１ケ月という短期間で実際に商品を作り企画書をまとめる、というのはかなりきつい仕事である。技術開発と言うよりも瞬間芸的開発という表現が似合う。あれこれ調査している時間など無い。身につけている技術で芸をする感覚である。上司は指示を出すだけなので楽であろう、と思っていたが、そうではなかったようだ。担当者がいる会議の席ではあまり厳しい意見はでないが、管理職だけになると結構厳しい意見がでて胃が痛くなる、と上司がこぼしていた。
６年間一人でＳｉＣの仕事を抱えていたときに、一時期上司は半年から１年で交代していた(注)。その上司の中で思い出に残っているのは基礎的に丁寧に仕事を進めた上司である。上司になる前の仕事ぶりは、参考になりそうだったので注目していたが、上司になったとたん大変なことになった。技術データ以外に、技術のよりどころを示す科学の基礎データまで要求されるのである。すなわち、科学に基づく技術開発を忠実に追究し、科学的ではない技術を認めない姿勢であった。
切削チップの開発では、超微粒子分散型の構造で靱性を上げる材料設計にしたが、仮説から始まり、その強靱化機構のメカニズムまで示すデータを要求された。１ケ月という短期間に商品まで作らなければいけないのに地獄である。時間が無い、という議論をしても時間の無駄で、科学的データを出す必要があった。困ったのはなぜ超微粒子が分散した構造になるのか、という科学的説明である。
思考実験ではできていたが、世の中の情報もデータも無いので風が吹けば桶屋が儲かる式の説明しかできない。そんな説明では、女子学生より甘い、と本部長に言われますよ、と「叱咤激励」された。今ならパワハラセクハラ表現で就業時間を越える仕事量を要求するブラック企業と騒がれるような状況だが、当時はそれが「叱咤激励」という言葉に感じる時代であった。ちなみに女子学生より甘い、とはその上司が本部長から本当に言われた言葉らしい。研究所で「迷言」として噂になっていた。
当時女子学生は、古くは１１ＰＭの時代から中年のあこがれの対象であり、それがゴールデンタイムに持ち込まれ、テレビ番組の低俗化がはじまった。そしてこれがバブルのはじける直前に流行したお台場のディスコにおけるお立ち台フィーバーにつながってゆくのだそうだ。お堅いＮＨＫもサイエンスレーダーに慶應大学女子学生宮崎緑氏を採用し女子学生ブームに便乗していた。その後セラミックスフィーバーを特集したＮＨＫの「日本の先端技術」という特番で彼女は司会を担当し世の中をさらに熱くした。５０周年を迎えたゴム会社ではこのビデオが連日社内で流された。
科学の歴史は論理的必然性の歴史ばかりではなく突然変異的な発明や発見により発展する場合もあるが、一応のつながりは存在する。しかし、社会風俗の変化には理解できないところが多い。それでも風俗評論家は科学史以上にその流れをうまく説明する。そんな風俗史のもっともらしい説明を聞くと、逆に科学の歴史が人間の営みそのものであるように見えてくる。すなわち自然の美と豊かで便利な生活にあこがれる欲望の歴史のように見える。錬金術師から化学が生まれた逸話は今の日本経済の状況で化学の果たす役割の大きさを再認識させる。
おそらく本部長はそのような当時の風俗を取り込んだ冗談で使われた表現だろう。それほど厳しく捉える必要はない、と思ったが、上司は納期もマンパワーも考えず真剣に科学的データを迫ってきたので大変に困った。タグチメソッドもどきで狙ったとおりの構造はできた。しかし、それがどうしてできたのか、当時の科学論文を探しても見つからなかった。これでは女子学生よりも古い錬金術師と同じ発想と言われかねない。
＜明日へ続く＞
（注）上司が交代していたのか、担当者がたらい回しされていたのか不明である。高純度ＳｉＣのテーマは継続しており、０．５人分のパワーを裂いていた。残り０．５人分の仕事のテーマで上司が変化していた。実験室と居室は先行投資で建てて頂いた研究所にあったので６年間同じ場所で仕事をしていたが、退職してから冷静に考えるとサラリーマンとしてきつい状態だったのだろう。しかし、研究予算も潤沢にあり給与は毎年増えていたので、会社と自分を信じ業務を進めることができた。
