JPH04344218A - 二軸シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック押出成形
機の構成部材等として使用される二軸シリンダに関する
。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック押出成形機のシリンダは、
その中空孔内をスクリューの回転下に圧送される樹脂に
よる腐食と摩耗をうける。従来そのシリンダとして窒化
鋼製シリンダが使用されてきたが、強化プラスチックや
難燃性プラスチックの成形操業が多くなるに伴って、シ
リンダ内面の腐食・摩耗による耐用寿命の低下、メンテ
ナンスの負担増大等が問題となり、その対策として、シ
リンダ内面に、ニッケル系またはコバルト系の自溶性合
金に代表される耐食・耐摩耗合金からなるライニング層
を形成することが行われている。

【０００３】上記シリンダの中空孔（スクリュー孔）に
ライニング層を形成する方法として、スクリュー孔が１
つである単純な真円断面を有する単軸シリンダでは遠心
力鋳造法等を適用することができ、そのライニング層の
形成に特別の困難はないが、単軸シリンダと異なって２
つの円弧面が交叉した２つのスクリュー孔を有する二軸
シリンダに遠心力鋳造を適用することは困難である。こ
のため二軸シリンダの二層構造化についてはこれまでに
も種々の提案がなされ、近時は熱間静水等方圧プレスを
利用し、焼結合金層でスクリュー孔内面をライニングす
る試みがなされている。

【０００４】図６は、熱間静水等方圧プレスによりスク
リュー孔内面にライニング層（焼結合金属）を形成した
従来の二軸シリンダの二層構造を示している。１０はシ
リンダ外層材、２０はライニング層である。外層材１０
は、適宜の鋼種（炭素鋼、合金鋼等）からなる筒体（鋼
製筒体）であり、その内壁面にライニング層２０が一様
な層厚をなして形成されている。ライニング層２０の内
側面は、２つの円弧面が所定の軸間距離をおいて交叉す
る二軸スクリュー孔Ａの壁面であり、２つの円弧の交叉
部は内方向に突出して向い合う山型突起２１、２１をな
している。

【０００５】図７は、上記二層構造の二軸シリンダの製
造要領を示している。３０は、鋼製筒体１０内に装入さ
れる芯金である。芯金３０は、形成しようとする二軸ス
クリュー孔Ａの孔壁に対応した断面形状を有する柱状体
であり、鋼製筒体１０の筒孔１５は、芯金３０と略相似
形をなす所定の孔径が与えられている。鋼製筒体１０と
、その孔内に挿入した芯金３０とで形成される空間内に
ライニング材料として焼結原料粉末Ｐを充填し、粉末充
填層を真空密封したうえ、熱間静水等方圧プレスに付し
て粉末層を焼結する。しかるのち芯金を除去し、焼結層
の内側面に仕上機械加工を加えることにより目的とする
二層構造の二軸シリンダ（図６）が得られる。

【０００６】熱間静水等方圧プレスにおいては、焼結合
金の成分構成について鋳造の場合のような制約（例えば
鋳造に必要な溶湯の流動性を損わないための合金元素の
組合せや添加量の制限）を受けず、また高加圧力の均一
な作用下に形成されるライニング層（焼結合金）は高緻
密質で均質である。しかも、焼結合金層と鋼製筒体との
界面は焼結過程で拡散接合による強固な結合関係が与え
られるので、他の製造法、例えばライニング材として筒
状成形加工材を鋼製筒体内に機械的に嵌合固定する方法
に比べ、積層構造が堅牢で安定性にすぐれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱間静
水等方圧プレスにより形成される二軸シリンダのライニ
ング層は、２つの円弧面が交叉する山型部分２１、２１
にクラックを生じ易く、仕上機械加工時またはその後の
実使用過程でしばしばその部分に欠損が生じるという問
題がある。この山型突起部のクラックは、熱間静水等方
圧プレス後の冷却過程で生じる熱応力の作用に因るもの
と考えられるが、焼結温度から１００℃以下の温度に到
る冷却速度を例えば４０℃／Ｈｒないしそれ以下に抑え
た極く緩徐の冷却を行っても、上記クラックの発生を確
実に回避することは容易でない。そのクラック発生傾向
は、焼結材料の硬度が高いもの程著しくなり、殊に硬度
（ＨＲＣ）約６２以上の焼結層を、クラックを生じさせ
ずに形成することは至難である。本発明は上記問題を解
決することを目的としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、鋼
製筒体の内壁に熱間静水等方圧プレスにより形成された
焼結体からなるライニング層を有し、ライニング層の内
側面は、所定の軸間距離をおいて交叉する２つの円弧面
からなる二軸中空孔を形成している二層構造の二軸シリ
ンダにおいて、前記鋼製筒体の内壁面とライニング層と
の接合界面は、径方向断面が長円形状であることを特徴
としている。

