（公財）航空機国際共同開発促進基金【解説概要 14-3-2】この解説概要に対するアンケートにご協力ください。最近の航空機の設計技術、生産技術及び他産業への波及効果１．最近の航空機設計技術及び他産業への波及効果航空機の市場状況は、２００１年９月１１日の米国同時多発テロにより航空需要が落ち込んだものの、長期的には好調な成長が予測されている。（財）日本航空機開発協会（ＪＡＤＣ）の予測によると、２００１年～２０２１年の２０年間で世界の航空旅客（有償旅客キロ）は２.７倍になることが示されている。これを反映して大手航空機メーカーは新規開発計画を発表しており、大別すると、大型化を狙ったエアバス社のＡ３８０計画と高速化を狙ったボーイング社のソニック・クルーザー計画がある。「Ａ３８０」計画は、２０００年末に発表されたＡ３ＸＸ計画がベースになっており、５００～８００席の大型機を２００６年に市場投入する計画で、現在推進されている。一方、ソニック・クルーザー計画は、混雑するハブ空港を避け、２地点間の直接運航路線を狙った高速機であり、マッハ．９５～．９８の巡航速度が特徴で、市場投入は２００８年に予定さたものである。しかし、最近のボーイング社の発表によれば、ソニック・クルーザー計画に代えて、同じ市場を対象とし、速度よりも運航効率に重点を置く「ＳＥＡ（Super Efficient Airplane）計画」を推進すると決定し、このＳＥＡ計画でもソニック・クルーザー計画で得た様々な先進技術が適用される、との事であるが、細部はまだ明らかにされていない。これらのいずれの計画でも機体の軽量化が鍵であり、複合材料技術、精密鋳造技術、摩擦攪拌接合技術、新アルミ合金等の新設計技術の広範な適用が想定されている。また、設計効率化技術についても、３次元の設計ソフトにより作成したＤＭＵ（Digital Mock UP）を用いて、設計、工作等の関係者が同時並行的に作業を進めるコンカレントエンジニアリングの手法が広く用いられている。コンカレントエンジニアリングとは、関係する全部門が情報を共有し相互補完しながら、同時並行的に個々の作業を展開していく手法である。具体的には、CATIA 等の３次元設計ツールにより作成したデジタルデータを唯一の設計出力とすることにより、全部門がリアルタイムで設計データを共有するものである。この手法により、構造設計、強度計算、装備設計等の設計部門から、製造プラン、治工具設計までの全部門が緊密なインターフェースを取りながら同時並行的に作業展開して、設計図、治工具図面、製造指図書等、製造に必要な書類一式を同時発行することが可能になった。この手法は、ボーイング社や日本のメーカーのみならずエンブラエル社等のリージョナル機の開発においても適用が進んでいる。以下、主として軽量化技術に関して述べる。１．１軽量化技術軽量化を目指した複合材技術、精密鋳造技術、摩擦攪拌接合技術に関する設計技術では、新技術を採用した新構造様式の研究が行われている。（１）複合材技術複合材技術の分野では、１９７０年代に動翼類、ドア類に炭素繊維強化プラスチ 1 ック（CFRP）材の適用が始まり、１９８０年代からは一次構造の尾翼へ適用が拡大した。現在、ビジネス機では全複合材の機体も現われているが、旅客機の分野では、胴体や主翼への適用は研究段階にある。ただし、ソニック・クルーザー計画等の新規開発計画では、炭素繊維強化エポキシ複合材料を主翼、胴体、尾翼等の機体の主要部分にも適用することが想定されているものもある。複合材料は、表面平滑度が優れているので空力特性の向上につながり、金属構造と比較して１５％～２０％の重量軽減効果があるものの、製造コストが高いという課題がある。上記のような広範囲な複合材料の適用に当たっては、従来のアルミ構造を単に置き換えただけではなく、複合材の特性を活かした一体成型の新構造様式を想定して軽量化、低コスト化等の適用効果を上げる必要がある。（２）精密鋳造技術複合材技術については、従来の鋳造材料は強度が低い、強度がばらつき信頼性が低い、等の欠点があったが、近年は材料の改善と鋳造技術の進歩により強度特性のバラツキが低減した。主として航空機への適用を目的とした Al-Si-Mg 系のアルミ合金の D357.0 が開発され、鍛造材と同等以上の低バラツキ特性を実現し、ＭＩＬの材料規格（MIL-HDBK-5）にＡ値、Ｂ値が設定された。D357.0 は、強度特性項目によっては、広く適用されているアルミ合金 2024、7075 と同等の特性を示すので、航空機への適用の可能性が高く、鋳造の特性を活かした新構造様式の採用によって継ぎ手部重ね代の省略、ファスナー孔の省略等が実現し、鍛造材による従来構造と比較して軽量・低コスト設計が可能である。海外の民間機では、低コスト化達成のため鋳造品の適用が進んでおり、エアバスのＡ３００、Ａ３２０の貨物ドア、ボーイングのＢ７３７の各種扉類等に適用事例があり、低コスト化、軽量化を達成している。また軍用機では、Ｆ－２２戦闘機の翼胴結合金具やＣ－１７輸送機のロンジロン等の高信頼性が要求される部位への適用事例がある。