鋼と同等の硬さも実現。120年以上の歴史を持つ渡辺鋳造所に聞く、マルテンサイト鋳鉄が拓く可能性

INTERVIEW

有限会社渡辺鋳造所
代表取締役会長
渡辺 利隆

鋼に匹敵する硬度を持つマルテンサイト鋳鉄。通常鋼が硬さを出すためには焼き入れ処理(加熱後、急冷却する処理)を行いますが、焼き入れ処理を行った金属は外周部より内部の方が柔らかくなります。しかし、マルテンサイト鋳鉄の場合には、外周部と内部で硬度の差がほとんどないそうです。今回は、山形県山形市鋳物町に本社を構え、主に重機や昇降機に用いられる機械部品の鋳造を手掛ける有限会社渡辺鋳造所に同社が開発した、鋼と同等の硬さを持つ鋳物が作れる素材「マルテンサイト鋳鉄」についてお話を伺いました。

有限会社渡辺鋳造所は、山形県山形市鋳物町山形西部工業団地内に本社を構える、機械部品の鋳造を手掛ける企業です。部品は主に重機や昇降機に用いられ、東京スカイツリーや虎ノ門ヒルズのエレベーター滑車への納入実績があります。1900年創業と120年以上の歴史を持ち、数々の受賞歴や国内外での特許を持つ同社。今回は特に、同社が開発した、鋼と同等の硬さを持つ鋳物が作れる素材「マルテンサイト鋳鉄」について、代表取締役会長の渡辺利隆氏へお話を伺いました。
鋳物の強度不足や、機械加工の手間、資源不足でお悩みの方は、ぜひご覧ください。


日用品から機械部品へ業態転換。提案型営業で苦境も突破

渡辺鋳造所が機械部品加工の製作を始めたのは、実は渡辺氏の判断だそうです。それまでは、鍋など日用鉄器を手がけており、旅館で見かける「一人用鉄鍋」などのヒットを出していました。渡辺氏が機械加工を専門とされていたことや好景気を追い風に、機械部品へ100%移行されました。その当時から意識されていたのが、アイディアで顧客の課題を解決する提案型企業であること。
「他の企業と同じことをしても生き残れません。メーカーさんのオフィスに上がって、何か困ったことはないか聞いては、解決策を考えて、提案することを繰り返し、信頼を築いていきました。業態転換してすぐにオイルショックが来て、苦しい時期もあったのですが、乗り切れたのは自分たちのアイディアを気に入って、取引をしてくれたお客様のおかげです」


鋳物でも鋼同等の硬さを実現するマルテンサイト鋳鉄の特徴

□通常の鋳物以上の硬さ。さらに全体で均質な硬度を実現

鋳物のブリネル硬さはおおよそ150~300が一般的ですが、マルテンサイト鋳鉄の場合はブリネル硬さが300~550ほど。鋼のブリネル硬さが100~750程度であることに鑑みると鋼同等の硬さと言えます。
また、通常鋼が硬さを出すためには焼き入れ処理(加熱後、急冷却する処理)を行いますが、焼き入れ処理を行った金属は外周部より内部の方が柔らかくなります。しかし、マルテンサイト鋳鉄の場合には、外周部と内部で硬度の差がほとんどありません。(下記グラフ参照)


焼入れ処理を行った鋼とマルテンサイト鋳鉄の硬さの分布(提供:渡辺鋳造所)
焼入れ処理を行った鋼とマルテンサイト鋳鉄の硬さの分布(提供:渡辺鋳造所)


「これまで硬度が必要な部品は、焼き入れした金属の塊を削って加工していたため、実際よりかなり多くの材料を必要としました。鋳物であれば、加工代は少しで済みますし、むしろ削ったり摩耗したりしても内部の硬度が大きく落ちることもありません。鋳物を焼き入れすると変形してしまうので研磨して調整する必要があります。マルテンサイト鋳鉄で鋳物を作れば、最初から焼き入れしたかのような硬度ですし、調整も不要というわけです。エレベーターの滑車のような、摩耗が激しく、外周部より内部に硬さが必要な部品にもこの素材は適しています」

□「鋳ぐるみ」を活用して、均質な温度調整が可能

マルテンサイト鋳鉄は、鋳物であることから自由形状。そのため、モールド金型・ダイカスト金型などでも活用できます。例えば、これまでの金型は外から直線の冷却穴しか空けられなかったため、曲面を持つ金型について、均質な温度調整ができませんでした。鋳物なら、「曲がった冷却用配管を中に埋め込んだ(鋳ぐるみした)金型」も作ることができるため、どんな金型でも均質に温度調整をすることができます。

