ロストワックス鋳造とは？対応材質・製造工程・用途について

精密機械加工分野では、複雑な形状、高い寸法精度、良好な表面仕上げが求められる金属部品が数多くあります。工業用バルブ、機械部品、医療機器部品、半導体装置部品、各種機械部品などにおいて、ロストワックス鋳造は広く活用されている加工方法の一つです。 ロストワックス鋳造は、複雑な形状の製品を成形できるだけでなく、鋳造後の加工量を削減し、材料ロスを抑え、量産時の品質安定性の向上にも貢献します。

ロストワックス鋳造とは？

ロストワックス鋳造は、ワックス模型を用いて製品形状を形成する金属鋳造方法です。ワックス模型の周囲に耐火材を被覆して鋳型を作り、その後、ワックスを加熱して溶かし出すことで、製品形状と同じ空洞を鋳型内に形成します。この空洞に溶融金属を流し込むことで、鋳造品を製作します。ロストワックス鋳造の特徴は、複雑形状、薄肉形状、比較的良好な表面性状、高い寸法精度に対応しやすい点にあります。そのため、安定した品質、高い強度、厳しい技術基準への対応が求められる部品に多く採用されています。

ロストワックス鋳造に適した材質

ロストワックス鋳造は、さまざまな金属材料に対応できます。特に、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼などに適しており、使用環境、耐荷重性、耐食性、耐熱性、機械的強度などの要求に応じて、適切な材質を選定することが重要です。ロストワックス鋳造でよく使用される材質には、以下のようなものがあります。

ステンレス鋼

SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L、SUS310S、SUS309H、SUS430、SUS420J2、SUS630、17-4PHなどのステンレス鋼は、耐食性、高強度、過酷な使用環境における安定性が求められる製品に多く使用されます。なかでもSUS304は汎用性が高く、一般的な工業部品に幅広く使用されています。SUS316およびSUS316LはSUS304よりも耐食性に優れており、バルブ、医療機器、化学環境下で使用される部品などに適しています。SUS630や17-4PHは、熱処理後に高い強度や硬度が求められる部品に適しています。

炭素鋼・合金鋼

SS400、S45C、S55C、SCM440、AISI4140などの材料は、強度、耐荷重性、耐摩耗性が求められる機械部品に使用されます。これらの材料は、機械装置部品、産業用部品、構造部品、鋳造後に熱処理が必要な製品などに適しています。材質の選定は、製品の強度、耐食性、鋳造後の加工性、使用寿命に直接影響するため、非常に重要です。

ロストワックス鋳造の工程

ロストワックス鋳造は、ワックス模型の製作から検査・仕上げまで、複数の工程を経て行われます。各工程は、鋳造品の寸法精度、表面品質、最終的な品質に大きく影響します。

ワックス模型の製作

まず、鋳造する製品形状に合わせてワックス模型を製作します。ワックス模型の精度は、その後の鋳型形成に影響するため、高い精度が求められます。

ワックスツリーの組立

成形されたワックス模型を、ワックス製の湯道システムに取り付け、ワックスツリーを形成します。このシステムは、主湯道と各ワックス模型につながる枝状の湯道で構成されます。鋳型を作製した後、ワックスを加熱して除去すると、ワックスツリーの部分は鋳型内に中空の湯道として残り、溶融金属が各製品空洞へ流れ込む通路となります。ワックス模型の配置や数量は、金属の流動性、充填性、鋳造品の品質に直接影響します。

鋳型の作製

ワックスツリーを、耐火性セラミック材料に複数回浸漬または被覆し、鋳型の外殻を形成します。一般的には、バインダー（結合剤）と耐火性の砂・粉末を組み合わせて使用します。この鋳型外殻には、溶融金属を注湯する際の高温に耐えられる耐熱性、安定性、強度が求められます。

脱ロウ

鋳型が形成された後、内部のワックスを加熱して溶かし出します。この工程により、鋳型内部に製品形状と同じ空洞が形成されます。

注湯

金属を適切な温度まで溶解し、鋳型に注ぎ込みます。この工程では、金属成分や注湯温度の管理が重要であり、製品の機械的性質や表面品質を安定させるための重要なポイントとなります。

型ばらし・製品取り出し

金属が冷却・凝固した後、鋳型を壊して鋳造品を取り出します。その後、各部品を湯道システムから切り離し、次工程へ移行します。

熱処理・表面洗浄

要求仕様に応じて、硬度、強度、材質の安定性を向上させるために熱処理を行います。また、酸洗い、洗浄、研磨、バフ仕上げなどの工程により、表面品質を改善することもあります。

鋳造後の機械加工

組付け穴、ねじ部、接触面、フランジ面、シール面など、高い寸法精度が求められる部分には、CNC旋盤、マシニングセンター、ワイヤーカット、5軸加工機などによる機械加工を行います。

品質検査

鋳造後および機械加工後の製品は、厳密な検査を行います。検査項目には、金属成分分析、三次元測定機による寸法検査、外観検査、硬度測定、エアリーク試験、画像測定機による表面・形状検査などがあります。

梱包・出荷

品質基準を満たした製品は、顧客仕様に基づいて梱包・出荷されます。特に輸出向け製品では、品質管理、材料トレーサビリティ、適切な梱包仕様が重要となります。

ロストワックス鋳造の用途

ロストワックス鋳造は、高い成形性、幅広い材料対応力、高度な技術要求への対応力を活かし、さまざまな産業分野で使用されています。

• ガスバルブ・水バルブ部品
• 産業機械部品
• 医療機器部品
• 半導体装置・電子機器部品
• バイク部品・各種機械部品
• 建築設備、配管設備、産業用システム向け部品

ステンレス鋼のロストワックス鋳造における経験を活かし、Kobayashi Castingは、半導体、医療機器、水関連設備、産業機械分野向けに、複雑形状かつ高精度な部品製造に柔軟に対応しています。金型設計、ロストワックス鋳造、鋳造後の機械加工までの一貫生産体制に加え、日本基準の品質管理体制を継承している点も強みです。金属成分分析機、硬度測定器、三次元測定機による検査体制を備え、安定した品質、トレーサビリティ、国際輸出要求への対応を実現しています。