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● Report No265 / 02月25日


シート化

素材の形状は元来、粉・粒・フィブリル(短繊維)状、液状等のバルク型。人はそれらを使い易い形にと工夫の数々。 シート化はその代表格。粘着テープを見れば納得。接着剤も異方導電性のテープ型。塗料とて貼るタイプも。 FRPは予め含浸してシート化してしまえとプリプレグ。焼物とて、その量産にはグリーンシート工程を。 シート化技術の代表格に抄造/製紙があり、光触媒の酸化チタンのフィブリルへの付着シート化等も出現。ハイテク分野でのシート形状(箔・フィルム・膜・シートなど)材を見つけるのは容易な程、常套手段とされている。 食品では古より海苔が代表格。現代の押出機を以って次々とシート化し、今や、肉・野菜・穀類のシート品は数多い。 当然の事乍ら、バルク粒型植物種子の播種機械化の為のテープ化も面白い。バイオハイテクなるティッシュエンジニアリング分野では、30ナノ厚さのPIPAAmベースの細胞シート研究もあり(東京女子医大)、興味尽きない。 マイクロレンズアレー・シートがIT機器をより薄型化し、電池でもシート化が進み、このシートをキャリア材として部材をオンさせる方式も続々出現。 FPDのF(フラット)・P(パネル)は何れもシート状のこと。

シートは二次元。三次元より二次元はスマート。よりスマートを求めれば一次元か。それは線であり、コードであり、紐状。複合機能を有するひもなんて、だんだんSFに近づいて行く感じ。反面、当方思考力は低下して一次元へ。

 

● Report No264 / 02月18日


流路

かつて、地下鉄シールド工事に関わり、続いて直径が小さい下水道のシールドに、やがてもっと小さな径の都市ガス本管の内面復旧工法でも高分子膜反転工法へと。 管内の流体の種類は異なるも皆、トンネル(隧道)。その後、燃料電池のセパレタの流路(水素・空気)に。 今、気がつけばμTASチップや化学ICチップの流路を学んでいる。大地ならぬ基板は高分子材料のシリコンやポリマー。 流路は開削工法とも言うべきリソグラフ/エッチング/レプリカ鋳造等、殊に新しきはナノインプリントによる。 蓋を付すれば流路が形成される。シールド工事はトンネル壁面にコンクリートセグメントを組立てるが、チップは流体が血液、体液、化学薬品等故に、必要ならばスパッターリング等で必要な保護膜を壁面に形成する要有り。 更には地下鉄の駅・改札口・人の流れ等の機構とその制御に相当の、電極・発光と光検出機構・ポンプ・バルヴ・ダンパー・アクチュエーター等の仕掛けを組み込む要有り。 それらは全てミクロン/サブミクロンサイズ級。

こんなところで、過日見物したトルコのカッパドキア洞窟群を重ねてみた。立体網状トンネルで何千人の人々の生活圏形成、教育・醸造所・家畜飼育所まで完備、空気取入立抗も巧妙に取付け、さながら蟻の地下宮殿。

上述のチップ類も将来は開削組立法を替えて、横掘り法が出現するか。石灰岩系鍾乳洞の形成や特定電磁波の焦点合せとそのトレーシングあたりがヒントになりそう。でも内部仕掛装置類の設置をどうするのか、何れ誰かが・・・・・・。

 

● Report No263 / 02月11日


電動アシスト

愛知万博では、4企業(ブリジストン・ナショナル・ヤマハ・ドイツ)より自転車タクシーが提供された。 自転車や車椅子等、専ら人力に頼る機械は坂道・段差の個所では負荷が過大となり、操作に難儀する。 そこで電気的補助機構を組み込んで人を楽にしようとする。

補助=アシストは人力が主である事を示し、(フル)電動型とは一線を画する。 人は身体の運動機能を使って、状況により不足とされるパワーを電気エネルギーに頼るのが、真に人に優しい道具と言える。 少し楽は大きな優しさとして、法令では人力(踏力)に対してアシスト力は1.0以下と。

老齢化社会を迎えて、この種の機器の開発は活発に繰り広げられており、自転車メーカー、車椅子メーカー、電機製品メーカーはもとより、大学・公立の開発機関も積極的。 動力も蓄電池方式あり、キャパシタとの組合せによるハイブリッド化、特に電気二重層キャパシタ等との高効率駆動方式/電力供給回路/駆動制御/回転電動機の安全対策等々の開発。 この様に眺めると、今をときめくハイブリッド自動車の動力機構に何ら遜色ないレベルの技術でその構成要素もセンサー・マイコンと回路・インバータ・ブレーキシステム・サーボモーター・キャパシタ・二次電池と多彩。 それも電池が、色素増感太陽電池や燃料電池となり、キャパシタもナノゲートキャパシタとなってくると、たかが自転車・車椅子、されど自転車・車椅子。 ECOの時代とも相俟って主役級テーマに。

