アルミ鋳造、鋳物、金型を一貫請負

製造業における製品開発では、「設計」がその後のすべての工程を規定するといっても過言ではありません。とりわけアルミ鋳造においては、設計段階での判断が製品の強度・精度・生産性・コストに直結するため、熟慮が求められます。

たとえば、鋳物の肉厚や抜勾配の設定ひとつで、鋳造時に発生する欠陥（ひけ巣、ブローホール、寸法不良など）のリスクが変わります。また、金型を用いた大量生産では、設計のわずかなミスが不良品の大量発生や金型修正といった手戻りコストを招くこともあります。

1つ目の理由は、多品種・小ロット化が進行する中で、設計段階での最適化が必要不可欠となっていることです。これまでのような「とりあえず金型を作ってから考える」という手法では、試作回数が増え、コストも納期も膨らむ一方です。

2つ目は、強度・精度・コストのバランスを設計段階で見極める技術が必要とされている点です。例えば「軽量化を目指して肉厚を薄くする」だけでは、鋳造時の流動性不足や構造強度の劣化を招きます。逆に強度を重視して厚肉にすると、冷却不均一による巣の発生やコスト高に繋がります。

3つ目は、構造解析（CAE）や凝固解析などのシミュレーション技術が広まり、設計の精度向上が可能になっている点です。これにより、「設計段階でのミスを現場でカバーする」時代から、「設計段階で欠陥を潰しこむ」設計主導の時代へとシフトしています。

たとえばDaiwa Light Alloy Vietnamでは、鋳造方案と冷却バランスの設計に凝固解析を活用し、金型設計の時点で不良率を30％以上削減しています。一方で、こうした解析技術の恩恵を十分に活かすには、設計者自身が鋳造プロセスとその課題に精通している必要があるのです。

このように、「設計＝製品の運命を決める工程」であるという認識が重要です。

本記事では、アルミ鋳造設計において特に重要となる「強度」「精度」「コスト」の3要素に着目し、それぞれを最適化する設計ノウハウと実例を紹介します。現場で活かせるチェックリストや失敗回避のヒントも満載です。自社の設計プロセスの見直しに、ぜひお役立てください。

アルミ鋳物の魅力の一つは「軽くて強い」ことですが、その実現には設計段階での強度配慮が欠かせません。特に、自動車部品や筐体のように荷重がかかる部位では、強度不足による割れや破断が製品不良の主因となります。

そのためには、「肉厚をただ厚くする」のではなく、構造的に強い形状を設計することが重要です。

強度設計の基本は「肉厚（にくあつ）」の最適化です。一般的に、厚みを増せば強度も上がりますが、厚肉部は凝固時間が長くなり、ひけ巣（内部空洞）やブローホール（気泡）などの欠陥が発生しやすくなるという鋳造上のリスクがあります。

そのため近年では、厚くする代わりに「リブ（補強肋）」を使って剛性を上げる方法が主流となっています。リブは肉厚を抑えつつ、構造的な曲げ剛性・ねじり剛性を高める手法です。とくに板状や筒状の構造において効果的であり、軽量化にも寄与します。

また、肉厚はできる限り均一に保つことが推奨されます。これを「均肉化」と呼びます。厚さの急激な変化は凝固不均一を招き、割れの原因となるからです。たとえば大型部品では、中子（なかご）を使って空洞構造にすることで、実質的な肉厚を揃える設計も採用されます。

強度は設計形状だけでなく、使用する合金材料にも大きく左右されます。代表的なアルミ鋳造材には以下のような特徴があります。

特にADC12は高い強度を持つ一方で、ひけ巣や割れのリスクが高く、凝固シミュレーションによる鋳造方案の最適化が必須です。

現在では、多くの鋳物メーカーが「凝固解析（solidification analysis）」や「構造解析（FEM：有限要素法）」を活用しています。これにより、冷却の偏りや応力集中を可視化し、設計段階で欠陥リスクを事前回避することが可能です。

Daiwa Light Alloy Vietnamでも、こうした解析技術を駆使することで、設計起因の割れ不良を40％削減した事例が報告されています。

まとめると、強度設計は「厚くする」から「構造的に強くする」への転換が鍵です。材料特性と鋳造特性を理解し、設計・解析・鋳造を一気通貫で捉えることが、軽くて強い鋳物を実現する近道となります。

