JP3285180B2 - 耐食性、耐摩耗性、耐焼付性に優れたスクリュ - Google Patents

耐食性、耐摩耗性、耐焼付性に優れたスクリュ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にフッ素樹脂あるい
はガラス繊維やシリカ粒子などの充填材を多量に含有す
る樹脂の射出成形や押出成形に好適な耐食性、耐摩耗性
および耐焼付性に優れたスクリュに関するものである。
【0002】
【従来の技術】合成樹脂の射出成形あるいは押出成形に
使用される成形機用のスクリュには、加熱成形時に樹脂
または樹脂に加えられる添加材による腐食摩耗あるいは
シリンダとの焼付きなどを防止する目的で、耐食性、耐
摩耗性および耐焼付性を考慮した開発が進められてき
た。なかでも、フッ素樹脂の成形用スクリュ材について
は、熱分解で発生するフッ素ガスによる腐食が生じるた
めに、従来特公昭62−21853号に開示されるよう
なマトリックス強化形ニッケル基合金が使用されてき
た。しかし、硬さの高い充填材を混入したフッ素樹脂の
成形においては、特にスクリュの山形部が使用に際し、
これらの樹脂と接触して腐食性環境にさらされるととも
に高い成形圧を受けるため山形部のヘタリ、摩耗などが
激しく、短時間で寿命に至ってしまう欠点があった。
【0003】また、充填材を混入しないフッ素樹脂の成
形においても、マトリックス強化形の高Mo含有Ni基
合金製スクリュは常温硬さ、ならびに強度が低いため
に、シリンダ内面との焼付きを生じたり、場合によって
はねじり現象を生じ寿命低下が顕著であり、ほとんど工
具費の節約に寄与していない。このため、特公昭61−
25774号に示されるようなマトリックス強化形Ni
基合金(例、主要成分:Ni 60%、Cr 15%、Mo 15%)を
冷間引抜きによる加工硬化により硬さを上げるととも
に、耐焼付摩耗性の向上を図ったスクリュも提案されて
いる。これにより若干の改善は可能となったが、充填材
を混入したフッ素樹脂に対しては、未だ十分ではなく、
主に冷間引抜きによる加工硬化を用いているため、製造
可能寸法に限界があることなど、高価な割りには工具費
の節約に至っていないのが現状である。
【0004】さらに耐食性と耐摩耗性ともに兼備するス
クリュ材として、本願出願人は粉体肉盛を利用して得ら
れた耐食、耐摩スクリュを特開昭61−248703号
で提案している。このスクリュは、スクリュ軸部の外周
に螺線状に連なる山形を有する母材の山形部、および山
形部間の谷部の全表面にCo基、Ni基合金またはこれら
に硬質粒子を分散保持した表面硬化合金を粉体肉盛する
こと内容とするものである。しかし、山形部、および山
形部間の谷部の全表面に粉体肉盛した場合、スクリュの
曲り、収縮などの変形が起こりにくい材質の厳選、なら
びに特別な施行方法としなければならず、材質の選定や
作業性の面で制約が多く、製作費が嵩む問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、フッ
素樹脂など腐食性雰囲気に対してマトリックス強化形N
i基合金は、ある程度の効果を有するものの耐摩耗性や
耐焼付性の点で劣る欠点があった。さらに、マトリック
ス強化形Ni基合金に冷間加工を施して硬化させるに
は、加工性の点で限界があり、また硬質粒子を分散させ
た表面硬化合金を肉盛溶接するには、熱影響による変形
など施工上の問題があった。本発明の目的は、フッ素樹
脂など腐食性雰囲気に対する防止効果が大きく、また耐
摩耗性や耐焼付性に優れ、かつ容易に製作することが可
能なスクリュを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者は、前述の問題点
を解決すべく検討した結果、スクリュの作業面にニッケ
ル−リン−タングステンからなる皮膜層を形成させるこ
とで耐食性、耐摩耗性および耐焼付性に優れたスクリュ
が得られることを新たに見出した。すなわち、本発明は
射出成形または押出成形用のスクリュであって、前記ス
クリュ本体の作業面に少なくともニッケル−リン−タン
グステンからなる層が形成されていることを特徴とする
耐食性、耐摩耗性、耐焼付性に優れたスクリュである。
また、前記ニッケル−リン−タングステンからなる皮膜
層を最外層とし、中間層をニッケル−リン、さらにスク
リュ本体との界面をニッケル層とする構造にするのが良
く、これらはそれぞれメッキ処理されたものが望まし
い。さらに前記スクリュ本体はNi基合金であることが
望ましい。
【0007】
【作用】本発明のスクリュを構成するスクリュ本体の作
業面に形成されるニッケル−リン−タングステン皮膜層
は、樹脂または樹脂に加えられる添加材に対して優れた
耐食性を有するとともに硬質の皮膜層は、優れた耐摩耗
性と耐焼付性を発揮させる上で重要である。ニッケル−
リン−タングステン層の皮膜形成方法は真空蒸着法、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法およびメッキ
法などが利用できるが、真空蒸着法、イオンプレーティ
ング法、スパッタリング法は、皮膜形成処理時にスクリ
ュ本体が加熱による熱変形や装置上の制約があるため、