「例えばダイカスト金型用の分流子やプランジャーチップなどに温度調整用配管を埋め込むことができるのですが、分流子については多くの企業から関心が寄せられています」

鋳鉄材料は一般的に鋼よりは脆いものだと考えられてきました。しかし、マルテンサイト鋳鉄では、鋼に匹敵する硬度を持つため、資源と加工プロセスを節約できる上、均質な温度調整にも活用が期待できます。すでにエレベーター部品で実用化されていますが、自動車メーカー等からも問い合わせが寄せられているそうで、注目度の高さが伺えます。

温度調整用配管を埋め込んだ分流子とブランジャーチップ(提供:渡辺鋳造所)
温度調整用配管を埋め込んだ分流子とブランジャーチップ(提供:渡辺鋳造所)


高硬度なマルテンサイト鋳鉄を開発し、エレベーター部品の課題を解決

渡辺鋳造所は、金属分野については外部の専門家と初期からタッグを組むことにより、独自のオーステナイト鋳鉄や、マルテンサイト鋳鉄の素材も開発していきました。
マルテンサイト鋳鉄の開発のきっかけは、顧客からの「磁性を持たないエレベーター部品を作って欲しい」という要望だったそうです。

「エレベーター部品は、何度も利用し摩耗していくうちに部品が磁性を帯びてしまうことがあります。メーカーさんは、その磁性の影響でエレベーターのブレーキなどの効き目が悪くなってしまうことを懸念されていました。また、エレベーター部品は日本全国どこで使われるかわからず、マイナス30度にもなりうる北海道から沖縄まで、どんな状態でも非磁性を確実に保つ必要がありました。そこで、当社はこの課題を解消しようと、どんな温度・状況でも絶対に磁性を帯びない素材開発に着手したのです」

金属の中にオーステナイト組織があれば非磁性となりますが、オーステナイトは温度など一定の条件下でマルテンサイト組織という磁性の組織に変態してしまいます。これは鋼ではよく知られた性質ですが、鋳物については、変態の条件などが詳らかになっていませんでした。

渡辺鋳造所はあらゆる温度条件や金属の配合を用意し、徹底的にテストを繰り返し安定的にオーステナイト組織を持てる素材(マルテンサイト組織に変態しない素材)を作りだすことに成功しました。この研究をベースに、逆に「常にマルテンサイト組織を持つ状態」を研究した結果が、マルテンサイト鋳鉄。日本(参考情報1、2)、台湾、韓国、米国等で特許を持つこの素材は、自由度を持ちながら、鋼にも匹敵する硬度を持つ、今までになかった素材です。


超音波検査規格で求められる以上の品質を担保、機械加工を請け負う子会社も

超音波探傷機(提供:渡辺鋳造所)
超音波探傷機(提供:渡辺鋳造所)


また、同社は納品物に対して、超音波の通過スピードで強度を測る独自検査を実施しています。
「この品質検査は昭和53年から実施しています。これは、金属の硬さと強度は比例すると考えられていますが、近年流通する安価な部品は、強度不足の材質と、硬い素材を混ぜていることへの危機感からです。そうした部品は硬さがあっても強度がないのですが、現在の規格では気づけません。当社の納品物は間違いない品質を保証したい、との思いから金属の内部を超音波が通過するスピードで強度を測定できる試験方法を開発しました。5年ほど前から日本鋳造工学会がこのテスト方法を推奨し始めるなど、業界のスタンダードを変えるほど信頼性の高い方法だと自負しております」

さらに、グループ会社のワタナベ・コア有限会社では、機械加工を担っています。滑車の加工が中心ですがマシニングセンタも保有しており、1m程度までの加工であれば対応可能です。特筆すべきは、鋳造から加工まで一括で担えるという業務の幅広さだけでなく、加工後の部品にも超音波を用いた品質検査を実施する体制を確立している点。

「特にエレベーター用の部品というのは、人が乗りますし、トップクラスの品質が求められていますよね。品質の信頼性をどう獲得するかは常に考えてきました。品質を担保する基礎ができているので、自信を持って新素材の開発・提供ができています」



参考情報
・参考情報1:「特許第4293372号」の特許権者は「山形県」と「有限会社渡辺鋳造所」、発明の名称は「マルテンサイト鋳造材、マルテンサイト鋳造品の製造方法ならびにマルテンサイト鋳造品」です。
・参考情報2:「特許第4811692号」の特許権者は「山形県」と「有限会社渡辺鋳造所」、発明の名称は「マルテンサイト鋳鋼材及びマルテンサイト鋳鋼品の製造方法」です。


有限会社渡辺鋳造所
山形県山形市鋳物町に本社を構え、主に重機や昇降機に用いられる機械部品の鋳造を手掛ける。東京スカイツリーや虎ノ門ヒルズのエレベーター部品の納入実績あり。自社で独自開発した、マルテンサイト鋳鉄(特許取得済)は鋼と同等の硬さを持つ鋳物が作れる素材であり、滑車ほか様々な鋳物に活用可能。
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