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切削チップの技術については全くの初体験でも、１ケ月程度で鋳鉄を研磨可能なＳｉＣ製のチップを作成することができた。これは弊社の問題解決法によるところもあるが、セラミックスフィーバーでセラミックスチップの製造技術がすでに完成していたことが幸いした。
当時ノウハウよりもノウフーが大切だ、と言われていたがその通りであった。切削チップに仕上げる技術などゴム会社に情報すら無かったが、高山の会社には、そのまま導入すれば切削チップを生産できる設備が整っていた。インターネットなど無い時代であったが、ヘッドハンティングの会社がよく接触してきていたので、企業情報やセラミックス関係の人的ネットワークができており、高山の会社もそのネットワーク経由で知ることができた。
若い時に少し有名になると道を誤るリスクは大きくなるが、情報が自然と集まってくるのはありがたい。それらの情報は科学的情報から非科学的情報まで、さらには怪しい情報もある。高山の会社も最初情報を得たときに、あまりにもできすぎた話なので怪しい情報と誤解した。すなわち先端技術メーカーの生産ラインが容易に手に入ってしまうのである。ただ怪しい情報と思っていても当時頼らざるを得ない状況であった。しかしその会社に賭けて正解であり、そのまま商品にできるような姿に仕上げてくれた。
このときノウフーの重要性を身にしみて知った。その会社の設備を導入すれば、切削チップの先端の生産技術がすべて手に入るのである。切削チップ事業は、チップの設計技術が差別化技術であり、生産技術はノウフーの世界であったのだ。さらにチップの設計技術については都立工業試験所に公開された技術が存在し、評価技術がタダで手に入る状態であった。残っているのは材料設計技術で、ゴム会社が取り組むには適していると判断し、企画として提案した。
事業化検討の議論では技術ではなく、その市場構造が問題となった。大手以外に中小がひしめき合っている市場に入ってトップになれるのか、というのが議論の中心で、さすがにＳｉＣ一材料しか無い状況でトップになれます、とはったりを言う自信は無かった。
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昨日実験計画法を行うときには相関係数を用いると良い、という話を書いた。これはタグチメソッドの表現では感度を配置している事と同じで、感度を最大（あるいは最小）にする因子を探る方法となる。SN比とは異なるので必ずしも得られた結果のロバストは高くないが、当時新材料を開発し機能の最大を求めるのがミッションでもあったのでタグチメソッドもどきは大変役にたった。
何故相関係数を用いると実験計画法が当たるようになるのか、難燃化技術を開発しているときにはよく分からなかった。当時ＬＯＩのリン濃度依存性で求められる相関係数を用いていたのだが、タグチメソッドもどきの手順で外側因子として難燃剤濃度を用いている状況と類似している。タグチメソッドでは、外側因子でＳＮ比が求まるわけであるが、タグチメソッドもどきでは感度を求めている。
タグチメソッドの教科書にはＳＮ比最大を求めることが大切で感度を追究することはロバスト最高を保障しない、と言うようなことが書かれている。このあたりについてかつて故田口先生（注）は、技術的に必要なときには感度最大の制御因子を選んでも良い、と柔軟であった。ただし、これは小生だけだったのかもしれない。小生は田口先生にタグチメソッドもどきの体験をお話ししたが、笑っておられた。
タグチメソッドの存在を知らなかったが、タグチメソッドもどきがあったので、ＳｉＣ－ＴｉＣ系の切削工具開発を迅速にできた。特許を回避する目的と焼結を液相焼結で進めサーメットに近いセラミックスの設計を行った。液相焼結ではＳｉＣは異常粒成長しやすい問題があるがホットプレスを用いると防ぐことが可能である。助剤はＡｌ、Ｂ、Ｆｅの３種から選択することにした。
タグチメソッドもどきで最適化したところ、Ａｌが選択され、Ｓｉ－Ｔｉ－Ａｌ－Ｃ組成の硬度は一般のサーメットよりも高く靱性もサーメット並に高いセラミックスが得られた。高山にある切削チップを製造するマシンを販売しているＷ社に依頼し、切削チップの形に加工してもらった。東京都立工業試験所に切削チップを評価しているグループがあり、そこでチップの評価をお願いした。
