電気メーカーで働く ／樹脂材料技術者 川緑清

第３３話 硬化の理論の拡張

　　　光の吸収モデル　／　粒子の影響

　２００９年８月６日（木）午後４時頃に　川緑は　実験室にある３台のパソコンのモニターに　赤いマジックで「連続運転中」と書いた紙を貼り付けた。

　川緑は　ＵＶ接着技術開発に必要なデータを取得するために　夏季休暇の間を利用して　パソコンの連続運転を行い　自作の数値計算ソフトを走らせた。

　ソフトは　ＵＶ硬化型接着剤にＵＶ光を照射した時に　接着剤に含まれる球状シリカ粒子により発生する散乱光について　接着剤に吸収される割合を求めるものであった。

　彼は　 １０００×１０００×１０００μｍ サイズのＵＶ硬化型接着剤の露光面の１つの隅にある　１０×１０×１０μｍ サイズの体積素片の中心位置に１個の球状シリカ粒子を配置したモデルを設定し　ＵＶ光照射により発生する散乱光の内　全ての体積素片に吸収される光の割合を求める計算を始めた。

　計算は　球状シリカ粒子の粒子径を　０．０１μｍから１０μｍまでを１６水準に指数分割し　ＵＶ光の波長の２５０ｎｍから５００ｎｍまでを１ｎｍ毎に取り　それぞれの粒子と光の組み合わせにより発生する散乱光について行うものであった。

　散乱光の強度分布は　ＵＶ光の照射方向にあり　粒子の中心を通る直線に対して　球対称となるために　粒子の中心を中心とする単位球を仮定して　その１／４の球面方向に散乱する光についてのみ計算を行うことにした。　

　彼は　計算の対象となる散乱光について　単位球の１／４球面を約１９８，０００個に均等分割した面を通る光束を単位として　半径１μｍ　の単位球の表面から法線方向に進むものとして規定した。

　このような計算を行うために　１つの不確定な要素として　球状粒子の光の散乱断面積があった。

　球状粒子に１つの方向からＵＶ光が照射された場合に　散乱する光の強度は　その散乱断面積に依存するが　それは幾何的な断面積ではなく　また粒子は真球ではないために　補正が必要であった。

　川緑は　散乱断面積の補正については　別途　行うことにして　今回は　それぞれの粒子径の球状粒子について　幾何学的な散乱断面積を用いて　計算を始めることにした。

　彼は　３台のパソコンを使って　任意の体積素片が吸収する散乱光を求める計算を始めると　数値データのアウトプット速度を確認した。

　アウトプットの速度から　全ての数値計算が完了するには　約３ヶ月間掛かるものと予想された。

　８月２４日（月）午後１時に　コミュニケーション開発センターの会議室で　金森センター長等により　中断されていた旧材料プロセス研究所のプロジェクトテーマの精査が行われた。

　それぞれのプロジェクトリーダーは　開発テーマのフェーズと現状と課題と今後のスケジュールの説明を行い　センター長等は　センターの方針にそぐわないテーマや関係事業部との開発委託契約が交わされていないテーマに中止の判断を下した。

　中止となった開発テーマのメンバーは　今後　コミニュケーション開発センターの方針に沿った新規開発テーマを求めて　調査活動を行うことになった。

　機能性樹脂プロジェクトの報告では　センター長等は　ＯＤＤ事業部から開発委託を受けていたＢＤ光ピックアップ用のレンズプロテクターとＵＶ接着技術開発のテーマの続行を指示し　その他の事業部向けの開発テーマに中止の判断を下した。

　金森センター長は　川緑に「ＯＤＤ事業部向けの開発テーマは　先方と調整して　年内に完了させてください。」と言った。

　川緑は　センター長の口調から　来年に　更なる会社組織の再編があることと　その時にＯＤＤ事業部が切り離されてしまうことを予感した。

　機能性樹脂プロジェクトは　これまで「機能性樹脂材料を開発することにより事業部に貢献する」という方針を基に　開発業務を推進しており　ＯＤＤ事業部は　その方針に合致した事業部であったが　その方針は　新設の開発センターのものとは異なるものであった。

　川緑は　今後のＯＤＤ事業部の動向は　機能性樹脂プロジェクトの存続に関わるものになると感じた。　

　９月７日（月）午前９時１０分頃に　川緑は　佐賀県工業技術センターの材料環境部を訪れた。

　 これまで　Ｒ＆Ｄ部門のテーマ見直しのために凍結されていた開発業務活動が解かれ　川緑は活動を再開し　材料環境部が保有するオートステージ付き顕微ＦＴ－ＩＲを借りて実験を始めた。

　川緑は　別途　進めているＵＶ硬化型接着剤の硬化状態を計算するシステムで得られるデータと　比較するために　実際の接着剤硬化状態の分析を始めた。

　実際の接着剤硬化物は　黒色のエポキシ樹脂を固めて　外寸が ５×５×１０ｍｍサイズで　その５×５ｍｍの面の中心に　１×１×１ｍｍサイズの穴を設けた型枠を作製し　その穴にＵＶ硬化型接着剤を塗布しＵＶ露光して作製したものであった。

　分析サンプルは　接着剤硬化物を　型枠とともに　ミクロトームを用いて　その露光面に平行に１０μｍ ピッチで切り出した薄膜であった。

　彼は　分析サンプルの １×１ｍｍサイズの１つの角を含む０．５×０．５ｍｍのエリアについて　顕微ＦＴ－ＩＲ装置を用いて面分析を行った。

　この日以降　川緑は　ＢＤ光ピックアップに用いられる全てのＵＶ硬化型接着剤について　同様の作業を行い　それぞれの接着剤について　硬化状態のデータの集積を続けた。

　　　検証実験　／　散乱光の割合

　１１月６日（金）午前８時に　川緑は　コミュニケーション開発センターの責任者等を尋ねて回り　ＢＤ光ピックアップ用レンズプロテクタの技術引き継ぎ書に添付した研究委託契約書に検印を貰っていた。

