(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイカストマシン用プランジャースリーブ等として好適な断熱保温性及び耐熱変形性等に優れた積層円筒体を提供する。【解決手段】第1の積層円筒体10１は、未焼結セラミックス層を挟んで金属円筒を同心円状に重ね合せ、少なくとも最内層の金属円筒(第１金属円筒)11とその外側の金属円筒(第２金属円筒)12とに挟まれたセラミックス層に金属細線等の層間連結金属材3が分散配置した積層組付け体を、熱間塑性加工に付し肉厚方向に圧縮すると共に層間連結金属材3と第１金属円筒11及び第２金属円筒12との接触部を拡散接合させた積層成形体である。第2の積層円筒体は、積層組付け体を熱間塑性加工し肉厚方向に圧縮して形成された積層成形体からなり、該積層成形体に分散形成された小孔を介して、第１金属円筒11とその外側の金属円筒とが溶接により結合されている。第1金属円筒の肉厚は好ましくは約3-15mm,セラミックス層の層厚は好ましくは1mm以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属円筒（１）を、繊維状又は粉末状の未焼結セラミックス層（２）を挟んで同心円状に重ね合せ、少なくとも最内層の金属円筒（第１金属円筒）（１１）とその外側の金属円筒（第２金属円筒）（１２）とに挟まれたセラミックス層に、そのセラミックス層を貫通して第１金属円筒の外周面と第２金属円筒の内周面とに接触する層間連結金属材（３）が分散配置されているカプセル状積層組付け体を、熱間塑性加工に付して肉厚方向に圧縮すると共に層間連結金属材（３）と第１金属円筒（１１）及び第２金属円筒（１２）との接触部を拡散接合させてなる、第１金属円筒と第２金属円筒とが層間連結金属材を介して相互に結合された積層成形体であることを特徴とする断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項２】
金属円筒（１）を、繊維状又は粉末状の未焼結セラミックス層（２）を挟んで同心円状に重ね合せてなるカプセル状積層組付け体を熱間塑性加工により肉厚方向に圧縮して形成された積層成形体からなり、該積層成形体に分散形成された小孔を介して、最内層の金属円筒とその外側の金属円筒とが溶接（５）により結合されていることを特徴とする断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項３】
金属外筒体(３０)とその内側に焼嵌めにより固定された内筒体(２０１)とからなり、該内筒体は請求項１に記載の積層円筒体からなることを特徴とする断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項４】
金属外筒体(３０)とその内側に焼嵌めにより固定された内筒体(２０２)とからなり、該内筒体は請求項２に記載の積層円筒体からなることを特徴とする断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項５】
最内層の金属円筒（第１金属円筒）は合金工具鋼からなり、該第1金属層を除く他の金属円筒は合金工具鋼又は炭素鋼からなる請求項１又は請求項２に記載の断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項６】
内筒体の最内層の金属円筒（第１金属円筒）は合金工具鋼からなり、第1金属層を除く他の金属円筒、及び外筒体は合金工具鋼又は炭素鋼からなる請求項３又は請求項４に記載の断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項７】
セラミックス層（２）は、セラミックス繊維シートからなる請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項８】
カプセル状積層組付け体の熱間塑性加工は熱間静水等方圧加圧加工である請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の断熱性・耐熱変形性に優れた積層円筒体。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の積層円筒体からなるダイカストマシン用プランジャースリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス層を挟む積層構造による卓抜した断熱保温性を有すると共に、積層構造に生じ易い熱変形を抑制防止するための耐熱変形性を具備し、ダイカストマシンのプランジャースリーブ等としてして好適に使用される積層円筒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属（アルミニウム合金,マグネシウム合金等）を射出鋳造するダイカストマシンの鋳造操作はプランジャースリーブを介して行なわれる。ダイカストマシンは金型及びスリーブの配置構成により、図２２の横型装置と図２３の竪型装置とに大別される。