３０年ほど前に半導体用高純度炭化珪素という素材を開発し、高純度炭化珪素の事業を立ち上げた時の経験談です。この材料は、パワートランジスタ用のＳｉＣウェハーや、ＳｉＣヒーター、その他半導体用冶工具に使われており、基礎研究の反応速度論は私の学位論文になっていますので国会図書館で閲覧可能と思います。技術の詳細は公開資料を見て頂くと本事例の意義等ご理解頂けると思いますが、３０年前には誰も実験をしようとしなかったアイデアをどのようにひねり出したかという体験談です。今では大したアイデアではありませんが－－－
炭化珪素を合成するためには、炭素源となる材料と珪素源となる材料を均一に混合し、１５００℃以上の高温度で反応させる必要があります。当時炭化珪素を高純度化する方法の開発が盛んに行われており、「炭素源としてフェノール樹脂を、珪素源として高純度シリカ」を用いる組み合わせ、あるいは「高純度炭素粉と珪素源としてポリエチルシリケート」を用いる組み合わせも検討されていました。しかし、「炭素源としてフェノール樹脂を、珪素源としてポリエチルシリケート」を用いる組み合わせに関しては、特許も含めて全く技術情報が存在していませんでした。高分子の研究者ならばすぐにその理由がわかると思いますが、「この組み合わせで均一な混合物を得ることができない」、ということが常識だったからです。理論的にもフローリーハギンズの理論から相分離する組み合わせで、この検討を行う動機となる（素直な？）科学的根拠は、均一に混ぜるために他の化合物を添加する（不純物になります）方法以外に見当たりませんでした。科学的には否定される（ような）組み合わせでしたので、私の学位論文では、均一な化合物ができているところから始まっています。均一な化合物を合成する過程そのものも科学的に取り組むならば、学位取得者が２－３人出そうな分野であり、私はそこを自分の研究対象から外しました。しかし、科学的に「完璧に」否定できなかったので、当時の科学的常識では説明できないことを技術として完成させることにチャレンジしました。
科学的に「完璧」に否定できなかった理由として、リアクティブブレンドの可能性があったからです。今ではリアクティブブレンドは常識ですが、当時はまだゴムの改質技術として一部で使用されているだけでした。「ＡとＢが混ざらないならば均一な物質はできない」というのが常識で言われていた命題でしたが、この対偶は、「均一な物質ができるならば、ＡとＢがまざる」となります。ＡとＢが必ずまざる可能性としてリアクティブブレンドが浮かび上がりました。論理学である命題の対偶どおしは真である、すなわち対偶の関係にある命題は同じ結果が得られますのでアイデアを考えるときに便利です。ある命題を考えていてアイデアが出ないならば、その対偶の命題を考えるとアイデアが出やすくなることがあります。
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天才とは９９％の努力と１％の霊感、というのはエジソンの有名な言葉ですが、この言葉の意味に関して、「天才には努力が必要」という意味と、「１％のひらめきが無ければ９９％の努力は無駄である」という意味の２通りあるそうです。後者の意味の存在を知ったのは１０年ほど前ですが、後者は発明という行為を知らない日本人がエジソンの言葉を誤訳した、と思っています。また、後者は「努力」という行為を軽視しているように思います。曖昧な目標に対する努力は無駄になる可能性が高いですが、正しい明確な目標に対する努力については、必ず何か成果が出ると思っています。さらに、ひらめきが努力の結果生まれることも経験しています。エジソンの言葉は凡人が発明に対して努力するときの激励文と捉えています。
