JP2009226458A - ダイカスト用離型剤、ダイカスト用金型への離型性付与方法、及びダイカスト製品の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト製品における鋳肌の荒れの発生を抑制することができるダイカスト用離型剤、離型方法及び鋳造方法を提供する。
【解決手段】二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させたコロイド水溶液からなるダイカスト用離型剤８をダイカスト用金型２の成形面に塗布し、次いで該水を蒸発させることを特徴とするダイカスト用金型への離型性付与方法、及び二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させたコロイド水溶液を塗布し、次いで該水を蒸発させた成形面を有するダイカスト用金型に、溶湯を注入することを特徴とするダイカスト製品の鋳造方法。
【選択図】図１

Description

本発明はダイカスト用離型剤、より詳細には二酸化ケイ素のコロイド水溶液からなるダイカスト用離型剤、並びに該コロイド水溶液を用いる離型性付与方法及びダイカスト製品鋳造方法に関する。

ダイカストは、溶融したアルミニウム、マグネシウム、亜鉛などの非鉄金属又はそれらの合金(以下、「溶湯」と呼ぶ)を、精密な金型に高速で圧入し、瞬時に成形する技術をいう。ダイカストは、高い寸法精度が得られ、薄い肉厚で複雑な形状の製品を作ることができ、しかも大量生産が可能であるという特徴を有し、自動車部品や精密機械部品等の製造に広く使用されている。

ダイカストマシンには固定型と可動型の２つの金型が取り付けられており、固定型と可動型とが合わさって構成されるキャビティ内に高速圧入された溶湯が固まると、可動型の開きに合わせ、押し出しピンが可動型から製品を押出す。金型の離型性が悪いと、可動型の開きおよび/または押出しの際に、製品の歪み、破損及び金型の破損が生じてしまう。

これを防止するため、製品を製造する毎に金型の成形面に離型剤を噴霧して離型性を向上させることが行われている。一般には、離型剤として、鉱物油、動植物油、シリコーンオイル、ワックス又は脂肪酸等を界面活性剤で乳化させた有機系離型剤が使用されている(例えば、特開昭６３−２６５９９６号公報、特開２００３−２７５８４５号公報)。

しかしながら、有機系離型剤の使用には、高温の溶湯を圧入した際、金型に付着した離型剤の有機成分がガス化し、製品に鋳肌の荒れができるという問題があった。

特開平１１−７７２３４号公報には、有機系離型剤に無機微粒子を添加した離型剤が記載されている。しかし、この文献の実施例で実際に効果が確認されている離型剤においては、いずれも、無機微粒子は分散剤を含む有機系離型剤(ベース離型剤)中に分散されており、分散剤などの有機成分を含まない離型剤についての検討は一切なされていない。しかも、鋳造製品の鋳肌に関しては何ら言及されていない。よって、この文献は、離型剤に起因して製品に鋳肌の荒れが生じるという問題の解決策を示していない。

特開昭６３−２６５９９６号公報 特開２００３−２７５８４５号公報 特開平１１−７７２３４号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、ダイカスト製品における鋳肌の荒れの発生を抑制することができるダイカスト用離型剤、離型方法及び鋳造方法を提供することを課題とする。

本発明によれば、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液からなるダイカスト用離型剤が提供される。
また、本発明によれば、ダイカスト用金型への溶湯の注入前に、上記離型剤を該金型の成形面に塗布することを特徴とするダイカスト製品の鋳造方法が提供される。

また、本発明によれば、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液をダイカスト用金型の成形面に塗布し、次いで水を蒸発させることを特徴とするダイカスト用金型への離型性付与方法が提供される。

更に、本発明によれば、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液を塗布し、次いで水を蒸発させた成形面を有するダイカスト用金型に、溶湯を注入することを特徴とするダイカスト製品の鋳造方法が提供される。

本発明の離型剤では、二酸化ケイ素のナノ粒子が金型の成形面に付着して離型性を付与するが、二酸化ケイ素のナノ粒子は高温の溶湯に接してもガス化せず、また他に分散剤などのガス化する有機成分を含まないので、ダイカスト製品に鋳肌の荒れが発生せず、製品の品質を向上及び安定させることができる。

本発明の離型剤は安定分散状態のコロイド水溶液の形態であるので、容易に(例えば噴霧のような簡便な塗布により)、二酸化ケイ素のナノ粒子を金型成形面に均一に付着させることができる。すなわち、金型成形面に均一な離型性を付与できる。

この結果、可動型の開きおよびダイカスト製品の押出しの際の製品の歪み及び破損並びに金型の破損を防止できるか又は減少させることができる。したがって、本発明の離型剤の使用により、製品品質の向上および/または安定、製造歩留りの向上、製造コストの低減等が可能となる。

