JP4764927B2 - 鋳造用油性離型剤、塗布方法及び静電塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等の非鉄金属の鋳造に使用される鋳造用油性離型剤、その離型剤を用いた塗布方法及び静電塗布装置に関する。

周知の如く、過去４０年間、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等の非鉄金属の鋳造に際して使われている離型剤の９９％以上が、水溶性型離型剤であった。３年前から、水溶性の使用量に比べ１／５００〜１／１０００と微量の塗布で鋳造を可能とする油性型離型剤が使われ始めてきた。しかし、油性離型剤は微量塗布のため、複雑な構造の金型や、大型の金型での油膜の形成が不十分な場合が時としてあった。複雑な構造の金型の場合、特に塗布面から隠れた金型部位での油膜形成が不十分である。加えて、金型には凹凸があるので、凹部には厚く離型膜が形成する。

一方、凸部には薄い離型膜が形成される傾向がある。そのため、凹部では過剰に離型剤が溜り鋳巣増加の一因となり、凸部では離型性の不足による溶着の原因となりやすい。対応として、少々の鋳巣増加を犠牲にしながら、隠れた部位や凸部へも噴射した飛沫粒子が多く届くように離型剤の塗布量を増やして鋳造しているのが現状である。また、大型の金型の場合、非鉄金属の溶湯が持つ熱エネルギーが大きい。従って、金型全体、特に細い部位の温度が溶湯の温度に近づき、３５０℃以上の高温となることもある。

その結果、油性離型剤がライデンフロスト現象を起こし離型剤の液滴が沸騰する。また、沸騰により金型面から床に飛びちる液滴も増える。そのため、形成される油膜が薄くなり、離型性が劣ることもある。対応として、２種類の方法が取られている。一つは、油膜を厚くするため、多めに塗布することである。もう一つは、細い高温部位に少量の水を塗布し、冷却後、油性離型剤を塗布することである。多めに離型剤を塗布すると、十分な油膜が形成されている部位での油膜厚さも増える。その結果、鋳造品中の鋳巣量が増加する傾向となる。また、鋳造製品の強度が若干低下することもある。加えて、少量の水であっても、塗布するための配管が必要となる。

上述したように、従来技術によれば、以下のような問題があった。即ち、金型の隠れた部位に離型剤が十分供給されず、その部位で離型に適正な油膜を形成することができないことである。また、金型の凹凸部位で均一な油膜を形成することができず、離型剤を過剰に塗布しなければならない。更に、金型の細い部位で十分な油膜を形成することができない。

こうしたことから、従来、様々な改良技術が提案されている。
特開平６-１８２５１９号公報（特許文献１）は、塗布装置で離型剤油滴をマイナスに電荷してプラスの電荷の金型へ噴霧し、その結果噴霧された離型剤油滴が金型の隠れた部位まで到達するようにした技術に関する。しかし、この技術では、水溶性離型剤の電導性が良過ぎ、少々水を減らしても電導性は低下しない。そのため、水溶性離型剤には静電塗布が適用できない。また、油性離型剤は絶縁性が良過ぎ、静電塗布には不向きである。
特開２００１-２５９７８７号公報は、特許文献１と同じであり、シリコーンを多量に含んだ水乳化型の技術に関する。しかし、この技術は油性離型剤には適用しにくい。

特開平９−２３５４９６号公報は、塗料に電導性を与える手段として、静電助剤としてのアルコールやアンモニウム塩を添加し電気抵抗値を下げる技術に関する。特開２０００−１５３２１７号公報は、塗料に静電助剤を添加することが示唆された技術に関する。しかしながら、「極性の低い油性離型剤」に「極性の強い静電助剤」は０．３重量％程しか溶けず、沈降、分離を起こす。本出願人が検討してみたところ、このレベルでは、静電助剤の付着量増加効果が見られなかった。極性溶剤を追加すれば静電助剤の溶解は増えるが、極性溶剤のため鋳造作業者の健康を損ねる嫌いがある。そのため、油性離型剤の組成には、健康への配慮から極性のある溶剤を使用していない。
また、従来、高温型離型剤と低温型離型剤を別々に静電塗布する技術が開示された特開昭６１−４２４６２号公報や、超音波に関する技術が開示された特開昭６１−１８２５１９号公報が知られている。

本発明は、凹部位に油性離型剤を過剰に塗布することなく、かつ、金型の隠れた部位や凸部位あるいは細い部位にも、十分な油膜を形成することができる鋳造用油性離型剤、塗布方法及び静電塗布装置を提供することを目的とする。

