JPH1177234A - 金型鋳造用離型剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼き付きカジリを効果的に抑制する金型鋳造
用離型剤を提供することを課題とする。 【解決手段】 金属溶湯が供給されるキャビティを区画
する金型の型面に塗布される金型鋳造用離型剤であっ
て、分散媒と、該分散媒中に分散保持された真球度が
１．１以下の真球無機粒子とを含むことを特徴とする。
真球無機粒子が金型と、凝固した鋳物との間に介在し、
ボールペアリングのボールのように機能して、金型と鋳
物との相対移動を容易にし、耐焼き付きカジリ性を発揮
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、ダイキャスト等の
金型のキャビティーを区画する型面に塗布される金型鋳
造用離型剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金型鋳造方法として、ダイキャスト鋳造
方法、低圧鋳造方法等多くの鋳造方法が知られている。
金型鋳造は、金属製の鋳型を用い、この鋳型のキャビテ
イに金属溶湯を注入、冷却凝固させて鋳物を製造するも
のである。金属溶湯が直接金型の型面に接触すると、冷
却凝固した鋳物が金型に焼き付き、鋳物を金型より離型
することが困難となる。そこで、キャビティーを区画す
る型面に離型剤を塗布し、金属溶湯が型面に焼き付くの
を抑制している。

【０００３】従来の金型鋳造用離型剤としては、鉱物
油、合成油、動植物油等で構成される潤滑油にグリー
ス、天然ワックス、合成ワックス等の高粘性潤滑油、シ
リコーンオイル、変成シリコーン、フッ素樹脂粉末等の
耐熱性潤滑剤、燐化合物、硫黄化合物等の極圧添加剤、
黒鉛、雲母、タルク、窒化硼素等の固体潤滑剤、界面活
性剤、水等からなるものが一般的に知られている。

【０００４】そして これらをダイカストの大型機や製
品形状・要求品質により、過酷な鋳造条件が必要とされ
る場合に離型剤に大きい負荷が作用し、鋳造不良として
主に焼き付け・カジリを起こしていた。これらの不良対
策として、耐熱性のある固体潤滑剤を配合して離型剤と
して用いていた。その固体潤滑剤には、偏平で層状結晶
構造を持つ黒鉛・窒化硼素・二硫化モリブデン・タルク
・雲母粉が用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の固体潤
滑剤は次のような問題があつた。 金型温度が高くなるに従って、金型に付着しにくく
なっていく。 繰り返しショットにより金型に堆積し、製品寸法が
変わったり・バリが飛びだす。このため鋳造を止めて金
型の堆積物を除去する作業を必要としていた。 固体潤滑剤は製品の表面にも転写する。外観を損な
うレベルの場合は薬品により表面洗浄をしていた。 金型温度が３５０℃以上になるような金型の部分で
は、これらの固体潤滑剤では焼き付き・カジリが止まら
なかった。 前記の堆積は、鋳造方案部にも溜まり、ガス抜き
のゲートを止めて湯回り・巣不良の原因になっていた。 スプレー塗布時に飛散をして、鋳造機や作業周辺に
堆積し、堆積したところがベタベタになり作業環境を悪
くしていた。ことに黒鉛は作業着に付着したら洗濯して
もとれない状態であった。 極度にきつくなった鋳造条件に対応するために、離
型剤を多くスプレー塗布したり、固体潤滑剤の添加量を
多くしていたので、余計に堆積を促進していた。

【０００６】本発明は前記した問題を解決する、焼き付
きカジリを効果的に抑制する金型鋳造用離型剤を提供す
ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は金型鋳造用離
型剤について研究を進めている過程で、偶然に焼き付き
カジリが起こりにくい離型剤を見つけた。そこでこの離
型剤についてその成分毎に耐焼き付き性を調べ、真球に
近い球状の無機粒子が耐焼き付きカジリに極めて高い効
果があることを確認し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明の金型鋳造用離型剤は、
金属溶湯が供給されるキャビティを区画する金型の型面
に塗布される金型鋳造用離型剤であって、分散媒と、該
分散媒中に分散保持された真球度が１．５以下の真球無
機粒子とを含むことを特徴とする。本発明の特色をなす
真球無機粒子が金型と、凝固した鋳物との間に介在し、
ボールペアリングのボールのように機能して、金型と鋳
物との相対移動を容易にし、耐焼き付きカジリ性を発揮
するものと考えられる。

