これは６月末に参加した高分子自由討論会で勉強した結果であるが、ポリカーボネートという樹脂は高分子のからみあいが原因で面白い特性が観察されるという。T大O教授の講演であるが、当方も昨日紹介したいきさつがあり、ご発表といくつか一致するデータを持っていた。
この先生のご発表は実務に直結する話題が多く、高分子自由討論会の楽しみの一つである。発表内容含めここで書くわけにはいかないので、ご興味のある方は弊社へ問い合わせていただくか、来年度参加されてはいかが？まことに自由な討論会で楽しい。参加費も巷のセミナー費よりも安い。
さて、この先生のご発表を公開するわけにはいかないが、以下は受け売りであることを前提に読んでいただきたい。早い話が当方のこれまで悶々としていた問題を明快に解いてくださったその結果を当方の責任で書く。
まず、PCの難燃化について。一部のPCを除き、PCの難燃性は高く難燃剤を添加しなくとも自己消火性を示す。しかし、これがポリマーアロイになると難燃剤が必要になる。ところが混練条件により難燃性が変化するのである。PCマトリックスにおける難燃剤の分散状態が変わるため、と予想していたが、「なぜ」が分かっていなかった。
難燃剤の分散状態にPCの絡み合い密度が関係している可能性があり、混練条件によりそれが変化するため、と勝手な想像をしてみた。昨年行った実験結果を見てみると、その傾向が出ていた。この絡み合い密度の問題は難燃剤の分散状態に影響があるだけではない。
射出成形性にも影響がでる。これは極端なサンプル比較を行うとわかりやすい。例えばカオス混合を行ったPC/ABSと行わなかったPC/ABSでは、前者の方が射出成形のOWが広くなる。これは、粘弾性の周波数分散を見ても理解できるが、O教授の考察を拝借すれば見事に説明できる。
科学は技術開発で遭遇する現象を解明してくれる。科学において技術とは全く異なる実験の場で出されたデータとその考察を技術開発の現場で用いることができるのは、真理が一つという信頼があるからである。
カテゴリー : 高分子
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PC/ABSやPC/PET、PC/PSなどポリカーボネート（PC）系ポリマーアロイは、高い難燃性と力学物性、及び成形体の高品位な外観が得られるなどバランスがうまくとれた樹脂なので、テレビやオフィス機器はじめ電子機器の外装材として多くの分野で活用されている。
ところが射出成形体でエラーが多発しやすい材料でもある。現場ではPSに比較して射出成形条件のウィンドウが狭い問題や、力学物性ばらつきの問題などが指摘されている。単身赴任した５年間でもいくつかの問題に立ち会った。コンパウンドの製造工程におけるトラブルが主原因で起きた謎のケミカルアタック問題以外は、PCという高分子の根本的な問題だろうと思っている。
例えば、様々な混練条件で混練されたPCの熱分析を行うと、DSCで測定されたTgのプロファイルが変化する。Tgが二つ現れる場合もある。粘弾性特性も変化する。これがポリマーアロイになるとさらに複雑な変化となる。最も市販品ではそれなりに品質管理が成されているのでその変化は小さいが、例えばPCとABSをそれぞれのバージン樹脂を用いて混練してみると混練条件で力学物性は大きく変化する。
難燃剤などの添加剤を加えてゆくと射出成形性に影響が出てくる。こうした実験を行うとPC系のポリマーアロイが単なる混合物ではなく高い技術に基づき生産されている樹脂であると理解できる。そしてコンパウンディング技術の重要性を認識でき、二軸混練機の限界まで分かってくる。
謎のケミカルアタックの問題でPC/PSというポリマーアロイを提供しているメーカーの技術者と議論したら、手離れの良い樹脂だった、という発言が飛び出した。おそらく現場で起きるであろう様々なエラーなど考えずに開発を行ったと思われる。納入されたコンパウンドをカオス混合で混練しなおすとはるかに成形性が良くなったのだ。
例えば、納入された樹脂で外装材を成形すると、部位により４０％以上の強度のばらつきが生じるが、混練しなおしたコンパウンドでは１５％程度のばらつきに収まった。明らかにコンパウンドの混練不足であることがわかる。このコンパウンドについて謎のケミカルアタックの問題が起きたときにはコンパウンディングの現場でエラーがあったことも判明した。ところがエラーが無いときでも射出成形体の各部位において力学物性がばらついていることも調査してわかった。
５年間の単身赴任で学んだのはコンパウンディングメーカーの不誠実さである。射出成形現場で問題が起きたときに協力する姿勢を見せてくれるのだが、根本的問題解決をしない。謎のケミカルアタックの問題では現場監査を強引に行って解決できた問題である。PC系のポリマーアロイではないが中間転写ベルトの問題解決では予定外のコンパウンド工場を建てるところまでやらなければならなくなった。
