精密鋳造の公差とは — CTグレードとISO 8062

鋳造公差等級（CT）は、鋳造部品が公称寸法にどの程度正確に合致しているかを表すものです。国際規格では ISO 8062-3 — 成形部品の寸法および形状公差 — 第3部：鋳造品に対する一般的な寸法および形状公差ならびに加工余裕 (ISO, 2007年；2023年更新）。中国ではこれに相当する 燃料油の一般仕様. ドイツは歴史的に言及している VDG P690, 、ここでD2等級は概ねCT5に相当する。.

CTスケールは、CT1（最も締まりが強い）からCT16（最も緩い）まであります。鋼およびステンレス合金において最も高精度な鋳造プロセスであるシリカゾル失蝕鋳造の場合、その製造範囲は CT4～CT6.

重要： CT値とは、 全許容範囲. 。図面上の両側±公差については、その値を2で割ってください。CT6で総幅0.52mmの寸法の場合、公差は±0.26mmであり、±0.52mmではありません。これは、エンジニアがこの規格を初めて扱う際に最もよく犯す図面上のミスです。.

ISO 8062 直線公差表 — CT4～CT8

具体的に言えば、CT4における50mmの寸法公差は±0.18mmです。CT5では±0.25mm、CT6では±0.35mmとなります。水ガラス失蝕鋳造で一般的なCT8では±0.70mmとなり、CT4に比べて4倍も公差が広くなります。.

インベストメント鋳造で実現できること — 直線、幾何学的形状、および表面の基準

CTグレード表には数値が記載されています。しかし、公差品質には3つの側面があり、それらは互いに影響し合っているため、3つすべてを同時に限界まで追求することはできません。以下に、各側面が生産においてどのような結果をもたらすかを示します。.

直線公差 — CT4からCT6が実際の数値で何を意味するか

広く用いられている経験則としては、 1インチあたり±0.005インチ （25mmあたり±0.13mm）、つまりおおよそ 公称寸法の±0.5% 標準的な精密鋳造用です。数値はサイズ範囲ごとに分類されています：

• 小型部品（25mm以下）： CT4は達成可能です — ±0.13～±0.15mm。この範囲内の寸法は、ワックスパターンの精度に大きく左右されますが、その精度は高度に制御可能です。.
• 中程度の部品（25～100mm）： CT5は製造上の最適範囲（±0.23～±0.39mm）です。ほとんどのファウンドリはこの範囲でプロセスを最適化しており、不良率は許容範囲内に収まっています。.
• 大型部品（100～400mm）： CT6が現実的な目標値です — ±0.44～±0.55mm。250mmを超えると、許容範囲は線形スケーリングで予測されるよりも急速に広がります。表面積が大きくなるほど、ワックスやシェルの熱変形を制御することが難しくなります。.

プレミアム許容範囲に関する注意事項： 主要な寸法については、公差を1段階厳しく設定することも可能です（例えば、100mmの部材でCT4（±0.22mm）など）。ただし、その場合はコストの増加や不良率の上昇が見込まれます。機能に直結する3～5つの寸法については、厳格な公差を設定するようにしてください。.

幾何公差 — 平坦度、同心度、そして現実的な鋳出し状態とは

精密鋳造は、ネットシェイプ（最終形状）成形法ではなく、ニアネットシェイプ（ほぼ最終形状）成形法です。鋳造直後の幾何学的公差は、以下の経験則に従います：

黄金律： 軸受座、シール面、ねじ穴、および基準面は、機械加工を行う必要があります。. 図面にそれらを[M]とマークし、各面に1.5～2mmの加工余量を加える。鋳造時の軸受穴の位置が±1mmの範囲内であれば、ポンプ本体は問題ない。加工基準点を基準として加工された穴は、±0.05mmの範囲内に収まる。.

表面仕上げ — 精密鋳造が実現するRa値

シリカゾルを用いたインベストメント鋳造は、次のようなメリットをもたらします 3.2～6.3μm ほとんどの合金では鋳造状態のまま使用されます。しかし、合金の選択は、多くの設計者が予想する以上に重要です：

Ra 1.6μm未満の要件を満たすには、電気研磨、振動研磨、または機械加工といった後処理が必要となります。流路のRaが0.8μmであることが求められる食品用バルブの場合、電気研磨用の余肉として0.5mmを見込む必要があります。鋳造品だけではこの精度には達しません。.

