真空ダイカスト技術とその発展金内良夫日立金属㈱（㈱アルキャスト）真空ダイカスト技術により、ダイカストの品質や信頼性が向上して適用分野の拡大が進んでいる。本報告では、真空ダイカスト法の歩みと海外を含めた技術の紹介、当社における適用例について述べる。 1．はじめに鋳物は、まず成形したい形状（模型）を作り、そが、高速の湯流れによってガスの巻き込みは多いたれを砂をもちいて転写して鋳型（砂型）を作製する。めに製品の場所によっては多量のガス巻き込み欠陥このとき、隅々まで溶湯が充填されるように溶湯をを内在してしまうことがある。当然金型に見切り面流す道（湯道）と、溶湯の製品への流入口である堰（注は存在するが、溶湯の流動は高速であるため排除さぎ口）を一緒に成形する。この鋳型へ溶湯を流し込れるエアも高速となるため、それを逃がすための適む作業を鋳込みといい、熟練の必要な工程のひとつ切な形状・寸法のスリット（エアベント）を設置しである。所望の製品形状や品質を得るために、溶湯ないと、エアは外部へは逃げず製品のガス巻き込みが十分隅々にまで達するように流すことと、途中で欠陥の発生は避けられない。溶湯が渦を巻きガスや空気を巻き込むことにより、エアベントを鋳込み条件に対して十分効果的に配凝固後の製品に空孔を生じさせてはならない。置すれば、理論上はガスの完全な排出は可能なよう砂の鋳型には多少の通気性があるため、溶湯流動であるが、実際には溶湯の流動中に発生する、離型中にもガスの逃げ出しがある。しかし金型鋳物であ剤や潤滑剤との反応ガスも存在するのでその影響をると型材料そのものの通気性はまったく無いため、も無害化するのは非常に困難である。ガスの排出孔（ベントホール）を積極的に配置しな先人たちは、ダイカストの高品質化はガス巻き込ければならない。それでも型分割面が存在するため、み欠陥の低減であるという考え方に基づいて、プロ重力鋳造のような低速充填の場合では、溶湯流動にセスに対してさまざまな工夫を凝らしてきた。本報伴ってその面からのガス排出は期待できる。告ではその経緯や手法、最近の動向などについて紹ダイカストは高速高圧鋳込みの成形法である。得介する。られる製品の寸法精度は砂型鋳物よりも優れている 2．ガス巻き込みを低減する方法真空ダイカストは、いわゆる「真空吸引鋳造」に 1） 20 の混入防止を目的としていた。Aurora Metals Co. 端を発している。当初用いられたのはアルミ青銅 Inc という会社が 1940 年代に特許化し、プロセスと（89％ Cu-10％ Al-1％ Fe）であり、いわゆるアルミしては現在でも用いているようである。図 1 にプロブロンズの鋳造において、溶湯表面のアルミ酸化膜セスの概略、図 2 に適用製品を示す。金型を用い SOKEIZAI Vol.51（2010）No.9 1）特集明日のダイカストを築く最新技術図 1 Aurora Metal の真空吸引鋳造法図 2 真空吸引鋳造の適用製品と金型（アルミ青銅製ブラケット）た精密鋳造というアイデアだが、製品内部のガス欠陥の低減、保持炉湯面の酸化物巻き込み防止など、後述する Vacural 法の一部に通じるものがあること 1）溶湯自身によって金型内部の空気を押し出して排除する。は興味深い。 2）鋳込み前に金型中の空気を吸出しておく方法溶湯の吸引に対しては、製品形状にも依存するが 3）金型を真空装置内において操作する方法概ね 1/6 ∼ 1/3 気圧程度の減圧で十分であったようが考えられる。今日における真空ダイカスト技術はである。上記の 2）のアイデアを踏襲しているものが主流でダイカストと異なる点として、「揚がり（Riser：図ある。ただし過去には 3）に近いアイデアのものも 1 中の A 部位に相当）」の存在がある。これは溶湯存在していた。図 3 にその例を示す。図中の「REED を吸引した後に押し湯効果を得るために設置するも方式」がそれに該当し、金型全体を真空チャンバーので、ガス欠陥以外に発生する引け巣の防止のためで覆ってしまう方法である。他方法に比べて使用すに必要なものである。最終凝固部とするために、「揚る真空システムが大掛かりになる欠点があることががり」の金型部分にアスベストを配置し凝固を遅延記されている。させるというテクニックも用種類いられていた。製品部へのガス巻き込みの 2） REED システム（ネルモアー法） KUX システム（1） KUX システム（2）（モートン法）真空タンク真空タンク減少により凝固収縮による引け巣が目立つようになり、よ真空タンクスリーブフード概略り効果的な押し湯が必要であったものと思われる。この時代の真空鋳造は、もっぱら高融点材などの特殊合金の鋳造に適用されていたようである。