航空機の胴体、F1の車体、テニスのラケット、
野球のバッド、ゴルフクラブのシャフト、弓道の弓と矢。
これらに共通するのが、CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）です。
CFRPは、削りにくく、
加工しにくい素材＝難削材と
呼ばれる素材のひとつです。
各種難削材は、その丈夫さから、
モノの構造上重要な部分に用いられることが多く、
歯のインプラントや人工骨にも使われています。
難削材をいかに効率よく、加工できるか。
このシンプルかつ難しい研究テーマは、
日本のものづくり産業の付加価値を高め、
安くて良いものが私たちの生活に
供給されることに直結しています。
切削加工の研究は、ものづくり産業発展の根幹
東海エリアのものづくりで代表的なのは自動車産業、そして他エリアと比べて特徴的なのは航空宇宙産業が盛んなことです。愛知県の航空機部品生産額は全国の約３割を占め、日本の航空宇宙産業の一大拠点となっており、国際戦略総合特区の1つである「アジアNo.1航空宇宙産業クラスター形成特区」に、岐阜県、三重県、長野県、静岡県とともに指定されています。そのロケットのエンジンや航空機の胴体に使われているのが、CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）などの難削材と呼ばれる材料です。難削材、あまり聞きなれない言葉かもしれませんが、その名の通り「削りにくくて加工しにくい」素材のことを指します。身近なところでは、キッチンのシンクなどに使われるステンレスも難削材のひとつ。難削材は、耐久性に優れ、過酷な状況下にも耐えうる画期的な材料ですが、一方で、加工の難しさが製造の現場を悩ませており、難削材の開発・使用には、新たな加工法や切削工具の開発・進化が必要不可欠となっています。つまり日本のものづくり産業の発展のために、切削加工の研究はなくてはならない研究と言えるのです。
「切削加工は常に進化し続ける分野です」と、萩野先生
難削材の加工には、切削加工後の変形の抑制という課題もあります。例えば、固定して加工した難削材が固定を外すとたわんでしまうという現象が起こった場合、難削材の加工品には加工後に直せないものも多々あり、また、変形を修正できたとしても、加工時間の短縮やコスト削減など生産性向上の観点から、初めから変形しないように加工する必要があります。製造現場では、変形しないようにすることがいわゆる“職人の勘”として受け継がれている場合も多く、数値化されていないゆえに、たとえ同じ工作機械を使ったとしても、誰もが常に均一な品質のものを作り出せるとは限らないというのが現状です。これらの課題を改善・解決するのも、切削加工の研究上重要なテーマです。切削分野は長い歴史を持ち、既にさまざまな研究がなされてきたため「終わった研究」などと揶揄されることがありますが、その実、絶え間なく進化する材料やものづくりの技術とともに進化し続ける分野です。工作機械は今や複合機がスタンダードとなり、今まで三軸制御しかできなかったのが多軸制御ができるようになりグンと進化しました。また、金属の３Dプリンターと切削加工機の複合機が登場し、造形しながら形を整え精度の高い製品が作れるようになっています。切削分野は常に進化し続ける分野であり、これからの可能性に満ちた分野であると言えます。
切りくずの処理は、環境改善と資源の有効活用につながる
「ものづくりとは、ものすごく簡単にいってしまえば『切る・貼る・曲げる』に尽きます。ものづくりの核ともいえるこれら３分野の発展なくして、イノベーションはあり得ません」と語るのは、大同大学工学部機械工学科の萩野将広先生。専門分野は生産加工学、特に切削加工に関する研究で、航空宇宙関連の材料の切削加工が主な研究テーマ。「切削現象は目で見ることが難しい現象です。そんな中で見えないものを可視化して目で見えるようにすることや、研究で得られた成果がそのまま企業の生産性向上につながったときにやっていてよかったと思います」と萩野先生。ある企業との連携研究で、加工後の材料変形量を約90%も低減させ、切削条件の高速化と変形を修正する工程の廃止に成功。加工時間の短縮による生産性向上を実現したときのことは、先生にとっても特に印象深いそうで、「現場の困りごとを解決できて手応えを感じました」とも。先生は難削材の被削性分析や、切削現象の可視化、切削加工後の材料変形の抑制などの研究のほか、切削によって生じる“切りくず”処理技術の研究にも力を入れています。効率的かつ環境に配慮した切りくずの処理技術を研究することで、資源の有効活用と切削加工の現場環境を良くすることにも貢献したいというのが研究の動機とか。大同大学の卒業生でもある萩野先生、自らの研究だけでなく「今後は、母校から世界で活躍できるエンジニアを輩出することにも力を入れていきたい」とのこと。
