JP2912652B2 - 横孔付複合シリンダの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプラスチック、セラミックス、磁性粉末およ
び金属粉末の混練，押出成形装置に使用されるシリンダ
の製造方法に関する。

（従来の技術） 通常、プラスチック原料の混練、押出成形装置に用い
られるセグメントタイプの２軸シリンダに要求される機
能は原料供給、混練、脱気、反応および押出等があり、
シリンダの原料供給、脱気部分には各々ホッパ孔、ベン
ト孔がついている。

一方、難燃性プラスチック、硬質粒子添加プラスチッ
ク、セラミックス、磁性粉末および金属粉末を成形する
際、シリンダのスクリュウ孔、ホッパ孔およびベント孔
内面には高度の耐食、耐摩耗性が要求される。

このような要求特性を満足させるためCo、Ni基自溶性
合金の溶射、肉盛によりスクリュウ孔、ホッパ孔および
ベント孔内面をライニングする方法がある。しかし、下
記のような問題点が残されている。

１） 小径スクリュウ孔、複雑形状のホッパ孔およびベ
ント孔等の場合、溶射、肉盛出来ない等の施工上の寸法
制約がある。

２） 溶射後のフュージング工程でのコントロール条件
が多く、ライニング層にバラツキを生じやすく、しかも
鋳造組織であるため、成分偏析が著しく、かつ晶出物は
粗大化する。そのためライニング層の強度および靭性良
好とはいえず、耐食、耐摩耗性も不均一である。

３） 溶融、凝固に伴うライニング部の収縮により過大
な引張応力が残留し、大型、複雑形状の場合、ライニン
グ合金が割れる場合がある。

そこで、近年、高温・高圧技術の進歩に伴い、前記ラ
イニング法の諸問題を解決したライニング層の形成方法
が提案されている。この方法はライニング層の形成に際
し、熱間等方圧加圧（以下、HIPという。）を適用した
ものである。

第３図および第４図は、この方法を実施するためのHI
P用カプセルを示しており、円筒状のシリンダ素材１に
２軸スクリュウ孔用縦孔２および該縦孔２に連通した、
ホッパ孔もしくはベント孔の基となる横孔３が開設され
ており、該縦孔２および横孔３にはライニング層を形成
するための隙間4,5を隔てて縦孔ライニング用中子６お
よび横孔ライニング用中子７が装着されている。前記中
子6,7は下蓋８および横蓋９に垂設されており、これら
はシリンダ素材１の縦孔２下端および横孔３開口端にTI
G溶接されている。また、シリンダ素材１の上部開口に
はライニング用粉末の供給孔11が貫通された上蓋10が溶
接されており、供給孔11には供給管12が溶接されてい
る。尚、シリンダ素材は、通常、炭素鋼、Cr−Mo鋼、Ni
−Cr−Mo鋼、SuS316等のステンレス鋼で形成され、中子
や蓋体等は炭素鋼、ステンレス鋼で形成される。

HIPによってライニング層を形成するには、前記HIP用
カプセルの供給管12より、耐食性、耐摩耗性に優れた合
金やセラミックスの粉末で形成されたライニング用粉末
13を隙間4,5に充填し、該供給管12より脱ガス後、圧着
して密封し、HIP処理を施す。HIPによって、ライニング
用粉末は焼結一体化すると共に縦孔２、横孔３の内面に
拡散接合し、ライニング層が形成される。その後、仕上
加工により中子の除去および製品形状の成形が行われ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ホッパ孔あるいはベント孔形成用の横
孔３が深い場合、ライニング用の隙間５に粉末を充填す
ることができず、未充填部14ひいては未ライニング部が
生じ易い。経験上、特に下記の場合、著しい。

（L3＋L4）/2≧（L1＋L2）/2 L1…縦孔ライニング用中子のスクリュウ部最大半径 L2…同中子のスクリュウつなぎ部の幅の1/2 L3…同中子のスクリュウ部最大半径位置からの横孔長さ L4…同中子のスクリュウつなぎ部の端からの横孔長さ かかる未充填部14が生じる原因としては、粉末の安息
角が通常150゜以下であること、大気充填の際に押し込
められた空気が抵抗となることによるものと考えられ
る。