（３）摩擦攪拌接合技術摩擦攪拌接合技術は、融点以下の温度で接合することにより、金属の組成を変えることなく接合が可能になる技術である。具体的には、２種の金属の間に挿入したピン（接合ツール）を回転させることにより摩擦熱を発生させて金属を軟化させ、融点以下の温度で攪拌して接合する。従来は６０００系、８０００系のアルミ合金を対象にし、鉄道車両等に適用した事例があり、我が国でも札幌市の地下鉄車両等へ適用されている。この技術を航空機用高力アルミ合金（２０００系、７０００系）に適用する研究が進められている。これにより、従来は溶接が不可能であった２０００系、７０００系合金の溶接が可能になり、航空機に適用した場合、継ぎ手部の重量軽減、部品点数低減、クラックの起点になるファスナー孔削減による品質の向上という利点がある。一方、航空機用高力アルミ合金に適した接合条件（回転速度、送り速度等）の設定、継ぎ手部の強度評価、内部品質評価ーカー等で研究が進められている。 2 等の技術課題があり、現在航空機メ１．２軽量化技術の他産業への波及効果（１）複合材技術複合材技術の１つであるＣＦＲＰサンドイッチパネルは耐熱性に優れた構造なので、低価格材料及び大量生産方式の開発、廃棄処理方法／リサイクル方法の確立等、関連分野の研究が進展すれば、省エネ住宅の外壁や自動車の車体等にも適用可能なポテンシャルを有している。（２）精密鋳造技術及び摩擦攪拌接合技術精密鋳造技術は航空機への適用が主体であり、摩擦攪拌接合については鉄道車両に適用実績がある。現時点では、航空機を対象とした厳しい設計要求及び品質要求を満たすための新技術の研究段階であるが、コスト要求を満たせば航空機や鉄道車両以外の輸送機器や建築構造物等への適用も可能と考える。２．航空機の生産技術及び他産業への波及効果２．１機体生産の特徴航空機は、代表的な総合組立製品である。軽量化、耐久性、安全性が設計要件とされており、以下の様に一般的な工業製品と異なる様々な生産上の特徴、要求を持っている。（１）多品種少量生産（２）機体構造材料は特殊材料、高性能で広範囲（３）主要構成部品は大型、長尺、複雑形状（４）厳しい品質要求（５）構造部材の一体構造化、軽量化２．２生産技術の特徴これら生産上の特徴、要求を達成するための生産技術として、部品加工から組立・艤装にわたる幅広い加工技術が使われている。（下図参照）。部品加工機械板金接着/複合材特殊仕上化学処理熱処理溶接管索組立･艤装（例）多軸 NC 加工一般機械加工曲げ成形超塑性成形ｼｮｯﾄﾋﾟｰﾆﾝｸﾞ成形ﾌﾟﾘﾌﾟﾚｸﾞ裁断自動積層ｼｮｯﾄﾋﾟｰﾆﾝｸﾞｹﾐｶﾙﾐｰﾘﾝｸﾞｱﾙﾐ表面処理塗装 3 構造組立機能試験サブ組立主要組立艤装機能品取付管索・電装取付リギングこの解説概要に対するアンケートにご協力ください。（１）部品加工部品加工では、近年、板金や型材を加工した部品構造から大型の一体部品を厚板から削り出すコンセプトへと変化し、部品製造中の機械加工の割合が急激に高まってきている。これは、開発期間短縮と組立精度向上/組立コスト削減からの要求の結果ではあるが、背景として、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭ、工作機械、刃具の発達に支えられ、必然とも言える傾向となっている。（２）航空機組立航空機組立は、ファスナーによる結合が主流である事が特筆すべき点である。ファスナー結合は大型機では 100 万箇所以上にものぼり、孔開け、バリ取り、鋲かしめなど多くの工程が必要である。現在、ドリルマシンやオートリベッタなどの自動化設備が導入されているが、適用はサブ組立レベルであり、最終組立の自動化は遅れている。以上の為、組立作業は生産工程の直接作業の約半分を占めており、航空機産業は、今なお労働集約型産業と言われる。２．３生産技術の他産業への波及効果（１）機械加工アルミ合金等の軽金属の高速切削技術は、自動車部品や車両等の大型削り出し部品へ適用できる。また、ＦＭＳ（Flexible Manufacturing System）や３次元ＣＡＤを使用したＮＣプログラム作成技術は、他産業の機械加工へも適用されている。（２）板金加工超塑性成形技術は、自動車やオートバイの部品、各種金型等に適用されている。また、エージフォーミング、ショットピーン成形などの大型アルミ合金部品の成形技術は、船舶や車両、自動車等の大型部品に対し適用される可能性がある。（３）複合材加工複合材は、航空機以外にも、宇宙機器、自動車、建築、電子機器・部品、スポーツ製品等に適用が広がっている。航空機の一体成形技術を用いた他産業への適用例として、ロケット・フェアリングや新幹線の先頭構体（CFRP 製）等もある。（４）組立航空機の組立には、特有のリベットなどファスニング作業を自動化するための特殊装置の機構や、バリを抑える特殊なドリルの開発が組み込まれており、これらは他産業へ応用できる技術である。ＫＥＩＲＩＮこの事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。 4