第１９回砂型アルミ鋳造雑学講座

皆さんこんにちは！

株式会社長川原金属、更新担当の中西です。

 

～製品～

 

砂型アルミ鋳造は、初期型費が低く、形状自由度が高いことから、試作～少量生産で長く選ばれてきた工法です。近年はEV・ロボット・ドローン・アウトドアギアまで用途が拡大し、“つくれるもの”の幅が一気に広がっています。本稿では、その多様化の方向性と設計・発注のコツをコンパクトに整理します。

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なぜ今、多様化が進むのか

• 需要の細分化：カスタム機械、ニッチ産業、アフターマーケット部品が増加

• 短納期化：サプライチェーン変動で“今すぐ欲しい”が常態化

• 設計自由度の向上：3Dプリント砂型や流動・凝固シミュレーションの普及

• リプレース需要：廃番金型・旧車/産機の補修部品を少量で再生産

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多様化の具体像（プロダクト×技術）

1) 用途領域の拡張

• 産業機械／ロボット：アーム・ジョイント、軽量ブラケット、減速機ハウジング

• モビリティ／EV：インバータ・バッテリー筐体、冷却プレート、軽量サス部品

• ドローン／映像機器：ジンバルアーム、ヒートシンク一体筐体

• 医療・ラボ機器：ポンプボディ、クリーン対応ハウジング

• 建築・アウトドア：デザイン金具、軽量コンロボディ、ランタンフレーム

• レストア／文化財：旧車・古機械の鋳物再生、装飾パーツ

2) 形状・機能の進化

• 薄肉化＆一体化：リブ設計で剛性確保、溶接・ボルト点数を統合

• 内部流路／冷却：中子設計やAM中子で複雑水路を実現、放熱フィンの一体化

• 軽量・高剛性：トポロジー最適化の“有機形状”を砂型で具現化

• シール・防水設計：Oリング溝やボスを鋳肌＋機械加工で高精度化

3) 材料・熱処理・表面

• 代表的合金：Al-Si-Mg系（例：AC4系）＝鋳造性・機械性のバランス、Al-Mg系（例：AC7系）＝耐食性

• 熱処理：T5/T6で強度・靱性・寸法安定を最適化

• 表面：ショット・サンドブラスト→塗装／アルマイト、導電・放熱向けの化成処理

4) 成形プロセスの多様化

• 3Dプリント砂型（バインダジェット）：コア含め型レスで超短納期・複雑形状

• ロストフォーム／発泡模型：一品物の大型化対応

• ハイブリッド：砂型近似形→CNC仕上げ→アッセンブリ、インサート鋳込み

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事例でイメージ（要点）

• EV用冷却プレート：薄肉板＋微細水路をAM中子で実現。鋳放し→面研→リーク試験まで一気通貫。

• ドローン用ジンバルアーム：トポロジー最適化形状を砂型で少量量産。剛性同等で30%軽量化。

• 旧車の水ポンプハウジング：現物3Dスキャン→鋳造→機械加工→表面処理まで再生。供給停止部品の“救済策”に。

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設計（DfM）の勘所

• 肉厚均一：急激な厚薄差は引け・巣の原因。段階変化＋フィレットRを。

• 抜き勾配・コーナーR：抜き1°以上、内外角は応力集中を避けるRを基本に。

• リブ設計：板厚の0.5～0.8倍を目安に剛性アップ、熱だまりを避ける孔あけも検討。

• ボス／ねじ座：鋳放し位置決め→機械加工で精度確保。座面の面圧・ガスケットも設計時に想定。

• 基準面の先決め：後加工のチャッキング基準を図面で明示するとリピート精度が上がる。

• シミュレーション前提：湯口・押湯・冷却をCAEで擦り合わせ、初回から良率を高める。

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コストと納期の考え方（ざっくり指針）

• 1～100個/回：砂型が最有力。3D砂型で型費を最小化し2～3週間規模の立上げも現実的。

• 100～1000個/回：砂型×治具の再利用で単価最適化。将来量が読めるなら金型への段階移行も視野。

• 価格構成：型費（3D砂型は低減）＋鋳造＋熱処理＋機械加工＋表面処理＋検査。設計の素直さが最強のコストダウン。

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品質・検査の多様化

• X線/CT：内部欠陥の可視化、軽量化設計の裏付け

• リーク試験・圧力試験：流体系部品の信頼性担保

• 三次元測定・スキャン：意匠部品やレストアの形状保証

• トレーサビリティ：溶解ロット、砂再生率、温度履歴の記録で安定生産

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サステナブル対応

• 再生アルミの活用、砂の再生循環、低VOCのバインダ選定などで環境負荷を低減。ESG調達要件にも適合しやすい。

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発注チェックリスト（保存版）

1. 用途・荷重・目標重量（“なぜアルミ鋳物か”を共有）

2. 数量・繰り返し頻度・希望納期（最適工法の分岐点）

3. 材質・熱処理・表面仕様（代替案の余地を残す）

4. 重要寸法と後加工基準（“ここだけは加工”を明記）

5. 気密性や強度の必達条件（試験方法と合否判定）

6. 将来の増産シナリオ（治具・型の拡張設計）

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砂型アルミ鋳造は、多品種少量・短納期・高自由度という時代要請に最もフィットする工法です。3D砂型やCAE、後加工の一気通貫体制を組み合わせれば、試作だけでなく少量量産の主役にもなり得ます。設計段階から鋳造側と“目的・必達条件”をすり合わせ、軽く・強く・早い鋳物づくりで市場機会を取りにいきましょう。

 

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