昨年の話だが、あるメーカーの社長から割れた樹脂の写真が届き、この問題を解決して欲しい、という手紙が入っていた。それ以外の情報は無い。担当者を紹介してもらい、いろいろ伺ったが、要点は熱伝導をあげるために他社と同じような組成にして成形体を作ったが、他社は割れないのに自分のところは割れる、という内容です。
処方は２０年以上前から知られている公知情報なので何とかしたい、というのが担当者の話。特許情報や分析結果から同等の材料を使用しているから不思議だ、という。あまりにも技術を軽視している、と思いましたが、対策を幾つか示し、問題解決をしました。しかし契約をしないで問題解決したためにお酒でお茶を濁すだけの仕事になりました。
コンサルティングを始めたばかりなので頼まれればすぐに対応します。簡単な問題から難しい問題まで、何でもこちら(当サイトのお問い合わせ)からご相談ください。実績豊富な弊社の問題解決法で迅速に対応させて頂きます。
pagetop現象をモデル化し、そのモデルを数式で表現できれば、現象のシミュレーションは容易である。エクセルで容易にグラフが得られる。現象が複雑で単純に数式で表現できない場合には、コンピューターの助けを借りることになります。現象のモデルをプログラムで表現しシミュレーションすることになるのですが、昔はＤＯＳベースで計算結果をファイルに落とすようなプログラムを簡単に作れたのですが、ＷＩＮＤＯＷＳ環境では、最初にＷＩＮＤＯＷＳのデザインをしなければならない。これも適当に行えるとよいのだが、プロパティーの設定ミスがあるとプログラムが予期せぬ動きをする。
オブジェクト指向でプログラミングが楽になった、というが、昔ならばシミュレーションに必要な部分だけで済んだのが、今は作り始める前の準備が大変である。これも慣れれば楽なのでしょうが、プログラミングが商売では無いうえに、年に２－３回しか使わないので、操作方法を忘れてしまう。時折面倒くさくなるとＰＣ９８０１を引っ張り出して、昔使用していたＣでプログラミングを行う。Ｃはオブジェクト指向のプログラミング言語では無いが、Ｃ＃を使ううちにオブジェクト指向の習慣がついて、昔よりも構造体を頻繁に作る。オブジェクト指向ではないプログラミング環境で、改めてオブジェクト指向の意味を考えました。
カテゴリー : 一般
pagetop酸化第二スズゾルをゼラチン水溶液に分散し塗布膜をＴＡＣフィルムに工程条件で形成するとパーコレーション転移を生じないが、分散条件や塗布液、塗布条件を制御するとパーコレーション転移が観察されるようになる。その転移の閾値検出には、２０Ｈｚにおけるインピーダンス変化を利用すると容易である。これは、インピーダンスの周波数分散が、導電性微粒子分散系では低周波数領域で大きく変化する性質を利用している。
この低周波数領域で生じるインピーダンスの異常変化について数値シミュレーションをおこなった。すなわち絶縁性のバインダーをコンデンサー、導電性粒子を抵抗に置き換えたモデルを作り、その数学的表現を検討し、モデルに合致する数式を導き出した。このモデルを表現した数式についてゼラチンの静電容量、酸化第二スズゾル粒子の直流抵抗の値で計算を行うと、酸化第二スズゾルの量が増加するに従い、インピーダンスの値が低周波数領域で異常分散を示す。
この数値シミュレーションは福井大学客員教授をしていた時に、青木幸一先生に教えていただいて行ったのだが、専門が異なると現象を前にした時の発想が異なる面白さを味わいました。当方は、有限要素法に類似の方法でパーコレーション転移をシミュレートするソフトウェアーを完成していたが、それは直流を前提にしていた。交流で計算するには、モデルを組み直し再度プログラミングをしなければならない。しかし数学モデルに持ち込んで数式化し、数値シミュレーションを行えば、エクセルで計算できてしまうのである。このような世界を真剣に勉強したことが無かったので感動しました。
