自動車用アルミニウム合金
ダイカストの現状
西表1

.

は じめに直美

特殊ダイカスト法．

充填速度名称

スクイズダイカスト

ダイカストは，アルミニウム合金，亜鉛合金，マグネシウ
低速充填

ム合金，銅合金などの溶融金属を精密な金型の中に圧入し低速充填ダイカスト
セミソリッドダイカストて，高精度で鋳肌の優れた鋳物を短時間に大量生産する鋳造高真空ダイカスト方式である．優れた寸法精度，美麗で滑らかな鋳肌，高い生高速充填産性などの長所がある．特にアルミニウム合金ダイカスト

PF ダイカスト

は，薄肉・軽量で機械的性質も良いことから，シリンダーブロック，トランスミッションケース，ロッカーカバーなどのケース類・カバー類を中心とした自動車部品の用途がダイカ
スト生産量全体の約 95 を占める．一方，一般的に鋳造による欠陥が多く発生することや製品内のガス含有量が多くT6 熱処理・溶接が難しい．そのために自動車の足回り部品やボディ部品などの要求機能の高い部品への適用が難しい．
しかし，最近では層流ダイカストや高真空ダイカストなどの特殊ダイカスト法が開発され，難易度の高い製品への適用も進みつつある．
ここではアルミニウム合金ダイカストの用途を拡大しつつある高品質化技術，薄肉化技術，合金材料技術の現状について紹介する．

.

高品質化技術図1

通常のダイカスト法(以後，普通ダイカスト法と呼ぶ)でスクイズダイカスト法の原理図．

は，プランジャ速度が 1 ～ 3 m / s の高速(ゲート通過速度は30 ～ 90 m / s )で射出され， 0.1 s 以下の短時間に充填が完了する．また，ゲートの厚さは 1～ 3 mm 程度であり，非常に

低速充填によるダイカスト短時間に閉塞し，鋳造圧力の伝達は早期に途絶える．その結スクイズダイカスト法は，図に示すように傾転した縦型

果，ガス欠陥であるブローホールやひけ巣が発生し，機械的の射出スリーブ内に溶湯を注湯した後に，スリーブを金型部性質や耐圧性の悪化や巻き込まれたガスのために T6 熱処に連結し，厚いゲートから溶湯を静かに金型キャビティ内に理・溶接が難しい．そこで，これまでに表に示すような特充填する方法である(1) ． 50 ～ 110 MPa の高圧力で加圧する

殊ダイカスト法が開発されてきた．以下，これらのダイカスことにより，ひけ巣が少なく微細な凝固組織を有するダイカト法について簡単に紹介する．

ストを得ることができる．また，ガスの含有量も 1 mL/100

一般社団法人日本ダイカスト協会技術部技術部長(〒1050011 東京都港区芝公園 3
58)
Current Conditions of Aluminum Alloy Die Castings for Automotive; Naomi Nishi(Technology division, Japan Die Casting Association,Tokyo)
Keywords: die casting, aluminum, squeeze die casting, vacuum die casting, semisolid die casting, porefree die casting, thin wall die casting, newdie casting alloy
2014年 7 月22日受理[doi:10.2320/materia.53.589]

ま て り あ 第53巻 第12号(2014)
Materia Japang Al 以下と少ないことから T6 熱処理や溶接が可能で，自動粒状に成長させて所定の固相率に到達した時点で成形する方車のホイールなどが生産されている．横型のダイカストマシ法で，半凝固鋳造法とも呼ばれる．後者は，粒状組織を生成ンを用いて，低速で溶湯を充填する方法も開発されていさせたスラリーを一旦凝固させてビレットを作製し，鋳造のる(2)．スクイズダイカスト法と同様にひけ巣，ブローホール際に再度ビレットを加熱して固液共存状態にしてから成形すが大幅に低減され，高強度で延性，靭性の高いダイカストをる方法であり，半溶融鋳造法とも呼ばれる．

得ることができる．

東京理化工業所は，日本国内で初めてチクソキャスト法をアーレスティでは図に示すようなエア加圧により直接に導入し，耐圧部品や重要保安部品などを生産した(4)．また，金型キャビティ内へ溶湯を充填し，加圧子により加圧する

