1975年に東北大矢島教授により、ジメチルポリシロキサンによるSiC繊維の発明がなされている。そしてこれがパイロットプラントで試作されたのが1978年である。
その3年後の1981年にゴム会社で、フェノール樹脂とポリエチルシリケートとをリアクティブブレンドで均一なポリマーアロイとする技術（高純度SiCの前駆体技術）が開発されている。
この技術を実用化するために、当時セラミックスフィーバーを背景にゴム会社の研究所で高純度SiC事業化企画を提案したがボツとなった。
その後故服部社長がゴム会社のCIを進めるにあたり、「電池とメカトロニクス、ファインセラミックス」を3本の柱とする多角化戦略を発表され、50周年記念論文の募集があった。
この記念論文に高分子技術でファインセラミックス事業に進出するシナリオ(注)で応募したが佳作にも入らなかった。しかし、これがきっかけとなり、1983年4月に無機材質研究所へ留学している。
この年に昇進試験があり、「推進したい新事業についてA4用紙にまとめよ」という問題に、「高純度SiCの半導体治工具とウェハー事業」を解答として提出し落ちている。
しかし、この昇進試験に落ちた知らせが、1983年10月1日に無機材質研究所所長室にかかってきて、T所長の許可を得たI総合研究官から「1週間だけ自由に実験できる許可を与えるので、試験答案に書いた内容を実現してみなさい」とありがたい言葉を頂いた。
すでに前駆体技術を開発していたので、この時から4日後に高純度SiCの製造プロセスの元になる研究データを揃えることができた。初めての実験では真黄色のSiC粉体が得られ、無機材質研究所でちょっとした騒動になっている。
その後、この時合成された高純度SiCの粉体技術について服部社長から2億4千万円の先行投資とセラミックス研究所の建設が決定され、30年間ゴム会社で事業が続くことになる。
先日SP値に関するセミナーがあった。フェノール樹脂とポリエチルシリケートはSP値が大きく異なるがリアクティブブレンドにより、それを均一にブレンドすることができる。この体験談を解説した。当方の学位論文にもなっている技術であるが、その内容を講義するとなぜか気分が若返る。
ゴム会社で何度も却下された企画が事業として30年続き、今は愛知県にある(株)MARUWAで事業継承されている。
若い人に伝えたい。パワハラはじめ企業内環境は40年以上前に比べれば比較にならないぐらいよくなっている。他人のFDを壊して仕事を妨害したり陰湿ないじめなど少なくなった。
たとえ上司に否定されても事業の大きな夢があるならばそれを持ち続けてチャンスが生まれるまで我慢する胆力と日々の学びを行い強みを磨けば必ず夢を実現できる（夢を実現できてもひどい目に会うかもしれないが、夢を実現できた成功体験とそれにより広がる視界は、本当に努力しないと得られない。）。
本来のあるべき姿は、無機材質研究所で出会ったような人々が上司や同僚である組織だが、バブル崩壊後停滞した日本企業から噴き出した様々な問題や、昨今の各種ハラスメントを排除しようという社会動向から問題のある企業がまだ多いのだろう。
（注）SiCが半導体物質であることが研究段階だった時代で、高純度SiCを低価格で量産できる事業が大きなニーズとなっていた時代である。レーリー法でアチソン法によるSiCを高純度化する手法が知られていたが、何度も繰り返す必要があった。当方の考案した前駆体法は単位操作一回で高純度化できた。当時オール電化がブームとなっており、電気自動車やエンジンで発電しモーターで走るハイブリッド車が話題になっていた。ハイブリッド車についてはエネルギー保存則から、日産のePower方式では実用性が無いとされた時代である。そこでトヨタプリウスが「２０世紀に間に合いました」と登場している。インバーターとして用いるパワー半導体のニーズが急激に高まった。Siウェファーでは冷却技術にコストがかかったので現在のSiCウェハーの低価格化が期待されていた。シナリオではエンジニアリングセラミックスとして半導体治工具事業を行い、ウェハー開発を行う壮大な話を展開しており、現実的ではないという理由で評価されなかったのだろう。バイオテクノロジーによる豚と牛の賭け合わせで作った量産性があり旨い肉やそれを食べながらマリンスポーツを行う論文が１席に選ばれている。セラミックスフィーバーと同時にバイオテクノロジーも注目が集まり始めた時代で、１０年後には第一次藻類ブームが起きている。
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SiCの引張強度あるいは曲強度は、成形体（焼結体）製造のために用いた粉末の結晶系により左右される。ただし、成形体密度が９９％前後の成形体密度のときであるが。
