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東京モーターショウが開幕したので早速見学。往年の大混雑と様変わりでゆっくり見ることができた。中高年と小中学生の団体が多く、中間層のクルマ離れ対策として小中学生にクルマへの関心を持たせる意図も工業会にはあるのだろう。展示はＥＶ（電気自動車）に注目が集まるだろうとの予想は良い意味で裏切られた。ＥＶ化は折り込み済みで関心はＥＶ代替パワートレインとコネクト技術であった。

ＥＶ化が現実的な当面のパワートレインであることは間違いがない。

理由の一つは米国カリフォリニア州のＺＥＶ規制（ゼロエミッションヴィークル：排気ガスゼロ）合格車の割合が決められており、合格しない場合にはクレジットを先行メーカーから購入する必要がある。ハイブリッドは対象外扱いになったのでトヨタは巨額のクレジットをテスラモーターから購入したとの情報があり、一方、三菱、日産は購入必要性が少ないとのこと。両社はＥＶ車を製造しているからである。

理由の2つ目はフランス、英国、中国もエンジン車廃止の政策を打ち出していることも影響は大きい。

しかしながら、自動車に関して目の肥えた日本ユーザーはクルマのパワートレインがエンジン廃止→即ＥＶになると単純には考えていない。技術立国だけに種々の選択肢があり究極のパワートレインはＥＶではなさそうだと見ているからである。

今回の展示で最も注目されていたのがマツダのＨＣＣＩエンジンである。黒山の人だかり。

通常のガソリンエンジンが点火プラグでガソリンを着火爆発させてピストンを押すのに対してディーゼルエンジンは軽油を高圧圧縮して軽油の着火温度に達した時に爆発してピストンを押し下げる。この両方のプロセスしかないとの常識に対して、ガソリンを燃料としてディーゼルエンジンのように高圧圧縮点火させる離れ業をやってのけた。従来のガソリンの半分の濃度で駆動する。

一般に発電所で燃料を燃焼させ電気を取り出す効率は５５％である。それに対して通常のエンジンでは３０～４０％。トヨタのル・マンレーシング用ハイブリッドエンジンでは５０％まで改良されマツダの今回エンジンは恐らく発電所並の効率で走行することになろう。送電ロスが約６％なので、ＥＶよりはマツダ新エンジン、トヨタハイブリッド用エンジンがトータルでは適していることになる。

一方、トヨタとメルセデスベンツは究極のエコカーはFCV（水素燃料電池車）であると考えている。両社はコンセプトカーを展示している。ＥＶは発電所で発電して蓄電池に電気を溜めるのでＥＶ増加につれて発電所増設が必要であるが、FCVはミニ発電所を装備しているようなものなので社会インフラ負担は少ない。FCVも蓄電池は必要であるが、トヨタでは全固体電池の開発をしている。水分や空気に触れると爆発燃焼するジエチルカーボネート電解液利用のリチウム電池を代替する計画はリチウム電池廃棄処理を考えると固体電池が好ましい。その一方でリチウムに代わるマグネシウム利用二次電池の基礎研究も進んでいる（東京理化大）

今回の展示から話題はそれるが水素の原料問題に触れてみよう。

以前はメタノール、LPGからクルマ搭載の分解装置で水素をとる考えがあったが、現在はオーストラリアの褐炭中にある水素を－２８３℃で液化して輸送する方法を川崎重工がプロジェクトを推進しており、岩谷は化学コンビナートでの副生成ガス利用プロジェクトを推進している。アンモニアからプラズマ処理で水素と窒素に分解する手法を中小企業が開発しているなど頼もしい。最近、水に光を照射して水素を得る研究が大阪大学から発表された。真嶋教授グループが黒リン、金ナノ粒子、チタン酸ランタンの3つの材料からなる可視光・近赤外光応答型光触媒を開発、水から水素の高効率生成に成功するなど水素社会に向けて着々と前進していることは期待をもって注目される。