【０００９】この真球無機粒子はその粒径が１０μｍ以
下であるのが好ましい。さらにはこの真球無機粒子の真
球度は１．１以下であるのが好ましい。真球無機粒子と
しては、セラミックス粒子を使用できる。分散媒として
は通常の潤滑油、高粘性潤滑油、水等が使用できる。特
に水を分散媒とするのが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の金型鋳造用離型剤は、分
散媒と、該分散媒中に分散保持された真球度が１．１以
下の真球無機粒子とを含むことを特徴とする。本発明の
離型剤の成分である分散媒は他の必須成分である真球無
機粒子を分散保持し、金型の型面に真球無機粒子を付着
させる作用をする。かかる観点から、この分散媒として
は従来の金型鋳造用離型剤をそのまま分散媒として採用
することができる。

【００１１】離型剤の成分の中で分散媒として機能する
のは基本的には液体である。従って、室温で液状の潤滑
油（油）、高粘性潤滑油（脂）、水およびアルコール、
有機酸、エステル等の低分子有機物が分散媒となること
ができる。また、高温で塗布する際に液体となる加熱に
より溶融する物質も分散媒とすることができる。具体的
には、潤滑油として知られている、鉱物油、合成油、動
植物油、高粘性潤滑油として知られている、グリース、
天然ワックス、合成ワックス、水、エチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール等の多価アルコール、脂肪
酸等を挙げることができる。

【００１２】真球無機粒子は真球度が１．５以下であ
る。粒径としては１０μｍ以下であるのが好ましい。さ
らに好ましくは、真球度は１．５以下で粒径が４μｍ以
下である。真球無機粒子が焼き付きカジリに効果がある
のは、金型と凝固した鋳物との間に介在する真球無機粒
子が”ころ”として働き、金型と鋳物との相対移動を容
易にするものと考えられる。なお、真球度とは最長径／
最短径をいい、真球度１．０は完全な球を意味する。

【００１３】真球無機粒子の表面は凹凸の少ない平滑な
程好ましい。粒子の表面が平滑な程、互いに滑る際に抵
抗が少ないことのためだと考えられる。無機粒子の化学
組成としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉの酸化物
あるいは窒化物が好ましい。かかる酸化物、窒化物は、
硬くかつ化学的に安定している。したがって使用中に割
れたり、変質したりする恐れが少ない。具体的な無機粒
子としてはシリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニ
ア、チタニア及びそれらの複合物などを挙げることがで
きる。

【００１４】本発明の金型鋳造用離型剤は、分散媒と真
球無機粒子以外に、従来より離型剤の成分として知られ
ているグリース、天然ワックス、合成ワックス等のワッ
クス、黒鉛、二硫化モリデブン、窒化ボロン、タルク、
雲母等の固体潤滑剤、極圧添加剤、湯切れ向上剤、消泡
剤、界面活性剤、熱安定剤、難燃剤等を必要に応じて配
合することができる。

【００１５】界面活性剤は真球無機粒子の分散性を高め
る機能を奏し、高級アルコール、ラウリルアルコール、
アルキルエーテル、硫酸ナトリウム等を採用できる。熱
安定剤は樹脂の熱的変化を抑制するものであり、錫化合
物（ジオクチル錫マレートなど）、高級脂肪酸塩（カル
シウムステアレート、亜鉛ステアレート、バリウムステ
アレートなど）、エポキシ化脂肪酸（エポキシ化大豆油
など）、亜燐酸エステル（亜燐酸トリフェニルなど）、
その他（鉛安定剤、アミノクロトン酸エステル、ピロリ
ドンカルボン酸亜鉛など）を採用できる。

