1

鉄鋳物の技術系統化調査
Historical Development of Iron Castings’ Technologies

中江 秀雄 Hideo Nakae■ 要旨
鋳物は人類が 5000 年以上前から作ってきた、鍛造品と並ぶ古く歴史ある金属製品であり、金属加工法でもある。この技法は我が国に於いても 2000 年以上の歴史があり、銅鐸や奈良の大仏がこれに相当する。しかし、一般にはその実態が十分に理解されているとは思われない。鋳物は鍋釜に始まり、脆く・弱い金属というのが一般的な日本人の理解であろうが、実際には鋳物生産量の 60〜70％は自動車産業で使われている。
鋳物は、鋳鉄、鋳鋼からアルミニウムや銅合金、チタンなど、殆ど全ての金属で製造されるが、本稿では鉄鋳物（鋳鉄と鋳鋼）を中心に、幕末から現在に至る 160 年ほどの近代化の歴史を取りまとめた。このように、鉄鋳物を中心に記述したので、鋳型は砂型に限定した。したがって、ダイカストや精密鋳造などには殆ど触れていない。
1853 年にペリーが来日し、これが切っ掛けで江戸幕府は開国に至り、明治維新を迎えたことは良く知られている。この主原因は大砲の威力の差であった。この間、我が国では徳川幕府や薩長・長崎・佐賀を中心に、欧米からの技術導入が盛んに行われ、これが我が国の近代化に大きく貢献したと筆者は感じている。江戸末期に建設された長崎造船所や横浜製鉄所の規模は町工場ではなく、かなりの規模であり、鋳造工場を備えていた。そこで、先ずは江戸幕府によって建設されたこれらの工場と鋳鉄製の大砲の製造から筆を興し、明治から大正、昭和、平成へと鉄鋳物の変遷に筆を進めた。
しかし、江戸時代と今日では鉄に対する用語に大きな相違があるので、そのままの記述では理解が得られ難い。
そこで先ずは、江戸時代の鉄とその製法、特徴を現在の鉄の用語との対比で記述することから始めた。江戸時代には国産の和鉄と、輸入品の洋鉄があり、それらの特徴と鋳物への使用時の問題点を明らかにした。それは、和鉄では良質の鋳鉄製大砲の製造ができず、幕末からは木炭高炉を、明治にはコークス高炉の導入となり、良質の銑鉄が得られるようになった。これが原因で鋳鉄製の大砲が完成したのは明治中頃であった。そして、明治の終
わりには鋳鋼の技術が向上し、大砲は鋳鋼製となった。
この様な技術の変遷を、原材料の鉄源、溶解炉、鋳型などに分類し、時代の流れと個々の技術の変遷を記述した。特に、鋳鉄では我が国古来の溶解炉である甑から反射炉やキュポラへの変遷について、技術課題面から検討を加えた。また、鋳鋼では酸性転炉から塩基性転炉、そして反射炉から平炉、そしてアーク炉への変遷を鋳鋼の品質向上の観点から記述した。
鋳鉄鋳物は我が国では古くから作られていたが、原料鉄の問題で白鋳鉄しか得られなかった。その後、コークス高炉の出現でねずみ鋳鉄ができるようになった。時を経て、明治の後期には鮎川義介による戸畑鋳物の設立で可鍛鋳鉄ができるようになる。さらに、昭和 20 年代の球状黒鉛鋳鉄とミーハナイト鋳鉄の技術導入で我が国の鋳鉄技術は大きく進歩し、昭和 40 年頃には技術レベルは世界水準に達した。しかし、我が国発の独自の材料を生むには至っていない。これは、欧米で完成された技術が数十年遅れで我が国に導入されたことによるのであろう。尤も、量産技術・信頼性向上などの点では世界の最先端を行くようになった。これに対し、鋳鋼ではクボタの G コラムや日立金属の耐熱ターボ部品など、世界に冠たる製品を世に出している。これは、我が国鉄鋼業の進歩と関連するのであろう。
一方で、砂型は当初は日本古来の技術に依存していたものが、昭和 40 年頃から世界に誇れる我が国独自の造型手法が開発された。これには、真空を利用した V プロセスや人工砂の開発がある。この主因は、我が国で有機物が鋳物砂の粘結材として使用され始めた時期が、欧米に大きな遅れをとっていなかったこと、廃砂など産業廃棄物の低減など、環境問題に対する我が国の取り組みが強力であったことが挙げられる。
鋳造分野ではシミュレーションの技術が開発され、これが大きく進歩し、現在では世界の鋳物工場で実用に供される段階に達した。その根源は我が国の新山英輔にある。その証拠には、NIIYAMA-criterion と呼ばれる判断
基準が鋳造欠陥発生の評価に世界で用いられている点にある。しかし、残念なことには、この分野の最先端のソ
フトは海外勢が占めているのが現状である。
鋳造は歴史ある加工法である。しかし、歴史が古いことから最近の進歩が遅い、或いは検討に値する課題が残されていない、と考えるのは誤りである。コンピューターや、CAD、CAM の進歩は鋳造にも新しい可能性があることを示している。これら技術の活用で鋳造業の更なる発展が期待されている。

■ Abstract
Castings is one of the most historical metal products in the same way as forgings and casting is a kind of themetal forming processes represent the culmination of a long history of humanities over 5,000 years along withmetal forging. Likewise, such techniques have been used in Japan for more than 2,000 years, as is evidenced
by the nationʼs ritual dotaku bronze bells and the big Buddha statue of Nara. However, the quality of castings
is apparently not very well recognized for Japanese people, they generally tend to imagine for castings, the ﬁrstof which were pots and kettles, as brittle and weak, metal despite the fact that some 60% to 70% of castings
products are used in the motor vehicle industry.
Castings can be made with practically any kind of metal ̶ encompassing everything from cast iron, and caststeel to aluminum, copper and titanium alloys. However, this manuscript focused on the history of ferrous casting
modernization process in terms of cast iron and cast steel, while looking at the closing days of the Tokugawa
shogunate to the present day, a span of almost 160 years. Also, the focus here on cast iron and cast steel meantthat the discussion was limited in terms of casting molds to that of the sand casting method. As such, very little
mention is made for die casting, precision casting or other such production methods.
It is well known that Matthew Perryʼs arrival in Japan back in 1853 prompted the Edo Shogunate to open Japanto the outside world, thereby hastening what is known as the Meiji Restoration. This course of events was largely
sparked by a realization in Japan of the disparity in ﬁrepower between the cannons of the two nations. The active
introduction of technology from the US and Europe into Japan, chieﬂy to the Tokugawa Shogunate as well as theSatsuma and Choshu, Nagasaki and Saga clans, played a seemingly large role in fueling Japanʼs modernization.
Unlike the small family operations typical up until that point, The Nagasaki Shipyard and Yokohama Ironworks
built toward the end of Japanʼs Edo era were fairly large, while forgeries also began to emerge. The author begins
by bringing up examples of such factories that were built by the Edo Shogunate and delving into the manufactureof cast-iron cannons, before going on to describe transitions in the realm of iron casting starting from Japanʼs
Meiji period and on through the Taisho, Showa and Heisei eras.
However, what we regard as iron today is vastly different technical terms from what people viewed as
constituting iron back in the Edo era, a fact that makes it difficult to move ahead with the topic without
further explanation on this point. With that, the author set oﬀ describing prevalent iron smelting methods andcharacteristics of the material in the Edo period, and contrasted steel-related terminology of those days to thatwhich is used today. The author noted that during the Edo era iron was classiﬁed either as Japanese iron (watetsu)
or as iron imported from the West (yotetsu), and went on to detail characteristics of each while pointing out
problems that would crop up when using such materials to make cast iron objects. Whereas decent cast ironcannons initially could not be produced using Japanese iron, the introduction of charcoal blast furnaces toward
the end of the Edo period and then coke-ﬁred blast furnaces in the Meiji era resulted in Japanʼs capacity to
produce high-grade pig iron. That led to the emergence of the nationʼs ﬁrst cast iron cannons in the middle ofthe Meiji era. Subsequently, cannons in Japan would come to be made of cast steel toward the end of the Meiji
period thanks to ensuing improvements in cast steel production techniques.
The author described technological developments in terms of changes such as in iron raw materials, smelting
furnaces and casting molds, thereby detailing respective technological shifts as time progressed. The author
also delved into pertinent technical issues, particularly in regard to Japanʼs transition from traditional small-sized
cupola furnaces used in the nation since ancient times to the later adoption of reverberatory furnaces and larger
cupola furnaces used in cast iron production. Meanwhile, the author looked at cast steel from the perspective of
quality gains as production methods shifted from acid Bessemer converters to basic converters, and even laterfrom reverberatory furnaces to open-hearth furnaces, and ﬁnally arc furnaces.
Although iron castings had long been produced in Japan, it was possible to make only white cast iron due
to shortcomings of iron raw materials. Later, the advent of coke-ﬁred blast furnaces would enable Japanesemanufacturers to produce gray cast iron due to the high silicon contents. As time progressed, the nation would
gain the capacity to produce malleable cast iron when Yoshisuke Aikawa established Tobata Casting Company
in the latter half of the Meiji period. Subsequently during the post-1945 era, Japan took a big progress in thearea of cast iron production with the introduction of processes to manufacture spheroidal graphite cast iron andMeehanite metal, and by around 1965 the nation could boast world-class levels of manufacturing technology.
Nevertheless, this did not lead to Japan coming up with new types of materials of its own, most likely because
Japan tended to adopt respective technologies several decades after they had been perfected in the Europe
and North America. Later, however, Japan would go on to become a world leader in terms of, for instance, its
mass production technologies and its ability to aﬀord greater reliability, thereby enabling the nation to introduce
unparalleled products to the world such as the G-column line from Kubota Metal Corporation and super-heatresistant cast steel exhaust manifolds produced by Hitachi Metals. These successes indeed helped underpin thedevelopment of Japanʼs steel industry.
Whereas Japanʼs steel industry initially relied on the nationʼs age-old sand mold production techniques, fromaround 1965 it would go on to develop its own world-renowned casting mold methods. Such technologicaladvances include the V-process method of vacuum molding, and molding methods using artiﬁcial sand. These
successes can be attributed largely to the fact that Japan was not all that far behind Europe and North America

when the nationʼs manufacturers began using organic materials as caking additive in casting sand, and also thanks
to potent initiatives to address national environmental concerns including moves to curb usage of waste sand andother forms of industrial waste.
The development of the simulation technologies for casting production, spearheaded by Japanese Eisuke
Niiyama, has brought about great advances in the area of metal casting, which have since come to be adopted infoundries around the globe. Attesting to Niiyamaʼs impact on the industry, today manufacturers worldwide apply
evaluation standards to assess casting defects referred to as the “Niiyama-criterion.” However, Japan unfortunately
has not fared as well in the leading-edge non-technical aspects of the field now dominated by competitors
overseas.
In conclusion, the casting process has been around for ages. Nevertheless, one would be mistaken to assume
that recent progress in the industry has been slow based on the notion that casting methods go back a longway, and likewise it would be wrong to conclude that no remaining avenues are left to explore in this realm. For
instance, advances in computer applications related to casting and relevant CAD and CAM technologies suggests
the emergence of new possibilities. Indeed, the foundry industry is poised for further development amid prospects
for leveraging these innovative approaches.

目

次

要 旨
1．はじめに

5

2．鋳物の歴史と用途
2.1 鋳物の分類と 5000 年前から現代まで

8

5.1.2

可鍛鋳鉄

41

5.1.3

球状黒鉛鋳鉄43

2.2

幕末から明治へ

92.3

鋳物の用途と特徴

13

3．原料地金の変遷
3.1 江戸時代後期の鉄

165．材質の変遷
5.1 鋳鉄5.1.1 片状黒鉛鋳鉄

5.2

6．鋳型と模型、鋳物の設計技術の変遷
6.1 鋳物砂の種類と造型法

タタラ、たたらと高炉
和鉄の分類

16
18

3.1.3

輸入鉄

19

a．荷下鉄（銑鉄）19b．南蛮鉄（鋼）

19

6.4.2

21

7．製品の変遷

鋳鉄

6.2
6.3

38

45

3.1.1
3.1.2

3.2

49

鋳型造型法の特許
日本発の造型法と鋳物砂52526.4 鋳物の模型と設計技術（CAE と鋳造方案） 55
6.4.1 フルモールド法
55
鋳造シミュレーション（鋳造 CAE）

55

3.2.1

幕末から明治21

7.1

幕末から明治にかけての鋳鉄製大砲

58

3.2.2

大正・昭和（終戦まで）

23

7.2

鋳鉄鋳物

63

3.2.3

終戦から現在まで

24

7.3

鋳鋼

66

8．技術の流れ総括

70

9．あとがきと謝辞

76

専門用語の解説
鉄鋳物の登録遺産候補一覧

77
80

3.3

鋳鋼

25

4．溶解炉の変遷
4.1 鋳鉄4.2 鋳鋼2830■ 著者紹介中江

鋳鋼

36

秀雄 Hideo Nakae

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
昭和16年 9月

東京両国生まれ

昭和39年 3月

早稲田大学理工学部金属工学科卒業

昭和45年10月

工学博士（早稲田大学）

昭和46年 1月

日立製作所機械研究所入社

昭和58年 4月

早稲田大学理工学部金属工学科教授

昭和59年 4月

早稲田大学鋳物研究所研究員

平成14年 5月

日本鋳造工学会会長

平成24年 3月

早稲田大学定年退職

平成24年 4月

早稲田大学名誉教授

平成24年 4月

国立科学博物館

産業技術史資料情報センター

主任調査員

1 はじめに人類が初めて鋳物を作ったのは今から 5000 年前とに掲載した。鋳物の生産量と自動車の生産台数の相関言われている。歴史的にいうと、石器時代の次の青銅が極めて強いことがわかる。最近は、我が国の自動車

器時代は青銅鋳物の時代であり、これが鋳物の始まり

産業は海外展開を積極的に進めており、その結果とし1）である 。これに対して鍛造の始まりは 5500 年前とて国内での自動車の生産台数は減少傾向にあり、鋳物いわれ、金属材料を溶かす必要がない分だけその始まも同様であることがわかる。

りは早い、とされてきた。しかし、当初の鍛造は自然鋳造や鍛造技術は、人類が失敗の積み重ねでその作金や隕石が対象であった。これでは、確かに鍛造の始り方を確立してきた。この最大の変曲点が産業革命

まりは鋳物よりも早いが、その製品は極めて限定されで、その後の急激な発展につながった。しかし、産業ていた、と言っても過言ではない。少し大きな日常に

革命後の歴史でさえ、半導体や磁性材料の歴史に比べ用いる鍛造品を考えると、その素材は鋳造で作らざるて著しく長い。歴史が長いということはデータの蓄積を得ない。つまり、鋳造の始まりが鍛造の普及に役がその分だけ多いことを意味し、1 年あたりの成果で立ったと言えよう。

比較すると、全体に占める最近 1 年の技術進歩割合は我が国の古代の鋳物の歴史を中国、韓国との対比小さくなる。これは歴史ある鋳造や鍛造など、先進産で、江戸時代よりも古い時代に限定して、鋳造技術を業の宿命であろう。しかるに、近年のコンピューター

2）

中心に、石野の著書から借用して表 1.1 に示す 。こや CAD・CAM の発展は鋳造技術にも新風を吹き込の表からも、青銅器や鉄器などの鋳造技術は中国からんでおり、鋳造も第二の発展期に到達した、と言える。

韓国へ、そして我が国に伝わってきたことがわかる。

この様な観点から、幕末から現代までの鋳造技術のこの中で、中国大陸はメソポタミアに次いで古い鋳造発展の歴史を、鋳鉄と鋳鋼に限定して探ってみた。この歴史を有しており、その古さはエジプトと同程度とれらの初期の歴史は企業の社史 3、4）や明治時代の技術考えられている。特に、中国の青銅器は世界的に著名

書 6、7）によった。その詳細は 2 章以下に記述した。本である。

報告書では、2 章：鋳物の歴史、3 章：原料地金の変遷、世界で最も有名な古い鋳物の一つに中国の青銅器が4 章：溶解炉の変遷、5 章：材質の変遷、6 章：鋳型ある。一方、我が国では重さ 250 トンもある奈良の大と模型、7 章：製品の変遷、8 章：技術の流れの総括、仏が著名であるが、それより先には銅鐸やコインなどなどで構成されている。

がある。しかし、重さ 250 トン、高さ 15 メートルもこの技術史を執筆するにあたっていろいろと調査しある巨大な大仏が、今から 1250 年も前に作られていたが、この種のものは出版されていないことが判明した

2）

ことを誰が想像できるであろうか。

た。そこで、筆者の力の限り参考資料を集め、読み解

一方で、イギリスの産業革命は技術史上避けて通れいたが、いかんせん時間的な制約で十分に記述できたない大変革である。しかし、産業革命時代の当初に作とは言い難い。筆者の力不足を感じるとともに、余りられた大型の機械は鋳造品であった、というと不思議にこの分野の奥が深いことを実感させられた。そこに感じられるかもしれない。しかし、鋳物製の大型機で、いずれ機会をみてこの続編を執筆したいと考えて械、例えば鍛造機械ができて初めて大型のプレス機がいる。

でき、鍛造品の製造が可能になった。そして、幕末か

また、この報告書を記述するに際して、多少不鮮明

ら明治にかけての大転換期にも、大砲やエンジンの鋳でもできる限り原本のコピーを用いることとした。こ造のため、薩摩藩や佐賀藩と同様に、幕府もいくつかれによって、昔の原本の感触を読者に掴んでいただきの新しい鋳造工場を作っている。これが現在の三菱重たいと考えた次第である。したがって、図表の多少の工業や IHI の起源となっている

3、4）。その詳細は次章で記述する。
一般の読者は、鋳物は弱くて脆いものと思い込まれ不鮮明はお許しいただきたい。さらに、昔の書物の引用の際には、できる限り元の本で使っていた漢字、例
えば鐡や鑄を用いた。

ている節がある。しかし、後述するように、鋳物の生産量の 60〜70％は自動車に使われており、極めて重要な工業材料である。この点に関してごく最近、久保田は図 1.1 のような統計データを示したので 5）、ここ

鉄鋳物の技術系統化調査5

表 1.1

6鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

日本・中国・韓国の鋳物の歴史比較 2）

図 1.1

我が国の鋳物の生産量と自動車生産台数の推移 5）

引用・参考文献
1） 石野

亨：「鋳物５千年の歴史」日本鋳物工業新聞社（1994, 3）2） 石野 亨：「鋳物の文化史」小峰書店（2004, 2）p6
3） 三菱造船：「創業百年の長崎造船所」昭和 32 年
（1957）
4） IHI：「石川島重工業株式会社 108 年史」昭和 36

年（1961）5） 久 保 田 保：「 温 故 知 新 」 鋳 造 工 学 84（2012）
p640-646
6） 斎藤大吉：「金属合金及其加工法 中巻」丸善

明

治 45 年（1912, 5）7） 陸軍砲工學校：「明治四十年

工藝學教程

工藝

通論」

鉄鋳物の技術系統化調査

7

2 鋳物の歴史と用途
2.1 鋳物の分類と 5000 年前から現代まで

5、6）
最大の鋳造仏である（図 2.2）
。この大仏は 745 年

から大仏の塑像作りを開始し、その鋳造は 747 年から 749 年で、下から上に向かって 8 段に分けて鋳造さ鋳造技術はその歴史が非常に長く、今から 5000 年れている。そして、補鋳・鋳淩が完了したのが 755 年

前、すなわち紀元前 3000 年頃に始まったとされていで、771 年に大仏殿が完成している 6）。このように大る 1、2）。焚火や木炭の燃焼で溶解でき、通常の粘土製

きな物が蒸気機関などの動力を用いることなく、人力の坩堝で耐火度が十分な金属が青銅であり、金であっだけでできる点も鋳物の面白さである。

た。そこで、初期は青銅を中心に鋳造が始まり、そのこの様に、鋳物は青銅器から始まり、鋼の鋳物（鋳後、鋳鉄、鋼、アルミニウムへと進化してきた。鋳鋼）へと発展してきた。現在の日本では、2011 年度

鉄鋳物の歴史は今から 2500 年前で、紀元前 500 年頃、にはダイカストを含めると、非鉄（主にアルミニウ

中国で始まったと考えられている 3）。そして、鋳鋼がム）鋳物の生産金額が、我が国鋳物全体の 50％以上製造されたのは僅かに 200 年前に過ぎない。これは溶に達している 7）。したがって、鋳物を語るにはダイカ

解温度の差によるものである。しかし、アルミニウム

ストに代表されるアルミニウム鋳物は避けては通れな

鋳物は僅か 100 年程度の歴史しかない。これは、原料い。しかし、これら全ての範囲を記述すると、余りにのボーキサイトからアルミを得るのが電気に依存したも広い分野にまたがり、与えられた紙面を大幅に超えことが原因で、電気が普及したのちにアルミニウムのてしまうことになる。そこで本稿では鉄の鋳物、すな時代が到来したことによる。
青銅鋳物の斧は柄がすげられることで石器の斧などに比べて格段に使い易く、これが石器時代から青銅器時代へと移った原因の１つであろう。この主原因は中子による柄の取り付け孔の製法にあると感じている（図 2.1）。そして、嘉永 6 年（1853 年）の黒船の到来により徳川幕府は西洋の大砲の威力を知らされ、日本が開国に至った経緯は鋳物を語るうえで無視できない事実であろう 4）。
我が国の鋳物を語る上では奈良の大仏は避けて通れない。これは銅合金鋳物ではあるが、あえてここに記載する。その重量は 250 トンといわれており、世界

図 2.2

8

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

図 2.1

5000 年前の青銅製斧の鋳物（トルコ）

奈良の大仏とその作り方 5）

わち、鋳鉄と鋳鋼に限定し、それも主として砂型鋳物り 17）、当時の金属加工法に占める鋳物の重要度がうに限定した。そこで、精密鋳造も除外した。これに関かがい知れる。中巻の構成は、鋳型、溶解（鍋爐、坩

しては石野

8）

の分類に準じて、鋳鉄と鋳鋼の技術史

堝爐、反射爐、キュポラ、取鍋などで）、材質、仕上を中心に、幕末から明治以降に絞って記述することとげ、工場設備などである。因みに、上巻は金属と合金した。

で、下巻は塑性加工、接合、工具、工具機械、被覆で鋳鉄はねずみ鋳鉄（片状黒鉛鋳鉄）と、可鍛鋳鉄、9）構成されている。

球状黒鉛鋳鉄などに分類される 。ねずみ鋳鉄は白鋳

我が国、近代の鋳物史を扱った著書は少ない。しか鉄に対する用語である。白鋳鉄（白銑ともいう）とは、し、我が国の鋳造企業各社の社史 18-21） に明治以降の鋳鉄が凝固する際に、鋳鉄中の珪素分が少ないことで鋳物の歴史を見ることができる。また、明治四十年工

黒鉛を晶出できず、炭素は鉄との炭化物を作る。する

藝學教程など 22-25） に明治時代の詳細を見ることがでと、その破面は真っ白で、これから白鋳鉄と称した。

きる。さらに、大橋の書 26） には明治時代の製鉄の詳

これに対して、十分な珪素が含まれていると黒鉛を晶

細が記述されており、貴重な本ということができよう。

出する。この破面はねずみ色をしていることから、ねずみ鋳鉄（鼠鋳鉄）と呼ばれ、現在でもこの呼び方が2.2 幕末から明治へ通用している。したがって、広義のねずみ鋳鉄には多くの鋳鉄が含まれるが、現在では片状黒鉛鋳鉄を指す。
10）

江戸幕府は長崎のオランダ商館からペリー来日の情によると、昭和 10 年当時、片状黒鉛鋳鉄

報や西洋情勢を事前に聞かされており、東南アジアのは普通鋳鉄と高級鋳鉄として分類され、更に高級鋳

実情、例えばアヘン戦争の情報ももたらされていた。

鉄は特殊鋳鉄甲、乙、丙にその強さで分類されていそこで天保 12 年（1841）には高島秋帆を中心に徳丸

た（ 表 5.3 参 照 ）。 そ の 最 も 強 い 丙 で、 引 張 り 強 さが原（現在の東京・高島平）で西洋砲術の軍事演習を

石川

2

は 23kg/mm 以上とされている。しかし、ドイツの
11）

行い、韮山の反射炉の建設を行っている。少し詳細にでは、述べると、1850 年佐賀藩鍋島直正が日本初の実証反引張強さで 38.5kg/mm2 の片状黒鉛鋳鉄が紹介されて射炉を建設、洋式大砲の鋳造を始めている。佐賀藩かいる。ここに技術力の差を見ることができる。片状黒らの技術支援を受けて 1853 年に江川英敏（通称は江鉛鋳鉄が日本標準規格化されたのは 1947 年で、JES

川太郎左衛門）が伊豆韮山に反射炉を設置。1857 年

金 属 5501 で あ る が、 昭 和 6 年（1931 年 ） 出 版 の 高には水戸藩徳川斉昭が反射炉を 2 基完成（水戸藩営大Piwowarsky の著書を翻訳した「高級鑄鐵」

2級鑄鐵管では引張強さは 25kg/mm が規定されている

12）。また、球状黒鉛鋳鉄が発見される以前は可鍛砲鋳造所）。このように、江戸幕府は黒船の来襲を予知し、準備を進めていた。しかし、十分ではなかっ

鋳鉄が最も強い鋳鉄であり、古くは欧米で多用され、た。この辺の事情は「ペリー提督の機密報告書」など

我が国で JIS 化されたのは 1952 年で JIS G5701 にな

27、28）る13）を参照いただきたい。

幕末から明治にかけて鋳物の歴史は大砲と軍艦の歴。

球状黒鉛鋳鉄は 1947 年に英国で発明されたが、我史といっても過言ではない。嘉永 6 年（1853）の黒船が国で最初に出版された鑄物便覧 9）では 1948 年に発の来襲で衝撃を受けた幕府は海防の必要性を悟り、自明されたとなっている。我が国最初の球状黒鉛鋳鉄のら浦賀に造船所を設立するとともに、水戸藩に命じて本は文部省球状黒鉛鑄鉄研究班の本で、新しい鋳鉄に

嘉永 6 年（1853）に石川島造船所（現在の IHI）を深

位置づけられている

14）。そして JIS が制定されたの川に開設させた 29）。徳川幕府は石川島造船所を拡充

は 1961 年である。

することを決め、元治 2 年（1865）に横浜製鉄所が完15）によると、鑄鋼（鋼鋳物）は、炭素鋼鑄成した。慶応元年（これは元治 2 年でもある）に建設

鋼 4 種と Mn 鑄鋼、Ni 鑄鋼、Cr 鑄鋼と不錆鋼鑄鋼、

中の横浜製鉄所の写真を図 2.3 に示す 30）。かなりの規

Ni-Cr 鑄鋼などに分類されており、さらに、特殊鑄鋼模の工場であり、米国から輸入した工作機械を据付

谷山

はその付録Ⅰ
川の回顧録

15）

16）

に詳細に記述されている。また、滝け、工場は完成したとある 30）。そして、この工場のには大正 5 年のアメリカ留学から、そ

機械設備は表 2.1 に示すように、本格的なものであっ

れ以降の日本の鑄鋼の歴史が小松製作所を中心に記述

た 31）。またこれより、この工場には鋳造工場が併設されており興味深い。

されていたことがわかる。

明治 42 年に発刊された「金属合金及其加工法」は、

さらに、徳川幕府は幕末に長崎に製鉄所を設置し上、中、下の 3 巻からなり、中巻は全てが鋳物であた。この辺の事情は「日本鋳造 50 年史」18）に詳しく

鉄鋳物の技術系統化調査

9力 25 馬力、溶鉄炉 12 基、工作機 20 台を備えていた。
かなりの大きさの工場である。しかし、事業はあまり振わず、明治維新までに数隻の船舶を建造したに過ぎなかった。そして、明治 4 年（1871）に工部省の管轄となり、明治 17 年に三菱会社長崎造船所となる。これにはオランダの強力な援助があった。
文久 2 年（1862）ころの飽ノ浦長崎鎔鉄所の写真を
図 2.4 に示す。この建物の背後に鎔鉄場があったとされている。そして、万延元年（1860）の長崎製鉄所の写真を図 2.5 に示す。この写真はオランダ WILTON図 2.3