本田技術研究所では独自にチクソキャスト法を開発し，ボデNI 法(New Injection Die Casting Process)(3)を開発した．同

ィ部品を生産した．しかし，同方法は組織調整された特殊な方法は，ランナーやキャビティ表面に粉体離型剤を塗布してビレットを再溶融するためにコスト的な課題があり，現在で充填過程中での溶湯の冷却を防止し，また層流で金型キャビはほとんど生産されてない．

ティに溶湯を充填するため空気の巻き込みも少なく，図に日立金属ではレオキャスト法の開発に取り組み，電磁撹拌示すナックルアームのような機械的性質の優れたダイカスト装置を取り付けたスクイズマシンの射出スリーブ内に溶湯をの生産を可能にしている．

供給し，スリーブ内で粒状の初晶を生成した後に射出・充填

セミソリッドダイカスト法は，初晶を粒状化することによする方法を開発し，図に示す足回り部品を生産していり固液共存状態で鋳造できる方法である．凝固収縮量が少なる(5)．ナノキャストでは，図に示すように電磁攪拌装置内

くひけ巣が発生しにくい，粘性流動のためガスの巻き込みがのステンレス製カップに溶湯を注湯し，急速に冷却すること少ない，潜熱量が少なく金型寿命が長い，などの特徴があで核生成数を多くして，極めて短時間に溶湯をセミソリッドる．この方法には，レオキャスト法とチクソキャスト法があ状態にする方法を開発した(6)．これまでのセミソリッドダイ

る．前者は合金を液体状態から撹拌しながら冷却して初晶をカスト法(100 mm 以上)に比較して初晶 a 晶の粒径が小さく

図4

図2

NI 法(New Injection Die Casting Process)の原理
図(3)．

図3

NI 法で生産したナックルアーム(アーレスティ提供)．



半凝固ダイカスト法で生産したアッパーアーム(日立金属提供)．

図5

ナノキャスト法の原理図(6)．

小特集

50 mm 程度となることを特徴とする．東京理化工業所は，や溶接が可能である．その後欧州で使用実績が拡大するととこの方法で二輪自動車のアームサスペンションなどを生産しもに，日本国内にも導入されている(8)(9)．日産自動車では，ている．

サブフレームや図に示すようなストラットハウジングなど



高速充填によるダイカストの重要保安部品のダイカスト化を行った．最近では，マツダが高真空ダイカストと次章で紹介する超高速ダイカストを組

従来，金型キャビティの空気を強制的に排気する真空(減み合わせて，一般肉厚 2.5 mm のシリンダーブロックを生産

圧)ダイカスト法が使用されていたが，真空度は 20～50 kPaしている(10) ．真空度は 10 kPa 以下，プランジャ速度は 6.6程度であり，製品内のガス量は 5 ～ 20 mL / 100 g Al 程度でm/s である．

T6 熱処理や溶接などが難しかった．それに対して，金型合また，本田技術研究所では，図に示すような高張力鋼のわせ面，押出ピンクリアランス，プランジャチップ等のシープレス部品(黒色の部分)の上に高真空ダイカストで製造した

ル方法や給湯方法を工夫して金型キャビティ内の真空度を部品(白色の部分)を乗せて摩擦攪拌により接合したサブフレ

10 kPa 以下にする高真空ダイカスト法が開発されている．

ームを開発した(11) ．ダイカスト品は， ADC3 相当合金を用最初に注目を集めたのは 1994 年に Audi A8 のオールアルミ

いて高真空・超高速ダイカストにより生産し，T5 処理を行ニウムスペースフレームのボディ部品やベンツのクロスメンっている．

バーなどをダイカスト化した Vacural 法(7)(図)であった．

キャビティ内を真空に引く代わりに，金型キャビティの空

この工法の特徴は，射出スリーブと保持炉の溶湯がサクショ

気 を 酸 素 で 置 換 す る PF ( Pore Free の 略 ) 法 が 開 発 さ れンパイプで連結されており，金型キャビティおよび射出スリた(12) ．図にその原理を示す．置換した酸素とアルミニウーブ内を真空にすることで射出スリーブ内に溶湯を吸い上げ

ム合金溶湯が反応し，固体の酸化物を形成して瞬間的に真空るため，長時間の真空吸引ができ 5 kP 以下の真空度が得ら状態となる．その結果，ブローホールなどのガス欠陥を大幅れる．製品内のガス量は 1 ～ 3 mL / 100 g Al で， T6 熱処理に減少させ， T6 熱処理や溶接を行うことができる．この方法で図に示すような自動車のハウジング(T6 処理品)など

