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2012.08.12

CATEGORY新商品情報

MUGE DRY CARBON [ムゲドライカーボン]

MUGE DRY CARBON [ムゲドライカーボン]シリーズは、カーボンの織物にエポキシ樹脂が半硬化の状態で含浸されているプリプレグシートを使用し真空を保ったまま加圧するオートクレーブ製法により成型され、加熱焼き上げによる硬化作業が行われた強靭な強度と軽さを持つ最高級フレームです。

MUGE DRYCARBON Duke ¥294.000-

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MUGE DRYCARBON Glam ¥294.000-

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MUGE DRYCARBON Jamm ¥294.000-

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カーボンとは

カーボンとは炭素のことで元素記号はCで表します。炭素は地球上に14番目に多く存在する原子で、空や海には主に炭酸ガスとして、地中には主に岩石、石炭、石油と して、そして生物の中にはいろいろな有機物の形で存在しています。
単体(主に炭素原子だけが集まったもの)では地中に天然黒鉛やダイヤモンドなどと して存在します。
炭素単体からなる製品としてはコークス、活性炭、カーボンブラック、そして最近で はカーボンファイバーなどがあります。
カーボンは熱的にも化学的にも極めて安定な物質で、古くから使われてきましたが、特に導電性があることが判ってから様々な分野に用途が広がりました。特に近年、半導体、エレクトロニクス分野などで需要が高まっています。
カーボンファイバーは炭素繊維を束ねた材質で、主にアクリル繊維を原料として作られています。時に鉄より強く、また鉄より軽く、曲げ応力に非常に強い。そのため、鉄の代わりに使われる事もあります。
強度の割に軽量な為、多くはCFRP(Carbon Fiber Reinfoeced Plastic:炭素繊維強化プラスチック)、CFRC(Carbon Fiber Reinfoeced Carbon)としてゴルフクラブ・テニスラケット・釣り竿などのスポーツ向け、航空機・自動車部品などの産業用向け材料に利用されています。

ドライカーボンとは

弊社では、国産のカーボンプリプレグを使用しています。
カッティングマシン等で材料をカットし型に張り込んだあとは、フイルムでくるみ真空状態にして
オートクレーブと呼ばれる釜の中で3~5気圧程度の圧力をかけて硬化させます。
レーシングカー等で使用される非常に高価な材料を使い、さまざまな工程を経てウエットカーボンでは難しい超軽量、高強度、均一な薄さ、抜群のフィッティングを実現しております。

UVカットクリア加工

ドライカーボンは、さまざまな行程を経て製造されますが、
通常オートクレーブから取り出された製品は表面の光沢がありません。
紫外線に弱く経年変化によって黄ばんできます。
ルーフ部は、夏場など温度が100℃以上になるため、UVカットクリアー加工後に再度電熱炉で熱をかけ、磨き仕上げするといった行程を踏まえ、経年変化によるひずみ等を少なく する加工をしてあります。

ドライカーボン製法について

・ カーボンプリプレグ: 加熱により硬化する樹脂を浸透させたカーボン繊維シートの呼称。
 オートクレーブと呼ばれる真空加圧加熱釜の中で焼成(焼き固め)される事により硬度を得ることが出来ます。

・ オートクレーブ: 真空加圧加熱釜、この設備を用いて製造されなければ本当の意味での「ドライカーボン製品」とは言えません。素材,製法,管理含め特殊技術が必要となる為、常備プラントは国内でも限られた数しか存在しません。
 そして航空,宇宙,軍需産業での使用が殆どの為,カスタムパーツ製作等での設備使用例は非常に限定されています。

・製品特徴: 完成品同士を打ち付けると金属的な打音を発します。
 樹脂部品としての主張ではなく、金属部品(強度部材)的な主張を製品自身がするのも
 「オートクレーブ焼成品」の特徴と言えます。

 MUGEドライカーボン製品は、パドル特有の曲面を確保する為に特殊金型を製作、10~15枚重ねのプリプレグをオートクレーブにより真空加圧、加熱し焼成しています。

どうしてカーボンは高価なの?

高いものには理由があります。
カーボンファイバーは1960年代、ロケットのモーターケースやタンクに使われ始めました。そのときそれはガラス繊維だけでなく、他のさまざまな素材に取って替わるのではないかと思われました。
が、それから50年たった今も、カーボンファイバーはいまだに高嶺の花的な素材です。バットマンのスーツにも使われていますし、高価な自動車のダッシュボードやパフォーマンスパーツ、はたまたバスタブなんてのもあります。でも、1ポンド(約454g)で安くても10ドルもするので、高すぎてあまり普及しないんです。使われ始めてからこんなに時間が経つのに、「ムーアの法則」みたいにコストダウンしていかないのはどうしてなんでしょうか? その理由を調べてみたところ、カーボンファイバーを作ることの大変さがわかります。

