(57)【要約】【課題】凹凸が複雑な金型表面に対しても、最適位置に最適量の離型剤を塗布することができる離型剤の塗布技術を提供する。【解決手段】離型剤を金型５０表面に塗布するために、ロボットアーム１４にスプレーノズル１２が設けられた離型剤の塗布装置２０であって、前記ロボットアーム１４は、前記金型５０表面に対して離型剤を間欠的に噴霧できるスプレーノズル１２を回転可能に保持する。さらには、間欠噴霧の周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間をｔとしたときの割合ｔ／Ｔを制御するコントローラ１８を備えており、前記コントローラ１８は、金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように割合ｔ／Ｔを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離型剤を金型表面に塗布するために、ロボットアームにスプレーノズルが設けられた離型剤の塗布装置であって、
前記ロボットアームは、前記金型表面に対して離型剤を間欠的に噴霧できるスプレーノズルを回転可能に保持することを特徴とする離型剤の塗布装置。
【請求項２】
間欠噴霧の周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間をｔとしたときの割合ｔ／Ｔを制御するコントローラを備えており、
前記コントローラは、金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように割合ｔ／Ｔを制御することを特徴とする請求項１に記載の離型剤の塗布装置。
【請求項３】
請求項１に記載の離型剤の塗布装置を用いた離型剤の塗布方法であって、
前記ロボットアームにより前記スプレーノズルを回転させ、前記スプレーノズルから前記金型表面に対して離型剤を間欠的に噴霧することを特徴とする離型剤の塗布方法。
【請求項４】
前記離型剤の塗布装置は、間欠噴霧の周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間をｔとしたときの割合ｔ／Ｔを制御するコントローラを備えており、
前記コントローラにより金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように割合ｔ／Ｔを制御することを特徴とする請求項３に記載の離型剤の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に塗布する離型剤の塗布装置及び塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、成形されたダイカスト製品を金型から正常に離型するために、ダイカスト鋳造用の金型に離型剤を塗布する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、ダイカスト装置等の金型の型面に離型剤を噴霧するためのスプレー装置が開示されている。具体的には、特許文献１では、固定金型と、可動金型からなるダイカスト装置において、該ダイカスト装置と併設されたマニピュレータに、離型剤を噴霧するスプレーノズルを固定したスプレーヘッドを保持し、マニピュレータを作動させることによってスプレーヘッドを三次元方向に移動することにより、固定金型と可動金型の金型鋳造面の適正な位置に、離型剤を噴霧することを可能としたスプレー装置が開示されている。特に、このスプレー装置では、スプレーノズルが、幅方向を含めた３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と３回転軸方向（Θｘ、Θｙ、Θｚ）に位置移動制御および回転角度制御の可能なマニピュレータに保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３４６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたスプレー装置により高温の金型に水溶性離型剤や油性離型剤のような液体離型剤を噴霧すると、離型剤の溶媒成分が気化して蒸気が発生したり、金型表面に到達した離型剤の一部が跳ね返ったりすることで、後続の噴霧が遮られて金型表面への離型剤の付着が阻害される。すなわち、蒸気の発生や離型剤の一部の跳ね返りによって金型表面への離型剤の付着が阻害されることについては何ら考慮されていない。そのため、凹凸が複雑な金型表面に対しても近接して離型剤を塗布可能であって、かつ金型表面に近接して離型剤を噴霧した際においても蒸気の発生や離型剤の跳ね返りの影響を受けずに最適位置に最適量の離型剤を塗布することができる技術が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、凹凸が複雑な金型表面に対しても、最適位置に最適量の離型剤を塗布することができる離型剤の塗布技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、
