JPS61143547A - プラスチツク成形装置用シリンダ - 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】 〔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〕

上記の様なグラスチック材の射出又は押出成形はかな〕
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ｐ後シリンダ内部は常時腐゛食環境に曝らされ
ることとなシ、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＋ＳＣＭ等の窒化シリンダが汎用されてお）、この素
材は低摩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０．１　ｍｍ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）、１０００〜１１００℃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）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）
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〕

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであシ
、その目的は前述の如き苛酷な成形条件にも十分適合し
得る耐食性及び耐摩耗並びに靭性を備えたシリンダを提
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シリンダの構成は
、少なくとも内周面を下記化学成分の耐食・耐摩耗性合
金で形成してなるとζろに要旨が存在する。

Ｃ：Ｏ，Ｓ〜１．５％ Ｓｉ：１．０〜λ０チ Ｂ：０．５〜２．５チ Ｎｉ：１０〜２０ｑ６ Ｃｒ：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合金成分を定めた理由を明確、にす
ると共に、シリンダの具体的な作製法等について解説す
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
シである。

Ｃ：Ｏ，Ｓ〜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
で欠くことのできない元素であシ、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のよシ好ましい含有率は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）等によシ所定の
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シ、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、Ｓｉのよシ好ましｂ範囲は１．３
〜１．７チである。

Ｂ：０．５〜２．５チ 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
用があシ、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チを
超えると合金の靭性が低下するばかシでなく、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）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し耐食性及び靭性を高
める作用があシ、目的達成の為には１゜チ以上含有させ
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。

Ｎｆのより好ましい含有率は１４〜１８チである。

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マトリックス中罠固溶し、耐食性及び耐摩耗性を高め
るうえで不可欠の元素であシ、２゜チ未満ではこれらの
効果が有効に発揮されず、特忙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、ｘｏチ未満ではそれらの効
果が十分に発揮されない。しかし２０条を超えると合金
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チ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ＰｔＳ、
Ｆｅ、ＭｎｔＡｌ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
シ格別の悪影響を及ぼすことはない。

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きる。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
とがあシ、特に靭性不足となる恐れがある、 （ｂ）例えば内径３０ｍｍφのシリンダでも外径は９゜
胴φ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　
、ＳＮＣＭ４３９，５ＵＳ３０４，５ＵＳ３１６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。もつ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（例えば１００メツシユ以下に粒度
調整）し、例えば第１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２０間に万偏なく充填し、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ＨＩＰ処理
条件は下記の通シである。

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シ、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−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）、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シ、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時間以内とすべきである。

〔実施例〕

実施例１ 第１表に示す化学成分の合金を真空誘導溶解炉で溶製し
た後、Ａｒガスイ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つ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 保持時間二　３時間 〈耐摩耗性試験〉 上記で得た各合金を用い下記の条件で大越式摩耗試験及
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ＮＩＩＬ１〜１６ 回転試験片：ＳＵＪ　　２　　（ＨＲＣ４５）摩擦速度
　：　０．６３　ｍ／ｓｅＣ 摩擦距離　：　４００ｍ 最終荷重　：６．３ｋｇ 測定雰囲気：室温、乾燥状態 第　　　２　　　表 〈耐食性試験〉 １６ｍｍφＸ２０ｍｍ０試験片を５０％塩酸、３゜チ硫
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。

〈抗折特性試験〉 ８ｍｍφＸ１００ｍｍの試験片を使用して支点間距離８
０ｍｍ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表よシ次の様に考えることができる。

合金ＦＪｎ１４〜１６は本発明の規定要件を充足する実
施例であシ、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Ｎ１１ｌ〜１３は規定要件の何れか
を欠く比較例であ〕、何れかの性能に問題がある。

ｍｌ：ｃ量が不足する為耐摩耗性が極めて悪い。

Ｎ１２　：　Ｃ量が多過ぎる為耐食性が悪く且つ靭性性
（最大たわみ量）も低い。

Ｎｎ３：Ｓｉ量が多過ぎる為抗折特性が低い。

ｋ４　：　Ｂ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に低い
。

ｍ５：Ｂ量が多過ぎる為靭性が劣悪である。

１１＆１６：Ｎｉ量が不足する為耐食性が悪く靭性もや
や乏しい。

Ｎｎ７：Ｎｉ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。

１１１Ｉ１８：ｃｒ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共
に劣悪である。

Ｎ１１Ｌ９：ｃｒ量が多過ぎる為靭性が低い。

’Ｎｌｌ０：Ｗ量が不足する為耐食性、耐摩耗性共に悪
い。

ＦｋＬｉｌＳ　Ｗ量が多過ぎる為靭性が極めて悪い。

Ｎａ１２：Ｃｕ量が不足する為、特に耐塩酸腐食性が非
常に悪い。

Ｎ１１３：Ｃｕ量が多過ぎる為靭性が低い。

実施例２ Ｃ：　１．０２ｔｓｔｓｉ：１．６６ｔｓ、Ｂ：１−７
９１＊Ｎｉ：１３．８％−Ｃｒ：２ｓ、ｌ＊ｔｗ：１１
−９％＊　Ｃｕ：０．９９チ、残部ＣＯよシなる合金１
００ｋｇ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ティングストックとした。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）以下に分級し
、第１図に示した様なパックメタル（Ｓ０Ｍ４４０）と
カプセル（軟鋼：２ｍｍｔ）（寸法は第１図に示した通
シ）の間に充填し、３００℃に加熱しなから１０　Ｔｏ
ｒｒ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％０℃、１０００気圧、３時間の条件でＨＩＰ成
形したところ、合金粉末は１００％の密度に固まシ、バ
ックメタルに完全に拡散接合した。この内面をホーニン
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シ、耐食性及び耐摩耗性並びに靭
性の何れにおいても優秀なプラスチック成形用の複合シ
リンダが得られた。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されておシ、プラスチック材の
射出、押出成形における苛酷な条件にも十分に耐える耐
食性、耐摩耗性及び靭性を備えた複合シリンダを提供し
得゛ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で採用した熱間静水圧加圧法による内面
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・・・パックメタル（シリンダ本体）２・・・カプセ
ル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内周面を下記化学成分からなる耐食・耐摩耗性合
   金で形成してなることを特徴とするプラスチック成形装
   置用シリンダ。 Ｃ：０．５〜１．５％（重量％：以下同じ） 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及び不可避不純物