JPS62235402A - プラスチック成形装置用シリンダの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合中空部材の製造方法に関し、詳細には各種
プラスチック材の射出酸形成は押出成形等に使用される
耐食性及び耐摩耗性の優れたシリンダ、その他ノズルや
複合金属管等の複合中空部材の製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 上記の様なプラスチック材の射出又は押出成形ほかなり
の高温条件下で行なわれる為、一部原料の熱分解は回避
しきれず多少の腐食性ガスが生成することは当然視され
ている向きもある。特に難燃化を期してハロゲン含有化
合物を配合した場合には大量のハロゲン含有ガスが発生
する。その場合シリンダ内部は常時腐食環境に曝らされ
ることとなり、シリンダには高レベルの耐食性が要求さ
れる。また成形時に負荷される圧力は相当高く、且つ強
度向上の為に配合されることの多い無機質充填材は非常
の高強度である為シリンダには高レベルの耐摩耗性も要
求される。

この様な要求特性を一応備えるものとして従来はＳＡＣ
ＭやＳＣＭ等の窒化シリンダが汎用されており、この素
材は低順で製造が容易であるといった特徴も有している
。しかしながら窒化による硬化層が０．１ｍｍ程度と極
めて薄い為、必ずしも十分な耐食性及び耐摩耗性を発揮
しているとは言えない。そこで上記の様な過酷な使用条
件に耐え得るシリンダとして遠心鋳造によるパイメタリ
ックシリンダが開発され、これは従来のシリンダに比べ
て格段に優れた性能を有しているところから、需要が急
激に増大してきている。ところがこのパイメタリックシ
リンダにも問題点がない訳ではなく、下記の様な種々の
問題点が残されている。

■遠心鋳造法では製法上の制約からライニング合金の融
点に限界があり、１０００〜１１００℃以下の融点を有
する成分に限定される。

■遠心鋳造法では耐摩耗性改善の為ＷＣ等の高硬度物質
を強化材として添加するが、これらの強化材はマトリッ
クス成分に比べて比重が大きい為ライニング層の内部へ
偏析し易く、摺動面となる内周表面側の存在量は極めて
僅かである。

■遠心鋳造工程で溶融した合金は当然のことながらバッ
クメタル（シリンダ本体を構成する鋼材）と接触するが
、合金層にはバックメタルから相当量の鉄分が混入して
くる為期待されるほどの耐食性は得られない。

■小径のシリンダでは十分な遠心力が得られない為、シ
リンダ本体に対するライニング材の接合性を十分に高め
ることができない。

■遠心鋳造により形成されるライニング合金層は鋳造組
織である為成分偏析が著しく且つ金属間化合物はかなり
粗大化している。その為ライニング層の強度及び靭性は
良好とは言えず、耐食性や耐摩耗性も不均一である。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記遠心鋳造法においては、上述の各問題点に加え次の
様な問題、即ち例えばプラスチック成形装置用シリンダ
における原料供給口の様に、シリンダ軸に対して垂直方
向に穿設された透孔を有する場合において、該透孔の内
周面にライニング層を形成するのは原理的に困難である
という問題があった。この様な透孔にライニング層を形
成する方法として、肉盛溶接による方法が知られている
。しかしながら肉盛溶接による方法においても、シリン
ダのバックメタルの溶融部とライニング合金が溶接熱に
よって融合してしまい、或は融合に至らずとも合金元素
の拡散が生じ複合中空部材の本来的機能である耐食摩耗
の効果を発揮し得なくなると言った別の問題点が指摘さ
れる。しかも溶接境界部での割れ発生の危険性もある。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は原料供給口を有するシリンダの様に複雑
な形状を有する複合中空部材であってもその内面にライ
ニング層を容易に形成できると共に、前述した様な従来
技術の持つ問題点を一掌に解決し得る様な複合中空部材
の製造方法を提供する点にある。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る複合中空部材の製造方法とは、周壁の適所
に透孔を有する金属管内に、周方向間隙を残して第１金
属中子を挿入すると共に、前記透孔内に周方向間隙を残
して第２金属中子を挿入し、前記第１金属中子、第２金
属中子及び金属管の間に形成された前記間隙内に原料粉
末を充填した後、当該充填部を脱気、密封後ＨＩＰ処理
する点に要旨を有するものである。

