JPH03211207A - シリンダ製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は樹脂成形機、押出機などに利用される成形機用
シリンダ、配管用パイプ、粉体、液体、スラリー、気体
などを押出しや成形、蓄圧する機械のシリンダ、熱機関
用シリンダ等に適用するシリンダ製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） シリンダ内側表面に基材と異なった性質のライニング層
を持つバイメタリックシリンダの製造には、■遠心鋳造
法により鋼材や鋳物材の内径側へ所望材料の溶湯を遠心
鋳造してパイメタリンク化する方法、■シリンダ基材ヘ
ガス溶接法、アーク溶接法、プラズマ粉体肉盛法などの
溶融溶接肉盛法、■旧Ｐ法（熱間静水圧プレス法）によ
り粉末合金の焼結層を得る方法などが利用されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが■の遠心鋳造法では、パイプ内径にバイメタリ
ック合金、溶湯を遠心鋳造するための溶解炉、並に大が
かりな遠心鋳造装置と特殊な鋳造技術が必要であった。

また■の方法では、トーチの形状、材料の形態、トーチ
の溶接特性などからして大きさが制限され、長尺物や小
径物には通用しにくい問題があった。更に■の方法は近
年用いられているが、加圧しながら加熱し粉体を焼結し
てバイメタリック化するため、１００〜２０００ｋｇｆ
／ａｉ！Ｇの高圧容器と、その中に入る加熱装置と、高
圧の加圧装置が必要で、大きさによっては制限があり、
かつ特殊な装置のためオペレータの資格など限定され、
大きな装置は作成されていなかった。

以上の如く■、■の方法ではバイメタリック層が溶融固
化する方法のため、バイメタリック材が溶融後基材に接
合され、このため溶融により合金化されない不適当な組
織のものは利用できず、また溶融後の固化過程で成分の
偏析や母材の溶融により希釈される欠点を有し、バイメ
タリック化した材料の特性を十分引き出せないなどの問
題があった。また■の方法は、静水圧化で加熱するため
の耐圧容器（１００〜２０００ｋｇ／ｄＧに耐えること
の出来る容器で、その中に部品の加熱する装置を持つ容
器）が必要であり、従って特殊な装置のため大きな制限
があり、特定な処理装置の所有者しか製造できなかった
。

本発明は前記従来の課題を解決し、バイメタリックシリ
ンダを安価に工業的に製造できるシリンダ製造方法を提
供せんとするものである。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、シリンダ基材の内面に耐食性或は耐
摩耗性、又はこれらの両性質などシリンダ基材と異なっ
た性質のライニング層を持つハイメタリックシリンダの
製造方法において、薄肉パイプをシリンダ基材の内径側
に設置し、その間に金属又はサーメット材の粉末を充填
し、真空引掻密封すると共に、この部材を加熱しながら
前記薄肉パイプの内径側をマンドレルを用いて拡管し、
その後薄肉パイプ除去加工などを行なうことにより、所
望する性質を持つ粉体をハイメタリック層としてシリン
ダ表面に生成するものであり、またシリンダ基材の内径
側に用いる薄肉パイプをオーステナイト系ステンレス材
を用い、更に薄肉パイプ外周の充填粉末に接する部分に
セラミックス又は黒鉛材などの充填防止バリヤ材を塗布
し、またマンドレル拡管時に粉末合金の固相線直下と固
相線以下１５０°Ｃの点を加熱温度範囲としてなるもの
で、これを課題解決のための手段とするものである。

（作用） 本発明ではシリンダの基材となる鋼材の内径側に、ライ
ニング層厚さを加味した空間を有する寸法の薄肉パイプ
を底板を介してシリンダ基材に溶接し、バイメタリック
層の生成用の空間を創成する。この空間にシリンダが必
要とする合金粉末又はサーメット粉末を充填する。その
後真空引きする***を残してシリンダ基材の上部に薄肉
パイプと基材を上蓋を介して溶接し、粉末充填空間を密
閉し、真空引きが出来るように接合加工する。次に***
から真空引きを行い、封管して粉末充填部が加熱中でも
真空が保てれるように構成する。そしてこれらの部品を
充填粉末の固相線直下から固相線より１５０℃低い温度
範囲で加熱し、マンドレルを用いて薄肉パイプを拡管す
ることにより、充填した粉末を加圧焼結すると同時に、
シリンダ基材に拡散接合する。

