プランジャー
【課題】 プランジャーが使用される温度が高くなると金属製のシャフトとセラミック部材の熱膨張係数の差が要因となり、セラミック部材のシャフトの接合端の位置に接着剤を介して大きな引張応力が働いて亀裂が発生するという課題があった。
【解決手段】 金属からなる長尺状のシャフト部材２と第１の凸部４を有するセラミック部材３とを備え、シャフト部材２とセラミック部材３の第１の凸部４とが接合層５を介して接合されているとともに、第１の凸部４の接合面における外周端７が、シャフト部材の接合面における外周端８と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有していることにより、セラミック部材に亀裂が生じにくい。
【解決手段】 金属からなる長尺状のシャフト部材２と第１の凸部４を有するセラミック部材３とを備え、シャフト部材２とセラミック部材３の第１の凸部４とが接合層５を介して接合されているとともに、第１の凸部４の接合面における外周端７が、シャフト部材の接合面における外周端８と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有していることにより、セラミック部材に亀裂が生じにくい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を圧送するためにシリンダ内を往復するプランジャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ内の各種流体を圧送するためのプランジャーは、シリンダ内を往復することでシリンダとの接触部が摩耗しやすいため、プランジャーとして、シリンダとの接触部を耐摩耗性に優れるセラミックス製としたものが用いられている。
【０００３】
このようなプランジャーとして、特許文献１には、金属からなる長尺状のシャフトと、シャフトの先端にボルトによって固定されたセラミック部材とを有するものが提案されている。
【０００４】
また、プランジャーはシャフトとセラミック部材とをボルトで固定するが、ボルトが緩んでシャフトからセラミック部材が脱落してしまう虞があるので、ボルトのかわりに接着剤を用いて接合することが行われている。
【０００５】
さらには、プランジャーが温度の高い環境で用いられる場合には、シャフトとセラミック部材とを上述の接着剤を用いて接合することに加えて、特許文献１のようにボルトで固定することを併合したプランジャーを用いることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭62−216711号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に提案されたように金属製のシャフトとシャフトよりも径の大きいセラミック部材とを、接着剤を用いて接合する構成または接着剤とボルトを併用して接合する構成を用いた場合には、プランジャーが使用される温度が高くなると金属製のシャフトとセラミック部材との熱膨張係数の差が要因となり、セラミック部材のシャフトの接合端の位置に接着剤を介して大きな引張応力が働いて、亀裂が発生するという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために案出されたものであり、金属部材とセラミック部材とを接着剤で接合したプランジャーのセラミック部材に亀裂が生じにくく、耐久性の向上したプランジャー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】
【０００９】
本発明のプランジャーは、金属からなる長尺状のシャフト部材と、該シャフト部材と対向する第１の凸部を有するセラミック部材とを備え、前記シャフト部材と前記第１の凸部とが接合層を介して接合されているとともに、前記第１の凸部の接合面における外周端が、前記シャフト部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、前記シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、前記シャフト部材および前記接合層が、前記第１の凸部の幅以上の幅を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプランジャーによれば、金属からなる長尺状のシャフト部材と、該シャフト部
と対向する第１の凸部を有するセラミック部材とを備え、シャフト部材と第１の凸部とが接合層を介して接合されているとともに、第１の凸部の接合面における外周端が、シャフト部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材および接合層が、第１の凸部の幅以上の幅を有していることにより、セラミック部材に亀裂が生じにくいプランジャーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【図２】（ａ）は本実施形態の一例を示す図１のＡ部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の本実施形態の他の一例を示す拡大断面図である。
【図３】本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【図４】本実施形態のさらに他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【図５】本実施形態のさらに他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施形態の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００１３】
本実施形態のプランジャー１ａは、金属からなる長尺状のシャフト部材２と、シャフト部２と対向する第１の凸部４を有するセラミック部材３とを備え、シャフト部材２と第１の凸部４とが、接合層５を介して接合されている。シャフト部材２は円柱状で、セラミック部材３側端部２ａの径がその他の部位よりも大きくなっている。また、セラミック部材３は円柱形状で、セラミック部材３と同心円状に、シャフト部材２に向かって突出する第１の凸部４が形成されている。また、シャフト部材２の端部２ａと第１の凸部４の径は同じである。なお、第１の凸部４の径はシャフト部材２の端部２ａより小さくてもかまわない。言い換えると、第１の凸部４の接合面における外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置していればよい。また、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、接合層５の幅は、シャフト部材２の端部２ａの幅および第１の凸部４の幅と同じとなるように形成されている。
【００１４】
プランジャー１ａは、中空状のシリンダ６内の流体を圧送するのに用いられ、セラミック部材３の径は、シリンダ６の中空部の径の大きさに対応して形成されている。
【００１５】
ここで、シャフト部材２は、炭素工具鋼や合金工具鋼，ステレンス鋼など公知の金属より形成することができ、流体との接触などにより発生する錆を防止する観点からステンレス鋼を用いるのが好ましい。ステレンス鋼の種類としては、特に快削性に優れるＳＵＳ303および高い耐食性を有するＳＵＳ304を用いるのがより好ましい。
【００１６】
また、セラミック部材３は、アルミナ，コージェライト，ムライト，ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素，炭化珪素などの非酸化物セラミックス等の公知のセラミックスより形成することができ、特に、耐摩耗性の優れた炭化珪素より形成することが好ましい。
