ダイカスト亜鉛とは？軽量化より寸法精度が選ばれる理由と成形の特徴

ダイカスト亜鉛とは、溶かした亜鉛合金を高圧で金型に注入して成形する鋳造法、またはその鋳造法でつくった製品のことだ。

ダイカスト亜鉛を選ぶ理由は軽量化ではない

アルミダイカストと比べて「軽い方」を選ぶという判断は、現場ではほとんど見かけない。亜鉛はアルミの約2.5倍の比重があり、同じ形状なら重くなる。にもかかわらずダイカスト亜鉛が選ばれる理由は流動性と寸法精度にあり、亜鉛合金の溶湯は約400℃で流れる一方でアルミ合金は約650℃以上が必要となるため、型の熱膨張と摩耗の差が製品の公差に直接響き、軽さよりも成形の安定性が優先される場面で採用されやすい。

ダイカスト亜鉛は金型鋳造の一種であり、溶けた亜鉛合金を高圧（数十MPa）で金型に押し込んで凝固させる。型はSKD61などの熱間工具鋼で構成され、入れ子と呼ばれる交換部品を組み合わせて複雑な形状をつくる。湯口と押湯の配置はアルミダイカストと同じ考え方だが、溶湯温度が低いため凝固が早く、しかも薄肉部では湯回り不良が出やすいため、作業者は湯口を太めに設計するか、製品肉厚を厚めに取るかという調整を迫られ、図面段階の判断がそのまま鋳造歩留まりに返ってくる。

亜鉛合金ダイカストの材料記号と組成

ダイカスト亜鉛に使われる材料は、JIS H 5301「亜鉛合金ダイカスト」で規定されている。代表的な材料記号は、ZDC1とZDC2の2種類だ。ZDC1はアルミニウムを含み、銅はごく少ない合金であり、ZDC2はアルミニウムと銅を含むため、銅の量が違うだけに見えても耐食性と強度のバランスは変わり、使用環境と要求性能を切り分けずに材料選定を進めると、量産後に見直しが発生することも珍しくない。

ZDC1は耐食性を重視した材料で、屋外や高湿度環境で使う部品に向く。ZDC2は引張強さがやや高く、機械部品や構造部品で選ばれる。ただし、亜鉛ダイカストは鉄やアルミに比べてクリープ変形（長時間荷重による変形）が大きいため、常時荷重がかかる部品には不向きであり、この点を設計段階で見落とすと、初期寸法が合っていても使用中に寸法が狂い、原因が加工ではなく材料特性にあったと後から判明する回り道を招きやすい。

ダイカスト亜鉛とアルミダイカストの使い分け

精度と表面仕上げで選ぶなら亜鉛、軽量化と耐熱性で選ぶならアルミという整理になる。亜鉛ダイカストは流動性が高く、薄肉部や細かい形状を再現しやすい。金型の摩耗も少ない。そのため量産時の寸法ばらつきが小さく、後加工を省略できる場合が多い。一方、アルミダイカストは、比重がZnの約7.1に対してAlの約2.7であるため、重量制約が厳しい自動車・航空機部品では採用の前提が異なり、同じダイカストでも評価軸そのものがずれる。

用途の違いを見ると、亜鉛ダイカストは電動工具のケース、ファスナー部品、玩具、家電の外装部品などで使われる。アルミダイカストは、エンジン部品、トランスミッションケース、ホイール、放熱部品などだ。溶湯温度が低いため金型寿命が長く、小ロット生産でも採算が取りやすい一方で、高温環境（100℃以上）では亜鉛合金の強度が大きく低下するため、細部形状の再現性が魅力であってもエンジン周辺部品には使えず、用途の境界は意外に明瞭である。

ダイカスト亜鉛の鋳巣と寸法精度

ダイカストは高圧注入のため、砂型鋳造に比べて鋳巣が出にくいとされるが、それでもガス巣と引け巣は発生する。ガス巣は、金型内の空気が溶湯に巻き込まれて残ったもので、型の排気経路（ベントと呼ぶ）の設計と配置で防ぐ。引け巣は、凝固収縮で内部に空洞ができる現象であり、押湯の配置と湯口の太さが不適切だと発生しやすくなるため、製品形状と凝固順序を踏まえた対策を外すと、見た目では分からない内部欠陥が後工程で表面化する。

亜鉛ダイカストの寸法公差は、JIS B 0403「鋳造品の寸法公差」で規定されている。ただし、実際の製品では金型の熱膨張と摩耗で寸法が変動するため、量産初期と後期で同じ公差を維持するには、金型の冷却と入れ子の交換タイミングを管理する必要がある。冷却水の流量と温度が不均一だと、型の一部が過熱して寸法が狂う。一方で、溶湯温度が低いため型の温度上昇が小さく、冷却の負荷が少ない点では、アルミダイカストよりも亜鉛ダイカストの方が有利であり、精度維持の難しさと管理のしやすさが同居している。

ダイカスト亜鉛の表面処理と耐食性

亜鉛ダイカストは、鉄やアルミに比べて耐食性が低く、そのまま使うと白錆（酸化亜鉛）が発生する。このため、めっき処理や塗装が前提になる。代表的な表面処理は、電気めっき（ニッケル・クロム）と化成処理（クロメート）だ。ただし、クロメートは六価クロムを含む処理が規制されたため、現在は三価クロムや無クロムの代替処理が使われており、表面処理の選定では防食性能だけでなく規制対応も同時に検討対象となる。

めっきの前処理として、脱脂と酸洗いが必要だ。亜鉛ダイカストの表面には、金型離型剤の残留物や鋳造時の酸化膜があり、これを除去しないとめっきの密着性が悪くなる。酸洗いは硫酸や塩酸を使うが、濃度と時間を誤ると母材が溶けて寸法が変わるため、亜鉛はアルミよりも酸に弱いという材料特性を踏まえたうえで処理条件を細かく管理しなければならず、前処理を単純な洗浄工程として扱うと不良の起点になりやすい。

ダイカスト亜鉛と鉛フリー化の動き

従来の亜鉛ダイカスト材には、微量の鉛が含まれる場合があった。鉛は溶湯の流動性を改善する効果があるが、環境規制（RoHS指令など）で使用が制限され、現在は鉛フリーの亜鉛合金が主流だ。JIS H 5301でも、鉛の含有量には上限が設けられており、材料変更は単なる表示上の切り替えではなく、鋳造条件の再確認を伴うテーマとして扱う必要がある。

鉛フリー化により、溶湯の流動性がやや低下したため、湯口の設計と注湯速度の調整が必要になった。この変化を把握していないと、従来と同じ設計で湯回り不良が出る。材料の切り替え時には、試作で湯流れを確認し、必要に応じて湯口を太くする対応が取られるが、こうした見直しを省くと不良対策が後追いになり、立ち上げ段階で修正を重ねることになって、工程設計の甘さがそのまま量産準備の遅れとして表面化する。

ダイカスト亜鉛の現場判断

ダイカスト作業者の間では、亜鉛は型に優しいという見方が定着している。溶湯温度が低く、型の寿命が長いため、多品種少量生産に向くという意味合いで使われる表現だ。つまり、製品の軽量化よりも精度と表面品質、さらに型のランニングコストで選ぶ材料であり、アルミと同じ評価軸で比較すると選定理由を取り違えやすい一方、寸法の安定性や後加工の削減まで含めて見ると、亜鉛ダイカストが採用される場面は自然に絞り込まれてくる。