JP2002097481A - 金型鋳造用の粉体離型潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 金型鋳造用の粉体離型潤滑剤として、溶
融金属との接触により、熱分解して気体を発生する無機
物粉体を用いる。 【効果】 熱分解により発生した気体を、溶融金属と金
型との間の断熱境界層として利用することにより、金型
鋳造におけるスリーブ内部の溶湯の保温性およびキャビ
ティー内部における溶湯の保温性・流動性を格段に向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機物質の熱分解
により発生した気体を断熱境界層として利用する金型鋳
造用の粉体離型潤滑剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金型鋳造プロセスで使用される粉体離型
潤滑剤としては、 溶融金属から金型への熱流速を小さく
するために、断熱性および保温性に優れた無機物粉体が
主に使用されている。無機物粉体自体の断熱性、保温性
等の特性を利用しようとする場合、タルク等の天然鉱産
物から選択せざるを得ないケースが多く、天然鉱産物で
あるが故に原産地によっては不純物としてアスベストや
クリスタリンシリカ（結晶質シリカ）の混入が懸念され
る。このように、無機物粉体自体の断熱性、保温性等を
利用する場合には、原料選択に際して制約が大きく、場
合によっては離型潤滑剤として極めてコストの高いもの
となっていた。

【０００３】他方、有機物粉体、例えばポリエチレンワ
ックスや金属石鹸等は、原料イニシャルコストが高いだ
けでなく、多用した場合、溶融金属と接触した際にメタ
ンやエタン、水素等の分解発生ガスが鋳造製品中に入
り、製品の品位を低下させる要因になることがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑み開発されたもので、無機物粉体自体の断熱性を利
用するのではなく、粉体を構成する無機物が溶融金属と
接触した際に熱分解して発生する気体を、溶融金属と金
型との間の断熱境界層として利用することによって、溶
融金属から金型への熱伝達を効果的に低減することがで
き、しかも安価な、無機物粉体を利用した金型鋳造用の
粉体離型潤滑剤を提案することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
構成は次のとおりである。 １．溶融金属との接触により、熱分解して気体を発生す
る無機物粉体からなることを特徴とする金型鋳造用の粉
体離型潤滑剤。

【０００６】２．溶融金属との接触により、熱分解して
気体を発生する熱分解温度が 100〜1000℃の範囲にあ
る、無機物粉体を用いること特徴とする上記１記載の金
型鋳造用の粉体離型潤滑剤。

【０００７】３．熱分解による気体発生後も、分解物ま
たは生成物として無機物を生成する無機物粉体を用いる
ことを特徴とする上記１または２記載の金型鋳造用の粉
体離型潤滑剤。

【０００８】４．水酸化物または炭酸塩のうちから選ん
だ少なくとも一種からなる無機物粉体中に、潤滑性の向
上剤としてグラファイトおよび／または窒化硼素を50ma
ss％以下で配合したことを特徴とする請求項１，２また
は３記載の金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。

【０００９】５．無機物粉体中に、付着性および潤滑性
の向上剤として有機物粉体を50mass％以下で配合したこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金型鋳
造用の粉体離型潤滑剤。

【００１０】６．粉体状有機物が、合成高分子化合物ま
たは脂肪酸金属塩のうちから選んだ少なくとも一種であ
る上記５記載の金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明は、無機物粉体と溶融金属との接触により、
熱分解して発生した気体を断熱境界層として利用する。
というのは、上記のようにして発生させた気体は、鋳造
プロセスにおいて流動している溶融金属と金型の間に切
れ目なく浸透するので、かかる気体膜を境界層として利
用することにより、効果的な断熱性、保温性が得られる
からである。ここに、このような無機物粉体の代表例を
例示すると次のとおりである。水酸化アルミニウム、水
酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、カオ
リナイト、タルク。

【００１２】また、上記したような無機物粉体しとて
は、熱分解温度が大気雰囲気下において 100〜1000℃の
範囲にあるものが好ましい。というのは、熱分解温度が
100℃未満では、通常金型表面は 200〜300 ℃に保持さ
れているため、付着と同時に分解してしまうおそれがあ
り、一方1000℃超では溶融金属と接触しても分解が起こ
り難く、ガス発生が生じないおそれがあるからである。
なお、かような無機物粉体としては、上掲した各粉体の
うち、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化
マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、塩
基性炭酸マグネシウム、カオリナイト等が挙げられる。