プランジャースリーブ（７０）はダイプレート（９１）に固定されて金型（９２）に接続されている。横型装置（図13）のスリーブ（７０）は後部側に給湯口（７１）を有し、金属溶湯（Ｍ）は該開口（７１）からスリーブ内に供給され、縦型装置（図14）のスリーブ（７０）（給湯口を有しない円筒体）への給湯は、鎖線のように傾動させたスリーブ（７０）の上端の開口から行なわれる。スリーブ（７０）に供給された金属溶湯（Ｍ）はプランジャーチップ（８０）により金型（９２）のキャビティ（９３）内に射出（圧入）される。スリーブ（７０）は、非鉄金属溶湯に対する腐食抵抗性、耐熱衝撃性、及びスリーブ内を進退駆動されるプランジャーチップ（８０）に対する摺動性と摺動摩耗抵抗性を必要とすることから、ＳＫＤ６１に代表される合金工具鋼（JIS-G4404）製の円筒体が使用されている。
【０００３】
上記鋳造操業において、プランジャースリーブ（７０）に供給された金属溶湯の温度降下が大きいことが従来問題とされている。これはプランジャースリーブの熱伝導率（α）が高く（ＳＫＤ６１：α約34W/m/K）、スリーブとの接触による熱損失が大きいことによる。スリーブ内の溶湯の降温が大きいと、鋳造温度の適正管理・鋳造品質の安定維持の妨げとなり、また温度低下によりスリーブの内面に溶湯が凝着すると、スリーブ内を進退運動するプランジャーチップ（８０）の耐用寿命に悪影響を与えるほか、溶湯の凝固片が鋳造製品に混入し製品品質を損なう原因ともなる。溶湯の温度降下を見込んで、スリーブへの給湯温度を高めに設定することは、熱エネルギーコストの負担増となるばかりか、構成部品の熱的損傷を助長することになり好ましくない。
【０００４】
上記溶湯の降温を抑制防止するプランジャースリーブの工夫として次のような提案がなされている。
(a)スリーブの肉厚内部に流体流路を形成し、加熱油（約200℃）を循環流通させる。
(b)スリーブ（SKD61等）の内側に、熱伝導率の低いセラミックスからなる円筒体を嵌め込んで固定する(特許文献１)。
(c)スリーブ（SKD61等）の外側に、熱伝導率の低いステンレス鋼等からなる円筒を重合し、重合界面をろう付け,拡散接合,または熱間静水圧処理で接合する（特許文献２）。
【特許文献１】特開平０２-１７９３４６号公報
【特許文献２】特開平１１-３００４６１号公報
【０００５】
しかし、スリーブの肉厚内部に流体流路を形成して加熱流体を流通させる内部加熱構造（上記ａ）は,装置構成が複雑化しメンテナンスの負担が大きく実用性に乏しい。
スリーブの内側にセラミックスの円筒を嵌合した構造（上記ｂ）では、セラミックス（脆性材料）が直接高温の金属溶湯と接触するので、熱衝撃による損傷が生じ易く安定性に乏しい。しかもスリーブの最内面がプランジャーチップとの摺動性に乏しい場合、スリーブとチップの摺接面の損傷により摺接界面に溶湯の差込が生じ易く、摺動抵抗の増大,金型への射出速度の低下等により、鋳造操作の円滑性が損なわれることになる。このためセラミックス円筒はプランジャーチップに対する良好な摺動性を必要とするが、適用し得るセラミックス材種の選択は容易でない。
スリーブの外側にステンレス鋼等の円筒を重合して接合した構造（上記ｃ）による断熱保温性能はそれほど大きくなく、満足し得るものとはいえない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、断熱保温性、及び構造部材としての安定性やメンテナンス性等に優れ、ダイカストマシンのプランジャースリーブに適用される場合は、供給された金属溶湯の温度低下を効果的に抑制防止してダイカスト鋳造の温度管理を容易にし、鋳造操業及び鋳造品質の向上安定化を可能とする積層円筒体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る第１の積層円筒体は、金属円筒（１）を、繊維状又は粉末状の未焼結セラミックス層（２）を挟んで同心円状に重ね合せ、少なくとも最内層の金属円筒（第１金属円筒）（１１）とその外側の金属円筒（第２金属円筒）（１２）とに挟まれたセラミックス層に、そのセラミックス層を貫通して第１金属円筒の外周面と第２金属円筒の内周面とに接触する層間連結金属材（３）が分散配置されているカプセル状積層組付け体を、熱間塑性加工に付して肉厚方向に圧縮すると共に層間連結金属材（３）と第１金属円筒（１１）及び第２金属円筒（１２）との接触部を拡散接合させてなる、第１金属円筒と第２金属円筒とが層間連結金属材を介して相互に結合された積層成形体であることを特徴としている（請求項１）。
【０００８】
本発明の第２の積層円筒体は、金属円筒（１）を、繊維状又は粉末状の未焼結セラミックス層（２）を介して同心円状に重ね合せてなるカプセル状積層組付け体を熱間塑性加工により肉厚方向に圧縮して形成された積層成形体からなり、該積層成形体に分散形成された小孔を介して、最内層の金属円筒とその外側の金属円筒とが溶接（５）により結合されていることを特徴としている（請求項２）。
【０００９】
本発明の第３の積層円筒体は、金属外筒体(３０)とその内側に焼嵌めにより固定された内筒体(２０１)とからなり、該内筒体は、上記第1の積層円筒体からなることを特徴としている（請求項２）。