【００１７】
また、接合層５は、例えば接着剤より形成することができ、エポキシ樹脂，アクリル樹脂およびウレタン樹脂などの公知の樹脂系接着剤，ガラスなどの公知の無機系接着剤および公知のろう材などを用いることができる。
【００１８】
本実施形態のプランジャー１ａは、シャフト部材２と第１の凸部４とが接合層５を介して接合されているとともに、第１の凸部４の接合面における外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有している。このような構成であれば、金属からなるシャフト部材２とセラミック部材３との熱膨張差で接合層５の外周端に引張り応力が生じにくくなり、セラミック部材３の接合層５の外周端付近に亀裂が生じにくい。したがって、本実施形態のプランジャー１ａは、シリンダ６との接触部が耐摩耗性と耐久性を有するセラミック部材３を備えており、また、使用環境が高温、例えば、シリンダ６内で圧送する流体が100℃以上の環境下で、繰り返し
使用したとしてもセラミック部材３に亀裂が生じにくいため、長期間にわたって使用可能である。
【００１９】
以下に、シャフト部材２、セラミック部材３および接合層５の構成について図２を用いて補足的に説明する。
【００２０】
図２（ａ）は本実施形態の一例を示す図１のＡ部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の本実施形態の他の一例を示す拡大断面図である。
【００２１】
本実施形態のプランジャー１ａにおいては、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の凸部４の外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有していることが重要である。ここで、第１の凸部４の接合面における外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７の外側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、接合層５が第１の凸部４の幅より狭い幅を有する場合には、金属からなるシャフト部材２の熱膨張、収縮によって接合層５を介して第１の凸部４の接合面における外周端８付近に引張り応力が発生し、亀裂が発生しやすい。これに対して、第１の凸部４の外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有していることにより、亀裂が生じることを抑制できる。
【００２２】
また、本実施形態のプランジャー１ａは、セラミック部材３の最外周端が、シャフト部材２の最外周端よりも突出していることが好ましい。このような構成であれば、金属よりも耐摩耗性に優れるセラミック部材３のみがシリンダ６の内壁と接触することとなり、シャフト部材２とシリンダ６とが接触することを抑制できる。それにより、より耐久性を向上でき、寿命を延ばすことができる。突出の程度については、セラミック部材３の最外周端から対向する最外周端までの距離をＸ，シャフト部材２の最外周端から対向する最外周端までの距離をＹとしたとき、Ｘ／Ｙが1.005〜1.3の範囲とすることが好ましい。これは、セラミックスは使用初期に摩耗し易い性質を持つが、Ｘ／Ｙを1.005以上とすれば、使
用初期の摩耗によってシャフト部材２がシリンダ６の内壁と接触することを抑制できる。また、Ｘ／Ｙを1.3以下とすれば、セラミック部材３の突出の程度を抑制することができ
るため、セラミック部材３において、第１の凸部４による段差部の角に、シリンダ６との摺動によって生じる応力集中が抑制されるため耐久性を高く保持することができる。
【００２３】
図３は、本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００２４】
図３に示すプランジャー１ｂは、図１に示すシャフト部材２が、シャフト部２ｂとシャフト側フランジ部材２ｃとが接合されてなる構成である。このシャフト部２ｂとシャフト
側フランジ部材２ｃとはエポキシ樹脂，アクリル樹脂およびウレタン樹脂等を用いた公知の樹脂系接着剤，ろう材およびガラス等を用いた公知の無機系接着剤などを用いて接合すればよく、必要であればネジやボルトを用いてさらに強固に接合してもよい。また、シャフト側フランジ部材２ｃにシャフト部材２ｂを挿入するための挿入部を設けて焼嵌めによって接合してもよい。このような構造とすれば、セラミック部材３が摩耗した場合に、セラミック部材３のみを交換すればよいので、交換が容易となる。
【００２５】
図４は、本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００２６】
本実施形態のプランジャー１ｃは、シャフト部材２と対向して、セラミック部材３の先端側に先端側フランジ部材10が配置されている。また、セラミック部材３とフランジ部材10とが、接合層５’を介して接合されており、セラミック部材３はシャフト部材２と先端側フランジ部材10とによって挟持されている。なお、先端側フランジ部材10はネジまたはボルトを用いてセラミック部材３に接合してもよい。
【００２７】
また、先端側フランジ部材10は金属製で、形状は円柱状であって、その径はシャフト部材２の端部２ａより大きく、セラミック部材３の最大径より小さい。また、セラミック部材３は、先端側フランジ部材10と対向して、同心円状に突出する第２の凸部４’が形成されており、第２の凸部４’の径は、先端側フランジ部材10と径が同じである。
【００２８】
なお、第２の凸部４’の径は先端側フランジ部材10より小さくてもかまわない。言い換えると、第２の凸部４’の接合面における外周端が、シャフト部材２の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置していればよい。また、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、先端側フランジ部材10および接合層５’が、第２の凸部４’の幅以上の幅を有することが好ましく、図４においては同じ幅の場合を例示している。
【００２９】
ここで、先端側フランジ部材10にはシャフト部材２と同じ金属を用いればよいが、シャフト部材２と異なる金属を用いてもよく、使用用途に合わせて適宜、公知の金属から選択すればよい。
【００３０】
本実施形態のプランジャー１ｃは、シャフト部材２と対向して、フランジ部材10が配置されているとともに、セラミック部材３が、シャフト部材２とフランジ部材10とで挟持されている。このような構成であれば、セラミック部材３に接合された部材の熱膨張差によって、セラミック部材３に生じる応力が、シャフト部材２側と先端側フランジ部材10側との両方から生じるため、生じる応力のバランスがよくなり、セラミック部材３の耐久性が向上する傾向がある。
【００３１】
また、本実施形態のプランジャー１ｃは、セラミック部材３の最外周端が、シャフト部材２および先端側フランジ部材10の最外周端よりも突出していることが好ましい。このような構成であれば、金属よりも耐摩耗性に優れるセラミック部材３のみがシリンダ６の内壁と接触することとなり、シャフト部材２とシリンダ６とが接触することを抑制できる。それにより、より耐久性を向上でき、寿命を延ばすことができる。突出の程度については、セラミック部材３の最外周端から対向する最外周端までの距離をＸ，シャフト部材２の最外周端から対向する最外周端までの距離をＹ、先端側フランジ部材10の最外周端から対向する最外周端までの距離をＹ’としたとき、Ｘ／ＹおよびＸ／Ｙ’が1.005〜1.3の範囲とすることが好ましい。これは、セラミックスは使用初期に摩耗し易い性質を持つが、Ｘ／ＹおよびＸ／Ｙ’を1.005以上とすれば、使用初期の摩耗によってシャフト部材２がシ