さて、１ケ月前家族でテルマエロマエという映画を見ました。古代ローマ時代の浴場と、現代の日本人の風呂好きをテーマにしたコメディーで、マンガ大賞を受賞したマンガを映画化したものです。現代日本にタイムスリップした古代ローマ人の浴場設計技師が、日本の風呂に使われている技術を古代ローマの浴場設計で実現する、というストーリーで、久しぶりに大笑いする映画を見ました。アニメではなく阿部寛主演の実写版で、発明という行為を豊富なお笑いのアイデアでうまく表現していました。作者の意図がそこにあったかどうか不明ですが、浴場設計技師の霊感がタイムスリップによりもたらされた、という荒唐無稽のシナリオは、体験からアイデアが生まれる、あるいは努力の結果アイデアが生まれると作者が言いたかったのではないか。単なるマンガなので、そこまで作者は意図していなかったかもしれないが、知らないうちにテルマエロマエを見ながらエジソンの言うところの霊感について考えていました。現代技術の塊の風呂の設備を古代ローマで実現する作者のアイデアもたいしたもので、新発明の古代ローマの浴場は、役者の大まじめなリアクション以上に笑えるシーンです。
エジソンの有名な激励文に使われている霊感が、天才だけの特権ならば、凡人が日々発明に汗を流す努力は無駄かもしれませんが、もし霊感を誰でも持つことができるのであれば、すなわちテルマエロマエのタイムスリップに相当する方法があるならば、多くの発明を生み出すことに貢献できると思います。弊社で考案したK0チャートとK1チャートによる思考実験のシナリオ作成と思考実験の実行は、テルマエロマエのタイムスリップと同じような効果を期待できます。
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マッハ力学史には科学の無い時代の思考方法が紹介されています。
例えば万有引力の法則を発見したニュートンの思考実験。
マッハはニュートンの思考実験を非科学的と認めつつも新しいアイデアを生み出すのに有効な方法としてアインシュタインに紹介しています。そして、紹介されたアインシュタインも非科学的と思いつつそれを用いて相対性理論を生み出しています。
思考実験をどのように行えば良いのか？残念ながらマッハ力学史には思考実験の有効な進め方が書かれていません。弊社で販売中の研究開発必勝法プログラムでは、K0チャートとK1チャートを用いて思考実験のシナリオ作成を行います。これは、私自身３０年間研究開発の現場で行ってきた方法で、TRIZやUSITのように科学的ではありませんが新しいアイデアを出すには有効な方法と思っています。この方法を用いて、フローリーハギンスの理論では非相溶系で均一にならないとされる高分子の組み合わせでも、均一に混合できる混練技術を開発しています。すでにコニカミノルタから特許が公開されていますが、PPSと６ナイロンの組み合わせで透明な樹脂液が混練機から出てきたときには感激しました。現代の科学の視点では非科学的成果ですが、哲学者イムレラカトシュの言葉「現代の科学で完璧にできるのは否定証明だけである」という名言を思うとき、新しいアイデアは科学的制約の中では生まれにくいように思います。科学的制約を離れ、目の前の現象の観察を注意深く行い自由な発想を進めることこそ重要と思います。PPSと６ナイロンの相溶化技術はそこから生まれた非科学的成果です。
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目の前に問題があり、その解決策を考えるときに、一般的には仮説を立て、前向きの推論を展開します。学校でも基本の推論の進め方として前向きの推論を最初に教えます。集合と論理のところで、推論には逆向き（後ろ向きと説明されていますが）もあることを学び、必要十分条件という大切な言葉を知ります。すなわち厳密な証明では、前向きの推論と逆向きの推論の両方で真になることを要求される、と学びます。
逆向きの推論では、一発で結論に結びつく解決策が得られますが、前向きの推論では、複数の解決策を考えることになります。なぜこのようなことになるかは、論理学の教科書に任せますが、必要条件と十分条件という事柄と関係しております。前向きの推論では、複数の解決策を考えますが、その中に本当の解決策では無い場合も含まれています。そこで仮説に基づく実験を行い、正しいかどうか確認をしているのです。日々の研究開発では、余裕のあるときにはこれで良いのですが、余裕の無いときには、正しいかどうか不明の場合でも結論を出してしまう間違いをしてしまいます。先日の電気粘性流体の事例におけるプロジェクトメンバーはまさにこの間違いをしたわけです。