やがては健常者のウォーキング用2輪車(左右配置の車輪)に溢れる道路になるかも。

 

● Report No262 / 02月04日


薄膜形成には蒸気で

高分子の薄膜形成には、有機溶剤による溶液のスピンキャスト法(wet-process)が採られていたが、立体ものには不適、エッジ部位の被覆性に劣る、厚さの精密コントロールに難、積層も難しい等の欠点を抱えているとなると、必然的にPVD(物理的蒸着)技術に目が行く。 薄膜形成によってセンサー・バリヤー層・圧電・焦電・素子等の形成に可能性があるとなれば尚更の事。

  • 1970年代、U.C.Cによって開発されたパラキシリレン系ダイマー蒸着によるパリレンシステム。これは、ダイマーの高温加熱によるラジカル化と基板への誘導・常温沈着重合法で最近はフッ素系ダイマーも上市され、熱的に弱い基材に好適と。構造的にはPETに類似しているだけに、酸素中の耐熱性に乏しい。(日本パリレン・第三化成)
  • より断熱性が望ましいとして、ジアミンモノマーと酸成分モノマーから成るポリイミド膜形成の為、蒸着槽に加熱機能を付加して膜重合を計る。(ULVAC)
  • 蒸着し易いアクリルアミド等のビニールモノマーを真空下、紫外線やレーザー光を照射する光誘起蒸着重合法。(農工大・原研)
  • 同じく基板にアミノシラン系の開始剤をプリコートしておく方法。(農工大)
  • ジアリル・アミノ・トリアジン・チオール化合物の蒸着膜を特定の磁場下にて光重合を計る研究もあり。

上述の如きモノマー類の蒸着とは異なるものの、最近実用化が進められている光重合性粉体塗装法に蒸着法が将来市場のカバー(被覆)できるだろうか・・・。

 

● Report No261 / 01月28日


ナノ粉の毒性

増加する肺ガン対策としての大気中の粉塵の量的減少の為、自動車排気ガス中の微粉フィルターの装着、スパイクタイヤ禁止によるアスファルト浮遊粒子発生の減少等が効果を挙げ始めている中、アスベスト粉塵による中皮腫がクローズアップされている。

一方ハイテクの先端的中核材料として台頭して来たナノ粉は人の健康にどう影響を与えるのか、急に気になりだした。 アスベストも30年も経って後、やっと病状発現する事が、後になって判明したとなると、前述の各種粒子とはかなり成分的にも、形状も異なるナノ粒子の毒性は想像出来ない。 ミクロンサイズの粉でもナノサイズとなると挙動が大きく変わってしまう。経済産業省でも、平成18年から5ヶ年計画でナノ粉の安全性研究に入ると。 ナノ粉としては、カーボンナノチューブ・フラーレン・酸化チタン・酸化亜鉛等。既に米国ではフラーレンが魚の脳に損傷を与える研究発表があったり、日本ではマウス胎児の脳細胞がジーゼル排ガス粒子の沈着により細胞死していたと(東京理大)。 又、ナノサイズ級となると分析感度・限界も開発途上にあり、毒性評価も容易ではない。 例えば、精妙な人間の皮膚に対して、酸化チタン、酸化亜鉛は、ナノ級それも1桁ナノ級粉となると、毛細血管にまで到達するのか、血液中に浮遊混入するのか、それが脳細胞にどう影響するのか。 一方、空中・排水中のナノ粉の除去技術はどうしたら・・・と。

ナノ粉の影の部分が、研究テーマとしては光(主役級)と言えるかも。

 

● Report No260 / 01月21日


今、酸化亜鉛が熱い

半導体材料として君臨しているシリコン(SiO2)、光触媒として脚光浴びている酸化チタン(TiO2)の後を追う様に俄に登場したのが酸化亜鉛。それまでは塗料用白色顔料、亜鉛華軟膏、ゴム用充填剤等ハイテク分野に属するものではなかったが、続々と研究成果が公表され、まさしく“亜鉛よ、おまえもか”と。

  • 青色LED(発光ダイオード)の成功
    (東北大金材研)
  • 透明・フレキ電子光集積回路トランジスター
    (東北大金材研)
  • 色素との複合体の自己組織化による色素増感太陽電池
    (岐阜大学)
  • FPD用透明導電膜による高価なITO膜の代替
    (高知工科大学)

