JPS62273820A - プラスチツク成形装置用複合シリンダ - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明はエポキシ樹脂、ポリアセタール樹脂。

ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ふっ
素樹脂等の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はかなり
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
ている内診もある。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。その後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。しかし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
に高強度である為、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たものとして従来はＳＡＣ
ＭやＳＣＭ等の窒化シリンダが汎用されており、この素
材は低度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。そこで上記の様な苛酷な使用条
件に耐え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
に増大して籾ている。ところがこのパイメタリックシリ
ンダにも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、１０００〜１ｔｏｏ℃以下の融点を有
する成分系に限定される。

■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ぎ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φは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
ることがで各ない。

■遠心鋳造工程では母材も１２００℃程度の高温に加熱
される為、母材の機械的性質が損なわれることがある。

■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。

そこで本出願人は、内周面を一定の成分組成からなる耐
食・耐摩耗性合金で形成してなるプラスチック成形装置
用シリンダを先に提案した（特願昭５９−２６４１３７
参照）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら最近では、プラスチックの強度を向上する
ために無機質充填材（例えばガラス繊維等）の配合量を
増加する傾向にあり、上記出願に開示した合金でも数カ
月程度の使用でシリンダ内面の摩耗量が大きくなり、使
用で包なくなるという欠点があった。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであり
、その目的は耐食、耐摩耗性の優れた上記母合金に炭化
タングステン粉粒体を分散させることにより耐摩耗性を
さらに向上させたプラスチック成形装置用複合シリンダ
を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係るプラスチック成形装置用複合シリンダは平
均粒径２〜９μｍのＷＣ粉粒体を下記成分組成からなる
１００メツシュ通過粒度以下の合金粉粒体に８〜２５％
の割合い混合させてなる複合合金で内周面を形成した点
に要旨を有する合金組成 Ｃ：０．５〜１．５％ Ｓ　ｉ　：　１．０〜２．０％ Ｂ　　：０．５〜２．５％ Ｎｉ：ｌＧ　　〜２０　　％ Ｃｔ　：　２０　〜３０　　％ Ｗ：１０　〜２０　　％ Ｃｕ　：　０．５〜２．０％ 残部：Ｃｏ及び不可避不純物 ［作用］ 以下、本発明における構成要件設定の理由を詳細に説明
する。

まずシリンダ内周面の合金組成を定めた理由は下記の通
りである。

ＷＣの平均粒径：２〜９μｍ ＷＣの粒径が２μｍより小さい場合は、ＷＣと母合金と
を混合する際、母合金と母合金粉末の粒子間にＷＣ粒子
が凝集し易く、密度比が下り耐食性が劣化するおそれが
ある。

ＷＣの粒径が９μｍより大きい場合は、ＷＣ粒子の亀裂
が容易に起こり、その結果微小空孔が発生し密度比が下
り耐食性が劣化するおそれがある。

ＷＣの量：８〜２５％ ＷＣ粒子から８％未満であると耐摩耗性が付与されない
。一方ＷＣ粒子が２５％を超えるとＨＩＰ処理後の焼結
密度が下り、その結果硬度が低下し、耐摩耗性が付与さ
れず且つ密度比が下り耐食性が劣化するおそれがある。

次にシリンダ内周面の合金組成を定めた理由は下記の通
りである。

Ｃ：　０．５〜１．５％ ＣはＣｒ及びＷと炭化物を形成し耐摩耗性を高めるうえ
で欠くことので台ない元素であり、０．５％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１．５％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０．８〜１．２％である。

Ｓ　ｉ　：　１．０〜２．０％ 本発明に係るシリンダの作製は、例えば後述する如く所
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（ＨＩＰ）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、Ｓｌ
はアトマイズ処理時における合金溶浸の流動性を高め粉
末粒径を均一化する為の必須元素であり、１．０％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２．０％以下に抑
えなければならない。Ｓｔのより好ましい範囲は１．３
〜１．７％である。

Ｂ　：　０．５〜２．５％ 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せる為には０．
５％以上含有させなければならない。しかし２．５％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
点が過度に低下し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１．０〜２．０％で
ある。

Ｎｉ：１０〜２０％ ＮｉはＣｏマトリックス中に固溶用し耐食性及び靭性な
高める作用があり、目的達成の為には１０％以上含有さ
せなければならない。しかし２０％を超えるとＣｏマト
リックスの硬度が低下し耐摩耗性が悪くなる他、耐硝酸
腐食性も乏しくなる。Ｎｉのより好ましい含有率は１４
〜１８％である。