従って本発明では、シリンダ基材内径側と薄肉パイプ間
に創成した空間に充填した粉末を密閉し、真空引き後加
熱するため、充填粉末の酸化を防止でき、内径側に設置
した細径の薄肉パイプをマンドレルにより拡管すること
により、充填した粉末が加圧されて真密度に近く焼結さ
れると同時に、シリンダ母材に拡散接合されて良好なラ
イニング層がシリンダ内面に形成される。またシリンダ
基材内径側に設置する薄肉パイプを、シリンダ基材に一
般的に利用される構造用炭素鋼、合金鋼などより熱膨張
係数の大きいオーステナイト系ステンレス鋼を用いるこ
とにより冷却時の収縮差によってライニング材と薄肉パ
イプ間に空間が発生し、後工程での薄肉パイプ除去が容
易となる。また一部の組成の粉末材料では、マンドレル
による薄肉パイプ部の拡管による粉末の焼結時に、粉末
と薄肉パイプ間で拡散接合が行われ、冷却後の薄肉パイ
プの抜き取りが困難となる場合がある。このため拡散防
止バリヤ材として、薄肉パイプ外径部にセラミックスや
黒鉛などのライニング層と拡散接合しない物質を塗布し
ておくことにより、薄肉パイプの除去が容易となる。

また加熱温度を利用粉末の固相線真下から固相線下１５
０℃の温度範囲とすることによって、粉末を液相焼結せ
ずに固相焼結として、粉体製造法により粉体が急冷凝固
し良好な性質を持っているものをそのまま利用でき、液
相焼結によって変化する粉末組織の劣化を防止出来る。

また本発明で製造したシリンダライニング層の内径側露
出面は、内径側薄肉パイプを拡管しているため、マンド
レル形状、寸法に近く、なおかつパイプ表面形状に追従
している。このためパイプ除去後の面は平滑な面となる
。更に寸法、精度、形状なども粉末充填密度と真密度体
積減少率を勘案してマンドレル形状、寸法を設定するこ
とによって、加工面精度、寸法精度を高くすることがで
き、シリンダ内面側の仕上加工量を大幅に少なくするこ
とが出来、高品質のシリンダ素材の作成が可能となる。

（実施例） 以下本発明を図面の実施例について説明すると、第１図
〜第６図は本発明の実施例を示す。

先ず第１図において樹脂射出成形機用単軸シリンダの製
造方法について説明すると、ｌはシリンダ基材であり、
ＪＩＳ　ＳＣＭ４４０材の外径１２５閣で、内径５１ａ
ｍ、長さ１２００■の部材であって、両端面には上蓋３
と底板４を固定出来るように座ぐり加工が施されている
。２は薄肉パイプで、シリンダ基材ｌの内径部に設置さ
れ、上蓋３と底板４とによりシリンダ基材１に溶接６，
７により固定し、ライニング充填粉体５を充填する空間
を創成する。なお、このパイプ２はＪＩＳ　５ＵＳ３０
４ＴＰＤ　（一般配管用ステンレス鋼鋼管）の５ｕ４０
　（外径４２．７ｍ、肉厚１．２ｔ■）、長さ１２００
Ｍである。

９は充填した粉体部を真空にするための真空引用パイプ
で、図示しない部分でバルブを介して真空ポンプに接続
されている。１０はこのパイプ９をシリンダ基材１に溶
接した溶接部である。

８は真空引きの時に充填粉末が真空ポンプ側へ移動しな
いように取り付けた金属製フィルターで、図示しない部
分で脱落しないように固定されている。また前記上蓋３
と底板４は、シリンダ基材ｌの両端座ぐり部と薄肉パイ
プ２で、図示のように溶接出来るような寸法で凹状とな
っている。また真空引用パイプ９は、外径４φ閣、肉厚
Ｉｔｓの５ＵＳ３０４製のパイプで、シリンダ基材ｌへ
挿し込み、溶接ｌＯされている。更に充填粉体５はＮｉ
基合金で、その主要成分はＮｉ−１７，２％Ｃｒ−４，
５％Ｓｉ、４％Ｂ−３．５％Ｆｅ−０．９％Ｃであり、
その粒度は１４５ｎ＋ｅｓｈ〜３５０＋ｗｅｓｈのもの
である。

次に作用を説明する。先ず各部材を脱脂する。

この時シリンダ基材１の内径面は発錆なとがないことが
必要であり、必要に応じて酸洗なと行なう。次にシリン
ダ基材に金属製フィルター８の固定と、真空引用パイプ
９を溶接１ｏする。次に薄肉パイプ２と底板４を溶接す
る。その後薄肉パイプ２の外周に、パイメタリッ久材と
拡散接合しないようにバリヤ材としてＢＮ（ボロンナイ
トライド）微粉末をコーティングし、乾燥後焼成により
バインダーの樹脂分を除去する。

