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2022.10/23 配合設計(3)

当方の配合設計の考え方は、技術者としてスタートした時の指導社員から強く影響を受けている。彼が、混練の神様のようなレオロジストで関数電卓を使いシミュレーションを行うような人だったから、化学系の配合屋と少し異なる。


まずプロセス条件から考えてゆく。具体的に言えば、プロセスから生じる制約条件を考慮して配合設計を行う。タグチメソッドでは制御因子の水準を幅広く設定するとよい、と指導されるが、プロセスの制約を考えず制御因子を決めるのは愚かである。


ところで、プロセスの制約から配合因子が影響を受けるケースではどうするか。このときプロセスにおける配合因子の挙動をチェックできる指標を入れた実験を必ず一水準入れる。プロセスの制約からその配合因子をあきらめるような配合設計を行わない。


こうすることにより、配合系の特徴が明確になる。データサイエンスにありがたみを感じるのは、公開されている多量のデータから自分が設計している配合系の特徴が明らかになった時である。


配合設計をいつでも新しいコンセプトで行っているとは限らない。従来の配合系を参考に設計したり、習慣に従い、比例計算だけを行いボーっと配合設計している場合もある。


アカデミアよりもアカデミックな研究所で見かけたゴム配合設計者の中には、グラフを書くためだけに配合設計している人がいたが、これはボーっと何も考えずに配合設計している人と変わらない。


ゴム配合の物性に与える影響を知っているならば、グラフを想像する前に考えなければいけないことがある。それは、ブリードアウトの問題、あるいは、物質の分散状態と拡散の問題である。


配合したい物質の機能に着目することは重要だが、その副作用を見落としてはいけない。副作用がある時にはその副作用を抑制する方法も配合設計時に考え、システム設計しなければいけない。


いろいろ考えてうまくコンセプトをまとめられない時がある。そのようなときは、データ駆動の実験を行いながら考える。例えば高純度SiC前駆体の配合設計やPETボトル再生材を80%含む樹脂はじめどこから考えたらよいのか難しい問題の成果は、50年近く前からデータ駆動の実験で成果を出している。


現在データサイエンスによる問題解決のオンラインセミナーの参加者を募集しています。

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2022.10/11 配合設計(2)

ゴム会社では、アカデミアよりもアカデミックな研究所に配属されたが、幸運だったのは、最初の指導社員が技術と科学のバランス感覚に優れ、化学を学びたいという意欲に燃えた物理学者だったことだ。


指導社員は研究熱心なだけでなく、勉強も欠かさず習慣としていた人で、その姿勢は当方の技術者人生のモデルであり目標となった。


日本では技術者が成果を出しても高く評価しないどころか昇進を遅らせる会社もあるので注意する必要がある。さらに人の成果を盗む人も企業にはおり、盗むだけでなく妨害を行うことも黙認する企業もある。


会社というのは一つの社会なので善人もおれば悪人もいる。ただ人間社会には法律があり、それを遵守できるよう警察や裁判所があるのだが、会社にはこれらの機能は無く、被害者が泣き寝入りすることになる。


不幸な結果として自殺者が出て初めて社会問題として取り上げられる事態になるので、会社の中で悪人と仕事をしなければいけなくなった時に厄介である。


当方がこの欄でFDを壊された体験談を書くのは、自殺に至るような状況で当方は生きる道を選び転職していることを同様の問題で悩んでいる人に知らせたいからだ。


事件及びその後のおぞましい出来事については証拠を今でも保管しているので、企業における不幸な体験としていつか書籍にしたいと思っている。逃げたわけではない。ただし、このような内容の書籍は、社会的影響が大きいので安直に執筆できない。


科学だけでなく人間としての成長も重要である。STAP細胞事件について書かれた「あの日」を読んだが、事実と思われてもその事実が歪んで読者に伝わってしまう表現である。この原因は、組織活動について知識が乏しい著者の手によるものと推定している。


