アルミダイキャストとは？

アルミニウム合金などの溶融金属を、ダイカストマシンを使って精密な金型の中に高速で充填した後に高い圧力をかけることで、精度の良い鋳肌の優れた鋳物を短時間に大量に生産する鋳造方式です。
ダイカストは,自動車関連を中心にOA機器、家電用品など広く使用されています。
砂型鋳造、重力鋳造金型鋳造などの他の鋳造法では得られない寸法精度の高さ、鋳肌面の良好性、設計度の自由度が高いなど、優れた品質が得られます。

ダイカストでは、通常の鋳物よりも高速での溶湯注入が必要なため、溶かしたアルミにも高い流動性が求められます。このため、他のアルミ鋳物とは成分構成がやや異なっています。例えば、アルミ合金ダイカスト用に添加されているFeは、通常のアルミ鋳物用の地金では不純物となりますが、アルミダイカスト用の場合故意に加えられているもので、これは金型への焼き付きを防止するためのものとなります。
鋳物は精度を出すのが難しいとされますが、アルミダイカストの大きな特徴として高い寸法精度を出せるという点があげられ、大量生産に向きの製法といえます。

強度について

アルミダイキャスト製品の約90％以上がダイキャスト用アルミニウム合金(材料)のADC12によって製造されています。アルミダイキャストは、アルミが原料なのでもともと高い強度を持っていますが、更に強度を上げたいときは表面処理を行うのが一般的です。
ダイカストの組織は、表面層と内部で大きく異なります。表面層には、微細な組織が集まったチル層と呼ばれる領域が形成されます。チル層は、溶湯が急冷されることで生じる、緻密で非常に硬い領域です（ビッカース硬さおよそHv110）。肉厚が薄く、金型温度が低いほど、厚いチル層が形成されます。

一方、内部は冷却速度が遅いため、粗大な組織が形成されます。鋳巣（いす）などの欠陥が多く、硬度の面でもチル層に劣ります（ビッカース硬さHv85～90)。 また、ダイカストにとってチル層は大変重要です。表面のチル層が厚いほど、引張強さ、破断伸びが向上します。加工によってチル層がむやみに除去されると、機械的性質が悪化するため、注意が必要です。

ダイカストの強度は、一般的に、ASTM（旧米国材料試験協会：American Society for Testing and Materials）規格で定められた試験片で、測定します。ASTM引張試験片は、平行部に鋳巣などの欠陥が極めて少ないため、理想的な引張特性が得られます。これに比べ、実際の製品の強度（実体強度）は低い値を示します。表1に、主なアルミニウム合金ダイカストの実体強度特性とASTM試験片による強度特性の比較を示します。引張強さはASTM試験片の約7割、伸びは約5割です。

アルミダイキャストの強度を上げるには

アルミダイキャストはもともとある程度の強度はありますが、表面処理を施すことで更に強度を上げることができます。表面処理にもさまざまな方法があるので、用途に合わせて適切な方法で行ってみてください。表面処理（塗装・メッキ）を施して強度を上げるには次の方法があります。

銅＋ケイ素（塗装）→強度が上がります。
航空機で使われています。

マンガン（塗装）→錆びにくくなり、強度が上がり、機会加工しやすくなります。
アルミ缶で使われています。

マグネシウム（塗装）→さびにくくなり、機械加工しやすくなります。
船舶や車両で使われています。

マグネシウム+ケイ素（塗装）→さびにくくなり、強度が上がります。
建築用サッシで使われています。

亜鉛（メッキ）→強度がとても上がります。
航空機や鉄道車両に使われます。

メッキや専用の塗装で表面の硬度を上げることで、アルミダイキャストの強度を上げることができます。
ダイカストは、砂型鋳造や金型鋳造に比べて強度が高いです。他の鋳造製法と比べ、冷却速度が大きく、鋳造組織は微細です。

