鋳造とは：定義、製造プロセスの種類を徹底解説

鋳造とは

鋳造は、液体材料を目的の形状の空洞を持つ型（モールド）に流し込み、凝固させる製造プロセスです。凝固した部分を鋳物と呼び、型から取り出すか型を破壊して完成品とします。

鋳造材料は通常、金属または2つ以上の成分を混合して硬化する各種時間硬化型材料です。例としてエポキシ、コンクリート、石膏、粘土などがあります。

金属鋳造は7,000年の歴史を持つプロセスで、製造業と美術の両方で使用されてきました。最古の鋳造品は紀元前3200年頃の銅製のカエルで、現在のイラクで発見されています。金属鋳造では、溶融金属を坩堝（るつぼ）から型に流し込み、正の形状の金属鋳物を作ります。金属と型を冷やし、金属製品を取り出して仕上げを行います。

伝統的な金属鋳造技術には、ロストワックス鋳造、石膏型鋳造、ダイカスト、砂型鋳造などがあります。これらの金属鋳造プロセスは、鋳造所やジュエリー工房で行われます。

金属鋳造プロセスは数千年前から知られ、彫刻、宝飾品、輸送機器、武器、工具の作成に広く用いられてきました。

鋳造は、他の方法では困難または非経済的な複雑な形状を作る際に最も一般的に使用されます。工作機械のベッド、船舶用プロペラなどの大型機器も、複数の小さな部品を接合する代わりに、必要なサイズで一体鋳造できます。

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鋳造プロセスとは

鋳造プロセスでは、通常金属である溶融材料を使用します。この溶融材料を完成品の形状をした型の空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、熱は一般的に型を通じて奪われ、目的の形状に凝固します。

金属鋳造は大きく分けて、再利用可能な型を使うプロセスと、使い捨て型を使うプロセスの2つのカテゴリに分類されます。どちらのプロセスでも、鋳造者は坩堝で金属材料を溶かし、型に流し込み、金属が冷えて凝固したら型材料または鋳物を取り出します。

基本的な金属鋳造プロセスは、模型と型を作り、溶融金属を型に流し込むことです。その後、固まった金属鋳物を取り出し、仕上げを行います。このプロセスは、さまざまな種類の金属鋳造、形状、サイズなどに対応できるようカスタマイズ可能です。

ステップ1：模型を作る

型を作る前に、型の形状を決める模型を作成する必要があります。模型は最終的な鋳物の3次元モデルとなります。ワックス、砂、プラスチック、木材などで形作ることができます。

一部の鋳造者は石膏やシリコンで作った型を使用します。これらの材料は溶融金属の熱に耐えられませんが、使い捨て型鋳造用のワックス模型を大量生産するのに適しています。

模型を形作る際は、金属が冷却される際の収縮を考慮する必要があります。また、模型には湯道（スプルー）を設け、溶融金属が型内に流れ込めるようにすることもあります。

ステップ2：型を作る

模型ができたら、型を作ります。前述の通り、金属製の再利用可能な型（永久型）か、砂、石膏、セラミックシェルで作る使い捨て型を選択できます。

これらの型作り方法は、それぞれ異なる鋳造金属や模型の複雑さに最適化されています。ワックスやプラスチックの模型を使用する場合、窯の中で模型を焼き失わせる（ロストワックス法）ことができます。

ステップ3：金属合金を選ぶ

すべての金属鋳物は、鉄系または非鉄系の合金から作られます。合金は、最終鋳物の用途に最適な機械的特性を提供するための元素の混合物です。鉄系合金には鋼、可鍛鋳鉄、グレー鋳鉄などがあります。

鋳造で最も一般的に使用される非鉄系合金は、アルミニウム、青銅、銅です。ジュエリー工房で貴金属を扱う場合は、銀、銅、金、プラチナを使用することがあります。

ステップ4：合金を溶かす

溶解プロセスは合金によって異なります。各合金には異なる融点があるためです。基本的には、固体合金を坩堝に入れ、明火や炉で加熱します。

ステップ5：型に流し込む

溶融金属を型の空洞に流し込みます。小さな鋳物の場合、金属を加熱した坩堝から直接型に注ぐだけで済むこともあります。大型鋳物の場合は、小さなチームで炉内の金属を加熱し、より大きな坩堝や湯桶（レードル）に移してから型に注ぐ必要があります。