離型剤を金型表面に塗布するために、ロボットアームにスプレーノズルが設けられた離型剤の塗布装置であって、
前記ロボットアームは、前記金型表面に対して離型剤を間欠的に噴霧できるスプレーノズルを回転可能に保持する離型剤の塗布装置である。
【０００９】
請求項２においては、
間欠噴霧の周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間をｔとしたときの割合ｔ／Ｔを制御するコントローラを備えており、
前記コントローラは、金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように割合ｔ／Ｔを制御する離型剤の塗布装置である。
【００１０】
請求項３においては、
請求項１に記載の離型剤の塗布装置を用いた離型剤の塗布方法であって、
前記ロボットアームにより前記スプレーノズルを回転させ、前記スプレーノズルから前記金型表面に対して離型剤を間欠的に噴霧する離型剤の塗布方法である。
【００１１】
請求項４においては、
前記離型剤の塗布装置は、間欠噴霧の周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間をｔとしたときの割合ｔ／Ｔを制御するコントローラを備えており、前記コントローラにより金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように割合ｔ／Ｔを制御する離型剤の塗布方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、凹凸が複雑な金型表面に対しても、最適位置に最適量の離型剤を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係る塗布装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】実施例における離型剤を噴霧する対象となる金型を示す模式図である。
【図３】本発明の作用効果を説明する説明図であり、（ａ）は従来技術の問題点を説明する図、（ｂ）は本発明の作用効果を説明する図である。
【図４】ノズルに対するバルブ位置と離型剤の流速応答性との関係を説明する説明図であり、（ａ）はバルブがノズルより遠い位置に配置された場合を説明する図、（ｂ）はノズルとバルブとを直結した場合を説明する図である。
【図５】スプレーカセットによる離型剤の塗布を説明する説明図である。
【図６】従来の塗布装置により金型に塗布する場合を説明する説明図である。
【図７】実施例に係る塗布装置により金型に塗布する場合を説明する説明図である。
【図８】塗布範囲とノズル移動速度の関係を説明する図である（１）。
【図９】塗布範囲とノズル移動速度の関係を説明する図である（２）。
【図１０】単位噴霧エネルギを説明する図である。
【図１１】単位噴霧エネルギの計算結果を示す図である。
【図１２】塗布距離とノズルの種類による塗布量ムダへの影響を示す表である。
【図１３】塗布距離と塗布量ムダとの関係を示す図である。
【図１４】応答性と塗布量ムダとの関係を示すグラフである。
【図１５】塗布距離と単位噴霧エネルギとの関係を示すグラフである。
【図１６】離型抵抗試験の結果を示すグラフである（１）。
【図１７】離型抵抗試験の結果を示すグラフである（２）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明に係る塗布装置の一実施形態は、離型剤を金型表面に塗布するために、ロボットアームにスプレーノズルが設けられた離型剤の塗布装置であって、離型剤を間欠的に噴霧することができるスプレーノズルと、該スプレーノズルを回転可能に保持するロボットアームと、を備える。ロボットアームは、前記金型表面に対して離型剤を間欠的に噴霧できるスプレーノズル（以下、ノズルともいう）を回転可能に保持することを特徴とする。
【００１５】
また、前記塗布装置は、スプレーノズルによる間欠噴霧の周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間ｔの割合ｔ／Ｔを制御するコントローラを備える。コントローラは、ノズルから噴霧される離型剤が有する運動エネルギであって金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように割合ｔ／Ｔを制御することを特徴とする。以下、簡単のため、「ノズルから噴霧される離型剤が有する運動エネルギであって金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される運動エネルギ」を「単位噴霧エネルギ」と称することにする。なお、離型剤は、水性、油性のいずれであってもよい。あるいは離型剤は、エマルジョン（分散質、分散媒が共に液体である分散系溶液）であってもよい。
