JPH03264607A - 射出、押出成形機用複合シリンダ、スクリュウの製造方法 - 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、射出、押出成形機用複合シリンダ、スクリュ
ウの製造方法に関し、プラスチック、セラミックス、磁
性粉末および金属粉末用の射出、押出成形機に用いる複
合シリンダ、スクリュウを製造するためのものである。

（従来の技術とその課題） 一般に、プラスチックの射出、押出成形機用シリンダ、
スクリュウ材としてはＳＡＣＭやＳＣＭ鋼材を用いた窒
化シリンダ、スクリュウが汎用されている。これらの鋼
材は、低順で製造が容易であるといった特徴を有してい
る。しかし、窒化による硬化層が０．１ｍｍ程度と極め
て薄いため、必ずしも充分な耐摩耗性を発揮していると
は言い難い。

またプラスチック成形時の腐食性ガスの発生に対し、充
分な耐食性を持っていない。

ところで、近年、プラスチック材の高機能化のため、ハ
ロゲン含有化合物やガラス繊維等のフィラーが多量添加
されている。さらに、射出、押出成形技術の進歩により
、セラミックス、磁性粉末および金属粉末も成形される
ようになり、従来の窒化鋼製シリンダ、スクリュウでは
耐食、耐摩耗性が劣り、シリンダ内面、スクリュウ刃部
が早期に摩耗し、実操業上、多大な問題点をかかえてい
るのが現状である。したがって、耐食、耐摩耗性に優れ
た材料が要求されている。

このような要求に対し、以下の（１）〜（５）方法が実
用化されているが、その各々に問題点がある。

（１）　　硬質Ｃｒメツキ処理 耐食性は優れるがメツキ層厚が０　、５　ｍｍ以下であ
り、耐摩耗性に難点がある。またメツキ部と母材界面と
の接合強度が弱く、メツキ部の剥離の危険性がある。

（２）肉盛溶接による耐食、耐摩耗合金のライニング 鋳造、凝固組織のため、成分偏析が著しく、かつ晶出物
は粗大化し、ライニング層の強度、靭性は良好とは言え
ず、耐食、耐摩耗性も不均一である。また、溶融、凝固
に伴うライニング層の収縮により、シリンダ内面、スク
リュウ刃部に、過大な引張応力が残留し、シリンダ、ス
クリュウの加工中、および射出、押出成形中にライニン
グ層が割れる等の事故が発生する場合がある。さらに、
小径シリンダの内面はライニング出来ない等の施工上の
制約条件がある。

（３）溶射法による耐食、耐摩耗合金のライニングライ
ニング層の気孔率が５〜１０％あり、耐食性が不均一で
ある。また、母材との接合強度が弱く、早期に、ライニ
ング層の剥離の危険性がある。さらに、小径シリンダの
内面はライニング出来ない等の施工上の制約条件がある
。

（４）遠心鋳造法による耐食、耐摩耗合金のライニング 遠心鋳造中、溶融したライニング合金により、バックメ
タルから相当量の鉄分が混入し、耐食性が劣る。また、
鋳造、凝固組織のため、成分偏析が著しく、かつ晶出物
は粗大化し、ライニング層の強度、靭性は良好とは言え
ず、耐食、耐摩耗性も不均一である。さらに、小径シリ
ンダの内面およびスクリュウには、ライニング出来ない
等の施工上の制約条件がある。

（５）ＨＩＰ（熱間等方圧加圧）法による耐食、耐摩耗
合金のライニング この方法は既に、特開昭６１−１４３５４７号公報に開
示しているように、前述した方法による問題点はなく、
シリンダ内面およびスクリュウ刃部に耐食、耐摩耗性に
優れた合金をライニングできる。ＨＩＰ法の特徴として
前述した方法に比べ、ライニング合金の選択自由度が高
く、ライニング合金粉末を同相域にて、緻密化させるた
め、ＨＩＰ後のライニング合金組織は均一、微細である
。したがって、耐食、耐摩耗性が良好な上、さらに靭性
、機械的強度も前述方法に比べて優れる。またバックメ
タルとの接合強度も高い特徴を有する。しかしながら、
上記品質を維持した上で、より、量産化でき、かつ経済
性に優れたシリンダ、スクリュウが要望されている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記のような事情に着目してなされたもので
あり、その目的は前述のごとき過酷な成形条件にも充分
適合しうる耐食、耐摩耗性および靭性を備え、かつ安価
に、量産的にシリンダ、スクリュウを製造できる方法を
提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る射出、押出成形機用複合シリンダ、スクリ
ュウの製造方法は、粉末押出成形法によりシリンダ内面
、スクリュウ刃部に耐食、耐摩耗性に優れた合金をライ
ニングするもので、ライニング層の品質はＨＩＰ法と同
等以上である特徴を有する。