すなわち組織活動の視点で、業務姿勢その他に疑問がわく表現が多い。当方が自分のFD事件の体験記を書くときには、組織の問題も含め、科学と技術の視点からも事件を眺めたいと考えている。


例えば、犯人はデータサイエンスで電気粘性流体の耐久性問題を解決した当方の実験結果を非難している。それだけではない。


退職するときに参考のために見せてもらった耐久性問題の彼らによる報告書では完璧な否定証明が展開されていた。科学的に完璧な否定証明が成された現象に対して、データサイエンスで解決策を導いた当方の仕事の仕方が間違っているとまで言われたのである。


データサイエンスのセミナーでは、MZ80Kが出力しLOTUS123で徹夜でまとめた当時のデータをそのまま使って説明している。自宅で会社のデータ整理を要求するなど過重労働前提の指示が当然だった時代である。


少し話がそれたが、配合設計もこの脱線した話に近い。知識の量やモノの見方、人生体験も含めその技術に反映される。配合設計を簡単だと少しでも感じた人がいたら、それは誤った判断だと指摘しておきたい。

わかりやすく表現すると、技術者の数と同じくらい配合設計の考え方があると思っていただきたい。配合設計ではコンセプトが重要であり、そのコンセプトは技術者の経験知に影響を受ける。

配合設計をデータサイエンスで行い、Pythonで機械学習させながら実験を行う。実験結果の整理は、適切なグラフがいくつか提示されて考察する技術者の姿は、DXの進む時代の常識となるのか。

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2022.10/08 配合と物性とプロセス因子

「配合と物性の関係」についてご質問を頂いた。しかし、詳細は別途ご相談させていただきたい。なぜなら当方のコンサルティング内容にかかわるからである。


マテリアルインフォマティクス(MI)でAIを設計する時にもこのあたりの知見は重要であり、無料で話せる内容は限られる。


中国ナノポリスの研究所ではカオス混合装置が稼働している。ここで退職後カオス混合装置の効果を検討してきたのだが、当初考えていなかった現象も起きているので勉強になった。


早い話が、混練技術についてはまだまだ開発の余地があるということだ。特に二軸混練機の取り扱いについては注意が必要で、現在市販されているどのような二軸混練機を使用しても当方の発明したカオス混合装置が取り付けられていなければ、到達できないレベルが存在するということが分かった。


当方の執筆した混練の本にも少しそのようなことを書いているが、8年間実験してきてデータが蓄積された結果の結論である。


もちろんカオス混合装置が取り付けられていても、二軸混練機の混練条件が悪ければ、カオス混合装置内で十分な混練効果が得られないこともある。だからカオス混合装置が万能とは言わないが、カオス混合装置が取り付けられた二軸混練機では、取り付ける前より混練が進むのは確実である。


さて、配合と物性が1:1に対応していないことを先日紹介している。これは、配合成分の一次構造よりも高分子の高次構造のほうが物性への寄与率が高いためである。


また、配合と力学物性が1:1で対応しても電気特性が対応しないこともありうる。例えば、電子機器にPPS材料の適用が多くなったが、カオス混合の有無で配合と力学物性が1:1で対応するが、配合が同一でも電気特性が異なるPPSコンパウンドが存在する。


特に絶縁耐圧が大きく異なるので面白い。これは以前当方のセミナーでもナノポリスにおける成果としてデータを紹介しているが、カオス混合を行うと耐トラッキング性能が100V以上向上する。この向上効果は二軸混練機にも依存する。


なぜ二軸混練機に依存することが分かったのかは想像していただきたいが、カオス混合装置を取り付けなければ耐トラッキング特性が品質規格のボーダーラインとなるが(射出成形体の歩留まりに影響する)カオス混合装置を取り付けると品質が向上するので、射出成形体の歩留まりが上がる。本日はこれ以上書かない。

