鋳造方法および鋳造金型用の水溶性離型剤
【課題】離型剤から発生するガスの量を低減させることができ、鋳造品へのガスの巻込みを低減させて鋳造品の品質の向上させ、更に金型の成形キャビティの成形型面からの鋳造品の離型性を向上させる鋳造方法および鋳造金型用の離型剤を提供する。
【解決手段】加熱された金型の成形キャビティの成形型面に液状の離型剤を塗布する工程と、離型剤が塗布された金型の成形キャビティにアルミニウム系またはマグネシウム系の溶湯を注入して固化させて鋳造品を形成する鋳造工程とを実施する。離型剤は、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とする。
【解決手段】加熱された金型の成形キャビティの成形型面に液状の離型剤を塗布する工程と、離型剤が塗布された金型の成形キャビティにアルミニウム系またはマグネシウム系の溶湯を注入して固化させて鋳造品を形成する鋳造工程とを実施する。離型剤は、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水溶性の離型剤を金型に成形キャビティの成形型面に塗布して鋳造する鋳造方法および鋳造金型用の水溶性離型剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造等の金型鋳造では、一般的には、鋳造品を取出した後における金型の成形キャビティの成形型面に水溶性の離型剤が塗布される。金型は離型剤の塗布により、金型の成形キャビティの成形型面は冷却される。また、金型の成形キャビティの成形型面に離型剤の膜を形成することで、次回の溶湯鋳込み時に、金型の成形キャビティの成形型面と鋳造品とが張り付くことが抑制される。これにより鋳造品に焼付きやかじり、ひずみ等の問題がない健全な状態で、金型の成形キャビティから鋳造品を離型させることができる。
【０００３】
しかしながら離型剤は上記した利点をもつものの、離型剤の膜は、溶湯の熱と反応し、かなりのガスを発生する。このため離型剤から発生したガスが溶湯に巻き込まれ、鋳造品の品質に影響を与えるおそれがある。
【０００４】
離型剤としては、一般的なオイル系→ワックス系→シリコーンオイル系に順に変遷している。現在使用されているシリコーンオイル系の離型剤は、一般的なオイル系、ワックス系に比較して、離型剤から発生するガスの量がかなり減少している。しかしながら、近年、鋳造品の品質への要求がますます厳しくなっているため、離型剤から発生するガス量を更に低減させることが強く要望されている。
【０００５】
そこで、特許文献１に示すように、溶湯の金属よりもイオン化傾向が高い金属（例えばナトリウム、カルシウムなど）をもつ水溶性無機塩を水性媒体に溶解せしめ、ＰＨ値を１０以上とした離型剤が開発されている。これによれば、離型剤から発生するガス量を低減できると共に、スプレー噴霧するとき、周辺機器の腐食も防止できる利点をもつ。
【特許文献１】特開2002−178122号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記した離型剤においても、ガス量を充分に低減させ鋳造品の品質を向上させるには限界がある。更に、水溶性離型剤の塗布方法には十分注意が必要であり、従来の一般的な水溶性の離型剤塗布方法では使いこなすことが難しいという難点がある。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、従来の水溶性の離型剤で用いられていた塗布方法（スプレー塗布など）を使用することができ、更に、離型剤からの発生するガスの発生量を低減させることができ、離型剤から発生するガスが鋳造品に巻き込むことを低減させることで、鋳造品の品質の向上を図ることができ、更にまた、金型の成形キャビティの成形型面からの鋳造品の離型性を向上させることができる鋳造方法および鋳造金型用の水溶性離型剤を提供することを課題とするにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記した課題を達成するためにアルミニウム系またはマグネシウム系の鋳造方法に用いられる離型剤について鋭意開発を進めている。そして、本発明者は、現在使用されているシリコーンオイル系の水溶性の離型剤のガス発生メカニズムと金型温度との関係に着目した。図１の特性線Ｄは、シリコーンオイル系の離型剤の熱分解の特性を示す。シリコーンオイル系の離型剤によれば、図１の特性線Ｄに示すように、離型剤が１００℃から昇温されるとき、離型剤は約４００℃付近で急激な熱分解をおこし、約５５０℃で熱分解はほば終了する。
【０００９】
ここで、溶湯が金型に注湯されたとき、金型の表面の温度が約６００℃になると仮定する。図１の特性線Ｄによれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、６００℃において金型の成形キャビティの成形型面に残る離型剤の残差としては、約１５％前後（図１のΔＸ１にほぼ相当）であり、少ないものである。これでは、金型から鋳造品を離型させる離型性の向上には限界がある。
【００１０】
更に、ダイカスト鋳造時の金型温度をみると、離型剤を塗布した後の金型温度は一般的には約１５０〜２５０℃前後であることが多い。単位時間当たりの注湯回数が多いときには、離型剤を塗布した後の金型温度は更に昇温する。このとき、金型の成形キャビティの成形型面に塗布された離型剤に含まれている水分は、金型の熱により飛んでいるものの、離型剤に含まれている有機分のかなりの部分は未だ熱分解していない状態であることに本発明者は着目した。そして、離型剤に含まれている有機分の大部分が熱分解していない状態で、金型は型締めされ、高温の溶湯が金型の成形キャビティに注入される。このため、金型の成形キャビティの成形型面に塗布された離型剤の膜は、鋳込み時に高温の溶湯と反応してガスを発生させる。
【００１１】
ここで、図１の特性線Ｄによれば、仮に、金型に離型剤が塗布されときの温度を３００℃とし、溶湯鋳込みの後の温度を６００℃とすると、離型剤が３００℃から６００℃に昇温されることになり、この場合、質量比で約８０％（図１のΔＸ２にほぼ相当）が溶湯の熱によりガス化し、そのガスが溶湯中に巻き込まれるおそれがあると想定される。
【００１２】
そこで、本発明者は、第１に、図１の矢印α１に示すように特性線Ｄを高温側から低温側に移行させれば、離型剤を塗布した状態の金型温度において離型剤の有機分（ガス化の要因となる）の熱分解をほとんど終了させ易いこと、第２に、図１の矢印α２に示すように特性線Ｄを底上げすれば、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面において金型の熱により熱分解した後においても、離型剤の残差量（離型性向上に寄与）をできるだけ増加させることを設計目標とし、以上の２点を考慮して、本発明に係る離型剤を開発した。
【００１３】
即ち、様相１の本発明に係る鋳造方法は、加熱された金型の成形キャビティの成形型面に液状の水溶性の離型剤を塗布する工程と、離型剤が塗布された金型の成形キャビティにアルミニウム系またはマグネシウム系の溶湯を注入して固化させて鋳造品を形成する鋳造工程と、金型から鋳造品を離型させる離型工程とを順に実施する鋳造方法において、離型剤は、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とするものである。
【００１４】
様相２の本発明に係る鋳造金型用の水溶性離型剤は、金型の成形キャビティの成形型面に塗布される水溶性の離型剤において、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る離型剤はエマルジョン型であるため、長い間放置したとしても、シリコーンレジンの沈降が少ないかほとんどない。このためシリコーンオイル系の水溶性離型剤で用いられている塗布方法（スプレー塗布など）を使用することができる。
【００１６】
本発明に係る離型剤の主要成分であるシリコーンレジンにおいては、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合の架橋度がシリコーンオイルに比較して高いため、金型の成形キャビティの型面に塗布された離型剤の膜の強化に有利である。
【００１７】
更に、本発明に係る離型剤の主要成分であるシリコーンレジンは、同一質量であれば、シリコーンオイルに比較して無機分の割合が相対的に多く、有機分の割合が相対的に少ない。従って、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布した状態において、離型剤の有機分の大部分は、溶湯の注湯前の段階で金型の熱により熱分解することができる。このため、金型に塗布された離型剤と溶湯とが反応して発生するガスの量をかなり低下させることができる。これにより鋳造品に巻き込まれるガス量が低減され、鋳造品のガス欠陥が抑えられる。
