JP2001353550A - 金型鋳造用の粉体離型潤滑剤および金型鋳造法 - Google Patents

金型鋳造用の粉体離型潤滑剤および金型鋳造法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 安価で、かつ離型潤滑性能に優れた粉体離型
潤滑剤を提供する。 【解決手段】 粉体離型潤滑剤として、加熱により蒸発
または分解して気体を発生する有機物粉体とグラファイ
ト、カオリナイト、シラスバルーン、雲母、または窒化
ホウ素のような潤滑性を有する無機物粉体との混合粉体
を用い、かかる混合粉体から発生した気体と無機物粉体
との気体・個体混合層を断熱境界層として利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、 金型鋳造用の粉体
離型潤滑剤および金型鋳造法に関し、特に加熱により分
解または蒸発する有機物粉体と無機物粉体とを効果的に
組み合わせることによって、離型潤滑性能の有利な向上
を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】金型鋳造プロセスで使用される粉体離型
潤滑剤としては、 溶融金属から金型への熱流速を小さく
するために、断熱性および保温に優れた無機物の粉体、
例えばタルクなどが使用されている。しかしながら、 近
年、 離型潤滑剤の製造コストを低減するため、 必ずしも
高い保温性を有しない安価な無機物粉体を利用した離型
潤滑剤の開発が要望されている。
【０００３】すなわち、従来の粉体離型潤滑剤では、無
機物が有する断熱特性を溶融金属の保温に利用していた
が、高い断熱性を有する無機物は限られているため、金
型鋳造用として利用できる無機物の選択の自由度が制限
を受けてきた。例えば、グラファイトは、安価でかつ固
体潤滑性に優れるものの、電気伝導体であるため、自由
電子の運動による熱伝導が酸化物などの無機物に比べて
極めて大きく、断熱性に問題があることから、断熱性や
保温性を必要とするような用途には使用できなかった。
【０００４】上記の問題の解決策として、無機物自体の
断熱性を利用するのではなく、 粉体を構成する物質が分
解または蒸発することによって生じる気体を、金型と溶
融金属の断熱境界層として利用することが考えられる。
しかしながら、有機物が分解、 蒸発することで発生した
気体のみでは、 鋳造プロセスにおいて流動している溶融
金属と金型の間に、 切れ目のない薄い断熱境界層を形成
することは事実上不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑み開発されたもので、安価で、かつ離型潤滑性能に
優れた粉体離型潤滑剤を、かかる粉体離型潤滑剤を用い
た金型鋳造法と共に提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、加熱により
分解または蒸発する有機物粉体と無機物粉体とを組み合
わせることによって、所期した目的が有利に達成される
ことの知見を得た。
【０００７】すなわち、 無機物の粉体と有機物の粉体と
を混合することで、 発生した気体の動きが無機化合物の
粉体によって拘束（ピン止め）される結果、切れ目のな
い、薄くて均一な断熱境界層が、金型またはスリーブと
溶融金属との間に安定して形成されることが究明された
のである。ここに、無機物粉体は、有機物粉体の蒸発ま
たは分解により発生した気体をピン止めして、薄くて均
一な断熱層を形成するためのものであり、従来のよう
に、断熱性を確保するためのものではない。
【０００８】なお、従来から、性質の異なる粉体を混合
して潤滑性を向上させる方法は種々提案されているが、
かような固体潤滑剤において、発生ガスを積極的に利用
して潤滑性の向上を図った例はない。
【０００９】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 １．加熱により蒸発または分解して気体を発生する有機
物粉体と無機物粉体との混合粉体からなることを特徴と
する金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
【００１０】２．上記１において、無機物粉体が、グラ
ファイト、カオリナイト、シラスバルーン、雲母および
ケイ酸ジルコニウム等のような、固体潤滑性を有するも
のであることを特徴とする金型鋳造用の粉体離型潤滑
剤。
【００１１】３．上記１または２において、混合粉体中
における有機物粉体の配合割合が、混合粉体１ｇ当たり
