(57)【要約】【課題】プランジャチップとの間で生じる摺動摩耗に対して優れた耐性を有するプランジャスリーブ及びその製造方法を提供する。【解決手段】プランジャスリーブ１のスリーブ本体３の内周には、射出口６側に位置し、相対的に小径となる小径面３ａと、小径面３ａに比べて射出口６から離れた側に位置し、小径面３ａより大径となる大径面３ｂとが形成されている。このうち、大径面３ｂには、セラミックスの溶射層７が形成されており、溶射層７の内周面７ａと、この内周面７ａに軸方向に隣接するスリーブ本体３の小径面３ａとでプランジャチップ２の摺動面４が構成されている。詳細には、摺動面４は、プランジャチップ２の低速摺動から高速摺動への切替え位置Ｐｓを境として、低速側の領域を溶射層７の内周面７ａと、高速側の領域をスリーブ本体３の小径面３ａとで構成されている。ここで、小径面３ａは研磨加工面であり、その面粗さは所定の範囲内に仕上げられている。【選択図】図１
2009195935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブ本体と、該スリーブ本体の内周に設けられプランジャチップが摺動可能な摺動面とを備えたプランジャスリーブであって、
前記摺動面は、前記プランジャチップの低速摺動から高速摺動への切替え位置を境として相互に異なる表面性状を有し、
前記摺動面のうち、前記切替え位置より低速側の領域は断熱材からなる多孔質層の内面で構成され、前記切替え位置より高速側の領域は金属製の研磨加工面で構成されているプランジャスリーブ。
【請求項２】
前記研磨加工面の面粗さがＲｚで０．２μｍ以下である請求項１に記載のプランジャスリーブ。
【請求項３】
スリーブ本体と、該スリーブ本体の内周に設けられプランジャチップが摺動可能な摺動面とを備えたプランジャスリーブの製造方法であって、
前記摺動面のうち、前記プランジャチップの低速摺動から高速摺動への切替え位置を境として前記切替え位置より低速側の領域を断熱材の溶射で形成する工程と、
前記切替え位置より高速側であって金属表面で構成される領域に対して研磨加工を施す工程とを含むプランジャスリーブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主にダイカスト用のプランジャスリーブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカストマシンのプランジャとしては、プランジャスリーブと、プランジャスリーブ内に嵌挿されたプランジャチップとを備えたものが一般的である。ここで、ダイカスト成形に際しては、プランジャスリーブに設けた注湯口から溶湯を供給し、シリンダなどによりプランジャチップを前進駆動させて上記溶湯を成形金型のキャビティ内に射出する。そのため、プランジャスリーブには溶湯に対する耐溶損性や耐摩耗性が要求される。また、破断チル等の介在物が発生するのを抑制するために高い断熱性も要求される。
【０００３】
また、この種のプランジャスリーブにおいては、成形品質の安定化のため、溶湯口から溶湯を注入する際に生じる空気の巻き込みに留意する必要がある。そのために、プランジャチップの摺動当初は低速摺動としておき、然る後、金型キャビティへの射出圧を得る目的で高速摺動に切替えることが行われる。
【０００４】
この種のプランジャスリーブとして、例えば下記特許文献１には、溶湯と接すると共に、プランジャチップが摺動するプランジャスリーブの内周面の全域を、ＳＫＤ６１等の合金工具鋼からなる溶射層で形成したものが開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、外筒の内面に内筒を嵌着したダイカスト用スリーブにおいて、溶融金属と接触する内筒を、射出口側にある先端部材とこの先端部材の後方にある後方部材とに分けて構成し、先端部材を金属材料（又は金属とセラミックの複合材料）、後方部材をセラミックス材料で形成したものが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２６８５６８号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１において、プランジャスリーブの内周面を構成する溶射層は、一般に多孔質構造を有するものであるが、潤滑性の面から見た場合、このような多孔質構造の摺動面は、摺動速度が比較的低い領域では、油膜形成を促進して潤滑性を高めることに寄与する反面、摺動速度が比較的高い領域では、却って油膜形成を阻害して耐摩耗性の低下を招く傾向がある。この点で、上記特許文献１のプランジャスリーブは、その内周面（摺動面）の全域を溶射層で構成しているため、プランジャチップが高速摺動する領域で摩耗が増大するという問題を抱えている。
【０００７】