　この時期にレンズプロテクタの技術引継ぎが行われる背景には　コミュニケーション開発センターの責任者等の思惑と　ＯＤＤ事業部の責任者等の考えがあった。

　来年１月に杉下電気全社の組織再編が予定されており　杉下電気社と幾つかの事業分野で関係している九杉社内では　自社の事業の分割と再編が噂されていた。　

　九杉社の組織再編により　コミュニケーション開発センターが　どのように変わり　変わった後のセンターのミッションがどのようなものになるかは不透明な状況になっていた。

　そのような状況下で　コミュニケーション開発センターの責任者等には　現在継続中の他の事業場との契約を年内に完了させて　来年の社内の組織再編に対応したい意向があった。

　一方　ＯＤＤ事業部の責任者等は　開発センターに樹脂材料技術側面からのサポートを期待しており　レンズプロテクタの件は引継ぎを完了させて　別の案件を依頼したいと考えていた。

　この日の午後３時に　川緑は　ＯＤＤ事業部の金井グループマネージャーへ電子メールで　レンズプロテクタの技術引き継ぎの手続きが完了したことと　来年の研究委託事案の問い合わせを行った。

　午後６時頃に　金井グループマネージャーから川緑に返信メールがあった。

　彼は　来年の開発センターへの開発委託テーマに「ＵＶ接着技術開発」のテーマと「ＵＶ硬化型接着剤のＵＶ光源ＬＥＤ化」のテーマを依頼する意向を伝えてきた。

　彼は　ＢＤ光ピックアップの品質改善と良品歩留まり向上のためのＵＶ接着技術の開発と　ＵＶ光源のランニングコスト削減のためのＬＥＤ光源の導入検討を　開発委託テーマとして取り上げていた。

　またメールには「ＯＤＤ事業部は　開発センターに開発テーマを委託するに当たり　予算を計上します。　つきましては　川緑さんの希望する研究設備とその価格をリストアップして連絡してください。」と書かれていた。

　１１月１０日（火）午後１時に　川緑は　ＵＶ型接着技術開発に必要な接着剤内部の硬化状態を数値計算するための実験を始めた。

　彼は　接着剤中にある球状シリカ粒子により散乱される光の量を正確に求めるために　実際にＵＶ硬化型接着剤に用いられている球状シリカ粒子を用いた実験を始めた。

　これまでに　川緑は　モデル形状のＵＶ硬化型接着剤の露光面の１つの隅にある体積素片中に１個の球状シリカ粒子が配置されたモデルについて　その粒子が散乱する光の内　全ての体積素片に吸収される光の割合を求めていたが　それは　球状粒子の散乱断面積を幾何学的な断面積としていた。

　実際の光の散乱は　光の波長や粒子径や粒子の形状の影響を受けるので　得られた数値データは　実際に近い散乱断面積を用いて補正する必要があった。

　彼は　散乱断面積の補正を　透明な媒体中に粒度の異なる粒子群からなる球状粒子を配置したモデルの透過率の計算結果と　実際に球状粒子を透明な媒体に分散したサンプルの透過率の測定結果とを比較することにより行った。

　球状粒子を配置したモデルは　実際の３種類の粒度分布を持つ粒子群に合わせて　粒子径を　０．０１μｍから１０μｍまでを１６水準に指数分割したそれぞれの粒子の粒子群を設定し　それを透明な媒体に均等に分散したモデルを用いた。

　川緑は　３種類の球状粒子を所定の重量だけ分散したモデルについて　粒子の幾何学的な散乱断面積を基にして　１ｃｍの厚を直線的に透過する光の割合を計算により求めた。

　また　彼は　実際の球状粒子を所定の重量だけシリコーンオイルに分散した試験サンプルを作製し　１ｃｍ厚の石英セルに入れて　分光光度計を用いて透過率を測定した。

　川緑は　３種類の球状粒子を分散したモデルについて　波長３００ｎｍと４００ｎｍと５００ｎｍの透過率の実測値と計算値とを比較した。　

　透過率の比較結果は　計算値に比較して　光の波長が大きい程　また平均粒子径が小さい程　実測値の値が小さくなる傾向を示した。　

　そこで　彼は　透過率の計算に用いた球状粒子の幾何学的散乱断面積に　波長によって変わる係数と粒子径によって変わる係数を加えて　透過率の計算値を実測値に近似させた。

　このようにして得た散乱断面積の補正値を基にして　川緑は　懸案のＵＶ硬化型接着剤のモデル形状を構成する全ての体積素片に吸収される光の割合を求めるソフトを作った。

　川緑は　このソフトと　彼の「硬化の理論」を組み合わせて　ＵＶ硬化型接着剤の硬化状態を数値化するシステムを完成させた。

　懸案のＢＤ光ピックアップの接着仕様を求めるシステムの開発には　ＵＶ硬化型接着剤の任意の体積素片の硬化状態と機械的強度を紐付けする理論の構築が必要であった。

　その理論の構築には　最新の研究設備が必要であり　ＯＤＤ事業部の支援が不可欠であった。

　川緑は　研究設備が手に入り　１年間の研究活動が許されるなら　ＵＶ接着技術を構築して　ＢＤ光ピックアップの接着仕様の最適化を行うだけでなく　将来に出てくると思われる　更に微小な光学デバイスの設計に役立つシステムを開発できると思った。