私の研究ヒストリー

大学と企業における研究（その 3．ガラスの新しい機能を目指して）
元AGC㈱

伊藤節郎

Research Life in University and Company(Part 3. Aiming to create new function of glass in university)
Setsuro Ito

6．再び大学の研究者としてって他研究室の装置や AGC の装置を使うことが出来たので，あまり不便を感じなかった。特2010 年 4 月，
東京工業大学でスタートした新に，研究室設立に支援してもらった細野教授の制度の下，旧応用セラミックス研究所内に設置

研究室には自由に出入りし，装置の使用，セミされた AGC 旭硝子・ガラス無機材料共同研究ナーへの参加，研究の議論などを頻繁に行うこ部門の特任教授として赴任した。大学に 4.5 日とが出来，研究を進める上で大いに助けてもら／週，AGC に 0.5 日／週の勤務スタイルで 4 年った。また，この間，東工大および青学大の大間を過ごした。幸い我が家は，応セラ研と AGC学院の講義を担当することにより，材料科学の中研のほぼ中間にあり，いずれも車で 15 分程の基礎を改めて勉強しながら若い方々に接するこ

距離で通勤には非常に便利であった。ただ，応とが出来た。大学でのいろいろな人達との交流

セラ研への通勤に利用した保土ヶ谷バイパスはを通じて，企業では得られなかった様々な分野

日本で一番交通量の多い道路と言われ，事故がの知識や考え方を経験することが出来，その後起きると大渋滞に巻き込まれることもしばしばの研究において，ガラスの本質や新しい機能をであった。一方，
夜間 20 時を過ぎると高速道路考えていく上で大いに参考になった。と化し快適なドライブが出来た。研究室は，2人の助教と研究員 1 名，秘書 1 名と私の 5 人の7．ガラスの基礎研究へ

小所帯で，居室や実験室は十分確保できたもの

ガラスは長い間，生活必需品として使われての実験装置はほとんど無く，正に零からのスタ来たが，近年は，フォトニクス，エレクトロニートであった。幸い，東工大の多くの方々やクス，エネルギー，バイオテクノロジーなどのAGC 中研の支援を受け，研究に専念することが先端分野でも様々な新しいガラスが求められ，出来た。実験装置類に関しては，空き時間を狙それらを如何にスピーディに提供できるかが大事であることを企業に在職中に痛感していた。

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Interglad によれば，既に数十万種に及ぶガラスが知られており，それらの data base を使えばガラス組成の設計は比較的容易であるように思われる。但し，通常，組成設計は，ガラスが均NEW GLASS Vol. 35 No. 131 2020

質で等方的な材料であることを前提にして成りに低い温度では弾性変形により消滅し，Tg よ立っている。しかし，昨今の機器分析やシミュり高い温度では粘性流動により消滅する。しかレーション技術の進展により，ガラスはナノオし，Tg 近傍で応力を掛けたまま適度な速度でーダーでは決して均質・等方的な構造ではない

冷却するとその構造は凍結され，応力を除去し（図 1）ことが明白となった以上，従来の組成設ても室温で異方性を持つガラスが得られる。偏計法が不十分であることは否めない。
すなわち，光下で複屈折を調べることにより，異方性であ組成が同じでも構造が違えば特性は異なる。従るか否かは容易に判断できる。ガラスの異方性って，構造を加味した組成設計がより重要となは繊維状のガラスではもちろん，バルク状のソって来る。もし，ガラスの構造を制御できれば，ーダライムガラスなどでも知られていたが，具同じ組成のガラスでもより高い機能や未知の機体的な異方構造やその構造に由来する特性など能を持つガラスを創出でき，延いては市場の要は十分明らかにされていなかった。

求に耐えうる付加価値の高いガラスを提供する

そこで，大きな異方性を生じるガラスを作製ことができるはずである。従来，分相ガラスやして，どんな特性が生じるかを調べてみること

結晶化ガラスのような多相系ガラスでは，そのにした。異方性を生じるためには，3 次元網目ナノ構造を制御することによって様々な興味あ構造のガラスよりは，高分子のような鎖状構造る機能が生み出されている。一方，単相系ガラを持つガラスが相応しいと考え，アルカリメタ

スでも，圧力を加えたり仮想温度を変えたりしリン酸塩ガラス，（Li,Na,K,Cs）
2O･P2O5 ，で試みてガラス構造を制御することにより新しい特性た 1）。ガラス融液から細いガラス棒を作製し，を持つガラスや付加価値の高いガラスが生み出それを Tg 付近で再加熱し，応力を掛けて引きされている。大学での研究を再び始めるにあた