コストの問題もあると思うが、PCという樹脂の複雑さを理解してコンパウンドメーカーは対応して欲しい。もし対応できなければ弊社に相談していただくと問題解決のお手伝いをいたします。
カテゴリー : 高分子
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エンジンとモーターを組み合わせたハイブリッド車が大手自動車各社から販売されている。このハイブリッド車の技術は燃費を改善するための機能を実現したものと思っていたが、燃費の改善を最重要視しているタイプと車の運転の楽しさを重視したタイプの２種類があることを最近知った。前者の代表はトヨタで後者はスバルである。
おそらく自動車の大半は電気自動車に置き換わるだろうが、そのつなぎとしてハイブリッド車が位置づけられている、と思っていたら、そのトヨタがダウンサイジングターボ車を販売しだした。いろいろ調べてみると、ハイブリッド車が主流なのは日本だけで、欧米ではダウンサイジングターボやグリーンディーゼルと呼ばれる技術を採用した省燃費車が主流らしい。
これは化石資源を枯渇させないための技術を目指した過渡期の現象だが、ガソリンの置き換えが電気になるのかそれ以外かはユーザーが選択する時代に入ったようだ。デンソーはバイオディーゼルの開発を行っており、これが成功すればグリーンディーゼルも未来技術の視野に入ってくる。また、脱石油以外に地球温暖化対策として水素社会実現を目指した燃料電池車も未来の自動車として期待されている。
車の機能を実現するための動力として、ノーマルエンジン、ダウンサイジングターボ、グリーンディーゼル、ハイブリッド、燃料電池車やノーマル電池車が今市場に出てきており、ユーザーが未来の自動車を選択する、すなわち自動車メーカーと価値を共創する「実験の時代」なのだろう。
ノーマルエンジン以外のすべての省燃費車に試乗していないので動力源が車の価値へどのように影響するのか論じれる立場ではないが、一例としてハイブリッド車について市場評価を調べてみると、省燃費性が低いにもかかわらずスバルのハイブリッド車の評判が良い。ハイブリッド車としては出力が低いモーターとエンジンとを組み合わせており、大きなモーターと組み合わせているトヨタの技術の対極にある。
ホンダからハイブリッド車が初めて登場したときに用いられていたモーターと同じ出力で、トヨタが自社の車を腕力のある若者二人が自転車に乗っている姿で、ライバルをよぼよぼの老人二人が乗った自転車の姿で例えた比較広告を行っているが、１．５ｔもある車に用いるには小さな出力のモーターである。
しかし、スバルの場合に小さなモーターと組み合わせているのは、トヨタ８６のエンジンの流れを組む2000ccの力強いボクサーエンジンである。エンジンの低回転域で不足するトルクを補うようにモーターは機能し、その結果レクサスのような高級感のある乗り心地になるという。すなわち、ハイブリッドの持っている機能を、省燃費ではなく自動車運転時の高級感という機能に転化した技術で、スバリストという独特のファンがいるのもうなづける。
カテゴリー : 一般
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高熱伝導性高分子を微粒子分散系高分子として材料設計するときに、パーコレーション転移だけを考えているとうまく材料設計ができない。しかしその現象にはパーコレーションは関係している。複合材料の力学物性にもパーコレーションは関係しているが、その様子は電気抵抗測定の結果のように明確に観察されない。
微粒子分散系高分子において、微粒子の分散状態を科学的に論ずる場合には、クラスター生成を確率で取り扱うパーコレーションが科学の世界では一般的である。もう昔のような混合則で議論していては時代遅れである。
技術の世界では、現象をシミュレートするのにパーコレーションだろうが混合則だろうがかまわない。もし、ある微粒子分散系高分子にうまくフィットする混合則の式が見つかれば、それを用いて材料設計を行えば良い。現場の不良を考察するときには電卓を活用するが、そのようなときに混合則は便利である。
プロセスに異常があり、微粒子の添加量にエラーが生じているかどうか混合則で結論を出すことができる。技術では、機能が重要であり、微粒子のクラスター生成を議論することが目的ではない。このあたりを勘違いして大騒動になったのは、理研のSTAP細胞である。
