(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モース硬度が３〜４の金属塩化合物からなる離型剤粒子３〜２５質量％を、分散剤を含有する水７５〜９７質量％に懸濁させたことを特徴とする金型鋳造用離型剤。
【請求項２】
モース硬度が３〜４の金属塩化合物からなる離型剤粒子３〜２５質量％およびイソフタル酸ナトリウム５〜１５質量％を、分散剤を含有する水６０〜９２質量％に懸濁させたことを特徴とする金型鋳造用離型剤。
【請求項３】
前記金属塩化合物が、硫酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウムのうち少なくとも１種である請求項１または請求項２に記載の金型鋳造用離型剤。
【請求項４】
離型剤の使用に先立ち、全固形分が０.１〜１０質量％になるように水で希釈した後に、金型面に塗布することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の金型鋳造用離型剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウムの金型鋳造の内、スクイズダイキャストなどのように、溶湯を射出することにより行う、速度が遅く、溶湯が冷え易い鋳造方法に好適に使用することができる離型剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶湯の射出速度が遅い（低速鋳込み）金型鋳造法は、鋳造品へのガスの巻き込みがなく、高強度の鋳造品を得ることができる。従って、このような鋳造品は、自動車の軽量化指向に伴うアルミニウム部品の製造に広く採用されている。
従来、金型鋳造の際に用いられる離型剤は、黒鉛が主流であったが、黒色で周囲を汚損するので好ましくなく、タルク、雲母、ろう石などの天然鉱物、あるいは窒化硼素、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の白色または淡色系の離型剤が多く用いられている。
これらの離型剤粒子は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の分散剤を含む水中に懸濁させた塗料の形態で加熱された鋳型に塗布し皮膜を形成するものである。本出願人は、比表面積が４０ｍ２／ｇ以上の多孔質合成珪酸化合物からなる離型剤粒子を水中に懸濁させたものを既に提案した（特許文献４、５）。
【特許文献１】特開平５−７９７８号公報
【特許文献２】特開平９−６６３４０号公報
【特許文献３】特開２００１−２５９７８８号公報
【特許文献４】特許２９６４３６９号公報
【特許文献５】特開平６−１１４４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記の金型鋳造法は、金型内に溶湯を完全に充填する前に溶湯温度が下ると、湯回りが悪くなり、湯じわ、湯境、あるいは欠肉などの品質上の欠陥を起こし易いという欠点が潜在している。従来の離型剤は熱伝導性がよいため、鋳造欠陥が比較的発生し難い単純な形状の小形部品用としては好適であったが、大形で複雑な形状の部品あるいは薄肉の部品などの場合には、湯回り不良による品質欠陥が発生し易いという問題点があった。この発明は、以上のような事情に鑑み、低速鋳込みの鋳造法において品質欠陥を起こさない離型剤を提供することを目的とするものである。
詳細には、上記特許文献２〜５に開示された目的と同様の白色または淡色系の水系離型剤を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、この発明の金型鋳造用離型剤は、分散剤を含む水中に懸濁させる離型剤粒子として、モース硬度が３〜４の金属塩化合物からなる離型剤粒子を懸濁させたことを特徴とする金型鋳造用離型剤を提供するものである。
なお、金属塩化合物としては、硫酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウムのうち少なくとも１種を用いる。これらの化合物は、従来技術において提案されている上記のタルク、雲母、ろう石などの天然鉱物、あるいは窒化硼素、ＰＴＦＥ、合成珪酸化合物、その他ワックスと無機化合物の組合せなどとは相違し、離型剤用原料として本発明者らが新たに着目し、本発明を完成したものである。
