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誰も、新しく製造された鋳物を分解してみたところ、断面全体に微細なガス孔のネットワークが散在していたという事態を望みません。空気巻き込みは、高圧ダイカストにおいて最も根強い課題の一つです。溶融金属が金型キャビティに過度に急激に流入すると、その際に空気泡が部品内部に巻き込まれてしまいます。こうした気泡は「気孔」となり、機械的強度を著しく低下させ、表面仕上げを損ない、しばしば良品と見なされるはずの部品をそのまま不良品として廃棄せざるを得なくします。
適切な多段射出制御機能を備えたダイカスト機は、この状況を一変させます。金属を単一の強烈な衝撃で押し込むのではなく、射出工程を、流動に先行して空気を押し出すよう精密に調整された複数の段階に分割します。
多段射出の実際の動作原理
射出中に、溶融金属はショットスリーブ充填、ランナーシステム充填、そして最終的なキャビティ充填という3つの明確な段階を経て流れます。このうち、第1段階が空気管理において最も重要です。プランジャーがスリーブ内をゆっくりと移動すると、金属の表面が穏やかに上昇し、スリーブ内の空気をランナーを通じてキャビティ外へ前方へ押し出します。この穏やかな押し出し作用——高速射出が始まる前の段階——こそが、清浄な鋳物と気孔を含む不良品を分ける決定的要因です。
典型的な3段階速度プロファイルは、金属がランナーに到達するまでゆっくりとした一定の速度で始まります。次に、ランナーが充填されるにつれて速度が中程度に上昇します。最後に、高速ショットにより金属が高速度でキャビティ内に押し込まれます。研究によると、低速段階と高速段階の両方の速度は、それぞれ合理的な範囲内に保つ必要があります。第1段階の速度が遅すぎると、生産性が低下し、溶融金属の温度が下がって流動性が損なわれます。一方、第1段階の速度が速すぎると、溶融金属の表面が乱流になり、空気が巻き込まれて最終製品内に閉じ込められてしまいます。
実際の現場での事例
昨年、ある中規模自動車部品サプライヤーが500トン級のコールドチャンバー圧力鋳造機を稼働させていましたが、トランスミッションハウジングの気孔率が12％に達するという課題に直面していました。部品は初期の外観検査では合格しましたが、漏れ試験の不合格率が8％に達し、利益率の8％分を食い尽くす状況でした。当該機械には基本的な3段階制御機能が搭載されていましたが、各速度段階間の切り替え設定は、5年前の経験則に基づいてチューニングされたものでした。
チームは制御エンジニアを招き、実際の射出プロファイルを朝の時間帯にリアルタイムで記録しました。その結果、低速射出段階が過剰に急峻であることが判明しました。つまり、スリーブがまだ半分も満たないうちに、プランジャーの速度が約0.5 m/sまで急上昇していたのです。これでは空気が逃げ出す余地がまったくありませんでした。そこで、第1段階の射出速度を、金属がランナーに到達するまで滑らかに0.15 m/sに再調整したところ、その後1週間で気孔率は4.2%まで低下しました。表面粗さ（Ra）の測定値も約25%向上しました。ハードウェアのアップグレードは一切行っていません。単に制御ロジックをより賢くしただけです。
速度段階の切り替えタイミングを最適化すること
各段階間の切り替えポイントこそ、ほとんどの機械が課題に直面する箇所です。ロペス氏は、低速射出速度がある一定の閾値を下回ると、溶融金属がスリーブ内を滑らかに充填することを実証しました。ただし、この閾値は射出スリーブの内径、プランジャーの形状、および成形品の複雑さによって変化します。
生産現場からの実用的なガイドラインでは、ほとんどのアルミニウム用途において、スローショット速度を0.1～0.25 m/sで開始することを推奨しています。中速への移行は、溶融金属がランナー入口に到達した時点で行われ、これはショットスリーブ容積の約70～80％に相当します。その後、壁厚およびキャビティの複雑さに応じて、2～5 m/s程度の高速射出が開始されます。
数値で見るとどうなるでしょうか？以下は、あるジョブショップが射出パラメータを再調整した際の前後比較です。
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パラメータ
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変更前（粗調整）
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変更後（段階制御）
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結果
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スローショット速度（ステージ1）
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0.45 m/s
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0.18 m/s
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スリーブ内への充填が滑らか
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高速射出への移行
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固定位置
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アダプティブ（フロント検知）
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一貫した空気排出
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気孔率（X線検査）
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~9%
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~3.5%
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60%の削減
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表面塗装 (Ra, μm)
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2.8
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1.6
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目視で明らかに滑らか
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多段制御が効果を発揮できない場合
最も優れた段階的射出制御であっても、すべての気孔問題を解決することはできません。金型に適切なエジェクターやオーバーフローウェルが設けられていない場合、金属の流れがどれほど穏やかであっても、空気は逃げ場を失ってしまいます。同様に、ダイ温度の不均一性により流動フロントが早期に凝固し、ガス欠陥と誤認されやすい「コールドシュー」が生じることもあります。多段射出は強力な手法ですが、単独で完結する解決策ではありません。熱管理および金型設計を含む、より包括的な工程制御戦略の一環として活用されることが最も効果的です。
これを裏付ける規格および研究
新しく発行されたEN ISO 23063:2025（高圧ダイカスト機の安全規格）は、ホットチャンバー式および水平コールドチャンバー式の両システムに適用され、業界が射出システムの性能をいかに重視しているかを示しています。一方、業界における研究は、3段階制御アプローチの有効性を引き続き実証しています。Choi氏の研究では、高速射出速度を高めるとともに金型温度を上げることで機械的性能が向上することが明らかになりました。また、Jiao氏は、高速射出速度を適度に低下させることで内部欠陥を低減できることを観察しました。結論として、単一の「完璧な」設定値は存在しません。しかし、段階的な制御により、オペレーターは各部品の特性に応じて最適な条件（スイートスポット）を見つける柔軟性を得ることができます。
多段階制御を実践する
多段射出制御機能を備えたダイカスト機は、単に一連の工程を実行しているだけではなく、戦略を実行しています。各遷移点は調整可能な変数となり、各速度段階は品質向上のためのレバーとなります。気孔や表面仕上げ不良による再検品が絶えず発生している工場において、最初に確認すべきはショットプロファイルです。
振力機械（Zhenli Machinery）は、この考え方を基盤としてZLシリーズおよびZLCシリーズを開発し、多段射出制御機能を搭載したプラットフォームを構築しました。現在、これらの製品は50か国・地域以上で顧客に導入されており、技術的サポート体制は20か国以上に及んでいます。