メッキ法が実用的である。なかでも無電解メッキは、ピ
ンホールの発生がなく、均一な皮膜が形成される点で望
ましい。無電解メッキでニッケル−リン−タングステン
皮膜を形成させるには、例えば硫酸ニッケル等のニッケ
ル塩、タングステン酸ソーダ等のタングステン塩などに
より、次亜リン酸塩クエン酸ソーダ等の還元剤とする方
法で成形できる。
【0008】ニッケル−リン−タングステン皮膜層中の
タングステンの含有量は、PH値および温度により決定
されるが、10%以下では硬さが700HV以下となり、硬質皮
膜が得られなくなる。このため、無電解ニッケルメッキ
浴中のPHを6〜9.5は管理することにより、タングステ
ン含有量を10〜21wt%にするのが良い。望ましくはPH
を7.5〜8.5に管理することによりタングステン含有量
は、20〜21wt%が得られ、皮膜の硬さは750〜800HVが得
られる。また、ニッケル−リン−タングステン皮膜の厚
みは工具としての寿命を延ばす上で重要であり、最低1
μm以上必要であるが、無電解メッキの作業性、経済性
を考慮すると3〜10μmが適当である。
【0009】上述のニッケル−リン−タングステン層
は、本発明のスクリュを使用する上で必須の構成要件で
あり、スクリュ本体の作業面に直接形成させても良い
が、以下に述べる中間層およびスクリュ本体との界面に
下地皮膜層を設けるのが望ましい。この中間層と下地皮
膜層は、それ自体耐腐食性を有するとともに、スクリュ
本体とニッケル−リン−タングステン層との密着性を高
める効果と、使用中のニッケル−リン−タングステン層
の剥離を防止する緩衝効果もある。中間層のニッケル−
リン皮膜層は、最外層のニッケル−リン−タングステン
層と下地膜層であるニッケル層とを良好に接合する役割
がある。このニッケル−リン皮膜は、例えば工業的に用
いられている塩化ニッケル、硫酸ニッケルなどにより次
亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケル−リンメッキ
で形成することができる。
【0010】ニッケル−リン皮膜層の硬さは、リンの含
有量により決定されるが、8%以下では結晶質となり硬さ
は400HV以下となるため好ましくなく、密着性と適度な
硬さを得るためには8〜15%を含有するアモルファス構造
とするのが望ましく、その時の硬さは450〜550HVが得ら
れ好都合である。ニッケル−リン皮膜層の厚さは、最低
1μm必要であるが、例えば無電解ニッケルメッキの作業
性、経済性を考慮すると5〜20μmが適当である。次に下
地膜のニッケル層は、母材であるスクリュ本体とニッケ
ル−リン皮膜とを良好に接合する役割がある。ニッケル
層は0.1〜5μm程度の皮膜厚さで十分であり、皮膜厚を
無理に厚くする必要はなく、無電解メッキによりアモル
ファス構造の皮膜層とするのが良い。
【0011】本発明のスクリュ本体は、高速度鋼やダイ
ス鋼などの工具鋼を用いることもできるが、長時間使用
した後、上記の層が腐食や摩耗によって損耗して直接ス
クリュ本体が部分的に露出した場合、この部分が集中的
に腐食されたため注意する必要がある。好ましくは、ス
クリュ本体を耐食効果の高いNi基合金とすることによ
り、スクリュ本体の作業面に形成した層が部分的に損耗
してもスクリュ本体の損傷が少なく、皮膜形成処理を繰
り返して使用することが可能である。
【0012】
【実施例】
(実施例1)スクリュ本体として、表1に示したSKD
11相当材により作製し、次いで無電解メッキによって
最表面層がニッケル−リン−タングステン層、中間層が
ニッケル−リン層、SKD11相当材の界面にニッケル
層をそれぞれ形成させて各種試験片とした。耐焼付性試
験片は、8mm径×25mm長、耐摩耗試験片は10mm×15mm×1
0mm、耐食性試験片は20mm×30mm×2mm厚である。得られ
た層は、ニッケル層の厚さが0.5μm、ニッケル−リン層
の厚さが12.5μm、ニッケル−リン−タングステン層の
厚さが5.5μmであった。ICPによる分析の結果、ニッ
ケル−リン層のリン含有量は9.8wt%で、硬さは515HVで
あった。また、ニッケル−リン−タングステン層中のリ
ン含有量は6.3wt%、タングステンの含有量は20.4wt%
で、硬さは763HVであった。なお、耐焼付性試験および
耐摩耗試験の相手材には、シリンダに相当する材料とし
て、SCM440に表1に示すNi基合金をライニング
したものを用いた。用いた相手材の試験片の寸法は、耐
焼付性試験片としてφ20mm×180mmL、耐摩耗試験片とし
てφ8mm×25mmLであった。
【0013】
【表1】
【0014】(実施例2)スクリュ本体として、表1に
示したハステロイCを用い各種試験片を作製し、実施例
1と同様の表面処理を行なった。得られた複合層は、厚
みが0.5μmのニッケル層、中間層として厚さ 11.3μmの
ニッケル−リン層および最外層として厚さ5.3μmのニッ
ケル−リン−タングステン層を順次形成した。ICPに
よる分析の結果は実施例1と同様の組成であり、最外層
の硬さは750HVであった。 (実施例3)スクリュ本体として、表1に示したインコ
ネル718を用い、各種試験片を作製し、実施例1と同
様の表面処理を行なった。得られた複合層は、厚みが0.
