JP2000033470A

JP2000033470A - ダイカストマシンのプランジャ装置

Info

Publication number: JP2000033470A
Application number: JP10203932A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamamoto; 修山本; Kunihiro Uchimura; 邦博内村
Original assignee: NAGAMURA YOSHITSUGU; Fuji Enterprise KK
Current assignee: NAGAMURA YOSHITSUGU; Fuji Enterprise KK
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-02-02
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP3793646B2

Abstract

(57)【要約】【課題】強度及び断熱性にプランジャ装置の提供。ま
た、新規な結晶性乱層構造窒化硼素の用途の提供。【解決手段】溶湯が導入されるスリーブと、スリーブ内
に導入された溶湯を送出するプランジャヘッド５１、ス
リーブ内周面と摺動する環状の摺動部５２を備え、スリ
ーブ内をストロークするプランジャ５０と、を有し、少
なくともプランジャヘッド５１が有効量の結晶性乱層構
造窒化硼素を含む粉末を焼結してなるものである。耐溶
損性、断熱性が改善され、プランジャ装置の寿命が延び
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プランジャ装置に
関し、特にダイカストマシンのプランジャ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイガストマシンにおいては、プ
ランジャスリーブに溶湯を導入し、導入された溶湯をプ
ランジャヘッド（チップ）によって、鋳型内に圧入して
いる。特開平１０−１３７９１３号公報には、プランジ
ャヘッドの材質として、ベリリウム−銅合金、熱間金型
用鋼、或いはこれらの表面に窒化処理や溶射処理を施し
たものが紹介されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のダイカ
ストマシンにおいて、プランジャヘッドの性能は、必ず
しも利用者を満足させるものではなく、溶損、機械的破
損、経時的な摩耗などの劣化などにより寿命が短く、ま
た、プランジャヘッドと溶湯が接触した際に、熱伝導に
より溶湯の温度が低下するといった問題もある。さら
に、プランジャヘッドのために他の鋳造条件の自由度が
制限されている。

【０００４】本発明の目的は、強度及び断熱性に優れた
プランジャヘッド、及びそれを有するプランジャ装置を
提供することである。本発明の別の目的は新規な結晶性
乱層構造窒化硼素の用途を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるプランジャ
装置は、第１の視点において、溶湯が導入されるスリー
ブと、スリーブ内に導入された溶湯を送出するプランジ
ャヘッドと、スリーブの内周面と摺動する摺動部と、を
備え、スリーブ内をストロークするプランジャと、を有
し、プランジャヘッド及び／又は摺動部の一部又は全部
が、有効量の結晶性乱層構造窒化硼素を含む粉末を焼結
してなるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。

【０００７】本発明の好ましい実施の形態においては、
プランジャヘッドの材料と、プランジャヘッドがストロ
ークするスリーブの材料を同一又は類似のものとするこ
とが好ましい。以下、好ましいプランジャヘッドの材料
とスリーブの材料について併せて説明する。

【０００８】まず、本発明の好ましい実施の形態におい
ては、プランジャヘッドの材料及び／又はスリーブ材料
として、種々のセラミックスを用いることができるが、
特に、窒化硼素を含む複合セラミックス、中でも結晶性
乱層構造窒化珪素微粉末を焼結原料として含んでなる複
合セラミックスを用いる。

【０００９】以下、まず、結晶性乱層構造窒化珪素を原
料とする新規な焼結体及びその製造方法について説明す
る。併せて、窒化硼素の多形について説明する。

【００１０】窒化硼素（ＢＮ）は硼素と窒素からなる化
合物であるが、炭素とほぼ同じ結晶構造を有する多形が
存在する。すなわち、窒化硼素には無定形窒化硼素（以
下、「ａ−ＢＮ」という）、六角形の網目層が二層周期
で積層した構造を持つ六方晶系窒化硼素（以下、「ｈ−
ＢＮ」という）、六角形の網目が三層周期で積層した構
造を持つ菱面体晶系窒化硼素（以下、「ｒ−ＢＮ」とい
う）、六角形の網目層がランダムに積層した構造を持つ
乱層構造窒化硼素（以下、「ｔ−ＢＮ」という）、高圧
下の安定相であるジンクブレンド型窒化硼素（以下、
「ｃ−ＢＮ」という）及びウルツアイト型窒化硼素（以
下、「ｗ−ＢＮ」という）が知られている。

【００１１】上記の窒化硼素の多形の内、従来材料とし
て実用性が認められているのはｈ−ＢＮとｃ−ＢＮのみ
である。ｈ−ＢＮは黒鉛より耐酸化性に優れている安定
相であり、合成された結晶性ｈ−ＢＮ粉末の粒子は通常
六角板状の自形を有しており、黒鉛と同様に良好な耐熱
性、機械加工性（切削加工性）及び固体潤滑性を有して
いるが、黒鉛と異なり白色で優れた絶縁性を有する。他
方ａ−ＢＮは不安定で吸湿性があるため、ａ−ＢＮの状
態では使用できない。典型的なｈ−ＢＮとａ−ＢＮのＣ
ｕＫα線による粉末Ｘ線回折図を図１と図２に示す。

【００１２】図１から分かるように、ｈ−ＢＮの粉末Ｘ
線回折図では［００２］、［１００］、［１０１］、
［１０２］及び［００４］の回折線が顕著である。これ
に対して図２のａ−ＢＮの粉末Ｘ線回折図ではｈ−ＢＮ
の粉末Ｘ線回折図の［１００］回折線と［１０１］回折
線の位置にある［１００］と［１０１］回折線が合体し
たブロードな（半価幅の大きい）回折線と、ｈ−ＢＮの
粉末Ｘ線回折図の［００２］回折線の位置にあるブロー
ドな回折線とがあるのみで、他の回折線は見当らない
か、存在したとしてもブロードで存在が不明瞭な弱い回
折線しか存在しない。ａ−ＢＮの構造では硼素と窒素か
らなる六角網目層が発達しておらず、発達していない微
小な六角網目層の積層構造にも規則性がないものであ
る。

【００１３】ｈ−ＢＮの結晶では硼素と窒素からなる発
達した六角網目層が・・ａａ’ａａ’ａａ’ａａ’ａ・
・のパターンで積層した結晶構造を有しており、六角網
目層が３層周期で積層したものがｒ−ＢＮである。他
方、六角網目層は発達しているが六角網目層の積層構造
に規則性のないものをｔ−ＢＮという。ｔ−ＢＮの粉末
Ｘ線回折図の一例を図３に示す。図３から分かるよう
に、この粉末Ｘ線回折図ではｈ−ＢＮの粉末Ｘ線回折図
の［００２］及び［００４］回折線に対応する回折線が
シャープな回折線となっているが、［１００］回折線に
対応する回折線が高角度側に裾を引いて広がった形をし
ていて［１０１］に対応する回折線が弱く目立たず、
［１０２］に対応する回折線は存在しないか、存在して
も非常に弱い。この［１０２］に対応する回折線は六角
網目層が規則的に積層していることによって始めて現れ
る回折線である。

【００１４】なお、資源・素材学会誌Ｖｏｌ．１０５
（１９８９）Ｎｏ．２，Ｐ２０１〜２０４では粉末Ｘ線
回折図がブロードな回折線しか示さない窒化硼素をｔ−
ＢＮと記載しているが、このような窒化硼素はｔ−ＢＮ
と区別してａ−ＢＮであるとするのが妥当である。

