幅広い部品を手がけるマザーブランド

京セラのファインセラミック事業本部の拠点の一つが滋賀県東近江市にある滋賀蒲生工場。同工場は1963年稼働の、同社としては最初の自社量産工場である。原材料からの一貫生産が同工場の特徴の一つで、セラミック原料から始まり、原料調合、成形、焼結、加工、メタライズによる金属との接合を経て製品に至るまでのすべての工程が同工場内で行える。

製造品目は非常に幅広い。ポンプやバルブ用の機械部品から、電気自動車のリレーボックスに使う絶縁部品、筐体などの電子機器用部品、携帯電話用インダクターに代表される電子部品、半導体製造装置や超高真空機器などの部品、さらにはグループ会社が担当する人工関節などの医療用材料も製造している。兵庫県の播磨科学公園都市にある大型放射光施設「スプリング8」や、スイス・フランス国境に位置する欧州原子核研究機構の大型粒子加速器「LHC」でも、この滋賀蒲生工場で製造した部品が使われている。ここで開発した技術を他の工場に移転しており、「京セラのマザープラント」と呼ばれている。

セラミック部品の製造は、粉末状態の原材料の調合から始まる。調合した素材(2次材料と呼ぶ)は、精密金型などでプレスして製品形状に押し固める。必要に応じて押し固めた焼結前の半製品を切削加工することもある。セラミックスは焼結すると寸法は半分程度にまで収縮する。最終的な寸法を予測して金型の寸法を決めるにあたっては、かなりのノウハウの蓄積があるという。精密部品の場合は、焼結後に研削加工を行って精度を出す。

メタライズでは、メタライズインクという金属ペーストをセラミック表面に塗布する。大量生産の場合はスクリーン印刷を使うが、少量生産や一品物の生産では、熟練作業者による筆塗りも行う。その場合は、筆の選択と作業の技量によって、求める品質の仕上がりが左右される。

アルミナ、ジルコニアといった原料はボールミルで粉砕・混合し、粒子径の整ったスラリー(泥しょう)を作成する(左)。スラリーを噴霧し、熱風で瞬間的に乾燥させて微細な粉末にする(右)。

素材の成形方法には、用途に応じて様々な種類がある。こちらはラバープレス。ゴム型に粉末を充てんし、水圧をかけて成形する(左)。成形した素材は、切削して所定の形状に加工する(右)。

こちらは金型プレス成形機。金型に粉末を充てんし、上下からプレスで圧力をかけて成形する(左)。可塑性をもたせた原料を型枠に入れて高い圧力をかけ、わずかな隙間から押し出しながら成形する押し出し成形機も使用する(右)。

焼結工程。素材に応じた雰囲気の中で、高温で材料を焼結させる。

原料の粉末を型に入れ、上下から圧力をかけながら加熱するホットプレス。高密度の焼結体が得られる(左)。熱間静水圧プレスは、成形物を高温・高圧ガス下で焼結する方法。均一な圧力がかかるので、高密度の焼結体を成形できる(中)。焼結終了後は、ダイヤモンド砥石を使って研磨して、より高精度な製品に仕上げる(右)。

宇宙用の部品は厳重に検査する。左から目視によるロー付けの検査、3次元測定機による寸法検査、テスターによる絶縁検査。

京セラ株式会社

本社所在地 京都市
設立年 1959年
従業員数 7万1489人(連結、2012年3月31日現在)
売上高 1兆1909億円(連結、2012年3月期)
主な製造拠点(ファインセラミック事業本部) 滋賀蒲生工場(滋賀県東近江市) 滋賀八日市工場(滋賀県東近江市) 鹿児島川内工場(鹿児島県薩摩川内市) 鹿児島国分工場(鹿児島県霧島市)など
主な製品 (ファインセラミック事業本部) 機械部品、情報通信機器用部品、電子部品用セラミックス、超高真空機器向け部品、医療機器用部品など
これまで手がけた主な宇宙機器 小惑星探査機「はやぶさ」、金星探査機「あかつき」のリチウムイオン・バッテリー用端子 「H-I」ロケットの燃料タンクの貫通フランジ 「H-IIA」ロケットの液体水素タンク観察用サファイア窓など
企業HP http://www.kyocera.co.jp/

INTERVIEW

インタビュー

「はやぶさ」のバッテリー端子の開発には破壊検査も必要でした

京セラ株式会社
ファインセラミック事業本部 ファインセラミック品質保証部 セラミック1品質保証部責任者 北村 孝幸氏

京セラは2012年3月期の連結売上高が1兆1900億円にも達する巨大企業です。北村さんが所属するファインセラミックス事業本部はどんな製品を取り扱っているのでしょう?

私が所属する事業部では、一般産業機械用の部品や、電子部品用セラミックス、医療機器用部品など、多種多様なセラミック製品の開発・製造・販売を担当しています。

宇宙用としては、どんな部品を担当しているのですか?

