それでは早速いきましょう。まずはですね、この破壊の種類について学んでいきましょう。
今日話すのは、破壊って言っても色々あるんだけども、今日は金属部品の話ですね。
金属の塊、金属でゴリっとできた部品がどのように破壊してしまうのか、どう金属の塊が壊れるのかという意味の破壊を取り扱います。
この金属の破壊っていうのはですね、分野によって色んな破壊のパターンはあるんだけども、主には3つのパターンがあるんですよ。
それが何かというと、遠征破壊、勢制破壊、疲労破壊、この3つです。
まずね遠征破壊というもの、これはね、遠というのは伸びるっていう字ね。伸びる勢の破壊で遠征破壊なんだけど、分かりやすく言うと粘っこく壊れるってことです。
材料がグニューンと伸びてからブチンと切れるとね、こういうイメージで壊れるパターン。
ものすごい強い力がかかった時に起こる破壊っていう感じかな。
金属ってさ、すごい硬いカチカチのイメージがあるんですけど、これミクロな視点で見るとやっぱゴムみたいに力を加えると伸びて、力を抜くと縮むと。
こういう特性を持っているのね。この力を入れると変形して力を抜くと縮む。ゴムみたいに伸び縮みするよっていう性質を男性って言います。
こういう変形を男性変形と言って力を抜いても元に戻らない。一回曲げちゃったらもう元に戻りませんよっていうレベルの変形のことを素性変形と言います。
とにかくすごく強い力がかかってバチンとブチンとちぎれるように壊れてしまう。そういうのを遠征破壊と言います。
次にある破壊がこちらですね。税制破壊。これはさっき言ったのと真逆ですよ。ほとんど変形しないでいきなりパキッと割れるという形で壊れてしまうようなもの。
これを税制破壊と言います。ガラスとか陶器のイメージをするとわかりやすいんですけど、まさにガラスが割れるのが税制破壊よね。
これで実は金属でも起こるんですよね。特に金属だと鋳鉄という金属を溶かして形を作るみたいな鋳造という工程があるんだけど、そこで使われる鋳鉄とかなんかは結構割れやすい金属なんですよ。
だからブニョンって伸びてブチンってちぎれるというよりは衝撃でパキッと割れちゃうみたいな。そういう壊れ方をするのね。厄介なのは普段は遠征破壊をする。
ブニョンって伸びるような金属でも低温環境だと税制破壊を起こすよなんてことがあってこの状態変わるってことがあるんですよ。
例えばタイタニック号の沈没ってまさにこれが原因でリベットっていうねあの締結部品があるんですけど、これがあまりにも冷たい海の温度で税制破壊を起こすようなその冷たさになってしまってですね。
本当は遠征破壊を起こすからそんな力では壊れないんだけど海が冷たすぎたためにパキパキ折れてですね。
タイタニック号が沈没してしまった原因になったとそういうふうに言われてるんですよ。
普段は粘りっこく力を受けてくれるはずが冷えたことでパキッと折れちゃったと。
こういう変化がね金属結構あってですねここがね奥深いところなんですけどこの話はですね私の本のコラボにも書いてありますからね。
私の本を持っているという方、あつまれ設計1年生初めての低級設計お持ちの方は是非そのコラボ文読んでみてくださいと。
そして最後ですね最後の破壊のパターンこんなものがあります疲労破壊です。
まあこれがね一番正直厄介かもしれないなと繰り返し過重がかかることで許容の引っ張り強さ引っ張り応力よりも
この力かけたら壊れちゃうよっていう力があるんですけどそれよりも全然低い力なのに繰り返しかかることで壊れちゃうという現象があるんです。
これが疲労破壊ですね。これはねじわじわとその亀裂っていうのが進んである時突然パキッと折れちゃうとそういう破壊です。
飛行機の事故なんかでも結構疲労破壊が原因っていうことが多いんですよ。
わかりやすいイメージだったら針金ですよね。針金をクニクニクニと動かしているとパキッと折れちゃうやつ。
