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常々疑問に思っていることがあります。

※業界に全く縁のないど素人の素朴な疑問ですので,考え方が間違っていたり,意味不明な場合はご指摘ください。

近年,パソコンやスマートフォンなど,ハイテク製品の発展が目まぐるしいですね。

例えば人間の肉眼ではとても回路が確認できないような非常に細かい半導体製品などは,
産業用ロボットがそれらを製造していると思いますが,
そういった産業用ロボットそのものを作る工場もあると思います。
またそれらを作る工場もあり・・・・
と繰り返していくと,結局最後は人の手で作らざるをえないような気がします。
しかし,現代の精密な電子機器は人間の手ではハンダ付けさえも困難に思えます。

「高性能な機械を作るためには,それを作る機械はさらに高性能でなければならない」 と常識的に思いますが,
これは非常に矛盾しており,困難だと感じます。
しかし,現に技術は進歩し続けています。
CPUなどはナノ単位の世界ですよね。どんどん小さくなり高性能になっています。


実際に,ハイテク製品は,どのように生まれ,どうやって製造されているのでしょうか。

gooドクター

A 回答 (5件)

「親」の機械から「子」の機械に向かって、「誤差」を小さくしていくことができます。



「親」が普通の人間で手道具を使って加工する場合、その加工部品の精度が±0.5mm程度だとします。
しかし、その精度で加工された部品を組み立ててて作られた加工機が出せる精度は、±0.5mmより小さくできるので、より小さな部品を精度よく加工できるようになる。 (固定ネジなどによる精密な位置決めが可能になるので微調整ができ、親部品よりも加工精度が上げられる)
で、その「子加工機」で加工した「子部品」を使って組み立てられた「孫加工機」の加工精度は更に上げられ、もっと精細な加工が可能になる。
・・・そんな感じですね。


「きさげ」による定盤の平滑加工なんかわかりやすいと思いますよ。
現代でも相変わらず重要な「匠の仕事」です。是非一度調べてみて下さい。
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>機械を作る機械は・・・最初はどうやって作る?



機械の発祥の地は産業革命の起ったイギリスです。日本はかなり遅れて近代産業を立ち上げましたので、外国から輸入されてくる機械製品を自分で作ることは出来ませんでした。
で、
これではいかん、と機械を作る機械を輸入しました。
旋盤とかいう基本的な工作機械です。
イギリスから来た旋盤は、旋盤を作る旋盤で作られた旋盤でした。
イギリスには最初に作られた旋盤があって、それで旋盤を作っていたのです。
マザーマシン、といって、部品はいわゆる匠、マスターが苦労して手作りしたものでした。
もっとも、手作りできる範囲の機械や補助工具を総動員させて、時間をかけて作ったのでしょう。
つまり、初期の機械精度は技能に優れた人間が、時間をかけて、不完全な道具から、経験と勘で作り上げたのです。

日本へ来た英国からすれば子供の旋盤が日本でのマザーマシンになったのです。
つまり、それらは不完全な機械でしたが、懸命に日本の技能者も腕を磨いて、時間をかけてよりよい機械をそれから作っていったのです。機械と人間のコラボですね。
そうしながら日本でもマザーマシンが作れるようになりました。
懸命な努力の結果、また科学の進歩、特に電子工学の進歩もあって、ほぼ完全に機械に任せていても、さほどマザーマシンと変わらない精度の機械が出来るようになったのはつい最近のことなのです。

だそくですが、これが韓国や中国などにしてやられる結果にもなったことはご存知の通りです。
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なかなか面白い質問なので回答します。


これは、多くの大人なら、子供に質問された場合でも苦慮するかもしれません。それぐらい素朴ですが、あまり真剣に考えたこともない常識なのです。

まず、小さなものを作るから小さな物でしか作れないと質問者様は思っていませんか?
精密なものは、小さなもので作るとは限りません。
逆に言えば、大きなもので精密な物を作ることだって出来ます。何故なら、大は小を兼ねるという言葉にもあるように、大きなものは、小さなものが備える機能を持つ場合が往々にしてあるからです。

本題です。
半導体はどうやって微細な加工技術を獲得し、その装置はどうやって作られるかというと、原理は簡単です。質問者様が日本の学校を卒業したなら、小学校で勉強したであろうある原理を使うのです。それは、虫眼鏡で、太陽光を集めると、黒い紙が燃えるあれです。
レンズで集光し焦点を一点に集めると、光エネルギーが拡散せず熱エネルギーと黒紙にたまります。そして、発火します。その原理で、回路パターンを金属原盤(シリコンウェハー)に焼き付け、微細な線とするのです。

要は、光学技術で回路を設計図通りに線引きするのです。

それには、より小さな装置が必要というわけではなく、あくまでその線幅や線速に見合った、レーザーダイオードの出力とスポット径になるレンズ、発光体が必要なだけです。正直言えば、採算が取れるなら、一戸建てぐらい大きな装置でも構わないのです。

これは、どんな機材でも言えることですが、小さな物を作るから小さな装置や人が作ったものでなければ作れないのではなく、小さな物に必要な部材さえ見つけることが出来れば、その部材を加工する技術を理論上確立さえすれば、後は歩留まりの善し悪しで、損益分岐点が決まり、製品化が出来るということになります。
作る機械は、その機械で作った品物とは、異なる目的に作られていますから、大きさと一致するものではありません。

すしを作るから、米で出来た機械というわけではありません。ましてや人の手ほどの大きさの装置であるという訳でもない。いくつかの機器が組み合わさった結果、米の酢飯を炊きあげ、しゃりを握り、上にネタを載せられるなら、すしを作る装置になります。それと同じであり、大きなものから小さなものを生み出しているに過ぎません。そして、その技術は一つのすし職人の技術というものではなく、科学的にこうすれば、代替できると思われる技術を組み合わせて作られています。即ち、10倍のレンズを作れば、10倍に拡大できます。

じゃあ、そのレンズ技術を応用して、光を1cmの光を1mmに集光できれば・・・といったことを考え、技術として応用すれば、小さなものを作る力になるわけです。それらを積み重ねることで、人がやっていたことを、機械に任せるようになったのが、今のハイテク産業であり、製造装置を作る過程も、比較的産業用ロボットが作っているものも多いのです。

最後に、半導体について言えば、これから先半導体はさらに進化する・・・とは言えません。
何故か?単純に、今のシリコンベースの半導体は、既に限界が見えているからです。
物質の構成要素である原子より小さな回路を作ることはできませんが、既にその何個分にまで達していますからね。原理原則上の限界が見えている以上。この先シリコンベースではあと2年~6年が限界です。その先は、光半導体など新しい技術に移行することになります。


いかがでしょうか?
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>「高性能な機械を作るためには,それを作る機械はさらに高性能でなければならない」 と常識的に思いますが,



それが常識かどうかも疑問ですが、いずれにせよ高性能な機械を単純な道具で作る人達がいます。
匠と呼ばれる人たちです。

匠が手で高性能な機械を作れば、あとは派遣労働者が高性能な機械を使って商品を大量生産をします。

大量生産しないものなどは、商品自体を匠が手作りしています。
直径10メートル以上ある天体望遠鏡のレンズだって、大陸間弾道ミサイルの先頭の紡錘形のキャップだって匠が手で作りますよ。
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>高性能な機械を作るためには,


それを作る機械はさらに高性能でなければならない」
 と常識的に思いますが,

旋盤やフライス盤といった単純な機械では
それ以上に高度な装置は作れないのでしょうか?

そんなことはない筈です。
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