JPH06198713A - 押出しまたは射出成形用スクリュおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 スクリュ形成部分は、高い耐摩耗性を有し、
装着部は亀裂や折損を生じない高い靭性を有することに
より、長寿命を実現する押出しまたは射出成形用スクリ
ュおよびその製造方法の提供。 【構成】 スクリュの化学成分は、重量％でＣ 1.0〜2.
5%、Ｓi 2.0%以下、Ｍn 2.0%以下、Ｃr 9.0〜18.0%、な
らびにＷ8.0%以下、Ｍo 4.0%以下、Ｖ 7%以下、Ｎb 7%
以下の４種の元素からなる群、およびＮi 3%以下、Ｃo
10.0%以下、Ｃu 3.0%以下の３種の元素からなる群から
選ばれる少なくとも１種の元素を含有し、残部が不可避
的な不純物とＦeからなり、装着部分２の一部分または
全部分の硬さをスクリュ形成部分の主要部分の母材のそ
れに比し低い硬さとしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックその他の
押出しまたは射出成形用のスクリュおよびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックの成形は、射出成形および
押出し成形に大別され、そのいずれにもスクリュが用い
られる。このスクリュは、その一方端部の装着部分を駆
動源に嵌入して固着されるとともに、この装着部分から
やや距離をおいた位置から他端部にかけてのスクリュ形
成部分をシリンダ内に挿入され、いわゆる片持ち構造と
して回転駆動され、射出成形の場合はさらに軸方向の急
速な加圧運動も加えられる。このため、特に射出成形の
場合には、装着部分に大きな応力が加わり、また、この
装着部分には、キー溝やスプラインが刻設されているの
で、亀裂の発生や折損が生じ易い。また、特にスクリュ
形成部分の耐摩耗性を向上するために、全体の硬さを高
めに設定することは有効であるが、硬さが高過ぎた場合
には、折損などの事故が発生し易い。また、軸の亀裂や
折損を防ぐために、スクリュ全体の硬さを低めに設定し
て、スクリュ形成部分の耐摩耗性、またはさらに耐食性
を向上するために、スクリュ形成部分に窒化、肉盛溶
接、溶射等の表面処理を施すものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、これら
のスクリュは、スクリュ形成部分には高い耐摩耗性を、
端部の装着部分には亀裂や折損に耐える十分な靭性が要
求されるものである。ところが、スクリュ全体を高硬度
にすると折損や亀裂の事故が多くなるし、スクリュ形成
部分に表面処理を施すのは余分な工程と費用が要求され
るものであった。本発明は、スクリュ形成部分では、所
定の耐摩耗性を有するとともに、装着部分では亀裂や折
損を防止する十分な靭性を有するプラスチック等の押出
し、射出成形用スクリュおよびその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、新規なプラ
スチックスクリュの製造方法において、スクリュ形成部
分が高い硬さであるという特徴を活かしつつ、装着部分
のキー溝ないしスプラインコーナーの亀裂、折損を防止
する手段を検討した。その結果、スクリュ全体が、例え
ば、HRC55以上の高い硬さになるような成分を選び、焼
入れ焼もどしの熱処理を施した後、装着部分を再度焼も
どし処理をして、前記スクリュ形成部分より低い硬さと
することにより、装着部分のキー溝ないしスプラインコ
ーナーからの亀裂ないし折損の発生を抑制することがで
きることを見出した。

【０００５】すなわち、本発明は、スクリュ形成部分と
装着部分を長さ方向に一体にして有する押出しまたは射
出成形用スクリュにおいて、前記スクリュの化学成分
は、重量％でＣ 1.0〜2.5%、Ｓi 2.0%以下、Ｍn 2.0%以
下、Ｃr 9.0〜18.0%、ならびにＷ 8.0%以下、Ｍo 6.0%
以下、Ｖ 7%以下、Ｎb 7%以下の４種の元素からなる
群、およびＮi 3%以下、Ｃo 10.0%以下、Ｃu 3.0%以下
の３種の元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の
元素を含有し、残部が不可避的な不純物とＦeからな
り、前記装着部分の一部分または全部分の硬さをスクリ
ュ形成部の主要部分の母材のそれに比し、低い硬さとし
たことを特徴とする押出しまたは射出成形用スクリュ、
および前記と同様のスクリュの製造方法において、その
熱処理は射出成形用被熱処理スクリュの全体を、焼入れ
焼もどし熱処理し、続いて装着部分の一部分または全部
分を再焼もどし処理することを特徴とする押出しまたは
射出成形用スクリュの製造方法である。