さて、シミュレーション結果は何を意味しているのか。これはモデルと数式を見て考察するわけであるが、数式が複雑なので計算値の変化からモデルの動きを推定した。面白いことに静電容量が異常に大きく変化するところがある。そしてその影響でインピーダンスも大きく変化している。すなわち微粒子のクラスターが多くなることは、微粒子どおしの接触点が増えることを意味し、それは導電性粒子の距離が短くなり静電容量が大きくなる変化と等価で、数値シミュレーションの異常分散が生じていることが分かった。すなわちパーコレーション転移とインピーダンスの低周波数領域における異常分散とは密接な関係があったのである。
一連の成果については１５年前に公開済みで、来年販売する帯電防止技術電子セミナーにおいて説明する予定です。
また、 弊社ではコンサルティング業務を含め、電子メールでのご相談を無料で承っております。
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pagetop酸化第二スズゾルをゼラチン水溶液に分散し、何も工夫せずＴＡＣフィルムへ塗布しますとパーコレーション転移を観察できません。５０vol%も添加するとひび割れる為で、この添加量が上限となり、転移の閾値が観察されないのです。しかし、分散方法や塗布条件の工夫をしますと５０vol%未満でもパーコレーション転移を生じるようになります。しかし、それは工程条件からかけ離れたものです。このときの閾値は、表面比抵抗ではわかりにくい。酸化第二スズゾルの添加量に対する抵抗変化が工夫前よりも大きくなったという程度の曲線です。どこに閾値があるのか不明で、パーコレーション転移の制御技術を開発するためには、まず閾値を見つける評価技術を作らなければなりません。
微粒子分散系のインピーダンスや誘電率は、低周波数側で異常な周波数分散を生じます。ゼラチンをコーティングしたＴＡＣフィルムのインピーダンスを評価しましたところ、酸化第二スズゾルが添加された場合に、やはり異常な周波数分散が観察されました。１００ミクロンのＴＡＣフィルムに０．２ミクロンの薄膜を形成しているのですから、感度が高い検出力です。
様々な条件でＴＡＣフィルムに酸化第二スズゾルを添加したゼラチンをコーティングしたフィルムについてインピーダンスを評価しましたら、１００Ｈｚ以下で急激な変化を示すサンプルがいくつか見つかりました。横軸に酸化第二スズゾルの添加量をとり、縦軸に２０Ｈｚのインピーダンスの値をとったグラフ上にそのサンプル群をプロットしましたところ３５vol%以上のサンプルでインピーダンスの値が、３５vol%未満のサンプルの値に対して１００００倍になるグラフが得られました。表面比抵抗の値はなだらかな変化を示していますが、インピーダンスの値は、クラスターのでき方を検出している可能性があります。
明日は、インピーダンス変化をシミュレーションしました結果を説明します。
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カテゴリー : 高分子
pagetop酸化第二スズゾルは、１次粒子径が１nm前後の粒子が金魚のウンコのようにつながった不定形繊維状の導電体が水中に安定に分散したコロイド溶液です。ラテックスやゼラチン水溶液に分散すると容易に安定な塗布液を作ることができます。この塗布液で塗膜を作りますと、アスペクト比の大きな繊維状導電体にもかかわらず、パーコレーション転移が生じにくい。体積分率で５０vol%前後添加しなければ半導体領域の導電性を示す塗膜が得られない。ところがこれだけの添加量になると塗膜の強度が上がらず、力学物性の良好な膜が得られません。
原因は、酸化第二スズゾルの濃度を上げると、繊維状の導電体が構造を作るためで、ゾルの粘弾性を評価すると構造粘性がいろいろ変化する様子を観察することができる。すなわち塗膜中の導電体の分散状態で決まる構造が、パーコレーション転移に大きく影響をしているため、導電体の高いアスペクト比が生かされていないのです。
