自動車の動力がエンジンからモーターへ変わるというので自動車部品メーカーは大変である。特にエンジン周りで事業展開をしてきた企業は、事業そのものが無くなる可能性がある。
新事業を自動車部品で立て直しを図ろうとするときに問題となるのは、未経験の材料を取り扱わなくてはいけない状況である。金属材料を扱ってきた感覚で高分子材料で部品設計を行うと大変なことになる。
１９８０年代のセラミックスフィーバーでは、耐熱合金をセラミックスで置き換えるにあたりセラミックス材料に関する信頼性工学が誕生している。
材料に関する信頼性工学は、セラミックスだろうが金属だろうがその基本は同じだが、セラミックスは金属に比較して極端に靭性が低い。この点が問題にされ、ワイブル統計で盛んに議論された。
しかし、高分子材料に関してはその歴史においてセラミックスのように真剣にその信頼性が議論されたことがない。その結果、新たに樹脂材料をエンジニアリング材料として扱わなければならない企業では、品質管理技術の開発が重要となってくる。
来年４月頃を目標にして、樹脂の信頼性に関する講演会を行いたいと思って準備をしている。先日行った講演会が好評だったが、体験を中心に伝えてどこまで受講者にその思いが伝わったか不明である。
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セラミックスフィーバーが起きた時、セラミックス関係学会でワイブル統計についていろいろと議論がなされていた。三点曲げ強度の測定データに関する議論では、一本の直線にならず、数本の直線でワイブル分布が構成されているところが考察された。
すなわちワイブル統計におけるｍの値に関する議論である。セラミックスの強度を支配する因子として、欠陥の個数と大きさの分布がある。これが一因子に支配されているのではなく多数の因子の影響を受ける。
さらにセラミックスの弾性率は高分子に比較するとはるかに大きいので、その靱性値に影響を及ぼす欠陥サイズは高分子の80μｍ前後よりもはるかに小さい。
ところでセラミックスの製造プロセスは、粉体と助剤の混合に始まり、造粒、成形、焼結といくつもプロセスをえて成形体が製造される。
ここで明らかに欠陥の入る可能性のあるプロセスは、造粒と予備成型、焼結プロセスの3つだ。それぞれで入る欠陥がワイブル分布で異なって現れる、という考察もあり、この統計解析は故障解析に使える、とその時に感じた。
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グーグル検索を行うとワイブル統計に関するソフトウェアーがいくつか出てくる。どれも基本的な統計計算ができる仕様である。
実はこの程度であればエクセルで計算できる。今の表計算ソフトウェアーにはガンマ関数も実装されており、ワイブル確率紙を使わなくても一通りの計算が可能だ。
さらに複合ワイブル分布も一応処理できる。ただ、エクセルの標準仕様ではサポートされていない機能もあり、拡張使用をMSのサイトからダウンロードする必要がある。
これを知ったのは、高分子の破壊と信頼性、耐久試験に関する講演を依頼されたときだ。講演でワイブル統計の説明をするときにエクセルで可能だ、と言いたかったので、事例を作って計算しようとした。
ところが標準仕様のエクセルで計算できなかった。あわててヘルプの説明を見たら古いバージョンではサポートされていた機能の一部がMSのサイトからダウンロードするように、となっていた。
とりあえずはダウンロードし、例題を作成して講演に臨んだが、このダウンロードの説明をするのを忘れた。汎用ソフトウェアーの説明で困るのは、それぞれの設定された環境が不明なところだ。
世間には標準的なワイブル統計のプログラムしか公開されていないのですこし込み入ったことも計算可能なソフトウェアーでもお正月休みに炬燵にはいりながら作ろうかと思っている。
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商品の故障を解析するときにワイブル統計を用いる、とゴム会社に入社したときに習った。新入社員研修で学習し、ゴム会社では日常使用されていた。だから常識だと思っていた。
最初にこの常識が常識で無かったことに気がついたのは、セラミックスフィーバーの時である。セラミックスの関係学会に出席したときにワイブル統計に関する研究発表があった。
すなわちセラミックスエンジニアリング部品の故障解析にワイブル統計が使えるという内容なのだが、この内容が学会発表すべきものかどうか不思議に思っていたら、どんどん発表が出てきた。
転職し、主な出席学会が高分子関係になった。しかし高分子関係ではセラミックスの学会のようなことはなく、ワイブル統計による解析など学会発表は見かけない。
また転職した会社でも故障解析でワイブル統計が使われていなかった。ワイブル統計は最弱リングモデルから考えだされた故障を正規分布で捉え統計的に解析する手法で、解析結果は故障の実態と合わせやすい。
品質管理において故障解析を行うにはワイブル確率は欠かせない手法である。しかし実情はあまり使われていないようだ。
