二重ベアリング

●二重ベアリング

問題:　自動車で多用されるボールベアリングは、高速回転に起因する摩耗が激しくて長持ちしてくれない

解決案:　ボールを同心円状に並べた二重構造にすれば、ボール列の回転数を減らせるので、ベアリングの寿命を延ばせます。

ベアリングに対する問題（左図）とその解決案（右図）

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

宇宙船の断熱材

●宇宙船の断熱材

問題:　大気に再突入する宇宙船を過熱から守る断熱材は複数の物質層で構成されることが多いが、通常の断熱材では熱伝導率と重量が大きすぎ、また、再突入時の温度勾配により強い熱応力を受けてしまう

解決案:　断熱材を構成する層のいくつかを多孔質、できれば繊維質にすれば、熱伝導率と重量を小さくし、内部の熱応力を弱めることができます。

宇宙船の断熱材に対する問題（左図）とその解決案（右図）

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

氷の厚み測定

●氷の厚み測定

問題:　氷の厚みを夜間に測定するためには船を止めて浮氷に降りていかなければならない

解決案:　投影機で目盛りの像を浮氷に映し出し、厚みの正確な値を計算によって求めます。この方法により、船を止めることなく船上から氷の厚みを測定できます。

氷の厚み測定に対する問題（左図）とその解決案（右図）

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

レーザによる化合物半導体の気相成長促進

●レーザによる化合物半導体の気相成長促進

問題:　有機金属気相エピタクシーによって化合物半導体の多層薄膜構造を生成するが、各層間で組成を急激に切り換えることが難しい

解決案:　化合物半導体に化学蒸着を行う際、基板にレーザパルスを照射します。レーザを照射したり切ったりすることによって照射エピタキシャル層と非照射エピタキシャル層の組成を急激に切り変えられます。

レーザによる化合物半導体の気相成長促進に対する問題（左図）と
その解決案（右図）

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

消音器

●消音器

問題:　エンジンからパイプを通して送られてくる排気ガスの消音効果を高めたい

解決案:　2本の細めのパイプを通してエンジンから消音器へ排気ガスを送るようにします。これらのパイプの長さと太さは異なり、エンジンの騒音周波数と消音器の特性に合わせることにより消音効果が高まります。

消音効果が低い消音器（左図）と消音効果がより高い消音器（右図）

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油の中に含まれる水分の検出

●油の中に含まれる水分の検出

問題:　油の中に水分が含まれているか調べる必要があるが、特殊な油分析では時間と費用がかかってしまう

解決案:　水蒸気に反応する指示薬を利用します。過マンガン酸カリウム粉末付きカット綿を上方に設置したうえで油を加熱すると、油の中に水分が含まれている場合にはカット綿が真っ赤に染まります。

油の中に含まれる水分の検出に対する問題（左図）とその解決案（右図）

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穴修理箇所の位置確認

●穴修理箇所の位置確認

問題:　船体にあいた穴を以前修理した箇所に水漏れが発生していないか調べたいが、船体表面に海草、泥、氷などが付着していると目視確認しにくい

解決案:　修理する箇所をふさぐ前、穴に磁石を埋め込んでおけば、あとでコンパスを用いて修理箇所の位置を容易に確認できます。

穴修理箇所の位置確認に対する問題（左図）とその解決案（右図）

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水上スキーヤーの飛距離測定

●標準解法4.5.1.　測定可能な二重または多重のシステム

　任意の発達段階の測定システムの効率は、他のシステムと統合して更に複雑な二重または多重のシステムを形成することにより改善することができる

プロダクト（S₂）のパラメーターの測定効率は
ツール（S₁）やプロダクト（S₂）を単一システムから二重または多重のシステムへ移行することにより改善可能

例:　水上スキーヤーの飛距離測定

　水上スキーヤーが着水した瞬間から着水音が踏切位置のマイクに届くまでに要する時間と空気中での音速の積により飛距離を測定するが、目視による着水時間判定では精度が低い

水上スキーの飛距離測定に対する物質-場モデル
 … 必ずしも正確な測定システムとは言えず、誤差を生じる可能性がある

　空気中と水中での音の伝搬時間の差を測定すれば事足ります。水中にもマイクを設置すれば、水中マイクと空気中マイクに音が到達する時間差から飛距離が自動算出できます。さらに信頼性を高めるためには、指向性マイクと（踏切時のノイズをカットする）ノイズフィルタを使用します。