驚くべき事に鋳鉄を切削可能で、サーメットよりも優れＢＮ系に近いとの評価を頂いた。この評価結果を持って本部長報告を行った。１ケ月で新材料を開発し、新商品を仕上げたことは評価されたが、事業化検討テーマにはならなかった。そのかわり、また１ケ月後新商品テーマを持ってくるように言われた。数ケ月間同様の事が続いたが、結局高純度ＳｉＣに真正面から取り組むことだ、と言うことになり、解放された。このゴタゴタの時期にフェノール樹脂を助剤にした半導体用セラミックスヒーターの企画は生まれている。
このとき、新材料開発ではタグチメソッドもどきが活躍した。科学的な考察も加えてはいたが、最適化はタグチメソッドもどきで行っている。科学的にアイデアを出すときの問題点は、公知の情報程度のアイデアしか出ないことにある。ＳｉＣがカーボンだけで焼結することが学会では信用されず、焼結理論さえ怪しく、ファインセラミックスの相図などまだ充実していなかった時代に、科学的に技術開発を進めることは頭の良い方法では無い。大胆な仮説と常識にとらわれない実験が重要である。
セラミックスフィーバーの時代にセラミックスの科学は大きく進歩した。しかし、この時代の技術開発は、科学の無い時代の技術開発に近い状態であった。ただ、既存のセラミックスの教科書に異を唱える研究者の科学的な新説の発表もあり、活用できる情報は幾つかあった。
（注）昨年お亡くなりになりました。
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高純度SiCの事業が立ち上がるまで様々なテーマを片手間に遂行していた。ある日、何か成果を出さなければいけないというので、１ケ月後までに新材料と新商品企画を行え、と指示が出た。「まず物を持ってこい」というのが当時の本部長の口癖だったので、この指示は、１ケ月後までに新商品を持ってこい、という指示と等価である。そしてそれができなければ結果は想像できた。
さて、何を企画するのか。アイデアは豊富にあった。ただし新材料で１ケ月後に新商品の姿にできるアイデアは、その中で一つか二つである。まだセラミックスフィーバーの嵐は去っておらず、その嵐の中で金属加工に使用する切削チップの開発状況が新聞でいくつか取り上げられていた。従来サーメットで使われていた分野へどんどんファインセラミックスが入り込んでいる、という内容である。それらの記事の中で、SiCで鋳鉄を削れたら低コスト長寿命のバイトができる、と紹介されていた。
SiCは脆くてさらに切削中に鉄と反応するので切削工具には使用できない、と説明が書かれていた。これならば１ケ月で問題解決できそうだ、と考えた。すなわちSiCの靱性向上と鋳鉄の反応防止を考えれば良いのである。さっそく弊社の問題解決法にあるK0チャートとK1チャートを作成し開発計画を立案した。
すなわち、新商品は切削工具で、そこに用いる新材料は鋳鉄を削ることができるSiC系セラミックスである。SiCの靱性向上策として、当時セラミックスの論文に紹介されていた、超微粒子分散による破壊エネルギーの伝播防止策を採用し、鋳鉄の反応防止策として、TiCを活用することにした。すなわちSiC-TiC系セラミックスを新材料の開発ターゲットに据えた。
ここまで具体化されるとあとはタグチメソッドでスピードアップするだけである。しかし当時タグチメソッドを知らなかった。そのかわり日科技連の研修でならった実験計画法を改良したクラチメソッドを開発していた。これは、ポリウレタンの難燃化技術開発で実験計画法を使用していたときに、あまりにも実験計画法が外れるので、それを改良した方法である。すなわち、開発では一般に改善方向が問題となるので、実験計画法を行うときに、測定値をそのまま使うのでは無く、相関係数を用いると面白いのではないかと考えた。すなわち相関係数を最大にできる条件を実験計画法で探ればもう少し当たる可能性が高くなるのでは無いか、と考えた。
＜明日へ続く＞
