JP2000202607A - ダイカストマシン用プランジャスリ―ブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶湯に対する保温性及び耐熱衝撃性を備える
とともに、溶湯の落下部において過熱による損傷が生じ
にくいプランジャスリーブを提供する。 【解決手段】 本発明のダイカストマシン用プランジャ
スリーブは、複合構造を備え、金属製の外筒部１１と、
溶湯に対する耐食性を備えた合金鋼製の内筒部１９とか
ら構成される。外筒部１１の３００℃における熱伝導率
は、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下で
ある。内筒部１９の３００℃における熱伝導率は、１０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、そ
の厚さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。外筒部１１と
内筒部１９とは、互いに治金的に接合されている。好ま
しくは、内筒部１９を、ＳＵＳ６３０またはＳＵＳ６３
１（ＪＩＳ Ｇ ４３０５）の析出硬化系ステンレス鋼
で構成し、その内径面に窒化処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムある
いはマグネシウム合金用のダイカストマシンにおいて溶
湯受けと加圧シリンダを兼ねるプランジャスリーブの構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイカストマシンにおいて溶湯受
けと加圧シリンダを兼ねるプランジャスリーブには、Ｓ
ＫＤ６１（ＪＩＳ Ｇ ４４０４）などの熱間金型用合
金工具鋼が使用されていた。

【０００３】この様な熱間金型用合金工具鋼は、熱伝導
率が２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）と比較的高いので、プランジャ
スリーブ内に充填された溶湯（溶融金属）が短時間で冷
却され、特に、プランジャスリーブの内面と接触した溶
湯が凝固を始める。そのため、プランジャスリーブから
射出されて金型内に注入された後、すぐに溶湯が凝固す
ることによって、湯回り不良、湯境いなどの製品欠陥が
発生するという問題があった。特に、溶湯の充填量が少
ない薄肉成形品の製造の際、湯回り不良、湯境い、充填
不良などの製品欠陥が多く発生する傾向にあった。

【０００４】この様な問題を解決するために開発された
のが、セラミックス製の内筒部を鋼製あるいは金属製の
外筒部の中に嵌め込んで構成した複合構造のプランジャ
スリーブである（特開平２−１７９３４６号公報、特開
平５−０３８５６３号公報）。

【０００５】これらのセラミック製の内筒部は、熱伝導
率が低い（約２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））ので、溶湯に対する
保温性に優れ、上記の様な問題が生じにくい。従って、
ダイカスト製品の不良率を低減することができる。更
に、セラミックス製の内筒部は、アルミニウム溶湯に対
する耐腐食性に優れているので、溶湯の落下部において
侵食が生じにくい。

【０００６】しかし、セラミックス製の内筒部は、熱伝
導率が低いという上記の性質のために、溶湯の接触によ
って大きな熱応力が発生し、それによって、瞬時に破損
すると言う問題があった。

【０００７】この問題を解決するため、セラミックス製
の内筒部と鋼製の外筒部の間に応力緩和層を設けるなど
（特開平５−０５０２０４号公報）の改善がなされてい
るが、十分な効果は得られていない。これは、熱伝導率
が低く、靭性に乏しく、強度に対する信頼性が低いと言
うセラミックスの基本的な性質に起因する結果であり、
現状では有効な対策は見出されていない。

【０００８】セラミックス製の内筒部を用いたプランジ
ャスリーブのもう一つの欠点は、切削加工が難しく、加
工効率が低い研削加工に頼らざるを得ない点にあり、こ
のことが、このタイプのプランジャスリーブの製作コス
トを引き上げる要因となっている。

【０００９】この様なセラミックス製の内筒部を用いた
プランジャスリーブの欠点を補うために開発されたの
が、内筒部に熱伝導率が比較的高い合金鋼を、外筒部に
熱伝導率が比較的低い合金鋼（例えば、ＳＵＳ６３０、
ＳＵＳ６３１）を用いた二層構造のプランジャスリーブ
である（特願平１０−１０９４０８号）。

【００１０】しかし、このプランジャスリーブは、従来
のＳＫＤ６１による単層構造のプランジャスリーブと比
べると保温性に優れているが、保温性の効果が現れるの
が遅いので、溶湯の充填から射出までの間（２〜４秒
間）における保温性が十分ではない。