【００１０】
本発明の第４の積層円筒体は、金属外筒体(３０)とその内側に焼嵌めにより固定された内筒体(２０２)とからなり、該内筒体は上記第２の積層円筒体からなることを特徴としている（請求項４）。
【００１１】
本発明のダイカストマシン用プランジャースリーブは、上記第１〜第４の積層円筒体を形成する金属円筒,外筒体等に所要の鋼材種を適用して構成される積層円筒体からなる（請求項９）。
【発明の効果】
【００１２】
金属の熱間塑性加工温度域ではセラミックスの焼結反応やセラミックスと金属との相互反応はなく、本発明の積層円筒体内のセラミックス層は、実質的に未焼結状態の繊維又は粉末の層として金属円筒同士の重合面間に介在している。セラミックスの焼結品を断熱材とする従来の「金属-セラミックス」積層構造では、比較的厚肉のセラミックス層を必要とするのに対し、本発明の積層円筒体におけるセラミックス層は、その層厚から予測される断熱効果をはるかに超える顕著な熱遮断性能を示す。ダイカストマシン用プランジャースリーブの用途では、約１ｍｍ以下（例えば0.1〜0.5ｍｍ）の薄いセラミックス層の熱遮断効果として、鋳造温度の安定維持のための明瞭な溶湯降温抑制効果が得られる。
【００１３】
この卓抜した断熱保温効果は、セラミックス層が未焼結層であること及び未焼結セラミックス層と金属円筒との界面の特異性、殊にその界面熱抵抗が著しく高いことによると考えられる。また、セラミックス層が実質的に未焼結の繊維ないし粉末からなる層であることは、焼結セラミックス層（実質的に剛性体である）と異なって、積層円筒体の製造工程（熱間塑性加工）や実機使用時における積層構造の熱膨張収縮変化に追従して変形することができ、熱応力吸収緩和層として機能し熱応力に起因する不具合の回避に奏効する。
【００１４】
本発明の積層円筒体を、その内側に加熱流体が供給される用途（ダイカストマシン用スリーブ等）に供する場合、セラミックス層による断熱保温効果をより高めるためには、加熱流体と接触する最内層の金属円筒（第1金属円筒）の肉厚をできるだけ薄くすること（=セラミックス層をできるだけ内周面側に近付けること）が有利である。この場合、第１金属円筒を薄肉化するほど、スリーブの中空孔の口径変形（第1金属円筒の膨出変形による真円度低下）が生じ易く、その変形はプランジャーチップの進退運動に伴うスリーブ及びチップ自身の擦過損傷を助長することになる。この点に関して本発明は、第１の積層円筒体（請求項１）及び第３（請求項３）の積層円筒体では、層間連結金属材を介して第1金属円筒をその内側の金属円筒に結合し、他方第２の積層円筒体（請求項２）及び第４の積層円筒体（請求項４）では、小孔を介して層厚方向に形成された溶接により第１金属円筒をその内側の金属円筒に結合せしめ、その連結構造による補強効果として積層円筒体の耐熱変形性を増強し、最内層金属円筒の口径変形を軽減緩和している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る第１の積層円筒体及び第２の積層円筒体は、熱間塑性加工による一体成形品として得られる積層成形体であり、以下の説明では、前者（第１の積層円筒体）を「積層円筒体（１０１）」、後者（第２の積層円筒体）を「積層円筒体（１０２）」と指称する。
また第３の積層円筒体は、第１の積層円筒体を内筒体とし、これを別途用意した外筒体の中空孔内に焼嵌めにより嵌合一体化したものであり、これを「積層円筒体（１０３）」と指称する。第４の積層円筒体は、前記第２の積層円筒体を内筒体とし、これを別途用意した外筒体の中空孔内に焼嵌めにより嵌合一体化したものであり、これを「積層円筒体（１０４）」と指称する。
【００１６】
まず第１の積層円筒体（１０１）及び第２の積層円筒体（１０２）について具体例を挙げて詳しく説明する。
［第１の積層円筒体（１０１）］
第１の積層円筒体（１０１）は、少なくとも２つの金属円筒と金属円筒同士の重合面を遮断するセラミックス層とからなる。図１は、積層円筒体（１０１）の層構造を例示している。この積層円筒体（１０１）は、３つの金属円筒（１）（11，12，13）と、これらの金属円筒（１）同士の重合面の接触を遮断する２つのセラミックス層（２）（21，22）とからなる積層構造を有している。図２は、図１のＡ部を拡大して示し、図３は図１のI-I矢視断面を示す。積層円筒体（１０１）の最内層の金属円筒（１１）（以下「第1金属円筒」）とこれに隣接する金属円筒（１２）（以下「第２金属円筒」）とに挟まれたセラミックス層（２１）には層間結合金属材（３）が分散配置されている。層間結合金属材（３）はセラミックス層（２１）を貫通して第１金属円筒（１１）の外周面と第２金属円筒（１２）の内周面とに接触している。第１金属円筒（１１）と第２金属円筒（１２）とは、層間結合金属材（３）の接触部分の拡散接合により相互に結合されている。
【００１７】