これ実は厳密にはねちょっと疲労破壊とは少し違うんだけどもイメージとしてはそんな感じですよ。
動くと力を繰り返しかけていると疲れが溜まっていてそれが壊れてしまうとそれが疲労破壊です。
とにかく同じ壊れる金属がバキッと割れちゃうよっていう現象であっても実はいろんなメカニズムがあるとそれぞれメカニズムが全然違うんですね。
ここを理解しておくとこの設計とか材料の選定の時の考え方っていうのが変わってくるんですよ。
ここからが面白いところなんだけどもバキッと壊れた部品があったとして実はその部品を見ればどういう原因で壊れたかっていうのは読み取ることができるんですよ。
具体的には破損した金属部品の断面ここを見るんですね。
この金属の断面ってのは情報の宝庫なんですよ。宝箱です。あらゆる情報が詰まっています。
まずグニョーンって伸びてゴムみたいにブチンとちぎれるという遠征破壊の場合の破壊の断面っていうのが有名なのはカップ&コーン型っていう形状があるんですよ。
すごく香ばしくて美味しそうな響きなんだけどもこれ断面の形状の名前ですね。
金属の棒、鋼の棒に力をかけて引っ張る、引きちぎる、引っ張り試験なんていうのがあるんだけど
バチンって切った金属って一方が窪んでいて一方が円錐状になっているというのかな。
片方がカップで片方がコーン型になるというこういう断面をしているんですよ。
なんでこういう形になるかというと中央に亀裂が引っ張っていくと入って周辺部分が45度の方向で千段破壊というのを起こすんですよね。
ちょっと何言ってるかわかんないと思うんですけど、とにかくそういう状況でこう壊れると
片方がくぼみで片方が凸みたいなそういうカップ&コーンという形ができるんです。
この形状が出ていればこれは円錐破壊なんだなっていうのがパッと見てすぐわかると。
これがこの円錐破壊の証拠です。
一方で税制破壊はどうなっているかというと全然断面の形が違うんですよ。
パキッと脆く折れちゃった場合ね。
これはリバーパターンという川の流れみたいな模様が断面に書いてあると。
これが特徴なんですね。
壁界破壊って言って特定の結晶面に沿ってパキパキッと折れていくんだけど、
その痕跡が川の形状みたいな形で残るわけよ。
この川の流れを断面の中に見つけたら、これはここで税制破壊が起こったなっていうのがすぐわかると。
さらにさらに疲労破壊っていうのもすごく特徴的で、
疲労破壊の場合はビーチマークって呼ばれる島模様が残るんですね。
波打ち際みたいなそういう模様が残るんですよ。
繰り返し荷重がかかって疲労破壊っていうのは疲れて壊れちゃうっていう現象なんだけど、
ちょっとずつ亀裂が進む度に年々みたいな形で線が出てくるわけよ。
それが島模様になって最終的に破壊した時に残ると。
電子顕微鏡とかで拡大してみると、ストライエーションっていうもっと細かい島模様みたいなパターンが見えるんですけど、
こういう破壊というかその模様のパターンが出たら、これは疲労破壊でここ壊れたんだなっていうことがわかると。
今ふと思ったんだけど、ビーチマークとかリバーパターンとか、水辺を彷彿とさせる言葉が多いよね。
ビーチ、リバー、海と川ですよ。
だからカプアノコン型も無理やり水関係に紐づけてやりたいなと思うけど、これだけは特集というか、どう頑張っても紐づかなさそうな感じですね。
たださておき、部品が壊れた時にさ、「あー壊れちゃった!」で終わらせちゃダメなんですよね。
工学分野にいる人はそれで終わらせることはないと思うんですけど、破片、破壊の断面みたいなところを観察すれば、
どういう原因で壊れたかが一目瞭然だと。
だから壊れ方を見れば原因がわかるんですよ。原因がわかれば対策が打てると。
だからこの壊れた部品を観察するってことがすごく大事なんですよね。
ここまでの話は金属の話をしたんだけど、金属じゃなくてもあらゆるもので壊れたものを冷静に観察するっていうのはすごく大事よね。