単一マイクのシステム（S₁）から、空気中と水中での音の伝搬時間差をもとに飛距離を自動算出可能な二重マイクのシステム（S₁’, S₁’’）への移行

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スキージャンプの距離測定

●標準解法4.4.1. 磁性体を含む測定可能な磁性物質-場モデルへの移行

　非磁性場における物質-場モデルの測定は、磁性体と磁場を用いることにより改善することができる

プロダクトのパラメーター測定は、磁性体と磁場を用いることにより改善可能

例　スキージャンプの距離測定

　スキージャンプの飛行距離は、着地点を確認することによって測定するが、目視による確認では多大な労力を要し、多数の審判を必要としてしまう

必ずしも正確には行えない
着地点の目視確認によるスキージャンプの飛行距離測定に対する物質-場モデル

　片方のスキー板に小型の磁石を取り付け、ジャンプ斜面に沿って誘導ループを敷設します。スキージャンプ選手の着地時、磁石の通過に伴って各誘導ループの磁界が変化するので、誘導信号から着地点（飛行距離）とスピードが分かります。

スキー板上の小型磁石とジャンプ斜面に沿って敷設した誘導ループによる
正確な着地点測定

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重さの測定

●標準解法4.3.2.　システムまたはその構成要素の測定可能な共鳴振動

　システム内変化の直接測定もシステム内への場の導入もできない場合には、システム全体またはその一部に共鳴振動を与えることにより問題を解決できる
... 共鳴振動数を変えることによりシステム内変化が明らかになる

システムのプロダクトあるいは構成要素の共鳴振動数を変えることによって
システムのパラメーターの検出や測定が可能

例　重さの測定

　容器内の液体または自由流動性バルク材の重さを測定したいが、従来の方法では複雑で高価

従来の技術を用いた複雑で高価な容器内液体重量測定に対する物質-場モデル

　容器と物質の全体系の固有振動数を測定します。振動により、流動物質の入った容器に機械的共鳴が発生し、システム（容器-物質）の共鳴振動数から物質の重さが分かります。

液体を収容する容器の共鳴振動数を利用した液体の重さ測定

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自然発火の検知

●標準解法4.2.3.　導入添加物を含む測定可能環境

　検出や測定がしにくく、検出容易な添加物を内部に取り込めない場合には、添加物を周囲に加え、その変化を通してプロダクトの状態を判別することができる

プロダクトの周囲に検出容易な添加物を加えると
プロダクトのパラメーター測定や検出がしやすくなる

例　自然発火の検知

　石炭層内での自然発火を早期に検知したいが、従来の監視装置では複雑で高価

従来技術を用いた複雑で高価な自然発火検知に対する物質-場モデル

　臭気を発する物質を用いて石炭の自然発火を検知します。臭気を発する揮発性物質が入ったアンプルを石炭層の適所に埋め込んでおけば、石炭が発火した場合にはその付近のアンプルが熱で溶け、検出容易な臭気が発生して空気中に広がります。この特異臭により、石炭の自然発火とその発生箇所が明らかになります。

臭気を発する揮発性物質の入ったアンプル（S₄）を石炭層に埋め込んでおけば
自然発火により生じる熱でアンプルが溶けて
鼻などの簡単な監視装置（S₃）で自然発火を容易に検知可能

