鋳巣の原因と対策

2025.12.16

様々ある鋳造欠陥の中で、最も多い欠陥の一つが「鋳巣」です。鋳巣は、製品の強度や品質を低下させる原因となるため、対策は必須です。

本稿では、鋳巣の原因とその対策について、鋳物切削加工のプロフェッショナルが解説します。

鋳巣とはなにか？

鋳巣とは、鋳造欠陥の一種で、鋳物製品の内部や表面にできる空洞（穴）のことです。

「ちゅうす」または「いす」と読みます。製品の強度や気密性を著しく低下させるため、鋳造工程において最も重要な対策対象の一つとされています。鋳巣は、溶けた金属（溶湯）を鋳型に流し込む工程で、主にガスの巻き込みや凝固時の体積収縮が原因で発生します。

鋳巣の種類と原因・メカニズム

鋳巣は、その発生原因によって大きく「収縮による鋳巣」と「ガスによる鋳巣」に分けられます。

収縮による鋳巣

主に溶湯が凝固する際の体積減少が原因で発生する空洞は、引け巣とざく巣があります。

引け巣（ひけ巣）は、凝固収縮の際に、最後に固まる部分に溶湯が十分に供給されずにできる内部の大きな空洞です。鋳物の肉厚が急に変化する部分や、熱が集中する部分で発生しやすいです。湯道や押し湯の設計が不十分で、溶湯が最後まで供給されないと発生します。冷やし金を用いて、意図的に特定の部位の凝固を早める対策が取られることもあります。

一方、ざく巣は、引け巣に比べると細かい収縮空洞が分散して発生する現象で、特にダイカストや金属の急速な凝固を伴う鋳造法で見られます。

ガスによる鋳巣

次に、溶湯中のガスや鋳型材から発生するガスが原因で発生する空洞についてご紹介します。

ブローホール：ブローホールは、比較的大きな球状の空洞で、鋳型や中子から発生したガスや、溶湯に含まれていたガス（特に水素）が、鋳物内部に閉じ込められてできます。鋳型の通気性が悪い砂型鋳造などで発生しやすいです。

ピンホール：ピンホールは、ブローホールよりも小さな、針で刺したような微細な空洞が表面近くに多数発生する現象です。主な原因は、溶湯に多量に溶け込んだガスが凝固過程で放出されることや、鋳型表面の水分が急激に蒸発することです。

巻き込み巣：巻き込み巣は、湯廻りが乱れることによって、空気や、溶湯表面にできた酸化皮膜（酸化物介在物）を溶湯の内部に巻き込み、そのまま固まって空洞となるものです。特に、湯道からの注ぎ込みが急激であったり、乱流が発生しやすい設計だと起こりやすいです。注湯温度が低すぎると、湯廻りが悪くなり、巻き込み巣が発生しやすくなる場合があります。

鋳巣への対策

鋳巣対策は、「収縮のコントロール」と「ガスの発生・巻き込み防止」の二点に集約されます。

引け巣（収縮）への対策

押湯の設置・設計：押し湯を設けて、凝固する鋳物本体に向けて溶湯を最後に供給できるようにします。押し湯が鋳物本体より最後に固まるように、サイズや断熱材を工夫します。

湯道系の最適化：適切なサイズの湯道（ストレートな構造）設計で、溶湯が滞りなくスムーズに流れるようにし、均一な凝固を促します。

凝固の方向性制御：冷やし金や断熱材を用いて、凝固が押し湯側から遠い部分から順に押し湯に向かって進むよう、凝固の方向性をつけます。

注湯温度の最適化：注湯温度を高すぎず、低すぎない適正範囲に保ち、過度な引け巣の発生を防ぎます。

ガス巣（ガス・空気）への対策

ガスの除去（脱ガス）：鋳造前に溶湯のガス抜き（脱ガス処理）を徹底し、溶け込んだ水素などのガスを低減します。

鋳型通気性の改善：砂型鋳造の場合、鋳型や中子の通気性を高め、発生したガスが外部へスムーズに逃げられるようにします。

乾燥の徹底：鋳型や中子の水分はガスの発生源となるため、使用前に完全に乾燥させます。

湯道設計：湯道設計を工夫し、溶湯の巻き込み巣（空気の巻き込み）が発生しないよう、穏やかな湯廻りと湯道内の速度を適切に制御します。特にダイカストでは、射出速度やベント（ガス抜き）の設計が極めて重要になります。

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