JP2002120056A - ダイカストマシン用射出スリーブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属溶湯に対する保温性に優れると同時に、
耐熱衝撃性に優れ、且つ比較的低コストで製造すること
ができる射出スリーブを提供する。 【解決手段】 射出スリーブは、二層からなる複合構造
を備えている。内筒２は、この例では、Ｎｉ−Ｂ−Ｍｏ
−Ｓｉ系サーメットで構成されている。上記のサーメッ
トは、溶融Ａｌに対する耐食性に加えて、耐摩耗性、耐
ヒートクラック性に優れ、熱伝導率が低く溶湯に対する
保温性に優れている。外筒１は、靱性及び加工性に優れ
た低合金鋼で構成されている（例えば、ＳＮＣＭ４３
９）。更に、耐熱衝撃性を確保するために内筒２の薄肉
化を図ると同時に、全体としての保温性能を確保するた
め、内筒２の肉厚を２．５〜５ｍｍとするともに、外筒
１の熱伝導率（３００℃）を３０〜４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）
以下としている。外筒１と内筒２は、例えばＨＩＰ法に
よって、金属組織的に接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
や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とを兼ねる射出スリーブの構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ダイカストマシンにおいて溶
湯受けと加圧シリンダとを兼ねる射出スリーブには、Ｓ
ＫＤ６１（ＪＩＳ）などの合金工具鋼が使用されてい
る。この射出スリーブは、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）と比較的高いので、射出スリーブ内に導入された溶
湯が短時間で冷却され、特に、射出スリーブに接した部
分で溶湯の凝固が始まる。そのため、溶湯が射出スリー
ブから金型内に注入された時、凝固した小片が型面に捕
捉され、湯まわり不良、断熱チル層の巻き込みなどが発
生するという問題が生じていた。特に、溶湯量が少ない
薄肉成形品の製造の際に、湯境い、湯回り不良などの成
形不良が多く発生する傾向にあった。

【０００３】これらの問題を解決するため、特開平１１
−３００４５９号公報には、鋼製の外筒の内側に、厚さ
２〜１０ｍｍ程度の低熱伝導率の合金からなる内筒を接
合した複合構造の射出スリーブが記載されている。この
様な複合構造を備えた射出スリーブは、内筒部分に起因
する保温性と、外筒部分に起因する強度、靱性及び耐熱
衝撃性とを兼ね備えている。上記の射出スリーブは、射
出スリーブ内に導入された溶湯に対する保温性に優れて
いるので、湯境い、湯回り不良、断熱チル層の巻き込み
などの成形不良が発生しにくく、ダイカスト製品の不良
率を低減することができるという利点を持っている。

【０００４】しかし、上記の射出スリーブは、外筒部分
の熱伝導率が高い場合（例えば、機械構造用炭素鋼Ｓ４
５Ｃの熱伝導率は、３００℃において４６〜５０Ｗ／
（ｍ・Ｋ）程度である）、内筒部分の肉厚を相当厚くし
ておかないと、十分な保温性能が得られない。また、内
筒部分の肉厚を増やすことは、スリーブの製造コストを
増大させる要因となる。更に、内筒部分の肉厚を厚くす
ると耐熱衝撃性が低下するので、内周面から熱疲労クラ
ックが発生し易くなり、射出スリーブの寿命が短くなる
という問題もあった。

【０００５】なお、熱伝導率の低いステンレス鋼系材料
（例えば、析出硬化型ステンレス鋼ＳＵＳ６３０）を外
筒に用い、内筒部分に低熱伝導率の合金からなる層を用
いることで、溶湯に対して優れた保温効果を示すスリー
ブを得ることが可能になるが、必要以上の保温性を備え
ることや、外筒の素材単価が高く、しかも難切削材料で
あるので、射出スリーブの製造コストの増大を招き、好
ましくない。特に、スリーブ肉厚が大きい場合、あるい
はスリーブ形状が複雑な場合などには好ましくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の射出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、溶湯に対する保温性に優れると同時に耐
熱衝撃性にも優れ、且つ比較的低コストで製造すること
ができるダイカストマシン用射出スリーブを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のダイカストマシ
ン用射出スリーブは、３００℃における熱伝導率が３０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の鋼製の外
筒と、この外筒の内側に金属組織的に接合され、金属炭
化物、金属窒化物及び金属硼化物のうちの少なくとも一
種を含み３００℃における熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のサーメットからな
り、肉厚が２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の内筒と、を備え
たことを特徴とする。