【００１６】難燃剤は、樹脂に自己消炎性を与えるもの
であり、燐酸エステル（ＴＣＰトリクレジルなど）、ハ
ロゲン化燐酸エステル（トリスプロモクロロホスフェー
ト、トリスプロピルホスフェートなど）、ハロゲン化合
物（塩素化パラフィン、塩素化ポリエチレン、デクロラ
ンブラスなど）、反応性化合物（ヘット酸（クロルエン
ド酸）など）、含燐ポリオール（テトラプロモビスフェ
ノールなど）などを採用できる。

【００１７】本発明の金型鋳造用離型剤の全固形分を１
００重量％（以下％は特に他に明記されていない場合、
重量％を意味する。）としたとき、真球無機粒子は０．
５〜２０％であるのが好ましい。塗布は、スプレ噴霧や
刷毛塗り等の塗布手段を用い、金型のキャビティの型面
に塗布する。分散媒として使用した余分の水分、有機低
分子は、熱により速やかに蒸発し、真球無機粒子を含む
離型皮膜が形成される。

【００１８】（試験例）以下に各種の無機粒子に付いて
焼き付きカジリ試験を行なった。 （試験例１）鋳造用金型としては図１に要部断面を示す
金型１を使用した。この金型１は耐熱鋼（ＪＩＳ ＳＫ
Ｄ６１）で形成され、第１分割型１２と第２分割型１３
とで構成され、その合わせ面に金属溶湯が注入される容
積２５０ｃｍ³のキャビティ１０が形成されている。な
お、キャビティー１０の抜き勾配は２度とした。

【００１９】第１分割型１２には鋳造プランジャ装置３
が装備されている。鋳造プランジャ装置３は、金型１の
キャビティ１０にランナービスケット１１を介して連通
するスリーブ室３０を備えた耐熱鋼等で形成されたスリ
ーブ３１と、スリーブ室３０に往復動可能に嵌合された
プランジャチップ３２とを備えている。スリーブ３１は
給湯落下口３４をもつ。プランジャチップ３２は空圧ま
たは油圧で作動される。

【００２０】この金型１はダイキャスト装置の型締め装
置４に固定されている。この型締め装置４の押し出し板
４１と押し出しピン４２との間にはロードセル４５が配
置されており、押し出しピン４２に作用する押し出し力
を測定できるようになっている。鋳造試験は、各離型剤
毎にこの金型１、鋳造プランジャー装置３、型締め装置
４を持つダイキャスト装置で行われた。金型１の型温は
金型１内に埋め込まれた図示しない冷却コイルに送る冷
却水の量をコントロールすることにより、型温１５０℃
に設定した。金属溶湯としてはＪＩＳ ＡＤＣ１２組成
のアルミニウム合金を用い、溶湯温度を６７０℃とし
た。なお、型締め圧力３５０ｔｏｎ、射出速度０．８ｍ
／ｓとした。

【００２１】離型剤の塗布は口径１．３ｍｍの重力式、
平吹き式のエアーガンを用い、離型剤の固形分濃度を１
０００ｃｍ³あたり約１．３ｇとしたものを用い、エア
ー圧４ｋｇ／ｃｍ²でキャビティー１０を形成する金型
１の型面に吹き付けて塗布した。塗布量は平均して３２
ｃｍ³／ショットになった。離型抵抗は押し出し力とし
て測定し、捨て打ちを１０ショットし、その後の２０シ
ョットの平均の押し出し力を、試験した離型剤の焼き付
きカジリ性を評価する値とした。なお、評価は次のよう
にした。まず、◎は、得られた鋳物に焼き付き跡が認め
られずかつ金型にも溶湯が付着したＡｌの付着がないも
の、○は得られた鋳物に焼き付き跡は無いが金型に少し
のＡｌの付着があるもの、◇は少し焼き付き、カジリが
出ているが鋳物外観として合格できるもの、として評価
した。

