引け巣の原因と凝固収縮が鋳造品の強度を下げる仕組み

引け巣の原因と鋳造欠陥が製品品質に与える影響

引け巣が内部に生じていても、外観では全く正常に見える——それを知らずに出荷すると、後工程でクレームと多額の再製作コストが一気に発生します。

この記事の3つのポイント

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引け巣の正体

引け巣は凝固収縮によって生まれる空洞。アルミの場合、凝固収縮率は約6.6%にも達し、鉄（4.4%）よりも発生リスクが高い。

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見つかるのは加工後

外観検査では発見できず、機械加工後やX線・CT検査で初めて発覚するケースが多い。引け巣による不良率が70%を超えた事例も報告されている。

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対策は設計段階から

押し湯の配置・肉厚の均一化・冷やし金による指向性凝固など、設計段階で対処することが最も効果的な防止策となる。

このページの目次

引け巣の原因と鋳造欠陥が製品品質に与える影響

引け巣とは何か——鋳造品の内部に潜む欠陥の基本

引け巣（ひけす）とは、鋳造工程において鋳物内部や表面に生じる空洞・収縮孔のことです。英語では "shrinkage cavity" または "shrinkage porosity" と呼ばれ、鋳造欠陥の中でも代表的かつ厄介な不良として現場で知られています。

一口に「鋳巣」といっても種類があります。引け巣は鋳物内部に比較的大きな空洞が生じる内引け巣と、鋳物の表面にへこみとして現れる外引け巣に分かれます。日常的に「引け巣」と言う場合、多くは内引け巣を指しています。また、アリの巣状に複数の細かい空洞が密集したものは「ざく巣」と呼ばれ、これも引け巣の一種です。

注意が必要です。内引け巣は外観からは判別できません。

鋳物の表面は正常に見えていても、内部に大きな空洞が潜んでいることがあり、機械加工で断面が露出したタイミングや、X線検査・CT検査によって初めて発見されるケースが少なくありません。このような欠陥が出荷後に発覚すれば、強度不足やリーク（気密不良）によるクレームにつながり、製品の再製作・納期遅延・信頼の喪失といった大きなダメージを招きます。

引け巣とよく混同されるのが「ブローホール（ガス欠陥）」です。ブローホールは溶湯に空気やガスが巻き込まれることで発生する空洞で、形状は気泡に似た丸く滑らかな球状になります。一方、引け巣は凝固収縮によって生まれるため、デンドライト（樹枝状結晶）の突起が内部に見られる複雑な形状をしています。この形状の違いが判別の手がかりになります。つまり、欠陥の種類によって原因も対策も全く異なるということです。

欠陥の種類	発生原因	空洞の形状	主な発生箇所
引け巣（内引け巣）	凝固収縮による溶湯補給不足	複雑・不定型（デンドライト突起あり）	厚肉部・最終凝固部
ざく巣	凝固収縮（微細化したもの）	アリの巣状の複数空洞	厚肉部内部
外引け巣	内部収縮に引き込まれる	表面のへこみ	鋳物の上面
ブローホール	ガス・空気の巻き込み	丸く滑らか（球状）	鋳物内部・表面近く

引け巣の根本原因——凝固収縮のメカニズムを理解する

引け巣が発生する最も根本的な原因は、金属が液体から固体に変化する際に体積が減少する「凝固収縮」です。この現象を正確に理解することが、対策の第一歩になります。

金属原子は液体の状態では自由に動き回り、不規則に配列されています。原子と原子の間には隙間があり、液体はその隙間を保ったまま流動している状態です。ところが温度が下がって固体になると、原子が規則正しい結晶格子状に整列します。整列によって余分な隙間が消え、体積が全体として減少するのです。

これが条件です。外側から先に凝固が進み、内部が液体のまま取り残されることが引け巣発生の条件になります。

🔴 アルミニウム（Al）：凝固収縮率約6.6%（最も大きい）

🟠 銅（Cu）：凝固収縮率約4.9%

🟡 亜鉛（Zn）：凝固収縮率約4.7%

🟢 鉄（Fe）：凝固収縮率約4.4%

🔵 マグネシウム（Mg）：凝固収縮率約4.2%

アルミの凝固収縮率6.6%は、鉄の4.4%と比べて約1.5倍です。たとえば100cm³のアルミ溶湯が凝固すると、体積が約6.6cm³分（大さじ約半分ほど）減少する計算になります。この体積分を押し湯から補給できなければ、その分がそのまま空洞として残ります。これが引け巣です。

なお、全ての金属が収縮するわけではありません。ケイ素（Si）やビスマス（Bi）のように、凝固時に逆に膨張する金属も存在します。しかし鋳造現場で多用されるアルミ・鉄・銅合金はいずれも収縮するため、引け巣は避けられないリスクとして常に管理対象になります。

