導入 

ホット ランナー システム コンポーネントの材料選択は、システムの寿命、部品の品質、生産の安定性を直接決定する最も重要な決定の 1 つです。長年の現場経験を持つホットランナー技術者として、私は糸引きを引き起こすゲート摩耗から光学部品を汚染するマニホールド腐食まで、不適切な材料選択によって引き起こされる無数の故障を目撃してきました。この技術ガイドでは、さまざまなプラスチック材料、生産量、運転条件を考慮して、ゲート インサート (スプルー ブッシュ) とマニホールドに最適な鋼材を選択する手順を説明します。 

パート 1: ゲートインサート (スプルーブッシュ) の材料選択

ゲート インサート (スプルー ブッシュまたはノズル チップとも呼ばれる) は、おそらくホット ランナー システムで最も要求の厳しいコンポーネントです。最も高いせん断速度、最も急速な温度変動が発生し、ゲート オリフィスで溶融ポリマーと直接接触します。ゲート領域は、ホット ランナーの問題の 80% が発生する場所です。

1.1 H13 / 1.2344 / SKD61 (熱間工具鋼)

汎用用途の 70% では、H13 クラス鋼が依然として業界の主力製品です。これらのクロム-モリブデン-バナジウム合金熱間工具鋼は、以下の優れたバランスを備えています。

• 熱間硬度：600℃まで強度を維持
• 熱疲労耐性: 繰り返しの加熱/冷却サイクルに耐えます。
• 靭性: 機械的ストレス下での亀裂に対する耐性
• 耐摩耗性: 未充填から中程度に充填された材料に適しています。

硬度：48～52HRCまで熱処理済み

アプリケーション:PP、ABS、PS、PE、PC、およびガラス繊維含有量が最大 30% の一般エンジニアリング プラスチック用のゲート インサート。

選択のヒント:必ず指定してくださいエレクトロスラグ再溶解(ESR)重要なアプリケーション向けのバージョン。 ESR 精錬により硫化物介在物が減少し、等方性が向上し、工具寿命が 30 ～ 40% 延長されます。 

1.2 S136 / 1.2316 (ステンレス)

腐食性の材料や視認性の高い材料を加工する場合、ステンレス鋼の使用が必須となります。 S136 および 1.2316 はマルテンサイト系ステンレス鋼で、次のような特長があります。

• 耐食性:PVC、POM、ハロゲン系難燃剤、酸性添加剤に必須
• 鏡面研磨性：光学部品の表面粗さRa0.01μm以下を実現
• 優れた熱安定性:一般的な加工温度で特性を維持

硬度：48 ～ 52 HRC まで焼き入れ済み

アプリケーション:PVC、安定剤付き POM、医療機器、食品に接触する包装、透明光学部品用のゲート インサート -1

技術的なメモ:ステンレス鋼のゲートインサートには次のものが必要です真空熱処理粒界腐食を防止し、耐食性を維持します。

1.3 DC53 / タングステンカーバイド（高耐摩耗性材料）

研磨性の高い材料、特にガラス繊維強化材の場合、標準的な工具鋼は数週間で摩耗します。これが DC53 とタングステンカーバイドが優れている点です。

DC53（高性能冷間加工鋼）：

• 硬度: 58-62HRC
• SKD11より靭性が高く、耐摩耗性に優れています。
• 40% を超えるガラス繊維強化材料のゲートインサート加工に最適 

炭化タングステン (例: YG8/YG15):

• 硬度: >80 HRC (ロックウェル C スケールから外れます)
• 極めて優れた耐摩耗性と耐腐食性
• 高い熱伝導率

注意：脆く、機械加工が難しく、高価 - 重要な摩耗領域にのみ使用してください

アプリケーション:高ガラス PPA、LCP、ガラス 50% を超える PET、長期生産の自動車コネクタ用のノズル チップ -

業界の洞察:一部の高級ホット ランナー サプライヤーは、研磨性ポリマーによる通常の摩耗に対して 5 年間保証された超硬チップを提供しています。

1.4 特殊合金: 41CrAlMo7 および DH2F

超高温加工 (>350°C) または工具寿命の延長要件の場合:

41CrAlMo7（窒化鋼）：

• 720°C で 46 HRC 以上の硬度を維持
• 極めて低い酸化速度
• 超高温エンジニアリングプラスチックおよび熱硬化性樹脂に最適 

DH2F（プリハードン熱間加工鋼）：

• 37 ～ 42 HRC に事前硬化されており、後熱処理が不要
• 複雑な形状に対する優れた機械加工性
• 自動車照明金型のゲートインサートによく使用されます

パート 2: マニホールド材料の選択

マニホールドはホット ランナー システムの中心として機能し、溶融プラスチックを複数のノズルに分配します。ゲート インサートとは異なり、マニホールドは定常状態の熱条件にさらされますが、高い内部圧力 (最大 180 MPa) に耐え、数百万サイクルにわたって流路の完全性を維持する必要があります。 

2.1 H13 / 1.2344 / SKD61 (普遍的な選択)

ホット ランナー マニホールドの 85% では、依然として H13 クラスの鋼が推奨される材料です。主な考慮事項:

• バランスの取れた特性:強度、靭性、熱伝導性の優れた組み合わせ
• 機械加工性:穴あけ加工とフライス加工の特性をよく理解
• 熱処理安定性：硬化時の歪みが少ない
• 溶接性:設計変更が必要な場合は修理可能硬度: 通常 48 ～ 52 HRC