［作用コ 本発明は上述した如く構成されるが、要は周方向の適所
に透孔を有する金属管において、前記透孔及び金属管内
に周方向間隙を残して個別的に金属中子を挿入し、前記
間隙内に原料粉末を充填した後ＨＩＰ処理をすることに
よって金属管及び透孔の内周面に耐食・耐摩耗性に優れ
たライニング層を形成するものであり、従来技術の持つ
問題点を一挙に解決することができた。そして本発明は
、特に原料供給口を有するプラスチック射出成形用シリ
ンダの様な複雑な形状を有する複合中空部材に適用する
場合を想定してなされたものであって、この様な場合に
はその効果が顕著に現われる。ここで用いられる原料粉
末としては、金属粉末又はセラミックス粉末のいずれを
使用した場合であっても有効であるが、夫々の場合にお
ける各要件を挙げると下記の如くである。

本発明で用いられる金属粉末の組成は全く制限されない
が下記に示す化学成分からなる耐食・耐摩耗性合金粉末
を一例として挙げることができる。

く金属粉末の化学成分の一例〉 Ｃ：０．１〜２％（重量％、以下同じ）＋Ｓｉ：０．５
　〜３％ Ｂ　　　：０．５　〜３％ Ｃｒ：１０〜４０％ Ｗ　　：　１０〜３０％ Ｃｕ　　：　　０．５　〜３％ 残部：Ｎｉ　：及び／若しくはＣＯ 上記化学成分範囲は耐食・耐摩耗性を考慮したものであ
るが、夫々の成分範囲を限定した理由は下記の通りであ
る。

Ｃ：　０．１〜２％ ＣはＣｒ及びＷと炭化物を形成し耐摩耗性を高めるうえ
で欠くことのできない元素であり、０．１％未満では上
記の効果が有効に発揮されない。但しＣが多過ぎると耐
食性及び靭性が乏しくなるので２％以下に抑えなければ
ならない。Ｃのより好ましい含有率は０．５〜１．５％
である。

Ｓｉ＋０．５〜３％ 本発明に係るシリンダの作製は、後述する如く所定化学
成分の合金溶湯からアトマイズ法によって合金粉を得た
後、熱間静水圧加圧法（ＨＩ　Ｐ）等により所定の寸法
・形状に成形することによって行なわれるが、Ｓｉはア
トマイズ処理時における合金溶湯の流動性を高め粉末粒
径を均一化する為の必須元素であり、０．５％未満では
こうした効果が有効に発揮されない。しかし多過ぎると
靭性に顕著な悪影響を及ぼすので３％以下に抑えなけれ
ばならない。Ｓｉのより好ましい範囲は１〜２％である
。

Ｂ　：　０．５〜３％ ＢはＣｒやＷと硼化物を形成し耐食性及び耐摩耗性の向
上に寄与すると共にＮｉ又はＣｏマトリックスの硬さを
高める作用があり、これらの作用を有効に発揮される為
には０．５％以上含有させなければならない。しかし３
％を超えると合金の靭性が低下するばかりでなく、合金
の融点が過度に低下レアトマイズ作業及びＨＩＰ作業が
困難になる。Ｂのより好ましい含有率は１〜２％である
。

Ｃｒ　：　１０〜４０％ ＣｒはＢ及びＣと硼化物及び炭化物を形成すると共にＮ
ｉ又はＣｏマトリックス中に固溶し、耐食性及び耐摩耗
性を高めるうえで不可欠の元素であり、１０％未満では
これらの効果が有効に発揮されず、特に耐硝酸腐食性が
劣悪になる。しかし多過ぎると合金の靭性が低くなるの
で４０％以下に抑えなければならない。

Ｗ：１０〜３０％ ＷはＢ及びＣと硼化物及び炭化物を形成し耐食性及び耐
摩耗性を高める作用があり、１０％未満ではそれらの効
果が十分に発揮されない。しかし３０％を超えると合金
が過度に硬質化し靭性が劣悪になる。

Ｃｕ　：　０．５〜３％ ＣｕはＮｉ又はＣｏマトリックス中に固溶し、特に耐塩
酸腐食性の向上に寄与する。０．５％未満ではその効果
が有効に発揮されず、一方３％を超えると合金の靭性が
劣悪になる。

