ＣＶＴの開発

日産自動車が開発した無段変速機ＣＶＴの開発についてまとめてみた。オートマチック車では、アクセルを踏み込むだけで自動車が自動的にギアチェンジを行ってくれるので、マニュアル車と比べて燃費が改善された。このギアチェンジが無段階に行うことができたら、さらに燃費アップにつながる。

ＣＶＴの特許はもともとはアメリカが持っていたのであるが、それを視察した開発者一団は、そのものを直接自動車に流用することができないと判断した。それは、円盤を組み合わせたものでアイデアは面白いものであったし、試作品もあったのであるが、自動車のエンジンが出力するトルクに耐えられるものではなかった。

そこで、日産自動車としては独自に開発をすることになったのであるが、そこで二つの問題に直面する。ギア比を変更する部品にはトルクを伝えるために二つの鉄球が強い力で押し付けられている。そこに油を差さないと焼けてしまうことになるが、油によって鉄球が滑ってしまい、うまくトルクを伝えることができないという問題。そして、もう一つが強い力によって、鉄球が割れてしまうという問題であった。

油の問題としては、高い圧力が加わると固化するという性質の油を使えばよいということになって、膨大な種類の油から最適なものを実験しながら選び出している。また、鉄球が割れるという問題は、鉄球が割れた面を顕微鏡でチェックをしていたら、鉄の不純物が入っているとそこに応力がかかって割れてしまうという仮説を立てて、製鉄のやり方から見直している。

ＣＶＴの開発には、自動車会社だけではなく、油の会社や製鉄所までが一丸となって開発に取り組み、そして実用化させた。そのように、新しい技術を実用化し科学を発展させていくためには、一社ではなくいろいろな会社が力を合わせて一つのプロジェクトに取り組むということは、見ていてとても気持ちがいい。また、そういったプロジェクトを成功に導くためには、リーダーの熱意が大切なのだろうと思う。

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自動車の進化

自動車が生まれて１００年以上経過していますが、それでもまだまだ自動車が進化しています。この進化はおそらく止まることはないでしょう。そして、いずれは自動車が空を飛ぶ時代が来ると思いますし、もしかしたら、宇宙空間にまで行くようになるかもしれません。しかも、宇宙空間にまで行く時代も、今世紀中になっていくかとも思っています。

最近では、HONDAがジェット機を開発して販売しているようですが、それは空を飛ぶ車を想定していることだと思います。生前の本田宗一郎は自動車の分野ではまだまだ限界企業であったときに「Ｆ１で優勝するぞ！」と宣言したそうです。そういった宣言が今のHONDAを作っていると思います。そういった宣言をしていける人というものは、科学を進化させていく号令が出せる人だと思います。

少し前の話になりますがＪＲが「リニア新幹線を建造する！」と宣言されましたが、そういった宣言ができるということはとても偉いと思います。

さて、自動車の進化の話に戻しまして、昔の自動車は馬車の代わりとして移動をするための手段だったと思います。馬車はエサが必要ですし、道端にフンをします。ところが自動車はガソリンさえ入れておけば、たいていは機嫌よく走ってくれます。その自動車もスピードの時代になってくると、安全性や信頼性が高められることになってきますし、それと同時に高級化が競われていました。そのうち、フォードが大衆車という概念を打ち出し、生産性の向上によって価格と信頼性の両極端の融合を成し遂げました。そして、ステータスとしての位置づけから、ファッションとしての位置づけに変化してきました。

そして日本でも高度成長期を迎えてきたころにはスポーツカーが流行ってきました。ファッション性とスピードの両方を兼ね備えた車が売れるようになりました。それから３０年の月日が経過したときには、ワンボックスカーが進化してきました。これはファミリーの時代になってきたためです。家族みんなで旅行をするという憧れが成就してきたのだと思います。そういった意味で、自動車の進化が科学を支え、そして家族の幸福を支えて来るようになりました。

これからの自動車はどのように進化していくのか、とても楽しみです。

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物理学の世界を志す学生に読んでもらいたい本

チャールズ・キッテル氏という人物をご存じだろうか？　ご存じの方はまずはいらっしゃらないと思うが、物理学や電気工学を熱心に勉強された方の中には、「キッテル固体物理学入門」という本を知っている人は多いだろう。チャールズ・キッテル氏は、主に半導体の物性や、固体中での磁性の振る舞いといったテーマを中心に研究を行っておられたが、現在は隠居生活されている。

キッテル固体物理学入門は日本語では上下巻で出ている。固体に関する物性についていろいろと書かれており、超電導についても言及されている。

この上下巻は日本語で読むことができるのであるが、内容を見たら入門どころか「日本語なのに理解ができない」という具合だろう。各章の最後には問題がついているのであるが、物理学を専攻している大学院生でも、この問題にきちんと答えられる人は少ないことだろう。物理学ではこの本が一つの登竜門とされているので、物理の世界で生きていくことを考えている学生は、早めに手に入れて、物理の先生から直接指南をしていただくと良いだろう。もし高校生がこの本を手に入れたとしたら、この内容を教えられる高校の物理の先生は稀なことであるので、どこかの大学の授業に潜り込めばよい。