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

アーチェリーの標的

●標準解法2.4.2. 強磁性粒子を含む強磁性物質-場モデルへの移行

　強磁性粒子を持ち込むかあるいは物質の一つを強磁性粒子に置き換えて磁場をかけることにより、物質-場モデルの制御性を高める

物質-場モデルの制御性は、強磁性粒子と磁場を用いて高められる

例　アーチェリーの的

　アーチェリーの木製標的は矢が刺さることにより傷められやすいために寿命が短いので、もっと丈夫な標的が欲しい

「傷める」という有害作用を緩和あるいは排除する必要のある
矢によってすぐに損傷してしまう木製標的に対する物質-場モデル

　強磁性粒子と電磁場を用いて自動的に修復する標的を考えてみましょう。

木製標的を強磁性物質S₃と電磁場F₂ で置き換えた解決案を示す
移行後の強磁性物質-場モデル（右図）

 出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

コーティング品質

●標準解法2.3.3.　相いれない作用の時間による分配

　二つの作用（例えば、変更と測定)が相いれない場合には
片方の作用を行う合間にもう一方の作用を行うことができる

相いれない二つの作用（左図）は
それぞれの動作の合間に行うことができる（右図）

例　コーティング品質

　部品をコーティングする際、磁石で粉末を固定したところにパルス電流を印加して溶かすが、粉末を固定する磁場を電流が弱めてしまうため、形成される被膜の硬度と均質性が低くなってしまう

パルス電流の印加による粉末融解で形成するコーティングの物質-場モデル ― 融解中に粉末を沈着域内に固定する磁場を強める必要がある

　電流の各パルスと互い違いに発生するようにパルス磁界を印加すれば、処理面が融解粉末で均一に塗膜され、被膜硬度も上昇します。

低品質のコーティングに対する物質-場モデル（左図）から
電流パルスと互い違いになるように磁場をパルス状に印加するという解決案に対する物質-場モデル（右図）への移行

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

タービン用の場

●標準解法1.1.1.　物質-場モデルの構築

プロダクトに対して変更を加えるのは難しいけれども新たな物質や場を導入することに関して何ら制約が無い場合には、不足する要素を導入して物質-場モデルを完成させることによって問題を解決できる。

不完全な物質-場モデルから完全な物質-場モデルへの移行

例　タービン用の場

　デンマークの技術者が３枚翼の優れたタービンを設計しましたが、翼を動かすのに適した場を見つけることが課題でした。翼の役割は、電気を生み出す発電機に繋がっている軸を回すことです。

不足している場を追加する必要のある不完全なシステム（左図）と
その物質-場モデル（右図）

　翼を回すために利用できる場として風力エネルギーが選ばれました。

不完全な物質-場モデルから
翼を回す場として風を選んだ解決案に対する物質-場モデルへの移行

出典： TRIZ Technology for Innovation ( http://www.trizsolution.com )

自動車用ピストン

標準解法の分類

　標準解法は以下の5つのクラスに分類されます：

クラス1　作用の改善および有害作用の除去
クラス2　システムの進化　
クラス3　マクロやミクロのレベルへの遷移
クラス4　検出と測定の問題
クラス5　メタ解決策、ヘルパー

　各クラス内もさらに分類すると下図のようになります：

標準解法の分類

　標準解法の分類は、問題に対して適用すべき適切な標準解法を選択するにあたり、指針を示してくれます：

• 機能が不足している、あるいは技術システムの二つの要素間の有用な作用を改善する場合、関連する標準解法はクラス1.1にあります
• 技術システムの二つの要素間の有害な作用を特徴とする問題の場合、関連する標準解法はクラス1.2にあります
• 上記いずれの場合にも、クラス2に属する標準解法に従って既存の物質/リソースを変更できます
• さらに重大な問題は、上位システムレベルでの統合（クラス3.1）またはより小さなスケールでの作用への遷移（クラス3.2）により技術システムのさらに根本的な変更を必要とします
• 検出と測定の問題は、測定の不要化（クラス4.1）、情報提供用のための新たな作用の構築（クラス4.2）、既存の計測要素のさらなる改良（クラス4.3）を用いて対処できます
• どの標準解法を適用する場合にも、新たな物質（クラス5.1）、場（クラス5.2）、相転移（クラス5.3）、物理的および化学的な効果（クラス5.4と5.5）を導入する際の支障を除くために特別な予防策を取れます

