もっと高めろコスト意識！ これだけ覚えろ材料特性！：甚さんの「技術者は材料選択から勝負に出ろ！」（8）（3/3 ページ）

“真の職人の”材料工学とは

　筆者は設計コンサルタントとして、幾つかの企業で「社外設計審査員」の役を受け持っています。以下は、そこで実際にあった出来ごとです。

　このような料理長、世の中に1人でもいるでしょうか？　残念ながら、技術者には少なからず存在します。

　強度とは、その名のごとく「強さの度合い」ですから、「強さ」を表現する、または、証明するものさしが必要です。そのものさしとは、「cm（センチメートル）」や「N（ニュートン）」などの単位系です。

　それが、今回の「目利き力」です。

例えば？

1. 引張り強さ（本項で解説）：単位はN/mm²など
2. 降伏点（本項で解説）：単位はN/mm²など
3. 疲れ強さ（本項で解説）：単位はN/mm²など
4. 0.2％耐力（次項で解説）：単位はN/mm²など
5. ばね限界値（次項で解説）：単位はN/mm²など

　「強度を上げる」とは、これらの単位系を有する「特性値」を上げることをいいます。

　話を元に戻して、設計審査（デザインレビュー）にて、設計者も審査員も、「上記2や3によって軸の強度を上げた」と説明、もしくはそれについて質問をしなくてはなりません。

引張り強さ

　図2は、「目利き力」を習得するために必ず出てくる「軟鉄の応力−ひずみ線図」です。

　あまりにも重要な「目利き力」です。各種の資格試験や入社試験に出題されますので、就職活動中の学生にとっても必須の知識です。

　「引張り強さ」を図中から探してマークしてください。次は、図3です。

　ここでも、「引張り強さ」を図中から探してマークしてください。

　実は、筆者は全ての材料が図2のカーブを描くものと長年も思い込んでいました。ダメな筆者ですね……。軟鉄以外、ほとんど全ての材料が図3の特性カーブを有しています。例えば、銅、アルミ、樹脂などです。

　「目利き力」を急速に身に付けるコツの1つは、図2と図3を丸暗記することです。ちなみに「応力」とは「痛さ加減」のことです。外力が加わり、金属が「痛い、痛い」と叫んでいます。

　以前も書きましたが、筆者は「料理を設計に、料理人を設計者」によく例えます。そして、これも以前に書きましたが、「料理本ほど親切な教科書はない！」。

　皆さんの工学系教科書はいかがでしょうか？　若き日の筆者は劣等生でしたので、教科書の不親切さには何度も閉口しました。

降伏点

　もう1つあります。それは、「降伏点」です。図2を見ると、「上降伏点（かみこうふくてん）」と「下降伏点（しもこうふくてん）」があります。一般的に使われる降伏点とは、上降伏点を意味します。こちらも教科書にはないでしょう。また、このようにフリガナも振っていません。劣等生の筆者は、長年苦しみました。

　ここで、注意です！

　上降伏点と下降伏点ですが、この特性を有するのは軟鉄と鋳鉄とステンレス材だけです。ただし、「軟鉄だけが有する」という専門書があり、学識の場合は後者の方がメジャーです。本連載は、前者としています。

　皆さん自身でも確認が必要です。注意してください。

疲れ強さ

　それでは、降伏点を有さない材料はどのようにして、「強くした！」と表現するかというと、降伏点に相当する「疲れ強さ」「0.2％耐力」「ばね限界値」という「目利き力」を学者や専門家が定義してくれました。

　これも必ず各種の資格試験や入社試験で出ます。就職活動中の学生にも必須の知恵です。そして、図4も必見です。

　材料に繰り返し応力がかかると、低い応力でも破壊が生じる現象を「疲れ」と呼びます。「金属疲労」と言えば、航空機事故の原因として、聞いたことがある単語かと思います。そして、この破壊が生じない限度の応力値を「疲れ強さ」、もしくは、「疲れ限度」です。2つの呼び名が出てきましたので、要注意です。

　図4は、通常、「S−N曲線」と呼びます。Sは、応力（Stress）、Nは回数（Number of Times）を表しています。

　例えばS45Cなどの鋼材は、10⁴〜10⁵回あたりまでは、疲れ強さの値が低下してきますが、10⁶〜10⁷回で、これ以上の回数を増やしても破断まで至らず、安定したフラットなグラフを描いています。

　しかし、アルミ材は、「疲れ強さ」に弱点を持っていて、どこまで行ってもフラットなグラフにならず、下降を続けます。

　つまり、「どんどん弱くなっていく」のです。そこで、「10⁷回まで」と制限を決め、それを「10⁷時間強度」と呼びます。図中のA5052の疲れ強さは、「10⁷時間強度で120N／mm²」と表現します。

　ただし職人なら「10⁷時間強度」は、分かりきっていることなので、「A5052の疲れ強さは120N／mm²」と表現します。

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　次回をお楽しみに！　（次回に続く）