また、本発明の離型剤は、離型性を付与する成分として二酸化ケイ素のナノ粒子を用い、有機成分を含有しないので、作業環境の安全性(例えば引火性、発火性、吸入による健康被害)が向上し、周辺環境への負荷(拡散/飛散による周辺環境の汚染)が軽減される。

更に、分散媒としての水が、金型冷却用媒体としても同時に作用し得るので、作業の簡便化/効率化を達成できる。

（ダイカスト用離型剤）
本発明の離型剤は、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液からなることを特徴とする。
以下に本発明の離型剤を詳細に説明する。

本発明において、「分散剤の添加なしで」とは、離型剤中の固形分を分散させるために分散剤が添加されていないことをいう。
水は分散剤以外の有機物も実質的に含まないことが好ましい。「有機物を実質的に含まない」とは、有機物を全く含まない場合はもちろん、有機物を含んでいる場合であっても該有機物の量が過マンガン酸カリウム消費量として測定したときで１０ｍｇ/Ｌ未満である場合をも包含する。

水としては、水道水や工業用水をそのまま使用してもよいが、イオン交換樹脂での処理等により無機物の塩を除去して使用するのが好ましい。無機物の塩を除去することで、望ましくない無機物が製品の鋳肌に析出することを予防できる。

本発明において、「ナノ粒子」とは、１〜５００ｎｍの平均一次粒子径を有する粒子である。このようなナノ粒子は、分散剤の添加なしで、水に分散し得、また容易(安価)に入手し得る。好ましくは、平均一次粒子径は１０〜２５０ｎｍである。この範囲でナノ粒子は、より長期間にわったって水中で安定に分散し得る。
本発明において、「平均一次粒子径」とは、窒素吸着法(ＢＥＴ法)により得られる比表面積を真球粒子の直径に換算した粒子径をいい、換算式：粒子径(ｎｍ)＝６０００/｛二酸化ケイ素密度(ｇ/ｃｍ³)×比表面積(ｍ²/ｇ)｝により求まる。

本発明の離型剤において、ナノ粒子は一次粒子として分散していてもよいし、２個又はそれ以上の粒子の凝集体として分散していてもよい。

二酸化ケイ素のナノ粒子としては、例えば、ケイ酸アルカリ水溶液(例えば水ガラス)から当該分野において公知の手法(例えばゾルゲル法、イオン交換法、酸中和法、電気透析法など)により作製したコロイダルシリカを利用することができる。このようなコロイダルシリカは市販品としても容易に入手可能である。或いは、気相法(例えばＣＶＤ法)により作製したシリカナノ粒子を用いてもよい。

二酸化ケイ素のナノ粒子は、水に安定に分散する濃度で含まれ得る。
二酸化ケイ素のナノ粒子は、該ナノ粒子の成形面への効率的な付着を考慮すれば、本発明の離型剤中に、例えば０.０１重量％以上、好ましくは０.０２重量％以上、好ましくは０.１重量％以上、より好ましくは０.２重量％以上の濃度で含まれる。より高い濃度の使用によって、少量の塗布でより良好な離型性が得られるので、より高い作業効率が達成され得る。

一方、本発明の離型剤における二酸化ケイ素のナノ粒子の濃度の上限は、限定されるものではないが、好ましくは水に安定に分散しやすい３５重量％である。

本発明の離型剤は、界面活性剤を含まないことが好ましい。界面活性剤を含まないことにより、拡散/飛散による周辺環境への負荷が更に低減し、及び/又は作業環境の悪化(例えば床面や工具の滑り)が防止される。

本発明の離型剤は、二酸化ケイ素のナノ粒子を、例えば０.０１重量％以上の濃度で含み、好ましくは残部(〜９９.９９重量％)が水である。本発明の離型剤が二酸化ケイ素のナノ粒子と残部の水からなる場合、前述の利点に加えて、調製及び/又は取り扱いの容易さ並びに費用の点で有利である。

本発明の離型剤は、使用時(ダイカスト用金型への塗布時)に、０.０１〜０.５重量％の二酸化ケイ素のナノ粒子を含むように調製される。

本発明の離型剤が用いられる金型の材質は特に限定されないが、例えば、鉄又は鉄の合金であり得る。また、離型の対象となる金属(溶湯)も特に限定されないが、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛などの非鉄金属又はそれらの合金であり得る。

（離型性付与方法）
本発明のダイカスト用金型への離型性付与方法は、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液を該金型の成形面に塗布し、次いで該水を蒸発させることを特徴とする。

本発明の離型性付与方法において、二酸化ケイ素コロイド水溶液は、上記で本発明の離型剤として説明したとおりの二酸化ケイ素コロイド水溶液である。よって、本発明の離型性付与方法には、前述の本発明の離型剤が使用できる。