カーボンファイバーができるまで

カーボンファイバーには、カーボンファイバーとなる前のベース素材があります。ベース素材は多くの場合、ポリアクリロニトリルと呼ばれる有機ポリマーで、これはセーターやカーペットに使われているアクリル繊維に近い素材です。でもそれと違うのは、ポリアクリロニトリルが加工によって鉄よりも強く、軽くなるということ、そしてはるかに高価になるということです。1ポンド3ドル前後という価格は一見それほどでもないと思われるかもしれませんが、加工処理でさらにコストがかかっていきます。
ベース素材からカーボンファイバーの「カーボン」部分を取り出すには、素材の半分のアクリル部分は除去する必要があります。「最終製品には、元の2倍のコストが必要です。半分は消えてしまうので。」とオークリッジ国立研究所高分子基複合材料グループのボブ・ノリス氏は言います。「エネルギーと設備の費用を算入する前の段階でも、最終製品のうちベース素材分が1ポンド5ドルくらいになるんです。」
1ポンド5ドルという価格は、カーボンファイバーがメインストリームの自動車アプリケーションで採用されるためのマジックナンバーともなりました。7ドルでもまあいいんですが、5ドルの方が採用されやすいでしょう。そんなわけで、素材だけでも予算がぐっと上がってしまうんです。

さらに、ベース素材を加工してカーボンファイバーにするためには、モンスターみたいな機械と、大量の熱が必要です。主要なステップはふたつあるんですが、一番目は、酸化・安定化です。ここで繊維は継続的に15~30メートルもあるオーブンに入れられ、摂氏数百度の熱の中を通ります。このプロセスは何時間もかかるので、膨大なエネルギーが必要になります。
次に炭素化と言われる工程を通ります。こっちのオーブンは酸化のときよりは短いんですが、温度はもっと高くなります。最初が摂氏1000度くらいで、次はもっと高温にします。なので必要なエネルギーは、もう考えたくもないくらいのレベルです。
さらにさらに、熱するプロセスに耐えられないアクリルを処理したり、排出ガスが環境を汚染しないようにしたりが必要です。環境への配慮にもお金がかかるんです。「エネルギーも不動産費用も設備も、たくさん必要です」とノリスさん。そしてこれらは、カーボンファイバーという素材単体を作るためだけに必要なものです。

糸がパネルになるまで

ここまでのプロセスで、いわゆる「カーボンファイバー」の製造工程のどこまで来たかを振り返ってみましょう。「カーボンファイバー」といえば、あのかっこいい、硬くてすごく軽いパネルで、特徴的な模様のあるものですよね。それを完成形とすると、ここまでのプロセスではまだ、そのパネルの元になる糸ができただけです。これからさらに、素材の一方向の強度を生かすためにその糸を格子状に織って、くっつける工程が必要です。
ここでは、すべての糸が確実にお互いの重さを支え合うようにします。「ファイバーがすべて平行になり、均一に引っ張られているように注意する必要があります」とカーボンファイバーメーカー・東邦テナックスアメリカのロブ・クラウーン社長が説明してくれました。もし格子の中に曲がった糸があると、他のまっすぐな糸に余計なストレスをかけて、まっすぐな方が先に損傷してしまいます。そうした可能性をあらかじめ補うために、メーカーがただでさえ高価なファイバーをさらに10パーセントほど足している場合もあります。
カーボンファイバー単体は、バットマンのスーツみたいに強じんな素材ではありません。それはコンクリートの中に埋め込まれる鉄と同様の補強材なのです。現在カーボンファイバーは、熱硬化性樹脂と一緒に使われています。カーボンファイバーが熱硬化性樹脂と一緒になって、複合材料としていろいろな形に加工されているんです。問題は、熱硬化性樹脂はオートクレーブで処理されて硬化してしまうと、壊さなければ形を修正できないことです。そのため小さなミスがあっただけで、大きな無駄、そして時間を費やすことになります。また熱硬化自体にも1時間以上かかりますが、それはたとえば自動車のボディパネルがプレスされていく速さと比較すれば、けっこうな時間です。
つまり、カーボンファイバーの価格を下げるためには部分的に何かを変えるだけではだめで、システム全体を変えなくてはなりません。コストダウンが実現できれば見返りが大きいので、産業界でも取り組んでいるところです。