アルミダイキャストのメリット

アルミダイキャストのメリットは大きく分けて6つあります。
〇大量生産に向いている。
〇寸法精度が最も高い。
〇鋳肌が最も平滑。
〇薄肉製品も製造可能。
〇用途により特性の違う材料から選ぶことができる。
（耐食性、衝撃強さ、機械的特性、鋳造性、耐摩耗性など）
〇めっき、化成処理、アルマイト、塗装など用途に合わせて様々な表面処理が可能です。

また複雑で精度が必要な製品でも金属を金型に流し込むという一つの工程で製造できるため生産性が高く、大量にしかも低コストの製品づくりが可能です（ただし、鋳造後の加工や仕上げは必要です）。
他の鋳物に比べ、ダイカスト（ダイキャスト）では高い寸法精度が得られます。表面も滑らかに仕上がるため、鋳造後の加工が不要なこともあります。

アルミダイキャストのデメリット

アルミダイキャストのデメリットは大きく分けて6つあります。
×ダイカスト品は溶湯を高速・高圧で充填する為、金型製品部・給湯部（スリーブ内）の空気や蒸発した離型剤を鋳造時に製品に巻き込む関係上、製品内部に対重量で数％の鋳巣（製品内部のガス）が発生します。この為強度が必要な部分には適してません。
×金型費用が高価
×強度や靱性が鋳巣の出来にくい鋳造品と比べて劣る。
×金型の拔きテーパーが必要※1
×アンダーカット形状はできない※2
×ダイカスト（ダイキャスト）に不可欠な金型は非常に高価であり、大量生産に向くダイカスト（ダイキャスト）ですが、逆を言えば少量ではそのコストに見合いません。また、金型が寿命を迎えた場合は同じものを同じコストをかけて再び製作する必要があります。

※1抜きテーパー…成形物と型が擦れることなく外すための傾斜のこと。抜き勾配が無いと、型から成形物を外す時に型と成形物が擦れ、成形物の精度が落ちてしまいます。特にCPFR・カーボンでは樹脂とは違い、繊維が含まれているため、毛羽立ったような面が出てしまいます。

※2アンダーカット…成形品を金型から取り出すとき、そのままの状態では離型できない凸形状や凹形状のことをいいます。

金型について

「アルミダイカスト 金型材質」…ダイカスト金型の材質はアルミや亜鉛、マグネシウム、真鍮（しんちゅう、銅と亜鉛の合金）といった比較的融点の低い金属です。 金型には以下の特徴が必要です。
・鋳造合金の種類
・生産数量
・金型の使用部位
などを考慮し、型材としては、
・鋳造時の金型温度における硬さが高く、靭性に優れる
・鋳造時の金型温度における耐摩擦性、耐熱性に優れる
・熱疲労に強く、加熱に対して軟化抵抗が大きい
・焼入れ性がよく、焼入れ歪みが少ない
・熱伝導性がよい
・鋳造合金によって侵されにくい
・機械加工性がよい
などの性質が必要です。

「アルミダイカスト金型温度 」…ダイカスト金型のキャビティ面は600-700°の溶湯との接触によって450-550°に加熱されることがあります。このように高温となる部位では、鋳造品取り出し時にアルミ合金が金型に溶着して残存する「焼き付き」が発生しやすい、焼き付き部では、鋳造品と金型の界面にFe/Al反応層が形成されています。

アルミダイキャストの製造工程

デザイン 設計

事前に決めなければいけないことは沢山あります。まずそのデザインが実現可能か。寸法取りから肉厚の決定、一体で作るか、分割して作るか。その事前の打ち合わせが、製品の仕上がりや納期に大きな影響を及ぼしますので、大事な作業となります。CADで凝固解析を行い、最適な製品形状と鋳造方案をつくり上げます。

型製作（木型・金型）

決定事項を踏まえ、木型の製作に入ります。製品の大きさ、複雑さ、加工性を考慮し、職人の手によって製作、もしくはNCを使って製作します。

砂型

木型を枠にセットし、砂を込めます。型には表裏があるので上下２つの砂型を作ります。砂が固まった時点で木型から抜型し、上下の型を合わせます。弊社では自硬性砂型を使用して鋳造します。フラン樹脂と硬化剤を混合した砂型は、大物で少量の生産品にも向いています。