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2022.09/23 データサイエンスによる成果とは

データサイエンスにより界面活性剤の候補が絞られ、ゴムからブリードアウトした物質で増粘し機能を失った電気粘性流体を一晩で復活できた。


しかし、その手法は科学的ではない、という。科学的ではないことを当方も承知していたが、それを理由に検討しないというのは、問題解決の手段を狭める、と主張した。


当時アカデミックな研究を唯一の方法として推奨していた研究所は、科学的であることにこだわる硬直した研究者の集団だった。当方は、さらにヒューリスティックな解を示し、このアイデアを用いると現在検討中の電気粘性流体の性能を向上させることが可能、とこの議論の中で答えている。


そして、粒子構造が表面から内部にかけて抵抗が減少している傾斜機能粉体やコンデンサー状のナノ粒子が分散した粒子、ナノ粒子が分散した不均一粒子の3種の粒子を製造し、それらの性能を評価した。


驚くべきことに、それら3種の微粒子から製造された電気粘性流体は、当時世界最高の電気粘性効果を示した。短時間で得られたこの成果で周囲はびっくりして、科学的には怪しいがデータサイエンスで見出された界面活性剤で耐久性問題を解決しようという流れになった。


同時に会議前になると異常な事件が起きるようになった。データサイエンスを用いた問題解決法が非科学的とされた時代の出来事である。


科学と非科学との境界は時代により変化するとイムレラカトシュはその著書の中で指摘しているが、科学という哲学がどのようなものであるのか、あるいは人類が科学誕生以前から営んできた技術的思考による問題解決法を非科学的として封じることの愚かさにようやく日本人は気がついたのかもしれない。


日本人は、ようやくデータサイエンスの重要性に気がつき、義務教育にプログラミング教育を遅ればせながら取り入れた。そしてAIの実現にまっしぐらである。


おそらく、その次に来るのはAIに対する反省だろう。人間の進化の歴史を見るとこのような時代が到来することが予想される。


データサイエンスとAIを直接結び付けると、それを反省する時代が来ると予想されるならば、データサイエンスを人間の頭で結び付ければよいだけである。これが今データサイエンスにおける最先端の方法論だ。それは当方が転職してまでも改良し続けてきた方法論である。


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2022.09/20 10月11日劣化寿命予測のセミナー

アーレニウスプロットによる時間温度の換算手法、すなわち寿命予測法は、いまや食品や医薬品までに応用されている。


ラーソンミラーパラメーターも同様に普及しているが、これらの手法はそれぞれ経験知である点を正しく理解しているだろうか。


その前に、そもそも実験のやり方も含め、これらの手法そのものが理解できていないという人は、10月11日に開催される弊社のセミナーを受講していただきたい。Pythonを用いたデータ整理手法を中心に講義します。


寿命予測も含め、実験データの整理や解析にエクセルを使われている方は多いと思う。当方もセミナーでデータ解析を指導するときにエクセルのソルバーの使い方など事例を基に講義している。


しかし、エクセルの問題は計算式をセルに埋め込む手間である。さらに使いまわしを行おうとすると少し面倒である。これを便利にするためにVisualBasicを立ち上げるのも良いが、最近マイクロソフトからワードやエクセルのVisualBasicを廃止する方針が発表された。


理由は脆弱性である。この問題以外に、VisualBasicでも再利用という観点で不便である。さらにこの使用方法をご存知の方も少ないと思われる。当方は知っていても使わない。面倒だからだ。


ところがPythonは、かつてのMS-DOS環境におけるプログラミングのように快適である。ぜひ技術者はPythonの使い方を取得していただきたい。GAFAで使われている標準言語、という意味だけでなく、Basicよりも易しく機械学習のプログラミングも可能なのだ。


さらに豊富なライブラリーがあり、劣化寿命の時間温度換算則を用いたデータ整理プログラムなど数行で書くことが可能だ。ぜひこの機会に弊社のセミナーを受講してPythonを身に着けていただきたい。


