鋳造の基礎：定義、種類、プロセス、用途を徹底解説

鋳造とは

鋳造とは、液体材料を所望の形状の空洞を持つ型（鋳型）に流し込み、凝固させる製造プロセスです。凝固した部品も「鋳物（キャスティング）」と呼ばれ、型から取り出すか型を破壊して取り出すことでプロセスが完了します。

鋳造材料は通常、金属または複数成分を混合して硬化する材料（エポキシ、コンクリート、石膏、粘土など）が用いられます。

金属鋳造は7,000年の歴史を持ち、製造業と美術の両方で使用されてきました。最古の鋳造物は紀元前3200年頃の銅製カエルで、現在のイラクで発見されています。金属鋳造では、溶湯を坩堝から鋳型に流し込み、金属と型を冷却した後、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にわたり、彫刻、宝飾品、輸送機器、武器、工具の製造に広く利用されてきました。

鋳造は、他の工法では困難または非経済的な複雑形状の製造に最も一般的に用いられます。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。

関連記事： 金属鋳造とは？

鋳造プロセスの流れ

鋳造プロセスでは溶融材料（通常は金属）を使用します。この溶融材料を完成品の形状をした鋳型空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、一般的に型を通じて熱が奪われ、所望の形状に凝固します。

金属鋳造は大きく「再利用可能な型を用いるプロセス」と「消耗型を用いるプロセス」の2つに分類されます。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、鋳型に流し込み、金属が冷却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、木型（パターン）と鋳型を作り、溶融金属を流し込み、凝固した鋳物を取り出し、仕上げを行うというものです。このプロセスは、様々な金属鋳造タイプ、形状、サイズに合わせてカスタマイズ可能です。

ステップ1：木型（パターン）の作成

鋳型を作る前に、鋳型の形状を決定する木型を作成する必要があります。木型は最終鋳物の3次元モデルとなり、ワックス、砂、プラスチック、木材などで形成されます。

一部の鋳造者は石膏やシリコーンで型を作り、溶融金属には耐えられないものの、消耗型鋳造用にワックスの複数個体を量産するために使用します。

木型を形作る際は、金属冷却時の収縮を見込んで寸法を設定する必要があります。木型には湯道（スプルー）を設け、溶融金属が鋳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：鋳型の製作

木型が完成したら鋳型を作ります。前述の通り、金属製の再利用可能な型、または砂、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。

これら各鋳型製作法は、異なる鋳造金属や木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木型を使用する場合、窯の中で木型を焼き失わせる（ロストワックス法）ことができます。

ステップ3：合金の選定

全ての金属鋳物は、鉄系または非鉄系合金から製造されます。合金は、最終鋳物の用途に最適な機械的特性を得るための元素混合物です。鉄系合金には鋼、可鍛鋳鉄、普通鋳鉄があります。

鋳造で最も一般的な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：合金の溶解

溶解プロセスは合金ごとに異なり、それぞれ異なる融点を持つためです。基本的には、固体合金を坩堝に入れ、明火または炉で加熱します。

ステップ5：鋳型への湯注ぎ

溶融金属を鋳型空洞に流し込みます。小型鋳物の場合、加熱した坩堝から直接鋳型に注ぐことができます。大型鋳物では、炉で金属を加熱し、より大きな坩堝や湯桶（レードル）に移してから鋳型に注ぐため、少人数のチームが必要となる場合があります。

溶融金属注湯時は、全ての推奨安全ガイドラインに従ってください。天然繊維の衣類、長袖・長ズボン、耐熱手袋、保護メガネを着用してください。換気の良い場所で作業し、化学消火器を近くに備え、炉と鋳型の間の通路を確保してください。鋳型が凝固するまで次のステップに進まないでください。

ステップ6：鋳物の型からの取り出し

金属が冷却凝固したら、鋳型から取り出します。使い捨て型の場合、鋳型を破壊して鋳物を取り出します。石膏鋳型の場合、金属凝固後に水に浸すと型が崩れやすくなります。再利用型の場合、エジェクターピンで鋳物を押し出します。

ステップ7：仕上げ

凝固した金属鋳物をヤスリがけ・研磨します。余分な型材料を水で洗い流したり、小物ならニッパーで湯口を切り離したり、大物ならアングルグラインダーを使用したりします。

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最も簡単な鋳造法の一つで、数世紀にわたり使用されてきました。永久型鋳造より小ロット生産が可能で、非常にリーズナブルなコストで製品を製造できます。また、手のひらサイズから列車の車台のような大型品まで幅広く対応可能です。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。

砂型は一般的にシリカ系材料（合成砂または天然砂）を基盤とします。鋳造用砂は微細な球状粒子で構成され、密に充填することで滑らかな鋳型表面を形成します。冷却時の収縮に適度な柔軟性を持たせることで、割れや裂けなどの欠陥リスクを低減します。粘土を添加すると粒子間の結合が強まり、砂型を強化できます。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（ロストワックス鋳造）