溶融金属を注ぐ際は、すべての推奨安全ガイドラインに従ってください。天然繊維の衣服、長ズボンと長袖、断熱手袋、安全ゴーグルなどの保護具を着用してください。

危険なヒュームを避けるため、換気の良い場所で作業してください。化学消火器を近くに置き、炉と型の間の通路を確保してください。次のステップに進む前に、型が完全に凝固するまで待ちます。

ステップ6：鋳物を型から取り出す

金属が冷えて凝固したら、型から取り出します。使い捨て型の場合、型を破壊して鋳物を取り出します。石膏型（インベストメント）を使用した場合、金属が凝固した後に石膏を水に浸します。水が石膏を崩壊させ、取り出しを容易にします。永久型の場合、エジェクターピンを使って鋳物を押し出します。

ステップ7：仕上げ

固まった金属鋳物をヤスリで削り、磨き上げます。これには、水で余分な型材料を洗い流す、小物の場合はニッパーで湯口（ゲート）を切り取る、大物の場合はアングルグラインダーを使用するなどが含まれます。

鋳造の種類

主な鋳造プロセスの種類：

• 砂型鋳造
• インベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）
• ダイカスト
• 低圧鋳造
• 遠心鋳造
• 重力鋳造
• 真空ダイカスト
• スキーズダイカスト（スクイーズ鋳造）
• ロストフォーム鋳造
• 連続鋳造

1. 砂型鋳造

砂型鋳造は、最も一般的で簡単な鋳造方法の一つで、数世紀前から使用されています。永久型鋳造よりも小ロット生産が可能で、非常に低コストです。メーカーはこの方法で低コスト生産が可能なだけでなく、非常に小規模な操業でも対応できるという利点があります。

このプロセスでは、手のひらサイズの小さな鋳物から、列車の車輪ベッドのような大型鋳物まで対応可能です。使用する砂の種類によって、ほとんどの金属を鋳造できます。

砂型鋳造は通常、合成砂や天然結合砂などのシリカベースの材料を基盤とします。鋳造用砂は一般に微細で球状の粒子からなり、密に充填することで滑らかな型表面を形成します。

冷却工程で適度な柔軟性と収縮を許容することで、ひび割れや裂け目などの欠陥リスクを低減します。粘土を添加して砂粒子の結合を強めることもできます。自動車のエンジンブロックなどは砂型鋳造で製造されます。

2. インベストメント鋳造

インベストメント鋳造はロストワックス鋳造とも呼ばれ、各鋳物部品ごとに使い捨てのワックス模型を使用します。この鋳造では、ワックスを直接型に注入し、取り出した後、耐火材料とバインダーを通常数段階にわたってコーティングして厚いシェルを形成します。

複数のサンプルを組み合わせて共通の湯道（スプルー）を形成します。シェルが硬化したら、模型を逆さまにして炉で加熱し、ワックスを溶かして除去します。これらの模型は型作りの力に耐えられるほど強くないため、細心の注意が必要です。インベストメント鋳造の利点の一つは、ワックスを再利用できることです。

インベストメント鋳造は、自動車、発電、航空宇宙産業向けのタービンブレードなどの部品製造に広く用いられています。これらの鋳物は、精度、再現性、汎用性、完全性という主要なメリットを備えた高品質な部品を生産します。

3. ダイカスト

ダイカストは、溶融金属を高圧で型の空洞に押し込んで成形する方法です。ほとんどのダイカスト製品は、亜鉛、銅、アルミニウムベースの合金などの非鉄金属から作られます。ただし、鉄系金属のダイカスト部品も可能です。

ダイカストプロセスは、優れたディテール、良好な表面品質、寸法精度が求められる小型から中型の部品を大量生産する用途に特に適しています。

4. 低圧鋳造

低圧鋳造では、加圧炉から金属を型に充填します。圧力は通常0.7 bar程度です。保持炉は垂直ダイカストマシンの下部にあり、溶融金属が真下から型の底部に注入されます。圧力によって金属が型内で保持され、凝固するまで保たれます。

このプロセスの主な利点の一つは、型空洞への充填を精密に制御できることです。溶融金属が湯道を素早く滑らかに流れるため、酸化物の生成を抑え、気孔（ポロシティ）を防止できます。