アルミ鋳物の設計において、「寸法精度」は製品機能の根幹を成す要素です。どれほど強度や外観が優れていても、組立や機械加工に適合しない寸法公差では製品として成立しません。

また、公差の設計は単に厳しく設定すれば良いというものではなく、鋳造法・量産条件・加工可否を含めた「現実的な最適化」が求められます。ここでは、公差設計の基本とその精度確保の工夫について解説します。

寸法精度設計でまず押さえるべきは、JIS B 0403「鋳造品－寸法公差方式及び削り代方式」です。この規格では、鋳物の寸法公差を「FCT（鋳造品の寸法公差）」として定義しており、鋳造方法ごとに許容公差の等級が定められています。

例えば、砂型鋳造（FCT G）では ±1.5〜±5.0mm 程度が一般的ですが、金型鋳造（FCT M）では ±0.5〜±1.5mm と高精度です。

一方で、実際の鋳造では以下の要因が寸法のばらつきに影響します：

とくに、形状が複雑な部品では局所的な寸法ズレが発生しやすく、均肉化とゲート設計の工夫が不可欠です:contentReference[oaicite:0]{index=0}:contentReference[oaicite:1]{index=1}。

高精度が要求される量産品では、金型鋳造（グラビティ鋳造・低圧鋳造・ダイカスト）が主流となります。金型は繰り返し使用されるため、初期寸法だけでなく、サイクルが進むごとの寸法変動（経時変化）への配慮が重要です。

特に注意すべきなのが、以下の2点です：

Daiwa Light Alloy Vietnamでは、ゲート位置と冷却ラインを3D解析で最適化し、量産初期からのNG率を20％改善した事例があります:contentReference[oaicite:2]{index=2}。

また、加工基準面を意図的にずらした設計や、抜勾配と寸法公差の両立を図ったレイアウトなど、設計段階で「加工しやすい公差取り」を行うことで、全体の歩留まりを底上げすることも可能です。

寸法精度とは、単なる「ミリ単位の話」ではなく、「品質とコストを同時に左右する設計上のレバー」であるといえます。

現場まかせの寸法保証から、設計主導の寸法管理へ——これが精度設計の新常識です。

アルミ鋳物の製品開発において、コストは設計段階でほぼ決まります。これは「設計が工程を規定し、工程がコストを規定する」ためです。

とくに近年は、初期投資の抑制だけでなく、ライフサイクル全体でのコスト最適化が求められています。ここでは金型・加工のコスト構造と、設計段階でできるコスト回避策を紹介します。

鋳造におけるコストの中核を成すのが「金型」と「機械加工」です。

金型費は、製品サイズ・複雑さ・鋳造方式（砂型／金型／ダイカスト）によって大きく異なります。おおよその相場は以下の通りです。

これに加えて、型修正費（年数劣化・設計変更時）や初期立ち上げ調整費も見込む必要があります。

加工費に影響を与える要素としては、「削り代」と「抜勾配」が挙げられます。

そのため、「削り代は最小限に、抜勾配は十分に」という一見矛盾する要素の最適バランスが必要です。

設計の自由度が高い鋳造品ですが、無理な一体化設計や極端な薄肉構造は逆効果になる場合があります。

こうした「設計者の意図」が、結果的にコストを押し上げる典型例です。

製品仕様確定前に、鋳造メーカーとの設計レビューを行うことで、以下のようなコスト回避が可能になります。

実際、Daiwa Light Alloy Vietnamではレビュー段階での「中間肉厚の最適化」により、加工コストを30％削減した事例があります:contentReference[oaicite:0]{index=0}。

「コストは設計で8割が決まる」と言われる理由は、設計者がその引き金を握っているからに他なりません。

設計・鋳造・加工の三位一体で最適なコスト設計を追求することが、競争力の源泉となります。

関西圏に本社を置く自動車部品メーカーA社では、量産向けのアルミ鋳物製品で想定以上の機械加工コストが発生していました。鋳物から製品を取り出す際にバリが多発し、加工工程での仕上げ作業が大幅に増加していたのです。