１）上記目的を達成するために、本発明の鋳造用油性離型剤は、油性離型剤と、蒸留水、イオン交換水、水道水、またはそれらの水に電解質を溶解した水の群から選ばれる１種又は２種以上からなる水を０質量％を超え、７．５質量％以下と、可溶化剤を０．３〜３０質量％を含有することを特徴とする。また、本発明の鋳造用油性離型剤は、油性離型剤と、極性を有する可溶化剤５〜３０質量％とからなることを特徴とする。
２）本発明の塗布方法は、上記１）に記載する鋳造用油性離型剤を用いて静電塗布することを特徴とする。
３）本発明は、上記２）に記載する静電塗布のため、静電付与装置と多軸ロボット上に静電塗装ガンを設置することを特徴とする。

本発明によれば、金型の隠れた部位や凹凸部位あるいは細い部位にも、油性離型剤を過剰に塗布することなく十分な油膜を形成することができる。事実、「水を溶かした可溶化剤を油性離型剤に混合した組成物」を本発明の静電塗布装置で塗布すると、金型への離型剤成分の付着が大幅に増加する。特に、電気的に動きを制御可能な多軸ロボット上に静電塗装ガンを設置すると、静電付与の効果が増幅される。

図１は本発明の実施例１に係る静電塗布装置の概略的な全体の説明図である。 図２は図１の静電塗布装置の一部を拡大して示す説明図である。 図３は金型への油性離型剤の付着量を測定するための測定装置である。 図４Aは、摩擦測定用鉄板に塗布ノズルにより離型剤を塗布する状態の説明図である。 図４Ｂは、試験機架台上に摩擦測定用鉄板を介して乗せたリングを一方向に引っ張りながら、リング内の固化したアルミニウムの摩擦力を測定するための説明図である。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
上述した従来の油性離型剤とは、水を含有せず、かつ、極性の低い石油系飽和炭化水素の溶剤や基油から成り立つものである。油性離型剤の添加剤としては、シリコーン、植物油等の潤滑添加剤や油膜保持のための高粘度石油炭化水素油を含有するものである。例えば、参照文献ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１５７３７に述べられているものや、従来から「立上げ剤」と呼ばれている離型剤が挙げられる。

このような油性離型剤は電気抵抗値が無限大であり、静電塗布には適さないと言われている。塗料業界では、電気抵抗値が５〜５０ＭΩの範囲になれば、静電塗布がし易いとの経験値がある。例えば、油性離型剤に０．８質量％の水を可溶化剤の助けを得て溶解すると、電気抵抗値が約２０ＭΩに低下する。本発明では、上述したように、（ａ）蒸留水、（ｂ）イオン交換水、（ｃ）水道水、（ｄ）それらの水に電解質を微量混合した水の群から選ばれる１種又は２種以上の水を、０〜７．５質量％添加することを必須要件とする。この理由は、次の通りである。

即ち、水が７．５質量％を超えると、油性離型剤から水の分離が起こり、電気抵抗値が増加したり、分離の度合いによっては無限大となることもある。この理由で、水が７．５質量％を本発明の上限とした。一方、水分量が０質量％の場合、電気抵抗計の針がほとんど反応せず、抵抗値は無限大となる。

本発明者等は、塗装業界での経験的な電気抵抗の上限範囲である５０ＭΩを越え無限大に近いレベルで、油性離型剤を静電塗布した。その結果、後述するように、静電効果による付着量増加が見られた。これは次の理由による。一般に、ビーカー内で電気抵抗値が乾電池の１．５ボルトで測定されるのに対し、付着試験での静電有り時の電圧は６０ｋＶと４万倍の強さで印加している。そのため、ビーカー内抵抗値が無限大に近くでも、実機の静電塗装ガンで静電効果が現れたと推定する。即ち、塗装業界の経験的範囲より離型剤に必要な電気抵抗値範囲はかなり幅が広いと言える。

本発明において、上述した（ａ)，（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各水は、この順で水の電気抵抗計測時の応答性は速くなる。しかし、静電塗布に必要な電気抵抗値にするための水分量には殆ど影響しない。即ち、電解質を溶解させると応答速度は速くなるが、電気抵抗低減に必要な水分量は殆ど変わらない。しかも、苛性カリのような電解質を混合すると、離型剤自体の乳化を促進する可能性があり、可溶化剤が乳化剤に化ける可能性がある。応答性と乳化性を勘案し、後述する実施例では水道水を使ったが、水質に特にこだわるわけではない。