また、本発明の他の態様においては、離型剤粒子の懸濁液中に、さらにイソフタル酸ナトリウムを添加することにより、潤滑剤としての効果を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の離型剤は、金型内に充填するアルミニウム溶湯に対する金型内面の保護効果に優れるため、低速射出鋳造に適用すれば、湯回りや湯流れ性がよくなり、複雑な形状の高品質アルミ鋳物を生産することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
上記のモース硬度は、主として鉱物に対する硬さの尺度であり、１〜１０までの整数値で標準物質を定め、その標準物質と試料を比較して、ひっかいた時の傷の付き難さを指標として標記するものである。すなわち、本発明においてモース硬度３〜４とは、モース硬度３の方解石およびモース硬度４の蛍石を標準物質として用い、方解石でひっかいても傷付かないが、蛍石でひっかくと傷が付くような硬さの物質を意味する。
このように、モース硬度によって特定した金属塩化合物粒子を含有する金型鋳造用離型剤を金型内に塗布・皮膜化させ鋳造を行うと、ワークを離型する際に金型内面を傷付けることがない。
【０００７】
離型剤中の金属塩化合物の使用量は、配合するその他の固形分材料との兼ね合いで変化させるが、調合時の配合量は３〜２５質量％、好ましく５〜２０質量％、特に好ましくは７〜１５質量％の範囲である。調合時の配合量が３質量％未満であると金属塩化合物粒子の含有量が少なく、後述のように、調合時の組成物を後に希釈して使用するのが一般的であるから、金型の内面を保護する効果を有する皮膜を形成することができない。また、調合時の組成物が希薄であると、それを大量に貯留する必要があり、現場管理上不都合である。更に、金属塩化合物の濃度が高過ぎても、あるいは低過ぎても、粒子の沈殿や凝集が起こり、調合液を希釈して使用する場合に均一に分散し難くなる。
用いる金属塩化合物粒子の大きさは、レーザー光学式粒度分布測定装置を用いて測定した平均粒子径（Ｄ５０）が０.１〜１μｍ、好ましくは０.３〜０.７μｍ、特に好ましくは０.５μｍ程度である。
【０００８】
モース硬度が３〜４の金属塩化合物の例としては、硫酸バリウム［ＢａＳO４］（モース硬度：３.０）、炭酸ストロンチウム［ＳｒＣＯ３］（モース硬度：３.５）、炭酸カルシウム［ＣａＣＯ３］（モース硬度：３.０）などが挙げられる。実際には、これらの少なくとも１種あるいは２種以上を併用する。なお、これらの金属塩化合物の内、特に好ましいものは、胃腸のX線検査の造影剤として使用される硫酸バリウムである。
【０００９】
この発明の離型剤の内、モース硬度が上記のように特定される金属塩化合物を単独で用いる場合には、離型剤の潤滑性は比較的低いが金型内面を保護する効果が高いため、鋳造品が単純な形状の場合に適している。鋳造品が複雑な形状の場合には、前記金属塩化合物のみからなる離型剤に、さらにイソフタル酸ナトリウムを、調合時の配合量として５〜１５質量％添加することによって、鋳造用離型剤としての潤滑性を向上させることができる。配合量が５質量％未満では添加効果が発揮されず、逆に１５質量％を超えてもそれ以上の添加効果は認められない。
なお、従来から知られているタルク、窒化硼素、弗化黒鉛などの固体潤滑剤粒子を添加して潤滑性を向上させることも可能である。なお、固体潤滑剤粒子のうち黒鉛は黒色であるから、用いる場合は少量にすることが好ましい。
【００１０】
鋳造物品の形状や寸法によって、金型面への離型剤塗膜の接着性が必要な場合には、懸濁液中にさらに水ガラス、コロイド状シリカなどの無機系材料やエマルジョン、樹脂などの有機系材料を適宜添加することができる。その添加量は固形分として約２〜１５質量％程度の範囲が好ましい。
【００１１】
なお、この発明の離型剤懸濁液は、上記のとおり、調合（懸濁液製造）時には固形分の濃度を高くし（固形分として２０〜３０質量％程度）、残部は溶媒として水を添加して調製し、保存する。後刻の使用時に、金型の寸法、形状、塗布条件などに合わせて、適宜の濃度に離型剤懸濁液を希釈して金型面に塗布する。例えば、固形分として０.１〜１０質量％程度に水で希釈して用いるのが一般的である。
【実施例】
【００１２】
以下に、実施例によりこの発明をさらに詳細に説明するが、この発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００１３】
〔実施例１〕