【００１８】
更に、本発明に係る離型剤の主要成分であるシリコーンレジンは、同一質量であれば、シリコーンオイルに比較し、無機分の割合が相対的に多い。このため、溶湯と離型剤とが反応した後においても、シリコーンオイルに比較して離型剤の残差が相対的に多い。従って、金型の成形キャビティの成形型面から鋳造品を離型させるとき、鋳造品の離型性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る離型剤は水溶性であり、シリコーンオイル系の水溶性離型剤で用いられている塗布方法（スプレー塗布など）において使用することができる。更に、本発明に係る離型剤から発生するガスの発生量を低減させることができ、離型剤から発生するガスが鋳造品に巻き込まれることを低減させることができる。これにより鋳造品の品質の向上を図ることができる。また、本発明に係る水溶性離型剤に含まれている無機分の割合が相対的に多いため、鋳造品を金型の成形キャビティの成形型面から離型させるとき、鋳造品の離型性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の離型剤は水溶性のエマルジョン型であり、従来と同じ水溶性の離型剤を塗布する塗布方法（例えばスプレー塗布）をそのまま使用することができる。
【００２１】
離型剤に含まれている有機分は、離型剤の濡れ性やすべり性を改善させることで、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面の細部まで行きわたらせる働きをするが、熱分解してガス化する傾向をもつ。本発明の離型剤は、従来のシリコーンオイル系の離型剤に比較して、無機分が相対的に多く、有機分が相対的に少ない。従って離型剤から発生するガス量を低減させるのに有効である。
【００２２】
本発明に係る離型剤の好ましい形態によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量は１５〜４０％である。この場合、質量の減少量は１５％以上、２０％以上、３０％以上にできる。ここで、３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量が多いことは、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布した状態において、離型剤に含まれている有機分が金型の熱によりガス化しており、この結果、溶湯と離型剤とが接触するとき、溶湯の熱により離型剤から発生するガスの量が少ないことを意味する。
【００２３】
本発明に係る離型剤の好ましい形態によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量は５０％以上である。この場合、質量の残差量は５５％以上、６０％以上にできる。ここで、６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量が多いことは、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に残差として残り易く、鋳造品の離型性を向上させることを意味する。従って、質量の残差量は５５％以上、６０％以上、６５％以上とすることができる。ここで、１００℃に保持して離型剤の水分を蒸発させて除去するにあたり、離型剤の重量が２ｇのとき、離型剤を１００℃に３０〜６０分間加熱保持することにより行い得る。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例を具体的に説明する。表１に示す配合比により、主成分であるシリコーンレジンを含有するエマルジョンと、従来のシリコーンオイル系の離型剤１，２，３と水と防腐剤とをそれぞれ少量混合することにより、本実施例に係るシリコーンレジン系の離型剤Ａ、離型剤Ｂ、離型剤Ｃ、即ち、３種類のエマルジョン型の離型剤を調製した。離型剤Ａ、Ｂ、Ｃはエマルジョン型であるため、長い間放置したとしても、シリコーンレジンの沈降が少ないかほとんどない。このためシリコーンオイル系の水溶性離型剤で用いられている塗布方法である（スプレー塗布をそのまま使用することができる。
【００２５】
離型剤１は、分子量が５５００〜７５００の比較的低分子の化合物を含む。離型剤２は分子量が８５００〜１２５００の化合物を含む。離型剤３は、分子量が１２５００〜１６５００の比較的高分子の化合物を含む。離型剤３，２，１の順に熱分解速度が早くなる。なお離型剤１〜３に界面活性剤が含まれている。
【００２６】
ここで、シリコーンレジンを含有するエマルジョンと、従来から使用されているシリコーンオイル系の離型剤１，２，３とを混合している主な理由としては、離型剤としての潤滑性能を向上し、鋳造品を離型する際の鋳造品と金型の摺動部分のカジリを抑えるためである。
【００２７】
シリコーンオイルの化学構造式を化１および化２に示す。シリコーンレジンの化学構造式を化３に示す。各化学構造式において、○で囲んでいる部分は有機分であり、溶湯の熱によりガス化し易い部分と考えられる。シリコーンオイルによれば、ケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を有する直鎖の骨格に、有機分であるαメチルスチレン付加物、アルキル基およびメチル基がついている。これに対してシリコーンレジンによれば、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を有する骨格が交差するように架橋した形とされており、シリコンのところどころにメチル基（−ＣＨ3）がついている。シリコーンレジンによれば、シリコーンオイルに比較して架橋度が高いという特徴、有機分の割合が相対的に少なくなっており、ガス化する割合が少ないという特徴を有する。
【００２８】
【化１】
【００２９】
【化２】
【００３０】
【化３】
【００３１】
【表１】
【００３２】
本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃを次のように試験した。まず、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄについて熱分解性を熱重量分析により試験した。従来の水溶性の離型剤Ｄは比較例にほぼ相当するものであり、従来から使用されているシリコーンオイル系の水溶性の離型剤とした。熱重量分析においては、先ず、アルミ皿にて離型剤の水分を除去し、有効成分を熱重量分析装置（理学電機株式会社，型式ＴＡＳ１００）にて測定した。即ち、この試験では、熱重量分析装置を用い、容器（材質：アルミ系）に収容した各離型剤（２ｇ）を１００℃に３０〜６０分間加熱保持して水分を除去し、その後、１５ｍｇの有効成分を白金の容器に入れ、１００℃から８００℃付近まで加熱して離型剤の減量を評価した。試験結果を図２に示す。図２において、特性線Ａは離型剤Ａに相当し、特性線Ｂは離型剤Ｂに相当し、特性線Ｃは離型剤Ｃに相当し、特性線Ｄは離型剤Ｄに相当する。
【００３３】
更に説明を加える。従来から使用されているシリコーンオイル系の離型剤によれば、図２の特性線Ｄに示すように、熱分解は約２５０℃のβ１から始まり、４００〜５５０℃との間において急激な熱分解を起こして減量する減量低下領域が存在しており、７００〜８００℃において熱分解がほぼ終了し、約１５％前後の残査（図２のΔＸ１にほぼ相当）が生じる。この場合、離型剤が溶湯の熱により熱分解してガス化する量は、ΔＸ２（３００〜６００℃までの減量）にほぼ相当すると考えられる。従って、離型剤Ｄによれば、熱分解性を示す特性線Ｄの傾きが最も大きい部位は４００〜５００℃に存在する。
【００３４】
これに対して図２の特性線Ａ、Ｂ、Ｃに示すように、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、熱分解は、離型剤を塗布した後の金型温度である約２００℃前後から熱分解が始まり、３００℃においてかなりの量が熱分解して既にガス化する。殊に、本実施例の離型剤Ａによれば、３００℃において図２に示すΔＹ４にほぼ相当する量（約２８〜３０％）が熱分解してガス化する。従って、離型剤Ｄによれば、これの熱分解性を示す特性線Ｄの傾きが最も大きい部位β２は４５０〜５００℃内に存在する。これは金型の成形キャビティに注湯された溶湯の熱により、離型剤Ｄが熱分解してガス化される量が多いことを意味する。
【００３５】
