たんそせんいは、その 名の とおり「たんそ」の つぶが つながった、かみの毛より ずっと 細い いとの ような ものです。この 細い いとを、めんの ように たくさん たばねて、かためて つかいます(ただし ほんとうの めんでは なく、たんその いとの たばです)［1］。

おもさは、おなじ 大きさの 鉄と くらべると、やく 4分の1しか ありません。それなのに、ひっぱる 力に たえる 強さは、鉄より ずっと 大きいのです［1］。

炭素繊維は、その名のとおり「炭素」の粒がつながった、細い糸のようなものです。この糸を束ねて、かためて使います［1］。

重さは、同じ大きさの鉄とくらべると、約4分の1しかありません。それなのに、引っぱる力に耐える強さは、鉄よりずっと大きいのです［1］。

釣り竿を持つと驚くほど軽いのに、なかなか折れない。その正体は何でできているのか。炭素繊維は、炭素を主な成分とする繊維である。PAN系の1本の太さは5〜7マイクロメートルほどで、髪の毛よりずっと細い。こうした極細の繊維を数千本〜数万本束ね、樹脂で固めて複合材料として使うのが一般的である［1］。

では、鉄とくらべるとどれほど違うのか。代表的な炭素繊維では、比重(同じ体積あたりの重さ)は約4分の1、比強度(重さあたりの強さ)は約10倍、比弾性率(重さあたりの変形しにくさ)は約7倍とされる。数値は繊維の種類や比較条件によって幅があるが、「軽いのに強い」という、金属だけでは両立しにくい性質を兼ね備えた素材である［1］。

1880年ごろ、はつめい家の エジソンは、長い 時間 光りつづける 電きゅうを つくろうと、いろいろな ものを ためして いました。木、糸、かみの毛まで ためしましたが、なかなか うまく いきませんでした［2］。

さいごに たどりついたのが、竹を むしやき(たんかさせる こと)に した フィラメントでした。とくに、日本の 京都・八幡やわたの 竹が いちばん 長もちしました。この 竹は、やく 1,000時間も ひかりつづけたと いわれて います［2］。

1880年ごろ、発明家のエジソンは、長い時間光りつづける電球を作ろうと、いろいろなものを試していました。木、糸、髪の毛まで試しましたが、なかなかうまくいきませんでした［2］。

最後にたどりついたのが、竹を蒸し焼き(炭化させること)にしたフィラメントでした。とくに、日本の京都・八幡(やわた)の竹がいちばん長もちしました。この竹は、約1,000時間も光りつづけたといわれています［2］。

この素材のルーツは、意外にも電球にある。エジソンは1878年ごろから長寿命の白熱電球用フィラメントの開発に取り組み、金属から木綿糸、髪の毛にいたるまで数千種の植物・素材を試したとされる。それでもなかなかうまくいかず、最終的にたどりついたのが、竹を炭化させたフィラメントだった［2］。

では、その竹はどこから来たのか。1880年、来日していたエジソンの助手が京都府知事の紹介で竹の産地を訪れ、地元の資料によれば、石清水八幡宮に近い八幡(やわた)産の真竹が採用されたと伝えられている。この竹を使ったフィラメントは、約1,000時間もの点灯を記録したという。炭化させた植物繊維で発光させるという点では、この竹フィラメントは後の炭素繊維の遠い先駆けと見ることもできるが、構造や製法は現在の炭素繊維とは異なる、あくまで電球の発光体としての利用だった［2］。

今、せかいで つかわれて いる たんそせんいの もとを つくったのも、日本人です。1959年、大阪おおさかの けんきゅうじょに いた しんどう あきおさんが、ある せんいを むしやきに すると、じょうぶな たんそせんいが できる ことを 見つけました［3］。

しんどうさんは、この つくりかたを とっきょに した あと、たくさんの かいしゃに ぎじゅつを おしえました。それが、日本が いまも たんそせんいで せかいを リードして いる りゆうの 1つに なって います［3］。

今、世界で使われている炭素繊維のもとを作ったのも、日本人です。1959年、大阪の研究所にいた進藤昭男さんが、ある繊維を蒸し焼きにすると、じょうぶな炭素繊維ができることを見つけました［3］。

進藤さんは、この作りかたを特許にしたあと、たくさんの会社に技術を教えました。それが、日本が今も炭素繊維で世界をリードしている理由の1つになっています［3］。

とはいえ、電球の竹フィラメントと今の炭素繊維は別物だ。今の炭素繊維の製法を開いたのは、日本の研究者だった。1959年、通商産業省工業技術院(現・産業技術総合研究所)の研究者だった進藤昭男は、ポリアクリロニトリル(PAN)繊維を蒸し焼きにすることで、強度の高い炭素繊維が得られる製法を発明した。同年9月に特許を出願し、1962年に特許公告された［3］。

