亜鉛合金の鋳造法とその精密機器市場での利用

亜鉛合金とは何か

亜鉛合金は、亜鉛を主成分にアルミニウム、マグネシウム、銅などを添加した非鉄金属材料です。
比重が約6.6〜6.8と鉄や銅より軽く、機械的特性と耐食性のバランスに優れます。
特にダイカスト用のZamak（ザマック）合金は、寸法精度が高く複雑な形状を一体成形できることで、精密機器分野で重宝されています。
また融点が約400〜420℃と低いため、溶解エネルギーを抑えられ、金型寿命も延びます。
これらの特性が、コスト競争力と短納期を求められる精密機器市場で採用が進む要因です。

亜鉛合金鋳造の代表的な方法

ダイカスト法

高い射出圧力で溶湯を金型に高速充填し、瞬時に凝固させる量産向け工法です。
厚肉から薄肉、微細なリブや複雑内部形状まで再現でき、後加工を最小限に抑えられます。
自動車部品、スマートフォンフレーム、カメラ用レンズバレルなどに多用されています。

グラビティ鋳造法

重力を利用して溶湯を金型へ流し込むシンプルな方法です。
湯回りが穏やかなため、ひけ巣や巻き込みガスの発生が少なく、肉厚の大きな部品や試作に適しています。
ダイカストより生産性は落ちますが、金型費が低く少量生産に向きます。

インベストメント鋳造法

ロウで作ったワックスパターンをセラミックコートし、ロストワックスで中空殻を作って鋳造する高精度工法です。
±0.05mm級の寸法公差と優れた表面粗さを実現し、微小歯車や医療機器のハウジングなどに適用されます。

粉末冶金法とMIM

金属粉末を金型に充填し、焼結して成形する粉末冶金（PM）や、バインダーと混練し射出成形するMIM（Metal Injection Molding）は、微細部品で優位性があります。
亜鉛合金粉末は低温焼結が可能で、内部欠陥の少ない緻密な組織が得られます。
精密歯車、時計部品、コネクター端子など超小型領域で採用が増えています。

各鋳造法のメリット・デメリット比較

ダイカストは量産性と寸法安定性が高い反面、大型設備投資と高い型費が必要です。
グラビティ鋳造は設備・型費が低く肉厚品に最適ですが、寸法精度がやや劣りサイクルタイムも長くなります。
インベストメント鋳造は形状自由度と精度が抜群ですが、工程が多くコスト高です。
粉末冶金・MIMは複雑微細形状と材料歩留まりに優れますが、原料粉末費と焼結炉コストを考慮する必要があります。
目的の精度、ロット数量、コスト、材質要求を総合的に評価して最適プロセスを選定することが重要です。

精密機器市場における亜鉛合金の需要動向

カメラ・光学機器

レンズマウント、絞りユニット、フォーカスラックなどはμm単位の精度と堅牢性が求められます。
亜鉛ダイカストは高寸法精度で熱膨張が小さく、温度変化の厳しい屋外撮影環境でも安定した光学性能を維持します。
さらに薄肉成形により軽量化でき、携帯性向上を実現しています。

医療機器

内視鏡ハウジング、超音波プローブケース、歯科用ハンドピースなど医療現場では滅菌耐性と安全性が必要です。
亜鉛合金は無毒性でニッケルフリー選択も可能なため、アレルギーリスクを低減します。
加えて射出成形後のCNC仕上げを組み合わせることで、医療規格ISO13485が要求する高いトレーサビリティと品質保証を実現します。

ウェアラブルデバイスとIoT

スマートウォッチの筐体、VRゴーグル部品、ドローンのジンバルなど、軽量で強度が必要な領域で亜鉛合金が注目されています。
低融点による省エネ製造がSDGs対応として評価され、企業の環境報告書にも寄与します。

亜鉛合金採用によるコストと品質の最適化

加工性と量産性

亜鉛合金は切削加工性が良好で、ダイカストで大まかな形状を成形後、微調整用にマシニングセンタを併用する「ハイブリッド加工」が主流です。
これにより総加工時間を最大50％短縮できる事例も報告されています。

表面処理・めっき技術

クロムフリー化成皮膜、ニッケルフリー無電解めっき、PVDコーティングなど環境規制に対応した表面処理が進化しています。
特にスズコバルトめっきは耐食性と高級感を兼ね備え、カメラ外装や高級オーディオノブで採用例が増えています。

リサイクル性と環境対応

亜鉛合金はリサイクル時の劣化が少ないため、回収材を80％以上使用したエコダイカスト品も実用化されています。
これはEUのRoHSやREACH規制だけでなく、国内のグリーン購入法への適合にも寄与します。

今後の技術トレンドと開発課題

5G通信やAIoT機器の高周波ノイズ対策として、EMIシールド性能を付与した亜鉛合金が研究されています。
ナノ粒子を分散させることで導電性と磁性を両立し、筐体一体でノイズ抑制を図る技術です。
一方、ダイカスト金型の摩耗やガス抜け不良による歩留まり低下は依然として課題です。
シミュレーションソフトによる充填・凝固解析、3Dプリンタで造形した金型インサートの採用が解決策として検討されています。
また、カーボンニュートラルの観点からバイオマス潤滑油や再生可能エネルギー電炉への切り替えが急務です。

まとめ

亜鉛合金は低融点による省エネルギー、寸法精度、複雑形状対応、リサイクル性の高さから、精密機器市場で不可欠な材料となっています。
ダイカスト、グラビティ鋳造、インベストメント鋳造、粉末冶金といった多様な鋳造法があり、製品要求に応じて最適プロセスを選択することで、コスト競争力と品質向上が両立できます。
表面処理技術やリサイクル材活用、EMIシールド機能付与など付加価値開発も活発化しており、今後さらに採用範囲が拡大すると予想されます。
環境規制と高性能化の両立を図るためには、材料開発、プロセスシミュレーション、デジタルマニュファクチャリングを統合した総合的アプローチが鍵となるでしょう。