この原因は、設計段階での抜勾配不足にありました。初期設計では見た目と寸法を重視し、最小限の勾配しかつけていませんでしたが、その結果、金型からの脱型時に鋳物が型にかじりつく現象が頻発。バリ除去と仕上げに1個あたり15分超を要していたのです。

そこで、鋳造メーカーと協議し、抜勾配を+1.0度追加したリデザインを実施。結果、脱型性が向上しバリ発生が大幅に減少、後工程の手間が半減しました。工程見直し後は、月間50万円以上の加工コスト削減を実現。

この事例は、設計と製造を連動させることの重要性を物語っています。

B社は、通信機器の筐体としてアルミ鋳物を採用していました。外観精度と放熱性が求められる部品でしたが、量産初期ロットにおいて鋳巣（内部空洞）が高確率で発生。CTスキャン検査で致命的な欠陥が複数検出され、製品出荷が一時停止となりました。

原因は、構造的に厚肉部分が局所的に存在していたことでした。特にリブとの交差部に金属流動が滞留し、凝固遅れによって巣が形成されていたのです。

設計段階では「均肉化」や「冷却バランス」が考慮されておらず、凝固シミュレーションも未実施でした。結果、初期ロット全数の再鋳造と金型修正が必要となり、納期遅延・コスト増加・顧客信用の損失という三重苦に陥りました。

この事例は、鋳造設計での強度配慮不足がどれほど重大なリスクを招くかを示す典型です。

設計は成功の鍵にも、失敗の根源にもなり得る。
設計と現場の対話が、鋳造品質とコスト最適化の決定打になります。

A. 最低限、寸法・公差・材質・仕上げ指示・抜勾配の方向性は明記しましょう。

特に鋳物の場合は、鋳造専用の要素（縮み代、削り代、鋳込み方向、抜勾配など）を明記することが重要です。一般機械図のまま提出すると、鋳造特性を加味せずに金型が作られ、寸法不良や抜け不良の原因になります。

また、図面に加え、鋳造仕様書（または要求事項メモ）を別途添付するのが望ましいです。たとえば以下のような内容を明示すると、鋳造メーカーとの認識齟齬を防げます。

A. 中間ファイル形式（STEP, IGES）がもっとも汎用性が高く推奨されます。

3次元データは金型設計やシミュレーションに活用されるため、極力面精度の高い中間形式で提出するのが理想です。

補足として、2D図面と3Dデータはセットで渡すのが安全です。3Dだけでは公差や仕上げ指示が曖昧になりがちで、後工程に不具合が出るリスクが高まります。

A. 「公差・強度・外観・鋳造性」の全項目が評価完了してから移行するのが鉄則です。

試作段階で見逃されやすいのが、以下のような「潜在的NG要因」です。

これらを見極めるには、少量のパイロット生産（10〜50個）で実環境を再現し、CTスキャンや破壊検査を行うのが効果的です。

さらに、鋳造メーカーと「生産移行判定表」や「立ち上げチェックリスト」を共有することで、量産へのスムーズな橋渡しが可能になります。

「発注前の一手間」が、製造後の大きなロス回避に繋がります。
図面・データ・仕様の精度を高めることで、鋳造設計の成功確率は飛躍的に向上します。

アルミ鋳造設計においては、「強度」「精度」「コスト」という三要素が常に相互に絡み合い、設計者はそれらのバランスを取りながら最適解を導く必要があります。

このトレードオフをどう設計段階で解消するかが、鋳造製品の成否を分けます。

そのためには、単なる図面作成ではなく「鋳造工程を理解した設計」が不可欠です。湯流れ、冷却、凝固、脱型、加工、表面処理――それらすべてを見越した上で、最も合理的な形状と公差・仕様を導き出すことが、真の設計力といえます。

本記事で紹介したノウハウや事例が、自社製品の設計改善の一助となれば幸いです。もし具体的な製品設計についてお悩みがあれば、ぜひ鋳造メーカーや専門設計者と早期に連携を取り、“現場の知恵”を活かした設計プロセスを構築してください。

設計は製品の“青写真”であると同時に、企業の競争力そのものでもあります。
設計主導による鋳造品質とコスト最適化こそが、これからの製造業に求められる進化です。