脱炭素社会の実現に向け、産業界は今、かつてない変革を迫られています。その中心にあるのが、性質の異なる素材を組み合わせる「マルチマテリアル」という技術です。鉄の強さと樹脂の軽さ、相反する要素を繋ぎ合わせるこの技術こそが、次世代のモノづくりにおける「最強の接着剤」となり、持続可能な未来を切り拓く鍵となるのです。

 序章：自動車産業、百年に一度の変革と「素材」

・内燃機関からモーターへ

 「百年に一度」と言われる自動車産業の大変革期において、最も劇的な変化はその心臓部で起きています。ガソリンを燃焼させるエンジンから、電気で回るモーターへの転換です。このシフトは単なる動力源の交換にとどまらず、車体を構成する「素材」の選び方そのものを根底から覆そうとしています。これまで自動車といえば「鉄の塊」というイメージが定着していましたが、その常識は過去のものとなりつつあります。

・単一素材の限界と「適材適所」の概念

 すべてを鉄で作れば強度は確保できますが、重くなります。逆にすべてをプラスチック（樹脂）にすれば軽くなりますが、安全性や耐久性に課題が残ります。そこで重要になるのが、車体の部位ごとに最適な素材を使い分ける「適材適所」の考え方、すなわちマルチマテリアル化です。剛性とともに面品質が重要な外板には超高張力鋼板やアルミ板材を、強度・剛性・耐衝撃性や衝撃吸収性のなど、各部位ごとに要求特性が異なる車体骨格部材には、要求特性を加味しながら、鉄・アルミ・炭素繊維強化プラスチックをベストミックスしたマルチマテリアルが展開されています。複数の素材をパズルのように組み合わせる技術が、現代のモノづくりには不可欠となっているのです。

 第1章：重力との戦い～脱炭素とEVにおける軽量化の絶対的必然性～

1-1. バッテリー重量という足枷

 電気自動車（EV）へのシフトが進む中で、エンジニアたちが直面している最大の壁は「重量」です。ガソリン車における燃料タンクと違い、EVの動力源であるバッテリーは極めて重い部品です。現在の技術では、十分な航続距離を確保しようとすればするほど、大量のバッテリーを搭載せざるを得ず、車体重量は数百キロ単位で増加してしまいます。 車が重くなれば、動かすために多くの電気エネルギーが必要となり、せっかく積んだ電気を無駄に消費してしまいます。つまり、バッテリーの重量という「足枷」を相殺するためには、車体の他の部分を徹底的に削ぎ落とし、軽くするしかありません。ここで、鉄よりも圧倒的に軽いアルミニウムや、さらに軽量な樹脂素材を積極的に採用する必要性が生まれます。航続距離を延ばし、エネルギー効率（電費）を向上させるために、軽量化は「できればよい」目標ではなく、「達成しなければならない」必須条件なのです。

1-2. 加速する法規制とCO2削減圧力

 軽量化が求められる理由は、物理的な走行性能だけではありません。世界中で厳格化される環境規制も大きな圧力となっています。ここで重要な視点となるのが、製品の原料調達から製造、使用、そして廃棄に至るまでの全過程で排出される二酸化炭素の総量を評価する「ライフサイクルアセスメント（LCA）」という考え方です。 これまでは「走行中にガスを出さない」ことだけが注目されがちでしたが、これからの時代は「車を作る時」や「廃棄する時」の環境負荷も問われます。例えば、軽くて強い炭素繊維などの先端素材は、製造時に多くのエネルギーを使うことがあります。しかし、それによって車体が劇的に軽くなれば、長期間走り続ける中で消費する電力が減り、トータルで見れば二酸化炭素の排出量を大きく削減できる場合があります。 また、国や地域によっては、車両重量そのものに課税したり、重い車に対する販売規制を検討したりする動きもあります。企業が生き残るためにも、そして地球環境を守るためにも、マルチマテリアル化による軽量化は避けて通れない道となっているのです。

