ０℃までの平均線熱膨張係数をそれぞれα１およびα２
   とするとき、α１≦α２の場合は、ｄ×（α２−α１）
   ×ΔＴ＜δ（ただし、ｄ：シリンダ本体と外筒間の嵌合
   径（ｍｍ）、ΔＴ：シリンダの使用温度と室温との温度
   差（℃）、δ：シリンダ本体と外筒間の嵌合代（ｍｍ）
   である）の関係を満足させたこと特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の軽合金射出成形機用部材。
5. 【請求項５】 前記シリンダ母材が、オーステナイト系
   鋼材またはオーステナイト系耐熱鋼からなることを特徴
   とする請求項１〜４のいずれかに記載の軽合金射出成形
   機用部材。
6. 【請求項６】 前記被覆層を、コバルト基合金または鉄
   基合金で形成したことを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の軽合金射出成形機用部材。
7. 【請求項７】 前記被覆層を、コバルト基合金または鉄
   基合金のいずれかの合金に硬質セラミックスを分散させ
   たサーメットで形成したことを特徴とする請求項１〜５
   のいずれかに記載の軽合金射出成形機用部材。
8. 【請求項８】 軽合金射出成形機用部材が、シリンダま
   たはノズルであることを特徴とする請求項１〜７のいず
   れかに記載の軽合金射出成形機用部材。