【０００６】前記の焼入れ焼もどし熱処理は、スクリュ
形成部分の粗加工を終了した後に行なうのがよい。この
場合は、熱処理後に研磨などの仕上加工が入ることにな
る。装着部分の粗加工は再焼もどし処理の前後どちらで
もよい。再焼もどし処理は、装着部分のみを再加熱すれ
ばよい。この温度は、その前に行なう焼もどし温度以上
の温度に加熱することにより、容易に焼入れ焼もどし熱
処理後の硬さより硬さを下げることができるので都合が
良い条件である。しかし、再焼もどし処理の温度は、前
記の条件に限定されず、時間さえ長時間にすれば、焼入
れ直後に行なう焼もどし温度未満であっても構わない。
要は再焼もどしの効果が得られる温度と時間を選べば良
いのである。

【０００７】本発明の製造方法は、十分高い硬さが得ら
れるプラスチックスクリュ材料としての冷間工具鋼、高
速度工具鋼、熱間工具鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼など、
焼入れ焼もどし処理または固溶化処理と時効処理を施す
材料であって、高温に加熱するほど低硬度となる全ての
高硬度材料に適用可能である。よって、本発明の焼入れ
処理は、固溶化処理、焼もどし処理は時効処理と読みか
えてその材質に合致した再焼もどし処理または再時効処
理が適用できる。

【０００８】

【作用】本発明のスクリュは、化学成分的にはＣ,Ｓi,
Ｍn,Ｃrを必須元素とし、さらに(Ｗ，Ｍo，Ｖ，Ｎb)
群、(Ｎi，Ｃo，Ｃu)の群から選択される１種または２
種以上の添加元素を含み、残部はＦeと不可避的不純物
からなる。上記の添加元素が２種以上の場合には、同一
の群の中の元素の組合せでもよく、２つの群の中の元素
の組合せでもよい。本発明のスクリュ用素材は、溶製法
または粉末冶金法で製造される。

【０００９】次に各元素の作用と限定理由を述べる。Ｃ
はＣr，Ｍo，Ｗ，Ｖ，Ｎb等と結合して炭化物を形成せ
しめ、残りは基地を強化するが、1.0%未満では、炭化物
の量が少ないために耐摩耗性が不足し溶製法で1.65%を
越えると逆に炭化物の量が多くなり過ぎ、機械的性質が
劣化する。しかし、粉末冶金法で製造する場合には、2.
5%までＣを増量させることができ、この場合にはスーパ
ーエンプラなど、特に高温での耐摩耗性と焼もどし軟化
抵抗が必要とされる用途に適したスクリュとすることが
できる。Ｓiは脱酸剤として用いられると同時に耐摩耗
性向上にも効果があるが、2.0%を越えると熱間冷間での
加工性が劣化するので2.0%以下とする。

【００１０】ＭnはＳiと同じく脱酸剤として用いられる
と同時に焼入性向上にも効果があるが、2.0%を越えると
変態温度も下げて焼なまし硬さが下がりにくくなり、熱
間加工性も低下するので上限を2.0%とした。Ｃrは基地
に固溶して耐食性と焼入性を増大させると共に高温焼も
どし軟化抵抗を上げ、残部は炭化物を形成して耐摩耗性
向上に寄与する。Ｃrは耐食性に不可欠の元素であり、
また、Ｍo，Ｗ，Ｖ，Ｎbを炭化物の主体とした場合は、
焼入温度が高速度工具鋼なみに高くなるので、これを防
止するため、および耐食性の点からＣrは最低9.0%は必
要である。ただし、溶製法の場合にはＣr系炭化物は凝
集しやすく、軟化抵抗の点から本発明のスクリュ成分系
では14%程度に抑えた方がよく、粉末冶金法で製造する
場合も18.0%を越えるとコストや加工性劣化の割には特
性の向上は小さいので上限を18.0%とする。

【００１１】Ｗ，Ｍo，Ｖ，Ｎbは、熱処理を施すことに
より、ＭＣやＭ₂Ｃ型炭化物として微細に析出するた
め、耐熱性、軟化抵抗向上、または耐摩耗性向上に大き
く寄与する。これらの元素はそれぞれ単独または複合で
添加することができるが、主に熱間加工性が低下する理
由から、Ｗ，Ｍo，Ｖ，Ｎbの上限は、それぞれ8.0%以
下、6%以下、7%以下、および7.0%以下とする。Ｎi,Ｃo,
Ｃuの３元素は、１つの群として選択して１元素以上添
加するとよい。このうち、Ｃoは基地に固溶して、耐熱
性向上および軟化抵抗向上に寄与する。さらに硫酸系に
対する耐食性向上にも寄与する。10%を越えると過度の
添加は焼入れ、焼もどし時の硬さが得られなくなるため
上限を10.0%とした。