【０００８】本発明のダイカストマシン用射出スリーブ
によれば、内筒を、上記の様なサーメットを使用するこ
とによって、内筒の表面への溶湯の融着及びプランジャ
チップとの摺動面でのカジリを防止することができる。
但し、サーメットは靭性に劣っているので、射出スリー
ブを二層からなる複合構造とし、内筒部分を上記のサー
メットで構成するとともに、外筒部分を靭性に優れ且つ
機械加工性にも優れた鋼材で構成する。

【０００９】ここで、内筒を、上記の様な比較的熱伝導
率が低いサーメットで構成するとともに、外筒を、熱伝
導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下
の材料で構成することによって、射出スリーブ全体とし
ての適切な保温性を確保すると同時に、内筒の薄肉化を
図ることができる。この様に、内筒の肉厚を薄くするこ
とによって、耐熱衝撃性が改善され、内筒にヒートクラ
ックが生じにくくなる。

【００１０】上記の様な条件を満たすサーメットとし
て、例えば、Ｓｉが０．５ｗｔ％以上８ｗｔ％以下、Ｍ
ｏが１０ｗｔ％以上３７ｗｔ％以下、Ｂが０．６ｗｔ％
以上３．２ｗｔ％以下で、残部がＮｉからなるサーメッ
トがある。

【００１１】また、上記の様な条件を満たす外筒材料と
して、例えば、機械構造用合金鋼ＳＮＣＭ４３９、ＳＣ
Ｍ４４０、または合金工具鋼ＳＫＤ６１などを挙げるこ
とができる。

【００１２】なお、上記サーメットの原料粉末を外筒の
内周面に沿って充填した状態で焼結を行えば、焼結と同
時に、外筒の内周面にサーメットを金属組織的に接合す
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に基づくダイカス
トマシン用射出スリーブの概要を示す。図中、１は外
筒、２は内筒である。図１に示す様に、本発明に基づく
射出スリーブは、二層からなる複合構造を備えている。

【００１４】内筒２は、この例では、Ｎｉ−Ｂ−Ｍｏ−
Ｓｉ系のサーメットで構成されている。このＮｉ−Ｂ−
Ｍｏ−Ｓｉ系サーメットは、溶融Ａｌに対する耐食性に
加えて、耐ヒートクラック性、耐摩耗性に優れ、しかも
熱伝導率が低いので溶湯に対する保温性にも優れてい
る。なお、Ｎｉ−Ｂ−Ｍｏ−Ｓｉ系サーメットの熱伝導
率は、その組成によって変わるが、およそ２０Ｗ／（ｍ
・Ｋ）程度であり、従来材（ＳＫＤ６１）の約２／３の
値である。

【００１５】但し、Ｎｉ−Ｂ−Ｍｏ−Ｓｉ系サーメット
は、鋼系材料に比べると靱性に劣るので、図１に示す様
に、二層からなる複合構造で射出スリーブを構成し、外
筒１部分に、靱性に優れ且つ加工性にも優れた低合金鋼
を使用している。更に、射出スリーブ全体としての保温
性能を損なわずに、内筒１部分の薄肉化を図るため、外
筒１には、３００℃における熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下程度の、比較的、伝導
率が低い材料を使用している。

【００１６】この例では、外筒１は、機械構造用合金鋼
ＳＮＣＭ４３９で製作されている。この他、外筒１に
は、機械構造用合金鋼ＳＣＭ４４０、合金工具鋼ＳＫＤ
６１などの低合金鋼を使用することができる。

【００１７】外筒１と内筒２は、金属組織的に接合され
て一体化されている。外筒１に対する内筒２の接合は、
ＨＩＰ法（熱間静水圧プレス法）、ろう付け、拡散接合
法などによって行うことができる。

【００１８】次に、本発明に基づく複合構造の射出スリ
ーブの伝熱特性について、有限要素法を用いて解析した
結果について説明する。

【００１９】図２に、有限要素法を用いた解析において
使用されたモデルの概要を示す。図２に示す様に、外筒
（１）の外径を１０５ｍｍ、内筒（２）の内径を７０ｍ
ｍとし、内筒の肉厚を１．５ｍｍから５．０ｍｍまで、
５水準で変化させた。外筒の熱伝導率を３５Ｗ／（ｍ・
Ｋ）とし（ＳＮＣＭ４３９相当）、内筒の熱伝導率を１
９Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。外筒及び内筒の初期温度を２
５℃とし、内筒の内側に接する溶湯（アルミニウム合金
ＡＤＣ１２）の初期温度を６５０℃とした。