それを最近しみじみと感じる場面があってさ、それは何かというと、おもちゃの旋盤なんですよ。
今週はカリアマイクロメーカーフェアに出展してきて、その話がだいぶ多いんだけどさ、
おもちゃの旋盤っていうプロダクトを展示会に出してきたんですね。今私が開発中の。
そしたら今回はこれでもかっていうくらい壊れたんですよ。
でね、この原因について、なんで今回こんな壊れたかっていう原因については月曜日の放送の中で語ったので、そっちを聞いてほしいんですけど、
とにかくね、ボキボキいろんなとこが折れたわけ。今まで折れなかったようなとこがポキポキって折れて旋盤が壊れちゃうってことがあったんだけど、
当然ね、私はその折れちゃった部品っていうのは全部捨てずに取ってあってさ、ショーが終わった後じっくり観察したんですよ。
そうすると、ただ折れただけじゃなくて、壊れた部品からね、どういう方向から力を受けたとか、どこが擦れてるとか、
そういうことがね、見るとわかってくるんですよ。そもそも部品が弱かったのかとか、3Dプリンター製の部品だからさ、
印刷の方向が悪かったのかとか、それとも機械の調整が悪かったのかとか、その部品、固有の部品の1個の部品の作り方、品質が悪かったのかとか、
そういった原因から部品自体が有名に語ってくれるんですね。これって、壊れた部品を見て原因を考える瞬間って、
実は結構私服の時間でさ、壊れた部品を眺めながら、ここの考えが甘かったのかとか、これこうするべきだったのかって答え合わせの瞬間みたいになるんですよね。
部品を見てると。それが楽しいんですよ。自分の中で新しいものづくりの視点ができるというか。
だってさ、自分としては壊れないように、これが正解だと思って作ってるわけなんですけど、それが実際失敗でしたよっていうのが目の前にあるわけ。
だから自分の中で、これが考慮できてなかったんだという答えを、ある意味、失敗した部品っていうのは与えてくれるわけね。
それがね、やっぱり心地いいんですよね。答え合わせみたいで。
そうやって、ものづくりってさ、正解がないんだけど、これは間違いでしたよっていう答えを明確にくれるのがやっぱり壊れた部品なんですよ。
で、ものづくりの難しいところってのは、壊れない設計っていうのが必ずしも正解ではないということなのよ。
過剰品質って言葉があるんだけど、頑丈に作りすぎてもいけないのね。
いやいや、壊れなかったらいいじゃんっていう話かもしれないんですけど、やっぱりそれって無駄なコストになっちゃうわけ。過剰に作ると。
本当はもっとここ細くてもいいよねと。弱くても全然成り立つよねっていうところを無駄に補強してしまうと。
そうすると、そこに使ったコストってさ、そもそも物の価値を高めるために使われていないよねってことになっちゃうと。
だから、物を売った時の利益っていうのも当然減っちゃうわけだし、ユーザー視点で見れば、
購入価格、それを買うために払ったお金に対して正しく価値が使われていない。
だから、付加価値の比率っていうのがすごく低くなっちゃうと。
簡単に言えばコスパが悪いものになっちゃうわけね。
しかも厄介なのが、壊れないと失敗に気が付けないという特性があるから、
過剰品質ってさ、明確に物作りとしては良くないこと、失敗なんですけど、壊れないからその失敗に気が付くことができないわけ。
ある程度当然、壊れないための安全率っていうのは必要なんですね。
壊れないに越したことはないと。でもやっぱりやりすぎてもダメなんですよ。
その無駄なコストになっちゃうと。
でもそれには、破壊っていう現象で気が付くことができないと。
そういう意味で壊れてくれたっていうのは、ある意味で物作りをやっているものとしては幸せなことなんですよ。
足りなかったですよっていうのに気が付けるから、どのくらいだったら足りるんだろうっていう
最適解を見つけるっていうチャンスがもう1回あるわけ。
もちろん壊れるのが良いっていうのは安全に関わらない部分の話であるけどね。