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「科学と技術（１２）」で書いた電気炉の不思議な暴走は、装置に異常があったわけでは無い。また、温度調節器のプログラムが間違っていたわけでは無く、PIDの設定値も最適な値であった。原因不明のまま３０年以上過ぎゴム会社で高純度SiCの事業も何とか継続している。
この高純度SiCの開発過程で弊社の問題解決法が完成した。弊社の問題解決法は、幾つかのモジュールがありフルセットですべて使用する必要はない。半分以上のモジュールは当時普及していた日科技連の手法を研究開発向けに改良してできた手法である。K0チャートやK1チャートは新QC７つ道具の一つPDPC図を使いやすく改良したものだ。
PDPC図は、実際に使用してみると初めての仕事や経験の浅い仕事では次のアクションを考えるのが難しくて使いにくい。K1チャートでは一つのアクションが成功したときと失敗したときとに機械的にふりわけ、それぞれについてアクションを考える規則にしているので、次のアクションは考えるのでは無く決断する内容を書き出すことになる。そして、アクションがこの成功したときと失敗したときという２つの事象は、それぞれ補集合の関係になっているので、K1チャートができあがったときには、考えられる全てのアクションを書き上げた図となる。
K1チャートだけで成功に導けた研究開発がある。酸化第二スズゾルの量産プロセス立ち上げである。酸化第二スズゾルの生産はＹ社にお願いしたが、そこで生産立ち上げ時にトラブルが発生した。実験室では、四塩化スズを加水分解したときに簡単に酸化スズの沈殿が得られていたのだが、量産プロセスでは、酸化スズがうまく沈殿せず、洗浄ができなくなる事態になった。
できあがった量産プロセスの中で変更できる条件は少ない。ただ、実験室の条件が量産プロセスで再現していないだけなので、全ての組み合わせを実施すれば酸化スズの沈殿が得られる条件が見つかるはずである。この場合タグチメソッドは有効であるが、問題はこの規模でそれを行うと確認実験まで終了するために１ケ月以上時間がかかる点である。
タグチメソッドが源流で行うと効果的と言われる背景にはこのような理由も関係する。量産時にもタグチメソッドを使用しても良いのだが、設計段階よりも規模が大きくなり費用と時間の点で不利である。そこでＫ１チャート作成にとりかかった。
全ての条件の組み合わせについて、実験室の結果と照合しながら可能性の高い順に並べ、K1チャートを作り上げた。その時のK1チャートでは最適条件が最短３ステップで求まる図ができていた。最悪の場合には８０ステップほどの実験を行うことになる。運良く３ステップで最適条件が見つかったのだが、繰り返し再現性を確認してもロバストの高い条件となっていた。
競馬の予想に近い方法だが、科学の仮説立案とも似ている。各ステップを決定するために情報を最大限に活用している。重要なのは実験室で観察した現象を改めて見直す作業である。タグチメソッドでも源流の実験結果が川下で再現しないときがある。そのようなときにはK1チャートは有効である。仮に大きなチャートになったとしても、チャート作成に使用された仮説が正しければ最短でゴールを達成できる効率の良い方法である。
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思考実験の効用として特許戦略における先行出願戦術がある。
これは今後事業戦略として進出しようとする分野の特許を事前に出願する戦術である。特許は公開されるまで１年半かかる。ゆえに事業の準備を始めた段階で出願しておくと事業開始の早い段階で審査請求ができ、事業における知財リスクを回避することができる。特許は技術の権利書で有り、類似技術であれば１日でも出願日の早い企業の権利が優先される。
写真業界は知財戦略の進化した事業分野の一つである。例えばかつて写真フィルムという市場は、４社の寡占状態で、そのうち２社が日本に存在した。カメラに至っては、現在大半が日本メーカーである。この業界の知財戦略は古くから激しい火花を散らしており、その歴史は昭和４０年代までさかのぼる。重要な技術分野と思われるところは、事業にならないような実施例を使ってでも特許を出願してくるのである。