伸ばしながら冷却して異方性ガラスを作製しり，ガラス構造と機能との関係に面白さを感じた。アルカリの種類が多いほど異方性は大きくていたことから，特に，異方構造と空隙構造になり易く，上記組成の場合，4 種のアルカリをついて研究してみることにした。

等モルづつ混合すると石英結晶の複屈折に匹敵するほどの高い複屈折を生じる異方性ガラスが（a）ガラスの異方性得られることが分かった（図 2）。Raman 分光

ガラスは，マクロには等方的であるが応力をや高強度 X 線回折の結果 2），この異方性は応力掛けると異方性を生じる。応力を除去すると，下での -P-O-P- 主鎖の配列によるものであり，その異方性は，ガラス転移点（Tg）よりはるか

その配列のし易さは主鎖間に存在するアルカリ

図1

分子動力学法による窓ガラスの構造（ラインは -O(Si,Al)-O- の網目）

図2

メタリン酸塩ガラスの複屈折と応力の関係

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種の適度な結合力に依存することが分かった。

ム弾性は起こらないという固定観念に囚われてまた，主鎖の配向度に依存して弾性率や破壊靭いた私にとっては驚きであった。考えてみれば性が大きくなり，その結果異方性ガラスは等方高分子で起こることが，同様な構造を持つ酸化性ガラスに比べ強度が著しく増加することが分物ガラスで起きても不思議はない。研究においかった 3）。て常識に囚われないことが肝心であるとつくづ

一方，この異方性ガラスを Tg 近傍で再加熱く思った。そういえば，最近，常識では考えにすると体積が変化することなく配向方向に収縮くいような奇妙な特性を示すガラスが見出されするという非常に珍しい現象を見出した 1）。まている。ガラスの常識を覆して，新しいガラスた，その収縮は異方性が大きい（Δ n が大きい）の世界が切り拓かれていくことを期待したい。

ガラスほど顕著であることが分かった（図 3）。
さらに詳しく調べるために，Tg 近傍で応力を（b）ガラスの空隙掛け引張った後，応力を除去するとガラスがガラス構造に関するこれまでの研究は，最近30% 程度急激に収縮することも分かった。この接原子間の構造（配位子構造）や網目構造に関収縮は吸熱反応であることから，ゴム弾性（エする研究が大部分であった。しかし，通常，酸ントロピー弾性），すなわち，応力下で配向した化物ガラスのイオン充填率は 40-50% 程度で体-P-O-P- 鎖が応力を除去すると再び元のランダ積の半分は空隙である。しかも，拡散，緩和，ムな構造に戻る（図 4）ことにより生じる現象

変形・破壊などの緒現象は，この空隙の変化にであることが分かり，酸化物ガラスでは初めて関係していると考えられる。したがって，ガラ見出された現象であった。酸化物ガラスではゴスの特性や様々な現象を知る上で，空隙構造を知ることは極めて重要であると考えられるが，これまで，空隙構造の研究はほとんど行われてこなかった。そんな折，千葉大学藤浪教授らが陽電子消滅法を用いて材料中の空隙を研究していることを知り，ガラスの空隙について共同研究を始めた。先ず，シリカガラス中の空隙を調べた 4）。その結果，シリカガラスには，直径0.5nm 程度の大きな空隙が存在すること，これにアルカリを加えると径の大きな空隙が消滅していくことが分かった（図 5）。通常のソーダラ
イムシリカ系の窓ガラスでは，大きな空隙の直図3

 方性（Li,Na,K,Cs）
異2O･P2O5 ガラスの熱収縮現象（Δ n：複屈折）

図446

異方性ガラスの収縮メカニズム

径は約 0.4nm 程度である。

図5S
 iO2 ガ ラ ス（a） お よ び 20Na2O･80SiO2（mol%）
ガラス（b）中に存在する直径 0.24nm 以上の空隙

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また，仮想温度を変化させると空隙径が変化することも分かった。シリカガラスでは，
Tg 近傍では仮想温度が高くなると密度が上昇することが知られているが，この温度域では予想に反して密度上昇にも関わらず空隙が大きくなることが分かった。これは仮想温度の上昇に伴って図6ツェルナー（a）とカニッツァ（b）の錯視図密度揺らぎが増加するためと思われる。また，シリカガラスを高圧処理（ex.200MPa，1800 ℃あったり，存在しないものを在ると思ったり，-4h）することにより，大きな空隙が優先的に小既知のことを未知だと思ったりすることなど，さくなり，その空隙径が 4 ％程度小さくなるこしばしば経験するところである。私は，いろいとが分かった。この空隙径の減少は光散乱の低ろな錯覚の図（図 6）やエッシャーの絵などを下につながり，従来のシリカガラスに比べレー見る度にそのことを強く感じる。