【００１５】従来の窒化硼素を含む複合セラミックス焼
結体の例としては次のようなものが知られている。特開
昭６０−１９５０５９号公報、特開昭６０−１９５０６
０公報及び特開平２−２５２６６２号公報にはｈ−ＢＮ
粉末を窒化アルミニウムと複合したマシナブル（機械加
工性又は切削加工性）で熱伝導率の大きい複合セラミッ
クス焼結体が開示されている。また、特公平５−６５４
６７号公報及び特開平１−３０５８６１号公報にはａ−
ＢＮ粉末を原料に用いて窒化硼素を窒化アルミニウム、
窒化珪素又は炭化珪素と複合した、ｈ−ＢＮを含む高強
度で機械加工性が良好な複合セラミックス焼結体が開示
されている。

【００１６】また、特開平７−３３０４２１号公報には
酸化物、窒化物、炭化物等からなる多孔質のセラミック
スに硼酸水溶液を含浸して乾燥し、これをアンモニア雰
囲気中で加熱して還元かつ窒化し、多孔質焼結体中に窒
化硼素（加熱温度からこの段階ではａ−ＢＮになってい
ると推定される）を生成させる。次いでこれを母材の焼
結温度で焼結し、焼結と同時にａ−ＢＮがｈ−ＢＮに相
転移したｈ−ＢＮ粒子を含む強度が大きい各種の複合セ
ラミックス焼結体を得ている。この方法の場合、比較的
多量の窒化硼素を複合させた複合セラミックス焼結体を
得るには、含浸、乾燥及び窒化の工程を繰り返し行なう
必要があるので煩雑である。

【００１７】上述した各種窒化硼素から高圧下で安定な
結晶相であるｃ−ＢＮとｗ−ＢＮを除いた窒化硼素の
内、ｔ−ＢＮやｒ−ＢＮについては実験室でごく少量合
成された報告が過去にあるのみで（たとえばＪｏｕｒｎ
ａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍｉｓｔ
ｒｙＶｏｌ．１０９，Ｎｏ．２，ｐ３８４−３９０
（１９９４）参照）、本発明者らの関知する限りにおい
て、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を原料に使用した複合焼結
体、あるいは結晶性ｔ−ＢＮを含有する複合焼結体は未
だ知られていない。

【００１８】そこで、本発明者らは、先に出願した特願
平９−２１０５２号に生産性に優れた結晶性ｔ−ＢＮ微
粉末の製造方法を提案した。本発明者らは、さらに、特
願平１０−１５２０２０号において、特願平９−２１０
５２号に記載した結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の有する特徴で
ある、湿気に対して不活性であり、結晶粒子径（一次粒
子径と同じ）が細かく、一次粒子の粒径が揃っていて、
焼結性が良好な結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を利用した、安価
で有用な複合セラミックス焼結体の製造方法を提案し、
加えて、新規な結晶性ＢＮ微粉末を用いた高性能複合セ
ラミックス焼結体をも提案した。

【００１９】さらに、本発明者らは、新規な結晶性ｔ−
ＢＮを用いた新規なプランジャヘッド、摺動部及び／又
はスリーブを備えたプランジャ装置を提供せんとするも
のである。

【００２０】本発明によるプランジャヘッド、摺動部及
び／又はスリーブは、好ましい実施形態において、有効
量、特に５重量％以上の結晶性ｔ−ＢＮ微粉末をこれ以
外のセラミック原料に混合したセラミック混合物を成形
して焼結し、この焼結体から得られる。結晶性ｔ−ＢＮ
の有効量は、所要目的に応じて定められるが、およそ
０．１重量％以上から、０．５、１、２、３、４の各重
量％以上等に設定できる。また焼結は結晶性ｔ−ＢＮが
実質的（例えば１０％以上）に或いは所定量以上（７０
％、５０％、３０％、２０％以上等これらの中間を含む
任意の量）相転移を生じない条件下において行うことが
できる。これにより、結晶性ｔ−ＢＮ含有複合セラミッ
クス結晶体が得られる。

【００２１】本発明はその好ましい実施の形態におい
て、結晶性ｔ−ＢＮが相転移（特にｈ−ＢＮへ）する条
件下に焼結して、高性能の複合セラミックス焼結体を、
得ることができる。その場合、相転移は５０％以下ない
しそれ以上に制御でき、また実質的に全て相転移させる
こともできる。

【００２２】結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を製造する好ましい
方法は、前述の特願平９−２１０５２号に記載された結
晶性ｔ−ＢＮ微粉末の製造方法、すなわち有効量の溶融
硼酸アルカリを共存させて窒素等の非酸化性雰囲気中で
ａ−ＢＮ粉末を加熱し、ａ−ＢＮをｔ−ＢＮに結晶化さ
せる方法である。複合セラミックス焼結体は多くの場合
多孔質の焼結体であるが、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末はサブ
ミクロンの微細な一次粒子からなっているのでｈ−ＢＮ
粉末より焼結しやすく、成形するとａ−ＢＮを混合した
粉末より緻密な成形体になり、焼結すれば緻密な複合焼
結体となる。この複合焼結体は気孔率が相当あっても強
度が比較的大きい。微細な結晶性ｔ−ＢＮ微粒子が焼結
時にｈ−ＢＮに転移しないで焼結体中に残存している場
合には微細な結晶性ｔ−ＢＮ微粒子の存在によって微細
な気孔が形成され、焼結体中の気孔はサブミクロンサイ
ズの微細な平均気孔径を有するものとなる。

【００２３】特願平９−２１０５２号に記載されている
結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の合成方法は、たとえば次の通り
である。出発原料に尿素と硼酸及び少量の硼酸アルカリ
からなる硼素より窒素成分が過剰な混合物を出発原料に
用い、硼酸ナトリウムの共存下で加熱して９５０℃以下
で反応させ、ａ−ＢＮを主体とし硼酸やナトリウムイオ
ンを含むカルメ焼き状の中間生成物を得る。次いでこの
中間生成物を１ｍｍ以下に粉砕して窒素雰囲気中で約１
３００℃に加熱し、結晶化させると結晶性ｔ−ＢＮが生
成する。この結晶化した反応物を水、特に温純水で洗浄
（必要に応じてアルカリ成分の中和洗浄のために酸を用
いる）して精製すると、純度が高く、円板状又は球状の
形状を有する微細な一次粒子からなる結晶性ｔ−ＢＮ微
粉末が得られる。結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の微細な一次粒
子は集合してミクロンサイズの二次粒子となっている
が、アトリションミルなどで湿式粉砕すれば、微細な一
次粒子にまで容易に微粉砕することができる。結晶性ｔ
−ＢＮ微粉末の一次粒子は、微細な円板状又は球状であ
ることによって微粉砕された混合粉末を成形するときに
六角板状のｈ−ＢＮ粒子のように配向しないので、複合
焼結体としても熱膨張率の成形時の方向による差異が殆
どない焼結体が得られるという利点がある。

【００２４】本発明においては、図３を参照して、ｈ−
ＢＮの［００４］回折線（図１参照）に対応する回折線
の２θの半価幅が０．６°以下と小さくシャープな回折
線を示す結晶性の窒化硼素であって、ｈ−ＢＮの［１０
０］、［１０１］及び［１０２］回折線に対応する各回
折線の占める面積（回折線の強度を意味する）Ｓ100、
Ｓ101及びＳ102の間にＳ102／（Ｓ100＋Ｓ101）≦０．
０２の関係を充たす窒化硼素を結晶性ｔ−ＢＮという。

【００２５】本発明のスリーブの原料とする結晶性ｔ−
ＢＮ粉末ないし微粉末としては、ｈ−ＢＮの［００４］
回折線に対応する回折線の２θの半価幅が０．５°以下
の結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を使用するのが好ましい。