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、鋳造部品ごとに使い捨てのワックスパターンを使用します。ワックスを金型に直接射出し、取り出して耐火材料とバインダーで数段階にわたりコーティングし、厚いシェルを形成します。

複数のパターン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パターンを反転させ、炉で加熱してワックスを溶かし出します。これらのパターンは鋳型製作時の力に耐えられないほど脆いため、極めて慎重な取り扱いが必要です。利点の一つはワックスが再利用可能な点です。

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、高品質・高精度・再現性・汎用性・完全性が求められる部品製造に広く用いられています。

3. ダイカスト

ダイカストは、溶融金属を高圧で金型空洞に押し込む成形法です。ほとんどのダイカスト品は非鉄金属、特に亜鉛、銅、アルミニウム合金から作られますが、鉄系金属のダイカストも可能です。

ダイカストプロセスは、多数の小〜中型部品を、優れたディテール、良好な表面品質、寸法精度で製造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（通常0.7 bar程度）から金型に溶湯を供給します。保持炉は垂直ダイカストマシンの下部に位置し、溶湯が真っ直ぐ金型底部に注がれます。圧力により金属が金型内で保持され、凝固まで維持されます。

このプロセスの主な利点は、金型空洞への充填を精密に制御できる点です。溶湯が湯道を速やかかつ滑らかに流れるため、酸化物生成が抑制され、気孔欠陥を防止できます。このプロセスは車輪など軸対称部品の生産のために開発されましたが、砂芯を用いることで中空形状や複雑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、回転する鋳型で発生する遠心力を利用して、鋳鉄管のような長い円筒形部品を製造します。鋳型に導入された溶融金属は鋳型内面に押し付けられ、気孔のない鋳物が得られます。

この鋳造法は元々デ・ラバウド法として水冷金型を用いて発明され、土管や大型砲身などの対称形状部品に適用され、湯道（ライザー）を最小限に抑えられる利点があります。

自軸回転できない非対称部品の場合、「圧力鋳造」と呼ばれる変法で、複数の部品を共通スプルーに配置し、この軸を中心に金型を回転させます。同様の考え方で大型ギアリングなど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が使用されます。

6. 重力鋳造

重力鋳造は永久型鋳造の一種で、溶融金属をベッセルや湯桶から金型に注ぎ込みます。金型空洞は重力のみで充填され、金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芯を用いて機械加工で形成可能です。この鋳造法は砂型鋳造より優れた表面品質と機械的特性を実現し、これは急速凝固によるものです。また、アルミニウム砂型鋳造より高い鋳造レートを持ちますが、金型コストは砂型より高くなります。利点として、低ガス気孔率と微細な結晶粒が得られます。

砂型鋳造と比較して後処理・洗浄が少なく、一般的に高品質な製品が得られます。ただし、金型製作コストの面からは砂型鋳造ほどコスト効率が良くない場合があります。

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。金型空洞を真空排気することで、湯注ぎ時のガス巻き込みを低減し、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あり、金型空洞、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の代替にはなりません。

8. スクイーズ鋳造

スクイーズ鋳造（液体鍛造とも呼ばれる）は、永久型鋳造と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・潤滑された金型に一定量の溶融合金を注ぎ、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、インベストメント鋳造に類似した消失パターン鋳造プロセスですが、ワックスの代わりに発泡ポリマー（フォーム）をパターンとして使用します。ポリマーフォームの低沸点を利用し、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、一定断面の金属プロファイルを連続的に大量生産するための鋳造プロセスの改良版です。溶融金属を水冷式の開放端を持つ金型に注ぎ、まだ液体の中心部の上に薄い「シェル」の固体金属を形成し、外側から内側へ徐々に凝固させます。

凝固後、ストランド（鋳塊）は金型から連続的に引き抜かれます。所定長さに機械シャーまたは移動式酸素アセチレンバーナーで切断し、次の成形工程やストックヤードへ送られます。

鋳造サイズは、ストリップ（数mm厚×約5m幅）、ビレット（90〜160mm角）、スラブ（1.25m幅×230mm厚）まで多岐にわたります。場合によっては切断前に一次熱間圧延を施すこともあります。

連続鋳造は、標準製品の連続生産によるコスト低減と、最終製品の品質向上のために採用されます。鋼、銅、アルミニウム、鉛などが連続鋳造され、中でも鋼がこの工法で鋳造される最大トン数を占めます。

鋳造プロセスの利点

鋳造は他の製造プロセスに対して以下の利点を持ちます。

• 複雑な構造を経済的に製作可能
• 物体のサイズに制約がない
• 鋳物は高い圧縮強度を持つ
• 幅広い特性を持つ構造物を製作可能
• 高精度な物体を製作可能
• あらゆる材料を鋳造可能
• 等方的な構造が得られる
• 全製造プロセス中で最も安価
• 複合部品を容易に製作可能

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： 鋳造収縮により寸法精度がリスクにさらされるため、設計者は溶湯注湯前に木型（パターン）に肉厚余裕（縮み代）を設ける必要があります。
• 低強度： 切削加工品と比較して気孔率が高いため。
• 後処理： 表面仕上げ向上のために二次機械加工が必要。
• 融点の制約： 一般的に融点の低い金属に限定される。
• 少量生産には不向き。

