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第２０回砂型アルミ鋳造雑学講座

投稿日 2025年9月16日

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。

 

～変遷～

 

砂と溶湯で、設計思想とサプライチェーンを映し続ける産業

砂型アルミ鋳造は、もっとも“自由度”の高いものづくりです。複雑な空洞・一体成形・肉厚差・鋳ぐるみ…設計者の悩みを砂と溶湯で解決してきました。ところがこの70年、素材・設備・品質要求・環境規制・市場構造の変化を受けて、工場の中身は別物と言って良いほど進化しています。本稿では、年代別の流れ→プロセス技術→品質とデジタル→環境と人材→これからの順に、現場で役立つ視点で整理します。

1｜年代別ダイジェスト：何がどう変わったか

① 戦後〜高度成長（1950–70s）：職人技から量産へ

  • **木型＋生型（グリーンサンド）**が主流。

  • 溶解は重油炉・ガス炉・反射炉が中心、合金はJIS系の汎用品。

  • 品質は破面観察・寸法ゲージが主で、欠陥解析は経験依存。

② 輸出拡大と自動車要求の高まり（1980–90s）

  • 化学硬化砂（フラン・フェノール樹脂）やコールドボックス中子が普及、薄肉・複雑形状に対応。

  • 溶湯処理にアルゴン脱ガス・ロータリーデガッサ、セラミックフィルタが導入。

  • 分光分析（OES）・水素量測定・X線が日常化。ISO 9001や自動車規格が現場に入る。

③ グローバル調達と自動化（2000s）

  • CNC・3D CADで木型→アルミ型、治具の高精度化。

  • 自硬性砂の機械混練・再生ライン、造型機のサーボ化でバラツキ圧縮。

  • 溶解の電気化（抵抗炉・誘導炉）や自動注湯の採用が進む。

④ デジタル・環境・短納期の三重苦→三位一体（2010s）

  • **鋳造CAE（充填・凝固・欠陥予測）**が設計の標準ツールへ。

  • CTスキャン・画像解析で内部品質を“見える化”。

  • VOC・粉じん・CO₂への規制対応、砂再生・バインダ低VOC化が加速。

  • 少量多品種・試作短納期に**3Dプリント砂型（バインダジェット）**が登場。

⑤ いま（2020s〜）：EV化・軽量化・データ連携

  • モータハウジング、インバータケース、バッテリートレイ等の大型薄肉化に対応。

  • デジタルスレッド（CAD→CAE→型→造型→検査→トレース）で手戻り最小化。

  • セカンダリーアルミの活用、LCA視点の取引が広がる。

2｜プロセス技術の進化：砂・溶湯・金型・注湯

砂・中子

  • 生型（クレイ系）：量産に強い。回収・再生の最適化で品質安定。

  • 自硬性砂（フラン／フェノール）：大型・厚肉・寸法安定。VOC対策がカギ。

  • コールドボックス中子：複雑中空に強い。アミン対策・臭気管理は設備勝負。

  • 無機バインダ：低臭・低発煙。耐湿性と強度の両立がテーマ。

  • 3Dプリント砂型：木型レスで最短納期。量産前試作や年次小ロットに効く。

溶解・溶湯処理

  • 炉：反射炉→**ガス高効率炉・電気炉（抵抗・誘導）**へ。熱ロス可視化が定着。

  • 処理：脱ガス（アルゴン/窒素）、精錬フラックス、フィルタリング。

  • 成分管理：OESでその場調整、水素量監視でピンホール抑制。

ゲーティング・押湯設計

  • 職人の勘→CAEとモジュラス設計。

  • チル・冷し金の適用、押湯スリーブ・カバーで歩留まりと健全性を両立。

注湯と固化

  • 自動注湯・流量制御で乱流最小化、酸化膜巻き込みを回避。

  • 真空補助・負圧で充填性向上、スクイズ併用で気孔減。

3｜品質保証の変遷：破面と勘から、データと可視化へ

  • 受入／工程管理：OES（成分）、水素・温度・酸化膜指数のルーチン化。

  • 検査：X線→CT（3D内部欠陥）、染色浸透・磁粉（鋼部鋳ぐるみ）、寸法CMM・3Dスキャン。

  • 工程統計：SPCで粒度・圧縮強度・含水・通気度を管理。

  • フィードバック：検査結果はCAEと不良マップに戻し、次回の湯道修正へ。

4｜生産性と安全衛生：人を守り、歩留まりを上げる

