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日東工機株式会社

ガス・溶接・虎の巻

日本の溶接史

■アーク溶接、ガス溶接、抵抗溶接の導入

 日本に初めて溶接の火が灯ったのは、1909(明治42)年のこと。医療用、溶接・切断用としての需要を見込んだフランスが神戸で液化酸素装置と溶接器を紹介。そしてその少し前に海軍横須賀水雷学校もドイツ製ガス溶接器を輸入している。
 その後、ガス溶接技術は、鉄道や造船などの産業を中心に普及。設備投資費が少なく、可搬性に優れることから次第に中小の鉄工所や建設工事現場などにも普及し、1923年の関東大震災の復旧工事にも大いに貢献した。
 一方、アーク溶接は1900年初頭、日清戦争後の鋳造ブームに合わせて、補修用の技術として三菱長崎造船所あるいは陸軍工廠に導入されたのが最初のようだ。
 ただ、このときに導入した技術はカーボンアーク溶接法であるため、大規模補修になると熱影響による欠陥が多かった。そこで三菱長崎造船所は、1914年にスウェーデンから被覆アーク溶接棒によるアーク溶接法を導入している。
 その後、鋲構造と比較して溶接構造の方が軽量化でき、工事費の低減が図れることなどが高く評価され、造船、橋梁、建築などの分野に広く普及した。しかし、戦時色が濃くなる1940(昭和15)年頃から資源輸入が厳しくなり、鋼材の使用が制限されはじめたため、溶接の需要は軍需関係が中心になってしまう。
 抵抗溶接の導入は、ガス溶接やアーク溶接に先立つ1905(明治38)年のこと。芝浦製作所がアメリカから導入した電球製造装置一式の中に導線を接合するためのフラッシュバット溶接機が含まれていたようだ。1922(大正11)年には足踏み式スポット溶接機も国産化もされている。
 1927(昭和2)年に可搬式スポット溶接機が輸入されると、自動車産業界で導入が活発化。1936(昭和11)年には、国産シーム溶接機を使ったガソリンタンクの製造もみられるようになった。戦時色が濃くなる1940(昭和15)年頃には、アルミ合金用国産スポット溶接機が航空機産業に導入されるなど、軽金属への溶接の需要も増え始める。


■戦後の復興と溶接技術

 終戦直後はインフラの再整備など、土木・建設産業が活発化したが、溶接産業の大きな牽引役になったのは「造船」であろう。
 1949(昭和24)年に通商産業省(現・経済産業省)がまとめた技術白書には「我が国の溶接は米国に比べて30年の遅れがある」とある。実際、戦前、戦中の造船は溶接不具合に悩まされた経緯もあり、建造には鋲が多用されていた。
 ところが戦後になり、先進的な溶接技術が輸入されるようになると徐々に溶接の割合が増えていき、サブマージ溶接機など自動溶接機も使われるようになった。そして1955年頃には建造量は世界一となり、造船は日本を代表する産業となるまでに成長する。
 一方、自動車産業では、1959(昭和34)、日本初の乗用車組立ラインの操業に合わせてマルチスポット溶接機が稼働。翌1960(昭和35)年には、他の産業界に先駆けて炭酸ガスアーク溶接を導入している。
 炭酸ガスアーク溶接をはじめとする自動・半自動溶接機の導入は、その後、様々な産業界で使われるようになり、需要は急速に増加。1980(昭和55)年には生産台数が4.7万台に達し、ピークを迎える。この頃から4~5軸を持った多関節型アーク溶接ロボットも登場し、自動化に向けた動きはさらに加速する。
 この他、建築分野では、高速道路や橋梁などのインフラの整備、超高層ビル建築などの都市開発が進む中で、高張力鋼の適用など様々な技術開発が進められている。また、石油化学・エネルギープラントにおいては、ステンレス鋼をはじめとする特殊材料の適用に関する技術開発も活発化した。鉄道においても新幹線やステンレス車両の開発などがみられ、日本の溶接技術は高度経済成長の波に乗り、遅れていた30年を取り戻し、さらに成長していく。