【００１６】
定性的には、ノズルと金型表面との距離（塗布距離）が小さくなるほど、塗布面積が小さくなるから、ノズルと金型表面との間の距離が所定距離以下の場合に、コントローラは、塗布距離が小さくなるに従って割合ｔ／Ｔを小さくすることが好ましい。
【００１７】
発明者の検討によると、単位噴射エネルギの上限値は、具体的には、３０００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］が好ましいことが判明した。なお、単位噴霧エネルギが低すぎると、金型に到達しない離型剤の割合が多くなるため、単位噴霧エネルギの下限値を設定することも好ましい。発明者の検討によると、下限値は７０×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］が好ましいことが判明した。即ち、塗布装置は、単位噴霧エネルギが上記の上限値と下限値の間の範囲となるように割合ｔ／Ｔを制御することが好ましい。
【００１８】
「離型剤を間欠的に噴霧する」とは、離型剤をパルス状に噴霧すると換言できる。従って、上記の塗布装置は、別言すれば、離型剤をパルス状に噴霧することができるスプレーノズルと、該スプレーノズルを回転可能に保持するロボットアームと、スプレーノズルによるパルス状噴霧の周期をＴとし、パルス幅ｔとしたときのｔ／Ｔを制御するコントローラを備える。また、このことから、「間欠噴霧の周期Ｔに対する噴霧時間ｔの割合ｔ／Ｔ」は、いわゆるデューティ比に相当する。上記の範囲で好適な塗布が得られることは、実施例にて具体的に説明する。
【００１９】
ロボットアームは、ノズルを回転可能に保持し、ノズルを離型剤を塗布する最適位置に移動する駆動手段である。ロボットアームは、ノズルを３次元方向に移動可能である。ロボットアームは、金型の表面に離型剤を塗布する場合、ノズルを回転させるとともに、ノズルを移動させながら噴霧することができる。即ち、ロボットアームは、金型の表面に離型剤を塗布する場合、コントローラに予め設定された制御プログラムに従って、ノズルを動作させることができる。このとき、コントローラは、ノズルを適宜回転させるとともに、金型に対してノズルを相対的に適宜移動させながら、単位噴霧エネルギが上記した上限値と下限値の間となるように割合ｔ／Ｔを制御することが好ましい。
【００２０】
ロボットアームは、コントローラを介して、ノズルの回転速度、ノズルの回転方向、離型剤のノズルからの噴霧速度（射出速度）、噴霧角度、ノズルの移動速度（金型の移動速度であってもよい）、及び、ノズルから金型までの距離などのパラメータは予め設定できる。また、単位噴霧エネルギは、それらのパラメータから決定される。従って、単位噴霧エネルギが上記範囲内となるように、噴霧速度、噴霧角度、及び、アーム先端の軌道（即ち、ノズルの回転速度、ノズルの回転方向、ノズルの移動速度、及び、ノズルと金型との間の距離）を予め制御プログラムとして設定し、その設定に沿ってアームとノズルを動作させればよい。
【００２１】
本明細書が開示する技術は、離型剤の塗布方法にも具現化される。その方法は、上記の塗布装置を用いた離型剤の塗布方法であって、前記ロボットアームにより前記スプレーノズルを回転させ、前記スプレーノズルから前記金型表面に対して離型剤を間欠的に噴霧することである。さらには、該スプレーノズルから噴霧される離型剤の単位噴霧エネルギが予め定められた上限値以下となるように、周期をＴとし、周期Ｔのうちの噴霧時間をｔとしたときの割合ｔ／Ｔを定めて離型剤を間欠的に噴霧することである。さらには、単位噴霧エネルギが上記した上限値と下限値の間となるように間欠的に噴霧することが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の作用効果について説明する。
図３（ａ）に示すように、高温の金型に水溶性離型剤や油性離型剤のような液体離型剤を噴霧すると、離型剤の溶媒成分が気化してその蒸気が発生し、後続の離型剤の金型表面への到達が阻害されると推察される。換言すれば、離型剤の金型表面への付着性が阻害されると推察される。この場合、気化した蒸気を回避することが金型に最適量の離型剤を塗布することに寄与すると考えられる。一つの考え方として、図３（ｂ）に示すように、噴霧された離型剤が気化した時に噴霧を一時的に止めてやれば、後続の離型剤の金型表面への到達が阻害されることを抑制できる。すなわち、ノズルによる噴霧のＯＮ−ＯＦＦを切り替えるととも、このＯＮ−ＯＦＦの切替間隔を適宜制御することで、後続の離型剤の金型表面への到達が阻害されることを抑制できる。このことから、発明者は、離型剤を間欠的に噴霧することで、気化した蒸気による後続の離型剤の金型表面への到達の阻害を抑制できることを見出した。