本発明において、水を溶解、または、可溶化するためには、アルコール、グリコール、エステル、エーテル、ケトン、乳化剤類の溶媒が考えられる。しかし、水を溶解した溶媒が更に石油系油性離型剤に溶解しなければ、水と溶媒の一部が分離し、濁りを発生させることがある。その結果、電気抵抗も無限大となる。可溶化のための溶媒に求められる性質は、水を溶かし、かつ、極性の低い石油系離型剤に溶けるものである。Ｃ１，Ｃ２の低級アルコールやグリコールは水をよく溶かすが、石油系油性離型剤中で分離を起こすので、可溶化剤としては好ましくない。

また、油性離型剤は塗布しながら使うので、作業者の健康への影響の少ない毒性、極性の低い溶媒も必要な性質である。この点から、気化しやすいエーテルやケトンも好ましくない。無臭に近い性質も重要であり、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５等の低級アルコールも好ましくない。エステルは極性の低い油性離型剤との混合性は良いが、鋳造作業者の健康を害する可能性がある。これらの点を勘案し、水を極性の低い油性離型剤に溶解させるためには、親水基と親油基を併せ持つ非イオン型の可溶化剤が本発明には好ましい。

中でも、可溶化剤としてはＨＬＢ（Hydrophile-Lipophile Balance）が５〜１０の範囲の可溶化剤が最も好ましい。ＨＬＢが５未満であれば水を溶かしにくいが、油には溶けやすい。そのため、一定量の水を油性離型剤に溶解させるためには、多量の可溶化剤が必要となる。ＨＬＢが１０を越えると、水を溶かしやすいが油には溶けにくい。

そこで、一定量の水を油性離型剤に溶解させようとすると、分離を起こす。適切な可溶化剤としては、適切なＨＬＢ範囲の有するものが最も好ましい。乳化剤のタイプとしては、環境ホルモン問題を疑われることの多かったフェノール・エーテル型より、問題が提起されていない又は問題を起こしていないソルビタン型が好ましい。

可溶化剤の混合により、油性離型剤の本来の離型性を阻害し、かつ、鋳巣問題を増加させる懸念がある。これらの問題を最小限に抑えるため、可溶化剤の配合量を低く抑えることが重要である。可溶化剤の量は水含有量の９倍以下とするのが好ましい。

以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
（実施例１）
まず、本発明の実施例１に係る静電塗布装置について、図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１は同静電塗布装置の概略的な全体の説明図、図２は同装置の一部を拡大して示す説明図である。
静電塗布装置は、主に、静電塗装ガン１と、この静電塗装ガン１に夫々電気的に接続する静電コントローラ２及び変圧器３を有している。加えて、静電塗装装置は、静電塗装ガン１に油性潤滑剤を圧送する液圧送装置４と、静電塗装ガン１に配管５を介して空気を供給するコンプレッサー６と、静電コントローラ２を駆動する電源（ＡＣ２００Ｖ又は１００Ｖ）７とを備えている。また、前記静電コントローラ２、変圧器３及び電源７により静電付与装置８が構成されている。変圧器３からの電気信号は、静電塗装ガン１に送られる。油性離型剤は、液圧送装置４により静電塗装ガン１まで圧送され、静電塗装ガン１内でエアーとミキシングされて霧化される。スプレーのタイミングと静電を付与するためのタイミングを連動させることで、霧化された油性離型剤は電荷を帯びた状態で金型に塗布される。

前記静電塗装ガン１としては旭サナック社製のＥＡＢ９０型を用いた。また、静電付与装置８としては、旭サナック社製のＢＰＳ２１０型を用いた。液圧送装置４としては、ランズバーグ製Ｋポンプ（０．５ｃｃ）型、オリエンタルモーター製ＢＨＩ６２ＳＴ−１８型を組み合せて用いた。

図２中の多軸ロボット９は、図示してしない鋳造機に設けられている。前記静電塗装ガン１は、この多軸ロボット９にプラケット１０を介して取り付けられる。この静電塗装ガン１から霧化されたマイナスに電荷された油滴１１は、図２に示すようにプラスに電荷された金型１２に噴霧されて塗布される。金型１２は接地されている。

上述したように、実施例１の静電塗布装置は、静電コントローラ２、変圧器３及び電源７からなる静電付与装置８と、多軸ロボット９に設けられた静電塗装ガン１とを具備した構成となっている。こうした構成では、静電界は金型１２に回りこむように形成されるので、マイナスに電荷された油滴１１はこの静電界に沿って塗布される。従って、静電塗装ガン１が直接向いていない金型の部位（例えば金型の裏側）にも油性離型剤を均一に塗布することができる。

