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どうも、しぶちょーです。今回もものづくりのラジオをやっていきたいと思います。
このラジオはですね、産業機械の技術者である私が、主観を交えながら、ものづくりに関するあれこれをザックバランに紹介するというラジオです。
小難しい技術の話はあんまりしないので、何か作業しながら聞いていただければ幸いです。
今回のテーマはですね、話題の新材料、ミネラルキャスティングって一体何だ、です。
早速ですけど、皆さんミネラルキャスティングって聞いたことありますか?
なんかこの名前だけ聞くとね、ミネラルとか、なんか食べ物っぽいですよね。なんかカロリーメイト的な。
私もね最初聞いたときに、なんかミネラルキャスティング?ミネラルキャンディ?みたいな感じで、ちょっとお菓子かなんかかなとは思ったんですけど、
食べれそうな響きではあるんですけど、もちろん食べ物ではないです。
ミネラルキャスティングはですね、 異物の代替材料として注目されている新材料です。
しかもね、ただの代替ではないんですよ。 異物にはない面白い特性っていうのをいくつも持っています。
それを活かすことですね、より良い機械を作ったりとか、今までできなかったような設計が可能になったりする可能性があるということですね。
すでにヨーロッパでは広く使われているという材料です、ミネラルキャスティング。
ものづくりに携わる人であれば、絶対に知っておいた方がいい材料の一つです。
特にね、昨今は異物の調達というのが難しくなっているので、この新材料にさらなる期待が寄せられています。
このミネラルキャスティングとは何ぞやという話をする前に、まず日本の異物業界が関わる問題というものを知っておきましょう。
まずそもそも異物っていうのは、金属を溶かして硬い流し込んで作られる製品のことですね。
この製造工程は、鋳造と呼ばれています。
日本はかつてこの異物産業というのはすごい盛んだったんですよ。
でも、昨今ですね、この異物を作るメーカーというのが減少している。
これがすごく問題になっているわけです。
ピーク時ですね、1990年代が日本の異物産業のピークと言われているんですけど、
その時と比較するとですね、現在は約3分の1ほどの数になってしまっています。
だから異物メーカーですね、異物メーカーの数がそんだけ減ってしまっているということです。
これね、主な原因というのが3つあります。
それをちょっと理解していきましょう。
まず最初に3つ挙げるとですね、1、利益を出しづらい。
2、後継者が不足している。
3、環境問題の対応というものがあります。
一個ずつちょっと簡単に噛み砕いて説明していきます。
まず1、利益を出しづらいですね。
異物業界というのは、利益を出すのが非常に難しい業界の一つです。
まずね、異物設備、鉄を溶かして流し込む、
ああいう設備のメンテナンスとか維持っていうのはあほどお金がかかるんですよ。
なのに異物自体はすごく安く買い叩かれてしまうんですね。
異物屋さんって基本的に重量単価なんですよ。
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だから異物をキロいくらとかいう形で売ってる。
なので設計者としてはですね、異物安くしたいって思うと、
いぬき穴と呼ばれる穴とかね、複雑な形にして穴をボコボコ開けて、
なるべく強度を保ちつつ軽く作ろうと。
僕も設計者なんでそうするんですけど、そうします。
そうすると当たり前ですけど、どんどん形状が複雑になるんです。
で、異物屋さんから見たらですね、複雑な形状の異物ってめちゃ作るのに手間がかかるんですよ。
なのに手間がかかる異物ほど軽いんで安い。
これ矛盾があるんですよね、こういう。
なんで、ちょっと工数がかかるものほど安くなってしまうっていう矛盾があるんで利益が出しづらいんです。
さらにですね、中国異物っていう、中国の異物ってめちゃくちゃ安いんで、
そういうものも入ってきてですね、日本の異物屋さんっていうのは壊滅なダメージを受けてしまったということです。
次に後継者不足ですね。
異物工場って行ったことある人は分かると思うんですけど、めちゃくちゃ過酷な現場です。
産経の代表するような現場で、きつい汚い臭いですね。
あの現場でやっぱ人が集まりにくいってのはよくわかります。
私も実際、異物工場行ったことあるんですけど、ほんと過酷ですよ。
夏行ったんですけど、まず夏の草暑い時に、当然鉄ドロドロに溶けるから、半袖とかでいられないですね。
ちゃんとした手袋して、ちょっと長袖着て、すごい厳密なマスクつけてっていうのを真夏で、
さらに目の前には溶けた泥の鉄があって、灰もめっちゃ飛んでて、もうめちゃくちゃ体に悪いな、この環境はって思いました。