図8
図6

図7

Vacural 法の原理図．

高真空ダイカスト法で生産したストラットハウ
ジング(日産自動車提供)．

ま て り あ 第53巻 第12号(2014)
Materia Japan

高真空ダイカストで製造した部品と高張力鋼のプレス品を摩擦撹拌により接合したサブフレー
ム(本田技術研究所提供)．

図9PF(Pore Free の略)法の原理図．



表2

ダイカスト表面積と最小肉厚．
最小肉厚(mm)

ダイカストの表面積1(cm2)Zn 合金

Al, Mg 合金

25まで

0.6～1.00.8～1.225～100

1.0～1.5

1.2～1.8

100～500

1.5～2.0

1.8～2.5500以上

2.0～2.5

2.5～3.01最小肉厚で形成される単一主平面の面積図10

PF 法で生産したハウジング(アーレスティ提供)．

が生産されている．

.

薄 肉 化 技 術

これまでのアルミニウム合金ダイカストの平均肉厚は，対象製品によって異なるが自動車関連部品では 3 ～ 5 mm ，電気・通信関連の部品では 1～2 mm が一般的である．ダイカストの肉厚については，ダイカスト表面積あるいはダイカス

図 11

超高速ダイカスト法で生産したオイルセパレー
タ(広島アルミニウム工業提供)(14)．

トの大きさの関係で表に示されるような目安が経験的に設定されている(13) ．しかし，最近では軽量化を目的に表 2 よもので歪み許容差が± 0.26 mm と厳しく，鋳放しで高精度り更に薄肉なダイカストの要求が高まっている．
薄肉のキャビティに溶湯が完全に充たされるためには，充を確保している．先に述べたマツダのシリンダーブロックや填 過 程 中 で 凝 固 し 流 動 が 停 止 し て は な ら な い ． F. C.

本田技研のサブフレームなどもこの超高速ダイカストマシン

Bennett(14)は，単位体積中の熱量が肉厚の中央断面に集中しを用いて鋳造されている．ていると考え，ダイカストの凝固時間を定常状態のフーリエの式を用いて求め，その 70 ( Bennett Factor )が充填時間

.

合金材料技術(u)であるとして式( 1 )を提案している．

u＝0.7rx 2{qa＋c(Tm－Ts)}k ( T m－ T d )(1)

ダイカスト用アルミニウム合金には，金型とダイカストが反応する焼付や型侵食を防止するために Fe が 0.7 ～ 1.0 

ここで， k 溶湯の熱伝導率， qa 溶融潜熱， c 比熱，( JIS 規格では 1.3 以下)添加されている．しかし， Fe はr 溶湯密度， Tm 溶湯温度， Ts 液相線温度， Td 金型

bAl Si Fe 金属間化合物を形成して延性や靱性を低下させ温度，x肉厚の 1/2 とする．

る．したがって， ADC12 を例にとると鋳放しでの伸びは 1

肉 厚 が 1 mm の 製 品 を ADC12 ( 密 度  2.4 g / cm3 ， 比 熱～ 3 程度で，先に述べたような特殊ダイカスト法により0.963 kJ/(kg･K)，溶融潜熱 403 kJ/kg)で溶融温度 953 K，T6 処理をしても大きな伸びの向上は期待できない．また，

金型温度 473 K に鋳込むとすると式( 1 )より 5 ms で充填を

ADC12では強度を高くするために Cu が1.5～3.5添加され完了しなければならない．鋳込み質量が 1 kg ，射出プランているが，耐食性を害する要因になっている．そこで，欧州

ジャ径を 12 cm とした場合，肉厚 1 mm の製品を鋳造する

では，サブフレームやストラットハウジングのような重要保ための射出速度は 7 m/s 程度が必要である．

安部品には， Fe の含有量を少なくし，焼付や型侵食を防止

この高速射出を実現するためには，加速・減速のレスポン

す る た め に Mn を 添 加 し た 材 料 が 開 発 ・ 実 用 化 さ れ て いスに優れた大容量バルブや射出コントロール機能を有する鋳る(17)．また，耐食性を良好にするために Cu の代わりに Mg造機が必要である．最近では射出速度 5 m / s 以上の高速射を添加して強度を確保している．

出を可能にした超高速ダイカストマシンが普及しつつあ

図(a)に，Al10Si0.5Mg 系合金ダイカストのミクロ組る(15)．図に広島アルミニウム工業が超高速ダイカストマ織を示す．比較のため( b ) ADC12 も示した． Fe の含有量はシンで生産した一般肉厚が 1.5 mm のオイルセパレータを示

0.15 以下， Mn は 0.5 ～ 0.8 添加されている． Al 10Si す(16)．同製品はトランスミッションケース内に装着される

0.5Mg 系合金ダイカストのミクロ組織は aAl 晶と微細な共小特集

.