また成形体製造温度が２０００℃以上であると３CのSiC（βSiC）は６Hへ転移するためにその差も分からなくなる。１９６０－２０００℃の温度で制御した場合に原料粉末の結晶系の差が見られる。
成形体製造に高度な技術が要求されるが、注意深く制御しながら成形体を製造すると、３Ｃの結晶系の原料を用いた場合に６Ｈの結晶系の原料を用いた場合よりも強度は１－２割ほど向上する。
この原因は、３Ｃ結晶系が熱膨張に関し等方的であるのに対し、６Ｈ結晶系が異方性であるためだ。これは４０年以上前に科学的に確認され、当方の学位論文に６Ｈ結晶系の異方性について実験データとともに考察している。
高分子材料も含め、材料強度評価は、成形体製造技術や評価技術の影響も受けるので、原材料の影響だけを正しく評価することが難しい。しかし、すべての材料物性は原材料製造プロセスから成形体製造プロセスまですべての履歴の影響を受ける、ということを知っておくことは重要である。
高分子材料については製造プロセスの履歴の影響が良く知られているが、セラミックスや金属では、高分子よりもその影響が小さくなるので話題にならない時もある。
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高分子の成形体を製造するにあたり、高分子には何らかの添加剤が混合される、と以前この欄で書いている。その時、重要となるのは混練技術である、と説明している。
混練技術とは、混ぜることと練ることの両方で高分子を変性し機能を向上する技術なのだが、その説明が難しい。難しい理由は、形式知よりも経験知の占める割合が大きいからだ。
この経験知が占める割合が大きい、ということさえ、理解していない技術者も多いので困る。原因は適当な混練機で一応コンパウンドができてしまうからである。
高機能を要求しなければ、そのように製造された適当なコンパウンドでも成形体を製造可能なので、混練技術をあまく適当に捉えることになる。
謙虚に現象を眺めれば、高機能を要求されないコンパウンドでも、十分な混練ができていないことを物性の計測から知ることができるのだが、物事を甘く考える技術者には成形体物性の評価もいい加減である。
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ワイブル統計は、最弱リングモデルで導かれている。最弱リングモデルとは、製品品質の最も壊れやすいところで品質劣化が起きれば、製品の機能の寿命であるという考え方だ。
大変わかりやすいモデルで、製品の故障解析手法として普及している。また、このモデルの統計的扱いと式の導出方法は、高校の数学の知識があれば理解できるので、統計手法として易しい部類である。
ただ、セミナーを通じて感じることは、品質管理部門に比較して研究開発部門で普及していない不思議さである。そこで、弊社はこのホームページにワイブル統計のプログラムを無料公開して普及に努めている。
製品品質のデータ処理だけでなく、引張強度データについても処理を行うと、強度データのばらつき構造を整理できる。
例えば高分子材料の引張強度は、弾性率と靭性が影響するが、それ以外にサンプルの取り扱いプロセスも大きく影響する。
ワイブル統計でデータ処理を行い、傾きの大きな１本のグラフが得られれば良いが、複合型のグラフが得られたならば、弊社へご相談ください。
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成形体の均一性にペレットの均一性が影響を及ぼすことが意外と知られていない。高分子の混練技術の目的に成形体の均一性を実現できるコンパウンドの提供という項目があることをご存知ないコンパウンドメーカーも存在する。
これは絶縁体である高分子にカーボンなどの導電体をブレンドし半導体シートあるいは半導体ベルトを製造して平面の表面比抵抗を数点計測して確認できる。
コンパウンド段階で電気特性が均一であると、押出成形あるいはインフレーション成形を行ったときにシートなりベルトの面内の電気特性が均一となる場合が多い。
ここで、コンパウンドの電気特性が均一ならば確実に成形体で均一になるとは限らないことに注意する必要がある。パーコレーション転移という現象が起きるためだ。
すなわち、コンパウンドの電気特性を均一にしただけでは不十分で、パーコレーションが安定化されていることも要求される。