Copyright notes

This book has been developed in the frame of the TETRIS project funded by the European Commission—Leonardo da Vinci Programme.
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問題解決における物質-場モデルと標準解法の役割

　物質-場のモデル化は技術システムの動作を特徴づける要素や作用を表現するための手法です。したがって、物質-場モデルは技術システムを分析し、欠落している作用、不充分な作用、望まれない作用、非効率などの観点から問題を表現するための手段です。

　標準解法は技術的問題の解決を目的とした、物質-場モデルの合成と変更のための処方システムです。
　物質-場モデルとして表現された問題に対しては、技術システムの効率を向上させたり望まれない作用を阻止したりすることのできる物質-場モデルへの変更を提案する標準解法のシステムを用いて対処することができます。

 TRIZ問題解決プロセスの "丘" モデルおよび物質-場モデルと標準解法の役割

　標準解法の適用による問題解決プロセスは以下のステップを踏みます（上図を参照）：

1. 
   
   解決すべき問題を一般用語で記述します（専門用語だと心理的惰性を誘導してしまいます） ― 創出されるアイデアに対する評価/選択の基準を決めます
2. 
   
   問題状況に対応する物質-場モデルを構築します（抽象化のプロセス）
3. 
   
   問題状況に対して対処するのに最適な標準解法を物質-場モデルの特性にしたがって選択します。そして、概念解の物質-場モデルを特定します
4. 
   
   問題の生じている特定の状況において利用可能な物質-場のリソースを用いてステップ3の概念解を実現し、ステップ1で記述した問題に対する現実的な解決策を創出します

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標準解法の整理

　今まで様々な標準解法を一通り見てきましたので、どのようなものがあるのか整理してみたいと思います：

クラス1　作用の改善および有害作用の除去

　1-1　物質-場の合成と改良

　　1-1-1　物質-場システムの合成
　　1-1-2　物質内へ添加物を入れることによる作用の向上
　　1-1-3　システム内へ添加物を入れることによる作用の向上
　　1-1-4　環境の利用による作用の向上
　　1-1-5　環境の変更による作用の向上
　　1-1-6　作用の最小効果の供給
　　1-1-7　作用の最大効果の供給
　　1-1-8　選択的効果の供給
　　　1-1-8-1　最大場と保護物質による選択的効果
　　　1-1-8-2　最小場と活性物質による選択的効果

　1-2　有害作用の除去

　　1-2-1　外来物質による有害作用の除去
　　1-2-2　既存物質の改良による有害作用の除去
　　1-2-3　場による有害作用の除去
　　1-2-4　新たな場による有害作用の除去

クラス2　システムの進化　

　2-1　複合物質-場への遷移　

　　2-1-1　連鎖物質-場システムの合成
　　2-1-2　二重物質-場システムの合成

　2-2　利用可能なリソースの活用　

　　2-2-2　物質の分割度の増大
　　2-2-3　固体物質の多孔質物質への置き換え
　　2-2-4　システムの柔軟性の向上
　　　2-2-4'　（柔軟な）システムの柔軟性の向上

　2-3　リズムの調和

　2-4　複合強制された物質-場

クラス3　マクロやミクロのレベルへの遷移
 
　3-1　二重や多重のシステム

　　3-1-1　二重や多重のシステムの形成
　　3-1-2　二重や多重のシステムにおけうリンクの形成
　　3-1-3　システム構成要素間の差異の増大
　　3-1-4　いくつかの要素のひとつの要素への統合
　　3-1-5　システム全体とその要素による対立特性の分担