横浜製鉄所工事中の写真（慶応元年）

30）（横浜開港資料館）

FIJENOORD 造船 100 年史にも集録されている、と記されている。これら写真の年号は長崎造船所 150 年史でこのように訂正されたので、その年度を採用した 33）。

表 2.1

横浜製鉄所の設備 31）

図 2.4

文久 2 年（1862）ころの飽ノ浦長崎鎔鉄所 32）

図 2.5

記述されているので、これを引用して記述する。安政

先に大砲と軍艦の必要性を記述した。そこで明治時

2 年（1855）には長崎に海軍伝習所と艦船造修工場を代の我が国での軍艦の建造と輸入の状況を表 2.218）に創設する計画を立てた。この艦船造修工場は長崎溶鉄示す。このように、軍艦は明治の後半までは輸入が主所（正しくは鎔鉄所）と名付けられた。その建設からで、特に大型艦の大半は日露戦争までは輸入によって操業に至るまでの状況は三菱造船（現 三菱重工業株賄われていた。

式会社）が昭和 32 年（1957）に発行した「創業百年

江戸時代末期には島津斉彬は嘉永 4 年（1851）、藩の長崎造船所」32） に詳しく述べられている。鎔鉄所

主に就任するや藩の富国強兵に努め、洋式造船、反射は万延元年（1860）に上棟式を行い、長崎製鐡所とし炉・溶鉱炉の建設、地雷・水雷・ガラス・ガス灯の製て改称された、とある

10

万延元年（1860）の長崎製鉄所 32）33）。当時の工場は鍛冶場、工造などの事業を興した。安政 4 年（1857）にこの一連作場、鎔鉄場（鋳物工場）の 3 工場からなり、原動の工場群は集成館と命名された。その規模は東洋一と鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

明治時代の軍艦建造の推移 18）

表 2.2

面白い。この記念館には工場の操業開始時に反射爐の初湯（最初の溶解で、初めて取出した鋳鉄）で鋳込んだ鮎川家の家紋入りの火鉢（図 2.8）も展示されている。

され、最盛期には 1200 人が働いていた、とされている 34）。反射炉があるので、勿論、鋳物を作っていた。
久保田鉄工は明治 23 年（1890）鋳物メーカーとして創業を開始、1893 年には水道用鋳鉄管の製造を開始している 35）。
明治 43 年（1910）鮎川義介が、日立金属の前身である戸畑鋳物を設立し 36）、これが日産自動車のルー

図 2.7

当時の木型工場（現・鋳物記念館）の鉄骨ツとなる。1903 年、東京帝国大学の機械科を卒業した鮎川義介は、一職工として芝浦製作所（現在の東芝）の現場で作業し、鋳物の重要性を認識した。そこで1905 年に単身米国に渡り、鋳造工場で工員として働き、鋳造技術の体得に努めた。1 年半で鋳造技術を会得できたと感じ、鋳物づくり起業準備のため帰国し、
明治 43 年（1910）に図 2.6 に示す戸畑鑄物（日立金属の前身）を創立し、我が国で初めて黒心可鍛鋳鉄の製造を開始した。初めから本格的な工場である。

図 2.8

戸畑鑄物が初湯で作った火鉢

日立鉱山を母体として久原財閥が誕生し、日立鉱山の発電所の管理と、工場で使用する電気・機械部品の修理製造部門として日立製作所の前身が誕生した。明治 43 年（1910）に 1267 坪の最初の建物を建造し、国産初の 5 馬力誘導電動機（モーター）を完成させた
ことに始まる 38）。この工場には 80 坪の鋳物工場と 64
図 2.6

設立当時の戸畑鑄物工場の全景（日立金属九州工場提供）

坪の木型工場が作られていた。そして、明治 44 年 5月に拡張工事が完成し、599 坪の大型鋳物用の工場と、194 坪の小型鋳物用の工場を建設している。明治 4537）に詳しく記述されてい年 10 月には久原工業株式会社・日立製作所として分る。戸畑鋳物の木型工場はその一部が現在の鋳物記念

離・独立した 38）。したがって、日立製作所も鋳造に

館（日立金属九州工場内）として保存されている。鮎端を発している。

この辺の事情は松尾の書

川義介はアメリカでの経験を手帳に書き留め、これに同じく明治 43 年に日本石油付属新潟鉄工は独立・基づいて戸畑鋳物を設立した。この手帳は鋳物記念館

分離し、株式会社新潟鉄工となった 20、21）。このように展示されている。この木型工場の建設には高価なアな経緯から、新潟鉄工はディーゼル機関の製造を目的

メリカ・カーネギー社の鋼材が使用されており（図に設立され、大正 8 年（1919）に国産初のディーゼル

2.7）、明治時代の我が国の鉄鋼業の実力が伺いしれて、機関の製造に成功している。そして同社は、現在では鉄鋳物の技術系統化調査

11新潟原動機と社名を変更している。しかし、新潟鉄工の 70 年史

21）

あてに鋳鋼に従事させるよう嘆願したがいれられず、にある明治 31 年（1898）の「工場縦覧

休職を命じられた。この時、平賀義美博士に支援さ案内書」には、工場は鍛冶、旋盤、鑄造、木型、仕上、れ、日本鋳鋼所の設立になった、と記されている 41）。

製鑵、仕上、木工、塗工、挽立の九部で職工数は凡そ

この工場が伝法工場で、当初は職員 8 名、工員 24 名

300 人とある。これより、明治 43 年の独立・分離以

で 3.5 トンの小型シーメンス式平炉（図 2.9）で明治前に鋳物を作っていたことが判明した。

33 年に操業を開始し、翌年、住友鋳鋼場となった。

池貝製作所は明治 22 年（1889）、池貝正太郎が東京

その後、明治 40 年（1907）に島屋工場（図 2.10）に

芝に池貝工場を設立し、国産旋盤第 1 号を完成させ、移転した。この工場は以前の伝法工場の約 3 倍の規模

明治 39 年（1906）に池貝鉄工所を設立した

39、40）。そであった。

して、明治 45 年 3 月に第 5 工場を完成させた。これには 63 坪の鋳物工場と 15 坪の鍛冶工場が作られた。
そして、明治 45 年 11 月に 144 坪の鋳物工場を新設
し、これを発動機部門として分立させた。これが大正
2 年（1913）には池貝鉄工所となり、大正 3 年に 400坪の三田工場を作り、ここには大型鋳物の工場も作られている。そして、昭和 10 年（1935）に鋳造の専門工場、池貝鋳造所を川口に設立した 40）。
日本鋳鋼所（住友鋳鋼場の前身で、現在の住友金属
工業）は明治 32 年（1899）に設立された 41）。この設
立は、明治 30 年にドイツへ製鉄法取得のため派遣された八幡製鉄所の技手、山崎久太郎と羽室庸之助が、鋳鋼の重要性に着目し、大胆にも鋳鋼技術の研究に従

図 2.10島屋鋳鋼工場の全景（明治 40 年頃）41）

事したことが切っ掛けとなった。帰国後に農務省大臣
日本製鋼所は明治 40 年（1907）に北海道炭礦汽船株式會社（北炭）と英国 Armstrong Whitworth 社、
英国 Vickers 社の共同出資により北海道室蘭町に設立されたが 42）、実際には明治 42 年に操業を開始している。図中の右上の写真は明治 42 年から給水を行った水源池である 43）。この工場には 50 トン高炉、1000キロワットの発電所 3 基、200 キロワットの発電所 1基と、4000 トンプレス機が設置されている（図 2.11）。
そして鋳造工場には、鋼の溶解炉として、シーメンス式の平炉が 50 トン炉 2 基、25 トン炉 4 基、5 トン炉
2 基が設置された。この内、25 トン炉 1 基は塩基性炉となせり、とある。いずれしても全体では最大製鋼能
図 2.9

民間最初の平炉（伝法工場）

図 2.11

12

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

41）

力 430 トンとなっている 42）。鋳鉄の溶解炉は 6 トン

創業当時の日本製鋼所室蘭工場 42、43）

キュポラ 4 基で、銅合金の溶解用としてはルツボ炉がが、その後の我が国の近代産業の発展の基礎を築いたある。正に驚くべき規模であった。そして、明治 45

ことがわかる。また、当時は鋳造は大砲のみならず、

年には 100 トンの炭素鋼塊を造っている。技術者とし機械装置の製造にも極めて重要であり、かつハイテクては多くの英国人が働いており、その給料なども詳細技術であったかも理解できよう。

に記述されていて、これより、彼らに如何に高給を支払っていたかがわかり、誠に興味深い。

2.3 鋳物の用途と特徴

小松製作所は、大正 7 年（1917）石川県能美郡国府村（現・小松市）で銅山を経営していた竹内鉱業（吉古くは、鋳物といえば鍋・釜が連想されるように、田茂の実兄である竹内明太郎により創業）が自家用

落とせば割れるような脆い金属製品との印象が強い。

機械生産のため小松町に小松鉄工所として誕生させ

しかし、現在の鋳物は鋳鉄やアルミニウムで、その44）

60〜70％は自動車に使われている。そして、工作機械

さらに、大正 15 年 11 月（1926）には、豊田佐吉のを始めとした産業機械やガス管、水道管にも使われ発明になる「自動織機」を製造するため、愛知県刈谷ている。特殊な例では、ジェットエンジンのタービ町（現・刈谷市）に豊田（とよだ）自動織機製作所

ン・ブレードや発電用ガスタービンのブレード、風

た

。

45）

された。この力発電の頭部やベッド、大型船のスクリューも鋳物で会社の前身は明治 44 年に設立された豊田自動織布工ある。小さなものでは指輪と入れ歯が鋳物である。最場であり、大正 7 年に設立された豊田紡織である。し近では、航空機部品やロボットの部品にも使用されてかし、この時代には鋳造工場は有していない。それいる。鋳鉄鋳物の用途の詳細に関しては「新版（現・株式会社豊田自動織機）が設立

が、豊田自動織機製作所の設立時には、織機本体は大部分が鋳物であることから、鋳造工場を設立して
45）

の材質」
47）

ク」

46）

鋳鉄

や「ユーザーのための鋳造品ハンドブッを参照いただきたい。

いたことが判明した（図 2.12） 。この図より、組立

図 2.13 に自動車部品として鋳鉄鋳物を示したが、て工場に先だって鋳物工場が作られたことがわかる。

これらの代表的な鋳物はシリンダーブロックであろこの製作所を基にトヨタ自動車工業が昭和 12 年 8 月

う。鋳造は複雑形状品を、中子を用いて一体で製造で（1937）に誕生した。

きる特徴を有している。その代表例として乗用車のこの様に見てくると、江戸時代の末期に、徳川家が鋳鉄製シリンダーブロックとその中子を図 2.14 に示

長崎や江戸深川に軍事目的としての工場を作ったことす 5）。上段は中子群で、下段左がこれを組み立てたも図 2.12

創業時の豊田自動織機製作所 45）

鉄鋳物の技術系統化調査

13図 2.13

自動車部品として鋳鉄鋳物

図 2.15

中国製の風力発電用頭部の鋳物

最近では、直径 2 メートル程度の巨大な風力発電の頭部（図 2.15）や基礎部も鋳鉄で作られており、鋳造が新しい分野を開拓した、といえる。さらに、この部品の先端に長さ 20 メートルほどの FRP 製の 3 本の羽がついて風力発電機は構成されている。
この辺の最近の鋳造分野の動向は「鋳造分野のロードマップの概要」48） に詳しく記載されており、これを参照いただきたい。
引用・参考文献
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社（1994, 3）3） 任 善之、劉 志民：「中国古代鋳鉄の発展」日本鉄鋼協会、「鉄の歴史−その技術と文化」フォー
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p2-12
図 2.14

鋳鉄製シリンダーブロックとその中子 5）6） 石野 亨、井口文秀、稲川弘明：「奈良の大仏をつくる」小峰書店（1983, 4）7） 中谷兼武：「大きな転換期にある鋳造業界」鋳造

ので、組立中子という。上段中央部の 6 本の筒は鋳物製品（下段右）のシリンダーの孔を開けるための中子で、その両脇にある少し黒っぽい鋳型は水冷の水を流す流路を造る中子で、凝固終了後には製品から完全に取り除かれ、水の流路を形成する。
このような複雑な形状の物が一体でできるところに
鋳物の面白さがある。これを切削などの外の加工法で作れば、自動車一台分の価格になるであろうことは想像に難くない。したがって、シリンダーブロックが鋳造以外の加工法で作られることは考え難い。

14

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

ジャーナル（2012, 1）p4
8） 石 野 亨：「 鋳 物 の 技 術 史 」 日 本 鋳 造 工 学 会 編（1997, 3）p229
9） 日 本 鑄 物 協 會 編：「 鑄 物 便 覧 」（1952, 1）p17,
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10）石川登喜治：「鑄造法」（1936, 7）共立社

p149-

158
11）川口寅之輔、藤井健也共譯：「高級鑄鐵」コロナ
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12）栗本鉄工所：「鑄鐵管」単式印刷株式会社（1935,

12）p630）横浜開港資料館：「ベアト幕末写真集１」（2006）

13）斎藤大吉、澤村 宏、森田志郎：「金属材料及其加
工法 鑄鐵篇」丸善（1953, 5）p490-492（2001）3 月

14）文部省球状黒鉛鑄鉄研究班著、飯高一郎監修：「球状黒鉛鋳鉄の研究」日刊工業新聞社（1952, 7）15）谷山

巖：「鋼鑄物」三省堂（1939, 5）p188-193,

p217-267
業写真印刷所（1975, 8）（1957）
33）三 菱 重 工：
「 長 崎 造 船 所 150 年 史 」 平 成 20 年
34）田村省三ら：「島津斉彬の挑戦−集成館事業−」
春苑堂出版

明

治 45 年（1912, 5）p1-271
18）日本鋳造株式会社：「日本鋳造 50 年史」昭和 45
年（1970, 9）19）アイシン高岳株式会社：「ともに歩んだ 40 年：ア
イシン高岳史」（2000, 12）20）㈱新潟鉄工所：「新潟鉄工所 100 年史」（1996, 3）21）㈱ 新 潟鐡工所：「新潟鉄工所七十 年 史 」（1968）

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35）クボタ：「クボタ 100 年」（1990）「日立金属史 工場編」
（1980）
36）日立金属：
37）松尾宗次：「北九州に生きた人々 ものづくりの心を未来へ」財団法人 北九州都市協会 平成 18 年
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38）日立製作所：「日立製作所史」日立製作所社史編
纂委員会（1960）
39）ダイヤモンド社編：「池貝鉄工 80 年史」昭和 44
年（1969）p51

p11
22）陸軍砲工學校：「明治四十年 工藝學教程 工藝通40）池貝鉄工所：「池貝鉄工所五十年史」池貝鉄工所編（1941, 12）論」
23）陸軍砲工學校：「明治四十年 工藝學教程 兵器製

41）住友金属工業：「住友金属工業六十年小史」昭和32 年（1957）

造」
24）陸軍砲工學校：「大正十三年 工藝學教程 軍事工藝32）三菱造船：「創業百年の長崎造船所」昭和 32 年

（2008）

16）滝川廉雄：「鋳鋼の生涯五十五年の回顧」昭和工17）斎藤大吉：「金属合金及其加工法 中巻」丸善

31）元 綱 数 道：「 横 浜 製 鉄 所 に つ い て 」 平 成 13 年

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25）久保在久篇：大阪砲兵工廠資料集「大阪工廠ニ於ケル製鉄技術変遷史」日本経済評論社（1987）
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26）大橋周治：「幕末明治製鉄論」アグネ（1991, 2）27）今津浩一：「ペリー提督の機密報告書」（有）ハイ
デンス（2007, 10）28）原田 喬：
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年（1961）42）日本製鋼所：「日本製鋼所社史資料

上巻 −創業より 50 年間の歩み」昭和 43 年（1968）43）日本製鋼所：「日本製鋼所百年史」（2008, 3）44）小松製作所：「小松製作所五十年の歩み : 略史」
昭和 46 年（1971）45）豊田自動織機製作所社史編集委員会：「四十年史」
昭和 42 年（1967）p93-102
46）中江秀雄監修：「新版 鋳鉄の材質」日本鋳造工学会（2012, 5）47）日本鋳物協会編：「ユーザーのための 鋳造品ハンドブック」丸善（1992）
48）中江秀雄：「鋳造技術分野ロードマップの概要」
素形材 50（2009）p62-67

鉄鋳物の技術系統化調査

15

3 原料地金の変遷子が描かれているので銑押しである。鉧押しと銑押し

3.1 江戸時代後期の鉄の手法は古くから分離していたものではなく、江戸以前のタタラは殆どが銑押系のものであって、鉧押の技

3.1.1

タタラ、たたらと高炉術が確立し、これらの区別がはっきりしたのは極めてタタラ（鈩）は我が国古来の製鉄炉である。俵国一

近代（17 世紀の終わりころから 18 世紀）になってかが、ここではらのことであろう、と窪田は記述している 2）。図中に

文章中でわかり易いように、読みやすさを考慮し、あは炉の両端に送風装置（蹈鞴）が描かれている。これ

えてタタラで記述することとした。タタラは往古よりもたたらであり、これからは送風機をたたらで表記す

明治初年に至るまで、我が国での鉄鋼類のすべてを供る。詳細は 11 章の用語解説を参照いただきたい。

は「たたら吹製鉄法」と記している

1）給したのみならず、製鉄原料として砂鉄のみを使用

タタラの 1 回の操業は 3〜4 日で、鉧押の操業が終し、世界における製鉄技術上、独特の地位にある技術

わると炉を壊し、中から鉧を取り出す 4）。タタラの製である、と俵は記述している 1）。

品には鉧と銑鉄があることはすでに記述した。鉧とは

窪田

2）

によれば、
「タタラ製鉄」と呼ばれるものは

鉧押法によりできた鉄塊で、鋼に鉄滓が絡んだ状態の江戸中期以降に進歩したもので、タタラの操業は大もので、通常は重さ 1 トンから 1.5 トンである。図 3.2

きく分けると鉧 押 と銑 押 に分けられる。鉧押は鋼のに和光記念館の鉧とその断面モデル 2） を示す。鉧の製造を、銑押は銑鉄の製造を目的とした操業である。

上質の部分は頃鋼（ここでは上鋼、後の玉鋼）と呼ば

3）

図 3.1 では溶融した銑鉄を炉から取り出している様

図 3.1

れる。銑押では操業の途中で炉内から熔けた銑鉄を流

タタラ（銑押）の操業図 3）（東京大学所蔵）

図 3.2

和鋼記念館の鉧と其のモデル断面図 2）

島根県仁多郡横田町、叢雲タタラの鉧。重量約 3.5 トン。

16

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.Marchしだし、これを製品とした。

かれているが、和銑と釜石高炉銑鉄の生産量の詳細を

3.2.1 項で後述するように、タタラで得られた銑鉄

表 3.1 に示す 4）。これより、釜石高炉銑鉄の生産量が（和銑）はケイ素含有量が少なく、ねずみ鋳鉄の製造

和銑を凌駕したのは 1894 年頃であることがわかる。

には適さなかった。その結果として、鋳造した大砲はこれは図 3.3 のコークス高炉法の登場に一致する。す

白鋳鉄となり、砲弾の発射に絶えなかった。この詳細

なわち、木炭をコークスに代えることで炉内の温度がは 3.2 節で記述する。この欠点を補うべく、江戸時代上昇し、銑鉄中のケイ素含有量が増加した結果と、考の後期から輸入銑鉄（高炉銑）が用いられた。

えることができる。

そこで、先ずは幕末から明治に掛けての製鉄技術の4）

また、この図からは製鋼炉は軍工廠には比較的早く変遷を図 3.3 に示す 。これより、高炉は木炭高炉かから導入されていたこともわかる。そして、銑鋼一貫

らコークス高炉に変化してゆく経緯が読み取れる。如操業（コークス高炉・転炉・平炉・電気炉）が開始

何に良質の銑鉄（高ケイ素含有量）が求められたかがしたのは 1901 年の官営八幡製鉄所の完成によってでわかる。また、ここには和鋼（鉧）に関する記述は省あった 4）。

図 3.3

幕末から明治の製鉄技術近代化の過程 4）

鉄鋳物の技術系統化調査

17表 3.13.1.2

全国鉄類生産に占める中国地方と釜石製鉄所の比較 4）

和鉄の分類あったが、銑鉄の場合には左下場と本場の工程を経てタタラで得られた銑鉄はその一部は鋼の製造に用い鋼にしており、この技術を卸し鉄法という。この工程られたが、大部分は鋳物の原料鉄であった。得られたで作られた幅 10 センチ、長さ 60 センチ、厚さ 1 セン

鋳鉄は殆どすべてが白銑であった。これより、原料砂

チ前後の短冊形に折り重ね鍛造したしたものが包丁鉄

鉄の名を冠して赤目白銑とか真砂白銑、また俗に生鉄である。包丁鉄は切子鉄とも呼ばれ、通常は小割鉄ととも呼ばれた。銑鉄の原料が砂鉄の場合には生鉄、岩言われていた。また、長割、平割、千割などとも呼ば鉄鉱の場合は柔鉄と呼んでおり、上州鉄、小坂鉄、南れ、これらはまた、鉇地、斧地、釘地などとも呼んで部鉄などという呼び方もあり、生産地名を付けて「鉄」

きた。包丁鉄は明治の統計では錬鉄として計上されてと称した 2）。

いる。

また、大きな鉧をタタラから引き出し水中に投込所荘吉 6） によると、鉄砲の製作に用いられた鉄はみ、これを大鎚で壊して塊としたものを水入鋼、水鋼

鋼（錬鉄）と包丁鉄が主で、堺の鉄砲鍛冶は伯耆産のという。これを小割にして滓を取り除き、良質のもの

伯州鉄を用いたと記述されているのみで、原料鉄に関を総称して造鋼といい、これを頃鋼（後の玉鋼）、砂する詳細な記述はない。

5）

味、歩鉧、鉧細、造粉などに分類した 。さらに、造これらの代表的な和鉄の化学組成を表 3.25）に示す。

鋼は折地鋼鉄とか本製鋼鉄、鉏 鉄と呼ばれることも和鋼の特徴は不純物元素が少ないことで、このことがあった。鉏は鋤ではなく荒鉄と読むべきと記載されて日本刀や火縄銃を製作するのに適している。すなわ

いる。

ち、鍛接し易いといわれている 2）。しかも、タタラの

これらの和鋼の用途は日本刀を始めとする刃物や火

炉内の温度は近代の高炉に比べて低く、ケイ素（Si）

縄銃が中心であったが、玉鋼、砂味や歩鉧以下の品質の還元が不十分で、ケイ素含有量が少ないのが特徴でのものは大鍛冶場に廻して包丁鉄（錬鉄）製造用の材もある。

料として使用された。大鍛冶場には本場と左下場の２つの作業場があり、原料が鉧の場合には本場だけで18

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March表 3.2

代表的な和鉄の化学組成 5）a）和鋼の成分 , %b）和銑の成分 , %c）和鉄（庖丁鉄）の成分 , %輸入鉄

はねずみ鋳鉄で、化学組成は 3.5%C-0.5%Si-1.1%Mn-

荷下鉄（銑鉄）0.03%S-0.6%P-0.04%Ti と分析している。これに対し

3.1.3
a.

江戸時代末期に我が国は諸外国の来襲に備えて大砲てバラストは白銑で 3.01%C-0.01%Si-0.25%Mn-0.03%S-を鋳造した。その多くは青銅製であったが、青銅は高1.17%P-0.005%Ti-0.02%Cu-0.007%V であった。これは価で、その資源も少ないことから鋳鉄で作ることが試何を意味するものであろうか。筆者は、通常はバラスみられた。佐賀藩が鋳鉄製の大砲の鋳造に成功したこトとしては安価な白銑が用いられていた、と理解しとになっており、その理由として外国から輸入した荷た。高価なねずみ銑鉄をバラストに用いる必然性は全

下 鉄（ バ ラ ス ト、ballast） の 使 用 が 挙 げ ら れ て い

くない。すると、佐賀藩はねずみ銑のバラストを特注

る

7、8）

。すなわち、表 3.2 に示したように和銑はケイした、と解釈すべきであろう。佐賀藩ではこの高価な素含有量が少なく、黒鉛化が不十分で白鋳鉄に凝固

ねずみ銑 10、11）を特注したのではなかろうか。

し、脆く、砲弾の発射に耐えなかった。そこで、高炉b.