5μmのニッケル層、最外層として厚さ 5.2μmのニッケ
ル−リン−タングステン層を形成させ、中間層のニッケ
ル−リン層は形成させなかった。ICPによる分析の結
果は、実施例1と同様の組成であり、最外層の硬さは75
0HVであった。
【0015】(比較例1)スクリュ本体として表1に示
したSKD11相当材により各種試験片を作製した。作
製した試験片は、表面処理を行なわない試料とした。 (比較例2)スクリュ本体として材は表1に示したハス
テロイCを用い各種試験片を作製し、実施例3と同様に
表面処理を行なわない試料とした。上述した各実施例の
スクリュに相当する試験片について、耐摩耗性および耐
食性は単独で、耐焼付性については、試験片と相手材で
あるシリンダ材を用いた。耐焼付性については、往復動
摩擦摩耗試験装置にて、固定試験片(スクリュ)と摺動
試験片(シリンダ材)との間に潤滑油を介して、摺動速
度 30m/min、ストローク 130mm、荷重は10kg毎増荷重で
各々50サイクルで、最適300kgまで行ない、焼付発生時
の荷重をチャート紙より測定した。
【0016】耐摩耗性については、10mm×15mm×10mmの
試料を#400エメリー研磨紙に、荷重2kgで押圧し、480m
の距離を摺動させた後に、スクリュに相当する試験片の
摩耗量を測定した。耐食性については、20%フッ化水素
酸、20%塩酸および20%硫酸水溶液中に25℃で24時間浸漬
後、重量の減少割合(減量/浸漬前の重量)を測定した。
これらの試験結果を表2および表3に示す。耐焼付性に
ついては、表2から明らかなように、最外層にニッケル
−リン−タングステン皮膜を有する実施例1,2および
3の複合皮膜層のものが最も優れていた。耐摩耗性につ
いては、表2から明らかなように、最外層にニッケル−
リン−タングステン皮膜を有する実施例1,2および3
の複合皮膜層のものが最も優れていた。また、耐食性に
ついては、表3から明らかなように20%塩酸および20%硫
酸に対しては各試料とも概ね良好であったが、20%フッ
化水素酸に対しては、最外層にニッケル−リン−タング
ステン皮膜を有する実施例1,2および3の複合皮膜層
のものが最も優れていた。
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の最外層に
ニッケル−リン−タングステン皮膜を有する複合層から
なるスクリュは、フッ酸水溶液に対する高い耐食性を有
し、耐摩耗性が良好で、耐焼付性に優れた特性を有して
いるので、フッ素樹脂用スクリュとしての使用に十分に
耐え、工具費低減に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2の複合ニッケル層の断面構成を示す走
査型電子顕微鏡金属組織写真であり、4,000倍率を示す
写真である。
【符号の説明】
A:ニッケル−リン−タングステン層、B:ニッケル−
リン層、C:ニッケル層

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 射出成形または押出成形用のスクリュで
    あって、前記スクリュ本体の作業面に少なくともニッケ
    ル−リン−タングステンからなる層が形成されているこ
    とを特徴とする耐食性、耐摩耗性、耐焼付性に優れたス
    クリュ。
  2. 【請求項2】 射出成形または押出成形用のスクリュで
    あって、前記スクリュ本体の作業面に最外層がニッケル
    −リン−タングステンからなる層、中間層がニッケル−
    リンからなる層、スクリュ本体との界面にニッケル層が
    形成されていることを特徴とする耐食性、耐摩耗性、耐
    焼付性に優れたスクリュ。
  3. 【請求項3】 スクリュ本体の作業面に形成する層がメ
    ッキ処理層である請求項1または2に記載の耐食性、耐
    摩耗性、耐焼付性に優れたスクリュ。
  4. 【請求項4】 スクリュ本体がNi基合金である請求項
    1ないし3のいずれかに記載の耐食性、耐摩耗性、耐焼
    付性に優れたスクリュ。
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WO2007122680A1 (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Ibiden Co., Ltd. 押出成形機、押出成形方法及びハニカム構造体の製造方法
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