DRY CARBON(ドライカーボン)
オートクレーブ(真空加圧加熱釜)成型法と5軸マシニング切削加工について
専用の設備を用いて製造されなければ本当の意味での「ドライカーボン製品」とは言えません。
素材・製法・管理などノウハウも必要となるため、商品は国内有数の生産拠点で生産しています。
ドライカーボンはカーボンの織物にエポキシ樹脂が半硬化の状態で含浸されているプリプレグシートを使用します。プリプレグの厚みは、約0.2mmあり、製品の必要厚に従い、複数のプリプレグを積層します (例えば3mm必要であれば、15枚積層) 。 
製品の成形には、このプリプレグを金型に張り込むのですが、2次元のプリプレグを3次元の型に張り込むにはノウハウが必要で、経験がモノを言います。プリプレグを張り込んだ型は、薄い耐熱樹脂製で作られた袋に入れ、真空ポンプで空気を抜き、型にプリプレグを密着させます。 その様子は布団圧縮袋を想像していただくとわかりやすいと思います。 しかし単に空気を抜くだけではなく、様々な副資材を使用し、確実に隅々まで真空になるようにしなければなりません。
そしてこの真空パックを、真空を保ったままオートクレーブに入れて加圧します。この加圧により、大気圧中で真空にした場合は1Kg/c㎡の所を、さらに高い圧力で型に押しつけることが可能になります。 このように高圧でプリプレグを型に押しつける事により、染みこまされた余分な樹脂が押し出され、より軽くて強固な製品に仕上がるのです。

加熱し焼き上げます。硬化温度と硬化時間の調整が難しく、どのように温度を上げ、その温度を維持し、そしてどのように温度を下げるかが重要であり、これも多くのノウハウによって得られた最上のプログラムが使用されます。
焼き上がったドライカーボンはこの時点ではまだシート材料でしかありませんが、テンプルにはすでにβチタン製の芯金がインサート成型された状態で焼きあがります。
ここからトリミング(切削加工)を行って製品の形状を整えていきます。
切削は全て3DのCADデータを元に5軸マシニングセンタによって正確に施されます。
製品のフロント部は上下に分割された形状を個別に切削していきます。また、外形だけでなくリム内側の切削やネジ穴も同時に切削されていきます。(画像はイメージです)
切削加工後は、切削面の磨きを行います。この工程は全て手作業で行いますが、最終的な仕上がりに影響する工程ですので熟練工による入念な作業が求められます。
ドライカーボンは高密度であるために切削面のエッジが鋭角の状態は危険ですのでエッジ箇所は全て面取り加工を行います。

カーボン素地は200℃近い高温には耐えますが過度な紫外線に対しては色あせなど変化する場合がありますので塗装は必須です。紫外線をカットする耐UV塗料でクリアコートされ、コート面は研磨仕上げされて、パッド、モダン組み付け後、最終仕上げ調整を経て完成品となります。

このようにオートクレーブ成型法によるカーボンは圧縮に対して強度のあるエポキシ樹脂と引っ張りに対して同じ太さの鋼線を遥かにしのぐ強度を有するカーボン繊維とのコンポジット(複合)構造となりますので、重量比強度が非常に優れた素材となります。また高密度なことから寸法精度が高いこともドライカーボンの特徴です。MUGEカーボンフレームはこれら特徴を活かした超高強度眼鏡フレームです。

・製品特徴: 完成品同士を打ち付けると金属的な打音を発します。
     樹脂部品としての主張ではなく、金属部品(強度部材)的な主張を製品自身がするのも
     「オートクレーブ焼成品」の特徴と言えます。

■一般的なカーボン(ウエットカーボン)との違い
現在市場で多く流通しているFRPガラス繊維やカーボン繊維にポリエステル樹脂を含浸し常温乾燥させた俗に言うウエットカーボンとは比べものにならない強度を有しています。
素材と製法に特徴があるドライカーボンは卓越した強度と耐久性を持つ先進素材として航空宇宙、兵器産業およびF-1などのモータスポーツ界で今もなお活躍しています。

ではなぜ高価なのか
<材料代が高い> ←これが最大の理由です
原材料となるポリアクリロニトリルと呼ばれる有機ポリマーを精錬しカーボンファイバーにする段階で材料は50%消失し、摂氏数百度から1000度の熱処理を幾度も繰り返して炭素化する処理施設は大きなエネルギーを消費するため莫大な稼動コストが発生します。処理施設の規模は通常でも15~30メートルほどの大きな熱処理機が必要で高額な設備投資が必要となるため、原材料のコストは一般のプラスチック材料の何十倍もかかります。
MUGEブランドではこのカーボンプリプレグシートを10枚以上積層して使用するため、実際のコストはさらに高くなっています。

<製造コストが高い>
オートクレーブ製法は初期設備投資が非常に高額なため製品コストが高くなります。また、量産化が難しい製法ですので原価償却に時間がかかります。
①冷蔵保存設備が必要
カーボンプリプレグシートは常温で固形化してしまうため24時間体制で極低温保存環境が必須となります。素材単体が高価なうえに維持経費まで経費が高くなるやっかいな素材と言えます。
②オートクレーブ設備が必要
オートクレーブ設備は最低でも数千万円規模の経費が必要です。
高度な先端技術による最新設備であり大型の機械ですので導入にかかる設備投資額が非常に高く原価償却にかかる期間が大変長くなってしまうことがコストに影響しています。

このようにドライカーボン製品の製作には、高価なプリプレグを惜しげもなく使用し、多くの副資材と様々な設備を必要とします。 またほとんどの工程が手作業であることから、大量生産に向かず、非常に高価になってしまうのです。 

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