X射线与岛津的科学仪器创新(1896—1945)

2022-06-01 01:01程慕园王大洲

自然科学史研究 2022年1期

程慕园王大洲

(中国科学院大学人文学院，北京 100049)

明治维新后，殖产兴业政策使得日本科学界在短期内走完初始发展阶段。在这个后发国家，专营教学仪器的岛津制作所(島津製作所，简称“ 岛津”)抓住了X射线发现所带来的技术机会，充分利用20世纪初期日本电气普及和工业界转型的特殊资源条件，第一时间跟进研究并迅速完成技术创新，与当时的发达国家企业展开了同步竞争。在积累技术经验的同时，校企联合快速研发，军民联合扩大市场，企业联合共享技术，稳步推进仪器创新，使之尽快赢得各类用户群体的广泛认同并被广泛应用(1)在科学社会学家柯林斯(H.M. Collins,1943—)看来，科学仪器的正常运行和实验者的正常工作方式有赖于实验者产生正确实验结果的能力，当科学仪器输出的现象或科学事实得到实验者群体的认同，就意味着科学仪器在实验者群体中树立了权威，据此才能确定科学仪器生产的规范标准，最终使科学仪器的广泛使用成为可能，这个过程也可称为科学仪器的合法化过程。[1]，并从国内市场步入国外市场。岛津早期的仪器创新历程为后发国家提供了一个在高精尖科学仪器领域实现技术跨越的范例。

迄今，国内外学者对岛津制作所的研究可分为三类：一是将岛津制作所作为成功的科学商业化案例进行经营史学的研究，以皮埃尔-伊夫·唐泽(Pierre-Yves Donzé，1973—)为代表，他着眼于20世纪初放射医疗在世界范围内的扩散，指出20世纪初的日本医疗市场正处于东方医学向西方医学转换的阶段，而X射线医疗装置在其中起到了催化作用，他将岛津制作所的成功看作技术国际化与本土企业经营战略相结合的产物[2]。这个判断很有道理，但他忽视了岛津创始人和军方的联系，没有深究对外侵略战争对于早期岛津发展起到的巨大推动作用。第二类是以岛津两位创始人的活动为中心，梳理岛津发展史上的关键历史事件。以大谷晋一[3]等学者为代表的这种叙事方式，强调了创始人的个人功绩，却忽视了作为创新主体的研发团队和工程师，更没有关注技术发展中的结构性变化所带来的重大影响。在岛津制作所独立编撰的会社史中也存在同样问题。第三类是在研究日本放射学发展史时，穿插讲述了岛津X射线创新的故事，从事这类研究的有牧野纯夫[4]、山下一也[5]、加藤芳郎(1969)[6]、尾内能夫[7]、稻本一夫(1995)[8，9]等人。这种宏观叙事以放射技术的发展和传播为主线，焦点是日本科研人员在技术和理论上的创新，而缺乏对岛津制作所如何抓住X射线的发现所蕴含的技术机会从而成长为世界级科学仪器制造商的历史分析。

因此，本文根据岛津制作所内部出版物和其他相关文献，以X射线技术创新为主线，梳理和分析1896—1945年间该公司创新发展的历史过程，探讨在新技术范式下后发企业把握基础研究揭示的全新技术机会、快速实现X射线仪器创新并成功升级为世界级科学仪器制造商的基本经验，以便为谋求科学仪器自主创新的后发国家提供借鉴。

1 岛津制作所的创办与早期发展

明治维新后，日本新政府解除了德川幕府维持了三百年的闭关锁国政策，并从欧美各国聘用大批学者与技术工作者，日本近代教育和科学研究即由此发端。1869年，在京都的上京和下京，共开设了64所小学校[10]。之后小学校、中学校、师范学校等在日本各地陆续开设。1870年，明治政府在京都设立舍密局，以促进近代产业的发展[3]。“ 舍密”是荷兰语“ Chemie”的音译，本义是化学。舍密局是当时明治政府殖产兴业政策下技术进口的据点，具体负责科学课程的教学和工业技术指导[11]。

