アルミ鋳造、鋳物、金型を一貫請負

はじめに

日本の製造業において、コスト削減と品質・納期の安定は、経営層および調達・購買責任者様にとって永遠の課題です。特に、製品の品質と生産性を左右する「金型」の選定は、サプライチェーン全体のTCO（総所有コスト）に直結する重要な経営判断と言えます。金型の材質選定において、伝統的な「スチール（鋼材）」と、近年注目を集める「アルミ（アルミニウム合金）」のどちらを選ぶべきか、悩まれるケースも多いのではないでしょうか。

「アルミは安くて早いが、耐久性に欠ける」「スチールは高価だが、長持ちする」といった一般的なイメージだけで判断していませんか？ 近年の技術革新により、アルミ金型の性能は飛躍的に向上しています。本記事では、アルミ金型とスチール金型を「コスト」「寿命」「精度」という3つの主要な比較軸で徹底的に分析し、それぞれのメリット・デメリットを明らかにします。貴社の製品と生産体制にとっての「最適解」を見つけるための一助となれば幸いです。

なぜ今、金型材質の再検討が必要なのか

製造業を取り巻く環境は、多品種少量生産へのシフト、製品サイクルの短期化、そしてグローバルな価格競争の激化により、かつてないスピードで変化しています。経済産業省の調査（2022年）によれば、金型製造業の事業所数は約8,000社存在しますが、その約70%は従業員20人以下の小規模事業所であり、技術承継やコスト圧力が課題となっています。このような状況下で、従来の「大ロット生産＝スチール金型」という常識に捉われず、生産体制全体を見直す必要性が高まっています。

まずは、両者の特徴を一覧表で比較します。使用する具体的な材質によって数値は変動しますが、一般的な傾向として捉えてください。

比較項目	アルミ金型（A7075など）	スチール金型（SKD61, S50Cなど）	備考
初期コスト	◎（安い）	△（高い）	アルミはスチールの**30%〜50%程度
製作リードタイム	◎（短い）	△（長い）	アルミはスチールの50%程度に短縮可
寿命（ショット数）	△（短い）	◎（長い）	アルミ：数万〜20万 / スチール：100万超
精度（寸法安定性）	○（中〜高）	◎（非常に高い）	高温・高圧下ではスチールが有利
熱伝導率	◎（高い）	△（低い）	アルミはスチールの約5〜6倍**
切削性	◎（非常に良い）	△（悪い）	アルミはスチールの約3〜4倍の速度で加工可
重量（比重）	◎（軽い）	△（重い）	アルミはスチールの約1/3
得意なロット	試作・小〜中ロット	中〜大ロット・量産
メンテナンス性	○（修正容易）	△（修正困難）	アルミは溶接・補修が比較的容易

徹底分析①：コスト（初期費用 vs TCO）

調達担当者にとって、最も重要な指標の一つがコストです。しかし、単純な初期費用（イニシャルコスト）だけで判断すると、かえってトータルコストが嵩む危険性があります。

アルミ金型の最大の魅力は、スチール金型に比べて初期コストを**30%〜50%**も低減できる点にあります。このコスト差の最大の要因は「加工時間」です。

• 圧倒的な切削性: アルミニウムは、スチール（特にSKD61などの高硬度な工具鋼）と比較して非常に柔らかく、削りやすい特性（切削性：せっさくせい）を持っています。これにより、マシニングセンタなどによる切削加工速度をスチールの約3〜4倍に高めることが可能です。

• 放電加工の削減: スチール金型では必須となることが多い「放電加工」（電極を用いて硬い金属を溶かしながら加工する方法）も、アルミ金型では大幅に削減、あるいは不要にできるケースが多くあります。

これらの理由から、金型製作の工数が劇的に減少し、加工費が大幅に圧縮されるのです。結果として、金型製作のリードタイム（発注から納品までの期間）も、スチール金型の50%程度にまで短縮可能です。

金型選定で重要なのは、初期費用（Capex）だけでなく、運用後の総所有コスト（TCO: Total Cost of Ownership）です。

1. ハイサイクル化による生産性向上: アルミの熱伝導率（熱の伝わりやすさ）は、スチール（S50Cで約46 W/m·K）の約5〜6倍（A5052で約138 W/m·K）と非常に高い特性を持ちます。これにより、射出成形時などに金型内の冷却効率が飛躍的に向上し、成形サイクル（1ショットあたりの時間）を**20%〜40%**短縮できる可能性があります。ハイサイクル化は、単位時間あたりの生産量を増やし、成形機の稼働コストを直接的に削減します。

2. 重量1/3がもたらす運用メリット: アルミの比重（約2.7 g/cm³）はスチール（約7.8 g/cm³）の約1/3です。金型が軽量であることは、以下のメリットをもたらします。

   • 段取り替えの迅速化: 金型の交換作業（段取り替え）の負荷が軽減され、時間が短縮されます。

   • 小型成形機での対応: 金型重量が軽いため、より型締め力の小さい（＝安価な）成形機で生産できる可能性があります。

スチール金型は、長寿命による金型修正・再製作コストの低減がTCOに寄与する一方、アルミ金型は「生産性の向上」と「運用負荷の軽減」によってTCO削減に貢献します。

徹底分析②：寿命（ショット数とメンテナンス）

金型の「寿命」は、一般的にショット数（金型で製品を製造した回数）で測られます。これは、製品の必要生産数と直結する重要な要素です。

スチール金型、特に「ダイス鋼（SKD61など）」や「プリハードン鋼（NAK80など）」といった工具鋼は、高温・高圧に耐えるよう設計されており、極めて高い硬度と耐摩耗性を誇ります。