近年では、2010年に地球に帰還した小惑星探査機「はやぶさ」でも、一部ですが、部品を担当しました。具体的には、古河電池様が開発したバッテリーの端子部分の開発・製造です。実は、当社は1980年代から宇宙用バッテリーの端子の開発・製造をしてきたという長い歴史があります。当時の主流はニッケル・カドミウム電池でしたが、今日まで宇宙用部品の開発に携わっているのです。

端子というと、電線をつなぐプラスとマイナスの突起の部分ですね。

その通りです。正確には端子だけではなく、端子が付いているバッテリーの上蓋部分も担当しました。上蓋部分と端子の材料は、それぞれ金属(導電物)なのですが、これらを接合する時に間に絶縁材を挟まなくてはなりません。そこで、これらの間に絶縁材であるファインセラミックスを挟むわけです。接合の鍵となるのはメタライズという技術です。

メタライズとは、どのような技術なのですか?

セラミックスの表面に金属膜を形成する技術のことです。工程を少し詳しく説明すると、原材料を圧縮して固め、酸化雰囲気で焼結したセラミックスの上に金属ペーストを薄く塗布し、還元雰囲気で加熱します。すると、セラミックスを構成する原子と金属ペースト中の金属原子が相互に反応して中間層を作るため、セラミック層、中間層、金属層という堅固な3層構造を形成することができます。そして、形成した金属膜上にロー材をセットし、金属部品と重ねて加熱すれば、セラミック部品と金属部品を強固に接合することができるのです。今回のバッテリー端子の場合は、上蓋部分と端子との間にメタライズしたセラミックスを挟み、ロー付けで接合することで、絶縁性を保持しつつも強固な接合を実現しています。また、セラミックスは、空気や水を通さないので、バッテリー 内部の電解液漏れの防止にも役立っています。
 ただし、一口にファインセラミックスといっても、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素など様々な種類があり、その上に形成する金属膜も多種多様なため、決して簡単な技術ではありません。セラミックスと金属は、温度による膨張の度合いが大きく異なりますから、ロー付けではなるべくセラミック内部のひずみを最小限にするような温度管理と設計が必要になります。ロー材はお客様のご使用方法で選択して頂くことができますが、ここでも接合時の温度管理と設計が重要です。これらの技術には、当社が長年にわたって蓄積してきたノウハウが詰まっているのです。

民生用部品に比べると宇宙用の部品の開発・製造はどのように違いますか?

民生用との最も大きな違いは、部品や製造工程、完成品の管理など品質に対する要求が非常に細かく厳しい点です。はやぶさ用バッテリー端子も要所要所で破壊検査を行い、バッテリー内部の漏れがないかなど気密性保持の確認を徹底しました。100億分の1気圧という超高真空下で活躍する宇宙用部品には、大変厳しい品質条件をクリアしなければなりません。

せっかく製造した部品を検査のために破壊してしまうわけですか?

そうなんです。例えば部品の切断面の検査の場合、ひとかたまりのロットを炉に流して加熱処理する時は、ロットの先頭、中間、そして最後の部品のそれぞれを切断して検査します。すべての検査サンプルの切断面に問題がなければ、一定の温度条件でロット全体を正常に処理ができたということになるわけです。ですからお客様に納入する個数よりもかなり多めに作るのです。

宇宙用部品の開発を手掛けることでどんなメリットがありました?

厳しい条件が要求される高精度・高品質なセラミック部品を安定的に生産するための技術を向上することができ、そのノウハウが蓄積できたことです。これらは民生用部品の製造にも生かされています。

バッテリー端子以外には、どんな宇宙用部品を手掛けられているのでしょうか?

はやぶさ以外にも、1980年代半ばの「H-I」ロケットの頃から、燃料タンクに装着した多ピンタイプの絶縁部品を製造してきました。また、初期の「H-IIA」ロケットでは、液体水素タンクの内部を観察するための"窓"を製造しました。単結晶サファイアの透明な窓と、タンクに取り付けるための金属製のフランジをメタライズとロー付けで接合したものです。

宇宙分野の売り上げはどの程度ですか?

具体的に公表はしていませんが、売り上げ規模はごくわずかです。しかし京セラの経営理念は「全従業員の物心両面の幸福を追求すると同時に、人類、社会の進歩発展に貢献すること」であり、中でも、私が働いているこの滋賀蒲生工場は"なんでもやる、なんでも作る工場"として発展してきました。「いくらかかってもいいから、こういう部品を作ってくれ」という注文がくるようなエピソードもある工場です。もちろん売り上げ拡大は追求しますが、まずは、お客様の様々なご要求に対して、対応力を構築し、貴重な経験とノウハウを蓄積することが大事だと考えています。

大きな注目を浴びたはやぶさの部品を手掛けたことで、どんな反響がありましたか?

最も大きな反響としては、機体製造に参加したメーカーとして海江田宇宙開発担当大臣(当時)、髙木文部科学大臣(当時)から表彰を受けたことです。微力ですが、会社のイメージ向上にも貢献できたと思います。
 実ははやぶさが打ち上がってからもしばらくは、私自身、当社の部品が搭載されていることを知らなかったんですよ。打ち上げて半年くらい経ってから搭載されているという話をお聞きし、驚いたことを覚えています。我々は部品メーカーですので、自分たちの製品が具体的に世界のどこでどう使われているかは、なかなか分かりにくいところもあります。しかし、部下や家族に「はやぶさの部品は自分たちが携わった」と胸を張って言える、誇れる仕事ができたことを、今では大変うれしく思っています。

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