アクティブ分解

アクティブ分解（AD）は、スマートマテリアルを用いたアクティブ分解（ADSM）という用語と関連付けられる、発展途上の技術である。

形状記憶合金（SMA）などのスマート材料は、複雑な部品を容易かつ費用対効果の高い方法で分解できる可能性を提供している。ADで使用されるその他のスマート材料には、形状記憶ポリマー（SMP）、スマート層、スプレー、エンジニアリングポリマーなどがある。この技術の開発により、消費財のリサイクルがより一般的になり、環境に優しいものとなる可能性がある。^{[ 1 ]}

さまざまな消費財を設計・製造する企業は、製品の「使用終了」(EoL) の影響を考慮することを求める法律やその他の圧力にますますさらされています。たとえば、欧州のELV(使用終了車両)指令では、現在の再利用およびリサイクル率75%(重量比)を2015年までに85%に引き上げる必要があると規定されています。^{[ 2 ]} WEEE(廃電気電子機器)指令は、LEDに含まれるヒ素などの有害物質の処分手段としての埋め立てをなくすことを目的としています。製造業者は、製品の設計に分解戦略を組み込むことも求められています。過去には、自動車などの製品の設計において、廃棄されたときに何が起こるかを考慮することはほとんどありませんでしたが、BMWなどの一部の企業はこの点で積極的に取り組んできました。^{[ 3 ]}

キオド博士は、ADおよびADSM技術の発明者です。彼は形状記憶材料を用いた熱誘起分解の研究に注力しました。彼の研究は、1980年代後半からリサイクル関連の設計ソリューションに着手したことから始まりました。1991年、彼の修士論文は分解設計をテーマとし、当時煩雑だった作業に新たな自動化アプローチを導入するきっかけとなりました。彼は、粗雑な力による方法から、温度、電気抵抗、振動、体積、爆発物、化学物質、誘導、生体誘起分解技術といった高度に調整された手法まで、様々な実験を行いました。

それ以来、この研究は、拡張されたトリガー機構、さまざまな階層的制御パラメータ、温度許容範囲の増加など、前述のものを含むさまざまな考慮事項を含む、さまざまな非物質化技術に拡大しました。Chiodo 博士は、1996 年の最初の発明以来、数百の AD、ADSM、およびその他の自動化技術機構を発明しました。彼の最近の研究には、LCD を含む特定のコンポーネントの分離と、再利用のための特定の要素のクリーンな分離が含まれます。1996 年に、彼は PEEK、ABS、PC、ナイロンなどの一般的なエンジニアリングポリマーを使用して分解と形状記憶実験を行い、その形状記憶特性を操作して、より費用対効果の高いアクティブ分解の代替手段となる可能性を探りました。この研究は、H. Hussein、Dr. Mark Allen、Dr. David Harrison によって 2009 年に発表された論文で再検討され、Chiodo 博士、Motorola、Nokia、Sony、Gaiker、Indumetal、IKP などの共同研究の結果が示されましたが、これまでのところ、競争前の結果しか得られていません。

1996年以降、この分野は産業界で人気が高まり、より広範な研究が行われるようになりました。ニック・ジョーンズ博士は、電気的に作動するSMA機構を用いたADへの様々な新しいアプローチの中でも、ELVに関する研究を行ってきました。ジョーンズ博士とキオド博士は最近、LCDパネル用のSMA NiTiリリース機構を開発しました。これは、デスクトップおよびラップトップディスプレイのマクロアセンブリをクリーンかつ非破壊的に分解するためのものです。この機構は、EoLで作動するまで休止状態にある、電気的に作動する自動細線で構成されています。

ジョーンズ博士は、ELV（廃車）市場向けに一連のアプリケーションを開発しました。これには、エアバッグ用SMAデバイス、ガラス除去用SMPデバイス、そして斬新なベルクロ式リリース機構などが含まれます。

ニューバート博士は、分解を開始するための他のトリガー方法を検討することで、能動的分解の分野をさらに探求しました。凍結した水の体積増加を利用して製品の特定の部分を切り離したり、溶解性の留め具を使用したりするという彼の概念的なアイデアは、2000年に発表された博士論文に記載されています。

バーバラ・ウィレムスは、ニューバートが提唱した「圧力セル」に着目し、この研究をさらに発展させた。彼女は、圧力作動式ファスナーの最適な形状と寸法を決定するための数理モデルを開発した。製品に実装されたこのスナップフィット式のファスナーは、周囲圧力の変化によって分解を可能にする。電気製品の通常の使用期間中に圧力変化が発生する可能性は非常に低いため、この作動機構は温度に基づく作動方式に比べて、より安全な分解方法を提供する。

2013年のジャーナルAssembly Automationで受賞した研究^{[ 4 ]}では、 2012年にアクティブ分解で使用されるスマート材料の世界調査が行われました。^{[ 5 ]}この研究はChiodo博士とJones博士によって行われました。これは現在「アクティブ分解ブログ」で紹介されています。^{[ 6 ]}

キオド博士の研究は、「スマート化された」材料を用いたADの研究を続けています。その応用例としては、中間層、モジュール機構、分解機能、その他のDfXエコデザイン戦略などが挙げられます。この研究の一部は循環型経済の分野で説明されており、循環型経済^{[ 7 ]およびエレン・マッカーサー財団のウェブサイトの元の投稿[ 8 ]}を参照してください。

日本、米国、EUでは、大学の様々な研究部門がこの技術の様々な側面を研究してきた。この技術の大量生産や産業界での実用化はまだ実現していないものの、そのための研究は継続されている。

イジョマ博士は、AD技術を電子製品の再生製造に応用する研究を行ってきました。現在までに、チオド博士と共同で研究を進めており、このテーマに関する論文を複数の学術誌に発表しています。

ほとんどの消費財は、多数の部品と多種多様な材料で構成されています。製品の耐用年数が過ぎた後の分解は、すべての構成部品を効果的に分離し、その後の再利用やリサイクルを確実に行うためには、必然的に複雑で時間のかかる作業となります。嫌気性消化（AD）技術は、このプロセスを自動化または半自動化することを可能にし、より実現可能なものにします。AD技術の導入と、企業が製品の耐用年数終了後のリサイクルに責任を負うことの影響は、消費者にとって長期的なコスト負担となるでしょう。

現在、この技術が一般市場で成功するのを阻む大きな障害が存在します。（コスト、再訓練、金融資本/法律上の制約、裁定取引、立法慣行など…続く。）

自動分解（AD）に用いるための様々な方法が開発されている。これらの方法は一般的に、刺激に反応して形状やサイズを変化させ、部品の分離を容易にするスマート材料の使用を必要とする。関連する材料には、形状記憶ポリマー（SMP）や形状記憶合金（SMA）などがある。これらの材料は、赤外線、マイクロ波、過冷却、化学薬品、直接加熱などの方法によって、様々な転移温度で顕著な形状変化を示す。様々なスマート材料の「トリガー温度」の範囲が広いため、製品を加熱された環境に置いて外側の部品を分離し、その後、より高温のゾーンに移動させて内部部品やサブアセンブリを分解することが可能となる。

近年、チオド博士が1996年に開始した初期研究からさらに発展させ、アルツハイマー病治療に用いられる他の材料に関する研究が進められている。「スマート材料」をはじめとする様々なアプローチのレパートリーは拡大し続けている。

自動駆動（AD）を容易にするために特別に設計されたネジ、リベット、リボン、バー、クリップなどは、形状記憶合金（SMA）や形状記憶ポリマー（SMP）などのスマート材料から製造できます。これらは、特定の用途に応じて、あらかじめ設定された温度で作動します。

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