循環型社会で求められる「分離可能」な接合技術の特徴と活用事例 (1/2)

近年、循環型社会の実現に向けてさまざまな課題への対応が求められています。「循環型社会形成推進基本法」(平成12年6月2日法律第110号)や、1991年に制定された「再生資源の有効な利用の促進に関する法律」が大幅に改定された「資源の有効な利用の促進に関する法律」(平成12年6月7日法律第113号)」をはじめ、各種リサイクル法が制定・施行されています。

「循環型社会形成推進基本法」で示されている循環型社会を実現するための具体的な活動として3R(リデュース、リユース、リサイクル)があげられます。Reduce(リデュース)は、製品をつくる時に使う資源の量を少なくすることや廃棄物の発生を少なくする取り組み、Reuse(リユース)は、使用済製品やその部品などを繰り返し使用できるようにする取り組み、Recycle(リサイクル)は、廃棄物などを原材料やエネルギー源として有効利用することを意味します。

3つのR
【出典:3Rイニシアティブホームページ(環境省)(https://www.env.go.jp/recycle/3r/initiative/index.html)】
3つのR
【出典:3Rイニシアティブホームページ(環境省)(https://www.env.go.jp/recycle/3r/initiative/index.html)】

自動車や家電製品などの最終製品は、複数種類の材料・部品の組み合わせで作られています。こうした最終製品は、製造コストを低減しつつ、その製品の性能や品質を担保するため、部材・部品の接合強度をより高めることを目指した製品開発が行われてきました。その反面、製品のリユースや、材料のリサイクルという視点から見ると、製造プロセスに改善の余地があると考えられています。特に、従来の接合技術である溶接・接着などの接合は分離性が低く、解体コストが高くなってしまうことが課題視されています。


ここでは、分離性を持ち合わせた接合技術の特徴、および研究開発の動向についてご紹介します。

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さまざまな分野で求められる分離性

<写真1>二次電池を搭載した電気自動車
<写真1>二次電池を搭載した電気自動車

はじめに、どのようなシーンで分離性が求められているのか、自動車分野と建築・インフラ分野を例に見てみましょう。

自動車分野

自動車業界では、ハイブリッド車や電気自動車などの次世代自動車の開発が進められています。これらの自動車には、動力源としてのモーターと、モーター駆動用のリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が搭載されていますが、これらの電極素材にはリチウム(Li)の他、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などのレアメタルが含まれています。これら資源の回収率の向上が求められています。他にも電子基板・センサー類などの効率的解体技術、貴金属含有部分の取り出し技術の研究が行われています。

また、自動車の車体軽量化を目指し、従来は金属性だった多くの部品がプラスチック製に代替されています。今や自動車はさまざまな種類の金属、プラスチックの組み合わせで構成されており、リサイクルを目的とする場合、これらを素材ごとに分離することが必要です。

<表1>に自動車メーカー各社の取り組みを紹介します。従来の接着、溶接、圧入といった接合方法は分解しにくく、可逆的な(もどしやすい)締結構造が多く採用され、解体性を考慮した構造・レイアウトの改善も行われています。

<表1>自動車会社各社の解体性向上事例(出展:社団法人日本自動車工業会)

企業名 部品名 施策 効果
トヨタ自動車 ワイヤーハーネス プルタブ式端子 缶詰のような要領で強く引っ張ると容易に解体ができる
インパネ 締結部のV字溝 ボデーへの取付け部にV溝を設け、 引き剥がし作業を容易にする
サイドトリム 遮音材の点貼付け 異材料の遮音材の取外し作業を 容易にする
マップランプ、バイザーなど ビス締め廃止 天井廻りの小物部品の取り外しを用意にする
燃料タンク、ドアトリム 解体性向上マーク 最も効率的な解体作業ポイントを示す
日産自動車 FRバンパ 取付け点数削減 従来同型車の取付け点数を11個から7個に削減
RRバンパ 構造改善 リアコンビランプを取り外さずに、リアバンパーを取り外す事ができる
メインハーネス レイアウト改善 アッパーパネルが簡単に 外れ、メインハーネスの解体が容易
ドアトリム ポイント溶着 防音用フェルトの接着をポイント溶着にして少ない力で剥がせるようにした

 

電機・電子部品分野

「一般社団法人パソコン3R推進協会」は、「資源の有効な利用の促進に関する法律」に基づく、パソコンおよびパソコン用ディスプレーの3R(リデュース、リユース、リサイクル)を促進しています。パソコンおよびパソコン用ディスプレーの事業を行う主要な日本企業の殆どが加盟し、使用済みパソコンの家庭および事業所からの回収・再資源化の推進や、広く環境に配慮したパソコンおよびパソコン用ディスプレーの普及促進を行っています。

同協会が管理・運営する「PCグリーンラベル」制度は、環境に配慮したパソコンを購入したいという消費者の選択の目安となるよう、「環境(含 3R)に配慮した設計・製造がなされている」「使用済後も、リユース・リサイクル処理が適正になされている」「環境に関する適切な情報開示がなされている」といった条件を満たす指針として基準項目定めています。

基準項目の中には、分離性に配慮した設計・製造に関するものも含まれています。(以下抜粋)

・リユース可能な部品/ユニットは、機能破壊されることなく分離できる構造を採用していること。
・製品の解体、分離が容易な構造であること。
・二次電池(バッテリー・パック)が明確になるような識別表示がされていること。また、二次電池は取り外しが容易な構造であること。

建築・インフラ分野

日本は地震大国といわれており、過去数年でも幾度か大きな震災に見舞われ、風や洪水などの自然災害では、住宅や橋梁の破壊が相次ぎに起こり、被災地に深刻な被害をもたらしました。被災地では、人手不足により応急住宅や応急インフラの整備が遅れてしまう問題も生じています。

応急住宅などの建設には強度を保ちながらも、容易に組立てられるような接合技術が求められます。また、不要になった応急住宅、応急インフラ建造物は速やかに解体し、リユースもしくはリサイクルすることで、災害時の資源効率を高くすることが期待されます。


<写真2>災害現場での仮設住宅
<写真2>災害現場での仮設住宅

現在プレハブ工法では、ユニット同士の接合はねじ止めなどが中心ですが、容易に接合できる半面、振動に弱く、応力集中などの影響での信頼性低下にも繋がります。ねじ締結は分離性には優れていますが、点止めであるため接合強度が低いというデメリットもあります。高い接合強度を得るためには接合面積の大きい接着や融着が望ましいとされています。

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