STAP細胞を技術として扱っておれば、あのような結末にならなかった。もし技術として扱っていたならば、繰り返し再現性が上がるまで発表を控えただろうと思われる。STAP現象から再現性よく機能を取り出す手段が見つからなければ、STAP細胞ができないことは技術者ならばすぐに理解でき、実験をそのために計画する。
科学の研究を行っているのか技術開発を行っているのか自分の行為を明確に認識して取り組まなければ良い結果が生まれないのは高熱伝導性高分子の開発の場合も同様である。技術開発をやっているつもりで、パーコレーション理論にうまく合わないから、といって研究に取り組んでみるのは「時間とお金」があるならば良いことかもしれない。
しかし、パーコレーション理論にうまく合わない現象としてあきらめ、技術として試行錯誤で取り組むのも技術者ならば間違いではない。もしSTAP細胞についてそのように技術として取り組み技術として完成してから発表していたなら、あのような大騒動にならなかったろう。
技術開発の現場で面白い現象に遭遇すると科学の世界に目を奪われたりするが、そこをぐっとこらえて技術開発ができるようになりたいと思っている。科学の世界は技術開発が終わってからの楽しみにするようなストイックな技術者でありたい、と努力してきた。
カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子
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高分子は絶縁体であるとともに熱を伝えにくい材料でもある。ゆえに高分子を熱の良導体にするには、半導体高分子の設計と類似しているが、微粒子を分散することになる。
面白いのはパーコレーション転移と同様の現象が現れることである。しかし、半導体材料を設計するときとその現象の様子は少し異なる。エレクトロンとフォノンでは性質が異なるためだが、これも教科書にうまく説明されていない。
具体的な現象として、高分子に電気抵抗が低い微粒子を分散すれば、その導電性に応じて、微粒子分散系高分子材料の抵抗が下がる。しかし、熱伝導性樹脂の場合には、いくら熱伝導性が低い粒子を添加しても、その微粒子の熱伝導性に見合うほど樹脂の熱伝導率が下がらないのだ。
この現象に初めて接するとパーコレーションのいたずらか、と考えてしまう。しかしそれだけではない。電子伝導はトンネル効果のおかげで微粒子が多少離れていても起きるが、伝熱では微粒子の不連続点で極端に伝わりにくくなるのだ。
その結果、熱伝導率が異なる微粒子を集めてきて添加量と熱伝導率の関係をプロットすると、皆同じ曲線にのってしまう。ゆえに効率よく熱伝導樹脂を設計したいなら、科学的に考えるよりも技術的に考えた方が良いアイデアが出てくる。実際に特許なども公開されており、この分野の特許は読んでいると少し面白い。
カテゴリー : 電気/電子材料 高分子
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ゴム会社で高純度SiCのJVを立ち上げ、写真会社に転職した。ヘッドハンティングのI社から転職を促されていた。頻繁にセラミックス関係の会社をいくつか紹介されていたが、転職するときに社内の規程にひっかかり躊躇していた。
騒動が起きて悩んでいることを伝えたら、すぐに専門と異なる高分子技術の開発センターマネージャーという役職を提示された。写真会社は高分子技術の開発センターを新規に立ち上げるため、高分子技術を事業としている会社から人材を集めていた。
そのセンター長は、フィルムや繊維で有名なT１社から１０年ほど前に転職された定年間近の方で、次期センター長候補としてT１社のライバル関係にあるT2社から来られた方もいた。当方は、研究管理スタッフ主任研究員という肩書きで、専門は問わない、と言われたので転職を決意した。
お二人とも優しい方であった。また、センター長自ら担当者の研究ノートをご覧になられており、丁寧に一人ずつコメントを書かれていた。そのため、センターのモラールは高く、成果が出そうな雰囲気ではあった。ところがセンターの前身となる部署の時代も含め、３年ほど成果が出ていなかった。その結果、当方が転職した翌年には、センターの予算を組み立てることができない状態になった。
そのような状態でも上司は優しかったが、予算を立てられない状態では、その優しさは無意味であった。また、それでも研究ノートへコメントを書く作業を趣味のように続けられており、当方はあせってテーマを見直し組織の組み替え案や企画案を用意した。昭和３５年に公開された酸化スズゾルの特許を見つけたのもこの頃である（注）。やがてセンターはつぶれ、他の不採算部門を集めた技術研究所へ改組された。センター長は退職され、次期センター長はスタッフ部長になられた。
