分解・リサイクルを考えた設計——サステナビリティ要求への応え方

数年前まで、装置の設計で分解のしやすさやリサイクル性を意識することはほとんどなかった。しかし近年は客先の調達基準にサステナビリティ関連の項目が盛り込まれるようになり、設計段階から廃棄・分解を見据えた検討を求められる場面が増えてきた。従来の設計思想からの転換を求められる中で、試行錯誤しながら少しずつ得た実務上の知見も少なくない。今回は機械設計者の立場から、分解・リサイクルを考慮した設計の実務ポイントを整理する。

分解容易性が設計要求として明示される背景

以前は装置の耐用年数を終えた後の処理は、廃棄業者に任せきりというのが一般的だった。しかし近年、特にヨーロッパ向けの装置を扱う客先を中心に、設計段階から分解のしやすさを評価項目に加える動きが広がっている。これは資源の有効活用という環境面の要請だけでなく、装置の一部を修理・再利用することでライフサイクル全体のコストを下げたいという経済的な動機も背景にある。

私が担当した海外向け装置の案件では、提案書の段階で「分解に要する想定時間」を記載するよう求められたことがあった。当初は装置の性能や機能を中心に提案を組み立てていたため、分解性という観点からの評価軸に戸惑ったが、実際に検討を進めてみると、締結方法や部品構成の見直しだけで分解時間を大きく短縮できることが分かった。この経験を通じて、分解容易性は装置の性能とは別の評価軸として、今後さらに重視されていく可能性があると感じている。

この案件で特に印象に残っているのは、分解時間を短縮する検討を進める過程で、従来は気にしていなかった「作業者が装置のどの面からアクセスするか」という視点が重要だと気づいたことだ。分解に必要なねじの本数を減らすだけでなく、それらのねじがすべて同じ面からアクセスできる配置になっているかどうかで、実際の作業時間は大きく変わってくる。図面上の部品点数だけを見て分解性を評価するのではなく、実際の作業動線までシミュレーションする必要があるという学びを得た案件だった。

分解容易性を求められる装置は、必ずしも大型の産業機械に限らない。私が携わった比較的小規模なユニット装置でも、客先の環境方針に基づいて分解のしやすさを求められたことがあり、装置の規模を問わずこのテーマへの対応力が求められる時代になってきていると実感している。

分解容易性の評価方法についても、案件によって様々な形式があった。ある客先はISO規格に準拠した評価シートを使い、締結点数や工具の種類ごとにスコアを算出する方式を採用していた。別の客先は、実際に分解作業を担当する予定の作業者が試作品を分解し、所要時間を実測するという、より実践的な評価方法を取っていた。私はどちらの評価方式であっても、設計の初期段階から想定される分解手順を頭の中でシミュレーションし、無駄な工程が発生しないよう部品構成を考えるようにしている。

締結方法の選び方——ねじ留めと接着・溶接の使い分け

分解性を高める上で最も基本的な検討項目が締結方法だ。ねじやボルトによる締結は工具さえあれば分解でき、リサイクル時に材料ごとの分離もしやすい。一方、接着剤による接合や溶接は組立の効率や強度の面で優れるが、分解時には破壊せざるを得ないことが多く、リサイクル性の観点では不利になりやすい。

私が担当したカバー部品の設計では、従来は組立効率を優先して両面テープと接着剤を併用してパネルを固定していたが、分解性を求められる案件でこの構成を見直し、樹脂製の爪嵌合とねじ止めを組み合わせた着脱可能な構造に変更した。組立工数はわずかに増えたものの、メンテナンス時のパネル交換や、廃棄時の分解作業が格段にやりやすくなったと現場から評価をもらった。

異種材料を接合する場合は特に注意が必要だ。金属部品に樹脂部品を接着で固定してしまうと、リサイクル時に材料を分離する工程が別途必要になり、手間とコストがかかる。私はこうした異種材料の組み合わせでは、可能な限り機械的な締結方法に置き換えることを基本方針にし、どうしても接着が必要な場合は接合面積を最小限に抑えるといった工夫を取り入れている。

締結部品の数を減らすことも分解性向上に直結する。私が担当した装置では、以前は外装カバー一枚につき十本以上のねじを使っていた設計を見直し、樹脂爪と数本のねじを組み合わせたハイブリッド構成にすることで、分解に必要な工具の使用回数を大幅に減らすことができた。ねじの本数を減らす際は、振動による緩みや強度低下が起きないよう、爪嵌合部の形状と材質選定を慎重に検討する必要があり、単純に本数を減らせばよいという話ではない点には注意が必要だ。

異種材料の分離しやすさを考慮した部品構成

リサイクルの効率を高めるには、装置を分解した後、材料ごとに仕分けしやすい構成にしておくことが重要だ。金属とプラスチック、異なる種類の金属が複雑に混在した部品は、リサイクル工程での選別作業を難しくし、結果としてリサイクル率を下げてしまう。