これらは何れも薄膜材としてのものであるが、一方バルク型の粒子(粉体)の研究開発も活発で、塗料用・インキ用・UV吸収剤は、より透明度の高さが期待出来る事から、その製造技術もアーク法やプラズマ法と、ハイテクレベル。これも化粧品への配合では、UVB照射による皮膚角化細胞傷害へのサンスクリーン防御効果狙いと。こうなると、電子材料・光材料の潜在機能を有する元素は何かと、改めて元素周期表を睨むも、非力ゆえに直感生ぜず。Si/Ti/Znは、族も周期もバラケの中。安価な元素と言えばアルミ(Al)銅(Cu)ニッケル(Ni)位か。次はどれが熱くなるのか、外野スタンドから見つめたい。

 

● Report No259 / 01月14日


錯体触媒を学ぶ

 化学反応を進める為に少量添加する鼻ぐすり、と覚えている。殊に高分子プラスチックの合成では筆記試験によく出題されるチーグラー触媒、その後出現したメタロセン触媒、これらはチタン(Ti)やジルコニウム(Zr)の錯体。続いて出現したのはイミン―白金系の新メタロセン、更に最新型ではフェノキシイミン錯体が。合成―錯体となると直ぐに頭に浮かぶのが光合成。昔は炭酸同化作用と称した反応で、太陽光を化学エネルギーに変換し、空気中の水と炭酸ガスから炭水化物(糖類)合成し、酸素を副生する反応のこと。その仕組みは光エネルギー吸収のクロロフィル(葉緑素)が介在し、その構造はMgを中核とするポルフィリン環の錯体。人間は、太陽光+クロロフィルのお陰で炭水化物・植物油が得られると思う時、改めて触媒の威力を知ることになる。

 一方、生体はと眺めれば、血液中の酸素運搬役たる鉄分も、蛋白質と結合した鉄としてヘム鉄(錯体)を形成しているとなると、ここにも錯体かと改めて実感。さればと『生体微量元素』(広川書店刊)・『新・ミネラル栄養学』(健康産業新聞社刊)等の書籍を見るに殆どの元素は人体必須で、それも錯体で作用しているとのこと。常温領域で高効率の化学反応・合成反応・生体反応等こそが理想と思う時、スーパーウルトラ触媒の発見・開発が新しい医薬品・安全な食品・革新的バイオマスプロセス・環境対策等に計り知れない効果をもたらすと、容易に気がつく。触媒こそ“縁の下の力持ち”代表と言えよう。

 

● Report No258 / 12月29日

複合印加

 素材より発する部材の高性能・高機能化ニーズは医療・安全・IT機器・エネルギー等あらゆる分野で求められている。既に開発・発表されている素材の加工に際して、従来技法では超えられなかった領域材料が効率的に得られる可能性あるプロセスとしてエネルギーの複合印加がある。物質のエネルギー加工に於いて、熱の他に電子線・光・放射線・イオンビーム・レーザー・マイクロ波等、多彩に存在する方式を複合化したらと。それも同時に印加(Hybride)、段階つけて順序に(Dual)が考えられる。既存の事例いくつか眺めました。

  • 銅巻線コイルに含浸したエポキシ樹脂に紫外線照射し、表面層のみ硬化せしめ、続いて加熱炉中にて芯部の硬化を図る絶縁処理(D)
  • 磁性粉配合組成物の磁場下で光硬化させて得る配向磁性膜(H)
  • ホットメルトの基材への塗工後、光照射で得られる粘着テープ(D)
  • 溶融金属を超低温ロールにより圧延して得られるアモルファス金属箔(D)
  • 加熱重合槽に超音波印加しながら重合させて得られるポリイミドナノ粒子(H)
  • 真空チャンバー内のUV硬化塗料被覆物に、プラズマ放電により発行するイオン化ガスを接触させて陰影部でも硬化させる技法(H)
  • 金属粉を配合した光硬化性スラリーを遠心成型槽にて遠心付加し、傾斜材層の形成しながら光照射による表層固化、後、加熱処理して得られるプリンターロール

 芸能舞台でも、多彩な楽器が照明と相俟って踊り子を華やかに見せるもの。

 

● Report No257 / 12月22日

期限切れ

 食品の賞味期限、保存血液の保存期限、証明書類の有効期限、犯罪の時効等、有効/無効の時間的決めが存在する。これらの中でも、特許の期限(切れ)は企業・産業界にとって甚だ大きな影響を与える要素である。今をときめく華の技術分野でも、いや、華だからこそ注目を浴びる訳。一寸眺めてみても・・・。