おわりに

ダイカストの技術開発は，鋳造による欠陥への対応，薄肉化への対応，機械的性質向上への対応などに取り組み，多くの自動車部品にダイカストが適用されてきた．そして，これらの技術を組み合わせることで更なる用途拡大が期待される．しかし，欧州に比べて日本国内ではダイカスト用合金を含めた材料技術の研究・開発は不十分であり，今後更にダイカストの用途を拡大し，国際競争力を高めていくには，これらの材料技術に対して産・学・官が連携して取り組み，レベルアップを図る必要があるであろう．

文献を発生することがある．それを回避するため，Al5Mg2Si( 1 ) 安達 充鋳造工学，71(1999), 131139.
( 2 ) 竹久文隆，深谷紘一，横井光義鋳物，66(1994), 506511.
( 3 ) 青山俊三型技術，12(1997), 4, 3133.
( 4 ) 松野慎也，斉藤正央，菊池政男 1996 年日本ダイカスト会議
論文集，(1996), 209
213.
( 5 ) 金内良夫，柴田良一，今村具哉鋳造工学， 74 ( 2002 ) , 595 
600.
( 6 ) 渡邉一彦，土屋金雄，小林英二，花田和直，板村正行，金宰民，洪 俊杓 2004 日本ダイカスト会議論文集， JD0438(2004), 229234.
( 7 ) 早坂勝博型技術，18(2003), 4, 5559.
( 8 ) 田代政巳，神戸洋史，浅井宏一，工藤勝弘 2002 日本ダイカ
スト会議論文集，JD0237(2002), 235
239.
( 9 ) 金内良夫型技術，19(2004), 4, 4347.
( 10 ) 大塚 真，河野一郎，小国英明，菅谷 智，竹村幸司，佐々木大地マツダ技報，31(2013), 197201.
( 11 ) 宮原哲也，佐山 満，矢羽々隆憲，大浜彰介，畑 恒久，小林 努Honda R&D Technical Review, 25(2013), 1, 7177.
(12) 三木 功型技術，12(1997), 4, 4551.
( 13 ) 菅野友信，植原寅蔵ダイカスト技術入門，第 2 版，日刊工業新聞社，(1997), 10.
(14) F. C. Bennett: Trans. 4th National Die Casting Congress(SDCE), Paper No. 503 (1966).
(15) 辻 眞型技術，18(2003), 4, 1824.
株 会報ダイカスト，128(2008), 7
(16) 広島アルミニウム工業
11.
(17) 渡邉修一郎素形材，50(2009), 9, 2329.

系の非熱処理型の合金が開発されている．AlSiMg 系合金★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★と同様に Fe を減らして Mn を添加している．欧州では，ド1985 年

図12ダイカストのミクロ組織．(a) Al10Si0.5Mg 系合金．(b) ADC12．

晶の Al Si で構成されており， ADC12 のそれとは大きく異なる．
欧州では，ストラッドタワーやハッチバックサポートフレームなどの自動車のボディ部品や，アーム類などに適用されている．国内でもサブフレームやストラッドハウジングなどにこれらと同様な合金が使用されている．
Al Si Mg 系合金は， T6 処理や T7 処理をして使用することが多いが，薄肉品の場合溶体化処理の過程で歪みや変形

東海大学工学研究科金属材料工学科専攻博士課程修了
1985年 リョービ株式会社入社
2002 年 一 般 社 団 法 人 日 本 ダ イ カ ス ト 協 会 入 社
現職
専門分野材料工学，鋳造工学◎ダイカストの基礎的研究，ダイカスト用材料開発やプロセス開発に従事．

アのインナーフレームやサブフレームなどが生産されている．ただし，本合金系は，湯流れ性が悪くまた鋳造割れを発生しやすいなど鋳造性に問題を抱えており，使い方が難しい．

西

ま て り あ 第53巻 第12号(2014)
Materia Japan直美★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