パワードライブEVで決まりか？ その答えはガソリン、水素は侮れない。

観光地のお土産として景観・寺院・動物などミニチュアを透明樹脂で固化した文鎮や置物を子供のころ見た記憶がある。その時、どのようにして作るのか不思議だなぁとしか考えなかった。長じて樹脂業界にお世話になって成形といえば熱可塑性樹脂の射出、ブロー、押出・・・とひたすら汎用の成形及び材料の開発に従事してきた。

それが、歯科分野を知る機会が訪れたとき子供の頃の不思議さが氷解した。歯科業界の人には常識・旧聞・何が不思議？と思われるとあろうが、このブログ読者の中には小生と同じ経験の人もおり、多分ヘエ～と同感するあろうから紹介する。

アクリル樹脂は光線透過率９２％以上の高透明樹脂である。自動車のテールランプはアクリル性であるのは、、後続車両の運転手が前走行車両のストップの赤を視認する時間が他の透明材料より短いからであると自動車ランプメーカーの技術者から聞いたことがある。自動車ランプメーカーでは視認時間コンマ何秒を競って商品開発をしていた。セイフティ機能の付いた現在のクルマでは笑い話になっているが、鮮鋭性とシークエンス方向指示搭載のクルマにとってアクリル樹脂は貴重な材料である。フロントのランプカバーはポリカーボネート樹脂であり、これは衝突時に破壊しにくいことが採用理由である。前述のお土産封止文鎮などに利用されるアクリルの分子量は１０万前後であるが、強度と耐久性が要求される歯科材料の分子量は１２０万～１５０万の超高分子量アクリル樹脂が基本となっている。非常に強度が高く、水族館のパネルにも利用されている程である。但し、これを溶融させても粘度が極めて高いので歯科の精密な型に入れては成形できない。そこで液体のアクリルモノマー（アクリルポリマーの出発原料）と混合すると、超高分子量アクリル樹脂は膨潤し、シロップ状態になって注型することができる。注型した後は加温してアクリルモノマーをラジカル重合させる仕組みである。後で重合したアクリルの分子量は低分子量なので、最終的には超高分子アクリルと低分子アクリルが組み合わされた材料となる。分子量分布をGPC（ゲルパーミヤカラム）法で測定すると見事に高分子量のピークと低分子量にピークを有するツインピークとなっている。この材料が長らく適用されてきたが、最近は中間の分子量のアクリル樹脂に強化材を複合したハイブリッドレジンなるものが出現している。こちらの分子量分布は１ピークである。

一方、１９８０年ごろポリエチレンメーカーが懸命に開発していた材料と成形法がある。ショッピングバッグやレジ袋に利用されている極薄フィルムである。薄肉にして強靱なフィルムは高強度の超高分子量のポリエチレンと、それだけではフィルム成形できないので、低分子量ポリエチレン半分からなる分子構造をしている。アクリル歯科材料と違ってシロップにはならないので、独自の技術開発をした。最終的には超高分子量による強靱性を確保しつつ成形が可能という点では類似している。分子量分布を測定するとツインピークとなっている。ポリエチレンの開発者と歯科材料の開発者が相互交流をしていれば、早期に新規材料開発ができたのではないかとも、今だから言える。

バスやタクシーの運転手さんが突然の体調変化により運転不能になり事故を起こす、又は乗客が懸命にハンドル操作をして寸でのところで回避した報道も目にする。また高速道路の逆走による多重衝突事故も相変わらず多い。前者は乗務時の運行管理者の事前チェックでは見つけられない事案である。また、後者の原因は認知症かスマホナビ不注意であるが、認知症は医者から本人に断定的な宣告をし難いこともあり運転可能・不可能のゾーンが曖昧になっていることにも一理ありそうだ。自動車のハンドルや椅子背もたれにセンサーを埋め込み脈拍数パターンなどを読み取り運転手の平時の状態からシフトして危険ゾーンに入るときには警告するか、通信コネクトを通じて管理できるシステムの開発が産総研を中心のコンソーシアムにて進んでいる。手始めに脳卒中、テンカン、認知症など疾病患者の生理検査データーとドライビングシュミレーター操作時の心拍数、ブレーキタイミング、ハンドル操作、視線などデーターの採取に着手し疾病独特のパターンを抽出しているとのこと。今後疾病種類を増やして実用化が数年後には実用化するとの報道もある。

