アルミ鋳物（アルミ合金鋳物）は、自動車部品や産業機械、建材など幅広い分野で活用される軽量・高性能な部品材料です。その複雑形状への対応力や加工性から、近年ますます注目されています。しかし、性能・品質・コストを左右するのは、実は設計段階での判断です。

とくに初心者にとっては、どこに注意を払えばよいかが曖昧なまま設計が進み、試作や量産時にトラブルを招くケースが少なくありません。以下はその一例です。

こうした問題の多くは「設計起因の不良」であり、言い換えれば初期設計の工夫次第で回避可能です。

本記事では、アルミ鋳物設計の初心者でも理解しやすいように、設計用語・原則・方案の考え方、そして失敗事例やチェックリストを段階的に解説します。「なぜその設計が必要なのか」を理解し、製造現場との意思疎通に役立つ“設計者の視点”を身につけていただくことを目的としています。

アルミ鋳物を正しく設計するには、「材質の特性」「鋳造法の違い」「基礎用語の理解」が前提となります。この章では、それぞれを簡潔に整理します。

アルミ鋳物とは、アルミニウム合金を溶かして型に流し込み成形した部品です。軽量で熱伝導性や耐食性に優れており、自動車・産業機械・電子機器などで広く利用されています。

用途により、JIS材種のAC4C（Al-Si-Mg系）やAC7A（Al-Mg系）が選ばれ、表面処理や機械加工も前提に設計されることが一般的です。

鋳造法の選択は、設計条件を大きく左右します。主な鋳造法の比較は以下の通りです：

鋳造法により、肉厚・抜勾配・コスト・納期が変動するため、設計段階での選定が不可欠です。

鋳物設計では、以下の用語を正確に理解することが求められます：

これらはすべて、鋳造品質・加工性・コストに直結するため、図面指示での明確化が設計者の責任となります。

※出典：JIS H 5202:2010 アルミニウム合金鋳物

アルミ鋳物の設計において、失敗を未然に防ぐためには「押さえるべき5つの原則」が存在します。これらは、鋳造工程における物理的な制約や素材の特性を踏まえた“実践的な設計指針”であり、初心者に限らず経験者にも必須の視点です。

鋳物の肉厚（厚み）は、そのまま冷却速度や強度に影響を与える重要な要素です。厚みが不均一だと、冷却スピードに差が生じ、厚肉部分では凝固遅延から「ひけ巣（空洞）」が発生しやすくなります。また、薄肉すぎると溶湯が十分に流れず、未充填や欠損の原因となります。

対策としては、極端な厚肉・薄肉を避け、できるだけ“均肉化”を図る設計が理想です。局所的に強度が必要な場合は、厚肉化ではなく「リブ（補強肋）」を配置して、重量増と冷却不良を回避する手法が有効です。

抜勾配とは、鋳型から製品をスムーズに取り出すために、金型や砂型の型方向に設けるわずかな傾斜のことです。これが不足していると、製品が型に食い込んで取り出せなくなったり、鋳型自体を破損してしまうリスクが高まります。

抜勾配の角度は、鋳造法や製品形状によって異なりますが、目安としては1～3度が一般的。設計段階で明示されていない場合、製造現場での“現場判断”に委ねられるため、図面指示が重要です。

鋳物は一般に「鋳肌」と呼ばれる粗い表面をもち、製品として仕上げるには切削や研磨といった機械加工が必要です。この加工を前提に、あらかじめ表面に“削り代（仕上げしろ）”を設けることが欠かせません。

削り代の設定がない場合、寸法不足や加工できない領域が発生する恐れがあり、再鋳造となればコストも納期も大幅に跳ね上がります。反対に、過剰な削り代は材料の無駄や加工工数の増大につながるため、部位ごとに最適化が必要です。

アルミニウム合金は、凝固・冷却の過程で体積が縮小する性質があります。これを設計に反映するために、鋳型や模型を実寸より大きく作る“縮み代”の考慮が必要です。

たとえば、アルミ合金ではおおよそ0.5～1.2%の縮み代を設定するのが一般的です。JIS規格や過去の製造実績を参考に、材質や鋳造法ごとに縮み係数を定めておくことが推奨されます。