【００２６】結晶性ｔ−ＢＮ微粉末は前述の製造方法に
よって高純度のものを製造できる。したがって、セラミ
ックス混合粉末中に含まれる結晶性ｔ−ＢＮの含有量
は、結晶性ｔ−ＢＮの含有量が既知のセラミックスの混
合粉末を別途調製して複数の標準試料とし、標準試料の
粉末Ｘ線回折図中の結晶性ｔ−ＢＮの回折線の強度を、
粉砕した複合セラミックス焼結体の粉末Ｘ線回折図中の
結晶性ｔ−ＢＮの回折線の強度と比較すれば求めること
ができる。

【００２７】結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を原料に用いる利点
は、前述の方法によって従来市販されているｈ−ＢＮ粉
末と比べて安価に製造され、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の一
次粒子が微細であることによってセラミックス混合粉末
の成形体が焼結しやすく、多孔質な複合焼結体の場合も
強度が大きく、窒化硼素が結晶性ｔ−ＢＮの状態で焼結
体中に残留している場合には微細で揃った大きさの気孔
を有する複合セラミックス焼結体が得られる点である。

【００２８】また、原料にａ−ＢＮ粉末を用いた場合と
比較すると、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末はａ−ＢＮ粉末と比
べて湿気などの水分に対して安定であるので焼結体の原
料として使いやすく、ａ−ＢＮ粉末を混合したセラミッ
クス混合粉末と比べて密度の大きい成形体が得られ、密
度の大きい複合セラミックス焼結体が得られる点であ
る。従来のｈ−ＢＮ粉末を含む複合セラミックス焼結体
の場合と同じく、本発明の製造方法による窒化硼素含有
複合セラミックス焼結体は、ｈ−ＢＮ及び／又は結晶性
ｔ−ＢＮを焼結体の内部に含有していることによってヤ
ング率が小さく熱伝導率が大きいので耐熱衝撃性に優れ
ており、固体潤滑性があり、溶融金属に対して優れた耐
食性を有し、電気絶縁性に優れている等の好ましい特徴
がある。

【００２９】結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の微粉砕や他のセラ
ミックス粉末との混合、あるいは粉砕を兼ねる混合は分
散性のよいアルコールなどを媒体とする湿式のボールミ
ルやアトリションミルによって行なうのが好ましい。複
合セラミックス焼結体の原料とするセラミックス混合粉
末に混合する窒化硼素粉末は微細である方が成形体の焼
結性がよく、前述の製造方法によって得られる結晶性ｔ
−ＢＮ微粉末の一次粒子は平均粒径が０．４μｍ以下と
微細であるのでこの結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を混合したセ
ラミックス混合粉末の成形体は焼結性に優れていて好ま
しい。複合セラミックス焼結体の製造方法としては、無
加圧焼結又は加圧焼結のいずれを採用してもよいが、無
加圧焼結を採用すれば、製造できる複合焼結体の形状に
自由度があり、各種の形状と寸法の複合セラミックス焼
結体を安価に製造できる点で好ましい。

【００３０】原料に用いる結晶性ｔ−ＢＮ微粉末は通常
１４５０℃以上において所定時間以上に加熱すると高温
で安定なｈ−ＢＮ結晶に相転移し、ｔ−ＢＮとｈ−ＢＮ
が混在する複合セラミックス焼結体、あるいはｔ−ＢＮ
を含まず、ｈ−ＢＮと他のセラミックスとの複合セラミ
ックス焼結体になる。焼結温度が１４００℃以下のセラ
ミックス粉末を組み合わせたセラミックス混合粉末を原
料とすると、出発原料のセラミックス混合粉末中に配合
したのとほぼ同量の結晶性ｔ−ＢＮを含む複合セラミッ
クス焼結体が得られる。

【００３１】成形体の焼成温度を約１４５０℃、或いは
これ以上（特に１５００℃未満の範囲では）とすると焼
結時間とともに結晶性ｔ−ＢＮがｈ−ＢＮに相転移する
ので、焼結時間によって結晶性ｔ−ＢＮの含有量が変化
することになる。さらに焼結温度を高くする（約１５０
０℃以上では特に）と焼結が速やかに進行するが、同時
に結晶性ｔ−ＢＮは速やかにｈ−ＢＮに相転移し、同時
に焼結体中に結晶成長したｈ−ＢＮの結晶粒子が生成す
る。いずれにしても、最終焼結体におけるＢＮの所望焼
結状態（乱層ｔ−ＢＮのみが実質的に乱層でもｔ−ＢＮ
とするか、所定比以下の乱層ｔ−ＢＮとするか）に従っ
て、最高焼結温度は、時間との関係で定めることができ
る。

【００３２】複合する窒化硼素以外のセラミック原料の
配合量としては、強度の大きい複合セラミックス焼結体
が得られるように、５〜４０重量％、さらに好ましく
は、１０〜３０重量％、或いは１０〜２０重量％を結晶
性ｔ−ＢＮ（微粉末）、残部を窒化硼素以外のセラミッ
クス粉末とした混合粉末を原料に用いるのが好ましい。

【００３３】結晶性ｔ−ＢＮ粉末ないし微粉末と混合す
る窒化硼素以外のセラミック原料としては、一般に１４
５０℃程度以下（ないし１４３０℃、１４００℃程度以
下）の温度で焼結可能なセラミック原料を用いることが
でき、粉末に限らず沈澱法、ゾルゲル法、或いはこれら
の混合形式、天然又は合成物質いずれも任意に選択して
用いることができる。さらにこれらのセラミック原料と
しては、１４５０℃以上で焼結されるものを用いること
もできる。

【００３４】これらのセラミック原料としては、酸化
物、ホウ化物、窒化物、炭化物、けい化物、これらの複
合化合物もしくはこれらと酸化物との複合化合物などの
一種以上を用いることができる。これらのセラミック原
料を例示すると、コージライト、ムライト、ジルコン、
ジルコニア、アルミナ、スピネル、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄
など）、窒化アルミニウム、炭化珪素、硼化ジルコニウ
ム、硼化チタン、サイアロン等を使用できる。

【００３５】これらの内、特に強度の大きい焼結体が得
られ、多くの用途を期待できるアルミナ、ジルコニア、
窒化珪素又は窒化アルミニウムを組み合わせたセラミッ
ク混合原料を用いて複合セラミックス焼結体を得るのが
好ましい。難焼結性の非酸化物系セラミックスとの複合
セラミックス焼結体を製造する場合は、焼結温度を低く
して緻密に焼結できるように所定の（好ましくは非酸化
物系セラミックス用の）焼結助剤（各セラミック材料で
公知のものを選択できる）を添加して焼結するのが好ま
しい。

【００３６】アルミナやジルコニア等の１４５０℃以下
で焼結可能なものを窒化硼素以外のセラミック原料に使
用すれば、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を相転移させないで複
合セラミックス焼結体を得ることができる。また、機械
加工性（マシナブル又は切削加工性に同じ）を備えた複
合セラミックス焼結体を得たい場合には、超硬チップ等
による切削加工が容易となるように、結晶性ｔ−ＢＮ微
粉末を１０重量％以上混合したセラミックス混合粉末を
原料に用いて複合セラミックス焼結体を製造するのが好
ましい。他方、目的とする複合焼結体の密度にもよる
が、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を３５重量％より多く混合し
たセラミックス混合粉末は緻密に焼結するのが難しく、
得られる複合焼結体の強度が小さくなるので、結晶性ｔ
−ＢＮ微粉末のセラミックス混合粉末への混合量は３５
重量％以下とするのが好ましい。

【００３７】なお、密度について言うと、結晶性ｔ−Ｂ
Ｎを用いる場合、約１０重量％以下の配合では、実質的
に極めて高密度（低気孔率）の焼結体を製造できること
が判った。実際に対理論密度比で９５％以上、９８％以
上から９９％以上のものも焼結できる。