図４は、前記図１の積層円筒体（１０１）を、熱間塑性加工成形体として形成するためのカプセル状積層組付け体（Ａ1）の例を示している。カプセル状積層組付け体（Ａ1）は、セラミックス層（２１）（２２）を介して金属円筒（１１）（１２）(１３)を同心円状に重合したうえ、両端の開口部にドーナツ盤状の端板（１５）をあてがって溶接（ｗ）で接合封止することにより構成される。セラミックス層（２１）（２２）は、繊維状又は粉末状のセラミックスからなる未焼結のセラミックス層であり、第１金属円筒（１１）と第２金属円筒（１２）に挟まれた第１セラミックス層（２１）には、層間結合金属材（３）が分散配置されている。層間結合金属材（３）の一方の端部は第１金属円筒（１１）の外周面に接触し、他方の端部は第２金属円筒（１２）の内周面に接触している。
【００１８】
上記カプセル状積層組付け体（Ａ1）のセラミックス層（２）は粉末又は繊維状セラミックスを使用して形成される。図５は、上記カプセル状積層組付け体（Ａ1）の形成に使用されるセラミックス繊維シート（２Ｓ）の例を示している。セラミックス繊維シート（２Ｓ）には、層間接合金属材(３)として金属線（３）、例えばステンレス鋼（ステンレス鋼は合金工具鋼等に比し低い熱伝導率を有する）の細径線等が分散配置されている。そのII-II断面を図６[1] [2] [3]に示す。同図[1]は金属線（３ａ）をセラミックス繊維シート（２Ｓ）に波状に刺し通して表裏両面に交互に露出させた例、同図［2］は短寸に切断した金属線（３ｂ）をセラミックス繊維シート（２Ｓ）に刺し通してコ字状に折り曲げて取付けた例、同図［3］は短寸に切断した金属線（３ｃ）をセラミックス繊維シート（２Ｓ）に刺し通して平坦に折り曲げてシート表面に伏着させた例である。金属線（３ａ）〜（３ｃ）は、セラミックス繊維シート（２Ｓ）への取り付け（係着）ハンドリング性の点から、例えば線径：約0.05〜1ｍｍ程度の線材が好ましく使用される。
【００１９】
図７は、図５のセラミックス繊維シート（２Ｓ）を金属円筒（１）（11,12）に巻き付ける様子を示している。セラミックス繊維シートを使用する場合は、シートの重ね枚数の増減により層厚を容易に調整することができるほか、層間接合金属材（３）を分散配置するハンドリング操作も粉末状セラミックスの場合に比べ極めて容易である。なお、層間接合金属材（３）をセラミックス層（２）に分散配置することに付随する熱遮断性能の低下は極く僅少である。層間接合金属材（３）として、例えば線径1ｍｍの金属線材を使用する場合、セラミックス層（２）を層厚方向に貫通する伝導伝熱面積（線材の径方向断面積）は、π×1mm２/4（≒0.8mm２）であるから、仮にセラミックス層の面積1ｃｍ２当りの金属線材の貫通本数を1本とする高密度の分散配置の場合でも、線材の貫通によるセラミックス層の面積減少率は約０.８％（=0.8mm２/100 mm２×100%）に過ぎず、従ってセラミックス層（２）の熱遮断層としての機能は十分に維持される。
【００２０】
上記カプセル状積層組付け体（Ａ1）の熱間塑性加工は、熱間静水等方圧加圧加工（ＨＩＰ）、又は熱間押出し加工等により行なわれる。カプセル状積層組付け体（Ａ1）を熱間塑性加工、例えばＨＩＰ処理にかけると、金属円筒（１１）（１２）(１３)は加熱・加圧下の塑性変形により、セラミックス層（２１）（２２）を挟圧しながら、相互に圧着されると共に、層間接合金属材（３）と金属円筒（１１）及び（１２）との接触面の接合（拡散接合）が生じる。金属の熱間塑性加工を行なう温度域では、セラミックス層（２１）（２２）の焼結反応や金属円筒との界面反応はなく、実質的に未焼結の繊維又は粉末の状態を保持して金属円筒の重合面の間に圧縮緻密化した層となる。熱間塑性加工の後、端板（１５）（１５）を機械加工により除去して図１に示した積層円筒体（１０１）を得る。
【００２１】
図１及び図４等では、層間接合金属材（３）を第１セラミックス層（２１）のみに介在させた例を示しているが、所望によりその外側のセラミックス層（２２）にも、層間接合金属材（３）を分散配置したセラミックスシート（２Ｓ）（図５,図６）が使用され、それにより第1金属円筒（１１）とその内側の金属円筒（１２）(１３)との結合構造による補強効果をより高めることができる。
【００２２】
［第２の積層円筒体（１０２）］
第２の積層円筒体（１０２）は、少なくとも２つの金属円筒と金属円筒同士の重合面を遮断するセラミックス層とからなる。図８は、第２の積層円筒体（１０２）の断面構造の例を示し、図９はそのIII-III矢視断面を示している。この積層円筒体（１０２）は、３つの金属円筒（１）（11，12，13）と各金属円筒（１）同士の重合界面に介在する２つのセラミックス層（２）（21，22）とからなる積層構造を有すると共に、最内層の金属円筒（第1金属円筒）（１１）とその内側の金属円筒（１２）（１３）とが、セラミックス層（２）（２１,２２）を貫通する溶接（５）により結合されている。
【００２３】