パーコレーション転移については後日説明するが、混練技術の重要性を示す現象の一つが半導体高分子の成形プロセスで起きる。半導体シートや半導体ベルトを製造するときに、コンパウンドの電気特性が不均一であると電気特性を均一化できないことを知っておいてほしい。
ただし、コンパウンドの電気特性についてどこまで均一性とパーコレーションの安定性を実現すべきかは、求められる成形体の電気特性により変化する。
コンパウンド段階で１０％程度のばらつきがあっても成形体で５％程度のばらつきに抑えることも可能である。このあたりはコンパウンドの配合設計にも依存する難しい問題である。ただ、成形体の均一性に混練技術が影響することを知っておいてほしい。
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ゴム会社の研究所においても混練に対する考え方が異なっていた。ゴムのコンパウンディングを現場においてバンバリーとロールで行う以上、研究開発段階もそのプロセスで行うべき、という考え方は少数派だった。
研究開発段階は、簡便なニーダーでコンパウンディングを行っても問題なし、という見解が主流だった。科学的にもっともらしく聞こえる蘊蓄をこねる研究者もいたが、当方は高分子のプロセス依存性が大きいことを考慮すると、簡便なニーダー使用に賛成しかねた。
ゴム屋の中でも５０年近く前このような状況だった。５０年近く前に二軸混練機の高性能化の技術開発が始まっているが、未だに高性能ゴムを製造したいならばバンバリーとロール混練のレベルまで二軸混練機１発でコンパウンディングは不可能である。
二軸混練機に、当方のカオス混合機をつけただけでもコンパウンドの性能は向上するが、バンバリーとロール混練のレベルまで上がっている自信は無い。
さて未だにバッチプロセスと連続プロセスでは、コンパウンディングにその性能差が存在するが、射出成型の用途では高いコンパウンディング性能が要求されないので、高性能化された二軸混練機で十分な混練ができると信じている樹脂屋は多い。
２０年近く前に、半導体無端ベルトの押出成形技術の開発を担当した時に、前任者から国内トップメーカーのコンパウンドだから完成度は高い、と言われた。しかし、そのコンパウンドを用いて半導体無端ベルトの押出成形を行うとパーコレーション転移によるばらつきが発生し、歩留まりが１０％前後となった。
この原因について、コンパウンドメーカーの技術者は、押出成形技術が未熟なためと説明してきた。さらに、コンパウンドは十分に分散混合されて技術として完成している、と主張していた。
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高分子材料の寿命予測にアーレニウスプロットや時間温度換算則は大切な知識だが、これらが経験知であることを知っておくことは重要である。
アーレニウスプロットは反応速度論で利用されているので形式知と勘違いされている人がいるが、寿命予測に用いるときには、経験知と捉えた方が良い。
科学の問題についてトランスサイエンスという言葉が５０年近く前に物理学者の言葉として生まれている。福島原発の問題が起きたときに、日本でこの言葉が一時注目された。
「科学に問うことはできるが、科学で答えることができない問題」という意味だが、高分子材料の寿命予測は、まさにトランスサイエンスと呼んでよい問題だ。
このような考え方に対して異を唱える人がいるので、ここではこれ以上書かないが、有料のセミナーでは、時間温度換算則の問題も含め説明している。
しかし、一度痛い目にあうと高分子材料の寿命予測に関して慎重になる。例えば「最高の品質で社会に貢献」という社是のゴム会社に入社した時に、「科学でタイヤはできない。技術でタイヤを造る」とCTOに教えられた。
写真会社で単身赴任するや否や、まさにこのCTOの教えを活かす出来事に遭遇したので迷うことなく火消を行っている。
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高分子材料のフラクトグラフィーをいろいろ経験すると、セラミックスでは体験できない現象に出会う。例えば破断面の構造をSEMで観察すると、脆性破壊したと思われるドメインの周囲を延性破壊したような構造が覆っているような構造に遭遇することがある。
SSカーブでは、マクロ的に脆性破壊していてもミクロの部分でフィブリルが存在しているのだ。このような構造にセラミックスでは出会ったことが無い。
あるいはポリマーアロイ、例えばPC/ABSで未溶融のPCと思われる大きなドメイン、すなわちABS相を含まずPCだけからなる相が観察されることもある。このような場合に厄介なのはそれほどの強度低下が無いために品質問題を見落とすことがある。