実際働いてる人も外国人労働者の方が多いんですよね。
そういう一時の作業者っていうのは、一緒に確保できたとしても、
技術、異物の製造技術を継承するような人員っていうのは全然確保できない。
そういうことで後継者いなくて潰れちゃうよっていうものメーカーが増えているという現状があります。
最後に環境問題の対応ですね。
いろいろ後継者不足とか利益でないとかあるんですけど、それに追い討ちをかけるように環境問題の対応っていうのがめちゃくちゃ追われていると。
当然、鉄溶かすんでめちゃくちゃエネルギーがいるんですよね、異物って。
なので、そういう意味でもCO2排出資料とか、そういうカーボンニュートラルの分脈でも攻められますし、
当然、近隣住民ですね。異物臭いんで、近隣住民への配慮などいろいろ対策しなきゃいけない環境問題というのが山積みなんです。
こういう苦情とか、現在の要求に耐え切れずに動産を余儀なくされるっていうパターンも増えています。
一方で、こんだけ異物メーカーが日本の中で減っているのに、日本の製造業における異物の使用率ってずっと変わってないんですよ。
異物っていうのはね、やっぱそれだけ有用で汎用的な材料なんですね。
ただ逆に言い換えるとですね、日本の製造業って異物にすごく依存していると言えると思います。
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日本の異物の需要の50%か60%は自動車向けなんですね。
その大きいボリュームゾーンっていうのが、電気自動車化とかで大きくそがれるっていうふうに言われています。
そんな異物ですね、異物の絶対量変わらないのに日本の異物メーカーが少なくなってしまっているということは、
どういうことかというと海外調達がめちゃくちゃ増えてるんですよね。
結局そうするとサプライチェーンっていうのが安定しないですよね。自給できない。
だからこの危うい異物業界だけに依存していたらですね、もしかしたら機械作れなくなってしまうかもしれないですよっていう問題があります。
そう危惧して複数の機械メーカーっていうのがこの異物依存から脱却を図ってます。
そういった文脈でとうとう出てくるわけですね。
異物に代わる代替材料が必要ですよという流れがあって、ミネラルキャスティングというものが注目されていると。
このままちょっと背景長くなったんですけど、これを押さえていくといいかなと思います。
早速ですね、ここからで本題です。ミネラルキャスティングとは一体何ぞやということを見ていきましょう。
ミネラルキャスティングですね、これすごく簡単に説明するんだったら、砕いた石と樹脂ですね、それを混ぜ合わせた液体を箱に詰めて固める技術です。
型からバンバンって取り出したら固まった石と樹脂の塊ができて、それが異物の代わりというか製品になりますよということです。
工程だけ見るとね、手作りチョコレートみたいなものですね。
溶かして流し込んでパカパカって型をはめて、型を外して出来上がりと。
この技術自体はですね、1970年代にヨーロッパで隔離された技術です。
そこまで歴史が長いわけではないですね。
日本ではまだまだ馴染みが薄いんですけど、ヨーロッパではすでにかなりの量で回っているらしいです。
工作機械、私工作機械という産業機械の技術者なんですけど、その工作機械で言えばヨーロッパの3割の工作機械はこのミネラルキャスティングを用いた機械だと言われてます。
言われているんですけど、ぶっちゃけ体感的にはそんな感じ全然しないんですけど、どうやらそうらしいと。
まあその、なんだろう、工作機械って言っても検索版とかね、色々なカテゴリーの工作機械があるんで、
そういうの全部含めたら3割ぐらいということなのかなって個人的には思ってます。
じゃあですね、この石と樹脂を混ぜて重ねただけのもの、ミネラルキャスティング。
これ一体何が優れてるんだという話なんですけどね。
その特徴を見ていきましょう。
ミネラルキャスティングの特徴は主に4つあります。
高い振動減衰性、優れた熱安定性、効数削減効果、環境に優しい、この4つです。
一つずつちょっと特徴を見ていきましょう。
まずね、高い振動減衰性。
振動減衰性っていうのは、どれだけ早く振動を止めるかということです。
例えば、音差ってありますよね。
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叩くとコーンっていう、コーンじゃないな、コーンじゃなくて、なんだろう、フォーンっていうかね。
いわゆるU字の音楽の授業とかよく使うアレです。
叩くと綺麗な音を鳴り響くんですけど、あの音差ですね、あれがもし石でできてたらどうでしょう。
っていうのを想像してもらうとなんとなく分かると思うんですけど、石でできてる音差を叩いたらコツンっていう感じしますよね。
