JPWO2008123031A1 - 鋳造用油性離型剤、塗布方法及び静電塗布装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
(a)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0〜7.5質量%
(b)可溶化剤を0.3〜30質量%
2)本発明(第2の発明)の塗布方法は、上記1)に記載する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(第3の発明)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。
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。
(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。
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。
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16〜26及び比較例12〜19に使用した。
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−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。
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。
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。
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16〜26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−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。
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。
粘度測定はJIS−K−2283に準拠して測定した。
(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16〜26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(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。
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。
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13.3mm2/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-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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 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0〜7.5質量%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。
- 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。
- 請求項1に記載する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。
- 請求項2に記載する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。
- 請求項3もしくは4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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