【００１２】Ｃuは基地に固溶して耐食性向上に寄与す
る。しかし、3.0%を越えると焼入、焼もどし時の硬さが
低下するため、添加する場合には3.0%以下とする。Ｎi
はＣuとともに基地に固溶して耐食性向上に寄与する。
しかし、3.0%を越えると焼入、焼もどし時の硬さが得ら
れなくなるため上限を3.0%とする。本発明のスクリュに
おいて、スクリュ形成部分および装着部分は、それぞれ
その部分に要求される特性に応じた適正な硬さとされて
いるから、スクリュ形成部分は、十分な耐摩耗性を発揮
し、一方装着部分は、前者より低い硬さとして、十分な
靭性が与えられているから、亀裂や折損の発生が防止さ
れている。したがって、スクリュ全体として高寿命を実
現することができる。

【００１３】なお、本発明でいうスクリュ形成部の主要
部とは、スクリュ形成部分のうち、装着部分側の極く一
部を除く他の部分をいう。すなわち、スクリュの形態に
よっては、再焼もどし処理時、上記極く一部分は、この
処理の影響を受けて多少硬度を低下することがあるから
である。種々テストの結果、装着部分の硬さは、ロック
ウェル硬さ値でHRC25〜50程度とすることが望ましいこ
とがわかった。HRC50を越える硬さでは、靭性向上効果
が少なく、わざわざ再焼もどし処理する価値が少ない。
HRC25未満では、装着部分のへたりやねじ切れの原因と
なる。さらに望ましくは、HRC25〜40である。

【００１４】次に本発明の製造方法について述べる。先
ず、スクリュ形成部分を粗加工したスクリュ全体を、ス
クリュ形成部分に適合した高い硬さに、焼入れ焼もどし
熱処理した後、装着部分を前記の焼もどし温度より高い
温度等の適当な温度の例えば熱浴（一般的にはソルト）
に、浸漬保持することにより、スクリュ形成部分は硬さ
が高く、十分な耐摩耗性を有し、前記装着部分の硬さは
低く、亀裂ないし折損を防止したスクリュを得ることが
できる。なお、装着部分の荒加工は、熱処理の前後のい
ずれの時期に行なってもよい。キー溝ないしスプライン
加工は、焼なまし状態、つまり焼入れ焼もどし熱処理前
に行なうと加工自体は容易であるが、段付コーナーのあ
る形状のものは、熱処理割れに注意する必要があり、ま
た、熱処理変形量に対応した仕上代を設けて後刻再加工
仕上する必要がある。

【００１５】一方、装着部分の加工を再焼もどし後に行
なう場合は硬さがHRC50程度以下である時は、切削加工
が容易で、かつ１回の加工で済む利点がある。したがっ
て、装着部分をHRC50程度を越える硬さとする場合以
外、通常は装着部分およびそのキー溝ないしスプライン
加工は、熱浴等による装着部分の再焼もどし後に実施す
るのが効率的である。なお、再焼もどし処理に用いる加
熱方法は、加熱部分と非加熱部分を比較的近距離内で画
定でき、かつ温度分布よく加熱できるものなら、前記の
熱浴以外に、スクリュと加熱手段を相対運動させること
も含め、火焔、誘導加熱等種々のものが採用可能であ
る。

【００１６】本発明のスクリュの熱処理において、ソル
トなどで再焼もどし処理する場合には、再焼もどし部分
からスクリュ形成部分への熱伝導により、スクリュ形成
部分の装着部分側が過度に昇温して硬さが低下する恐れ
が生じることがある。この場合には、スクリュ形成部分
のソルトへの非浸漬部分を冷却空気を送るなどして過度
の昇温を防止する措置が有効である。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を詳しく説明する。
表１に示す合金組成を有する本発明に係る材料（以下本
発明材を略記する）Ａ〜Ｈ、ＳＫＤ１１の焼もどし状態
の材料について、図２に示すごとくスクリュ形成部分の
み荒加工した。スクリュ形成部分以外の二点鎖線は仕上
り形状を示す。本発明材Ｃ，ＧおよびＳＫＤ１１の焼も
どし特性は図３に示すとおりであり、本発明材Ｃおよび
Ｇは、ＳＫＤ１１より高い硬度を有し、かつ耐摩耗性、
耐食性が高いものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】スクリュ形成部分を荒加工後、表２に示す
熱処理条件で全体を焼入れ焼もどし熱処理した。表２に
は、この時の概略硬さも示した。次に、図１に示すよう
に装着側端部から180mm長さの点まで垂直に、750℃のソ
ルト中に0.5Hr浸漬する再焼もどし処理を施した。浸漬
中スクリュ形成部分等は、大気中に露出したままとし、
該露出部分の最下端部を放射温度計で温度監視し、その
表面温度が焼もどし温度より低い500℃以下であること
を確認した。

