ダイカスト金型の構造は？設計のポイントと製作工程も！（キャビティ・コア・ゲート・エジェクター・冷却システムなど）

ダイカスト製品の品質・寸法精度・生産性を左右する最も重要な要素がダイカスト金型です。

高圧・高温の溶融金属を繰り返し受け入れながら、数万〜数十万ショットにわたって精密な形状を安定して転写し続けるダイカスト金型は、高度な設計技術と精密な製作工程によって生み出されます。

キャビティ・コア・ゲート・ランナー・エジェクター・冷却システムなど、金型を構成する各要素の設計品質が、最終製品の寸法精度・表面品質・内部品質・生産効率のすべてに直接影響します。

本記事では、ダイカスト金型の基本構造・各部位の役割・設計のポイント・製作工程・材料・メンテナンスについて詳しく解説していきます。

ダイカスト金型の基本構造と各部位の役割を理解しよう

それではまず、ダイカスト金型の基本構造と各部位の役割について解説していきます。

ダイカスト金型は大きく固定型（固定金型）と可動型（可動金型）の2つに分けられ、これらが閉じることでキャビティ（製品形状の空間）が形成されます。

固定型はダイカストマシンの固定盤に取り付けられ、可動型は可動盤に取り付けられます。

型開き時は可動型が後退し、製品はエジェクター機構によって可動型から押し出されます。

キャビティとコアの役割

キャビティ（cavity）は製品の外形形状を転写する金型の空洞部分であり、製品の外側の形状を成形します。

コア（core）は製品の内側の形状（穴・凹部・アンダーカット形状など）を成形するための凸状の金型部品です。

キャビティとコアは通常、高硬度の金型鋼（SKD61など）から高精度に加工されており、表面粗さ・硬度・寸法精度が製品品質を直接規定します。

多数個取り金型（マルチキャビティ）では複数のキャビティを1つの金型に設け、1ショットで複数の製品を同時成形することで生産効率を向上させます。

部位	役割	主な材料	主な加工方法
キャビティ	製品外形の成形	SKD61・SKD62	放電加工・マシニング・研削
コア	製品内形・穴の成形	SKD61・SKD62	放電加工・マシニング・研削
スライドコア	アンダーカット形状の成形	SKD61・SUJ2	放電加工・マシニング
入子（インサート）	部分交換・局部冷却	SKD61・銅合金	マシニング・放電加工

スライドコアとアンダーカット対応

製品形状にアンダーカット（型開き方向に対して引っかかりとなる形状）がある場合、スライドコアと呼ばれる横方向に動くコアを設けることで対応します。

スライドコアは型開き時にカム機構・油圧シリンダーなどによって横方向に退避し、製品の取り出しを可能にします。

スライドコアの設計は金型構造を複雑にし、コスト・メンテナンス性に影響するため、設計段階でアンダーカットを最小化するような製品形状の工夫も重要です。

入子（インサート）構造の活用

金型の一部を独立した部品（入子・インサート）として設計することで、以下の利点が得られます。

損耗しやすい部位を単独で交換できるため、金型全体の寿命を延ばしてメンテナンスコストを削減できます。

複雑形状の部位を独立した入子として加工することで、加工精度の向上と加工コストの削減が実現します。

熱伝導率の高い銅合金製入子を使用することで、局部的な冷却促進と温度分布の均一化が可能です。

ゲート・ランナー・スプルーの設計ポイント

続いては、ダイカスト金型のゲート・ランナー・スプルーの設計ポイントを確認していきます。

溶融金属をキャビティに導く湯道系（ゲート・ランナー・スプルー）の設計は、充填品質・ポロシティ・表面品質・サイクルタイムに直接影響する最重要設計要素のひとつです。

ゲートの種類と設計基準

ゲートは溶融金属がキャビティに流入する最終の絞り部分であり、ゲートの形状・位置・断面積が充填の均一性と品質を決定します。

ダイカストで使用される主なゲート種類を以下に示します。

ゲート種類	特徴	適用例
サイドゲート	製品側面から流入・最も一般的	平板状・箱型製品
オーバーフローゲート	ガス・酸化物を排出する補助ゲート	ガス抜き目的で各所に設置
フィルムゲート	薄く幅広のゲート・均一充填	薄肉・大面積製品
ピンゲート	小径ゲート・自動切断可能	小型精密部品

ゲート断面積の設計基準として、ゲート流速は通常20〜60m/sの範囲で設定され、流速が低すぎると溶湯が早期凝固し、高すぎるとキャビティ侵食と乱流ガス巻き込みが生じます。