また、図２の特性線Ａ、Ｂ、Ｃに示すように、金型の温度が６００℃（溶湯を注湯したときの金型の表面温度にほぼ相当する）においては、質量比で、約６０％の残査（ΔＹ１にほぼ相当）が生じる。この場合、離型剤Ａによれば、金型に塗布された離型剤が３００℃から６００℃に昇温されるにあたり熱分解してガス化する量は、ΔＹ２程度にほぼ相当すると考えられ、ΔＸ２に比較して極めて少ない。離型剤Ｂ，Ｃについても同様であり、３００℃から６００℃に昇温されるにあたり溶湯の熱により熱分解してガス化する量はかなり少ない。
【００３６】
また、熱分解性を示す図２の特性線Ａ、Ｂ、Ｃから理解できるように、本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、４００〜５５０℃との間において急激な熱分解を起こす減量低下領域は存在しておらず、特性線Ａ、Ｂ、Ｃの傾きが最も大きい部位は２００〜３００℃に存在する。
【００３７】
このような図２に示す結果により、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、次の（１）（２）の効果が得られる。
【００３８】
（１）離型剤Ａ、Ｂ、Ｃを金型の成形キャビティの成形型面に塗布した後、金型温度において離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの有機分の熱分解の大部分が終了する。このため、金型に溶湯を注湯したとき、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃが溶湯と反応して発生するガスの量は少ない。このため鋳造品へのガスの巻き込みが抑えられる。
【００３９】
（２）金型に塗布した離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの有機分の熱分解が終了した後、６００℃以上の高温に加熱されたしても、即ち、高温の溶湯と接触したとしても、金型の成形キャビティの成形型面に残っている離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの残差量（ΔＹ１にほぼ相当）を増加させることができる。このように残差量（ΔＹ１にほぼ相当）を増加させることができるので、金型の成形キャビティの成形型面からの鋳造品の離型性が向上する。
【００４０】
すなわち、従来の離型剤Ｄによれば、１００℃に保持したときにおける離型剤の質量を１００％とするとき、質量の約８０％（ΔＸ２にほぼ相当）が金型に注湯された溶湯の熱により熱分解してガス化する。そのガスは、鋳造品内に巻き込まれてしまうおそれが高い。更に、従来の離型剤Ｄによれば、注湯後の離型剤の残差量は約１５％（ΔＸ１にほぼ相当）と少なく、高い離型性を得るためには限界がある。
【００４１】
これに対して本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、１００℃に保持したときにおける離型剤の質量を１００％とするとき、金型の成形キャビティに注湯された溶湯により熱分解する量は、熱分解前の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの質量のうち約２０〜３０％以内であり、高温の溶湯が金型に注湯されたとしても、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの質量の約５０％以上が金型の成形キャビティの成形型面に残差として残ることを意味する。これにより本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、残差量が多く、鋳造品を金型の成形キャビティの成形型面から離型させる離型性が向上する。
【００４２】
図２によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量としては、離型剤Ｄは約４％と少ない。しかし離型剤Ａは約２８％で離型剤Ｄの７倍であり、離型剤Ｂは約２１％で離型剤Ｄの約５．３倍であり、離型剤Ｃは約１５％で離型剤Ｄの約３．８倍である。
【００４３】
また図２によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量としては、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは約６０〜６２％であり、離型剤Ｄの約４倍である。
【００４４】
次に、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃと従来の離型剤Ｄとにおいて、無機分と有機分との成分割合（熱分解前の成分割合）を求めた。この場合、成分割合を化学式から演算で求めた。成分割合を図３に示す。図３の縦軸は成分割合の質量比を示す。図３に示すように、従来の離型剤Ｄによれば、無機分：有機分の比率が１：７であり、離型性に貢献する無機分の割合が少ない。これに対して、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、無機分：有機分の比率が質量比で基本的には７：５となっており、離型性に貢献する無機分の割合が相対的に多い。このように本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、無機分が相対的に増加しているため、離型性の向上の効果が期待でき、更に、離型剤に含まれる有機分が減少しているため、高温の溶湯と反応して離型剤から発生するガス量を低減させる効果が期待できる。
【００４５】
更に、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄの４種類について、１）付着量評価、２）冷却性評価、３）蒸発性評価、４）離型抵抗評価、５）離型抵抗評価で用いた試験片におけるガスの発生状態について、それぞれ試験した。それぞれの試験方法は以下のとおりである。
【００４６】
１）付着量評価…所定温度（１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃）に加熱した鉄板（厚み１．５ミリメートル）に離型剤を６秒間スプレー塗布した。その後、離型剤を塗布した後の鉄板重量と離型剤を塗布する前の鉄板重量との差を求め、差により、離型剤の付着量を評価した。一般的には、鉄板の温度が所定温度域よりも高温であれば、離型剤は付着しにくいので、付着性の評価は鉄板の温度を考慮して評価した。例えば付着量１．７ｇであっても、３００℃では△であるが、３５０℃では○として評価した。付着量が多い程、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に付着し易く、離型剤の付着性が良好であることを意味する。
【００４７】
２）冷却性評価…所定温度（３５０℃）に加熱した鉄板（厚み２０ミリメートル）に離型剤を３０秒間スプレー塗布した。そして塗布による鉄板温度の降下を測定した。これにより金型の冷却性を評価した。
【００４８】
３）蒸発試験…離型剤の蒸発温度については、加熱したすりばち状の鉄板（厚み２０ミリメートル）に離型剤を２cｃ滴下し、離型剤の液滴が玉状になる（ライデンフロスト）温度を測定した。蒸発温度が２６０℃であることは、２６０℃以上で液滴が玉状になり、２６０℃未満では液滴が玉状でなく膜状になることを意味する。また、蒸発時間については、１３０℃に加熱したすりばち状の鉄板（厚み２０ミリメートル）に離型剤を２cｃ滴下し、それが蒸発するまでの時間を測定した。蒸発時間が短いと、金型の成形キャビティの成形型面に離型剤を塗布するとき、成形型面における水残りが少なく、鋳造品の水欠陥が発生しにくいことになる。
【００４９】
４）離型抵抗評価…ルブ（Lub）テスターによる離型剤の離型抵抗を評価した。この場合、温度２５０℃および３５０℃の鉄板（厚み３０ミリメートル）に離型剤を塗布し、離型剤を塗布した鉄板にリング体（内径：６０ミリメートル、高さ：５０ミリメートル，材質：ＳＳ４００）で区画された空間に、アルミニウム合金系の溶湯を注湯して固化させ、試験片を形成した。その後、リング体を鉄板に沿って移動させるときの摺動荷重で鋳造品の離型抵抗を評価した。摺動荷重が小さい程、離型抵抗が少なく、離型性が高いことになる。
【００５０】
５）試験片におけるガス発生状態…ラブ（Lub）テスターの試験片のうち、鉄板に塗布した離型剤に接触する試験片の表面におけるガスの発生状態を評価した。
【００５１】
【表２】
【００５２】
試験結果を表２に示す。表２に示すように、従来の離型剤Ｄによれば、１５０〜２００℃では付着性が良好であるものの、３００℃を越える高温においては付着量は良好ではなかった。このように付着量が良好でないため、離型抵抗も大きく、離型性が良好ではなかった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、従来の離型剤Ｄに比較して離型剤の付着量および離型抵抗において優位な結果を示し、２５０℃、３００℃、３５０℃において離型剤の付着量は良好であり、離型抵抗も良好であった。