１τ部繭Ｇ：Ｎｉ乃び／をしくはｃ。

マトリックス成分として最低限の耐食性及び耐摩耗性を
確保する為、残部成分はＮｉ及び／若しくはＣＯとする
。尚ＮｉやＣＯ或は上記必須合金成分の配合に伴ない不
可避不純物としてｐ、ｓ。

Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｔ等が微量混入してくることがあるが、
これらは何れも不純物量（１％程度以下）である限り格
別の悪影響を及ぼすことはない。

一方セラミックス粉末としても何ら限定されるものでは
ないが、Ａｕ２０３やＰＳｚ等の酸化物基のものを例示
することができる。

［実施例］ 第１図は本発明方法に従って製造される鋼製シリンダ１
の概略説明図であり、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線
矢視断面図、第３図は第１図のＩＩＩ　−ＩＩＩ線矢視
断面図である。鋼製シリンダ１の本体を構成する金属管
（以下バックメタルと呼ぶ）２の周壁の適所には、透孔
３が形成されている。該透孔３は、鋼製シリンダ１をプ
ラスチック射出成形用シリンダと想定した場合に、原料
供給口となる部分である。バックメタル２の円柱状中空
部４内には、筒状の第１金属中子５が周方向間隙６を残
して中空部４と同軸に挿入される。前記中空部４の上部
は、脱気用を兼ねた粉末充填用パイプ７を設けた上蓋９
で密封され、中空部４の下部は下蓋１０で密封される。

中空部４内に挿入された第１金属中子５の上部は、コー
ン分配器１２で密封されると共に、第１金属中子５の下
部は前記下蓋１０と溶接接続される。尚図中参照符号１
５〜１８で示した部分は、溶接された各箇所を示してい
る。

一方透孔３内には、大略有底筒状の第２金属中子２０が
周方向間隙２１を残してその底が内方となる様に挿入さ
れる。そして第２金属中子２０と一体的に形成された外
向きフランジ部２０ａを、透孔３の周縁部に溶接部２４
で溶接固定することによって透孔３は密封される。

バックメタル２としてはＳＣＭ　４４０　　ＳＮＣＭ　
４３９　。

５ｔｌＳ　３０４　、５ｔｌＳ　３１Ｂ等の高強度鋼材
を使用するのがよく、第１金腐中子５．第２金属中子２
０．上蓋９．下蓋１０及びコーン分配器１２等は安価な
軟鋼で十分である。尚これらの各部材は、前記間１ｓ１
６．２１に面する側を十分に脱脂、清浄化した後ＴＩＧ
溶接等より組付ければよい。

次いで原料粉末充填工程に移るが、その前にリークテス
トを行なって密封状態を確認しておくのがよい。リーク
量が多い場合は補修溶接を行なう必要がある。

リークテストを終えた後は、粒度調整を終えた原料粉末
を充填用パイプ７から前記間隙６．２１内へ万遍なく充
填する。充填に当っては、透孔３の間隙２１内にも原料
粉末が十分充填される様に組立体を傾斜しつつ且つ適度
な振動を加えることによって充填の均一度を向上するこ
とができる。

尚間隙２１への原料充填状態を良好にする為の手段とし
て、第２金属中子２０のフランジ部２０ａを一体的に形
成せず間隙２１部分へ原料粉末を充填した後任意の蓋部
材を用いて第２金属中子２０を溶接固定して密封するこ
とも考えられる。しかしながら原料粉末を充填した後に
リークテストを行なうことは好ましいことではなく、該
構成を採用するのは不適切である。

原料粉末の充填完了後は適度の温度（３００℃前後）で
加熱しながら真空引きし、間隙６．２１内のガスを完全
に除去した後真空状態に保って密封する。こうして原料
粉末の充填と脱気・密封を終えた組立体を通常のＨＩＰ
装置内へ挿入して）（ＩＰ処理を行なう。ＨＩＰ処理の
条件については後述する。