【００２０】

【表２】

【００２１】図４は、上記再焼もどし後の表面硬さ分布
のうち、本発明材Ｃ，ＧおよびＳＫＤ１１について、特
に硬さ変化部分の硬さ分布を示した図である。図からわ
かるように、スクリュ成形側の表面硬さは、本発明材Ｃ
ではロックウェル硬さ HRC62程度、本発明材ＧではHRC6
2.5程度の高い硬さを保ち、ＳＫＤ１１ではHRC58程度、
また、装着部分の硬さは、HRC32〜40.4まで軟化させる
ことができた（他の本発明鋼についてのスクリュ形成部
と装着部の硬さは表３に示す）。最後に全体の仕上加工
を施した。

【００２２】次に、前述により装着部分を再焼もどしし
たスクリュの試用結果を、従来の再焼もどしを実施しな
かったものと比較して、表３に示す。表３には、スクリ
ュ形成部と装着部の硬さを併記して示す。いずれの鋼を
用いた場合も、本発明により装着部分の硬さを上記のよ
うに適度に低下したものでは、使用24ヶ月以上経過して
も亀裂、折損事故はないが、装着部分を再焼もどしのな
いものは、SKD11は8ヶ月、Ａ〜Ｈ鋼は6ヶ月〜12ヶ月で
スプラインまたはキーコーナーを起点とする折損を生じ
ている。表３から、本発明を適用したスクリュは、キー
溝ないしスプラインからの亀裂ないし突発的な折損事故
はなく、寿命を２倍以上に伸ばすことができ、最終的な
スクリュ寿命を通常の摩耗として、安定的に終了させる
ことができることがわかる。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のスクリュ
は、装着部分は該部に要求される靭性に応じた硬さに調
整されているから、スクリュ形成部分がその性能を効率
良く完全に発揮し尽すまで亀裂や折損が防止され、また
スクリュ形成部分は、耐摩耗性を重視した高硬度とさ
れ、その耐摩耗寿命を完全に発揮することができる。本
発明のスクリュは、部位毎に硬さが調整された構造を有
するので、耐摩耗性向上のために全体の硬さを高めて折
損等の危険を犯す必要はなく、逆に全体の硬さを低くし
て表面処理を施すというような余分な工程が省略でき
る。しかし、本発明のスクリュは、スクリュ形成部分を
高硬度とし、さらにその表面に表面処理を施すものも含
むことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の再焼もどしの方法を説明する図であ
る。

【図２】試作テストに用いたスクリュの全体形状を説明
する図である。

【図３】ＳＫＤ１１と改良鋼Ａの焼もどし温度と硬さと
の関係を示す図である。

【図４】スクリュ形成部分と装着部分間の硬さの変化を
示す図である。

【符号の説明】

１ スクリュ成形部分、２ 装着部分、３ ソルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリュ形成部分と装着部分を長さ方向
   に一体にして有する押出しまたは射出成形用スクリュに
   おいて、前記スクリュの化学成分は、重量％でＣ 1.0〜
   2.5%、Ｓi 2.0%以下、Ｍn 2.0%以下、Ｃr 9.0〜18.0%、
   ならびにＷ 8.0%以下、Ｍo 6.0%以下、Ｖ 7%以下、Ｎb
   7%以下の４種の元素からなる群、およびＮi 3%以下、Ｃ
   o 10.0%以下、Ｃu 3.0%以下の３種の元素からなる群か
   ら選ばれる少なくとも１種の元素を含有し、残部が不可
   避的な不純物とＦeからなり、前記装着部分の一部分ま
   たは全部分の硬さをスクリュ形成部分の主要部分の母材
   のそれに比し低い硬さとしたことを特徴とする押出しま
   たは射出成形用スクリュ。
2. 【請求項２】 スクリュ形成部分と装着部分を長さ方向
   に一体にして有する押出しまたは射出成形用スクリュの
   製造方法において、その熱処理は、該成形用被熱処理ス
   クリュの全体を、焼入れ焼もどし熱処理し、続いて前記
   装着部分の一部分または全部分を再焼もどし処理するこ
   とを特徴とする押出しまたは射出成形用スクリュの製造
   方法。