JPH04337010A - 溝付き複合シリンダーの製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック材料や、
食品材料或いは薬剤等の混練、射出、押し出しに用いら
れる一軸および多軸の溝付き複合シリンダーの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形機用多軸シリンダーの
製造法として、例えば、特開昭６０−１８１２０８号公
報に記載の方法が公知である。この従来の製造方法は、
シリンダー本体に形成された下孔内に、中子を挿入して
、該中子の外周面と前記下孔の内周面間に間隙を形成し
、該間隙に金属粉末を充填し、該粉末を熱間静水圧加圧
（以下、「ＨＩＰ」という）処理により固化し、その後
前記中子を機械加工により除去し、その後、通常の加工
法で孔内面の仕上げ加工を施しシリンダーを完成させる
ものであった。

【０００３】従って、この従来法によるシリンダーの仕
上げ孔内面形状は、真円であった。一方、孔形状が真円
でない異形孔を、ＨＩＰ処理により得る方法として、特
公昭５８−１１３１９号公報に記載の方法が公知である
。このＨＩＰによる異形成型法は、カプセル内に真円で
ない異形のセグメント式中子を配し、該中子外周面とカ
プセル内周面間に間隙を形成し、該間隙に金属粉末を充
填して、ＨＩＰ処理を行い、しかる後、カプセル並びに
中子を除去するものであり、且つ、前記中子は、金属粉
末と熱膨張を異にすると共に、ＨＩＰ処理条件下で可塑
性を有し、自由に塑性変形する材料から成るものであっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、プ
ラスチックの押し出し、射出成形においては、プラスチ
ック基剤（ナチュラル）と充填剤（ガラス繊維など）は
、シリンダー内に組み込まれたスクリューやロータによ
って、混合され、均一分散をはかりながら加熱され、溶
融しながら混練した上で押し出し、射出される。

【０００５】前記充填剤の混合或いは混練効率の向上を
図るため、スクリューやロータの形状に改良が加えられ
ているが、シリンダー内壁面にくぼみまたは溝を設ける
ことによって更に高効率の混合、分散が得られる。従っ
て、溝付きシリンダーの製造技術は極めて重要である。 しかし、前記シリンダーは、耐摩耗・耐蝕性が求められ
るため、そのシリンダー内壁面は高硬度（ＨＲｃ５０〜
６８）　であって、機械加工による溝加工は極めて困難
であった。特に、シリンダーの軸方向長さＬと、内径Ｄ
の比Ｌ／Ｄ＝３〜３０のように長いシリンダーでは、溝
の機械加工が不可能に近かった。

【０００６】従って、前記特開昭６０−１８１２０８号
公報に記載の従来法により断面真円のシリンダー孔を成
形し、その後機械加工または放電加工などにより、シリ
ンダー孔内面に溝を形成することは極めて困難であった
。一方、前記特公昭５８−１１３１９号公報に記載の方
法では、シリンダー孔内面に溝を形成することは可能で
あるが、中子がセグメント式であるため、ＨＩＰ処理時
に変形を生じ、長尺化（Ｌ／Ｄ＝３以上）が困難である
。そして、長尺物になると仕上げのために内面機械加工
が必要になり、この機械加工は困難であるから、結局、
長尺物の溝付きシリンダーは製作できないと言う問題が
あった。

【０００７】そこで、本発明は、長尺のシリンダー孔内
面に、機械加工を施すことなく溝を精度良く成形するこ
とができる溝付き複合シリンダーの製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴
とするところは、シリンダー本体に形成された下孔に、
中子を挿入して、該中子の外周面と前記下孔の内周面間
に間隙を形成し、該間隙に金属粉末を充填し、該粉末を
ＨＩＰ処理により固化し、その後前記中子を除去するこ
とにより複合シリンダーを製造する方法において、前記
中子は、中実であり、その外周面に軸心と平行な突条を
有し、ＨＩＰ成形条件下において塑性変形を生じない一
体形構造物であり、前記シリンダー本体より熱膨張係数
が少なくとも４×１０−６ｃｍ／℃以上大きく、且つ、
金属変態を生じない金属材料で成形されており、前記中
子の除去は、ＨＩＰ成形品を所定温度に冷却した後、シ
リンダー本体から該中子を軸方向に抜き去ることにより
行われる点にある。

【０００９】

【作用】本発明によれば、シリンダー本体に形成された
下孔に、円柱外周面に突条を有する中子を挿入して、該
中子の外周面と前記下孔の内周面間に間隙を形成し、該
間隙に金属粉末を充填し、該粉末をＨＩＰ処理により固
化し、その後所定温度まで冷却して、前記中子を軸方向
に押圧または引き抜いて除去し、溝付き複合シリンダー
を得るものである。