例えば結晶性酸化スズが透明導電体として重要な場合では、結晶性酸化スズと写真フィルムの組み合わせを権利化したい。このようなときに、非晶質酸化スズ＋写真フィルムの特許が出願されると、物理蒸着により成膜したＩＴＯを実施例にして、結晶性酸化スズ＋写真フィルムの組み合わせを対抗出願するのである。物理蒸着では生産性が悪いので写真フィルムの生産技術として事業性はないが、結晶性酸化スズ＋写真フィルムという組み合わせを権利化することができる。
この組み合わせが権利化されると、結晶性酸化スズを用いた写真フィルムの改良技術は、この特許に抵触することになる。このあたりは特許技術も関係するので実際にはもう少し複雑な問題が存在するが、概略のイメージはこのようである。すなわち、事業で必要な技術に関連する項目をピックアップし、技術開発する前に特許を先行して出願しておくのである。仮に発明要件が不十分で権利化できなくとも公知化できるので、知財リスクを軽減する。
事業を進めて行く方向にライバル特許が存在しているのは最悪のシナリオであるから、公知化できれば、他社はその範囲を権利化できないので知財リスクを低減することができる。これが先行出願のメリットである。写真フィルムやカメラ、電子写真の特許の出願状況を調べて頂けば実態を理解できるが、おびただしい数の特許が出願されている。例えば酸化スズを帯電防止材に用いた写真フィルムの特許だけでも昭和３５年から２０００件近く２０世紀に出願されている。これは少ない方である。
製品開発では新技術との組み合わせ技術も特許要件になるため、このような状況になるのだが、特許が事業を行うための権利書である側面を理解すると先行出願の重要性を理解できる。すなわち先行出願により、最悪でも技術の公知化を行う事ができ、それにより事業展開における知財リスクを低減できる。
この特許の先行出願戦術において思考実験は重要な役目を担うことができる。すなわち思考実験を使うと先行出願したい特許案を明確にすることができ、その実施例までも作り出すことができる。特許がパテントではなくペテントと表現されたりする背景にはこのような特許が多いことを示している。
科学は真理を追究することが使命なので、論文の捏造は許されないが、技術は機能を実現するのが使命である点を思い出す必要がある。すなわち機能実現のための技術の権利範囲を確定するために実現されるであろう機能が決まれば特許を出願することができ、さらにこの特許は、機能を実現する技術の権利書という意味において、機能が明確になっておればそれを実現する技術に科学的な間違いが無い限り再現可能なので、捏造とはならないのである。
ペテントと表現される人はこのあたりをよく理解されていない。実現できない機能を特許にした場合には本当にペテントになってしまうが、確実に実現できる機能は、豊富な技術開発経験と科学的知識から明確にすることが可能である。また豊富な技術開発経験は機能の実現方法を具体化し、科学的知識に基づく思考実験でその方法を真実に裏付けられた実施例で正しく具体化できる。
科学情報は真実しか公知化していないので、機能を実現する方法をサポートすることに使えても、科学情報に技術内容が記述されていなければ、その方法の証拠とできない場合が多い。ここにも科学と技術の違いを見いだすことができる。技術とは機能を実現する行為で有り、科学的知識に裏付けられた行為は再現可能である。行為が実際に行われたかどうかは重要では無く、再現できることこそ重要なのである。ゆえに、思考実験による科学論文は捏造になることがあるが、特許の場合には科学的知識を活用する限り捏造とはならない。
思考実験は知財戦略の為にも重要な手段で有り、弊社の問題解決法では、このあたりの指導も豊富な経験を実例として使い行っている。
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３２年間研究開発では、ＳｉＣ合成法発見のような不思議な成功体験を大小いくつも経験した。自然現象には科学で解明できない現象が多いことを思い知らされた。その中でも、ＳｉＣ合成実験における電気炉の不思議な暴走は、その後ゴム会社から２億４千万円の先行投資がされる事業へつながったので人生で最も大きな不思議体験である。さらにそれが現在でも事業として継続されている。