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2022.09/18 ポリカーボネートの代わりにPPS

低価格カラーレーザープリンターには、ポリカーボネート(PC)製中間転写ベルトが用いられている。複写機部品として捉えたときに難燃性や靭性のバランスが良い樹脂だからである。高い難燃性と強度が要求される複写機外装材にもPC系ポリマーアロイが使用されている。


このPCよりもポリフェニレンスルフィド(PPS)は、難燃性が優れているが靭性ははるかに悪い。ゆえに中間転写ベルトのような動的部品に用いるには工夫が必要である。


その工夫として6ナイロン(6PA)を添加して靭性をあげることに成功したが、まさかその対策でパーコレーションの制御が難しくなり歩留まりが上がらないところまで前任者は考えていなかった。


すでに量産試作直前なので、配合処方を変えずに対策を考えてほしい、という前任者の難解な願望のため誰もがゴール実現不可能な仕事だと思っていた。パーコレーションの制御を難しくしている原因が6PAにあることは明らかだった。


これを科学的に考えていては答えが出ない。なぜならフローリー・ハギンズ理論があり、PPSと6PAは相溶しない組み合わせで必ず相分離して海島構造となり、カーボンのパーコレーションを複雑にする。


この問題をどのように解いたかは、今月と来月開催を予定しているパーコレーションを題材にしたPython のセミナーで解説しているのでご興味のあるかたは受講してください。テキスト不要であれば5000円である。


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2022.09/14 データサイエンスの事例

データサイエンスに関して無料セミナーを予定している。事例の大半は30年以上前のゴム会社時代の事例であるが、今でも色あせていない。


例えば、アクティブサスのケースとして用いるゴムからのブリードアウト物で電気粘性流体の増粘が起きた耐久性問題では、界面活性剤でこの問題を解決できない、という科学的に完璧な否定証明の報告書が1年かけた研究の末、発行された。


そして研究所で加硫ゴムについて最も詳しいという理由で、高純度SiCのJVを立ち上げたばかりの小生に、加硫剤などの添加剤が入っていないゴムを開発するよう命じられた。ゴムに詳しい方ならば、ゴム会社でこのようなテーマが立案されたことに驚くかもしれないが、実話である。


小生は、すぐに界面活性剤のカタログを集め、MZ80Kで主成分分析を行い、主成分得点まで求め、それらのデジタルデータをパラレルインターフェースを介してPC9801に転送した。


PC9801ではロータス123が稼働しており、それでグラフを作成して、界面活性剤の性質をHLBは、70%未満しか説明していないことを確認できた。


それだけではない。第一主成分と第二主成分の軸でプロットすると、界面活性剤がいくつかの群に分かれた。60数%の界面活性剤は第一主成分の軸の周りに集まったが、残りの30%以上の界面活性剤には、第一主成分の軸から離れた群に属する化合物が存在した。


おそらく第一主成分の軸はその寄与率が80%以上を示したHLB値だろうとみなし、この軸から離れた界面活性剤を中心に、300種類の界面活性剤を増粘し使い物にならない電気粘性流体に添加して一晩観察したところ、幾つかのサンプルで、粘度低下が起きていることを発見した。


すなわち、データサイエンスにより、1年かけた否定証明の結果を一晩でひっくり返す成果を出したのだ。無料セミナーでは特許に発表されたデータも交えもう少し詳しく説明する。


なお、データマイニングはかつて上司に命じられ自腹で購入したコンピューターシステムで行われた。大衆車1台分の給与をつぎ込んだシステムのため、独身時代は、必死でBASICだけでなくPascal、C, FORTH、アセンブラーなどを勉強している。