10〜50mlの気体を発生する量であることを特徴とする金
型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
【００１２】４．上記１，２または３において、混合粉
体に含まれる無機物粉体の平均粒径が１〜30μm である
ことを特徴とする金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
【００１３】５．上記１〜４のいずれかに記載の粉体離
型潤滑剤を、金型キャビティー内面および／または射出
スリーブ内面に塗布し、注入される溶融金属との接触に
より混合粉体から発生した気体と無機物粉体との気体・
固体混合層を断熱境界層として利用することを特徴とす
る金型鋳造法。
【００１４】６．上記５において、金型キャビティー内
面または射出スリーブ内面に塗布する粉体離型潤滑剤の
量が、単位面積１m2当たり0.01〜10ｇであることを特徴
とする金型鋳造法。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明では、 溶融金属から金型への熱流速を低減す
る手段として、 有機物の蒸発、 分解による発生気体を利
用するため、無機物自体の断熱性がとくに優れている必
要はない。従って、 粉体選択に自由度が大きく広がり、
低コストの無機物の粉体を利用することができる。
【００１６】このように、本発明において、無機物粉体
は、断熱材としてではなく、主に発生した気体のピン止
め材として機能させるので、それ自体の断熱性は低くて
も何ら問題はなく、むしろ金型との凝着が生じないよう
に固体潤滑性に優れたものが好適である。例えば、グラ
ファイト、カオリナイト、シラスバルーン、雲母および
窒化ホウ素等がとりわけ有利に適合する。また、無機物
粉体としては、上記のものだけに限るものではなく、カ
ーボンナノチューブ，Ｃ60等の炭素同位体、滑石、ろう
石、結晶質のSiO2、酸化マグネシウム、ケイ酸ジルコニ
ウム、パーライト（真珠岩）およびバーミキュウライト
等も好適に使用することができる。
【００１７】一方、有機物粉体としては、室温で固体で
あり、加熱により蒸発または分解して気体を発生するも
のであれば、その種類を問わずいずれもが使用でき、ま
た、それ自体が固体状態で潤滑性を有している必要はな
い。かような有機物粉体としては、ポリエチレンワック
スや金属石鹸（Caソープ、Znソープ、Liソープ）等が有
利に適合する。その他、パラフィン炭化水素やスルホン
酸、スルホン酸塩なども好適に使用することができる。
【００１８】前述したとおり、潤滑剤として有機物粉体
のみを用いた場合、すなわち発生する気体相のみを利用
する場合には、溶融金属と金型の間に切れ目のない薄い
断熱境界層を形成することは事実上不可能であるのに対
し、本発明に従い、有機物粉体と無機物粉体との混合粉
体を潤滑剤とした場合には、有機物粉体の蒸発または分
解により発生した気体が、無機物粉体でピン止めされる
ことから、薄くて均一な断熱層が形成され、その結果、
良好な離型潤滑性能が発揮される。
【００１９】この機構を、図１(a), (b)に模式図で示
し、比較説明する。図１(a) は、潤滑剤として本発明に
従う有機物粉体と無機物粉体の混合粉体を用いた場合、
図１(b) は、潤滑剤として有機物粉体のみを用いた場合
である。図１(b) に示したように、潤滑剤として有機物
粉体のみを用いた場合は、発生ガスが分断され、溶湯と
金型との間に切れ目のない薄い断熱境界層が形成されな
いため、溶湯と金型は一部で接触し、そこから熱が金型
へ逃げる。これに対し、図１(a) に示したように、潤滑
剤として本発明に従う混合粉体を用いた場合には、発生
ガスが無機物粉体によってピン止めされる結果、溶湯と
金型との間に切れ目のない薄い断熱境界層を形成された
め、熱が金型に逃げにくい。
【００２０】本発明において、混合粉体中における有機
物粉体の配合割合が、あまりに少ないと十分な断熱効果
が得られず、一方あまりに多いと溶湯中へのガス巻き込
み等が懸念されるので、有機物粉体の配合割合は、混合
粉体１ｇ当たり10〜50ml程度の気体を発生する量とする
ことが好ましい。
【００２１】図２に、無機物粉体としてグラファイト
を、一方有機物粉体としてポリエチレンワックスを用い
た場合における断熱効果について調べた結果を、混合粉
体１ｇ当たりの発生ガス量との関係で示す。なお、断熱
効果は、金型の表面に１m2当たり２ｇの混合粉末を塗布
し、この上に溶融アルミニウム合金を流した時の流動長