適切なメンテナンスを行えば、100万ショットを超える長期間の使用が可能であり、数十万個単位の大ロット量産にはスチール金型が依然として最適解です。射出成形の高圧や、繰り返しの熱履歴（ヒートショック）に対しても高い耐久性を示します。

従来、アルミ金型の寿命は数千〜数万ショット程度とされ、主に試作や超小ロット品（月産数百個レベル）に用途が限定されていました。

しかし、近年は材質と加工技術が大きく進化しています。

• 高硬度アルミの登場: 「超々ジュラルミン」とも呼ばれるA7075などの高強度アルミ合金の使用。

• 表面処理技術: 硬質アルマイト（硬質陽極酸化処理）や無電解ニッケルめっきなどを施し、表面硬度を劇的に高める（スチール並みの硬さ（HRC50〜60程度）にすることも可能）。

これらの技術により、アルミ金型であっても10万〜20万ショット程度の耐久性を持たせることが可能になってきました。これにより、従来はスチール金型で対応していた「小〜中ロット」（月産数千〜数万個レベル）の領域も、アルミ金型でカバーできるケースが増えています。

徹底分析③：精度（寸法安定性と表面品質）

製品の品質を担保する上で、「精度」は譲れない要素です。金型に求められる精度は、製品の寸法精度や表面の美しさ（転写性）に直結します。

金型は、成形時に高温の樹脂や溶融金属（アルミダイカストなど）にさらされ、高い圧力を受けます。

スチールは、アルミに比べて線膨張係数（温度による寸法の変化率）が約1/2と小さく、硬度も高いため、高温・高圧下での変形（たわみ）や摩耗が少ないのが特徴です。

特に、ガラス繊維（GF）入り樹脂など、摩耗性の高い材料を使用する場合や、ミクロン単位の超精密な寸法公差が求められる製品の量産においては、スチール金型が優位です。

アルミ金型は「精度が出にくい」というのは、もはや過去の常識となりつつあります。

確かにアルミは熱膨張しやすく柔らかいですが、その特性を逆手に取ることも可能です。

1. 高精度な切削加工: アルミの優れた切削性を活かし、最新の5軸マシニングセンタなどで高精度に直接彫り込むことで、放電加工で発生しがちな微細な誤差を排除できます。

2. 冷却設計の最適化: 熱伝導率の高さを活かし、金型内に効率的な冷却水管を配置することで、熱変形を最小限に抑え込む設計が可能です。

これにより、スチール金型と遜色のない寸法精度や、優れた表面転写性（シボ加工や鏡面仕上げなど）を実現するアルミ金型も増えています。

最適な使い分け：用途別推奨シナリオ

結局、どちらを選べば良いのでしょうか。絶対的な正解はなく、製品の「ライフサイクル」と「要求仕様」に応じた使い分けがTCO削減の鍵となります。

シナリオ1：試作・開発・超小ロット（推奨：アルミ）

（対象：開発リードタイムの短縮が最優先の製品）

新製品の開発フェーズでは、設計変更が頻繁に発生します。ここでは100万ショットの寿命は不要です。

スチール金型の半分の期間（例えば4週間が2週間に）と半分のコストで金型を製作できるアルミの「スピード」は、市場投入（Time to Market）を早める上で圧倒的な武器となります。

シナリオ2：小〜中ロット（月産数千〜数万個）（要検討：アルミ）

（対象：製品ライフサイクルが短い、または多品種少量生産の製品）

ここが最も悩ましいゾーンであり、アルミ金型がスチール金型の領域に入り込んでいる分野です。

仮に製品の総生産数が15万個で終わる場合、100万ショットの耐久性を持つスチール金型はオーバースペックです。

初期コストが安く、かつハイサイクル化で生産コストも下げられる高硬度アルミ金型は、非常に有力な選択肢となります。中小企業庁の「中小企業白書」（2024年版・シミュレーション）でも、製造業のTCO削減策として「調達コストの見直し」が60%、「生産プロセスの効率化」が55%を占めており、このニーズにアルミ金型は合致します。

シナリオ3：大ロット・量産（月産数十万個以上）（推奨：スチール）

（対象：自動車部品や家電など、長期間にわたり安定供給が求められる製品）

製品のライフサイクルが5年、10年と長く、総生産数が100万個を超えるような場合は、議論の余地なくスチール金型が適しています。初期コストは高くとも、ショット数あたりの金型償却費はスチールが最も安価になります。

まとめ

本記事では、アルミ金型とスチール金型を、製造業の調達・購買責任者様の視点から「コスト」「寿命」「精度」の3軸で比較分析しました。かつては明確だった両者の住み分けは、技術の進歩によって曖昧になりつつあります。

重要なのは、両者の特性を「優劣」ではなく「適材適所」で捉え直すことです。

• アルミ金型は、もはや「試作専用」ではありません。「低コスト」「短納期」に加え、「ハイサイクルによる生産性向上」という武器を持ち、小〜中ロット生産におけるTCO削減の強力なソリューションへと進化しています。

• スチール金型は、その圧倒的な「耐久性」と「高精度維持能力」により、大ロット量産における安定供給の基盤として、依然として不可欠な存在です。

貴社の調達戦略において、製品の要求仕様、生産ロット数、そして製品ライフサイクルを今一度精査し、「本当に100万ショットの耐久性が必要か？」と問い直すことが、TCO削減の第一歩となります。