 第2章：水と油を繋ぐ～異種材料接合の技術革新～

2-1. 「くっつかない」をどう解決するか

鉄と樹脂、あるいはアルミニウムと鉄。これらを繋ぎ合わせることは、例えるなら「水と油」を混ぜ合わせるような難題です。金属は硬く、熱を加えると溶けて液体になりますが、樹脂の種類によっては熱に弱かったり、逆に溶けずに焦げてしまったりするものもあります。そもそも原子レベルでの結びつき方が異なるため、単に重ねて押さえつけるだけでは、十分な強度は得られません。 特に金属と樹脂の接合では、表面の相性が大きな壁となります。金属の表面は通常、目に見えない酸化膜や油分で覆われており、これが接着を妨げます。そこで、金属表面に微細な凹凸を作って樹脂を食い込ませる「アンカー効果」を利用したり、特殊な化学処理によって分子の「手」を増やし、金属と樹脂を化学的に結合させる界面制御技術が重要になります。例えば、金属表面にナノレベルの孔（あな）を開け、そこに樹脂を流し込んで固める手法などが代表的です。

2-2. 最新接合技術の現在地

この難題に対し、現在主に三つのアプローチで技術革新が進んでいます。 一つ目は「接着剤接合」の進化です。かつて接着剤と言えば「補助的な固定具」というイメージがありましたが、現在は航空機の翼にも使われるような「構造用接着剤」が自動車にも採用されています。面全体で力を受け止めるため、剛性が高く、振動を吸収する効果もあります。 二つ目は「機械的締結」です。ネジやボルトが代表的ですが、最新技術では下穴を開けずにリベット（鋲）を打ち込む技術です。 そして三つ目が「固相接合」です。代表的なものが「摩擦攪拌接合（FSW）」と呼ばれる技術です。これは材料をドロドロに溶かすのではなく、高速回転するツールを押し当てて摩擦熱を発生させ、材料が飴のように軟らかくなった状態で練り混ぜて一体化させる手法です。溶接に比べて熱による歪みが少なく、金属と樹脂のような融点の異なる材料の接合においても研究が進んでいます。これらの技術を適材適所で組み合わせることで、かつては不可能だった素材のコンビネーションが可能になっているのです。

 第3章：物理法則の壁～「電食」と「線膨張係数」の制御～

3-1. 目に見えない敵、ガルバニック腐食

異種材料、特に異なる種類の金属を接触させて使う際に必ず直面するのが「腐食（サビ）」の問題です。中学校の理科で習うように、金属には電気の通りやすさやイオンへのなりやすさに違いがあります。例えば、鉄とアルミニウムを直接触れさせた状態で水（雨水や結露）がかかると、二つの金属の間で微弱な電気が流れて電池のような回路が形成されてしまいます。 この現象を「異種金属接触腐食（ガルバニック腐食）」と呼びます。この時、イオンになりやすい方の金属（この場合はアルミニウム）が急激に腐食し、ボロボロになってしまいます。これを防ぐため、接合部の間に絶縁体となる接着剤や樹脂を挟み込んだり、特殊なコーティングを施したリベットを使用したりして、電気の通り道を遮断する緻密な設計が求められます。特にアルミニウムと炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の組み合わせでも、炭素繊維が電気を通すために同様の腐食リスクが生じる点に注意が必要です。

3-2. 熱が生む歪み、線膨張係数のミスマッチ

もう一つの物理的な壁が「熱による膨張」です。物質は熱を加えると膨らみますが、その膨らみやすさ（線膨張係数）は素材によって大きく異なります。一般的に、樹脂は金属よりもはるかに熱で膨張しやすい性質を持っています。 自動車の製造工程には、塗装を焼き付けるために高温の炉を通すプロセスがあります。この時、鉄と樹脂をガッチリと接合したままだと、樹脂だけが大きく伸びようとして、接合部分に強烈な力がかかり、反り返ったり、最悪の場合は割れてしまったりします。また、完成車が真夏の炎天下や極寒の雪国で使われる際も同様です。この「寸法の狂い」を予測し、あらかじめ逃げ道を作る設計や、温度変化に追従できる柔軟性のある接着剤の開発など、熱に対する高度な制御が必要不可欠なのです。