（実施例２〜１６，１８〜２６、参考例１７、比較例１〜１９）
以下に、本発明及び比較例に係る鋳造用油性離型剤について説明する。なお、本実施例及び比較例では、発明者製造の油性離型剤であるＷＦＲ−３Ｒに水を可溶化させた組成を例にとって説明する。
（Ａ）製造方法
まず、撹拌機を付帯する加熱可能なステンレス製釜に、可溶化剤を所定量投入し４０℃に加熱する。次に水道水を所定量投入し、１０分間攪拌する。その後、油性離型剤を所定量加え、攪拌しながら４０℃まで加温し、継続して１０分間攪拌する。最後に、混合物の外観が透明であることを確認する。

（Ｂ）試料の組成
試料は、次の組成から成る。
ＷＦＲ−３Ｒ：本出願人が製造している油性離型剤
水：本出願人の水道から得られた硬度が約３０の水道水
可溶化剤：次の２種類（（ａ）又は（ｂ））のどちらか一方
（ａ）単一組成の可溶化剤：竹本油脂株式会社販売のソルビタン系可溶化剤（商品名：Ｄ−２１２。実施例２〜１５及び比較例１〜１１に使用した（後述する表３，６，８参照）。
（ｂ）混合型可溶化剤：竹本油脂株式会社のアルコール系ノニオンとソルビタンモノオレートとアルキルベンゼンスルホン酸金属塩（カルシウム塩）の混合物（商品名：ニューカルゲン１４０）。混合型可溶化剤は単一成分型可溶化剤に比べ水の可溶化性能力が高い。後述する表４及び表５の実施例１６，１８〜２６、参考例１７及び比較例１２〜１９に使用した。

但し、比較例２には可溶化剤に代えて静電助剤（ＢＹＫ社の商品名：ＥＳ−８０）を使用した。

（Ｃ）電気抵抗の測定法（ＡＳＴＭ Ｄ５６８２準拠）
１００ｃｃビーカーに約５０ｃｃの離型剤試料を採取し、旭サナック製の静電テスター（型式ＥＭ−ＩＩＩ）にて電気抵抗を測定する。なお、測定値が高い領域では電気抵抗値の指示針が不安定であるので、５回測定の平均値を測定値とした。

（Ｄ）付着量の測定方法
（Ｄ−１）準備
試験片としての鉄板を２００℃・３０分間オーブンで空焼する。その後、デシケーターで一晩放冷した後、鉄板の質量を０．１ｍｇ単位まで計測する。
（Ｄ−２）油性離型剤の塗布
図３は、付着量を測定するための塗布装置を示す。図中の符番２１は付着試験機の台を示す。電源・温度調節器２２は、この台２１の一部上に設けられている。ヒーター２３を内蔵した鉄板架台２４は、電源・温度調節器２２の近くの台２１上に設けられている。鉄板支持金具２５は、鉄板架台２４の一端側に設けられている。試験片（鉄板）２６は、この鉄板支持金具２５の内側に配置されている。熱電対２７ａ，２７ｂは前記ヒーター２３付近に埋め込まれ、鉄板２６と熱電対２７ｂが接触している。鉄板２６には、塗布用スプレーノズル２８から離型剤２９がスプレーされるようになっている。

図３の塗布装置の操作は次のとおりである。
まず、塗布装置（（株）山口技研製）の電源・温度調節装置２２を所定の温度に設定し、ヒーター２３で鉄板支持金具２５を加熱する。ここで、熱電対２７ａが設定温度に達したら、鉄板支持金具２５に試験片としての鉄板２６を置き、熱電対２７ｂを鉄板２６に密着させる。この後、鉄板２６の温度が所定の温度に達したとき、スプレーノズル２８から所定の量の離型剤２９を鉄板２６に塗布する。その後、鉄板２６を取り出し、空気中で垂直に一定時間立てて放冷し、鉄板２６から垂れ流れる油分を絞り捨てる。

（Ｄ−３）付着量の測定方法
付着物の乗った鉄板２６を所定の温度、所定の時間オーブンに置いた後、取り出して空冷し、デシケーターで一定時間放冷する。その後、付着物の付いた鉄板２６の質量を０．１ｍｇ単位まで計測し、空試験と試験片の質量変化から付着物量を算出する。

（Ｄ−４）試験条件
実施例２〜１５及び比較例１〜１１用の試験条件を、下記表１に示す。また、後述する表４及び表５に示す実施例１６，１８〜２６、参考例１７及び比較例１２〜１９用の試験条件は表１の条件と基本的に同じであるが、エアー圧：０．０５ＭＰａ、塗布量０．３ｃｃの点で異なっている。即ち、スプレーガン角度、塗布時間、印加電圧、試験後の鉄板乾燥条件は下記表１と同様である。

