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2021.01/06 高純度SiC開発(2)

アチソン法は、SiCの生産方法としてエジソンの時代に開発された生産技術である。石英と炭素、おがくずなどを混ぜて積み上げた山に電気でこの山ごと高温に加熱し、SiC化の反応を行う。

 

このプロセスでαSiCのインゴットを製造後、それを粉砕し粉を製造する。そして何段階かの精製プロセスを経て98%から99%の純度とし、それを昇華法で高純度化するのがレイリー法である。レイリー法ではシリカ還元法で製造されたβSiCも用いることが可能である。

 

それならば、最初に100%の純度の原料を用いてシリカ還元法を行えば、100%の純度のSiCができるのでは、と誰もが考えるので、1980年頃この視点による特許が多数出願されていた。

 

その中には、ポリエチルシリケートと高純度カーボンの組み合わせ(これをA法)や高純度シリカと高純度フェノール樹脂の組み合わせ(これをB法)を原料とする製造法の発明があったが、ポリエチルシリケートと高純度フェノール樹脂の組み合わせ(これをC法)は特許として出願されていなかった。

 

高分子について知識があれば、この組み合わせではフローリー・ハギンズ理論のχが大きいので相分離し、前駆体として用いることができないことに気がつく。

 

これは、科学の視点で当たり前の考え方である。だから特許として出願されていないのだろうと理解し、納得している人は、AIと同じで21世紀において創造的な発明は難しい。

 

また、A法やB法が実用化されていないことから、C法も実用化が難しいだろう、と簡単にあきらめる人は、頭は良くてもおそらくアイデアの出にくい人だ。

 

C法が理想的にできたならば、シリカとカーボンが分子レベルで混合された固体となり、A法やB法で製造された前駆体の状態とは大きく異なる。

 

そしてこの前駆体を用いれば、当時シリカ還元法において誰もなしえていない均一固相反応でSiC化の反応を行うことができる。

 

このことがどれほど科学の世界において斬新かつ重要であったかは、約10年後当方がまとめた研究を勝手に論文投稿したアカデミアの先生がおられたことから理解できるかもしれない。すなわちパイロットプラントができた当時でさえ未発表の内容が数年後でも科学の視点で鮮度を失っていなかった。

 

カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子

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2021.01/05 高純度SiC開発(1)

表題の企画をしたのは、40年近く前である。ゴム会社の社長が交代し、新社長がCIを導入すると同時に、1.電池、2.メカトロニクス、3.ファインセラミックスを3本の柱とした全社方針を発表された。

 

このころ、世間ではファインセラミックスフィーバーが吹き荒れ、TVで先端技術であるファインセラミックスの話題を報道しない日が無かった。

 

NHKでは、まだ学生だった宮崎緑氏をナビゲーターに起用した特別番組「日本の先端技術」を放送し、いすゞ自動車が開発したオールセラミックスエンジン車「セラミックスアスカ」の公道を走る様子が紹介された。

 

トヨタや日産自動車は、ガスタービン車の開発や、ガスタービンとモーターを組み合わせたハイブリッド車の開発を発表していた。ファインセラミックスフェアーが毎年国際展示場で開催され、これらは目玉の展示として扱われていた。

 

SiCやSi3N4、サイアロン、高靭性ジルコニアが当時新素材として扱われ、その高純度化技術は、開発目標となっていた。

 

セラミックスの高純度化は、それが高温まで安定という理由でコストがかかった。例えばSiCについては、2300℃以上の温度で昇華再結晶を行うレイリー法が知られていただけである。

 

プラズマやレーザーを使い、高純度SiCを合成する手法も研究されていたが、レイリー方法ほど一般化していなかった。また、量産プロセスとしてコストの問題を抱えていた。

 

カテゴリー : 一般 電気/電子材料

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2020.11/03 スピーカーと科学(3)

完成品も販売している自作スピーカーキットメーカー音工房zのセールストークは、うん百万円するスピーカーを数万円で提供、という少し怪しいスローガンである。

 

しかし、これはスピーカーというデバイスが未だ科学として完成していない、と思われる状態だから許される。また、新製品の販売にあたり高価なスピーカーとの比較視聴サービスを提供しているが、これは無料であり良心的だ。

 

部屋の状態を完璧にできない以上、大多数の人間の感性までも満足させるスピーカーは、まだ存在しないのでこのような方法が「科学的成果」とPRするよりも良いかもしれない。

 

すなわち、どこの部屋においても感性を満足させるような完璧な動作が可能なスピーカーを科学的数値で記述などできないので、同一条件でスピーカーの動作比較を行うヒアリングテストによりお客様に優劣を決めさせる音工房Zの方法は、怪しくはなくむしろ良心的である。