リンダ６の内壁と接触することを抑制できる。また、Ｘ／ＹおよびＸ／Ｙ’を1.3が以下
とすれば、セラミック部材３の突出の程度を抑制するこができるため、セラミックス部材
３において、第１の凸部４および第２の凸部４’による段差部の角に、シリンダ６との摺動によって生じる応力集中が抑制されるため耐久性を高く保持することができる。
【００３２】
図５は、本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００３３】
本実施形態のプランジャー１ｄは、セラミック部材３に貫通孔11が設けられており、貫通孔11にはシャフト部材２（シャフト側フランジ部材）の一部12および先端側フランジ部材10の一部13が挿入されている。また、シャフト部材２の一部12および先端側フランジ部材10の一部13は、貫通孔11の形状にあわせて突出するように設けられている。さらに、シャフト部材２の一部12と先端側フランジ部材10の一部13と接触しないように間隔14をあけて配置されている。
【００３４】
本実施形態のプランジャー１ｄは、セラミック部材３が貫通孔11を備えており、貫通孔11にシャフト部材２の一部12と、先端側フランジ部材10の一部13とが、間隔14をあけて挿入されていることが好ましい。このような構成であれば、シャフト部材２と先端側フランジ部材10をセラミック部材３に接合する際に位置決めが非常に容易で接合しやすい。またシャフト部材２の一部12と先端側フランジ部材10の一部13とが間隔14をあけて挿入されているので、熱が加わり熱膨張しても両部材が接触して接合層４および４’に応力がかかり接合が剥がれるのを抑制できる。
【００３５】
本実施形態のプランジャー１ａ〜１ｄは、100℃以上の高温環境下で用いられる場合に
特に有用である。また、100℃以上の高温環境下で用いられるプランジャーは、例えば、
樹脂モールド装置用のもので、シリンダ内で高温に熱せられた樹脂を外部に射出する際に用いる。なお、プランジャー１ａは、樹脂の射出の用途のみに限定されるものではなく、高温のガスや液体を圧送する装置に幅広く用いることができる。
【００３６】
次に、本実施形態のプランジャー１ａ〜１ｄの製造方法を以下に示す。
【００３７】
まず、セラミック部材３の製造方法の一例として、炭化珪素を用いた場合の製造方法を以下に示す。
【００３８】
平均粒径0.5〜10μｍ，純度99〜99.8％以上の炭化珪素１次原料に、炭素（Ｃ）および
ホウ素（Ｂ）、あるいはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）およびイットリア（Ｙ２Ｏ３）などの焼結助剤を添加し、これをボールミル等の粉砕機に溶媒である水とともに投入し、平均粒径１μｍ以下となるように整粒する。これにポリエチレングリコールまたはポリエチレンオキサイド等のバインダーを適量添加してスラリーとした後、このスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）により造粒して炭化珪素２次原料を得る。そしてこの２次原料を静水圧プレス成形法（ラバープレス成形法）や粉末プレス成形法にて成形し、所定形状となるよう切削加工を施して第１の凸部４または第２の凸部４’を形成した後、これを焼成炉にて非酸化雰囲気中1800〜2200℃の温度で焼成する。焼成後、研削加工により最終仕上げして、純度99％以上の炭化珪素質焼結体からなるセラミック部材３を得る。
【００３９】
また、上述した以外のセラミックスを用いる場合は、公知の製造方法および加工方法を用いればよい。
【００４０】
次に、図１〜５に示すシャフト部材２の製造方法の一例としては、市販のステレンス鋼材を準備し、これに旋盤やフライス盤により機械加工を施して所定形状のシャフト部材２を作製すればよい。
【００４１】
次に、セラミック部材３とシャフト部材２を予めエポキシやアクリル，ウレタンなどの樹脂系接着剤を0.5〜５ｍｍの厚さで塗布し接合する。このとき、公知の無機系接着剤お
よびろう材を用いても構わない。
【００４２】
なお、図３のプランジャー１ｂのように、シャフト部材２がシャフト側フランジ部材２ｃおよびシャフト部２ｂとからなるものを製造する場合は以下のようにすればよい。
【００４３】
シャフト部２ｂの先端部に雄ねじ部を機械加工により形成し、シャフト側フランジ部材２ｃには雄ねじ部と結合可能な雌ねじ部を機械加工により設ける。また、上述した方法で、セラミック部材３とシャフト側フランジ部材２ｃとを樹脂系接着剤により接合し、その後に、シャフト部材２ｃの雄ねじ部とシャフト側フランジ部材２ｃの雌ねじ部とを結合することでプランジャー１ｂを製造できる。
【００４４】
また、図４のプランジャー１ｃのように、先端側フランジ部材10がセラミック部材３に接合されたものを製造する場合は以下のようにすればよい。
【００４５】
シャフト部材２と同様の材料を用いて研削加工して先端側フランジ部材10を製造する。また、上述した方法で製造したプランジャー１ａまたは１ｂのセラミック部材３の第２の凸部４’にシャフト部材２と同様の方法を用いて、樹脂系接着剤からなる接合層５’を介して接合すればプランジャー１ｃを製造できる。
【００４６】
また、図５のプランジャー１ｄのように、セラミック部材３が貫通孔11を備えており、貫通孔11にシャフト部材２の一部12と、先端側フランジ部材10の一部13が間隔14をあけて挿入されたものを製造とする場合は以下のようにすればよい。
【００４７】
焼成後のセラミック部材３の中央に研削加工により貫通孔11を設け、シャフト部材２の先端および先端側フランジ部材10の片側表面それぞれに、セラミック部材３の貫通孔11に嵌合可能なシャフト部材２の一部12と先端側フランジ部材10の一部13を機械加工により設け、前記と同様にシャフト部材２および先端側フランジ部材10のセラミック部材３との接合部に樹脂系接着剤を塗布して、シャフト部材２の一部12および先端側フランジ部材10の一部13を、セラミック部材３の貫通孔10に嵌合して接合すればプランジャー１ｄを製造することができる。
【実施例１】
【００４８】
プランジャー１ａ〜１ｄである試験体を以下のように作製した。
【００４９】
以下、樹脂系接着剤を用いてそれぞれの部材を接合した試験体１〜４の製造方法を説明する。
【００５０】
まず、ステンレス鋼からなるシャフト部材２を以下のように作製した。
【００５１】
市販のステンレス鋼材としてＳＵＳ303を準備し、旋盤などを用いて機械加工を施し、
シャフト部材２の全長250ｍｍ，セラミック部材３側端部２以外の部位の長さ238ｍｍ，外径40ｍｍ，端部２ａの長さ12ｍｍ，外径125ｍｍとなるように先端の径が広がった円柱状
である、プランジャー１ａおよび１ｃのシャフト部材２を作製した。さらに、このシャフト部材２と同様の外形となるように、プランジャー１ｂのシャフト部２ｂおよびシャフト側フランジ部材２ｃを作製してそれぞれにネジ加工を施して接合した。また、さらにシャフト部材２の一部が、長さ15ｍｍ，外径59.6ｍｍの円柱状に突出しているプランジャー１ｄのシャフト部材２を作製した。
【００５２】
また、ＳＵＳ303を用いて、長さ12ｍｍ，外径140ｍｍの円柱状のプランジャー１ｃの先端側フランジ部材10を作製した。また、先端側フランジ部材10の一部13が長さ15ｍｍ、外径59.6ｍｍの円柱状に突出するプランジャー１ｄの先端側フランジ部材10を作製した。
【００５３】
次に、炭化珪素質焼結体からなるセラミック部材３を以下のように作製した。