1873年，以开成所为原型的开成学校(现东京大学)转制为职业学校，在普通科之外增加了职业科，增设工学、化学、矿业学等课程，为科学教育奠定了基础。随后，文部省采纳德国人魏格纳(Gottfried Wagener，1831—1892)的建议，以学员习得制作技能为目标，在东京的开成学校开设速成工程师培训机构——“ 制造学教场”，进行物理、化学基础理论教育。当时日本国内要获取教学和研究用科学仪器有两条路径：或者由外国教师从母国带入，或者由日本研究者从海外购入。为了满足当时的社会需要，开成学校还将教学用实验设备制造作为高年级学生的技术实习课程，日本国内的仪器修理与制造也藉此开始[12]。

岛津制作所创始人是岛津源藏(1839—1894)，他最初是京都的一名佛具工匠。受国内废佛毁释运动的波及，佛具订单锐减。由于他曾兼职为学校修理进口的科学仪器，并在修理过程中学会了模仿制造，于是在1875年创立了理化学器械制造所，主营教育用科学仪器[3]。1882年，岛津制作所发布登载有110件教学用科学仪器的《理化器械目录表》(图1)，这也是其最早的产品目录，涵盖了岛津创业初期售卖的半数仪器。目录表的末尾标注文字为“ 可以根据客户的需求，制造任何产品”。在目录表中，岛津源藏搜罗了与日本明治时期小学、中学和师范学校科学教育相关的各种理化学仪器[13]。

图1 岛津理化学器械目录表(1882年)(采自島津製作所：The Momment，https://www.shimadzu.co.jp/visionary/moment/vol-05/)

理化学器械制造所在当时能够立足，可以说是占尽了天时、地利与人和。一方面，京都作为日本旧都，在江户末期就聚集了包括钟表师、机械人偶师在内的一大批高水平工匠，虽然在制品方面相差甚远，但在制作工艺上却有一定的相通性[13]。另一方面，在京都开设的舍密局也与岛津源藏的工作室相邻，岛津源藏经常受舍密局负责人明石博高委托，到舍密局修理进口科学仪器。1878—1881年间，德国人魏格纳受京都府知事聘请，在京都舍密局做化学工艺方面的讲座，教授科学仪器的制造技术，并在京都医学校(现在的京都府立医科大学)讲授理化知识[14]。两人熟识之后，魏格纳传授给岛津源藏包括木制德式脚踏车床(图2)在内的各种科学仪器使用方法、大量理化学技术和知识[3]。1886年，岛津源藏创办《理化学工艺杂志》(理化学的工芸雑誌)，用于刊登西方的新技术和科学理论，并开放社屋的一部分作为理化学会的实验讲习场所，吸引了许多新锐学者和工程师[15]。

图2 魏格纳离开京都前送给岛津源藏的脚踏木制车床(1881年)(采自島津製作所：創業資料館，展示品リスト，https://www.shimadzu.co.jp/visionary/memorial-hall/list/#s_exhibit02)

科学仪器制造工艺的跨地域传播，必须要有人作为纽带。明治维新之后，日本政府从欧美各国聘用了大批学者与技术工作者，这些人带来的不仅有西方的科学理论与仪器制造技术，还有各种科学研究和仪器制造背后的难言或默会知识，也正是他们极大地推动了日本近代科学研究和教育。教给岛津源藏各种科学仪器制造技能的魏格纳就是其中一员。而岛津创业初期也对技术员工的培养采取了学徒制[16]，通过这种传帮带方式，以企业员工为纽带，以仪器制品为载体，将科学仪器的制造工艺固定下来，有效避免了创业初期仪器制造的断层。创业20年的技术积累和相关社会网络，也为岛津抓住X射线发现带来的技术机会奠定了坚实基础。

2 基于产学合作的X射线教学仪器创新

1895年11月8日，伦琴发现X射线，随后于12月28日在《致物理医学学会主席初步报告书》中首次发表，引起了欧洲学术界的轰动。[17]这项基础研究发现成为了之后一系列重大科学发现的导火线，带来了经典物质观的变革，并开启了X射线化学这一学科分支。[18]