【００２０】図３に、有限要素法を用いた解析の結果を
示す。なお、この図において、横軸は、溶湯が接触した
ときを基準とする経過時間であり、縦軸は、従来の合金
工具鋼ＳＫＤ６１（熱伝導率：３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））製
の単層構造による射出スリーブを用いた場合との間の溶
湯温度の差である。なお、この図の中には、比較のた
め、従来の析出硬化系ステンレス鋼ＳＵＳ６３０（熱伝
導率：２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））製の単層構造による射出ス
リーブを用いた場合についての計算結果も、併せて示し
てある（四角マーク）。

【００２１】図３に示す様に、内筒を低熱伝導率のサー
メットで構成した場合、内筒の肉厚が２．５ｍｍ以上に
なると、従来の射出スリーブ（ＳＫＤ６１製）との温度
差が約１５℃以上となり、ある程度の保温効果が現われ
ることが分かる。また、内筒の肉厚が５ｍｍ程度になる
と、従来の保温性に優れた析出硬化系ステンレス鋼ＳＵ
Ｓ６３０製の単層構造による射出スリーブと、同等の保
温効果を示すことが分かる。

【００２２】図４に、外筒の熱伝導率と、溶湯に対する
保温性を確保するため（具体的には、従来の射出スリー
ブ（ＳＫＤ６１製）との間の溶湯温度の差が約１５℃以
上となること）に必要とされる内筒の最低肉厚との関係
を示す。なお、この計算では、外筒の熱伝導率を、３
０、３５、４０、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の四水準で変化さ
せている。

【００２３】図４に示す様に、外筒の熱伝導率が４０Ｗ
／（ｍ・Ｋ）を超える場合（例えば、機械構造用炭素鋼
Ｓ４８Ｃなど）、所定の保温性を確保するために必要と
なる内筒の肉厚が５ｍｍ以上となることが分かる。な
お、内筒の肉厚が５ｍｍ以上となると、先に説明した様
に耐熱衝撃性が低下するので、好ましくない。また、内
筒の肉厚の増加につれて、製造コストも増大する。

【００２４】これに対して、外筒の熱伝導率が３０Ｗ／
（ｍ・Ｋ）の場合には、内筒の肉厚が約２．５ｍｍ以上
あれば所定の保温性が確保され、外筒の熱伝導率が３０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）の場合には、内筒の肉厚が約３ｍｍ以上
あれば所定の保温性が確保され、外筒の熱伝導率が４０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）の場合には、内筒の肉厚が約４ｍｍ以上
あれば所定の保温性が確保されることが分かる。従っ
て、外筒の熱伝導率が３０〜４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲
内にある場合には、内筒の厚さは、最大で５ｍｍ程度あ
れば十分であると言える。

【００２５】次に、図１に示した射出スリーブの製造方
法について説明する。

【００２６】（イ）外筒相当部分１ａを、機械構造用合
金鋼ＳＮＣＭ４３９を用いて、図５に示す形状に、機械
加工によって加工する。

【００２７】（ロ）ＨＩＰ加工の際に中子３として使用
する部分を、機械構造用炭素鋼Ｓ２５Ｃを用いて、図６
に示す形状に、機械加工によって加工する。

【００２８】（ハ）Ｓｉ：４．６ｗｔ％、Ｍｏ：２０ｗ
ｔ％、Ｂ：３．１ｗｔ％、残部Ｎｉの組成の原料を溶解
し、これを水アトマイズすることによって、焼結の原料
粉末（粒径：５０〜１５０μｍ）を製作する。

【００２９】（ニ）図７に示す様に、缶体５の中に外筒
相当部分１ａを収容し、外筒相当部分１ａの内側に中子
３をセットする。次いで、外筒相当部分１ａと中子３と
の間の環状の隙間２ａに、上記の粉末原料を充填する。

【００３０】（ホ）図８に示す様に、缶体５の上部に蓋
６を溶接で取り付ける。なお、蓋６には、真空引き用パ
イプ７が取り付けられている。

【００３１】（ヘ）真空引き用パイプ７を介して、缶体
５の内部を真空に引き、所定の真空度に到達したところ
で、真空引き用パイプ７を潰して塞いだ後、更に溶接で
封じる。

【００３２】（ト）以上の様にして準備したものを、Ｈ
ＩＰ（熱間静水圧プレス）装置に装着し、１０００気圧
の下で１０００℃に加熱し、原料粉末を焼結すると同時
に、この焼結体を外筒１及び中子３に接合する。