【００５４】
平均粒径１μｍ，純度99％以上の炭化珪素１次原料粉末に、炭化珪素１次原料粉末を100質量％として、平均粒径１μｍ，純度95％以上の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）0.5質量％、フェノール（炭化率20％）15質量％をそれぞれ添加し、これをボールミル内に純水とともに投入し、平均粒径が１μｍ以下となるまで50〜150時間粉砕する。その後、ボールミルから
所定容器に排出し、さらにバインダーとしてポリビニールアルコールを炭化珪素１次原料粉末100質量％に対し固形分割合で10質量％添加し、容器内で混合攪拌してスラリーとし
た。また、このスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）により造粒して球状顆粒からなる炭化珪素２次原料を得る。そして、この２次原料を静水圧プレス成形法にて成形し、得られた成形体に所定形状となるよう切削加工を施し、これを焼成炉にて非酸化雰囲気中2000℃の温度で焼成して焼結体を得た。この焼結体に研削加工を施すことにより、第１の凸部４の長さ10ｍｍ，外径125ｍｍ、第１の凸部４以外の部分の長さ80ｍｍ，外径150ｍｍとなる円柱状に形成した、プランジャー１ａのセラミック部材３を作製した。また、第１の凸部４と対向する側に、長さ５ｍｍ，外径140ｍｍの第２の凸部４’を形成したプ
ランジャー１ｂ〜ｄのセラミック部材３を作製した。なお、プランジャー１ｄのセラミック部材３の中央には外径60ｍｍの円柱状である貫通孔11を設けた。
【００５５】
次に、シャフト部材２とセラミック部材３とを以下のように接合した。
【００５６】
シャフト部材２の、セラミック部材３との接合面の全面に、エポキシ樹脂接着剤を固化後の厚さが３ｍｍとなるよう塗布し、シャフト部材２とセラミック部材３とを接合層５および接合層５’を介して接合して、樹脂系接着剤を用いたプランジャー１ａ〜１ｄである試験体１〜４を得た。
【００５７】
次に以下、無機系接着剤を用いてそれぞれの部材を接合した試験体１’〜４’の製造方法を説明する。
【００５８】
試験体１〜４と同様に、それぞれの部材を作製して、無機系接着剤であるガラスを用いて以下のようにそれぞれ接合した。
【００５９】
Ｙ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２をそれぞれ20質量％，20質量％および60質量％と合計が100質量％となるように混合した粉末に、溶媒としてイソパラフィン，分散剤とし
てポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルをそれぞれ所定量添加して、ペースト状とした接合剤を、シャフト部材２の、セラミック部材３との接合面に固化後の厚みが３ｍｍとなるように塗布し、セラミック部材３の第１の凸部４表面に接着した後、これを不活性雰囲気の炉内で850℃の温度で熱処理してシャフト部材２とセラミック部材３をガラス
接合により接合して、無機系接着剤を用いたプランジャー１ａ〜１ｄである試験体１’〜４’を得た。
【００６０】
さらに、比較例として従来のプランジャーとして試験体５および６を以下のように作製した。
【００６１】
試験体１のセラミック部材３と同様の方法で、第１の凸部４が設けられていない厚み90ｍｍ，外形150ｍｍの円柱状で、第１の凸部４のないセラミック部材３を作製した。
【００６２】
また、試験体１のシャフト部材２と同様の方法で、シャフト部材２を作製した。
【００６３】
そして、試験体１と同様にエポキシ樹脂接着剤を用いて、シャフト部材２と第１の凸部４のないセラミック部材３とを接合して試験体５を作製した。
【００６４】
また、試験体２と同様にガラスを用いて、シャフト部材２と第１の凸部４のないセラミック部材３とを接合して試験体６を作製した。
【００６５】
そして、前記製造方法により得られた試験体１〜６および１’〜４’を、内径125ｍｍ
の金属製のシリンダ６内で高速で１万回の往復運動をさせる耐久試験を実施した。試験は120℃前後の流体が流れることを想定し、シリンダ内に120℃に加熱された空気を送りながら、ストローク200ｍｍでプランジャーを往復運動させた。1000回毎に試験を中断し、試
験体１〜６および１’〜４’を取り出してセラミック部材３の摩耗度や外観を確認しながら実施した。
【００６６】
この結果、従来のプランジャーである試験体５および６は試験試行回数が2000回終了後の外観確認でセラミック部材３のシャフト部材２との境界付近に亀裂を生じており、その段階で試験を終了した。これと比較して試験体１〜４および１’〜４’については、試験試行回数が１万回終了後もセラミック部材３に亀裂や破損は見られなかった。
【００６７】
以上のことから、本発明の試験体１〜４および１’〜４’は、従来のプランジャーである試験体５および６に比べて、よりセラミック部材３に亀裂が入りにくく、耐久性がよいことがわかった。
【００６８】
さらに、試験体１〜４および１’〜４’について上記試験を継続して行ったところシャフト部材２と対向して、先端側フランジ部材10を有する試験体３，４および３’，４’は、先端側フランジ部材10を有さない試験体１，２および１’，２’に比べて亀裂が発生する試行回数が多く、先端側フランジ部材10を有することでより耐久性が高まる傾向があることがわかった。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ〜１ｄ：プランジャー
２：シャフト部材
２ｂ：シャフト部
２ｃ：シャフト側フランジ部材
３：セラミック部材
４：第１の凸部
４’：第２の凸部
５，５’：接合層
６：シリンダ
７：凸部外周端
８：シャフト部材外周端
10：先端側フランジ部材
11：貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を圧送するためにシリンダ内を往復するプランジャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ内の各種流体を圧送するためのプランジャーは、シリンダ内を往復することでシリンダとの接触部が摩耗しやすいため、プランジャーとして、シリンダとの接触部を耐摩耗性に優れるセラミックス製としたものが用いられている。
【０００３】
このようなプランジャーとして、特許文献１には、金属からなる長尺状のシャフトと、シャフトの先端にボルトによって固定されたセラミック部材とを有するものが提案されている。
【０００４】
また、プランジャーはシャフトとセラミック部材とをボルトで固定するが、ボルトが緩んでシャフトからセラミック部材が脱落してしまう虞があるので、ボルトのかわりに接着剤を用いて接合することが行われている。
【０００５】
さらには、プランジャーが温度の高い環境で用いられる場合には、シャフトとセラミック部材とを上述の接着剤を用いて接合することに加えて、特許文献１のようにボルトで固定することを併合したプランジャーを用いることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭62−216711号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に提案されたように金属製のシャフトとシャフトよりも径の大きいセラミック部材とを、接着剤を用いて接合する構成または接着剤とボルトを併用して接合する構成を用いた場合には、プランジャーが使用される温度が高くなると金属製のシャフトとセラミック部材との熱膨張係数の差が要因となり、セラミック部材のシャフトの接合端の位置に接着剤を介して大きな引張応力が働いて、亀裂が発生するという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために案出されたものであり、金属部材とセラミック部材とを接着剤で接合したプランジャーのセラミック部材に亀裂が生じにくく、耐久性の向上したプランジャー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】