【００３８】焼結体の気孔率が同じであれば、多孔質の
複合セラミックス焼結体の気孔径の小さい方が大きい強
度の焼結体となる。また、複合セラミックス焼結体を強
度を必要とする構造用部材に使用したり、複合セラミッ
クス焼結体に良好な機械加工性を付与して精度のよい加
工をしたい場合には、強度が５ｋｇ／ｍｍ²以上ある複
合セラミックス焼結体とするのが好ましい。焼結体の表
面を鏡面に研摩するには、複合セラミックス焼結体を開
気孔のない緻密なものとするのが好ましい。なお、気孔
率は例えば水銀ポロシメータで測定できる。好ましく
は、焼結体の水銀ポロシメータで測定された平均気孔径
が１．０μｍ以下である。

【００３９】また、本発明の好ましい実施の形態におい
ては、焼結体中の結晶性乱層構造窒化硼素粒子の平均結
晶粒径が０．５μｍ以下である。

【００４０】本発明の好ましい実施の形態においては、
結晶性乱層構造窒化硼素粒子の出発材料として純度９０
％以上、残部は主としてＢ₂Ｏ₃のものを用いて焼結され
る。

【００４１】本発明の好ましい実施の形態においては、
セラミックス混合粉末に混合された結晶性乱層構造窒化
硼素微粉末の一次粒子の粒径が１μｍ以下であり、一次
粒子の平均粒径が０．４μｍ以下である。

【００４２】本発明によるプランジャ装置は、その好ま
しい実施形態において、そのプランジャヘッド、スリー
ブとの摺動部、及び／又はスリーブ内周面を、金属など
の靱性の高い基材上に結晶性ｔ−ＢＮ粉末を含んで焼結
してなるセラミックスないし複合セラミックスを形成し
たものとする。

【００４３】本発明によるスリーブはその好ましい実施
の形態において、高強度を必要とする構造用スリーブ、
耐久性のある通気性多孔質溶融金属用鋳型用スリーブ、
溶融金属と接触する保護スリーブなどの耐熱衝撃性を必
要とするスリーブとして用いられる。

【００４４】本発明によるスリーブは、その好ましい実
施の形態において、径方向に沿って、２段、あるいは３
段以上の層を有する。

【００４５】本発明によるスリーブは、その好ましい実
施の形態においては、径方向に沿って、強度、気孔率、
耐熱衝撃性が互いに異なるセラミックス質の層を配置す
る。

【００４６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
説明する。なお、以下の実施例は本発明の一実施例であ
って、本発明を限定するものではない。

【００４７】まず、本発明の一実施例に係るプランジャ
ヘッド、摺動部及び／又はスリーブの原料となる及び／
又は含まれる結晶性乱層構造窒化硼素（以下「結晶性ｔ
−ＢＮ」という）について説明する

【００４８】［結晶性ｔ−ＢＮの合成］結晶性乱層構造
窒化硼素（以下「結晶性ｔ−ＢＮ」という）の微粉末を
次のようにして合成した。無水硼酸（Ｂ₂Ｏ₃）３．５ｋ
ｇ、尿素（（ＮＨ₂）₂ＣＯ）５．３ｋｇ、硼砂（Ｎａ₂
Ｂ₄Ｏ₇・１０Ｈ₂Ｏ）０．６３ｋｇからなる混合物を出
発原料とし、この混合物を直径５３０ｍｍの蓋付きステ
ンレス鋼製容器に入れ、この反応容器を炉内に入れて２
５０〜５００℃、５００〜６００℃、６００〜７００
℃、７００〜８００℃、８００〜９００℃の各段階にそ
れぞれ１０分かけて昇温し、最後は９００±１℃に１０
分間保持して反応させた（合計１時間）。この間１００
℃を超えたところで水蒸気が噴出し始め、２００℃で成
分が溶融し始め、ぶくぶくと泡が出てガスの放出を伴っ
て反応が進んだ。３５０〜４００℃まで主に水蒸気を放
出し、９００℃に１０分間保持したところガス（水蒸気
及び炭酸ガス）の放出が減少した。

【００４９】この後放冷して反応容器の蓋を開けたとこ
ろ、反応容器中の混合物はＢ₂Ｏ₃が反応を完了してカル
メ焼き状の反応物となっていた。このカルメ焼き状の反
応物を反応容器中で解砕し、真空吸引して反応容器中か
ら取り出し、粉砕して１ｍｍ目の篩を通した。この粉砕
した反応物をアルミナ製の蓋付き匣鉢に入れて蓋を閉
じ、窒素雰囲気とした電気炉中で１３００℃まで１０時
間かけて昇温し、この温度に２時間保持し、その後放冷
した。匣鉢から取り出した粉末を８０〜８５℃に温めた
イオン交換水で洗浄してアルカリ成分と硼酸成分を除
き、次いで希塩酸で中和し、さらに温めたイオン交換水
で洗浄して乾燥し、純度の高い結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を
得た。この一連の工程による結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の収
量は出発原料１０ｋｇに対して約２．８ｋｇであり、出
発原料中の仕込み硼素量に対する製造歩留は７０％以上
であった。なお、結晶性ｔ−ＢＮの純度は水洗の程度に
より９０〜９７％以上に亘る。

【００５０】得られた結晶性ｔ−ＢＮ微粉末をエタノー
ルを媒体として直径１．２ｍｍのジルコニアビーズを用
いるアトリションミル（芦沢鉄工所社製パールミル）に
よって２時間微粉砕した。微粉砕後の結晶性ｔ−ＢＮ微
粉末について粒度分布を調べた（堀場製粒度分布アナラ
イザＬＡ−７００使用）結果、約９５％が１μｍ以下の
微粒子となっており、平均粒径は約０．３０μｍであっ
た。また、窒素吸着法で測定した粉末の比表面積は１２
ｍ²／ｇであった。

【００５１】この結晶性ｔ−ＢＮ微粉末のＣｕＫα線に
よる粉末Ｘ線回折図を図３に、１３３００倍に拡大した
結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の顕微鏡写真を図４に、同結晶性
ｔ−ＢＮ微粉末をアトリションミルで微粉砕後の粒度分
布グラフを図５にそれぞれ示す。

【００５２】図３の粉末Ｘ線回折図から、ｈ−ＢＮの
［００４］回折線に対応する回折線は２θの５５°にあ
り、その２θの半価幅は０．４７°であり、Ｓ102／
（Ｓ100＋Ｓ101）の値はほぼゼロであった。また、図４
の拡大電子顕微鏡写真から分かるように、この結晶性ｔ
−ＢＮ微粉末の一次粒子の平均結晶粒径は約０．２７μ
ｍであり、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の一次粒子は円板状又
は球状の粒子からなっている。

【００５３】結晶性ｔ−ＢＮ微粉の純度は、洗浄の程度
により自由にコントロールでき、９０％以上〜９７％以
上さらに９８％、９９％以上の高純度のものまで得られ
る。残留分としては、上記の方法で得られる結晶性ｔ−
ＢＮ微粉はＢ₂Ｏ₃を主体とする。従って、所定量の残留
Ｂ₂Ｏ₃を含有する結晶性ｔ−ＢＮ微粉を用いれば、残留
Ｂ₂Ｏ₃が焼結助剤の役割も果たすので、焼結性の一層の
増進に資する。

【００５４】次に、本発明の一実施例に係るプランジャ
ヘッド、スリーブとの摺動部及び／又はスリーブの原料
ないし材料となる、以上説明した結晶性ｔ−ＢＮ粉末
と、他種のセラミックス粉末と、を原料とする複合セラ
ミックス焼結体について説明する。