これを防ぐにはどうしたらよいか。それは逆向きの推論を行い、結論に直接結びつく解決策を見つけておいて、前向きの推論を展開すれば良いのです。前向きの推論で見いだされた解決策の中には、逆向きの推論で見いだされた解決策も必ず含まれており、それは必要十分条件に相当する解決策です。実務においては、ケンシューオリジナルのK0チャートとK1チャートが役に立ちます。研究開発に必ず成功する解決策を迅速に見いだす手法を提供しています。
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先日の電気粘性流体がゴムの添加物で增粘するという問題。
界面活性剤の検討を私が行う前に、開発プロジェクトでも界面活性剤について１年近く検討していました。なぜ私が１週間で見つけられた解決策をプロジェクトメンバーは見つけられなかったのか。私は逆向きの推論で得た対策が唯一の解決策と信じ、とにかくその解決策だけに集中して全ての材料を検討しました。しかし、プロジェクトメンバーは、界面活性剤は一つの解決策であり、他の解決策、例えば添加剤をすべて抜いたゴムを使用する、とか、ゴムの表面を電気粘性流体に直接接触しないように対策をとるとか、前向きの推論で考えられる全ての対策を検討していました。
研究開発で考えられる全ての条件を検討する、という姿勢は間違っていません。私はそのために思考実験を併用するようにしてきました。研究開発で考えられる全ての条件を検討する姿勢は大切ですが、もっと大切なことは迅速に問題の解決策を実現することです。
界面科学の研究者に叱られるかもしれませんが、界面活性剤の科学は未だに未完成です。モデル系の科学はかなりのところまでできておりますが、市販されている界面活性剤を用いたときに生じる現象を科学ですべて説明できません。このような分野を技術に用いるときには注意が必要です。哲学者イムレラカトシュの言葉ですが「現在の科学の論理でできるのは否定証明だけ」といわれているように、科学的に考えられる条件だけ検討しても正解が得られないことがあります。私は、実験を行うときに、界面活性剤として市販されている材料以外に、界面活性剤としても使えそうな材料も選択し、現象を観察しました。実験結果は、市販の界面活性剤の中には目標とする添加剤は無く、界面活性剤と似た構造の化合物が正解である、と出ました。正解が出てからモデル実験を行いましたところ、選ばれた化合物は立派な界面活性効果を示しました。
私は界面活性剤について、全ての可能性ある対策を検討するようにしましたが、開発プロジェクトのメンバーは、ゴムの添加剤の弊害を抑制する全ての対策を検討し、それぞれの対策については、全ての検討をしていませんでした。この違いがでる原因の一つに前向きの推論に頼る開発計画があります。対策のそれぞれについても全ての検討を行うべきだ、というのは結果論として言うことができますが、前向きの推論で行っているときに、それぞれの対策について、全ての可能性を残らず書き上げることは、不可能ではないですが、日常の業務の中ではかなりの困難を伴います。逆向きの推論は直接の解決策だけが得られますので、選択と集中を行うには大変便利な推論の方法です。「なぜ当たり前のことしか浮かばないのか」をご一読ください。
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もう２０年以上前の開発事例なので少し恐縮いたしますが、電気粘性流体の開発をお手伝いしたときの話。
当時私は住友金属工業の小嶋さんと半導体用高純度ＳｉＣ事業立ち上げの準備をしていました。ゆえにここでお話する事例は、私の担当業務ではありませんでしたが、１年以上開発しても解けなかった問題が１週間で解けたという成果であり、問題解決法の事例として説明しやすいのでとりあげてみました。
