JP2745197B2

JP2745197B2 - 耐熱摺動体の製造方法

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Publication number: JP2745197B2
Application number: JP6041974A
Authority: JP
Inventors: 悦男安藤
Original assignee: 悦男安藤
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH07229595A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、摺動本体の摺動面に
固体潤滑作用を行う黒鉛体を配置した耐熱摺動体の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機械装置等においては、過酷な
高温、高荷重下で部材同士が摺動する箇所があり、例え
ば図４に示すようなダイカストマシン11においては、射
出スリーブ12とプランジャーチップ13とがこのような条
件下で摺動している。即ち、このようなダイカストマシ
ン11においては、アルミニウム合金、マグネシウム合金
等の溶湯を射出スリーブ12の注湯口14を通じて射出スリ
ーブ12内に注湯した後、プランジャーチップ13を射出ス
リーブ12内において前進させ、前記溶湯を金型15内に形
成された図示していないキャビティに押し込むようにし
ているが、このようにプランジャーチップ13により溶湯
を押し込む際、該プランジャーチップ13は射出スリーブ
12内を高温、高荷重下で摺動するのである。このため、
これら射出スリーブ12とプランジャーチップ13とは高温
における機械的強度が優れた金属から構成しなければな
らず、通常、両者は共に熱間ダイス鋼から構成されてい
る。また、このような高温、高荷重下での射出スリーブ
12とプランジャーチップ13との摺動時における摩擦、摩
耗を低減させるために、溶湯の射出スリーブ12内への注
湯以前に多量の潤滑油（重軸受油、転がり油等）を射出
スリーブ12内へ噴霧することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような射出スリーブ12、プランジャーチップ13にあって
は、両者が同一材質、即ち熱間ダイス鋼から構成されて
いるため、例えば潤滑が充分でないような場合には、溶
湯の押し込み時に射出スリーブ12にプランジャーチップ
13が焼き付くことがあるという問題点がある。また、こ
のような熱間ダイス鋼は高性能の合金鋼であるため、高
価であるという問題点もある。さらに、射出スリーブ12
内に噴霧された潤滑油は溶湯の注湯時に蒸発、燃焼して
多量の煙、ガスを発生するが、これらの煙、ガスは周囲
に飛散して作業環境を悪化させるとともに、製品内に侵
入して品質を低下させてしまうという問題点もある。

【０００４】そして、このような問題点を解決するため
には、摺動体を、熱処理を施すことにより高温における
機械的強度を向上させた摺動本体の摺動面に多数の収納
穴を形成するとともに、各収納穴に該収納穴を満たし固
体潤滑作用を行う黒鉛体を収納固着するようにすればよ
いのである。即ち、耐熱摺動体を、熱処理を施すことに
より高温における機械的強度を向上させることができる
ような材質から構成すれば、対象となる材料の幅が広が
り、この結果、これら摺動部材と耐熱摺動部材との材質
を容易に異ならせることができ、これにより、摺動部材
と耐熱摺動体との焼き付きの抑制が可能となる。しか
も、このように熱処理を施すことにより高温における機
械的強度を向上させるようにしているので、元来、機械
的強度の低い安価な材質のものを用いることができ、こ
の結果、耐熱摺動体を安価とすることもできる。さら
に、耐熱摺動体の摺動本体の摺動面に形成された多数の
収納穴にそれぞれ黒鉛体を収納固着するようにしている
ので、該黒鉛体が摺動の際に固体潤滑作用を行い、この
結果、摺動時における焼き付きが抑制できるとともに、
供給潤滑油を減少あるいは省略することができる。これ
により、潤滑油が蒸発、燃焼することで発生する煙、ガ
スの量が低減し、作業環境および製品の品質が良好とな
るのである。