Ｃｒ：２０〜３０％ ＣｒはＢ及びＣと硼化物及び炭化物を形成すると共にＣ
ｏ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、２０％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３０％
以下に抑えなければならない。

Ｗ：１０〜２０％ 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２０％を超えると合金
が過度に硬質化し靭性が劣悪になる。

Ｃｕ　：　０．５〜２．０％ Ｃｕ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２．０％を超えると合金の靭性が劣悪
になる。

残部成分：Ｃｏ及び不可避不純物 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Ｃｏとする。尚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、ＡＩ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（１，０％程度以下）である限
り格別の悪影響を及ぼすことはない。

こうして得た合金粉末は次いで１００メツシュ通過粒度
以下に粒度が調整される。即ち本発明では、以下に詳述
する如くシリンダ本体と内面規制部材によって囲まれる
狭い空間に合金粉末を充填し脱気、ＨＩＰによる圧密化
を行なって内面強化層を形成するものであり、１００メ
ツシュ通過粒度を超える粗粒物が混入していると前記空
間への充填率を十分に高めることができず、ＨＩＰ処理
処理圧密不足となって内面強化層の耐摩耗性、耐食性及
び靭性が不足気味となる。殊にＡｒガスアトマイズ法を
適用した場合に生成する１００メツシュ通過粒度な超え
る粗粒物中には大籾な空隙を含むものが多数存在し、Ｈ
ＩＰによる圧密化が困難でＨＩＰ処理後も内面強化層内
に空隙が残存することとなり、満足のいく性能の内面強
化層が得られなくなる。

本発明においてはシリンダの少なくとも内周面側を上記
化学成分の合金で構成するもので、例えばシリンダ全体
を上記合金で形成することもで籾る。しかし該合金でシ
リンダ全体を作製しようとすると、 （ａ）射出時のシリンダ内圧は２０００気圧にも及ぶこ
とがあり、特に靭性不足となる恐れがある、 （ｂ）例えば内径３０ｍｎ＋すのシリンダでも外径は９
０ｍｍ＋程度と極めて厚肉にしなければならない為、高
価な上記合金だけでシリンダを作製することは得策と言
えない、 （ｃ）上記合金は極めて高強度である為外面側の機械加
工が困難である、 等の難点があるので、最も好ましいのはＳＣＭ４４０、
ＳＮＣＭ４３９，５ＵＳ３０４，５ＯＳ３１６・等の高
強度鋼材をバックメタル（シリンダ本体）とし、その内
周面に前述の耐食・耐摩耗性合金層を形成するのがよい
。

バックメタルの内周面に上記合金層を形成する方法も本
発明では特に限定されないが、最も一般的なのは粉末冶
金法を利用したＨＩＰ法であるので、この方法について
簡単に解説を加える。

まず上記化学成分の合金を真空溶解炉等で溶解し、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。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。

この合金粉末を分級して１００メツシュ粒度通過以下に
粒度調整し、例えば第６図に示す如く該粉末Ｐを鋼製バ
ックメタル１とカプセル２の間に万遍なく充填し、適度
の温度（３００℃前後）に加温しつつ真空脱気して内部
のガスを完全に除去した後カプセルを真空密封する。次
いでＨＩＰ法を適用してバックメタル１の内周面に合金
ライニング層を形成する。この場合の好ましいＨＩ　Ｐ
ＩＡ理条件は下記の通りである。

温　　　度：　９３０〜１０５０℃ 圧　　カニ９００〜１１００気圧 保持時間＝　　１〜４時間 しかして温度が９３０℃未満では合金粉末充填層の圧密
化が不十分で且つ拡散接合状態が悪くなり、合金層の靭
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９３０気圧未満では圧密化
が不十分となって合金層の靭性が乏しくなり、一方１１
００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、合金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時間以内とすべぎである。

［参考例］ 参考例１ 第１表に示す化学成分の合金を真空銹導溶解炉で溶製し
た後、Ａｒガスアトマイズ法によって粉末（１００メツ
シユ全通）とした、この合金粉末を用いて下記の条件で
ＨＩＰによる圧密化を行なった後試験片を採取し、次の
性能試験に供した。