【００５５】［純度９２％アルミナ−結晶性ｔ−ＢＮ複
合焼結体：表１参照］

【００５６】［試料１〜５］結晶性ｔ−ＢＮ微粉末（純
度９０〜９７％、残部は主としてＢ₂Ｏ₃）と混合するセ
ラミックス粉末にアルミナ粉末（純度９２％、他にＳｉ
Ｏ₂、ＭｇＯなど８重量％を含む平均粒径３．５μｍの
マルスゆう薬製）を選び複合セラミックス焼結体を作製
した。但し、試料１においては結晶性ｔ−ＢＮ配合量を
ゼロ重量％とした。以下、この作製方法を詳細に説明す
る。

【００５７】すなわち、このアルミナ粉末に水分重量２
５％とポリアクリル酸アンモニューム塩の解こう剤を固
形分０．３重量％添加してボールミルで１２時間分散混
合して調製した。また上記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末に水分
重量４５％重量％とポリカルボン酸アンモニューム塩の
解こう剤を固形分２重量％添加してボールミルで１２時
間分散混合して調製した。その後、両者のスラリーを混
合して結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の配合量がゼロ重量％、１
０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％の混合
スラリーとし、各混合スラリーに成形助剤としてワック
スバインダー及びポリビニールアルコール樹脂バインダ
ーを固形分３重量％添加して、その後スプレードライヤ
ーを用いて造粒粉を作製した。

【００５８】この造粒粉を金型プレス成形機で、１００
０ｋｇ／ｃｍ²の成形圧力で加圧して成形体を得た。こ
の成形体を還元雰囲気中で１４８０℃で２時間焼結して
寸法が大凡１５ｃｍ×１５ｃｍ×２ｃｍの複合セラミッ
クス焼結体を得た。

【００５９】得られた各複合焼結体について測定した特
性を表１に示した。試料２〜５の各焼結体を粉砕して粉
末Ｘ線回折で調べた結果、複合した窒化ホウ素粉末はす
べて元の結晶性ｔ−ＢＮの状態で焼結体中に残存してい
た。なお、表１に示した焼結体のかさ密度、気孔率、吸
水率はアルキメデス法で測定し、曲げ強度はＪＩＳ１６
０１に規定する方法で測定した。また、硬度はビッカー
ス硬度計を用いて測定した。

【００６０】［試料６、７］比較のため、同じアルミナ
粉末に前記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を窒素雰囲気中で、４
時間１７５０℃で加熱して得たｈ−ＢＮ粉末（平均粒径
４．８μｍ、平均一次粒子径１．５μｍ、比表面積１２
ｍ²／ｇの六角板状の結晶粒子からなる粉末）及びｈ−
ＢＮ粉末（平均粒径０．５μｍ、比表面積２５ｍ²／ｇ
の六角板状の結晶粒子からなる粉末）をそれぞれ１５重
量％混合した混合スラリーを実施例１と同様にして複合
セラミックス焼結体を作り（試料６、７）、その特性を
表１に併せて示した。

【００６１】なお、超硬バイトで切削加工を試みたとこ
ろ、試料２〜７のいずれの複合セラミックス焼結体につ
いても良好な機械加工性があることが認められた。

【００６２】

【表１】

【００６３】［純度９９％アルミナ−結晶性ｔ−ＢＮ複
合焼結体：表２参照］

【００６４】［試料８〜１２］結晶性ｔ−ＢＮ微粉末と
組み合わせて複合するセラミックス粉末にアルミナ粉末
（純度９９．９９％、平均粒径０．４μｍの大明化学
製）を選び複合セラミックス焼結体を試作した。但し、
試料８においては結晶性ｔ−ＢＮ配合量をゼロ重量％と
した。以下、この作製方法を詳細に説明する。

【００６５】すなわち、このアルミナ粉末に水分重量２
５％とポリカルボン酸アンモニューム塩の解こう剤を固
形分０．６重量％添加してボールミルで１２時間分散混
合して調製した。また、上記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末に水
分重量４５重量％とポリカルボン酸アンモニューム塩の
解こう剤を固形分２重量％添加してボールミルで１２時
間分散混合して調製した。その後、両者のスラリーを混
合して結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の配合量がゼロ重量％、１
０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％混合ス
ラリーとし、各混合スラリーに成形助剤としてワックス
バインダー及びポリビニールアルコール樹脂バインダー
を固形分３重量％添加して、その後スプレードライヤー
を用いて造粒粉を作製した。

【００６６】この造粒粉末を金型プレス成形機で、１０
００ｋｇ／ｃｍ²の成形圧力で加圧して成形体を得た。
この成形体を還元雰囲気中で１３５０℃で２時間焼結し
て寸法が大凡１５ｃｍ×１５ｃｍ×２ｃｍの複合セラミ
ックス焼結体を得た。

【００６７】得られた各複合焼結体について測定した特
性を表２にまとめて示した。試料９〜１２の各焼結体を
粉砕して粉末Ｘ線回折で調べた結果、複合した窒化ホウ
素粉末はすべて元の結晶性ｔ−ＢＮの状態で焼結体中に
残存していた。

【００６８】［試料１３、１４］比較のため、同じアル
ミナ粉末に前記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を窒素雰囲気中
で、４時間１７５０℃で加熱して得たｈ−ＢＮ粉末（平
均粒径４．８μｍ、平均一次粒子径１．５μｍ、比表面
積１２ｍ²／ｇの六角板状の結晶粒子からなる粉末）及
びｈ−ＢＮ粉末（平均粒径約０．５μｍ、比表面積２５
ｍ²／ｇの六角板状の結晶粒子からなる粉末）をそれぞ
れ１５重量％配合した混合スラリーを実施例１と同様に
して複合セラミックス焼結体を作り（試料１３、１
４）、その特性を表２に併せて示した。

【００６９】なお、超硬バイトで切削加工を試みたとこ
ろ、試料９〜１４のいずれの複合セラミックス焼結体に
ついても良好な機械加工性があることが認められた。

【００７０】

【表２】

【００７１】［窒化珪素−結晶性ｔ−ＢＮ複合焼結体：
表３参照］

【００７２】［試料１５〜１９］結晶性ｔ−ＢＮ微粉末
と組み合わせて複合するセラミックス粉末にα窒化けい
素粉末（平均粒径０．６μｍ、比表面積２２ｍ²／ｇの
Ｙ₂Ｏ₃を６重量％とＡｌ₂Ｏ₃を４重量％を含む秩父小野
田製の窒化けい素粉末）を選び複合セラミックス焼結体
を試作した。但し、試料１５においては結晶性ｔ−ＢＮ
配合量をゼロ重量％とした。以下、この作製方法を詳細
に説明する。

【００７３】すなわち、この窒化けい素粉末に水分重量
２５％とポリカルボン酸アンモニューム塩の解こう剤を
固形分０．５重量％添加してボールミルで１２時間分散
混合して調製した。また、上記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末に
水分重量４５重量％とポリカルボン酸アンモニューム塩
の解こう剤を固形分２重量％添加してボールミルで１２
時間分散混合して調製した。

【００７４】その後、両者のスラリーを混合して結晶性
ｔ−ＢＮ微粉末の配合量がゼロ重量％、１０重量％、１
５重量％、２０重量％、２５重量％の混合スラリーと
し、各混合スラリーに成形助剤としてワックスバインダ
ー及びポリビニールアルコール樹脂バインダーを固形分
３重量％添加して、その後スプレードライヤーを用いて
造粒粉を作製した。

【００７５】この造粒粉を金型プレス成形機で、１００
０ｋｇ／ｃｍ²の成形圧力で加圧して成形体を得た。こ
の成形体を窒素雰囲気中で１８００℃で５時間焼結して
寸法が大凡１５ｃｍ×１５ｃｍ×２ｃｍの複合セラミッ
クス焼結体を得た。