【０００９】
本発明のプランジャーは、金属からなる長尺状のシャフト部材と、該シャフト部材と対向する第１の凸部を有するセラミック部材とを備え、前記シャフト部材と前記第１の凸部とが接合層を介して接合されているとともに、前記第１の凸部の接合面における外周端が、前記シャフト部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、前記シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、前記シャフト部材および前記接合層が、前記第１の凸部の幅以上の幅を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプランジャーによれば、金属からなる長尺状のシャフト部材と、該シャフト部
と対向する第１の凸部を有するセラミック部材とを備え、シャフト部材と第１の凸部とが接合層を介して接合されているとともに、第１の凸部の接合面における外周端が、シャフト部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材および接合層が、第１の凸部の幅以上の幅を有していることにより、セラミック部材に亀裂が生じにくいプランジャーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【図２】（ａ）は本実施形態の一例を示す図１のＡ部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の本実施形態の他の一例を示す拡大断面図である。
【図３】本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【図４】本実施形態のさらに他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【図５】本実施形態のさらに他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施形態の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００１３】
本実施形態のプランジャー１ａは、金属からなる長尺状のシャフト部材２と、シャフト部２と対向する第１の凸部４を有するセラミック部材３とを備え、シャフト部材２と第１の凸部４とが、接合層５を介して接合されている。シャフト部材２は円柱状で、セラミック部材３側端部２ａの径がその他の部位よりも大きくなっている。また、セラミック部材３は円柱形状で、セラミック部材３と同心円状に、シャフト部材２に向かって突出する第１の凸部４が形成されている。また、シャフト部材２の端部２ａと第１の凸部４の径は同じである。なお、第１の凸部４の径はシャフト部材２の端部２ａより小さくてもかまわない。言い換えると、第１の凸部４の接合面における外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置していればよい。また、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、接合層５の幅は、シャフト部材２の端部２ａの幅および第１の凸部４の幅と同じとなるように形成されている。
【００１４】
プランジャー１ａは、中空状のシリンダ６内の流体を圧送するのに用いられ、セラミック部材３の径は、シリンダ６の中空部の径の大きさに対応して形成されている。
【００１５】
ここで、シャフト部材２は、炭素工具鋼や合金工具鋼，ステレンス鋼など公知の金属より形成することができ、流体との接触などにより発生する錆を防止する観点からステンレス鋼を用いるのが好ましい。ステレンス鋼の種類としては、特に快削性に優れるＳＵＳ303および高い耐食性を有するＳＵＳ304を用いるのがより好ましい。
【００１６】
また、セラミック部材３は、アルミナ，コージェライト，ムライト，ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素，炭化珪素などの非酸化物セラミックス等の公知のセラミックスより形成することができ、特に、耐摩耗性の優れた炭化珪素より形成することが好ましい。
【００１７】
また、接合層５は、例えば接着剤より形成することができ、エポキシ樹脂，アクリル樹脂およびウレタン樹脂などの公知の樹脂系接着剤，ガラスなどの公知の無機系接着剤および公知のろう材などを用いることができる。
【００１８】
本実施形態のプランジャー１ａは、シャフト部材２と第１の凸部４とが接合層５を介して接合されているとともに、第１の凸部４の接合面における外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有している。このような構成であれば、金属からなるシャフト部材２とセラミック部材３との熱膨張差で接合層５の外周端に引張り応力が生じにくくなり、セラミック部材３の接合層５の外周端付近に亀裂が生じにくい。したがって、本実施形態のプランジャー１ａは、シリンダ６との接触部が耐摩耗性と耐久性を有するセラミック部材３を備えており、また、使用環境が高温、例えば、シリンダ６内で圧送する流体が100℃以上の環境下で、繰り返し
使用したとしてもセラミック部材３に亀裂が生じにくいため、長期間にわたって使用可能である。
【００１９】
以下に、シャフト部材２、セラミック部材３および接合層５の構成について図２を用いて補足的に説明する。
【００２０】
図２（ａ）は本実施形態の一例を示す図１のＡ部の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の本実施形態の他の一例を示す拡大断面図である。
【００２１】
本実施形態のプランジャー１ａにおいては、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の凸部４の外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有していることが重要である。ここで、第１の凸部４の接合面における外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７の外側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、接合層５が第１の凸部４の幅より狭い幅を有する場合には、金属からなるシャフト部材２の熱膨張、収縮によって接合層５を介して第１の凸部４の接合面における外周端８付近に引張り応力が発生し、亀裂が発生しやすい。これに対して、第１の凸部４の外周端８が、シャフト部材２の接合面における外周端７と同じ位置または内側に位置し、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、シャフト部材２および接合層５が、第１の凸部４の幅以上の幅を有していることにより、亀裂が生じることを抑制できる。
【００２２】
