JP2000263208A - ダイカストマシン用プランジャスリーブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二層構造のダイカストマシン用プランジャス
リーブにおいて、溶湯に対する保温性及び耐熱衝撃性を
備え、且つ長寿命を備えたプランジャスリーブを提供す
る。 【解決手段】 本発明のダイカストマシン用プランジャ
スリーブは、複合構造を備え、低熱伝導率の合金鋼製の
外筒部１１と、耐ヒートチェック性に優れた熱間金型用
合金工具鋼ＳＫＤ８からなる内筒部１９とから構成され
る。外筒部１１の３００℃における熱伝導率は、１０Ｗ
／（ｍ・Ｋ）以上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。内筒
部１９の厚さは、１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。外筒部
１１と内筒部１９とは、互いに治金的に接合されてい
る。好ましくは、外筒部１１を、ＳＵＳ６３０またはＳ
ＵＳ６３１（ＪＩＳ Ｇ ４３０５）の析出硬化系ステ
ンレス鋼で構成するとともに、内筒部１９の内面に窒化
処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムある
いは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を兼ねるプランジャスリーブの構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイカストマシンにおいて溶湯受
けと加圧シリンダを兼ねるプランジャスリーブには、Ｓ
ＫＤ６１（ＪＩＳ Ｇ ４４０４）などの熱間金型用合
金工具鋼が使用されていた。

【０００３】この様な熱間金型用合金工具鋼は、熱伝導
率が２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）と比較的高いので、プランジャ
スリーブ内に充填された溶湯（溶融金属）が短時間で冷
却され、特に、プランジャスリーブの内面と接触した溶
湯が凝固を始める。そのため、プランジャスリーブから
射出されて金型内に注入された後、すぐに溶湯が凝固す
ることによって、湯回り不良、湯境いなどの製品欠陥が
発生するという問題があった。特に、溶湯の充填量が少
ない薄肉成形品の製造の際、湯回り不良、湯境い、充填
不良などの製品欠陥が多く発生する傾向にあった。

【０００４】この様な問題を解決するために開発された
のが、セラミックス製の内筒部を鋼製あるいは金属製の
外筒部の中に嵌め込んで構成した複合構造のプランジャ
スリーブである（特開平２−１７９３４６号公報、特開
平５−０３８５６３号公報）。

【０００５】これらのセラミックス製の内筒部は、熱伝
導率が低い（約２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））ので、溶湯に対す
る保温性に優れ、上記の様な問題が生じにくい。従っ
て、ダイガスト製品の不良率を低減することができる。
更に、セラミックス製の内筒部は、アルミニウム溶湯に
対する耐腐食性に優れているので、溶湯の落下部におい
て侵食が生じにくいという利点を備えている。

【０００６】しかし、セラミックス製の内筒部は、熱伝
導率が低いという上記の性質のために、溶湯の接触によ
って大きな熱応力が発生し、それによって、瞬時に破損
すると言う問題があった。

【０００７】この問題を解決するため、セラミックス製
の内筒部と鋼製の外筒部の間に応力緩和層を設けるなど
（特開平５−０５０２０４号公報）の改善がなされてい
るが、十分な効果は得られていない。これは、熱伝導率
が低く、靭性に乏しく、強度に対する信頼性が低いと言
うセラミックスの基本的な性質に起因する結果であり、
現状では有効な対策は見出されていない。

【０００８】セラミックス製の内筒部を用いたプランジ
ャスリーブのもう一つの欠点は、切削加工が難しく、加
工効率が低い研削加工に頼らざるを得ない点にあり、こ
のことが、このタイプのプランジャスリーブの製作コス
トを引き上げる要因となっている。

【０００９】この様なセラミックス製の内筒部を用いた
プランジャスリーブの欠点を補うために開発されたの
が、内筒部に金属溶湯に対する耐食性を備えた熱間金型
用合金工具鋼ＳＫＤ６１を、外筒部にＳＵＳ６３０（あ
るいはＳＵＳ６３１等）を用いた二層構造のプランジャ
スリーブである（特願平１０−１０９４０８号）。

【００１０】このプランジャスリーブは、外筒部を構成
するＳＵＳ６３０（あるいはＳＵＳ６３１等）の熱伝導
率が１６〜２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低く、溶湯に対する保
温性に優れているので、湯回り不良、湯境い、充填不良
などの製品不良が発生しにくい。従って、ダイカスト製
品の不良率を低減することができる。

