(57)【要約】【課題】  ダイカスト金型の溶損進行を、効果的に遅延させる手段を提供する。【解決手段】  アルミニウムまたはアルミニウム合金のダイカスト鋳造用離型剤中に、アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含有させる。アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子としては、粒径が１００μｍ以下の鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、またはこれらの酸化物が挙げられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含む、アルミニウムまたはアルミニウム合金のダイカスト鋳造用離型剤。
【請求項２】
前記アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子は、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、またはこれらの酸化物からなる、請求項１に記載のダイカスト鋳造用離型剤。
【請求項３】
前記粒子の粒径が、１００μｍ以下である、請求項１または２に記載のダイカスト鋳造用離型剤。
【請求項４】
さらに、珪酸塩を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイカスト鋳造用離型剤。
【請求項５】
アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含む離型剤を、ダイカスト鋳造装置のキャビティに導入して、金型表面に前記離型剤を付着させる段階と、
前記離型剤が付着した金型に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を供給して、ダイカスト鋳造を行なう段階と、
を含む、ダイカスト鋳造方法。
【請求項６】
前記アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子は、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、またはこれらの酸化物からなる、請求項５に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項７】
前記粒子の粒径が、１００μｍ以下である、請求項５または６に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項８】
前記離型剤は、さらに、珪酸塩を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載のダイカスト鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト鋳造に関し、より詳しくは、金型からのダイカスト成形品の取り出しを容易にするための離型剤、および離型剤を用いたダイカスト鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造は、薄肉で精密な鋳物製品を大量に生産する方法として知られている。ダイカスト鋳造の要素技術として、供給された溶湯が凝固する前に、金型内のキャビティに短時間で溶湯を充填完了させることが要求される。つまり、高速・高圧での溶湯充填が要求される。
【０００３】
ダイカスト鋳造に用いられる金型には、溶湯をキャビティに供給するための湯口が存在する。湯口とは、キャビティに供給される溶湯が流通する、断面積が小さくなっている部位であり、溶湯の充填挙動を制御するオリフィスの役割を有する。また、湯口の厚みを大きくしすぎると、鋳造後の湯口除去の際に、鋳物製品の形状部分まで欠込みさせてしまう虞があるため、一般的には、後工程における鋳物製品仕上げが容易になるように、湯口の厚みは２〜５ｍｍ程度に設計される。
【０００４】
一般的なダイカスト鋳造においては、湯口の溶湯充填速度は３０〜１００ｍ／ｓ程度となり、湯口の通過抵抗は３〜１０ＭＰａ程度にもなる。このような高速・高圧による衝撃に加えて、高温の溶融金属を湯口から噴出させる工程が、２０〜１５０ｓのサイクルで繰返し行われる。このため、金型の湯口および湯口に連通する製品形状部においては、溶損の発生が早く、また、溶損の進行も速い。溶損が進行すると、製品形状が管理できなくなるので、３，０００〜１０，０００サイクル程度の所定期間毎に、湯口および湯口に連通する製品形状部の溶接補修作業を行なう必要が生じる。特に、アルミニウム合金ダイカスト鋳造法の場合、金型材料の主成分であるＦｅは、アルミニウム合金に対する溶解度が２％もあり、金型の溶損進行が極めて速い。このため、ダイカスト金型、特に湯口および湯口に連通する製品形状部における溶損を、効果的に遅延させる手段の開発が求められていた。
【０００５】
ところで、ダイカスト鋳造においては、金型材料と溶湯との溶解反応を抑制し、かつ溶湯凝固後に製品を傷つけることなく抜型できるように、サイクル毎に金型表面に離型剤を塗布することが一般的である。
【０００６】
離型剤には、（１）製品を抜型するための潤滑成分（たとえば、植物性ワックス、カルボン酸、鉱物油ワックス、シリコンオイル、黒鉛）、（２）金型材料と溶湯との溶融反応を抑制するための耐焼付成分（たとえば、タルク）が主として含有されている。これらを、水や油などの溶媒に溶解または分散させて、ダイカスト金型の表面に塗布して離型皮膜を形成している。
【０００７】
しかしながら、湯口での溶湯充填速度は、３０〜１００ｍ／ｓ程度もの高速であるため、湯口および湯口近傍に塗布された離型剤は、供給される溶湯によって掃き流されて、局部的に離型剤の塗布皮膜が消失し、溶損が早く進行してしまう。つまり、離型剤を金型表面に塗布した場合であっても、金型の湯口および湯口近傍における溶損を有効に遅延させることが困難であった。