【００７６】得られた各複合焼結体について測定した特
性を表３に併せて示した。また実施例１６〜１９の各焼
結体を粉砕して粉末Ｘ線回折で調べた結果、複合した窒
化ホウ素粉末はすべてｈ−ＢＮ結晶に相転移しているこ
とが分かった。

【００７７】［試料２０、２１］比較のため、同じ窒化
けい素粉末に前記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を窒素雰囲気中
で、４時間１７５０℃で加熱して得たｈ−ＢＮ粉末（平
均粒径約４．８μｍ、平均一次粒子径約１．５μｍ、比
表面積１２ｍ²／ｇの六角板状の結晶粒子からなる粉
末）及びｈ−ＢＮ粉末（平均粒径約０．５μｍ、比表面
積２５ｍ²／ｇの六角板状の結晶粒子からなる粉末）を
それぞれ１５重量％配合した混合スラリーを試料１と同
様にして複合セラミックス焼結体を作り（試料２０、２
１）、その特性を表３に併せて示した。

【００７８】なお、超硬バイトで切削加工を試みたとこ
ろ、試料１６〜２１のいずれの複合セラミックス焼結体
についても良好な機械加工性があることを認められた。

【００７９】

【表３】

【００８０】［窒化アルミニウム−結晶性ｔ−ＢＮ複合
焼結体：表４参照］

【００８１】［試料２２〜２６］結晶性ｔ−ＢＮ微粉末
と組み合わせて複合するセラミックス粉末に窒化アルミ
ニウム粉末（平均粒径１．４μｍ、比表面積２．７ｍ²
／ｇのＹ₂Ｏ₃を５重量％含むダウケミカル製のアルミニ
ウム粉末）を選び、複合セラミックス焼結体を試作し
た。但し、試料２２においては結晶性ｔ−ＢＮ配合量を
ゼロ重量％とした。以下、この作製方法を詳細に説明す
る。

【００８２】すなわち、この窒化アルミニウム粉末にエ
チルアルコール重量４５％添加してボールミルで１２時
間分散混合して調製した。また、上記結晶性ｔ−ＢＮ微
粉末にエチルアルコール重量４５重量％添加してボール
ミルで１２時間分散混合して調製した。その後、両者の
スラリーを混合して結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の配合量がゼ
ロ重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５
重量％の混合スラリーとし、各混合スラリーに成形助剤
としてポリビニールブチラール樹脂バインダーを固形分
３重量％添加して、その後スプレードライヤーを用いて
造粒粉を作製した。

【００８３】この造粒粉末を金型プレス成形機で、１０
００ｋｇ／ｃｍ²の成形圧力で加圧して成形体を得た。
この成形体を窒素雰囲気中で１８００℃で５時間焼結し
て寸法が大凡１５ｃｍ×１５ｃｍ×２ｃｍの複合セラミ
ックス焼結体を得た。得られた各複合焼結体について測
定した特性を表４に示した。また試料２３〜２６の各焼
結体を粉砕して粉末Ｘ線回折で調べた結果、複合した窒
化ホウ素粉末はすべてｈ−ＢＮ結晶に相転移しているこ
とが分かった。

【００８４】比較のため、同じ窒化アルミニウム粉末に
前記結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を窒素雰囲気中で、４時間１
７５０℃で加熱して得たｈ−ＢＮ粉末（平均粒径４．８
μｍ、平均一次粒子径１．５μｍ、比表面積１２ｍ²／
ｇの六角板状の結晶粒子からなる粉末）及びｈ−ＢＮ粉
末（平均粒径０．５μｍ、比表面積２５ｍ²／ｇの六角
板状の結晶粒子からなる粉末）をそれぞれ１５重量％配
合した混合スラリーを実施例１と同様にして複合セラミ
ックス焼結体を作り（試料２７、２８）、その特性を表
４に併せて示した。

【００８５】なお、超硬バイトで切削加工を試みたとこ
ろ、試料２３〜２８のいずれの複合セラミックス焼結体
についても良好な機械加工性があることを認めた。

【００８６】

【表４】

【００８７】なお、上記の試料１〜２８の内、試料２〜
５、試料９〜１２、試料１６〜１９、及び試料２３〜２
６は、原料中に結晶性ｔ−ＢＮが含まれる。一方、試料
１、試料８、試料１５及び試料２２は、原料中に元から
結晶性ｔ−ＢＮが配合されていない。また、試料６、
７、試料１３、１４、試料２０、２１及び試料２７、２
８においては、予備熱処理によって、結晶性ｔ−ＢＮを
ｈ−ＢＮに転移した原料粉末を用いているため、焼結体
中には結晶性ｔ−ＢＮが含まれない。

【００８８】上記表１〜４に示した結果から、本発明に
よる結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を混合して焼結した複合セラ
ミックス焼結体は、ｈ−ＢＮ粉末を混合して焼結した複
合セラミックス焼結体と比較して焼結性がよく、曲げ強
度が大きいことが分かる。

【００８９】また、窒化硼素（結晶性ｔ−ＢＮ）を２０
重量％複合した焼結体について熱膨張率を測定したとこ
ろ、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を混合して焼結した複合セラ
ミックス焼結体の厚さ方向と厚さに直角な方向の熱膨張
率の比はほぼ１であり、成形時の加圧方向による方向性
がの差異が殆どないことが分かった。また、窒化珪素を
含有することによって、特に高温での強度が向上する。
これらの性質は、高温の溶湯に断続的に接触するプラン
ジャヘッド、高温の溶湯が断続的に流れるようなスリー
ブとして、好ましい性質である。

【００９０】また、表１〜表４を参照して、結晶性ｔ−
ＢＮの配合量が少ないほど、気孔率の低い緻密な焼結体
が得られ、強度が高くなり、一方、結晶性ｔ−ＢＮの配
合量が多いほど気孔率が高く、断熱性ないし保温性に優
れ、熱膨張率が等方性であり、耐熱衝撃性の高い焼結体
が得られることが分かる。

【００９１】また、図６に、表３に示した結晶性ｔ−Ｂ
Ｎ微粉末と窒化珪素粉末とを混合した粉末を焼結した窒
化珪素質ＢＮ焼結体と同様の方法で作製した窒化珪素質
ＢＮ焼結体における、原料中の結晶性ｔ−ＢＮの含有量
と、焼結体中の気孔率の関係を示す。図６中、下方の折
れ線が、同じＢＮ含有量の焼結体のうち最小の気孔率を
示し、上方の折れ線が、同じＢＮ含有量の焼結体のうち
最大の気孔率を示す。

【００９２】図６より、結晶性ｔ−ＢＮ含有量を変化さ
せることによって、焼結体の気孔率を制御可能であるこ
とが分かる。例えば、結晶性ｔ−ＢＮ含有量の設定によ
って、ダイカストマシンのプランジャスリーブ用材料と
して、ガス抜け特性などを最適化できることが分かる。

【００９３】なお、結晶性ｔ−ＢＮ微粉末は非常に細か
い結晶であり、一般に凝集していることが多い。したが
って、成形の原料調製過程で、いかに凝集紛体を分散し
てマトリクスとなる原料と均一に混合するかが最終的な
焼結体特性に大きく影響してくる。本発明の製造工程に
おいて、混合する粉体を個々に均一分散する処理をする
ことにより特性が大きく変わることを留意しておく必要
がある。このようにして従来のｈ−ＢＮを用いた場合よ
りも、所定強度を達するために、より多量のＢＮ成分を
焼結体に含有させることができる。一方、同じ気孔率で
あっても組織の緻密化と高強度化を達成することができ
る。