直感的にこれは理解できると思います。
これが減衰性の違いですね。
金属に比べて石の方が減衰性高いので、金属はずっと振動が鳴り響いてコーンってなるんですけど、石の方はコッっていう感じになると。
ちょっと言葉で説明するとアレなんですけど、直感的には分かりますよね。
金属の中でも異物っていうのは、異物に使用される中鉄っていうのはね、減衰性が非常に高い金属です。
それでもミネラルキャスティングで比べると減衰性っていうのは大きく差があります。
当然減衰性って形状によって差があるんですけど、一般的に実験で言われるのはミネラルキャスティングの減衰性っていうのは、
一般的な鉄の5倍から10倍の減衰性があるよと言われてます。
つまりですね、ミネラルキャスティングを機械の構造に用いると、発生する振動っていうのを材料自体がしっかり吸収してくれるわけです。
特にね、機械加工とかを行って断続的な振動が発生する工作機械というものにとっては、この特性っていうのは喉から手が出るほど欲しいわけですね。
だから非常に相性がいいっていうのもあって、ヨーロッパでの工作機械で採用率が高いっていうのも裏付けるかなと思います。
2番目、優れた熱安定性ですね。
ミネラルキャスティングって金属に比べて熱伝導率っていうのは圧倒的に低いです。
熱伝導率っていうのは何かっていうとですね、名前の通り熱の伝わりやすさを表す指標です。
高ければ高いほど、熱伝わりやすいよっていう指標なんですけど、
例えば食器とかですね、スプーンとかで、アルミ製のスプーンとかあると、熱いスプーンにつけるとですね、持ち手があっという間に熱くなります。
ステンレスのスプーンとかであれば、同じ時間スープにつけたとしてもですね、持ち手っていうのは熱くならないんですよ。
これが熱伝導率の差というものです。
余談なんですけど、何年前だったかな、1年前か2年前ぐらいですね。
アイス用のアルミ製スプーンっていうのが入りましたね。
これは何かっていうと、アルミ製のただのスプーンなんですけど、熱伝導率の高さを生かしてですね、
手の温度をアイスに伝えて、カチカチのアイスをすぐ溶かして食べようぜっていうスプーンです。
手は冷たいんですけど、熱伝導率が高いとそういうこともできるよと。
一方でミネラルキャストっていうのは、熱伝導率が低いんですね。
低いというのは、熱を伝えづらいっていうことですね。
伝えづらいということは、それだけ周りの温度変わっても自分影響を受けませんよという特性があるということです。
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だからつまり周りにね、発熱源があったり、例えば機械使っている室温ですね。
それが大きく変化しても、その温度の影響をあまり受けないということです。
微小な温度変化すら精度に影響する工作機械とか、そういう精密な機械にとっては、
これってやっぱり喉から手が出るほど欲しい特性なんですよね。
そういう意味でミネラルキャスティングはその点で芋のに比べて優れているということです。
次の特徴ですね、酵素削減効果。
これどういうことかというと、そもそもミネラルキャスティングは石と樹脂を混ぜた混合物です。
当然ですね、イメージすると分かるんですけど、石を加工したりとか、石にネジ切りましょうということができないのは分かりますよね、なんとなく。
だからこれってちょっと不便なんですけど、部品が取り付く部分っていうのはあらかじめ金属の部分、金属の部品を埋め込んでおく必要があるんです。
ミネラルキャストの構造体自体にね、タップとか開けられないんで、そこは金属のタップの開いたインサートみたいなやつを埋め込む必要があると。
逆に言うとですね、ミネラルキャストってそういうものを埋め込んじゃうんで、できた時点で加工いらないですよっていうことになります。
当然その加工精度必要な部分どうするんだって話があるんですけど、実はそれすら不要にする転写技術というものがあるみたいです。
これはですね、転写ゲージっていうすごい精度の良いまっすぐな棒みたいなやつがあって、その面の精度をミネラルキャストの面に転写するという技術らしいです。
こうするとですね、加工しなくてもすごく金属と同じ高度を持っためちゃくちゃ精度の良い面を樹脂で作ることができるという、
想像もできないような技術があって、それで加工面を作れちゃうよっていうことらしいですよ。
これは恐ろしい技術ですよね。機械加工をしてる機械を作ってる人、人間にとってはですね、非常に恐ろしい技術だなと思います。
ただですね、ちょっとさっきの話と変わるんですけど、事前に構造体の内部に配管とかセンサーとかを埋め込むことができるんです。