で製造された荷下鉄の使用が成功の原因説が有力となっている。

南蛮鉄（鋼）
南蛮鉄とは図 3.4 に示すように、ひょうたん型をしており 12）、その重量は 330 グラム程度で、0.92〜

バラストとは、本来、船の安定性を図るため船底に1.96%C - 0.01〜0.04%Mn - 0.002〜0.005%S - 0.106〜0.123%P積み込んだ石や砂利であるが、石や砂利の代わりに銑

に、滓が 1% 程度含まれていたと俵 12） は分析してい鉄を積み込んだ場合には、これを荷下鉄といった。佐賀藩ではこの荷下鉄を購入し、これを溶解してねずみ
鋳鉄の大砲の製造に成功したとされている 7）。この場
合にはバラストは黒鉛化したねずみ銑鉄でなければならない。この点に関して、1770 年に沈没した船が1969 年に引き上げられ、鋳鉄製の大砲と荷下鉄（銑鉄）が見つかった 9）。この船はかの有名なキャプテ
ン・クックの船で、グレートバリアーリーフを航行中に暗礁に衝突し、座礁・沈没した。その鋳鉄製の大砲とバラストの詳細な調査が行われている。この大砲

図 3.4

南蛮鉄の外観 12）

鉄鋳物の技術系統化調査

19

る。これは比較的、高炭素含有量の鋼で、幾分燐が多る。如何に急激に技術の進歩が行われたかをうかがいい。

知ることができ、興味深い。また、ここでいう錬鉄と13）は、江戸時代に南蛮鉄が好は溶解した鋼に対する用語で、タタラや卸し鉄法で作んで用いられたが、その品質は疑問である、と記述しられた鋼で、半凝固状態でこねて作ったことから錬鉄ている。当時は銑または鉧の小塊を槌打ちして鉄滓をの呼び名がある（表 3.4 参照）。

南蛮鉄に関して窪田搾出除去して錬鉄を造る卸し鉄法が普及していたの銑鉄を鋼に変える画期的なプロセスにパドル炉で、溶解し易い（鍛造の容易な、の誤りと思われる）（Puddling furnace）がある 16）。この炉は図 3.5 に示

南蛮鉄を銑や鉧に混ぜて使用し、あたかも南蛮鉄だけすように反射炉に精錬室を設けた構造である。図中ので作ったかのように装っていた、と記述している。面

左端に反射炉の煙突が見える。煙突の手前が精錬室白い話である。

で、中央の小さい穴から炉内で溶融させた銑鉄に鉄鉱

俵は南蛮鉄を用いて日本刀が作られたこと、南蛮鉄石などを投入し、鉄棒でこねる。この操作で溶融したは出羽鉄よりも堅く銑のようであるとか、和鉄に代え鋳鉄を脱炭させ、半溶融鋼を製造する方法である。こ

12）

。いずれ

れも錬鉄である。この時代には鋼を溶かせる炉は存在の資料も、南蛮鉄は必ずしも良質の鋼ではなかった、していない。我が国でも明治初期にパドル炉が中小坂と言っている。しかし、火縄銃に関しては南蛮鉄を用と釜石製鉄所に設置されたが、わずかに操業しただけいたとの記録がある。これによれば、日本の鉄は脆くで廃棄されたらしい、と記述されている 16）。

て使用するのは難しい、と記述しているて鉄砲を造ることができないので、多くはシャムの鉄を購入しており、暹羅鉄、福建鉄を密輸入した、と記されている 14）。これも南蛮鉄の別の呼び名である 15）。
これら鉄鋼材料の推移を総合的な立場から検討してみる。この資料によれば、明治 25 年頃からタタラ銑
が高炉銑に置き換えられてゆくが、輸入銑は明治 35
年までは急増し、国内銑を上回っていると報告されている。そこで、表 3.3 を大橋の書 16）より引用した。
一方で鋼は、この統計が取られた明治 7 年には既に輸入材が国内材を上回っている。これに対して、国産の溶鋼は明治 34 年に初めて統計に現われる 16）が、明治
7 年には輸入鋼材が和鉄（国産の錬鉄）を上回ってい

表 3.3

20

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

図 3.5

世界で唯一残るパドル炉 16）

明治時代の鉄鋼材料の国産鉄と輸入鉄の推移 16）と同等になったとされている。

3.2 鋳鉄ち な み に、1779 年 に 建 設 さ れ た イ ギ リ ス の 世 界遺産であるアイアンブリッジ支柱部の化学組成は

3.2.1

3.25%C-1.48%Si-1.05%Mn-0.54%P-0.037%S と さ れ て お

幕末から明治先に 2.1 章で鋳物の歴史は 5000 年と記述した。こり、ねずみ鋳鉄（黒鉛が晶出）であることが確認されれは、正確には青銅鋳物であって、鋳鉄は青銅よりもている 22）。このケイ素含有量は 1.48% と高く、これ溶融温度が高いので、2500 年程度と言われており 17）、が高炉銑を使用した証拠である。我が国ではタタラ銑

その歴史は中国が古い。

鉄を用いており、黒鉛の晶出が難しかったことがわか

鋳物は、その工場で原材料の金属（地金）を溶かし

る。

て（溶解）
、この溶融金属を鋳型に鋳込んで（鋳造）タタラ銑に関しては俵国一の書 23）に詳細に記述さ製造する。これには部品の形状を鋳物に置き換える作れており、この書の復刻版が最近出版されたことは、業と、それに伴う鋳型の設計（鋳造方案と言う）が関

この分野の研究者にとって誠に喜ばしい。

与する。そして得られた材料特性（材質）などの技術

明 治 時 代 の 鋳 造 の 本「 金 属 合 金 及 其 加 工 法

中で構成される、極めて幅広い技術分野から構成されて巻」24）では銑鉄を分類し、ねずみ銑（釜石銑）、白銑、いる。あまりにも構成する分野が広すぎるので、ここ英国へマタイト銑、ノーサンプトン銑、ヒックマン銑

では鉄鋳物の材質を中心に、主に明治以降の材料の変などの化学組成と破面の写真を添えて示されている。

遷を記述することとした。

詳細は表 3.5 と図 3.9 で記述する。また、ここには鋳鉄の原料問題から取り組む。鎌倉・室町時代に製鉄

鉄鋳物の肉厚による最適 C、Si、Mn 量や各種銑鉄の技術が発達し、日本刀は奈良時代に入って需要が増大

配合割合なども示されている。しかし、ここには鋳鉄し、室町時代には明国への大量輸出がなされた。一溶解における鋼スクラップの使用に関する記述は全く方、火縄銃は 1543 年に種子島に伝えられ、その直後ない。鑄鋼では平炉、ベッセマー轉爐（転炉）や坩堝

18）。この時代の鉄は爐が紹介されており、鑄鋼の溶解では各種銑鉄と鋼屑

主にタタラで製造されたものが用いられてきた。これを原料として C、Si、Mn の酸化による歩留まりの低を玉鋼や和鉄と称する。これに対してヨーロッパから下率も記述されている。

から量産されたと言われているの輸入鉄「南蛮鉄」が桃山時代から江戸時代への過渡期にもたらされたとされている

18）。南蛮鉄は刀鍛冶や鉄砲鍛冶が用いたもので、鋳造には関係ない。

明治時代に我が国で製造された銑鉄は海鼠状の形状
で、産地の名を鋳出したるものあり（図 3.6）25）、或
いは鋳出し文字がないものは俗に海鼠と呼ぶ、とあ

黒船の来襲（嘉永 6 年：1853 年）に衝撃を受けたるが、これらの名称の説明文はない。しかし、鑄造幕府は、安政 2 年（1855 年）に長崎に海軍伝習所と用銑を鑄鐡と称するが、これは 1：鑄造容易なるこ

艦船造修工場（長崎鎔鉄所）を建設した。この辺の事と、2：相当に強靭なること、3：刃具（工具）を以て

19）。幕末から明治時代

削載（切削）し得ること、と記されている。そして、までは、佐賀藩が反射炉を用いて鋳鉄製の大砲の製造

その大きさはおおよその大きさは 80cm × 10cm 程度

情は三菱重工の社史に詳しいに成功しており、その原因を輸入高炉銑鉄に求める意
見と、この成功の原因は輸入した大砲であるとの説など、未だに決着がついていない 20）。いずれにしても、この頃から銑鉄が輸入されていたことは確かである。
その主原因は、タタラ製鉄では炉内の温度が低く、ケイ酸の還元が不十分でケイ素含有量が少なく、黒鉛を晶出させることができなかったとする見解で一致している。この改善を目指して我が国でも高炉の建設が行われるに至った。安政 4 年（1857 年）に大島高任が釜石に洋式高炉を作り、我が国での高炉銑の時代が始まった。ことほど左様に、タタラ銑は鋳鉄製の大砲の製造に不向きであった。この点に関しては中岡らの報
告 21）に詳細に記述されており、明治 23 年になってよ
うやく釜石銑で良質の大砲が鋳造でき、ヨーロッパ銑

図 3.6

明治時代に使用された銑鉄の形状 25）

鉄鋳物の技術系統化調査

21

と記されている 25）。ここで、上から４つ目のものは「大日本 中小坂」と読め、中小坂製錬所の鉄である。
偶々、前橋市在住の原田氏（産業考古学会会員）は 2
本の海鼠銑片を入手され、その材料の調査を筆者に依頼された。その外観を図 3.7 に示す。2 本を組み合わせると大日本の鋳出し文字が読み取れ、図 3.6 の 4 番目と一致し、その重量は凡そ 18kg である。この銑鉄
の化学組成 2.96%C-0.50%Si-0.09%Mn-0.32%P-0.106%S0.01%Cu-0.007%Ti で、この地金の金属組織は図 3.8 に示すように白銑で、ケイ素の還元が不十分であったことがわかる。
図 3.8

中小坂製錬所の和銑の金属組織いる。錬鉄とは 3.1.3 項で記述したように、熔解した鋼に対する用語である。鋼は炭素含有量は 1.5% 以下と記されている。また、この本では鋳鉄はいわゆる片状黒鉛鋳鉄と可鍛鋳鉄に分類されている。しかし、鋳鉄の製造に関して鋼を用いたとの記述はない。
当時の銑鉄の種類と化学組成は齋藤の著書に表 3.5のように示されている 24）。これにより、実に多くの
図 3.7

輸入銑が用いられていたことがわかる。この時代には

中小坂製錬所の和銑の外観写真

銑鉄だけの配合で鋳鉄鋳物が製造されていた。これ（下仁田町歴史民俗資料館蔵）

は、銑鉄にも炭素量やケイ素量が異なるものが多く存
26）によると、明治時代の鉄の在したため、これらの配合で所定の成分を得ていたの分類は表 3.4 のように表されている。ここで銑（鑄鐡）であろう 19）。また、斉藤の著書では化学組成もさるは銑鉄を表し、炭素含有量は 2.6% 以上と記されていことながら、「銑鉄の真価は其内に含有するケイ素のる。ここでは可鍛鉄（鋼）は鎔鋼と錬鉄に分類されて多少如何によりて定まるものにして、決して単に其破

工藝學教程 軍事工藝

表 3.4

22

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

明治時代の鉄の分類 26）表 3.5

明治時代に使用された銑鉄の種類とその化学組成 24）

面に現れるる黒鉛の多少にのみに準拠すべきものに非多く、目の粗いものとなっていたので、号数によってず」とある。しかも、この著書では同時に図 3.9 のよもその判別はできた、とされている。

うに銑鉄の破面の写真をこのページだけは上質紙を用いて印刷されている。これは上記の文章とは必ずしも一致しないが、破面の明暗と粗さにも言及しており、

3.2.2
加山

大正・昭和（終戦まで）
19）によると、大正年代の第一次大戦直後（1918

如何にして良質の銑鉄を識別するかに苦心していたこ

年頃）は自動車用エンジンのシリンダーブロックが当とが推察できる。ここでは 1 號、2 號、3 號……とい時の鋳物技術ではどうしてもうまくゆかず、多くのうように分類され、號数の小さいほどケイ素含有量が国産銑鉄、輸入銑鉄を試した。この中で燐の高い英国

図 3.9

明治時代に輸入された銑鉄の破面 24）

鉄鋳物の技術系統化調査

23

レッドガー、ガードセリーは比較的良好であった。し溶解は主に甑（和式のキュポラで、後述の図 4.1 で示

かし、それでも不十分で南米コロンビア産のマエア

す）やキュポラで、鋼を大量に使用するには高温溶解

リー銑でやっと満足なものができた、としている。しが不可欠で、これには第二次大戦後のミーハナイト鋳かし、銑鉄だけの溶解では強度の点で不十分であった鉄の技術導入を待たなければならなかった。詳細は 4としており、この時代までは銑鉄だけを主鉄原料とし

章溶解炉の項で記述する。このように、高級鋳鉄の製て鋳鉄が溶解されていたことがわかる。大正 15 年に造には鋼の使用が不可欠なことから、高級鋳鉄はセミ

2おいて普通鋳鉄の最高引張強さは 16kg/mm 程度で、スチール（semi-steel）とも呼ばれた 29）が、この配合

高級鋳鉄と言われたものでも 20kg/mm2 をわずかにでは溶融金属は低炭素にならざるを得ず、溶融温度が超えた程度であった。

高く、鋳物が作り難かったので、普及には至らなかっでは鑄た 29）。高級鋳鉄の先鞭は新潟鉄工所の松浦で、基地

鐡配合上の注意として、「鑄鐡は同一化學成分にても組織のパーライト安定化のためにマンガン量を高め、産地即ち、しよう鑛石並に其高爐操業法に依りて品質

1.5〜2.0％Mn とすることで引張強さ 32〜40kg/mm2

甚だしく異なるを以て各産地に就き十分吟味調査し置を得ている 30）。

昭和 7 年（1932 年）発行の鑄造作業標準

27）

くべきなり。
」とある。この文章の後に各種銑鉄の特性が記述されている。また、この 4 章には鎔解爐の選

終戦から現在まで

擇と操業法が記述されており、鑄物砂の配合法と鑄型1922 年に開発されたミーハナイトメタルは、約 30に関しても 82 ページを費やして詳細に記述されてお年後の 1951 年に我が国に技術導入された 29）。この技

り、当時の技術を知る上で興味深い。

術は接種と鋼材の配合率の増大であった。また、徹底

28）

では、1930 年代には高した管理方式に刺激され、我が国の鋳鉄鋳物の品質

級鑄鐵の溶解に鋼屑が 10% 程度用いられていたことは大幅に向上した。我が国で鋼屑の利用が拡大したが示されている。これらの一例を表 3.6 に示す。こののは 1960 年代後半で、電気炉の普及と一致する（図配合表より、当時のキュポラ溶解で高級鑄鐵の製造に3.10）31）。詳細は溶解炉の章で記述するが、キュポラ

10〜15％程度の鋼屑が用いられていたことがわかる。

では大量の鋼屑を鋳鉄溶解に用いることができず、電

ここで地金の配合率は、銑鉄、古鑄鐵と鋼屑で 100%

気炉（おもに誘導炉）の普及により、銑鉄と鋼屑の配の配合となっている。そして、ケイ素含有量は 0.9〜

合割合の自由度が増し、現在では鋼屑主体の溶解が行

1.2% となっており、さらに、マンガンの重要性が理

われ、鋳鉄産業はリサイクル産業としての特色も有す

解されていたことがわかる。ここで、古鑄鐵とは鋳物るようになった 32）。図 3.10 でその他と記述したものの屑や古い鋳物を指し、これもリサイクルの一環であは、鋳造業特有の用語で、鋳物を製造する際に発生する。しかし、現在の鋳鉄と比較するとケイ素含有量はる副産物の湯口、湯道、押湯、不良品などを再度溶解

極めて少なく、この元素が高価であったことを裏付け

して鋳物にする。これらの材料をその他と記述してある。すなわち、表 3.4 の硅素鉄や硅素銑の製造には高る。したがって、鋼屑とその他は共にリサイクル鉄で炉での高温還元が不可欠で、これには多量のコークスあり、新しい鉄源は銑鉄だけで、現在ではその割合はを必要とし、その分、価格が高価になったのであろう。

15％程度であり、残りの 85％はリサイクル鉄になる。

ここで、鋼屑が用いられるようになったと記述した

1960 年代後半に誘導電気炉による溶解は鋼屑の大のは、それ以前は鋳鉄の溶解には主として銑鉄が用量配合をもたらした。しかし、鋼屑を大量に使用する

いられ、鋼屑は用いられてこなかった。この時代のと、当然のこととして加炭（炭素含有量を増大させる

石川登喜治の「鑄造法」

表 3.6

ヂーゼル発動機ライナーやコンプレッサーの高級鑄物の成分と地金の配合例 28）
例− 1

24

3.2.3

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

例− 2

造業がリサイクル産業になったことで、新しい問題が生じる羽目となったのともいえる。これからも同様の新しい問題が生じるであろうことは間違いない。如何にしてこれらの問題を解決できるかが今後の大きな問題になろう。

3.3 鋳鋼
鋳鋼は鋳鉄に比べて溶解温度が高く、その実用化は
図 3.10鋳鉄鋳物の原材料地金配合率の推移

31）

極めて遅く、1812 年とされている 36）。青銅鋳物の歴史が 5000 年、鋳鉄は 2500 年であるのに対して、鋳鋼操作）が不可欠となった。これによって加炭材による問題が発生した

33）。加炭材に含まれる窒素の問題での歴史は僅か 200 年である。如何に高温を得るのが難しかったかが理解できる。

ある。その後、自動車産業の発達は鉛、亜鉛の問題を我が国における洋式製鋼法は明治 15 年の東京海軍引き起こした。鉛は鉛快削や、ガソリンタンクの鉛裏造兵廠においてクルップ式坩堝喸が、また明治 23 年

張り材であり、亜鉛は亜鉛メッキ鋼板の普及が原因での横須賀造兵廠における重油噴射佛國式平炉が最も古。鉛による問題は、その後の法規制によりいとされている 37）。しかし、ここには原料地金に関鉛の使用が強く制限され、この問題は自然消滅した。

する記述はない。したがって、ここでは明治、大正、1990 年代になると、自動車の省エネルギー問題の解

昭和に分類することはやめ、単純に時代を追って記述

決のため、自動車の軽量化に用いる高張力鋼板屑の使することとした。この辺の事情は諏訪の論文 37）を参

用をもたらした。この鋼板屑が鋳鉄に使用されると、照されたい。

あった31）

合金化されたボロンにより高強度球状黒鉛鋳鉄の製

大橋の著書 20） によると、明治時代には国産の鉄地造ができなくなるという新たな問題が発生した 34、35）。

金のほかに高品位な輸入鉄源が用いられ、輸入品の方同様に、鋼材中のマンガン含有量が増大し、こちらはが国産品よりも価格が安いことが示されている。この高延性球状黒鉛鋳鉄の製造に問題を生じている。

ような状況で国産の鉄源の改良に必至の努力を続け

鋳鉄製造の主原料が鋼屑になったことによりこれらた、とされている。この点に関しては官営製鉄所計画の問題が生じ、その対策は現在でも進行中である。鋳案の変遷が示されており、輸入鉄の削減が叫ばれてい

表 3.7

官営製鉄所計画案の変遷 38）（単位：トン）

鉄鋳物の技術系統化調査25

表 3.8温度による色の変化 26）

温度、℃

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500 以上

烙色

暗紅

起櫻紅

櫻紅

淡櫻紅

橙黄

淡黄

白

鍛造白

喼白

た（表 3.7）。ここでは、明治 20 年代から鋳鋼の溶解に銑鉄の使用が計画されており、脱炭の技術が向上したことがうかがえる

38）。

3）（財）JFE21 世紀財団：「たたら

日本古来の製鉄」（2004）

大正時代に入ると鋳鋼の破面の粗さに関する記述
があり

283

26）

、粒状の破面は炭素量の増加で細粒となり、

4） 渡辺ともみ：「たたら製鉄の近代史」吉川弘文館（2006, 3）p125, 134

クロムやタングステンの添加で極めて微細となる、と

5） 窪田蔵朗：「鉄の考古学」雄山閣（1973, 5）p281

記述されている。これより、当時からこれら元素の添

6） 所 荘吉：「火縄銃」雄山閣（1964, 12）p122

加がおこなわれていたことがわかる。また、温度によ

7） 佐々木 稔：「幕末・明治期の製鉄遺跡と考古学関る色の変化が表 3.826）のように示されており、興味深

連諸科学」季刊 考古学 109 号（2009, 11）p14

い。これらは鍛着の目安になると記述されている。

8） 峯田元治、中江秀雄：「江戸後期の鋳鉄製大砲」

久保在久

39）

によると、
「大阪砲兵工廠では明治 45

季刊 考古学 109 号（2009,11）p69

年 1 月 6 日をもって鋳鉄製の大砲の製造を中止し、

9） L . E . S a m u e l s ：「 T h e M e t a l l o g r a p h y o f

鋼製砲身を用いるに至れり」、と記述されている。こCast Iron Relics from Bark Endeavour」

れは鋳鋼の溶解がうまくできるようになり、大砲は鋳METALLOGRAPHY 13 （1980）p345

鉄から鋳鋼への転換されたことを示している。この点

10）野原建一：「鉄の流通と価格変動」季刊に関しては大正 13 年の工藝學教程26）

では、鋳鋼のことは僅か数行が記述されているにすぎず、鋼の鋳造では大半がインゴットの製造を論じている。
石川

40）

で、鋳鋼の専門の民間工場が設立されたのは明治 32
年の日本製鋼所であるが、製品が安定せず、明治 34年に住友に委託され、住友鑄鋼場として住友の経営になった、と記述されている。この内容は上記の久保の記述

39）を裏付けている。

を始めたのは大正 6 年（1917）のことである

19）

。同

社が試作した 1.5 トンのエルー式アーク炉があり、大正 8 年（1919）には新しい鋳鋼工場を立ち上げ、5 ト
ン炉を増設した。これにより多くの鋳鋼品を製造し
19）

、とある。

考古学 109 号（2009, 11）p77
12）俵 国一 :「日本刀の科学的研究」丸善（1953, 7）
p49, 429
13）窪田蔵朗 :「鉄から読む 日本の歴史」講談社学術
文庫（2003, 3）p155（2003, 4）p165, 19215）太田弘毅 :「倭寇 : 商業・軍事史的研究」春風社（2007, 4）p426
16）大橋周治：「幕末明治製鉄論」アグネ（1991, 2）
p397, 439, 519-520
17）任 善之、劉 志民：「中国古代鋳鉄の発展」日本

轉爐（転炉）では安定した鋳鋼ができず苦労したが、
大正 10 年に廣工廠に 6 トンのアーク電気爐が輸入され、夢のようなよい鑄鋼が生産できるようになった、と石川は記述している

28）。昭和時代になって精錬法が進歩し、薄肉鑄鋼が安定して製造できるようになったのである

11）鳥谷智文：「明治初期の鉄山経営と輸入鉄増加お14）佐々木 稔編：「火縄銃の伝来と技術」吉川弘文館（株）電気製鋼所（現在の大同製鋼）が電気炉鋳鋼

た109 号（2009, 11）p73
よび諸品価格騰貴の影響」季刊によると、明治 20 年代の鋳鋼は失敗の連続

考古学

40）

。

鉄鋼協会、鉄の歴史−その技術と文化フォーラム（2006, 8, 26）18）窪田蔵郎 :「鉄から読む日本歴史」講談社学術文庫（2003, 3）p141-149
19）加山延太郎：「日本鋳造 50 年史」日本鋳造株式会
社（1970, 9）p229-264
20）大橋周治編・著：「幕末明治製鉄論」アグネ（1991,

引用・参考文献

2）p56-61

1） 俵 国一 :「復刻・解説版
たら吹製鉄法」館

古来の砂鉄精錬法・た充監修、慶友社（2007, 6）2） 窪田蔵朗 :「鉄の考古学」雄山閣（1973, 5）p272,

26

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

21）中岡哲郎、三宅宏司：「大阪砲兵工廠における釜石銑の再製錬」技術と文明
p21-424 巻 2 号（1987）

22）石野 亨：「鋳物の技術史」日本鋳造工学会（1993,
3）p218-236

33）中江秀雄、管野利猛、川崎道夫：「鋳鉄の原材料

23）俵 国 一： 復 刻・ 解 説 版「 古 来 の 砂 鉄 製 錬 法・
タタラ吹製鉄法」館 充監修

慶友社（2007, 6）

p128, 149
中巻」丸善

明治 43 年（1910）p120-130

工藝

工藝學教程

工藝

橋稔彦：
「球状黒鉛鋳鉄の組織に及ぼす微量ほう
35）五十嵐芳夫ほか：「パーライト基地球状黒鉛鋳鉄のほう素によるフェライト化機構」鋳造工学 82

工藝學教程

軍事

第三版上巻」（1924）
昭和 7 年（1932）p13, 52-104, 10528）石川登喜治：「鑄造法」共立社（1936, 7）p162
29）石野 亨：
「日本鋳造 50 年史」日本鋳造株式会社
昭和 45 年（1970, 9）30）斎藤大吉ほか：「金属材料及其加工法（2010）p16-22
36）C.A.Sanders and D.C.Gould:「History Cast in27）海軍艦政本部編纂：「鑄造作業標準」日本鑄物協
会発行

353

素の影響」鋳物 66（1994）p745-750

通論」（1907）
26）陸軍砲工學校：「大正十三年と し て の 鋼 く ず の 動 向 」 鋳 物 68（1996）p34834）伊豆井省三、古宮尚美、堀江 皓、小綿利憲、高24）斎藤大吉：「金属合金及其加工法
25）陸軍砲工學校：「明治四十年

材（2003, 3）p8-15

Metal」American Foundrymenʼs Society（1976）
p448
37）諏訪常次郎：「本邦鋼鑄物の発達」鉄と鋼

21（1935）p462-467
38）大橋周治編・著：「幕末明治製鉄論」アグネ（1991,

鋳鉄篇」

丸善 昭和 28 年（1955）p261-270
31）大森次治、川崎道夫、中江秀雄：「4．電気炉溶
解の基礎（高周波・低周波炉）」鋳物 65（1993）
p263-268
32）中江秀雄：「地球資源・環境問題と鋳造業」素形2）p414-434
39）久保在久篇：大阪砲兵工廠資料集「大阪工廠ニ於ケル製鉄技術変遷史」日本経済評論社（1987）
p127-23540）石川登喜治：早稲田大学鑄物研究所「創立 15 周年記念講演集」昭和 29 年（1954）p5-8

鉄鋳物の技術系統化調査

27

4 溶解炉の変遷
先に記述したように、江戸時代後期に、製鉄の分野

4.1 鋳鉄ではタタラに変え高炉の建設が始まった。この際の高炉は大砲の製造に適したケイ素（Si）含有量の高い銑

江戸時代の製鉄には主にタタラが用いられ、江戸末1）期になって高炉の建設が始まった 。これらの炉は共鉄を得るのが目的であった。この銑鉄を用いること
で、凝固時に黒鉛の晶出を可能にする。

に鉄鉱石から銑鉄を得るための精錬炉である。これに

図 4.1 に明治時代の甑の操業風景の絵を示す 3）。こ対して、江戸時代の主要な鋳鉄溶解炉は甑（昔のキュ

こでは、炉の左側に送風装置であるたたらがあり、多ポラ）であった。幕末になって鋳鉄製大砲の製造にはくの作業者がたたらを踏んでいる。炉の右前では炉内一度に大量の熔けた鑄鐡が必要となり、反射炉に次いから熔けた鑄鐡を出湯し、更に右側では鋳込みが行2）で平炉が導入された 。そこで、先ずは反射炉と平炉われている様子が描かれている。そして、図 4.2 は明の区別から記述する。

治後期の川口の鋳物工場の写真で、右端の煙突のよう

反射炉（Reverberatory furnace）は、金属熔解炉

なものが甑であり、甑に原材料を投入する職人がそのの一種で、韮山や萩に反射炉がある。西洋では 18 世

左後ろ側にいるのがわかる 3）。この写真にはたたらは

紀から 19 世紀にかけて鉄の溶解に使われ、この技術写っておらず、この時代には送風機の動力はモータにが我が国にもたらされた。熱を発生させる燃焼室と熔変わっていたことがわかる。

解を行う炉床が別室になっている。燃焼室で発生した熱で炉の天井や壁を温め、その輻射熱を炉床にある金属に集中させ、熔解を行う炉である。時にはパドル炉としても用いられた。詳細は 5 章で記述する。
平炉（Open hearth furnace）とは、蓄熱室を有す
る一種の反射炉で、主に鋼の溶解に用いられた。２つ以上の蓄熱室を有し、これらを交互に用い、炉内に送る空気を連続的に暖め、炉内の温度上昇をもたらした。この蓄熱室の使用で鋼の溶解を可能にしたことか
ら、蓄熱炉とも呼ばれる。原料には銑鉄と鉄スクラッ
プを用い、酸化剤として鉄鉱石を用い、熔けた鉄中の炭素を酸化・除去させ鋼とした。特に、塩基性平炉で

図 4.1

明治初期の甑の操業 3）

明治 12 年ごろの甑で鋳造する川口鋳物（神奈川県立歴史博物館所蔵）

は脱リンが容易であり、良質な鋼を得ることができたことから、長期間にわたって製鋼炉や鋼の溶解炉の主流であったが、転炉や電気炉の発展により、現在では鋼の溶解には全く使われていない。
1856 年にシーメンス兄弟により平炉の構造が発明され、マルタン父子により製鋼法が確立したことか
ら、平炉による製鋼法はシーメンス・マルタン法とも呼ばれている。製鋼法としては、シーメンス兄弟は銑
鉄（銑鉄・鉱石法）を、マルタン父子は銑鉄に多量の鋼屑を加えたものを原料として用いているだけであり、相違はほとんどない。多くの著書では、明治時代に外国から技術導入された一種の反射炉を平炉と記述したが、平炉は後述の図 4.12 に示すように、送風空図 4.2

