i 小.中学生鋳物ものづくり教室

研究報告

小 .中学生鋳物 ものづ くり教室

小松芳成 *･後藤 正治 *･麻生節夫 *･辻 内 裕 *･武藤 元**

CastingSchoolforElementarySchoolStudents

YoshinariKomatsu',ShojiGoto',SetsuoAso',YutakaTsujiuch

i

Abstract

AccordingtoaneducationalreportinJapan,theproportionofyoungmenwhodonotliketostudyscience andmanufacturinglSincreaslngyearbyyear.Forthecounterplan,Wehaveopenedatechnocra允 schoolfor elementaryschoolstudentsatAkitaFurusatomurainthecltyOfYokote･Theschoolwaspreparedasan appropriatepracticetotakeagreatinterestindevelopmentofmanufacturlngforelementaryschoolstudents.At first,variousshapesoforiginalcastingpatternsweremadebyovenporcelainandbaked.Next,castingmolds weremadebyuslngthepatternsandoilsand.Andthen,moltentinmetalwascastintothemold.Aftervarious finishesandjoiningachain,manykindsofpendantsandkeyholderswereobtained.Responsefrom thestudents wasverywellandacceptable･Ⅰnthisreport,aschemeortheschoolwillbenoted.

1.は じめ に

最近 ,若 い人 た ちの ｢ものづ く り離れ ｣,｢科 学 技 術 離れ ｣,｢理 科離れ｣お よび ｢技能離 れ｣が増加 す る傾 向が あ るため に, これ まで産 業 界 の各分 野 で重 要 な役割 を担 って きた ,優 れ た熟練 技能者 の確 保 が 難 しくな る こ とが懸念 され てい る. これ は,若 年 期 にお い て ｢ものづ く り｣体験 に乏 しい こ とや ｢もの づ く り｣の現場 を見 る機 会 が少 ない こ とな どか ら若 者 が ｢ものづ く り｣ の楽 しさ,素晴 ら しさな どを知

る機 会 が不 足 して い る こ とが一 因 と して考 え られ る.

また,文 部科学省 か ら出 され た ｢科 学技術 の振 興 に関す る年 次報告概 要｣に よる と,学校 の学年 段 階 が上 が るにつれ て理 科 が面 白 く無 くな る とい う現 象 が報告 され てい る.す なわ ち小 学校5年 生 の理科 に 対す る関心度 80%が ,高校 3年 生 で は50%にまで落 ちてい る.今 後 ,小 ･中学 生 の うちか ら科学 技術 に 夢 を感 じ,取 り組 も うとす る意欲 を増進 させ る こ と が極 めて重 要 であ る と指摘 され て い る(I),(2)

この よ うに ｢ものづ く り離れ｣あ るい は ｢理 科 離

2005年 7月27日受理

*秋 田 大 学 工 学 資 源 学 部 材 料 工 学 科 .Departmentof MaterialsScienceandEngineerlng,FacultyofEngineerlng andResourceScience,AkitaUniversity.

… (有)武藤 工芸鋳物 .MutoCra氏CastingsCo.,Ltd.

れ ｣がい われ てい る中,次世代 を担 う子供 た ちが ｢も のづ く り｣の楽 しさ,素晴 ら しさな どを認 識 で き る よ うな体験教 育 ･体験 学習 の必 要性 が唱 え られ て い る.

材 料 工 学 科 の後 藤 研 究 室 で は 一 般 市 民 を対 象 に

｢鋳 造｣ を通 して ｢ものづ く り｣の楽 しさを知 って も ら うこ とを 目的 に,10年 ほ ど前 か らオー プ ンキ ャ ンパ スの企 画 と して ｢鋳 物 づ く り体験 コーナー｣ を 設 けてお り,老若 男女 を問 わない多 くの来場者 が訪 れ て毎年 好評 を博 して い る.最近 で は一 昨年 11月 に 平成 15年度 大学等 地域 開放 特別 事 業 "大学Jr.サ イ エ ンス & ものづ く り" の企 画 と して ｢金 属 を溶 か し てペ ンダ ン トを作 ろ う !｣を実施 し,小 ･中学 生 を 対象 に した鋳 物 ものづ く り教 室 を開 いて い る.16年 度 には 11月 に秋 田市以外 か らの要望 に応 え るた め に横 手 市 の秋 田ふ る さ と村 に 出向き,子供 ものづ く り教 室 ｢ス クラ ップ を溶 か してペ ンダ ン トづ く り｣

を開催 した .いず れ の場合 も鋳 物づ く りを通 して子 供 達 に ものづ く りの楽 しさを実感 して も らった .本 報告 で はそ の概 要 をペ ンダ ン トづ く りの作業 工程 の 写真(3)を 中心 に紹介 す る.

