JP5274415B2 - 鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型のキャビティ内に溶湯を注湯して製品を鋳造する際に金型表面に塗着されるコーティング剤の塗膜を均一にし、剥離や磨耗等を抑制するための塗布技術に関する。

従来、例えば低圧鋳造等において、７００℃以上の高温のアルミ溶湯が注湯される金型には、金型表面が熱で損傷しないよう、珪酸（ＳｉＯ_２）などを基材とし、水ガラスをバインダーとするコーティング剤が塗布されているが、シリンダヘッドなどの表面形状が複雑な製品を鋳造する金型の場合、熟練者が塗装ガンを用いて微妙に指を操作し、金型表面の凹凸部にコーティング剤を吹き付けている。
一方、表面に凹凸形状を有する金型に、鋳造品の品質向上のための塗型剤をロボットコントローラで塗布するような技術として、塗型剤を噴射するノズルをノズル移動手段で移動させながら塗布し、金型に付着した塗型剤の膜厚を膜厚測定手段によって測定し、所定厚みに達していないときは、膜厚補正指令手段で塗布不足回数を算出し、ノズル移動手段に実行させるような技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
また、金型表面に適切な厚みの離型剤を塗布する技術として、温度センサを用いて予め定められた温度測定ルートに従って金型表面温度を実測し、目標温度と比較して実測温度と目標温度との差異に応じて離型剤の噴霧量を調整するような技術も知られている。（例えば、特許文献２参照。）

特開平４−３０９４３４号公報 特開平６−３１５７４９号公報

ところが、金型表面にコーティング剤を塗布するにあたり、熟練者の手作業による方法では、熟練者以外の人が作業することが困難なため作業効率が悪く、また、前記特許文献１や特許文献２のような技術では、水ガラスをバインダーとするコーティング剤の場合、金型表面に向けて吹き出されて付着したコーティング層の中に水分が残ったままになるため、水分を含む部分が固まらずに剥離し易くなり、コーティングの役目を果たさないという問題があった。

そこで本発明は、熟練者でなくても金型表面に塗布するコーティング剤の膜厚を均一にすることができ、しかも、金型から剥離したり、磨耗したりするのを抑制してコーティング層の耐久性向上が図られるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、鋳造作業を行う際、金型表面に水ガラスをバインダーとするコーティング剤を塗布する塗布方法において、金型表面に向けてコーティング剤を塗布するためのスプレーガンに、コーティング剤を供給するためのコーティング剤供給手段と、コーティング剤を霧化して広角で吐出させるためのエア供給手段を接続する一方、金型を所定温度に予熱し、前記エア供給手段から送り込まれるエアによってコーティング剤を霧化し金型から所定距離離間した位置から間欠的に広角で吐出して金型表面に塗布するようにした。

すなわち、金型を所定温度に予熱した後、コーティング剤を間欠的に噴霧することにより、金型表面に数層の積層面が繰り返し形成されるようにすれば、金型の熱によって、例えば１層目として吹き付けられた塗膜の上に２層目が吹き付けられて積層される間に、瞬間的に水分が蒸発してガラス化する。そして、この繰り返しによって、例えば最終的に０．１５〜０．２ｍｍ程度に積層された塗膜が形成されるようにすれば、各層からある程度の水分が蒸発し、粘弾性を持った塗膜が形成され、剥離したり磨耗したりするのを抑制することができる。
なおこの際、広角で吐出とは、例えば４５度以上の角度で吹き出すことをいう。

この際、前記予熱された金型の温度は、２００±２０℃にすることが好ましく、また、前記スプレーガンによって間欠的に吐出するされるコーティング剤の間欠時間を０．０３秒にすることが好ましい。ここでコーティング剤の間欠時間とは、噴霧時間と噴霧休止時間を同じタイミングで繰り返すことを意味し、コーティング剤の間欠時間が０．０３秒とは、噴霧時間、噴霧休止時間とも０．０３秒で噴霧と噴霧休止を繰り返すことである。
また、前記スプレーガンから金型にコーティング剤を塗布する際のスプレーガンと金型の所定距離は、１５０〜２００ｍｍとし、前記スプレーガンから金型表面に向けて吐出されるコーティング剤の吐出圧は、０．３５Ｍｐａにするとよい。
金型の温度や、間欠のタイミングや、コーティング剤の塗布距離や、塗布圧力を上記値にすることで、塗膜強度評価や磨耗度評価においてよりよい結果が得られることが判明している。

