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2010年4月28日 (水)

ヤモリ足裏の研究から強力接着テープ開発

日東電工が2010.01月に発表した新タイプの接着テープについて考えてみます。

夏の晩、ヤモリが壁面や窓ガラス・天井などを徘徊する光景を見かける。
ずいぶんと便利な足裏で、さぞ変わった粘着物質が付いている、あるいは浸み出してくるのだなーと漠然と思った事があった。
しかし、この粘着足全く異なった原理で張り付いている事を知った。

日東電工が発表した新タイプの「粘着 ? 接着 ? テープ」これが今はやりのカーボンナノチューブを活用したものだと知った。

まず「ヤモリの足裏」構造を再確認してみる。

100428_3

こんな構造なのだ。

ポイントは最終拡大で確認出来る極細の毛状態だ。
太さは200ナノメートル(0.2μm)、長さは0.05ミリ程だという。
片手に50万本程有るから、4足で200万本も有るそうだ。

何故この毛体が接着力を発揮するかと言うと「ファンデルワールス力」という分子間のある種の引力を生じさせるのだそうだ。
極小さい・細い物を接近させると引き合う力が発生するそうだ。
一本当たり0.02グラムの引力が発生するそうだから、200万×0.02gr×2%=800grと成りそうだ。

こんな原理はここ10数年前にやっと分かった様なのだ。

さて原理が分かれば何とかこれを人工的に再現して工業的に活用したいものだ。
ところがこの極細の毛体の製作が出来なかった。
しかし、近年カーボンナノチューブ(CNT)の技術が展開してきて実験的には部分的再現が出来る様になった。

調べてみると、2005.09月にアメリカ・レンセラー工科大学とアクロン大学の研究チームが ヤモリが張り付く仕組みを基に、強力な粘着力を持つCNTのシート作りに成功していた。
ヤモリの200倍もの粘着力を発するCNTシートであったという。
しかし、基材とCNTとの接合部などに課題があり実用化には至っていなかった。

日東電工はこれらの点の改善の目途が付いての発表だと思うが実用品の販売が楽しみだ。
ロール状での商品で有ろうが、剥離部材はどう解決するのだろうか。

日東電工の特許を調べてみると

出願番号 : 特許出願2007-38771 出願日 : 2007年2月20日
公開番号 : 特許公開2008-200793 公開日 : 2008年9月4日
出願人 : 日東電工株式会社 発明者 : 前野 洋平 外2名

発明の名称 : 二段の階層を有する柱状構造体の製造方法

   
要約:
【課題】ヤモリの足裏に見られる微細な二段の階層を有する構造体を模倣した構造体を、人工的に、簡便かつ容易に作製する方法を提供すること。

【解決手段】基材上において多孔質膜の孔に樹脂を充填する工程(1);該樹脂を硬化して柱状構造部を形成する工程(2);該柱状構造部の端部にプラズマエッチング処理を行い、二段の階層を有する柱状構造部を形成する工程(3);および該多孔質膜を該基材から除去する工程(4);を含む、二段の階層を有する柱状構造体の製造方法。

これが有った。
http://www2.ipdl.inpit.go.jp/begin/BE_DETAIL_MAIN.cgi?sType=1&sMenu=1&sBpos=1&sPos=1&sFile=TimeDir_0/mainstr1272210132328.mst&sTime=1272210143

ヤモリの接着性を研究しての特許出願と思われるが、カーボンナノチューブに関しての記述は無いが研究過程を垣間見れて何かの参考には成りそうだ。
参考にのぞいてみてください。

「ファンデルワールス力」この技術を活用した特許が378件出願されている。
もちろん「ヤモリの足裏」に関する事ばかりではない。
昔から活用されてきている例をいつくか挙げると

工業用長さ基準の「ブロックゲージ」/これのリンギング。
二つをこすり合わせると二面間のそれぞれの原子・分子が引き合うような力が現れて張り付く。
繊維と染料/ファンデルワールス結合、水素結合、イオン結合、共有結合などが組み合わさって繊維と染料が結合していると考えられています。
接着剤/ファンデルワールス力・アンカー効果・科学結合・水素結合などの組み合わせによる接着効果。
固体潤滑剤/黒鉛・窒化ホウ素などは層状構造を持ファンデルワールス力により結合し、摺動の煎断力により層間が剥離し摺動面に分布し潤滑効果を発揮する。
等々色々ありそうだ。

自然界での現象をもう少し研究・活用・真似し独創性有る製品開発に利用してほしい。

特許の問題解決方法を分別集約した技術「TRIZ」の方面から今回のテーマを考えてみたい。
TRIZ 技術中の「40の発明原理」で実際の特許においてどんな原理を使って技術の問題解決をしたか、使用頻度の高かったものから筆者なりに5段階のランク付け・仕分けをしたものの上位20項です。20100428

ランク2の代替原理を考慮すると。

「ヤモリ足裏の毛体」の代替品は何か ?
こんな発想から「何か極細いファイバー体」でファンデルワールス力を発生しないか ?

100428

カーボンナノチューブ 拡大写真

こんな発想・着眼に結びつく可能性が高いと思います。

「TRIZ」  大発明は難しいですか、実用的・実戦的手法です。 活用しましょう !

       !!     いよいよ スタート  !!

まもなくTRIZ の技術をふんだんに含めた課題解決手法「アイデア ビッグバン」携帯版を販売いたします。参考に紹介のページをご覧下さい。
http://gah03167.g.dgdg.jp/hanbaimadoguchi.html

121012

先輩技術者の智慧を借りましょう・活用しましょう。
今あなたが苦しんでいる課題・アイデア出しは先輩技術者ががすでに解決したことがあるはずです。
拝借・適用しましょう。

   制作 /夢少年    

更に これらも開示中です。    「図解 科学技術用語」

 リンクはこちらから http://trizmegane.cocolog-nifty.com/zukai/

科学・技術に関わる法則・定理・などを図解により簡単に解説します。

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