この酸化第二スズゾルの水中における構造形成の問題は、塗布液中の酸化第二スズゾルの濃度やその他のコロイド粒子の存在を考慮すると避けて通れない難問です。すなわち導電体繊維が構造を作って分散していることを前提にパーコレーション転移を制御しなければコーティング技術を完成できません。技術の詳細は後日述べますが、パーコレーション転移の制御因子を探索するためには、パーコレーション転移の閾値を正確に評価できる評価技術が必要です（明日に続く）。
カテゴリー : 高分子
pagetop酸化第二スズは、酸素欠陥の量で、物質の抵抗が１０００倍以上変化する。そしてＩｎやＳｂをドープしなくとも１０００Ωｃｍ程度の導電性が出る合成条件も存在する。四塩化スズを加水分解して得られる酸化第二スズゾルは、合成条件を制御すると、１０００－１００００Ωｃｍの超微粒子が分散したゾルとなる。このゾルとラテックスを用いると帯電防止用の透明コーティング剤となる。この帯電防止薄膜は昭和３５年に小西六工業で発明されたが、１９９１年まで見捨てられた存在でありました。
この技術の面白い点は、この材料を評価した誰もがダメな技術と評価していたことです。原因は２つあり、酸化第二スズゾルの粒子の導電性が合成条件により１０００倍以上変化することとパーコレーション転移の制御技術という概念が無かったことである。昭和３５年の特許の実施例には驚くべきこととして処理し、この２点については触れられていませんでした。
パーコレーション転移については、１９７０年前後に数学者の間で研究が盛んになりました。また、高純度酸化第二スズの導電性については、１９８０年ごろに無機材質研究所でその導電性と酸素欠陥の関係が研究されました。このような状況ですから、１９９１年まで酸化第二スズゾルが良好な透明帯電防止剤として認識されていなくとも納得できなくはないですが、昭和３５年の技術は小西六工業で発明されていますから技術の伝承がどうあるべきか、という問題を抱えています。
酸化第二スズゾルが透明導電性薄膜に利用できる、と再発見できましたのは、ライバル企業の特許網がきっかけでした。ライバル企業はＡＴＯを帯電防止薄膜に使用していました。ただ、ＡＴＯは若干青みがかっている問題がありました。この問題について、弊社の電脳書店で販売しています「問題は結論から考えろ！セミナー」や、「なぜ当たり前のことしか浮かばないのか」で取り上げている問題解決法で問題解決し、酸化第二スズゾルの実用化に成功しました。ただ、この企画立案時に調査を行い、昭和３５年の特許を発見したのですが、正直申し上げますと、特許網に穴をあけるには役立ちましたが、新材料開発に対するモチベーションは少し下がりました。
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酸化第二スズの高純度単結晶は絶縁体です。このような金属酸化物は、酸素欠陥が生じると半導体になります。また三価もしくは五価の金属をドープしますと半導体から導体になります。ＩｎをドープしたＩＴＯやＳｂをドープしたＡＴＯは透明導電膜の材料として有名です。１９５０年代にこの化合物の導電性については研究されており、１９６０年には小西六工業から高純度酸化第二スズゾルを塗布した帯電防止フィルムの特許が出願されています。この特許が公開されてからコダックからＩＴＯを蒸着したフィルムの特許が、また富士フィルムから類似の特許が出願されていますので金属酸化物半導体の研究が活発に行われていたものと推定されます。
しかし、１９９１年にコニカへ入社しましたときにこの１９６０年代の状況をご存知の方はいませんでした。たまたま帯電防止技術について特許を整理していましたら、富士フィルムが金属酸化物系透明帯電防止技術の緻密な特許網を構築していた状況に遭遇し、ここにどのような穴をあけたらよいのか興味がわき、詳しく調べてみました。面白いことに１９７０年代中ごろから従来技術に１９６０年代の技術が特許に全然出ていないことに気がつきました。あたかも富士フィルムが特許権について独占しているかのような状況が出来上がっていました。