（Ｅ）摩擦力の測定方法
（Ｅ−１）摩擦試験方法
図４Ａ，図４Ｂは、試験片の摩擦力を計測するための方法を工程順に示す図である。摩擦試験の操作方法は次のとおりである。メックインターナショナル製の自動引張試験機（商品名：ＬｕｂテスターＵ）の摩擦測定用鉄板（ＳＫＤ−６１製、２００ｍｍ×２００ｍｍ×３４ｍｍ）３１は、図４Ａのように熱電対３２を内蔵している。市販のヒーターで鉄板３１を加熱する。この熱電対３２の指示が所定に達した後、摩擦測定用鉄板３１を垂直に立てる。前記付着性試験に示す条件で塗布ノズル３３から離型剤３４を塗布する。

直ちに、摩擦測定用鉄板３１を図４Ｂのように試験機架台３５上に水平に置く。また、メックインターナショナル製リング（Ｓ４５Ｃ製、内径７５ｍｍ、外径１００ｍｍ、高さ５０ｍｍ）３６を中央に乗せる。続いて、そのリング３６中に陶芸用溶解炉に溶かしてあるアルミ溶湯（ＡＤＣ−１２、温度６７０℃）３７を９０ｃｃ注ぐ。その後、４０秒間放冷し、固化させる。更に、直ちに固化したアルミニウム（ＡＤＣ−１２）上に８．８ｋｇの鉄製重し（溶湯との合計で１０ｋｇ）３８を静かに乗せ、リング３６を矢印Ｘ方向に引っ張りながら、固化したアルミニウムの摩擦力を計測する。

（Ｅ−２）摩擦力測定条件
塗布条件は表１と同じ。摩擦力測定条件は、下記表２の通り。

（Ｆ）ライデンフロスト温度の測定方法
まず、前述の付着試験に使う鉄板を市販の電気コンロに置き、加熱する。次に、鉄板の表面温度を非接触型温度計で測定する。つづいて、表面温度が４００℃に達したら、離型剤の液滴を一滴（約０．１ｃｃ）ピペットから垂らす。そして、垂らした直後の液滴の状況を観察し、次の１）〜３）の操作を行う。
１）コロコロと液滴が転がる、または動いている場合は、前記表面温度を５℃上げて試験をやり直す。
２）液滴が飛び跳ねる場合は、温度を５℃下げて試験をやり直す。
３）上記１）と２）の中間の比較的動きが少ない状況下で沸騰する温度を見つける。この温度をライデンフロスト温度とする。

（Ｇ）粘度測定方法
粘度測定はＪＩＳ−Ｋ−２２８３に準拠して測定した。

（Ｈ）成分と試験測定結果
（Ｈ−１）測定結果−１：電気抵抗
下記表３は、単一可溶化剤系列に係わる実施例２〜５及び比較例１〜２に関する組成と電気抵抗の測定結果を示す。また、下記表４及び表５は混合系可溶化剤に係わる実施例１６，１８〜２６、参考例１７及び比較例１２〜１９に関する組成、付着性、外観、電気抵抗、４０℃粘度及びライデンフロスト点の測定結果を示す。

上記表３中の比較例１（水、０質量％）、実施例５（水、０．２質量％）、実施例４（水、０．４質量％）、実施例３（水、１．０質量％）、実施例２（水、１．２質量％）に示すように、油性離型剤中の水分を増やすと、電池抵抗値は低下してくる。これは、単一可溶化剤Ｄ−２１２での結果であり、確認のため混合系可溶化剤ニューカルゲン１４０での評価を加えた。

上記表４及び表５の参考例１７（水、０質量％）は、無限大の電気抵抗値である。これに対し、実施例１８（水、０．４質量％）、実施例１９（水、１質量％）、実施例２０（水、１．２質量％）、実施例２２（水、２質量％）、実施例２３（水、３質量％）、実施例２４（水、４．３質量％）、実施例２６（水、７．５質量％）の電気抵抗値は、夫々３８０，１８０，１１５，７２，４７，５８，１３（ＭΩ）である。このように、水混合量が多くなると電気抵抗値は低下する傾向にある。即ち、単一及び混合系可溶化剤ともに、水を増やすと電気抵抗値を低下する傾向を示す。

しかし、比較例１４（水０．１質量％、可溶化剤０．２３質量％）で若干濁りが発生している。水１部に対し、２．３部の可溶化剤が必要であることを示している。それよりも多くの水を混合するには、実施例２、実施例２０、実施例２６のように多くの可溶化剤を混合する必要がある。

一方、表３の比較例２に示すように、静電助剤０．３質量％以上は油性離型剤に溶解しないので、０．３質量％で電気抵抗値を測定した。しかし、測定値は無限大である。静電助剤は油性離型剤の中であまり溶けず、静電効果をそれほど期待できないと推定される。