【００２３】
また、離型剤を連続的に噴霧すると、先に金型表面に到達した離型剤の一部が跳ね返ることにより、後続の離型剤の金型表面への到達が阻害されると推察される。換言すれば、離型剤の金型表面への付着性が阻害されると推察される。従って跳ね返りを抑制することが、離型剤の効率的な塗布に寄与すると考えられる。一つの考え方として、噴霧された離型剤の粒の大きさ（粒径）を小さくすれば、跳ね返りを抑制できる。また、別の考え方として、噴霧速度を遅くしても跳ね返りを抑制できる。これらのことから、発明者は、粒の大きさと噴霧速度とに依存するパラメータとして、金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギに着目した。運動エネルギは噴霧速度と粒の大きさに依存する。従って、離型剤を金型表面に効率よく塗布するための噴霧状態を、離型剤の運動エネルギという一つの指標に基づいて特定できる。即ち、金型表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される離型剤の運動エネルギが予め定められた上限値以下となるように制限することによって、効率的な塗布が達成される。
また、凹凸が複雑な金型表面に対して最適量の離型剤を塗布したい場合、金型表面に対して垂直方向で、かつ至近距離で噴霧することが好ましいが、至近距離になるとさらに跳ね返り量が多くなり、後続の離型剤の金型表面への到達がさらに阻害されると推察される。
そこで、本発明の塗布装置では、凹凸が複雑な金型表面に対して離型剤を塗布する場合、ロボットアームによりノズルを金型表面に近接して離型剤を塗布可能とするとともに、上記の如く、蒸気の発生や離型剤の跳ね返りの影響を抑えることによって、凹凸が複雑な金型表面に対しても、最適位置に最適量の離型剤を塗布することができる。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
塗布装置２０は、図１に示すように、ロボットアーム１４の先端にスプレーノズル１２が設けられ、離型剤を金型５０の表面に塗布するための装置である。具体的には、塗布装置２０は、ロボットアーム１４を有する多関節ロボット１１と、該ロボットアーム１４の先端に取り付けられたスプレーノズル１２・１２と、スプレーノズル１２・１２を回転するアクチュエータ１５と、スプレーノズル１２・１２に離型剤を供給する供給装置１６と、コントローラ１８とを備える。
【００２５】
金型５０は、図２に示すように、本実施例における離型剤を噴霧する対象となるダイカスト可動金型であり、キャビティ５１を形成する金型要素として４つのスライド入子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を備える。スライド入子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の各表面（キャビティ５１の一部を形成する面）は、凹凸形状からなっており、本実施例において離型剤を噴霧する対象となる金型表面（キャビティ面）となる。
【００２６】
多関節ロボット１１は、複数の関節（本実施例では６つ）を有し、複数のロボットアーム１４ａ、１４ｂを備えたロボットであり、いわゆる６軸ロボットである。多関節ロボット１１は、ロボットアーム１４の先端部であるロボットアーム１４ｂの先端側に取り付けられた２つのスプレーノズル１２・１２を、多関節ロボット１１の各関節を介してロボットアーム１４を作動させることにより、スプレーノズル１２・１２を３次元方向に移動可能であり、金型５０のキャビティ５１内の任意の位置にスプレーノズル１２・１２を位置決めしたり、キャビティ５１内の任意の位置間を所定の速度でスプレーノズル１２・１２を移動させたりすることが可能である。多関節ロボット１１は、コントローラ１８により制御される。
なお、本実施例では、２つのスプレーノズルを用いているが、特に限定するものではない。
【００２７】
アクチュエータ１５は、ロボットアーム１４ａとロボットアーム１４ｂとの連結部に設けられたロボットアーム１４の回転駆動手段（回転軸機構）である。具体的には、アクチュエータ１５は、その一端がロボットアーム１４ａの一端に固定されるとともに、ロボットアーム１４ｂをその周方向に回転可能に軸支しており、アクチュエータ１５を駆動することで、ロボットアーム１４ｂをロボットアーム１４ｂの周方向に回転することが可能である。すなわち、アクチュエータ１５は、ロボットアーム１４ｂをその周方向に回転することで、ロボットアーム１４ａの先端側に取り付けられたスプレーノズル１２・１２をロボットアーム１４ａの周方向に回転することができる。アクチュエータ１５は、コントローラ１８により制御される。