1896年4—5月，日本帝国大学理科大学山川健次郎(1854—1931)、第一高等学校水野敏之丞(1864—1944)、第三高等学校(京都大学前身之一)村冈范为驰(1853—1929)、济生学舍丸茂文良(1862—1906)等学者，迅速组织各自的团队从事X射线的相关研究[4，19]。其中的村冈范为驰教授，曾被明治政府派往德国斯特拉斯堡大学留学，进行电阻学相关研究，取得的系列成果陆续发表在德国学术杂志《物理化学年鉴》(AnnalenderPhysikUndChemie)上，他也是第一个在海外获得博士学位的日本人。在斯特拉斯堡大学留学期间，村冈曾经和伦琴在同一研究室担任助理教授。伦琴发现X射线的消息传到日本后(可能是1896年2月20日左右[20])，村冈与当时留学德国的长冈半太郎通信，确认了这一新闻的真实性。之后村冈直接给当时身处比尔堡大学的伦琴写信(部分书信收藏于德国伦琴博物馆)，索求更详细的实验资料[21]。

考虑到自己所在的第三高等学校没有合适的高压电源，村冈选择了当时因“ 岛津电气”(島津の電気)而闻名的岛津制作所作为X射线实验场所。岛津源藏的两个儿子岛津梅治郎(又称二代源藏)和岛津源吉提供并改良了高压电源，还参与了村冈的实验。当时岛津制作所作为实验场所的条件是相当简陋的，村冈等人几乎是白手起家。在攻克了诸多技术困难之后，1896年10月10日，实验中使用的Wimshurst式起电机产生了20cm的火花，经过两个小时的摄影，终于成功拍摄了1元银币的照片。这也是日本最早拍摄的X射线影像之一(图3)(稻本一夫[8]，天野良平[22]等学者认为水野敏之丞团队早于村冈团队完成摄影)。不过，当时所使用的只是能够产生X射线的设备，而不是严格意义上的X射线发生器。([19]，294页)

图3 村冈实验得到的X射线影像(1896年)(说明：左图中眼镜和钱包属于村冈教授。采自島津製作所：History，https://www.shimadzu.co.jp/visionary/history/history-02/)

村冈实验在日本国内产生了极大影响。20世纪早期，放射学研究刚刚兴起，村冈作为东京数学物理学学会(现日本物理学会)的初代委员长(现称会长)和日本原子物理学研究的先驱，率先在日本完成了X射线摄影，其研究成果备受关注。1903年，村冈出版了《 X射线概述》一书(图4)，记述了X射线的性质、引发射线所需的器械、实验方法、伦琴论文的摘要和放射性物质相关知识。他在序言中指出，本书内容“ 不仅值得老师和医师参考，对于一般公众来说，也是有必要了解的”。[23]而在实验仪器这一章的结尾，他提到，“ 以上所需的所有器械，在京都和东京旁的理化器械店中花250日元就可以买齐简单的全套。如果要看到人的内脏，需要用500日元以上的装备。帝国大学医院等地使用的则是数千日元的器械”。([23]，112页)作为X射线技术的启蒙教科书，《 X射线概述》推进了相关基础科学知识在日本的普及。[24]

图4 1903年版《 X射线概述》封面 (采自日本国立国会図書館デジタルコレクション,https://dl.ndl.go.jp/info: ndljp/pid/834209.)

通过与村冈的合作，岛津有机会接触放射学的研究前沿，为岛津研制X射线仪器并介入日本国内科研活动打开了一扇门。明治后期日本的科学研究开始起步，然而科学仪器的流通渠道却不够通畅，进口仪器所需的经济和时间成本过高(当时从法国马塞到日本横滨的邮轮全程约36—42天)，因此在可用性得到保证的前提下，国产仪器也是一个可以接受的选择。1897年，京都帝国大学成立，受该校理工科委托，岛津以进口电池极板为范本，成功制造了能够为感应线圈提供电源的蓄电池(1个极板，容量10A)[16，19]；同时，岛津在该校各位学者的指导下着重提升X射线仪器的研发能力，开始制作并出售“ 教学用X射线装置”(图5)。它以本森电池为电源，在感应线圈中装了水银断续器，这也是基于村冈实验的改良。[6， 25]这一装置当时是领先时代的产品，被用于国内巡回展示。[26]而进口的X射线仪器，到1899年2月，才由田中杢次郎在东京日本桥·医疗器械店正式开始销售。[27]此时，教育用X射线仪器已经成为岛津电器部门的主流商品。[16]