なお、上記表４は、実施例１６，１８〜２６、参考例１７及び比較例１２〜１９に係る鋳造用油性離型剤の組成である水、可溶化剤の配合割合ばかりでなく、静電の有無による付着量、静電による付着増加量（潤滑剤成分、即ち油性離型剤中の高粘度基油成分と３種類の潤滑剤成分と可溶化剤）をも示している。加えて、上記表５は、同実施例１６，１８〜２６、参考例１７及び比較例１２〜１９に係る鋳造用油性離型剤の外観・状況、４０℃粘度、ライデンフロスト温度（ＬＦ点）を示している。

（Ｈ−２）測定結果−２：水分量の効果
上記（H-1）項で述べたように、水分を増加すると、電気抵抗が低下し、静電効果が期待できる。しかし、可溶化剤の助けを借りて水を油性離型剤に抱きこむ必要がある。但し、水や可溶化剤による離型性への副作用の可能性を低減するため、水分量および可溶化剤量を最適化することが必要である。

まず、水分量の下限値について説明する。
単一成分の可溶化剤Ｄ−２１２を使った場合、下表６に示すように、実施例４の０．４質量％の水及び実施例５の０．２質量％の水を用いて静電塗布すると、付着量が約２ｍｇ増加した。一方、水を含まない比較例２の静電助剤０．３質量％の場合は若干付着量が低下し、静電効果が認められなかった。通常、０．５〜１．０質量％程度の静電助剤を混合することを静電助剤メーカーから推奨されている。しかし、静電助剤をそれほど油性離型剤に溶かすことが出来なかったことが、静電効果の現れなかった理由と考える。

混合物系可溶化剤ニューカルゲン１４０を使った場合、表４及び表５より、静電無しの比較例１２（水＝０、可溶化剤＝０）と静電有りの比較例１３を対比すると、水ゼロでも比較例１３の付着増加量が多かった。即ち、静電有りにすると付着量が増加することが確認できた。しかし、静電有りの比較例１３（水＝０、可溶化剤＝０）と水ゼロの参考例１７を対比すると、水ゼロでも可溶化剤を含む参考例１７の静電による付着増加量は比較例１３と略同程度である。また、比較例１３と水ゼロでも可溶化剤を含む実施例２１，２５を対比した場合、実施例２１，２５の方が比較例１３と比べて静電による付着増加量が多かった。極性を有する可溶化剤が付着増加に貢献していることも判明した。

即ち、単一成分系の可溶化剤Ｄ−２１２を使った場合は、水の下限は０．２質量％である。一方、付着しやすい可溶化能力の高い混合型可溶化剤ニューカルゲン１４０を使った場合は、水の下限が０質量％である。従って、水の下限は０質量％と言える。

次に、水分量の上限値について説明する。
単一成分系の可溶化剤Ｄ−２１２を使った場合、表３に示されるように、実施例３（水、１．０質量％）の外観は透明であるが、実施例２（水、１．２質量％）では、若干の濁りが有り、水分の上限は１．２質量％であった。
一方、混合型可溶化剤ニューカルゲン１４０を使った場合、表４中の実施例２０（水、１．２質量％）、実施例２４（水、４．３質量％）、実施例２６（水、７．５質量％）に見られるように静電による付着増加が見られた。更に、水分の多い比較例１６（水、１２．９質量％）、比較例１８（水、２１．５質量％）の場合も、静電による付着増加は見られたが、乳化を起こしていた。しかし、実施例２４（水４．３質量％）、実施例２６（水７．５質量％）では乳化の問題がなく、電気抵抗値は静電塗布に適切な範囲の夫々５８および１３ＭΩである。また、実施例２４，２６の場合、４０℃における粘度も夫々５．９及び１３．３ｍｍ^２／ｓとさらさらとした塗布し易い性状であることが確認できた。即ち、水分の上限は７．５質量％と見做せる。
更に、鋳造での実用面から水の上限値について説明する。
水分を増し過ぎると、実用上性能が悪化する場合がある。即ち、高温の金型に離型剤が塗布された時、水分が突然沸騰を起こし、金型表面が水蒸気膜で覆われる。その結果、塗布された離型剤ミストが金型表面に到達しにくくなる。そのため、離型剤の付着効率が急激に低下する。これをライデンフロスト現象と呼ぶ。上記表４及び表５の実施例１８，１９，２２，２３，２４，２６に示すように、水質量％が増えると、ライデンフロスト点（ＬＦ点）は夫々４４０、４３０，４００，３８５，３７５，３６５℃と明らかに低下している。これらの全ての例が、水溶性離型剤の約２５０℃のＬＦ点よりは遥かに高い３５０℃以上と優れている。しかし、時に４００℃を越える金型では溶着の問題を起こすこともある。好ましい範囲は、ＬＦ点が４００℃に相当する水２質量％以下である。即ち、実用上、水分２質量％以下が好ましい範囲と言える。