【００１１】しかし、このプランジャスリーブは、内筒
部に従来の単層構造によるプランジャスリーブの代表的
な材料であるＳＫＤ６１を使用しているので、内径部か
ら成長したヒートチェックによって破壊する問題があ
り、その寿命については、従来のＳＫＤ６１を用いた単
層構造のプランジャスリーブと大差がなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来のダイカストマシン用プランジャスリーブの問題点
に鑑み成されたもので、本発明の目的は、二層構造のダ
イカストマシン用のプランジャスリーブにおいて、溶湯
に対する保温性及び耐熱衝撃性を備え、且つ長寿命を備
えたプランジャスリーブを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のダイカストマシ
ン用プランジャスリーブは、３００℃における熱伝導率
が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の金
属材料からなる外筒部と、熱間金型用合金工具鋼ＳＫＤ
８（ＪＩＳ Ｇ ４４０４，１９８３；Ｃ：０．３５〜
０．４５ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０ｗｔ％以下、Ｍｎ：
０．６０ｗｔ％以下、Ｃｒ：４．０〜４．７ｗｔ％、Ｍ
ｏ：０．３〜０．５ｗｔ％、Ｗ：３．８〜４．５ｗｔ
％、Ｖ：１．７〜２．２ｗｔ％、Ｃｏ：３．８〜４．５
ｗｔ％））からなり、厚さが１ｍｍ以上６ｍｍ以下で、
前記外筒部に対して治金的に接合された内筒部と、から
構成されたことを特徴とする。

【００１４】好ましくは、前記内筒部の内径面を金属窒
化物及び窒素の拡散層によって構成する。

【００１５】好ましくは、前記外筒部を、ＳＵＳ６３０
またはＳＵＳ６３１（ＪＩＳ Ｇ４３０５，１９９１）
の析出硬化系ステンレス鋼で構成する。

【００１６】あるいは、前記外筒部を、Ｃ：０．１〜
０．５ｗｔ％、Ｓｉ：３〜７ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜
１．０ｗｔ％、Ｎｉ：５〜１８ｗｔ％、Ｃｒ：０．５〜
８ｗｔ％、残部が実質的にＦｅからなる合金鋼で構成す
る。

【００１７】本発明のダイカストマシン用プランジャス
リーブでは、プランジャスリーブを二層構造とし、その
内筒部を熱間金型用合金工具鋼ＳＫＤ８で構成してい
る。ＳＫＤ８は、従来の二層構造のプランジャスリーブ
の内筒部に使用されているＳＫＤ６１と比べて高温強度
が高く、耐ヒートチェック（クラック）性に優れてい
る。

【００１８】図１に、ＳＫＤ８及びＳＫＤ６１のヒート
チェック試験結果を示す。

【００１９】但し、ＳＫＤ８は、ＳＫＤ６１と同等の熱
伝導率を有しているので、保温性に関しては十分ではな
い。従って、このＳＫＤ８からなる内筒部の厚さは、薄
い方が好ましく、特に、６ｍｍを越えるとプランジャス
リーブの保温性が低下するので好ましくない。なお、プ
ランジャスリーブ製作上の寸法のバラツキも考慮しなけ
ればならないので、内筒部の厚さとしては１〜６ｍｍ程
度が適当である。

【００２０】また、ＳＫＤ８は、ＳＫＤ６１と比べて焼
入れ焼戻し後の靭性が低い。例えば、半冷時間１５分の
焼入れ後の焼戻しで硬度をＨ_ＲＣ４４とした場合におけ
る両材料の破壊靭性値Ｋ_１Ｃを比較すると、ＳＫＤ６１
では約２７０ｋｇｆ／（ｍｍ ^2/3 ）であるのに対し、Ｓ
ＫＤ８では約９０ｋｇｆ／（ｍｍ^2/3 ）と低い。このた
め、プランジャスリーブの内筒部にＳＫＤ８を使用する
ためには、外筒部を靭性の優れた材料で構成して、これ
を補う必要があるまた、プランジャスリーブの外筒部
は、溶湯に対する保温性を確保するため、熱伝導率が低
い材料で構成する必要がある。その熱伝導率の値は、低
い方が好ましく、少なくともＳＫＤ６１の熱伝導率より
も低い値でなければ保温効果が期待できない。一方、熱
伝導率の値が低過ぎると、プランジャスリーブへの溶湯
充填時に内筒部の温度が上がり過ぎて、内筒部に生ずる
熱応力が増大する。熱応力の増大は、内筒部の耐ヒート
クラック性を低下させる要因となる。従って、外筒部に
は、３００℃における熱伝導率が１０〜２５Ｗ／（ｍ・
Ｋ）程度の材料を使用する。