【０００９】シリンダ外層材である鋼製筒体とその内壁
のライニング層である焼結体層との接合界面の断面形状
を長円形状とした本発明の二軸シリンダは、その形状効
果として、ライニング層の山型突起部に対する応力の作
用が緩和・解消されることにより、山型突起部の靱性が
高く、クラックの発生が防止され、高硬質材料からなる
ライニング層であっても、機械加工時や実使用過程にお
いて欠損等の生じ難い安定性が確保される。

【００１０】以下、本発明について実施例を示す図面を
参照して説明する。図中、前記図６、図７と同一部材に
は同じ符号を付している。図１は本発明の二軸シリンダ
の二層構造の径方向断面、図２はそのＩ−Ｉ矢視断面を
示している。図３は、図１の層形状の説明図である。

【００１１】図１に示した二軸シリンダにおけるライニ
ング層２０と鋼製筒体１０との接合界面の長円形状は、
図３に示すように、ライニング層２０の内側面である２
つの円弧面ｆ１、ｆ１のそれぞれを略同心円状に囲む２
つの半円弧面ｆ２、ｆ２の部分と、それらに対する共通
接平面ｆ３、ｆ３の部分とで形成されている。なお、ラ
イニング層２０の内側面は、２つの円弧面ｆ１、ｆ１が
交叉して二軸中空孔Ａを形成し、その交叉部が山型に突
出している点は、図６の従来タイプのそれとむろん異な
らない。

【００１２】本発明における上記接合界面の二軸間部分
ｆ３、ｆ３は、必ずしも共通接平面として図示したよう
な厳密な直平面であることを要しない。例えば、図３中
、鎖線ｆ３’、　ｆ３’で示したように、ゆるやかに内
方に湾曲した曲面であってもよい。その曲面の湾曲凹陥
の度合いは、例えば二軸間距離（Ｌ）に対する凹陥量（
ｄ）の比（ｄ／Ｌ）が約０．１程度以下であれば、本発
明の趣旨は何ら損なわれない。

【００１３】また、二軸間領域の接合界面の形状は、内
方に湾曲する曲面　ｆ３’、ｆ３’　とは反対に、共通
接平面ｆ３、ｆ３の外方に膨出湾曲する曲面としても構
わない。もっとも、膨出高さを余り大きくすると、その
部分のライニング層の層厚が不必要に厚くなるため、焼
結原料の無駄な消費となるだけでなく、その部分に対す
る熱間静水等方圧プレスの圧縮緻密化効果の低下を招く
ので、その膨出量の二軸間距離に対する比は約０．１程
度までとするのが適当である。

【００１４】本発明の二軸シリンダの製造は、鋼製筒体
１０として、その筒孔が長円形状に形成されたものを使
用する点を除いて、前記図６に示した従来タイプの二軸
シリンダの場合と同様の工程および条件に従って行なわ
れる。図４に示した鋼製筒体１０の筒孔は、芯金３０の
２つの円弧面３２、３２のそれぞれに対して同心円をな
す左右両側の半円弧面１２、１２の部分と、その共通接
平面１３、１３の部分とからなる長円形状が与えられて
いる。

【００１５】上記鋼製筒体１０の筒孔に芯金３０を挿入
し、両者の間隙内に焼結原料粉末Ｐを充填する。図５中
、５０、５０は粉末充填空間の上下両端を閉塞する蓋板
であり、溶接により鋼製筒体１０の両端面に接合される
。６０は蓋板５０に取付けた脱気管である。充填された
原料粉末層Ｐ内を、脱気管６０を介して真空吸引したの
ち、脱気管６０をプレス等で圧着（封止）して熱間静水
等方圧プレスに付し、焼結反応完了後、常温まで冷却降
温する。ついで芯金３０を抜去または機械加工等により
除去したうえ、焼結体層の内表面や鋼製筒体の外表面等
に適宜の仕上機械加工を施して目的とする二軸シリンダ
を得る。上記熱間静水等方圧プレスは、焼結原料粉末の
種類に応じてその処理条件（温度、加圧力、保持時間等
）を適宜設定し常法に従って行えばよく、焼結反応完了
後の冷却降温も、例えば４０℃／Ｈｒ　ないしそれ以下
の冷却速度で約１００℃以下の温度まで降温すればよく
、特別の制限や条件は加重されない。

【００１６】なお、本発明の二軸シリンダを製造するた
めの鋼製筒体１０と芯金３０との間に充填される焼結原
料粉末の層厚は、二軸間領域の部分とその左右両側の半
円弧部分とで厚薄の差異があり、二軸間領域の粉末層厚
は、半円弧部分のそれよりも大であるため、熱間静水等
方圧プレスにおいて、半円弧部分の粉末層に比べ、二軸
間領域の粉末層により大きい体積収縮が生じる。このた
め、鋼製筒体１０として、筒孔の二軸間の壁面が図４の
ように直平面１３、１３であるものを使用する場合、得
られる二軸シリンダの鋼製筒体とライニング層（焼結体
層）との接合界面の二軸間の形状は、鋼製筒体の当初の
直平面１３、１３と異なって、図３中、鎖線　ｆ３’、
ｆ３’　で模式的に示したようにわずかながら内方向に
凹陥湾曲した形状となる傾向がある。前述したように本
発明における接合界面の長円形状はこのような湾曲を伴
うものであって何ら支障えない。