通常、粉末押出成形法により複合材を製造する方法は、
押出用カプセルにライニング合金粉末を充填後、ＣＩＰ
　（冷間等方圧加圧）により、充填密度をライニング合
金の理論密度の８０〜９０％にすることにより、良好な
複合材が得られている。

しかし、この方法だと、 ・ＣＩＰにて充填密度を上げるため、薄肉カプセルを用
いなくてはならない。

・ＣＩＰ中、カプセルの溶接部がわずかにリークしてい
る場合、ＣＩＰ中、液体圧媒がカプセル中に流入する危
険性がある。

・内芯材付き肉厚カプセルにライニングする場合、ＣＩ
Ｐ工程が採用できない等の施工上の制約条件がある。

・Ｃ，ＩＰ工程をいれることで工程が煩雑となり、経済
的にも不利である。

そこで、これらの上記問題点を解決するため、鋭意検討
した結果、充填密度６５〜７５％でも押出後、良好な複
合材が得られる知見を得た。

本発明は、ライニング合金粉末の適正酸素量、カプセル
内への適正充填密度、押出加熱前に固相焼結を兼ねた適
正予備加熱条件および適正カプセル形状により、上記の
問題点を解決した。即ち、・ライニング合金粉末の酸素
量は１５０ｐｐｍ以下である。

・ライニング合金粉末のカプセル内の充填密度６５〜７
５％である。

・押出予備加熱条件はその合金の固相線よりも５０〜１
０００℃低い温度で１時間以上加熱する。

・内芯付き中実押出カプセルの場合は、カプセルの上蓋
の内芯材側端面に内芯材先端が嵌込む空間を持ち、かつ
この空間の押出方向の寸法が押出初期のアプセット量よ
りも大である。

（作　用） 以下、本発明による複合シリンダ、スクリュウの具体的
製造方法及びその条件について説明する。

製造に際しては、先ず、第１図に示すような内芯材付き
の中実押出用カプセル１を用い、これに耐食、耐摩耗性
に優れたうイニング合金粉末２を充填し脱気した後、密
封する。この押出用カプセル１は、外筒材３の上下両端
に上蓋４及び下蓋５が夫々溶接６．フされ、その下蓋５
には内芯材８が溶接９されている。上蓋４には金属栓１
０を有する脱気管１１が溶接１２されており、脱気後、
この脱気管１１の上端部を矢印方向に圧着して密封する
ようになっている。また上蓋４の内部側には、内芯材８
が嵌込む空間１３が形成されている。

押出用カプセル１にライニング合金粉末２を充填し脱気
し密封した後の酸素量は１５０ｐｐｍ以下とし、また充
填密度はその合金の理論密度の６５〜７５％とする。次
に、これを予備加熱した後、押出用カプセル１を、第２
図に示すように、直接粉末押出成形機１４のコンテナ１
５内に入れ、ステム１６により押盤１７を介して押出用
カプセル１を押圧してアブセントを行う。この時のアプ
セットＮＡ２は、空間１３の押出方向の長さΔ１よりも
小さくする。換言すれば、八、をＡ２よりも大きく確保
しておく。そして、アプセット後、更に加圧してダイス
ホルダ１８に保持されたダイス１９を経て押出成形する
。この時の押出前の予備加熱は、その合金の固相線より
も５０〜１０００℃低い温度で１時間以上行う。そして
、粉末押出成形機１４により押出成形を行った後、上蓋
４、下蓋５相当分を切断除去すると、内芯材８、ライニ
ング合金２ａ及び外筒材３から成る三層構造の押出素材
２０が得られるので、内芯材８を孔加工等により除いた
後、ライニング合金２８の内面を加工して仕上げを行い
、複合シリンダを造る。

ここで、ライニング合金粉末２の酸素量、充填密度及び
押出予備加熱条件等を前述の範囲に定めたのは、次のよ
うな理由からである。

（１）　　ライニング合金粉末の酸素量は１５０ｐｐｍ
以下である点 酸素量が１５０ｐｐｍを越える場合、押出予備加熱後の
ライニング合金粉末粒界での焼結性が悪く、圧縮強度が
低くなる。このことは押出時、カプセル１内のライニン
グ合金粉末２の初期熱間変形抵抗値が、カプセル１を構
成する外筒材３の熱間変形抵抗値より小さ過ぎて、押出
後のライニング合金２８は第３．４図のように形状不良
になるからである。なお、予備焼結後のライニング合金
粉末２の初期熱間変形抵抗値は、外筒材３の熱間変形抵
抗値の１７２以上が望ましい。この場合、初期熱間変形
抵抗値とは第５図の０部を称する。