このような成功体験を１度すると切羽詰まった時など神様にお祈りをする習慣がつく。ただ、無信教なので、自分が頼っている神がアラーなのかキリストなのか仏様なのか全く不明で最初に手を合わせたときにいつも戸惑いがあった。突然七福神が現れたり、抽象化された八百万の神にお祈りをしたりもした。
そのような習慣で実験を行っていたときに、ある日頭の中に実験で起きる反応の全体像および外乱が生じたときに副反応が発生するすべての様子が絵巻物のように自然に浮かんでいることに気がついた。ニュートンは思考実験で万有引力の発見を行ったと聞いていたので、これが思考実験の効果なのかもしれない、と考えた。
技術開発で用いられるタグチメソッドでは、考えられるノイズを調合し、実験計画法を用いて使用可能な制御因子を様々に変え実験を進める。すなわち考える対象のシステムについて一応全ての実験条件を確認する実験を行う（実際には実験計画法による一部実施）わけだが、科学では仮説に基づき一部の実験に絞り一因子実験を行う場合が多い。
マッハは思考実験を非科学的と認めつつ弟子のアインシュタインにその方法を指導し、相対性理論の発明に導いている。思考実験は、風が吹けば桶屋が儲かる式に行えば良い、と言われるのだが、全ての実験条件を行う事ができる便利な方法なので、桶屋だけに商売をさせておくのはもったいない。
それでは思考実験のストーリーを組み立てるにはどうしたらよいのか、あるいは効果的な思考実験を行うにはどうしたらよいのか、それは弊社の問題解決法を勉強して頂ければわかる。
神に祈る行為は人を謙虚に導く。若い人たちの実験を見てきたが、とかく慣れてくると実験で手を抜く場合も出てくるようだ。実験で手を抜いたことが無いのでそのあたりの心理を理解できないが、マジメに実験を行おうとするとどうしても工数が増える。マジメな実験計画とは考えられる全ての条件で実験を行う事（注）だが、現実には不可能である。しかし、この現実には不可能な全ての条件における実験を思考実験は可能にする。思考実験で実験の流れをシミュレーションする効果は神に祈るよりも確実に成果が出る。思考実験の重要性に気がついてから神に祈ることを忘れている。しかし、それでも技術開発には成功している。弊社の問題解決法の効果である。
（注）半導体用高純度ＳｉＣの前駆体高分子の合成では、エチルシリケートとフェノール樹脂の組み合わせで考えられる全ての反応条件の処方を用意し、すべて実験を行った。３２年間に１０回近く全ての条件で実際に実験を行った経験がある。唯一他社の方と同様の試みをして運良く１６番目の処方で目標の材料が得られたときにはほっとした。それはポリオレフィンとポリスチレンを相容化剤無しで相溶させる実験である。透明の樹脂ができるまで考えられる合成条件全てを実験するつもりでいたが、それを他社の方には伝えていなかった。
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昨日の不思議な成功体験は、その後電気炉メーカーを交えて議論したが、原因が分からなかった。電気炉の暴走もその時の１回限りで、その後の実験では安定に動いていた。
当時シリカ還元法でＳｉＣを製造するときに、粉末の粒度を揃える手段としてイビデンの技術が有名であり、化学量論比よりも多くカーボンを用いてシリカと混合しペレット化する方法が知られていた。しかし、有機無機ハイブリッドを用いた場合には、化学量論比のシリカとカーボンが混合された状態で、ＳｉＣ化の温度条件を工夫しただけで粒度分布がシャープな粉末が得られた。
偶然見つかった条件であったが、この条件は、イビデン法が過剰のカーボンを取り除くために焼成処理を行わなければならないのに対して、それを不要にする。すなわちカーボンを取り除くときの酸素（空気）雰囲気下の焼成工程でＳｉＣの表面が酸化される問題を解決できる。この効果はＳｉＣの焼結で大きな意味を持つ。
当時プロチャスカの発明によるボロンを０．２％から０．６％、カーボンを２％程度助剤として添加する技術が知られていたが、一部のボロンが不純物のシリカにより酸化され助剤としての機能を果たさなくなる問題が指摘されていた。