 

もし、このことについて疑問に思われる方がいたら、音工房Zの新製品発表会として行われる無料視聴会に参加してみるとよい。

 

うん百万円もするJBLのスピーカーよりも良い音がしたり、100万円を越えるB&Wのスピーカーよりも自然な再生音を聞かせる安価なキットスピーカーを自分の耳で確認できる。

 

最初に指摘したように、オーディオという商品は、それを設置する部屋の条件でその性能が左右される。視聴会では音工房Zが自社製品に合わせた部屋の設計にしている可能性を否定できないが、視聴会で怪しい仕掛けはみつからない。

 

ところで、音の出口となるスピーカーについて、デジタル時代となってもアナログ技術のままである。振動板など各パーツの材料開発は進んだが、電気信号を音に変換する機構についてその進化は20世紀に止まったままである。

 

音工房Zは、スピーカーの箱に着眼し、故長岡鉄夫を師としながら試行錯誤で箱の開発を行っている。開発過程を聞く限り、過去に大手企業で行っていたような科学的プロセスではない。しかし、優れた商品がそれでも生まれている。

 

うまいコーヒーがずば抜けた臭覚の人物により開発されたり、日本料理の達人の存在を認めているように、その性能が感覚に左右される製品では試行錯誤による開発を多くの人は認めている。

 

仮に、これを科学的に行うべきだと思っている人がいるならば、マハラビノスのTM、すなわち多変量解析を行うことになる。

 

1990年ごろ色材の開発に多変量解析を用いた研究成果を拝聴する機会があったが、ナノオーダーの変化を人間の目は検知しているという驚くべき結果が説明された。

 

しかし、これを科学的に検証したという話を聞いていない。目の前に財布があってもポケットの中を探してしまう当方には、この科学的成果がどうでもよい話に聞こえる。

 

試行錯誤について非科学的だから研究開発では許されない、と今でも思っている人(20世紀にはこのような研究者が多かった)には、次の例で納得していただけないだろうか。

 

iPS細胞を生み出すヤマナカファクターの効果について、今科学的に検証が進められている。ところが、その機能については、非科学的方法で見出されたままであり、なぜヤマナカファクターが機能するかは特許が公開されても謎である。

 

もしこれが分かれば、類似機能を発現できる物質を作り出せるはずであるが、そこは科学的解明が難しく、今でもブラックボックスのままである(だからSTAP細胞の騒動が起きたともいえる)。

 

音の出口であるスピーカーにAIを搭載し、出力された音に部屋の情報を加味した成分を載せて完璧な音を出せるようにすればよい、とスピーカーのあるべき姿を仮に描くことができたとしても、それを経済的に作り出すことは難しい。

 

また、バックロードホーンの機構についてさえ、科学的に否定する人がいるのに、このようなフィードバック機構では科学的に明らかな遅延を避けられないので、科学者に開発意欲もわかないかもしれない。

 

どのような機構でiPS細胞ができるのかについて注力するよりも、その応用研究を進めた方が人類への貢献度は高いように、世界最高性能のスピーカーと比較視聴して、それよりも優れた安価なキットのスピーカーを作りだしたほうが、庶民に貢献できる。

 

オーディオの開発の歴史において、科学的成果による優れたパーツが声高に「科学的」と説明されて商品に搭載されては、時代の流れの中で消えていった。

 

今でも残っている「科学的」技術成果も存在するが、それは歴史の流れの中で実績の積み重ねにより皆が良いと認めたものであり、必ずしも科学的に優れているという理由からではないことに気がつくべきである。

 

デジタルアンプが主流になりそうな気配なのに、未だに真空管アンプが最良という人がいる。SN比ではデジタルアンプに負けるがその芳醇な音色は真空管アンプならではである。

 

消えつつあるオーディオ業界から科学が全てではない工業製品が存在することを学ぶべきだと思う。科学は技術進歩を促進するのに役立つ哲学であることは否定しないが、それだけで技術開発がすべてうまくゆくとは思ってはいけない。

 

11月24日、25日に問題解決法の無料セミナーを予定していますので参加希望者は、お申し込みください。時間は13時30分から15時30分までの二時間で、テーマを絞った解説を予定しています。

 

 

カテゴリー : 一般 電気/電子材料

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2020.11/02 スピーカーと科学(2)

部屋の問題が解決したら、欲望を満たせるオーディオ技術が存在するかというと今度はスピーカーの問題が出てくる。

 

若いころにはオーディオのショールームに通い、今は音工房Zの視聴会に暇さえあれば参加しているが、100点満点をつけられるスピーカーに未だ出会っていない。

 