次にバリヤ材が塗布された薄肉パイプ２を、シリンダ基
材１へ溶接６する。そしてこの時創成された空間に、充
填粉体５をシリンダ基材１を振動させながら出来る限り
真密度近（まで充填する。その後上蓋３をシリンダ基材
１と薄肉パイプ２を溶接７により接合する。次に図示し
ない部分で真空引用パイプ９によりバルブを取り付け、
不活性ガスで加圧し圧洩れがないことを確認する。その
後部材全体を１００〜１５０℃に加熱しながら真空引ポ
ンプより、粉末充填部を０．ＩＪｏｒｒ以下に真空引き
する。真空引き完了後、真空引用パイプ９をシリンダ基
材１に近い部分で封管し、真空が破れないようにする。

次に薄肉パイプ２の内径側に黒鉛系の高温潤滑剤を塗布
する。第２図に示す加熱炉２１は第１図のシリンダ形成
物を挿入するものであり、加熱用のヒータ２２は図示さ
れない部分で制御盤に接続されている。２３は拡管用マ
ンドレルで、支持棒２４を介して図示してない油圧プレ
ス装置のシリンダに接続され、油圧により上下に移動す
るようになっている。

次いで第１図で製作した樹脂成形用シリンダを、支え台
２５上にマンドレル２３と同軸として置く０次いで加熱
炉２１により使用粉末の固相線以下の９７０℃に加熱し
、加熱したままでマンドレル２３により薄肉パイプ２部
を拡管する。この時のマンドレル２３の径は粉体充填密
度と密接な関係があり、真密度近くまで充填するような
径とする。なお、第１図の第１実施例では、粉末充填密
度が７７％であるので、創成空間が２３％拡管出来るよ
うなマンドレル径とした。またこの時のマンドレル径は
球形状のものを用いた。ところで前記拡管は一度に行な
うのではなく、拡管率にもよるが、２〜数回に分けて徐
々に径を大きくして行く、この実施例では、８％、１６
％、２３％の３回に分けて加熱しながら徐々に拡管した
。

所定の寸法に拡管後除冷し両端を切断したところ、ステ
ンレス薄肉パイプ材の利用、バリヤ材塗布の有効性が確
認され、薄肉パイプは軽く引き抜くことができ、シリン
ダとなる面は平滑な面となり、バイメタリック層は粉末
が焼結され、なおかつシリンダ基材と拡散接合されてい
た。また各部を所定の寸法に加工後、射出成形用シリン
ダとして使用したが、耐摩耗性、耐食性が良好であった
。

第３図及び第４図は第２実施例であり、樹脂押出し用六
角シリンダの場合で、耐食性、耐摩耗性の向上を狙って
バイメタリックシリンダ化した例を示したものである。

なお、部材及び製造方法は第１実施例と同じであるが、
ここでは第１実施例と異なっている部分のみ説明する。

第３図のシリンダ基材３１は、ＪＩＳ　５４５Ｃの外径
１７０閣で中心に二面幅長さ９０■の正六角形穴があけ
られており、端面に同心六角形の上蓋３３と底板３４が
図示のように溶接出来るように座ぐりが施されていて真
空引パイプ取付は穴も設けである。薄肉パイプ３２は、
この六角穴に相似の外側の二面幅長さ８０閣の六角形で
、長さ８００閤、厚さ１．５閣の５ＵＳ３０４製である
。また上蓋３３と底板３４は、シリンダ基材両端面の六
角圧ぐり穴に挿入され、薄肉パイプ３５と溶接３６．３
７が出来る寸法で、六角形に沿って凹状となっている。

また充填粉末３５は、Ｎｉ基合金（Ｎｉ−１７，２Ｃｒ
％Ｃｒ−４．５％５ｉ−４％Ｂ−３，５％Ｆｅ−０，９
％Ｃ）にＷＣ（タングステンカーバイド）３０ｗｔ％を
混合したもので、両者の粒度は第１実施例と同様に１４
５ｍｅｓｈ〜３５０ｍｅｓｈのものである。その他の金
属製フィルター３８及び真空引用パイプ３９は第１実施
例と同様な物を使用し、溶接３１０によって取り付けら
れている。

以上の部材を第１実施例と同様に組み立て、第１実施例
と同様に第２図に示した加熱炉を持ち、マンドレルが移
動出来る機械で９７０℃まで加熱し、マンドレルで六角
の薄肉パイプを母材内径に沿った六角状に拡管した。こ
の拡管は創成空間の粉末が２５％圧縮される寸法とし、
１０％、１８％、２５％の圧縮率となるようなマンドレ
ル寸法で３回に分けて拡管した。なお、この時使用した
マンドレルは、六角形が外接する球形を赤道上で六角形
に削り取ってマンドレルとし、角部はＩＲの面取りをし
た。

その後冷却して両端を切断したところ、六角薄肉パイプ
は軽く引き抜きが出来た。バイメタリック層はＮｉ基合
金に均一にＷＣが分散した組織で、若干の気孔を含んだ
焼結組織を示し、シリンダ基材と拡散接合されていた。