METAL MOLD（金型）

砂型の代わりに耐熱性の金型を用いる方法で工業的に広く用いられています。金型鋳造物は砂型鋳物に比べ冷却速度が速く、結晶粒が微細となるため機械的性質に優れています。

DISSOLUTION（溶解）

溶解炉に合金のインゴット（AC4CもしくはAC7A）や同材の返り材を入れ、溶解します。溶解した合金(溶湯)は、ガスや酸化物といった不純物の除去などを行います。溶解温度は約660℃、鋳湯温度は700℃以上になります。ものの大きさなどから鋳湯の温度は判断されます。

CASTING(鋳造）

溶湯を汲み、鋳型に注ぎ込み、自然冷却により凝固させます。砂型を破壊し、凝固した鋳物を取り出します。表面の砂を落とし、製品に必要のない湯口などを切り取ります。バラした砂は、再生させ繰り返し使用します。また、切り落とした湯口なども返り材として、溶解して再度使います。

FINISH(仕上げ）

矯正、研磨、塗装まで行い、製品として出荷できる状態にします。必要に応じて追加工として機械加工を施し、寸法精度を出すものもあります。また、アルマイトや塗装・メッキなどの表面処理までを請け負うこともあります。

アルミダイキャストとアルミ鋳造の違いについて

アルミダイキャストは、アルミ合金や亜鉛合金などを溶かし、金型へ圧入して成形します。
圧入することで高精度で鋳肌のきれいな鋳物を大量生産することが可能な製造方法になります。
アルミ鋳造はアルミ合金や銅などの金属を、融点よりも高い温度で液体にして金型に流し込み、冷やして固める方法になります。また、アルミダイキャストでは金属の金型を使用するのに対して、アルミ鋳造の場合は砂型を利用するのが一般的です。ダイキャストを行う際には金属の塊から金型を設計・製作を行うため、高額な製作費用が必要になります。

アルミダイキャストと錆について

アルミは錆びにくい金属ではありますが、稀に錆びることはあります。純度100%アルミで出来ている製品はほとんど存在しないからです。

錆が発生する原因に以下の3つがあります。

①異種金属接触腐食による錆
②アルミニウムの孔食による錆
③アルミニウム合金の粒界による腐食
が挙げられます。

①については、アルミニウムは電位が低い金属であり、電位の高い物質と接合しながら用いると、腐食が原因で錆が発生してしまいます。

②については、孔食とは、アルミニウムなどに起きやすい局所的な腐食のことです。塩化物イオンが原因で酸化アルミニウムが傷ついてしまい錆が発生します。

③については、アルミニウムは小さな粒が集まって形成されています。わずかながら粒と粒には隙間が存在します。この隙間は腐食に弱く、錆が発生しやすい箇所です。

アルミダイカストの錆を防ぐ方法の1つ目は、「アルマイト処理」です。アルマイト処理は、アルミダイカストの錆や腐食を防ぐためのメジャーな対策です。表面に酸化膜を作ることで、錆を防止します。アルミダイカストの強度を高め、キレイな状態に保つことができます。広く用いられている処理方法ですが、鋳造用の合金には向いていません。

アルミダイカストの錆を防ぐ方法の2つ目は、「めっき」です。めっきとは、アルミダイカストの表面に別の金属を塗り付ける処理のことです。表面をアルミダイカストよりも耐食性に優れた金属でコーティングすることで、錆を防止します。

アルミダイカストの錆を防ぐ方法の3つ目は、「ADC12化成処理」です。ADC12化成処理とは、優れた合金の一種であるADC12を利用することで耐食性を高める対策です。ADC12化成処理は主に三価クロム系とジルコニウムの2種類に分けられます。