このような材料で成形体を製造すると、テープ剥離という品質問題が起きる。すなわち、未溶融のPCが表面に現れ、それがテープのように薄皮として剥離したりする問題だ。
テープ剥離という品質問題と樹脂の劣化寿命とが結びつかないかもしれないが、ウェザーメーターで耐久試験を行うと靭性値に劣化問題として観察されることがあるので厄介だ。
最初に紹介した脆性破壊と延性破壊のミクロ構造が存在するような材料でも、耐久試験結果が悪くなる場合がある。ただし、いつでも再現よく劣化するわけでもないのでややこしい。
このように、高分子のフラクトグラフィーを実施した時に訳が分からなくなるようなことも生じる。これを承知して実施すればフラクトグラフィーは有効な方法となるが、わけのわからない問題を生み出して悩むようであれば、場数を踏んだ専門家に相談した方が良い。
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金属についてその寿命予測はほぼ科学的に可能である、と信じられており、金属の疲労により生じた事故についてフラクトグラフィーによる解析が裁判の判例として存在する。
しかし、高分子材料についてその手法は未だに金属のように信頼できる手法として普及していない。しかし、品質問題が起きたときにその原因解析を行うために破断面の情報は重要である。
破断面の解析、フラクトグラフィーを成功させるためには、破断直後の汚染されていない破面が重要である。問題の起きている現場で、マクロレンズによる破面の写真撮影だけでも原因解明ができる場合がある。
最近のデジタルカメラは画素数が高いのでマクロレンズで等倍撮影後、デジタル画像を拡大することにより数十ミクロン以上のボイドあるいは異物を見つけることが可能だ。
そして、そこを起点にして同心円状の模様を探し見つかったならば、ほぼそこが破壊の起点となった可能性が高い。さらに、平滑破面と凸凹破面が連続して見つかると、その材料が破壊に至ったシナリオを描くことが可能だ。
すなわち、平滑破面では破壊エネルギーの伝播速度が速かったためにできた可能性が高く、凹凸破面はその速度が遅かったために形成された、と推定される。
これらは金属におけるフラクトグラフィーの手法をそのまま当てはめているのだが、樹脂材料ではよくあてはまる。加硫ゴムでも同様の現象が観察されたりするが、平滑破面かどうか悩む場合も存在する。
また、異物が見つかった時に異物よりも大きいボイドがその異物の存在していたところにできていたりして、異物が原因となったのかボイドが原因となったのか不明となる場合がある。
高分子のフラクトグラフィーでは、時に説明が難しくなる破面が観察されたりして、いつも成功するとは限らないが、材料の破壊で発生した品質問題を解決するときに有力な手段となる。ところが、科学的ではないという理由で解説書が少ない。
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高分子のクリープ現象は、金属やセラミックスのクリープ現象より複雑である。例えば高純度SiC成形体のような材料でも１４５０℃以上で観察可能なクリープが起きるが、これは拡散クリープである。
室温で実験を行うと天文学的な観測時間となる。そこで高温度で加速実験を行ってクリープ速度を求め、時間に対する変形量のマスターカーブを描くことが可能で、これが実際の現象とよく適合する。
金属やセラミックス材料では時間温度換算則を用いてこのような実験を行い、構造材料の設計を行っても市場でクリープによる品質問題を発生することは稀である。
例えばシリコーン半導体製造に用いられるダミーウェハーは、過去に高純度石英が用いられてきたが、クリープによるたわみ変形の問題があった。
シリコーンウェハーの加工温度におけるSiCのクリープ速度は石英のそれよりもはるかに遅い。シリコーンウェハーが大口径化されたのでSiCダミーウェハーはこの分野の必需品となった。
フェノール樹脂とポリエチルシリケートとのポリマーアロイ前駆体を用いた高純度SiC製造プロセスは４０年以上前に当方により発明された。日本化学会技術賞も受賞しているこの製造方法は高純度SiCを経済的に製造できる優れた技術である。
この技術の発明により、高温度構造材料として用いられていた高純度石英の問題が解決され、信頼性の高い高純度構造材料の設計が可能となった。
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