つい最近不幸な事件が発生した。夜間の高速道路上でのトラブル。ある学者は高速道路の設計が悪いと指摘。それよりも頭に血が上り事の見境ができない運転者を何とかしないといけない。デンソーでは頭部の血流をモニタリングするシステムを開発、ドイツＺＦ社は一歩進んで血流が高くなると警告がでて、それでも従わないと安全なところまで自動運転して停車させるテストを実施している。道路をどう改良するか分からないので、こちらがスマートである。

自動車運転に限らず日頃の健康状態をモニタリングしてかかり付けのドクターに診察してもらう遠隔健康診断システムが来年からスタートする。精緻画面の双方向会話デバイスとしてタブレットで可能になったこと、政府の遠隔診療への後押しも大きい。現在、診断医療費の扱いを準備中とのことだが、これらのシステムが充実するとドクター、看護師の体力負担も軽減されることが期待される。血圧、血中酸素濃度、心拍数などはデバイスを装着する必要があるが、東北大学を中心とする研究グループでは毎日洗面台の鏡の前に立つだけで体調変化を読み取る試みがある。確かに脳梗塞などは顔面の微小な変化に現れるので有力な手法である。

歯科に関しては個人で唾液を採取して試験紙の上にドロップすると疾病毎に試験紙の色濃淡が変化する方式が開発されている。唾液で変色した試験片を歯科医に持参すると、虫歯、歯槽膿漏など口腔内情報が判定できる。どこまで普及するか面白い事業アイテムには違いない。

筆者は15年ほど前に20年後の次世代クルマコンセプトに係わったことがある。炭素繊維複合材による軽量化、ＥＶなどのメカの他にハンドル、背もたれからの信号取り出し健康診断機能を提案などに織り込んだ。現在のＩＯＴ時代になって実現化しつつあるのが何より嬉しい。

「この分子式の意味が分かりますか？」と質問されて正直うろたえたことがある。極端に言えば、肉２００ｇ、タマネギ半分、塩胡椒少々、オイルスプーン１杯の原料比率表現のレシピから一体何の料理になるのかを当てなさいと聞かれたに等しい。分子を構成している原子配置がどうなっていて、それが他の原子と結合しているのか、またその様式によって全く立体構造や機能が異なる。

中学、高校初期の化学はさして数学の知識を必要としない一種の「記憶科目」の性格があったが、本当のことを言えば非常に複雑なので、そこそこに納めるには分子式は便利だったのが実態ではなかろうかと思う。水の分子式　H2O 誰でも知っている。上述の料理レシピ原料比率と同じで水素２個、酸素１個と原子の種類と比を表現しているだけで形や機能までは読むことは困難である。

同じ水の分子式でありながら形や機能が異なる事例を紹介する。

血液の主成分は水であるが、血管との界面では液体でありながら氷の結晶のような規則正しい形態であり、その上にやや結晶が崩れた層を有する二重パイプ構造となっている。血管を保護する目的でこのような構造になっている。（九大 田中教授）パイプの中を流れる血液中の水とは分子式は同じでもこのように形と機能が違うのである。体外人工心臓装置の材料は樹脂であるが、樹脂と水の界面において水の構造が体内血管と同じになるように工夫された樹脂材料設計をしている

翻って冒頭の分子式は複数の元素と原子数の比は表現してある。これから機能を紐解くにはコンピューターケミストリーを駆動させると幾つかのありうる結合パターン、立体構造が与えられる。コンピューターケミストリーは医薬品合成や治験予測が代表的であるが、樹脂材料でも添加剤の効き目などが大雑把であるが選別できるようになっている。記憶科目と勝手に思い込んでいた化学が実はレベルの高い量子化学を少なくとも理解する必要がある科目だったのだ。

冒頭の質問をした人には、それよりはやや低いレベルでの回答で勘弁してもらったが、剛速球の質問は刺激的だった。商品を販売するにはカタログや技術資料などで得られる情報に加えて、自分が納得するには分子式から何が読み取れるのか理解した上で販売したいとの思いで質問されたと推察した。希有な経験をした。