アルミ鋳物と一口に言っても、JIS規格には用途別に多数の材質が存在します。たとえば：

設計時には、使用環境や求められる強度、コスト要件に応じて材質を選定し、それに合わせて肉厚やリブの設計を調整する必要があります。また、材質によっては熱処理の有無や表面処理条件も変わってくるため、図面上での明記が重要です。

これら5原則は、アルミ鋳物設計における“現場との共通言語”とも言えます。次章では、実際の湯流れ設計や鋳造方案（湯口の取り方）についてさらに詳しく見ていきましょう。

※出典：『わかる！使える！鋳造入門』日刊工業新聞社

アルミ鋳物では、いかに適切に湯（溶融金属）を型へ流し込むかが品質を大きく左右します。湯流れが乱れたり空気や酸化物を巻き込むと、ひけ巣・気泡・表面荒れなどの不良が発生します。そのため、湯口や湯道の設計、鋳型内の流動制御＝鋳造方案の設計が極めて重要です。

鋳造方案とは、どこから・どう湯を注ぐかを設計すること。代表的な手法と用途は次の通りです：

アルミ合金は酸化しやすいため、「静かに・早く・均一に注ぐ」ことが方案選定のカギです。

鋳造設計では、次の3つの現象を時間軸で連携させる必要があります。

これらを総合設計するため、CAEによる凝固解析や湯流れシミュレーションも活用されつつあります。解析結果を活かすことで、試作前から欠陥リスクの低減が可能です。

出典：『軽合金鋳物・ダイカストの生産技術』素形材センター
出典：中小企業庁「鋳造に係る技術に関する事項」

アルミ鋳物の設計は、単なる寸法指定ではなく、「素材特性 × 鋳造現場の物理法則」を踏まえた構造理解が不可欠です。以下に、初心者が陥りやすい4つの典型ミスとその回避策を紹介します。

誤り： 強度を高めるため厚肉化するが、冷却遅延によりひけ巣（空洞）が発生し逆効果。
対策： 肉厚を増やすのではなくリブ補強で剛性を高める。

誤り： 勾配なしで垂直設計すると、鋳型からの取り出し時に破損やかじりが発生。
対策： 図面で1～2度の抜勾配を明記し、現場判断を避ける。

誤り： 図面寸法通りに模型を作ると、冷却収縮による寸法不足が生じる。
対策： 材質・鋳造法ごとの縮み率を把握し、模型設計に反映する。

誤り： 汎用材AC2Aを選定した結果、耐食性不足で早期劣化が発生。
対策： 使用環境や応力条件に応じて、AC4CHなど適材を選定し、性能要件を満たす。

これらの失敗は、設計者の構造理解と現場意識の欠如から起こります。次章では、設計時に浮かびやすい疑問へのFAQを通じて、さらなる実務対応の視点を深掘りしていきます。

アルミ鋳物設計では、初学者や不具合経験者から似たような質問が繰り返し寄せられます。以下は特によくある5つの疑問とその実務的な回答です。

A：3mm未満は未充填リスク、10mm超はひけ巣リスクがあります。
標準は3.5〜6mm。強度は肉厚でなくリブなど構造的補強で確保しましょう。

A：AC4CHはAC4Cより高耐圧・高靱性です。
AC4Cは汎用材、AC4CHは衝撃やシール性が求められる用途に最適。用途別に使い分けることがトラブル回避の鍵です。

A：はい。設計仕様は鋳造法に合わせて調整必須です。
抜勾配・肉厚・寸法公差が異なるため、鋳造法の確定後に設計を最適化するのが基本です。

A：試作鋳物と図面寸法を比較して算出します。
理論値と差が出るため、初回試作で得られる実測値が最も信頼できるデータです。

A：表面・寸法・内部・材質・加工性の5点です。
設計者も立会い、現場と一体でチェックすることで、量産移行時のトラブルを予防できます。

アルミ鋳物の設計では、図面を描く時点で品質・コストの多くが決定づけられます。鋳造という物理現象への理解が浅いと、ひけ巣や寸法不良といった不具合を引き起こしやすくなります。

本記事のポイントは以下の通りです：

特に初めて鋳物設計に関わる場合は、図面完成＝終わりではなく、コミュニケーションの起点だと捉えることが大切です。

鋳物設計は、現場との対話からはじまる──。
その一歩が、不良の削減と品質向上の鍵となります。