このプロセスは、車輪などの軸対称部品の製造のために開発されました。しかし、砂コアを型に使用することで、中空形状や複雑な形状の部品製造にも適しています。

5. 遠心鋳造

遠心鋳造は、回転する型で発生するGフォース（遠心力）を利用して、鋳鉄管などの長い円筒形部品を製造する方法です。型に導入された溶融金属は、型の内側表面に押し付けられ、気孔のない鋳物を作り出します。

この鋳造法はもともとデラボード法として水冷型を用いて発明され、土管や大型砲身などの対称部品に適用され、湯道（ライザー）を最小限に抑えて部品を作れる利点があります。

自軸を中心に回転できない非対称部品の場合、圧力鋳造と呼ばれる遠心鋳造の変種では、複数の部品を共通のスプルーの周りに配置し、型をこの軸を中心に回転させます。

同様の考え方が、非常に大型のギアリングの鋳造にも用いられます。鋳造材料に応じて、金属型や砂型を使用できます。

6. 重力鋳造

重力鋳造は永久型鋳造プロセスの一種で、溶融金属を容器や湯桶から型に注ぎ込みます。型空洞は重力以外の力を受けずに充填され、型を傾けることで充填を制御できます。

アンダーカットや空洞は、砂コアを用いて部品形状に機械加工できます。この鋳造法は、急速凝固により砂型鋳造よりも優れた表面品質と機械的特性を提供します。

また、アルミニウム砂型鋳造よりも高い鋳造速度が可能ですが、金属型は砂型より高価です。このプロセスの利点には、低ガスポロシティと微細な結晶粒度が得られることが含まれます。

砂型鋳造と比較して、後処理と洗浄が少なく、重力鋳造はより高品質な製品になりやすいです。ただし、重力鋳造の製造プロセスは、一般的に砂型鋳造よりも金型コストの面からはコスト効率が良くありません。

7. 真空ダイカスト

真空アシストダイカストは、ケネディダイカスト社の重要なプロセス能力です。型空洞の真空排気により、金属注入時のガス巻き込みを減らし、鋳物の気孔を減少させます。結果として、より高品質なダイカストが得られます。

真空システムはあくまで補助的なものです。型空洞、ランナー、ゲート、オーバーフローのエンジニアリングにおける優れたダイカスト設計実践の代わりにはなりません。

8. スクイーズダイカスト（液体鍛造）

スクイーズ鋳造は、液体鍛造とも呼ばれ、永久型鋳造とダイ鍛造を一工程で組み合わせたハイブリッド金属成形プロセスです。予熱・潤滑された型に特定量の溶融金属合金を注ぎ、圧力下で鍛造・凝固させます。

9. ロストフォーム鋳造

ロストフォーム鋳造（LFC）は、ワックスの代わりに発泡体を模型とする消失模型鋳造プロセスの一種で、インベストメント鋳造に似ています。この鋳造法は、ポリマー発泡体の低沸点を利用し、型からワックスを溶かし出す工程を不要にすることで、インベストメント鋳造プロセスを簡素化します。

10. 連続鋳造

連続鋳造は、一定の断面形状を持つ金属プロファイルを大量生産するための鋳造プロセスの改良版です。溶融金属を水冷の開放型型に注ぎ、まだ液体の中心部の上に固体金属の「スキン」を形成し、外側から内側へ徐々に金属を凝固させます。

凝固後、ストランドと呼ばれる鋳片が型から連続的に引き出されます。ストランドは機械シアーまたは移動式酸素アセチレンバーナーで所定の長さに切断され、さらなる成形工程やストックヤードに移送されます。

鋳造サイズは、厚さ数ミリメートル×幅約5メートルの薄板（スラブ）から、90〜160mm角のビレット、幅1.25m×厚さ230mmのスラブまで多岐にわたります。場合によっては、切断前に初期熱間圧延工程を経ることもあります。

連続鋳造は、標準製品の連続生産に伴うコストが低く、最終製品の品質も向上するため採用されます。鋼、銅、アルミニウム、鉛などが連続鋳造され、中でも鋼がこの方法で鋳造されるトン数で最大です。