また、上記特許文献２は、プランジャスリーブの溶融金属と接触する内筒を、射出口側にある先端部材とこの先端部材の後方にある後方部材とに分けて構成し、先端部材を機械的衝撃に対する耐久性の点から金属材料（又は金属とセラミックの複合材料）で形成し、後方部材を耐溶損性等の点からセラミックス材料で形成した技術を開示したものであり、上記内筒とプランジャチップとの摺動部の潤滑性及び摩耗の問題については考慮していない。
【０００８】
以上の事情に鑑み、本発明では、プランジャチップとの間で生じる摺動摩耗に対して優れた耐性を有するプランジャスリーブ及びその製造方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題の解決は、スリーブ本体と、スリーブ本体の内周に設けられプランジャチップが摺動可能な摺動面とを備えたプランジャスリーブであって、摺動面は、プランジャチップの低速摺動から高速摺動への切替え位置を境として相互に異なる表面性状を有し、摺動面のうち、切替え位置より低速側の領域は断熱材からなる多孔質層の内面で構成され、切替え位置より高速側の領域は金属製の研磨加工面で構成されていることによって達成される。
【００１０】
ここで、「プランジャチップの低速摺動から高速摺動への切替え位置」とは、プランジャチップの摺動速度に関し、摺動開始時の速度から、プランジャスリーブの摺動面の断面積や成形金型キャビティの形状及び大きさ等に応じて所定の射出圧（射出量）を得るために必要な速度へと移行を開始する際の当該チップ先端位置に対応するプランジャスリーブの軸方向位置を意味する。従って、上記の「切替え位置」に対して、「低速側の領域」はプランジャスリーブの注湯口の側に位置し、「高速側の領域」はプランジャスリーブの射出口の側に位置する。尚、「低速摺動」から「高速摺動」への切替えが、複数段又は傾斜状等の速度線図を示すように速度増加する領域（速度移行領域）を経て行なわれる場合は、上記の「切替え位置」を、「低速摺動」の速度領域と上記速度移行領域との境界に対応する位置としても良いし、あるいは、「高速摺動」と上記速度移行領域との境界に対応する位置としても良い。
【００１１】
上記構成に係るプランジャスリーブは、プランジャチップとの間の摺動が油などの潤滑剤を介在させた状態で行われる点、及び、この潤滑剤が低速摺動時と高速摺動時とで異なる潤滑作用を示す点に着目して創作されたものである。すなわち、プランジャスリーブの摺動面のうち上記切替え位置より低速側の領域（プランジャチップの低速摺動域）をセラミックス等の多孔質層の内面で構成することで、多数の空孔を内部に有する多孔質層の表面開孔が油溜りとして作用し、プランジャチップの摺動面との間の油膜形成を促進して良好な摺動潤滑状態を得ることができる。また、セラミックス等の断熱材で多孔質層を形成することで、特に注湯口付近におけるプランジャスリーブの摺動面の耐熱性及び断熱性を確保することができる。多孔質層は、例えば、溶射層であったり、スリーブ本体とは別体の多孔質内筒部材をスリーブ本体に取り付けることで形成可能である。また、プランジャスリーブの摺動面のうち上記切替え位置より高速側の領域（プランジャチップの高速摺動域）を金属製の研磨加工面で構成することで、耐衝撃性を確保しつつ、プランジャチップの摺動面との摺動に伴う摩耗を低減することができる。すなわち、プランジャチップの高速摺動域では、プランジャスリーブの摺動面を多孔質構造にすることによる油膜形成促進効果は期待できず、却って、表面粗さが増大することに起因する油膜切断により、摩耗を増大させてしまう結果となる。そこで、本発明では、プランジャスリーブの摺動面のうち上記切替え位置より高速側の領域を金属製の研磨加工面で構成することで、該領域の表面粗さを低減し、油膜切断を防止して、該領域における油膜形成を確保している。これにより、プランジャチップの高速摺動域においても、良好な潤滑性が得られ、摺動面の摩耗が抑制される。
【００１２】
以上より、本発明に係るプランジャスリーブによれば、プランジャチップの摺動全域にわたって良好な摺動特性を発揮して、摩耗や焼付きの発生を極力抑えることができ、これにより、使用寿命の長いプランジャスリーブを提供することができる。また、射出態様のばらつきを小さくでき、これにより鋳造品質を安定させることができる。
【００１３】
また、高速摺動域において良好な流体潤滑作用を得るためには、上記研磨加工面はなるべく滑らかであるほど、言い換えると鏡面状態に近いほど好ましく、例えば既知の面粗さに関するパラメータ（Ｒａ、Ｒｚ、Ｒｋなど）で規定することもできる。具体的には、上記研磨加工面の面粗さをＲｚで０．２μｍ以下と規定してもよく、また、当該面粗さとなるように摺動面の高速摺動域に対して研磨加工を施しても良い。一方で、上記面粗さの下限値は採用する研磨加工の別により定まる。
【００１４】
また、上記金属製の研磨加工面は、スリーブ本体とは別体の金属内筒部材の内周面に形成しても良いし、あるいは、スリーブ本体の内周面の一部に形成するようにしても良い。研磨加工面をスリーブ本体と別体の金属内筒部材に形成すれば、当該内筒部のみを耐熱性ないし耐衝撃性に優れた材料で形成すればよいので、スリーブ本体の材料選択の幅が広がり、材料コストの削減につながる。一方で、スリーブ本体の内周面の一部に形成すれば、別体取り付け時に溶射層の内周面との間で芯ずれが生じるおそれがなく、また、取り付けの手間も省ける。