私が担当した装置では、外装カバーに金属製の補強リブを埋め込んだ樹脂成形部品を採用していたことがあったが、分解性の観点から見直しを行った際、補強リブを別部品化してねじ止めする構成に変更した。これにより、廃棄時には金属と樹脂を工具一つで簡単に分離できるようになった。一体成形による軽量化やコストメリットと、分解性のトレードオフをどう判断するかは案件ごとに悩ましい部分だが、客先の要求水準に応じて優先順位を都度検討している。

金属部品同士の組み合わせでも、異なる種類の金属を安易に一体化させると分離が難しくなる。私が担当した装置では、鉄系フレームにアルミ製のブラケットを溶接で固定する設計を検討したことがあったが、分解性を重視する方針に切り替えたため、溶接ではなくボルト締結に変更した。異種金属の接触による電食のリスクも考慮し、絶縁ワッシャーを介した締結構造にすることで、分解性と防食性の両方を満たす設計に落ち着けた経緯がある。

材料表示の観点も重要になる。樹脂部品に材質表示のマークを成形時に刻印しておくことで、分解後の仕分け作業が格段に楽になる。私は樹脂部品の設計時、金型のコストが許す範囲で材質表示マークを組み込むことを標準的な仕様にしている。

金属部品についても、材質を刻印やレーザーマーキングで表示しておくと、リサイクル業者による選別作業がスムーズになる。私が担当した装置では、複数種類のステンレス鋼やアルミニウム合金を混在して使用していたため、廃棄段階での材質判別が難しいという指摘を客先から受けたことがあった。それ以降、主要な構造部品にはレーザーマーキングで材質記号を表示する仕様を標準化し、目視での判別を容易にする工夫を取り入れている。刻印一つの追加コストは小さいが、廃棄段階での作業効率に与える影響は大きいと感じている。

リサイクル材の活用とその品質担保の難しさ

分解・リサイクル設計は廃棄時の話だけでなく、製造段階でリサイクル材をどう活用するかという視点も含まれる。近年は客先からリサイクル材の使用率について目標値を提示されるケースも出てきており、機械設計者としても対応を迫られる場面が増えている。

私が担当した案件では、外装カバーの樹脂材料をバージン材からリサイクル材配合品に変更する検討を行った際、リサイクル材特有の物性のばらつきに苦労した経験がある。同じ材料グレードでもロットによって強度や成形性に差があり、標準的な肉厚設計のままでは強度不足が懸念される結果となった。最終的にはリサイクル材配合率を調整しつつ、リブ形状を追加して強度を補うことで対応したが、リサイクル材の活用は単純な材料置換では済まないという点を痛感した案件だった。

このような経験から、リサイクル材を採用する際は、事前に複数ロットでの物性データを取得し、最も条件の厳しいロットを基準に強度検討を行うようにしている。バージン材と同じ設計マージンでは不足する場合が多く、リサイクル材特有の余裕を織り込んだ設計が必要だと考えている。

外観品質への影響も見逃せないポイントだ。リサイクル材は原料の由来によって色味にばらつきが出やすく、外装部品にそのまま使うと製品ごとに微妙な色差が生じることがある。私が担当した案件では、リサイクル材配合の外装カバーで色差が問題になり、着色剤の配合比率を調整することで対応した経緯がある。機能面の強度検討だけでなく、こうした見た目の品質についても事前に確認しておく必要があると学んだ案件だった。以降、リサイクル材を採用する外装部品では、量産前のサンプル確認工程に色差評価を必ず組み込むようにしている。

長寿命化と修理可能性を高める設計の工夫

サステナビリティへの対応は、廃棄・リサイクルだけでなく、そもそも装置を長く使い続けられるようにすることも含まれる。摩耗しやすい部品を交換可能な構造にしておく、消耗品と本体構造を明確に分離しておくといった工夫は、装置全体の寿命を延ばし、結果として廃棄物の削減につながる。

私が担当した搬送装置では、摩耗の進みやすいローラー部分を本体フレームと一体構造にしていた旧設計を見直し、ローラーユニットを独立した交換可能な部品として設計変更したことがある。摩耗が進んだ際にユニット単位で交換できるようになったことで、装置全体を廃棄・更新するのではなく、部分的な補修で延命できる装置になった。この変更は客先からも高く評価され、長期的な運用コストの削減にもつながった。

交換可能な構造にする際は、交換作業そのものの安全性や作業性にも配慮する必要がある。私が担当した別の案件では、ユニット化した部品の交換作業に予想以上の重量物の持ち上げが必要になり、現場担当者から改善要望を受けたことがあった。その後の設計では、交換部品の重量を一人で無理なく扱える範囲に抑えることをあらかじめ設計条件に加え、必要であれば部品をさらに分割するといった工夫を取り入れるようにしている。長寿命化の工夫が、かえって保守作業者の負担を増やしては本末転倒だと考えている。