鋳造プロセスの利点

鋳造は他の製造プロセスに比べて以下の利点があります。

• 複雑な構造を経済的に作成できる
• 物体のサイズに制約がない
• 鋳物は高い圧縮強度を持つ
• 鋳造で作られる構造は幅広い特性を持つ
• 高精度な物体を作れる
• あらゆる材料を鋳造できる
• 等方性構造を作れる
• すべての製造プロセスの中で最も安価
• 複合部品を容易に作れる

鋳造プロセスの欠点

鋳造プロセスの欠点は以下の通りです。

• 寸法精度： 鋳造時の収縮により寸法精度が損なわれる可能性がある。そのため、設計者は溶融金属を注ぐ前に製品（模型）に鋳造収縮代を設ける必要がある。
• 低強度： 切削加工品に比べて気孔率が高いため。
• 後処理： 表面仕上げを改善するために二次機械加工が必要。
• 融点の制限： 一般的に融点の低い金属に限られる。
• 少量生産には不向き。

鋳造プロセスの用途

• 輸送： 自動車、航空宇宙、鉄道、船舶
• 重機器： 建設、農業、鉱業
• 工作機械： 切削、鋳造、プラスチック成形、鍛造、押出、成形
• プラント機械： 化学、石油、製紙、製糖、繊維、製鉄、火力発電
• 防衛： 車両、火砲、弾薬、貯蔵、支援装備
• 電気機械： モーター、発電機、ポンプ、コンプレッサー
• 市民鋳物： パイプ、継手、バルブ、フィッティング
• 家庭用： 家電、キッチン・園芸用品、家具、金具
• 美術品： 彫刻、仏像、家具、ランプスタンド、装飾品

よくある質問（FAQ）

鋳造とは？

鋳造は、液体材料を目的の形状の空洞を持つ型に流し込み、凝固させる製造プロセスです。凝固した部分を鋳物と呼び、型から取り出すか型を破壊して完成品とします。

鋳造の意味は？

鋳造は、金属やプラスチックなどの溶融材料を型に導入し、型内で凝固させ、型から取り出すか破壊して加工部品を作る製造プロセスです。

鋳造プロセスとは？

鋳造プロセスでは、通常金属である溶融材料を使用します。この溶融材料を完成品の形状をした型の空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、熱は一般的に型を通じて奪われ、目的の形状に凝固します。

鋳造の種類は？

主な鋳造プロセスの種類：

• 砂型鋳造
• インベストメント鋳造
• ダイカスト
• 低圧鋳造
• 遠心鋳造
• 重力鋳造
• 真空ダイカスト
• スクイーズダイカスト
• ロストフォーム鋳造
• 連続鋳造

鋳造の工程は？

鋳造プロセスでは、通常金属である溶融材料を使用します。この溶融材料を完成品の形状をした型の空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、熱は一般的に型を通じて奪われ、目的の形状に凝固します。

鋳造とは何を意味する？

鋳造は、鍛造業界が特定の望ましい形状の物体（多くの場合金属）を製造するために使用する製造プロセスです。これは、正確な必要形状の中空空洞を含む型に熱い溶融金属を流し込むことで達成されます。

4つの鋳造タイプとは？

ダイカスト、インベストメント鋳造、石膏鋳造、砂型鋳造などの熱間成形プロセスは、それぞれ独自の製造メリットを提供します。一般的な鋳造プロセスの利点と欠点を比較することで、特定の生産ロットに最適な方法を選択できます。

鋳造プロセスには何種類ある？

この技法には、永久型、ダイ、遠心、連続鋳造の少なくとも4つの異なる方法が含まれます。

鋳造とは何か、鋳造の種類を説明せよ

鋳造は、液体材料を目的の形状の中空空洞を持つ型に流し込み、凝固させる製造プロセスです。鋳造は、他の方法では困難または非経済的な複雑な形状を作る際に最もよく使用されます。

鋳造材料とは？

鋳造材料は通常、金属または2つ以上の成分を混合して硬化する各種常温硬化型材料です。例としてエポキシ、コンクリート、石膏、粘土があります。

遠心鋳造の種類は？

遠心鋳造の種類：

• 真の遠心鋳造。 一般に正常遠心鋳造として知られ、丸穴を持つ対称的な中空構造の製造に使用されます。
• 半遠心鋳造。
• 遠心鋳造法（セントリフュージング）。

金属鋳造とは？

金属鋳造は、空洞の形状したスペースに溶融金属を流し込んで物体を作るプロセスです。金属は冷えて硬化し、この形状した型によって与えられた形になります。

鋳造欠陥の種類は？

鋳造欠陥の種類と防止方法

• ガスポロシティ。 ピンホール、ブローホール、オープンホール。
• 収縮欠陥。 オープン、クローズド、変形。
• 型材料欠陥。 カットとウォッシュ、スウェル、ドロップ。
• 注湯金属欠陥。 コールドショット、コールドシャット、ミスラン。
• 冶金欠陥。 ホットティア、ホットスポット。
• 鋳造形状欠陥。 ミスマッチ、フラッシュ。