2.金属 お よび鋳 物 につ いての講 義

後藤 正治教授 の開講 の挨拶 に引 き続 き, まず初 め

2 小松芳成 ･後藤正治 ･麻生節夫 ･辻内裕 ･武藤元

にテ キス トに基づいて さま ざまな金属 の溶 け る温度 (融 点) につ いて説 明 を行 った.Fig.1にはそ の様 子 を示 した.子供 た ちをみ てい る と,金 属が溶 け る とい うこ とは非 日常的 な現象 なので,最初 は ピン と こない様 子 だ ったが,先 生 の講話 を聞い てい る うち に,種 々の金属 がそれ ぞれ 固有 の温度 で溶 けて固体 か ら液体 に変化す る とい うこ とを理解 で きた と思 う.

続 いて,武藤 元氏 よ り美術 工芸鋳 物 についての説 明が あ り,鋳物 の技術 を通 して得 られ る鋳物 工芸 品 のす ぼ ら しさを実感 した.Fig.2はペ ンダ ン トのサ ンプルや 工芸鋳物 を会場 内 に展示 した様子 で あ る.

その実物 を例 に して工芸鋳物や ,奈 良の大仏 が鋳 造 に よって作 られ た世 界最 大 の鋳 造仏 (高 さ :16m, 重 さ380t)で あ るこ とな どの話 を行 った.

続 い て ｢安 全 の話 ｣,｢ス ク ラ ップ の 中の金 属 ｣,

｢鋳物 の作 り方｣ につ いてテ キス トに したが って指 導員 の学生 た ちが説 明 を行 った.

Fig.1 Participa^ntsin the school.

3.ペ ンダン トづ く り 3.1既製 の模型 に よる鋳物 づ くりの工程

参加 した子供 を2.‑ 3人 の グル ー プに分 け,主 に大 学4年 の学生1‑ 2名 を グル ー プ専属 の指導員 と して 配置 した.初 めに各 グルー プの指 導員 か ら実演 を交 えた鋳型 の作 り方 の一 工程 につ い て説 明 (Fig.3)を 受 けた後 ,子供 た ちはあ らか じめ用意 され た 中か ら 自分 が作 りたい物 の模 型 を選び ,実際 に鋳物づ く り に挑戦 した.300×200mmのア ク リル板 の上 に木製 の 下型 (135×110×45mm)をお いて,直径 15mmの丸棒 を用 いて突 き固めなが ら油砂 を充填 した (Fig.4).

油砂 は非 常 に細 かい砂 にアマニ油や オ リーブ油 な ど の植 物性 の油 を混ぜ た もので,細 かい砂 を固 め るの に有利 で,かつ なめ らかな鋳肌 が得 られ ,再利 用で きる とい う利 点 が あ る.下型 上面 を平 らに‑ ラで成 形 した後 ,型離れ を良 くす るた めにアル ミナ粉 末 を 振 りか け (Fig.5),模型 を約 半分程度押 し込 んで模 型 の形 ど りを行 った (Fig.6).この段 階で模型 を抜

Fig.2 Samplesofpendantsandcastingcrafts.

Fig.3 Perfbrmanceofmoldmakingbyaninstructor. Fig.4 Puttingoilsandintothedrag.

き とれ ば開放鋳型 とな る. しか し,今 回は模型 の 3 次元全体像 の鋳物 を作 るた めに, この模型 をセ ッ ト

した下型 に対 して ,対 にな って い る上型 (135mmX

llOmmX60… )をセ ッ ト (Fig.7)し,かつ溶湯 を注

Fig.5 Dustingpartingpowderonthefaceofdrag.

Fig.7 Settingthecopeframeonthedragframe.

Fig.9 Takingoutthepatternfromthesandmold.

ぐ湯 口と押 し湯 を兼 用す る丸棒 (直径 15mm)を模 型 か ら少 し離れ た位 置 に数 ミ リ押 し込み ,丸棒 が動 か ない よ うに支 えなが ら,油砂 を入れ て再 び突 き固め た (Fig.8).その後 に静 か に丸棒 を鋳型 か ら抜 き と

Fig.6 Embeddingorthepattern.

Fig.8 Puttingoilsandintothecope.

Fig.10 Makingcrossgateinthesandmold.

4 小松芳成 ･後藤正治 ･麻生節夫 ･辻内裕 ･武藤元

り,上型 を持 ち上 げ下型 と上型 を分離 し,砂 が崩れ ない よ うに充分注意 しなが ら下型 に残 ってい る模 型 を取 り外 した (Fig.9).さ らに,下型 上面部 の湯 口

Fig.ll Settingthecopeonthedrag.