ランナーとスプルーの設計

ランナーはスプルーからゲートまで溶融金属を運ぶ流路であり、断面形状・長さ・分岐角度が充填バランスと溶湯温度低下に影響します。

ランナー断面は台形または半円形が一般的であり、表面積に対して体積が大きい（熱効率が良い）形状が推奨されます。

スプルーはプランジャから押し出された溶融金属がランナーに入る手前の部分であり、コールドチャンバー方式ではビスケット（スリーブ残湯の固化部分）がこれに相当します。

多数個取り金型では、全キャビティへの充填バランスを確保するためにバランスランナー設計が重要であり、各ゲートへの溶湯到達時間と流量を均等化する必要があります。

オーバーフローとガス抜き設計

充填時にキャビティ内の空気・ガス・冷えた溶湯先端（コールドショット）を排出するために、オーバーフロー（overflow）とガス抜き（vent）を設計します。

オーバーフローはキャビティの末端に設けた溶湯回収用の小さなポケットであり、ガス・酸化物・冷えた溶湯を積極的に受け入れることでキャビティ本体の品質を向上させます。

ガス抜きは金型の合わせ面に設けた幅広・極薄（0.05〜0.15mm程度）のスリットであり、ガスは通過させるが溶湯は通過させない絶妙な寸法設計が求められます。

真空ダイカスト（バキュームダイカスト）ではガス抜き専用の真空バルブを設け、型内を積極的に真空引きしてポロシティを大幅に低減することが可能です。

エジェクター機構の設計と配置の考え方

続いては、ダイカスト金型のエジェクター機構の設計と配置の考え方を確認していきます。

エジェクター（ejector）機構は成形後の製品を金型から押し出すための機構であり、エジェクターピンの配置・径・ストロークの設計が製品変形防止と取り出し安定性に直結します。

エジェクターピンの種類と選定

エジェクターピンは圧縮応力に強い高速度鋼（SKH51など）またはSKD61から製作されます。

断面形状は円形が最も一般的ですが、製品形状によってはブレード状・段付き形状なども使用されます。

ピンの径は製品サイズ・押し出し力・周辺スペースを考慮して選定し、細すぎると折損リスクが高まり、太すぎると製品にエジェクターマークが大きく残ります。

エジェクターピンの最適配置

エジェクターピンの配置においては、以下の原則を守ることが重要です。

製品の全体に均等な押し出し力が加わるよう、ピンを均等に分散配置します。

肉厚部・リブ・ボス部など剛性の高い部位にピンを配置することで、製品の変形を防止します。

外観面（意匠面）へのピン配置は極力避け、エジェクターマークが目立たない非意匠面や機能面に配置します。

リターンピン（戻しピン）は型閉め時にエジェクタープレートを定位置に戻すために必要であり、適切な位置に配置します。

設計項目	推奨事項	不適切な場合の問題
ピン径	φ3〜φ20mm（製品サイズによる）	細→折損、太→大きいマーク
ピン配置間隔	均等分散・剛性部優先	偏配置→製品変形・白化
ピンストローク	製品高さ+5〜15mm	不足→取り出し不全
ピン材料	SKH51・SKD61・SKD11	軟材→早期摩耗・折損

スリーブエジェクターと特殊エジェクター

ボス（円筒状突起）や丸穴の周囲を均等に押し出す場合には、円筒状のスリーブエジェクターが使用されます。

スリーブエジェクターはピン状のエジェクターと異なり、ボス全周を均等に押し出せるため変形リスクが低くなります。

エアーブロー（圧縮空気による離型補助）を併用することで、複雑形状の製品でも確実な離型性を確保することが可能です。

冷却システムの設計と熱管理の重要性

続いては、ダイカスト金型の冷却システムの設計と熱管理について確認していきます。

ダイカスト金型の冷却設計は、成形サイクルタイム・製品寸法精度・ひけ（収縮欠陥）・金型寿命のすべてに関わる非常に重要な設計要素です。

冷却水回路の設計原則

金型内部に設けた冷却水回路に冷却水（または温水）を循環させることで、金型温度を適正範囲に制御します。

アルミニウムダイカストでは金型温度を150〜250℃に維持することが一般的であり、温度が高すぎると収縮欠陥・焼付き・サイクル延長が生じ、低すぎると充填不良・コールドシャットが発生します。