２０年以上前の特許状況を丁寧に調べていて、特公昭３５－６６１６という小西六工業の特許を見つけました。世界初の塗布による酸化第二スズ透明導電膜の特許です。この特許を軸にして新たな特許網を構築することにしました。無事ライバル特許の緻密な網に穴をあけることができ、デジタル向けの感材の帯電防止技術として使うことができました。
この時の経験は「特許で困ったら温故知新」という格言として当時の部下に伝承しました。
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カテゴリー : 高分子
pagetop今年のベストセラーは、阿川佐和子著「聞く力」。残念ながらミリオンセラーが生まれない年になりました。地域の書店も２０年前に比較し半減しました。ますます本が読まれなくなってきているのです。この傾向は１０年前からあり、一方で専門書は値段が上昇傾向でした。情報はインターネットで容易に入手できるようになりました。インターネットの影響もあると分析されているのですが、書籍の役割はインターネットの情報と異なるところにあると考えています。
弊社は、漫画がヒットしている電子書籍業界に専門書に特化して参入しました。インターネットと書籍の境界に面白い事業ができるのではないか、専門書を安価に提供できるのではないか、と考えて事業を開始しました。弊社の販売しています書籍は、電子書籍ならでは、を目指しています。例えば、写真集「つばめ」は、都市でツバメが見られなくなるかもしれないと、撮影したての写真を半月で写真集に仕上げました。予感は的中し、今年から近所でツバメが見られなくなりました。突然の現象です。原稿から出版まで電子出版はスピードアップされます。
「高分子材料のツボ」などの電子セミナーは、電子書籍ならではの工夫をした書籍とは呼べない書籍です。「技術者が欲しかった中国語入門」、「会話から入る中国語基本５文型」などは、会話をクリックしますと音声が出る通常の書籍ではできない付加価値をつけた書籍です。
現在来年に向けて新しい企画を計画中です。漫画が主流の電子出版界の潮流に乗りアニメ調の専門電子書籍というコンセプトですが、決して軽い内容ではなく、双方向の面白い読みたくなる本を検討中です。ご期待ください。
pagetop３．１１以降経済状況以上にエネルギーに対する考え方が大きく変わりました。いろいろな変化がありますが、大きく目立った動きとしてＬＥＤ電球の普及とＳｉＣパワートランジスターの開発スピードが上がったことです。前者は今年度の電球の売り上げは２００億円を軽く突破し、１個のの値段が２０Ｗ球が３００円前後までに下がりました。６０Ｗ球相当品も６００円代を狙って推移しています。後者は２００５年頃にＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴが上市され、特許がそのころより大幅に増加して今日に至っております。すでに民生用のエアコンやステレオアンプに搭載され始め、一部ハイブリッド車にも搭載されています。
ＳｉＣの半導体分野への応用はブリヂストンが先行したが今はウェハーについてはクリー社が王者で新日鉄や日本インターなどと契約し、日本市場へ攻勢をかけています。新日鉄はブリヂストンと同時期にプラズマ法による高純度ＳｉＣの開発に成功したメーカーです。当時はエンジニアリング分野を中心としたセラミックスフィーバーが吹き荒れており、新日鉄は開発に成功した高純度ＳｉＣの常圧焼結技術開発に苦しんでいました。彼らが開発しました高純度ＳｉＣは超微粒子の為、グリーン成形体密度を上げられないのと表面が活性で酸化されやすいため常圧で焼結ができませんでした。ホットプレスでは、カーボン助剤だけで９８％以上の密度まで上がりました。