明治 39 年頃の川口の鋳物工場と甑炉 3）

気を加熱する蓄熱爐を備えたものである。したがって、鋼の溶解を主目的とした反射炉を平炉と定義する

口県の萩に存在するが、鋳鉄製の大砲の鋳造に成功しこともできる。

28

鉄鋳物の技術系統化調査

現存する江戸時代の反射炉の遺跡は伊豆の韮山と山

Vol.6 2013.Marchたのは、先に記述したように佐賀藩の反射炉と言われている 2）。しかし、この炉は現存しない。江戸時代の後期から明治の初期は、まさに欧米からの技術導入が盛んに行なわれた時期でもあり、詳細は明治時代の書からうかがい知ることができる。明治時代の鋳鉄溶解炉に関しては齋藤の著書 4） が、大正時代に関しては
鑄造作業標準 5） が詳しく、これらの資料に基づいて記述する。
図 4.3 に齋藤 4）により紹介されたドイツの可傾式坩堝爐を示す。この著書では、各種金属の溶解に必要な

図 4.3

ドイツ製の可傾式坩堝爐 4）

骸炭（コークス）量も示されている。ちなみに、青銅 100kg を熔解するのに骸炭は 35kg、鑄鐡で 100kg、（キュポラ）を図 4.5 のように紹介している 4）。この爐

鋼で 150kg と記されている。また、ここで使用されは固定前爐式で、現在では余り使用されていない型のている坩堝に関しては表 4.1 のように示されており、炉である。ここでは、西洋の高級なコークスを用いれ国産品はわずかに九州製鐵所のものが紹介されている

ば、熔解に要するコークスは 7％程度と記されており、に過ぎず、多くは輸入品が使われていたことがわか

現在の技術と比較しても非常に少ない。これは熔解温る。

度が低かったことを示すのであろう。脱硫の必要性や齋藤は反射爐に関しても多くのページを割り当て、コークスの灰分量に応じて石灰石の添加が推奨されて4）

鑄鐡熔解用の反射炉として図 4.4 を紹介している 。

おり、熔解に伴う Si や Mn の損耗と、硫黄の吸収に反射爐熔解では、鑄鐡中の Mn の損耗は 50％、Si は関しても記載されている。しかし、地金の配合に関す

33％と記述されている。また、アイルランド式熔銑爐る記述はない。

表 4.1

明治時代に使用された各種坩堝 4）

図 4.4

図 4.5

鋳鉄熔解用反射爐 4）

アイルランド式熔銑爐（キュポラ）4）

鉄鋳物の技術系統化調査

29

鑄造作業標準 5） によると、大正から昭和初期ではし、最近では公害規制の強化から、キュポラ溶解はこ

タルビン車室（タービンケーシング、製品重量で上部れらの対策に費用を掛けられる大手の鋳物工場に限ら

1.93t、下部 2.9t）を鋳造するに際してのキュポラ熔解れてきた。また、低周波誘導電気炉では溶解の開始にでの地金の配合は表 4.2 のように示されている。そし大きな塊（これをスターティングブロックと称する）て、これに用いるキュポラの緒元を表 4.3 のように示や、残湯（全量を出湯せずに、3 分の 1 程度を炉内にしている。ここでも、鐡鈑屑（鋼板屑）の配合割合

残すこと）が必要で、溶解効率が劣る。そこで、低周は僅かに 5％であり、鋼板屑の使用が難しかったこと

波誘導炉から中周波誘導炉へ、そして高周波誘導炉へがわかる。因みに、この製品の化学組成は 3.0-3.2%C、と変化してきた。

1.5-1.7％Si、0.4-0.8%Mn、P<0.2%、S<0.08％となってまた、エネルギーの多様化や使用する原材料の変化いる。特に、硫黄の含有量は最大限を 0.08% 以下にから回転炉やアーク炉、ガス炉も一部では用いられるすべし、と記述されている。キュポラ熔解では、4.5tようになった。これらの状況を図 4.6 に示す 6）。図中

キュポラ（1 時間に 4.5 トンが溶解できる炉）でコーに網掛けで示した炉、すなわち酸性キュポラと誘導炉

クス比 12% としており、このように低い硫黄量を達が主流であったが、現在では排ガスの浄化装置が必要成するのは難しかったことが推察される。

となりキュポラは減少傾向にある。

表 4.2

タルビン車室の地金配合例 5）（タービンケーシング）

表 4.3

タルビン車室鋳造用キュポラの緒元 5）

図 4.6

現在の鋳鉄溶解炉の種類 6）

4.2 鋳鋼
江戸末期から明治の初期に関しては海外からの技術導入が優先され、これが我が国の明治の幕開けを加速し、その後の急激な発展に寄与したことは疑う余地はない。そこで、軍の関連した製鋼技術導入の経緯を大橋の著書 7） から引用し、表 4.4 に示す。これにより、
明治時代の製鋼法に関しては坩堝炉から酸性平炉、そして塩基性平炉への大きな流れが理解できる。
石川 8） によると、本邦で鋼鑄物が初めて製造され30

鋳鉄の溶解炉は大正時代になると明治以前の甑からたのは 1900 年頃で、酸性平炉によって作られた。し洋式のキュポラに変化したが、この種の炉が昭和 40 年

かし、製品に鑄巣が多く、強度も弱く、熔接を施して代（1960 年代後半）までは鋳鉄溶解炉の主流であった。

ようやく実用に用いられていた程度であったと記述ししかし、公害問題や安価な鋼屑の大量使用を目的に低ている。次に酸性小型転炉が用いられ、1910 年頃よ

周波誘導電気炉が普及した。これには硫黄分の少ないり舶用機関の部品に使用され始め、この時代が 20 年

溶融鉄を好む球状黒鉛鋳鉄の普及も一役買っている。

間も続いた。1923 年頃より塩基性アーク電気爐が採一方、キュポラ溶解では燃料のコークスからの加硫用され、技術は著しく進歩した。これと同時に塩基性が問題となり、球状黒鉛鋳鉄の製造を目的に炉前脱硫

平炉による大型鋼鑄物が製造されるようになり、鑄鋼や塩基性キュポラが採用されるようになった。しかの実用価値は大いに高まった、とされている。因み

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March表 4.4

明治時代の軍による製鋼法導入の変遷 7）と報告 1） している。この炉が我が国最初のアーク炉である。谷山 9） は、我が国の鑄鋼を含む鋼の生産量の推移を表 4.5 のように示している 9）。これにより、当時の溶解炉の使用状況と生産量がわかる。ここでいう電気炉とはアーク爐を指す。これより、平爐鋼と電気爐鋼は増加しているが、転爐鋼の減少が著しく、坩堝鋼は少量ながら一定の生産量であることがわかる。
また、大半が平爐鋼である。これらを総合すると、昭和初期には我が国で 200 万トンの鋼が生産されていた
こともわかる。

に、石川は呉海軍工廠の造機中将であった。
先に 3.3 節で紹介したように、加山は電気製鋼所（現：大同特殊鋼）が大正 6 年（1917）に図 4.7 に示した 1.5 トンアーク炉を試作し、実用に結びつけた、
表 4.5

図 4.7

我が国の鋼と鋳鋼生産量の推移の製造爐による統計

電気製鋼所の 1.5 トンアーク炉 1）
単位：瓲（トン）9）

鉄鋳物の技術系統化調査31

齋藤 4） は英国シェフィールド市の熔鋼用坩堝爐の転爐の操業状況の判断には鑄造作業標準 10） に図

操業の様子を図 4.8 のように紹介している。ここでは4.10 と、図 4.1110）のように描かれている。この本は正坩堝を取り出して熔融した鋼を鋳型に鋳造している様に、多くの鋳造作業標準を記述しており、大正時代の子が描かれている。また、小型の転爐に関しては欧米技術を知る上での貴重な書物といえる。転爐の操業状で広く用いられているものが図 4.9 のように紹介しさ態はこのような炉からの放出ガスの形態で判断し、操れている。当時は如何に欧米の技術を導入、模倣して業していたことがわかる。正に、経験と勘による操業

いたかがわかる。

であったことがわかる。
図 4.1211） は瓦斯を燃料とする平爐である。この平爐は、特に鋼の溶解のため（炉内の温度を高めるため）に下部に 4 対のシーメンス式蓄熱室を有している。図

初期

図 4.8

第 2 期初め

英国シェフィールド市で用いられた鋼用坩堝爐 4）

第 3 期（沸騰期）

図 4.10

良好状況

図 4.9

小ベッセマー轉爐 4）

図 4.1232

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

図 4.11

シーメンス・マルチン平爐 11）

終期

転爐操業時の炎 10）

不良状況

轉爐操業時の炎による爐況 10）

中では上部中央部の床爐と書かれた部分が溶解室で、諏訪によれば、日本鉄鋼協会の 20 周年を記念してそして下部の蓄熱室が送風やガスの温度を上げるため

鋳鋼の 20 年間の発展の経緯の原稿の執筆を依頼され、では酸性爐と塩基

その論文がある 13）。諏訪によると、明治 15 年に東京

性炉の特徴にも言及している。この点に関しては上に築地海軍造兵廠において坩堝爐によって鋳鋼を製造しの熱風炉である。また、この書

11）

4、12）

には蓄熱室の詳たのが我が国の鋳鋼の始まりであり、明治 23 年に大細（側面図）は示されておらず、この間の技術の進展

阪砲兵工廠と横須賀海軍工廠で鋳鋼が生産されたとあをこれらの書に見ることができ、興味深い。

る。そして明治 25 年に呉海軍工廠にて佛国式重油爐

記した通りである。明治の著書

斉藤の著書

4）

にはアーク電気爐に関する記述はな

いが、工藝學教程

11、12）

で、明治 28 年には呉海軍工廠、明治 29 年には東京砲にはアーク炉としてエルー式兵工廠でシーメンス式平爐の操業が開始された。この

爐（図 4.13）とグレンワール式爐（図 4.14）が掲載さように最初の 10 数年間は官営のみで、民営は明治 32れている。これらのアーク炉は明治から大正、昭和初年に住友製鋼所の前身、日本鑄鋼所でシーメンス式平期までの鋳鋼の主要な溶解炉であった。アーク炉では爐が稼働した、とある。なお、明治 29 年には月島製

誘導炉のような電気を流すコイルがなく、耐火物層が鋼所が坩堝爐で開業したが、数年して閉鎖した、とも厚い。したがって、塩基性スラグを用いた精錬に適し記されている。そして、大正から昭和にかけての鋳鋼ている。すなわち、脱硫、脱リンに適した炉であり、工場の設立を表 4.6 のように示している。これより、現在でも鋳鋼の溶解に多用されている。

大正時代には多くの工場が設立されたと同時に、閉鎖に至った工場も少なくないことがわかる。如何に鋳鋼分野の競争が激しかったかが推定できる。
表 4.6

大正から昭和初期の鋳鋼工場の設立と爐 13）

大正 4 年

日本特殊鋼合資會社
電氣爐
藤田鑛業株式會社廣田工場 電氣爐（後鋼材に轉換）
浦賀船渠株式會社
小轉爐（後電氣爐）
大島製鋼所
平 爐
幸袋製作所
小轉爐（後電氣爐）
大同電氣製鋼所
電氣爐
三木鑄鋼株式會社
小轉爐（後電氣爐）金子鑄鋼所〃 （ 〃 ）
小松製作所
電氣爐
唐津製鋼所
小轉爐（閉鎖）
日東製鋼所
平 爐（閉鎖）釜石鑛山
平 爐
富士製鋼株式會社
平 爐（後鋼材に轉換）
米子製鋼所
電氣爐
神戸桟橋株式會社王子電爐工場 電氣爐（閉鎖）日立製作所下松工場
小轉爐（後電氣爐）
岩淵製鋼所
（閉鎖）
戸畑鑄物株式會社戸畑工場 電氣爐
三井三池製作所〃
東京特殊鑄鋼株式會社
坩堝爐
日立製作所助川工場
電氣爐
関西電氣鑄鋼所
電氣爐
関東鑄鋼所
小轉爐
共立電氣鑄鋼所
電氣爐
日本鑄造株式會社〃
日本製鋼所廣島工場〃
東邦電氣製鋼所〃
武藤電氣製鋼所〃
砂町鑄鋼所
小轉爐（後電氣爐）
戸畑鑄物東京工場
電氣爐
大阪製䷝所
〃
オイルバーナー式小轉爐
須藤鐵工所
大阪電氣鑄鋼所
電氣爐（閉鎖）
大阪鑄鋼所
〃

〃 5年
〃 6年

〃 7年

図 4.13

エルー式アーク電気爐 11）〃 8年

大正 9 年

〃 10年
〃 12年
〃 13年
昭和 3 年

〃 4年
〃 5年
〃 6年

図 4.14

グレンワール式アーク電気爐 11）

鉄鋳物の技術系統化調査

33

さらに、諏訪 13） は昭和初期の爐の種類による鋳鋼の生産量の推移を表 4.7 のようにまとめている。これより、昭和初期には転爐と坩堝爐による鋳鋼の製造は終わりを告げたこと、生産爐の主流は電気炉（アーク爐）へと移った様子がわかる。谷山の著書 9） ではエルー爐（弧光式爐）とともに誘導電気炉も図 4.15 のように紹介されている。当時としては最先端の技術が誘導電気炉であったのであろう。しかし、当時も現在もエルー爐が鋳鋼の世界で最も広く用いられている。

図 4.15各種電気爐の構造 9）

昭和 9 年（1934 年）の商工省による鋳鋼生産量の調査では、昭和初期の鋳鋼の溶解炉の変遷は表 4.7 の通りで、昭和 4 年以降は転爐と坩堝爐による溶解は急激ている。これより、昭和 13 年頃から 19 年にかけて誘に減少し、平爐と電気爐（アーク爐）に移行したこと

導電気炉が急増していることがわかる。これを生産能がわかるとしている 13）。しかし、実際は年産 1000t 程

力で判断すると、昭和 12 年から 19 年では約 4 倍に度は転爐と坩堝爐で生産されていたのではなかろうか

なっているが、第二次大戦への準備のためであったのとも、記述している。いずれにしても、この時期に電であろうか。

気爐（アーク爐）が急激に普及したことは間違いない。

鋳鋼の溶解炉は現時点でもアーク炉が主流で、小型誘導式電気炉が普及したのは昭和 10 年（1935 年）の炉に限定して高周波誘導炉が用いられている。そし14）によれば、高周波電て、これまでに記述したように、平炉は完全に姿を気炉は始め特殊鋼の製造を目的に、昭和 6 年（1931）

消してしまった。これは熱効率の問題である。また、に東芝がアメリカの技術を用いて製造を開始したのアーク炉ではスラグを用いた精錬が可能であるのに対が始まりとされている。また、同年に住友製鋼所がして、高周波誘導炉では耐火物が薄く、スラグによる100kW の炉（炉の溶解量では 100kg 程度）を導入し、精錬には向かないので、良質の原材料が不可欠などの半工業的に使用を開始している。さらに、中山は昭和問題があり、その鋳鋼への普及を妨げている。

代になってからである。中山

初期の誘導電気炉の導入状況をまとめ、表 4.8 を示し

表 4.7

表 4.8

34

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

昭和初期の鋳鋼の生産量と爐 13）、トン

誘導式電気炉の年次別建設数およびその能力 14） トン

引用・参考文献

2）p4151） 加山延太郎：「日本鋳造 50 年史」日本鋳造株式会
社

昭和 45 年（1970）p226-227

下巻」誠文堂昭和 26 年（1951 年）p1-29

2） 佐々木 稔：「幕末・明治期の製鉄遺跡と考古関連諸科学」季刊考古学 109（2009, 11）p14-17

9） 谷山 巌：「鋼鑄物」三省堂

昭和 14 年（1939 年）

p1-1283） 川口鋳物工業協同組合：『川口鋳物の歴史」（2005,
12）10）海軍艦政本部編纂：「鑄造作業標準」アルス

昭

和 7 年（1932 年）p83-85

4） 齋藤大吉：「金属合金及其加工法
明治 43 年（1910）7 月

中巻」丸善

p61-111, 181-187

5） 海軍艦政本部編纂：「鑄造作業標準」アルス

昭

日本鋳造協会（2012, 3）p24-38
7） 大橋周治

編著：「幕末明治製鉄論」アグネ（1991,

工藝學教程

軍事

第三版上巻」

12）陸軍砲工學校：「明治四十三年
事工藝6） 鈴木敏光：「鋳鉄の溶解と材質」鋳造中核人材育
鋳造カレッジテキスト、鋳鉄専門科目

11）陸軍砲工學校：「大正十三年
工藝

和 7 年（1932 年）p154-156
成8） 石川登喜治：「鑄造学

工藝學教程

軍

第三版上巻」

13）諏 訪 常 次 郎：「 本 邦 鋼 鑄 物 の 発 達 」 鉄 と 鋼 21（1935）p462-467
14）中山忠男：「日本鋳造 50 年史」日本鋳造株式会社
昭和 45 年（1970 年）p277, 281, 282

鉄鋳物の技術系統化調査

35

5 材質の変遷
5.1 鋳鉄
鋳鉄の機械的性質は黒鉛の形状に大きく依存する。
たとえば図 5.1 に示すように、黒鉛の形状は ISO 規格で分類されている。ここで、Ⅵを球状黒鉛、Ⅰを片状黒鉛という。Ⅴは可鍛鋳鉄に合致する。しかし、実際にはさらに複雑で、球状黒鉛鋳鉄にもⅢからⅤの黒鉛が混在することが多い。一方、片状黒鉛はさらに複雑
で、図 5.2 のように詳細に A 型から E 型までの 5 種類に分類されている。そして、ISO では更に、黒鉛の大きさまでも規定している。これらの詳細は専門書 1）

図 5.2

片状黒鉛の ISO による分類を参照いただきたい。
我 が 国 に お け る 鋳 鉄 の 強 さ の 歴 史 を 石 野 2） は、1860 年から 1970 年までの鋳鉄の引張強さの遷移で図5.3 のように紹介している。ここで示されている、普通鋳鉄、強靭鋳鉄と合金鋳鉄は全て片状黒鉛鋳鉄を細分化したものであり、片状黒鉛鋳鉄（あるいは、ねずみ鋳鉄）として分類するのが正しい。本来、ここで言うねずみ鋳鉄（鼠鋳鉄）とは白鋳鉄に対して用いられてきた用語であるが、ここには白鋳鉄の生産量は示されておらず、非常に少ないので、これからの鋳鉄の分類からは白鋳鉄は除外した。先に記述したように、鋳鉄中のケイ素量が少ないと、凝固時に黒鉛を晶出せず、炭素は鉄との炭化物（Fe3C、これをセメンタイ
図 5.1

鋳鉄の黒鉛形態の ISO による分類（Ⅰ：片状黒鉛、Ⅵ：球状黒鉛）

トという）を作る。この鋳鉄の破面は真っ白であることから、これを白鋳鉄（銑鉄に対しては白銑という）

図 5.3

36

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

我が国における鋳鉄強靭化の歩み 2）

と呼んだ。一方、鋳鉄中のケイ素量が多いと凝固時にはアメリカ 3）で Mg 添加法が見い出されたのであり、黒鉛を晶出し、その破面はねずみ色を呈することか

我が国に球状黒鉛鋳鉄の特許が技術導入されたのはら、ねずみ鋳鉄と呼ばれた。したがって、広義にはね1950 年代である。したがって、その開始を 1940 年以

ずみ鋳鉄は普通鋳鉄、強靭鋳鉄や合金鋳鉄までも含む

前とする記述は誤りであり、これを 1950 年まで右にが、現在では片状黒鉛鋳鉄の意味で用いられることがずらして読んでいただくのが正しいであろう。そこ多い。今後は正確を期すために片状黒鉛鋳鉄として記で、これ以降では鋳鉄の分類を、片状黒鉛鋳鉄、可鍛述する。ただし、昔の文献よりの引用文では、元の文鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄、そして鋼の鋳物である鋳鋼へと献を尊重し、ねずみ鋳鉄を用いることとした。

話を進める。

また、この図より、1900 年以前では片状黒鉛鋳鉄
2

明治時代の鋳鉄の強度に関する記述は極めて少なの引張強さは 20kgf/mm 以下であった、といえる。

い。その中で、齋藤 4）は表 5.1 のように報告している。

さらに、ここには可鍛鋳鉄の記述はないが、この図をここで、鑄鐡（片状黒鉛鋳鉄）の引張強さは 18.9kgf/

よくみると熱処理鋳鉄は 1950 年を境に 2 つの山に分mm2、可鍛鋳鉄では引張強さ 32.2kgf/mm2、伸びはかれているのがわかる。この前半は可鍛鋳鉄の引張強3.0% としている。さらに、この報告では Iron Age

さであり、後半は熱処理を施した球状黒鉛鋳鉄（後述1908 年を引用し、国産の材料と欧米の材料の強度とのオーステンパ球状黒鉛鋳鉄）などと解釈するのが正の対比で示してある。如何に欧米での技術を模倣してしいであろう。厳密に表現すると、可鍛鋳鉄の歴史はいたかが理解できる。また、ここで錬鐡とあるのは表

5.1.2 章で詳述するように、ずっと長い。これを図上3.4 で示したのもで、熔解して作った鋼（鎔鋼）に対で表すのは難しいので、図 5.3 はそのままとした。

する用語で、半凝固法（パドル法）で作られた鋼（錬鉄）

さらに、この図には誤りがある。球状黒鉛鋳鉄のを指す。したがって、鋼内部に多くの非金属介在物を発明は 1947 年にイギリスで Ce 添加法が、1948 年に内蔵しており、その機械的性質は鎔鋼と比べて劣る。

表 5.1

明治時代の鋳鉄の強さ 4）

表 5.2

明治 44 年の片状黒鉛鋳鉄製大砲 5）

鉄鋳物の技術系統化調査

37

5.1.1

その機械的性質に関しては表 5.1 に記述した通りで

片状黒鉛鋳鉄一方、大阪砲兵工廠資料集上巻では明治 44 年の片ある。しかし、片状黒鉛鋳鉄の強さの歴史を正確に状黒鉛鋳鉄の大砲製造データが表 5.2 のように報告さ記述するのは難しい。この点に関して石川 6、7） は、れている 5）。ここではグレゴリー銑を用い、片状黒鉛

表 5.3 のように海軍規格で示している。これによる

2

鋳鉄で引張強さで 18.4〜25.8kgf/mm を得ており、先と、片状黒鉛鋳鉄の規格は 4 種あり、当時の規格では4）の表 5.1 ともよく一致している。また、表 5.2 の最下

23kgf/mm2 が最も強い鋳鉄の規格であったことがわ段（成績欄）には合格と記されており、当時の規格にかる。これと同時に、表 5.2 下段の成績合格は、ここ合格していたこともわかる。さらにここでは、各試料で得られた鋳鉄材料がこの規格に合格したものと推定の化学組成も示されており、これらの化学組成は現在できる。また、これらの化学組成は 3.2%C、1.6%Si、と比べてマンガン含有量が高いのがよくわかる。大阪

0.2%P、0.05%S と し て い る。 硫 黄 の 含 有 量 が 低 く、

砲兵工廠資料集 上巻

5）は「昭和 2 年（1927 年）1 月

キュポラ溶解ではこの値の達成は非常に難しいので、

25 日起稿」とあり、明治時代の記録を 1987 年に篇集

何の溶解炉を用いたかは今後の調査項目である。

したものである。ここには、これらの記録は明治 26

更に、石川の新しい著書 7） では材質を普通品と高年 8 月に始まっており、明治 40 年末より明治 41 年 3級鑄鐡に分類し、鋳物の肉厚との関連で表 5.4 のよう

月までの鋳鉄砲は欠陥の発生が多く、その 80％が不に記述されている。ここでは、普通品の燐含有量が良品と記されている。明治 44 年以降は良品を生ずる

0.4〜0.8% と異常に高いことが目につくが、高級鑄鐡

に至るとあり、この良品のデータが表 5.2 である。

では 0.2% 以下と記載されており、更に、ピストンリ

明治時代の片状黒鉛鋳鉄と可鍛鋳物（鑄鐡）の凡
表 5.3

片状黒鉛鋳鉄の海軍舊規格 6、7）

表 5.4
用

ングでは機種によって燐含有量を変化させている。

各種鑄鐡標準成分 7）

普 通 品

途

T. C.

Si

Mn

P

S

薄物 t＜20mm

3.5以下

2.0〜2.4

0.5〜0.7

0.4〜0.8＜0.03

厚物 t＞20mm〃

1.4〜1.8

0.5〜0.8〃〃

3.0〜3.3

1.5〜2.4

0.2〜0.3

0.5〜0.6〃

t＝15〜60臺
高 級 鑄 鐡3.0〜3.2

1.5〜1.8

0.6〜0.8

0.1〜0.2〃

蒸氣筒類水壓物

板

類〃

1.5〜1.7

0.5〜0.7＜0.15〃

内火機械及薄物發
動筒類

2.8〜3.0

1.2〜1.5

0.8〜1.0〃＜0.03

シリンダーライナ
類 t＞10mm〃

0.8〜1.3

0.3〜1.3〃〃

特 殊 氣 筒 類

2.8以下

2.0以上

1.0〜1.2

＜0.3

＜0.08

用

T. C.

Si

Mn

P

S
0.05以下備考

構造性良好、抗張力
14〜20kg位、 厚 物
は組織均一ならず
抗 張 力 1 6 〜 2 4 k g、位組織緻密

組織均一強靱

ピストンリング成分

38

途

小

型

用

2.8〜3.2

1.4〜1.7

0.5〜0.7

0.5〜0.6

大

型

用

3.0

1.0〜1.2

0.5〜0.9

0.15以下〃

徑130mm以下（米國）

3.7

2.8

0.6〜0.7

0.5

0.08以下

徑130mm以上（ 〃 ）

3.6

2.0

0.6〜0.7

0.5〃

ディーゼル機關用

2.9〜3.1

1.0

0.6〜0.7

0.15以下〃鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

備

考

乾燥型急冷
同

徐冷

生型一本取
同上

表 5.5合金（片状黒鉛）鑄鐡の強度 7）超えるものが紹介されており興味深い。しかし、これ止され、そのかわりに工業標準調査会が設けられ、旧 JES、
臨 JES のかわりに 2,102 件の日本規格（新 JES）が 1947 年制定された。旧 JES、臨 JES は文語体で書かれていたが、新 JES は口語体で書かれた。

らの材料の比較材として最後の行にフォード車の曲軸

日本工業規格（JIS：Japanese Industrial Standards）（クランクシャフト）が紹介されている。これは引張は、工業標準化法に基づき、日本工業標準調査会の答強さが 75kgf/mm2 で、鋳鋼品かパーライト可鍛鑄鐡

申を受けて、主務大臣が制定した工業標準であり、日ではなかろうか。何故にこの材料を比較材としたのか

本の国家標準の一つである。JIS または JIS 規格と通理解できず、実に不思議な記述である。

称されている。工業標準化法は、1949 年 6 月 1 日に

石川はさらに、合金鑄鐡に関しても表 5.5 のように
7）2記述している 。ここでは引張強さが 45kgf/mm を

こ れ ま で の 記 述 に は JES 規 格 も JIS 規 格 も 示 さ制定され、7 月 1 日から施行された。これに伴い工業れていない。すなわち、国としての規格が制定され標準調査会は廃止され、日本工業標準調査会が設けらていなかった時代の話である。日本国としての規格れた。その後、JES では片状黒鉛鋳鉄は 5 種類に分類※