色素増感太陽電池基本特許 2008年4月失効
有機EL(OLED)米国コダック社の独自PATが失効し始めている。
固体高分子電解質燃料電池(PEFC)カナダ・バラード社の基本的物質PATが2004年失効
集積回路(キルビー特許)TI社2001年失効

 医薬品は超精密化学合成品だけに、商業的“盾”は特許。それが邪魔になっての、アフリカ諸国でのエイズ薬品の入手不可の国際問題。先進国側に一時的特許権停止を要請。一方、先進国内に於いても、PAT期限切れの技術に基づいた“ゼネリック医薬品”は、安価・安全として積極的に扱い始まる。


 特許制度も逐次改良で時代に沿う様動いている。
(例)平成13年10月以降の出願は、平成16年10月から審査請求期限切れとなるのは企業にとって、吉か凶か?

 “技術”の賞味期限の独自設定活動も企業として欠かせない。

 

● Report No256 / 12月15日

はみ出し

 酷暑・炎天下にコンクリート継目からはみ出したアスファルトジョイントシートが目に付く。スペースシャトルの断熱フェルトのはみ出しも似たようなものか。部門や機器の組立てでも常にはみ出し問題は付きまとっている。燃料電池のセパレータに挟まれた電解質膜の端部、ガスアシスト射出成型に於いてガス圧に起因する表面層突き出し、加圧成型の過熱による樹脂のはみ出し、トランスミッションの動的シール個所からのアクリルゴム製リップパッキンの変形はみ出し等々。殊に、この種のトラブルの多くは液状のBステージ状固体の接着剤・シール剤・絶縁剤・導電剤等であったことでしょう。

  • シリコーンRTVゴムのFIPG(現場成型ガスケット)での過剰塗布による締付後のはみ出しは、エンジン油や冷却液(LLC)に混入したら…。
  • シアノアクリレート(瞬間接着剤)は、はみ出し溜り部は硬化し難いので組立工程上不都合ゆえに、光硬化性を付与した接着剤も出現。
  • シリコンウエハーのダイシング工程の後に控えるチップ実装工程でダイアタッチフィルム状接着剤は極薄チップの積層接着に於いてチップ端面からのはみ出しは困る。
  • プラスチック光学レンズの射出成型に於けるパーティングラインへのバリ(はみ出し)とその除去は品質とコストに直接影響を与える。更にレンズの接合接着では当然の事乍ら…。

 はみ出しを防ぐ為に、剤を逃す・溜める・吸い取る・堰止める等、要工夫。上述例は“はみ出しは悪”としているが、R&Dのマインドから見た時、“はみ出したら潮流に乗れない。潮流に乗ったらはみ出せ”と、善かも。この論もはみ出しか・・・?

 

● Report No255 / 12月08日

RF電池

 燃料電池車が話題となり、その動力たる固体高分子電解質型燃料電池(PEFC)は電池と言うよりも電気エンジンのイメージが一般人には強い。その構造と作用機序が判るにつれて、電池の名称はあるものの発生電気の蓄え能力―蓄電池能は無い、即ち電子を蓄えられない仕組みと知る。

 さすれば蓄電池の現況はと眺めると、レドックス・フロー(Redox Flow ※下記参照)電池なるものが有り、その構造もイオン交換隔膜の両面にカーボンフェルトを付し、更にその上に双極板を密接させたセルを、何層も積層してスタックの形成、水素・空気(酸素)の流路が無いものの、かなりPEFCに類似形。水素・酸素のガス流体の代わりにバナジウムイオン液が電子の貯蔵と運び屋となる仕組み。RF電池は高速応答性・高出力を強みに非常電源/停電保障装置として、その市場は拡大しているとのこと。

 昔、化学合成装置の停電による反応暴発事故に直面したことがあっただけに、蓄電―保障は必須要件。それはオフィスビル・病院・研究機関等あらゆる場所で求められる。昼夜間の負荷電力平準化では以前より、揚水発電を始めとし、フライホイール方式や化学エネルギーの各種電池(鉛・NaS・RF等)が実用化に入っていると知った。この記事を書き込み中、羽田空港で管制塔の電源が落ちて発着ストップ及び空中待機措置とのTVニュース報道。バックアップ電源はどうなっているのか。若しそれがRF電池ならば、トラブルの理由は?

 ※Redox =Reduction(還元)、Oxidation(酸化)、Flow(循環)