【００１５】
また、前記課題の解決は、スリーブ本体と、スリーブ本体の内周に設けられプランジャチップが摺動可能な摺動面とを備えたプランジャスリーブの製造方法であって、摺動面のうち、プランジャチップの低速摺動から高速摺動への切替え位置を境として切替え位置より低速側の領域を断熱材の溶射で形成する工程と、切替え位置より高速側であって金属表面で構成される領域に対して研磨加工を施す工程とを含む構成によって達成される。
【００１６】
このような製造方法によれば、上述したプランジャスリーブに係る作用効果と同一の作用効果を得ることができる。
【００１７】
また、研磨加工は、プランジャスリーブの摺動面の全域にわたって施すこともできる。ここで、摺動面全域に対して例えばホーニング加工を施すようにすれば、低速摺動域における溶射層の内周面と、高速摺動域における金属表面とを同一内径に仕上げることができ、摺動面の研磨と芯出しとを１工程で実施することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、プランジャチップとの間で生じる摺動摩耗に対して優れた耐性を有するプランジャスリーブ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るプランジャスリーブ及びその製造方法の一実施形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係るプランジャスリーブ１の断面図である。このプランジャスリーブ１は、筒状をなし、内周にプランジャチップ２を挿入可能なスリーブ本体３と、スリーブ本体３の内周に挿入したプランジャチップ２を摺動可能に支持する摺動面４とを主に備える。また、スリーブ本体３の軸方向一端には溶湯の注湯口５が設けられると共に、注湯口５とは軸方向反対側の端部には射出口６が設けられている。
【００２１】
スリーブ本体３の内周には、図１に示すように、射出口６側に位置し、相対的に小径となる小径面３ａと、小径面３ａに比べて射出口６から離れた側（注湯口５側）に位置し、小径面３ａより大径となる大径面３ｂとが形成されている。このうち、大径面３ｂには、多孔質層としてのセラミックスの溶射層７が形成されており、溶射層７の内周面７ａと、この内周面７ａに軸方向に隣接するスリーブ本体３の小径面３ａとでプランジャチップ２の摺動面４が構成されている。従い、内周面７ａと小径面３ａとは同一径である。
【００２２】
ここで、詳細には、摺動面４は、プランジャチップ２の低速摺動から高速摺動への切替え位置Ｐｓを境として、低速側の領域を溶射層７の内周面７ａと、高速側の領域をスリーブ本体３の小径面３ａとで構成されている。従い、スリーブ本体３の内周面、ここでは小径面３ａと大径面３ｂとについても、切替え位置Ｐｓを境として段差を介して隣接している。尚、この実施形態において、プランジャチップ２の摺動速度は、切替え位置Ｐｓにおいて、摺動開始時の低速摺動から一挙に射出時の高速摺動に切替わるようになっている。
【００２３】
スリーブ本体３は、例えばＳＫＤ６１（ＪＩＳ）などの合金工具鋼で形成されており、故にこの実施形態では、摺動面４の高速側領域をなす小径面３ａもスリーブ本体３と同じ金属材料で形成されている。また、この小径面３ａは研磨加工面であり、所定の表面粗さに仕上げられている。例えば表面粗さに関するパラメータとしてＲｚを用いた場合、小径面３ａのＲｚは０．２μｍ以下に規定される。
【００２４】
以下、上記構成のプランジャスリーブ１を用いてダイカストの射出成形を行う場合におけるプランジャスリーブ１の動作につき説明する。
【００２５】
まず、射出口６側の端部を成形金型のキャビティ（図示は省略）に取付けた状態で、注湯口５からプランジャスリーブ１内に向けて溶湯を供給する。そして、注湯口５よりも後方側（例えば図１に１点鎖線で示した位置）に待機させておいたプランジャチップ２を射出口６に向けて前進させることで、プランジャスリーブ１内に供給された溶湯が上記キャビティ内に射出される。ここで、プランジャチップ２とプランジャスリーブ１との間には油などの潤滑剤が供給されており、また、摺動面４の低速側領域を構成する溶射層７の内周面７ａには多数の表面開孔が存在している。そのため、プランジャチップ２の低速摺動時、これら表面開孔が油溜りとして作用し、プランジャチップ２との間で良好な摺動状態が実現される。また、セラミックスで溶射層７を形成しているので、溶湯注入直後におけるスリーブ１の耐熱性及び断熱性、特に注湯口５直下の耐溶損性が向上する。
【００２６】