鋳造におけるコアとは？

コアは、型内に配置して鋳物の内部や、模型では形作れない鋳物の一部を形作るための、あらかじめ形成された結合砂インサートです。コアは鋳物中の中空部分や空洞を作るためによく使用されます。

モールディングと鋳造の違いは？

モールディングと鋳造の主な違いは、プロセスで使用される材料です。鋳造は通常金属を扱い、モールディングはプラスチックに焦点を当てます。どちらの場合も、溶融材料をダイまたは型に流し込んで最終形状を作ります。

鋳造で使用される工具は？

主要な鋳造工具は手工具、容器、機械工具です。手工具にはランマー、ショベル、篩（ふるい）、ベントワイヤー、リフター、スリック、トロウェル、木槌、スワブ、クランプ、ガガー、ベローズなどがあります。機械工具は一般に自動化された鋳造所で使用されます。

鋳造で一般的に使用される材料は？

ダイカストには4つの一般的な合金、すなわちアルミニウム系、銅系、マグネシウム系、亜鉛系合金が使用されます。その他、まれに鉄系合金もダイカストに使用されることがあります。

鋳造はどのように行われる？

鋳造プロセスでは、通常金属である溶融材料を使用します。この溶融材料を完成品の形状をした型の空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、熱は一般的に型を通じて奪われ、目的の形状に凝固します。

遠心鋳造とは？

遠心鋳造法は、溶融金属を高速回転する円筒形型に流し込み、回転による遠心力で溶融金属に圧力をかけて管を製造する方法です。

スラッシュ鋳造とは？

スラッシュ鋳造は、中空鋳物を作るための永久型鋳造の変種です。材料を型に流し込み、型内に材料のシェルが形成されるまで冷却させます。残りの液体を流し出して中空のシェルを残します。

鋼は鋳造できる？

いくつかの金属や合成材料を含む多くの材料が鋳造可能ですが、特に鉄と鋼は幅広い用途に優れた機械的特性を備えています。

グリーンサンド鋳造とは？

グリーンサンド鋳造は、粘土で結合した砂型で作られます。名前は砂の色ではなく、型が未硬化（グリーン）状態であることを指します。乾燥砂型は似ていますが、金属を受け入れる前に砂を焼成します。

鋳造方法をどう選ぶ？

迷った場合は、以下の簡単なヒントが適切なダイカストプロセス選択の助けになります。

• 設計の複雑さ。 完成品に求める設計の複雑さは、ダイカストプロセス選択に重要な役割を果たします。
• 材料選定。
• 鋳造コスト。

鋳造収縮とは？

収縮は、金属が液体状態から固体状態へ相転移する際、露出表面で発生する内部または外部の体積変化です。この現象は鋳造やコンクリート凝固などのプロセスで起こります。

鋳造におけるフィン欠陥（フラッシュ）とは？

フラッシュは、鋳造フィンやバリとも呼ばれ、鋳物に付着した不要な余分な材料です。通常、分割面に形成される薄い金属シートです。フラッシュは廃材であり、再溶解するとドロスになります。

型とコアとは？

コアは、鋳造およびモールディングプロセスで内部空洞やリエントラント角（180°より大きい内部角）を生成するために使用される装置です。コアは通常、破壊して取り出す使い捨て品です。

鋳鉄の3つの種類は？

鋳鉄の4つの基本タイプは、白鋳鉄、グレー鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄です。

• 白鋳鉄
• グレー鋳鉄
• ダクタイル鋳鉄
• 可鍛鋳鉄

型は鋳物？

型は、目的の物体の複製や印象を作る第一段階ですが、鋳物はプロセス全体を経て得られた最終製品です。鋳物は完成品であり、場合によってはさらなる型を作るためにも使用されます。