【００１１】そこで、溶湯の充填から射出までの間にお
ける保温性を高めたのが、金属溶湯に対する耐食性を備
え且つ熱伝導率が低い合金鋼（例えば、ＳＵＳ６３０、
ＳＵＳ６３１）で全体を構成したプランジャスリーブで
ある（特願平１０−１０７７５８号）。このプランジャ
スリーブは、溶湯の充填から射出までの間における保温
性に優れているので、湯回り不良、湯境い、充填不良な
どの製品欠陥が発生しにくい。従って、ダイカスト製品
の不良率を低減することができる。

【００１２】しかし、このプランジャスリーブにも、溶
湯の落下部の温度が高くなり過ぎて、その部分において
損傷が発生し易いと言う欠点がある。特に、プランジャ
スリーブの内容積に対して充填される溶湯量（以下、
「充填率」と記す）が大きい場合には、この現象が顕著
になり、プランジャスリーブの寿命を短くする。

【００１３】そこで、溶湯の充填から射出までの間にお
ける保温性を確保しつつ、溶湯の落下部の温度の過熱を
抑えるために開発されたのが、金属溶湯に対する耐食性
を備え且つ熱伝導率が比較的低い合金鋼（例えば、ＳＵ
Ｓ６３０、ＳＵＳ６３１）を内筒部に、熱伝導率が比較
的高い合金鋼を外筒部に用いた二層構造のプランジャス
リーブである（特願平１０−１０７７５６号）。

【００１４】このプランジャスリーブは、プランジャス
リーブに溶湯が充填されてから射出されるまでの比較的
短時間（２〜４秒間）における溶湯に対する保温性に優
れているが、その後は、放熱によってプランジャスリー
ブの温度が徐々に低下する。従って、保温効果を確保し
ながらプランジャスリーブ温度の上がり過ぎを防止する
ことができる。このプランジャスリーブにおいては、熱
伝導率が比較的低い内筒部の厚さが重要であり、薄過ぎ
ると射出前に温度が低下してしまい、厚過ぎるとプラン
ジャスリーブ温度が上り過ぎてしまうと言う問題があ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来のダイカストマシン用プランジャスリーブの問題点
に鑑み成されたもので、本発明の目的は、二層構造のダ
イカストマシン用プランジャスリーブにおいて、溶湯に
対する保温性及び耐熱衝撃性を備えるとともに、溶湯の
落下部において過熱による損傷が生じにくいプランジャ
スリーブを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のダイカストマシ
ン用プランジャスリーブは、３００℃における熱伝導率
が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の金
属材料からなる外筒部と、金属溶湯に対する耐食性を備
え、３００℃における熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以
上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の合金鋼からなり、厚さが１
ｍｍ以上５ｍｍ以下で、前記外筒部に対して治金的に接
合された内筒部と、から構成されたことを特徴とする。

【００１７】好ましくは、前記内筒部を、ＳＵＳ６３０
またはＳＵＳ６３１（ＪＩＳ Ｇ４３０５，１９９１）
の析出硬化系ステンレス鋼で構成し、その内径面に窒化
処理を施す。

【００１８】あるいは、前記内筒部を、Ｃ：０．１〜
０．５ｗｔ％、Ｓｉ：３〜７ｗｔ％、Ｎｉ：５〜１８ｗ
ｔ％、Ｃｒ：０．５〜８ｗｔ％、残部が実質的にＦｅか
らなる合金鋼で構成し、その内径面に窒化処理を施す。

【００１９】更に好ましくは、前記内筒部の内径面を、
金属炭化物、金属窒化物及び窒素の拡散層によって構成
する。

【００２０】本発明のダイカストマシン用プランジャス
リーブは、熱伝導率が比較的低い合金鋼で構成された内
筒部の厚さが、適正な範囲に設定されているので、溶湯
に対する保温性及び耐熱衝撃性を備えるとともに、溶湯
の落下部において過熱による損傷が生じにくい。

【００２１】

【発明の実施の形態】（例１）内筒部を、金属溶湯に対
する耐食性を備え且つ熱伝導率が比較的低い合金鋼で構
成した二層構造のダイカストマシン用プランジャスリー
ブを、下記の手順に従って作成した。なお、プランジャ
スリーブの保温性能の比較試験（後述）を行うため、表
１に示す様に、内筒部の厚さを、１ｍｍから６ｍｍの間
で６水準で変化させてサンプルを作成した。