Fig.13 Shakeoutprocess.

Fig.15 Drillingforchain.

と模型 の間の油砂 を,先が細 くなってい る‑ ラで取 り去 り湯道 と兼用 のせ きを形作 った (Fig.10).この 工程 は鋳物 の完成度 を左右す る重要 なプ ロセ スで あ

Fig.12 Castingmoltentinintothesandmold.

Fig.14 Takingoutcastlngfromthesandmold.

Fig.16 Integralkeyholders.

Fig.17 PatternmakingbyuslngOVenporcelain.

Fig.19 Puttingoilsandintothedrag.

る. この よ うに して得 られ た上型 と下型 を合 わせ る こ とで,湯 口か ら模 型 までの空 間 を有す る鋳型 の完 成 で あ る (Fig.ll).純 スズ金属 で はや わ らかす ぎ る ので, わず か の銅 を添加 したスズ合金 をガス コン ロ を用 い て溶 解 し, で きた鋳 型 の湯 口か ら注湯 した (Fig.12).溶解 と注湯 は高温 の金属 を扱 うた め危 険 が伴 うので万が一 の事故 を考慮 して担 当のス タ ッフ が行 った.子供 た ちは普段 は 目にす るこ とがで きな い ,溶 けた金属 を鋳型 に流 し込む様子 を興味深 げ に 見守 ってい た.特 に金属 液体が 固体 に変 わ る様子 に 新鮮 な感動 をおぼ えた よ うだった.注湯 が終 わって 湯 口付近 のスズ合金 が凝 固 した こ とを確認 した後 , 上型 を下型 を分離 (Fig.13)して押 し湯 と湯道 と一 体 になってい る製 品 (Fig.14)を取 りだ し水 で冷や した.ニ ッパ ーで湯道 を切 断 し,ヤス リやサ ン ドペ ーパー でバ リな どを取 り除 き,製 品の先端部 に充電 式 の ドリル で穴 をあけ (Fig.15)希望 の金 具や鎖 を

Fig.18 Firingthepatternsmadebyovenporcelain.

Fig.20 Dustingpartingpowderonthefaceofdrag.

つ けて キーホル ダーやペ ンダ ン トの完成 であ る(Fig.

16).

3.2オ lJジナルの模 型 に よる鋳物づ くり

既製形 状 の物 を模型 に した キー ホル ダーやペ ンダ ン トを作 った後 ,次 に子供 自信 が作 りたいオ リジナ ル形状 の模型 を作 り,それ を使 って鋳 物作 りに取 り 組 んだ.オー ブ ンで手軽 に焼 くこ とがで きるオー ブ

ン陶土 を,粘 土‑ ラを用 いて子供達 それ ぞれ が思 い 思いの発想 でい ろい ろな形状 に成形 した (Fig.17).

それ を小型 の電気炉 に入れ て約450Kで 1.2ks間焼成 し模型 を作製 した (Fig.18).そ して,先 に既製 の模 型 を用 い て鋳 物 を作製 した とき と同様 の手順 で,棒 を用 いて突 き固めなが ら木製 の下型 に油砂 を充填 し た (Fig.19).下型 上面 を平 らに‑ ラで成形 した後 , 型離れ を良 くす るためにアル ミナ粉 末 を振 りか けた

(Fig.20).既製 の模 型 を用 いた ときは模 型 を下型 に 約 半分程度押 し込ん だが,オー ブ ン陶土で作製 した

6 小松芳成 ･後藤正治 ･麻生節夫 ･辻内裕 ･武藤元

Fig.21 Puttingtheporcelainpattemonthefaceofdrag.

Fig.23 Castingmoltentinintothemold.

模型 は もろい ので力 を加 え るこ とがで きないた めに, Fig.21に示す よ うに下型 の上面 に置 いた.下型 と対 になってい る上型 をセ ッ トし,溶湯 を注 ぐ湯 口と押 し湯 を兼用す る丸棒 を模型 か ら少 し離れ た位 置 に数 ミ リ押 し込み ,Fig.22に示す よ うに丸棒 が動 か ない よ うに支 えて,油砂 を入れ なが ら突 き固 めた.そ の 後 ,静 か に丸棒 を鋳型 か ら抜 き,上型 を持 ち上 げ下 型 と上型 を分離 して下型 に残 ってい る模型 を取 り外 した.下型 において湯 口と模型 の間の油砂 を‑ ラで 取 り去 り成形 して,溶 湯 を湯 口か ら品物 ‑供給す る た めの湯道 を形作 った.再び上型 と下型 を合 わせ , 湯 口か らオ リジナル の模 型 まで の空 間 を有す る鋳型 を完成 させ た.Fig.23は,完成 した鋳型 にガス コン ロを用 い て溶解 した若 干 の銅 を含 む スズ合金 を,港 口か ら注湯 してい る様子 で あ る. この とき鋳 込み温 度 は湯流れ性 を良 くす るた めに,スズの融点 よ りも 約50K高い500Kと した .湯 口の 中心部 のスズ合金 が

Fig.22 Settingthecopeframeonthedragframe.