【００１３】さらに、かかる無機物粉体としては、熱分
解して気体を発生した後も、分解物または生成物として
無機物粒子を生成するものがとりわけ好適である。とい
うのは、熱分解により気体を発生した後も、分解物また
は生成物として無機物粒子が生成すると、発生した気体
が生成した無機物粉体でピン止めされることから、より
均一な断熱層が形成され、その結果、溶融金属から金型
への熱流速を格段に低減して良好な離型潤滑性能が発揮
されるからである。かかる無機物粉体としては、上掲し
た各粉体のうち、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシ
ウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、塩基性炭酸
マグネシウム、カオリナイト等が挙げられる。

【００１４】また、本発明では、熱分解により気体を発
生する無機物粉体として水酸化物または炭酸塩のうちか
ら選んだ少なくとも一種と、潤滑性の向上剤としてグラ
ファイトおよび／または窒化硼素とを混合した無機混合
粉体を利用することもできる。本発明によれば、無機物
粉体として水酸化物または炭酸塩を使用することにより
安価な金型鋳造用離型潤滑剤の供給が可能となる。ま
た、グラファイト、窒化硼素のような六方結晶構造を有
し、かつ自己潤滑性を具備する固体潤滑剤を併用するこ
とにより潤滑性、離型性の一層の向上を図ることができ
る。ここに、グラファイトや窒化硼素の配合比があまり
に多いと、製品表面が黒ずみ外観不良の要因になった
り、コストアップになるだけでなく、気体発生量が抑制
されるおそれがあるので、これらの配合比は50mass％以
下程度とすることが好ましい。なお、上記した水酸化物
または炭酸塩としては、水酸化アルミニウム、水酸化カ
ルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸
マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、カオリナイト
等が挙げられる。

【００１５】さらに、本発明では、無機物粉体の金型へ
の付着性を向上させ、しかも潤滑性能を確保する目的
で、無機物粉体中に、有機物粉体を50mass％以下で配合
することができる。すなわち、本発明の粉体離型潤滑剤
において、無機物粉体だけでは付着力に欠ける場合で
も、有機物粉体を併用することにより付着力が期待で
き、併せて潤滑性能の向上を図ることができる。なお、
有機物粉体の配合量の上限を50mass％としたのは、50ma
ss％を超えると有機物から発生する分解ガス量が多くな
りすぎ、鋳造品に巻込まれたりして、品位の低下を招く
おそれがあるからである。

【００１６】ここに、かような有機物としては、ポリエ
チレンワックスやポリプロピレンワックスのような合成
高分子化合物ならびにリチウムステアレートやカルシウ
ムステアレート、ジンクステアレートのような脂肪酸金
属塩が好適である。かような高分子化合物や脂肪酸金属
塩は融点が低く、金型表面温度を感知して固体から液体
へと変化する時に金型表面で濡れ効果を発揮して付着力
を増す。また、凝固した金属と金型との間に介入して離
型潤滑性を向上させる効果もある。

【００１７】次に、本発明の基礎となった実験結果につ
いて説明する。なお、本発明では、粉体離型潤滑剤の断
熱・保温効果を、溶融金属を流し込んだ時の流動長Ｌで
評価した。流動長は、図１に示す流動長測定装置で測定
するものとし、図中番号１は坩堝、２はストッパー、３
は温度計、そして４が溶融金属（Al合金）である。ま
た、５は溶融金属４の流路、６はヒータであり、７はの
ぞき窓、８はズーム顕微鏡、９はハイスピードＶＴＲで
ある。

【００１８】さて、図１に示したような流動長測定金型
の流路５に予め、粉体離型潤滑剤を２g/m²の割合で均一
に塗布する。また、比較例として、一般に用いられてい
る水性潤滑剤を通常の使用条件に希釈して、同様に金型
に塗布した。離型潤滑剤塗布後、流動長測定金型を 200
℃に昇温する。温度はＰＩＤ制御によって誤差±１℃に
制御した。

【００１９】次に、 600℃に予熱したステンレス製の坩
堝１を、金型（上型）の所定の位置に設定し、ステンレ
ス製のストッパー２で栓をする。なお、坩堝１の内面お
よびストッパー２の外周面には、いわゆる「とがた」が
塗ってある。その後、700 ℃の溶融アルミニウム合金
（ADC 12）溶湯４を坩堝１内に注ぐ。その際、溶湯の静
水圧を一定にするため、常に一定の高さまで溶湯を注ぐ
ようにする。溶湯４を坩堝１に注いだのち、ＣＡ熱電対
を溶湯内に挿入し温度を測定する。溶湯温度が 630℃に
なった段階でストッパー２を引き上げると、溶湯４は流
動長測定金型（下型）に彫り込まれた流路５に流れ込
む。凝固後、鋳造物の長さを測ることによって流動長Ｌ
を測定する。