金型の成形面への該コロイド水溶液(又は前述の本発明の離型剤)の塗布には、通常用いられる手法、例えばスプレーノズルを用いる噴霧が用いられ得る。塗布量は、特に限定されないが、好ましくは、塗布後に、成形面に塗布された該コロイド水溶液を構成する水が例えば数秒〜十数秒程度で蒸発し得る量である。塗布後に、未蒸発の水をエアーブローにより除去してもよい。塗布量は、該コロイド水溶液中の二酸化ケイ素の濃度に依存して、例えば０.０１〜１０Ｌ/ｍ²であり得る。

本発明の離型性付与方法によれば、金型の形成面に塗布された該コロイド中の二酸化ケイ素のナノ粒子が、該コロイド水溶液を構成する水の蒸発によって該成形面に付着して離型性を付与する。ここで、この二酸化ケイ素のナノ粒子は高温の溶湯に接してもガス化せず、また他に分散剤などのガス化する有機成分を含まないので、この金型を用いて鋳造したダイカスト製品には鋳肌の荒れが発生せず、品質を向上および/または安定させることができる。

また、環境に対する負荷が大きい有機成分を用いずとも離型性を付与できるので、周辺環境への負荷が軽減され及び/又は作業環境が向上する。更に、二酸化ケイ素のナノ粒子はコロイド水溶液の形態(安定分散状態)で塗布されるので、金型成形面に均一に付着することができ、均一な離型性が付与される。

（ダイカスト製品鋳造方法）
本発明のダイカスト製品の鋳造方法は、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液を塗布し、次いで該水を蒸発させた成形面を有するダイカスト用金型に、溶湯を注入することを特徴とする。

本発明の鋳造方法において、二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液には、上記で本発明の離型剤について説明したとおりのコロイド水溶液が用いられ、前述の本発明の離型剤を使用してもよい。該コロイド水溶液は、上記で本発明の離型性付与方法に関して説明したように塗布され得る。

本発明のダイカスト鋳造法においては、ダイカスト鋳造法で通常用いられるダイカストマシンを常法に従って用いることができる。
図１を参照して、簡潔に説明すると、ダイカストマシン１は、固定型３と可動型４とからなるダイカスト用金型２と、該金型内に溶湯を高速圧入するプランジャー５と、鋳造されたダイカスト製品を押出す押出ピン６を有するダイカストマシンが用いられる。コロイド水溶液(離型剤８)の塗布装置には、離型剤及び/又は金型冷却用媒体の塗布に通常用いられるスプレーノズル７を用いることができる。

鋳造の工程は、簡潔には、以下のとおりである。
先ず可動型４が開いた状態(図１)で、スプレー装置のスプレーノズル７を固定型３と可動型４との間に進入させ、固定型３及び可動型４のそれぞれの成形面にコロイド水溶液(又は前述の本発明の離型剤８)を噴霧する。噴霧後に、未蒸発の媒体をエアーブローにより吹き飛ばして除去してもよい。

また、該コロイド水溶液の塗布前に、冷却用媒体により金型を所定の温度まで冷却してもよいが、該コロイド水溶液の水が金型冷却用媒体としても機能し得るので、金型の冷却と離型性付与を同時に行うことができ、作業の簡便化/効率化が図れる。

次いで、可動型４が閉じられ、可動型４の成形面が固定型３の成形面と合わさって成形空間(キャビティ)が構成される。続いて、該キャビティ内にプランジャー５によって溶湯が高速圧入される。溶湯の冷却固化後、可動型４が開かれて押出ピン６により可動型４からダイカスト製品が押し出される。なお、ダイカスト製品は、使用するダイカストマシンの構成によっては固定型３から押出され得る。
以後、これら工程が繰り返される。

本発明の鋳造方法によれば、鋳造に際してガス化しない二酸化ケイ素のナノ粒子を離型性付与成分として利用できるので、有機系離型剤の使用を要さず、また分散剤などの他のガス化する有機成分を含まないので、ダイカスト製品に鋳肌の荒れを発生させることなく製品品質を向上および/または安定させることができる。また、従来の有機系離型剤を使用する鋳造方法に比べて、周辺環境への負荷が低減され、作業環境が改善される。

更に、二酸化ケイ素のナノ粒子のコロイド水溶液により均一な離型性を付与された金型を用いるので、製品品質の向上および/または安定、製造歩留りの向上、製造コストの低減等が可能となる。

以下、本発明の内容を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

本実施例においては、溶湯の押出圧力１３５ｔのアルミダイカストマシンを、表１に示す運転条件で用いてアルミダイカストを行った。金型材にはＳＫＤ-６１を使用し、アルミニウム合金にはＡＤＣ-１２を使用した。