で評価した。図２に示したとおり、混合粉体１ｇ当たり
の発生ガス量が10〜50mlの場合に、特に優れた断熱効果
が得られている。特に好ましくは17〜38mlである。
【００２２】なお、図２には、溶融アルミニウム合金の
流動長と混合粉体中のポリエチレンワックスの配合比率
との関係についても示したが、優れた断熱効果を得るた
めに必要な混合粉体１ｇ当たり10〜50mlの発生ガス量を
得るためには、ポリエチレンワックスを10〜50mass％の
範囲で、またより好ましい17〜38mlの発生ガス量を得る
ためには、ポリエチレンワックスを17〜38mass％の範囲
でそれぞれ含有させれば良い。
【００２３】また、混合粉体の塗布性および無機物粉体
による発生ガスのピン止め効果を考慮すると、混合粉体
中における無機物粉体の粒径も重要で、この点に関する
発明者らの研究によれば、無機物粉体の平均粒径が１〜
30μm であれば、良好な結果が得られることが確認され
た。なお、有機物粉体の粒径については特に制限されな
いが、あまりに小さいと水分子の吸着量多くなり、結果
として粉体の凝集が発生し易くなって、金型への塗布性
が低下し、一方あまりに大きいと特にアルミニウム合金
については鋳物表面の平滑性が低下して、製品として不
適合となるので、無機物粉体と同様、１〜30μm 程度と
するのが好適である。
【００２４】さらに、かような混合粉休を、 鋳造用の金
型キャビティー内面や射出スリーブ内面に塗布するに際
し、その塗布方法が特に限定されることはないけれど
も、閉じた金型に対しては、その内部に真空吸引法を用
いて大気と共に導入し、金型の表面に付着させる方法
が、他方開いた金型に対しては、混合粉体を吹き付けた
り、静電力によって金型の表面に付着させる方法等が有
利に適合する。
【００２５】また、塗布量についても特に限定されるこ
とはないが、１m2当たり0.01〜10ｇ程度とすることが好
適である。というのは、塗布量が 0.01 g/m2に満たない
と十分な断熱効果が得られず、一方 10 g/m2を超えると
溶湯中へのガス巻き込みが懸念されるからである。特に
好ましくは 0.5〜2.0 ｇの範囲である。なお、本発明に
おける金型鋳造法とは、ダイカスト法、重力鋳造法およ
び高圧鋳造法など、金型を用いて鋳造する全ての鋳造法
を意味する。
【００２６】かくして、本発明によれば、鋳造プロセス
において混合粉体と溶融金属とが接した際に、鋳造用金
型またはスリーブと溶融金属との間に、無機物粉体と発
生ガスの混合層からなる、薄くて均一な断熱境界層が形
成されるため、溶湯は、金型やスリーブと直接接触する
ことなく、固体、気体混合層の上を浮上して流動しなが
らキャビティー内に充填されるので、溶融金属から金型
または射出スリーブへの熱流速を格段に低減させること
ができる。
【００２７】
【実施例】有機物粉体として、 平均粒径が５μm のポリ
エチレンワックスを、一方無機物粉体として平均粒径が
11μm のグラファイトを用い、混合粉末中の有機物粉体
比率が25mass％になるように混合した。この有機物粉体
比率は、混合粉体１ｇ当たりの発生ガス量が約30mlに相
当する。この混合粉体を、 図３に示すような金型の内部
に、真空吸引法を用いて大気と共に導入し、 金型の表面
に２g/m2の割合で付着させた。その後、この金型内に、
650℃の溶融アルミニウム合金を注入した。
【００２８】発生ガスと無機物粉体の混合層からなる断
熱境界層の形成は、 金型の一部を透明石英ガラスとし、
ズーム顕微鏡と超高速度ビデオ撮影を用いて直接観察し
た。図４(a), (b), (c) に、その状態を経時的に示す
が、同図に示したとおり、本発明に従う混合粉末を使用
した場合には、金型の表面に、無機物粉体と発生ガスの
混合層からなる、薄くて均一な断熱境界層が形成されて
いることが分かる。なお、図５(a), (b), (c) には、比
較のため、有機物粉体のみを用いた場合の断熱境界層の
形成状況について調べた結果を示すが、同図に示したと
おり、この場合は、ガス発生により部分的に溶湯が浮上
している領域は認められるものの、広範囲にわたって金
型と接触していた。
【００２９】次に、上記と同様の方法によって、どのく
らい薄い鋳造品が得られるかについて実験を行った。そ
の結果、本発明に従う断熱境界層の形成により、アルミ
ニウム合金鋳造品において、 厚さ：0.5 mm、 面積：１m2
の薄物大型製品の鋳造が可能であることが確認された。
【００３０】
【発明の効果】かくして、本発明に従い、離型潤滑剤と
して、加熱により蒸発または分解して気体を発生する有
