ダイカストとは？製造工程・材料・用途を徹底解説

（AI生成）コールドチャンバーダイカスト工程

小型のアルミニウム製ハウジング、ヒンジブラケット、モーターケース、アダプターシェルなどの多くは、溶融金属を高圧で鋼製金型へ充填して作られています。ダイカストは、複雑な金属部品を迅速かつ安定して量産できる、経済性に優れた製造方法です。

本ガイドでは、ダイカストの概要、工程、一般的な材料、CNC加工と比較した場合の選定基準を解説します。

JLCCNCでは、ダイカストや二次CNC加工を開始する前に、図面と生産要件を製造基準に照らして確認します。これにより、工法選定、公差、形状の製造性に関する問題を未然に抑えます。

ダイカストとは

ダイカストの定義

ダイカストとは、溶融金属を「ダイ」と呼ばれる鋼製金型のキャビティへ高圧で充填し、冷却・凝固させた後、完成品または完成品に近い形状の部品として取り出す製造方法です。

ダイカストが製造業で広く利用される理由

金型完成後の追加部品1個当たりのコストは、主に材料費、機械稼働時間、エネルギー使用量で決まります。量産では、ビレットから同じ形状を削り出す場合よりも大幅に低コストになることがあります。切削加工では、生産数量にかかわらず各部品に加工時間と材料ロスが発生します。

また、切削加工では高コスト、あるいは経済的に実現困難な形状も一体成形できます。内部リブ、ボス、複雑な外形、取付形状などを1回の射出で形成でき、複数の機械加工部品や組立部品を1つのダイカスト部品に置き換えられる場合があります。

ダイカスト工程

（AI生成）ダイカスト工程

金型の準備と離型剤の塗布

各ショットの前に、金型キャビティへ離型剤を噴霧します。離型剤は、凝固した製品が固着や破損を起こさず金型から離れるようにするとともに、溶湯の流動・凝固に影響する金型表面温度を調整します。

金型温度の管理は非常に重要です。温度が低すぎると充填完了前に溶湯が凝固し、湯回り不良が発生します。高すぎると、離型可能な温度まで冷却する時間が長くなります。量産時は、充填品質、冷却時間、離型性のバランスが取れる安定した温度範囲に管理します。

溶湯の射出

合金に適した温度で炉内に保持した溶湯を射出室へ移し、閉じた金型へ高圧で射出します。ホットチャンバー方式では射出機構が溶湯内にあり、融点の低い亜鉛・マグネシウム合金に多く用いられます。コールドチャンバー方式では、サイクルごとに溶湯を独立したスリーブへ注湯します。高温のアルミニウムはホットチャンバー部品を劣化させるため、アルミニウムダイカストではこの方式が一般的です。

キャビティの充填は、多くの場合1秒未満で完了します。この高速充填により薄肉や微細形状を成形できますが、キャビティ内の空気が抜ける時間も短くなります。ベント設計や工程管理が不十分な場合に、鋳巣が発生する主な理由の1つです。

冷却・凝固・製品取出し

充填後は、押出し力に耐えて形状を維持できるまで金属を冷却します。冷却時間は肉厚、部品質量、金型温度によって異なり、厚肉部は表面が固まっていても内部まで凝固するのに時間がかかります。

十分に凝固すると、エジェクタピンで製品を金型から押し出します。この段階の鋳造物は「ショット」と呼ばれ、製品本体のほか、溶湯の流路であるランナーやゲートも含みます。これらは二次工程で除去され、金型は直ちに閉じて次のサイクルへ移ります。

ダイカスト材料と合金の選定

最も広く使用されるダイカスト材料はアルミニウムです。

亜鉛ダイカスト合金

代表的なZamak系亜鉛合金はアルミニウムより融点が低く、サイクルを短縮できます。金型が受ける熱応力も小さいため、金型寿命が長くなります。同体積のアルミニウム部品より重い一方、寸法安定性と微細形状の再現性に優れ、めっきとの相性も良いため、装飾金物、コネクター、小型精密部品に多く使われます。

マグネシウムなどの材料

マグネシウムは、一般的なダイカスト金属の中で最も軽量です。軽量化を最優先し、過酷な腐食環境にさらされない部品に適しています。厳しい環境ではアルミニウムより慎重な防食対策が必要です。ノートPCやカメラの筐体、自動車用シートフレームなどに使用されます。

銅系合金や特殊合金も使用できますが、溶融温度、金型への負担、コストが高いため、採用例は限られます。

アルミニウムダイカスト

一般的なアルミニウムダイカスト合金

アルミニウムダイカストの大部分は、少数の代表的な合金で占められます。A380は鋳造性、強度、コストのバランスに優れ、自動車や一般産業用途に広く使われる汎用合金です。ADC12はA380に近い組成・特性を持つ日本規格の代表的合金で、アジアのサプライチェーンで広く使用されています。耐食性や気密性を重視する用途ではAlSi10Mgなどの低銅合金も使用されますが、対応可能な合金はサプライヤーや鋳造方法によって異なります。