衆議院選挙である。公示日から街では選挙ポスターを目にすることになる。常在戦場とはいえ、今回の選挙ばかりはポスターの刷り直しなど悲喜こもごもと想像できる。選挙ポスターは色鮮やかで、文字や写真写りがよく、なにより風雨に強く破れない紙を必要としている。昭和の中期まではパルプからなる紙であったが、昭和４５年前後から「合成紙」の開発が進み、やがてポリプロピレン材料をベースとする合成紙が選挙ポスターに採用された。ポリプロピレンは水濡れや油汚れにも強い樹脂であるが、ポスターにとって肝心の印刷インクを弾いてしまう特徴がある。樹脂が水やアルコール、溶剤と親和性がどの程度あるのかの指標として溶解性パラメーターなるものがある。（分子の凝集エネルギーを基に算出される）。溶解性パレメーターの低いフッ素樹脂はフライパン表面コートなどに利用され、逆に高いものとして衛生商品に採用されている吸水性樹脂がある。ポリプロピレンやポリエチレンはフッ素樹脂に近いところに相溶性パラメーターがある。インクは水性インクでも油性インクでも相溶性パラメーターは高くポリプロピレンのそれと相当離れているので濡れが悪いこととなる。インクの相溶性パラメーターと近い樹脂としてポリスチレンを利用するか、ポリプロピレンのインク濡れを改良するか２つの方法が検討された。簡単に種明かしをすればポリプロピレン樹脂に粒径の細かい無機フィラーを配合してフィルムを成形し、ついでフィルムを延伸すると無機フィラーとポリプロピレンの境界にミクロボイドが生成する。このボイドにインクをトラップさせることで印刷が可能となった。合成紙は少なくとも表皮層／コア層／表皮層の３層からなっており、コア層は縦方向に延伸され、表皮層は縦・横に延伸されている。延伸することでボイドの生成の他に強度を上げる効果がでる。投票用紙も合成紙であるが鉛筆で書けるのも、このボイドを利用している。開票速度がアップしたのも合成紙が一役買っている。ポリプロピレンを延伸することで折り曲げに対して抵抗性が強くなるので、投票箱の中で半開き状態なるからである。

シャンプーボトルなどの水濡れ商品表示など多く利用されている。歯科技工では石膏練りシートにも採用されている。水濡れて練り作業でも皺にならない強度が利用されている。

フィルムを延伸するのではなく、紙ライクを成形する手法がもう一つある。高密度ポリエチレン樹脂を溶融し極細ノズルから吐き出した不織布を軽くプレスすることで紙ライクとなる。高密度ポリエチレンは樹脂の中では放射線遮蔽が高いことから、福島原発事故の防護服として頻繁に目にすることになった。ポリプロピレン合成紙、高密度ポリエチレン不織布は紙粉が出ないなどパルプ由来の紙と異なる特徴で医療分野に利用されて行くことが予想される。

ある日、何気にＴＶを観た。日本製品製造工程の一部だけをパネラーに開示して「さて、何を作っているのでしょうか？」のＭＣのナレーション。一発正解では番組が成立しないこともあって本当に分からない～番組盛り上げの珍回答もありのバラエティの中で進行。最後に木管楽器を製造しており欧州では製造会社名〇〇〇〇がリコーダーの代名詞になるほど愛用されているとのことが開示される。知らなかった。社員１０人未満の大阪中小企業である。角材を3年養生して反りが収まったモノをＮＣ旋盤でリコーダーの形状に切削する風景から製造工程が理解できる仕組みとなっている。なるほどと感心したのはＮＣ旋盤の操作をしているのは中年女性が荒削りした後、熟練シニアの人が丁寧に磨きを担当。表面粗度Ｒａを計測するまでもなく熟練者の手がセンサー兼研削装置と化していることが分かる。

この場面を観て思わず歯科技工の複雑多岐に亘る工程のかなりのゾーンを機械化することで合理化され、微妙な差を感じ修正仕上ができる熟練技工士が分担することが好ましいのではないかと。ＣＡＤ／ＣＡＭ、３Ｄプリンターがこの場合のＮＣ旋盤に相当する。