図１１は、図８の積層円筒体（１０２）を、熱間塑性加工成形体として形成するためのカプセル状積層組付け体（Ａ2）を示している。このカプセル状積層組付け体（Ａ2）は、前記積層円筒体（１０１）を製作するためのカプセル状積層組付け体（Ａ1）と同じように、セラミックス層（２１）（２２）を介して金属円筒（１１）（１２）(１３)を同心円状に重合したうえ、両端の開口部にドーナツ盤状の端板（１５）をあてがって溶接（ｗ）で接合封止することにより形成される。ただし、この場合のセラミックス層（２）は層間接合金属材（３）（図４）を介在させる必要はない。セラミックス層（２１）（２２）として、セラミックス繊維シート（２Ｓ）を使用する場合は、図７のように金属円筒（１）に巻き付け装着することができ、カプセル状積層組付け体の形成操作が容易である。
【００２４】
上記カプセル状積層組付け体（Ａ２）の熱間塑性加工を、熱間塑性加工（例えばＨＩＰ処理）にかけると、金属円筒（１１）（１２）(１３)は加熱・加圧下の塑性変形により、セラミックス層（２１）（２２）を挟圧しながら、相互に圧着されて緊密な積層成形体が形成される。金属の熱間塑性加工を行なう温度域ではセラミックス層（２１）（２２）の焼結反応や金属円筒との界面反応はなく、実質的に未焼結の繊維又は粉末の状態を保持して金属円筒の重合面の間に圧縮緻密化した層が形成される。
【００２５】
熱間塑性加工の後、端板（１５）（１５）を機械加工により除去して積層円筒体を取り出した後、図１０に示すように、その積層円筒体（１０２’）の外側から径方向に指向する溶接施工用の小孔（４）を分散穿設する。小孔（４）の孔径は、例えば約5〜10ｍｍであり、最内層の第１金属円筒（１１）に達する深さに形成される。小孔（４）の分散密度は、孔径の大きさに応じて適宜設定すればよい。小孔（４）の溶接は、溶接材として金属円筒（１）と同種又は近似のものを使用し、肉盛溶接（例えば粉体プラズマ溶接，ＭＩＧ溶接等）により行えばよく、各小孔（４）に溶接（５）を形成して図８の積層円筒体（１０２）を得る。
【００２６】
なお、小孔（４）の形成とその肉盛溶接（５）の施工は、必ずしも熱間塑性加工の後である必要はなく、図１１のカプセル状積層組付け体（Ａ２）に、その外周面側から小孔（４）（図示せず）を分散穿設して溶接（５）を施工したうえ、熱間塑性加工するようにしてもよい。この場合は、熱間塑性加工成形体として、図８に示す積層円筒体（１０２）が得られ、従って熱間塑性加工後の小孔（４）の形成及び溶接（５）の施工は不要となる。
【００２７】
上記第1の積層円筒体（１０１）及び第2の積層円筒体（１０２）を構成する金属円筒（１）（11,12,13）、セラミックス層（２）（21,22）等の材種は、積層円筒体の具体的用途・使用環境条件等に応じて適宜選択される。
ダイカストマシン用プランジャースリーブを例に挙げれば次のとおりである。第１金属円筒（１１）（金属溶湯の接触面およびプランジャーチップの摺動面となる）は、金属溶湯に対する耐腐食性、プランジャーチップの摺動性および摺動磨耗抵抗性等を有するものであれば材種を問わないが、従来プランジャースリーブ材料として使用されているＳＫＤ６１（C:0.32-0.42%,Si:0.8-1.2%,Mn:0.5%以下,Cr:4.5-5.5%,Mo:1.0-1.5%,V:0.8-1.2%）に代表される合金工具鋼（JIS-G4404）が好適である。第1金属円筒（１１）の外側の金属円筒（１２,１３）は、プランジャースリーブに必要な機械強度が得られるものであればよく、ＳＫＤ６１等の合金工具鋼等のほかに、Ｓ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼（JIS-G4051）、ＳＳ４００等の一般構造用鋼（JIS-G3101）等が適用される。
【００２８】
金属円筒（１）同士の重合面間に介在するセラミックス層（２）は、酸化物系（Al２O３,SiO２, Al２O３-SiO２,ZrO２等）,窒化物系（Si３N４等）,炭化物系（SiC等）等、その材種は制限されない。セラミックス層（２）を複数層とする場合の各層は同種又は異種の材種が適宜使用される。繊維シートを使用する場合の好適なシート材の例として、Al２O３-SiO２セラミックス繊維シートが挙げられる。
【００２９】
金属円筒（１）及びセラミックス層（２）の積層数や各層の層厚は、積層円筒体のサイズ及び用途・具体的使用条件等に応じて適宜設計される。ダイカストマシン用プランジャースリーブについて述べれば、金属溶湯と接触する第1金属円筒（１１）の肉厚は、セラミックス層（２１）による断熱保温効果をより高める点から約１５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下である。但し過度に薄くすると最内層として必要な強度の不足をきたすおそれがあるので、少なくとも約３ｍｍ程度の肉厚をもたせるのが好ましい。
セラミックス層（２）（２１,２２…）のそれぞれの層厚は、内筒体の積層構造の堅牢性が損なわれないように、約１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍである。このような極く薄い層であっても卓抜した断熱保温効果が得られる。セラミックス層（２）の層数は１〜４層程度で十分である。
【００３０】