は、我が国では JIS に先だって JES が制定されていされ、表 5.78）に示すように最高強度は 27kgf/mm2 とる。鋳鉄品（片状黒鉛鋳鉄）の最初の JES は表 5.6 のなった。この規格はそのまま新しく制定された JIS に

7）

通りである 。ここでは最強の片状黒鉛鋳鉄として
2

23kgf/mm が規定されたことがわかる。
※：大 正 10 年（1921 年 ） の 勅 令 第 164 号 に 基 づ き、 同 年 には 工 業 品 規 格 統 一 調 査 会 が 設 置 さ れ た。 こ の 調 査 会 は、
1941 年 ま で に 520 件 の 日 本 標 準 規 格（ 旧 JES：JapaneseEngineering Standards）を制定した。昭和 21 年（1946 年）の勅令第 98 号によって、同年 2 月に工業品統一調査会が廃

表 5.6

引き継がれている。
そして 1956 年の鼠（ねずみ）鋳鉄品の JIS は表 5.8に示したように 35kgf/mm2 の強靭鋳鉄が規格化され 9）、この値は現在の規格と大差ない状況に達した。
この規格では抗折試験が規格に含まれていたが、現在ではこれは JIS 規格から削除され、硬さは注文者の要鑄鐡品（片状黒鉛鋳鉄）の規格

JES ※ 134 号 7）

鉄鋳物の技術系統化調査39

表 5.7

表 5.8

鋳鉄品（片状黒鉛鋳鉄）の JES 金属 55018）

鼠鋳鉄品（片状黒鉛鋳鉄）規格 JIS5501-19569）

求がある場合に適用する、に変更されている。鋳物でそして 1956 年の JIS 規格で 35kgf/mm2 へ、ごく最近

はその肉厚により強さが変化する現象が知られておの JIS では肉厚では 300mm までもが規格に取り入れり、これを肉厚感受性という。表 5.8 では鋳物の肉厚られてきたのがわかる。これが技術の進歩である。

を 4mm〜50mm までを規定しているのがわかる。
しかしながら、現在の JIS では表 5.9 は本体付き試ものにミーハナイトがある。新潟鐵工所は昭和 26 年

験片の規格であるが、実体強度用供試材では試験片鋳（1951）に斎藤彌平工場長を鋳鉄技術の調査にアメリ物の肉厚は 2.5mm から 300mm まで大きく拡大され、カに出張させた。その折、ミーハナイト社技術の優秀

その引張強さが鋳物の肉厚に応じて規定されている。

さに触れ、新潟鉄工ではこれを翌年にジャパンミーハ

これは、片状黒鉛鋳鉄が大型品への適用がなされるこ

ナイト社より技術導入した 10）。このジャパンミーハとに適応したものである。このように規格の変遷を

ナイト社を中心に我が国に鋳鉄技術が広まり、現在に見てくると、引張強さでは明治の初めころは 23kgf/

至っている。ミーハナイト社の技術は片状黒鉛鋳鉄に

22mm であったものが JES 規格では 27kgf/mm へと、

40

片状黒鉛鋳鉄の技術導入で忘れることができない

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

止まらず、球状黒鉛鋳鉄も含まれている。1958 年に

表 5.9JIS G 5501-1995

本体（実際の鋳物）付き供試材の機械的性質

図 5.5

大正初期の可鍛鋳鉄継手（日立金属 鑄物記念館）

での可鍛鋳鉄との対比で示されており、我が国の実情が推定でき、興味深い。可鍛鋳物の歴史は古く、1630
年頃の英国の David Ramsey が最初とされている 8）。
白心可鍛鋳鉄は 1772 年にフランスで、黒心可鍛鋳鉄
は 1826 年にアメリカで発見された 11）。しかし、先に示した表 5.2 は片状黒鉛鋳鉄製の大砲の製造を目的としたもので、当然ながら可鍛鋳鉄の記述はない。
1903 年、東京大学の機械科を卒業した鮎川義介は
明治 43 年（1910）に図 2.6 に示した戸畑鑄物（日立金属の前身）を創立し、我が国で初めて黒心可鍛鋳鉄の製造を開始した。この工場は初めから本格的なものである。この辺の事情は松尾の書 12）に詳しく記述されている。戸畑鑄物の木型工場が移設され、現在の鋳物記念館になっている。ここには大正初期の可鍛鋳鉄製の継手（図 5.5）も展示されている。
業績好調を続けた戸畑鑄物は大正 10 年（1921）にチルドロールの生産に、大正 14 年（1925）には（株）
図 5.4

1958 年、ミーハナイト社 Anspach 氏の来日
（新潟鉄工所）

安来製鋼所を合併し、鋳鋼・特殊鋼の分野に進出した 11）。表 5.10 に当時の黒心可鍛鋳鉄の化学組成を示す。現在とそん色のない化学組成であるが、残念ながらこの書には強度に関する記述はない。

ミーハナイト社の技術者、J. M. Anspach 氏が来日し可鍛鋳鉄鋳物の JES 規格は表 5.11、表 5.12 のようた時の、新潟鉄工の新潟工場での写真を図 5.4 に示すに規格化されており、現在の JIS 規格に類似してい

Anspach 氏の左側に座っているのが斎藤彌平氏である。現在の JIS 規格は、これらの規格に FCMB35 をる。

加えただけで、殆どこれと同じで、表 5.13 のようにこの技術導入は接種や鋳鉄の高温溶解、鋼屑の大量配合などの技術をもたらし、その後の我が国鋳鉄業界の技術発展に大きな足跡を残した。このミーハナイト
を中心とする技術集団は今日でも稼働している。

制定された。これらの数値は昭和 27 年に JIS G 5701
として制定されている 13）。
現在では、これらの規格に高強度可鍛鋳鉄である
パーライト可鍛鋳鉄品（JIS G 5704）を加えて、黒心可鍛鋳鉄品 JIS G 5702、白心可鍛鋳鉄品 JIS G 5703

5.1.2

可鍛鋳鉄

へと規格が展開している。

先に表 5.1 で明治時代の可鍛鑄鐡の強さを 32.2kgf/
mm2、伸びを 3% と記述した。この表では当時の欧米

鉄鋳物の技術系統化調査

41

表 5.1042

鉄鋳物の技術系統化調査

戸畑鑄物の黒心可鍛鋳鉄の化学組成 11）

表 5.11

黒心可鍛鑄鐡品標準規格 JES 金属 570113）

表 5.12

白心可鍛鑄鐡品標準規格 JES 金属 570213）

Vol.6 2013.March表 5.135.1.3

13）
可鍛鋳鉄品（JIS G 5701）

球状黒鉛鋳鉄Mg 添加法が先行し、我が国では日本ダクタイル鋳鉄

球状黒鉛鋳鉄の定義から記述する。ここでは黒鉛の協会を設立し、これが窓口となってアメリカ・インコ

丸さ（黒鉛球状化率）から始める。先に図 5.1 に示し社の技術が昭和 27 年（1952）に導入された 14）。これたように、鋳鉄の黒鉛には多くの形がある。図 5.1 でが我が国における球状黒鉛鋳鉄の工業的な生産の開始

全黒鉛粒数に対するⅤとⅥの黒鉛粒数の割合を黒鉛球である。その後、この協会は現在まで存続し、我が国状化率と定めている。球状黒鉛鋳鉄では黒鉛は丸くなの球状黒鉛鋳鉄の技術的進歩の一翼を担っている。こければならない。それでは黒鉛の丸さはどのように量

れは、球状黒鉛鋳鉄の発明から僅か数年の遅れでアメるのであろうか。それが前記の黒鉛球状化率である。

リカからの技術導入に至っている。当時の研究者・開黒鉛球状化率と鋳鉄の機械的性質の関連を図 5.6 に発者がアメリカからの新しい情報の獲得に熱心であっ示す。この図からわかるように、機械的性質は黒鉛形

たことがうかがえる状（黒鉛球状化率）に大きく依存する。そこで、現在

それが、昭和 28 年（1953）に発刊された「金属材では黒鉛球状化率 80％以上の鋳鉄を球状黒鉛鋳鉄と料及加工法鑄鐡篇」15） には球状黒鉛鋳鉄の詳細が記

定義している。

載されている。この内容は現在の視点からもみても極
めて充実しており、技術導入の直後にこのような短期間で、これだけの内容をまとめたことは脅威に値する。この書では球状黒鉛鋳鉄の機械的性質は表 5.14のように示されている。しかし、ここでは JIS 規格は示されておらず、規格としてはアメリカ規格が記載されている。当時は我が国に技術導入されたばかりで、JIS が制定されていなかったことを示している。また
先に記述したように、「鋳鉄の材質」16）にも同じように、球状黒鉛鋳鉄に関する記述はない。
球状黒鉛鋳鉄の導入に関しては、当時、我が国は国を挙げて研究組織を作り、開発を強力に押し進めた。

図 5.6

鋳鉄の機械的性質と黒鉛球状化率の関係

その第一報が飯高による研究報告書 17）である。この報告書は昭和 27 年（1952）に発刊されており、国として研究開発に取組んだことがわかる。これは、球状

先に、球状黒鉛鋳鉄の発明は 1947 年にイギリスで、
3）

黒鉛鋳物は当時の最先端技術であった証拠と筆者はであり、我が国に技術導入考えている。その後、我が国では、我が国独自技術とされたのは 1950 年代であったと記述した。球状黒鉛

して草川らにより Ca 処理による黒鉛の球状化法が発鋳鉄の発明は 1947 年にはイギリスで Ce 添加法が、明されている 18）。この様に、球状黒鉛鋳鉄は欧米で1948 年にはアメリカで Mg 添加法が 3） が別々に行わの発明の直後に、我が国に技術導入されており、そのれた。我が国にこの技術が導入されたのは 1950 年代

早さは可鍛鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄に比べて著しい。したである、とも先に記述した。工業的にはアメリカのがって、新しい発見の余地が残されており、この様な1948 年にはアメリカで鉄鋳物の技術系統化調査

43

表 5.14球状黒鉛鋳鉄と各種鋳鉄、鉄鋼材との特性の比較 15）

発明に繋がった、と考える。

る発展が期待されている。逆に表現すると、球状黒鉛

我が国での高強度鋳鉄に関して取りまとめた最初の9）

本、「強靭鋳鉄」 は日本強靭鋳鉄協会の出版である。

状黒鉛鋳鉄は鋼の強さと、片状黒鉛鋳鉄の鋳造性を兼ここには表 5.15 のように球状黒鉛鋳鉄に関する仮規ね備えた鋳造材であり、この材料なしでは鋳鉄鋳物を格が示されており、これは日本工業規格（JIS）の基語ることができないであろう。

礎をなすものと信ぜられる、と記述されている。この

現在では、球状黒鉛鋳鉄に関する JIS 規格は数多くような表現からも、この本のレベルの高さと技術者の規定されている。しかし基本的には、表 5.15 の規格

気概が感じられ、興味深い。さらにまた、この様に当が殆どがそのままの形で継承されており、この表の表

時は鋳造業界団体である、日本強靭鋳鉄協会や日本鋳記法に従えば DCI-80、すなわち FCD 800-2 が追加さ物工業会が力を有しており、これら重要な書物がこれれたに過ぎない 9）。

ら協会により出版されたことは記憶に留めるべきであ

これまでに記述してきたように、鋳鉄の分類（規格）は、表 5.16 のように黒鉛形状に基づいて制定されてろう。
我が国や先進国では、現在は球状黒鉛鋳鉄の生産量

きた 1）。しかし、近年はこれに基地組織による分類も

は鋳鉄鋳物の 50% 近くに達しており、今後はさらなJIS に採用され、表 5.17 のような関係にある。過去の表 5.15表 5.1644

鋳鉄の無い鋳鉄鋳物は考えられない、と言えよう。球ダクタイル鋳鉄品（球状黒鉛鋳鉄）の仮規格 9）黒鉛形態による分類と JIS 規格 1）

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

表 5.17鋳鉄の基地組織による分類と JIS 規格 1）

鋳物の研究者が余りに黒鉛形態に囚われすぎた、と筆

さ 40〜60kgf/mm2 と紹介されている。左端にはエッ者は感じている。球状黒鉛鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄の JIS

フェル塔の台座の化学組成なども紹介しており、興味に関しては、或いは世界の規格との対比に関しては別深い。因みに、エッフェル塔は溶鋼ではなく、錬鉄にの資料 19）を参照されたい。

よる最後の大型構造物とされている 21）。
石川 6） は当時の鑄鋼品の組成と引張強さに関する

5.2 鋳鋼日本標準規格 6 號を表 5.20 のように示している。こ
こでは燐と硫黄の含有量は炉の耐火物の種類（酸性爐

鋳鋼が何時ごろから製造されたかは先に記述した。
谷山

20）か鹽性爐）によりその含有量は表のように異なっておは大正末期から昭和にかけての鋳鋼と鋼の生り、興味深い。しかし、ここでは第四種では引張強さ

産量の推移に関しては先に表 4.5 のように示した。こは示されておらず、強さは第一種、第二種及び第三種の表では鋳鋼と鋼の生産量が分けて記述されたのは昭に限り之を行うものとす、と記述されている。この和 5 年（1930）であった。それも多くは電気炉であ点に関しては谷山 20）もほぼ同様な表を示しているが、り、次いで平炉で、転炉や坩堝炉での生産は極めて少化学組成で硫黄含有量を 0.05% 以下と規定している。
その後の石川の著書 22）では鑄鋼品規格改正案を表なかったことがわかる。
しかしここでは、鋳鋼の生産統計に関して再び谷

5.21 のように紹介しているが、これらの値は新しい

20）。

JIS 規格（表 5.22）22）には採用されていない。すなわ

ここでは％表示になっているが、鋼全体を合計する

ち、表 5.20 では 4 種類に分けて提案されたが、表 5.21とほぼ 100％であるが、100％にならないものも多い。

では 3 種類に留まっている。現在の炭素鋼鋳鋼の JIS

これに鋳鋼を加えると全てが 100% を越えてしまう。

規格では SC 360, SC 410, SC 450, SC 480 の 4 種類がまた、この結果は先の表 4.5 とも一致せず、鋳鋼の生規格化されている。

山のデータを用いて鋳鋼の生産量を表 5.18 に示す

産量を鋼に対する割合は数％、と考えるのが妥当のよ

我が国では鋳鋼の専門書は極めて少ない 20、23、24）。
これらの中で三ヶ島の著書 23）は現在でも参考になる、うである。
齋藤の著書 4） では鋳鋼の造り方は詳細に記述され名著といえよう。昭和 26 年（1951）以降に我が国でているが、その機械的性質に関する記述は少ない。そは鋳鋼に関する著書は出版されていない。嘆くべき事の中で、鋳鋼製品などの機械的性質を表 5.19 のよう態である。しかし幸いなことには、近年、日本鋳造工に紹介している。ここで右端の欄は鋳鋼品で 0.5〜

学会より鋳鋼の連載講座シリーズ 25）が発行されてい1.3%C 炭素鋼鋳鋼で引張強さ 45〜70kgf/mm2 で、伸る。詳細はこれを参照されたい。

びは 4〜6％、とされている。中央部はマルチン炉に

鋼は鋳鉄に比べて、その種類が非常に多い。特に合よる鋼で 0.1〜0.6%C 炭素鋼鋳鋼（中央部）で引張強金鋼の種類が多い。鋳鋼の場合も同様で、近年の鋳鋼表 5.18

本邦鋼生産高（商工省鑛山局） ％ 20）

鉄鋳物の技術系統化調査45

表 5.19
比較材

マルチン炉による鋼

表 5.20

表 5.2146

明治時代の鋳鋼の化学組成と機械的性質 4）
鋳鋼品の特性鑄鋼品（鋳鋼）の日本標準規格 JES 6 號 6）

鑄鋼品規格改正案（昭和 17 年 鋼鑄物研究会報告）22）はこれらの合金鋳鋼が数多く JIS 規格化されている。

とどめた。これらより、同じ炭素鋼鋳鋼品でも鋼と同しかし、これらを全て取り上げると紙面が大幅に不足様に溶接が可能か否かで規格が分かれていることがわするので、ここでは炭素鋼鋳鋼の JIS 規格（表 5.23）

かる。通常、鋳鉄は溶接には適さないので、このようと、溶接構造用鋳鋼品の JIS 規格（表 5.24）の紹介に

な区別はなされていない。

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March表 5.22

表 5.23

表 5.24

鋳鋼品の規格炭素鋼鋳鋼品の規格（JIS G 5101-1991）

溶接構造用鋳鋼品（炭素鋼鋳鋼）の規格（JIS G 5102-1991）

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和 23 年（1948）p154, 155, 183-185

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経済評論社（1987）p234, 235
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鉄鋳物の技術系統化調査

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昭和 27

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鉄鋳物の技術系統化調査

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48

p4

p441

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和 26 年（1951）p3-5

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状黒鉛鑄鐡研究班篇

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本鉄鋼連盟（1995, 2）p14

15）齋藤大吉、澤村 宏、森田志郎：「金属材料及加工

コロナ社

19）中江秀雄 監修：「新版 鋳鉄の材質」日本鋳造工学会（2012）p218-22

13）齋藤大吉、澤村 宏、森田志郎：「金属材料及加工

16）加山延太郎

9562

Vol.6 2013.March昭 34-

造工学 67（1995, 5）〜68（1996, 4）

6 鋳型と模型、鋳物の設計技術の変遷
6.1 鋳物砂の種類と造型法

有量は 75〜85％を可とするが、鋳物の種類（鑄鐡や鋼）によっては焼き付き防止のため塗型を施す、と記述されている。これに対して乾砂は、鑄鋼或は大型の鋳物を造るには溶融金属と、それを入れる（鋳込み鑄鐡鑄物に用いる、とある。眞土に関しては、乾砂よという）容器、すなわち鋳型が必要である。この鋳型

りは耐火度に劣るが生型よりは固く、且つ変形抵抗がには古くから砂型が用いられてきた。近年では、ダイ大きいので、乾砂では造型できないもの、例えば引きカストに代表されるアルミニウム鋳物を中心に金型鋳型などに用いられる、と記されている。ここで、塗料

造が大きく普及してきた。しかしここでは、鋳鉄と鋳の混練機としては図 6.1 のボールミルを用いる、とあ

鋼はその殆んどが砂型で製造されており、金型は除外

る。ボールミルの詳細が断面図を含めて記載されておし、主に砂型を中心に話をすすめる。

り、当時はこの装置が余り知られていなかったことを江戸末期から明治時代にかけて、砂型の造型作業に示す事例であろう。生型の混練には図 6.2 の混砂機な

ついては日本古来の手法も継承されたが、従来の技術どを用いる、とある。この形式は現在でもほぼ同様ででは工業製品を製造するには不十分であった。そこある。当時は、これらの装置を表す技術用語（日本語）1）

で洋式の造型技術が導入された 。1 つはフランス流がなく、やむを得ずこのような当て字を用い、読み方

で、真土型によるものであった。この技術は横須賀工

は英語にしたがったことがわかり、興味深い。

廠に植え付けられ、関東一円に広まった。いま一つは石川 3） による鋳物砂の分類では、砂子（砂粒子）

長崎造船所に伝わったイギリス流で、これが佐世保、呉と舞鶴の海軍工廠から関西地方に広がった。これは、粘土分の少ない釜砂を突き固めて造型し、乾燥させて乾燥型とするものである。ここで、釜砂とは川砂に粘土を 10% 程度混ぜた砂で、粘り気が少ないから突き固める必要があった、と記述されている 1）。
大正時代には砂、粘土、各種の添加物と水分を混練機でよく混練し、造型に適する状態にして供給するようになった。いわゆる、人工砂である。このような鋳物砂の人工的な調整は、次第に重要視されるようになった。一方、天然鋳物砂（すなわち山砂のこと、表

図 6.1

塗料の球磨（Ball Mill、混 Mill、混砂機）2）

図 6.2

砂の混練機：緣磨（Edge Mill、混砂機）2）6.1 参照）だけを用いる生型造型も薄肉、小型鋳物に対して使われていた。生型とは、先の乾燥型との対比で用いられる用語で、主に粘土と砂で造型し、乾燥することなく、造型した状態で用いられる砂型を言う。
それでは何故に、かくも古めかしい生型が現在でも鋳鉄鋳物の製造の主流にとどまっているのであろうか。何んとも古めかしい砂型が、である。その原因は何であろうか。この点は鋳鉄鋳物の本質に迫ることになろう。そこで昔の砂型から話を始める。
齋藤の著書 2）では、明治時代の砂型は、生砂（Green
sand、生型）、乾砂（Dry sand、乾燥型）、眞土（Loam、真土型）に分類されており、これに鋳型に塗型すると書かれている。塗型とは砂型などに特殊な耐火物製の塗料（Black）を塗布することを指す。江戸時代まで
は乾燥型や真土型が主流であり、遅れて生型が導入された。齋藤によると、生砂では用いる硅砂の珪酸分含鉄鋳物の技術系統化調査

49

と山砂に区別し、砂子は川砂類と硅砂類に分けてい語を直訳して、砂子の形状を想像し得る語字を充てたる。更に、川砂類は川砂、濱砂と海砂に、硅砂類は人ために、このような漢字で記述することになったとあ

造硅砂（銀砂）と天然硅砂（銀砂）に分けている。人り、その苦心がしのばれる。

造硅砂とは高硅酸質（約 95％以上の無水硅酸）の岩
石、或いは石英を砕いて砂粒としたものである。
天然硅砂とは、天然に産出する純度の高い石英の砂粒で、岐阜県土岐郡、愛知県東春日井郡、朝鮮黄海道に産するものが有名である、としている。
そして、山砂は俗に鑄物砂、或いは鑄物土とも称するもので、鑄物砂に最も近い状態に於いて天然に産出し、良質のものはそのまま鑄物砂として使用でき、良質でなくとも少し配合物を加えれば鑄物砂として使用できるものをいう、とある。そして、山砂の種類を表
6.1 のように、産地名で示している。これより、山砂は種類により、含まれる粘土分などが大きく異なることがわかる。

図 6.3

さらに石川 3）は、砂粒の形状に関しても図 6.3 を用

砂粒子の形状 3）

いて記述している。ここで、アメリカでは 3 種類に砂粒子の形状分類がなされているが、我が国の地質学者

生砂型に関しても石川 3）は表 6.2 のように記述してや砂の研究者武智馨氏は 5 種類に分類している。石川

おり、古砂（主に山砂）の配合率を 50％以上としては 5 種類が妥当と考え、この分類を用いたとある。こいる。ここで、山砂の配合率が 95％と高い場合にはの時代にはこれらの技術用語は確立されておらず、米古砂の配合は不要としている。当時は既に、古砂の重表 6.1

山砂の種類とその特性 3）

表 6.2

50

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

生砂型の配合例 3）

表 6.3

乾燥用鋳物砂及び塗型配合実例 4）

要性を理解していたことになり、興味深い。筆者は、

鹿取 5）による砂型の分類を表 6.4 に示す。鹿取の書生型が現在でも造型の主流を占める原因は生産性の高は美術鋳物の専門書である。そこで、この表には昔のさと、砂の循環使用が可能な点にあると考える。

鋳型造型法である眞土や乾砂（乾燥型）が併せて記載

4）は表 6.3 を示し、通気性、されており、現在の鋳型との対比が容易にできるの成形性、強度等を考慮し、この配合割合は実地経験にで、あえてここに掲載した。この書は少し古いが、現より決定すべきである、と記述している。そして、こ在を代表する砂型（有機物や無機物を粘結材とする新の砂は肌砂として使用するとある。その厚さは小物でし鋳型）も大半は記載されており、引用に値すると考

25mm、中物で 30mm、そして大物では 35〜50mm ま

えた次第である。そして、これらの昔からの鋳型をもでである、と記載している。また、ここでは塗型の実知るには最適の本といえる。ここには山砂は記載され例（材料の配合割合）も示している。

ていないが、山砂は一種の生型法とみなせばよい。

乾燥型に関しても石川

表 6.4

砂型の分類 5）

鉄鋳物の技術系統化調査

51

考に、我が国独自の鋳型造型プロセスの展開と、その6.2 鋳型造型法の特許概念を次章で記述する。

鋳型の特許に関しては特許庁の詳細な調査が行われており、その一部を表 6.5 に示す 6）。この表から、我が国における鋳型の大きな流れを読み取ることができ

先にも記述したように、鋳鉄や鋳鋼の材質に関するる。すなわち、明治以前の鋳型は殆どが無機粘結材で我が国独自の技術は少ない。あえて言えば、外国で開あったが、1930 年代には油砂型が、1940 年代以降は発・完成された技術を習得し、量産と品質向上のため有機物が加わり、多種多様なものが出来上がったことの改良型技術開発が中心であった、と言うべきであろがわかる。その口火を切ったのがシェルモールド法でう。すなわち、我が国独自の鋳造技術の歴史は長いある。この詳細は後述する。この表 6.5 と表 6.4 を参が、幕末から戦後までは西欧技術の導入に依存した、

表 6.5
年代
1930

熱硬化鋳型

特許による鋳型造型法の技術開発の経緯 6）

常温硬化型鋳型

ガス硬化鋳型

精密構造鋳型

その他鋳型（1898：ガス鋳型の原形出現（英））（水ガラス＋CO2）

油砂型：量産中子

1940

フランノベーク型（米）52 CO2鋳形実用化（イギリス） 52
54 水ガラス、CO2法、日本に 54
導入
57 Nプロセス（水ガラス+シ
リコン）
日立が開発
58 酸硬化/フランノーベーク
法開発
酸硬化/フェノールノーベー
ク法開発
フランノーベーク型、日本に導入

ガス鋳型実用化（外）ガス鋳型を日本に導入

50

ショウプロセ 58 シュロイヤース（英）鋳型57 ショウプロセ （消失模型鋳造法）
スをリケンが導入Hプロセス（英）（スタックモールド）

1950

53 油砂型改良（エアセット法=コールド
セット法）
51 シ ェ ル モ ー ル ド 法（独）（砂にフェノール樹脂を
コーティング）

1960

60

フランホットボック リノキュア法、アッシュランド （ガス鋳型の全盛期）
60 ユニキャスト 60 フルモールドス
開発
中頃：有機粘結剤使用のガス硬 （米）法62 フェーノールホット オイル/ウレタンノーベーク法 化法
グリーンウッド開 （ウィットモーザ）
ボックス法
ダイカル法（水ガラス＋2（CaO・ 64 フラン樹脂ガス硬化法
発（温態砂、粘結剤：
SiO2）リノキュア法、保土ヶ谷 （アッシュランド）フェノール樹脂） 化学が導入
68 アッシュランドプロセス（＝アミンコールドボックス法）
ポールサンドプロセス
コールドボックス法を保土ヶ谷
化学が技術導入1970