また、本実施形態のプランジャー１ａは、セラミック部材３の最外周端が、シャフト部材２の最外周端よりも突出していることが好ましい。このような構成であれば、金属よりも耐摩耗性に優れるセラミック部材３のみがシリンダ６の内壁と接触することとなり、シャフト部材２とシリンダ６とが接触することを抑制できる。それにより、より耐久性を向上でき、寿命を延ばすことができる。突出の程度については、セラミック部材３の最外周端から対向する最外周端までの距離をＸ，シャフト部材２の最外周端から対向する最外周端までの距離をＹとしたとき、Ｘ／Ｙが1.005〜1.3の範囲とすることが好ましい。これは、セラミックスは使用初期に摩耗し易い性質を持つが、Ｘ／Ｙを1.005以上とすれば、使
用初期の摩耗によってシャフト部材２がシリンダ６の内壁と接触することを抑制できる。また、Ｘ／Ｙを1.3以下とすれば、セラミック部材３の突出の程度を抑制することができ
るため、セラミック部材３において、第１の凸部４による段差部の角に、シリンダ６との摺動によって生じる応力集中が抑制されるため耐久性を高く保持することができる。
【００２３】
図３は、本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００２４】
図３に示すプランジャー１ｂは、図１に示すシャフト部材２が、シャフト部２ｂとシャフト側フランジ部材２ｃとが接合されてなる構成である。このシャフト部２ｂとシャフト
側フランジ部材２ｃとはエポキシ樹脂，アクリル樹脂およびウレタン樹脂等を用いた公知の樹脂系接着剤，ろう材およびガラス等を用いた公知の無機系接着剤などを用いて接合すればよく、必要であればネジやボルトを用いてさらに強固に接合してもよい。また、シャフト側フランジ部材２ｃにシャフト部材２ｂを挿入するための挿入部を設けて焼嵌めによって接合してもよい。このような構造とすれば、セラミック部材３が摩耗した場合に、セラミック部材３のみを交換すればよいので、交換が容易となる。
【００２５】
図４は、本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００２６】
本実施形態のプランジャー１ｃは、シャフト部材２と対向して、セラミック部材３の先端側に先端側フランジ部材10が配置されている。また、セラミック部材３とフランジ部材10とが、接合層５’を介して接合されており、セラミック部材３はシャフト部材２と先端側フランジ部材10とによって挟持されている。なお、先端側フランジ部材10はネジまたはボルトを用いてセラミック部材３に接合してもよい。
【００２７】
また、先端側フランジ部材10は金属製で、形状は円柱状であって、その径はシャフト部材２の端部２ａより大きく、セラミック部材３の最大径より小さい。また、セラミック部材３は、先端側フランジ部材10と対向して、同心円状に突出する第２の凸部４’が形成されており、第２の凸部４’の径は、先端側フランジ部材10と径が同じである。
【００２８】
なお、第２の凸部４’の径は先端側フランジ部材10より小さくてもかまわない。言い換えると、第２の凸部４’の接合面における外周端が、シャフト部材２の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置していればよい。また、シャフト部材２の長手方向に沿った断面視で、先端側フランジ部材10および接合層５’が、第２の凸部４’の幅以上の幅を有することが好ましく、図４においては同じ幅の場合を例示している。
【００２９】
ここで、先端側フランジ部材10にはシャフト部材２と同じ金属を用いればよいが、シャフト部材２と異なる金属を用いてもよく、使用用途に合わせて適宜、公知の金属から選択すればよい。
【００３０】
本実施形態のプランジャー１ｃは、シャフト部材２と対向して、フランジ部材10が配置されているとともに、セラミック部材３が、シャフト部材２とフランジ部材10とで挟持されている。このような構成であれば、セラミック部材３に接合された部材の熱膨張差によって、セラミック部材３に生じる応力が、シャフト部材２側と先端側フランジ部材10側との両方から生じるため、生じる応力のバランスがよくなり、セラミック部材３の耐久性が向上する傾向がある。
【００３１】
また、本実施形態のプランジャー１ｃは、セラミック部材３の最外周端が、シャフト部材２および先端側フランジ部材10の最外周端よりも突出していることが好ましい。このような構成であれば、金属よりも耐摩耗性に優れるセラミック部材３のみがシリンダ６の内壁と接触することとなり、シャフト部材２とシリンダ６とが接触することを抑制できる。それにより、より耐久性を向上でき、寿命を延ばすことができる。突出の程度については、セラミック部材３の最外周端から対向する最外周端までの距離をＸ，シャフト部材２の最外周端から対向する最外周端までの距離をＹ、先端側フランジ部材10の最外周端から対向する最外周端までの距離をＹ’としたとき、Ｘ／ＹおよびＸ／Ｙ’が1.005〜1.3の範囲とすることが好ましい。これは、セラミックスは使用初期に摩耗し易い性質を持つが、Ｘ／ＹおよびＸ／Ｙ’を1.005以上とすれば、使用初期の摩耗によってシャフト部材２がシ
リンダ６の内壁と接触することを抑制できる。また、Ｘ／ＹおよびＸ／Ｙ’を1.3が以下
とすれば、セラミック部材３の突出の程度を抑制するこができるため、セラミックス部材
３において、第１の凸部４および第２の凸部４’による段差部の角に、シリンダ６との摺動によって生じる応力集中が抑制されるため耐久性を高く保持することができる。
【００３２】
図５は、本実施形態の他の一例を示す、プランジャーをシリンダ内に配置した構成の概略断面図である。
【００３３】
本実施形態のプランジャー１ｄは、セラミック部材３に貫通孔11が設けられており、貫通孔11にはシャフト部材２（シャフト側フランジ部材）の一部12および先端側フランジ部材10の一部13が挿入されている。また、シャフト部材２の一部12および先端側フランジ部材10の一部13は、貫通孔11の形状にあわせて突出するように設けられている。さらに、シャフト部材２の一部12と先端側フランジ部材10の一部13と接触しないように間隔14をあけて配置されている。
【００３４】
本実施形態のプランジャー１ｄは、セラミック部材３が貫通孔11を備えており、貫通孔11にシャフト部材２の一部12と、先端側フランジ部材10の一部13とが、間隔14をあけて挿入されていることが好ましい。このような構成であれば、シャフト部材２と先端側フランジ部材10をセラミック部材３に接合する際に位置決めが非常に容易で接合しやすい。またシャフト部材２の一部12と先端側フランジ部材10の一部13とが間隔14をあけて挿入されているので、熱が加わり熱膨張しても両部材が接触して接合層４および４’に応力がかかり接合が剥がれるのを抑制できる。
【００３５】
本実施形態のプランジャー１ａ〜１ｄは、100℃以上の高温環境下で用いられる場合に
特に有用である。また、100℃以上の高温環境下で用いられるプランジャーは、例えば、
樹脂モールド装置用のもので、シリンダ内で高温に熱せられた樹脂を外部に射出する際に用いる。なお、プランジャー１ａは、樹脂の射出の用途のみに限定されるものではなく、高温のガスや液体を圧送する装置に幅広く用いることができる。
【００３６】
次に、本実施形態のプランジャー１ａ〜１ｄの製造方法を以下に示す。
【００３７】
まず、セラミック部材３の製造方法の一例として、炭化珪素を用いた場合の製造方法を以下に示す。
【００３８】
平均粒径0.5〜10μｍ，純度99〜99.8％以上の炭化珪素１次原料に、炭素（Ｃ）および