（２）　　ライニング合金粉末２のカプセル１内の充填
密度６５〜７５％である点 （１）項と同様の作用があり、充填密度が６５％未ｌ、
箔では焼結性が悪い。また、ＣＩＰ等の手段を用いて、
充填密度７５％以上にする必要はない。

（３）押出予備加熱条件は、その合金の固相線よりも５
０〜１００’Ｃ低い温度で１時間以上加熱する点この温
度を越す加熱温度では、ライニング合金粉末２の結晶粒
界の粗大化を引き起こし、ライニング合金２ａの靭性が
損なわれる。また、それ未満の加熱温度では、ライニン
グ合金２ａの焼結性が悪い。また加熱温度が１時間未満
では焼結性が悪い。

（４）内芯付きの中実押出用カプセル１の場合は、第１
図に示すような構造とする点 通常、押出成形時、加熱後の押出用カプセル１の外径は
、コンテナ１５の内径より若干小さくして、カプセル１
をスムースにコンテナ１５内に挿入する。

このため押出初期のアプセット時に、カプセル１の外径
が膨らむと同時にカプセル１の長さは短くなる。この時
、内芯材８の先端が上蓋４端面で固定されていると、内
芯材８は第６図のように座屈し、押出時、ライニング合
金２ａ部分は変形し、良好な押出素材２０が得られない
。従ってＡ、＜Ａ２の場合は上記現象が起こり、良好な
複合押出材が得られない。

なお、押出比は４〜１０程度が好ましい。また、製造効
率からすると大がよいが、押出比を大きくとりすぎると
、組織の異方性を生じ割れなどの点で好ましくない。

（実施例） 上記の技術検討を行った後、実際の射出成形機用複合シ
リンダ、スクリュウを製造した。

（１）実施例１ 第７図に示す射出成形機用複合シリンダ（外径７４ｍｍ
Ｘ内径１８ｍｍＸ長さ５４０＋ｎｍ）を製造するに当た
り、表１に示す化学成分の耐食、耐摩耗合金を誘導溶解
加熱炉で溶製した後、＾ｒガスアトマイズ法にて粉末（
１００メツシユ全通）とした。この合金粉末を用いて、
第１図に示すカプセル（寸法、カプセル材質は表２に示
す）の粉末充填空隙内に振動および打撃充填し、充填密
度７０％とした。ついで、脱気、密封し、９８０°ＣＸ
２時間予備加熱し、誘導加熱装置にて１０００°ＣＸ５
分再加熱後、以下の押出条件にて押出た。

コンテナ内径；φ１５３ １ ２ 押出ダイス径；φ７６ 押出比；４．１ ステム速度　；　４００ｍｍ　／　ｓｅｃその後、矯正
して、カプセル上蓋、下蓋相当分を切断除去し、シリン
ダ４本分の複合押出素材を得た。この素材から相当長さ
に切断分割後、その分割材のライニング部２１の内径、
シリンダ外筒部２２の外径、端面およびホッパ孔２３を
加工し、第７図のシリンダ２４を製造した。このシリン
ダ２４について性能調査した結果、本発明の方法で製造
したシリンダは、以下の特性を持つことが判明した。

即ち、まず、ライニング部２１は１００％の密度で固化
し、完全にシリンダ外筒部２２の内面に拡散接合し、耐
食、耐摩耗合金層が形成された。この合金層の組織は均
一微細であり、耐食、耐摩耗性および靭性もＨＩＰ法で
製造されたものと同一以上であることが確認できた。こ
のシリンダ２４を実用試験に供した結果、汎用の窒化シ
リンダに比べ、５倍以上の性能を持つことが確認出来た
。

（２）実施例２ 第８図に示す射出成形機用複合シリンダ（最外径１３５
ｍｍＸ中間筒径７４柵×内径３５ｍｍＸ長さ８７０ｍｍ
）を製造するに当り、表１に示す化学成分の耐食、耐摩
耗合金を誘導溶解加熱炉で溶製した後、Δｒガスアトマ
イズ法にて粉末（１００メツシユ全通）とした。この合
金粉末を用いて、第１図に示すカプセル（寸法、カプセ
ル材質は表３に示す）の粉末充填空隙内に振動および打
撃充填し、充填密度７０％とした。ついで、脱気、密封
し、９８０°ＣＸ２時間予備加熱後、誘導加熱装置にて
１０００°ＣＸ５分再加熱後、以下の押出条件にて押出
た。