【００２２】この試験例では、同一の離型剤Ａを用い、
この離型剤９５重量％（以下、特に断らない場合は、％
は重量％を意味する。）に評価すべき無機粒子を５％配
合し、その焼き付きカジリ性を調べた。このベース離型
剤Ａとしては、固形分で、シリコーン樹脂粉末；２３．
０８％、アクリル樹脂Ａ；２２．３０、エルカ酸アミ
ド；２７．７２、ステアリン酸カルシウムエマルジョ
ン；９．００、高分子量ポリエチレングリコール；１
７．７７、硼酸；０．０６％、硼砂；０．０３％、シリ
コーン消泡剤０．０６％、合計１００．０％とし、この
配合の物を水で１００倍に希釈して用いた。ここで、ア
クリル樹脂Ａは、分子量６，０００〜１０，０００のア
クリルポリマーを約２５％含むアクリルエマルジョンを
いう。

【００２３】焼き付きカジリの外観判定と離型抵抗の測
定結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】 ここで、非真球とは通常のランダム塊状粒子または塊状
粒子をいい、真球度が１．６以上のものをいう。また、
ここで使用した真球シリカの真球度は１．１であった。

【００２５】表１に示されるように、硬い非真球酸化物
粒子も軟らかい非真球酸化物粒子もベース離型剤に対し
て耐焼き付きカジリ性を改善する効果は認められなかっ
た。なお、（１）は３ショットで（２）は８ショットで
離型が出来なくなった。真球シリカは、焼き付きに効果
があるとともに最も小さい離型抵抗を示した。従って、
粒子の硬さの影響よりも、形状の影響の方が大きいこと
がわかる。

【００２６】なお、窒化物粒子でも同様の傾向を示し
た。 （試験例２）この試験例では、試験例１で焼き付き性お
よび離型抵抗が最も小さかった真球シリカの粒径による
影響を調べた。ベース離型剤としては、試験例１と同じ
離型剤Ａを用い、試験例１と同じ条件で鋳造した。

【００２７】焼き付きカジリの外観判定と離型抵抗の測
定結果を表２に示す。

【００２８】

【表２】 真球シリカの粒径が１０μｍの場合多少カジリが出て金
型に堆積状の白いものが付着した。粒径が４μｍ以下で
は細かくなるほど押し出し力が低下する傾向が有り、金
型に白い堆積状のものは出なかった。

【００２９】（試験例３）この試験例では、試験例２の
粒径１μｍ以下の真球シリカを用い、配合量による影響
を調べた。ベース離型剤としては、試験例１と同じ離型
剤Ａを用い、同じ鋳造条件で鋳造した。焼き付きカジリ
の外観判定と離型抵抗の測定結果を表３に示す。

【００３０】

【表３】 真球シリカを配合した場合、配合量が７．５％までは急
激に粒径抵抗が低下をするが、それ以上の配合では少し
しか低下をしない。配合量が２０％以上になると金型に
目視で白い堆積物が顕著になる。しかしこの白い堆積物
の膜厚を測定すると１μｍも出なかった。

【００３１】従来のタルクや黒鉛では配合量にもよる
が、量産に使用されている金型清掃直前の金型分割面の
堆積物は、８００〜１２００μｍの厚さに達する。 （試験例４）この試験例では、真球無機粒子の種類を変
えた場合の影響を調べた。真球無機粒子の配合量は７．
５％とした。ベース離型剤としては、試験例１と同じ離
型剤Ａを用いた。なお、型温としては試験例１と同じ１
５０℃と、型温を高めた４５０℃の場合の両条件でおこ
なつた。その他の鋳造条件は試験例１と同じにした。