【００１０】そして、前記中子は、中実であり、ＨＩＰ
成形条件下において塑性変形を生じない一体形構造物で
あるため、該中子を完成品のシリンダー孔形状寸法に成
形することにより、シリンダー内径及び溝部の機械加工
を経ず、直接実用に供し得る精度品質のシリンダーを製
作することができる。更に、中子は、前記シリンダー本
体より熱膨張係数が少なくとも４×１０−６ｃｍ／℃以
上大きく、且つ、金属変態を生じない金属材料で成形さ
れているため、ＨＩＰ処理後冷却することにより、固化
した金属材料と中子との間に間隙が生じ、中子の軸方向
除去を容易としている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１及び図２に示すものは、溝付き複合シリンダー
１の仕上がり完成品の断面図である。該溝付き複合シリ
ンダー１は、シリンダー本体２と、該本体２に形成され
た下孔３の内周面に所定厚みで形成された硬質ライニン
グ層４とからなる。該ライニング層４の内周面には、周
方向に等間隔をおいて断面半円状の溝５が、軸心と平行
に形成されている。

【００１２】このような複合シリンダー１を成形するた
め、先ず、断面真円の下孔３を有するシリンダー本体２
を製作する。このシリンダー本体２の材質は、ＳＣＭ　
４４０とされている。また、図３及び図４に示すような
中実中子６を製作する。この中子６の外観形状寸法は、
前記仕上げ完成品の複合シリンダー１のシリンダー孔７
の形状寸法を反転させたものとされている。

【００１３】即ち、前記中子６は、断面真円の円柱体の
外周面に軸心と平行に突条８を有し、該突条８には軸方
向に沿って抜け勾配が付されている。この突条８が前記
シリンダー孔７の溝５を成形する。更に、前記中子６は
、ＨＩＰ成形条件下において塑性変形を生じない一体形
構造物であり、前記シリンダー本体２より熱膨張係数が
少なくとも、４×１０−６ｃｍ／℃以上大きく、且つ、
金属変態を生じない金属材料で成形されており、鋼並み
の快削性を有する。

【００１４】具体的には、前記中子６の材質はＳＵＳ　
３０３であり、熱膨張率は２１×１０−６ｍｍ／℃（２
０〜１０００℃）　である。前記中子６の円柱部の外形
寸法Ｄｃは、Ｄｃ＝Ｄｆ（１−２／１０００）　−Ｒ−
Ｐ但し、Ｄｆ；シリンダー孔７の仕上げ寸法Ｒ　　；離
型材のＨＩＰ固化後の厚み Ｐ　　；ＨＩＰ処理後のシリンダー孔７のポリシング代
とされている。

【００１５】即ち、前記中子６の寸法Ｄｃは、シリンダ
ー本体２の材質ＳＣＭ４４０と、中子６の材質ＳＵＳ　
３０３の各々の熱膨張測定から、正確な相対的熱膨張差
を２／１０００と求め、完成品図面寸法に（１−２／１
０００）　を乗じた寸法とされている。前記中子６は、
その表面粗度をガラスビーズによりＲｍａｘ　４Ｓ以下
に機械加工目地を消滅ならしめている。

【００１６】更に、シリンダー孔７の溝５の割れ防止を
図るため次の形状的条件が必要である。即ち、図５に示
すように、中子６に設けた突条８の最大高さｈｍａｘ　
と中子６の外形寸法Ｄｃとの比は１６．７％以下を維持
することが必要である。突条８がこれ以上高いと、中子
６の胴径寸法Ｄｃにかかわらず、中子の収縮時において
、突条８がライニング層溝間でせり合い割れを生じる。

【００１７】また、中子６の突条８の形状は、図６に示
すようコーナ部のＲ寸法が、突条高さｈと同寸又は同寸
以下で、必ず設けられていることが必要である。尚、突
条８の形状は角形、丸形いずれであっても良い。前記中
子６の表面に離型材９が塗布される。この離型材９は、
５０μｍ以下のジルコニア＋純水＋無機質バインダーペ
ーストを約　０．２〜　０．３ｍｍ厚以内にスプレーコ
ーティングし、十分乾燥される。

【００１８】前記離型材９は、ＨＩＰ昇温時ないし１０
００℃近傍における分解変態に伴う揮発成分及び灼熱減
量の総和が、０．１５ｗｔ％以下のジルコニア＋純水＋
無機質バインダーの混合剤である。０．１５ｗｔ％以下
としたのは、それ以上だと、離型材９は前処理工程の　
３００〜４００℃で予熱脱気せしめられるが、これを越
える温度での揮発分、灼熱減量によるガスにより粉末の
酸化を招き固化しない。 ０．１５ｗｔ％以下のみ固化可能である。

【００１９】そして、前記離型材９中のアルミナ、シリ
カ等の成分は、少なくとも１ｗｔ％以下である。１ｗｔ
％以下としたのは、ＨＩＰ時（約１０００℃）　、シリ
カは金属中子６と溶融反応（ガラス化）　を生じ、中子
６に固着するため、離型性が悪く、高い面粗度が得られ
ない。アルミナは、灼熱減量が大きく、熱膨張係数が小
さいためＨＩＰ昇温時の剥離が激しく有効でない。