異物だとね、当然その異物の中に樹脂、あ、異物の中にホースとかを埋め込もうと思ったらそんなのたちまち溶けちゃうんですけど、
樹脂で作ってるんで、実際その作ってる工程での反応温度ってのは60度ぐらいらしいんですよ。
だからミネラルキャスティングをドロドロドロって入れた状態でですね、もうエア配管とかを構造体の内部に埋め込んでしまう。
そうすることで組み立てコースも削減できますよねっていう提案もあるみたいです。
交換が必要な部品を埋め込むのは抵抗あるんですけど、エア配管とか油圧配管ならうまく設計すれば表に出ずにかなりきれいに設計できるかなって思ったんで、
ここは設計者の腕の見せ所かなと思いますね。
最後の特徴、環境性能です。
製造工程では異物に比べて30%以上のエネルギー消費の低減が可能らしいです。
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ドイツだと廃棄になったミネラルキャスティングっていうのは細かく砕かれて道路の材料に再利用されるようです。
そういう感じでリサイクルではないですけど、リユースができるような優しい、リユースじゃないな、リサイクルか。
そんな感じでですね、再利用もできる優しい材料になってます。
あとミネラルキャスティング工場っていうのは労働環境もかなりいいみたいで、
実際に型に石があって樹脂があってギャーって混ぜて、それを型に流し込むっていう工場なんで、
化学変化による反応の熱っていうのはあるんですけど、
さっきも言ったように60℃前後にしか上がらないんで、
数千℃のね、ドロドロの鉄を当然扱う異物工場に比べたら圧倒的に安全であること。
これ間違いないですよね。
だから若干ケミカルの、多分化学的な香りはするんですけど、
それでも産経を代表するね、鋳造業と比べれば安全でクリーンな環境であることは間違いないかなと思います。
鋳造炉のような大規模な設備もいらないので、そういう意味でも製造環境を作るのも、
異物に比べたら低コストでできるよと、そういう特徴もあります。
ここまでの特性聞いてどうですか皆さん。
ミネラルキャスティングめちゃくちゃ素晴らしい材料と思いませんか。
ただしかし当然ですけども、ミネラルキャスティングにもクリアすべき課題というのはあるんですね。
実際普及してないっていうのはそういう理由です。
なんでここからですね、私の設計者として試験もかなり挟むんですけど、
ミネラルキャスティングが抱える課題、こんなのあるんじゃないのっていうのを説明していきたいと思います。
まずですね、1個目、コストです。
具体的なコストは全然わからないんですけど、材料単体で見たら絶対物より高い。
これは間違いないでしょう。
だけどさっきも言ったように加工レスになるんですよね。
機械加工いらないよとかってなるんで、そういう加工費までトータルで含めてどうなのっていう判断をする必要はあります。
あとですね、当然配管の埋め込みとかもできるって話だったんで、
組み立てのコスト、そこも低減できる可能性ありますよね。
そういう意味で全工程を踏まえたトータルコストに換算して、
コスト的に導入できるの?どうなの?っていうのを判断する必要があるかなと思います。
でも芋のが激安なんですよ。
ほんと買い叩いてしまって申し訳ないですけど、かなり安いんで、
そこのコストと戦いになってミネラルキャスティングを勝てるのかなっていうのはちょっと心配だなと思います。
あと2つ目ですね、ミネラルキャスティングのための設計です。
当然ね、石と樹脂なんで金属じゃないんですよ。
だから物性って全然違うんですよね。
だから芋のは当然金属なんですけど、
ミネラルキャスティングってどっちかって言ったらコンクリートに近い物性を持ってるんですよ。
今回ちょっと細かい物性って話しなかったんですけど、
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なんで芋のにポンと置き換えれますかって言われたら、そうじゃないです。
必要なのはミネラルキャスティングのための設計とか、設計手法とか、
その考え方とか、あと社内企画ですね。
こういうのがないと多分ミネラルキャスティングって機械に応用できないなと思いました。
みんなやっぱ材料を変えるのって怖いんですよ。
しかも慣れ親しんだ金属じゃない、石と樹脂の混ざり物ですよね。
これを機械のベースとか大きいところに使ってやろうっていうのは、
なかなか心理的に導入のハードル高いなと思います。
そこにハードルを超えるようなきっかけが必要かなと思います。
今後の、さっき問題提起もしましたけど、
芋の産業のこと考えると、大体材料の検討っていうのは必要なんですよ。
そこのリスクヘッジと思って、ミネラルキャスティングの導入を早く検討して、
ノウハウを確立すると、これが非常に大事だなと思います。