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一般的なシリコーンLIMSは、A液とB液の２液に分かれている。これを例えばスタティックミキサーで混合し、金型へ注入し、その後１５０℃前後で反応させ、最後は２００℃に４時間程度放置して完成する。
注型後、短時間の反応で完成するシステムもあるが、高性能のゴムを得るためには二段階の熱処理プロセスを必要とする。
困ったことにこのLIMSを供給しているメーカーごとに特徴があり、それぞれ微妙に得意不得意な分野が存在する。それをメーカーはユーザーに明確に説明しない。
ユーザーはそれぞれのメーカーについてよく研究して材料選択を行うべきだが、これが難しい。１０年以上前、定着加熱ローラーの仕事を担当した。その時、この３社の特許を整理してびっくりした。
必ずしもトップメーカーの製品がよいわけではなく、製造条件を工夫すると、トップメーカーでは実現できない性能が得られるあまり売れていない材料もあった。
登場して３０年以上の歴史があるにもかかわらず、各社各様のシステムになっているのは、特許回避を行った結果高分子の教科書に書かれている常識を超えた進歩を遂げたためだ。材料科学の面白さである。
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シリコーンゴムは、最近身近な材料の一つになってきた。以前は工業製品の用途が主体であり、一般の用途としてあまり使われていなかったが、料理用耐熱鍋とか下着まで登場した。
シリコーンゴムには、あらかじめ高分子量のシリコーンポリマーを製造し、それを架橋したミラブルタイプと液状のモノマーやオリゴマーを重合しながら架橋反応まで進めるLIMSタイプが存在する。
シリコーンLIMSは１９８０年代にミラブルタイプのコストダウン版のシリコーンゴムとして登場した。ミラブルタイプのシリコーンゴムは、通常の加硫ゴムと同様のプロセスコストがかかったが、LIMSでは液状で注型でき、それを加熱するだけで複雑形状の製品まで安価に容易に製造できるようになった。
その結果耐熱性のあるシリコーンゴム製品のCDが進み、身の回りの製品まで使用されるようになった。シリコーンゴムは２００℃以上の耐熱性があり、有機高分子には無い性質を持った無機高分子の仲間であるが、LIMSはミラブルタイプに比較すると耐熱性や力学性能が若干劣る。
物性がやや劣るLIMSの見かけはミラブルタイプと変わらないので注意が必要だ。さらに製造工程が十分に管理されていないと、見かけ倒しとなるような物性になる場合もあり、やや危ない材料でもある。
２００５年に豊川へ単身赴任したときに、この見掛け倒しのLIMSのため盆休みが吹っ飛んだ思い出があり、シリコーン製品を見かけると軽く応力をかけてみたりする。まれに問題のある製品が店頭に並んでいるので注意が必要だ。
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昨日ゴムのへたりで失敗した話を書いた。樹脂でもゴムでも応力耐久性はアーレニウスプロットあるいは温度時間換算則を用いたクリープ予測を行ったりする。
例えば某社のハイアマチュア用フィルムカメラF100のフックが自然に破壊していた話を以前紹介したが、開発設計段階でアーレニウスプロットやクリープ予測などを行い、寿命設計を行っていたはずだ。
予測なので当然ばらつきを覚悟しなければいけないが、F100の機能はこの蓋のフック以外は壊れておらず、自動露出の値などは正確である。購入してから１０年ほど経っているのであきらめろ、という意見も出てくるがこのカメラは３年ほどしか使用していない。
だから、フックの破壊は、蓋の開閉繰り返しによる疲労破壊ではなく、裏蓋のバネで負荷がかかりクリープ破壊を起こしたことが確実で、その壊れ方が気にいらないのだ。１０年間使い続け疲労破壊したのならばあきらめがつくが、防湿庫に大切に保管していただけで破壊しているのである。
明らかにこれは高分子材料のことをよく知らない技術者が材料設計したにちがいないことが明白なのだ。もっともこのような耐久性の寿命予測についてアーレニウスプロットを行うことはJISでも決まっていたり、教科書に書かれていたりするから始末に悪い。
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二世代めのH社プ〇リュードXXを買ったときの話。新車が納入された時に、営業マンが「科学的にそうなります」と言ったウソをおかしいと思いつつ信じた失敗。
新車だから傷一つ無いのだが、とりあえず外観チェックしたところ、ボンネットが少し浮いている。営業マンに言わせるとデザインからそのように見えるのだという。しかし、横からフェンダー部越しにボンネットの端を見ると確かに少し浮いている。
営業マンに同じように見てもらったら、この事実を認めた上で、ボンネットを開けて、その裏側についていたゴムのクッションがまだ新しいから少し浮いている、と回答してきた。