ここではまず、離型剤粒子の金属塩化合物の状態について説明する。
分散剤として２質量％のＣＭＣを水に溶解した液に、表１に示すような平均粒子径（Ｄ５０）が０.５μｍ程度の各種の無機粉体２０質量％を、凝集塊が生じないように徐々に添加し、十分に撹拌して離型剤試料を調製した。その後離型剤試料を金型に塗布する前に、全固形分が２.０質量％になるように水で希釈した。なお、用いた無機粉体材料とそのモース硬度値を表１に示す。表中のタルクおよび雲母は、従来離型剤として使用される無機粉体であり、硫酸バリウム、炭酸ストロンチウムおよび炭酸カルシウムはこの発明において離型剤としての新規な用途を提案する金属塩化合物である。
【００１４】
【表１】
0005264188.tif 000002
【００１５】
また、表２に示すように、無機粉体の全量を１００質量部とする各材料の配合量を、上記ＣＭＣ水溶液に添加して離型剤試料を調製し、更に水で希釈して得た離型剤組成物を塗布して形成した皮膜について、離型抵抗および金型温度の最高値を測定した。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
それぞれの評価方法は、以下のとおりである。
〔離型抵抗〕
２００℃に加熱した２００×２００ｍｍの金属製平板（材質：ＳＫＤ６１）上に離型剤組成物をスプレー塗布し、皮膜化させた。皮膜の乾燥時の厚みは約１μｍであった。
その皮膜上にφ１００ｍｍ（外径）、高さ５０ｍｍ、厚さ１ｍｍの金属製丸型枠（材質：ＳＫＤ６１）を置き、その中に６８０℃に加熱したアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）の溶湯１００ｃｍ３を注ぎ入れ、４０秒後に１０ｋｇの錘を載せ、丸型枠を金属平板上で移動させた。その時の必要荷重をロードセルで測定し、単位面積（丸型枠内の接触面積：７５ｃｍ２）当たりの荷重を算出した。この離型抵抗値が低いものほど、潤滑性に優れる離型剤皮膜が得られたと判断する。
【００１８】
〔金型温度〕
前記離型抵抗の評価治具を用いる。但し、金属製平板には熱電対が埋め込まれており、金属製平板の温度変化の状態を確認できるようにした。２００℃に加熱した金属製平板上に前記離型剤組成物をスプレー塗布し皮膜を形成した。皮膜形成部分の上に金属製丸型枠を載せ、その枠内に６８０℃の溶融アルミニウム合金を流し込む。流し込み時から１分間の平板温度変化状態を観察し、最高到達温度を記録した。この評価で、温度が高い場合は、アルミニウム溶湯の熱が金型側に移動したと見なし、実際の鋳造評価においては湯廻りの悪い離型剤皮膜と見なされる。一方、温度が低い場合は、離型剤皮膜による熱伝播が悪く湯廻りの良い離型剤皮膜と見なした。
【００１９】
表２に示す評価結果では、従来から知られている比較試料であるタルク、雲母（試料番号１、２）を含め、本発明試料の９点（試料番号３〜１１）について、採用したいずれの評価においても離型抵抗は９ｋｇｆ／ｃｍ２以下であった。
【００２０】
〔実施例２〕
次に、さらに潤滑特性を向上させるための方策として、本発明の金属塩化合物からなる離型剤組成物にイソフタル酸ナトリウムを添加した場合の試験結果を示す。用いた金属塩化合物は、実施例１と同様に、硫酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウムの３種である。
実施例１と同様の方法で、表３に示す配合組成で離型剤試料を調製した。また、実施例１と同様の評価によって離型抵抗および金型温度（最高値）を測定した。
評価結果を表３に示す。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
硫酸バリウムに、更にイソフタル酸ナトリウムを添加した試料番号２１〜２３の離型剤では、離型抵抗値が減少し、イソフタル酸ナトリウムの添加量が多いものほど、低い抵抗値を示した（試料番号２１）。この傾向は、金属塩化合物が炭酸ストロンチウムおよび炭酸カルシウムの場合でも同様の結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明の金属塩化合物からなる離型剤組成物は、金型内に充填されるアルミニウム溶湯に対する金型内面の保護効果に優れるため、低速射出鋳造に適用され、湯回り、湯流れ性がよく、アルミニウムの金型鋳造の内、スクイズダイキャストなどのように、溶湯を射出する速度が遅く、溶湯が冷え易い鋳造方法に好適に使用することができる。