なお、本実施例では、棒状のロボットアーム１４ｂの先端にスプレーノズル１２・１２を並べて保持する構成としているが、特に限定するものではない。ロボットアームの形状、ノズル数、及びロボットアーム上におけるノズルの保持位置は、金型表面（離型剤の被塗布面）の形状に応じて適宜設定すればよく、例えば、ロボットアームの先端側の形状が分岐状であってもよい。
【００２８】
通常、鋳造に使用された高温の金型に離型剤を塗布する。即ち、離型剤は金型の冷却の役割も兼ねている。離型剤を塗布する際の金型の温度は、１００℃以上である。
【００２９】
供給装置１６は、ノズル１２に送る離型剤の液圧を制御することができる。ノズル１２は、供給装置１６から送られる液状の離型剤を噴霧、すなわち、霧状に射出することがきる。また、ノズル１２は、離型剤を間欠噴霧することができる。ノズル１２は、ロボットアーム１４によって、金型５０に対して移動するとともに、アクチュエータ１５を駆動することによって、ロボットアーム１４ｂの周方向に回転する。離型剤の液圧、間欠噴霧のデューティ比（後述）、ロボットアーム１４ｂ先端の移動経路と移動速度は、コントローラ１８によって制御される。また、ノズル１２に送る離型剤の液圧は、ノズル１２と供給装置１６内に備えた圧送ポンプとの間に配設されたバルブの開閉により制御される（図４参照）。図４（ａ）に示すように、バルブをノズル１２よりも遠い位置に設けた場合は、図４（ａ）の右側の図に示す、離型剤塗布時におけるノズル１２から噴霧される離型剤の流速と経過時間の関係のように、バルブを開にしても、該流速の立ち上がりが遅く、該流速の応答性が悪い。そこで、ロボット動作速度に追従するような離型剤の流速の応答性を得たい場合は、例えば、図４（ｂ）の左側の図に示すように、複数のノズルが配置されている場合、各ノズルの上流側の端部にバルブを直結すればよい。このようにすれば、バルブを開にすると、図４（ｂ）の右側の図に示すように、流速の立ち上がりが早くなり、離型剤塗布時における離型剤の流速と経過時間との関係が矩形状となるため、ノズルからでる離型剤の噴霧量を増減する際も応答性が良く、ロボット動作速度に追従するような離型剤の流速の応答性を得ることができる。
【００３０】
ノズル１２は、１流体を噴霧するタイプと、２流体を噴霧するタイプに交換可能である。ここで、「２流体を噴霧するタイプ」とは、異なる２種類の流体（例えば油と空気）を混合して噴出するタイプを意味する。
また、ノズル１２は、図示しない駆動手段により、図７（ｂ）に示すように、振り子状の回動動作や回転動作することが可能である。
【００３１】
以下においては、本発明を特徴づける主な技術である、多関節ロボット１１及びアクチュエータ１５（回転軸機構）による塗布技術、パルス塗布技術、及び噴霧される離型剤の運動エネルギ最適化技術について具体的に説明する。
【００３２】
（多関節ロボット及びアクチュエータ（回転軸機構）による塗布技術について）
実施例の塗布装置２０を用いた本発明に係る離型剤の塗布方法と、従来の離型剤の塗布方法と比較することで、本発明に係る離型剤の塗布方法による効果を具体的に説明する。
【００３３】
図５は、従来の複数ノズルを配置したスプレー装置（スプレーカセットともいう）により金型５０に離型剤を塗布する方法（例１）を説明する図である。このような箱状のスプレーカセットには、多方向（図５では、上下左右の４方向）に多数のスプレーノズルが形成されており、ノズル数が１００本以上となるものもある。このような多数のノズルを有するスプレーカセットを用いた場合、ノズル詰りに対応する等のメンテナンスにかかるロス（装置稼働率低下、メンテナンス費用増大等）が大きい。また、離型剤の溶媒成分の気化による蒸気が発生し、金型表面への離型剤の付着を阻害してしまう。
【００３４】
図６に示す従来の塗布装置は、６軸ロボットでロボットアームを操作するものであるが本実施例で示した塗布装置２０とは異なり、ロボットアーム上にアクチュエータ１５を備えていない。このような従来の塗布装置を用いた場合、離型剤の溶媒成分の気化による蒸気が発生し、金型表面への離型剤の付着を阻害してしまう。また、図６の左側の図の丸印で囲む部分にある凸状の突起物周辺に離型剤の噴霧を行った場合、図６の右側の拡大側面図に示すように、凸状の突起物の裏側が死角部位となってしまい、離型剤が未付着となってしまう。そのため、６軸ロボットを動作させて（図６ではロボットアームの後端側を上昇させ、ロボットアームの先端側を金型後ろ側（奥側）へ移動させて）、当該死角部位にノズルを近接しようとするが、塗布装置は金型と干渉してしまうためこれ以上ノズルを最適な位置に移動させることができず、塗布が困難である。
【００３５】