  • 自動化：造型・中子セット・型バラシ・ショット・仕上げのセル化。

  • 人の負荷対策：アシストスーツ・ハンドリングロボで腰・肩を守る。

  • 粉じん／シリカ：集塵・局排・保護具の標準化。

  • 溶湯災害：湿気・水分混入ゼロのルールと点呼、飛散防止床、耐熱個装。

5｜環境とサステナ：砂・バインダ・エネルギー・アルミ

  • 砂再生：機械・熱処理の組合わせで回収率UP、廃棄量と購入量を双方向で削減。

  • 低VOC化：無機バインダ・低発煙スリーブ・**RTO（蓄熱式酸化炉）**等の導入。

  • エネルギー：炉の断熱・蓋管理・誘導炉の力率最適化。

  • 原料：リサイクル（セカンダリー）アルミの比率増、合金設計で機械特性と鋳造性の両立。

6｜市場の変化：軽量化・EV・小ロット化

  • 自動車：EVでケース・トレイの大型薄肉が増加、寸法安定と内部健全性の両立が必須。

  • 産機・インフラ：一体化・複雑化、試作短納期の要求が増。

  • 航空・ロボ：ポロシティ・介在物の厳格管理、トレーサビリティが勝負。

7｜デジタルスレッド：設計から検査までを一本に

  • CAD→CAE→CAM→造型→検査→台帳をIDで連結。

  • 不良発生時は検査点群→CAEへリプレイ→ゲート修正→型データ即日更新。

  • 原単位の見える化：砂・合金・ガス・電力・時間を品番別に集計し儲けの構造を把握。

8｜ショートケース

A｜薄肉箱物の巻き込み気孔を1/5に

  • 介入：CAEで自由表面乱流を低減する湯道再設計＋自動注湯の流量プロファイル導入。

  • 結果：内部気孔率−80%、仕上げ工数−15%。

B｜VOCを半減

  • 介入：中子を無機バインダへ、造型室に局所RTO。

  • 結果：作業環境改善、近隣苦情ゼロ、CO₂も削減。

C｜試作リードタイムを10日短縮

  • 介入：3Dプリント砂型＋アルミ簡易治具、CTで初回合否判定→CAEへ即フィードバック。

  • 結果：試作〜量産移行が1スプリント短縮。

9｜現場で効くチェックリスト

砂・中子

  • 粒度・含水・通気・強度のSPC管理

  • 中子ガス抜き位置／断面積の標準化

  • 砂再生比率と新品補給の最適点

溶湯

  • 水素量・温度・保持時間の基準票

  • フィルタ・フラックスのロット管理

  • 取鍋の予熱・清浄度点検

型・注湯

  • ゲート・押湯・チルの標準テンプレ

  • 注湯流量プロファイルのレシピ化

  • 真空補助・ベントの効き確認

検査・台帳

  • CT/X線の判定基準（欠陥等級）

  • 不良マップ→CAEへの戻し運用

  • 合金・砂・エネルギーの原単位を品番別に集計

10｜これから5年の論点

  1. 3Dプリント砂型の常用化：試作だけでなく小ロット量産へ。造型コストと後処理の最適点。

  2. 無機バインダ×高機能中子：低臭・高強度・耐湿の三立。

  3. 低炭素アルミ調達：再生材比率や再エネ電力のLCAを価格に織り込む。

  4. インラインCT／AI判定：100%検査×自動判定で手離れ。

  5. デジタルスレッド完成：設計変更がその日の型データ・作業票に反映される“遅延ゼロ”の工場へ。

11｜90日アクション

  1. 不良トップ3の“因果”をCAEで検証
    　現物CT／X線→不良マップ→充填・凝固解析→湯道・押湯の一次修正。1サイクルで効果を数値化。

  2. 砂と溶湯の“基準票”を更新
    　粒度・含水・通気、H₂・温度・保持時間の許容レンジと異常時対応をA3一枚に。現場掲示。

  3. LCAミニサーベイ
    　合金（再生比）、燃料・電力、砂再生率の原単位を見える化。CO₂と原価の二軸で改善候補を抽出。

結び

砂型アルミ鋳造は、自由度と包容力を武器に、時代ごとの要求に応えてきました。
生型・自硬性・中子・3Dプリント、反射炉・電気炉、勘・CAE、破面・CT——どの時代でも要は同じ。**“健全で、寸法が出て、間に合う”**ことです。

次の現場では、CAEで因果を掴む／基準票をA3で運用する／原単位を見える化の三手から。
砂と溶湯の“当たり前”を磨き込むことが、これからの競争力になります。

 

 

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