【００２０】次に、前記中子６を前記シリンダー本体２
の下孔３に同心に挿入し、該下孔３と中子６間に間隙を
形成する。そして、図７に示すように、前記間隙にＮｉ
、Ｃｏ基及びこれらにセラミックスをプレミックスした
耐摩耗、耐食合金の粉末１０を充填し、両端部に蓋体を
溶接し、脱気密封のうえ、　９６０℃×１０００ｋｇ／
ｃｍ２　×５Ｈｒの条件でＨＩＰ処理する。

【００２１】尚、前記ライニング用Ｎｉ基、Ｃｏ基高合
金粉末或いはこれらにセラミックスをプレミックスした
合金粉末などのサーメット粉末の何れであっても、その
熱膨張係数はシリンダー本体２より　０．５〜３×１０
−６ｃｍ／℃小さい範囲である事が必要である。そして
、ＨＩＰ処理後、所定温度まで冷却し、シリンダー本体
２両端のセンター基準で外形を荒削り加工した後、両端
部の蓋体を切断除去する。

【００２２】そして、油圧プレスにより、中子６をその
抜け勾配の方向に押圧し、抜き取る。前記方法により得
られた溝付き複合シリンダー１のシリンダー孔７の内径
寸法は、ＨＩＰ前の中子の胴部外径のマイナス５０〜１
００　μｍを得た。また溝５の形状は、中子６の突条８
の形状と同一で実用に供し得る形状を得た。

【００２３】更に、内面粗度は、簡単なポリッシュでＲ
ｍａｘ　３．２　Ｓ以下の範囲であり、通常のシリンダ
ーの研削研磨粗度と変わらない水準であった。前記実施
例によれば、高硬度（ＨＲｃ５０〜６８）　溝付き複合
シリンダーとして、ＨＩＰ処理後の中実中子６を引き抜
き、内面を簡単にポリッシングし、離型皮膜を除去する
事により、シリンダー内径及び溝部の機械加工を経ずし
て、直接実用に供し得る精度品質のシリンダーが製作可
能となった。

【００２４】更に、半径方向に収縮した場合、ライニン
グ層（溝部）　が割れる従来のセグメント方式に代わる
一体型高剛性中実中子６により、任意の高精度溝断面形
状と高い真直度を有する長尺溝付きシリンダー（Ｌ／Ｄ
＝３０まで可能）　が製作できた。尚、本発明は、前記
実施例に限定されるものではなく、溝付き２軸シリンダ
ー、短尺（Ｌ／Ｄ＝４〜１０）　大径溝付きスリーブ等
、耐食耐摩耗が要求される複合シリンダーの製造に適用
できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダー本体に形成
された下孔に、中子を挿入して、該中子の外周面と前記
下孔の内周面間に間隙を形成し、該間隙に金属粉末を充
填し、該粉末をＨＩＰ処理により固化し、その後前記中
子を除去することにより複合シリンダーを製造する方法
において、前記中子は、中実であり、その外周面に軸心
と平行な突条を有し、ＨＩＰ成形条件下において塑性変
形を生じない一体形構造物であり、前記シリンダー本体
より熱膨張係数が少なくとも４×１０−６ｃｍ／℃以上
大きく、且つ、金属変態を生じない金属材料で成形され
ており、前記中子の除去は、ＨＩＰ成形品を所定温度に
冷却した後、シリンダー本体から該中子を軸方向に抜き
去ることにより行われることを特徴とするものであるか
ら、長尺シリンダーの内周面に機械加工を経ず溝を形成
する事ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法により製造した溝付き複合シリンダ
ーの完成品の横断面図

【図２】図１の縦断面図

【図３】中子の横断面図

【図４】中子の斜視図

【図５】突条高さと中子径との関係を示す説明図

【図６
】突条の形状を示す部分拡大図

【図７】ＨＩＰ成形前の断面図である。

【符号の説明】

１　　溝付き複合シリンダー ２　　シリンダー本体 ３　　下孔 ６　　中子 ８　　突条 １０　　金属粉末

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリンダー本体に形成された下孔に、
   中子を挿入して、該中子の外周面と前記下孔の内周面間
   に間隙を形成し、該間隙に金属粉末を充填し、該粉末を
   ＨＩＰ処理により固化し、その後前記中子を除去するこ
   とにより複合シリンダーを製造する方法において、前記
   中子は、中実であり、その外周面に軸心と平行な突条を
   有し、ＨＩＰ成形条件下において塑性変形を生じない一
   体形構造物であり、前記シリンダー本体より熱膨張係数
   が少なくとも４×１０−６ｃｍ／℃以上大きく、且つ、
   金属変態を生じない金属材料で成形されており、前記中
   子の除去は、ＨＩＰ成形品を所定温度に冷却した後、シ
   リンダー本体から該中子を軸方向に抜き去ることにより
   行われることを特徴とする溝付き複合シリンダーの製造
   方法。