アルミ鋳造、鋳物、金型を一貫請負

アルミ鋳物とは、アルミニウム合金を約700〜780℃で溶解し、鋳型に注いで成形する製品を指します。自動車のエンジン部品や電装ケース、住宅用フェンスや機械フレームまで、年間数百万個規模で製造されている汎用素材です。その特徴は、軽量で高強度、複雑形状の再現が容易であることにあります。

近年では、電気自動車（EV）化の加速や建築物の軽量化ニーズにより、アルミ鋳物への注目が再燃しています。加えて、再生素材としての優位性やエネルギー効率の高さから、カーボンニュートラルやSDGs目標への貢献素材としても評価が高まっています。

本記事では、アルミ鋳物の製造工程を全体像から各ステップへ分解し、具体的な品質管理の観点も交えて分かりやすく解説していきます。調達担当者や技術者はもちろん、初学者の方にも役立つ構成を目指しました。

アルミ鋳物の製造工程は、主に以下の6ステップに分かれます：

この一連の工程を通じて、製品の精度・強度・外観品質が大きく左右されます。各工程には特有の技術と品質管理が求められ、たとえば「湯回り解析」や「ガス欠陥防止の脱ガス処理」など、細かな制御が必要です。

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設計 → 木型/金型製作 → 造型（砂型・金型） → 溶解・脱ガス → 注湯・凝固 → 型ばらし → 仕上げ・加工 → 熱処理 → 検査・出荷

製品形状や肉厚、注湯のしやすさなどを踏まえ、CADデータをもとに木型あるいは金型を製作します。木型は主に砂型鋳造に用いられ、少量多品種向き。一方、金型は量産や精度が求められる製品に最適です。設計段階では湯道や押湯といった「鋳造方案」も組み込まれます。

木型を使って砂型を造る工程では、フラン樹脂と硬化剤を用いた「自硬性砂型」が一般的。金型の場合は金属そのものを鋳型にするため、冷却速度が早く、結晶粒が微細になるというメリットがあります。いずれも、製品の寸法精度や表面仕上がりに大きな影響を与える工程です。

AC4CやAC7Aなどのアルミ合金を溶解炉で加熱（約700〜780℃）し、フラックス処理や脱ガス処理（不純物・水素除去）を実施。溶湯は静かに、かつ迅速に注湯しないと鋳巣や酸化皮膜などの欠陥が生じやすくなります。

注湯後、溶湯が冷却・凝固されると、鋳型を破壊または開放して鋳物を取り出します。続いてショットブラストやバリ取り、機械加工が施され、必要に応じてT5・T6熱処理などで硬度調整を行います。

アルミ鋳物製造は「単なる溶かして流す」だけの技術ではありません。それぞれの工程で起こりうる欠陥と、その防止策をいかに講じるかが品質を左右します。次章では、こうした工程を個別に深掘りし、それぞれのポイントと品質対策を具体的に解説していきます。

アルミ鋳物の品質は、まず鋳造方案（どう流すか）と型の精度で決まります。CADによる設計段階で、湯道や押湯（収縮対策）を組み込んだ「方案」を立案。これをもとに、木型や金型をNC加工や職人の手で製作します。特に木型では、後工程の鋳造時に発生しやすい歪みや肉厚ムラを見越した補正設計が必要です。厚肉部の急変は凝固遅れによる鋳巣の原因にもなり得ます。

製作した型を用いて鋳型を形成します。砂型ではフラン樹脂と硬化剤を混ぜた「自硬性砂型」が主流。金型と比べ冷却速度は遅いものの、大型品や少量生産に適します。一方、金型鋳造では冷却が早く、組織が緻密になるため機械的性質に優れています。各方式にはそれぞれ欠陥要因があり、砂型ではガス欠陥、金型では冷却ムラによるひけ巣が代表例です。

溶解にはAC4CやAC7Aなどのアルミ合金が使われ、溶解温度は約700〜780℃。この段階での品質管理で最も重要なのは「脱ガス」と「フラックス処理」です。溶湯中に水素が残るとガス欠陥や鋳巣を招くため、不活性ガスによる撹拌や精製剤の投入が欠かせません。また、溶解炉の温度ムラや濡れた材料投入による蒸気爆発にも要注意です。

鋳型にアルミを流し込む注湯工程では、「湯の温度」と「流し込み速度」のバランスが鍵を握ります。早すぎると乱流により酸化膜が混入し、遅すぎると凝固が不均一に。近年では鋳造シミュレーション（湯回り解析）を活用して、流動性や凝固特性を可視化する技術も普及しています。また、凝固時の冷却速度を制御することで、微細な結晶構造が得られ機械的強度が向上します。