P.F．ドラッカー「経営者の条件」（１９６６）には「仕事上の関係において成果が無ければ、温かな会話や感情も無意味である。貧しい関係のとりつくろいにすぎない。逆に関係者全員に成果をもたらす関係であれば、失礼な言葉があっても人間関係を壊すことはない。」とある。ゴム会社は厳しい会社であったが、今でも人脈はつながっており、このドラッカーの言葉は正しいと思っている。
＊高純度SiCのJVを立ち上げるまで、大学の先輩に当たる本部長は大変厳しかった。今なら周囲から何か言われそうな「女学生よりも甘い」という迷言まで飛び出した。その一言で外部へ営業に出かけることになったが、大変勉強になったとともに成果も出た。人脈も広がった。
（注）金属酸化物微粒子をフィルムの帯電防止技術に用いた商品はライバル会社から販売されていた。１００件以上の特許も出願されており、新たな技術開発は無理だという判断が転職先では出されていた。転職先ではやや性能が劣るイオン導電性高分子を用いた技術が帯電防止技術の中心であった。
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感材に用いるラテックスの製造現場で、合成後の物上げ直前にひしゃくを用いるという２０年以上前に開発された技を発見し使わせてもらった。ところが最初に考案された時に5回使用していた点が気になった。当方の経験では、上手くやれば一回で良いプロセスであり、また現場の作業者も１回でも大丈夫と言っていた。
当方は、個人差と誤差を考慮し３回と決めたが、５回とした理由を知りたかった。しかし、製造現場の手順書は存在したが、開発部門の報告書は廃棄されていたのでそれを知るための手段は無かった。
ひしゃくで表面を５回すくい廃棄しているのだから、物上げを工夫して表面付近のラテックスを廃棄すればよい、と考えたが、それならば、実験室でも再現できそうな現象である。しかしこの現象は実験室で再現できないことがわかった。
そもそもこの二十年以上前に開発されたラテックスと同じ物性のラテックスを実験室で合成できないのだ。工場で生産されたラテックスと実験室のそれを用いて単膜を作り、粘弾性評価を行うと一致しない。両者ともに品質規格内のラテックスができるのだが、粘弾性データを比較すると明らかに異なる材料である。
あれこれ実験を行い、ひしゃく５回の謎を探っていたら、面白いアイデアに気がついた。ノウハウに関する技術であり、公開を差し控えたいが、その技術を用いると工場で生産されているラテックスをコストダウンできることに気がつくとともに、ひしゃく５回を考えた技術者の気持ちを理解できたようなひらめきがあった。
科学的なひらめきではないので間違っているかもしれないが、５回とした技術者はただ者ではない、と想像するとともに、２０年前の技術は現場で最適化された可能性が高いと推定した。この推定から当時の勤務体制と現在の体制との違いも知った。勤務体制が変わったので、ひしゃくの回数を減らすことができた可能性が高い。
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（昨日からの続き）５回を２回に減らして手柄を立てた作業者にコツを尋ねたら、油のようなものが浮いているのを見つけてひしゃくですくう作業だが、うまくやれば１回で済む。しかし５回やれと指示されていたので心配だから、ややてかりのある部分を２回目にすくって終わってみた。その時、特にエラーが発生しなかったので、なぜ５回もやっていたのかと疑問に思った、と怪しい説明が返ってきた。
そして、ある日こっそりと作業そのものをやめたところ規格外になったので、２回に減らす提案をした、とのこと。製造手順書を守らない作業者の問題が気がかりに思えたが、最初にひしゃくですくわれる油のようなものを分析したのか、と係長に尋ねてみた。すると、技術センターに技術が無いので分析してもそれが何だったのかわからなかった、仕方がないので製造部で意志決定しデータを揃え社内の品質会議に提案した、と係長は胸をはって回答していた。
昔開発されたラテックスの製造現場で何が起きているのか興味があったので、その時１回目にひしゃくですくわれた、てかりの多い材料を持ち帰り解析を行ったところ原因がわかった（この部分は当方のノウハウであり、ご興味ある方は問い合わせて欲しい）。単純に組成分析をしても答えは出ないが、ひしゃく作業に意味があるならばそれなりの解析を行うと答えが見つかるのである。ただ解析手法については非科学的発想から出た手法である。
この場合科学的に考える人は、まず組成分析を行う。これは科学的に正しいかもしれない。しかし、当方は技術的発想で考えだした科学的な解析手法をとってみた。そしたら現象をそれなりに説明できる妥当な答えが見つかったのである。この経験から、当方の担当しているラテックスも同じことが起きているのでは、と考え、ひしゃく作業を製造手順書に加えることにした。