图5 岛津生产的教学用X射线装置(1897年)(采自島津製作所：The moment，https://www.shimadzu.co.jp/visionary/moment/vol-07/)

日俄战争(1904—1905)后，岛津受海军用电信设备启发，开始发售教学用连体式无线电信机(1905)，全国各地的小学校竞相购买，岛津一手包揽了该仪器在全国的供给，并不断扩大生产规模。我国湖南省醴陵陶器学堂(1906)和四川省成都高等工业学堂(1907)设立之初，也是岛津提供了器材和实地指导员。([16]，298页)岛津当时在教学仪器领域的地位可见一斑。

1907年，日本将普通小学的修业年限改为六年，并在小学五、六年级的课程中加入科学教育，这也是第一次将科学教育纳入义务教育范畴([25]，18页)。而科学教育的普及，需要与之对应的仪器设备，这也使得岛津主营的教学仪器有了更大市场。京都当地许多小学校都购入了岛津仪器，2013年京都市学校历史博物馆也曾展出富有小学校和嘉乐中学校的收藏品。1907年1月，岛津在京都市上京区河原町建立了占地4950平方米的工厂，以应对日益增大的订单量。[16]此时，岛津积极参与日本文部省和各类教育机构举办的讲座、讨论会等，在各地开办教学仪器展览会，一方面寻求与高校实验室间的研发合作，另一方面广募各大高校的毕业生作为职工。这些新员工在高等教育变革的背景下接受过系统的科学教育，具备良好的专业素养，他们也成为了岛津新一代的企业工程师。到1917年岛津制作所改组为株式会社时，日本国内已有半数以上的教学用仪器和标本来自岛津制作所。在X射线仪器领域，岛津更是处于独占地位。[5]

1918年，文部省制定了“ 理化学学生实验要目”，通过全国各府县支付的国库补助金约为200万日元，用于改进中学校和师范学校的理化学教学实验室。[28]这意味着日本的科学实验教育进入普及阶段，对于岛津进一步占据国内教学仪器市场是千载难逢的机遇。在东北帝国大学本多光太郎教授(1870—1954)和第三高等学校森总之助助理教授(1876—1953)的指导下，岛津制作所根据“ 实验要目”，充实了教学用科学仪器的制品种类，开发出艾迪尔天平、多功能仪表、实验支架等产品，并投入量产，从而在第一次世界大战后经济低迷和国际竞争加剧的环境下，迎难而上，构筑了在日本教学用科学仪器领域的顶尖地位。当时岛津制作所承接从日本、朝鲜、中国台湾到库页岛各地的订单，工厂经常直到凌晨还在加班。([25]，18-24页)1919年7月，时任文部大臣的中桥德五郎还专门表扬了岛津为日本科学教育事业所做的贡献：

明治8年以来40余年，岛津制作所热心从事理化学器械制造业积累了大量的研究成果和经验，如今其制品凭精密可靠的特性成为该领域的权威，我为此感到欢喜的同时，也向对日本学界做出莫大贡献的岛津制作所深表敬意。([16]，53- 44页)

3 基于军民合作的X射线诊疗仪器创新

X射线的发现拓展了科学研究的视野，而X射线技术作为一种颠覆性创新，具有强大的辐射效应，带来了放射诊疗的迅猛发展。X射线装置开始成为医院必备的诊疗设备，推动了医院的重组和转型。[2]相对于其他国家，日本放射医疗的发展很大程度上是由军队的医疗需求推动的。在这个浪潮推动下，岛津的事业也快速拓展到X射线诊疗仪器的研制与生产，并超越地方产业局限，展开全国性经营。