今日では、一般的にダイカ 1 給湯後すぐに射出ができるか ○ ○ × 2 分割面より外気が侵入しない ○ × × ○ × ○ ○ × × × ○ ○ 方案設計における「エアベンチップ∼スリーブ 3 のスキ間から外気が侵入しない押出ピンのスキ間 4 から外気が侵入しないティング」に基づくものであ 5 ストにおける真空技術の適用理念は、このような真空“吸引”鋳造ではなくむしろ鋳造る。そもそも、キャビティからエアを除去する方法は、小さな真空タンクで間に合う図 3 真空ダイカストの例（1950 年代） Vol.51（2010）No.9 SOKEIZAI 21 3．真空ダイカスト 3）前章で述べた「エアベンティング」の効率化のたに GF 法のバルブの例を示す。この方式は、溶湯めの手法である。の到達により弁の閉塞を行うことで、充填終端まで鋳造とは、換言すればキャビティに存在していた減圧を続けることが可能である反面、真空弁の動作エアやガスを溶湯で置換しながら充填し、凝固させ不具合が発生しないよう、そのメンテナンスを十分る工法である。重力による充填では充填時間があまに行うこと、湯流れを十分に予測して製品の最終充り短くないため、置換後のガスを排出するに十分な填部ができるだけ弁へ直接つながるようにすること時間がある場合が多いが、ダイカストは高速充填でが重要である。あるためそのガスを十分に置換できず、溶湯と共にまた、後者の方式は 2 つに細分でき、これらには高圧下で製品に取り込まれてしまう。このようなガプランジャーの位置でアクチュエータを動作させるスはミクロポロシティの原因になったり、引け巣とものと、金型に設置されたセンサーにより溶湯先混在すれば圧漏れを誘引することもある。端を検知してアクチュエータを動作させるものがあまた、じん性向上のために T6 熱処理を行うと、る。前者の方式には MFT（Hi-Q Cast）法、後者の材料強度の低下した熱間でこのガスが膨張し最終的方式には RSV 法などがある。前述した Vacupac シにブリスターとなって製品形状を著しく損ねる。さらに、重力鋳造の製品であれば溶接が可能な場合が多いが、ダイカストの場合はその高圧のガスの存在により溶接も困難である。これは一般的な TIG や MIG などの溶接方法では、再溶解時に出現する高圧ガスの膨張・破裂によりシールガスが吹き飛ばされることにより溶融池を酸化させ溶接品質を著しく阻害するためであり、ビード内部には気泡が多数現れる場合や、ビード表面の外観が悪くなることがある。真空ダイカストはこのようなガス巻き込みを回避すべく開発された工法であり、国内外の多くのダイカストメーカー図 4 マスベント方式による真空ダイカスト法で用いられてきている。一般的な設備的特徴は、キャビティ内部のガスを吸引するための真空装置と、溶湯が真空装置内へ流れ込まないように分離するための真空バルブとが存在していることである。真空装置は、一般的に真空ポンプ、真空タンク、それらの制御装置とからなる。真空バルブはさまざまな方式が開発され ①低速射出 ②真空･高速射出 ④バルブ閉 ⑤鋳込み完了 ③溶湯･バルブ衝突直前ているが大別すると、溶湯自身の慣性力（到達する溶湯の勢い）で弁を閉塞するものと、油圧シリンダなどのアクチュエータで弁を閉塞するものの 2 通りである。前者にはチルベントに真空装置を接続したマスベント方式（図 4）、Fondarex 社（スイス）の Vacupac システムの一部、宇部興産機械の GF 法などがある。図 5 22 SOKEIZAI Vol.51（2010）No.9 図 5 GF バルブとその動作 ⑥バルブ上昇･型閉特集明日のダイカストを築く最新技術 2 ステムは真空ポンプ、タンクおよび制御ユニットと、ツ）の Vacu プロセスが紹介されている。これは基金型真空弁には 3 タイプのバリエーションを有して本的にはアクチュエータ式の真空ダイカスト法であいる。これらはチルベントタイプ、溶湯により閉塞るが、減圧を２段階（2 経路）で行うことに特徴がするタイプ、プランジャー動作（位置や時間）を検ある。初期にはスリーブに設置した真空バルブより知してアクチュエータにより弁を閉塞するものとがキャビティとスリーブの減圧を行う。この真空経路あり、選択可能である。は断面積が大きく、短時間で大量の排気が可能であいずれの方法でも、真空ポンプや真空弁、アクチュる。所定の真空度に達すると金型側の弁より減圧をエータなどの機構部品は生産システム上で必須の部行い、金型などからのリーク分を補う考え方である。材であり、これがないと鋳造ができない。設備の維このため金型にのみバルブを設置したものに比較し持管理、予備の保有などの仕組みも必要となり、製て速やかに減圧を行うことが可能であるという。T6 品やラインによっては生産コスト上昇につながる可処理が可能となり DIN226（AlSi9Cu3）合金の特性能性がある。改善に効果があるとしている。また最近の開発法として、PFEIFFER 社（ドイ 4．