シェルモールド法、 71 PEPSET（フェノールウレ 74 米国デルタ社 デルタコー
ルドボックス法 開発
特許期限満了タン自硬性）、保土ヶ谷化学77 ハ ー ド ッ ク ス 法（ フ ラ ン
が販売
78 ウォームボックス法
SO 2・ コ ー ル ド ボ ッ ク ス 法 ）（鋳型150〜170℃）
73 保土ヶ谷化学がアッシュラ
ンドから水ガラス+有機酸エ （仏）花王クウェイカー社が技ステル法導入術導入
74 Ｔ社（名古屋）フランク
ローズドシステム導入（アルミナ燐酸塩/ノーベーク）
74 久保田：フラン樹脂自硬性
鋳型開発
78 ポリオールウレタン/ノー
ベーク法発表198080

エステル硬化型フェノール 82 ベータセット法（英）ポーデン社発表
樹脂プロセス（アルファセッ（粘結剤：アルカリ・レゾール樹ト）
83 新東工業、吸圧造型法を開 脂、硬化ガス：ギ酸メチル）
83 FRCコ ー ル ド ボ ッ ク ス 法
発84 フェノール/エステル/ノー （アッシュランド）（エボキシ/
SO2）
ベーク法発表85 VRH法（JACT開発）
87 群栄ポーデン社が同法販売（実施例急増）89 エ コ ロ テ ッ ク（=有 機 粘 結剤、CO2）（英）フォセコ社

迅速模型造型法（RP法）構想現る

1990

91〜93 減圧造型法開発
92 SVプロセス（造型装置）

RP法商品化71？

52

6.3 日本発の造型法と鋳物砂

鉄鋳物の技術系統化調査

ボールサンドプロセス

Vol.6 2013.March

71

Vプロセス

と言っても過言ではない。別な見方をすれば、我が国プロセスで 15、16）、この詳細は土方の報告に詳しい 9）。

は改良か量産の点では勝れているが、基本的な技術はこのプロセスは、真空パックした紛体食品が硬化して欧米で既に開発されており、独自開発の余地は少ないる現象を鋳型の製造に利用したものである。通気性

かった、と言うべきであろう。しかし、有機物粘結材のある模型を用い、この上に樹脂のフィルムを真空をが開発されたころから、我が国独自の数多くの鋳型の利用して張る。その上に乾燥した砂を充填し、これを製造法が確立されるようになった。これには、真空を樹脂のフィルムで囲み、鋳型内を真空にすることで硬利用した鋳型造型法や人工砂の開発がなされた。

化させる。したがって、高価な粘結材は全く不要で、これらの新技術の中で表 6.4 や表 6.5 では、N プロ
7）

セス 、小松 KY 法（KY プロセス、が一般的な呼び8）名） 、V プロセス

9）や凍結鋳型法10）などが紹介されている。これらの手法は昭和 30 年代以降になって真空を破ることだけで鋳型は崩壊する。真空（正確には減圧であるが）を用いることで vacuum の V を取って、V プロセスと名付けられた。このプロセスは1977 年に大河内記念技術賞を受賞している 9）。

開発された、我が国独自の鋳型造型法である。これに氷を粘結材にする手法、すなわち生砂型を凍結させ加えて最近では、良質の天然砂資源が枯渇し、排砂にて硬化させる、いわゆる凍結鋳型の考え方は古くから対する規制が強化されたことなどが背景にあって、球あったが、試案の状態に止まり実用化には至らなかっ11）。これらの分野た。これは水分を凍らせて粘結材とし、鋳型の強度をでは世界に対する日本の役割は大きい。そこで、以下出すことで、水以外の粘結材が不要であるという特徴にこれらの事項について関連特許を中心として、主要を備えている。これまでの造型プロセスで用いられてな解説を交えて記述する。特に、V プロセスや人工砂

きた有機物や無機物の粘結材を全く必要とせず、環境は世界で広く認知され、普及しつつあり、今後の展開に優しいプロセスである。このプロセスの工業化を可が楽しみな技術である。

能にしたのが、低温空気を鋳型内に流通させて凍結さ

形の人工砂が我が国で開発された

先に表 6.4 に示したように、砂型の造り方には数多くの方法がある。これには古来からの生型、乾燥型やせる菅野らの発明 17、18）である。この手法により凍結
鋳型法は実用化の段階になってきた。

真土型に加えて、有機物が粘結材として使用されるよ以上は砂型の製造（造型）法に関する特許であるが、うになり、実に多くの手法が開発された。これらを粘最近、人工的に造られた球形の砂、人工砂の特許が成結材で分類すると、古来からの鋳型は主として無機物立し、実用化が進行している 11、19）。砂を人工的に造（粘土、セメントや水ガラスなど）を粘結材とする手ることが考案されたが、先ずはその必然性から記述す法である。これに対して、昭和に入ってからはシェルる。人工砂とは、天然の砂の欠点である砂粒の不規則型に代表される有機物粘結材の時代に入った、といっな形を球状にしたもので、人工的に球状の鋳物砂としても過言ではない。先ずは我が国で開発された鋳型かて製造されたものである 19）。この発明は、アルミナら記述する。

とシリカの微細粒子、あるいは粘土またはカオリンとN プロセスは、日立製作所の西山が発明した造型
12、13）

水酸化アルミニウムなどの微細粒子で泥漿を作り、こで、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）とれをスプレードライヤーにより造粒・乾燥し、それをケイ素（正確にはフェロシリコンの粉末）を反応させ焼成するというものである。形が球状で耐火度に優れて、鋳型を硬化させる、一種の自硬性鋳型である。こた砂の製造が可能になった。砂粒を球状にすることの発明は西山らによってなされ、西山の頭文字を用い

で、鋳型粘結材の添加量が少なくて済み、鋳造によりて N プロセスと名付けられた。20 年ほど前までは多砂粒の破砕が生じ難く、微粉を発生し難い、などの点7）で優れている。これらの性質から産業廃棄物の発生がプロセス用されたプロセスである。その詳細は西山らの報告に詳しい。

少ないなどの特徴を有しており、近年、急速にその用14）で、途を拡大している。砂粒の形状を比較するため、3 種

熱硬化性鋳型の製造に関する特許である。このプロセ類の天然の鋳物砂と人工砂の形状を図 6.4 に示す。こスはシェルモールド法の改良特許で、加熱された金型

こでは、人工砂は球に近く、珪砂− 2 が次ぐことがわに熱によってゲル化する紛体塗型剤をスプレイし、硬かる。珪砂− 3 は最悪の形状である。人工砂は、先に化させ、その上にシェル砂を充てんすることにより、

図 6.3 で石川が提案した結果 3）を、発明に結びつけた鋳肌の平滑度を上げる手法である 14）。

点で、高く評価されている。

KY プロセスは小松製作所の後藤による発明

V プロセスは昭和 46 年（1971）に長野工業試験所

従来は、鋳物砂は山砂から川砂、海砂へと採取場所と（株）アキタで開発された全く新しい概念の造型が移るにつれて、角が取れて丸い形状になった物を選

鉄鋳物の技術系統化調査53

硅砂 -1

硅砂 -2
硅砂 -3
図 6.4 各種鋳物砂の拡大写真

人工砂（ムライト）んで用いた。鋳物砂よりも珪酸分の純度の低い砂はコり、特許は山本により出願 23） された。応用特許であンクリートの材料として、純度が高いものはガラスのるが、その効果は絶大である。この一例としてクラン原料として用いられる。さらに、形状がよく、高純度

クシャフト製造の押し湯方案を図 6.5 に示す。背面金の珪砂を求めて鋳物砂に使われてきた。純度が高いほ型法（左）では押し湯無しでクランクシャフトが鋳造

ど耐熱性が高く、特に鋳鋼などでは焼付き欠陥（鋳物できていることがわかる。

に砂が焼付き、その除去に多くの手間を要す）の発生防止に効果的であった。しかし、人工砂の多くは硅砂ではなく、より耐熱性の高い耐火物を中心に行われてきた。その結果、産業廃棄物量の低減、作業環境の大幅な改善、そして焼付き欠陥の防止などの効果をもたらした。
次に欧米から導入した鋳型技術に関して記述する。
シェルモールド鋳型に関して、加山は 1950 年頃に我が国に技術導入され、鋳物業界に新風を吹き込んだ有機物を粘結材とする第一号の鋳型、と評価している 20）。この鋳型は第二次大戦の折にドイツで開発され、精密な鋳物を安価に製造する目的に開発されたことは著名である。その詳細は鹿島らの著書 21）を参考にされたい。この総論 21） には、第二次大戦後のドイツにおけるアメリカの介入が詳細に記述されている。

図 6.5

背面金型法（左）と従来法（右）による鋳造クランクシャフト 22）

これによると、アメリカを中心とする連合国技術調査団がマイクロフィルムからシェル型の情報を入手した

我が国での最も古い有機粘結材は油であろう。すな

経緯が詳細に記されており、一読に値する。また、こわち、油砂型である 24）。昭和 13 年（1938）の石川らの本では、シェル型は当時、大量の手榴弾の製造に使の論文 25） では、油砂型は広く用いられているが、そわれていたことがわかる。しかも、現在でも多用されの詳細は明らかではない、と記述されている。また、ている、息の長い、優秀な有機粘結鋳型と言える。こ大西の論文 26）では魚油による油砂型の中子への適用の技術導入は、昭和 31 年（1956）に日本シェルモーを検討している。当時普及し始めた生型の機械込め鋳ルド協会の設立に始まった。この協会の名称は変更さ型に油中子を使用すると、生型の水分が中子へ吸収されたが、特許が切れた現在でも細々と存続している。

れ、これが問題になった。この解決のための研究と記

シェルモールド鋳型に関する興味深い特許がある。

されている。しかし、これらの論文には参考文献は付

これは予め鋳物の形状より少し大きい金型を準備し、記されておらず、明治の著書 2） には油砂の記述はな

模型と金型との隙間にシュル砂を吹き込んで鋳型を作い。しかし、先に表 6.5 で示した技術開発の特許の経る技術で、これは背面金型シェルモールド法、あるい緯によると、油砂型は 1930 年代から用いられていたはバック・メタル法、ダイス付きシェルモールド法

ことがわかる。いずれにしても、幅広く用いられていなどと呼ばれている 22）。背面に金型を用いることでた油砂型は戦後の新しい有機粘結材の導入により、そ

シェル砂の使用量が著しく削減され、かつ背面の金型の異臭の強さが敬遠されて消滅し、現在では殆ど使わで補強されているので、見かけ上、鋳型の強度が増し、れていない。

引けが著しく減少する。これには田中の解説

54

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

22）

があ

無機物粘結材はこれらが熱で焼き固められ、鋳物を造った後で鋳型の崩壊性が悪いという欠点を有してい

6.4.1

フルモールド法 27、28）る。これに対して有機物粘結材は鋳造後、しばらくのこれに対して、近年は発泡スチロールを模型とし、間は有機物が炭化することで強度を維持するが、時間

これを鋳型内に残したまま、ここに鋳込むフルモーの経過とともに有機物が燃焼し、鋳型強度が著しく低ルド法（full mold process）27、28） がある。この方法下する。これにより鋳型の崩壊性が向上する。鋳物のはもともとアメリカで開発され、ドイツで改良され鋳込みから凝固終了までは適当な強度を有し、凝固後たが、現在では我が国で大きく花開いている。発泡スには極めて弱くなるという、鋳型粘結材としての理想

チロールはその 95％以上が空気であり、鋳型から取的な性質を有している。しかし、無機粘結材と比較す

り出すことなく、鋳型内に残したままの状態で鋳込む

ると匂いがきついとか、鋳造時に大量のガス発生を伴ことができる。すると、発泡スチロールは溶融金属にう、などの欠点もある。

よって気化・燃焼され、一種の空間となるためであ

これらの造型法は、粘結材を含む砂を突き固めて造る。この方法は大型鋳物を中心に、発泡スチロールを型・固化させる手法である。これに対して、一定の時切削加工して形をつくるフルモールド法と、金型内で間を経過すると自然と硬化する自硬性鋳型、熱を加え発泡スチロールを発泡させ、形を付与し、これを模型ることで硬化する熱硬化鋳型や炭酸ガスなどのガスをとするロストフォーム法（或いは、消失模型法）とに吹き込むことで硬化するガス硬化鋳型、などもある。

区別して呼ぶのが一般的である。

さらに、真空を用いる V プロセスや凍結を用いる凍フルモールドの分野では我が国に世界的なメーカ、結鋳型も開発され、鋳型の分類法が難しくなってきた。

木村鋳造所がある 28）。木村鋳造所は、当初は手作り

6.4

鋳物の模型と設計技術（CAE と鋳造方案）であった発泡スチロール模型の製作を CAD・CAMを活用した切削加工法とした。これを武器に、大型鋳物の製造を得意とし、2006 年に日経ものづくり大賞

砂型を造るのに用いる模型には一般に木型や金型がを、2007 年に大河内記念生産賞を受賞している。フ用いられるが、これらはいずれにしても砂型から抜き

ルモールド法の特許は、表 6.5 で示したように、基本

出さなければならない。これらの造型法は、鋳型を硬特許は海外である。しかし、鋳物の良質の肌が得難い化させた後に模型（木型、金型や蝋型）を鋳型から抜

フルモールド法の欠点を木村はノウハウと特許 29）でき出して模型と反対形状の空間を造り、ここに溶融カバーしてきた。また、フルモールド法の普及にはした金属を流し込んで鋳物を造る、いわば空間鋳型

CAD 技術が大きな役割を果たしており、ここでもコ（cavity mold）法である。一般的に、この場合には砂ンピューターの発達が役立ったことが理解 28）できる。

型から模型を除去するために、模型に勾配（これを抜け勾配という）をつけなければならない。あるいは、

6.4.2

鋳造シミュレーション（鋳造 CAE）30-32）

模型を複数に分割することで、分割された模型を個々

凝固計算を用いて鋳物のひけ巣発生を予測する試みに取り出す、分割模型法もある。いずれにしても、複は新山によって世界で初めて行われ 31、32）、現在では雑な手法を用いない限り、模型の抜け勾配は不可避で実用の段階に達した 33）。表 6.6 に示すように、世界中ある。抜け勾配の設計は機械部品の設計図から鋳物図で多くのソフトが開発・使用されている。これを鋳造に直すのに不可欠、とされてきた。

シミュレーションと呼ぶ。新山はこの辺の事情を『温表 6.6

市販されている各種鋳造 CAE ソフトの例 33）

鉄鋳物の技術系統化調査

55

図 6.6

鋳造 CAE の動向 33）

故知新』と『研究の賞味期限』30） に詳しく記述しており、最近の鋳物技術者にはぜひとも目を通して欲しい情報である。特に後者では、当時（1980 年頃）では計算に 140 分かかったものが、2007 年には 0.2 秒でできるようになった、と記述している。パソコンの発達がこの技術の実用化を強力に後押しをしたことは想像に難くない。

5） 鹿取一男：「美術鋳物の手法」アグネ（1983, 6）
p36） http://www.jpo.go.jp/shiryou/s̲sonota/map/kagaku08/4/4-1.htm（2012, 10, 2）7） 西山太喜夫、園 清見：「N プロセスに関する逸話」
JACT NEWS（1990, 8, 20）p11338-11341

こ のシミュレーション技術は新 山 の 開 発 で あ ると 記 述 し た が、 ひ け 巣 発 生 の 判 定 に 新 山 の 尺 度（NIIYAMA criterion）と呼ばれる G/ √ R31） が世界中のシミュレーションソフトに使用されていることか
らも、この発明の重要度を窺うことができる。ここでG は温度勾配、R は冷却速度である。
33）

p312

8） 大 橋 貞 文 ら：「 小 松 KY 法 の 適 用 例 」JACT
NEWS（1975）p1581-1585
9） 土 方 鎰 夫：「V プ ロ セ ス の 現 状 」JACT NEWS（1977, 6, 20）p2974-2979
10）福田善伸：「凍結鋳型鋳造法の開発」精密工学会
誌 76（2010）p378-381

はこの辺の事情を整理し、1970 年代から

11）成田英紀ら :「低膨張球状人工砂「エコ玉」を2010 年までの鋳造シミュレーション技術の進歩を図用いたフラン鋳型の性能改善と実機適用」鋳造

6.6 のようにまとめている。これより、鋳造シミュ

ジャーナル 3（2007, 1, 20）p1035-1041

大塚

レーション技術は凝固解析に始まり、2 次元から 3 次

12）西山太喜夫ら：特許第 433570（特公昭 39-13352）

元へ、そして高速化に進んできたことがわかる。ま13）西山太喜夫ら：特許第 483747（特公昭 41-6443）

た、当初は凝固時間の推定が目的であったものが、引

14）後藤道秀：特許第 1975021930（出願 1973, 6, 29）

け巣の予測につながった。更には、湯流れ（欠陥予測）

15）本藤昌雄：特許第 0964092（出願 1972, 7, 13）や熱応力（変形）解析もほぼ同様の道を進んでおり、

16）本藤昌雄：特許第 0857365（出願 1972, 12, 11）

最近ではこれらを総合して、鋳造 CAE として実用化

17）菅野利猛ら：特許第 3425527（出願 1994, 5, 29）の域に到達してきたことがわかる。

18）菅野利猛ら：特許第 2937749（出願 1994, 5, 29）19）平田雄候：特許 昭 61-63333（出願 1984, 9, 5）

引用・参考文献

20）加山延太郎：「鋳物のお話」日本規格協会（1985,

1） 加山延太郎：「日本鋳造 50 年史」日本鋳造株式会
社

昭和 45 年（1970, 9）p266-291

2） 斎藤大吉：「金属合金及其加工法

21）鹿島次郎、小林一典：「シェル型鋳造」日刊工業
中巻」丸善

明治 45 年（1912, 5）p2-10
昭 和 11 年（1936）p94-128

昭和 37 年（1962）p1-7（1973）p535-541
23）山本岩男：特許第 253828（出願 1957, 5, 27）4） 石川登喜治：「喜寿記念

石川登喜治博士

集」早稲田大学鋳物研究所

鉄鋳物の技術系統化調査

新聞社

22）田中利明：「背面金型シェルモールド法」鋳物 45

3） 石 川 登 喜 治：
「鑄造法」共立出版

563）p109-114

Vol.6 2013.March

論文

昭和 33 年（1958）

24）石川登喜治：「喜寿記念

石川登喜治博士

文集」早稲田大学鋳物研究所

論

昭和 33（1958）

p245-253
25）石川登喜治、加山延太郎ほか：「油砂の研究」鋳物 10（1928, 7）p407
26）大西信三郎：「油中子に魚油の応用」鋳物 5（1932）
p497-516
27）北澤幸廣：「消失模型鋳造用模型の製法」鋳造工学 74（2002）p464-470
28）菅野利猛：「フルモールド用模型製作技術の変化と製品例」鋳造工学 76（2004）p671-678
29）菅野利猛、福田葉椰：「消失模型鋳造用塗型剤」

特許第 4125854（2000, 6 出願）
30）www.adstefan.com/info/colum.html-（2012, 7, 20）31）E.Niiyama et al:「A Method of Shrinkage
Prediction and Its Application to Steel Casting
Practice」49 th International Foundry Cong.
（1982）
32）新山英輔ら：「鋳鋼の製造におけるヒケス巣予測とその応用」鋳物 54（1982）p507
33）大塚幸男：「鋳造 CAE の実用化動向と今後の課
題」鋳造工学 78（2006）p609-614

鉄鋳物の技術系統化調査

57

7 製品の変遷
7.1 幕末から明治にかけての鋳鉄製大砲

ら記述する。勿論、この時代の大砲は殆どが青銅製であった。当時は、大砲と言えば大半が青銅砲であったが、青銅が高価なこと、金属資源に乏しいことなどの先に 2.2 章で、江戸幕府は 1853 年の黒船の来航で開国に至った、と記述した。実際には大砲の威力差でた 3、4）。

手も足も出ず、開国に至らざるを得なかったのであ

表 7.1 には 1844 年に武州川口村（現在の川口市）

る。先にも記したように、ペリー来日の情報は長崎のの鋳物師が四百匁筒を製造した、とある。幸いにしてオランダ領事館から前もって幕府に提供され、幕府は

筆者はこの大筒（大砲）を調査する機会を得、この大1）

その準備を進めていたことが知られている 。その証

砲がねずみ鋳鉄であることを確認した 3、5）。大砲鋳造

拠として表 7.12）を示す。ここには、1841 年に徳丸ヶの鋳物師は増田安次郎で、彼により大中小の 3 門が原（現在の東京・高島平）での西洋銃陣実演、1850鋳造されたが、大は盗難にあい、現存するのは中小年の佐賀藩での反射炉操業開始などが示されている。

の 2 門である。この中は永瀬家に保存され、小は茂原

これらはいずれもペリーの来日以前である。徳川幕府

市立美術館・郷土資料館に保存・展示されている（図はこのように準備をしたにもかかわらず、国力と大砲

7.1）3）。この写真より、大砲の表面には鋳出し文字での威力の差を見せつけられ、開国せざるを得なかっ天保 15 年（1844）が読み取れ、裏面には増田安次郎

た。準備が間に合わなかったのである。

の銘がある。筆者は永瀬家の中型大砲底部の厚い錆をそこで、先ずは江戸時代の鋳鉄製大砲の製造技術か
表 7.1

58

理由から鋳鉄製大砲の鋳造が国策として押し進められ鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

入手し、組織観察を行ったところ、白鋳鉄ではなく、幕末の製鉄関連略年表 2）

箇所で鋳鉄製大砲の製造が試みられたが、佐賀藩だけが黒鉛がねずみ生成した鋳鉄（片状黒鉛鋳鉄）の製造に成功したとされている。この原因は以下の様に推察されている。
理由の 1 つは電流丸の荷下鉄（輸入銑鉄）使用にある、と言われている（表 7.1、右上 5 行目）。その根本的な原因は 3.2.1 項で記述したように、国産のタタラ
図 7.1

天保 15 年（1844）製造の鋳鉄製の大砲 3）（全長 1380mm、口径 50.5mm）で製造された銑鉄ではケイ素含有量が少なく、白鋳鉄しか得られなかった点にある。そこで、ケイ素含有量を増加させ得る高炉の建設となった。しかし、高炉の操業も必ずしもうまくゆかず、国産の銑鉄で大砲の鋳

ねずみ鋳鉄（片状黒鉛鋳鉄）であることを確認してい（表 5.2 参照）。
造に成功するのは明治 20 年頃である 6）る 3）。残念ながら本体試料の入手はできず、化学組成

中岡ら 7）は釜石銑の品質に言及し、明治 25 年頃まの分析はできていない。

では使用に耐えず、明治 30 年代後半になって実用の

これに関連して、幕末から明治にかけての反射炉と4）段階に到達した、と記述している。この結果は表 5.2高炉の建設状況と大砲の関係を表 7.2 に示す。幕末の記述に一致する。因みに、この時代の釜石銑の化学に反射炉の建設を急いだ理由は、大型大砲の鋳造にあ組成は表 7.3 のように示されている 7）。明治 30 年代

る。すなわち、鋳込みに際しては一度に大量の熔けたに入って銑鉄中のケイ素含有量が安定したのがわか

鋳鉄が要望されたからで、旧来の甑ではこの目的を達る。この表からも、当時の炉建設の興味が反射炉から成できなかった。反射炉では大量溶解の条件は満足し高炉に移った状況が理解できる。

たものの、白鋳鉄しか得られず、現実には失敗の連続

筆者は図 7.1 の鋳鉄砲とは別に、和歌山県の安乗神

で、砲弾の発射に耐えなかった、とされている。砲弾

社の鋳鉄製大砲も調査する機会を得た 8、9）。この大砲を発射すると大砲が壊れたのである。当時は、多くのは鳥羽藩が文久 3 年（1863）に海防の目的で稲垣充

表 7.2

幕末の反射炉、高炉と鋳鉄製大砲の製造 4）

鉄鋳物の技術系統化調査59

表 7.3

釜石銑の化学組成の製造年次による変化 7）（％）

方に命じて作らせたもの 8） で、全長 1692mm、外径380mm、口径 92mm の大型砲である。この表面には稲垣家の抱 茗 荷の紋が鋳出しで作られ、砲尾部にはネジが切られている（図 7.2 右）。これも川口の鋳物師、増田安次郎が作ったのではないかと、斉藤 8） も
川口市 10） も、推察している。この大砲が片状黒鉛鋳鉄であることは斉藤も確認しているが、斉藤は鋳鉄を専門としていないことから、彼の組織写真は不鮮明であった。そこで、筆者もその試料を入手し、黒鉛組織を詳細に検討し、星形の黒鉛が出ていること（図7.3）を確認した。また、化学組成は 4.48%C、0.13%Si、Mn ＜ 0.001%、0.117%P、0.034%S、0.005%Ti である 9）。
この組成はケイ素含有量が著しく少ないが、炭素含有

図 7.3

安乗神社の大砲の黒鉛組織 9）

量は非常に多く、過共晶組成になっている。過共晶組成になっていることが黒鉛の晶出を容易にしたものと江戸時代の加賀藩での大砲鋳造の様子を図 7.411）に考えられる。この星形の黒鉛は過共晶鋳鉄に特有の形示す。この図からは溶解が鋳鉄か青銅かは判別できな態である。

いが、これまでの記述から鋳鉄の溶解は難しいので、多分、青銅であろう。この図では 2 基の甑炉、右端のたたら（送風機）、下半分の鋳込み、右下部の鋳型の製作などの様子がわかる。この甑は人間の大きさから考えて 1〜2 トン炉（1 時間に 1〜2 トンを熔かせる炉）であろう。炉前にはピットが掘ってあり、大砲の鋳型を立てて、炉から出る湯（鋳造用語で、熔けた金属を指す）を直接上注ぎで鋳込んでいることもわかる。しかし、このような小型の炉では大きな大砲の鋳造は不
図 7.2

60

本体
砲尾雌ネジ部
安乗神社の鋳鉄製大砲 9）

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

可能であった。そこで、一度に大量の溶解が可能な反射炉の建設となった。

た、と記述している。いずれにしても、大砲の孔は同じ径で、真っ直ぐに開いていなければ砲弾は遠くに飛ばず、大砲の意味がない。これは、当時としては実に難しい技術で、孔開けには非常に苦労したであろうことが容易に推察できる。

図 7.4

加賀藩での大砲鋳造の図 11）

江戸時代の大砲鋳造時の鋳型の製作を図 7.5 に示す 12）。この湯口方案は段堰であったこともわかる。
この図は図 7.4 とよく似ているが、右中央部に不思議な作業をしている職人がいる。彼は、中子砂型の端部にネジを切っており、完成後はこれを左下のように鋳型（これをに主型という）に設置し、雌ネジを切った

図 7.6 大砲の鋳造（鋳込み）の図 12） （国立国会図書館蔵）

大砲の中子（後部内面）を設置している様子が描かれている。このような操作で図 7.2 に示したような砲尾部の雌ネジが切られている。

図 7.7

図 7.5

大砲造型の図 12） （国立国会図書館蔵）

大砲内面仕上げの図 12） （国立国会図書館蔵）

明治の著書 14） には図 7.8 のような立て鋳込み方案が、2 つの断面図を付記して示されている。ここでここで、図 7.4、7.5 ともに原図は色づけされており、は、金枠を用いて砂付きを薄くし、中央部に中子を設

木枠を用いて造型したことがわかる。したがってこの置し、押上げ方案で 2 本の堰を左右に設けている。こ砂型は焼き型や乾燥型ではなく、生型であろう。しかの中子の設置法と立て鋳込みは図 7.4、7.5 と同様であし、図 7.5 の左中央の鋳型には炎のような赤い小さいる。右下には鋳型の断面図が 2 つ示され、堰を鋳型塊が沢山描かれており、これが何を意味するのかは不の接線方向切るよう指示しており、溶融金属を回転さ明である。図 7.6 は鋳込みの図であるが、職人が湯汲せて鋳型内に導入することの必要性が示されており、みで鋳造しており、このような作業では大きな大砲の中々、興味深い。すなわち、高度のノウハウが示され鋳造はできない。また、図 7.7 は大砲の内面仕上げのている。この図が江戸時代の造型法と全く異なるの