【０００８】
金型の耐溶損性を向上させる技術としては、特許文献１や特許文献２で提案されているような、ダイカスト金型の表面を改質する技術が提案されている。しかしながら、特許文献１や特許文献２で提案されている技術によって形成される表面処理層は、１０〜１００μｍ程度の厚みに過ぎない。表面処理によって有効な耐溶損性が得られたとしても、湯口および湯口に連通する製品形状部においては、前述のように、高温の溶湯が、高速かつ高圧で繰り返し流通するため、表面処理層が摩擦によって磨耗したり、母材であるダイカスト金型との線膨張特性の差によって剥離したりしてしまう。
【０００９】
その上、金型を表面処理する手法は、溶接補修作業時の手間や経済性の点で問題が残されている。つまり、ダイカスト金型の溶接補修作業の際に、初期と同様の耐溶損性を求める場合には、再度表面処理を行なう必要があるが、このような再度の表面処理は、手間がかかる。また、ダイカスト金型の表面処理は、一般的には重量当たり単価で取引きされ、１０００〜５０００円／ｋｇと高価であるため、製造コストの上昇を招いてしまう。特に、数百ｋｇ〜数トンもの大型の部材を製造する場合には、製造コストの上昇は顕著である。
【特許文献１】特開２０００−１２３２７７号公報
【特許文献２】特開２００２−４５９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ダイカスト金型の溶損進行を、効果的に遅延させる手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含む、アルミニウムまたはアルミニウム合金のダイカスト鋳造用離型剤である。
【００１２】
また本発明は、アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含む離型剤を、ダイカスト鋳造装置のキャビティに導入して、金型表面に前記離型剤を付着させる段階と、前記離型剤が付着した金型に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を供給して、ダイカスト鋳造を行なう段階とを含む、ダイカスト鋳造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の離型剤を金型表面に塗布することによって、容易にアルミニウム溶湯に溶解しうる金属粒子が金型表面に供給され、溶湯の流通によって剥離してアルミニウム溶湯に溶け込む。これにより、金型本体が溶損する前にアルミニウム溶湯の溶解エンタルピーが減少するので、ダイカスト金型の溶損進行が遅延する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の第１は、アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含む、アルミニウムまたはアルミニウム合金のダイカスト鋳造用離型剤である。本発明のダイカスト鋳造用離型剤は、離型剤の主要成分に加えて、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル等の金属またはこれらの酸化物の粒子を含む。このような離型剤がダイカスト金型の表面に塗布されていると、アルミニウム溶湯が供給されたときに、アルミニウム溶湯に溶解しやすい粒子によって、ダイカスト金型の溶損が抑制される。また、離型剤中に金属または金属酸化物の粒子を含ませることにより、配管内部に堆積したコレステロール状の劣化離型剤が除去されうる。なお、以下の説明においては、説明の都合上、「金属または金属酸化物の粒子」を「金属粒子」と記載する。
【００１５】
以下、本発明の第１について、詳細に説明する。
【００１６】
離型剤には、主要成分として、鋳造されたダイカスト製品を抜型するための潤滑成分が含まれる。潤滑成分は、植物性ワックス、カルボン酸、鉱物油ワックス、シリコンオイル、黒鉛などが挙げられるが、これらに限定されるわけではなく、これら以外の潤滑成分が用いられてもよい。離型剤には、耐焼付成分が含まれてもよい。耐焼付成分とは、金型と溶湯との溶融反応を抑制するための成分である。例えば、液体離型剤においては、これらの成分が、水や有機溶媒などの溶媒に溶解または分散される。離型剤中の主要成分の含有量は、使用する成分の種類や用途に応じて、既に得られた知見を参考にして、適宜決定されればよい。
【００１７】
本発明の離型剤においては、アルミニウムに対して溶解可能な金属粒子が含まれる。なお、「アルミニウムに対して溶解可能」とは、アルミニウム溶湯に対する平衡溶解度が、０．１％以上のポテンシャルを有する金属または金属酸化物を意味する。具体的には、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、またはこれらの酸化物からなる粒子が、離型剤中に含まれうる。金属粒子の組成としては、Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｃｏ、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３などが挙げられる。金属粒子は、これらの金属または酸化物のみから構成されていてもよいし、これらの金属の複合物であってもよい。場合によっては、他の成分が、構成要素または不純物として含まれてもよい。
【００１８】
金属粒子の粒径は、好ましくは１００μｍ以下である。金属粒子の粒径を小さくして個々の粒子の質量を軽くすることにより、離型剤中での分散性が高まり、離型剤塗布時における金型表面への金属粒子の均一付着性が向上する。また、金属粒子の粒径が小さいと、金属粒子の表面積が大きくなり、キャビティに供給されるアルミニウム溶湯に対する溶解反応が活性化される。その結果、本発明の溶損遅延効果が大きくなる。金属粒子の粒径の下限値は、特に限定されず、微細化されるほど効果が高くなる。