高真空ダイカスト NADCA において高真空ダイカスト（high-vaccum die casting）は、半溶融・半凝固プロセス、スクイズダイカストと共に、「high integrity die casting」に分類されている。これによると高真空ダイカストは、鋳造時のキャビティ真空度が 10KPa 以下を達成しているものであると言われている。真空度はともかくとして、製品分野として、たとえば重要保安部品へ適用されるとか、他部材との溶接がなされるといった場合では、必然的により高い品質が要求され、高度な管理技術も要求されることが特徴である。またそのような適用分野では、必要とされる材料も ADC12 のような汎用材ではなく、機械的性質改図 6 Vacural 法善などを目的として不純物の少ないプレミアム材の適用がなされることがあり、この場合には金型への能であるため、このメリットは大きいと考える。真アタックが増加して型寿命を縮めることがあるため、空漏れ（外気の吸引）についても、シール材や計測この影響を減じる技術や管理も必要となってくる。機器の性能向上、金型品質向上から金型の真空維基本的な設備は前述の真空ダイカストと大きくは持は当時よりも容易となっていることから、現在変わらないものの、量産において高い真空度を維持では大きなデメリットにはなっていないと考える。し続けるための「仕掛け」が必要であり、金型の真 Vacural 法の鋳造工程は、空シールとその管理、プロセスのモニタリング（射 ① 金型の真空バルブを開き、キャビティとスリー出波形、キャビティ真空度、離型剤、プランジャーブの減圧潤滑など）、場合によっては製品のトレーサビリティ ② 給湯管から溶湯がスリーブへ吸引の確保なども重要である。 ③ 所定溶湯量を吸引後、射出動作開始高真空ダイカストとして特徴的な工法が存在す ④ 溶湯が金型の真空バルブに到達する前にアクる。図 6 に代表例である Vacural 法の概略を示す。チュエータにより真空バルブ閉 Vacural 法は図３の KUX 法（モートン法）と酷似となっている。吸引によりスリーブへ溶湯を給湯すしているといえるであろう。この図によれば、KUX る以外は、基本的な動作は通常の真空ダイカストと法（モートン法）は REED 法に対してデメリット変わらない。しかし金型の真空に対するシール性は、が多いように見えるが、現時点での量産システムを給湯量のバラツキに影響を及ぼすため専用の設計やみると大きなフードが必要ないことから大型化が可適切な管理が重要となる。 Vol.51（2010）No.9 SOKEIZAI 23 5．適用事例真空ダイカストは日本では比較的広く使われていん性化を施して保安部品へ適用したり、他部材とのる特殊工法である。目的もさまざまで、ガス巻き込溶接を要求されたりする場合もある。み起因の不具合をできるだけ解消し、品質を安定化当社は Vacural 機（1350 t）を保有し、フレームするために不良対策として導入される場合や、一般やシャシーなどの保安部品の量産も手がけている。ダイカスト以上の仕様要求を達成させるため、積極また、アルミ展伸材との溶接に対応した部材も生産的に導入する場合などがある。後者の目的の場合、している。写真 1 に当社における適用製品の事例をプレミアム材の適用に加えて T6 熱処理による高じ示す 4） , 5）。フロントカバー（耐モレ性） STRG ブラケット（溶接性） BLK/HEAD（保安部品） PANEL/REAR（薄肉品）写真 1 当社における高真空ダイカスト適用製品の例 6．まとめ真空ダイカスト法はダイカストの品質向上に大きく寄与するだけでなく、適用分野を増やすことによる市場拡大も期待できる。適切なプロセス管理技術も必要であることも特徴であり、デバイスの導入だけで即効果を発揮する例は少ないように思う。さまざまな事例をこなすことによるナレッジの蓄積も重要であり、現場と技術者だけでなく、場合によっては顧客とも協働し、はじめて顕著な効果が現れるといっても過言ではない。モノづくり参考文献 1 ）平賀力：「ダイカスト一般論」，碩学書房 2 ）㈳日本ダイカスト協会：「改訂版ダイカスト技能者ハンドブック」 3 ）㈳日本ダイカスト協会：「ダイカスト技術史」，㈱軽金属通信ある社 4 ）金内良夫ら：日本ダイカスト会議論文集（2002）167 5 ）金内良夫，伊藤俊久，小暮浩，茂木達也，宮島信明：日本ダイカスト会議論文集（2006）229 のちからをより向上させ、さらなる技術の発展に取り組みたい。株式会社アルキャスト業務部（日立金属㈱熊谷軽合金工場内）〒 360-0843 埼玉県熊谷市三ヶ尻 5200 TEL. 048 - 531 - 1146 FAX. 048 - 531 - 1873 24 SOKEIZAI Vol.51（2010）No.9