鋳型に流し込まれた溶湯は、型に接している外側から冷えて固まっていきます。外側が凝固すると内部への補給経路が塞がれていき、最終的に内部の液体が孤立した状態になります。孤立した液体が収縮しても補給されないため、その部分に真空に近い空洞が形成されるのです。引け巣が「最終凝固部」や「厚肉部の中心」に集中するのはこのためです。

参考：凝固収縮率の数値データと各金属別の詳細な比較は下記の資料が参考になります。
鋳物のひけ巣とは？原因と対策｜アルミ鋳物課題解決センター（マルサン木型製作所技術顧問・元トヨタ自動車林壮一氏監修）

引け巣が発生しやすい4つの要因——設計と工程の落とし穴

凝固収縮は金属の物理的な性質であり、完全にゼロにすることはできません。しかし、発生を促進する要因を取り除けば、引け巣の発生率を大きく下げることができます。現場で特に問題になりやすい4つの要因を整理します。

**① 肉厚の不均一（最も頻発する要因）**

鋳物の中に厚肉部と薄肉部が混在していると、凝固のスピードに差が生じます。薄肉部は素早く凝固する一方、厚肉部は冷えるのに時間がかかります。厚肉部が最後に凝固するとき、すでに周囲が固まって補給経路が塞がれているため、収縮した分が空洞として残ります。

厚肉部が危ないということですね。

肉厚差が大きいほどリスクは高まります。たとえば薄肉部3mm・厚肉部15mmが同一製品に混在する場合、凝固速度の差が5倍以上になることもあります。設計段階で肉厚を均一化する「均肉化」が最も根本的な対策の一つです。

**② 溶湯温度が高すぎる**

溶湯温度を必要以上に高くすると、金属が凝固するまでの時間が長くなります。凝固に時間がかかるほど外側と内側の凝固タイミングの差が広がり、内部への補給が途絶えるリスクが増します。アルミ合金の場合、適切な溶解温度は一般に700〜800℃の範囲とされており、この範囲を外れると欠陥リスクが一気に高まります。

温度管理は基本です。

一方で温度が低すぎると「湯回り不良（充填不足）」という別の欠陥が発生します。温度は高すぎても低すぎても欠陥の原因になるため、製品ごとに最適な鋳込み温度を設定・管理することが重要です。

**③ 押し湯の配置・サイズが不適切**

押し湯とは、凝固収縮を補うために鋳型の一部に余分の溶湯を蓄えておく部分のことです。凝固が進むにつれ、押し湯から収縮した分の溶湯が補給される仕組みです。押し湯が小さすぎると、補給できる量が足りずに引け巣が発生します。また、押し湯の位置が悪いと、凝固した部分に阻まれて溶湯が届かない「補給経路の断絶」が起きます。

押し湯は位置とサイズが条件です。

**④ 金型・鋳型の設計不備（冷却の不均一）**

金型内の冷却回路の配置が不適切であったり、型の特定部位に熱が集中する設計になっていたりすると、冷却が不均一になって引け巣を誘発します。冷却が速すぎる部分では早期に凝固が進んで補給経路が塞がれ、遅い部分では収縮が大きくなります。型の設計は「凝固の順序」を制御するという観点から見直す必要があります。

⚠️ 溶湯温度が高すぎる：凝固時間が延び、収縮量が増加する

⚠️ 肉厚が不均一：厚い部分が最終凝固部になり空洞ができる

⚠️ 押し湯が小さい・位置が悪い：収縮した体積を補給できない

⚠️ 冷却が不均一：凝固順序が乱れ、補給経路が早期に断絶する

引け巣の発見が遅れるリスク——外観検査だけでは不十分な理由

引け巣は、出荷前の外観検査をパスしてしまうことがあります。内引け巣は鋳物の表面ではなく内部に存在するため、肉眼による目視検査では発見できないのです。これが引け巣を特に厄介な欠陥にしている理由の一つです。

発見が遅れると損失が大きくなります。

実際に、あるアルミ鋳物メーカーの事例では、引け巣による不良率が70%を超えていたにもかかわらず、出荷段階では問題なしと判断されていたケースが報告されています。引け巣が発覚したのは、耐圧試験（リーク検査）で初めてです。不良品が顧客先まで流出してしまうと、再製作コスト・輸送費・工程調整費など、複合的な損失が発生します。

内引け巣を正確に検出するためには、以下のような非破壊検査（NDT：Non-Destructive Testing）が必要です。

🔬 X線透過検査：2D画像で内部の空洞や密度の低い部分を確認できる。コストが比較的低く、量産ラインへの組み込みが可能。

🖥️ X線CT検査（工業用CT）：3D断層画像で引け巣の位置・形状・サイズを立体的に把握できる。精密な欠陥評価に有効。鋳造シミュレーションのデータとの照合にも使われる。