【００５３】
更に、離型剤による金型の冷却性については、従来の離型剤Ｄによれば、鉄板は２０８℃までしか冷却されず、金型の冷却性の評価は×であった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、鉄板は１４５〜１５５℃の範囲に冷却されており、金型の冷却性は良好であった。殊に、離型剤Ｃによれば、鉄板は１４５．４℃に冷却されており、金型の冷却性は最も良好であった。
【００５４】
更に、離型剤の蒸発性については、従来の離型剤Ｄによれば、蒸発温度が２２０℃であり、離型剤の液適が玉状となり易かった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、蒸発温度は２５０〜２６０℃であり、離型剤の液適は玉状になりにくいものであった。殊に、離型剤Ｂ、Ｃによれば、玉状になりにくい性質を有している。このように離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは、従来の離型剤Ｄに比較して玉状になりにくい性質をもつ。ここで、金型の成形キャビティの成形型面は一般的には上下方向に沿っているため、離型剤が玉状になると、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に堆積されにくいことを意味する。従って蒸発温度が高いことは、金型の成形型面が高温でなければ、離型剤が玉状になりにくいことを意味する。このように離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは玉状になりにくい性質をもつため、金型が高温であっても、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に堆積され易い。
【００５５】
また、従来の離型剤Ｄによれば、蒸発時間が３６秒であり、長かった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、蒸発時間が１９〜２６秒であり、かなり短かった。蒸発時間が短いことは、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布するとき、離型剤の水分が金型の熱で蒸発し、結果として水分に起因する鋳造結果が発生しにくいことを意味する。このように本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布するとき、離型剤の水分が金型の熱で蒸発し、水残りが発生しにくいことを意味する。また試験片におけるガス発生状況については、従来の離型剤Ｄの評価は×であったものの、本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの評価はいずれも◎であり、格段に良い結果となっていた。この意味においても離型剤Ａ、Ｂ、Ｃから発生するガス量は少ない。
【００５６】
更に、ダイカスト鋳造機を用い、金型（材質：ＳＫＤ−６１）の成形キャビティに溶湯を実際にダイカスト鋳造する実機試験を行った。この場合、1）金型温度、2）鋳造品内ガス量について試験した。試験は３５０tダイカスト機を用い、図４（Ａ）（Ｂ）に示す形状の金型で形成されている試験型の成形キャビティ（単位ｍｍ）に、アルミニウム合金の溶湯（６９０℃，材質ＡＤＣ−１２）を注湯することによりダイカスト鋳造した。図４（Ａ）は金型の側面図を示し、（Ｂ）は断面図を示す。離型剤としては上記した実験と同様に、本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄを用いた。そして、金型温度、鋳造した試験片における鋳造品内ガス量を測定した。鋳造品内ガス量の合計は、鋳造品１００グラム当たりのガス体積（cc）で求めた。この場合、高真空中において試験片を溶解して真空度を低下させ、真空度の低下により鋳造品内ガス量の合計を求めた。Ｎ2除去後のガス量については、採取した鋳造品内ガスからガスクロマトグラフィによりＮ2量を除去して求めた。Ｎ2量は、成形キャビティの空気が巻き込まれた量にほぼほぼ相当すると考えられる。このため、Ｎ2除去後の鋳造品内ガス量は、金型に塗布した離型剤の熱分解により生成したガスが鋳造品内部に巻き込まれたガス量にほぼ相当すると考えられる。
【００５７】
【表３】
【００５８】
実鋳造における評価結果を表３に示す。金型温度については、鋳造品取り出し後では、Ｄ＞Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係となっており、離型剤Ａ，Ｂ，Ｃは金型温度を低くできる。また、離型剤を塗布した後の金型温度についても、離型剤Ａ，Ｂ，Ｃはいずれも良好であった。これにより離型剤Ａ、Ｂ、Ｃが金型を冷却する能力があることがわかる。特に、離型剤Ｃが最も金型を冷却する能力があることがわかる。また鋳造品内ガス量については、Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃの関係となっており、従来の離型剤Ｄが最も多く、離型剤Ｃが最も少ない結果であった。
【００５９】
以上の実機での試験結果により、シリコーンレジンを主成分とする本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは、従来使用されているシリコーンオイル系の離型剤(離型剤Ｄ)に比較して、離型剤から発生するガスの量をかなり低減させる効果があることがわかる。すなわち、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは、ダイカスト鋳造品等の金型鋳造においてガス巻込み巣を低減することが可能であり、鋳造品の品質を向上させることができる。特に、離型剤Ｃについては、従来のシリコーンオイル系の離型剤と比較して、金型の冷却能力が最も向上していることから、単位時間内における注湯回数を増加させることができ、ダイカスト鋳造等の金型鋳造の生産性を向上させることが可能である。
【００６０】
上記した実施例はアルミニウム系の溶湯を注湯する鋳造方法に適用しているが、これに限らず、マグネシウム系の溶湯を注湯する鋳造方法に適用することにしても良い。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明はアルミニウム系またはマグネシウム系のダイカスト鋳造等の金型鋳造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】シリコーンオイル系の離型剤の熱分解性および本発明に係る離型剤の設計思想を示すグラフである。
【図２】実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄの熱分解性を示すグラフである。
【図３】実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄの無機分および有機 分の割合を示すグラフである。
【図４】（Ａ）（Ｂ）ダイカスト鋳造機を用いて試験したときにおける金型のサイズを示す構成図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は水溶性の離型剤を金型に成形キャビティの成形型面に塗布して鋳造する鋳造方法および鋳造金型用の水溶性離型剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造等の金型鋳造では、一般的には、鋳造品を取出した後における金型の成形キャビティの成形型面に水溶性の離型剤が塗布される。金型は離型剤の塗布により、金型の成形キャビティの成形型面は冷却される。また、金型の成形キャビティの成形型面に離型剤の膜を形成することで、次回の溶湯鋳込み時に、金型の成形キャビティの成形型面と鋳造品とが張り付くことが抑制される。これにより鋳造品に焼付きやかじり、ひずみ等の問題がない健全な状態で、金型の成形キャビティから鋳造品を離型させることができる。
【０００３】
しかしながら離型剤は上記した利点をもつものの、離型剤の膜は、溶湯の熱と反応し、かなりのガスを発生する。このため離型剤から発生したガスが溶湯に巻き込まれ、鋳造品の品質に影響を与えるおそれがある。
【０００４】
離型剤としては、一般的なオイル系→ワックス系→シリコーンオイル系に順に変遷している。現在使用されているシリコーンオイル系の離型剤は、一般的なオイル系、ワックス系に比較して、離型剤から発生するガスの量がかなり減少している。しかしながら、近年、鋳造品の品質への要求がますます厳しくなっているため、離型剤から発生するガス量を更に低減させることが強く要望されている。