科学的にスピーカーを研究し、大学のベンチャービジネスとしてスタートしたBOSEは、音場再生に優れたスピーカーを提供してきたが、今販売されている製品は1機種のみとなった。

 

20世紀になんクリで有名になったJBLは、最近影が薄くなり、B&Wがスピーカー量産メーカーとして有名になった。

 

このB&Wのスピーカーについて驚くのは、価格と性能がうまく線形性をもって品ぞろえされている点である。

 

価格の安いスピーカーと高いスピーカーを比較試聴すれば、すぐにどちらが安いのかわかる仕掛けである。

 

これはおそらくスピーカーの科学的研究成果が商品に展開されているためではないかと想像している。

 

また、メーカーのホームページを見てみると、価格の高い商品が性能で優れていることをダイヤモンドで表現している。

 

カテゴリー : 一般 電気/電子材料

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2020.11/01 スピーカーと科学(1)

オーディオという趣味は死語に近くなった。家電量販店に行ってもそのコーナーは急激に縮小されている。オーディオコーナーの無くなった店もある。

 

オーディオ専業メーカーも倒産したところや事業提携、ブランドだけと様々で、家電メーカーでオーディオ事業を展開しているのはパナソニックだけとなった。

 

また海外のスピーカー専業メーカーの台頭は著しく、日本メーカはフォステクスとオンキョーのBtoBビジネスぐらいしか頭に浮かばない。

 

ただ、自作スピーカーについては、とび猫とか音工房Zなどの個人事業主の個性豊かな国産メーカーが誕生している。

 

それでは、オーディオ技術は完成したのかというと、実は未完成のままで、自然界の音を家庭内でそのまま再現することはもちろん未だに不可能で、コンサート会場についてさえ難しい。

 

我が家では、ライブハウスの環境程度を再現できる機器を揃えているが、それでもまだ不満で、俗にいうところのオーディオは底なし沼ではないかと思っている。

 

音量だけでも満足できるぐらいのエネルギーで再生したならば、おそらくご近所からクレームが来るだろう。

 

ROTELのアンプにBOSEとONKYOのスピーカーでそこそこのコストパフォーマンスの高いオーディオ環境を構築してみても、都内の住宅街では防音室でオーディオ専用ルームを作らないかぎり、商品性能を最大限に生かすことができない。

 

すなわち、オーディオという趣味は、隣人からクレームのこない専用のオーディオルームを作れるかどうか、で満足感が分かれるように思う。

 

カテゴリー : 一般 電気/電子材料

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2020.10/28 カオス混合

40年以上前からカオス混合は知られていたらしい。この呼び名がいつから使われたのか知らないが、餅つきやパイ生地練りで行われている混練方法である。

 

弊社にご相談いただければ、二軸混練機の先に取り付けるカオス混合装置を提供できる。二軸混練機1台ごとにその性能に合わせて設計している。

 

ところで、ブリードアウトについてカオス混合に変更して改良された時にびっくりした。LED用熱伝導樹脂を開発していた時の体験である。

 

10年近く前に熱伝導樹脂のブリードアウトの相談を受けて、カオス混合装置を二軸混練機に取り付けることを提案している。

 

この方法で改良されるかどうかは、提案してみたものの不安があった。ただ、ブリードアウトの発生状況から混練で改良される可能性がいくつか市場情報として存在した。

 

ただし、実験データがあったわけではなく、市場における現象と当方の経験知から、コンパウンドの混練ばらつきを疑った。

 

そして見事に解決したのだ。そもそもブリードアウトしにくい添加剤であったが、促進試験において稀に短時間でブリードアウトが発生する成形体が見つかっていた。

 

おそらく添加量がばらついているのだろうと考え、添加方法とかいろいろな対策を提案し、その中の一つとしてカオス混合装置があったのだが、促進試験でカオス混合装置の有無の差が出た。

 

ブリードアウトという現象は、べとつくような現象とか結晶化して表面に析出したりするような目に見える現象でない限り、それが起きていても市場で問題となっていない場合が多い。

 

カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子

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2020.10/25 ブリードアウト(2)

ブリードアウト対策として、高分子に対する添加剤の溶解度を調べたりする。これは間違っていないが、SPも適合させて添加量も最適化しても市場で品質問題を引き起こすのがブリードアウトという現象である。

 

もし、開発が終了し数年たってから問題が起きると大変である。すでに開発チームは解散しており製造部門で対策しなければいけなくなって技術課が途端に忙しくなる。

 