【０００５】この発明は、前述のような耐熱摺動体を容
易に製造することができる製造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】このような目的は、固体
潤滑作用を行う多数の黒鉛体の周囲に金属溶湯を注湯し
て固化させることにより、収納穴を満たす黒鉛体を鋳ぐ
るんだ摺動本体を形成する工程と、摺動本体に対し無酸
素雰囲気中で熱処理を施すことにより、該摺動本体の高
温における機械的強度を向上させる工程と、を備えた製
造方法により達成することができる。そして、この方法
においては、熱処理を無酸素雰囲気中で施すようにして
いるので、黒鉛体、摺動本体の酸化を防止することがで
きる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１、２において、21はアルミ製品、マグネ
シウム製品等を鋳造するダイカストマシンであり、この
ダイカストマシン21は固定プラテン23が固定されたフレ
ーム22を有する。24は固定プラテン23より前方に設置さ
れた可動プラテンであり、この可動プラテン24にはフレ
ーム22に固定された前後方向に延びるガイドロッド25が
挿入されている。この可動プラテン24には、該可動プラ
テン24より前方のフレーム22に取り付けられたシリンダ
のピストンロッド26が連結され、これにより、前記シリ
ンダが作動すると、可動プラテン24はガイドロッド25に
案内されながら前後方向に移動する。前記固定プラテン
23および可動プラテン24の互いに対向する前面および後
面にはそれぞれ対をなす金型27、28が取り付けられ、こ
れらの金型27、28は可動プラテン24が後方に移動するこ
とで閉止され、内部に溶湯が注入されるキャビティが形
成される。

【０００８】 31は固定プラテン23に取り付けられた前後
方向に延びる摺動部材としての円筒状の射出スリーブで
あり、この射出スリーブ31は固定プラテン23を貫通する
とともに、その前、後端部は固定プラテン23から突出し
ている。そして、この射出スリーブ31は、過酷な高温、
高荷重下で使用されるため、高温における機械的強度が
優れている、例えば熱間ダイス鋼（ロックウエルＣ硬度
は44〜48）から構成されている。32は前記射出スリーブ
31の後端部に形成された注湯口であり、この注湯口32を
通じてアルミニウム等の溶湯が射出スリーブ31内に導か
れる。35は射出スリーブ31より後方のフレーム22に該射
出スリーブ31と同軸関係を保って取り付けられたシリン
ダであり、このシリンダ35のピストンロッド36の先端に
は射出スリーブ31内に挿入された耐熱摺動体としてのプ
ランジャーチップ41が取り付けられている。

【０００９】このプランジャーチップ41は有底円筒状の
摺動本体42を有し、この摺動本体42は熱処理によって高
温における機械的強度、例えば硬度、引張強さを向上さ
せることができる材質から構成されている。ここで、こ
のような摺動本体42の材質としては、球状黒鉛鋳鉄等の
合金を混入した鋳鉄、合金を混入した鋼、ベリリウム銅
等を用いることができる。そして、鋳鉄あるいは鋼の場
合には、熱処理を焼入れ（通常続いて焼き戻しが行われ
る）とし、摺動本体42の組織を該焼入れによってマルテ
ンサイト組織とすることにより高温における機械的強度
を向上させ、ベリリウム銅の場合には、熱処理を溶体化
処理および時効硬化処理とし、摺動本体42の組織を時効
により硬化させて高温における機械的強度を向上させ
る。但し、摺動本体42の硬度は、プランジャーチップ41
より高価である射出スリーブ31の寿命をプランジャーチ
ップ41の寿命より長くするために、焼き戻しを行って射
出スリーブ31の硬度より若干、例えばロックウエルＣ硬
度で5〜6程度低い、ロックウエルＣ硬度で38〜43程度と
し、該プランジャーチップ41を射出スリーブ31より早期
に摩耗させるようにしている。そして、この摺動本体42
は、前記シリンダ35が作動すると、その外周面（摺動
面）が射出スリーブ31の内周面に摺接しながら射出スリ
ーブ31内を軸方向に移動する。このように、摺動本体42
を、熱処理を施すことにより高温における機械的強度を
向上させることができるような材質から構成すれば、対
象となる材料の幅が広がるため、元来、高温における機
械的強度の高い材質、例えば熱間ダイス鋼からなる射出
スリーブ31と材質を容易に異ならせることができ、これ
により、プランジャーチップ41の射出スリーブ31に対す
る焼き付きの抑制が可能となる。しかも、このように熱
処理を施すことにより高温における機械的強度を向上さ
せるようにしているので、元来機械的強度の低い安価な
材質、例えば鋳鉄を用いることができ、この結果、耐熱
摺動体を安価とすることもできる。