アルミダイキャストと溶接の可否について

アルミダイカストの場合、溶接はあまり適さないとされています。
理由として、アルミという材質は、酸化しやすいため正常に溶着させることが困難です。
次に、ひずみや割れといったものが起こりやすいことが挙げられます。
アルミダイカストには、アルミ以外の添加物が相当量含まれており、溶融温度が低い鋳造材料であるため、内部に鋳巣が出やすく、熱を加えることでその欠陥が拡大しやすいなど、溶接には課題が多くあります。

アルミダイキャスト|ADC材料

・ADC1…耐力が若干低めとなるため、高強度が要求される部材には不向きです。ただ、前述の通り、鋳造性がよいことから、複雑形状や薄肉にもよいとされますが、実際の使用されることは意外と少ない規格材です。

・ADC3…電気めっき性もそこそこ良好で、耐磨耗性、機械加工性もよい部類です。高温での強度特性や気密性にも優れます。その他、耐圧性のほか、特に引張り強さ・耐衝撃性にも優れており、こうした耐力が求められる用途では重宝されます。耐食性もADC1に匹敵しますが、鋳造性はADC1ほどではないものの良好です。他の類似合金としては、A360.0相当になります。

・ADC5…耐食性が非常によい反面、鋳造性がよくないため、複雑な形状の製品には不適当とされます。機械的性質としては、伸びや衝撃値は良好なパラメータを持つので、強度が必要な場合も検討対象となります

・ADC6…耐摩耗性や機械加工性に優れており、研磨性もよい材料です。515.0相当の合金です。

・ADC10…被削性、鋳造性のよさのほか、Cuを添加元素とすることで強度も向上させています。アルミダイカストの中では強度に優れつつ、鋳造性もよい部類でバランスのよいタイプです。機械的性質の優れた耐圧性のよい製品もできるため、よく使用されます。ただADC12と似たバランスを持つものの、使用量に関してはとうてい及びません。合金としては、A380.0に相当。

・ADC10Z…鋳造性や機械的強度などアルミダイカストとしてはADC10と似た性質をもちますが、不純物として亜鉛を含み、鋳造割れ性、耐食性にやや劣る傾向があります。 末尾にZがついているものは、亜鉛（Zn)を不純物として３％までは含んでもよいことになっている材種のことで、海外規格との整合性をとるために作られたアルミダイカストです。

・ADC12…ADC12はアルミダイカストとしては機械的性質、被削性、鋳造性いずれも高いレベルでバランスのよい合金タイプです。アルミダイカストの生産量のうち、おおよそ９０％以上がこのADC12といわれており、ほとんどが自動車用部品に使われています。このため、流通性もよく、価格や入手のしやすさの面でも有利な材料です。しいて苦手な面といえば、耐食性、陽極酸化処理性、化成被膜処理性などがあげられます。ただ電気めっき性はとても良好です。

・ADC12Z…ADC12とほぼ同等の性質を持ち、パラメータのバランスも似ていますが、鋳造割れ性、耐食性にやや劣る傾向があります。最も耐食性については、ADC12シリーズはあまり強いとはいえない材料です。

・ADC14…熱膨張係数が小さいという特徴があり、耐力はよいものの、伸びは低くなるため耐衝撃には若干劣ります。鋳造性もやや劣る部類で、アルミダイカストの中では可もなく不可もなくという位置づけとなります。ただし鋳造性の中でも、湯流れ性は最も良好なADC1と同等です。

・AlSi9…Al-Si系の合金で、耐食性のよいアルミ合金ダイカストです。伸びもそこそこよいため、耐衝撃性もそれなりにあります。ただ、耐力については若干低めの値で、鋳造性についても湯流れ性に劣る面があります。ISOの規格からJISへ取り入れられたものです。

・AlSi12(Fe)…Al-Si系のアルミ合金ダイカストで、耐食性と鋳造性に優れたタイプです。耐力は若干弱い部類に入ります。鉄は金型への焼き付きを防止します。米国での規格であるASTMではA413.0に相当、日本でのADC1に相当するアルミ合金ダイカストです。

・AlSi10Mg(Fe)…シリコンとマグネシウムの合金系で、耐衝撃性や耐力の強さに特徴があります。また耐食性についてもADC1と同様の強さをもちます。鋳造性についてはADC1ほどは出ません。日本のADC3にも似ているとされます。