一方、図７に示す本実施例の塗布装置２０は、ロボットアーム１４上にアクチュエータ１５を備えている。本実施例の塗布装置２０を用いた場合、後述するパルス塗布技術により離型剤の溶媒成分の気化による蒸気が発生した場合でも、該蒸気を回避可能であり、金型表面への離型剤の付着性が向上する。また、アクチュエータ１５によりノズル１２・１２をロボットアーム１４の周方向に適宜回転させてスライド入子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の各表面に離型剤を塗布することが可能となる。このアクチュエータ１５を導入したことにより、少ないノズル数でも多方向（図７の右側の図の場合では、上下左右の４方向）に塗布することが可能であり、従来のスプレーカセットのように多数のノズルを必要としないため、ノズル詰りに対応する等のメンテナンスにかかるロスが小さい。また、図７の左側の図の点線丸印で囲む部分にある凸状の突起物周辺に離型剤の噴霧を行った場合、図７の右側の拡大側面図に示すように、凸状の突起物の裏側が死角部位となってしまうが（図７の拡大側面図（ａ）参照）、図７の拡大側面図（ｂ）のように、ロボットアーム１４ｂ先端を金型後ろ側（奥側）へと移動し、かつ、ノズル１２・１２を回転動作や回動動作（図７（ｂ）では、前後への振り子状の回動動作）させることで死角部位においても離型剤を付着させることができる。
【００３６】
（パルス塗布技術について）
次に、本発明を特徴づける技術のひとつであるパルス塗布技術、すなわち、以下で述べる離型剤を間欠的に噴霧する技術について具体的に説明する。
【００３７】
「間欠的に噴霧する」とは、パルス状に周期的離散的に噴霧することである。すなわち、ｔ［ｓｅｃ（秒）］だけ離型剤を連続的に噴霧した後、Ｔ−ｔ［ｓｅｃ］だけ噴霧しないことを繰り返すことである。換言すれば、周期Ｔ［ｓｅｃ］、デューティ比ｔ／Ｔで離型剤をパルス状に噴霧する、と表現できる。
なお、以下では、「ｔ」を噴霧時間、「Ｔ−ｔ」を無噴霧時間と称することがある。
【００３８】
ノズル１２を移動させながら離型剤を間欠噴霧する場合、ノズルの移動速度が速すぎると、あるいは、無噴霧時間が（Ｔ−ｔ）が長すぎると、塗布にムラが生じてしまう。ムラは、塗布範囲にも依存する。そこで、噴霧範囲とノズル移動速度、及び、間欠塗布の周期Ｔとの関係を次に説明する。
【００３９】
図８に、塗布範囲とノズル移動速度の関係を示す。ここで、ノズルが静止している状態での噴霧によって離型剤が金型表面に吹き付けられる範囲を塗布範囲と称する。塗布範囲は円形であると仮定する。図２のＣ１とＣ２が塗布範囲を示す。塗布範囲Ｃ１、Ｃ２の直径を符号ＤＬで表す。塗布範囲Ｃ１は、ある一瞬に離型剤が塗布された範囲を示す。離型剤を周期Ｔ、塗布時間ｔで間欠噴霧している場合、ある一瞬に塗布範囲Ｃ１に噴霧した後に、距離ｄＶだけずれた位置に次回の噴霧による塗布範囲Ｃ２が形成される。ノズルが金型表面に平行に速度Ｖｓで移動していると仮定すると、２つの塗布範囲Ｃ１、Ｃ２の中心間の距離ｄＶは、ｄＶ＝Ｖｓ×（Ｔ−ｔ）となる。ここで、（Ｔ−ｔ）は前述したとおり無塗布時間である。経験的に、隣接する２つの塗布範囲Ｃ１とＣ２の重複部分（図８のＬＡＰが示す距離）が、塗布範囲の直径ＤＬの半分以上となるようにすれば、塗布ムラをなくすことができる。そうすると、図８より、ｄＶ＝ＬＡＰ＝ＤＬ／２となるときが、塗布ムラをなくすことができる限界であることがわかる。他方、無塗布時間の上限値は周期Ｔであると考えることができるから、周期Ｔ、ノズル移動速度Ｖｓ、塗布範囲直径ＤＬには、図９に示す関係があることがわかる。図９は、周期Ｔ＝０．０５［ｓｅｃ］を最大無塗布時間と仮定したときの、ＬＡＰ＝ＤＬ／２を満たす塗布範囲直径ＤＬとノズル移動速度Ｖｓの関係を示すグラフである。例えば、ノズル移動速度Ｖｓが１０００［ｍｍ／ｓｅｃ］の場合、最大無塗布時間（周期Ｔ）＝０．０５［ｓｅｃ］におけるノズル移動量ｄＶは５０［ｍｍ］である。ＤＬ＝ＬＡＰ＝２ｄＶであるから、塗布範囲の直径ＤＬが１００［ｍｍ］以上であれば、塗布範囲Ｃ１とＣ２の重複部分ＬＡＰが、塗布範囲の直径ＤＬの半分以上となる。即ち、図９のグラフよりも上側の領域となるようにノズル移動速度Ｖｓと塗布範囲直径ＤＬを設定すれば塗布ムラをなくすことができる。例えば、間欠噴霧の周期Ｔ＝０．０５［ｓｅｃ］のノズルを使用し、塗布範囲直径ＤＬが１００［ｍｍ］となるように金型表面に離型剤を吹き付ける場合、ノズルの移動速度（金型表面に平行な方向の移動速度）Ｖｓを１０００［ｍｍ／ｓｅｃ］以下とすれば塗布ムラを防止することができる。
【００４０】
（噴霧される離型剤の運動エネルギ最適化技術）
次に、図１０を参照して、単位噴霧エネルギについて説明する。前述したように、「単位噴霧エネルギ」とは、ノズル１２から噴霧される離型剤が有する運動エネルギであって金型５０表面の単位面積に単位時間当たりに噴霧される運動エネルギのことである。図１０に示すように、ノズル１２と金型５０表面との間の距離（塗布距離）を符号Ｌｓで表す。また、ノズル１２の噴霧角度を２θｓで表す。このとき、塗布範囲の半径ＤＬ／２は、Ｌｓ・ｔａｎ（θｓ）で表せる。即ち、塗布面積Ｓ＝[Ｌｓ・ｔａｎ（θｓ）]2・ｎ［ｃｍ2］となる。離型剤の１秒当たりの噴霧量をＭ［ｇ／ｓｅｃ］、噴霧粒子の速度をｖ［ｃｍ／ｓｅｃ］で表すと、単位噴霧エネルギＥｓは、次の（数１）で表すことができる。