機物粉体と無機物粉体との混合粉体を用いることによ
り、溶湯と金型との間に切れ目のない薄い断熱境界層を
形成することができ、ひいては、スリーブ内部および鋳
造用金型内部における保温性が向上する結果、これまで
鋳造が困難でされた薄肉、 大型の鋳造品を鋳造すること
が可能となる。また、本発明では、発生ガスの優れた断
熱特性を利用することから、無機物粉体としては、特に
断熱性や保温性に優れた高価なものを使用する必要はな
く、従って、製造コストの大幅な低減が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は潤滑剤として本発明に従う有機物粉体
と無機物粉体の混合粉体を用いた場合、(b) は潤滑剤と
して有機物粉体のみを用いた場合における、断熱層の形
成状況を比較して示した図である。
【図２】 混合粉体中における有機物粉体の比率と溶融
アルミニウム合金の流動長との関係を示したグラフであ
る。
【図３】 本発明の実施例において使用した、 鋳造用金
型と断熱境界層の存在を確認するための鋳造装置であ
る。
【図４】 潤滑剤として本発明に従う有機物粉体と無機
物粉体の混合粉体を用いた場合における、発生ガスと無
機物粉体の混合層からなる断熱境界層の形成状況および
金属溶湯と金型内面との接触状況を示した図である。
【図５】 潤滑剤として有機物粉体のみを用いた場合に
おける、発生ガスによる断熱境界層の形成状況および金
属溶湯と金型内面との接触状況を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 103/06 Ｃ１０Ｍ 103/06 Ｆ Ｅ 121/02 121/02 129/40 129/40 135/10 135/10 143/02 143/02 169/04 169/04 // Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 10:04 20:06 20:06 Ｚ 40:24 40:24 Ｚ 40:36 40:36 (72)発明者 澤井 敬己 大阪府枚方市宮之阪４丁目43−６ Ｆターム(参考） 4E092 AA01 AA02 AA03 AA05 AA18 AA30 AA41 AA60 BA03 BA06 CA01 CA10 DA05 EA10 GA01 4H104 AA04A AA21C AA24C AA26C BA02C BB17C BG06C CA02C EA08A FA01 FA02 PA23 PA48

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加熱により蒸発または分解して気体を発
    生する有機物粉体と無機物粉体との混合粉体からなるこ
    とを特徴とする金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
  2. 【請求項２】 請求項１において、無機物粉体が、グラ
    ファイト、カオリナイト、シラスバルーン、雲母および
    窒化ホウ素等のような、固体潤滑性を有するものである
    ことを特徴とする金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、混合粉体中
    における有機物粉体の配合割合が、混合粉体１ｇ当たり
    10〜50mlの気体を発生する量であることを特徴とする金
    型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
  4. 【請求項４】 請求項１，２または３において、混合粉
    体に含まれる無機物粉体の平均粒径が１〜30μm である
    ことを特徴とする金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の粉体離
    型潤滑剤を、金型キャビティー内面および／または射出
    スリーブ内面に塗布し、注入される溶融金属との接触に
    より混合粉体から発生した気体と無機物粉体との気体・
    固体混合層を断熱境界層として利用することを特徴とす
    る金型鋳造法。
  6. 【請求項６】 請求項５において、金型キャビティー内
    面または射出スリーブ内面に塗布する粉体離型潤滑剤の
    量が、単位面積１m2当たり0.01〜10ｇであることを特徴
    とする金型鋳造法。
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