鋳造公差が異なる理由――CTグレード表の背後にある根本原因

このセクションでは、ほぼすべての鋳造所の公差説明書で触れられていない点、すなわち、CT5の部品が時折CT7として測定される物理的な理由について解説します。Singh、Kumar、Mishra（2010）による研究では、 『International Journal of Manufacturing Technology and Management』 によると、金属を鋳込む前に、ワックス注入のパラメータだけでパターンの寸法を0.5～1.0%分ずらすことができることが示された（インダーサイエンス). この一連の流れを理解することこそが、信頼性の高い仕様と単なる希望的観測とを分けるものです。.

ワックスパターンの収縮 — 多くのバイヤーが気づかない上流工程の要因

ロストワックス鋳造における寸法連鎖は、ワックスから始まります。ワックス原型を金属の鋳型に注入し、冷却した後、取り出して「ツリー」に取り付けます。各工程で寸法変化が生じます。.

中温用インベストメント鋳造用ワックスの線収縮率は 0.5–1.0% 射出温度から室温まで。これはわずかな差に聞こえるかもしれませんが、80mmのフィーチャーでは、0.8%の収縮率により、ワックスパターンはすでに金型のキャビティよりも0.64mm小さくなってしまいます。 金属を鋳込む前に。. 鋳造工場では、最終製品よりも大きな金型を設計することでこの誤差を補正しています。この補正率は、単なる理論上の数値ではなく、実際の生産条件に合わせて設定する必要があります。.

収縮を制御する4つの射出パラメータ：

• ワックスの温度： 10°C上昇するごとに、収縮量が0.1～0.2%増加します。60°Cを超えると、表面の陥没欠陥も増加します。.
• ダイの温度： 10°C上昇するごとに 減少させる 0.1～0.15%の収縮。ワックスと金型の温度差が小さいほど、冷却が均一になり、最終的な寸法もより予測しやすくなります。.
• 保持時間： 3mmを超える部分については、40～60秒間保持してください。保持時間が不十分だと、型に充填が不十分となり、表面のへこみや寸法不足が生じます。.
• 保管条件： ワックスパターンは、組み立ての前に、少なくとも24時間、23±2°C、65±5% RHの条件下で保管する必要があります。射出成形後、そのままシェル室に搬入されたパターンは、依然として寸法変動が生じている状態です。.

具体例：80mmの寸法が±0.25mm（≈CT5）と指定されている場合。ワックス温度が60°C、金型を50°Cに予熱した場合（10°Cの温度差）、収縮率は約0.8%となり、ワックスパターンの寸法は79.36mmとなる。シェルの膨張と合金の凝固を経て、最終的な鋳造品は79.6～80.1mmとなり、CT5の許容範囲内に余裕を持って収まります。しかし、金型を予熱しなかった場合（周囲温度20°C、温度差40°C）、収縮率は約1.1%に跳ね上がります。ワックスパターンの寸法は79.12mmとなり、最終的な鋳造品は許容下限を下回る可能性が高いでしょう。.

シェル、合金、および冷却 — 下流工程の変数

ワックス原型がセラミックシェル室に搬入されると、新たな一連の要因が影響を及ぼし始める。.

シェルの構造： シリカゾルシェルの形成には、6～7回の浸漬・塗布・硬化サイクルが必要です。各サイクルごとに、4～6時間の管理された乾燥時間が必要です。自動シェル成形ラインでは、この工程を約36時間で完了できますが、手作業のラインでは最大7日を要します。層間の乾燥ムラはシェルの厚みのばらつきを引き起こし、それが鋳造品の寸法ばらつきに直接つながります。自動ラインは、単に生産性を向上させるだけでなく、寸法の一貫性も向上させます。.