【００４１】
【数１】
2014024083.tif 000003
【００４２】
図１１に、周期Ｔ＝５０、１００、２００［ｍｓｅｃ］の場合の塗布距離（図１０のＬｓ）と単位噴霧エネルギＥｓの関係を示す。図１１は、ノズルから実際に離型剤を噴霧し、そのときの離型剤液滴の射出速度をレーザー流速計で測定した結果に基づいて、数１により算出した結果である。図の縦軸は対数スケールであることに留意されたい。塗布距離が短くなるほど、単位噴霧エネルギが漸増することがわかる。なお、図１１には、１流体の場合と２流体の場合の結果を示してある。
【００４３】
ノズル１２を移動させずに離型剤を噴射した場合、ノズル１２から先に噴霧された離型剤が金型表面で跳ね返り、後続する離型剤に影響を与える。塗布距離Ｌｓやノズルの種類による影響を実験にて調べた結果を図１２に示す。図１２において、「粒速度」は、噴霧された離型剤の液滴の速度である。粒速度は、レーザー流速計にて測定した。「跳ね返り無し時間」とは、ノズルから噴霧された離型剤が金型に到達するまでの時間を意味する。「応答性」とは、間欠塗布の周期Ｔに相当する。「跳ね返り有り時間」とは、跳ね返りの影響を受ける時間を意味し、「応答時間−液滴到達時間」に相当する。「影響塗布量」とは、２０［ｍｌ（ミリリットル）］の離型剤を塗布したときに、金型表面からの跳ね返りの影響を受ける塗布量を意味する。図１２〜図１４は、シミュレーションにより得られた結果である。図１２の表の上７行は、２流体を噴霧するノズルを用いたときの計算結果であり、下７行は、１流体を噴霧するノズルを用いたときの計算結果である。
【００４４】
シミュレーションの結果から得られるノズル選定手法について説明する。具体的には、影響塗布量（２０［ｍｌ（ミリリットル）］の離型剤を塗布したときに、金型表面からの跳ね返りの影響を受ける塗布量）をムダな塗布量とみなし、ムダな塗布量を減らすために必要なノズル応答性について説明する。シミュレーションの結果、応答性（間欠噴霧周期Ｔ）が５００［ｍｓｅｃ］の場合、いずれのノズルおよび塗布距離であっても噴霧した離型剤のおよそ５０％はムダになることが判る。一方、応答性（間欠噴霧周期Ｔ）を１０［ｍｓｅｃ］とした場合、ムダとなった離型剤は、噴霧した離型剤の量（２０［ｍｌ］）の１％以下となる。例えば塗布量ムダの上限を噴霧量の２％とした場合、２０［ｍｌ／ｓｅｃ］で離型剤を噴霧するノズルを使用するなら塗布量ムダは２［ｍｌ］以内に抑える必要がある。図１２から、間欠噴霧の周期Ｔは、少なくとも１０［ｍｓｅｃ］以下が好ましいと言える。
【００４５】
図１３に、さらに幾つかの応答性について、塗布距離と塗布量ムダの関係を示す。図１３は、２０［ｍｌ／ｓｅｃ］の塗布量を有するノズルを用い、流速＝５０［ｍｍ／ｓｅｃ］で離型剤を塗布した場合の影響塗布量（跳ね返りの影響を受ける塗布量）と距離の関係をノズル応答性で導いたものである。図１３より、影響塗布量を例えば１０％に抑えるために必要な応答性を導くことができる。
【００４６】
図１４に、応答性と影響塗布量の関係を示す。図１４より、例えば、塗布距離５０ｍｍにおいて影響塗布量を２［ｍｌ］以内（総塗布量２０［ｍｌ］の１０％）に抑えるためには、応答性は約１００［ｍｓｅｃ］以下に設定する必要があることが判る。塗布距離３５０ｍｍにおいて影響塗布量を２［ｍｌ］以内に抑えるためには、応答性は約１３０［ｍｓｅｃ］以下に設定する必要があることが判る。
【００４７】
次に、離型剤を効率よく塗布するための単位噴霧エネルギの範囲について説明する。図１５は、１流体、２流体の夫々における単位噴霧エネルギと塗布距離との関係を示したグラフである。グラフにおける上限値と下限値は、ＬｕｂテスターＵ（株式会社メックインターナショナル製のアルミダイキャスト用自動引っ張り試験機）にて試験を行い、導いたものである。上限値とは、噴霧される離型剤の運動エネルギが大きく、溶媒により溶質（有効成分）が流されてしまい、塗布後の離型剤が薄膜化してしまう限界を表す。上限値は、具体的には、３０００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］である。下限値とは、噴霧される離型剤の運動エネルギが小さく、ノズルから噴霧されても金型表面に届かない限界を表している。下限値は、具体的には、７０×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］である。図１５における四角形のマーカは、単位噴霧エネルギを上限値以下に制限した場合の結果（２流体の場合）を示す。上限値と下限値は、図１７から得られる。あるノズルで連続塗布したときの離型抵抗は、エネルギ５００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］で最小となる。このときの離型抵抗を基準にして、離型抵抗が２０％を超えて悪化すると、経験則上製品品質が顕著に悪化する。これより、上限値：３０００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］と下限値：７０×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］が定まる。