特許動向を見ますとデンソーがクリー社よりも現実的な出願戦略で出願しており、おそらく実用化で先を走っている三菱電機やロームよりも先行しているのではないか、と思われます。デンソーは石油を作る藻の研究開発を進めている会社でもあり、同社の特許動向を見ますとＣＴＯのセンスの良さが見え隠れします。今という時代に要求される技術のトレンドやツボを押さえた技術開発を行っています。おそらく技術開発マネジメントがうまくいっている日本では数少ない会社で、５年後が楽しみです。
ＳｉＣパワートランジスターは、Ｓｉパワートランジスターの限界から開発が始められ、先行したＧａＮパワートランジスターを抜く勢いで開発が進められている。ＧａＮが先行しながらもＳｉＣが伸びている理由には資源リスクの問題もあり、クラーク数の大きなＳｉを原料とするＳｉＣの方が環境面でもコスト面でも将来有利とみられている。ウェハーの性能としてはＧａＮの方が優れていても、である。ただ放熱性の尺度である熱伝導率は、この分野の材料の中でＳｉＣが一番高い。
ＳｉＣウェハー分野ではクリー社一人勝ちの状況ですが、新日鉄や住友金属、ブリヂストンはじめ国内勢の追い上げに期待したい。まだこれからが勝負の分野です。なお豊田中研はこの分野で隠れた技術集団ですが、特許出願状況を見ますとデンソーとの契約があるようです。この分野もknow who が重要で、クリー社を追い上げるためにはコラボレーションを考えなければいけないのかもしれません。クリー社は特許戦略を重視し巧みに共同開発契約を進めています。新日鉄とは技術面というよりも特許対策の要素が大きいように思われる。
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カテゴリー : 電気/電子材料
pagetopＭ社のフェノール樹脂発泡体には難燃剤が添加されていなくともＬＯＩ＝３５前後という高い難燃性を示しました。他社のフェノール樹脂発泡体では同程度の難燃化レベルを達成するために難燃剤の添加が必要でした。リバースエンジニアリングを行うために化学分析を行いましたが、硬化触媒に硫酸と有機酸の２種を使用していることぐらいしか差異はわかりませんでした。高分子物性の観点から、パルスＮＭＲを測定しましたら、他社のフェノール樹脂では観察されるソフトセグメントが全然ないことが分かりました。
フェノール樹脂は、高度に３次元化しているはずで、本来はＭ社の状態が理想です。このソフトセグメントの量が難燃性能と関係しているのではないかと仮説をたて、難燃剤無添加のレゾール型フェノール樹脂を触媒量や触媒の種類を変えてサンプルを作成し、パルスＮＭＲと熱分析、ＬＯＩを測定しました。触媒の種類や量によりソフトセグメントの量が様々に変化しました。そして仮説通り、ＬＯＩは、ソフトセグメントの量に相関していました。また熱重量分析で３５０－４００℃の領域で観察されるカーブの状態がソフトセグメントに関係していました。分解速度と残存量の数値化を行い、グラフ化しますと相関していることが分かりました。相関係数は低くなりますが、単純に変曲点の残存量だけでも相関していました。
以上のことからレゾール型フェノール樹脂の難燃性を上げるためには、ソフトセグメントの量を減らすことが重要である、との結論が得られたのですが、単純に触媒の種類や量を制御してもＭ社のような状態になりません。実験計画法を用いて酸触媒の組み合わせ効果を調べましたら有機酸と硫酸との併用が最もソフトセグメントが少なくなることが分かりました。
難燃性とソフトセグメントの量が関係しているのならば、ソフトセグメント部分に質量の大きい超微粒子を分散してやれば、見かけ上ソフトセグメントの量を減らすことができます。シリカゾルを前処理し、レゾール型フェノール樹脂に分散しましたところ見かけ上のソフトセグメントの量を制御できることが分かりました。面白いのは難燃剤ではないシリカゾルがソフトセグメントに分散したことにより、ＬＯＩが３程度上昇したことです。これらの実験から、高分子の難燃性にメソフェーズ領域の構造が影響していることを理解できました。
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