この様にしてＨＩＰ処理を行なった後は上端及び下端を
切断除去し、更にＢＴＡ処理及びホーニング等の仕上げ
加工に付して第１金属中子５及び第２金属中子２０を除
去することにより、内面に強固なライニング層が形成さ
れた複合中空部材を得ることができる。尚透孔３と中空
部４の間は、ＨＩＰ処理した直後にはライニング層で遮
断されているが、ＨＩＰ処理後機械加工によってその部
分を除去し、相互に連通ずるようにする必要がある。

本発明で用いられる原料粉末としては何ら限定されるも
のではないのは前述した通りであるが、金属粉末を用い
るのが最も一般的である。金属粉末を用いる場合は上記
した様な化学成分の合金を真空溶解炉で溶解し、アトマ
イズ装置（通常はＡｒガス使用）を用いて微細な合金粉
末を得ることができる。もっとも合金の粉末化はアトマ
イズ法に限定されず、他の方法を採用することも勿論可
能である。本発明ではこの様な合金粉末を分級（例えば
１００メツシユ以下に粒度調整）し原料粉末として使用
する。そして金属粉末を用いた場合の好ましいＨＩＰ処
理条件は下記の通りである。

温度：９３０〜１０５０℃ 圧　力　：　９００〜１１００気圧 保持時間＝１〜４時間 しかして温度が９３０℃未満では金属粉末充填層の圧密
化が不十分で且つ拡散接合状態が悪くなり、ライニング
層の靭性劣化や剥離を生じ易くなる。一方１０５０℃を
超えるとバックメタルの結晶粒が粗大化し機械的性質が
悪化する傾向が生ずる。また圧力が９００気圧未満では
圧密化が不十分となってライニング層の靭性が乏しくな
り、一方１１００気圧を超えても密度比はそれ以上向上
しないので、経済性を考えれば１１００気圧以下に抑え
るのがよい、保持時間が１時間未満では圧密化が不十分
で且つ拡散接合状態も不十分となり、ライニング層の靭
性劣化及び剥離が生じ易くなる。但し保持時間が長過ぎ
るとバックメタルの結晶粒が粗大化して機械的性質に悪
影響が現われてくるので４時間以内とすべきである。

一方セラミック粉末は熱分解法等の通常の方法で容易に
得ることができるが、セラミック粉末を用いる場合には
金属粉末を用いる場合に比べてＨＩＰ処理条件をより高
温・高圧にする必要がある。即ちセラミック粉末は金属
粉末と比べて圧密化しにくく、セラミック粉末を原料粉
末として用い強固なライニング層を得る為には温度を１
３００℃程度及び圧力を１５００気圧程度にする必要が
ある。

上述した実施例では第１金属中子５及び第２金属中子２
０の形状を夫々筒状及び有底筒状とじたけれども、これ
らの部材の形状は何ら限定するものではなく、例えば中
実の円柱状であってもよい。むしろ形成されるライニン
グ層の寸法精度からすれば、中実の金属中子を用いるの
が好ましい。

尚第２図及び第３図において、透孔３の中心軸２５はバ
ックメタル２の中心軸２６に対してずれているが、これ
は一般的なプラスチック射出成形用シリンダの原料供給
口においてはその機能性からバックメタル２の中心１１
ｉｔｈ２６からはずして形成されており、図面において
もそれに対応させて示しただけである。従って透孔３の
位置及び形状は図に示したものに限定されないのは言う
迄もない。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を採用する
ことによって、？３ＩＨな形状を有する複合中空部材で
あってもその内面に強固なライニング層を容易に形成す
ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って製造される鋼製シリンダ１の概
略説明図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線矢視断面図
、第３図は第１図のＸ■−ｆＨ線矢視断面図である。 １・・・鋼製シリンダ　　　２・・・バックメタル３・
・・透孔　　　　　　　４・・・中空部５・・・第１金
属中子　　　６．２１・・・周方向間隙９・・・上蓋　
　　　　　　ｌＯ・・・下蓋２０・・・第２金属中子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周壁の適所に透孔を有する金属管内に、周方向間隙を残
   して第１金属中子を挿入すると共に、前記透孔内に周方
   向間隙を残して第２金属中子を挿入し、前記第１金属中
   子、第２金属中子及び金属管の間に形成された前記間隙
   内に原料粉末を充填した後、当該充填部を脱気、密封後
   ＨＩＰ処理することを特徴とする複合中空部材の製造方
   法。