電気粘性流体を開発していたプロジェクトリーダーから、電気粘性流体をゴム容器に入れて使用しているとゴムの添加剤が電気粘性流体へしみ出してきて增粘するので困っている、という相談を受けました。電気粘性流体というのは絶縁オイルの中に半導体微粒子を分散した流体で、電場を2kV／mm程度かけると半導体微粒子が電極間で並び、固体のような状態になる性質をもった液体です。電場のonとoffで固体と液体の状態を制御できる当時の先端材料でした。しかし、材料開発を１０年ほど担当してきた立場で当時の電気粘性流体を眺めたときに、相談内容以外に機能材料として致命的な問題をいくつか抱えていました。しかし、相談内容が最重要課題と言われ、しぶしぶ１週間で相談内容の解決をいたしました。アイデアは採用され特許出願もいたしましたが、実験を始める前に相談者からは、「そんなことはすでに検討したが、だめなアイデアだ。」と却下されました。しかし、次の解決法で無事実用性のあるアイデアに仕上げることができました。却下されても、できてしまえば採用せざるをえません。余談ですが、自分のアイデアが却下されても短期間でアイデアを実現してみせる実行力は、研究開発者として大切です。軋轢が生まれるかもしれませんが、企業にとりまして成果の出せる研究開発者こそ大切にしなければならないと思います。研究現場の健全な競争を奨励し、研究開発の競争で生じた摩擦を解消するようにマネージャーは務めなければなりません。
１．あるべき姿の具体化：ゴムの添加剤が電気粘性流体に分散していても、增粘しない。
２．現実：ゴムの添加剤が電気粘性流体に分散すると增粘する。
３．問題：ゴムの添加剤が電気粘性流体に分散しても增粘しないようにするにはどうしたらよいのか。
あるべき姿から逆向きに推論しますと、ゴムの添加剤がミセルに閉じ込められて、微粒子と独立して安定に分散している状態を作り出せば良い、という課題がわかります。また、それ以外の課題は、学術領域の知識を調査しても思いつきません。課題が一つの大変単純な問題です。課題を思いつくかどうかは、学術領域の知識を整理できているかどうかに依存します。整理できていなければ、コロイド科学の専門家に相談すれば良いのです。この問題では課題が一つなので、前向きの推論でも逆向きの推論でも必ずたどり着く課題です。ただし、逆向きの推論ではこの課題だけ思いつきますが、前向きの推論では、ゴムから添加剤が出ないようにするといった他の複数の課題も考えることになります。逆向きの推論の効率の良さは、結論に直結する解決策を一発で思いつくことができる点です。この課題は、プロジェクトリーダーも思いつき、１年探索したそうです。しかし、安定なミセルはできても対策がうまくゆかなかったそうです。しかし、私は１週間で成功しました。この事例では思考実験が大きな役割をはたしました。
＜思考実験のストーリー＞
ゴムの添加剤が電気粘性流体へしみ出してくる。安定なミセルが、ゴムの添加剤をミセルに閉じ込め、分散し、增粘しない。ここで、もしミセルがゴムの添加剤で不安定になり、壊れると增粘するはずだ。壊れずに安定なミセルを形成できる界面活性剤ならば、增粘した電気粘性流体に添加しても、粘度を低下できるはずだ。
この思考実験から、実際の実験方法として、ゴムの添加剤で增粘した電気粘性流体へ界面活性剤を添加し、粘度を低下させる実験が有効である、と思いつきます。様々なＨＬＢ値の界面活性剤を１００種ほど集めて、ゴムの添加剤で增粘した電気粘性流体へ界面活性剤を添加する実験を行い、大変狭いある領域のＨＬＢ値の界面活性剤で、電気粘性流体を安定化出来ることが、１週間でみつかりました。（実際の実験は、１００本ほど小さなサンプルビンを並べて增粘した電気粘性流体と界面活性剤を混ぜて１週間毎朝サンプルビンを振り観察を繰り返しただけです）
問題解決法を用いない場合には、電気粘性流体に界面活性剤を添加し、ゴムのケースに入れ耐久試験を行う実験計画を立てるかと思います。前向きの推論で考える場合には、このような実験計画になります。これでも見つけることはできますが、効率が悪いように思います。逆向きの推論と思考実験（前向きの推論）を組み合わせることで、効率よく確実な解決策を見つけることが出来ます。
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ブリヂストンとコニカミノルタの両社における３３年間の研究開発経験をまとめた「なぜ当たり前のことしか浮かばないのか」に、経験から得た問題解決のコツを書いていますが、この本のポイントは「逆向きの推論」と「思考実験」です。「問題とは、あるべき姿と現実との乖離」で、問題解決の結論となる「あるべき姿」から逆向きの推論を行い解決策を探る方法は、成功体験を一度経験するとやみつきになります。理由は、解決策のアイデアが早く得られるからです。「思考実験」は、前向きの推論で進めますが、この方法で見落としていたアイデアを思いつくことが出来ます。３３年の経験から「逆向きの推論」と「前向きの推論」では、得られるアイデアが異なるので、両者をうまく活用することが問題解決のコツである、と思っています。