【００２０】上記の要領で種々の離型潤滑剤について流
動長Ｌを測定したが、本発明の要件を満足する、溶融金
属（溶湯）との接触により熱分解してガスを発生する無
機物としては、水酸化アルミニウム〔Al(OH)₃ 〕、水酸
化カルシウム〔Ca(OH)₂ 〕および炭酸カルシウム〔CaCO
₃ 〕を用いた。なお、これらの無機物粉体の平均粒径は
いずれも 0.5〜30μm 程度とした。

【００２１】まず、これらの無機物粉体が、何度で熱分
解し、どれくらいの気体を発生するかを熱天秤で測定し
た。その結果を図２に示す。なお、実験はAr雰囲気中で
行い、昇温速度は10℃/minとした。同図に示したよう
に、重量変化から、水酸化アルミニウムは 300℃前後で
熱分解し、１ｇ当たりおよそ370 mlの水蒸気を熱分解ガ
スとして発生することが判明した。ここに、ガス発生量
は、いわゆる標準状態（０℃、１気圧）に換算した量で
ある。同様に、水酸化カルシウムは 450℃前後で熱分解
し、１ｇ当たりおよそ250 mlの水蒸気を熱分解ガスとし
て発生することが判明した。また、炭酸カルシウムは 7
00℃前後で熱分解し、１ｇ当たりおよそ100 mlの二酸化
炭素を熱分解ガスとして発生することが判明した。この
ように、これらの無機物粉体は、ダイカスト鋳造時にス
リーブ（射出シリンダー内部）または金型内部で、600
℃以上の溶融アルミニウムと接触することによって熱分
解し、気体を発生する。

【００２２】次に、各無機物粉体を単体で使用した場
合、また副成分としてグラファイトや有機物粉体を配合
して用いた場合について、流動長Ｌを測定した結果を、
従来の離型潤滑剤のそれと比較して図３に示す。従来、
粉体離型潤滑剤では、無機物として主にタルクが用いら
れてきたが、この場合は、タルク自身のもつ低い熱伝導
特性を利用して、溶湯と金型との間の熱伝達を低減させ
るものであった。これに対し、本発明の粉体離型潤滑剤
を用いた場合には、タルクと比べると、水酸化カルシウ
ムで約30％、また水酸化アルミニウムで約40％流動長Ｌ
が改善されている。

【００２３】また、従来用いられてきた水溶性離型剤と
比べると、水酸化カルシウム（記号Ｃで表示する）とグ
ラファイト（同Ｇ）、ワックス（同Ｗ）を混合した粉体
離型潤滑剤 (図中のＣＧＷ (54，36，10))では 2.2倍、
また水酸化カルシウムの代わりに水酸化アルミニウムを
用いた粉体離型潤滑剤 (図中のＡＧＷ (50, 25, 25))で
は 3.4倍もの流動長を示した。なお、水酸化カルシウム
や水酸化アルミニウムの代わりにタルクを使用した粉体
離型潤滑剤 (図中のＴＧＷ (50, 25, 25))では、従来の
水溶性離型剤に比べると1.8 倍の流動長が得られたが、
本発明に従い無機物粉体として水酸化カルシウムや水酸
化アルミニウムを用いた場合に比べると、その効果は劣
っていた。

【００２４】上記したように、本発明に従う粉体離型潤
滑剤を用いた場合に優れた流動性が得られる理由は、粉
体離型潤滑剤中の成分として含まれる無機物粉体が溶湯
と接触した際に加熱されて気体を発生し、溶湯と金型の
間に効果的に気相膜が形成され、これが断熱境界層とし
て作用するためである。

【００２５】また、水溶性離型剤、ＴＧＷ (50, 25, 2
5) およびＡＧＷ (50, 25, 25) をそれぞれ、金型上に
２ｇ/m² 塗布した時の溶融金属から金型への熱伝達率
は、各々14, ３，２ kW/M²K であり、この数値からもＡ
ＧＷ (50, 25, 25) が断熱性に優れていることが判る。

【００２６】

【実施例】表１に示す配合割合になる粉体離型潤滑剤を
用いて、以下の条件で金型鋳造を行い、その際の湯流れ
不良、外観不良、型残りピン折れおよびブリスターの発
生状況について調べた。得られた結果を表２に示す。 鋳造条件 ・ダイカストマシン 350 トン模型コールドチヤンバ ・鋳造品 ケース類 ・材質 ＡＤＣ12 ・鋳込み温度 680 ℃ ・鋳込み重量 440 g ・粉体離型剤供給装置 市販品 ・粉体離型剤吐出量 0.7g／1 ショット ・粉体離型剤吐出時のキャビティ内圧力 500Torr ・ショット数 250