（Ｈ−３）測定結果−３：静電効果
（H-2）項で説明したように、水を多く加えることは可能であるが、可溶化剤の助けが必要である。事実、表４中の実施例２６のように、可溶化剤を３０質量％混合することは可能である。しかし、可溶化剤が多いと、製品中の鋳巣増加と言う副作用の可能性がある。そこで、可溶化剤が比較的少ない実施例４（可溶化剤１．６質量％、水分０．４質量％、電気抵抗値が２００ＭΩ）を使い、塗布条件を振った場合の静電効果を調べた。下記表７に試験条件を示す。

その結果を下記表８に示す。なお、表８には、試験条件（塗布エアー圧、塗布距離、鉄板温度、静電の有無）を変えた時の「静電の有無の効果」を調べるための付着量と摩擦力の測定結果を示す。また、表８中の実施例６〜１４及び比較例３〜１１の配合は、実施例４の配合（即ち、ＷＦＲ−３Ｒ：９８．０質量％、水道水：０．４質量％、可溶化剤Ｄ−２１２：１．６質量％）である。

条件によって付着増加量は異なるが、算術平均で見ると約６０％も付着量が増加した。明らかに、静電塗布の効果が認められた。摩擦試験では、１０ｋｇｆを超えると徐々に溶着が増加し、それ以下の値では、離型性は十分あると判断されている。その様な摩擦試験機での静電の効果は、表８に見られるように「差がない」であった。即ち、付着は増加したが、既に十分な摩擦レベルにあるのでそれ以上の離型性の改善は見られなかったと言える。

なお、電気抵抗値が２００ＭΩと高いレベルの実施例４の離型剤配合の場合でも静電効果が現れた。このことから、離型剤には塗料と異なる「静電塗布のための最適な電気抵抗値」が存在するものと推定する。上記表４に見られるように、混合系可溶化剤ニューカルゲン１４０の場合でも実施例１６，参考例１７，実施例１８，実施例２０，実施例２１，実施例２４，実施例２５，実施例２６で、「静電有り」の方が「静電なし」の方より付着量は多かった。

（Ｈ−４）測定結果―４：可溶化剤の効果
前述するように、可溶化剤が多すぎても鋳造中の離型性の悪影響があると推定される。少なすぎても油性離型剤中に水を抱き込めない。やはり可溶化剤量の最適化が必要である。
まず、可溶化剤の下限値について説明する。
単一成分の可溶化剤Ｄ−２１２の場合、表３の実施例５（可溶化剤、０．８質量％）に示すように水０．２質量％混合すると、透明ではあるが電気抵抗が高く不安定であった。従って、この当たりが単一成分型可溶化剤の下限値と推測できる。

しかし、混合型可溶化剤ニューカルゲン１４０の場合は、更に低い下限値である。上記表４及び表５中の実施例１６（可溶化剤０．４質量％、水０．１質量％）は透明である。一方、比較例１４（可溶化剤０．２３質量％、水０．１質量％）の外観は濁っており、水を抱き込む能力が不足していた。従って、可溶化剤の下限値は０．３質量％付近にあると推測できる。しかも、実施例１６の電気抵抗値は無限大である。そこで、静電効果を確認するため、付着試験を実施した。結果は、付着量増加は４．１ｍｇとより多くの可溶化剤を含む参考例１７（可溶化剤１質量％）、及び実施例１８（可溶化剤１．６質量％）の付着量増加効果である３．７ｍｇと４．５ｍｇと同レベルであった。可溶化剤レベルが低い実施例１６でも静電効果は認められたと言える。参考例１７，実施例１８の両可溶化剤レベルを検討した結果、可溶化剤の下限値を０．３質量％と設定した。

次に、可溶化剤の上限値について説明する。
単一成分の可溶化剤Ｄ−２１２の場合、上記表３中の実施例３（可溶化剤４．０質量％）では外観が透明であったが、実施例２（可溶化剤４．８質量％）では若干濁りを呈した。この付近が単一成分可溶化剤の上限濃度と推測できる。
混合型可溶化剤ニューカルゲン１４０の場合、表４及び表５に見られるように、実施例２１（可溶化剤５質量％）、実施例２４（可溶化剤１０質量％）、実施例２６（可溶化剤３０質量％、水7.５質量％）でも外観は透明であった。しかし、比較例１６（可溶化剤３０質量％、水１２．９質量％）では乳化を起こしていた。表４，表５に示すように、可溶化剤が増えると、水分増加と相まって電気抵抗は下がり、付着量も高くなった。このようなことから、可溶化剤の上限を３０％と設定した。