【００２２】（イ）先ず、外筒部１１を、ＳＣＭ４４０
（ＪＩＳ Ｇ ４１０５）を用いて、図１に示す寸法で
機械加工により製作した。なお、外筒部１１の仕上加工
前の外径は１２５ｍｍ、内径は、表１に示す６水準の値
Ｄ１（公差：＋０．１〜＋０．２ｍｍ）である。また、
ＳＣＭ４４０の３００℃における熱伝導率は４１．８Ｗ
／（ｍ・Ｋ）である。

【００２３】（ロ）次いで、円柱部材１２（後に内筒部
となる部分）を、溶体化処理が施されたＳＵＳ６３０
（ＪＩＳ Ｇ ４３０５）を用いて、図２に示す寸法で
機械加工により製作した。なお、この円柱部材１２の外
径は、表１に示す６水準の値Ｄ１（公差：−０．１〜０
ｍｍ）である。 表１ 各サンプルの寸法 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− サンプル 内筒部の目標厚 外筒部の内径 Ｎｏ． Ｔ（ｍｍ） Ｄ１（ｍｍ） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− １ １ ７６ ２ １．５ ７７ ３ ２．５ ７９ ４ ４．０ ８２ ５ ５．０ ８４ ６ ６．０ ８６ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− （ハ）図３に示す様に、ＨＩＰ用封入缶１３の中に外筒
部１１を収容し、更に、外筒部１１の中に円柱部材１２
を挿入した。

【００２４】（二）図４に示す様に、ＨＩＰ用封入缶１
３に蓋１４を被せた後、ＨＩＰ用封入缶１３と蓋１４と
の間を溶接によってシールした。なお、蓋１４には、予
め、真空引き用パイプ１５が取り付けられている。

【００２５】（ホ）真空引きを行いながら、真空引き用
パイプ１５を潰して、溶接で封じた。

【００２６】（へ）ＨＩＰ装置（熱間静水圧加圧装置）
を用いて、全体を１０００気圧の下で１１００℃に加熱
し、外筒部１１と円柱部材１２とを一体に接合した。

【００２７】（ト）ＨＩＰの後、ＨＩＰ用封入缶１３を
切削除去し、次いで、図５に示す形状に機械加工を施
し、内筒部１９を形成するとともに、外筒部１１を仕上
げた。

【００２８】（チ）内筒部１９の内面に窒化処理を施し
た。このとき、窒化処理温度及び保持時間を調整するこ
とによって、内筒部１９を構成するＳＵＳ６３０材の時
効硬化も同時に行われた。なお、窒化処理された表面の
ビッカース硬度Ｈｖは、約１０００となった。

【００２９】（リ）最後に、内筒部１９の内面にホーニ
ング加工を施して、プランジャスリーブを完成させた。

【００３０】なお、上記の窒化処理（チ）の前に、内筒
部１９の内面に炭化処理を施して炭素を拡散させ、好ま
しくは、その後急冷して粒状の炭化物を形成し、その後
窒化処理を施せば、表面の硬度を更に高くすることがで
きる。これによって、耐摩耗性を一層向上させることが
できる。

【００３１】（例２） （イ）先ず、外筒部１１を、ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ Ｇ
４１０５）を用いて、図６に示す寸法で機械加工によ
り製作した。なお、外筒部１１の仕上加工前の外径は１
２５ｍｍ、内径は、８０ｍｍ（公差：＋０．１〜＋０．
２ｍｍ）である。

【００３２】（ロ）次いで、円柱部材１２を（後に内筒
部となる部分）を、溶体化処理が施されたＳＵＳ６３０
（ＪＩＳ Ｇ ４３０５）を用いて、図７に示す寸法で
機械加工により製作した。なお、この円柱部材１２の外
径は、８０ｍｍ（公差：−０．１〜０ｍｍ）である。

【００３３】（ハ）外筒部１１及び円柱部材１２の表面
を脱脂し、外筒部１１の中に円柱部材１２を挿入した
後、両端面で外筒部１１と円柱部材１２との境界部を電
子ビーム溶接でシールした。

【００３４】（二）次いで、ＨＩＰ装置（熱間静水圧加
圧装置）を用いて、全体を１０００気圧の下で１１００
℃に加熱し、外筒部１１と円柱部材１２とを一体に接合
した。