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表２に示したとおり、本発明に従う粉体離
型潤滑剤を用いた場合は、従来の無機物粉体自体の断
熱、保温効果を利用する粉体離型潤滑剤に比べて、湯流
れ不良、外観不良および離型力不足による型残りやピン
折れの発生を格段に低減することができた。

【００３０】

【発明の効果】かくして、この発明に従い、粉体離型潤
滑剤の構成成分として「加熱昇温により熱分解して気体
を発生する無機物」を利用することによって、金型鋳造
におけるスリーブ内部の溶湯の保温性およびキャビティ
ー内部における溶湯の保温性・流動性を格段に向上させ
ることができる。

【００３１】また、スリーブ内部での溶湯の温度低下速
度が小さいため、従来のスリーブ用潤滑剤を使用した場
合よりも、射出完了までの溶湯温度を高く保持すること
ができる。同様に、キャビティー内部での溶湯の保温性
が高いため、溶湯の充填時間を長くすることができる。
その結果、金型キャビティー内への溶湯の射出スピード
（プランジャーチップ速度およびゲート速度）を、従来
の油性その他の潤滑剤を使用した場合に比べて最大１/1
0 程度まで低減することができ、いわゆる低速充填が可
能となる。ひいては、キャビティーへの溶湯充填中にお
ける大気巻き込みに起因した鋳造品の欠陥を１/10 以下
まで低減することができる。

【００３２】さらに、スリーブ中における溶湯の保温性
が向上し、破断チル層といわれる鋳造欠陥を減少できる
効果もある。すなわち、鋳造物が薄肉になるほど、溶湯
の凝固速度が破断チル層の生成の有無に顕著な影響を受
けることが知られているが、本発明によれば、破断チル
層が減少することで、これまでの水溶性の離型潤滑剤に
比べて、より一層薄肉で大型の鋳造品の製造が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 流動長測定装置を示した図である。

【図２】 無機物粉体の熱分解温度を示した図である。

【図３】 各種の離型潤滑剤の流動長を比較して示した
図である。

【符号の説明】

１ 坩堝 ２ ストッパー ３ 温度計 ４ 溶融金属 ５ 流路 ６ ヒータ ７ のぞき窓 ８ ズーム顕微鏡 ９ ハイスピードＶＴＲ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 103/00 Ｃ１０Ｍ 103/00 Ａ 103/02 103/02 Ｚ 105/24 105/24 107/04 107/04 107/06 107/06 129/40 129/40 143/02 143/02 143/04 143/04 // Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 10:04 10:06 10:06 40:36 40:36 50:06 50:06 (72)発明者 吉田 誠 広島県東広島市鏡山２−360 ががら第二 宿舎２−406 (72)発明者 吉松 英之 岡山県岡山市芳賀5301 岡山県工業技術セ ンター内 (72)発明者 上野 覚 岡山県岡山市芳賀5301 岡山県工業技術セ ンター内 (72)発明者 澤井 敬己 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目２番地45 花野商事株式会社内 Ｆターム(参考） 4E092 AA04 AA05 AA16 AA19 AA41 BA11 CA03 DA05 GA01 4H104 AA04A AA13A AA24A AA26A BB17A BB17C CA02A CA02C CA03A CA03C EA08A FA01 FA02 FA03 PA48 QA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属との接触により、熱分解して気
   体を発生する無機物粉体からなることを特徴とする金型
   鋳造用の粉体離型潤滑剤。
2. 【請求項２】 溶融金属との接触により、熱分解して気
   体を発生する熱分解温度が 100〜1000℃の範囲にある、
   無機物粉体を用いること特徴とする請求項１記載の金型
   鋳造用の粉体離型潤滑剤。
3. 【請求項３】 熱分解による気体発生後も、分解物また
   は生成物として無機物を生成する無機物粉体を用いるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の金型鋳造用の粉
   体離型潤滑剤。
4. 【請求項４】 水酸化物または炭酸塩のうちから選んだ
   少なくとも一種からなる無機物粉体中に、潤滑性の向上
   剤としてグラファイトおよび／または窒化硼素を50mass
   ％以下で配合したことを特徴とする請求項１，２または
   ３記載の金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。
5. 【請求項５】 無機物粉体中に、付着性および潤滑性の
   向上剤として有機物粉体を50mass％以下で配合したこと
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金型鋳造
   用の粉体離型潤滑剤。
6. 【請求項６】 粉体状有機物が、合成高分子化合物また
   は脂肪酸金属塩のうちから選んだ少なくとも一種である
   請求項５記載の金型鋳造用の粉体離型潤滑剤。