(57)【要約】    【課題】  射出成形や押出成形に使用される、耐摩耗性、耐食性に優れた皮膜層を形成したシリンダを提供する。    【解決手段】  射出成形または押出成形用のシリンダであって、前記シリンダの内面に少なくとも、硬質の皮膜層が形成され、該皮膜層表面のクラック密度が４００〜１２００（クラック数／ｃｍ）の範囲内にあることを特徴とする。前記皮膜層がカーボンを含有するクロムを主体とする皮膜層であることを特徴とする。前記皮膜層が、めっきによって形成されたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形または押出成形用のシリンダであって、前記シリンダの内面に少なくとも、硬質の皮膜層が形成され、該皮膜層表面のクラック密度が４００〜１２００（クラック数／ｃｍ）の範囲内にあることを特徴とする耐摩耗性、耐食性に優れたシリンダ。
【請求項２】
前記皮膜層がカーボンを含有するクロムを主体とする皮膜層であることを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性、耐食性に優れたシリンダ。
【請求項３】
前記皮膜層が、めっきによって形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐摩耗性、耐食性に優れたシリンダ。
【請求項４】
シリンダ本体が鉄基合金からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の耐摩耗性、耐食性に優れたシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック樹脂などの射出成形や押出成形に使用されるシリンダに係り、特に成形材料と接触するシリンダ内面に皮膜層を形成した耐摩耗性、耐食性に優れたシリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機では、加熱バンドヒータを外周に巻いたシリンダの内にスクリュを進退・回転自在に設けている。ホッパからシリンダ内に供給された樹脂材料は、バンドヒータからの熱エネルギと、スクリュの回転による剪断エネルギを受け、溶解しながら移送され、スクリュヘッドの前方に蓄えられる。次いで、スクリュの前進によりスクリュヘッドの前方に蓄えられた溶融樹脂は射出ノズルから射出され、金型のキャビティに充填される。そして、冷却固化させた後、金型を開いて成形品が取り出される。
【０００３】
この種のシリンダとして、シリンダ本体の内面に耐摩耗性および耐食性に優れた合金を遠心鋳造法や熱間等方圧加圧法により被覆させたバイメタル製シリンダが用いられている。これは優れた性能を発揮するが、ホッパ孔の内面に耐摩耗性合金層が形成されていないので、樹脂材料を注入する際に、ホッパ孔の内壁面に摩耗が発生することが多かった。また、シリンダの先端面部にも耐摩耗性合金層が形成されていないので、成形中のガスにより腐食が発生することが多かった。
【０００４】
そこで、サージェント浴などの工業用クロムめっき浴を用いて、シリンダのホッパ孔などの内面に硬質のクロム層を析出させて硬質クロムめっきを施したものがある。硬質クロムめっきは、硬質で摩擦係数の低いクロム皮膜層が得られ、耐摩耗性を高めることができる。
【０００５】
また、特許文献１には、シリンダ母材の内面側に耐摩耗性合金層を有するプラスチック成形機用シリンダにおいて、ホッパ孔部に設けた孔へ、あらかじめ製作したホッパ孔内面側を形成するための耐摩耗性合金部材を嵌入し、機械的手段により固着して、ホッパ孔の少なくとも押出し又は射出方向側の内側に、耐摩耗性合金層を形成したことを特徴とするプラスチック成形機用シリンダが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１１４９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の硬質クロムめっきは、硬質クロム層に、シリンダ本体やシリンダ本体の内面に形成したライニング層である金属素地に達する縦クラックいわゆるチャンネルクラックが多数存在する。通常、従来の硬質クロムめっきを施したシリンダは、めっき処理後に加工を行なって、表面を平滑な状態にして使用される。そこで、この加工に際し、硬質クロム層の表面に塑性流動が起こってチャンネルクラックが閉塞される。
【０００８】
しかしながら、高温下での射出成形を繰り返す間に、熱履歴の影響により硬質クロム層の表面で閉塞していたチャンネルクラックがやがて開口し、腐食の原因となる媒体がチャンネルクラックを通り金属素地に到達して腐食が発生しやすくなる。シリンダ本体が鋼系材料のように鉄基合金を金属素地とする場合は、錆が発生し、耐食性の低下が避けられないという問題がある。
【０００９】
しかも、従来の硬質クロムめっき皮膜は、めっき皮膜の任意表面において、単位直線長さ当りで交差するマイクロクラックの数、すなわちクラック密度（クラック数／ｃｍ）がサージェント浴による硬質クロムめっきでは５０〜３００と低いので、熱衝撃によって大きな歪を受けやすく、剥離しやすくなり耐食性の低下をさらに助長するという問題がある。
【００１０】
本発明は、これらの課題に鑑みて耐摩耗性、耐食性に優れた皮膜層を形成したシリンダ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】
【００１１】
すなわち本発明の耐摩耗性、耐食性に優れたシリンダは、射出成形または押出成形用のシリンダであって、前記シリンダの内面に少なくとも、硬質の皮膜層が形成され、該皮膜層表面のクラック密度が４００〜１２００（クラック数／ｃｍ）の範囲内にあることを特徴とする。
【００１２】
前記本発明において、前記皮膜層がカーボンを含有するクロムを主体とする皮膜層であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記皮膜層が、めっきによって形成されたことを特徴とする。
【００１４】