【０００５】
そこで、特許文献１に示すように、溶湯の金属よりもイオン化傾向が高い金属（例えばナトリウム、カルシウムなど）をもつ水溶性無機塩を水性媒体に溶解せしめ、ＰＨ値を１０以上とした離型剤が開発されている。これによれば、離型剤から発生するガス量を低減できると共に、スプレー噴霧するとき、周辺機器の腐食も防止できる利点をもつ。
【特許文献１】特開2002−178122号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記した離型剤においても、ガス量を充分に低減させ鋳造品の品質を向上させるには限界がある。更に、水溶性離型剤の塗布方法には十分注意が必要であり、従来の一般的な水溶性の離型剤塗布方法では使いこなすことが難しいという難点がある。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、従来の水溶性の離型剤で用いられていた塗布方法（スプレー塗布など）を使用することができ、更に、離型剤からの発生するガスの発生量を低減させることができ、離型剤から発生するガスが鋳造品に巻き込むことを低減させることで、鋳造品の品質の向上を図ることができ、更にまた、金型の成形キャビティの成形型面からの鋳造品の離型性を向上させることができる鋳造方法および鋳造金型用の水溶性離型剤を提供することを課題とするにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記した課題を達成するためにアルミニウム系またはマグネシウム系の鋳造方法に用いられる離型剤について鋭意開発を進めている。そして、本発明者は、現在使用されているシリコーンオイル系の水溶性の離型剤のガス発生メカニズムと金型温度との関係に着目した。図１の特性線Ｄは、シリコーンオイル系の離型剤の熱分解の特性を示す。シリコーンオイル系の離型剤によれば、図１の特性線Ｄに示すように、離型剤が１００℃から昇温されるとき、離型剤は約４００℃付近で急激な熱分解をおこし、約５５０℃で熱分解はほば終了する。
【０００９】
ここで、溶湯が金型に注湯されたとき、金型の表面の温度が約６００℃になると仮定する。図１の特性線Ｄによれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、６００℃において金型の成形キャビティの成形型面に残る離型剤の残差としては、約１５％前後（図１のΔＸ１にほぼ相当）であり、少ないものである。これでは、金型から鋳造品を離型させる離型性の向上には限界がある。
【００１０】
更に、ダイカスト鋳造時の金型温度をみると、離型剤を塗布した後の金型温度は一般的には約１５０〜２５０℃前後であることが多い。単位時間当たりの注湯回数が多いときには、離型剤を塗布した後の金型温度は更に昇温する。このとき、金型の成形キャビティの成形型面に塗布された離型剤に含まれている水分は、金型の熱により飛んでいるものの、離型剤に含まれている有機分のかなりの部分は未だ熱分解していない状態であることに本発明者は着目した。そして、離型剤に含まれている有機分の大部分が熱分解していない状態で、金型は型締めされ、高温の溶湯が金型の成形キャビティに注入される。このため、金型の成形キャビティの成形型面に塗布された離型剤の膜は、鋳込み時に高温の溶湯と反応してガスを発生させる。
【００１１】
ここで、図１の特性線Ｄによれば、仮に、金型に離型剤が塗布されときの温度を３００℃とし、溶湯鋳込みの後の温度を６００℃とすると、離型剤が３００℃から６００℃に昇温されることになり、この場合、質量比で約８０％（図１のΔＸ２にほぼ相当）が溶湯の熱によりガス化し、そのガスが溶湯中に巻き込まれるおそれがあると想定される。
【００１２】
そこで、本発明者は、第１に、図１の矢印α１に示すように特性線Ｄを高温側から低温側に移行させれば、離型剤を塗布した状態の金型温度において離型剤の有機分（ガス化の要因となる）の熱分解をほとんど終了させ易いこと、第２に、図１の矢印α２に示すように特性線Ｄを底上げすれば、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面において金型の熱により熱分解した後においても、離型剤の残差量（離型性向上に寄与）をできるだけ増加させることを設計目標とし、以上の２点を考慮して、本発明に係る離型剤を開発した。
【００１３】
即ち、様相１の本発明に係る鋳造方法は、加熱された金型の成形キャビティの成形型面に液状の水溶性の離型剤を塗布する工程と、離型剤が塗布された金型の成形キャビティにアルミニウム系またはマグネシウム系の溶湯を注入して固化させて鋳造品を形成する鋳造工程と、金型から鋳造品を離型させる離型工程とを順に実施する鋳造方法において、離型剤は、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とするものである。
【００１４】
様相２の本発明に係る鋳造金型用の水溶性離型剤は、金型の成形キャビティの成形型面に塗布される水溶性の離型剤において、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る離型剤はエマルジョン型であるため、長い間放置したとしても、シリコーンレジンの沈降が少ないかほとんどない。このためシリコーンオイル系の水溶性離型剤で用いられている塗布方法（スプレー塗布など）を使用することができる。
【００１６】
本発明に係る離型剤の主要成分であるシリコーンレジンにおいては、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合の架橋度がシリコーンオイルに比較して高いため、金型の成形キャビティの型面に塗布された離型剤の膜の強化に有利である。
【００１７】
更に、本発明に係る離型剤の主要成分であるシリコーンレジンは、同一質量であれば、シリコーンオイルに比較して無機分の割合が相対的に多く、有機分の割合が相対的に少ない。従って、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布した状態において、離型剤の有機分の大部分は、溶湯の注湯前の段階で金型の熱により熱分解することができる。このため、金型に塗布された離型剤と溶湯とが反応して発生するガスの量をかなり低下させることができる。これにより鋳造品に巻き込まれるガス量が低減され、鋳造品のガス欠陥が抑えられる。
【００１８】
更に、本発明に係る離型剤の主要成分であるシリコーンレジンは、同一質量であれば、シリコーンオイルに比較し、無機分の割合が相対的に多い。このため、溶湯と離型剤とが反応した後においても、シリコーンオイルに比較して離型剤の残差が相対的に多い。従って、金型の成形キャビティの成形型面から鋳造品を離型させるとき、鋳造品の離型性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る離型剤は水溶性であり、シリコーンオイル系の水溶性離型剤で用いられている塗布方法（スプレー塗布など）において使用することができる。更に、本発明に係る離型剤から発生するガスの発生量を低減させることができ、離型剤から発生するガスが鋳造品に巻き込まれることを低減させることができる。これにより鋳造品の品質の向上を図ることができる。また、本発明に係る水溶性離型剤に含まれている無機分の割合が相対的に多いため、鋳造品を金型の成形キャビティの成形型面から離型させるとき、鋳造品の離型性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の離型剤は水溶性のエマルジョン型であり、従来と同じ水溶性の離型剤を塗布する塗布方法（例えばスプレー塗布）をそのまま使用することができる。
【００２１】
離型剤に含まれている有機分は、離型剤の濡れ性やすべり性を改善させることで、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面の細部まで行きわたらせる働きをするが、熱分解してガス化する傾向をもつ。本発明の離型剤は、従来のシリコーンオイル系の離型剤に比較して、無機分が相対的に多く、有機分が相対的に少ない。従って離型剤から発生するガス量を低減させるのに有効である。
【００２２】
本発明に係る離型剤の好ましい形態によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量は１５〜４０％である。この場合、質量の減少量は１５％以上、２０％以上、３０％以上にできる。ここで、３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量が多いことは、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布した状態において、離型剤に含まれている有機分が金型の熱によりガス化しており、この結果、溶湯と離型剤とが接触するとき、溶湯の熱により離型剤から発生するガスの量が少ないことを意味する。
