マツダのSKYACTIVエンジンのシリンダーヘッドは高精度の砂型鋳造で作られる全量砂型鋳造で造るのはマツダだけ

2020/12/24
Motor Fan illustrated編集部

マツダのSKYACTIV-Xのシリンダーヘッドは砂型鋳造で造られている。XだけではなくSKYACTIVエンジンすべてのシリンダーヘッドは砂型鋳造だ。

マツダのSKYACTIVエンジンのシリンダーヘッドは、マツダが独自に開発した低圧砂型鋳造技術であるAPMCによって製造されている。全量砂型鋳造しているメーカーは、世界でマツダただ一社なのだ。

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現在の市販用エンジンの大半がアルミ合金製シリンダーブロックと同じくアルミ合金製シリンダーヘッドを使っている。その作り方は当然鋳造だ。溶かしたアルミ溶湯（ようとう）を金型に流し込む金型鋳造（いわゆるダイキャスト）が主流である。

いっぽう、レーシングエンジンや一部の高性能エンジンでは、砂型を使った鋳造が行なわれている。

この砂型とは、特殊な砂に樹脂を混ぜてつくった型だ。シリンダーヘッドのような複雑な形状を成形するには、「中子（なかこ）」も砂型で作り､組み合わせて砂型とする。砂型は金属型と違ってアルミ溶湯がゆっくり固まるため、複雑な形状や薄い壁状の部分を鋳込むのに適している。

マツダは量産自動車メーカーとして世界でただ一社、シリンダーヘッドをすべて砂型鋳造で作る。ガソリン1.5ℓ直4エンジンのSKYACTIV-G1.5も、2.2ℓ直4ディーゼルのSKYACTIV-D2.2も、最新のSKYACTIV-Xもシリンダーヘッドは砂型鋳造で作られるのだ。

左が一般的な低圧鋳造（LPD）。LPDとマツダ独自のAPMCの違いは金属組織の緻密さに大きく現れる。AMPCでは高密度な鋳造が可能なため、肉厚をより薄くできるのだ。

マツダ独自の砂型鋳造技術はAPMCと呼ばれている。Advanced Precision Mazda Casting processの頭文字をとった手法で、そのルーツはコスワースDFVに遡る。F1などのモータースポーツ用エンジンとして一世を風靡したコスワースDFVは名機中の名機である。マツダはフォードと資本提携していた関係からコスワース鋳造と呼ばれる砂型鋳造を学んだ。

2001年にマツダとフォードは共同でコスワース鋳造を開始、マツダはこれを独自に進化させたわけだ。

2013年に取材したときも、もちろん高精度な砂型鋳造ですべてのSKYACTIVエンジンのシリンダーヘッドは製造されていた。
2020年に『MFi特別編集マツダの最新テクノロジー』（12月26日発売）の取材で訪れたときに見せてもらった砂型鋳造は、SKYACTIV-Xエンジンを造るために、さらに精度を上げていた。

砂に樹脂を混ぜて作られる複雑な形状な中子は、一見華奢に見えるが、手に持つも意外に丈夫だ。すべての砂型は一度しか使えない。シンターヘッド1基を作ったら壊される。

SKYACTIV-Xのシリンダーヘッドはとにかく寸法精度が要求される。そのために、SKYACTIV-Gでは一体だった中子を３分割で作り、さらに200ミクロン程度のクリアランスを持たせた状態で中子を設計し、溶湯が注ぎ込まれたときの「伸び」に対して余裕を持たせた状態で成形するようにしたというのだ。

砂型鋳造は贅沢な製造方法だった。これをすべての量産エンジンに適応するのは、マツダだけだ。マツダがコスワース鋳造をベースに独自方法でチャレンジしたとき、肉厚は4mm程度が精一杯だった。SKYACTIV-Xではそれが2.5mmになった。

SKYACTIV-Xは、こうした製造技術によって造られているのである。