日本陆军军医芳贺荣次郎(1864—1953)博士是将放射医疗技术导入日本的功臣。1896年7月至1898年6月间芳贺在柏林学习，见识了放射诊疗在柏林陆军医院外科的应用，受到了很大震动。1898年，芳贺归国，在当年的陆军军医学会杂志上发表日本国内最早关于X射线应用的论文[29]，介绍了德国外科学会总会在X射线外科诊疗方面的探索。芳贺还将从西门子公司自费购买的X射线仪器(目前保存于日本陆上自卫队卫生学校彰古馆)赠送给了日本的陆军军医学校，委托军医植木第三郎研究操作说明和注意事项等。这也是日本国内最早的进口X射线仪器。之后，植木向东京帝国大学的长冈半次郎教授寻求解决X射线仪器操作问题，1917年在东大物理学教研室担任助手的水木友次郎(1874—1945)提供了帮助[9]。水木在物理学和电气方面给出了关于操作、保管和管理X射线仪器的指导，塑造了日本放射诊疗工程师的“ 原型”。[5]

当时正值日本军事扩张时期，战争产生了武器研发和对X射线诊疗仪器的大量需求，日军也开始采用X射线诊疗装置，由于国内没有生产，所用装置大都从德国进口。1899年，东京帝大医科大学附属第1医院、第2医院的内科和各地陆军医院、海军医院配备了X射线仪器，日本红十字会相关的一般医院也着手引进配置。[5]1900年，庚子事变期间，日法两军骨折、创伤或中弹的伤兵，大量接受X射线检查，这也为放射工程师的培养、放射诊疗的检验和应用提供了机会。1901年，时任内务省保健卫生调查会委员的冈村龙彦发表了《伦琴光在皮肤病治疗方面的应用》，这是日本国内最早的放射诊疗报告。[30]同年，岛津着手开展X射线诊疗装置研发工作。此时，德国西门子公司已经是日本放射医疗市场的主导者，与日本军方就X线诊疗仪器供应建立了稳定合作关系。1906年日俄战争结束后，日本海军和陆军决定在所有下属医院内装配来自西门子的X线诊疗仪器。[31]这对岛津来说是十分艰难的市场环境，以致于需要花费约十年时间才从单纯的教学仪器生产者转型为医疗仪器生产者。1909年以前，岛津没能推出任何X射线相关医疗器械。[32](2)影响X射线诊疗仪器销售的决定性因素是医疗社会网络，当时西门子的成功和岛津的失意都可归因于此。

作为本土仪器制造商中的佼佼者，岛津与军方的合作开始于日俄战争时期。当时由于进口物资短缺，海军向民间征用蓄电池作为舰艇无线通讯电源，其中就包括岛津源藏改良的氰化物电池(150Ah)。此后，海军专门委托岛津制作所研发舰艇用蓄电池。([16]，18- 19页)1908年，岛津开始批量生产GS电池，伴随着日本国内电气的普及，GS电池除了被用于海军舰艇通讯，还被作为各级学校、研究所、通信、铁道的预备电源。([16]，28页)

在这种日益密切的合作氛围中，1909年，岛津增加了医疗器械营业科目。在村冈的帮助下，岛津推出了装配60多个蓄电池的威尔断续器感应线圈式直流大型医用X射线仪器，并通过陆军卫生材料厂的试验，随后于1909年被千叶县国府台卫戍医院采用。[22]这也是最早在日本生产的医用X射线仪器。1910年，岛津又制造出感应线圈式X射线发生装置，随后被米泽的私人医院、豊桥市河合外科医院、日本红十字会大津医院陆续购入。

虽然当时岛津每年的销售量只有1—2台，却使得本土工程师得以走进研发实验室和生产车间，为培养本土工程师群体提供了机会，而此前以西门子为代表的跨国公司在日本采用的是商品进口的经营模式，并未在日本建立生产车间[33]。1911—1913年前后，在军队接受过X射线仪器系统训练的看护兵、卫生兵等陆续退伍，进入日本红十字会和各地医院，与此同时，大批掌握了先进医疗技术的医生、医学生从海外学成归来。[5]这些人构成了日本最早的X射线工程师群体，也是X射线诊疗技术推广的中流砥柱。