ここ壊れたら何かヤバいこと起こるよっていうところは、やっぱり安全率っていうのを持たせて壊れないように作るっていうのはあるんですけど、
それでも過剰に作りすぎて良いという理由にはやっぱりなりませんからね。
設計者が適切に部品を設計していくっていう意味では、結構攻めた作りをして、
それを評価して壊れちゃうと。
じゃあこれぐらいの強度が必要なんだよねっていう確認のプロセスが結構重要なんですよ。
でも実際の製造業で行われている物作りって、最初に開発スケジュールをバーって引いた時に、
そもそも壊れちゃうとかやり直すっていう構図を含んでないんですよ。スケジュールの中にね。
全てがベストに上手くいくっていうスケジュールをキュンキュンで引くということを最初にやってしまうから、
失敗は許容できないよね。
ってことは壊れるとまずいと。もしも壊れたらもう一回評価をやり直してる時間がないからといって、
やっぱり安全方向安全方向っていって過剰品質になりがちだと。
しかも、昔使って成り立っている物、問題がなかった物っていうのを結構流用するからさ。
そもそも元々使っている物が過剰品質であっても、それをより細くしたりとか、
強度が弱くなる方向に変更するっていう、そういう力が働かないのね。モチベーション的な意味で。
だから過剰に作った物って、永遠に過剰で最適になることがないんですよ。
細くしたり弱くしたりしたら、もしも壊れたらどうするんだという話になるし、
もし壊れてしまった時にタイトなスケジュールをリカバリーするような評価の時間ってもらえないから。
常に実績重視で安全に安全に作り続けた結果ですね。物っていうのはどんどん過剰に高くなっていくという、
こういう良くないスパイラルを辿るっていうのが結構製造業設計あるあるだと思ってね。
だから壊れるってすごくネガティブなイメージあるんだけど、実はものづくり的にはポジティブに捉えられるんだよというお話でございます。
身近に壊れたものっていうのがあったら、それをじっくりと観察してみましょうと。そっから学べるものづくりの視点っていうのは非常に多いはずですよというお話でございました。
ここからコメント返しです。
シャープ632、おもちゃで伝えたい工作機械の魅力にいただいたコメントです。
長谷川さん、おもちゃの旋盤の活動を見て、切削が子供たちに結構ウケが良いということを初めて知りました。今後も広まってほしいです。
ということでありがとうございます。
そうなんですよね。物理的なものが削れていく。
特にね、みんなが言うのがさ、かつお節だっていうのよね。
やっぱり切り崩ってね、かつお節みたいになるじゃない。
今回、ツッキリバイトって言って、長谷川さんのネットでご存知だと思うんですけど。
旋盤でね、先端が尖ってないようなバイトっていう刃物があるんですよ。
それを当てると本当にこう、長い細長いかつお節みたいなね、切り崩がバーッと出てくると。
そのね、長い切り崩をなるべく切らないように、一定の送りで送ろうみたいなね。
そういう子供たちが結構いてですね。そこでも競ってましたね。
ちなみに私も工業高校時代、ツッキリバイトで入れていくと、
本物の金属の旋盤のツッキリバイトも同じような切り崩出るんですよ。
細くて長くてね。しかもそれをずっと一定の送りに行くと、切れずにずっと長く切り崩が出てきてくれるんですよ。
それが面白くて、友達とどんだけ長いツッキリの切り崩が出るかっていうのを勝負するみたいなことを、
工業高校の時よくやってましたけどね。
それと同じことが自分が作ったおもちゃの旋盤でも行われてたから、
やっぱこれちゃんと旋盤してるなっていうのは思ってすごく嬉しく思いましたね。
ということでありがとうございます。
やっぱ旋盤というか機械加工、製作加工の価値は無限大でございますよ。
子供のおもちゃにもなるし、物も作れるということでね。