A380・ADC12・AlSi10Mgの比較

A380とADC12は組成が近く、用途によっては同等材として扱われます。いずれもアルミニウム－シリコン－銅系合金で、一般にシリコン約8～11%、銅約1.5～3.5%を含みます。多くの用途では、調達地域で標準的な合金を選択できます。

AlSi10Mgは銅の大部分をマグネシウムに置き換えた合金です。銅含有量が少ないため、一般にA380やADC12より耐食性と気密性に優れ、液体や気体を保持する部品に適します。鋳放し状態の強度はA380よりやや低い傾向がありますが、鋳巣管理とサプライヤーの能力によっては、後処理や特殊な熱処理に対して良好な特性を示します。

機械的性質

A380とADC12の引張強さは、肉厚、工程管理、試験条件により異なりますが、一般に300 MPa台前半～中盤です。鋳放し状態のAlSi10Mgはこれより低い傾向にありますが、T6などの熱処理によって引張強さと伸びを改善でき、衝撃荷重を受ける部品でも強度と靱性のバランスを高められます。

耐食性

すべてのアルミニウムダイカスト合金は自然酸化皮膜を形成しますが、耐食性は添加元素の影響を受けます。A380とADC12は銅を含むため、低銅のAlSi10Mgより厳しい腐食環境で影響を受けやすくなります。屋外、海洋、薬品環境では、母材にかかわらずAlSi10Mgの採用や、陽極酸化、粉体塗装などの後処理が重要です。

CNC加工時の注意点

ダイカスト部品では、金型だけでは最終公差を満たせない形状に二次CNC加工を行います。A380やADC12はシリコン含有量が高く、シリコン粒子が研磨材のように作用するため、6061などの展伸材より工具摩耗が進みやすい傾向があります。加工不能という意味ではありませんが、工具寿命と切削条件をビレット材とは別に設定する必要があります。

ダイカスト部品の産業用途

自動車部品

自動車産業はダイカスト部品の最大市場の1つです。エンジン部品、トランスミッションケース、ブラケット、構造部品のほか、複数のプレス・溶接鋼板部品を置き換える大型構造鋳物にも利用されます。燃費向上やEV航続距離の延長に向けた軽量化により、アルミニウムダイカストの採用が拡大しています。

電子機器・消費者製品

ノートPCやスマートフォンの筐体、カメラボディ、電源アダプター、コネクターケースなどに採用されています。薄肉、微細形状、寸法の再現性を量産で実現できるためです。亜鉛ダイカストは、微細形状やめっき品質が重要な小型コネクターや金物に適しています。

産業機器・機械部品

ポンプハウジング、ギヤケース、バルブボディ、モーターケースなど、冷却フィン、内部流路、取付ボスを含む複雑形状を経済的に量産する用途で広く利用されています。

ダイカストのメリット

高い生産効率

金型と工程条件が確立すれば、小型亜鉛部品では数秒、大型アルミニウム部品でも数分程度のサイクルで生産できます。部品サイズとサイクルタイムによっては、1台で1日に大量生産が可能です。工程の多くが自動化され、作業者は主に機械管理やトリミングなどの二次工程を担当します。

優れた寸法精度

精密加工された鋼製金型内で成形するため、部品形状や金型状態によりますが、多くの寸法で数分の1 mm程度の精度を得られます。さらに厳しい公差が必要な箇所だけを二次CNC加工でき、部品全体を削る必要はありません。

良好な表面品質と再現性

ダイカスト表面は多くの用途で十分に滑らかで、必要な前処理後には塗装、粉体塗装、めっきの良好な下地になります。同じキャビティから成形するため個体差が小さく、金型摩耗が大きくなければ、量産初期から1万個目まで高い一貫性を維持できます。

ダイカストの制約

高額な金型費

最大の制約です。中程度の複雑さを持つ量産金型でも、サイズ、形状、キャビティ数によって15,000米ドルから100,000米ドルを超える場合があります。この費用を生産数量で償却するため、1個当たりの金型負担を適正化できる生産量が必要です。

材料・サイズの制限

経済的にダイカストできる金属は限られます。比較的融点が低く、溶融時の流動性に優れる合金が適しているため、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムが中心です。高融点金属は金型への負担が大きく、一般的ではありません。大型部品には大型で高価な機械と金型が必要となり、投資を正当化するために一層多くの生産量が求められます。

少量生産の課題

数十個程度では、金型費が総費用の大部分を占めるため、通常は経済的ではありません。数百～数千個でも、他工法では製造が極めて難しい形状でない限り、別の工程が有利な場合があります。ダイカストの経済性は量産を前提としており、一定数量未満では利点を得にくくなります。