【００３２】焼き付きカジリの外観判定と離型抵抗の測
定結果を表４に示す。

【００３３】

【表４】 （３）は９ショットで離型ができなくなった。

【００３４】真球酸化物の種類を変えても特に大きな変
化はなく、いずれも焼き付きカジリ性が良好で、押し出
し力も小さく良好である。しかし型温が４５０℃と高く
なると押し出し力が顕著に増加するのがわかる。 （試験例５）この試験例では、ベース離型剤を変えた場
合の影響を調べた。無機粒子としては、真球シリカを
７．５％配合したものと、真球シリカに代えてタルクを
７．５％配合したものを試験した。なお、型温は３５０
℃とした。

【００３５】ベース離型剤としては、試験例１で使用し
たベース離型剤Ａ、固形分でシリコンエマルジョン；２
９．１４％、前記アクリル樹脂Ａ；２９．４１％、ステ
アリン酸カルシウムエマルジョン；５．８８％、低分子
ポリエチレングリコール；５．８８％、パラフィンワッ
クスエマルジョン；２９．４１％からなるベース離型剤
Ｂ、変性シリコーンオイル；４．０％、油脂類；１５．
０％、合成油；７．５％、界面活性剤；７．５％、防錆
・防腐剤；１．０％、水；６５．０％の組成の市販離型
剤Ｃ、油脂類；１５．０％、鉱物油；５．５％、合成
油；７．５％、界面活性剤；５．５％、防錆・防腐剤；
１．０％、水；６５．５％の組成の市販離型剤Ｄを用い
た。

【００３６】焼き付きカジリの外観判定と離型抵抗の測
定結果を表５に示す。

【００３７】

【表５】 表５より、ベースとなる離型剤を代えても、真球シリカ
を配合すると押し出し力が大きく低下し、かつ焼き付き
カジリ性が向上するのがわかる。

【００３８】（試験例６）この試験例では、不良率が比
較的高いクランクケースカバーを鋳造する８００ｔｏｎ
ダイカスト機を用い、試験例６で用いた市販離型剤Ｃお
よび市販離型剤Ｄさらにベース離型剤Ｂの３種類の離型
剤のみの場合と、これら３種類の離型剤にそれぞれ真球
シリカを７．５％配合した３種類、合計６種類の離型剤
について、他の鋳造条件を同じにして２０００ショット
の量産比較をした。得られた２０００個のクランクケー
スを検査し、各離型剤毎の、湯回り不良、焼付カジリ不
良、加工巣、耐圧不良、合計不良率を求めた。結果を表
６に示す。

【００３９】

【表６】 表６より明らかなように、離型剤の種類に関わらず、真
球シリカを配合した全ての離型剤について不良率が大き
く低下した。不良原因で、真球シリカを配合することに
より大きく不良率が低下したものは、焼付きカジリ、加
工巣および耐圧不良であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】離型剤の評価に使用された金型と型締め装置の
要部を示す断面図である。

【符号の説明】

１は金型、１０はキャビティ、３は鋳造プランジャ装
置、３０はスリーブ室、３１はスリーブ、３２はプラン
ジャチップ、４は型締め装置、４２は押し出しピン、４
５はロードセルを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 郡市 政広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 土屋 詔一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 仙石 裕司 愛知県岡崎市橋目町字請地57番地１ (72)発明者 荒木 慎輔 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (72)発明者 石川 俊樹 愛知県刈谷市一里山町東石根36番地３ 三 和油化工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属溶湯が供給されるキャビティを区画
   する金型の型面に塗布される金型鋳造用離型剤であっ
   て、 分散媒と、該分散媒中に分散保持された真球度が１．５
   以下の真球無機粒子とを含むことを特徴とする金型鋳造
   用離型剤。
2. 【請求項２】 前記真球無機粒子はその粒径が１０μｍ
   以下である請求項１に記載の金型鋳造用離型剤。
3. 【請求項３】 前記真球無機粒子はセラミックス粒子で
   ある請求項１記載の金型鋳造用離型剤。
4. 【請求項４】 前記分散媒は水である請求項１に記載の
   金型鋳造用離型剤。