冷却水回路の設計原則として、キャビティ・コア表面から10〜15mm程度の深さに冷却穴を配置することが基本です。

熱負荷が集中する部位（ゲート周辺・肉厚部）には冷却穴を密に配置し、熱負荷が低い部位では粗くすることで均一な温度分布を実現します。

ポイントクーリングと特殊冷却

通常の直線冷却穴では冷却が困難な部位（コアピン・スライドコアなど）には、ポイントクーリング（スポット冷却）が適用されます。

バブラー（二重管構造のスポット冷却管）を細いコアピン内部に挿入することで、通常の冷却穴では届かない部位を効率的に冷却できます。

銅合金（ベリリウム銅・クロム銅など）の高熱伝導率素材を入子に使用することで、難冷却部位の熱を効率的に逃がすことができます。

近年では金属積層造形（3Dプリンティング）を活用したコンフォーマルクーリング（形状追従型冷却回路）が注目されており、従来の直線穴では実現できない複雑な冷却回路を設計できるようになっています。

金型温度管理システムの活用

金型内に熱電対（温度センサー）を複数設置して金型温度をリアルタイムに監視し、冷却水流量・温度を自動制御する金型温度管理システムが普及しています。

温度管理システムを使用することで、連続生産中の金型温度変動を±5〜10℃以内に抑えることが可能となり、寸法精度と品質の安定化が実現します。

金型温度が安定することで不良品発生率が低下し、金型寿命の延長にも寄与します。

ダイカスト金型の材料・製作工程とメンテナンス

続いては、ダイカスト金型の材料・製作工程・メンテナンスについて確認していきます。

金型材料の種類と選定

ダイカスト金型に使用される代表的な材料を以下に示します。

材料	JIS記号	硬度目安	特徴・用途
クロムモリブデン熱間工具鋼	SKD61	HRC44〜48	最も標準的なダイカスト金型材料・耐熱疲労性良好
改良型熱間工具鋼	SKD62・8407・H13	HRC44〜50	SKD61の改良版・靭性・耐熱性向上
プリハードン鋼	NAK55・P20	HRC30〜40	前加工状態で使用・試作・低量産向け
ベリリウム銅合金	C17200など	HRC38〜42	高熱伝導率・ポイントクーリング用入子

SKD61は熱間工具鋼の代表格であり、耐熱疲労性・靭性・耐摩耗性のバランスに優れ、アルミニウムダイカスト金型の主要部品（キャビティ・コア）に最も広く採用されています。

亜鉛ダイカストは溶湯温度が低いため、SKD61より安価な材料を使用できる場合もあります。

金型製作の主な工程

ダイカスト金型の製作は、設計から完成まで以下の工程を経ます。

金型製作期間は製品の複雑さによって大きく異なり、小型シンプルな金型では4〜6週間、大型複雑な金型では3〜6か月程度を要することがあります。

放電加工（EDM）はダイカスト金型製作において不可欠な加工技術であり、マシニングセンタでは困難な複雑形状・深リブ・シャープエッジを高精度に仕上げることができます。

金型メンテナンスと寿命管理

ダイカスト金型の寿命を最大化するためには、定期的なメンテナンスと適切な管理が不可欠です。

定期メンテナンスの内容としては、キャビティ・コア表面のクリーニング・研磨・亀裂検査・冷却回路の洗浄・可動部（スライドコア・エジェクター）の潤滑と摩耗確認などが挙げられます。

金型表面の亀裂（ヒートチェック：熱サイクルによる網目状の微細亀裂）は避けられない現象ですが、定期的な表面研磨と補修溶接（肉盛り溶接）によって進展を抑制することができます。

ショット数に応じた計画的なオーバーホールを実施し、金型の状態を記録・管理することで、突発的な金型破損による生産停止リスクを最小化することができます。

ダイカスト金型のまとめ

ダイカスト金型はキャビティ・コア・スライドコア・入子・ゲート・ランナー・エジェクター・冷却システムなどの要素が有機的に連携して構成される精密機械構造体です。

ゲート設計では充填速度・充填時間・ゲート流速を適切に設定し、オーバーフローとガス抜きによってポロシティと充填不良を防止することが品質確保の基本です。

エジェクター機構は均等な押し出し力と製品変形防止を両立するピン配置設計が求められ、冷却システムは均一な温度分布と適正なサイクルタイムを実現する回路設計が重要です。

金型材料としてSKD61が最も広く採用されており、熱処理・精密加工・放電加工・組立・試射という製作工程を経て量産金型が完成します。

定期メンテナンスと計画的オーバーホールによる金型寿命の最大化が、ダイカスト生産の安定化とコスト競争力の向上に直結します。