JP2015168840A

JP2015168840A - 射出成形機用スクリュー

Info

Publication number: JP2015168840A
Application number: JP2014043580A
Authority: JP
Inventors: 博之瀬山; Hiroyuki Seyama; 伸之船平; Nobuyuki Funahira; 正夫越; Masao Koshi
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: JP6331496B2

Abstract

【課題】フッ素樹脂中のフッ化水素に由来したフッ素に対する耐食性と高圧成形に長時間耐え得る耐久性を兼ね備えたニッケル基合金製の射出成形機用スクリューを提供する。
【解決手段】重量％で、２０〜３０％Ｃｒ、１〜１０％Ｗ、４〜１２％Ｍｏをそれぞれ含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、さらに３．０〜５．０％Ａｌ、０．１〜２．０％Ｃｕ、およびＴａ、Ｎｂ、Ｔｉの各元素の含有量の総和を０．１〜２．０％の範囲とした射出成形機用スクリューとする。また、Ｃｒの含有量を２４〜２６％、Ｗの含有量を４〜６％、Ｍｏの含有量を６〜９％として、さらにＡｌの含有量とＣｕの含有量との総和を４．０〜６．０％の範囲とした射出成形機用スクリューとすることもできる。
【選択図】なし

Description

本発明は、高腐食性および高圧雰囲気下で用いられるニッケル基合金製の射出成形機用スクリューに関するものである。

現在、自動車用部品の素材の１つとして、主に軽量化を目的とした炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に代表される樹脂材料がある。中でも、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）や三フッ化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）等に代表されるフッ素樹脂は、優れた耐熱性と耐薬品性とを兼ね備えており、高温雰囲気下で使用される様々な部品への用途展開が図られている。

例えば、フッ素樹脂の代表的商品名としてテフロン（登録商標）と呼ばれるフッ素樹脂がある。このフッ素樹脂は、耐薬品性、耐熱性、絶縁性、しゅう動性を兼ね備えており、その特性から射出成形により製造される部品および分野としては、医療系部品のほか電子部品にも広範囲に用いられている。具体的な部品例としては、薬品、腐食ガスプラント用ケミカルポンプ、シールリングチューブ、スマートフォン、モバイル機器向け小型リチウム電池用パッキンなどが挙げられる。

そのような樹脂に対して、例えば特許文献１では０．１％以下のＣ、２．０％以下のＳｉ、２．０％以下のＭｎ、３０〜４５％Ｃｒ、１．５〜５．０％Ａｌであって、残部がＮｉおよび若干の不純物から構成されるニッケル基合金製の機械構造用部材が開示されており、耐食性と強度を兼ね備えていると説明されている。

しかし、フッ素樹脂は成形時に強い腐食性を有することから、射出成形する場合に成形機の部品を早期に劣化させてしまい、特許文献１に示すニッケル基合金ではフッ素に対する耐食性が乏しく、フッ素樹脂の生産効率を依然低いものとしていた。

そこで、フッ素樹脂を成形するための射出成形機の機械部品の材料として、例えば特許文献２では重量％で、０．０５〜０．２０％Ｃ、０．５％以下のＳｉ、１．０％以下のＭｎ、１４．０〜２２．０％Ｃｒ、８．０〜１２．０％Ｃｏ、８．０〜１２．０％Ｍｏ、０．７５〜１．５％Ａｌ、２．０〜３．０％Ｔｉ、５．０％以下のＦｅであって、残部がＮｉおよび若干の不純物から構成されるニッケル基合金製の射出成形機用スクリューが開示されている。

また、特許文献３には、重量％で１．０〜２５．０％Ｃｒ、１２．０〜２５．０％ＭｏおよびＴｉ、Ａｌ、Ｎｂから選ばれる元素のうち１種以上を合計で１．５〜７．０％含有し、残部がＮｉおよび若干の不純物から構成されるニッケル基合金製の射出成形機用部材が開示されている。

特開２００２−６９５５７号公報特開昭６１−４３５３１号公報特開平６−２００３４３号公報

しかし、フッ素樹脂は成形時の流動性が悪く、他の樹脂を成形する場合に比べて、射出成形時に高圧成形する必要があるが、特許文献２および３に開示された射出成形機用スクリューについては、機械的強度が低いのでスクリュー自体が湾曲し、樹脂材料の計量動作時にスクリュー回転によりスクリューの外周が磨耗するなどの問題があった。

そこで、本発明においてはフッ素樹脂中のフッ化水素に由来したフッ素に対する耐食性と高圧成形に長時間耐え得る耐久性を兼ね備えたニッケル基合金製の射出成形機用スクリューを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明は、重量％で、２０〜３０％Ｃｒ、１〜１０％Ｗ、４〜１２％Ｍｏをそれぞれ含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなるニッケル基合金製の射出成形機用スクリューであって、さらに３．０〜５．０％Ａｌ、０．１〜２．０％Ｃｕ、およびＴａ、Ｎｂ、Ｔｉの各元素の含有量の総和を０．１〜２．０％の範囲とするニッケル基合金製の射出成形機用スクリューとした。

また、請求項２に係る発明では、重量％で、Ｃｒの含有量を２４〜２６％、Ｗの含有量を４〜６％、Ｍｏの含有量を６〜９％として、さらにＡｌの含有量とＣｕの含有量との総和を４．０〜６．０％としたニッケル基合金製の射出成形機用スクリューとした。