ホウ素（Ｂ）、あるいはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）およびイットリア（Ｙ２Ｏ３）などの焼結助剤を添加し、これをボールミル等の粉砕機に溶媒である水とともに投入し、平均粒径１μｍ以下となるように整粒する。これにポリエチレングリコールまたはポリエチレンオキサイド等のバインダーを適量添加してスラリーとした後、このスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）により造粒して炭化珪素２次原料を得る。そしてこの２次原料を静水圧プレス成形法（ラバープレス成形法）や粉末プレス成形法にて成形し、所定形状となるよう切削加工を施して第１の凸部４または第２の凸部４’を形成した後、これを焼成炉にて非酸化雰囲気中1800〜2200℃の温度で焼成する。焼成後、研削加工により最終仕上げして、純度99％以上の炭化珪素質焼結体からなるセラミック部材３を得る。
【００３９】
また、上述した以外のセラミックスを用いる場合は、公知の製造方法および加工方法を用いればよい。
【００４０】
次に、図１〜５に示すシャフト部材２の製造方法の一例としては、市販のステレンス鋼材を準備し、これに旋盤やフライス盤により機械加工を施して所定形状のシャフト部材２を作製すればよい。
【００４１】
次に、セラミック部材３とシャフト部材２を予めエポキシやアクリル，ウレタンなどの樹脂系接着剤を0.5〜５ｍｍの厚さで塗布し接合する。このとき、公知の無機系接着剤お
よびろう材を用いても構わない。
【００４２】
なお、図３のプランジャー１ｂのように、シャフト部材２がシャフト側フランジ部材２ｃおよびシャフト部２ｂとからなるものを製造する場合は以下のようにすればよい。
【００４３】
シャフト部２ｂの先端部に雄ねじ部を機械加工により形成し、シャフト側フランジ部材２ｃには雄ねじ部と結合可能な雌ねじ部を機械加工により設ける。また、上述した方法で、セラミック部材３とシャフト側フランジ部材２ｃとを樹脂系接着剤により接合し、その後に、シャフト部材２ｃの雄ねじ部とシャフト側フランジ部材２ｃの雌ねじ部とを結合することでプランジャー１ｂを製造できる。
【００４４】
また、図４のプランジャー１ｃのように、先端側フランジ部材10がセラミック部材３に接合されたものを製造する場合は以下のようにすればよい。
【００４５】
シャフト部材２と同様の材料を用いて研削加工して先端側フランジ部材10を製造する。また、上述した方法で製造したプランジャー１ａまたは１ｂのセラミック部材３の第２の凸部４’にシャフト部材２と同様の方法を用いて、樹脂系接着剤からなる接合層５’を介して接合すればプランジャー１ｃを製造できる。
【００４６】
また、図５のプランジャー１ｄのように、セラミック部材３が貫通孔11を備えており、貫通孔11にシャフト部材２の一部12と、先端側フランジ部材10の一部13が間隔14をあけて挿入されたものを製造とする場合は以下のようにすればよい。
【００４７】
焼成後のセラミック部材３の中央に研削加工により貫通孔11を設け、シャフト部材２の先端および先端側フランジ部材10の片側表面それぞれに、セラミック部材３の貫通孔11に嵌合可能なシャフト部材２の一部12と先端側フランジ部材10の一部13を機械加工により設け、前記と同様にシャフト部材２および先端側フランジ部材10のセラミック部材３との接合部に樹脂系接着剤を塗布して、シャフト部材２の一部12および先端側フランジ部材10の一部13を、セラミック部材３の貫通孔10に嵌合して接合すればプランジャー１ｄを製造することができる。
【実施例１】
【００４８】
プランジャー１ａ〜１ｄである試験体を以下のように作製した。
【００４９】
以下、樹脂系接着剤を用いてそれぞれの部材を接合した試験体１〜４の製造方法を説明する。
【００５０】
まず、ステンレス鋼からなるシャフト部材２を以下のように作製した。
【００５１】
市販のステンレス鋼材としてＳＵＳ303を準備し、旋盤などを用いて機械加工を施し、
シャフト部材２の全長250ｍｍ，セラミック部材３側端部２以外の部位の長さ238ｍｍ，外径40ｍｍ，端部２ａの長さ12ｍｍ，外径125ｍｍとなるように先端の径が広がった円柱状
である、プランジャー１ａおよび１ｃのシャフト部材２を作製した。さらに、このシャフト部材２と同様の外形となるように、プランジャー１ｂのシャフト部２ｂおよびシャフト側フランジ部材２ｃを作製してそれぞれにネジ加工を施して接合した。また、さらにシャフト部材２の一部が、長さ15ｍｍ，外径59.6ｍｍの円柱状に突出しているプランジャー１ｄのシャフト部材２を作製した。
【００５２】
また、ＳＵＳ303を用いて、長さ12ｍｍ，外径140ｍｍの円柱状のプランジャー１ｃの先端側フランジ部材10を作製した。また、先端側フランジ部材10の一部13が長さ15ｍｍ、外径59.6ｍｍの円柱状に突出するプランジャー１ｄの先端側フランジ部材10を作製した。
【００５３】
次に、炭化珪素質焼結体からなるセラミック部材３を以下のように作製した。
【００５４】
平均粒径１μｍ，純度99％以上の炭化珪素１次原料粉末に、炭化珪素１次原料粉末を100質量％として、平均粒径１μｍ，純度95％以上の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）0.5質量％、フェノール（炭化率20％）15質量％をそれぞれ添加し、これをボールミル内に純水とともに投入し、平均粒径が１μｍ以下となるまで50〜150時間粉砕する。その後、ボールミルから
所定容器に排出し、さらにバインダーとしてポリビニールアルコールを炭化珪素１次原料粉末100質量％に対し固形分割合で10質量％添加し、容器内で混合攪拌してスラリーとし
た。また、このスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）により造粒して球状顆粒からなる炭化珪素２次原料を得る。そして、この２次原料を静水圧プレス成形法にて成形し、得られた成形体に所定形状となるよう切削加工を施し、これを焼成炉にて非酸化雰囲気中2000℃の温度で焼成して焼結体を得た。この焼結体に研削加工を施すことにより、第１の凸部４の長さ10ｍｍ，外径125ｍｍ、第１の凸部４以外の部分の長さ80ｍｍ，外径150ｍｍとなる円柱状に形成した、プランジャー１ａのセラミック部材３を作製した。また、第１の凸部４と対向する側に、長さ５ｍｍ，外径140ｍｍの第２の凸部４’を形成したプ
ランジャー１ｂ〜ｄのセラミック部材３を作製した。なお、プランジャー１ｄのセラミック部材３の中央には外径60ｍｍの円柱状である貫通孔11を設けた。
【００５５】
次に、シャフト部材２とセラミック部材３とを以下のように接合した。
【００５６】
シャフト部材２の、セラミック部材３との接合面の全面に、エポキシ樹脂接着剤を固化後の厚さが３ｍｍとなるよう塗布し、シャフト部材２とセラミック部材３とを接合層５および接合層５’を介して接合して、樹脂系接着剤を用いたプランジャー１ａ〜１ｄである試験体１〜４を得た。
【００５７】
次に以下、無機系接着剤を用いてそれぞれの部材を接合した試験体１’〜４’の製造方法を説明する。
【００５８】
試験体１〜４と同様に、それぞれの部材を作製して、無機系接着剤であるガラスを用いて以下のようにそれぞれ接合した。
【００５９】
Ｙ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２をそれぞれ20質量％，20質量％および60質量％と合計が100質量％となるように混合した粉末に、溶媒としてイソパラフィン，分散剤とし
てポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルをそれぞれ所定量添加して、ペースト状とした接合剤を、シャフト部材２の、セラミック部材３との接合面に固化後の厚みが３ｍｍとなるように塗布し、セラミック部材３の第１の凸部４表面に接着した後、これを不活性雰囲気の炉内で850℃の温度で熱処理してシャフト部材２とセラミック部材３をガラス
接合により接合して、無機系接着剤を用いたプランジャー１ａ〜１ｄである試験体１’〜４’を得た。