【００３５】（ホ）次いで、図８に示す形状に機械加工
を施し、内筒部１９を形成するとともに、外筒部１１を
仕上げた。

【００３６】（ト）内筒部１９の内面に窒化処理を施し
た。このとき、窒化処理温度及び保持時間を調整するこ
とによって、内筒部を構成するＳＵＳ６３０材の時効硬
化も同時に行われた。窒化処理された表面のビッカース
硬度Ｈｖは、約１０００となった。

【００３７】（チ）最後に、内筒部１９の内面にホーニ
ング加工を施して、プランジャスリーブを完成させた。

【００３８】（例３） （イ）先ず、外筒部１１を、図６に示す寸法で、ＳＣＭ
４４０（ＪＩＳ Ｇ４１０５）を用いて機械加工により
製作した。なお、外筒部１１の仕上加工前の外径は１２
５ｍｍ、内径は、８０ｍｍ（公差：＋０．１〜＋０．２
ｍｍ）である。

【００３９】（ロ）次いで、円柱部材１２を（後に内筒
部となる部分）を、Ｃ：０．４ｗｔ％、Ｓｉ：５ｗｔ
％、Ｎｉ：１１ｗｔ％、Ｃｒ：６ｗｔ％、残部は実質的
にＦｅ、からなる低熱伝導率を備えた合金の鍛造材を用
いて、図７に示す寸法で機械加工により製作した。な
お、この円柱部材１２の外径は、８０ｍｍ（公差：−
０．１〜０ｍｍ）である。

【００４０】その後、先に例１で示したものと同様の手
順で、プランジャスリーブを製作した。このときの、内
筒部の表面の窒化処理後の硬度Ｈｖは９２０であった。

【００４１】（溶湯の温度測定結果）先に示した例１の
条件によって製作された、内筒部の厚さ（Ｔ）が異なる
６種類のプランジャスリーブ（サンプルＮｏ．１〜６）
をコールドチャンバー方式のダイカストマシンに組み込
んで、アルミニウム合金の成形を行い、プランジャスリ
ーブに充填後の溶湯の温度変化を測定した。

【００４２】図９に、その結果を示す。なお、図９に
は、比較のため、従来の構造によるプランジャスリーブ
を用いた場合の溶湯温度の測定結果も、併せて示されて
いる。なお、比較のために用いた従来の構造によるプラ
ンジャスリーブは、ＳＵＳ６３０単層（サンプルＮｏ．
１１）、ＳＫＤ６１単層（サンプルＮｏ．１２）、内筒
部が厚さ２．３ｍｍのＳＫＤ６１で外筒部がＳＵＳ６３
０からなる二層構造のもの（サンプルＮｏ．１３）、及
び内筒部が厚さ１．０ｍｍのＳＫＤ６１で外筒部がＳＵ
Ｓ６３０からなる二層構造のもの（サンプルＮｏ．１
４）の４種類である。

【００４３】図９に示した充填後の溶湯温度の測定結果
から、溶湯の充填から射出までの間（２〜４秒間）にお
ける溶湯温度が、比較用のサンプル１３（内筒部：ＳＫ
Ｄ６１、厚さ２．３ｍｍ）よりも高い部分があり、且
つ、射出後（４秒以降）の溶湯温度が、比較用のサンプ
ル１４（内筒部：ＳＫＤ６１、厚さ１．０ｍｍ）よりも
低いものを、適正な構造とした。

【００４４】その結果、ＳＵＳ６３０からなる内筒部の
厚さが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の場合に、上記の適正な
範囲に入ることが判明した。

【００４５】これらのプランジャスリーブは、溶湯の充
填時には溶湯に対する保温効果に優れ、一方、射出後は
冷却性に優れているので、プランジャスリーブの温度が
上がり過ぎることがなく、従来のものと比較して長い寿
命が得られる。

【００４６】（寿命試験等の結果）先に例１で示したプ
ランジャスリーブのサンプルの内、サンプルＮｏ．３
（内筒部：ＳＵＳ６３０、厚さ２．５ｍｍ、外筒部：Ｓ
ＣＭ４４０）、及び、比較用にサンプルＮｏ．１１（Ｓ
ＵＳ６３０単層）とサンプルＮｏ．１３（内筒部：ＳＫ
Ｄ６１、厚さ２．３ｍｍ、外筒部：ＳＵＳ６３０）を、
コールドチャンバー方式のダイカストマシンに取り付け
て、アルミニウム合金でモーターのハウジングを鋳造し
た。ダイカストの条件は、使用材料：ＡＤＣ１２、湯
温：６７０℃、充填率（プランジャスリーブ内に占める
溶湯の割合）：４５％である。