修理可能性を高めるには、部品単位での分解しやすさに加えて、交換部品の供給体制も考慮する必要がある。私は設計段階から、消耗しやすい部品については標準規格品を可能な限り採用し、特殊な専用部品への依存を減らすよう心がけている。専用部品は性能面で有利なことも多いが、将来的な供給停止のリスクを考えると、標準品との使い分けが重要になる。

修理可能性を高める設計では、部品の互換性を維持したまま機能改善を図る「アップグレード対応」の視点も有効だ。私が担当した装置では、将来的にセンサーの上位機種への交換が想定されていたため、取り付け部の寸法を複数の候補機種で共通化しておく設計を行った。実際に数年後、客先からセンサーのグレードアップ要望があった際、取り付け部の変更なしに交換対応でき、大掛かりな改修を避けられたことがある。将来の変化を見越した設計余地を残しておくことも、広い意味でのサステナビリティ対応だと考えている。

客先のサステナビリティ要求に応えるための提案プロセス

サステナビリティに関する要求は、客先ごとに求める水準や評価方法が大きく異なる。ある客先は分解時間の数値目標を明確に示す一方、別の客先は定性的な方針だけを示し、具体的な実装は設計側の裁量に委ねられることもある。

私はこうした要求に対応する際、まず客先が重視しているポイントを丁寧にヒアリングすることから始めている。分解時間の短縮を重視するのか、リサイクル材の使用率を重視するのか、あるいは長寿命化によるライフサイクル全体でのコスト削減を重視するのかによって、設計上の優先順位が変わってくるためだ。ヒアリングを怠って独自の判断で進めてしまうと、客先の意図とずれた提案になり、後から手戻りが生じることもある。

ヒアリングの結果は、必ず設計方針書のような形で文書化し、案件に関わる関係者全員で共有するようにしている。私が過去に経験した案件では、口頭でのヒアリング結果を担当者個人の理解にとどめてしまい、後工程を担当する別の設計者にサステナビリティ要求の詳細が伝わっていなかったことがあった。結果として、一部の部品で分解性への配慮が抜け落ちたまま図面が完成してしまい、レビューの段階で慌てて修正する事態になった。この経験から、ヒアリング結果は必ず文書化し、案件のキックオフ資料に明記した上で関係者全員に配布することを徹底するようになった。

サステナビリティ対応は今後さらに要求水準が上がっていくテーマだと感じている。機械設計者としては、締結方法や材料選定、部品構成といった基本的な設計要素の一つひとつに、分解・リサイクルの視点を組み込んでいくことが求められる。今回紹介した経験はまだ一部に過ぎないが、案件を重ねるごとに得られる知見を蓄積し、サステナビリティ要求により的確に応えられる設計力を高めていきたいと考えている。

社内標準への落とし込みと若手設計者との知見共有

これまで述べてきたような分解・リサイクル設計のノウハウは、案件ごとに個別対応しているだけでは組織としての蓄積につながりにくい。私は自分が担当した案件で得た知見を、締結方法の選定基準や材質表示の標準仕様、リサイクル材採用時の注意点といった形で簡単な資料にまとめ、一緒に仕事をする若手の設計者と共有するようにしている。

特に印象的だったのは、分解性を意識していなかった若手設計者が、外装カバーの設計で当たり前のように接着剤を使おうとしていた場面に出くわしたことだ。従来の設計の進め方を踏襲しているだけで、悪気があったわけではない。私はその場で分解性の観点からねじ留めや爪嵌合への変更を提案し、なぜその方が望ましいのかを説明した。こうした場面に一つずつ対応していくことで、組織全体の設計思想を少しずつサステナビリティに寄せていけるのではないかと感じている。

規格や法規制の動向を継続的にウォッチしておくことも欠かせない。サステナビリティに関する要求は国や地域によって異なり、今後も新たな規制や評価基準が登場する可能性が高い。私は業界団体の発行する資料や、客先の調達方針の改訂情報に定期的に目を通すようにしている。すべてを完璧に把握することは難しいが、変化の兆候を早めに掴んでおくことで、いざ客先から新たな要求が来た際にも落ち着いて冷静に対応できると考えている。

参考までに、私が分解・リサイクル設計を検討する際に確認している主な項目を表にまとめておく。

分解・リサイクルを考えた設計は、装置の性能や生産性を高める従来の設計とは異なる評価軸を持つテーマだ。だからこそ、案件ごとに客先の考え方を丁寧に汲み取りながら、機構設計の基本に立ち返って一つずつ検討を積み重ねていくことが重要だと考えている。地道な取り組みの積み重ねではあるが、こうした視点を持ち続けることが、これからの機械設計者に求められる姿勢だと私は感じている。