【００２３】
本発明に係る離型剤の好ましい形態によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量は５０％以上である。この場合、質量の残差量は５５％以上、６０％以上にできる。ここで、６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量が多いことは、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に残差として残り易く、鋳造品の離型性を向上させることを意味する。従って、質量の残差量は５５％以上、６０％以上、６５％以上とすることができる。ここで、１００℃に保持して離型剤の水分を蒸発させて除去するにあたり、離型剤の重量が２ｇのとき、離型剤を１００℃に３０〜６０分間加熱保持することにより行い得る。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例を具体的に説明する。表１に示す配合比により、主成分であるシリコーンレジンを含有するエマルジョンと、従来のシリコーンオイル系の離型剤１，２，３と水と防腐剤とをそれぞれ少量混合することにより、本実施例に係るシリコーンレジン系の離型剤Ａ、離型剤Ｂ、離型剤Ｃ、即ち、３種類のエマルジョン型の離型剤を調製した。離型剤Ａ、Ｂ、Ｃはエマルジョン型であるため、長い間放置したとしても、シリコーンレジンの沈降が少ないかほとんどない。このためシリコーンオイル系の水溶性離型剤で用いられている塗布方法である（スプレー塗布をそのまま使用することができる。
【００２５】
離型剤１は、分子量が５５００〜７５００の比較的低分子の化合物を含む。離型剤２は分子量が８５００〜１２５００の化合物を含む。離型剤３は、分子量が１２５００〜１６５００の比較的高分子の化合物を含む。離型剤３，２，１の順に熱分解速度が早くなる。なお離型剤１〜３に界面活性剤が含まれている。
【００２６】
ここで、シリコーンレジンを含有するエマルジョンと、従来から使用されているシリコーンオイル系の離型剤１，２，３とを混合している主な理由としては、離型剤としての潤滑性能を向上し、鋳造品を離型する際の鋳造品と金型の摺動部分のカジリを抑えるためである。
【００２７】
シリコーンオイルの化学構造式を化１および化２に示す。シリコーンレジンの化学構造式を化３に示す。各化学構造式において、○で囲んでいる部分は有機分であり、溶湯の熱によりガス化し易い部分と考えられる。シリコーンオイルによれば、ケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を有する直鎖の骨格に、有機分であるαメチルスチレン付加物、アルキル基およびメチル基がついている。これに対してシリコーンレジンによれば、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を有する骨格が交差するように架橋した形とされており、シリコンのところどころにメチル基（−ＣＨ3）がついている。シリコーンレジンによれば、シリコーンオイルに比較して架橋度が高いという特徴、有機分の割合が相対的に少なくなっており、ガス化する割合が少ないという特徴を有する。
【００２８】
【化１】
【００２９】
【化２】
【００３０】
【化３】
【００３１】
【表１】
【００３２】
本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃを次のように試験した。まず、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄについて熱分解性を熱重量分析により試験した。従来の水溶性の離型剤Ｄは比較例にほぼ相当するものであり、従来から使用されているシリコーンオイル系の水溶性の離型剤とした。熱重量分析においては、先ず、アルミ皿にて離型剤の水分を除去し、有効成分を熱重量分析装置（理学電機株式会社，型式ＴＡＳ１００）にて測定した。即ち、この試験では、熱重量分析装置を用い、容器（材質：アルミ系）に収容した各離型剤（２ｇ）を１００℃に３０〜６０分間加熱保持して水分を除去し、その後、１５ｍｇの有効成分を白金の容器に入れ、１００℃から８００℃付近まで加熱して離型剤の減量を評価した。試験結果を図２に示す。図２において、特性線Ａは離型剤Ａに相当し、特性線Ｂは離型剤Ｂに相当し、特性線Ｃは離型剤Ｃに相当し、特性線Ｄは離型剤Ｄに相当する。
【００３３】
更に説明を加える。従来から使用されているシリコーンオイル系の離型剤によれば、図２の特性線Ｄに示すように、熱分解は約２５０℃のβ１から始まり、４００〜５５０℃との間において急激な熱分解を起こして減量する減量低下領域が存在しており、７００〜８００℃において熱分解がほぼ終了し、約１５％前後の残査（図２のΔＸ１にほぼ相当）が生じる。この場合、離型剤が溶湯の熱により熱分解してガス化する量は、ΔＸ２（３００〜６００℃までの減量）にほぼ相当すると考えられる。従って、離型剤Ｄによれば、熱分解性を示す特性線Ｄの傾きが最も大きい部位は４００〜５００℃に存在する。
【００３４】
これに対して図２の特性線Ａ、Ｂ、Ｃに示すように、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、熱分解は、離型剤を塗布した後の金型温度である約２００℃前後から熱分解が始まり、３００℃においてかなりの量が熱分解して既にガス化する。殊に、本実施例の離型剤Ａによれば、３００℃において図２に示すΔＹ４にほぼ相当する量（約２８〜３０％）が熱分解してガス化する。従って、離型剤Ｄによれば、これの熱分解性を示す特性線Ｄの傾きが最も大きい部位β２は４５０〜５００℃内に存在する。これは金型の成形キャビティに注湯された溶湯の熱により、離型剤Ｄが熱分解してガス化される量が多いことを意味する。
【００３５】
また、図２の特性線Ａ、Ｂ、Ｃに示すように、金型の温度が６００℃（溶湯を注湯したときの金型の表面温度にほぼ相当する）においては、質量比で、約６０％の残査（ΔＹ１にほぼ相当）が生じる。この場合、離型剤Ａによれば、金型に塗布された離型剤が３００℃から６００℃に昇温されるにあたり熱分解してガス化する量は、ΔＹ２程度にほぼ相当すると考えられ、ΔＸ２に比較して極めて少ない。離型剤Ｂ，Ｃについても同様であり、３００℃から６００℃に昇温されるにあたり溶湯の熱により熱分解してガス化する量はかなり少ない。
【００３６】
また、熱分解性を示す図２の特性線Ａ、Ｂ、Ｃから理解できるように、本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、４００〜５５０℃との間において急激な熱分解を起こす減量低下領域は存在しておらず、特性線Ａ、Ｂ、Ｃの傾きが最も大きい部位は２００〜３００℃に存在する。
【００３７】
このような図２に示す結果により、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、次の（１）（２）の効果が得られる。
【００３８】
（１）離型剤Ａ、Ｂ、Ｃを金型の成形キャビティの成形型面に塗布した後、金型温度において離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの有機分の熱分解の大部分が終了する。このため、金型に溶湯を注湯したとき、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃが溶湯と反応して発生するガスの量は少ない。このため鋳造品へのガスの巻き込みが抑えられる。
【００３９】
（２）金型に塗布した離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの有機分の熱分解が終了した後、６００℃以上の高温に加熱されたしても、即ち、高温の溶湯と接触したとしても、金型の成形キャビティの成形型面に残っている離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの残差量（ΔＹ１にほぼ相当）を増加させることができる。このように残差量（ΔＹ１にほぼ相当）を増加させることができるので、金型の成形キャビティの成形型面からの鋳造品の離型性が向上する。
【００４０】