また、高速摺動時、プランジャチップ２は摺動面４のうちスリーブ本体３の小径面３ａと摺動するが、この際、小径面３ａは金属製の研磨加工面であることから、油膜切断が生じにくく、良好な流体潤滑状態が実現される。そのため、プランジャチップ２との摺動摩擦が低減され、これにより、プランジャスリーブ１の耐摩耗性もしくは耐焼付性が向上する。
【００２７】
次に、上記構成のプランジャスリーブ１の製造方法の一例を図２に基づき説明する。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示す形状のスリーブ本体３を製作する。上記例示の材料からなる素材に対して適当な機械加工を施すことで中空筒状にスリーブ本体３を形成する。この際、スリーブ本体３の小径面３ａ及び大径面３ｂを段差を介して形成しておく。また、注湯口５についても予め穿孔形成しておく。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、スリーブ本体３の大径面３ｂに断熱材、例えばセラミックスを溶射することで、大径面３ｂの内側にセラミックスの溶射層７を形成する。このようにして形成された溶射層７には、その加工態様に起因して多数の内部気孔が含有されると共に、その内周面７ａには多数の表面開孔が形成される。また、溶射層７の厚みは、スリーブ本体３の内周に設けられた段差分、すなわち小径面３ａと大径面３ｂとの内径の差に等しくなるように設定される。なお、溶射層７の材料としては、少なくとも断熱性を具備する限りにおいて、セラミックス以外の材料を使用することも可能である。
【００３０】
そして、然る後、スリーブ本体３の小径面３ａに対して研磨加工、ここではホーニング加工を施すことで、小径面３ａが所定の表面粗さに仕上げられると共に、その真円度や円筒度が所定の精度に仕上げられる。これにより、図１に示す完成品としてのプランジャスリーブ１が形成される。なお、当該ホーニング加工は溶射層７の内周面７ａに対しても併せて実施することができ、これにより、溶射層７の内周面７ａが平滑化されると共に小径面３ａと同一径に仕上げられ、表面粗さや真円度、及び円筒度に関しても小径面３ａと同程度もしくはこれに近い程度に仕上げられる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係るプランジャスリーブもしくはその製造方法は、本発明の範囲内において任意に変更が可能である。
【００３２】
例えば上記実施形態では、製造コストの低減化を狙って、摺動面４の高速側領域をスリーブ本体３の小径面３ａで構成した場合を例示したが、上記高速側領域を、スリーブ本体３とは別部材の内周面で形成することも可能である。
【００３３】
図３はその一例を示すもので、同図に係るプランジャスリーブ１１は、特に、スリーブ本体１３の射出口１６側に相対的に大径となる大径面１３ａを形成し、注湯口１５側に大径面１３ａより小径となる小径面１３ｂを形成する点、及び、射出口１６側に設けた大径面１３ａの内側にスリーブ本体１３とは別体となる内筒部材１８を嵌着固定させた点をもって図１に係るプランジャスリーブ１とその構造を異にする。
【００３４】
すなわち、この場合、摺動面４の切替え位置Ｐｓより高速側の領域は、内筒部材１８の内周面１８ａで形成されるので、内筒部材１８のみを、ダイカスト射出に際して要求される耐摩耗性や耐衝撃性等を満たす材料（例えばＳＫＤ６１などの合金工具鋼）で形成すればよく、スリーブ本体１３を比較的低コストに製作できる。なお、上記構成のプランジャスリーブ１１の製造に際しては、先に内筒部材１８をスリーブ本体１３に嵌着固定した後にセラミックスの溶射層１７を形成し、然る後、ホーニング加工で内筒部材１８の内周面１８ａと溶射層１７の内周面１７ａとを同時に研磨する方法を採るようにするのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプランジャスリーブの断面図である。
【図２】プランジャスリーブの製作工程を概念的に説明する図であり、（ａ）はスリーブ本体単体の断面図、（ｂ）は大径面の内側に溶射層を形成した段階のスリーブ本体の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るプランジャスリーブの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      プランジャスリーブ
２      プランジャチップ
３      スリーブ本体
３ａ    小径面
３ｂ    大径面
４      摺動面
５      注湯口
６      射出口
７      溶射層
７ａ    内周面
１１    プランジャスリーブ
１３    スリーブ本体
１３ａ  大径面
１３ｂ  小径面
１５    注湯口
１６    射出口
１７    溶射層
１７ａ  内周面
１８    内筒部材
１８ａ  内周面
Ｐｓ    切替え位置
【図１】
2009195935.tif 000003
【図２】
2009195935.tif 000004
【図３】
2009195935.tif 000005