この改善策として、横孔側にも別の供給管をもうけ、
初めに縦孔用供給管から粉末を充填後、HIP用カプセル
を90゜横にし、あらためて、横孔用供給管から粉末を充
填すれば、横孔部の粉末は充填できるものと考えられ
る。しかし、この場合、充填のため、カプセルを90゜横
にして、２回充填しなければならず、しかも90゜横にす
るため、初めに充填した粉末が不均一になるおそれがあ
る。従って、経済的、品質的に不満足である。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、横孔が
深い場合でも、ライニング用粉末の未充填部が生じず、
従って縦孔のみならず横孔も均一なライニング層を形成
することができる手段を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明は、シリン
ダ素材１にスクリュウ孔用縦孔２および該縦孔２に連通
したホッパ孔もしくはベント孔用横孔３が形成され、前
記縦孔２および横孔３にはライニング層を形成するため
の隙間4,5を隔てて縦孔ライニング用中子６および横孔
ライニング用中子７が装着された熱間等方圧加圧用カプ
セルを準備し、前記縦孔２の上部開口よりライニング用
粉末を前記隙間4,5に充填し、脱ガスして密封後、熱間
等方圧加圧し、その後中子の除去および製品形状に仕上
加工する横孔付複合シリンダの製造方法において、前記
横孔３と横孔ライニング用中子７との間の隙間５の上部
に連通する脱ガス管16をカプセルに取付け、ライニング
用粉末の充填後、該脱ガス管16より脱ガスすることを発
明の構成とするものである。

（実施例および作用） まず、本発明を実施するために使用するHIP用カプセ
ルの一例について第１図に基づき説明する。尚、構成
上、従来の第３図と同様のものは同番号で示した。

該実施例では、従来のカプセルに比べて横蓋９に脱ガ
ス管16を設けた点が異なる。すなわち、横孔３と横孔ラ
イニング用中子７との隙間５の上部に連通する脱ガス管
16が横蓋９にTIG溶接によって固着され、カプセル外方
に突設されている。脱ガス管16の先端にはゴム管17が圧
着用バンド18によって締着されており、ゴム管17の中途
部には管孔閉塞用の圧着用バンド19が着脱自在に取付け
られている。脱ガス管16の内部には、第２図に詳細に示
すように、粉末の流出止め用栓体20が挿入されている。
栓体20は通常金属製であり、その外径と脱ガス管16の内
径とのクリアランスは0.5mm以下が望ましい。21はかし
めによって突設した抜け止め用突起である。

尚、上記カプセルの製作後は、溶接部の健全性を確認
するため、ゴム管17をバンド19によって閉塞し、通常の
ように供給管12より真空引きを行い、カプセルのリーク
をチェックし、Heリーク量が１×10^-11std.cc/S以下で
あることを確認しておく。

次に、本発明の実施方法について説明する。

まず、ゴム管閉塞用のバンド19を緩め、ゴム管17を通
じて空気の流入ができるようにしておく。次に、供給管
12からライニング用粉末13を充填し、充填後、供給管12
の先端部を圧着し、TIG溶接して閉塞する。その後、ゴ
ム管17を介して脱ガス管16よりカプセル内の空気を脱気
し、所定時間経過後、脱ガス管16を圧着し、ゴム管17を
取り外す。第１図および第２図中矢印部は圧着箇所を示
す。そして、脱ガス管16の圧着部より先端側で管を切断
し、圧着部側の管端をTIG溶接により閉塞する。

脱ガス管16よりカプセル内の空気を脱気すると、該脱
ガス管16は横孔３と横孔ライニング用中子７との隙間５
の上部に連通しているため、この空間部分に粉末を吸引
しながら脱気が進行する。吸引された粉末は、未充填の
上部より下部へ落下しながら未充填部を充填していく。
これによって、未充填部の解消と脱気とが同時に行われ
る。尚、脱ガス管16に内装された栓体20により、粉末は
管端側にほとんど流出しなくなり、圧着を容易に行うこ
とができる。

以上のようにして、ライニング用粉末が充填されたHI
P用カプセルは、従来と同様、HIP処理後、仕上加工が施
され、製品となる。

尚、脱ガス管16にバンド付のゴム管17を取付けておく
と、作業上便利であるが、ゴム管17は、本発明を実施す
るに際しては必ずしも必要でない。溶接部のリークをチ
ェックするときは、適宜の栓で脱ガス管16を閉塞してお
けばよい。

また、脱ガス管16の内部に、第２図に示すように、粉
末の流出止め用の栓体20を挿入しておくと、管端に粉末
が流出しにくくなり、比較的短い管を用いても、圧着が
容易になるが必ずしも必要でない。このような栓体20を
設けない場合は、脱ガス管16の管長を長くすればよい。
また、圧着部に粉末が存在しないように管端を上向きに
すれば管長は短くて済む。