積層円筒体（１０１）（１０２）を形成する熱間塑性加工条件は金属円筒の材種等により異なるが、前記プランジャースリーブとしての積層円筒体をＨＩＰで成形する場合、温度：約３００〜１０００℃、加圧力：約５０〜２００ＭＰａの条件で効率よく達成することができる。得られた積層円筒体（１０１）（１０２）に給湯口（７１）の形成、その他必要な機械加工が施され、更に口金部材（７２）等の部品を装着されて製品プランジャースリーブに仕上げられる。
【００３１】
次に第３の積層円筒体（10３）及び第４の積層円筒体（10４）について説明する。
[第３の積層円筒体（10３）]
第３の積層円筒体（１０３）は、金属外筒体（３０）と、これに焼嵌めされた多層構造の内筒体（２０１）とからなる。図１２に第３の積層円筒体（１０３）の例を示す。図１３はそのＢ部を拡大して示し、図１４はそのIV-IV矢視断面を示している。
内筒体（２０１）は、前記第１の積層円筒体（１０１）と同じ積層構造を有する熱間塑性加工成形体である。図示の内筒体（２０１）は、３つの金属円筒（１）（11,12,13）と、その金属円筒（１）同士の重合面の接触を遮断する２つのセラミックス層（２）（21,22）とが同心円状に積層された層構造を有している。その最内層の第１金属円筒（１１）とこれに隣接する第２金属円筒（１２）との間のセラミックス層（２１）には、前記第１の積層円筒体（１０１）と同じように、層間結合金属材（３）が分散配置され、セラミックス層（２１）を層厚方向に貫通して第１金属円筒（１１）の外周面及び第２金属円筒（１２）に当接し、その層間結合金属材（３）を介して第１金属円筒（１１）と第２金属円筒（１２）とが相互に接合（拡散接合）されている。
【００３２】
図１６は、第３の積層円筒体（１０３）の内筒体（２０１）を、熱間塑性加工成形体として形成するためのカプセル状積層組付け体（Ａ３）の例を示している。カプセル状積層組付け体（Ａ３）の組立て要領は、前記第１の積層円筒体（１０１）を形成するカプセル状積層組付け体（Ａ１）［図４］のそれと同じであり、セラミックス層（２１）（２２）を介して金属円筒（１１）（１２）(１３)を同心円状に重合したうえ、両端の開口部にドーナツ盤状の端板（１５）をあてがって溶接（ｗ）で接合封止することにより組立てられる。積層組付け体（Ａ３）の第１金属円筒（１１）と第２金属円筒（１２）に挟まれたセラミックス層（２１）には層間結合金属材（３）が分散配置されており、該セラミックス層（２１）として、図５,図６に示したセラミックス繊維シート（２Ｓ）を適用すれば、図７のように金属円筒（１）の胴部周面に巻き回すことにより積層組付け体（Ａ３）の組み立てを効率化できることも、前記第１の積層円筒体（１０１）のカプセル状積層組付け体（Ａ１）［図４］のそれと同じである。
【００３３】
上記カプセル状積層組付け体(Ａ３)を熱間静水等方加圧加工（ＨＩＰ）等の熱間塑性加工に付せば、金属円筒（１１）（１２）(１３)は加熱・加圧下の塑性変形により、セラミックス層（２１）（２２）を挟圧しながら相互に圧着されると共に、層間接合金属材（３１）と金属円筒（１１）及び（１２）との接触面の接合（拡散接合）が生じる。金属の熱間塑性加工を行なう温度域では、セラミックス層（２１）（２２）の焼結反応や金属円筒との界面反応はなく、実質的に未焼結の繊維又は粉末の状態を保持して金属円筒の重合面の間に圧縮緻密化した層となる。熱間塑性加工の後、端板（１５）（１５）を機械加工により除去して内筒体(２０１)を得る。ついで、該内筒体(２０１)を、図１５のように、別途用意した金属外筒体(３０)の中空孔に焼嵌めにより嵌装固定することにより、第３の積層円筒体(４０１)[図１２]に仕上げられる。
【００３４】
図１２〜図１６では、層間接合金属材（３）を第１セラミックス層（２１）のみに介在させているが、所望によりその外側のセラミックス層（２２）にも、層間接合金属材（３）を分散配置したセラミックスシート（２Ｓ）（図５,図６）を使用すれば、第1金属円筒（１１）とその内側の金属円筒（１２）(１３)との結合構造による補強効果をより高めることができる。
【００３５】
次に第４の積層円筒体（１０４）について説明する。
[第４の積層円筒体（10４）]
第４の積層円筒体（１０４）は、金属外筒体（３０）と、これに焼嵌めされた多層構造の内筒体（２０２）とからなる。図１７は第３の積層円筒体（４０２）の例であり、そのＶ-Ｖ矢視断面を図１８に示す。
この内筒体（２０２）は、前記第２の積層円筒体（１０２）と同じ積層構造を有する熱間塑性加工成形体である。図示の内筒体（２０２）は、３つの金属円筒（１）（11,12,13）と、金属円筒（11,12,13）同士の重合面の接触を遮断する２つのセラミックス層（２）（21,22）とが同心円状に積層された層構造を有すると共に、最内層の金属円筒（第1金属円筒）（１１）とその内側の金属円筒（１２）（１３）とが、セラミックス層（２１,２２）を貫通する溶接（５）により結合されている。
【００３６】