また、シリンダの本体（母材、外筒ともいう）が鉄基合金からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリンダの内面に形成される硬質の皮膜層は、皮膜層の任意表面において、単位直線長さ当りで交差するマイクロクラックの数、すなわちクラック密度を４００〜１２００（クラック数／ｃｍ）の範囲内にすることにより、熱衝撃の緩衝効果が高まり皮膜の剥離を抑え耐食性に優れる。
【００１６】
また、皮膜層表面のクラック密度が高いと、マイクロクラックが潤滑油を保持する油溜りとして機能するので、摺動抵抗の低減に寄与する。
【００１７】
本発明のクラック密度を有する皮膜層を得るには、カーボンを含有するクロムを主体とする皮膜層が好ましい。本発明の皮膜層を形成させるには、めっき法、真空蒸着法、イオンプレーティング法およびスパッタリング法などが利用できるが、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法は、皮膜形成処理時にシリンダ本体が加熱による熱変形や装置上の制約があるため、めっき法が実用的である。めっき法の場合、多価スルフォン酸あるいは有機酸を含有するクロムめっき液が使用できる。
【００１８】
本発明の皮膜層の厚さは、１０〜２００μｍあれば十分に皮膜の役割を果たし得る。シリンダの本体が、鉄基合金からなる場合、皮膜層との密着力が高まる。本発明の意味するシリンダの内面とは、バイメタル製シリンダの耐摩耗性合金層の内面、シリンダのホッパ孔の内壁面、シリンダの先端部の端面を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
シリンダ本体に相当する金属素地として、寸法が縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳＣＭ４４０の供試材を用意した。
【００２０】
（実施例）
この供試材を用いて、多価スルフォン酸を含有するクロムめっき浴で、浴温６０℃、電流密度６０Ａ／ｄｍ2でめっき処理を行ない、供試材の表面にカーボンを含有するクロムを主体とする皮膜層を形成した。皮膜層の厚みは８０μｍであった。ＩＣＰによる分析の結果、クロムを主体とする皮膜層のカーボン含有量は０．０２質量％であった。また、皮膜層の硬さは９００Ｈｖであった。
【００２１】
図４は、本発明の実施例の断面を示す顕微鏡写真（倍率４００倍）である。図４において、図４において、金属素地の表面にカーボンを含有するクロムを主体とする皮膜層３が形成されている。皮膜層３中に存在するクラック６は微小であり、クラック密度は１０００（クラック数／ｃｍ）であった。
【００２２】
（比較例）
同じＳＣＭ４４０の供試材を用いて、サージェント浴で、浴温６０℃、電流密度６０Ａ／ｄｍ2でめっき処理を行ない、供試材の表面にクロムを主体とする皮膜層を形成した。皮膜層の厚みは４０μｍであった。また、皮膜層の硬さは８００Ｈｖであった。
【００２３】
図５は、比較例の断面を示す顕微鏡写真（倍率４００倍）である。図５において、金属素地の表面にクロムを主体とする皮膜層４が形成されている。皮膜層４中に存在するクラック６は比較的大きく、クラック密度は３００（クラック数／ｃｍ）であった。そのため、皮膜層４の剥離が発生しやすく耐食性に劣ることがわかる。
【００２４】
図１は本発明の実施例のシリンダを示す概略断面図である。図１において、鋼系材料からなるシリンダ本体１の内面に耐摩耗性および耐食性に優れた合金からなる被覆層２を遠心鋳造法により被覆させたバイメタル製シリンダを作製した。そして、シリンダのホッパ孔７の内壁面にカーボンを含有するクロムを主体とする本発明の皮膜層３を形成した。６は射出用の孔である。
【００２５】
図２は本発明の他の実施例のシリンダを示す概略断面図である。図２において、鋼系材料からなるシリンダ本体１の内面に耐摩耗性および耐食性に優れた合金からなる被覆層２を遠心鋳造法により被覆させたバイメタル製シリンダを作製した。そして、シリンダの被覆層２の内面およびホッパ孔７の内壁面にカーボンを含有するクロムを主体とする本発明の皮膜層３を形成した。８は射出用の孔である。
【００２６】
図３は本発明の他の実施例のシリンダを示す概略断面図である。図３において、鋼系材料からなるシリンダ本体１の内面に耐摩耗性および耐食性に優れた合金からなる被覆層２を遠心鋳造法により被覆させたバイメタル製シリンダを作製した。そして、シリンダの先端部の端面にカーボンを含有するクロムを主体とする本発明の皮膜層３を形成した。６は射出用の孔である。これらの本発明のシリンダを実際の射出成形機に組み込んで射出成形した結果、従来の硬質クロムめっきを施したシリンダに比べ、シリンダの被覆層２の内面、ホッパ孔７の内壁面は耐摩耗性および耐食性を向上させることができ、またシリンダの先端部の端面はガスによる耐食性を向上させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のシリンダは、耐摩耗性および耐食性に優れた特性を有しているので、可塑化能力の低下や腐食を抑えることができ、安定した射出成形または押出成形が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例のシリンダを示す概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施例のシリンダを示す概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施例のシリンダを示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施例の断面を示す顕微鏡写真である。
【図５】比較例の断面を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２９】
１  シリンダ本体、  ２  被覆層、  ３  皮膜層、  ４  皮膜層、
６  クラック、  ７  ホッパ孔、  ８  射出孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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