これからもこの価値を伝えていきたいと思います。ありがとうございます。
続きまして、
シャープ633、世界最初のヒューマノイドロボットニッスンに頂いたコメントです。
はるかなすさん、
カリアマイクロメーカーフェアでニッスンを見て一目惚れしました。
あの小ささであのかっこよさ。スマホで実際に動かせる。
しかもオープンソースで頑張れば自分で作れるかもと思ったらかなり魅力的です。
その場でコミュニティー申請しました。問題は光造形プリンター。
支部長さんのドロップキックが必要かもしれませんということで。
ありがとうございます。
光造形は良いぞ。良いぞっていうのは、
あのね、全然やっぱね、FFF、熱溶解石層砲の3Dプリンターとは違うんですよ。
基本的にね、やっぱ光造形で作った物って、税制破壊というか、
今日の話でいうとね、税制を持ってて、割れるんですよね。
だから粘り気がやっぱない。
ある意味フィギュアみたいな物を作って、
塗装して使うみたいなところによく使われるからさ。
光造形ってちょっと普通と違うというか、
あまりメカニカルな部品に使うような物ではないんですけど、
それ故に、普通の溶かすようなフィラメントで印刷するような3Dプリンターでは出来ないような物が結構出来たりしますね。
とにかく印刷する物のクオリティっていうのが高いからさ、
あらゆる物に使えますし、
しかも印刷が逆さ向きに出てくるのね、あれってね。
だからサポート材の考え方も全然違うし、
あと液体だからさ、樹脂が。
水がちゃんと抜けるから、樹脂自体が印刷した時に抜け切るかみたいなね、
抜け穴みたいなやつも設計しなきゃいけなかったりとか、
結構いろんな面白い視点があるので、
かなり勉強になりますよ。
ただ、本当にドロップキックでもどんどん押していきたいです。
これあると作れる物の種類とか全然変わりますし、
装飾品、それこそロボットの外装とか、
いろんな周りの部品みたいなものも作れるから、
自分の物作りのある意味、
衣装性みたいなものを高めれるので幅が広がりますね。
って言って、もうドロップキックしたいところなんですけど、
やっぱりめんどくさいよ。
めんどくさいですね、光造形の3Dプリンターは。
さっきも言ったように樹脂の管理、液体製の樹脂の管理もあるし、
匂いもあるし、印刷するための準備、
いちいち印刷物を洗浄して二次硬化って言って、
結局さ、印刷したばっかりだとまだベタベタなのよ。
だからそれを二次硬化するために、
もう一回紫外線を与えて固め直すっていう作業があったりとか、
手間かかるのよ、意外とね。
それがある意味楽しいんでね、私はやってるんですけど。
一個、光造形の3Dプリンターと、
もう一個、二次硬化用の機械が必要になってくるから、
意外と場所を取るんですよね。
本当にドロップキックして、
ハルカナさんの背中を押したいところではあるんですけど、
やっぱり液体樹脂の管理結構めんどくさいと。
だから、2寸作るぐらいだったら、
3Dプリント代工サービスがあって、
外注した方が、もしかしたらいいかもしれないですね。
その後、光造形で明確に作りたいものがあるとか、
フィギュア作りたいよって言うんだったら、
私はもう押しますけど。
2寸だけだと、ちょっとその後の展開むずいかなっていうのが、
正直なところ。
私も今、そんなに光造形動かしてないのよ。
ただ、光造形のプリンター安いんで結構ね、
クオリティ、ハイグレードのやつもそれなりに安いんで、
ぜひぜひね、このプラモデルとか、
模型を作りたいとかだったら確実にいいんで、
チャレンジしてみるといいんじゃないかなと思います。
ということで、ありがとうございます。
続きまして、YTR334Sさん。
2寸ってネーミングは2寸なのかな。
可愛くてかっこいいですということで、ありがとうございます。
1寸、2寸の2寸ですね。
それだけちっちゃいよっていう意味の、
1寸帽子とかのね、1寸だと思います。
2寸ですけど。