合金の凝固収縮： 合金によって、凝固および冷却時の収縮率は異なります。「CT4～CT6」とだけ記載し、具体的な合金を明記していない鋳造業者は、事実の半分を省略していることになります：

17-4PH材については特に注意が必要です。この合金は、時効処理中にマルテンサイト変態を起こし、それによって二次的な寸法変化が生じます。溶体化焼鈍後に規格内であった部品でも、H900時効処理後に公差外となる場合があります。図面には以下を明記する必要があります： “「寸法は、最終熱処理状態（H900）で測定されたものです。」”

精密鋳造とその他の製造プロセス — 公差の比較

どのプロセスが許容範囲の要件を満たせるかを検討されている場合、公称寸法50mmにおける各プロセスの比較は以下の通りです：

結論として、部品が鋼またはステンレス製で、±0.5mm以上の精度が求められる場合、シリカゾル失蝕鋳造が唯一の選択肢となります。ダイカストは同等の精度を実現できますが、鉄系合金には対応できません。砂型鋳造や水ガラス失蝕鋳造はコストは安くなりますが、公差範囲が3～5倍広くなります。.

過剰設計を避けつつ、精密鋳造の公差を指定する方法

数字を把握することは一つのことですが、それを図面に正しく反映させることはまた別の話です。そして、この段階で不必要にコストがかさむことになるのです。.

「鋳造品」と「機械加工品」の選定基準

投資鋳造において、最もコストのかかる製図上のミスは、鋳造後の表面にCNCレベルの公差を適用してしまうことです。鋳造図面上のすべての寸法は、以下の3つのカテゴリーのいずれかに分類されます：

鋳造状態のままとする（何も記載しないか、「特に指定がない限りCT6」と記載する）：

• 外形および外観面
• 機能を持たないフィレットおよび半径
• 冷却フィン、リブ、および補強材
• 流路および内部空洞（シール部を除く）
• 一般的な肉厚

機械加工必須（[M]を記入）：

• 軸受の穴と座面
• Oリングおよびガスケットのシール面
• あらゆる種類のねじ穴
• ダボピン穴および位置決め用突起
• 平坦度0.05mm以下の嵌合面
• キー溝とスプライン
• 検査に使用される基準面

鋳造業者と交渉する：

• 大きな平坦な面（100×100mm以上、平坦度0.3mm未満）
• 長尺寸法（要素間の距離が250mm以上、許容誤差±0.5mm以下）
• 薄肉部分（広い範囲で2mm未満）

これが重要な理由： [M]とマークされている、あるいはCT6ではなくCT4で指定されている追加の寸法が1つ増えるごとに、加工時間、検査時間、および不良リスクが増加します。鋳造業者にとって、重要寸法が5つある図面と50つある図面では、見積もりの価格が大きく異なります。.

図面の注釈表記のルール — 今すぐ使えるテンプレート

以下は、次回のキャスティング図面にそのまま流用できる一般的なメモ欄の例です：

特に指定のない限り、寸法公差はISO 8062-3 CT6に準拠する。
[M]とマークされた面はCNC加工されるものとする。その他の面はすべて鋳造仕上げとする。
鋳造仕上げ面：Ra 6.3 以下。機械加工面：Ra 1.6 以下。
ゲート残存量：0.25mm 以下。
初回製品検査報告書（CMM）の提出が必要。.

避けるべき3つのよくある間違い：

1. 鋳造面において±0.05mm。. 修正方法：[M] マークを付けて加工余量を追加するか、現実的なCTグレードに合わせて開口部を広げるかしてください。.
2. あらゆる用途に使える1つの公差ブロック。. 修正：「一般的な鋳造公差」（CT6）と「機械加工部の公差」（±0.05mm または ISO 2768-m に準拠）を区別する。.
3. 未加工の鋳造面の基準点。. 対策：少なくとも1つの基準面を加工し、すべての重要なGD&Tをその基準面を基準として設定する。.

図面を確定する前に、見積依頼（RFQ）の段階で鋳造業者に公差の指定内容を確認してもらってください。鋳造シミュレーションを行うことで、指定されたCTグレードでは維持が困難な寸法を特定することができ、金型製作に入る前に問題を発見できます。そうすれば、修正にかかるコストは新しい金型を製作する費用ではなく、メール1通分の費用で済みます。.