ブリードアウトの問題解決が難しいと理解できている経営者ならば改めて開発チームを編成するが、そうでない場合には、販売を担当しているチームで対策している場合もある。

 

ブリードアウトの問題は、科学的に対策すると大変な工数が要求される。その昔、電気粘性流体をゴムケースに封入して使用する製品を開発していたらゴムから添加剤がブリードアウトして、電気粘性流体の寿命を短くすることが分かった。

 

すぐに高偏差値の大学を卒業した博士2名を中心に高学歴メンバーを集め1年間投入して華々しい科学的研究成果を出した。「電気粘性流体の耐久性問題は、界面活性剤で解決できない」という科学的に完璧な否定証明の成果だった。

 

そして、高純度SiCの事業を住友金属工業とのJVとして立ち上げたばかりの当方に、開発チームから添加剤が入ってないゴム開発をしてくれないか、ととんでもない依頼をしてきたので、当方は一晩でこの耐久性問題を解決した。

 

ゴムから添加剤がブリードアウトする問題を解決するために、添加剤の入っていないゴムを開発しようという素晴らしい発想が、いかにナンセンスであるのかはゴム技術を知っている技術者ならばすぐに理解できる。

 

しかし、ブリードアウトの問題を純粋に科学的に解決できると信じている科学者には、そのナンセンスな発想が科学的にイノベーションを引き起こす素晴らしいアイデアに思われたらしい。

 

セラミックスの高純度SiC開発をしていた当方にアイデアの具体化を依頼してきたのもイノベーションを期待してのことだったと思いたいが、単なる工数として考えているとの噂が耳に入ったので、異なる方法(増粘した電気粘性流体を回復する界面活性剤をマテリアルインフォマティクスを活用し一晩かけて探したのだ。30年前の話。)で問題解決したのだ。

 

ブリードアウトの問題について、純粋に科学として捉え問題解決しようとするととんでもない問題を解決しなくてはならないケースも出てくる。

 

頭の良い人がなかなか成果を出せない、とドラッカーは嘆き、問題解決法の重要性を著書の行間で述べているが、頭の良い人が常識はずれの問題を起こすとは述べていない。これがきっかけで起きた問題解決のために当方は転職している。

 

当時は問題解決策として本当に正しかったのか検証できなかったが、高純度SiCの事業はその後30年続いているので、この事業を守るために転職した判断は正しかったのだろう。

 

カテゴリー : 電気/電子材料 高分子

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2020.10/12 無料セミナー

来週開催予定の無料セミナーについて。高分子の難燃化セミナーでは、概論を簡単に説明し、データ駆動型実験により難燃剤無添加で開発されたUL94-V2合格環境対応樹脂について解説予定である。

 

マテアリアルインフォマティクスが最近流行している。AIを使って材料開発、というといかにも今時の手法に見えるが、多変量解析の活用やタグチメソッドもこの手法の一つであり、多変量解析であれば1970年代より開発に活用されてきた。

 

当方が初めて多変量解析で研究成果を出したのは、タイヤの軽量化技術であり、タイヤメーカー20社の同一サイズのタイヤデータを主成分分析にかけ、各社の特徴を明確にし、さらに主成分得点などを活用し、予測される最軽量の重量見積もりやその時の構造の特徴を明らかにしている。

 

当時はマイコンが登場したばかりでインテルの8088やザイログのZ80評価キットが販売されていた。

 

また、シャープはZ80搭載パソコンの発売を開始したが、搭載メモリーは全部で48Kバイトであり、それで多変量解析を行うならばF-DOSのセットが必要だった。

 

当方はパソコンではなくIBMの大型コンピューター3033付属の統計パッケージを使用して成果を出している。

 

ゴム会社には大型コンピューターが2台あり、1台は先進のPOS用であり、1台は技術者に開放されていた。

 

しかし、データを入力すればすぐに結果が出るわけでなく、新入社員のデータは計算処理が後回しにされることが多く、翌日に計算結果を見ることもあった。

 

多変量解析の有用性について社会人スタートの時に理解することができたのは幸運だった。科学で不明確となりそうな開発では、データ駆動の実験に切り替えて成果を出すことができた。

 

これが科学が命よりも大切に思っているような研究者には、腹が立つような手法に見えたのかFDを壊されるような研究の妨害(隠蔽化の動きがあり、転職の決断をしている)を受けている。今はアカデミアが率先してそれをやろうというのだから時代の進歩だろう。

 

イムレラカトシュは、科学と非科学の境界は曖昧であり、時代によりそれは変わる、という名言を残している。これは名言であり、弊社の問題解決法のよりどころでもある。

 