流路仕上げ:鏡面研磨（Ra0.2～0.4μm）により圧力損失とせん断を最小限に抑えます。 

以下に最適:標準的なエンジニアリング プラスチック、未充填から中程度に充填された材料、生産は最大 100 万サイクルまで実行可能 

2.2 ステンレス鋼マニホールド (1.2316 / 420SS)

ステンレス鋼マニホールドは、特定の用途に不可欠です。

ステンレス鋼マニホールドを指定する場合:

1. 腐食性物質:PVC、POM、ECTFE、PVDF、難燃グレード
2. 医療および食品との接触:FDA の要件では、多くの場合、耐食性材料の使用が義務付けられています。
3. クリーンルーム環境:錆粒子が溶融物の流れを汚染するリスクの軽減
4. ハイポリッシュの要件:光学グレードの材料の表面仕上げの向上 

材料オプション:

• 1.2316 / 420SS:標準マルテンサイトステンレス、48～52 HRC
• 1.2085 / 420F:複雑な形状に対応した自由加工バージョン
• 17-4PH:極度の耐食性を実現する析出硬化型ステンレス 

技術的な考慮事項:ステンレス鋼は H13 よりも熱伝導率が約 50% 低いため、温度の均一性を維持するには慎重なヒーターのレイアウトが必要です。

2.3 強化材料用の高摩耗マニホールド

高度に強化された材料 (40% を超えるガラス繊維、鉱物フィラー、または炭素繊維) を処理する場合、標準的なマニホールド鋼では流れの方向が変化するときに浸食摩耗が発生する可能性があります。

DC53マニホールド:

• より高い硬度 (58 ～ 62 HRC) により摩耗に耐えます。
• 熱サイクルに耐える靭性を維持
• >50% ガラス充填 PPA、PPS、または LCP -1 のマニホールド処理に最適

研磨材の設計上の考慮事項:

1. より大きな半径:流れ方向の変更時には最小 R = 5mm を使用してください
2. 研磨された流路:摩擦と繊維の劣化を軽減します
3. ハードコーティング:極端な場合には、TiN または DLC コーティングを検討してください

2.4 特殊な材料: ベリリウム銅と Toolox

ベリリウム銅 (CuCo2Be / C17510):

フルマニホールドでは一般的ではありませんが、ベリリウム銅インサートは以下の用途で使用されることがあります。

• 急速な熱伝達が必要な領域
• バルブピンブッシュ
• 温度に敏感な材料用のノズルチップ

利点:熱伝導率は鋼鉄よりも3～5倍高い

短所:高コスト、加工時の毒性の懸念 -10

ツールックス 33 / 44:

プリハードン鋼は次の用途で人気を集めています。

• 熱処理後の歪みが懸念される大型マニホールド
• 最小限の処理ステップで済むクイックターンプロジェクト
• 中程度の摩耗要件が必要な用途

パート 3: コンポーネント固有の推奨事項のまとめ

加工されるプラスチック材料に基づいて、私が推奨する材料の組み合わせは次のとおりです。 

パート 4: 重要な選択原則

ホット ランナー サービスに 15 年間従事した後、私は材料の選択を 5 つの不変の原則に絞り込みました。 

原則 1: 材料とプラスチックを一致させる

• 標準樹脂 → H13/SKD61
• 腐食性プラスチック → ステンレス鋼(S136/1.2316)
• 高研磨プラスチック → DC53/タングステンカーバイド
• 超高温プラスチック → 41CrAlMo7

原則 2: 生産量を考慮する

• 少量（100,000 サイクル未満） → DH2F または P20 バリアントなどのプリハードングレード
• 中量 → 標準 H13、ESR 改良済み
• 大容量 (>100 万サイクル) → プレミアム グレードまたはコーティングされたバリアント

原則 3: 熱処理には交渉の余地はありません

• すべてのホット ランナー コンポーネントは適切な熱処理を受ける必要があります。
• H13: 550～600℃で二重焼戻し
• ステンレス：真空熱処理により鋭敏化を防止
• すべてのコンポーネントの硬度認証を確認してください

原則 4: 表面仕上げが重要

• フローチャネル: Ra ≤ 0.4μm 最小、重要な材料の場合は 0.2μm
• ゲート領域: 摩耗を最小限に抑えるために流れ方向に研磨
• デッドスポットがない: 劣化の原因となる流量制限を排除します。

原則 5: 信頼するが検証する

常にサプライヤーに材料証明書と硬度試験レポートを要求してください。重要なアプリケーションでは、独自のスポット チェックを実行します。

結論 

ホット ランナー ゲート インサートとマニホールドに適切な材料を選択することは、単にチャートに従うことではなく、ポリマー化学、熱力学、機械的摩耗の間の相互作用を理解することでもあります。最適な選択では、ダウンタイム、メンテナンス、部品の品質を考慮して、初期コストと総所有コストのバランスがとれます。

K-SHOW では、数十年にわたる材料科学の専門知識と実践的なホット ランナーの経験を組み合わせて、サイクルごとに確実に動作するシステムを提供します。商品パッケージの成形であっても、高温エンジニアリング部品の成形であっても、当社のチームはお客様の特定の用途に最適な材料ソリューションをご案内します。

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