【００９４】次に、先に、本発明の一実施例に係るプラ
ンジャ装置に適用されるスリーブを説明する。このスリ
ーブは、内筒が窒化珪素質ＢＮ焼結体の一層構造であ
り、外筒がメタルスリーブからなる。以下、このスリー
ブの製造方法及び構造を説明する。

【００９５】表３に示した上述の試料２３と同様の焼結
体を材料として、特にダイカストマシン用のプランジャ
スリーブを作製した。図７は、本発明の一実施例に係る
スリーブを用いたプランジャスリーブの構造を示す斜視
図であり、図８（Ａ）は図７のプランジャスリーブの軸
方向断面図であり、図８（Ｂ）は図７のプランジャスリ
ーブの側面図である。

【００９６】図７、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照し
て、プランジャスリーブ１００は、本発明の一実施例に
係るスリーブからなる薄肉の内筒２００と、内筒２００
が嵌挿された耐熱鋼製の外筒３００からなる。内筒２０
０は機械的加工性がよく寸法精度が高く、熱膨張率の等
方性により耐熱衝撃性が高いため、焼きばめせずに内筒
２００と外筒３００を一体化することができる。内筒２
００と外筒３００の一端部には、溶湯を導入するための
孔４００が開けられている。プランジャスリーブ１００
の他端部にはフランジが形成され、ダイカストマシンの
プラテンに取り付けられる。このプラテンは、固定ダイ
に当接し、互いに型締めされた固定ダイと可動ダイの間
の鋳型に、プランジャスリーブ１００内をストロークす
るプランジャのプランジャヘッドによって押し出された
溶湯が供給される。

【００９７】［ダイカスト試験］以上説明したプランジ
ャスリーブを適用したダイカストマシンを用いて、溶湯
温度を下記のように代えて、アルミニウム合金を鋳造し
た。プランジャスリーブ１００（図７参照）の寸法は、
外径１５０φ×内径８０φ×長さ５２８Ｌ、内筒２００
（図８（Ａ）参照）の厚さを１０ｍｍｔとした。また、
比較のため、耐熱鋼製のメタルスリーブ単層のプランジ
ャスリーブを用いて、同様に鋳造を行った。鋳造条件は
下記のとおりである。

【００９８】材質：ＡＤＣ１０、溶湯温度：６５０〜７
１０℃、潤滑剤：黒鉛含有潤滑剤。

【００９９】［評価結果］表５に、本発明の一実施例に
係るスリーブを内筒に用いたプランジャスリーブと、比
較例に係る耐熱鋼製メタルスリーブの評価結果を示す。
なお、表５中の局部加圧とは、鋳造品の密度と寸法精度
向上を図るために、鋳型に溶湯が凝固する寸前に加圧中
子を挿入するものである。

【０１００】

【表５】

【０１０１】表５より、本実施例に係る結晶性ｔ−ＢＮ
複合焼結体製の内筒を備えたプランジャスリーブを用い
たダイカストマシンによる製品の方が、３点曲げ強度が
優れていることが分かる。さらに、断熱性がよく、した
がって溶湯の保温性も高いことが分かる。

【０１０２】また、得られた製品の破断面チル層を観察
した結果、本実施例に係る結晶性ｔ−ＢＮ複合焼結体製
の内筒を備えたプランジャスリーブを用いたダイカスト
マシンによる製品の方が、均質な破断面となっているこ
とが分かった。

【０１０３】また、このプランジャスリーブ用いて耐久
試験を行った結果、５０００ショットでスリーブ内周面
の摩耗がわずか４μｍであった。これは、このプランジ
ャスリーブの内筒の潤滑性、耐溶損性が優れていること
を示している。

【０１０４】なお、結晶性ｔ−ＢＮ複合焼結体の内筒の
一端又は両端に、組立時又は運搬時の取り扱いの容易性
を考慮して、金属製のリングを取り付けてもよい。

【０１０５】また、上記実施例においては、セラミック
ス質の内筒が一層からなるスリーブを用いたが、径方向
及び軸方向に多層構造を有するスリーブを用いることも
好ましい。特に、径方向内方から外方へ向かって、ＢＮ
含有率が低くされ、及び／又は溶湯が導入される上流か
ら溶湯が押し出される下流へ向かって、ＢＮ含有率が低
くされているスリーブを用いることが好ましい。

【０１０６】次に、本発明の一実施例に係るプランジャ
装置、特にプランジャ組立体について説明する。以下に
説明するプランジャ組立体において、プランジャヘッド
及びスリーブとの摺動部を、前記スリーブ内筒２００
（図８（Ａ）及び（Ｂ）参照）と同一又は類似の材質、
特に結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を含む粉末を焼結している窒
化珪素質ＢＮ焼結体とすることが好ましい。

【０１０７】図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施
例に係るプランジャ装置のプランジャ組立体を説明する
ための図であり、（Ａ）は軸方向断面図、（Ｂ）は側面
図である。

【０１０８】図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、このプ
ランジャ組立体５０は、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示した
スリーブ１００内（スリーブ内筒２００の内周面）をス
トロークするものであって、先端部にプランジャヘッド
（チップ）５１、外周部にスリーブ内周面との環状の摺
動部５２を有し、摺動部５２はスペーサリング５５を介
して、プランジャヘッド５１と螺合するカシメ部材５３
によってプランジャヘッド５１に押圧され一体化され
る。そして、抜け止め用のキーが挿入される固定用孔５
４が形成されている。また、プランジャヘッド５１内に
は不図示のロッドが係合される。

【０１０９】さらに、プランジャヘッド５１の外周面
は、上流に向かって径大のテーパー面とされている。こ
れによって、プランジャ５０の操作性が向上し、プラン
ジャヘッド５１の角部（外周部）の欠損が防止される。

【０１１０】また、さらにスリーブの内層２００（図８
（Ａ）及び（Ｂ）参照）、プランジャ組立体５０の摺動
部５２を有効量の結晶性ｔ−ＢＮを含む粉末を焼結して
なるものとすることにより、機械的加工の容易性に起因
して寸法精度を高くすることができ、スリーブ内筒２０
０の内周面と摺動部５２の潤滑性が良好なため、スリー
ブ内周面とプランジャ外周面間のクリアランスを可及的
に小さくすることができる。斯くして、プランジャヘッ
ド５１の外周面をテーパー化しても、溶湯を押し出す際
の溶湯の漏出が高度に防止される。

【０１１１】また、結晶性ｔ−ＢＮを含む粉末を焼結し
てなる焼結体ないし複合焼結体は、機械的加工性がよい
ため、図９（Ａ）に示したように、ねじ溝を形成するこ
とも容易である。また、場合によっては、プランジャヘ
ッド５１と摺動部５２を一体焼成により形成してもよ
い。また、特にプランジャヘッド５１の先端表面、摺動
部５２の表面、スリーブ内筒２００の内周表面（図８
（Ａ）参照）の近傍のみを、結晶性ｔ−ＢＮを含む粉末
を焼結してなる焼結体ないし複合焼結体とし、これらの
焼結体を靱性の高い素材と複合させてもよい。

【０１１２】

【発明の効果】本発明によれば、強度及び断熱性に優れ
たプランジャヘッド、及びそれを有するプランジャ装置
が提供される。また、新規な結晶性乱層構造窒化硼素の
用途が提供される。さらに、断熱性ないし保温性が高
く、強度と耐熱衝撃性のバランスが優れたスリーブが提
供される。本発明によるプランジャ装置は、特にダイカ
ストマシンのプランジャスリーブとして有用であり、溶
湯温度、溶湯の押し出し圧力などに関する鋳造条件の自
由度が向上される。