【００４７】その結果、溶湯落下部の損傷によって、プ
ランジャスリーブが使用不能になるまでの期間が、サン
プルＮｏ．３では約１６万ショットであった。これに対
して、サンプルＮｏ．１１では約１３万ショット、サン
プルＮｏ．１３では約１４万ショットであった。従っ
て、サンプルＮｏ．３は、サンプルＮｏ．１１と比べて
約２０％寿命が長く、サンプルＮｏ．１３と比べて約１
４％寿命が長くなった。

【００４８】また、製品の良品率は、サンプルＮｏ．１
１と比べて２％、サンプルＮｏ．１３と比べて８％、向
上した。

【００４９】上記の様に、本発明に基づくプランジャス
リーブ（サンプルＮｏ．３）が、ＳＵＳ６３０の単層プ
ランジャスリーブ（サンプルＮｏ．１１）と比べて、長
い寿命を示したのは、プランジャスリーブ自体の温度上
昇量の相違に起因するものと推定される。

【００５０】即ち、溶湯落下部付近のプランジャスリー
ブの到達温度を測定したところ、本発明に基づくプラン
ジャスリーブでは２４０℃であったのに対して、ＳＵＳ
６３０単層のプランジャスリーブでは３５０℃であっ
た。ＳＵＳ６３０単層のプランジャスリーブは、本発明
のプランジャスリーブと比較して、温度が約１００℃高
くなるので、注入されたアルミニウム溶湯と反応し易く
なるので、損傷が早かったものと考えられる。これに対
して、本発明のプランジャスリーブは、内筒部のみに熱
伝導率の低い材料が使用されているので、放熱性に優
れ、そのため寿命が向上したと考えられる。

【００５１】また、プランジャスリーブ内の充填された
アルミニウム溶湯の温度（充填開始から２秒後の温度）
は、本発明のプランジャスリーブでは、従来の二層構造
のプランジャスリーブ（サンプルＮｏ．１３）と比べて
約２０℃高く、充填された溶湯に対する保温性に優れて
いるので、良品率が向上したと考えられる。

【００５２】

【発明の効果】本発明のプランジャスリーブは、金属溶
湯に対する耐食性を備え、充填された溶湯に対する保温
性に優れていると同時に、溶湯の射出後における放熱性
に優れている。この結果、従来の構造を備えたプランジ
ャスリーブと比較して、寿命が長く且つ製品の良品率も
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図２】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図３】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図４】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図５】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図６】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の他の例を説明する図。

【図７】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の他の例を説明する図。

【図８】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の他の例を説明する図。

【図９】プランジャスリーブの中に溶湯を充填した後の
溶湯温度の測定結果を示す図。

【符号の説明】

１１・・・外筒部、 １２・・・円柱部材、 １３・・・ＨＩＰ用封入缶、 １４・・・蓋、 １５・・・真空引きパイプ、 １９・・・内筒部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３００℃における熱伝導率が２５Ｗ／
   （ｍ・Ｋ）以上５２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の金属材料から
   なる外筒部と、 金属溶湯に対する耐食性を備え、３００℃における熱伝
   導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下
   の合金鋼からなり、厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、前
   記外筒部に対して治金的に接合された内筒部と、 から構成されたことを特徴とするダイカストマシン用プ
   ランジャスリーブ。
2. 【請求項２】 前記内筒部は、ＳＵＳ６３０またはＳＵ
   Ｓ６３１（ＪＩＳＧ ４３０５）の析出硬化系ステンレ
   ス鋼であって、その内径面に窒化処理が施されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシン用プ
   ランジャスリーブ。
3. 【請求項３】 前記内筒部は、Ｃ：０．１〜０．５ｗｔ
   ％、Ｓｉ：３〜７ｗｔ％、Ｎｉ：５〜１８ｗｔ％、Ｃ
   ｒ：０．５〜８ｗｔ％、残部が実質的にＦｅからなる合
   金鋼であって、その内径面に窒化処理が施されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシン用プ
   ランジャスリーブ。
4. 【請求項４】 前記内筒部は、その内径面が金属炭化
   物、金属窒化物及び窒素の拡散層によって構成されてい
   ることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のダ
   イカストマシン用プランジャスリーブ。