コンテナ内径；φ１５３ 押出ダイス径；φ７６ 押出比；４．１ ステム速度　；　３８０ｍｍ　／　ｓｅｃその後、矯正
して、カプセル上蓋、下蓋相当分を切断除去し、シリン
ダ３本分の複合押出素材を得た。この素材から相当長さ
に切断分割後、その分割材の各々を内径、外径を加工し
、焼きばめ比２．５／１０００でＳ　ＣＭ４４０鋼材の
最外筒材２５を焼きばめ後、端面およびホッパ孔を加工
して、第８図のシリンダ２６を製造した。このシリンダ
２６について性能確認した結果、実施例１と同様の効果
があり、特に、射出圧力の高＜（２５００ｋｇ／Ｃ−ｆ
１以上）、成形温度の高い（３００°Ｃ以上）の高温、
高圧用シリンダにも有効であることが確認できた。

（３）実施例３ 第９図に示す射出成形機用複合スクリュウ（外径３５陥
×長さ１０５１０５Ｏを製造するに当たり、表４に示す
化学成分の耐食、耐摩耗合金を誘導溶解加熱炉で溶製し
た後、Ａｒガスアトマイズ法にて粉末（１００メツシユ
全通）とした。この合金粉末を用いて、第１図に示すカ
プセル（寸法、カプセル材質は表５に示す）の粉末充填
空隙内に振動および打撃充填し、充填密度６８％とした
。ついで、脱気、密封し、９３０°ＣＸ２．５時間予備
加熱後、誘導加熱装置にて９５０°ＣＸ５分再加熱後、
以下の押出条件にて押出た。

コンテナ内径；φ１５３ 押出ダイス径；φ５０ 押出比：９．４ ステム速度　；　３８０ｍｍ／ｓｅｃ その後、矯正して、カプセル上蓋、下蓋相当分を切断除
去し、スクリュウ５本分の複合押出素材を得た。この素
材から相当長さに切断分割後、分割材の各々を外径を加
工し、スクリュウ軸部２７の一端に軸ジヤーナル部２８
を摩擦圧接する。その後、スクリュウ刃部２９およびジ
ャーナル部２８の仕上げ加工を行い、第９図のスクリュ
ウ３１を製造した。

このスクリュウ３１について性能把握を行った結果、本
発明の方法で製造したスクリュウは、以下の特性を持つ
ことが判明した。即ち、まずスクリュウ刃部２９を形成
するライニング層は１００％の密度で固化し、完全にス
クリュウ軸部２７の外面に拡散接合し、耐食、耐摩耗合
金層が形成された。この合金層の組織は均一微細であり
、耐食、耐摩耗性および靭性もＨＩＰ法で製造されたも
のと同一以上であることが確認できた。このスクリュウ
３１を実用試験に供した結果、特に、フッソ樹脂成形用
シリンダとして有効であることが確認出来た。

５ ６ ７ ８ （発明の効果） 本発明によれば、プラスチック、セラミックス、磁性粉
末および金属粉末の射出、押出成形における過酷な条件
にも充分耐える耐食、耐摩耗性および靭性を備えた複合
シリンダ、スクリュウを、ＨＩＰ法よりも安価に、量産
的に製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は押出用カプセル
の断面図、第２図は押出成形機による装着及びアプセッ
ト時の断面図、第３図は押出素材の断面図、第４図は第
３図のＴＶ−ＩＶ矢視図、第５図はアプセット量と熱間
変形抵抗値の関係を示す図、第６図はアプセット時の断
面図、第７図及び第８図はシリンダの断面図、第９図は
スクリュウの断面図である。 １・・・押出用カプセル、２・・・ライニング合金粉末
、３・・・外筒材、４・・・上蓋、５・・・下蓋、訃・
・内芯材、１３・・・空間、１４・・・粉末押出成形機
、１５・・・コンテナ、２１・・・ライニング部、２２
・・・シリンダ外筒部、２４．２６・・・シリンダ、２
７・・・スクリュウ軸部、２９・・・スクリュウ刃部、
３１・・・スクリュウ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出、押出成形機用複合シリンダ、スクリュウを
   製造するに当って、耐食、耐摩耗性に優れたライニング
   合金粉末を、酸素量が１５０ｐｐｍ以下でかつ充填密度
   がその合金の理論密度の６５〜７５％となるように押出
   用カプセル内に充填密封し、その合金の固相線よりも５
   ０〜１０００℃低い温度で１時間以上予備加熱した後、
   押出成形することを特徴とする射出、押出成形機用複合
   シリンダ、スクリュウの製造方法。
2. （２）上蓋部の内芯材側端面に、内芯材先端が嵌込む空
   間を持ち、かつこの空間の押出方向の寸法が押出初期の
   アプセット量よりも大である内芯材付きの中実押出用カ
   プセルを用いることを特徴とする請求項１に記載の射出
   、押出成形機用複合シリンダ、スクリュウの製造方法。