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2020.10/10 電気炉の暴走

ポリエチルシリケートとフェノール樹脂をリアクティブブレンドにより、分子レベルで均一に混合された前駆体の合成を1982年に成功した。これを用いて、世界で初めて成功した、経済的な高純度SiC合成実験では、電気炉の暴走が重要な役割を果たしている。

 

すなわち、最初の実験で設定された電気炉のプログラムで実現される温度条件では、未反応のシリカやカーボンが残存していたことが後日の実験で示されたからである。

 

最初の実験であったことや、その電気炉が納入されたばかりの新品であったことなどから、電気炉の扱いに手慣れた主任研究員の方が、実験条件のプログラムを電気炉に設定してくださった。

 

当方は、ただサンプルを電気炉にセットしただけで、運転開始もその主任研究員の方が操作された。しかし、SiC化の反応が生じる温度に達した瞬間に電気炉が暴走し始めた。この欄で以前この詳細について述べている。

 

この結果、高純度SiCの合成に成功したわけだが、暴走という現象が安全上の問題として研究所で検討された。またそれが納入されたばかりの電気炉という理由で、検収作業の疑義の問題にまで及んだ。

 

すぐに、安全委員会による調査が行われたが、異常が見つからなかっただけでなく、科学的に全く同じ動作で電気炉を運転しても異常は発生せず、暴走原因を解明できなかった。

 

プログラム運転中に温度センサーに異常が起こればPIDが正しく動作することも、また誤ってどこかボタンが押されたとしても電源が落ちる仕様だったので、何かエラーが発生したとしても今回の暴走のような事態に至らないことも確認された。

 

このような機械の暴走という異常は、それが再現されない場合に原因不明となってしまう。再現されて初めて科学的に原因を論じることが可能となる厄介な問題だ。

 

それをおそらく知っているのだろう。こともあろうに池袋で親子を横断歩道ではねた89歳の老人は、機械の暴走を原因として自分に責任がないと言い出した。

 

自動車では、仮に制御不能となったとしても、危険を回避し事故を起こさないように努める責任が運転者にはある。

 

車が暴走したならば、あらゆる方法を駆使して「安全に」車を止める責任が運転者にはあり、ただブレーキを踏んでいただけという発言から、それを果たしていなかったことは状況から明らかだ。また、運転者自身それをよく理解しているはずだ。

 

当方は電気炉の暴走が始まった瞬間に主任研究員に言われ、1度限りの大切なチャンスの実験であったにもかかわらず、非常ボタンを押して電源を落とし暴走を止めることを優先した。すぐに温度が下がり始めたが、断熱材の効果でそれは緩やかだった。

 

主任研究員が実験室に到着し、再度電源を入れたときに偶然保持温度のプログラムラインに炉体温度が乗ったため、電気炉はプログラムコントロールされ冷却動作に入った。

 

翌日温度が下がった電気炉の中には、最適条件でSiC化された高純度SiCが合成されていた。それは電気炉の暴走でもなければ見つからない反応温度パターンだった。

 

この時得られた高純度SiC粉末に対して2億4千万円の先行投資と研究所建設が決まっている。機械の偶然の暴走のおかげで幸運が訪れた。

 

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2020.10/09 ノウハウの伝承

高分子材料で発生する品質問題の多くは、科学で正確に論じることが難しい場合が多い。また、正確に論じようとすると分析費用が嵩むので適当なところで妥協することになる。

 

品質問題が起きたときに、どこまで解析を行い対策を講じるのかは、大変難しい実務上の課題である。

 

一方、高分子材料の市場で発生する問題について、科学的にすべて解析可能と豪語する人について信用しない方が良い。

 

高分子材料を階層的にとらえた時に何が問題かさえも曖昧となるケースもあり、それでも具体的な品質問題として解決しなければいけない。

 

そのようなときに、間違った問題を科学的に正しく解かれても、品質問題を再発することにる。市場での品質問題というのは、科学的正しさよりも再発しないように解決することが一番重要である。

 

そのため、市場で品質問題が起きると、過去の事例との比較や他で起きていないかなどの調査から始めるのが一般的だが、故障に至る現場の状況調査が不明点の多さを理由に不十分となりがちである。

 

環境関係の法令整備が進んだので、製品における故障を素材レベルまでその素性をさかのぼることが容易となった。現場の状況調査では、高分子材料の生まれてから故障に至る履歴が重要である。

 

もし、破壊した状態ならばフラクトグラフィーは必須で、科学的ではないと批判されても現場情報をすべて盛り込んで仮の結論まで出しておくべきである。これは、高分子材料の市場における破壊を考察する重要なノウハウである。

カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子

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