【００１９】
金属粒子の離型剤における配合量は、金属粒子の種類や、金型の形状、溶湯の供給速度などに応じて決定されるべきであり、一義的に規定されないが、通常は、離型剤の希釈後の全質量に対して０．０５〜５．００質量％程度配合される。
【００２０】
本発明の離型剤は、上述の主要成分や金属粒子以外にも、他成分を含有していてもよい。例えば、本発明の離型剤は、好ましくは珪酸塩を含む。珪酸塩は、例えば、水溶液として離型剤に添加される無機系接着剤である。珪酸塩を添加することにより、有機系接着剤で見られるようにガス発生を伴うことなく、金属または金属酸化物の粒子の接着強度が高まる。その結果、供給される溶湯によって、金属または金属酸化物の粒子が掃き流されにくくなり、金型の溶損が遅延する。珪酸塩としては、珪酸カルシウム、珪酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００２１】
離型剤における珪酸塩の配合量は、珪酸塩の種類や、金型の形状などに応じて決定されるべきであり、一義的に規定されないが、通常は、離型剤の希釈後の全質量に対して０．０１〜５．００質量％程度配合される。
【００２２】
本発明の第２は、アルミニウムに対して溶解可能な金属または金属酸化物の粒子を含む離型剤を、ダイカスト鋳造装置のキャビティに導入して、金型表面に前記離型剤を付着させる段階と、前記離型剤が付着した金型に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を供給して、ダイカスト鋳造を行なう段階とを含む、ダイカスト鋳造方法である。本発明の第２は、金属粒子を含む離型剤を用いて、ダイカスト鋳造を行う方法に関する。金属粒子を含む離型剤がダイカスト金型の表面に塗布されると、本発明の第１と同様に、アルミニウム溶湯が供給されたときに、アルミニウム溶湯に溶解しやすい粒子によって、ダイカスト金型の溶損が抑制される。また、離型剤中に金属または金属酸化物の粒子を含ませることにより、配管内部に堆積したコレステロール状の劣化離型剤が除去されうる。
【００２３】
以下、本発明の第２について説明するが、用いられる離型剤についての説明は、本発明の第１の説明と同様であるため、ここでは説明を簡略化する。また、本発明のダイカスト鋳造方法は、離型剤中に金属粒子が含まれる点を除いて、基本的に従来知られている方法が用いられうる。したがって、具体的な製造条件は、ダイカスト鋳造に関して既に得られている知見を適宜参照して決定されればよい。
【００２４】
まず、離型剤を金型のキャビティに導入して、金型表面に離型剤を付着させる。金型の構成材料としてはＦｅが一般に用いられている。離型剤の付着は、従来技術を用いて行うことが可能である。例えば、水溶性離型剤を金型表面に付着させるには、スプレーを用いて水溶性離型剤を塗布する方法が採用されうる。
【００２５】
離型剤を金型表面に付着させた後、離型剤が付着した金型に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を供給して鋳造する。溶湯は、通常は高速・高圧で供給される。溶湯の成分が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であると、金型材料中のＦｅとアルミニウム合金との親和性が高いため、金型の溶損が激しく進行する虞がある。この点、本発明においては、アルミニウムに対して溶解可能な高い金属粒子を含む離型剤が、金型表面に付着しているため、金型本体の溶損が遅くなる。
【実施例】
【００２６】
下記表１に示すように、金属粒子の組成、金属粒子の粒径、金属粒子の添加分率、および珪酸塩添加分率を変化させて、離型剤を調製した。表に示す条件以外の製造条件は、基本的に同一とした。調製された離型剤を、ダイカスト鋳造装置のキャビティに導入し、金型表面に離型剤を付着させた。その後、離型剤が付着した金型に、アルミニウム溶湯を供給して、ダイカスト鋳造を行った。このようなサイクルを繰り返し、ダイカスト金型の耐溶損性を調査した。金属粒子の添加分率（％）および珪酸塩添加分率（％）は、離型剤の原液を溶媒に希釈した後の添加分率（質量％）である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、金属粒子を離型剤中に含有させることによって、アルミニウム溶湯に対して、優れた耐溶損性が発現する。
【００２９】
また、実施例１〜５で調製した離型剤を用いてダイカスト鋳造を行った際の、離型抵抗を調査した。結果を図１に示す。図１において、比較例とは、金属粒子を含まない以外は実施例と同様の離型剤を用いて、ダイカスト鋳造を行った場合の離型抵抗である。図１に示すように、金属粒子を離型剤中に含有させることによって、離型抵抗が小さくなる。これは、本発明の離型剤が、離型剤として有効に機能していることを示していると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、上述のように、ダイカスト鋳造に使用される。本発明によってダイカスト金型の溶損進行が遅延し、溶接補修作業の頻度が低下する、または場合によっては溶接補修作業が不必要になる。その結果、製造コストが低下および生産性の向上が図られ、ひいては製品の競争力の向上にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】離型剤の種類と、鋳造されたダイカストを離型する際の離型抵抗との関係を示すグラフである。
【図１】
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