Fig.24 Separatingthecopeframefromthedragfram e.

凝 固 した こ とを確認 した後 ,Fig.24に示す よ うに上 型 と下型 を分離 した .模型 を下型 に埋 め込 まなかっ たので品物 は上型 の方 に形づ く られ てい るこ とがわ か る.子供 た ちはオー ブ ン陶土で 自分 が作 りたいオ リジナル の形 を作 り,それ を模型 に して鋳型 を作 り 溶 けた金属 を流 し込 んで凝 固 させ ,スズ合金製 の製 品に置 き換 えるこ とを実体験 で きた と思 われ る. こ の よ うに,既製 の模 型 に よる鋳物 づ く りに加 え,オ リジナル形状 の模型 を作製 して鋳 物 を作 るこ とに よ って, よ りい っそ う鋳造技術 のす ぼ ら しさを子供 た ちに伝 えるこ とがで きた と思 ってい る.短 い時間で 簡便 にで きるオー ブ ン陶土 を用 い た模型 の作製 は, 子供 た ちに鋳 造技術 とものづ く りの理解 を深 め させ

る上 で非 常 に有効 な方法で あ る と思われ る.

最後 に,砂 の 中か ら取 りだ した 自分 だ けのオ リジ ナル作 品 を手 に した瞬間,皆 とて も輝 いた表情 を し ていた のが印象 的で あった.

3.3ペ ンダ ン トづ くりに対す る感想

完成 品 を手 に した子供 た ちか らは次 の よ うな感想 を聞 くことがで きた.

･｢最初 はサ ンプル の型 だ けで作 るのか と思 った けれ ど,オ リジナル の物 が作れ て とて も楽 しかった.ま たや りたい. (横 手旭小6年)｣

･｢めったに見 られ ない金属 の とける ところを見れ て 良かった. (横 手旭′J､6年)｣

･｢ペ ンダ ン ト作 りを体験 して,金属 を溶 か しその溶 か した金属 でい ろい ろなお も しろい物 が作れ るこ と に興味が持 てて良かった. (横 手西 中1年)｣

･｢初 めて鋳物づ く りをや ったので,難 しい と思 った け ど簡 単でお も しろかった.貴重 な体験がで きた.

(横手西 中1年)｣

4.おわ りに

子供 たちは鋳物づ くりの一連 の作業 を行 うこ とで, 加 工 しやす い材料 で模型 を作 り,それ をも とに鋳型

を作 って溶 けた金属 を流 し込み,金属製 のペ ンダ ン トや キーホル ダーが容易 につ くれ る鋳 造の原理 を楽 しみなが ら体験で きた と思 われ る.何 かを作 りだす 喜びや完成 した時の達成感等 を味わい,プ ロセ スの 大切 さや ものづ く りの重要性 ,技能 ,技術 を身 につ ける喜び を理解 して もらえた もの と思 ってい る. こ

の子供 ものづ く り教室の活動が,少 しで も若者 の ｢も のづ く り離れ｣,｢理科離れ｣や ｢科学技術離れ｣ な

どの歯止 めに役 立てば幸いである.

謝 辞

本 こ ども教室 は材料工学科平成16年度第8研究 グ ループ大学院生,後藤研滋君,李 立峰君,片岡孝 史君 ,伊藤 学君,小堀裕太君 ,鈴木勇佑君 な らび に4年次学生,近藤 岳幸君 ,大捌裕 司君 ,畑揮俊宏 君,藤村 由佳君,保坂幸大君,保 坂芳春君,槙野行 修君 と共 同で遂行 され た ものである.以上の方 々に 心 よ り感謝 申 し上 げ る次第である.

文 献

(1)堀江 暗,平塚貞人,小錦利 憲 (2002):子供達

‑ の鋳物 ものづ く り教育,素形材,43巻,10号,24‑28.

(2)平塚 貞人 , 山 田 享 ,晴 山 巧 ,鈴木 剛,槙 寡,梶原 豊 ,後藤 誠 (2003):こ ども鋳物教室報 告,鋳造 工学,75巻 ,2号,175‑176.

(3)小松芳成 (2005):子供 ものづ く り教室 ｢ス クラ ップ を溶 か してペ ンダ ン トづ く り｣in秋 田ふ るさと 村,秋 田大学工学資源学部技術発表会報告集 ,第 12 号,69‑72.