 第4章：持続可能性のジレンマ～循環型社会との衝突～

4-1. 「混ぜればゴミ」からの脱却 

マルチマテリアル化は、走行時のエネルギー消費を減らすという点では環境に優しい技術です。しかし、製品寿命を終えて廃棄・リサイクルされる段階になると、一転して厄介な問題を引き起こします。リサイクルの基本は「素材ごとに分けること」だからです。 かつての「鉄の車」であれば、スクラップにして磁石で吊り上げ、炉で溶かせば再び鉄として再生できました。しかし、鉄、アルミ、樹脂、炭素繊維が複雑に絡み合い、強力な接着剤で固められた車体は、簡単に分離することができません。無理に粉砕して混ぜてしまえば、純度の低い、質の悪い再生材にしかならず、「混ぜればゴミ」という事態になりかねません。高性能化を目指して素材を混ぜ合わせることが、皮肉にも資源循環の輪を断ち切ってしまうというジレンマがここにあります。

4-2. 易解体設計という新たな要件 

この問題を解決するために、「易解体設計」という新しい概念が注目されています。これは「使うときは絶対に剥がれないが、捨てるときには簡単に剥がせる」という、魔法のような機能を求めるものです。 現在、特定の温度まで加熱すると接着力がゼロになる接着剤や、電気を流すと接合が外れる技術、高電圧パルスで瞬時に接着界面を破壊する技術、あるいは高圧の水流できれいに分離できる構造などの研究が進んでいます。これからの設計者は、どれだけ強く繋ぐかだけでなく、数十年後にどうやってきれいに分解するかを設計段階で組み込んでおかなければなりません。「作って終わり」ではなく、素材が再び生まれ変わるまでのサイクル全体をデザインすることが、マルチマテリアル技術の真の完成形と言えるでしょう。

 第5章：設計プロセスの変革～デジタルが導く最適解～

5-1. トポロジー最適化（位相最適化）の威力

複数の素材をどこにどう配置すれば最強かつ最軽量になるのか。その組み合わせは無限にあり、人間の経験と勘だけで正解を見つけることは不可能に近くなっています。そこで登場するのが、コンピュータによる「トポロジー最適化」です。 計算機に「強度はこれだけ維持しなさい」「重さはここまで減らしなさい」という条件を与えると、不要な部分を極限まで削ぎ落とし、必要な部分だけを残した形状を自動的に弾き出してくれます。その結果生まれるデザインは、生物の骨格のような有機的形状（ラティス構造など）になることが多くあります。これは従来の「削り出し」や「鋳造」では困難でしたが、3Dプリンター（アディティブ・マニュファクチャリング）の登場により、ついに実用化の道が開けました。

5-2. マルチフィジックスCAE解析 

また、複雑な素材の組み合わせを実験室で一つ一つテストしていては、開発に膨大な時間とお金がかかります。そこで、コンピュータ上の仮想空間でシミュレーションを行う「CAE解析」が不可欠です。 特にマルチマテリアルでは、熱、力、電気、化学反応など、複数の物理現象が同時に発生します。これらをまとめて計算する「マルチフィジックス解析」により、試作車を作る前に、接合部が十年後にどう劣化するか、衝突時にどう壊れるかを予測することが可能になりました。デジタル技術は、複雑化する素材開発の羅針盤として、エンジニアを最適解へと導いています。

 第6章 : 適材適所のその先～マテリアル・トランスフォーメーション～

鉄と樹脂を繋ぐ技術は、単なる「部品の貼り合わせ」ではありません。それは、従来の素材の限界を突破し、新しい機能と価値を生み出すための挑戦です。マルチマテリアル化は、軽量化という喫緊の課題を解決する手段であると同時に、資源の使い方やリサイクルのあり方さえも変えていく「マテリアル・トランスフォーメーション（材料変革）」の入り口でもあります。 デジタル技術を駆使して最適解を導き出し、易解体技術によって資源循環の輪を閉じる。そうして初めて、私たちは脱炭素と共生する真のモノづくりを実現できます。異なる個性が手を取り合って強くなるように、異なる素材が互いの弱点を補い合い、新たな強さを生み出す技術こそが、持続可能な未来図を描く筆となるのです。日本には世界トップシェアを誇る構造用接着剤メーカーや、高度な表面処理技術を持つ中小企業が数多く存在します。技術の「繋ぎ合わせ」を得意とする日本のモノづくり精神が、マルチマテリアルという新時代のスタンダードを牽引していくことが期待されます。

◆連載記事紹介：ものづくりドットコムの人気連載記事をまとめたページはこちら！