【００６０】
さらに、比較例として従来のプランジャーとして試験体５および６を以下のように作製した。
【００６１】
試験体１のセラミック部材３と同様の方法で、第１の凸部４が設けられていない厚み90ｍｍ，外形150ｍｍの円柱状で、第１の凸部４のないセラミック部材３を作製した。
【００６２】
また、試験体１のシャフト部材２と同様の方法で、シャフト部材２を作製した。
【００６３】
そして、試験体１と同様にエポキシ樹脂接着剤を用いて、シャフト部材２と第１の凸部４のないセラミック部材３とを接合して試験体５を作製した。
【００６４】
また、試験体２と同様にガラスを用いて、シャフト部材２と第１の凸部４のないセラミック部材３とを接合して試験体６を作製した。
【００６５】
そして、前記製造方法により得られた試験体１〜６および１’〜４’を、内径125ｍｍ
の金属製のシリンダ６内で高速で１万回の往復運動をさせる耐久試験を実施した。試験は120℃前後の流体が流れることを想定し、シリンダ内に120℃に加熱された空気を送りながら、ストローク200ｍｍでプランジャーを往復運動させた。1000回毎に試験を中断し、試
験体１〜６および１’〜４’を取り出してセラミック部材３の摩耗度や外観を確認しながら実施した。
【００６６】
この結果、従来のプランジャーである試験体５および６は試験試行回数が2000回終了後の外観確認でセラミック部材３のシャフト部材２との境界付近に亀裂を生じており、その段階で試験を終了した。これと比較して試験体１〜４および１’〜４’については、試験試行回数が１万回終了後もセラミック部材３に亀裂や破損は見られなかった。
【００６７】
以上のことから、本発明の試験体１〜４および１’〜４’は、従来のプランジャーである試験体５および６に比べて、よりセラミック部材３に亀裂が入りにくく、耐久性がよいことがわかった。
【００６８】
さらに、試験体１〜４および１’〜４’について上記試験を継続して行ったところシャフト部材２と対向して、先端側フランジ部材10を有する試験体３，４および３’，４’は、先端側フランジ部材10を有さない試験体１，２および１’，２’に比べて亀裂が発生する試行回数が多く、先端側フランジ部材10を有することでより耐久性が高まる傾向があることがわかった。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ〜１ｄ：プランジャー
２：シャフト部材
２ｂ：シャフト部
２ｃ：シャフト側フランジ部材
３：セラミック部材
４：第１の凸部
４’：第２の凸部
５，５’：接合層
６：シリンダ
７：凸部外周端
８：シャフト部材外周端
10：先端側フランジ部材
11：貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる長尺状のシャフト部材と、該シャフト部材と対向する第１の凸部を有するセラミック部材とを備え、前記シャフト部材と前記第１の凸部とが接合層を介して接合されているとともに、
前記第１の凸部の接合面における外周端が、前記シャフト部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、
前記シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、前記シャフト部材および前記接合層が、前記第１の凸部の幅以上の幅を有していることを特徴とするプランジャー。
【請求項２】
前記セラミック部材の最外周端が、前記シャフト部材の最外周端よりも突出していることを特徴とする請求項１に記載のプランジャー。
【請求項３】
前記シャフト部材と対向して、先端側フランジ部材が配置されているとともに、前記セラミック部材が、前記シャフト部材と前記先端側フランジ部材とで挟持されていることを特徴とする請求項１に記載のプランジャー。
【請求項４】
前記セラミック部材が、前記先端側フランジ部材と対向する第２の凸部を有しており、該第２の凸部と前記先端側フランジ部材とが接合層を介して接合されているとともに、
前記第２の凸部の接合面における外周端が、前記先端側フランジ部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、
前記シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、前記先端側フランジ部材および前記接合層が、前記第２の凸部の幅以上の幅を有していることを特徴とする請求項３に記載のプランジャー。
【請求項５】
前記セラミック部材の最外周端が、前記シャフト部材および前記先端側フランジ部材の最外周の端のそれぞれよりも突出していることを特徴とする請求項３または４に記載のプランジャー。
【請求項６】
前記セラミック部材が貫通孔を備えており、該貫通孔に前記シャフト部材の一部と、前記先端側フランジ部材の一部が、間隔をあけて挿入されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のプランジャー。
【請求項１】
金属からなる長尺状のシャフト部材と、該シャフト部材と対向する第１の凸部を有するセラミック部材とを備え、前記シャフト部材と前記第１の凸部とが接合層を介して接合されているとともに、
前記第１の凸部の接合面における外周端が、前記シャフト部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、
前記シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、前記シャフト部材および前記接合層が、前記第１の凸部の幅以上の幅を有していることを特徴とするプランジャー。
【請求項２】
前記セラミック部材の最外周端が、前記シャフト部材の最外周端よりも突出していることを特徴とする請求項１に記載のプランジャー。
【請求項３】
前記シャフト部材と対向して、先端側フランジ部材が配置されているとともに、前記セラミック部材が、前記シャフト部材と前記先端側フランジ部材とで挟持されていることを特徴とする請求項１に記載のプランジャー。
【請求項４】
前記セラミック部材が、前記先端側フランジ部材と対向する第２の凸部を有しており、該第２の凸部と前記先端側フランジ部材とが接合層を介して接合されているとともに、
前記第２の凸部の接合面における外周端が、前記先端側フランジ部材の接合面における外周端と同じ位置または内側に位置し、
前記シャフト部材の長手方向に沿った断面視で、前記先端側フランジ部材および前記接合層が、前記第２の凸部の幅以上の幅を有していることを特徴とする請求項３に記載のプランジャー。
【請求項５】
前記セラミック部材の最外周端が、前記シャフト部材および前記先端側フランジ部材の最外周の端のそれぞれよりも突出していることを特徴とする請求項３または４に記載のプランジャー。
【請求項６】
前記セラミック部材が貫通孔を備えており、該貫通孔に前記シャフト部材の一部と、前記先端側フランジ部材の一部が、間隔をあけて挿入されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のプランジャー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９６４８２（Ｐ２０１３−９６４８２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８９５６（Ｐ２０１１−２３８９５６）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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