余談だがPC9801は、自主的に購入しているが、MZ80Kほど高くはなく、FDまでついて30万円ほどだった。ただ、プリンターとかプロッターはMZ80Kにつながれていたので、PC9801とMZ80Kはパラレルインターフェースで接続され、PC9801のデータをプリントする時にもMZ80Kを立ち上げねばならない不便があった。しかし、恐ろしいほどコンピュータの性能向上速度が速くMZ80Kのハードウェアーとしての資産価値は下がっていったが、ソフトウェアー資産が豊富にあったので、Windows95が発売されるまでMZ80Kは現役として活躍していた。計算時間はかかったが、8ビットコンピューターでもデータサイエンスができたのだ。ただし、小生のMZ80Kには8MHz駆動のZ80が搭載されていた改造品である。当時はハードウェアーの改造などが書籍として発売され、秋葉原には怪しげなプリント基板が多数発売されていた。プリント基板とチップをバラで購入し組み立てる面倒な作業が必要だったが、ハードウェアーの勉強ができた時代である。当方の時代は、モータリゼーション隆盛で車を走らせる若者がいた一方でコンピューターでソフトをいかに早く走らせるかに夢中になっていた若者がいたのである。「花王のパソコン革命」というベストセラーのおかげで両方の文化を享受することになった。


データサイエンスの入門として無料セミナーも準備しました。当方の実績を基にした事例セミナーなので専門外でも理解できます。40年以上前の実績だけでなく最近の事例も紹介します。

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2022.09/11 高分子の再生材、ケミカルリサイクル

今年の4月に施行された法律により、高分子の再生材に関する動向が大きく変化してきた。写真会社で2010年頃に環境対応樹脂としてリサイクル材の採用方針を決め、当時50%以上のPETボトル回収材が輸出されている点に着眼し、PETボトルを基に新樹脂を開発した。


写真会社は、いまや複写機分野で再生材使用率50%以上を達成し、業界のトップランナーとなった。退職日を2011年3月11日に延期し業務を推進してみて良かったと思っている。また、当方が退職後この仕事は社長賞を受賞しており、元部下がその記念品をわざわざ当方に送ってくださった。


ゴム会社を転職した時に辞表を受け取ってくれた上司の依頼で写真会社の業務終了後、高純度SiCの技術伝承のため半年以上無償でゴム会社へ通ったが、もう来なくてよい、という1通の手紙で終わったことと比較すると感動的出来事である。この時の手紙も部下から送られた記念品も大切に保管している。


さて、高分子材料の再生化には二通りの方法があり、一つはケミカルリサイクルであり、他の一つは回収された樹脂を再ペレット化しリサイクルする方法である。LCAの観点では後者が望ましいが、用途が限られる。


なぜなら、バージン材同等の無色の材料を回収できる量が少ないからである。PETボトルやミルクボトル、あるいは天然水サーバー用のガロンボトルなどは無色透明の材料としてリサイクル可能だが多くは着色している。


ゆえに有色のリサイクル材の用途は黒系色分野に限定される。クローズドリサイクルあるいは水平リサイクルを行えば近い色の材料をリサイクル可能となるが、それでもリサイクルできない着色材料の方が多い。


また、高分子材料にはフィラーはじめ各種添加剤が配合されたりしているのでどうしてもケミカルリサイクルが不可欠となる。ゴミからの熱回収技術は日本でかなり進歩したが、欧米標準ではサーマルリサイクルをリサイクルの手段として認めていない。


この問題ゆえにケミカルリサイクルとなるのだが、ケミカルリサイクルについても従来の考え方ではサーマルリサイクルと大差の無いLCA結果になる可能性がある。


新しいアイデアなりコンセプトのケミカルリサイクルが求められているのだが、特許を調査していてもこれといった目新しい技術提案が見つからない。従来の石油コンビナートと異なる考え方として水を使いコロイドプロセスで処理するアイデアがある。

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2022.09/09 ポリカーボネートより優れた樹脂

写真会社に20年間勤務したが、最後の5年間は複写機のキーパーツ開発に従事している。きっかけはPPSの押出成形で半導体無端ベルトを製造していた部長がリーダーを代わってくれ、と言ってきたことから始まっている。