5）

リー散乱の極めて小さいガラスが得られた 。

さらに，小さな二つのエピソードが強く印象

さらに，MD 法によるシミュレーションの結果，に残っている。ある時，数学の先生から，「平行ガラスの変形・破壊現象と空隙構造が密接に関板の間でコロコロ転がる棒がある，その断面のわっていることが明らかとなり，破壊メカニズ図形は何かと聞かれた」。当然，「円です」と答

6）

ムを知る上で重要な知見が得られた 。

えた。「円だけですか」と再度質問された。私にガラスの空隙構造と網目構造の関係は，ネガはそれ以外思いつかなかった。先生は，「円以外とポジの関係にある。ガラスを別の角度から見にそんなものは無限にある」と言われた。「定幅ることにより，今まで見えなかったものが見え，曲線と言われる図形で，数学科の学生なら常識新しいアイデアが生まれるのではないかと思っです」と言われた。狭い分野の常識や勝手な思た。

い込みに囚われていると新しい発想や新規な現8．研究を振り返って象を見逃すことになる。せっかくのセレンディピティを逃してしまうかもしれない。いろいろ企業および大学において 43 年間ガラスの研な角度から物事を客観的に見ること，違った分究・開発に携わってきたが，個々の研究がどれ野の人との議論が大事であると思った。また，だけ役に立ったかは分からない。ただ，どんなある時，Japan Skeptics 学会でこんな話を聞いに偉大な発見や発明も，それまでに蓄積されたた。
「NY の街角で男が塩をまいていた。通行人

研究結果の上に成り立つものであることを考えが何をしているのだと男に尋ねると，男はワニれば，些かでもガラスの科学・技術の発展に貢が出て来ないようにしているのだと答えた。通献したのではないかと自分を納得させている。

行人がこんなところにワニなど出るものかと言特に，研究が基礎的になればなるほど，応用がったところ，男は私が塩をまいているからだと見極め難く成る。基礎的な研究に対して，「何の答えた。」これは，条件を変えない限り論破する役に立つのか」と批判されることもしばしばでことの出来ない論理である。研究を進める際に，ある。そうかと言って，それが役に立たない研

奇妙な論理を駆使しないように戒めてきたつも究という訳ではない。10 年，20 年，或はもっとりである。

先に花開くことがあるかもしれない。自分の信

そ ん な こ と を 思 い な が ら，Nature Index

念や熱意を持って研究を進めることが大事であ20177）や「科学立国の危機―失速する日本の研る。ただ，人間は錯覚を起こすことが往々にし究力」8）を読み衝撃を受けた。日本の科学論文てあり，自分で正しいと思ったことが間違いで数，大学ランキング，研究従事者数，研究時間，47

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研究教育力などなどの低下，そしてそれらがもたらす GDP の低下。なぜこれほどまでに外国と比較して日本の力が落ちてしまったのだろうか？

様々な理由があると思うが，近年大学では研究費削減が著しく，特に基礎的な研究になかなか研究費が回らないのが最大の原因とのことである。そのため研究費調達に苦慮している研究者が多く，地方の大学ではそれが特に顕著であると言われる。公的な研究資金が足りない以上，産業界からの自由に研究できる資金の提供をもっと進めて，産業の発展を図って行くべきであろうとつくづく思う。
2014 年 3 月東工大を，同年 10 月 AGC を離れて 6 年が経つ。振り返ってみると，遣り残したことが多々あり，やってみたいことも未だある。北斎は 70 歳までの仕事は取るに足らず，その後が本当の仕事だと言っている。ガラスへの興味は未だ尽きず若い研究者達と議論を重ねることもあるが，北斎ほどの熱意は伏せてしまった気がする。中原中也の詩の一節，「ああ，おまへは何をしてきたのだと…，吹き来る風が私に言う」を思い浮かべながら，これまでを振り返っている。

481）S.Inaba, H.Hosono, S.Ito, Nature Mater. 14, 312（2015）
2）S.Inaba, Y.Benino, S.Kohara, H.Hosono, S.Ito,
J.Am.Ceram.Soc., 103, 3631（2020）3）J.Endo, S.Inaba, S.Ito, J.Am.Ceram.Soc., 98, 2767
（2015）
4）M.Ono, K.Hara, M.Fujinami, S.Ito, Appl.Phys.
Lett., 101, 164103（2012）5）M .Ono, S.Aoyama, M.Fujinami, S.Ito, Opt.
Express, 26（7）, #320587（2018）6）S.Ito, T.Taniguchi, M.Ono, K.Uemura, J. NonCryst.Solid., 358, 3453（2012）7）Nature Index , 23 March, 20178）豊田長康，“科学立国の危機 --- 失速する日本の研究力”，東洋経済新報社出版，2019 ，