直到第一次世界大战之前，西门子凭借顶尖技术、过硬的产品质量和可靠的供应，一直在日本市场保持垄断地位，岛津根本无法与之匹敌。1914年1月23日，西门子公司为了中标日本军舰建造合同而用25万日元贿赂日本海军官员的丑闻暴露，在日本引发了国民抗议运动，最终导致山本内阁倒台，史称“ 西门子事件”。[34]同年8月23日，日本对德宣战，致使德国科学仪器的进口额从占总额的近50%迅速降至不到10%，到1919年甚至归零，西门子被迫离开日本市场。德国及同盟国的仪器供应缺口，大多被美国产品取代。[35]这样，通用电气公司(GE)在X射线管方面的技术突破(1913年柯立芝管的发明)和岛津、日本电气等本土企业的崛起，使得日本医疗器械市场竞争日益激烈。

一战时期日本政府的贸易保护政策也加速了国产仪器的崛起。1911年，进口X射线诊疗仪器需要缴纳20%的关税[36]，成本的提高使得本土企业趁机抢占了国内中低端市场。1915年，岛津开始发售交流A号X射线仪器(感应线圈+水银整流器式)。东京电气株式会社自主开发的“ 吉巴线管”和军医肥田七郎博士领导开发的“ 肥田式线管”也开始在市场上流通。前者据称是日本最早独立生产的X射线管，在当时属于高档真空管。[37]1916年，岛津制作所通过与肥田合作取得其X射线管专利(NO. 29665)，同年开始发售UM式X射线仪器和交流变压、机械整流式交流X射线装置A号与B号。[38]东芝公司也开始独家销售通用电气公司生产的X射线装置配件柯立芝管。

1917年，岛津改组为株式会社，43位会社发起人中，武田都松(名古屋)、柴田耕一(名古屋)、半井朴(京都)3人为药学博士，绪方正清(大阪)、高安道成(大阪)、肥田七郎(东京)、难波要(横滨)、中原德太郎(东京)、佐藤勤也(名古屋)、北川乙治郎(名古屋)、楠太(名古屋)、菊池常三郎(兵库)9人为医学博士，也是日本国内的放射医疗权威。([16]，36—37页)岛津借助这些发起人在医学界的影响力，进一步推进了自身产品的升级和扩散化过程。

为了培养更多的X射线技术人员，扩大X射线事业，从1921年开始，岛津制作所每年开办X射线培训会，邀请包括来自军方的归国工学、理学和医学专家开设讲座。虽然第一年参会的仅22人，却在全国范围内引起了巨大反响，往后逐年增长，到第三年已经达到113人。([25]，30-31页)直到1940年，相关培训活动才由日本放射医疗学会接手承办。以培训会为中心，岛津在本土医学界打响了知名度，在与通用电气和西门子等海外公司的竞争中，得到了用户群体的认可。

1924年，岛津采用通用电气公司研发的高压整流二极管推出了全波整流装置“ POLESTA号”和半波整流装置“ JUNO号”等产品。其中“ POLESTA号”为深部治疗专用装置，特别为人称道的是发生器室与治疗室分开的曝光形式，它也是之后出品的“ 博爱号”的前身。该装置被佐世保共济会医院、九州妇产科、佐世保海军医院等相继使用。当年，岛津伦琴部年产量约100台，销售额高达70万日元，接近公司总营业额的20%。([16]，355-356页)

1926年，岛津生产了附便携暗室的可拆卸X射线仪器，被陆军卫生材料厅采用，成为野战用X射线仪器的开端。此时，岛津伦琴部的销量已经超过了250台。([16]，356页)在同年发表的《结核类疾病的深度放射诊疗试验》文章中，作者三矢辰雄指出：“ 深度诊疗法的出现是我国医疗的一大进步……尤其是对于结核病和恶性肿瘤的治疗作用令人惊喜。”[39]他还罗列了相关医疗器械，其中，岛津开发的“ 丘比特号”赫然在列。

1927年，岛津制造了“ Varna号”。这是日本最早的平滑波形X射线装置，波长范围0.08—0.16Å，连续容量10mA。作为恒压波型的先驱，该装置被陆军科学研究所采用。1928年航空母舰赤城号搭载舰载用“ DIANA号”，这也是日本最早的舰载X射线仪器。随后，以牙科用X射线仪器(1928)、车载X射线仪器(1931)、动物用透视摄影(1933)等为代表，岛津逐年拓展X射线仪器新产品。([16]，356-358页)