半年後に部品供給しなくてはいけない状況で歩留まりが10%以下なので引き受ける人もいないような仕事だが、当方は幸運にも窓際族となっていたので引き受けている。


窓際に10年勤めるよりもこの歩留まり10%以下の仕事の責任をとってパッと散るのも良いかと思ったわけではない。説明を聞いてゴム会社の指導社員から出された宿題を完成させるにもってこいの仕事と思ったからである。


20年以上も昔の宿題なのでどうでもよいのだが、カオス混合という言葉を忘れられないでいた。カオスを混合するのである。混沌から何が生み出されるのか、ファンタジーの世界である。


しかも、ポリカーボネート(PC)が採用された原因から非常識とも思われる割れやすい、すなわち靭性が低いことで有名なポリフェニレンスルフィド(PPS)で開発をしているところにも魅力を感じた。


PPSの難燃性はPCよりも高い。しかし結晶化しやすい樹脂であり、脆い。さらにこの樹脂のパーコレーションの制御は結晶性樹脂ゆえに難しい。


リーダーを代わってほしい、と言ってきた部長は、割れやすいPPSを割れにくくする技術を開発し成功間近まで来たが、歩留まりをあげることがどうしてもできない、製品化がうまい当方に何とかしてほしい、と頭を下げてきた。


しかし、この割れにくくする技術が歩留まりを下げている大きな原因であることに気がついていない。PPSの靭性を高めるためにPPSに非相溶な6ナイロン(6PA)を配合していた。


これがパーコレーションの制御を難しくする。パーコレーションという現象を理解しておればコンパウンドの設計をもう少し気の利いた配合にする。


特許を調査してPPSの配合設計思想を研究したところ、靭性改善に関する発明が多く6PAの配合アイデアは高分子技術では国内で一流のT社から特許出願されており、海島構造の相分離が公知となっていた。


このような高次構造の材料に導電性が良いカーボン粒子を添加してパーコレーションを制御したいならば、6PA相にカーボンをすべて偏在させるような設計にしなければ導電性の盛業が難しくなる。


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2022.09/08 ポリカーボネートは割れにくい

ポリカーボネート(PC)の難燃性について先日書いたが、PCは燃えにくいだけでなく靭性すなわち割れにくさが他の樹脂に比較しレベルが高い。それゆえ低価格カラーレーザープリンターの中間転写ベルトに用いられたりする。


割れにくく、燃えにくいPCだがケミカルアタックには弱い傾向がある。樹脂そのもののケミカルアタック耐性を評価すると、他の樹脂と変わらないが、射出成形体におけるウェルド部は他の樹脂同様の泣き所である。


外装材としてPC/ABSやPC/PS、PC/PETが用いられたりしているが、金型の設計上避けられないウェルド部はしばしばケミカルアタックの発生で悩まされる。


さて、PC製中間転写ベルトの話に戻るが、そもそも高級機にはポリイミド樹脂(PI)が用いられる。機械強度も高く難燃性も高いのでPIがその材料として最適であるが、溶媒キャスト成膜法で製造されるので高価であり環境対応(LCA)の観点でPIは不利である。


低コストのカラーレーザープリンターの中間転写ベルトでPCが用いられる理由は、最初に述べた物性ゆえであるが、この高分子が結晶化しにくい樹脂であることも影響している。


中間転写ベルトは半導体部品であり、絶縁体高分子に導電性カーボンを分散して電気特性を調整している。結晶化速度の速い樹脂では、押出成形でパーコレーションの制御が難しくなる。


このパーコレーションについては、今月と来月にPythonのセミナーでプログラムの題材として説明するので興味のあるかたはセミナーを受講していただきたい。


PCは完全な非晶性樹脂ではないが、結晶化速度が遅いゆえに非晶質状態で成形体を得ることが可能であり、それゆえ押出成形でパーコレーションの制御が容易なだけでなく、結晶化に伴う靭性低下を回避でき難燃性も高いので中間転写ベルトのような動的部品に使われるようになった。


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