図 12）であるが、人力だけでこれだけのものに孔が開は、金枠の使用と押上げ方案である。図中の ch は型けられたのであろうか。因みに、加賀藩の資料

11）で枠とあり、後述のように金枠である。そして、N は心は大砲の孔空けには水車を用いているし、前田

13）

も型とあり現在では中子と呼ばれるものである。

同様な疑問を呈し、佐賀藩では水車で孔開けに成功しこの図と関連する資料に寺西の論文 15） がある。寺

鉄鋳物の技術系統化調査

61

火砲の製

しており、図 7.8 の心型（N ）は水冷中子であったこ

明治 29 年版』を引用して図 7.9 の大砲の鋳型（金とを推察させる。図 7.814）は陸軍将校のための本であ枠）の外観と、図 7.10 の大砲の鋳造中子の芯金（水冷）り、あえて水冷中子の記述が省かれたのではなかろうと中子を示している。この図 7.9 は図 7.8 とほぼ一致か。

西は『砲工学校
造

兵要工芸学教程

第3版

しかし、図 7.9 の鋳造方案では図 7.8 に示されている立て鋳込みの堰の取付け法が示されていない。すなA

わち、図 7.9 の割り面では図 7.8 に示されている立て
湯口と堰を付けることは不可能で、これも将校らの教育には不要で、これらのノウハウが省略されたのではなかろうか。鋳造工場での職人や技術者と、将校の教育の本質論が区別され、かつ、ノウハウの流出を防いだのではなかろうか。
図 7.10 には中子水冷部心金の構造が詳細に描かれている。図 7.8 をよく見ると、芯棒 A（芯型 N ）は示されているが、水冷構造とは見て取れない。図 7.10のような複雑な水冷芯金は現在でも見ることは殆どない。それでは何故、このような複雑な水冷中子を用いたのであろうか。これは片状黒鉛鋳鉄の特性に依存している。片状黒鉛鋳鉄は一般的に製品の厚みが増すと、その強度は低下する。これを肉厚感受性と言い、現在の JIS にも取入れられている。例えば表 5.8 がこれに相当する。したがって、大砲を内部から冷やすことで、鋳物の冷却速度を増大させ、強度の向上を図ったのであろう。

図 7.8

明治時代の鋳鉄製大砲の鋳造方案 14）

図 7.9

図 7.1062

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

水冷中子の使用は、黒鉛の出ない白鋳鉄の生成を助

大砲の鋳型（金枠）の外観 15）大砲の鋳造中子の水冷芯金（上）と中子（下）15）長する。そこで、水冷中子の使用はねずみ鋳鉄の製造

この旋盤に関しては三菱造船の社史 18）に、『文久３技術が確立されたことが前提である。この辺にも明治年（1863）年末から元治元年（1864）2 月までの間

時代に於ける鋳造技術の進歩が見て取れる。また、水にアームストロング螺旋道砲の鋳造、あるいは薩摩集

冷治具の上の砂付き（砂型の厚さ）は極めて薄い。こ成館に納めた旋盤、平削盤などの工作機械の製作に従れは、砂付き（砂型）の厚さが安定してできるように事した。』との記述がある。正に、戸畑鋳物での記録なったことの証拠であろう。

と島津の記録 17）とも一致しており、図 7.11 の旋盤は長崎製作所で作られた可能性が非常に高い。これが正7.2 鋳鉄鋳物

しければ、我が国の旋盤の歴史を変えることにもな
り、更なる検討が必要になった。

図 7.11 に示した旋盤は明治初年、島津藩の鉄工所

図 7.13 に、現在は重要文化財に指定されている女で製造（鋳造）された我が国最古のものとも考えられ

子学習院の鋳鉄製正門を示す。川口市の資料 10）による。これは明治 43 年に鮎川が戸畑鑄物を創設するにると、女子学習院の鋳鉄製正門は、明治 10 年 7 月 1あたり島津家の好意によって提供され、主力機械とし

日の朝夜新聞に、『錦町の華族学校（現在の学習院）て活躍したとの言い伝えのある旋盤で、日立金属の鋳の表門は鉄造りで立派に出来上がり、定めし外国で誂物記念館に展示されている

16）。そして、図 7.12 に工えたものかと聞けば、大違い。武州川口で製造。凡そに掲載されている旋盤とは非常によく似

鉄細工の類は川口でできぬものなしと云う。この話をている。この旋盤は江戸末期には西欧で使用されてロシアのミニストルが聞き、公使館の表門をヨーロッいたものであろう。この点に関して、島津斉彬の挑

パに注文することを止めて、川口に頼むことになった

藝学教程

戦

17）

14）

では元治元年（1864）に旋盤などを造ったらしいとの記述があり、明治 9 年に製造された鹿児島海軍という』とされている。先の鋳鉄製の大砲と並んで、この門は川口市自慢の鋳造品である。

製作所製の旋盤が示されている。この旋盤は、非常に高度な旋盤で、と記述されている。すると、図 7.11の旋盤は集成館にも残されていない、価値あるものと言えそうである。

図 7.13

女子学習院の正門（明治 10 年）

図 7.14 に中小坂製錬所で明治 10 年に鋳造された火鉢 を 示 す。 こ れ は 直 径 約 600mm、 高 さ 270mm で、肉厚が 8 mm 程度の品物で、非常に良くできた鋳鉄製
図 7.11

明治元年の島津の旋盤（日立金属鋳物記念館）

図 7.12

工藝学教程の旋盤 14）の火鉢である。これは、明治 10 年に東京上野で開か図 7.14中小坂製錬所製の鋳鉄火鉢

鉄鋳物の技術系統化調査

63

れた第１回内国勧業博覧会に出品されたものである。
この側面には、上 州 甘 楽 郡 金 窪 以 所 産 鋳 造 之明治十年一月の鋳出し文字が明確に刻まれている 19）。
当時の中小坂製錬所の鋳造工場の技術の高さが理解できる作品である。
図 7.15 に大正時代の可鍛鋳鉄製の継手を示す 16）。
日立金属の戸畑工場は大正初期には年間 200 万個の可鍛鋳鉄製継手を生産していた。それらの製品には「ひょうたん印」が用いられたことが知られている 16）。
この写真では中央上部に「ひょうたん印」が確認でき

図 7.16球状黒鉛鋳鉄製のクランクシャフト 21）

る。継手は現在でもほとんどが可鍛鋳鉄で作られているが、余り目につかない製品である。しかし、万が一クボタは遠心鋳造による球状黒鉛鋳鉄管の製造で著の事故では大変なことになるので、創業者の鮎川は鋳名である。遠心鋳造とは、鋳造機の上で高速回転す

物の肌がひょうたんのように平滑で、また、豊臣秀吉

る、離型材と断熱材でライニングされた円筒形金型のの千成瓢箪にあやかり、この印を付した、といわれて中に溶けた金属を注入し、凝固させる製造法である。

いる

20）

この製造法を応用して、大都市の地下鉄工事が盛んに。

なった昭和 37 年に、工事現場の路面を覆い、大型車両の通行に耐える球状黒鉛鋳鉄製の覆工板を開発した（図 7.17）22）。これをダクデッキと名付け、リース販
売方式で大需要を呼び起こしたが、地下鉄工事の工法
がシールド工法に移行するに伴い、昭和 43 年には生産を停止した。

図 7.15

ひょうたん印の可鍛鋳鉄製継手（日立金属鋳物記念館）

日立金属は乗用車のクランクシャフトの球状黒鉛鋳鉄化を図った（図 7.16）21）。この製品は従来は鍛造で作られていた。しかし、鋳造化により鍛造品では不可能であった中空化ができ軽量化が図れる、鍛造品よりも寸法精度がよく加工代が少ない、鋳造化することで

図 7.17

ダクデッキ東京駅八重洲地下街工事（クボタ）22）

油孔は鋼のパイプを鋳包むことで孔開け加工が不要に

一方、シールド工法では地質条件の悪いトンネル工

なる、など多くの利点があり実用化に至った。その主事に利用する大型の鋳造品を昭和 39 年（1964）に開因は、球状黒鉛鋳鉄の発展に伴い、鋼に匹敵する強度発した（図 7.18）22）。これは、地下鉄工事に使用されが鋳鉄でも得られるようになったことである。最も、たトンネルセグメント（上）とトンネルの全景（下）

この分野でも欧米が先行しており、フォードや GMである。

が先行していたが、1970 年ころには我が国も欧米の技術にほぼ追いついたといえる21）。

このセグメントは先に記述した V プロセスで生産され、幅 1.5m で長さ 3 m 程度の大型構造物で、構造と球状黒鉛鋳鉄の強さで目的を達成した 22）。これにより球状黒鉛鋳鉄の新しい用途が開発された。しかし、大都市圏地下鉄の整備・拡充が進み、需要が大幅に減少ことに加えて、原材料の高騰などでコンクリー

64

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.Marchこの場合には、ダイカストと鋳鉄製ライナーの接合性が問題になる。接合が悪いと強度不足とライナー内の熱を逃がすのが不十分になり、車の性能が劣化する。接合性の改善の目的で色々な加工法が用いられてきたが、近年、鋳鉄製ライナーの外表面部に図 7.20に示したような微細なキノコ状の突起を形成させる手法が開発され、多くの乗用車で使用されている 23）。

図 7.18地下鉄工事に使用されたトンネルセグメント、（上）とトンネルの全景、（下）昭和 40 年（ク22）ボタ）
図 7.20表面微小突起付き鋳鉄製ライナー23）（TPR 工業）

トメーカーとの価格競争が熾烈になった、などの理由
で生産は 2009 年に中止されてしまった 22）。

これは、この微細突起をアルミニウムで鋳包み、接先に図 2.14 で鋳鉄製のシリンダーブロックとその合性を機械的に保障しようとしたものである。6.4 節

中子に関して記述した。しかし、現在では乗用車のシで記述したように、通常の鋳型を作るには模型を鋳型

リンダーブロックは殆どがアルミニウムダイカスト化

から抜かなければならない。しかし、この微小突起のされた。これは、乗用車の軽量化とダイカスト技術の抜け勾配は逆であり、従来の発想を変えて実現した製進歩によるところが大きい。しかし、トラックやバス品である。

などの大型車では依然として鋳鉄製のシリンダーブ

6.4.1 項で触れたフルモールド法に関しても少し記

ロックが用いられている。この主因は、アルミニウム

述する。この方法は木型の代わりに発泡スチロールをダイカスト品では耐熱性が不十分な点にある。した用いる方法であることは既に記述した。図 7.21 にフがって、これに鋳鉄製のライナーが複合化され、耐熱ルモールド法の模型と製品の一例を示す 24）。左側は性の向上は鋳鉄製ライナーが受け持っている。この様切削加工で発泡スチロールから削り出した模型で、こ子を図 7.19 に示す

23）。

れには CAD・CAM の技術が生かされている。右側はこれを砂型に埋め込んで鋳造した鋳物である。この鋳物は 12.3 トンあり、通常の方法でこの鋳物で作るには多数の中子を必要とするが、この場合には模型と鋳物の形状はほぼ同じであり、中子が不要になることもこのプロセスの特徴の一つである。
鋳鉄は自動車のみならず、大型舶用エンジンにも使用されてきた。その一例として、南極観測船宗谷のディーゼル機関を図 7.22 に示す 25）。このエンジンは
8 気筒、2400 馬力で、昭和 31 年（1966）に宗谷に搭

図 7.19アルミニウムダイカスト製シリンダーブロックと鋳鉄製ライナー23）載された。宗谷はこの機関を 2 機搭載していた。当時の新潟鐵工所が総力を挙げて製作した機関と記載され

鉄鋳物の技術系統化調査

65

図 7.21

フルモールド法による大型うず巻ポンプ 12.3t
左：発泡スチロール模型、右：製品 24）（木村鋳造所）

a）鋳鋼製

b）球状黒鉛鋳鉄製

図 7.22

南極観測船宗谷のデイゼル機関（新潟鐵工所）
図 7.23

アクスルハウジングの製造法 23）ている。
先に乗用車のエンジンは鋳鉄からアルミニウムに移行したと記述したが、大型車、例えばトラックやバスのエンジンは依然として鋳鉄のままである。勿論、宗谷の機関も鋳鉄製である。
日野自動車は鋳鋼製のアクスルハウジング（タイヤを取り付ける治具）を球状黒鉛鋳鉄で置き換えた 26）。
具体的には、アクスルハウジングの全長が長く、鋳図 7.24

アクスルハウジングの接合部の詳細 23）（福島製鋼）

物製造装置が大きくなりすぎるので、図 7.23 a）の様に、鋳鋼製のハウジング本体に S43C 製の鍛造アクス
ルチューブを溶接で繋げて使用していた。すなわち、

7.3 鋳鋼

鋼と鋼の溶接構造物であった。このハウジング本体を66

FCD700 の球状黒鉛鋳鉄で作り、これに S35C の鋼材

7.1 節では鋳鉄製の大砲に関して詳細に記述した。

リングを鋳造時に接合し（図 7.23 b）、このリングに

そこでは、青銅製から鋳鉄製に変えるのが如何に大変

S43C 製の鍛造アクスルチューブを溶接する手法を開であったかという点を中心に、原材料問題から記述し発した 26）。したがって、この場合にも部分的には鋼た。その後、大砲は明治の後半には鋳鋼となり、さらと鋼の溶接構造物である。この鋳造接合部と溶接部のに鍛造品へとその製法は変化した。しかし、ここでは詳細を図 7.24 にマクロ組織写真で示す。この技術は鋳鋼製の大砲の記述は割愛し、機械部品を中心に記述

大河内賞を受賞している。

する。

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

谷山 27） によると、昭和初期（1930）の鋳鋼の用途
は建築材、機械・造船、橋梁、高圧力容器、歯車、航空機などと示されている。この状況は現在でも大きな変化はない。あえて言えば発電機分野での用途が増大している。先にも記したように、鍛造は単純形状のシャフトのような物を除いて、大型品を作るのに向いていない。しかし、鋳鋼は鋳鉄よりもはるかに強靭であり、かつ、大型部品を作るのに向いている。例えば、
図 7.25 は 昭 和 39 年（1964） に 製 造 さ れ た 製 品 重 量
369 トンの圧延機用ロールスタンドである 28）。図の左下に作業員が写っており、その大きさがわかる。

図 7.25

図 7.26

水力発電用フランシスランナー29）（日本製鋼所）13Cr-3.8Ni 鋳鋼、重量 140 トン

圧延機用ロールスタンド（日本製鋼所）28）
図 7.27図 7.26 は昭和 38 年製の出力規模世界最大級の、外新幹線新大阪駅に使用された
G コラム（クボタ）22）

径 6.6 メートル、重量 140 トンのステンレス鋳鋼製の水力発電用フランシスランナーである。これはアメ29）

G コラムとは、鋳造機の上で高速回転する円筒形金。これは、型の中に注入された溶鋼を、遠心力の作用で金型内面

水力発電所で上から流れ落ちてくる水でこのランナーに伸展 ･ 圧着させ、凝固させる遠心力鋳造法で作られリカからの受注品で、13 基製造しているを回し、その力で発電する部品である

29）

。一般的に

た溶接構造用鋳鋼管である。この製造法の特長は、注

鋳鉄では大量の Cr を合金化させると黒鉛を生成させ入する溶けた鋼の量で管の肉厚が自由に変えられる点るのが難しくなり、Cr の大量使用は黒鉛を出さないにある。塑性加工で鋼管を作る場合には、肉の厚いも白鋳鉄に限定される。ところが、鋳鋼は本質的には合のには不向きである。

金鋼であり、この様なステンレス鋳物の製造も全く問

日立金属は乗用車の燃費向上を目的に 1986 年から題がない。勿論、小型の鋳物でも問題はないが、鋳鉄

耐熱鋳鋼製エキゾーストマニホールドの開発を行い、に比べて溶解温度が高い分だけ湯流れが悪くなり、小1989 年から市販した（図 7.28）30）。これまではエキ型の部品を作るのは難しくなる。
クボタは遠心力を利用した鋳物の作り方、遠心鋳造が得意である。その代表的な鋳物に球状黒鉛鋳鉄製の鋳鉄管がある 22）。また、先に図 7.20 で示した鋳鉄製ライナーは TPR 工業で遠心鋳造で作られている。この遠心鋳造を使った製品にクボタの G コラムがある（図 7.27）。この G コラムは新大阪駅に使用され、昭和44 年（1969）に大河内記念生産特賞を受賞した 22）。
図 7.28耐熱鋳鋼製エキゾーストマニホールド（日立金属）

鉄鋳物の技術系統化調査

67

ゾーストマニホールドは合金鋳鉄で製造されていたが、燃費の向上にはエンジン内の燃焼温度の上昇が不可欠であり、鋳鉄では耐熱性に限界があった。そこで登場したのがこのエキゾーストマニホールドである。
この製品は 1989 年と 1993 年に日刊工業新聞社の 10
大新製品賞を受賞し、現在では同社の九州工場がこの専用工場になるに至った 30、31）。
この製品は更なる発展を遂げている。それは、これまではターボチャージャーとエキゾーストマニホール
ドは別個に生産され、これらを一体化して使用してきた（図 2.13）。それを、これらを耐熱鋳鋼で一体化することで、接合面の加工をなくし、さらには、接合面での食い違いも無くすことができ、高級乗用車で搭載されるに至っている（図 7.29）。これは複雑形状品の図 7.30

一体化の好例であり、鋳物は今後は更に複雑形状化の火力発電用蒸気タービン 23）（日立製作所・日本製鋼所）

方向に向かうものと考えられる。

図 7.29耐熱鋳鋼製ターボチャージャーとマニホールドの一体化（日立金属）

図 7.31

車室下半分 Cr-Mo-V 鋳鋼 23）（日本製鋼所）重量 47 トン

2011 年 3 月 11 日の東日本大震災により我が国のエ火力発電の最重要部品である第一段のタービンブ

ネルギー政策は大幅に変更せざるを得なくなった。原

レードも鍛造品であったが、現在では精密鋳造品と子力発電所の破壊は自然エネルギーの大切さの考え方なっているが、ここでは記述を省略した。これと同様を呼び起こしたが、風力や太陽光といった自然エネルに、ジェットエンジンのタービンブレードも鋳造品でギーによる発電では需要と供給に時間的不一致が生じある。これらのブレードは単結晶品で、最先端の鋳造る。これと同時にガスタービンによる火力発電が大幅品であるが、ここではこの程度の紹介に止める。い

に見直されてきた。ガスタービン発電機は機動性に富

ずれ、精密鋳造の技術史が書かれた折には、その詳細

み、必要な時間帯に発電するのに適した性能を有してが明かされるであろう。いずれにしても、この様に見いる。

てくると、火力、水力、風力発電には多くの鋳造品が図 7.30 に火力発電用蒸気タービンの組立て時の写
真を示す

23）

。ここでタービンブレードを支えている

部位は車室下半分と呼ばれ、図 7.31 に示す大型の耐使われているのがわかる。これも、複雑形状の大型品の製造には鋳造技術が不可欠なことの一つの証明である、と考えている。

熱鋳鋼品である。これには車室上半分の鋳鋼もある。
図 7.31 の本体上の微小突起は断熱材を止めるための引用・参考文献

治具になっている。

1） 今津浩一：「ペリー提督と開国条約」ハイデンス（2011, 10）p65-74

68

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

2） 佐々木 稔：「幕末・明治期の製鉄遺跡と考古学関連諸科学」季刊考古学

No.109（2009, 11）p14-

17
季刊考古学

No.109（2009, 11）p69-72

No.109（2009, 11）p63-65
No.301（1999, 3）p1-15

6） 久保在久：「大阪砲兵工廠資料集−明治陸軍火砲 1 −（2005）p12
52（2011）p42

17）田村省三ら：「島津斉彬の挑戦−集成館事業−」18）三菱造船株式会社：「創業百年の長崎造船所」昭和 32 年（1957）p122

上」日本経済評論社（1987）p219-221

19）下仁田町中小坂鉄山研究会：「第 2 回山シンポジウム

7） 中岡哲郎、三宅宏次：「大阪砲兵工廠における釜石銑の再精練」技術と文明 4 巻 2 号（1987）
p21-43

中小坂鉄報告書」（2006, 3）p46-48

20）松尾宗次：「北九州に生きた人々、ものづくりの心を未来へ」（財）北九州都市協会（2008）p1-18
21）小池義夫ら：「鋳造クランクシャフトについて」

8） 斉藤利生：「安乗崎の鋳鉄砲」銃砲史研究

第168 号（1985, 4）p48-57

日立評論

金属特集号第 5 集（1960, 5）p75-8022）㈱クボタ：「クボタ 100 年」（1990, 10）9） 中江秀雄ら：「安乗神社の鋳鉄大砲」銃砲史研究

23）中江秀雄：鋳造工学

産業図書（2008）p4-5, 159

24）中江秀雄：「ものづくりの原点

第 374 号（2012, 12）p25-30
10）川口鋳物工業組合：「まだ 100 年、これから 100
11）小西雅徳：「加賀藩下屋敷における西洋調練・大砲製造について」銃砲史研究

素形材技術」日刊工業新聞社（2005）
25）新潟鐵工所：「新潟鐵工所七十年史」（1968）p398

新生への鼓動」（2005）p30, 39
第 366, 367 号

26）佐藤一広ら：「鋳ぐるみ接合法による球状黒鉛鋳
鉄ハウジングの開発」76（2004）p855
27）谷山 巌：「鋼鑄物」三省堂（2010, 11）p30-48
12）源 保重：「大筒鑄之図」弘化 4 年（1867）国立図
13）前 田 清 志： 玉 川 大 学 工 学 部 紀 要 28 号（1993）

昭和 14 年（1939）

p189
28）中江秀雄：鋳造工学

書館蔵

産業図書（1995）p3

29）日本製鋼所：「日本製鋼所百年史」（2008, 3）30）日立金属：日立金属史（1980）

p37-4414）陸軍砲工學校：「明治四十年
通論」
、
「三

巻ノ

平成 14 年（2002）p156, 1685） 峯田元治：「釜屋、永瀬家所蔵の大筒（増田安治作）銃砲史研究

明治陸海軍技術史考16）日立金属九州工場：「100 年の歴史を刻む鋳物工業の原点」素形材

4） 原田 喬：
「銑鉄の溶解と大砲鋳造」季刊考古学

年

料研究 第 5 年 1 号
二3） 峯田元治、中江秀雄：「江戸後期の鋳鉄製大砲」

郎15）寺西英之：「近代日本鉄鋼技術と装箍法」海防史

工藝學教程

工藝

31）日立金属：日立金属史

工場編（1980）

湯口ノ整理」p72, 73, 91

鉄鋳物の技術系統化調査

69

8 技術の流れ総括
は殆どが高炉による銑鉄が原料であり、この値はその8.1 総括まま銑鉄の生産量と読み替えても良いであろう。その後、世界の鉄鋼生産量は 1980 年から 2000 年までは 8

鋳鉄と鋳鋼の技術的な流れを江戸時代末期から語るには、先ずはその原材料である鋼と銑鉄の歴史を語る
1）

しかし、この表で欠けていて、1990 年以降で、そことが必要であろう。そこで、表 8.1 に 1865 年からの動向を注意しなければならない国、それはロシアの日本を含む世界主要各国の鋼生産量（上段）と、該と中国である 2）。最近の鉄鋼と鉄鋳物の生産量を語る

当年度の世界の生産量に対する各国の割合（下段、%）にはこの 2 つの国を除外することはできない。1991を示した。この表の最上段は世界の全粗鋼生産量が千年のソ連邦崩壊はロシアの鉄鋼生産量を 1 億 7000 万

トン単位で示してある。例えば、1865 年にはイギリトンから 5 千万トンに激減させ、その後は 7 千万トスの粗鋼生産量は 22 万 5 千トンで、世界に占めるイン程度まで復活している（図 8.1）3）。これに対してギリスの割合は 57％であった。この時代の日本の生

中国は、2000 年以降は世界最大の鉄鋼生産国となり、産量は 1000 トン以下で、この統計には現れてこない。

2011 年度には 6 億 8 千万トンの鉄を生産している。

それが、イギリスの生産量は 1945 年には 1201 万トン

中国以外の国の鉄鋼生産量の変化は極めて少ないが、で、世界に占める割合は 10％に低下し、逆にアメリ中国だけが異常な伸びを示しているのがわかる。鉄鋳

カは 7230 万トンで 61％、日本は 1200 万トンで 2％に物に関しても同様（図 8.2）である 4）。この図からもなっている。しかし 2% という数値は誤りで、この生中国の異常さがわかる。例えば、2008 年のリーマン

産量から見る限り日本の割合は 10％でなければならショックでは世界の鋳物生産量は減少したが、中国だない。

けは増加を続けていた。

イギリスとドイツの粗鋼の生産量が逆転したのは1890 年頃で、アメリカが世界最大の粗鋼生産国になっしかし、本稿の対象は鋳物であり、ここではこの程度の紹介に止める。

たのもこの頃である。日本が主要な粗鋼生産国として我が国の鋼生産方式の変遷を製鋼法別に割合（％）

世界に顔を出すのは 1965 年頃であった。この表からで表したのが図 8.3 である 1）。1880 年代には殆どの鋼わかることは、日本は鋼の生産量では西欧に遅れるこはベッセマー転炉（酸性転炉）で生産されていたが、と 50 年で立ち上がり、100 年後には世界の主要生産

1920 年代には塩基性転炉（トーマス法）に置き換え国になったことである。また、この時代の粗鋼の生産られた。塩基性転炉の使用により、脱硫・脱リンが可

表 8.1

70

億トンから 10 億トンでほぼ安定していた。

鉄鋳物の技術系統化調査

世界の主要国の粗鋼生産量の推移 1）、単位 1000 トンとその割合％

Vol.6 2013.March図 8.1

主要諸国の粗鋼生産量の推移 3）

つながってきた。もともと、キュポラ溶解では鋼屑の配合量が鋳鉄の組成を支配するので、その配合量には制限があったが、電気炉では鋼屑 100％の溶解も可能になった。
我が国の鋳鉄材質が大幅に向上したのには、1950
年の球状黒鉛鋳鉄の技術導入と、片状黒鉛鋳鉄では1952 年のミーハナイトの技術導入の影響 5、6） が極めて大きい。自動車生産量の増大がシリンダーブロック
等の高強度鋳鉄の製造技術の開発と採用時期がほぼ一致しており、自動車産業の隆盛と相まって鋳造技術の大幅な向上をもたらした（図 1.1）。
以上の結果を踏まえて、7 章までの文章を取りまとめ、表 8.2 に我が国に於ける鋳鉄・鋳鋼技術の系統化図を示す。ここでは、江戸から明治、大正、昭和、平成の時代区分を明確にするため西暦と合わせて年号を
図 8.2

主要諸国の鉄鋳の生産量の推移 4）表記した。また、技術の流れを、社会環境、原料地金、溶解炉、鋳型、鋳鉄と鋳鋼に分類した。これにより、各技術開発の時代背景を明らかにした。さらに、鋳鉄能になり、鋼の品質は大幅に向上した。そして、鋼のはねずみ鋳鉄（片状黒鉛鋳鉄）と、可鍛鋳鉄、球状黒生産炉の主流は 1900 年頃より平炉に移ったが、上吹