ところで、木材の伐採から3年養生は楽器によってはそれ以上の年数をかけることがある。木は動くことができない。太陽光は一定の方向から照射され反対側とは年輪幅からわかるようにセルロース細胞密度が違うので切断すると歪みを解放すべく反るのが自然の摂理。これをコントロールしながら木材、竹製品を丁寧に加工しているのが日本ならではである。話は飛んで、京料理が美味しいのは昆布出汁にある。江戸時代以来、北前回船で北海道から昆布を京都に近い福井県の敦賀で荷揚げして、そこで3年熟成させている。ご存知の旨味成分のアミノ酸が３倍以上に増加するのである。木材・昆布・・・と来たら人材養成もそれなりに年数は必要だなぁと。経営者・上司の優れた部下育成センサー性能が試されるのは言うまでも無い。

いまや３Ｄプリンターの魅力を語るには遅すぎる程に認知されてきている。

金型が不要、複雑・精緻なデザイン形状対応できる、なにより製品中に中空部を設けられるなど従来の成形法では出来ないことが可能となったことに驚く。対象が金属、セラミック、樹脂と広範囲であるのも特徴である。原料は粉末、フィラメント、液体、インクとこれまた各形態がある。

フィギュア製作でよく用いられている押出フィラメントの先端を加熱溶融させて積層していく方法（熱溶解積層法）では、前の層が固化しないうちに次の層を積層しないと融合しない。前の層がまだ溶融状態では積層しても崩れるか変形する。さりとて形が固定してからでは融合しない。溶けている状態から固体になる間の専門用語で固体粘弾性におけるゴム量域（決してゴムではありませんが）が広い材料が適している。ＡＢＳ樹脂、ポリアミド１２などがこの分野で先行材料として利用されてきた理由である。

自動車などで多く利用されている結晶性樹脂であるポリプロピレンは金型の中に溶融樹脂を射出して、速く固化して金型から取り出すことができるよう結晶核剤や無機フィラーを配合することが行われてきたが、フィラメント積層法では真逆の材料設計をする必要がある。すなわち本質的に結晶性樹脂であるポリプロピレンをなるべく積層中には結晶ができないように結晶化抑制技術開発をする必要がある。材料設計者の腕の見せ所である

歯科分野で利用される３Ｄプリンターは光が照射されると分子が安定なエネルギー基準から励起されて、また元のエネルギー基準に戻る際にエネルギーの一部がモノマーに作用して重合（高分子量化）するメカニズムを利用した液槽光重合法である。

歯科維持装置は複雑でかつ薄肉製品である。実際に適用されていることはコスモサイン合同会社のWEBで紹介されているが、ある用途にレンガサイズの超厚肉製品を作成する必要があり、コスモサインの提携会社に依頼したところ、ボイドがなく、反りがない試作品を手交されて正直驚いた。従来の射出成形法や押出成形法では絶対に無理である。金型の表面から固化が始まり内部のこれから固化しようとする樹脂は、表面に引っ張られ、その結果、内部が空洞になりやすい。精々肉厚が２０mmまでが限界である。これを３Ｄプリンターはいとも簡単にクリヤーしてしまった。射出成形の場合は溶融樹脂の塊を金型に流し込むのに対して、光重合３Ｄプリンターはミクロン単位での積層毎に光を照射して重合させるのでボイドができない。原理を知って納得した。今後、３Ｄプリンターがもっている機能を益々ブラッシュアップすることで精緻な品質を要求される歯科用途に大きく貢献するものと期待される。

今回は３Dプリンターのさわりだけ書いた。しかしながら有する機能・ポテンシャルは遙かに多い。今後も気がついた時に３Dプリンターを書くことになろう。

　（補注；ABS　アクリロニトリルブタジエンスチレンの三元系共重合体、寸法精度、衝撃、メッキ性に優れ、特に多くの家電製品に適用されている。耐熱性は１００℃前後

　　ポリアミド１２（通称ナイロン１２　ナイロンのガソリンバリヤー性とポリエチレン並の低温衝撃強度を有する。融点１７６℃。多層ガソリン給油パイプのバリヤー層などに利用されている）