【０１１３】また、本発明は、新規な結晶性乱層構造窒
化硼素の用途を開発するものである。この新規な結晶性
乱層構造窒化硼素を用いた本発明によるプランジャ装置
は、断熱性ないし保温性が高く、強度が高く、プランジ
ャヘッド、摺動部及び／又はプランジャスリーブの熱膨
張が等方性で耐熱衝撃性が高く、潤滑性がよく、ガス抜
け性がよく、溶融金属に対して濡れにくく、機械加工性
がよい、という特性を有する。このようなプランジャ装
置は、ダイカストマシンのプランジャ装置としてきわめ
て優れた特性を有するものであって、鋳造品における欠
陥の発生が減少されると共に、断熱性の高さにより作業
環境温度が低下される。

【０１１４】上記特性が得られる理由は、上記プランジ
ャヘッド、摺動部及び／又はスリーブが、結晶性ｔ−Ｂ
Ｎ粉末、又はそれと他種のセラミックス粉末を原料粉末
として用いるためである。詳細には、結晶性ｔ−ＢＮ粉
末の一次粒子が微細な結晶粒子であること、結晶性ｔ−
ＢＮ粉末が乱層構造を有することによって、このプラン
ジャヘッド、摺動部及び／又はスリーブは、規則的なｈ
−ＢＮ粉末を原料粉末に用いた場合より焼結性がよく、
強度が高く、熱膨張の方向性が小さくなる。

【０１１５】さらに、焼結体中に結晶性ｔ−ＢＮが相転
移しないでとどまっている限りにおいて結晶性ｔ−ＢＮ
は微細な結晶粒子の状態を保持しており、これによって
焼結体中の気孔も微細になる。また、焼結体の組織が微
細であることによって強度が大きい焼結体になる。これ
は、結晶性ｔ−ＢＮが焼結過程でｈ−ＢＮに変化する場
合にもほぼ妥当する。このように、気孔が微細に分散し
ていることによって、ガス抜け性が向上する。

【０１１６】さらに、上記プランジャヘッド、摺動部及
び／又はスリーブは、従来のｈ−ＢＮ粉末を原料に用い
た複合セラミックス焼結体にも勝る優れた機械加工性
（切削加工性）、熱伝導性、電気絶縁性、耐熱衝撃性等
の他、溶融金属に対する濡れにくさと耐食性等の好まし
い特性を兼備している。

【０１１７】このような好ましい特性を有する上記プラ
ンジャヘッド、摺動部及び／又はスリーブは、無加圧焼
結によって製造できる。前述した結晶性ｔ−ＢＮ微粉末
の製造技術が確立されたことによって、従来より格段に
安価に高純度の結晶性ｔ−ＢＮ微粉末を調達できるよう
になった。

【０１１８】上記プランジャヘッド、摺動部及び／又は
スリーブは、機械加工性がよいため、これを用いて複雑
な形状の高精度のプランジャ装置を安価に提供できる。
また、本発明によるスリーブは、高強度を必要とする構
造用スリーブ、耐久性のある通気性多孔質溶融金属用鋳
型用スリーブ、溶融金属と接触する保護スリーブなどの
耐熱衝撃性を必要とするスリーブ用の材料として好適で
ある。結晶性ｔ−ＢＮ（或いは結晶性ｔ−ＢＮに由来す
る微細分散ｈ−ＢＮ）の含有により複合セラミックス焼
結体に高い滑り特性を与えることができ、この特性を任
意の所望値に制御、調節することもできる。また、本発
明は溶湯を保持又は流通させるための容器や給湯管（図
１０参照）にも好適に適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の典型的なｈ−ＢＮ粉末の粉末Ｘ線回折図
である。

【図２】従来のａ−ＢＮ粉末の粉末Ｘ線回折図である。

【図３】本発明の一実施例に係るプランジャヘッド、摺
動部ないしスリーブの原料として用いられる結晶性ｔ−
ＢＮ微粉末の粉末Ｘ線回折図である。

【図４】図３の結晶性ｔ−ＢＮ微粉末の電子顕微鏡写真
である。

【図５】本発明の一実施例に係るプランジャヘッド、摺
動部ないしスリーブの原料として用いられる結晶性ｔ−
ＢＮ微粉末のアトリションミルによる粉砕後の粒度分布
を示すグラフである。

【図６】本発明の一実施例に係るプランジャヘッド、摺
動部ないしスリーブの材料となる焼結体において、原料
中の結晶性ｔ−ＢＮの含有量と、焼結体中の気孔率の関
係を説明するためのグラフである。

【図７】本発明の一実施例に係るプランジャ装置に適用
されるスリーブの構造を示す斜視図である。

【図８】（Ａ）は図７のプランジャスリーブの断面図で
あり、（Ｂ）は同側面図である。

【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る
プランジャ装置、特にプランジャヘッドないしチップを
説明するための図であり、（Ａ）は軸方向断面図、
（Ｂ）は側面図である。

【図１０】本発明の応用例に係る給湯管を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

５０プランジャ装置５１プランジャヘッド５２摺動部５３カシメ部材５４固定用孔５５スペーサリング１００プランジャスリーブ２００スリーブ内筒（結晶性ｔ−ＢＮ粉末焼結体）３００スリーブ外筒（耐熱鋼製）４００孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内村邦博愛知県犬山市字大門４番地の１フジセラミックス資材株式会社内Ｆターム(参考） 4G001 BA01 BA02 BA03 BA32 BA33 BA36 BA85 BB03 BB32 BB33 BB36 BC01 BD07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯が導入されるスリーブと、前記スリーブ内に導入された溶湯を送出するプランジャ
ヘッドと、前記スリーブの内周面と摺動する摺動部と、
を備え、前記スリーブ内をストロークするプランジャ
と、を有し、前記プランジャヘッド及び／又は前記摺動部の一部又は
全部が、有効量の結晶性乱層構造窒化硼素を含む粉末を
焼結してなるものであることを特徴とするプランジャ装
置。
【請求項２】前記プランジャヘッドの溶湯を送出する先
端部及び／又は前記摺動部の外周部が、有効量の結晶性
乱層構造窒化硼素を含む粉末を焼結してなるものである
ことを特徴とする請求項１記載のプランジャ装置。
【請求項３】前記スリーブの内周部が少なくとも、有効
量の結晶性乱層構造窒化硼素を含む粉末を焼結してなる
層であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラン
ジャ装置。
【請求項４】前記プランジャヘッド、前記摺動部及び／
又は前記スリーブの内周部が、原料中１０〜２０重量％
の結晶性乱層構造窒化硼素粉末と、残部主として窒化珪
素粉末、アルミナ粉末、窒化アルミナ粉末の一種以上
と、を含む原料を焼結してなることを特徴とする請求項
３記載のプランジャ装置。
【請求項５】前記結晶性乱層構造窒化硼素粉末が、その
ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折図における六方晶系窒化
硼素の［００４］の回折線に対応する回折線の２θの半
価幅が０．５°以下であり、六方晶窒化硼素のＣｕＫα
線による粉末Ｘ線回折図における［１００］、［１０
１］及び［１０２］回折線に対応する各回折線の占める
面積Ｓ100、Ｓ101及びＳ102の間にＳ102／（Ｓ100＋Ｓ1
01）＜０．０２の関係が充たされているものであること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一記載のスリー
ブ。
【請求項６】前記プランジャヘッドの外周面を環状のテ
ーパー面としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か一記載のプランジャ装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか一記載のプランジ
ャ装置と、前記スリーブに溶湯を供給する手段と、前記スリーブ内から前記プランジャヘッドによって押し
出された溶湯が供給される鋳型と、を有することを特徴とするダイカストマシン。