鋳造後の鋳物は「バリ取り」「ショットブラスト」で外観を整え、製品用途に応じてT5・T6処理などの熱処理を施します。熱処理は強度や耐摩耗性を左右するため、温度と保持時間の最適管理が不可欠です。さらに、寸法精度が求められる部品では、CNCによる精密機械加工を実施。最終的な公差管理や内部欠陥の有無は、X線・超音波などの非破壊検査で確認されます。

アルミ鋳物の製造品質は、各工程の精度だけでなく、工程間の連携と情報共有の質に大きく依存します。特に木型設計と注湯条件（温度・速度・湯道設計）との整合性が取れていない場合、湯流れ不良や鋳巣、変形などの欠陥が頻発する傾向にあります。

そのため、製品設計の初期段階からCAE（Computer Aided Engineering）による鋳造シミュレーションを実施し、流動性や凝固挙動を可視化することが不可欠です。これは、経済産業省の支援するスマートものづくり応援隊事業などでも推奨されている、設計と製造の統合的アプローチの一例です【出典：経済産業省「スマートものづくり応援隊」】。

ただし、シミュレーション結果を鵜呑みにせず、実作業における注湯速度・作業順序・現場習熟度との突き合わせも不可欠です。現実とのギャップを把握し、フィードバックループを確立することで、製造安定性が飛躍的に向上します。

さらに、品質KPI（Key Performance Indicators）の全工程共有も有効です。以下のような数値指標を明確化・可視化することで、部署を越えた品質文化の定着が期待できます：

これらの指標を、製造・品質保証・設計の各チームが共通言語として運用することで、アルミ鋳物の再現性・信頼性が大きく向上します。

アルミ鋳物の品質は、図面通りの設計だけでは保証できません。現場での試作・検証、フィードバックの蓄積、そして再発防止の取り組みが製造安定化の鍵を握ります。ここでは、実際の製造現場における成功と失敗の2事例から、品質改善に役立つ知見を抽出します。

HV・EV車向けアルミ鋳物部品では、「高強度・軽量化の両立」と「複雑形状への対応」が求められます。本事例では、中心部ボスの厚肉（15mm）と周辺の薄肉（3.5mm）を組み合わせた鋳造設計が課題でした。

対応策として、CAEによる鋳造シミュレーションで湯回りと凝固挙動を事前検証。湯温を740±5℃に安定化させ、注湯速度を40〜60cm/秒に調整。押湯配置も最適化し、鋳巣や引け不良の発生を回避しました。

また、初期木型に関しても熟練作業者からのフィードバックをもとに2回の小規模修正を実施。初回試作から公差±0.1mm内で量産可能となり、初品合格率100%を達成しました。

ある中量生産案件において、量産初期ロットで鋳巣発生率15%以上に達し、検査工程での再加工・廃棄が増大。結果として、出荷遅延が累積5営業日に及ぶトラブルが発生しました。

原因解析の結果、以下の2点が主因であると特定されました：

対応として、砂硬化時間を10分以上に延長し、溶解炉から注湯点までの温度をリアルタイム計測するセンサー体制を導入。これにより、2週間後には鋳巣発生率が1.4%まで低減し、工程遅延も解消されました。

本件の教訓は、「前工程の基準遵守と現場との情報同期が、鋳造品質を根本から左右する」という原則の再確認に他なりません。

Q1. アルミ鋳物とダイカストの違いは？
A. 鋳物は重力で金型や砂型に注ぐのに対し、ダイカストは高圧で金型に金属を流し込む方法です。ダイカストは寸法精度が高く、量産向きです。

Q2. 鋳物の内部欠陥はどのように検出する？
A. X線や超音波探傷装置を使用して、内部の鋳巣や空洞を非破壊で検査します。

Q3. 金型と砂型、量産に適するのはどちら？
A. 金型は高初期費用ですが、繰り返し使用でき、量産に向いています。砂型は低コストで少量・複雑形状向きです。

Q4. アルミ鋳物における主要な欠陥には何がありますか？
A. 鋳巣、ガス欠陥、ひけ巣、クラックなどがあり、いずれも注湯条件や型設計の工夫で低減可能です。

Q5. アルミ鋳物のリサイクル性は高い？
A. 非常に高いです。スクラップ材も再溶解して使用できるため、環境負荷低減に貢献します。

アルミ鋳物の品質とコストは、製造工程ごとの理解と管理レベルに大きく左右されます。木型設計から注湯、仕上げまで、各工程の整合性と連携が不良低減・再現性向上の鍵です。また、品質管理指標を定量化し、現場と設計の間で情報共有することが、現場改善の第一歩となります。

今後の記事では、海外鋳物メーカーへの委託時における品質保証体制の構築ポイントについて詳しく解説する予定です。グローバル調達を検討中の方も、ぜひご期待ください。