【００１０】この摺動本体42の外周面（摺動面）には図
３に示すように、多数の半径方向に延びる収納穴43がほ
ぼ均一に分散された状態で形成され、各収納穴43には該
収納穴43を満たす円柱状の黒鉛体44が収納固定されてい
る。そして、これら黒鉛体44は前述のように摺動本体42
が射出スリーブ31内を摺動するとき、これらの間の固体
潤滑作用を行う。この結果、プランジャーチップ41が射
出スリーブ31内を摺動するときの焼き付きを抑制するこ
とができるとともに、潤滑のためにこれらの間に供給さ
れる潤滑油の量を減少あるいは省略することができる。
これにより、潤滑油が蒸発、燃焼することで発生する
煙、ガスの量が低減し、作業環境および製品の品質が良
好となる。ここで、前記各黒鉛体44は、内部に多数の微
小空間が形成された多孔質のもの（見かけ比重が1.8g/c
m³以下のもの）を用いることが好ましい。その理由は、
このような微小空間が内部に多数形成されていると、プ
ランジャーチップ41に供給された潤滑油の一部がこれら
微小空間内に侵入するため、ある程度の量の潤滑油を黒
鉛体44が内部に保有することができるからである。そし
て、このような多孔質の黒鉛体44は、例えば後述する２
つの方法により成形することができる。

【００１１】そして、前述のようなプランジャーチップ
41は、以下のようにして成形することができる。即ち、
まず、摺動本体42とほぼ同一形状をした鋳型のキャビテ
ィ内に、例えば鋳鉄の溶湯を注湯し該キャビティ内に充
填する。このとき、多数の黒鉛体44は一部が鋳型に埋設
され、残部がキャビティ内に突出しているため、これら
黒鉛体44の突出部の周囲は前記注湯された溶湯によって
囲まれる。ここで、前記黒鉛体44は、高温の溶湯に接触
するため、この溶湯との接触によっても溶損が生じない
ようなものとしなければならず、例えば、黒鉛粒をコー
ルタールピッチ等からなるバインダーで結合して構成し
たものの場合には、このバインダー中の炭素分を、予め
以下のようにして黒鉛化する。即ち、まず、成形後の黒
鉛体44を焼成炉に搬入した後、無酸素雰囲気（不活性ガ
ス雰囲気あるいは真空）中で 700℃〜1100℃程度に加熱
して黒鉛体44中の炭素分を炭化し、次に、酸化を防止す
るために 370℃〜 400℃程度まで炉内冷却した後大気冷
却し、その後、前記黒鉛体44を黒鉛炉に搬入し、同様に
無酸素雰囲気中で2500℃以上、例えば2500℃〜3000℃に
加熱して前記炭化した炭素分を黒鉛化し、次に、酸化を
防止するために 370℃〜 400℃程度まで炉内冷却した後
大気冷却させることで行う。そして、このキャビティ内
の溶湯を冷却固化して摺動本体42とするが、このとき、
前記黒鉛体44のキャビティ内に突出していた部位は摺動
本体42により鋳ぐるまれる。次に、摺動本体42を鋳型か
ら取り出した後、摺動本体42に対し機械加工を行い、外
周面（摺動面）から突出している黒鉛体44の一部を削り
取り、黒鉛体44を外周面に露出させる。これにより、摺
動面に形成された収納穴43を満たす黒鉛体44が鋳ぐるま
れている摺動本体42を形成することができる。次に、摺
動本体42に対し無酸素雰囲気（不活性ガス雰囲気あるい
は真空）中で熱処理、例えば焼き入れを施すことによ
り、該摺動本体42の高温における機械的強度、例えば硬
度および引張強度を向上させる。ここで、このような熱
処理を無酸素雰囲気中で行うのは、熱処理を施す際の温
度が高いため、有酸素雰囲気中で行うと、黒鉛体44が酸
化消耗したり、摺動本体42の表面に酸化膜（スケール）
が形成され表面状態が悪化するからである。次に、焼き
戻しを行った後、規定寸法に精密加工する。なお、前述
のような熱処理後、耐摩耗性をさらに向上させるため、
窒化処理をプランジャーチップ41に施すようにしてもよ
い。