以上の素材を所定の寸法に加工後、押出機用シリンダと
して他のシリンダ部材と組み立て、樹脂押出機用シリン
ダとして使用したが、問題点は認められず、良好な結果
が得られた。

次に第５図及び第６図は第３実施例を示し、樹脂押出機
用２軸シリンダ製造時の部材構成組立図を示す。製造工
程は第１実施例と同様であるので、形状が異なる部分を
説明する。シリンダ基材４１はＪＩＳ　５２５Ｃ材で、
外径φ１９０ｍａであって内径側にφ７１ｍｍの穴２個
がめがね状に重なった形となっている。なお、長さは２
５０ｍである。

薄肉パイプ４２は外径φ６３．５ｍｍＸ肉厚２ｔＩＩＩ
ＩＩｌ×長さ２５０ｍｍの５ＵＳ３０４材のオーステナ
イト系ステンレスパイプを外周の一部を切除し、この合
せ面を電子ビーム溶接で接合してめがね状のパイプとし
た。このときシリンダ基材の２円の中心距離と薄肉パイ
プ２円の中心距離は等しくなるようにする。また使用し
たバイメタリック用充填粉末４５は第１実施例と同じＮ
ｉ基合金を用いた。

この他に上蓋４３や底板４４、金属フィルター４８、真
空引用パイプ４９などの部材を第１実施例と同様に組み
立て、第３図と同様な形状とした。これらの部材を第１
実施例における第２図のような加熱炉付きの油圧プレス
装置により、マンドレルで薄肉パイプを拡青し、充填し
た粉末を加圧焼結すると同時に、シリンダ基材４１に拡
散接合させた。

なお、マンドレル寸法と形状は、粉末充填密度が真密度
に対して８０％であったので、創成空間が最終拡管で２
０％圧縮されるようにパイプ初期内径の１０５％、１１
０％、１１５％、１２０％の直径の球を２つ繋ぎ合わせ
、球の中心間距離をシリンダ基材の２円の中心間距離と
等しくした。拡管は創成空間が順次圧縮されるように前
記の４種のマンドレルを小径サイズのマンドレルから順
次４回に分けて通し、拡管率を上げた。この第３実施例
においても第１．第２実施例と同様にめがね状穴面にシ
リンダ基材と異なる合金がライニングされたシリンダ素
材となり、フランジ取付けや他の部分を加工し、二軸押
出機のシリンダとして使用した結果、耐摩耗性が良好で
、Ｉ（ＩＰで作成した同一材質のバイメタリックシリン
ダと比較しても、同等性能を有することが確認された。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く本発明は構成されているので、
−船釣なプレス機械を使用して円筒体の内面のみに基材
よりも耐食性、耐摩耗性の優れた高性能ライニング層を
形成してなるバイメタリックシリンダが従来の製造法に
比べて低コストで製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の製造方法を示す組
立部材の正面断面図、第１図■）は同側面図、第２図は
本発明に用いた加熱炉付のプレス機械概念図、第３図は
本発明の第２実施例の製造方法を示す組立部材の正面断
面図、第４図は同側面図、第５図は本発明の第３実施例
の製造方法を示す組立部材の正面断面図、第６図は同側
面図である。 図の主要部分の説明 １．３１．４１−−−シリンダ部材 ２．３２．４２−一一薄肉パイブ ３．３３．４３−上蓋 ４．３４．４４・−底板 ５．３５．４５−ｍ−充填粉体 ６．７，３６．３７−−・溶接部 ９　、３９　、４９−・真空引用パイプ１０−溶接部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ基材の内面に耐食性或は耐摩耗性、又は
   これらの両性質などシリンダ基材と異なった性質のライ
   ニング層を持つバイメタリックシリンダの製造方法にお
   いて、薄肉パイプをシリンダ基材の内径側に設置し、そ
   の間に金属又はサーメット材の粉末を充填し、真空引後
   密封すると共に、この部材を加熱しながら前記薄肉パイ
   プの内径側をマンドレルを用いて拡管し、その後薄肉パ
   イプ除去加工などを行なうことにより、所望する性質を
   持つ粉体をバイメタリック層としてシリンダ表面に生成
   することを特徴とするシリンダ製造方法。
2. （２）請求項１記載のシリンダ製造方法において、シリ
   ンダ基材の内径側に用いる薄肉パイプをオーステナイト
   系ステンレス材を用いることを特徴とするシリンダ製造
   方法。
3. （３）請求項１記載のシリンダ製造方法において、薄肉
   パイプ外周の充填粉末に接する部分にセラミックス又は
   黒鉛材などの拡散防止バリヤ材を塗布することを特徴と
   するシリンダ製造方法。
4. （４）請求項１記載のシリンダ製造方法において、マン
   ドレル拡管時に粉末合金の固相線直下と固相線以下１５
   ０℃の点を加熱温度範囲とすることを特徴とするシリン
   ダ製造方法。