表２に本発明のダイカスト用離型剤を作製するために用いた薬剤(コロイダルシリカ)の物性を示す。なお、薬剤１〜５はいずれも扶桑化学工業株式会社製である。

（実施例１）
薬剤１を、粒子濃度が０.２２重量％となるようにイオン交換樹脂により脱塩処理した純水で希釈して実施例１のダイカスト用離型剤を作製した。
この実施例１の離型剤を固定型に１０ｍｌ、可動型に１０ｍｌスプレーノズルで１秒間噴霧した(単位面積あたりの塗布量：０.７４Ｌ/ｍ²)。エアーブローにより余分な水を吹き飛ばした後、可動型と固定型と合わせて金型を構成し、溶湯をプランジャーで射出して金型内に圧入した。溶湯が固まった後に可動型を固定型から離し、次いで押出ピンにより製品を押し出した。このとき、押出ピンが製品を押し出すに必要な押出圧力を測定した。

製品が押し出された後、再度、実施例１の離型剤を噴霧し、上記と同様の操作を繰り返した。
最初の２回は金型温度が低いため、低速射出速度で行い捨て打ちとした。その後、高速射出速度でダイカストを２０回実施した。２０回のダイカストにより鋳造された製品の表面を観察して鋳肌の荒れの有無を確認し、２０回の平均押出圧力を算出した。
以下の実施例及び比較例においても、ダイカストの操作は上記と同様に行った。

（実施例２）
薬剤２を、粒子濃度が０.０２２重量％となるように希釈して実施例２の離型剤を作製した。
（実施例３）
薬剤２を、粒子濃度が０.２２重量％となるように希釈して実施例３の離型剤を作製した。

（実施例４）
薬剤３を、粒子濃度が０.２２重量％となるように希釈して実施例４の離型剤を作製した。
（実施例５）
薬剤４を、粒子濃度が０.４４重量％となるように希釈して実施例５の離型剤を作製した。

（実施例６）
薬剤４を、粒子濃度が０.０４４重量％となるように希釈して実施例６の離型剤を作製した。
（実施例７）
薬剤５を、粒子濃度が０.２８重量％となるように希釈して実施例７の離型剤を作製した。

（比較例１）
離型剤を含まない水のみを噴霧し比較例１とした。
（比較例２）
現行薬剤１(有機物を含有する離型剤；水性シリコーンエマルション系、固形分２２％)を、固形分濃度が０.５５重量％となるように希釈して比較例２の離型剤を作製した。

（比較例３）
現行薬剤２(有機物を含有する離型剤；水性シリコーンエマルション系、固形分２６％)を、固形分濃度が０.６５重量％となるように希釈して比較例３の離型剤を作製した。

実施例及び比較例の離型剤を用いて鋳造したダイカスト製品の表面での鋳肌の荒れの有無及び平均押出圧力を表３に示す。

有機系離型剤である比較例２の離型剤を用いた場合、ダイカスト製品の表面に鋳肌の荒れが発生し、同じく有機系離型剤である比較例３の離型剤でも、ダイカスト製品の表面に鋳肌の荒れの発生が認められた。

一方、実施例１〜７の離型剤を用いた場合には、ダイカスト製品の表面には鋳肌の荒れの発生は認められなかった。
このことから、有機系離型剤の使用により生じ得る製品の品質低下が、本発明の離型剤の使用により防止されることが理解できる。

平均押出圧力に関して、実施例の離型剤は比較例の離型剤と同等程度以上であると評価できる。

本発明のダイカスト製品鋳造方法の一態様を示す図である。

符号の説明

１ ・・・ ダイカストマシン
２ ・・・ ダイカスト用金型
３ ・・・ 固定型
４ ・・・ 可動型
５ ・・・ プランジャー
６ ・・・ 製品押出ピン
７ ・・・ 噴霧ノズル
８ ・・・ 離型剤

Claims (6)

1. 二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液からなるダイカスト用離型剤。
2. 前記二酸化ケイ素のナノ粒子の平均一次粒子径が１〜５００ｎｍにある請求項１又は２に記載のダイカスト用離型剤。
3. 前記二酸化ケイ素のナノ粒子が離型剤の全重量を基準として０.０１重量％〜３５重量％で含まれる請求項１又は２に記載のダイカスト用離型剤。
4. ダイカスト用金型への溶湯の注入前に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の離型剤を該金型の成形面に塗布することを特徴とするダイカスト製品の鋳造方法。
5. 二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液をダイカスト用金型の成形面に塗布し、次いで水を蒸発させることを特徴とするダイカスト用金型への離型性付与方法。
6. 二酸化ケイ素のナノ粒子を分散剤の添加なしで水中に分散させた二酸化ケイ素コロイド水溶液を塗布し、次いで水を蒸発させた成形面を有するダイカスト用金型に、溶湯を注入することを特徴とするダイカスト製品の鋳造方法。

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