有機無機ハイブリッドによる高純度ＳｉＣ粉末では、不純物シリカが含まれていないので、０．０５％という少ないボロンの添加量で焼結が進行した。さらに、ホットプレスであればフェノール樹脂を助剤にして、すなわちカーボンのみで焼結できた。これは現在商品化されているヒーターやダミーウェハーの技術である。
最初の実験条件は「お祈り」という極めて非科学的な手段で見いだしたが、その後お祈りが無くともその温度パターンで行えば再現よく高純度ＳｉＣ粉末が得られた。お祈りで見いだした温度パターンが適していることは、その後の研究で、シリカ還元法ではＳｉＣの核が生成する時に誘導期間が存在することを動力学的解析で見いだし、その反応機構を用いて説明ができた（注）。
不思議な成功ではあったが得られた結果は科学的に説明ができ、技術的にもイビデンの技術と完全に差別化可能な重要な成果となった。しかしお祈りで電気炉が暴走した原因は今でも不明な不思議な現象である。
（注）弊社の問題解決法を考案したのもこの時である。すなわち怪しい体験で得られた実権条件ではあるが、科学的なＳｉＣ化の正しい反応機構を理解していればたどり着くことができた実験条件でもある。しかし、その正しい反応機構は当時不明であり（学位取得を目指した動機である）、通常単純に思いつく実験条件とも異なっていた。考えられる全ての温度パターンを実験したときにたどり着ける実験条件である。科学的に全てが解明されていない現象を技術開発で取り扱うときには、可能性のある全ての条件を実験で確認する必要がある、と痛感した。仮説による一部実施は科学的な方法だが、正しい仮説を誰でもいつでも立てられる保証は無い。毎回神頼みではそのうち神に見放される、と思い、技術の問題解決法としてまとめた。
カテゴリー : 一般 電気/電子材料
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「勝 ちに不思議な勝ちあり、負けに不思議な負けなし」、とは勝負師野村克也氏の名言だが、科学では仮説に基づく実験を行うので、「失敗に不思議な失敗あり、成功に不思議な成功なし」となる。ところが仮説に基づく実験を行う科学の世界でも不思議な成功がある。ややオカルトのような体験になり、真夏の夜の夢ではな いか、と言われそうだが、秋も深まり始める１０月中旬の栗の名産地で実際に科学者３人が体験した不思議な出来事である。
有機無機ハイブリッドからセラミックスを合成する企画が上司から却下され、会社の５０周年記念論文にその内容を基にした事業展開を投稿してもボツになった。しかし、おりからのセラミックスフィーバーの中でファインセラミックス分野進出が全社方針と決まり、無機材質研究所に留学することになった。留学して半年が過ぎた頃人事部から衝撃的な電話が入り、その電話の内容を御指導してくださっていた猪股先生が聞かれていた。小生を元気づけるため、１週間だけ自由に実験を行って良い、との許可が下りた。
半導体用高純度ＳｉＣの合成実験を行うことにした。月曜日にゴム会社へ出向き前駆体高分子である有機無機ハイブリッドを合成し、火曜日と水曜日には無機材質研究所でそれを１０００℃で炭化処理した。配合処方からシリカとカーボンの比率が４水準の炭化物が得られているはずである。シリカとカーボンの比率を分析している時間は無い。一発勝負でこの４水準のサンプルを４個のカーボン坩堝につめ、１６００℃でＳｉＣ化の反応を行う事にした。
ＳｉＣ化の反応は、２２００℃まで昇温可能な最新の炭素抵抗炉を使用した。熱処理プログラムは田中先生が設定してくださった。シリカ還元法で必ずＳｉＣ化できる反応条件である。ＳｉＣ化の反応をプログラム制御で行っていたところ、１６００℃になってもヒーターの電流は下がらない。ＰＩＤの設定が悪いのか、と眺めていたところ、電気炉が突然暴走を始めた。
慌てて非常停止ボタンを押したところ、温度が下がり始めた。しかしアルゴンガスを流しているので下がる速度は速く、１６００℃以下になりかけたので、ヒーターのスイッチを手動で入れた。電流のつまみを手動で制御しながら、１６００℃１５分保持した。１６００℃以上であればＳｉＣ化の反応が進行するはずなので、必ずＳｉＣができている、と確信していた。
翌日金曜日４水準のサンプルの坩堝を、猪股先生と田中先生同席の上取り出したところ、２水準の坩堝で真っ黄色のＳｉＣができていた。