【００１２】次に、この発明の一実施例の作用について
説明する。前述のようなダイカストマシン21を用いてア
ルミニウム合金、マグネシウム合金等からなる製品を製
造する場合には、まず、シリンダのピストンロッド26を
突出させて可動プラテン24をガイドロッド25に沿って後
方に移動させ、金型27、28を閉止、型締めする。次に、
溶湯を射出スリーブ31の注湯口32を通じて射出スリーブ
31内に注湯した後、シリンダ35のピストンロッド36を突
出してプランジャーチップ41を射出スリーブ12内におい
て前進させる。このとき、射出スリーブ31内の溶湯はプ
ランジャーチップ41に押され金型27、28内に形成された
図示していないキャビティに圧入される。このような圧
入時、プランジャーチップ41と射出スリーブ31とは高
温、高荷重下で摺接するが、このとき、摺動本体42を例
えば、熱処理（焼き入れ）によってマルテンサイト組織
となった鋳鉄から構成し、一方、射出スリーブ31を例え
ば、熱間ダイス鋼から構成すれば、両者の材質が異なる
ため、これにより、プランジャーチップ41の射出スリー
ブ31に対する焼き付きの抑制が可能となる。しかも、こ
のような摺動本体42を、元来機械的強度の低い安価な鋳
鉄から構成するようにしているので、プランジャーチッ
プ41を安価とすることもできる。また、このように高
温、高荷重下での射出スリーブ31とプランジャーチップ
41との摺動時における摩擦、摩耗、焼き付きは、固体潤
滑作用を行う黒鉛体44によって効果的に抑制され、これ
により、これらの間に供給される潤滑油の量を減少ある
いは省略することができる。ここで、黒鉛体44が多孔質
であると、該黒鉛体44が若干量の潤滑油を保有するた
め、供給潤滑油量をさらに減少させることができる。そ
して、前記キャビティ内の溶湯が凝固すると、シリンダ
のピストンロッド26を引っ込めて金型27、28を開放する
とともに、シリンダ35のピストンロッド36を引っ込めて
プランジャーチップ41を射出スリーブ31の後端まで復帰
させる。次に、金型27、28から製造された製品を取り出
す。

【００１３】次に、実際に製作したアルミニウム合金ダ
イカスト用のプランジャーチップ41について説明する。
このプランジャーチップ41を製作する際、炭素を3.62重
量％、シリコンを2.10重量％、マンガンを0.50重量％、
りんを0.03重量％、硫黄を0.02重量％、銅を0.42重量
％、マグネシウムを0.05重量％含む球状黒鉛鋳鉄の溶湯
を鋳型のキャビティ内に注湯（注湯時の温度は1350度
Ｃ）し、該キャビティ内に突出している部分の黒鉛体44
を鋳ぐるんだ。ここで、黒鉛体44としては見かけ比重が
1.68g/cm³、曲げ強さが2.5kgf/mm²、ショアー硬度が37
のものを使用した。次に、このようにして成形されたプ
ランジャーチップ41を鋳型から取出し、摺動本体42の硬
度を測定したところ、ロックウエルＢ硬度98であった。
次に、このプランジャーチップ41を機械加工した後、無
酸素雰囲気である真空炉内に搬入し890度Ｃまで加熱し
て90分間保持した。その後、該プランジャーチップ41を
油冷により焼き入れし、続いて、 465度Ｃまで再加熱し
て焼き戻しを行った。この焼き戻し後のプランジャーチ
ップ41のロックウエルＣ硬度を測定したが、その値は射
出スリーブ31の通常の硬度（ロックウエルＣ硬度で44〜
48）より若干低い42であった。また、このようなプラン
ジャーチップ41からＪＩＳ４号試験片を切り出し、その
引張強度および伸びを測定したが、その値はそれぞれ10
4kgf/cm²、 2.0％であった。

【００１４】なお、前述の実施例においては、摺動本体
42全体の機械的強度を熱処理によって向上させるように
したが、耐熱摺動体の使用形態に応じて、摺動本体42の
表面部、例えば摺動面のみの機械的強度を熱処理によっ
て向上させるようにしてもよい。この場合には、浸炭焼
き入れ、高周波焼き入れ、火炎焼き入れ、窒化処理を前
記熱処理として用いることができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、耐熱摺動体を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す全体概略平面図であ
る。

【図２】図１のＩーＩ矢視断面図である。

【図３】プランジャーチップの一部破断正面図である。

【図４】従来の耐熱摺動体を示す図２と同様の断面図で
ある。

【符号の説明】

41…耐熱摺動体 42…摺動本体 43…収納穴 44…黒鉛体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固体潤滑作用を行う多数の黒鉛体の周囲に
金属溶湯を注湯して固化させることにより、収納穴を満
たす黒鉛体を鋳ぐるんだ摺動本体を形成する工程と、摺
動本体に対し無酸素雰囲気中で熱処理を施すことによ
り、該摺動本体の高温における機械的強度を向上させる
工程と、を備えたことを特徴とする耐熱摺動体の製造方
法。