水ガラスをバインダーとするコーティング剤を金型表面に塗布するにあたり、予熱した金型に向けて間欠的にコーティング剤を散布することで、コーティング剤に含まれる水分の一部を蒸発させて粘弾性のある塗膜を形成することができ、剥離したり磨耗したりするのを抑制して耐久性の高い塗膜とすることができる。
この際、金型の温度や、間欠のタイミングや、コーティング剤の塗布距離や、塗布圧力を所定値にすることで、より耐久性のある塗膜にすることができる。

シリンダヘッド鋳造用金型の表面形状の一例を示す説明図である。 コーティング剤を塗布するスプレーガンに接続されるエア供給手段やコーティング剤供給手段の一例を示す説明図である。 本発明に係る塗布方法の一例を示し、（ａ）はスプレーノズルからの吐出状態、（ｂ）はコーティング層の上にコーティング層を上塗りしていく状態の説明図である。

本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係る鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法は、特に熟練者でなくても複雑な表面形状を有する金型表面に塗布するコーティング剤の膜厚を均一にすることができ、しかも、塗布したコーティング剤が金型から剥離したり、磨耗したりするのを抑制できるようにされ、金型を所定温度に予熱した後、間欠的にコーティング剤を塗布するようにし、この際、ロボット操作でも作業できることを特徴としている。

すなわち、図１に示すようなシリンダヘッド鋳造用の金型１表面は、凹凸形状が激しく、このような複雑形状の金型１表面にコーティング剤を均一に塗布するためには、従来であれば、前述のように熟練者が手作業によって塗装ガンを微妙に操作していたが、本願発明では、図２に示すようなスプレーガン２を不図示の多関節ロボットで把持し、自動的にコーティング剤を吹き付けることで、膜厚を均一にできるようにされている。

このスプレーガン２には、図２に示すように、エア供給手段としてのコンプレッサ３から送られる圧縮空気をノズル中心部に導いてコーティング剤を霧化させるための霧化エア回路４や、圧縮空気をノズルの外側周囲に導いてエアパターンを形成するためのパターンエア回路５や、コーティング剤を間欠的に噴出させるための作動制御エア回路６が接続されるとともに、コーティング剤供給手段としてのコーティング剤が貯留されるコーティングタンク７や、コーティング剤と空気とがダイヤフラムゴムで仕切られるダイヤフラムコーティングタンク８からエア圧によって送り込むためのコーティング剤供給回路９も接続されており、前記霧化エア回路４とパターンエア回路５によって、コーティング剤を広角で霧化して噴出できるようにされている。

そして、コーティングタンク７に貯留されるコーティング剤は、本発明の場合、珪酸（ＳｉＯ_２）などを基材とし、水ガラスをバインダーとするコーティング剤である。

以上のようなスプレーガン２を把持した多関節ロボットによる塗布方法について、図３に基づき説明する。

図３（ａ）に示すように、２００℃±２０℃に予熱された金型１表面から１５０〜２００ｍｍ離れた位置にスプレーガン２をセットし、広角で噴霧化した状態でコーティング剤を０．０３秒噴霧する。すると、１層目のコーティング層Ｃ₁が金型表面に塗着すると同時に、金型１の温度によってコーティング層Ｃ₁中のある程度の水分が蒸発する。

続いて、図３（ｂ）に示すように０．０３秒の間隔をあけて、１層目のコーティング層Ｃ₁の上に、コーティング剤を０．０３秒噴霧して２層目のコーティング層Ｃ_２を上塗りし、更に、０．０３秒の間隔をあけて、２層目のコーティング層Ｃ_２の上に、コーティング剤を噴霧して３層目のコーティング層Ｃ_３を上塗りし、このような上塗りを繰り返すことによって、合計０．１５〜０．２ｍｍの厚さの塗膜を形成する。

また、このとき、スプレーガン２は金型１表面に対して水平方向に移動させながらコーティング剤を噴霧するようにしており、この移動の速さは、金型１へのコーティング剤の塗着量が１００ｍｍ／秒程度になるようにしている。また、スプレーガン２からのコーティング剤の吐出圧は、０．３５Ｍｐａとしている。
このようにして形成された塗膜の鋳造後の磨耗を測定したところ、磨耗量は０．０２ｍｍであった。

次に、実験的に金型温度やスプレーガン２の吹き付け距離やコーティング剤の吐出圧や塗膜の厚みなどの条件を同一にし、間欠時間だけを０．０５秒、０．０７秒、間欠なしの連続吹き付けで塗布したところ、次表に示すように、いずれも鋳造後の磨耗量が大きくなった。