図２１は、第４の積層円筒体（１０４）の内筒体（２０２）を熱間塑性加工成形体として形成するためのカプセル状積層組付け体（Ａ４）を示している。このカプセル状積層組付け体（Ａ４）は、前記第２の積層円筒体（１０２）を製作するためのカプセル状積層組付け体（Ａ２）［図１１］のそれと同じであり、セラミックス層（２１）（２２）を介して金属円筒（１１）（１２）(１３)を同心円状に重合し、両端の開口部にドーナツ盤状の端板（１５）をあてがい溶接（ｗ）で接合封止することにより形成される。セラミックス層（２１）（２２）としてセラミックス繊維シート（２Ｓ）を使用する場合は、図７のように金属円筒（１）に巻き付け装着することができ、カプセル状積層組付け体の形成操作が容易である。この場合のセラミックス層（２）は層間接合金属材（３）（図４）は不要である。
【００３７】
上記カプセル状積層組付け体（Ａ４）を、ＨＩＰ等の熱間塑性加工にかけると、金属円筒（１１）（１２）(１３)は加熱・加圧下の塑性変形により、セラミックス層（２１）（２２）を挟圧しながら、相互に圧着されて緊密な積層成形体が形成される。金属の熱間塑性加工を行なう温度域ではセラミックス層（２１）（２２）の焼結反応や金属円筒との界面反応はなく、実質的に未焼結の繊維又は粉末の状態を保持して金属円筒の重合面の間に圧縮緻密化した層が形成される。
【００３８】
熱間塑性加工の後、端板（１５）（１５）を機械加工により除去して積層円筒体を取り出したうえ、前記第２の積層円筒体（１０２）[図８]を形成する場合と同じように、溶接施工用の小孔（４）を分散穿設し、図２０に示す積層円筒体（２０２’）を得る。小孔（４）は最内層の第１金属円筒（１１）に達する深さに形成されている。各小孔（４）内に、常法に従って肉盛溶接を施工して内筒体（２０２）を得る。得られた内筒体（２０２）を、図１９のように、別途用意した金属外筒体（３０）の中空孔に焼嵌め固定することにより、第４の積層円筒体（１０２）[図１７]を得る。
【００３９】
なお、内筒体（２０２）の小孔（４）の形成とその肉盛溶接（５）の施工は、必ずしも熱間塑性加工の後である必要はなく、図２１のカプセル状積層組付け体（Ａ４）に、その外周面側から小孔（４）（図示せず）を分散穿設し溶接（５）（図示せず）を施工したうえ、熱間塑性加工するようにしてもよい。この場合は、熱間塑性加工成形体として、図１９に示す内筒体（２０２）が得られる。
【００４０】
第３及び第４の積層円筒体（１０３）（１０４）のそれぞれの内筒体（２０１）（２０２）を、第１の積層円筒体（１０１）［図１］及び第２の積層円筒体（１０２）［図８］と対比すると、第１及び第２の積層円筒体（１０１）（１０２）ではそれ自体で構造部材として必要な強度が得られるように、第１金属円筒（１１）を包囲する第２金属円筒（１２）(１３)を比較的厚肉に設計することを要するのに対し、第３及び第４の積層円筒体（４０１）及び積層円筒体（４０２）における内筒体（２０１）（２０２）は、これを包囲する金属外筒体（３０）により補強される。このため、内筒体（２０１）（２０２）における第１金属円筒（１１）を囲む外側の金属円筒（12,13）は、第１及び第２の積層円筒体（１０１）（１０２）の金属円筒（12,13）に比し、比較的薄肉に設計することができる。従ってそのカプセル状積層組付け体（Ａ３）（Ａ４）[図16,図21]のサイズをそれだけ小さくすることができ、このことは熱間塑性加工の施工上の制約（例えばＨＩＰ装置の規模・容量の制約等）を緩和・回避するのに有効である。
【００４１】
上記第３及び第４の積層円筒体（１０３）（１０４）のそれぞれの内筒体（２０１）（２０２）を構成する金属円筒（１）、セラミックス層（２）の積層数や各層の層厚は、積層円筒体のサイズ及び用途・具体的使用条件等に応じて適宜設計される。ダイカストマシン用プランジャースリーブについて述べれば、内筒体（２０１）（２０２）は、前記第１及び第２の積層円筒体（１０１）（１０２）と同じように、第１金属円筒（１１）は、金属溶湯に対する耐腐食性、プランジャーチップの摺動性および摺動磨耗抵抗性等の点から、ＳＫＤ６１に代表される合金工具鋼（JIS-G4404）が好適である。金属円筒（12,13）は、ＳＫＤ６１等の合金工具鋼等のほかに、Ｓ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼（JIS-G4051）、ＳＳ４００等の一般構造用鋼（JIS-G3101）等であってよい。金属溶湯と接触する第1金属円筒（１１）の肉厚は、セラミックス層（２１）による断熱保温効果をより高めるために、好ましくは約１５ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下であり、また最内層として必要な強度の不足を回避するために、少なくとも約３ｍｍ程度の肉厚であるのが好ましい。セラミックス層（21,22…）についても前記第１及び第２の積層円筒体（１０１）（１０２）のそれと同様であり、内筒体の積層構造の堅牢性が損なわれないように、約１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０.２〜０.５ｍｍであり、その層数は１〜４層程度であってよい。
【００４２】