物理学の世界を志す学生に、深く勉強する必要はないが、ある程度は理解してもらいたい数学もある。それは「数学解析」と「ベクトル解析」である。これらを学ぶことによって、証明の練習と、頭の中での創造についての訓練になる。

このような基礎的な勉強もしっかりしていただいて、将来の科学の発展に貢献できる大人物になっていただきたい。

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水は答えを知っている

日本では水道水を直接飲用することができる。東京の水を毎日飲んでいるが、昔と比べてかなりおいしくなった。じっくりと飲み比べてみないと、ミネラルウォーターなのか水道水なのか分からないぐらいである。とても粒子の細かい水は、油分を溶かす性質があるため、ペットボトルをわずかずつ溶かしていくため、ペットボトルの香りがすることがある。そういったペットボトルの成分が溶けたミネラルウォーターと、東京の水道水を比べたら、明らかに東京の水道水の方が旨い。

水道水が直接飲めるということは、海外ではとても驚きのようである。そういったことから日本の水はとてもレベルが高いものだと言えるし、浄水技術が世界一ということも言える。教育と水道などのインフラは、国を発展させることに貢献するのだろう。そういったことから、政府の仕事の一つとしてはインフラの整備だと思う。「水は答えを知っている」という本をご存じだろうか？　この本は水に話しかけると氷の結晶がきれいになったりするという実験結果がたくさんの写真で掲載されているものである。こういった本が出るぐらい、日本人は水を愛しているのだろう。「すべてを水に流す」という言葉もあるが、この言葉の深い意味を考えると神聖さすら感じる。

さて、水の研究や改質は昔から取り組まれていることであるが、「水が健康に作用する」ということを含めた改質が注目されている。アルカリイオン整水器もその中の一つだと言える。そういった水を改質して、体に良い水を取り入れることによって、体を丈夫にしようというものである。そういった整水器で改質をした水で丈夫な体をつくる研究は案外古くから行われていることに驚いたこともある。

そういった研究はとても長い年月の比較実験が必要で、とても時間がかかるため、いろいろな専門家が「根拠がない！」と批判をすることもあるが、実験結果で良い結果を得ているものもあるためにすべてを否定することはできない。「病は気から」と言われているように、そういった水を飲んだら気分的に病気が治りそうな気分に治療効果があるのかもしれないが、「水は答えを知っている」にもあるように、水は人間の思考に反応することからしても、「病気が治る水」というものは存在するのかもしれない。

こういった不思議な水の改質に関する科学について、ＮＡＳＡが研究対象としていることをご存じだろうか？　宇宙空間に行くと水はとても貴重なものとなる。人間のトイレの水分ですら回収をして飲用にするぐらいである。宇宙空間で良い水を作ることができるのであれば、不思議な仕組みであろうが、どうであろうが関係のないことなのだろう。

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ベアリングの科学

ベアリングとは軸受のことで、車のタイヤやモーターなどの回転体を支えるものです。ベアリングというと小さな軸受を想像するかもしれませんが、とても大きなベアリングもございます。大きな回転体としては、例えば水力発電でとても大きなベアリングが使われています。水力発電の水車や発電機のローターを支えるベアリングはとても大きなものです。水力発電で使われるベアリングはとても大きな荷重が掛かるので、それを支えながら回転体をスムーズに回転させるという役割が必要になります。

ベアリングの中にボールが入ったものをボールベアリングと言います。昔、大きな石を運ぶときに石の下に丸太を敷いて運んだと言われていますが、この丸太の代わりにボールを使ったものです。ボールベアリングは車のタイヤの軸受としても使用されていますが、小さなところであれば、数年前まで製造されていたハードディスクのアルミ円盤の軸受として使われていました。現在のハードディスクは流体軸受けと言って、油で浮かせた軸受を使用しているようです。

流体軸受けは、油のような流体が回転体の重量を支えることができるようであれば、どういったところでも使用できます。ある意味、ホバークラフトのような原理で流体軸受けとして機能しているものもあるかもしれません。

ハードディスクに使われているボールベアリングと流体軸受けを比べると、ボールベアリングはボールと軸がメカニカルに接続をしています。ボールはミクロの単位で微妙に大きさが違っているので、回転速度が速いと振動が発生しやすくなります。ですが、流体軸受けは流体で浮いているので振動が発生しにくいというメリットがあります。振動が発生しにくいということは、ハードディスクが壊れにくくなります。

工業用部品を販売しているミスミのカタログを見ているととてもたくさんの種類のベアリングがあることに驚きます。こういった部品をたくさんストックしているミスミもすごいと思いますが、こういったミスミのような会社を要求するぐらい、科学は発展していると言えるのではないでしょうか。こういったミスミのような部品を提供する会社が、新日本科学を支えているともいえると思います。

未来のベアリングには、どのようなものが想定されているかと言いますと、磁気軸受というものがあるようです。これは、磁気によって回転体を浮かせるというものです。もし回転体を真空の中に置くのであれば、空気抵抗なく回転させることができるというメリットがあります。もし、とても重たいものを支えるのであれば、超電導磁石を使った軸受も考えられると思います。高温超電導体は、ピンホール効果によって、強力な磁場の中で浮かせることができるので、「磁気軸受として使えるのではないか？」ということで１０年以上前によく研究をされていたようです。こういった新しい技術を発展させていって、新日本科学が世界をリードしていくようにしていきたいと思います。