ダイカストと他の製造方法の比較

CNC加工と鋳造の比較については、こちらの詳しいガイドをご覧ください。

ダイカスト部品の設計ガイドライン

推奨肉厚

薄肉は充填・冷却が速く、サイクル短縮に有利ですが、薄すぎると凝固前に充填できず湯回り不良が発生します。一般的なアルミニウムダイカストの構造壁では2～4 mmが目安ですが、部品と工程によっては局所的にさらに薄くできます。均一な肉厚が望ましく、厚肉から薄肉への急激な変化は冷却速度の差を生み、内部応力や欠陥の原因になります。

抜き勾配

金型開閉方向と平行な面には、製品を引きずりや固着なく取り出すためのわずかなテーパーが必要です。抜き勾配が不足すると、離型時に製品と金型がかじり、表面品質や金型を損傷します。必要角度は面の深さやテクスチャーによって異なるため、設計初期から盛り込むことで高額な金型修正を回避できます。

リブと補強形状

リブを使用すれば、壁全体を厚くして重量を増やすことなく剛性を高められます。ただし、隣接壁に対してリブが厚すぎると冷却が遅れ、付け根にヒケや鋳巣が発生する可能性があります。リブ厚は壁厚に対して適切な比率にします。

ボスと取付形状

ねじや位置決めピン用の円筒状ボスも、リブと同様の設計原則に従います。機能上必要な肉厚を確保しながら、周辺より凝固が遅れる過大な熱容量を避けます。鋳放し穴を最終寸法にするには、ドリル、タップ、リーマなどの二次加工を行うことが一般的です。

鋳巣・引け巣の防止

欠陥が発生しやすい位置を予測した設計が重要です。周辺より冷却が遅く内部収縮が生じやすい、孤立した大きな厚肉部を避け、全体の肉厚を均一にすることで、工程条件だけに頼らず欠陥リスクを低減できます。

二次CNC加工を考慮した設計

二次加工が必要な形状は、設計段階から加工取り代、治具固定に使える明確でアクセスしやすい基準面、工具接近性を確保します。鋳造形状が加工対象への工具アクセスを妨げないようにします。

代表的なダイカスト欠陥と対策

金属鋳造の欠陥については、こちらの詳しいガイドをご覧ください。

ダイカスト後のCNC加工

二次加工が必要な理由

鋳放し状態でも良好な品質を得られますが、すべての形状で十分とは限りません。相手部品と正確に位置合わせする取付穴、鋳造公差以上の平面度が必要なシール面、直接鋳造できないねじ穴などは、離型後に機械加工が必要です。

公差の向上

鋳放し公差は、部品サイズや形状に応じて一般に数十分の1 mm～約0.5 mmです。軸受穴、精密取付パターン、シール面などにはCNC加工を行い、用途に応じて0.01 mm単位の公差まで仕上げます。

一般的なCNC加工

代表的な二次工程は、穴あけ・タップ、基準面やシール面のフライス加工、軸受・シャフト用精密穴のボーリング、相手部品と密着する取付面の加工です。通常は部品全体ではなく、少数の重要形状だけを加工します。

ダイカストのコスト要因

金型

金型費は製品単価に直接表示されなくても、生産数量に配賦されるプロジェクト全体の主要コストです。部品サイズ、複雑さ、キャビティ数、必要な金型寿命によって決まります。

材料

1個当たりの材料費は、主に部品体積と合金の市況価格で決まります。アルミニウム、亜鉛、マグネシウムの価格は変動し、量産では1個当たりが小額でも総コストに占める割合が大きくなります。

生産数量

金型費は金型寿命内の総生産数で配賦されます。少量では1個当たりの金型負担が大きく、量産では無視できる水準まで低下し、材料費と加工費が中心になります。

仕上げ

用途に応じて、トリミング、二次加工、陽極酸化、めっき、粉体塗装、組立などが必要です。外観や耐食性が重要な部品では、仕上げ費が鋳造費を上回ることもあります。

ダイカストよりCNC加工が適する場合

試作

設計を検証する前に金型を製作すると、変更時に高額な金型修正や再製作が必要です。CNC加工なら、金型へ投資する前に実材料の部品で設計を検証できます。

少量生産

総生産数が数十～数百個程度の場合、ダイカストの金型費を回収できないことがほとんどです。CNC加工は1個当たりでは高くても、金型投資が不要なため、プロジェクト総額を大幅に抑えられます。

迅速な設計変更

開発中で設計変更を繰り返す製品はダイカストに不向きです。CNC加工なら、各変更は基本的にプログラム更新で対応でき、金型への影響がありません。

厳しい公差が広範囲に必要な部品

1～2箇所の二次加工ではなく、部品全体に鋳造精度を超える厳しい公差が必要な場合、ダイカスト後にほぼ全寸法を加工するより、ビレットから部品全体を削り出すほうが実用的な場合があります。

ダイカストに関するよくある質問