・AlSi8Cu3…シリコンだけでなく銅を添加することで機械的強度向上を狙ったタイプですが、ADC10に比べると耐鋳造割れ性や耐食性の面で低いパラメータを示します。JISのAC4Bに近く、米国ASTM規格では380.0に似ているとされます。

・AlSi9Cu3(Fe)…主に金型への焼き付きを防止する為、意図的にFe（鉄）分を成分として含むAl-Si-Cu系のダイカスト合金で、JISのADC10に相当するとされますが、ADC10よりは耐鋳造割れ性や耐食性について不得手なタイプです

・AlSi9Cu3(Fe)(Zn)…シリコン-銅系のアルミ合金ダイカストで、ADC10Zに近い位置づけとなりますが、ADC10に耐鋳造割れ性、耐食性は及びません。

・AlSi11Cu2(Fe)…シリコン－銅系のアルミ合金です。シリコンと銅をこの比率で合金化したものは、機械的強度や加工性、被削性、鋳造性に優れる傾向があります。鉄も添加されています。

・AlSi11Cu3(Fe)…シリコン-銅系のアルミ合金ダイカストで、銅の比率を高めたタイプです。機械的性質や被削性に優れるとともに、鋳造性についても良好なアルミ合金です。

・AlSi12Cu1(Fe)…シリコン、銅、マグネシウムとアルミダイカスト用の主要合金元素を網羅的に添加したタイプで、耐摩耗性に優れます。また鋳造性については湯流れ性が良好です。機械的性質については耐力に優れ、伸びがあまり出ませんので、衝撃に強いアルミダイカストではありません。

・AlMg9…アルミダイカストのうち、Al-Mg系合金で組成上、ADC5と比較されます。ADC5と比べた場合、耐食性は同じように優れた性質を示しますが、鋳造性に難があり、応力腐食割れや経時変化にも注意を要するとされます。

・AlSi17Cu4Mg…シリコン、銅、マグネシウムとアルミダイカスト用の主要合金元素を網羅的に添加したタイプで、耐摩耗性に優れます。また鋳造性については湯流れ性が良好です。機械的性質については耐力に優れ、伸びがあまり出ませんので、衝撃に強いアルミダイカストではありません。 日本のJISではADC14、米国のASTMではB390.0に相当する合金です。

アルミダイキャストを活用した主な商材

【自動車部品】（エンジン、トランスミッションなど）
エンジン使用部位…ヘッドカバー、シリンダー、クランクケース、オイルパン
トランスミッション…トランスミッションケース、バルブボディ、リンダーブロック ブラケット、トランスファーケース
【おもちゃ】ミニカーなど
【家電】洗濯機、冷蔵庫、掃除機、DVDプレーヤー、、HDヘッドフォン、ミシンなど
【OA機器】パソコン、コピー機、プリンタ、複合機、タブレットなど
【その他】釣具（リールなど）、カメラ、ファスナーなど

アルミダイキャストならキヨタで！

香港・中国に現地法人がありスピーディーな対応が可能です。
日本人スタッフが駐在しており、日本向けの細かなご要求に対応しております。
一般的には高価な金型費を現地化によって低コストを実現可能です。
日本・香港・中国の各拠点に倉庫があり、在庫を保有することによって有事の際のリスク回避に繋がり、安定供給を実現しております。  

FAQ

質問：アルミダイキャストとは何ですか?

答え：アルミダイキャストとはアルミニウム合金などの溶融金属を、ダイカストマシンを使って精密な金型の中に高速で充填した後に高い圧力をかけることで、精度の良い鋳肌の優れた鋳物を短時間に大量に生産する鋳造方式のことです。

質問：アルミダイキャストの強度を上げるにはどうすればいいですか？

答え：アルミダイキャストはもともとある程度の強度はありますが、表面処理を施すことで更に強度を上げることができます。表面処理（塗装・メッキ）を施して強度を上げるには方法があります。
詳しくはコチラを参照ください。