【００３３】（チ）缶体５、６、７及び中子３を、切削
加工で除去した後、内径、外径及び端部に機械加工を施
し、先に図１に示した形状に仕上げる。

【００３４】以上の様にして製作された射出スリーブ
を、コールドチャンバ方式のダイカストマシンに取り付
け、アルミニウム合金を用いてパーソナルコンピュータ
のケース（肉厚１ｍｍ）を鋳造した。その結果、従来の
ＳＫＤ６１製の単層構造の射出スリーブ、及び特開平１
１−３００４５９号公報に記載されている複合構造の射
出スリーブ（低熱伝導率の合金製の肉厚９ｍｍの内筒、
Ｓ５０Ｃ製の外筒）と比較して、以下の利点が認められ
た。

【００３５】（イ）本発明に基づく射出スリーブは、保
温性に優れ、従来のＳＫＤ６１製のスリーブと比較し
て、ダイカスト製品の良品率が１１％向上した。また、
従来の複合構造の射出スリーブと比較して、ほぼ同等の
良品率であった。

【００３６】（ロ）本発明に基づく射出スリーブでは、
ヒートクラックが僅かに発生したが、溶融金属の入り込
みやアルミニウムの焼付きが発生せず、プランジャチッ
プのカジリも生じなかった。

【００３７】（ハ）従来のＳＫＤ６１製のスリーブと比
較して、射出スリーブの寿命が約３倍になった。また、
従来の複合構造の射出スリーブと比較して、射出スリー
ブの寿命が約２倍になった。

【００３８】（ニ）本発明に基づく射出スリーブの製造
コストは、従来のＳＫＤ６１製のスリーブの約２倍であ
る。また、従来の複合構造の射出スリーブの約６０％で
ある。従って、ダイカスト製品の一個当りの射出スリー
ブのコストを、上記の二者と比べて、低く抑えることが
できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に基づく射出スリーブは、二層か
らなる複合構造を備え、その内筒部分が熱伝導率が低い
サーメットで構成されるとともに、外筒部分が靭性に優
れ且つ熱伝導率が比較的低い低合金鋼で構成されている
ので、金属溶湯に対する耐食性、プランジャチップとの
摺動面での耐カジリ性に加えて、溶湯に対する保温性及
び耐熱衝撃性にも優れている。従って、本発明に基づく
射出スリーブを使用すれば、ダイカスト製品の歩留まり
を向上させることができる。更に、本発明に基づく射出
スリーブは、製造コストが比較的低く、長い寿命を備え
ているので、これを使用することによって、ダイカスト
製品の一個当りの製造コストを減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく射出スリーブの概要を示す軸方
向断面図。

【図２】有限要素法を用いた伝熱計算において使用され
た解析モデルの概要を示す図。

【図３】有限要素法を用いた解析結果を示す図であっ
て、従来の射出スリーブを用いた場合と、本発明に基づ
く射出スリーブで内筒の厚さを変化させた場合との溶湯
温度の差を表す図。

【図４】有限要素法を用いた解析結果を示す図であっ
て、外筒の熱伝導率と、溶湯に対する保温性の確保に必
要な内筒の最低厚さとの関係を表す図。

【図５】本発明に基づく射出スリーブの製造工程につい
て説明する図。

【図６】本発明に基づく射出スリーブの製造工程につい
て説明する図。

【図７】本発明に基づく射出スリーブの製造工程につい
て説明する図。

【図８】本発明に基づく射出スリーブの製造工程につい
て説明する図。

【符号の説明】

１・・・外筒、 ２・・・内筒、 ３・・・中子、 ５・・・缶体、 ６・・・蓋、 ７・・・真空引き用パイプ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３００℃における熱伝導率が３０Ｗ／
   （ｍ・Ｋ）以上４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の鋼製の外筒
   と、 この外筒の内側に金属組織的に接合され、金属炭化物、
   金属窒化物及び金属硼化物のうちの少なくとも一種を含
   み３００℃における熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上
   ２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のサーメットからなり、肉厚が
   ２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の内筒と、 を備えたことを特徴とするダイカストマシン用射出スリ
   ーブ。
2. 【請求項２】 前記内筒が、Ｓｉが０．５ｗｔ％以上８
   ｗｔ％以下、Ｍｏが１０ｗｔ％以上３７ｗｔ％以下、Ｂ
   が０．６ｗｔ％以上３．２ｗｔ％以下で、残部がＮｉか
   らなるサーメットにより構成され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射出スリーブ。
3. 【請求項３】 前記外筒が、機械構造用合金鋼ＳＮＣＭ
   ４３９、ＳＣＭ４４０、または合金工具鋼ＳＫＤ６１の
   いずれかにより構成されることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のダイカストマシン用射出スリーブ。
4. 【請求項４】 前記外筒の内周面上に、前記内筒が焼結
   により接合されていることを特徴とする請求項１から３
   までのいずれかに記載のダイカストマシン用射出スリー
   ブ。