錆びにくく、さまざまな機械や装置などの原料として使用されるステンレス。素材としての特徴や、シム加工の例を紹介します。
基本的に他の素材に比べ強度が強く、屋根材や手すりなどさまざまな身の回りの製品に使用されるステンレス。
耐熱性も高いため、高温の中で使用される機器などにも使われています。
ステンレスの強みは、なんといっても錆びにくい点でしょう。
他の素材の場合は一定の時間が経てば腐朽してしまいますが、ステンレスは酸素保護被膜が形成されるため、長期間使用することが可能です。
素材としてのステンレスは、他のモノと比べると比較的高価になります。
強度も高く腐朽しにくいという点を考慮すれば、導入費用は高くとも長期間の使用に耐えられるため、買い替えなども含めたトータルコストを抑えることが可能です。
飯島精機の丸シムは、多用途向けに製造されている丸い形状のシム製品です。
厚さ0.1mmのステンレス材を複数枚重ねた上で、まとめてワイヤーカット加工を行い製作しています。
岩田製作所のラミネートシムは、薄板を接着剤で貼り合わせることにより、任意の板厚に調整することが可能なシム製品。
米国航空宇宙規格、ドイツ航空宇宙規格にも適合する、剥離式のシム製品です。
参考元：岩田製作所（https://www.iwata-fa.jp/html/column/column-detail.html）
こだま製作所では金型レスで成形を行った、ステンレス板バネ材のリング型シムを販売。
金型を使用することでイニシャルコストはかかりますが、必要数が少ない場合においては、金型レスで作成する方が安価に製作でき、納期も短縮が可能です。
ステンレスは複数の性質を持っている鋼材です。また、それだけでなく、ステンレスの種類によっても特徴が異なっていることが多々あります。ここでは、ステンレスの基本的な性質から、代表的なものを紹介しましょう。
ステンレスは鉄にクロムを含ませた合金鋼です。これにより、金属だけど錆びにくく、耐食性が高いことで知られています。この耐食性の高さこそ、ステンレスの最も大きな特徴と言えるでしょう。
鉄が腐食するのは、鉄と酸素が結合し酸化鉄となっているため。
しかし、ステンレスに含まれるクロムは鉄に先駆けて酸素と結合し、「酸化皮膜」を形成して表面を覆うという性質を持っています。
傷がついてもステンレスが自ら修復するのは、この「酸化皮膜」によるものです。とはいえ、いくら耐食性に優れていると言っても限度があります。
まず、「もらい錆び」があり、すでに錆びている金属に長時間ステンレスがふれてしまうと、その部分のみ錆びてしまいます。また、ステンレスの酸化被膜は塩素に弱いため、漂白剤が原因で破壊され、錆びることがあります。
ステンレスは耐熱性にも長けており、一般的に約500℃ぐらいであれば強度が落ちることはありません。ただし、その500℃を超えた高温下では、ステンレスの種類によっては急激に強度が落ちてしまいます。その逆に、耐熱性を向上させたものも存在します。
ステンレスは磁石にくっつかないと金属としても有名ですが、必ずしもそうではありません。正しくはステンレスに含まれる成分によって、磁性を帯びている磁性体のステンレスと、磁性を帯びていない非磁性体のステンレスがあります。そのため、ステンレスを扱う仕事に就いている人の中には、磁石を持ち歩き、ステンレスの種類を見分けることもあります。
ステンレスはほかの金属に比べて加工しにくいと言われています。
もちろん加工が難しい素材はほかにもたくさん存在しますが、人の暮らしの身近な存在ではステンレスがトップクラスです。
ステンレスは加工硬化の起こる素材に数えられています。「加工硬化」とは、金属に一定の力を加えることで硬さが高まる現象です。
この性質により、研削や切削している時間が長くなると、ステンレスは加工しにくくなってしまいます。
また、上記のようにステンレスに含まれるクロムの特性「酸化皮膜」も加工しにくさの原因になっています。
長い時間をかけて研磨しても、しばらく間を空けると磨きにくくなることがありますが、これも酸化皮膜によるところが大きい現象です。
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ステンレスはこうしている現在も改良・開発が重ねられ、さまざまなタイプが生み出されています。
そんな中から、ここではステンレスの代表的な種類を紹介します。
オーステナイト系ステンレスは、冷間加工だけで硬化するという特性を持っています。
「冷間加工」とは、720℃以下で行う加工法で、金属組織が緻密になり、精度が高まるのが特徴です。と、同時に加工硬化が促進されるという特質も併せ持っています。
さらには、オーステナイト系ステンレスには熱処理では硬化せず、逆に軟化するというのも特筆したい点。
耐食性・耐熱性に優れているものの、経年損傷の一種である「応力腐食割れ」に弱い面があり、この欠点が改良されている鋼材も存在します。
フェライト系は特定の温度で「脆化現象（ぜい化現象）」を起こすことで知られています。
フェライト系の場合は引っ張った際の強さや硬度が上がる代わりに、耐食性、つまりは腐食しにくさが低下していきます。
「二相系」は「二相合金」とも呼ばれています。その名の通り、二相系ステンレス鋼材にはオーステナイト系とフェライト系の両方が含まれています。そのためオーステナイト系のデメリットである「応力腐食割れ」にも強いのが特徴。フェライト系とオーステナイト系の中間ほどの熱膨張係数を示します。
マルテンサイトは熱処理によって硬さを増し、焼き戻しすることでさらに強度や硬度が上がります。
このような特徴から、マルテンサイト系ステンレスは高い強度や高い硬度が求められる素材や、高温にさらされる場所に用いられています。
析出硬化系ステンレス鋼材は熱処理により高い硬度を持つことに成功したステンレスです。これは、熱処理では硬化できないオーステナイト系ステンレスを改良した鋼種です。
鉄鋼はさまざまな特質を持ったものがあります。そんな中でもステンレスに分類されている鋼材は種類が最も多く、用途も豊富です。
ステンレスが種類豊富なのは、これまでたゆまぬ改良と開発を繰り返してきた結果と言えるでしょう。
また、こうした改良と開発の結果、従来の欠点を補うようなステンレスが次々と生まれています。
選ぶ際には、耐食性レベル・性質・加工性などをよく比較し、加工後の製品に最も適したステンレスを選ぶのがポイントです。また、コストや生産性にも注目してみてください。
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引用元：特注シム製造センター.com（https://www.shim-manufacturing-center.com/）
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引用元：ハヤシ（https://www.hayashinet.co.jp/shim/）
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引用元：岩田製作所（https://www.iwata-fa.jp/html/option/sm28.html）
●JIS Q 9100認証を取得。エアバスやロールスロイスをはじめとする、世界中の航空宇宙業界でも採用。（※）
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