すなわち、従来の離型剤Ｄによれば、１００℃に保持したときにおける離型剤の質量を１００％とするとき、質量の約８０％（ΔＸ２にほぼ相当）が金型に注湯された溶湯の熱により熱分解してガス化する。そのガスは、鋳造品内に巻き込まれてしまうおそれが高い。更に、従来の離型剤Ｄによれば、注湯後の離型剤の残差量は約１５％（ΔＸ１にほぼ相当）と少なく、高い離型性を得るためには限界がある。
【００４１】
これに対して本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、１００℃に保持したときにおける離型剤の質量を１００％とするとき、金型の成形キャビティに注湯された溶湯により熱分解する量は、熱分解前の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの質量のうち約２０〜３０％以内であり、高温の溶湯が金型に注湯されたとしても、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの質量の約５０％以上が金型の成形キャビティの成形型面に残差として残ることを意味する。これにより本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、残差量が多く、鋳造品を金型の成形キャビティの成形型面から離型させる離型性が向上する。
【００４２】
図２によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量としては、離型剤Ｄは約４％と少ない。しかし離型剤Ａは約２８％で離型剤Ｄの７倍であり、離型剤Ｂは約２１％で離型剤Ｄの約５．３倍であり、離型剤Ｃは約１５％で離型剤Ｄの約３．８倍である。
【００４３】
また図２によれば、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量としては、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは約６０〜６２％であり、離型剤Ｄの約４倍である。
【００４４】
次に、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃと従来の離型剤Ｄとにおいて、無機分と有機分との成分割合（熱分解前の成分割合）を求めた。この場合、成分割合を化学式から演算で求めた。成分割合を図３に示す。図３の縦軸は成分割合の質量比を示す。図３に示すように、従来の離型剤Ｄによれば、無機分：有機分の比率が１：７であり、離型性に貢献する無機分の割合が少ない。これに対して、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、無機分：有機分の比率が質量比で基本的には７：５となっており、離型性に貢献する無機分の割合が相対的に多い。このように本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、無機分が相対的に増加しているため、離型性の向上の効果が期待でき、更に、離型剤に含まれる有機分が減少しているため、高温の溶湯と反応して離型剤から発生するガス量を低減させる効果が期待できる。
【００４５】
更に、本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄの４種類について、１）付着量評価、２）冷却性評価、３）蒸発性評価、４）離型抵抗評価、５）離型抵抗評価で用いた試験片におけるガスの発生状態について、それぞれ試験した。それぞれの試験方法は以下のとおりである。
【００４６】
１）付着量評価…所定温度（１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃）に加熱した鉄板（厚み１．５ミリメートル）に離型剤を６秒間スプレー塗布した。その後、離型剤を塗布した後の鉄板重量と離型剤を塗布する前の鉄板重量との差を求め、差により、離型剤の付着量を評価した。一般的には、鉄板の温度が所定温度域よりも高温であれば、離型剤は付着しにくいので、付着性の評価は鉄板の温度を考慮して評価した。例えば付着量１．７ｇであっても、３００℃では△であるが、３５０℃では○として評価した。付着量が多い程、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に付着し易く、離型剤の付着性が良好であることを意味する。
【００４７】
２）冷却性評価…所定温度（３５０℃）に加熱した鉄板（厚み２０ミリメートル）に離型剤を３０秒間スプレー塗布した。そして塗布による鉄板温度の降下を測定した。これにより金型の冷却性を評価した。
【００４８】
３）蒸発試験…離型剤の蒸発温度については、加熱したすりばち状の鉄板（厚み２０ミリメートル）に離型剤を２cｃ滴下し、離型剤の液滴が玉状になる（ライデンフロスト）温度を測定した。蒸発温度が２６０℃であることは、２６０℃以上で液滴が玉状になり、２６０℃未満では液滴が玉状でなく膜状になることを意味する。また、蒸発時間については、１３０℃に加熱したすりばち状の鉄板（厚み２０ミリメートル）に離型剤を２cｃ滴下し、それが蒸発するまでの時間を測定した。蒸発時間が短いと、金型の成形キャビティの成形型面に離型剤を塗布するとき、成形型面における水残りが少なく、鋳造品の水欠陥が発生しにくいことになる。
【００４９】
４）離型抵抗評価…ルブ（Lub）テスターによる離型剤の離型抵抗を評価した。この場合、温度２５０℃および３５０℃の鉄板（厚み３０ミリメートル）に離型剤を塗布し、離型剤を塗布した鉄板にリング体（内径：６０ミリメートル、高さ：５０ミリメートル，材質：ＳＳ４００）で区画された空間に、アルミニウム合金系の溶湯を注湯して固化させ、試験片を形成した。その後、リング体を鉄板に沿って移動させるときの摺動荷重で鋳造品の離型抵抗を評価した。摺動荷重が小さい程、離型抵抗が少なく、離型性が高いことになる。
【００５０】
５）試験片におけるガス発生状態…ラブ（Lub）テスターの試験片のうち、鉄板に塗布した離型剤に接触する試験片の表面におけるガスの発生状態を評価した。
【００５１】
【表２】
【００５２】
試験結果を表２に示す。表２に示すように、従来の離型剤Ｄによれば、１５０〜２００℃では付着性が良好であるものの、３００℃を越える高温においては付着量は良好ではなかった。このように付着量が良好でないため、離型抵抗も大きく、離型性が良好ではなかった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、従来の離型剤Ｄに比較して離型剤の付着量および離型抵抗において優位な結果を示し、２５０℃、３００℃、３５０℃において離型剤の付着量は良好であり、離型抵抗も良好であった。
【００５３】
更に、離型剤による金型の冷却性については、従来の離型剤Ｄによれば、鉄板は２０８℃までしか冷却されず、金型の冷却性の評価は×であった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、鉄板は１４５〜１５５℃の範囲に冷却されており、金型の冷却性は良好であった。殊に、離型剤Ｃによれば、鉄板は１４５．４℃に冷却されており、金型の冷却性は最も良好であった。
【００５４】
更に、離型剤の蒸発性については、従来の離型剤Ｄによれば、蒸発温度が２２０℃であり、離型剤の液適が玉状となり易かった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、蒸発温度は２５０〜２６０℃であり、離型剤の液適は玉状になりにくいものであった。殊に、離型剤Ｂ、Ｃによれば、玉状になりにくい性質を有している。このように離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは、従来の離型剤Ｄに比較して玉状になりにくい性質をもつ。ここで、金型の成形キャビティの成形型面は一般的には上下方向に沿っているため、離型剤が玉状になると、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に堆積されにくいことを意味する。従って蒸発温度が高いことは、金型の成形型面が高温でなければ、離型剤が玉状になりにくいことを意味する。このように離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは玉状になりにくい性質をもつため、金型が高温であっても、離型剤が金型の成形キャビティの成形型面に堆積され易い。
【００５５】