【００２１】本発明のプランジャスリーブは、内筒部が
耐ヒートチェック性及び耐摩耗性を備え、外筒部が断熱
性及び耐熱衝撃性を備えているので、充填された溶湯に
対する保温性に優れているとともに長寿命を有してい
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】（例１） （イ）先ず、外筒部１１を、溶体化処理が施されたＳＵ
Ｓ６３０（ＪＩＳ Ｇ４３０５）を用いて、図２に示す
寸法で機械加工により製作した。なお、外筒部１１の仕
上加工前の外径は１２５ｍｍ、内径は８０ｍｍ（公差：
＋０．１〜＋０．２ｍｍ）である。

【００２３】（ロ）次いで、円柱部材１２を（後に内筒
部となる部分）を、ＳＤＫ８（ＪＩＳ Ｇ４４０４）を
用いて、図３に示す寸法で機械加工により製作した。な
お、この円柱部材１２の外径は８０ｍｍ（公差：−０．
１〜０ｍｍ）である。

【００２４】（ハ）外筒部１１及び円柱部材１２の表面
を脱脂し、外筒部１１の中に円柱部材１２を挿入した
後、両端面で外筒部１１と円柱部材１２との境界部を電
子ビーム溶接でシールした。

【００２５】（二）次いで、ＨＩＰ装置（熱間静水圧加
圧装置）を用いて、全体を１０００気圧の下で１１００
℃に加熱し、外筒部１１と円柱部材１２とを一体的に接
合した。

【００２６】（ホ）次いで、図４に示す形状に機械加工
を施し、内筒部１９を粗加工で形成するとともに、外筒
部１１を仕上げた。

【００２７】（ヘ）内筒部１９に焼入れ焼戻しを施し
た。

【００２８】（ト）内筒部１９の内面を研削して、図４
に示す形状に仕上げた。

【００２９】（チ）最後に、内筒部１９の内面に窒化処
理を施し、この内面に金属窒化物及び窒素の拡散層を形
成してスリーブを完成させた。

【００３０】（例２） （イ）先ず、外筒部１１を、溶体化処理を施したＳＵＳ
６３０（ＪＩＳ Ｇ４３０５）を用いて、図２に示す寸
法で機械加工により製作した。なお、外筒部１１の仕上
加工前の外径は１２５ｍｍ、内径は８０ｍｍ（公差：＋
０．１〜＋０．２ｍｍ）である。

【００３１】（ロ）次いで、円柱部材１２（後に内筒部
となる部分）を、ＳＫＤ８（ＪＩＳＧ ４４０４）を用
いて、図３に示す寸法で機械加工により製作した。な
お、この円柱部材１２の外径は８０ｍｍ（公差：−０．
１〜０ｍｍ）である。

【００３２】（ハ）図５に示す様に、ＨＩＰ用封入缶１
３の中に外筒部１１を収容し、更に、外筒部１１の中に
円柱部材１２を挿入した。

【００３３】（二）図６に示す様に、ＨＩＰ用封入缶１
３に蓋１４を被せた後、ＨＩＰ用封入缶１３と蓋１４と
の間を溶接によってシールした。なお、蓋１４には、予
め、真空引き用パイプ１５が取り付けられている。

【００３４】（ホ）真空引きを行いながら、真空引き用
パイプ１５を潰して、溶接で封じた。

【００３５】（へ）ＨＩＰ装置（熱間静水圧加圧装置）
を用いて、全体を１０００気圧の下で１１００℃に加熱
し、外筒部１１と円柱部材１２とを一体に接合した。

【００３６】（ト）ＨＩＰの後、ＨＩＰ用封入缶１３を
切削除去し、次いで、図４に示す形状に機械加工を施
し、内筒部１９を粗加工で形成するとともに、外筒部１
１を仕上げた。