鋳造業者の公差に関する主張を評価する方法――すべての購入者が尋ねるべき質問

CTグレード表を把握するのは簡単なことです。しかし、サプライヤーが実際にロットごとにその数値を確実に達成しているかどうかを確認することこそが、調達において、信頼できるパートナーと予期せぬ高額な出費をもたらす相手を見分ける鍵となります。.

鋳造会社のパンフレットに記載されている「CT4～CT6」という表記は、あくまで目安であり、保証ではありません。発注を行う前に確認すべき5つの質問を以下に示します。

1. “「私の使用している特定の合金について、一般的なパンフレットに記載されている数値ではなく、具体的にどのCTグレードを保証していただけますか？」” サプライヤーは、304ステンレスとハステロイC-276について、それぞれ異なる回答をするべきです。両者の回答が同一の場合は、さらに詳しく確認してください。.
2. “「初回検品品だけでなく、すべてのロットについてCMM検査報告書を提供していただけますか？」” 鋳造には、プロセスに固有のばらつきが伴います。ロット単位の寸法データから、プロセスが安定しているかどうかがわかります。初回製品のみを測定しているサプライヤーは、継続的な一貫性を監視できていないことになります。.
3. “「類似する部品のうち、これまでどの寸法が最も多くの不良や手直しを引き起こしてきたのでしょうか？」” どの鋳造所も、どの部分が問題になりやすいかは把握しています。率直に答えてくれるサプライヤーこそ、協力できる相手です。「問題はありません。これまで一度もトラブルはありません」と言うサプライヤーは、経験不足か、あるいは正直に話していないかのどちらかです。.
4. “「ワックスパターンの収縮はどのように制御していますか？　射出成形のパラメータや保管条件はどのようなものですか？」” この質問は、サプライヤーが寸法ばらつきの根本原因を理解しているかどうかを判断するためのものです。具体的な回答に注目してください。例えば、ワックスの温度範囲、金型の予熱手順、組み立て前の型枠の安定化時間などです。.
5. “「初回試作品が公差を外してしまった場合、どうしますか？　作り直すのか、修正するのか、それとも許容範囲の幅を調整するのか？」” その答えから、サプライヤーの品質文化がうかがえます。正解は、プロセスパラメータを調整して再製造し、作業を進める前に根本原因を調査することです。.

注意すべき危険信号： すべての合金について、認定なしにCT4を主張するサプライヤー。社内にCMM（三次元測定機）の設備を持たないサプライヤー。リピート注文において、重要寸法に関するCpk（工程能力）データを提供できないサプライヤー。.

優れた精密鋳造パートナーは、5つの質問すべてに対して具体的なデータ――合金ごとの製造能力範囲、バッチごとのCMM検査報告書、文書化されたワックス成形工程の管理体制、そして寸法問題に対する透明性の高い対応――をもって回答します。CT4～CT6の公差管理を社内で対応できる能力、プロセスの一貫性を確保するための自動シェル成形ライン、そしてCMMによる検証を伴うロット単位の検査報告書を備えたサプライヤーは、測定可能な証拠によって公差の主張を裏付けるインフラを備えていることを示しています。CTグレードを「主張する」ことと「証明する」こととのこの違いこそが、単なる鋳造ベンダーと真の製造パートナーとを分ける要素なのです。.

参考文献

1. ISO 8062-3:2007. 幾何学的製品仕様（GPS） — 成形部品の寸法および形状公差 — 第3部：鋳造品の一般的な寸法および形状公差ならびに加工余裕。. 国際標準化機構。. https://www.iso.org/standard/40495.html
2. Singh, R., Kumar, S. & Mishra, R. (2010). セラミックシェル投資鋳造に使用されるワックスパターンの寸法精度に対する注入パラメータの影響に関する調査。. 『International Journal of Manufacturing Technology and Management』, 21(1/2), 148–159. https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJMTM.2010.034293
3. Rezavand, S.A.M. & Behravesh, A.H. (2007). ガスタービンブレードの射出成形ワックスパターンの寸法安定性に関する実験的調査。. 『材料加工技術ジャーナル』, 182(1–3), 580–587. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924013606008405
4. 精密鋳造協会。. 許容範囲に関するガイドライン。. https://www.investmentcasting.org/