発明は、特許を取って終わりではなかった。進藤はその後、この技術の指導者として30社近い企業に技術移転を行ったとされる。特定の企業だけが独占するのではなく、業界全体に技術を広めたこの取り組みは、後に経済産業省から「進藤モデル」と名づけられ、公的研究機関のあるべき姿の一例とされている。では、それは今にどうつながるのか。現在、炭素繊維の世界市場で日本企業が大きなシェアを占めている背景には、この技術移転の歴史がある［3］。

たんそせんいは、はじめから 黒い わけでは ありません。まず、たんそせんいの もとに なる 白い アクリルの いとを つくります。それを、空気の 中で 200℃から 300℃くらいに じっくり あたためます［4］。

つぎに、空気の ない ところで、1,000℃を こえる もっと 高い 温度に あたためます。すると、いとの 中の たんそ いがいの ものが へって、たんそが たくさん ふくまれた、黒い せんいに かわります［4］。

炭素繊維は、はじめから黒いわけではありません。まず、炭素繊維のもとになる白いアクリルの糸を作ります。それを、空気の中で200℃から300℃くらいにじっくり熱します［4］。

次に、空気のないところで、1,000℃を超える高い温度に熱します。すると、糸の中の炭素以外のものが減り、炭素を多くふくむ黒い繊維に変わります［4］。

白い糸が、黒くて軽い繊維になるまでには、何が起きているのか。PAN系炭素繊維の製造は、まずアクリロニトリルを重合させたPAN繊維を作ることから始まる。このPAN繊維を空気中で200〜300℃に加熱し、燃えにくい状態にする。これを「耐炎化」といい、次の高温の工程で繊維が燃えてしまわないための準備になる［4］。

熱に強くなった繊維は、次に、もっと高温にさらされる。窒素などの酸素を含まない気体の中で1,000〜1,500℃に加熱する「炭素化」の工程で、炭素以外の成分が抜け、炭素の含有率が高い繊維になる。より高い弾性率が求められる用途では、2,000〜3,000℃というさらに高温で処理する「黒鉛化」の工程を経ることもある［4］。

日本の 大きな かいしゃが、いまでも せかいの たんそせんいの おおくを つくって います。とくに 東レと いう かいしゃは、せかい でも トップクラスの わりあいを しめて います［5］。

アメリカの ひこうき メーカー・ボーイングしゃの ひこうき「787」には、東レの たんそせんいが つかわれて います。きたいを かるく する ことで、りょこうきの ねんりょうも すくなくて すみます［5］。

日本の大きな会社が、今でも世界の炭素繊維の多くを作っています。とくに東レという会社は、世界でもトップクラスの割合をしめています［5］。

アメリカの飛行機メーカー・ボーイング社の飛行機「787」には、東レの炭素繊維が使われています。機体を軽くすることで、旅客機の燃料も少なくてすみます［5］。

この技術は、今の世界のどこで生きているのか。進藤による技術移転の歴史もあって、現在も炭素繊維の世界市場では日本企業のシェアが高い。とりわけ東レは、世界シェアで長年トップクラスの地位を占めている企業として知られる［5］。

その存在感がよく見えるのが、旅客機だ。東レは航空機メーカーのボーイング社と独占供給契約を結び、「787」型機の主翼や胴体など、機体の主要な構造部材向けに炭素繊維複合材料(CFRP)を供給している。787では、機体の構造材料に占める複合材料の重量比がおよそ半分に達する。複合材料をアルミ合金より軽い材料として多用することで、機体を軽くし燃費を高めることが狙いとされる［5］。

たんそせんいは、かるくて じょうぶな とくちょうを いかして、つりざお、じてんしゃの フレーム、ゴルフの クラブなど、いろいろな どうぐに つかわれて います。ひこうきや、うちゅうを とぶ じんこうえいせいにも つかわれて います［6］。

炭素繊維は、軽くてじょうぶな特徴を生かして、釣り竿、自転車のフレーム、ゴルフのクラブなど、いろいろな道具に使われています。飛行機や、宇宙を飛ぶ人工衛星にも使われています［6］。

旅客機だけでなく、炭素繊維は身近な道具にも入りこんでいる。軽量かつ高強度・高弾性率という特徴から、炭素繊維はスポーツ・レジャー用品(釣り竿、ゴルフシャフト、テニスラケット、自転車フレーム)、自動車、航空機、人工衛星まで、幅広い分野で使われている。同じ強度を保ちながら重量を減らせるため、燃費や機動性が重要な乗り物ほど採用が進んでいる［6］。

家に つりざおや、じてんしゃ、テニスや バドミントンの ラケットが あったら、くろくて つやの ある ぼうざいの ぶぶんが ないか さがして みよう。もって みると、おもさに おどろくかも しれませんよ。

家に釣り竿や、自転車、テニスやバドミントンのラケットがあったら、黒くてつやのある棒材の部分がないかさがしてみよう。持ってみると、重さに驚くかもしれません。

では、その価値を自分の目で確かめるには、どうすればよいか。スポーツ用品店やカタログで、「カーボン」「CFRP」といった表示のある製品を探してみよう。同じ種目の道具でも、素材によって価格や重さがどれくらい違うかを見くらべると、炭素繊維という素材の価値が実感できるはずだ。