鉛鋳鉄に細分類して表記した。これらの記載に関して

酸素転炉法の進歩により、1960 年代からは再び転炉

は主に企業各社の社史 7-9）を参考にし、大きな流れのが主流となり、アーク炉（電炉法）の普及があり、現全体像を把握するよう努めた。

在に至っている。

ここで示したように、江戸時代末期の異国船撃払い

一方で、1950 年頃からは電気炉（アーク炉）によ

令から始まった大型の鋳鉄製大砲製造は反射炉の導入

る製鋼法が増加し始めた。これは、鋼屑を主原料とすとなった。これは、一度に大量の溶けた鋳鉄が必要にる製鋼法であり、我が国に於ける鋼スクラップ（鋼屑）

なったためである。しかし、タタラ銑鉄（和銑）ではの発生量の増大時期と一致している 5）。もっとも、我

ケイ素含有量が低く、反射炉だけでは原料銑鉄の品質

が国は当時スクラップの輸入が主であった。この鋼屑問題でねずみ鋳鉄が製造できず、高炉の導入に至っ

発生量の増大は先進国の特徴でもあり、誘導電気炉のた。しかし、木炭高炉では不十分で、コークス高炉の普及と相まって、鋳鉄溶解における鋼屑の大量使用に導入で炉内の温度が上がり、ケイ素含有量の高い銑鉄

鉄鋳物の技術系統化調査

71

図 8.372

我が国の製鋼法別の生産比率の推移 1）が得られるようになった。そして、この技術は明治のに止めを刺した、というべきであろう。このような状

中ごろに一応の完成をみた。これによって舶用エンジ

況が、結果として幕末の鋳造工場や製鉄所の建設に繋ンや鋳鉄製の大砲が国産銑鉄で造れるようになった。

がったといえる。

しかし技術の進歩は速く、明治の終わりころには鋳鋼

欧米に遅れること 50 年で始まった我が国の鉄鋼産の技術も進歩し、大砲は鋳鉄製から鋳鋼製となった。

業は 1970 年代には世界の最先進国になり、鋳造もそこれら製品の国産化の必要性が我が国鋳造業の発展のの頃に世界に追い付き、現在では世界をリードする状

起爆剤になったことが理解できよう。これには、幕末

況に至った。このような第二次大戦後の鋳造技術の発の鋳造工場の建設が我が国産業の近代化に大きく役

展は、球状黒鉛鋳鉄 6、10） やミーハナイト鋳鉄 6、7、11）

立ったことを忘れてはならない。

の技術導入が発火点になった、と筆者は感じている。

大砲は、もともと青銅製であったものを、青銅資源

その原因は、第二次大戦前は欧米技術の導入ができの不足と高価格なことから鋳鉄製となり、明治の後半

ず、技術の鎖国状態にあったことによるのであろう。

には鋳鋼製となり、昭和に入った頃から鍛造品化されそれが敗戦直後の Mg 処理による球状黒鉛鋳鉄の技ている。ここに、製造技術の展開と進歩を見ることが術導入は、欧米の発明に遅れること僅か数年であっできる。大砲の製造が鋳鉄から鋳鋼に変わったのは、た 10）。これが我が国独自の Ca 処理による球状黒鉛鋳反射炉から平炉、電気炉へと溶解炉が進歩したことに鉄の製造法開発につながった、と感じている。一方、よる。ここには、原材料の問題、溶解炉の問題そして

片状黒鉛鋳鉄の主要技術であったミーハナイトの導入

鋳造から鍛造へといった、外の加工法への移行など、はアメリカに遅れること 30 年であった 11）。アメリカ

多くの情報が含まれている。これらの推移の原因を表でほぼ完成した技術が導入されたのである。戦後の貧8.2 から考えることは、今後の鋳造技術の進展方向をしい時代に日本の技術者はアメリカに出かけ、彼らの探る際の有力な情報である。これこそが、『賢人は歴優れた技術を見学・選択・導入し、短時間でこれらの史に学び、愚者は経験に学ぶ』ではなかろうか。

技術を習得した。当時の技術者・研究者の努力には驚

鎖国の徳川時代に外国船が多数来日したことで、幕くべきものがあった。しかし、特記すべきは、鋳鉄・府は異国船討払い令を出したが、ペリーの来日が鎖国

鋳鋼の分野では日本発の独自技術は少なく、ほとんど

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

が改良発明か、量産技術に止まっている。

迅速鋳型造型法）の開発が不可欠であろう。現状のそれでは、鋳型には日本発の発明が数多くあるのはRP は試作に限定されているが、これを小ロット品の何によるものであろうか。有機物粘結材の技術導入は生産に適するシステム化することである。この手法は欧米での発明から大きく遅れることなく我が国に導入

フルモールド法では既に実用化されているが、それに

されたので

11）

、改良すべき点が多く残されていたこは切削加工で発泡スチロール模型を作らなければならと、当時の日本の技術が先進国に追い付いていたこない。本質的にはこの模型は無駄であり、図面から直と、などの理由で日本発の発明が多いのであろう。

接鋳型を作る手法の RM が望ましい。また、これに8.2 今後の展望は製品図面から鋳物図に直すソフトと、鋳造方案の自動作成ソフト、そして背面金型シェルモールド法のよ
うな凝固時には強固で、鋳物ができた後では脆弱な鋳

鋳物はその生産量の 60〜70％が自動車産業で使わ型の開発などが必要になろう。

れている。自動車産業の海外進出が我が国の鋳鉄鋳物

或いは、フルモールド法と砂型法のハイブリッド化

生産量の減少に繋がったことは確かである。一方で、などが必要になろう。これにより、砂型から模型を抜

近年の中国の発展は目覚ましく、鋳鉄分野では 2000

き出すのが困難な、より複雑形状鋳物の製造を可能

年に、鉄鋼分野では 1997 年に世界のトップに躍り出にする。それには、金型で発泡させた発泡スチロール

た。人件費の安さが主原因ではあるが、当分はこの傾模型を用いるロストフォーム法が適しているのであろ

向が続くと見なければならないであろう。これに対しう。このような手法の開発で、より複雑な鋳物を中子て、我が国の鋳造業も鉄鋼業も高付加価値化を志向しの使用を少なく製造できれば、鋳物の用途の拡大に繋ている。両者ともに現状の技術力は中国を大きく引きがろう。

離しているが、何時までこの地位を保てるか、それにまた、これからの社会でマイクロマシンの普及を促は何をすべきかを明確にしなければならない。それに進させるには、微小部品の安価な製造法が求められては、大学の工学部での実務教育の充実が不可欠であいる。これらの微小部品を作るには、切削加工では刃る。現状では、工学部の実験離れと同時にシミュレー

物の大きさに制限があり、その複雑形状も限定されション教育が進行しすぎている。我が国の技術者の特る。そこで、筆者はマイクロ鋳造の必要性を説いてき徴が手を汚す点にあったことは疑う余地がない。このた。これに関しては野口らの一連の報告があり、こ利点が失われてきた、と強く感じている。

の中で安倍 12）は蟻そのものを模型にして蟻の鋳物を乗用車のシリンダーブロックのような超量産品を除作っている（図 8.4）。このような微小部品を鋳造で作くと、我が国で作るべき鋳物は何であろうか。量産鋳り得ることを示した。しかし、この製法では工業部品

物は立ち上がり時に多少の不良が多少発生しても、そはできないと考え、筆者らはインクジェットプリン

れを克服できればその後には大きな問題はない。まターの原理を応用した鋳型の製作法を提案 13）してきた、最新の製造装置を導入すればできるものは生産国た。外の加工法ではできない微細部品を鋳物で作り、を選ばない。すなわち、人件費の高い日本で作る必然

世界に先駆けてマイクロマシンを我が国固有の産業に性はない。

する、こんな夢を考えている。

これからの我が国の将来は超先進国化で、これにより個人の嗜好がますます多様化することであろう。自分だけしか持っていない製品に価値を求める社会が形作られるのではなかろうか。極端な例を挙げれば、ピカソの絵やロダンの彫刻がこれに相当する。そのような高級乗用車や、高品質・小ロット生産に適した加工機や加工システムが求められるであろう。
すると、小ロット・複雑形状鋳物の高品質で安価な製造法の開発が望まれる。単品ものの製造は失敗が許されないので高い技術力が不可欠である。これには、RP（rapid prototyping、通常は迅速造型法と訳されているが、ここではあえて迅速試作造型法と訳す）から小ロット生産を意識した RM（rapid manufacturing、

図 8.4

蟻の鋳物 12）

鉄鋳物の技術系統化調査

73これまでの量産先進国から真の技術先進国化しなけ
れば、これからの我が国の鋳造業を含む製造業は衰退し、国民の所得低下を認めなければならないであろう。これらかどの方向に進むべきかの検討には、表5） 中江秀雄ほか：「鋳鉄の原材料としての鋼屑の動向」鋳造工学 68（1996）p348-353
6） 日本強靭鋳鉄協会編：「強靭鋳鉄」日刊工業新聞社（1961）8.2 の系統化図を有効に活用いただきたい。単に、過7） 新潟鐵工所：「新潟鐵工所七十年史」（1968）p613

去の進歩を学ぶだけではなく、技術変遷の必然性や、

8） 三菱造船：「創業百年の長崎造船所」（1957）

今後の進むべき方向の決定にも参照されることを期待

9） 元網数道：「横浜製鉄所について」（2001）している。

10）飯高一郎監修：文部省球状黒鉛鑄鐡研究班篇「球状黒鉛鑄鐡の研究」日刊工業新聞社（1952）

引用・参考文献

11）斎藤彌平：「鋳鉄工学」（1965）p8

1） 飯田賢一：「日本の技術 100 年、製鉄金属」筑摩書房（1988）p15, 162） 中江秀雄：「中国恐るべし 」素形材 48（2007,12）p41-44
10）の製作」精密工学会誌論文集 70（2004）p140713）永壽伴寛、加賀龍治、中江秀雄：「インクジェッ
ト法を用いた微小鋳型の作成と鋳造」鋳造工学会

4） 笹谷純子：素形材 52（2011, 4）p2-5

鉄鋳物の技術系統化調査に関する研究（第 2 報）：電気泳動による鋳型
1411

3） www2.ttcn.ne.jp/honkawa/5500.html（2012, 11,7412）安倍新一、野口裕之、村川正夫：「マイクロ鋳造

Vol.6 2013.March

160 回講演大会（2012, 5）p87

鉄鋳物の技術系統化調査

75

表 8.2

我が国に於ける鋳鉄・鋳鋼技術の系統化図

世界初：

9 あとがきと謝辞
鋳物は 5000 年以上の長い歴史ある金属製品の一種

わってきたので、最近の 50 年に関しては記憶もあり、であるが、今回はその内、僅か 160 年程の歴史を辿っ

比較的容易に資料が入手できた。この場合には逆に、たにすぎない。この仕事を引き受けた段階では、これどの資料を引用すべきかの判断に時間を費やした。

ほどの大仕事になろうとは想像だにしていなかった。

更に、今回取り上げなかった我が国を代表する財閥

小職は 2012 年 3 月に大学を定年退職したので、在職に三井と住友がある。三井は松坂での酒・味噌の商い中に大学で教鞭を執りながらできる限り資料集めを心をへて三井物産や三越を越し、さらに炭鉱を経て今日がけ、自分としてはそれなりの準備をして取組んだつに至っている。この歴史には極最近までは鋳造との深もりであった。しかし、甘かった。100 年以上前の資い関連が見いだせなかった。また、住友は銅精錬で始料を集めるのは大変で、それには時間を要し、100 年

まり、後に住友電工や住友金属などを設立しているの歴史の重みを思い知らされた。

が、鉄鋳物は住友金属（現在の新日鐡住金）になってさらに、執筆を進めるにつれて新しい資料が次々とからであった。したがって、この 2 つの財閥の歴史は見つかり、その入手、更にまた新しい資料の発見・入鉄鋳物との関連が薄く、本報告では深くは言及してい手の繰り返しで、最初に書いた原稿の手直しに明け暮ない。

れた。ここでは簡単に資料と記述したが、江戸時代のこの様な次第で、三菱重工（三菱史料館、長崎造船

ものは国立図書館を中心に、幕末以降の資料は企業の所史料館を含む）、日立金属（鋳物記念館を含む）、ク

社史と、明治時代の軍関係の教科書と斎藤大吉の著書

ボタ、IHI、新潟原動機、住友金属、日本製鋼所、日「金属合金及其加工法

本鋳造、池貝鉄工などの各社には、社史の提供から引中巻」などを主に参考にさせていただいた。

用の許諾まで大変にお世話になった。特に、日立金幕末から明治に掛けて設立された工場には、幕府に属には九州工場、鋳物記念館の見学など、新潟原動よる三菱重工や水戸藩による IHI、久原財閥による日機には新潟工場の見学を含めて、多くの資料の提供を立製作所、そして鮎川義介による戸畑鋳物などがあ頂き、そして日本鋳造とクボタには社史の提供からそる。戸畑鋳物は日立金属、そして日産自動車へと発展れに伴う詳細な写真の提供など、大変にお世話になっした。また、豊田佐吉による豊田自動織機からはトヨた。さらにまた、下仁田町中小坂鉄山研究会の方々にタ自動車が誕生している。そして、小松もクボタも鋳は資料の入手、写真撮影などで大変にお世話になっ物工場が源で現在に至っている。

た。これらの方々に厚く御礼を申し上げたい。

大正時代以降から戦前までの資料も入手は困難を極

これらの方々の絶大なご支援がなければ、この報告めた。先ず、これらの資料は電子データが完備して書の内容はずっと軽薄なものになっていたと感じていおらず、1 つの資料から芋づる式に探し出すのが常でる。しかし、やっと入手できた資料、例えば「大阪砲あった。資料を見つけ出した後はそのコピーや原本の兵工廠資料集」や「明治 29 年の兵要工藝学教程」な入手である。これも一筋縄では行かなかった。電子

どは本文に活かす時間がなく、調査資料として入手しデータがないということは、資料の所有者を訪ねてそた段階で時間切れを迎えてしまった。このような次第のコピーを依頼しなければならない。また、コピーすで、小職の力不足と時間の制限、そして新しい資料のるのは、その時に必要と感じた部分だけである。しか次々の発見などにより、まだまだ加筆の余地を残してし、資料を個人的に入手・自宅に保管した場合には、いる。

好きな時にじっくり読むことができ、目的とした箇所

終わりにあたって、本報告により、我が国産業の近以外にも重要な情報を見つけ出せることが少なくな代化に鋳造業が如何に寄与したかの理解が得られるこかった。じっくりと原本と取り組むことの必要性を痛とを期待して、筆をおく。

切に感じた次第である。小職は 50 年近くを鋳物に携

76

鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March

専門用語の解説
鉄と鋼鋳鉄）に分けている。ことほど左様に、時代によって鉄に関する用語は現在と明治時代、江戸時代では大その呼び方が大きく異なっている。更に古くは、鋼を

きく異なっており、その正確な記述は難しい。この相鉧、銑鉄を銑と称する。また、国産を和鉄と称して輸違が理解を妨げている。そこで先ずは、現代の専門用入鉄と区別して用いた。詳細は 3.1.2 章と 3.1.3 章を参語で解説する。鉄は大きく分けて鋼と鋳鉄（銑鉄）に照いただきたい。

分類される。これらはいずれも鉄と炭素の合金であり、含まれる炭素量が 2％以下のものを鋼、それ以上

タタラ（鈩）とたたら（蹈鞴）とこしき（甑）、ふいのものを鋳鉄としている。そして、炭素量が極少なご（鞴）く、炭素以外の不純物量が少ないものを純鉄と称する。

タタラは鉄鉱石の還元炉で、現在の高炉に相当する。すなわち、鉄鉱石（タタラの場合には砂鉄）を鉄

先に、鋼は鉄と炭素の合金であると記述した。正確に還元する精錬炉である。これに対してたたらは一種にはこれを炭素鋼という。更に、炭素鋼は含まれるのふいご（鞴）で、送風機を表す。鞴には手鞴と足踏

炭素量によって、0.8％以下のものを亜共析鋼、それみ鞴があり、たたらは足踏み鞴を指し、手鞴は多く鍛以上のものを過共析鋼、0.8％のものを共析鋼という。

冶屋が用いた手で風を送る小型の送風機を指す。図

これに対して、炭素以外の主要な合金元素、例えばク3.1 で、中央にある炉がタタラで、その両端にある人

ロムやモリブデンなどが数％以上含まれるものを合金

力による足踏み送風機がたたらである。本稿ではこれ鋼や特殊鋼という。例えば、クロム・モリブデン鋼とらの区別を明確にするため、カタカナとひらがなで使いう。この合金鋼にはステンレス鋼や耐熱鋼なども含

い分けた。

まれる。

たたらを踏んでいる時に強く踏みすぎて、よろめい

これに対して鋳鉄は炭素量が 4.3％以下のものを亜た勢いで数歩ほど歩み進んでしまうことをたたらを踏

共晶鋳鉄、それ以上のものを過共晶鋳鉄という。このむという。ちなみに、かわりばんこあるいは地団駄を場合にも鋼と同様に合金鋳鉄がある。また、炭素が黒踏むという言葉もこれに由来する。また、たたらを踏鉛として晶出したものをねずみ鋳鉄、炭素が鉄と化合むという言葉は現在の歌舞伎の中にも残っている。古したものを白鋳鉄という。白鋳鉄とは、その破面が代の製鉄民の言葉が二千年の時を経て歌舞伎の中に真っ白なことによる。そこで、破面がねずみ色のもの

残っていることは興味深い。

をねずみ鋳鉄という。現在では、ねずみ鋳鉄は片状黒

これに対してこしきは小型円筒形の鋳鉄溶解炉で、鉛鋳鉄を指し、鋳鉄と同様の成分で溶鉱炉から出たもキュポラと機能的には同等であるが、炉体を湯だまのを銑鉄（鋳物の原材料）と呼ぶ。更に、黒鉛の形がり、胴、朝顔などに分割できるものをいう。時にはこ片状のものを片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄ということもれを積み甑ともいう。また、キュポラが普及する以前ある）、黒鉛が球状になったものを球状黒鉛鋳鉄、白の溶鉄炉が甑と呼称されていたが、これは後述のせい

鋳鉄を熱処理し、黒鉛化を図ったものを可鍛鋳鉄といろと形が似ていた事に由来する。

う。

こしきは我が国古来からの呼び名でもあり、酒造り

明治時代の鉄（鐡）の分類は先に表 3.4 で示した。

の際、米を蒸すせいろをこしきといい、積み重ねる姿

ここでは鋼を可鍛鉄と呼んでいる。鍛造できる鐡の意が似ているので鋳鉄の溶解炉もこしきと呼ばれてき味である。当時は、鋳鉄や銑鉄を銑（鑄鉄）と言ってた。本来は、こしきは古代中国を発祥とする米などをいる。さらに、可鍛鉄は鎔鋼（溶解して得た鉄、の意

蒸すための土器で、3 世紀から 4 世紀にかけて朝鮮半味）と錬鉄に分けられている。鋼は溶融温度が高いの島を経て、日本に伝来したと見られている。したがっで、昔はこれを溶かすことができず、完全には溶解さて、こしきも古くは人力で風を送っており、この送風れていない状態で得た鋼を錬鉄で示した。銑鉄から炭装置もたたらである。

素を除去したり、或いは後述のタタラで作られたもの
も、錬鉄の名が付けられた。古くは鉧やパドル鋼もこ反射炉と平炉の範疇に入れている。また、銑（銑鉄）或いは鋳鉄は先にも記述したが、反射炉は金属熔解炉の一種であ

黒鉛の晶出の如何で、灰銑（ねずみ鋳鉄）と白銑（白る。西洋では 18 世紀から 19 世紀にかけて鉄の溶解に

鉄鋳物の技術系統化調査

77使われ、この技術が我が国にもたらされた。反射炉はので、低周波炉では最初の溶解にスターティング・ブ

熱を発生させる燃焼室と熔解を行う炉床が別室になっロックと称する大きな鉄の塊、再溶解時には炉内にている。燃焼室で発生した熱で炉の天井や壁を温め、1/3 程度の溶湯を残して溶解する。この残湯は、冷材

その輻射熱を炉床にある金属に集中させ、金属の熔解

溶解のスターティング・ブロックに相当する。このよを行う炉である。こしきに比べて一度に大量の青銅やうに、低周波炉は作業性が悪いので、現在ではほとん

鋳鉄を溶解できるため、青銅や鋳鉄大砲の鋳造を目的どの場合に高周波炉が用いられている。

に導入された。
これに対して平炉は、主に鋼の溶解に使用された反

鋳物砂、砂型と中子射炉の一種で、炉内温度を高めるために、炉に送る空現在でも鋳鉄鋳型としては主に砂型が用いられ、ア

気やガスの温度を上昇（加熱）させる熱交換器（蓄熱ルミニウムは金型が用いられることが多い。使い分け室）を備えている炉を平炉と称した。図 4.4 と図 4.12は金属の溶融温度によっている。その詳細は 6.1 章に参照。

記述したので、ここでは省略する。しかし、何故に今日でも砂型が多用されるのかの理由を中心に記述す

アーク炉（狐光爐）と誘導炉（誘導電気炉）
アークは日本語で弧光と書き、放電現象である。放電とは電極間にかかる電位差によって、電極間に存在いた。それが、近年はアルミニウムでは金型が主流になった。

する気体に絶縁破壊が生じ電子が放出され、電流が流鋳物に用いられる砂、鋳物砂は適度に耐火度（耐熱れる現象である。その形態により、雷のような火花放性）があって、形状が丸みを帯び（図 6.3）
、粒度 28電やコロナ放電、グロー放電、アーク放電に分類され〜100 メッシュのものが用いられている。この粒度はる。グロー放電から更に電流を増加させるとアーク

凡そ、直径で 0.18mm〜0.58mm になる。通常は、こ放電になる。グロー放電は高い電圧で小さな電流しかれより大きすぎても小さすぎても鋳物砂としては用い

流れず、気体分子の温度も低い放電であるのに対し、られない。

アーク放電は低い電圧で大きな電流が流れ、気体分子

その理由は以下の通りである。砂型を含む全ての鋳の温度も高い放電である。大きな電流が流れることか型に湯（鋳物用語で溶けた金属を指す）を注ぐと、湯ら金属の溶解や溶接などに用いられている。

の温度が高いので大量のガスが発生する。このガスを

図 4.15 を参照いただきたい。被溶解物を加熱、溶鋳型空間（あるいは砂型の砂粒子の隙間）から逃がさ解するための熱源として電極間、あるいは電極と被溶なければならない。したがって、鋳型には通気性が大解物との間にアーク（通常は数千℃）を発生させ、そ切である。一方で、砂粒子（砂型の隙間）が大きすぎの熱で溶解する炉をアーク炉という。ここで前者を間ると、この隙間に湯が入ってしまうので、良質の鋳物

接アーク炉、後者を直接アーク炉という。

を作ることができない。このような理由で、砂型に用電磁誘導とは磁束が変動する環境下に存在する導電

いられる砂の大きさが決まる。鋳型空間からガスは逃体に電位差（電圧）が生じる現象である。また、こがさなければならないが、湯は逃がしてはいけない。

のとき発生した電流を誘導電流という。誘導電気炉

これが鋳型である。

とは、耐火物で覆われたコイルの内側に導電体を置鋳込んでいる途中で砂型が壊れることがある。するき、コイルに交流電流を流したときに、電磁誘導作用と、全ての湯が外に流れ出してしまう。これは、砂型によって被溶解物（導電体）に流れる電流によって抵の中で、表面の湯が凝固するから湯が砂の隙間に入れ

抗加熱・溶解する炉を指す。誘導電気炉は、使用するないのではなく、砂型は湯に対して一種の防水加工状

交流の周波数によって低周波炉、中周波炉、高周波炉

態にあり、湯が砂の隙間に入りえないことを示していに区別される。しかし、ここでいう高周波とは 500Hzる。これは、最近のレインコートでは、体から発散す

から 3000Hz 程度で、電気の分野での高周波とは大きる水蒸気は外に逃がすが、外からの雨水は通さない状く異なる。ちなみに、低周波炉とは商用周波数（50Hz

況によく似ている。それが、何かの影響で砂型が湯にあるいは 60Hz）を用いる炉を指し、この中間の周波

濡れると、砂の隙間に湯が侵入し、砂が鋳物に付着し数を用いる炉を中周波炉という。中周波には、商用周てしまう。これを焼付き欠陥という。

波数の 3 倍を用いることが多く、これを 3 倍周波数炉ということもある。

鉄鋳物の技術系統化調査

鋳物の最大の特徴は中子を用いることができる点にある、と筆者は考えている。その中子に関しては

低周波は被加熱物が大きくないと有効に作用しない78る。大正時代までは殆ど全ての鋳物は砂型で作られてVol.6 2013.March

図 2.1 や図 2.14 で示した。このような中子が使用できることでシリンダーブロックのような複雑な形状が作

塩基性スラグは用いることができない。鉄鋼の精錬でれる。中子は鋳型（これを主型という）に納める（図は酸性スラグを用いると脱硫、脱リンは殆どできな

2.14 や図 7.8）
。勿論、中子からも大量のガスが出るのい。脱硫、脱リンの目的には塩基性スラグを使用するで、これを中子の隙間から外に逃がさなければならが、この場合には塩基性炉であることが必要である。

ず、中子の通気性は主型よりも重要である。

塩基性酸化物とは水と反応して塩基を生じるか、酸と反応して塩を生じる金属元素の酸化物である。塩基酸性転炉（平炉）と塩基性転炉（平炉）
酸性と塩基性の定義は酸・アルカリの定義とは少し性酸化物の代表的なものには以下のようなものがあり、これらの化学反応は以下の通りである。

異なる。酸性酸化物とは、水と反応して酸を生じる

CaO：水と反応させると水酸化カルシウムを生か、塩基と反応して塩を生じる非金属元素または酸化じ、塩酸と反応させると塩化カルシウムを数の大きな金属元素の酸化物である。酸性酸化物の代作る。

表的なものには以下のものがあり、これらの化学反応は以下の通りである。
SiO2：水とは反応しないが、塩基と反応してケイ酸塩を生じる。
CrO3：水と反応してクロム酸および二クロム酸を生じ、塩基と反応してクロム酸塩を生じる。

Na2O：水と反応させると水酸化ナトリウムが生
じ、塩酸と反応させると塩化ナトリウムを作る。
MgO：水と反応させると水酸化マグネシウムを作り、塩酸と反応させると塩化マグネシ
ウムを生じる。
塩基性炉とは塩基性耐火物を主要耐火物とする炉

P2O5：水と反応してリン酸および二クロム酸を生で、前述のように塩基性スラグによる精錬が可能で、じ、塩基と反応してクロム酸塩を生じる。

脱硫、脱リンの目的で使用される。酸性耐火物の転炉

酸性炉とは SiO2 を主要耐火物（これをライニング

がベッセマー転炉で、塩基性耐火物の転炉をトーマスという）とする炉で、酸性転炉、酸性平炉などがこれ転炉という。

に相当する。安価で使用しやすい炉であるが、後述の鉄鋳物の技術系統化調査

79鉄鋳物の登録遺産候補一覧

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鉄鋳物の技術系統化調査

Vol.6 2013.March