＜ＨＩＰ条件〉 温　　　度：　９８０℃ 圧　　カニ１０００気圧 保持時間：　３時間 く耐摩耗性試験〉 上記で得た各合金を用い下記の条件で入超式摩耗試験及
び硬度測定を行なった。結果を第２表に示す。

試験条件 固定試験片二合金Ｎ０１１〜１６ 回転試験片：ＳＵＪ　　２　　（ＨＲＣ４５）摩擦速度
　：　０．６３ｍ　／　ｓｅｃ摩擦距離　：　４００ｍ 最終荷重　：　６．３　Ｋｇ 測定雰囲気二室温、乾燥状態 く耐食性試験〉 １６ａ＋ｍすＸ２０−の試験片を２０％塩酸、１５％硫
酸、１０％硝酸の各５０℃溶液に２４時間浸漬し、腐食
による減量を測定した。

結果を第３表に示す。

く抗折特性試験〉 ８ＩＩＩｌすＸ１００ｍｍの試験片を使用して支点間距
離８０■賜にて３点曲げ試験を行ない、破断荷重と最大
たわみ量を測定した。

第１〜４表より次の様に考えることができる。

合金Ｎｏ、１４〜１６は本発明の規定要件を充足する実
施例であり、耐摩耗性、塩酸、硫酸、硝酸に対する耐食
性、抗折特性の何れにおいても良好な結果が得られてい
る。これに対し合金Ｎｏ、　　１〜１３は桿定要件の何
れかを欠く比較例であり、何れかの性能に問題がある。

Ｎｏ、１：Ｃ量が不足する為耐摩耗性が極めて悪い。

Ｎｏ、２：Ｃ量が多過ぎる為耐食性が悪く且つ靭性（最
大たわみ量）も低い。

Ｎｏ、３：Ｓｉ量が多過ぎる為抗折特性が低い。

Ｎｏ、４：Ｂ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に低い
。

Ｎｏ、５：Ｂ量が多過ぎる為靭性が劣悪である。

Ｎｏ、６　：　Ｎ　ｉ量が不足する為耐食性が悪く靭性
もやや乏しい。

Ｎｏ、７　：　Ｎ　ｉ量が多過ぎる為耐摩耗性が悪く、
しかも耐硝酸腐食性が劣悪である。

Ｎｏ、８：Ｃｒ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に劣
悪である。

Ｎｏ、９：Ｃｒ量が多過ぎる為靭性が低い。

Ｎｏ、１０：Ｗ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に悪
い。

Ｎｏ、１１：Ｗ量が多過ぎる為靭性が極めて悪い。

Ｎｏ、１２：Ｃｕ量が不足する為、特に耐塩酸腐食性が
非常に悪い。

Ｎｏ、１３：Ｃｕ量が多過ぎる為靭性が低い。

参考例２ Ｃ：　１．０２％、Ｓｔ：１．６１ｉ％、Ｂ：１．７９
％。

Ｎ　ｉ　：　１３．８％、Ｃｒ：２５．１％、　Ｗ　４
１１．９％。

Ｃｕ　：　０．９９％、残部Ｃｏよりなる０合金１００
Ｋｇを真空溶解炉で溶製し、１４００℃で鋳型に鋳込ん
で粉末製造用のメルチインダストツクとした。これを再
び真空溶解炉で溶解し、Ａｒガスアトマイズ装置を用い
て微細な合金粉末とした。

この粉末を１００メツシユ（１４７μｍ）粒度通過以下
に分級し、第６図に示すバックメタル（ＳＣＭ４４０）
（内径ｒ２　：３Ｂｍｍφ、外径Ｒ：１１５ｍＩＩｌφ
、長さＪ２：９５０ａ＋ｍ）とカブセル（軟硬：厚さ２
＠１．内径ｒＩ　：２３ｍ５＋φ）の間に充填し、３０
０℃に加熱しながら１ＯＴｏｒｒで６時間真空脱気し、
内部のガスを完全に除去した後カプセルを真空密封した
。

これを９６０℃、１０００気圧、３時間の条件でＨＩＰ
成形したところ、合金粉末は１００％の密度に固まり、
バックメタルに完全に拡散接合した。この内面なホーニ
ング仕上げに付してカプセルを除去し、また外径を機械
加工仕上げすることにより、耐食性及び耐摩耗性のプラ
スチック成形用の複合シリンダが得られた。