鋳造プロセスの用途

• 輸送機器： 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
• 電気機器： モーター、発電機、ポンプ、コンプレッサー
• 市民用鋳物： 管、継手、バルブ、継手
• 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）

鋳造とは何ですか？

鋳造は、液体材料を所望の形状の空洞を持つ鋳型に流し込み、凝固させる製造プロセスです。凝固した部品を鋳物と呼び、鋳型から取り出すか破壊して取り出すことで完了します。

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鋳型に導入し、鋳型内で凝固させた後、取り出すか破壊して加工部品を製造する製造プロセスです。

鋳造プロセスとは？

鋳造プロセスでは溶融材料（通常は金属）を使用し、完成品の形状をした鋳型空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、一般的に鋳型を通じて熱が奪われ、所望の形状に凝固します。

鋳造の種類には何がありますか？

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、スクイーズ鋳造、ロストフォーム鋳造、連続鋳造。

鋳造の工程は？

鋳造プロセスでは溶融材料（通常は金属）を使用し、完成品の形状をした鋳型空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、一般的に鋳型を通じて熱が奪われ、所望の形状に凝固します。

鋳造とは何を意味しますか？

鋳造は、鍛造業界で特定の形状の物体（多くの場合金属）を製造するために使用される製造プロセスです。正確な形状の空洞を持つ鋳型に熱い溶融金属を流し込むことで実現されます。

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、与えられた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りますか？

この技法には、永久型、ダイカスト、遠心鋳造、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、その種類を説明してください。

鋳造は、液体材料を所望の形状の空洞を持つ鋳型に流し込み、凝固させる製造プロセスです。他の方法では困難または非経済的な複雑形状の製造に最もよく使用されます。

鋳造材料とは？

鋳造材料は通常、金属または複数成分を混合して硬化する材料で、エポキシ、コンクリート、石膏、粘土などが例です。

遠心鋳造の種類は？

遠心鋳造の種類：

• 真の遠心鋳造： 一般的に正常な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：
• 遠心力鋳造：

金属鋳造とは？

金属鋳造は、溶融金属を空洞の形状空間に流し込むことで物体を製造するプロセスです。金属は冷却・硬化し、この形状鋳型によって与えられた形状になります。

鋳造欠陥の種類は？

鋳造欠陥の種類と防止方法：

• ガス気孔： 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、ワーピング
• 鋳型材料欠陥： 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、鋳型内に配置して鋳物の内部形状や、木型では形成できない部分を形作るための、事前成形・結合された砂製インサートです。コアは鋳物の空洞部やキャビティ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、プロセスで使用する材料です。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。どちらも溶融材料をダイまたは鋳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、コテ、木槌、スワブ、クランプ、ガッガー、ベルローズなどがあります。機械工具は一般的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？

ダイカストで一般的に使用される4つの合金系は、アルミニウム基、銅基、マグネシウム基、亜鉛基合金です。その他、まれに鉄系合金もダイカストに使用されます。

鋳造はどのように行われますか？

鋳造プロセスでは溶融材料（通常は金属）を使用し、完成品の形状をした鋳型空洞に流し込みます。溶融材料は冷却され、一般的に鋳型を通じて熱が奪われ、所望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鋳型に注ぎ込み、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、中空鋳物を作る永久型鋳造の変法です。材料を鋳型に注ぎ、シェルが形成されるまで冷却し、残りの液体を流し出して中空シェルを残します。

鋼は鋳造できますか？

多くの材料が鋳造可能で、いくつかの金属類と合成材料が含まれますが、特に鉄と鋼は幅広い用途に優れた機械的特性を発揮します。

グリーンサンド鋳造とは？

グリーンサンド鋳造は、粘土で結合された砂型で作られます。「グリーン」は砂の色ではなく、鋳型が未焼成（未硬化）であることを指します。乾燥砂型は似ていますが、砂を焼成してから金属を受け入れます。

鋳造方法の選び方は？

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

• 設計の複雑さ： 完成品に求める設計複雑さが、ダイカストプロセス選定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、金属が液相から固相への相変態時に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発生します。

鋳造におけるフィン欠陥とは？

フラッシュ（鋳造フィン、バリとも呼ばれる）は、鋳物に付着する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板です。フラッシュは廃棄物であり、再溶解するとドロスになります。

鋳型とコアとは？

コアは、鋳造とモールディングプロセスで内部空洞と逆テーパー角（180°より大きい内部角）を形成するために使用されるデバイスです。コアは通常、部品から取り出すために破壊される消耗品です。

鋳鉄の3つの種類は？

鋳鉄の4つの基本タイプは、白銑鉄、灰銑鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄です。

• 白銑鉄
• 灰銑鉄
• ダクタイル鋳鉄
• 可鍛鋳鉄

鋳型は鋳物ですか？

鋳型は所望物体のレプリカ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る最終製品です。鋳物は完成品であり、場合によってはさらなる鋳型製作に使用されることもあります。