電子顕微鏡観察を行ったところ、粒度の揃った超微粒子が得られていた。その後、３０分温度を保持する条件で、１６００℃、１７００℃、１８００℃で実験を行ったが、黄色い粉末は得られるが粒度分布がシャープな粉末は得られなかった。ＳｉＣ化の温度条件が粒度分布を決定していることが最初に分かったわけだが、単純に温度を保持しても市販品よりも粒度は揃っていたので、電気炉の暴走した温度条件の実験を行わない可能性があった。
この実験結果を製造条件に取り入れた異形横型プッシャー炉の発明に結びつくのだが、まことに不思議な成功であった。この成功要因は、ＳｉＣ化の反応実験を行うチャンスが１日しかなかったので、電気炉の前につきっきりになり手を合わせお祈りしていたことである。祈りが通じて電気炉が暴走し最適条件の熱処理となった。極めて非科学的な体験だが、以後重要な実験では、気合いを入れこっそりと祈りながら実験を行うようになった。
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昨日からの続きである。
失敗は成功の始まり、という言葉には昔から勇気づけられているが、最終的に成功しなければ、この言葉の含蓄は分からない。同様の意味として、失敗からノーベル賞が生まれるぐらいなので、失敗したからと言って失敗を軽んじてはいけない、と失敗したときに戒めたりする。
少し意味が異なるが、失敗を承知で行った実験からもノーベル賞が生まれているので、たまには軽い気持ちで失敗を覚悟の実験をしてみるのも良いかもしれない。なんやかやと失敗はだめなことばかりではないということが感覚的に分かってくると失敗に対する考え方も変わる。
ただし、ここで失敗学を論じるつもりは無い。科学的に分かっていることだけで開発を進めようとすると当たり前の成果しか得られないだけで無く、失敗を科学に反したこととして安易に片付けてしまう姿勢が生まれる問題を指摘したい。
仮説を立てて実験を行って、成功すれば仮説が正しかったことになる。うまくいかなかったときには、仮説の見直しをする、ただそれだけで良いのだろうか。うまく行かなかった実験について深く考察する必要は無いのだろうか。このような問題は悩み出すと精神論になってゆく。
科学的に実験を行う場合に、現象のある一面だけを見て実験を行っていることに気付いていない。すなわち仮説を確認するために実験を行っているつもりでも考え違いをしているかもしれない。
例えば先日紹介したコアシェルラテックスを目標とした事例では、コアシェルラテックスを合成することは最終ゴールではなく、ラテックスと超微粒子シリカ、ゼラチンの３成分を混合したときにシリカが凝集しない状態を創り出す、一つの手段だったはずである。
タグチメソッドの実験では、調合誤差を用いてあらゆる面のノイズを載せながらシステムの基本機能のロバストを確認する実験を行う。科学の実験では、仮説でモデル化された特異な条件の実験であり、そのようなことをしない。真理が確実に再現されるかどうか、極めて限定された条件を設定し、真理は一つという管理下で実験を行っている。だから科学の実験は、管理しているとはいってもノイズに影響されやすい条件で実験を行っている、と言えるので、結局大抵の失敗をノイズの影響と片付けても良いのかもしれない。だから思うような実験結果がでなかった場合に、データを平気で捏造する科学者がいるのかもしれない。タグチメソッドではデータの捏造という発想は命取りになる。
技術開発における実験計画の考え方と科学の世界の実験計画の考え方は異なる。しかし失敗に秘められた成功の種を見落とさないためには、失敗の価値をすぐに判断できる状態で実験を行うとよい。すなわち、非科学的かもしれないが、一度可能性のある全ての条件で実験を行い、全体を眺めてみる方法が良いと思われる。全ての条件で実験を行っているから、失敗の原因もすぐに分かる。ところが現実にはこのようなやり方はできない。しかし机上実験ならば実現できる。弊社の問題解決法にはこのような机上実験を行うためのツールが用意されている。
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