［実施例］ 実施例１ 第５表に示す化学成分の母合金１００Ｋｇを真空誘導溶
解炉で溶製した後、１４００℃で鋳型に鋳込み粉末製造
用のメルチインダストツクとした後再び真空溶解炉で溶
製し、Ａｒガスアトマイズ法により合金微細粉末とし、
次いで１００メツシユに分級した。この合金微粉末と、
第５表にその配合割合を示すＷｅ粒粉末超硬硬球が半ば
満たされたステンレス製ボールミル中に媒溶剤のメチル
アルコールと共に入れ、約１５時間混合・乾燥を行なっ
た後真空加熱乾燥に付した。その後、温度９６０℃、圧
力１０００気圧、保持時間３時間で処理した後、試験片
を採取し以下の性能試験に供した。

く耐摩耗性試験〉 固定試験片二合金番号Ｎ００１〜１７ 回転試験片：ＳＵＪ　　２　　（ＨＲＣ４５）摩擦速度
　：　０．８３ｍ　／　ｓｅｅ摩擦距離　；　４００ｒ
ｎ 最終荷重　：　６．３　Ｋｇ 測定雰囲気二室温、乾燥状態 結果を第１図に示す。

本実施例の比摩擦量はいずれもＩ　Ｘ　１０−ｊａｒｓ
３７Ｋｇ−ｍ以下であり、第２表と比較しても本実施例
のものがすぐれていることは明らかである。第２図及び
第２表の硬さを比較しても同様である。

く密度測定〉 １０＋ｕ＋φｘｌｏｓｍの試験片を用いアルキメデス法
で測定し密度比を求めた。

結果を第３図に示す。

く耐食性試験〉 １６φ×２０園−の試験片を２０％塩酸、１５％硫酸、
１０％硝酸の各５０℃溶液に２４時間浸漬し腐食による
減量を測定した。

結果を第４図に示す。

実施例２ 実施例１において第１表に示したＮｏ、　７の合金を用
いて実施例１と同じ条件で混合乾燥後、この合金を第６
図に示すバックメタル（ＳＣＭ４４０）（内径ｒ、：３
２ｍｍφ、外径Ｒ：１２０ｍ１Ｉφ、長さＡ：９５０ｍ
ｍ）とカプセル（軟硬：内′　径ｒ、：２０■ｉφ、厚
さ２ｍｍｔ）の間に充填し、９６０℃、１０００気圧、
３時間の条件でＨＩＰ成形したところ、合金粉末は９９
．８％の密度に固まり、バックメタルに完全に拡散接合
し、しかもＷＣ粒子は均一分布している。カプセル除去
後この内面なホーニング加工し、外径を仕上げ加工する
ことにより特願昭５９−２６４１３７に開示した発明よ
りもさらに耐摩耗性の優れたプラスチック成形用の複合
シリンダが得られた。即ち、実施例２のもの（Ａ）とＷ
Ｃ無添加のもの（Ｂ）について耐摩耗性試験を行なった
。実施条件は実施例１の場合と同じとした。結果を第５
図に示す。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、最近のプラスチッ
クの強度向上のため無機質の充填量増加によるシリンダ
内面の耐摩耗性の要求に対し、耐食性に加え耐摩耗性を
従来のシリンダに比べ数倍向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における耐摩耗性を示す図、
第２図は同硬さを示す図、第３図は同密度比を示す図、
第４図は同耐食性を示す図、第５図は本発明の実施例２
における耐摩耗性を示す図、第６図は内面ライニング法
を示す概略縦断面説明図である。 Ｐ・・・合金粉末 １・・・バックメタル（シリンダ本体）２・・・カプセ
ル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 平均粒径２〜９μｍのＷＣ粉粒体を下記成分組成からな
   る１００メッシュ通過粒度以下の合金粉粒体に８〜２５
   重量％（以下単に％）の割合で混合させてなる複合合金
   で内周面を形成したことを特徴とするプラスチック成形
   装置用複合シリンダ。 合金組成 Ｃ：０．５〜１．５％ Ｓｉ：１．０〜２．０％ Ｂ：０．５〜２．５％ Ｎｉ：１０〜２０％ Ｃｒ：２０〜３０％ Ｗ：１０〜２０％ Ｃｕ：０．５〜２．０％ 残部：Ｃｏ及び不可避物