【００４８】
また、ＬｕｂテスターＵにて、離型抵抗試験を実施した。その結果を図１６と図１７に示す。試験の条件は次の通りである。離型剤を噴霧するノズルには２流体用のノズルを用いた。塗布条件は、２０［ｍｌ／ｓｅｃ］で１秒間だけ連続噴霧した（間欠噴霧ではない）。塗布対象（金型を模擬した金属体）の温度は１００度である。噴霧する離型剤としては、油性原液タイプのものを用いた。図１６のグラフは、塗布距離２００［ｍｍ］の位置に変曲点を有しており、この点を境に塗布距離が遠くても近くても離型抵抗は増加する。図１７に、連続塗布した場合と間欠塗布した場合との比較を示す。×印のマーカが、間欠塗布した場合を示す。間欠塗布では、単位噴霧エネルギが前記した上限値、即ち、３０００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］を超えないようにデューティ比を制御した。前述したように、ここでいうデューティ比とは、連続塗布時の塗布時間＝Ｔとしたときのデューティ比を意味する。図１６のグラフが示すように、連続塗布では、塗布距離が小さくなるほど塗布面積が小さくなり単位噴霧エネルギが増加する。間欠噴霧では、単位噴霧エネルギを一定に維持すべく、塗布距離が小さくなるほど、デューティ比を小さくしている。即ち、塗布距離が２００［ｍｍ］以下の場合、コントローラ１８は、塗布距離が小さくなるに従ってデューティ比を小さくする。別言すれば、コントローラ１８は、ノズル１２と金型５０の表面との間の距離（塗布距離Ｌｓ）が所定距離以下の場合に（本実施例では、２００［ｍｍ］以下の場合に）、塗布距離Ｌｓが小さくなるに従ってデューティ比を小さくする。なお、この試験では、塗布距離が近くなってエネルギが上昇して５００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］を超えたところから、連続噴霧から間欠噴霧／デューティ比制御に切り替えている。なお、離型抵抗２０％悪化まで許容できるとすると、エネルギが３０００×１０3［ｇ・（ｃｍ／ｓｅｃ）2／（ｃｍ）2／ｓｅｃ］を超えてから間欠噴霧に切り換えてもよい。
【００４９】
なお、連続塗布の場合、塗布距離が２００［ｍｍ］以下で離型抵抗が増加するのは以下の理由であると推定される。油性の離型剤を用いた場合は、（ａ）離型剤の運動エネルギが大きすぎて溶媒により溶質（有効成分）が洗い流され、薄膜化してしまうこと、及び（ｂ）溶質が堆積し、溶湯の熱で激しくガス化し、鋳造界面が真空化してしまうこと、を原因として離型抵抗が増大するものと推定される。水溶性離型剤を用いた場合は、堆積は問題にならないが、上記（ａ）の要因及び気化が阻害されるため、同様に離型抵抗が増大するものと推定される。
【００５０】
以上のように、本発明では、本発明を特徴づける主な技術である、多関節ロボット１１及びアクチュエータ１５（回転軸機構）による塗布技術、パルス塗布技術、及び噴霧される離型剤の運動エネルギ最適化技術のそれぞれを構築したことで、凹凸が複雑な金型表面に対しても近接して離型剤を塗布可能であって、かつ金型表面に近接して離型剤を噴霧した際においても蒸気の発生や離型剤の跳ね返りの影響を受けずに最適位置に最適量の離型剤を塗布することができる塗布技術を提供することができる。
【００５１】
本発明によれば、例えば、可動するシリンダーが複数あるような複雑な形状の金型の場合であっても、数本のスプレーノズルを回転させることで金型表面に過不足なく全面均一に離型剤を塗布することができる。また、本発明によれば、従来の塗布装置に比べてノズル数が減らせ、メンテナンス性が良いものとなる。
【符号の説明】
【００５２】
１１  多関節ロボット
１２  スプレーノズル
１４  ロボットアーム
１５  アクチュエータ
１８  コントローラ
２０  塗布装置
５０  金型
【図１】
2014024083.tif 000004
【図２】
2014024083.tif 000005
【図３】
2014024083.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014024083.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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