■バブル経済の崩壊と現在の溶接技術

 戦後の高度経済成長は、1975年頃に一端落ち着きを取り戻し、成長速度は減速するものの自動車をはじめとする大量生産品の輸出が増加していく中で、日本は「世界の工場」呼ばれるまでに成長。溶接技術は高効率・高速化を目指し、自動・ロボット化、大電流化を進めていく。
 そして経済成長は1990(平成2)年にピークを迎えるが、その後、不動産や株価の暴落により景気は急速に後退(バブル経済の崩壊)、さらに、2008(平成20)年には、米国の投資銀行リーマン・ブラザーズの破綻を切っ掛けにした世界金融危機(リーマンショック)が追い打ちをかけ、日本経済は回復の糸口を見いだせないまま「失われた20年」などと呼ばれる長い不況を迎えることになる。
 これに合わせてアジアでは、韓国、中国、台湾、インドなどの新興国が台頭。不況にともない製造現場では、安価な労働力が得られる中国や東南アジアへ生産拠点を移転する動き(産業の空洞化)が活発化していく。一方、国内に残った工場でも、コストダウンに対するニーズが強まり、価格の安い韓国材料などが販売実績を伸ばしていく。
 ただ、この様な不況の中でも溶接技術の開発・研究は、活発に行われている。
 特に、新興国の台頭によりグローバル競争が活発化する中、海外進出の難しい日本の中小製造業は、他社にマネのできない独自技術により付加価値を高めることで、生き残りを図ろうとする傾向が強まってくる。
 この様な時代のニーズに応えて、1990年代後半に登場したのがデジタル溶接機である。デジタル化によって電流・電圧の細かい制御を可能にしたほか、同技術をワイヤ送給装置やロボットに反映することで、これまでにない高品質溶接を実現した。
 一方、新興国の経済発展にともなって環境汚染に対する認識が世界的に高まる中、自動車業界では、電気自動車や燃料電池自動車など、次世代を担うエコカーの開発競争が活発化してくる。その開発の鍵を握る技術の一つが車体の軽量化であり、安全性と軽量化の両立を図るため、1990年代から高張力鋼の適用が活発化した。高強度の薄板を活用することで軽量化を図る考えだ。
 ただ、高張力鋼をそのまま使ったのでは、コストが増大してしまう。そこで必要なところに必要な強度を持った部材を割り当てるテーラードブランク構造が採用されるようになったが、この実現に大きく貢献したのがレーザ溶接である。
 レーザというと先端技術のイメージが強いが、その歴史は意外に古く、1960年に米国のセオドア・メイマンがレーザ発振器を発明。その後、1970年代には、自動車部品にレーザ溶接が使われている。ただ、この頃は、ビーム品質が悪く、適用先は極一部の部品にとどまっている。
 近年、レーザ溶接が自動車産業を中心に普及しているのは、このビーム品質が改善され多関節ロボットへの搭載が容易になったこと、エネルギー密度が高く高速溶接を可能にするため熱影響を受けやすい薄板の溶接に適していること、抵抗溶接のように挟まずに片面から溶接ができること--などの理由があげられる。レーザ溶接技術は、現在、3Dプリンターへの応用などとしても注目を集めている。
 自動車だけでなく、新幹線も飛行機や高速バスなどと競合する上で、さらなる高速化を図るために軽量化を進めた。この様な中で1992年に登場した東海道新幹線300系には、車体に本格的にアルミ合金を採用(200系にもアルミ合金が使われたが、これは高速化ではなく雪対策が主目的)。1999(平成11)年に登場した700系では、1991(平成3)年に英国溶接研究所(TWI)が開発したばかりの技術「FSW」(摩擦攪拌接合)を導入。その後、FSWは自動車のスポット溶接の代替技術として応用されるなど、様々な形で適用が進んでいる。

 日本に溶接技術が紹介されてから100年以上が経過した。ガス、アーク、抵抗溶接ともに現在でも製造業を支える基盤技術として使われているのは、時代の要求に応じて進化を繰り返してきたためであろう。そして現在は、少子高齢化が進み、労働人口の減少が大きな社会問題になる中、溶接施工現場でも人手不足が深刻化している。新たな溶接技術の開発に期待したい。

※参考文献:日本溶接協会「日本溶接協会50年史」(1999年)