但し、２回では不安だった。しかし５回にしても製造現場で昔のラテックス同様に２回にされたら大変である。昔開発されたラテックスが、なぜ２回のひしゃく作業で生産が安定になっているのか不思議ではあるが、２回で問題が起きないならば３回と決めて、この重要な作業の回数を変更前には必ず開発部門の担当者に相談のこと、と付け加えることにした。
３回という数値に科学的根拠など無かった。しかし昔開発されたラテックスと同様の現象が起きているならば、技術的な視点で最低２回はひしゃく作業が必要と考え、安全圏の３回とした。このひしゃく作業を加えた製造手順書で現場の係長から同意が得られたので、コストダウンを現場の成果にして良いことを伝え、開発部門へ提案されたテーマを取り下げてもらった。
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（昨日の続き）結局２週間駐在して観察したが、エラーは一度も起きなかったので、テーマを採用しない方針を製造部長に納得いただいたが、当方が帰ったとたんにエラーが発生したと製造部長から電話がかかってきた。
仕方がないのでひしゃく作業を書き入れた品質規格書を持参し、製造手順を一部修正することで対応して欲しい、とお願いした。この時今だからいえるが、少し誠実でない対応をした。２週間駐在し現場の問題を把握した、それでこのひしゃく作業を取り入れたので品質問題は必ず収まる、と説明したのだ。
製造現場には何も問題は無かった。ただ、２週間の駐在中に時間があったので、現場にあったほかのラテックスの製造手順書を読んでいて、初期に開発されたラテックスの製造手順書にひしゃく作業を見つけたのだ。しかし、２０年近く前の技術で、このひしゃく作業がどのような目的で行われているのか正しく知っている作業者はいなかった。また、開発報告書も保管されていなかった。
製造の係長に、どうでもよいひしゃく作業を省略したら作業効率が上がるのではないか、と尋ねたら、当方は現場を知らないからだめだ、と叱られた。その作業で微量成分を処理しているのだという。しかし、実際の作業を見る限り、完全に除去できているのか分からない作業である。
製造の係長は、昔手順書には５回やれと書かれていたのを２回まで減らすことに成功した、と自慢げに付け加えてきた。なぜ０にしないのか、と尋ねたら、微量成分を理由にした同じ答えが返ってきた。見るからに怪しい作業であるが、現場の作業者は慎重にひしゃくで２回すくう作業を行っている。防護マスクをつけているので息を止めているのかどうかは不明だが、防護めがねの奥の目つきから、それが理解できた。（明日へ続く）
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これは自慢話になってしまうかもしれないが、昨日のひしゃく作業については、マネージャーとして現場で意志決定し、ただそれだけで問題解決した事例である。開発された技術を製造現場へ移管するときの移管作業は慎重に行わなければ痛い目に遭う。
昨日の話で４－５回に１回不良品が発生する、と書いたのは正確ではなく、正しくは、生産立ち上げ時には、２－３回に１回だったのが、４－５回に１回、と変化した現象である。おそらく放っておけばエラーはなくなるのではないか、と思ったぐらいである。
最初にエラーが発生したときに、開発をやり直すかどうか、品質会議でもめた。しかし、田口先生に直接ご指導を頂いたロバストの高い技術である、と言って会議をしのいだ。２回目にエラーが発生し、開催された品質会議では、前回は２回だったのが、今回は３回成功した後のエラーであり、現場でミスが発生したのでは、と押し切った。
しかし、その後もエラーが発生し、廃棄に伴う費用が、製造原価を押し上げる問題となり、製造部門から、重要コストダウンテーマと名前を変えて、開発へテーマ依頼してきた。このような科学的に解明が難しいテーマを引き受けると大変である。また、タグチメソッドで最適化していたために実験室でエラーの再現ができないので因子を見つけることができない。
テーマを引き受ける前に、現場を見させて欲しい、と申し出て、自ら現場観察を繰り返した。不思議なことに生産立ち上げ時には２－３回だったのが、５回続けて生産してもエラーが発生しないこともある。製造部長に何も問題ないではないか、と言ったら、いや、３－４回の頻度だから明日は必ずエラーが出る、と主張した。ところが翌日の生産状況を観察したところ、製造部長の主張むなしく、エラーは発生しなかった。(明日に続く)
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