すなわち、間欠時間が０．０５秒であると、広角の場合の磨耗量は０．０５ｍｍであり、間欠時間が０．０７秒であると、広角の場合の磨耗量は０．０５２ｍｍであり、間欠なしの連続吹き付けの場合、広角の場合の磨耗量は０．０６４ｍｍであり、いずれも間欠時間０．０３秒のときより磨耗量が多かった。

これは、間欠時間を長くしたり、間欠なしの連続吹き付けの場合、金型表面に塗着されるコーティング層が厚くなるため、コーティング剤に含まれる水分が良好に蒸発しない上に２層目、３層目のコーティング剤が塗布されるため、コーティング膜が脆くなり、鋳造時に剥がれ易くなるものと考えられる。

また、霧化状態を広角でなく絞りにしたり、吹き付け距離を１５０〜２００ｍの範囲外にしたり、吐出圧を０．３５Ｍｐａ以外にしたり、金型の予熱温度を２００±２０℃の範囲外にした場合には、いずれも塗膜強度評価や塗膜磨耗度評価において、悪い結果となった。

以上のような要領で金型表面にコーティング剤を塗布するが、表面が凹凸の複雑な形状の場合、コーティング剤の間欠的な吐出のため比較的深さが浅い凹部の場合は、底までコーティング剤が届き易いが、深い凹部の場合は、該凹部に近づけて塗布すればより効果的である。

また、上記の条件でコーティング剤の金型１表面への塗布が完了すると、従来では焼結処理を行うことによりコーティング層を硬化して鋳造作業を行っていたが、本願においては焼結処理を行わないで鋳造作業に供することが好ましい。

すなわち、コーティング剤を金型１に塗布した後、コーティング層を硬化して耐久性を持たせるよう焼結処理すると、バインダーの水ガラスが水分を奪われて脆くなり、多数回の鋳造作業に耐えられなくなるが、本願のように適度の水分を蒸発させながらコーティング層を形成すると、シリカ表面に存在するシラノール基（珪素にＯＨが結合したもの）同士が密着して強固な膜を形成し、適度の粘性を有するとともに、鋳造時の溶湯がコーティング面を封止し、コーティング層からの水分蒸発を防止するため、コーティング層の金型への密着性が長く維持され、耐久性が向上する。

そして、コーティング剤の吹き付けを完了したスプレーガン２は、先端の詰まりを防止するために回路を切り換えて、水によって回路内や吐出口を洗浄し、作業を完了させる。
以上のような要領により、特に熟練者以外の人が塗布しても均一な膜厚で耐久性のあるコーティング層を形成できるようになった。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実施的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。例えば鋳造品等はシリンダヘッドに限られるものではない。

水ガラスをバインダーとするコーティング剤を金型表面に塗布するにあたり、均一な膜厚で磨耗度の少ないコーティング層を熟練度がなくても形成できるため、例えばアルミ溶湯などの鋳造品を鋳造する金型に有効である。

１…金型、２…スプレーガン、Ｃ_１…１層目のコーティング層、Ｃ_２…２層目のコーティング層、Ｃ_３…３層目のコーティング層。

Claims (5)

1. 鋳造作業を行う際、金型表面に水ガラスをバインダーとするコーティング剤を塗布する塗布方法であって、金型表面に向けてコーティング剤を塗布するためのスプレーガンに、コーティング剤を供給するためのコーティング剤供給手段と、コーティング剤を霧化して広角で吐出させるためのエア供給手段を接続する一方、金型を所定温度に予熱し、前記エア供給手段から送り込まれるエアによってコーティング剤を霧化し金型から所定距離離間した位置から間欠的に広角で吐出して金型表面に塗布し、焼結処理せずに金型の熱によって前記コーティング剤に含まれる水分の一部を蒸発させて粘弾性のある塗膜を形成することを特徴とする鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法。
2. 前記予熱された金型の温度は、２００±２０℃であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法。
3. 前記スプレーガンによって間欠的に吐出するコーティング剤の間欠時間は０．０３秒であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法。
4. 前記スプレーガンから金型にコーティング剤を塗布する際のスプレーガンと金型の所定距離は、１５０〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法。
5. 前記スプレーガンから金型表面に向けて吐出されるコーティング剤の吐出圧は、０．３５Ｍｐａであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の鋳造金型におけるコーティング剤の塗布方法。