さらに、請求項３に係る発明では、重量％で、Ｃｒの含有量を２５％、Ｗの含有量を５％、Ｍｏの含有量を７〜８％として、さらにＡｌの含有量は４．０％、Ｃｕの含有量は１．０％としたニッケル基合金製の射出成形機用スクリューとした。また、請求項４に係る発明では、ニッケル基合金の表面および内部の硬さをロックウェルのＣスケールでＨＲＣ５５以上とするニッケル基合金製の射出成形機用スクリューとした。

本発明に係る射出成形機用スクリューは、フッ素樹脂中のフッ化水素に由来したフッ素に対する耐食性と高圧成形に長時間耐え得る耐久性を兼ね備えているという効果を奏する。

本発明の実施の形態の一例について説明する。本発明に係る射出成形機用スクリューを構成するニッケル基合金の成分範囲を限定した理由について、以下に詳しく説明する。

Ｃｒ（クロム）の含有量は、２０〜３０重量％とする。Ｃｒは、耐酸化性および耐食性を向上するのに不可欠な元素である。また、ある程度添加した場合は、針状組織が成長して耐クリープ特性の向上が認められる。しかし、過剰添加した場合、針状組織が粗大化して性能劣化を招くため、２０〜３０重量％とした。

Ｗ（タングステン）の含有量は、１〜１０重量％とする。Ｗは、熱間強度を達成する析出強化相が固溶する温度範囲において、固溶強化により高温強度および高温クリープ特性を向上させる元素である。１重量％未満の含有量では高温強度および高温クリープ特性を向上させる効果が発現せず、１０重量％を超える含有量では熱間加工性に有害となるために含有量の上限を限定した。

Ｍｏ（モリブデン）の含有量は、４〜１２重量％とする。Ｍｏは、熱間強度を達成する析出強化相が固溶する温度範囲において、固溶強化により高温強度および高温クリープ特性を向上させる元素である。４重量％未満の含有量では高温強度および高温クリープ特性を向上させる効果が発現せず、１２重量％を超える含有量では熱間加工性に有害となるために含有量を限定した。

Ａｌ（アルミニウム）の含有量は、３．０〜５．０重量％とする。Ａｌは、Ｎｉと結合して金属間化合物γ’相を形成し、オーステナイト相を強化する重要な元素である。Ａｌを増量すれば強化相であるγ’相の量は増加し、高温強度は向上する。しかし、過剰に添加すると、強化相が不安定となり脆化相の析出をまねく。このため、素材の熱間成形性を阻害するので、その添加範囲を３．０〜５．０重量％に限定した。

Ｃｕ（銅）の含有量は０．１〜２．０重量％とする。Ｃｕは、硫化物系腐食の改善を目的として添加する。過剰添加した場合は熱間脆化を生じるため、その含有量を０．１〜２．０重量％に限定した。

Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）の各元素の含有量の総和は、０．１〜２．０重量％の範囲とする。Ｔａは、γ’相を形成して、材料強度および粒界を強化する元素である。また、ＮｂはＮｉ_３（Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ）などの金属間化合物相を析出し、高温強度を向上する。また、Ｃと結合して炭化物ＮｂＣを生成し、高温硬さおよび強度の向上に寄与する。さらに、ＴｉはＮｉと結合して金属間化合物γ’相を形成し、オーステナイト相を強化する。Ｔｉを増量すれば強化相であるγ’相の量は増加し、高温強度は向上する。しかし、これらの元素は過剰に添加すると、脆化相の析出をまねき、材料自体を脆化させてしまい、結果として素材の熱間成形性を阻害するので、上記の各元素の含有量の総和については０．１〜２．０重量％の範囲に限定した。

なお、Ｎｉ（ニッケル）の実質的な含有量は上記各元素の含有量の総和を除いた残部となるが、Ｎｉはマトリックスであるオーステナイト基地を形成するため不可欠な元素であり、析出強化相であるγ’相を形成し、高温強度を向上させる役割を果たす。そのため、上記の強化元素を固溶させるための一定量が必要であり、同時に製造原価の上昇を抑制する観点から、その含有量については重量％で５０％〜６０％の範囲とすることが好ましい。

Claims

重量％で、２０〜３０％Ｃｒ、１〜１０％Ｗ、４〜１２％Ｍｏをそれぞれ含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなるニッケル基合金製の射出成形機用スクリューであって、前記ニッケル基合金には、さらに３．０〜５．０％Ａｌ、０．１〜２．０％Ｃｕ、およびＴａ、Ｎｂ、Ｔｉの各元素の含有量の総和を０．１〜２．０％の範囲としたことを特徴とする射出成形機用スクリュー。
重量％で、前記Ｃｒの含有量を２４〜２６％、前記Ｗの含有量を４〜６％、前記Ｍｏの含有量を６〜９％として、さらに前記Ａｌの含有量と前記Ｃｕの含有量との総和を４．０〜６．０％の範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機用スクリュー。
重量％で、前記Ｃｒの含有量を２５％、前記Ｗの含有量を５％、前記Ｍｏの含有量を７〜８％として、さらに前記Ａｌの含有量を４．０％、前記Ｃｕの含有量を１．０％としたことを特徴とする請求項２に記載の射出成形機用スクリュー。
前記ニッケル基合金の硬さが、ロックウェルのＣスケールでＨＲＣ５５以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出成形機用スクリュー。