　3-2　ミクロレベルへの遷移

　　3-2-1　ミクロのレベルへの遷移

クラス4　検出と測定の問題

　4-1　迂回策

　4-2　計測システムの合成と改良

　4-3～4-5　計測システムのさらなる改良

クラス5　メタ解決策、ヘルパー

　5-1　物質の導入

　　5-1-1-1　制約条件下におけるシステムへの物質の導入
 
　5-2　場の導入

　5-3　相転移の利用

　5-4　物理的効果の利用

　5-5　化学的効果の利用


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トレーラー

　今回はクラス3「マクロやミクロのレベルへの遷移」に属する標準解法3-1-1の（再）紹介です：

・標準解法3-1-1 「二重や多重のシステムの形成」

　あらゆる進化段階におけるシステム効率は、そのシステムを他のシステムと組み合わせて二重や多重のシステムを形成することにより改善することができます。

　単純な二重や多重のシステムの形成では二つ以上の要素が組み合わされます。物質、場、物質-場の組み、物質-場システム全体のいずれをも組み合わせることができます。

●例「トレーラー」

　自転車で荷物を運ぶにはトレーラーが便利です（下図）。
でも、自動車で重たい荷物を運ぶのにこの車軸では心もとないですね。

　重たい荷物を運ぶのにはどうすればよいでしょうか？

http://www.eurobike.net/eurobikeweb/gallery/christianiabikes_catalogue.html

・解決策：

　システムの効率を向上させるために二重のシステムを作ってしまいましょう。
この場合、車軸を二つにすれば耐荷重を増やせそうです（下図）。

http://jp.made-in-china.com/co_t-choice/

　「もっと重たい荷物を運びたい場合にはどうするの？」ですか...

　必要なだけ車軸を増やして多重システムにしてしまいましょう（下図）。

　　故障時に備えて控えのトラクターが御供している点ではトラクターの二重システムになっていいると言えます。


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鎖かたびら

　今回は、前々回のクラス2「システムの進化」に属する標準解法2-2-4の発展形をさらに別の例で見てみましょう。前々回の例はすでに柔軟なシャッターを更に柔軟にするという内容でしたが、今回は「システム全体とその要素による対立特性の分担」で取り上げた鎖かたびらを更に柔軟にしてみましょう。

・標準解法2-2-4' 「（柔軟な）システムの柔軟性の向上」

　（柔軟な）物質-場システムの可動性を向上（すなわち、自由度を増大）させて、より柔軟で素早く変化するシステムへ遷移させることにより、（柔軟な）物質-場システムの効率を改善することができます。

標準解法2-2-4' （柔軟な）システムの柔軟性の向上

●例「鎖かたびら」

　中世の騎士は刃物から身を守るために鎖かたびらを着けたりしていました（下図）。でも最近、この類のものは手に入りにくくなってきましたし、体の自由な動きを妨げているので日常生活には不向きですね。

　着心地が良くて動きの妨げにならず、自由に行動できるようにするにはどうすればよいでしょうか？

鎖かたびら


・解決策：

　この状況の物質-場モデルは、下図上部のように、人（S1）、鎖かたびら（S2）およびこれらの間に作用する機械的場として表わすことができます。鎖かたびらを用いて、機械的場により刃物が人に直接当たらないようにしています。標準解法2-2-4' を適用して、鎖かたびらの柔軟性を向上させることになります。
　でも、どうすれば柔軟性を向上させることができるでしょうか？

　素材をもう少し柔軟なものに変えると良さそうですね（下図下部）。

鎖かたびら（S2）に標準解法2-2-4' を適用した例

　同重量のピアノ線と比べて８倍に相当する強度を持つ超高強力ポリエチレン繊維を生地に使った防刃シャツならば、柔らかくて着心地もだいぶ良さそうです（下図）。

防刃シャツ

http://dvice.com/archives/2008/03/antiknife_shirt.php

　比重が0.94なので軽そうですし、洗濯できるので衛生的観点からも優れていますね。


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