最近、「すべての仕事は「逆」から考えるとうまくいく（ＢＣＣ＆マッキンゼーで磨いた問題解決の手法）」という本がベストセラーになっているそうですが、本の中身は、表題のコンセプトを礼賛したもののようです。たまたま、弊社の研修プログラムに用いているエンジン部分を「問題は結論から考えろセミナー」として公開してから、ベストセラー本の話を知り、読んでみました。もし、問題解決のコツを知りたいのであれば、弊社の電子セミナー「問題は結論から考えろ」もお奨めです。
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例えば高分子材料技術についてアイデアをひねり出したいときに、その分野の知識不足が原因となり、アイデアが出なかったり、出ても実現できないアイデアであったりした経験はありませんか？
アイデアマンと呼ばれる人を見てきた経験から、問題を前にアイデアを出すためには、幅広く知識を身につけていることが必要と感じています。高分子科学を学んだことのない人を対象に、素人向けのガイドブックが売られていますが、そこから特許出願できそうなアイデアが生まれる可能性は少ないように思います。「高分子材料のツボ」セミナーは、専門外の人にとっつきにくい内容も入っていますが、高分子材料技術全般について、まず知っていなければならない知識を選んで構成し、アイデアを生み出す基となることを狙っております。
相溶とＳＰ値、χパラメーターなどは難解な高分子物理のテーマで、素人向けの入門書には出てきません。しかし、コンパチビライザー（相容化剤）とかポリマーアロイなどという単語は、高分子材料を扱う場面では頻繁に出てきます。とりあえず関連した項目をまとめて頭の中に知識として入れておかなければ、アイデアをひねり出すことが出来ません。専門外の人にやや難しいかもしれませんが、「高分子材料のツボ」セミナーは、専門書よりもアイデアを出すために役に立つと思います。
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ゴムの混練と樹脂の混練は、１００年の歴史の差以上に考え方に違いがあるように思います。
樹脂の混練では、高分子にダメージを与えずに混ざっておれば良い、と考えている人が多いのではないでしょうか。
今から約１０年前、高分子精密制御プロジェクトという国研でＥＦＭという装置について検討されたこともありましたが、生産性が悪く普及していません。
最近カオス混合に近い効果のある、生産性が従来と同等の混練技術が開発され特許出願もされていますが、あまり注目されていません。樹脂の混練について関心が低いのでしょうか？
高性能なポリマーアロイあるいはポリマーブレンドを実現するためには、組成以外にプロセシングも重要です。
もし樹脂の混練でお悩みの方は弊社へご相談ください。
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高分子材料開発を行うとき、あるいは高分子材料が使用される製品開発を行うときに知っていると役に立つ項目をまとめ「高分子のツボセミナー」として販売しました。
このセミナーのテキストは、講師が３５年間の研究開発で使用していたメモを基に公知の内容で構成しました。高分子材料の教科書には入っていない項目があったり、また一般の教科書とは少し説明の視点が変わっているのはそのためです。
例えば、靱性については線形破壊力学の説明を採用している教科書もありますが、本セミナーのテキストでは、あえて材料のライフのデータ（古いゴムの耐久寿命のデータです）を用いて説明しています。
これは、実務で耐久寿命は重要なパラメーターですが、靱性と無関係として扱いがちなので、注意を喚起する目的でセミナーのような説明にしております。
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