そして、半年も乗れば目立たなくなる、とも。６ケ月点検の時に、まだボンネットの浮きが収まっていないので、営業マンに問いただしたら、毎日点検をされていないからゴムがへこまないのだ、という。あたかも日常点検を行っていない当方が悪いような言い方だ。
ゴムの知識は当方が上だという自信があったので、それではゴムがへたって、いつ頃このボンネットの浮きは収まり、フェンダー部と高さが同じになるのか、と質問したら、ゴムは樹脂と異なるので、科学的に考えてもそのうち必ずへたり同じ高さになる、と答えてきた。
６年間乗ったが、最後までボンネットがわずかに浮いた状態は変わらなかった。ボンネットの浮きは、ゴムのパッキンの影響では無く、取り付け時のわずかな狂いが原因、と車を買い換えたときのディーラーのエンジニアから言われた。そして下取り後中古で販売するときにゆがみを調整するとのこと。
ゴムはクリープで時間が経てばその厚みが変わる可能性があり、当方もその科学的知識からH社営業マンの言葉を信じたことが間違いだった。この出来事以来、ホ〇〇車を買わないようになった。
そして他社の車で問題があるにもかかわらず下取り価格を高くしてくれた日〇を乗り継いでいる。ところがその会社は無資格検査員が新車検査を行っていたとつい最近問題になった。
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高分子の結晶や非晶の性質などを考えていて、高分子の流動性を制御するアイデアを思いついた。これは、フィラーを高充填した熱伝導樹脂の問題にも活かせるはずだ。
フィラーを添加して熱伝導樹脂にする技術は、成形性を考慮し既存技術の範囲で問題解決するとそのフィラーの充填率に限界が出てくる。また、その限界の中で熱伝導率の高いフィラーの特徴を活かすことができない。
公知のように熱伝導樹脂では、充填率を５０vol%以上にするとフィラーの熱伝導率の効果が少し出てくる。さらに充填率をあげてフィラーの熱伝導率を活用するにはフィラーの粒径分布をデザインしなければいけない。
ここまでは２０世紀の形式知の範囲で問題解決できる。しかし、このような高充填率では、熱伝導樹脂の流動性が損なわれる。この問題の解決方法について形式知だけでは問題解決できない。非科学的な経験知が重要になってくる。
電気粘性流体の増粘問題は、その解決法を上司や他のメンバーに忖度して形式知の範囲で科学的に説明している。しかし、女神が確かにほほえんでくれた。残念ながらその微笑みはカーボンで汚れた微笑みのためあまりきれいではなかった。
その時はきれいではなかったが、大切にしてきたところ、昨年女神の顔が美しくなり、新たな材料の開発に成功した。この発明は瞬間芸的に生まれている。当方の発明では女神との交際期間が長くなるので、このような瞬間に生まれる場合が多い。
新たな開発成果は、高分子の流動性を著しく改善する技術である。現在の所、実施例は少ないが、用途が広がれば新たな形式知を生み出す発明になるかもしれない。このようにフィラーを用いた高分子の機能化ではフィラーよりも高分子の技術が重要になってくる。
既存材料の熱伝導率については２０世紀に測定されている。現在進歩が遅れているのは高分子物理の世界で、金属材料やセラミックスでは形式知の体系が固まっているが、高分子についてはいまその階層構造の認識が実務に広がり始めた段階である。
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電気粘性流体の増粘問題は、２０年以上前に転職する遠因となった成果だ。ここで得た経験知は、混練と界面活性剤に関する科学体系の違和感に気づき整理できた。
企業に勤務する技術者のメリットに女神に遭遇できる現場をあげることができる。そこにいるのは男神かもしれないが、当方には皆女神に見える。
自分の目指すキャリアの方向と異なる女神でも大切にすべきである。やがて彼女らは自分のキャリアを変えてしまうかもしれないが、それも受け入れる寛容さが必要だ。むしろ煩悩と戦う苦しみより良い結果が生まれる。真摯に取り組む限り科学や技術の世界に不道徳とならない。
ゴム会社でセラミックスの研究を続けたことで科学の面白い側面に気がついた。同じ材料科学分野でも現象のとらえ方が少し異なる。
例えば結晶という概念は鉱物の研究から生まれた無定義用語であり、セラミックスと高分子では、結晶の取り扱いが異なっている。このように書くと大学の先生に叱られるかもしれないが、少なくとも当方には、高分子結晶や非晶の取り扱いはセラミックスにおけるそれと異なるように見える。
高分子結晶の研究では、セラミックスの結晶と類似の方法で現象を整理している。この意味で取り扱いは異なっていないように見えるが、それは高分子の結晶化がセラミックスのそれと同じ機構と仮定してのことである。
もし高分子の結晶化機構がセラミックスと異なるならば、異なる取り扱いをしなければならないはずだ。しかし、高分子の結晶に関する論文を読むとそのあたりが曖昧になっており、その曖昧さのため取り扱いが異なるように見えてくる。
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