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世界で「接合革命」が起きている。軽量化や材料の多様化により、これまでの溶接から接着剤への置き換えや併用が進んでいるのだ。接着技術で日本は世界をリードする。中でも、著しい研究成果を出しているのが、接着の「見える化」だ。接着の見える化とは何か。産業技術総合研究所(産総研)接着・界面現象研究ラボ研究ラボ長であり、東京工業大学科学技術創成研究院教授の佐藤千明氏に聞いた。

前回の特集の取材で、世界最高水準の接着剤が日本で生まれているという話を伺いました(「接合革命」 日本の逆襲)。接着剤を使うユーザーからの反応はいかがですか。

佐藤氏:前回の特集の反響は非常に大きく、自動車メーカーのような大手企業だけではなく、たくさんの中小企業から引き合いがありました。「うちではまだ接着剤を使ったことがないけれど、もしも使えるなら積極的に使いたい」という人がたくさん出てきています。

佐藤千明氏
佐藤千明氏
東京工業大学科学技術創成研究院教授。日本の構造接着技術を引っ張る。(写真:寺尾 豊)
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どのような分野で使いたいという声が増えているのでしょうか。

佐藤氏:幅広い分野です。機械一般から製造装置、エレクトロニクス関係まで多岐にわたっています。ユーザーの最大の狙いは、やはり軽量化です。自動車や電車、飛行機といった移動体はもちろんですが、他にもあらゆるハードウエアで今、軽量化が求められているからでしょう。

 自動車から製造装置まで、ハードウエアは重量がいろいろな制限を生みます。例えば、ロボット1つをとっても、産業用ロボットとして工場内で据え付けて使う分には多少重くても構わないでしょう。でも、家庭用ロボット1台数百kgというのはあり得ません。倒れて床に穴が空くようなものを、家の中に入れることはできないからです。

 新しい機能を実現するには、軽量化を要する部分が結構あります。これまでは接合技術の問題で軽量化できなかった用途がかなりあるのです。そのため、接着剤を使ってより軽い材料を併用することで劇的な軽量化をしたいという声が潜在的にたくさんあるようです。

ボルトなどの締結要素を接着剤に変えて劇的に軽くするということですか。

佐藤氏:そうです。これまでは軽量といってもアルミニウム合金を使うくらいでお茶を濁していた産業も、樹脂や複合材を使い始めようとしてきました。このプロセスで新しい接合技術が必要になる。そこに接着剤という選択肢が出てきたというわけです。

接着剤に大きな期待が集まっているようですね。

佐藤氏:そう思います。大手はもちろん、技術を持つ多くの中小企業が接着剤に興味を持ってきています。

界面の「見える化」で接着のメカニズムが明らかに

期待の大きさの半面、接着剤については「接着のメカニズムが分からない」という理由で使用に消極的になるユーザーがいるとも聞きます。例えば、自動車メーカーからは、原理が分からないので接合強度や耐久性の点で心配だという声を聞きます。接着のメカニズムを理解している設計者の割合は増えていますか。

佐藤氏:これまでに多くの企業が接着剤を使って軽量化を試したことがあると思います。でも、接着剤に対する技術的なサポートを十分に得られなかったり、接着剤を使いこなすために必要な周辺技術があまり発展していなかったりした結果、いろいろなトラブルに見舞われた。ところが、トラブルを解決できず、製品化までたどり着けなかったというのが典型的なパターンです。

 恐らく、接着のメカニズムについては「話には聞いたことがある」という程度のユーザーがほとんどでしょう。確かに、接着の教科書を開くと、接着のメカニズムに関するいろいろな解説が載っています。大きく分類して4つぐらいの仮説があります。しかし、実際には接着のメカニズムを十分に理解して使っているユーザーは少ないでしょうし、理解していなくても接着剤は使えてしまいます。そのため、使用する段階でユーザーはあまり接着のメカニズムを意識しないと思います。

 それでも、意識しなければならないときがやってきます。それは、トラブルが起きたとき。そのときは、なぜくっついているのかを理解していないとトラブルを解決できません。接着のメカニズムを解明できず、実用化に向けた開発がストップしてしまうというわけです。これは中小企業だけではなく、大手企業のユーザーにも見られる現象です。

 従って、接着のメカニズムの解明は、安心して使うための技術的な裏付けとして重要ですし、かつトラブル発生時に最短で解決に導く技術的なバックボーンとしても大切なのです。

トヨタ自動車のマルチマテリアルボディー
トヨタ自動車のマルチマテリアルボディー
高級車「Lexus LC」のボディー。構造用接着剤を約73m使用し、軽量で高剛性に仕上げた。振動の減衰特性を高める効果もある。トヨタ自動車の資料を基に日経 xTECHが作成。
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接着のメカニズムを分かっている人は少ないということですね。

佐藤氏:接着のメカニズムの仮説はたくさんあり、いろいろな考え方を大学の先生などが提案してきました。ところが、1つ問題があります。それは、これまで仮説を確認する方法がなかった、もしくは極めて限定されていたことです。

 接着は、2つの物体の界面で強度が生まれて接合します。従って、界面でどのような現象が起きているかを解明しなければなりません。ところが、界面でどのような化学反応や相互作用が起きているかを観察する方法が従来はありませんでした。専門用語で「埋もれた界面の観察」と言うのですが、こうした接着の「見える化」ができるようになったのは、ここ10年ぐらいのことです。

 埋もれた界面の観察ができるようになったことで、接着に関する知見が急増しています。今後はこうして得られた知見を活用し、より強い接着剤やより強固な接合を実現できるだけではなく、素早いトラブルシューティングも可能になっていくでしょう。