（Ｈ−５）測定結果−５：まとめ
実施例２１のように油性離型剤に可溶化剤だけを５％混合することで、静電効果が現れる。必ずしも水を配合する必要は無い。しかし、水を混合すると、電気抵抗は大幅に下がり、静電塗布をし易くなる。但し、多くの水を混合するためには可溶化剤を増量する必要がある。上記で説明したように、水は０〜７．５質量％の範囲で配合し、可溶化剤は０．３〜３０質量％の範囲で配合すべきである。その結果、静電効果が現れ、付着量が増加する。
なお、それ以外の濃度範囲では油性離型剤の品質上の問題が発生する。例えば、水が多すぎると、離型剤が乳化を起こし水の分離の可能性がある。作業中に漏油を起こした場合、排水溝へ乳化した離型剤が流れれば乳化問題になる。更に、乳化すると粘度が高くなりすぎ、均一なスプレーが困難になる。また、ライデンフロスト温度の低下が起こり、水の突沸により、急激な付着量の低下による離型性の問題になる可能性が高い。

可溶化剤を多くしすぎても鋳造の離型性に問題を起こす可能性がる。可溶化剤の濃度が高くなると、静電による付着量は増える（実施例２０，２１，２４，２５，２６及び比較例１６参照）。つまり、エステル、エーテル基等の化学結合を有する可溶化剤がその極性により鉄に多く吸着したため付着量が増えたと言える。可溶化剤は付着効率を高める優れた成分ではあるが、分解開始温度が２５０℃付近であり、鋳造製品の鋳巣問題を起こしやすくする。従って、他の潤滑油成分による付着効率を勘案しながら、可溶化剤配合を最適化することが重要である。

なお、実際の装置での問題は、装置サイズ、操業条件等で変わるが、問題を最小限に抑える為、好ましい範囲としては、水が０．２〜１．２質量％、可溶化剤が０．８〜４．８質量％と言える。

数値化できるほどの実機評価ではないが、本発明の静電付与の可能な油性離型剤組成と多軸ロボット上に設置された静電塗装ガンによる静電塗布の効果を調べた。静電塗布なしの条件で、赤色に着色した実施例４の離型剤を塗布した。その結果、金型の奥の部位には弱い赤色しか見えず、付着の少ない部位があることが判明した。一方、静電塗布ありの条件で塗布したところ、変色は大きく、離型剤成分が多量に付着していることが判明した。

静電塗布ありの条件の方が金型の奥や細い部位での付着が多く、鋳造時の凝着を減らす効果が期待できる。即ち、静電塗布の特徴である巻き込み効果が期待できる。このことが更に塗布量の低減に繋るものとも期待する。

静電塗布なしの場合、油滴の届きにくい部位でも適切な油膜を確保するため、塗布量を増加させているのであろう。しかも、表側に出ている金型部位には過剰な塗布となっているのであろう。静電塗布ありの場合、この過剰分の塗布量を低減できる。即ち、静電塗布は、鋳造メーカーの経済性に貢献するばかりでなく、作業環境の改善にも貢献できるものである。

本発明の油性潤滑離型剤は、非鉄金属を鋳造する際の静電塗布に適し、金型表面の潤滑にも適している。なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更には、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (6)

1. 油性離型剤と、蒸留水、イオン交換水、水道水、またはそれらの水に電解質を溶解した水の群から選ばれる１種又は２種以上からなる水を０質量％を超え、７．５質量％以下と、可溶化剤を０．３〜３０質量％含有することを特徴とする鋳造用油性離型剤。
2. 前記水を０．２〜１．２質量％と、前記可溶化剤を０．８〜４．８質量％含有することを特徴とする請求項１記載の鋳造用油性離型剤。
3. 油性離型剤と、極性を有する可溶化剤５〜３０質量％とからなることを特徴とする鋳造用油性離型剤。
4. 前記可溶化剤は、親水基と親油基を併せ持つ非イオン型の可溶化剤であることを特徴とする請求項３記載の鋳造用油性離型剤。
5. 請求項１〜４いずれか１項に記載する鋳造用油性離型剤を用いて静電塗布することを特徴とした塗布方法。
6. 請求項５に記載する静電塗布のため、静電付与装置と多軸ロボット上に設置された静電塗装ガンを具備することを特徴とする静電塗布装置。

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