また、従来の離型剤Ｄによれば、蒸発時間が３６秒であり、長かった。これに対して本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、蒸発時間が１９〜２６秒であり、かなり短かった。蒸発時間が短いことは、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布するとき、離型剤の水分が金型の熱で蒸発し、結果として水分に起因する鋳造結果が発生しにくいことを意味する。このように本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃによれば、離型剤を金型の成形キャビティの成形型面に塗布するとき、離型剤の水分が金型の熱で蒸発し、水残りが発生しにくいことを意味する。また試験片におけるガス発生状況については、従来の離型剤Ｄの評価は×であったものの、本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃの評価はいずれも◎であり、格段に良い結果となっていた。この意味においても離型剤Ａ、Ｂ、Ｃから発生するガス量は少ない。
【００５６】
更に、ダイカスト鋳造機を用い、金型（材質：ＳＫＤ−６１）の成形キャビティに溶湯を実際にダイカスト鋳造する実機試験を行った。この場合、1）金型温度、2）鋳造品内ガス量について試験した。試験は３５０tダイカスト機を用い、図４（Ａ）（Ｂ）に示す形状の金型で形成されている試験型の成形キャビティ（単位ｍｍ）に、アルミニウム合金の溶湯（６９０℃，材質ＡＤＣ−１２）を注湯することによりダイカスト鋳造した。図４（Ａ）は金型の側面図を示し、（Ｂ）は断面図を示す。離型剤としては上記した実験と同様に、本実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄを用いた。そして、金型温度、鋳造した試験片における鋳造品内ガス量を測定した。鋳造品内ガス量の合計は、鋳造品１００グラム当たりのガス体積（cc）で求めた。この場合、高真空中において試験片を溶解して真空度を低下させ、真空度の低下により鋳造品内ガス量の合計を求めた。Ｎ2除去後のガス量については、採取した鋳造品内ガスからガスクロマトグラフィによりＮ2量を除去して求めた。Ｎ2量は、成形キャビティの空気が巻き込まれた量にほぼほぼ相当すると考えられる。このため、Ｎ2除去後の鋳造品内ガス量は、金型に塗布した離型剤の熱分解により生成したガスが鋳造品内部に巻き込まれたガス量にほぼ相当すると考えられる。
【００５７】
【表３】
【００５８】
実鋳造における評価結果を表３に示す。金型温度については、鋳造品取り出し後では、Ｄ＞Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係となっており、離型剤Ａ，Ｂ，Ｃは金型温度を低くできる。また、離型剤を塗布した後の金型温度についても、離型剤Ａ，Ｂ，Ｃはいずれも良好であった。これにより離型剤Ａ、Ｂ、Ｃが金型を冷却する能力があることがわかる。特に、離型剤Ｃが最も金型を冷却する能力があることがわかる。また鋳造品内ガス量については、Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃの関係となっており、従来の離型剤Ｄが最も多く、離型剤Ｃが最も少ない結果であった。
【００５９】
以上の実機での試験結果により、シリコーンレジンを主成分とする本実施例の離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは、従来使用されているシリコーンオイル系の離型剤(離型剤Ｄ)に比較して、離型剤から発生するガスの量をかなり低減させる効果があることがわかる。すなわち、離型剤Ａ、Ｂ、Ｃは、ダイカスト鋳造品等の金型鋳造においてガス巻込み巣を低減することが可能であり、鋳造品の品質を向上させることができる。特に、離型剤Ｃについては、従来のシリコーンオイル系の離型剤と比較して、金型の冷却能力が最も向上していることから、単位時間内における注湯回数を増加させることができ、ダイカスト鋳造等の金型鋳造の生産性を向上させることが可能である。
【００６０】
上記した実施例はアルミニウム系の溶湯を注湯する鋳造方法に適用しているが、これに限らず、マグネシウム系の溶湯を注湯する鋳造方法に適用することにしても良い。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明はアルミニウム系またはマグネシウム系のダイカスト鋳造等の金型鋳造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】シリコーンオイル系の離型剤の熱分解性および本発明に係る離型剤の設計思想を示すグラフである。
【図２】実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄの熱分解性を示すグラフである。
【図３】実施例に係る離型剤Ａ、Ｂ、Ｃおよび従来の離型剤Ｄの無機分および有機 分の割合を示すグラフである。
【図４】（Ａ）（Ｂ）ダイカスト鋳造機を用いて試験したときにおける金型のサイズを示す構成図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された金型の成形キャビティの成形型面に液状の水溶性の離型剤を塗布する工程と、前記離型剤が塗布された前記金型の前記成形キャビティにアルミニウム系またはマグネシウム系の溶湯を注入して固化させて鋳造品を形成する鋳造工程と、前記金型から前記鋳造品を離型させる離型工程とを順に実施する鋳造方法において、
前記離型剤は、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量は１５〜４０％であることを特徴とする鋳造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量は５０％以上であることを特徴とする鋳造方法。
【請求項４】
金型の成形キャビティの成形型面に塗布される水溶性の離型剤において、
有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とする鋳造金型用の水溶性離型剤。
【請求項５】
請求項３において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量は１５〜４０％であることを特徴とする鋳造金型用の水溶性離型剤。
【請求項６】
請求項４または５において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量は５０％以上であることを特徴とする鋳造金型用の水溶性離型剤。
【請求項１】
加熱された金型の成形キャビティの成形型面に液状の水溶性の離型剤を塗布する工程と、前記離型剤が塗布された前記金型の前記成形キャビティにアルミニウム系またはマグネシウム系の溶湯を注入して固化させて鋳造品を形成する鋳造工程と、前記金型から前記鋳造品を離型させる離型工程とを順に実施する鋳造方法において、
前記離型剤は、有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量は１５〜４０％であることを特徴とする鋳造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量は５０％以上であることを特徴とする鋳造方法。
【請求項４】
金型の成形キャビティの成形型面に塗布される水溶性の離型剤において、
有機基をもつケイ素と酸素とが結合したシロキサン結合を骨格とするシリコーンレジンを含むエマルジョンを主要成分とすることを特徴とする鋳造金型用の水溶性離型剤。
【請求項５】
請求項３において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から３００℃まで昇温したときにおける質量の減少量は１５〜４０％であることを特徴とする鋳造金型用の水溶性離型剤。
【請求項６】
請求項４または５において、前記水溶性離型剤は、１００℃に保持して水分を蒸発させた状態の質量を１００％とするとき、１００℃から６００℃まで昇温したときにおける質量の残差量は５０％以上であることを特徴とする鋳造金型用の水溶性離型剤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１８５６７８（Ｐ２００７−１８５６７８Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４８０９（Ｐ２００６−４８０９）
【出願日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００１２４８８９）花野商事株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００１２４８８９）花野商事株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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