また上記内筒体（２０１）（２０２）を焼嵌め固定するための金属外筒体（３０）は、従来のスリーブ材であるＳＫＤ６１等の合金工具鋼のほか、Ｓ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼（JIS-G4051）、ＳＳ４００等の一般構造用鋼（JIS-G3101）等であってよい。金属外筒体（３０）と内筒体（２０１）又は（２０２）との焼嵌め固定は、例えば３００〜５００℃の温度域で行われる。
金属外筒体（３０）に内筒体（２０１）又は（２０２）を焼嵌めにより一体化して形成された第３の積層円筒体（１０３）,第４の積層円筒体（１０４）は、機械加工により所要形状に成形され、更に口金（７２）等の必要な部材を装着して製品プランジャースリーブに仕上げられる。
【産業上の利用分野】
【００４３】
本発明の積層円筒体は、セラミックス層による卓抜した熱遮断性を有すると共に、セラミックス層を含む多層構造でありながら、内筒体の分割構造としたことによる補強効果として良好な耐熱変形性を兼備し、従ってこれらの特性を要求される用途、例えばダイカストマシンのプランジャースリーブとして適用される場合は、金属溶湯の温度降下とそれに起因する鋳造品質及び鋳造操業上の不具合が回避されると共に、温度低下を見込んだ高温給湯とそれに伴う熱エネルギコストの無駄が解消され、金属溶湯の温度管理が容易化され、またスリーブの損傷が軽減緩和により耐用寿命が改善される等、鋳造操業の効率化等に奏効するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の積層円筒体の積層構造を模式的に示す軸方向断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】図１のI-I矢視断面図である。
【図４】図１の積層円筒体を熱間塑性加工成形体として製作するためのカプセル状積層組付け体の例を示す軸方向断面図である。
【図５】図４のカプセル状積層組付け体の組立てに使用されるセラミックスシートの例を示す平面図である。
【図６】図５のII-II矢視断面図である。
【図７】図４のカプセル状積層組付け体の組立てるためのセラミックスシートを金属円筒に巻き付ける状態を示す斜視説明図である。
【００４５】
【図８】本発明の第２の積層円筒体の積層構造を模式的に示す軸方向断面図である。
【図９】図８のIII-III矢視断面図である。
【図１０】図８の積層円筒体の溶接施工前の状態を示す軸方向断面図である。
【図１１】図８の積層円筒体を熱間塑性加工成形体として製作するためのカプセル状積層組付け体の例を示す軸方向断面図である。
【００４６】
【図１２】本発明の第３の積層円筒体の積層構造を模式的に示す軸方向断面図である。
【図１３】図１２のＢ部の拡大図である。
【図１４】図１２のIV-IV矢視断面図である。
【図１５】図１２の積層円筒体を形成する金属外筒体と内筒体との嵌装状態を示す軸方向断面説明図である。
【図１６】図１２の積層円筒体の内筒体を熱間塑性加工成形体として製作するためのカプセル状積層組付け体の例を示す軸方向断面図である。
【００４７】
【図１７】本発明の第４の積層円筒体の積層構造を模式的に示す軸方向断面図である。
【図１８】図１７のＶ-Ｖ矢視断面図である。
【図１９】図１２の積層円筒体を形成する金属外筒体と内筒体との嵌装状態を示す軸方向断面説明図である。
【図２０】図１７の積層円筒体を構成に使用される内筒体の溶接施工前の状態を示す軸方向断面図である。
【図２１】図１７の積層円筒体の内筒体を熱間塑性加工成形体として製作するためのカプセル状積層組付け体の例を示す軸方向断面図である。
【００４８】
【図２２】横型ダイカストマシンのプランジャースリーブ配置構成を示す断面説明図である。
【図２３】堅型ダイカストマシンのプランジャースリーブ配置構成を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１(11,12,13)：金属円筒                      ２(21,22)  ：セラミックス層
２Ｓ：セラミックス繊維シート                ３(3a,3b,3c)：層間結合金属材  
４：溶接用小孔                              ５：溶接
１０(10１,10２,10３,10４)：積層円筒体
20１,20２：内筒体
３０：金属外筒体
【００５０】
１５：端板
７０：プランジャースリーブ                  ７１：給湯口
７２：口金                                  ８０：プランジャーチップ
９１：ダイプレート                          ９２：金型
９３：キャビティ
Ａ1,Ａ2,Ａ3,Ａ4：カプセル状積層組付け体
Ｍ：金属溶湯
ｗ：溶接
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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