次に具体的実施例を掲げる。

実施例１ （１） 第１図のHIP用カプセルを用いて、既述の方法
で下記組成のライニング用粉末（粒度147μｍ以下のア
トマイズ金属粉末）を充填、脱気した。各部の材質は、
シリンダ素材がSCM440、ゴム管が天然ゴム、圧着用バン
ドがマイクロギヤーホースバンド、その他がSS41であ
る。

また、比較のため、第３図の従来のカプセル、および
横孔の隙間に連通する横孔用供給管を備えたカプセルを
用いて粉末を充填、脱気した。後者は、上部の縦孔用供
給管から粉末を供給した後、90゜横にして横孔用供給管
より更に横孔３の隙間に供給した。カプセル材質は実施
例と同様である。

第１表は使用したカプセルの寸法を示し、No.1〜４が
実施例、No.5が従来例、No.6が横孔用供給管を備えたカ
プセルを用いた比較例である。尚、同表中L5寸法は、横
孔開口端から栓体末端までの長さである（第２図参
照）。

ライニング用粉末（重量％） C:0.5〜1.5％、Si:1.0〜2.0％ B:0.5〜2.5％、Ni:10 〜20 ％ Cr:20 〜30 ％、W:10 〜20 ％ Cu:0.5〜2.0％ 残部:Coおよび不可避不純物 （２） 粉末の充填、脱気後、密封し、960℃,1000kg/c
m²,3HrでHIP処理した。その後、仕上げ加工して製品を
得た。

（３） 性能調査をしたところ、スクリュウ孔用縦孔の
ライニング状況は、No.1〜５共すべて均一なライニング
層が形成され良好であったが、No.6ではライニングが不
均一であった。一方、横孔のライニング状況は、実施例
のNo.1〜４は良好であったが、No.5では未ライニング部
が存在していた。

実施例２ 原料粉末としてセラミックス粉末を使用して、同様の
試験を行った。

使用したカプセルは第１表に示したNo.1カプセルにて
実施した。セラミックス粉末は３モルY₂O₃−ZrO₂（PS
Z）である。そして上記粉末を充填後、1300℃,1500kg/c
m²で2Hr HIP処理後、仕上げ加工して性能を調査した結
果、ライニング層は100％の密度で固まっており、かつ
横孔もライニング状況は良好であった。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の横孔付複合シリンダの製
造方法によれば、シリンダ素材を有するHIP用カプセル
にライニング用粉末を充填した後、横孔のライニング用
隙間の上部に連通した脱ガス管よりカプセル内の空気を
脱気するので、横孔の隙間上部に生じていた粉末の未充
填部に、脱気時に空気と共に吸引された粉末を確実に充
填させることができ、これによって未充填部の解消、ひ
いては未ライニング層の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するためのHIP用カプセルの断面
図、第２図は脱ガス管取付部の拡大断面図、第３図は従
来のHIP用カプセルの断面図、第４図は第３図Ａ−Ａ線
断面図である。 １……シリンダ素材、２……縦孔、３……横孔、４……
隙間、５……隙間、６……縦孔ライニング用中子、７…
…横孔ライニング用中子、16……脱ガス管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 幸隆 富山県新湊市八幡町２―12―38 (72)発明者 林田 敬一 富山県射水郡小杉町太閤山４―２―26― 302 (56)参考文献 特開 昭63−219507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−235402（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22F 3/00 - 7/08 B29C 47/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ素材（１）にスクリュウ孔用縦孔
   （２）および該縦孔（２）に連通したホッパ孔もしくは
   ベント孔用横孔（３）が形成され、前記縦孔（２）およ
   び横孔（３）にはライニング層を形成するための隙間
   （４）（５）を隔てて縦孔ライニング用中子（６）およ
   び横孔ライニング用中子（７）が装着された熱間等方圧
   加圧用カプセルを準備し、前記縦孔（２）の上部開口よ
   りライニング用粉末を前記隙間（４）（５）に充填し、
   脱ガスして密封後、熱間等方圧加圧し、その後中子の除
   去および製品形状に仕上加工する横孔付複合シリンダの
   製造方法において、 前記横孔（３）と横孔ライニング用中子（７）との間の
   隙間（５）の上部に連通する脱ガス管（16）をカプセル
   に取付け、ライニング用粉末の充填後、該脱ガス管（1
   6）より脱ガスすることを特徴とする横孔付複合シリン
   ダの製造方法。