【００３７】（チ）内筒部１９に焼入れ焼戻しを施し
た。

【００３８】（リ）内筒部１９の内面を研削して、図４
に示す形状に仕上げた。

【００３９】（ヌ）最後に、内筒部１９の内面に窒化処
理を施し、スリーブを完成させた。

【００４０】（寿命試験結果）上記の例２に示した工程
によって作製された本発明に基づくプランジャスリー
ブ、及び、比較用にＳＫＤ６１単層構造のプランジャス
リーブ並びにＳＫＤ６１を内筒部に使用した従来の二層
構造のプランジャスリーブ（内筒部：ＳＫＤ６１、厚さ
３ｍｍ、外筒部：ＳＵＳ６３０）を、コールドチャンバ
ー方式のダイカストマシンに取り付けて、マグネシウム
合金でパーソナルコンピュータのケースの鋳造を行い、
押し湯の量、製品歩留まり、プランジャスリーブの寿命
について調べた。

【００４１】その結果、本発明に基づくプランジャスリ
ーブに関して、次の様な効果が確認された。

【００４２】（イ）鋳造の際の押し湯の量が、従来のＳ
ＫＤ６１単層構造のプランジャスリーブを使用した場合
と比較して、２９％減少した。

【００４３】（ロ）ダイカスト製品の鋳造欠陥が減少
し、従来のＳＫＤ６１単層構造のプランジャスリーブと
比較して、良品率が１５％向上した。

【００４４】（ハ）プランジャスリーブの寿命は、従来
のＳＫＤ６１単層構造のプランジャスリーブ、及びＳＫ
Ｄ６１を内筒部に使用した従来の二層構造のプランジャ
スリーブと比較して、１．６倍に向上した。

【００４５】（二）上記の各要因から、本発明に基づく
プランジャスリーブを使用することによって、従来のＳ
ＫＤ６１単層構造のプランジャスリーブの場合と比較し
て、ダイカスト製品１個当りの製造コストが２８％減少
した。

【００４６】

【発明の効果】本発明のプランジャスリーブは、内筒部
が耐ヒートチェック性及び耐摩耗性を備え、外筒部が断
熱性及び耐熱衝撃性を備えているので、従来のプランジ
ャスリーブと比較して、寿命が長く且つ製品の良品率も
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＫＤ８材及びＳＫＤ６１材のヒートチェック
試験の結果を示す図。

【図２】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図３】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図４】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の一例を説明する図。

【図５】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の他の例を説明する図。

【図６】本発明に基づくプランジャスリーブの製造工程
の他の例を説明する図。

【符号の説明】

１１・・・外筒部、 １２・・・円柱部材、 １３・・・ＨＩＰ用封入缶、 １４・・・蓋、 １５・・・真空引きパイプ、 １９・・・内筒部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３００℃における熱伝導率が１０Ｗ／
   （ｍ・Ｋ）以上２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の金属材料から
   なる外筒部と、 熱間金型用合金工具鋼ＳＫＤ８（ＪＩＳ Ｇ ４４０
   ４）からなり、厚さが１ｍｍ以上６ｍｍ以下で、前記外
   筒部に対して治金的に接合された内筒部と、 から構成されたことを特徴とするダイカストマシン用プ
   ランジャスリーブ。
2. 【請求項２】 前記内筒部は、その内径面が金属窒化物
   及び窒素の拡散層によって構成されていることを特徴と
   する請求項１に記載のダイカストマシン用プランジャス
   リーブ。
3. 【請求項３】 前記外筒部は、ＳＵＳ６３０またはＳＵ
   Ｓ６３１（ＪＩＳＧ ４３０５）の析出硬化系ステンレ
   ス鋼であることを特徴とする請求項１に記載のダイカス
   トマシン用プランジャスリーブ。
4. 【請求項４】 前記外筒部は、Ｃ：０．１〜０．５ｗｔ
   ％、Ｓｉ：３〜７ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜１．０ｗｔ
   ％、Ｎｉ：５〜１８ｗｔ％、Ｃｒ：０．５〜８ｗｔ％、
   残部が実質的にＦｅからなる合金鋼であることを特徴と
   する請求項１に記載のダイカストマシン用プランジャス
   リーブ。