これがハードルを超える機械になり得るかどうかっていうのは各社の判断だとは思うんですけど、
そういうですね、導入のための設計ノウハウとか、
そういうところがやっぱりちょっと1個問題というか課題かなと思います。
あとですね、設計チョンボのリカバリーっていうのがちょっと細かいところなんですけど、
僕気になってて、設計者として非常に気になるんですけど、
普通に芋の部品とかだと、例えば、穴開け忘れちゃったとか、
ここにタップ必要だったわってなった時に、現場の人に頭下げて、
ちょっとここに穴開けてもらえませんかという交渉をして、
試作はね、そうやって乗り切るわけですよ。
なんですけど、ミネラルキャスティングって石と樹脂の塊なんで、
ここに穴欲しいってなっても追加できないですよね。
計画段階でミスなく検討しろよ、設計者って言われればそれ前なんですけど、
当然設計者も人間なんでミスします。
言い切ります、ミスしますよ。
多分おそらく出来上がったミネラルキャスティングの部品に穴開けて、
金属部品を後から埋め込むってことはできると思うんですけど、
ちょっとここに穴開けてよっていう芋の追加工に比べたらめちゃくちゃ手間かかると思うんですよ。
だからそれだけミネラルキャスティングの部品を設計しようと思ったら、
かなり正確な図面とか、今後のオプションとか特注とか、
全部見越した綿密な計画が必要になると思います。
さっき設計手法の話ちょっとしましたけど、
設計手法に合わせて設計工程とかエンジニアルチェーン全体もミネラルキャスティングに合わせて見直していかなきゃいけない。
そういうカードルというか、やり方をそもそも材料に合わせて変えていきましょうねっていうモチベーションがないと、
なかなか導入進まないのかなと思いました。
というところですね。
今日のラジオっていうのはここまでです。
まとめましょう。
まず押さえておきたいのは4つです。
ミネラルキャスティングっていうのは石と樹脂の混合材料ですよということ。
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異物の代替材料として注目されてますよということ。
あとヨーロッパの工作機械というのはもう3割がミネラルキャスティングを使用してるんですよということ。
多分ね。
これちょっと裏取ってないからわかんないんだけど。
あとはですね、ミネラルキャスティングの特徴としては、
減衰性、熱安定性、光数削減、環境性能。
この4つがあるよということです。
これくらい押さえておけば、あなたもミネラルキャスティング2だと言えると思います。
長いよね、ミネラルキャスティングって。
なんか海外ではミネキャスト略すようですよ。
ということですね。
ミネラルキャスティングっていうのは異物の代替材料として今後は期待されてますよということです。
個人的には代替材料というよりは新しい分野の材料として扱った方がわりとしっくりくるかなと思います。
物性はコンクリートに近いんで、機械分野であまり取り扱ってきたことのない物性だと思うんですよ。
当然設計書法とかもそれに合わせて新しいものが必要なのかなと思います。
結構工作機械業界ではね、わりと注目されている材料でして、
いろんなメーカーが導入に踏み切ったりもしてます。
なのでこれが今後、産業機器とかものづくりに対して広く広がっていくかなと個人的には思っているんで、
あと非常に面白い材料なんでね、個人的に非常に好きなんで、
皆さんも知ってもらってですね、興味を持ってもらって、
そういう材料あったなって、なんか困った時にちょっと使ってみようかなとか話聞いてみようかなっていうのがあれば、
このラジオで喋った甲斐があるかなと思います。
ぜひともですね、このラジオを聞いて、
興味があるな、ちょっとミネラルキャスティングの話聞いてみたいなっていう人は、
ランプグループジャパンさんにコンタクトを取るといいと思います。
このラジオの内容とかですね、これブログ記事にも上げてるんですけど、
ランプジャパンさんからですね、情報提供いただきまして、その内容をもとに話してますんで、
人も興味ある方はちょっと概要欄、概要欄というか説明欄にですね、リンク貼っておきますんで、
そちらから問い合わせいただければ幸いです。
では、今日のものづくりのラジオはここまでと。
私はですね、支部長技術研究所という技術ブログを、週1目標で更新してますので、
そちらもぜひ読んでみてください。
今回のね、ラジオで話した内容、ブログ記事でも読みますので、
もしも文字で読みたいという方は、リンクからちょっと飛んでみてください。
またですね、Twitterでは朝、晩と役立つ技術情報を発信してますので、
そちらもぜひチェックしてみてください。
それでは、支部長でした。ではでは。