【００１７】本発明の二軸シリンダにおけるライニング
層は、代表的にはニッケル系、コバルト系等の自溶性合
金をはじめ、耐食性・耐摩耗性等の要請に応じて設計さ
れる各種の成分構成を有する焼結合金層として形成され
るが、その他、金属とセラミック粒子（炭化物系、窒化
物系、酸化物系等）の混合体であるサーメット焼結体と
して、あるいはセラミック焼結体等として形成すること
もできる。

【００１８】

【実施例】（１）外層材（鋼製筒体） ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製筒体（外径：２３５ｍ
ｍ，長さ：３０００ｍｍ）。筒孔は、図４に示すように
左右に向い合う２つの半円弧面と二軸間の共通接平面と
からなる長円形。円弧面１２、１２の半径４６ｍｍ，二
軸間距離７６ｍｍ。

【００１９】（２）芯金 図４に示す断面形状を有する炭素鋼（Ｓ２５Ｃ）製柱状
体。 円弧面３２、３２の半径４１ｍｍ，二軸間距離７６ｍｍ
。

【００２０】（３）ライニング用焼結原料ニッケル系自
溶性合金粉末（Ｃｒ：１２〜１８％、Ｓｉ：２〜７％，
Ｂ：２．５〜４．５％、Ｃ：０．５〜１％、Ｆｅ：３〜
７％、Ｎｉ：Ｂａｌ）

【００２１】（４）熱間静水等方圧プレス鋼製筒体１０
とその筒内に挿入した芯金３０との間に焼結原料粉末Ｐ
を充填し、真空密封（１×１０−２Ｔｏｒｒ）したうえ
、熱間静水等方圧プレスを行う。温度：９２０〜１００
０℃、加圧力：１０００〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２　、
保持時間：２〜３Ｈｒ　。焼結反応完了後、冷却速度４
０℃／Ｈｒ　で、１００℃まで冷却。その後放冷。芯金
を機械加工により除去し、仕上機械加工を施す。

【００２２】上記工程により、焼結合金層をライニング
層とする二軸シリンダ（発明例）を得た（供試材本数：
３０本）。半円弧部のライニング層厚：３ｍｍ。ライニ
ング層の硬度（ＨＲＣ）：６３〜６５。

【００２３】比較材として、鋼製筒体１０の筒孔が、図
７に示すように芯金３０を略同心円状に囲む断面形状で
ある以外は、上記と同一の条件と工程により焼結合金層
をライニング層とする二軸シリンダ（従来例）を製造し
た（供試本数：３５本）。

【００２４】各供試材について、ライニング層のクラッ
クの有無を超音波探傷法により検査した。従来材の良品
歩留は５１％であり、これに対し発明例は１００％であ
った。

【００２５】

【発明の効果】本発明の二層構造の二軸シリンダは、二
軸中空孔のライニング層である焼結体層の靱性が高く耐
クラック性にすぐれ、機械加工時や実使用過程において
欠損等を生じ難い安定性を有している。また、この改良
された耐クラック性により、従来の二層構造形態では適
用困難ないし不可能とされていたような高硬質の材料を
用いてクラックのない健全な焼結体からなるライニング
層を形成することができ、ライニング層の材質の選択・
成分設計の自由度が大である。これにより、ライニング
層の耐食性、耐摩耗性等の一層の向上が可能となり、実
使用における耐用寿命の改善、メンテナンスの軽減、プ
ラスチック成形等の操業効率の向上等の効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二軸シリンダの実施例を示す径方向断
面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。

【図３】本発明の二軸シリンダの積層形状説明図である
。

【図４】本発明の二軸シリンダの製造要領説明図である
。

【図５】図４のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図６】従来の二軸シリンダを示す径方向断面図である
。

【図７】図６の二軸シリンダの製造要領説明図である。

【符号の説明】

１０　　鋼製筒体、２０　　ライニング層（焼結体層）
、３０　　芯金、Ａ　　二軸中空孔、Ｐ　　焼結原料粉
末。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼製筒体の内壁に熱間静水等方圧プレ
   スにより形成された焼結体からなるライニング層を有し
   、ライニング層の内側面は、所定の軸間距離をおいて交
   叉する２つの円弧面からなる二軸中空孔を形成している
   二層構造の二軸シリンダにおいて、前記鋼製筒体の内壁
   面とライニング層との接合界面は、径方向断面が長円形
   状であることを特徴とする二軸シリンダ。