🔊 超音波探傷検査：超音波の反射を利用して内部欠陥を探知する。板状・単純形状品に向いている。

🌊 耐圧検査（リーク試験）：気密が求められる製品（バルブ・油圧部品等）に対して有効。引け巣による微細な連通経路を検出できる。

引け巣を早期に発見する上では、鋳造シミュレーション（凝固解析）も強力なツールです。CAD上で凝固の進行をシミュレートすることで、「どの部分に引け巣が発生しやすいか」を金型製作前に予測できます。シミュレーション結果に基づいて押し湯の位置・サイズや冷却回路を設計することで、試作段階の手戻りを大幅に削減できます。

参考：X線CTによる鋳造欠陥の検出と鋳造シミュレーションとの連携については下記が詳しい。
X線CTによる非破壊検査・活用事例（日立ハイテク）

引け巣の対策——設計・工程・材料の三方向から対処する

引け巣を減らすための対策は「設計」「工程」「材料」の三つの方向から考えると整理しやすくなります。どれか一つだけを改善しても効果が限定的になるケースが多く、複合的なアプローチが重要です。

**設計面の対策**

最も根本的な対策は、製品の肉厚を均一化する「均肉化設計」です。厚肉部をなくすか、どうしても必要な場合は冷やし金（チル）を配置して局所的な凝固速度を速める「指向性凝固」を設計に組み込みます。指向性凝固とは、薄い部分から厚い部分へと順次凝固が進むように凝固の方向を制御する手法で、引け巣を「押し湯の近く」に集めることで製品本体への影響を最小化します。これが原則です。

また、押し湯の位置とサイズの最適化も不可欠です。凝固が最後に完了する部分（最終凝固部）に押し湯が直接つながるよう配置し、補給経路を確保することが基本になります。押し湯は「鋳物以外の場所に引け巣を発生させるための場所」として機能させるのが理想です。

**工程面の対策**

鋳込み温度と金型温度の適切な管理が重要です。溶湯温度が高すぎると収縮量が増えるため、製品形状に合わせた最適温度を設定・維持します。金型温度についても、一般に温調器や離型剤による外冷でコントロールします。型温が不均一だと冷却速度に偏りが生じ、引け巣の発生箇所が変わることがあります。

ダイカストの場合は、局部加圧（スクイズ）法も有効な手段です。溶湯充填後、凝固が完了する前に加圧ピンで特定の部分を直接加圧し、収縮した分を強制的に補う方法です。特に薄肉部と厚肉部が混在する複雑な形状の製品や、気密性が求められる部品に対して高い効果を発揮します。

**材料面の対策**

フラックス処理（溶湯の精錬）も引け巣の間接的な対策になります。溶湯内に混在する酸化物や水素ガスを除去することで、純度の高い溶湯を確保し、凝固時の欠陥発生リスク全体を下げることができます。アルミ溶湯は大気中の水分から水素を吸収しやすく、水素ガスがブローホールや微細な引け巣の発生を促進することがあります。これは使えそうです。

✅ 均肉化設計：厚肉部をなくして凝固差をなくす

✅ 指向性凝固（冷やし金の活用）：凝固順序を設計段階でコントロール

✅ 押し湯の最適化：最終凝固部への補給経路を確保する

✅ 溶湯温度・金型温度の適正管理：過熱も過冷もNG

✅ 局部加圧（スクイズ）法：厚肉・気密部品に有効

✅ フラックス処理：溶湯の純度を高め欠陥リスクを下げる

カルモ鋳工株式会社が公開しているガイドブックでは、これらの対策について解決事例とともに詳しくまとめられています。特に「舶用向けバルブケース」では、引け巣による不良率70%超を鋳造シミュレーション活用によって5%程度まで改善した事例が紹介されており、実務的な参考になります。

参考：鋳造欠陥の種類別の原因・対策と実際の解決事例が網羅された資料。
アルミ鋳物鋳造欠陥対策ガイドブック（カルモ鋳工株式会社）

引け巣を現場視点で防ぐ——経験値だけに頼らない「凝固の見える化」

引け巣対策において、多くの現場が陥りがちな落とし穴が「経験と勘に頼った条件設定」です。長年の経験を持つ技術者の勘は貴重ですが、製品形状が複雑になるほど、感覚だけでは対処できない領域が広がっています。

凝固の見える化が現代の鋳造品質管理の鍵です。

具体的には、鋳造シミュレーションソフトを活用して、型に流し込んだ溶湯がどの順番でどのように凝固するかを事前に解析します。シミュレーション上で引け巣の発生予測箇所を把握してから型設計を修正することで、試作回数を削減し、品質の作り込みが可能になります。日本国内でも10年以上前からシミュレーションを導入している鋳物メーカーがあり、ノウハウの蓄積とともに不良率の大幅な低減を実現しています。

また、現場の工程管理という観点では、以下の点を日常的にチェックすることが引け巣の予防につながります。