“ 九一八”事变之后，日本侵华战争的长期化和扩大化使中国市场被迫向日企打开，岛津又迎来了一波快速增长。([16]，61页)1933—1935年，博爱系列的诞生，更是迎合了深部治疗装置普及的黄金期。该系列装置运用了悬垂式X线管保持器，使得线管可以前后左右向任意位置移动，在齿轮装置的协助下，也可以实现上下水平和旋转运动等高级操作。到1934年，岛津X射线仪器的累计销量已超过2500台。([16]，356-358页)

1937年8月2日，内务省第32号《 X线诊疗仪器规章》和通信省52号《 X线量计测验规则》发布。这些文件规定了X射线仪器放置场所，设备等级的安排和标准化等。([15]，360页)1938年11月25日，日本伦琴学会和日本医疗器械学会联合制定了《放射诊疗装置规格》，当时岛津的主要产品都采用了该规格(表1)。伦琴射线的质量检测采用日本通信省规定的半价层测量法进行，这一规定也符合国际放射线单位委员会1937年的决议[40]。《放射诊疗装置规格》的推行，意味着日本X射线仪器制造定量化、定型化时代的到来，也推动了岛津X射线仪器的升级。

表1 岛津放射诊疗装置规格(1938年)

1917—1937年间，伴随X射线诊疗仪器市场的扩张，岛津制作所的资本金从200万日元激增至1200万日元，各地工厂规模不断扩大，商品种类日益繁多，海内外各地的营业所(柏林、京城、台北、奉天、大连等)也相继开张。在此期间，企业员工数从358人增长到2670人，1937年9月的销售额达到710万日元，比改组初期增长了8倍。[41]反观竞争对手西门子，虽然拥有业界领先的产品质量，却因为战争和经营策略的问题(未在日设厂)，其挽回在日市场的各项尝试均以失败告终，进口西门子产品的后藤风云堂所占市场份额从1927年10%跌至1935年的4%[32]。

岛津作为军需供应商，事实上接替了西门子等公司在日本的大部分业务，这也帮助岛津的X射线诊疗仪器产品走向海外战场。([15]，126页)从1939年开始，以岛津的三条工场为首的各工场及其分工场陆续被指定为陆军兵器本部、陆海军航空本部、海军舰政本部等管理工场，并直接或间接负责军需生产。1943年，《军需企业法》颁布，指定包括岛津在内的833家公司作为军需企业，实行军事管理体制([16]，85页)。这一时期岛津的主要产品是日军当局指定的500mA固定式、300mA固定式、100mA移动式、100mA便携式、间接摄影装置等诊察用X线仪器。为了满足节约军费的要求，岛津还对透视台、保持器等附属装置进行了改造。([16]，361页)

4 基于同行企业合作的核心技术突破

随着X射线诊疗仪器等的精密化与复杂化，对制造技术的要求越来越高，所需制造技术的种类也越来越多。在这种情况下，企业研发资源的有限性与市场缩短研发周期的要求产生了冲突，岛津不得不改变最初独立自主的研发模式，寻求同业合作，吸纳外部技术能力[42]。

1920年4月到1921年1月间，常务董事岛津常三郎前往欧美各国仪器制造公司考察，与13家仪器制造商签订了协议。根据协议，岛津制作所取得了这些仪器公司在东亚地区的总代理权(表2)([25]，26页)，通过从这些仪器公司进口X射线装备生产所需周边设备和相关测量类科学仪器，大大削弱了仪器生产中的专利保护壁垒。

表2 1920—1921年授予岛津制作所总代理权的公司和商品类型

当时，X射线仪器设备的核心技术突破大多来自美国。起初X射线发生装置广泛使用的克鲁克斯管，管中生成电子的区域过大，难以有效聚焦射线流以获得理想的X射线源，还存在离子化气体造成的性能不稳定问题。1913年，通用电气公司的柯立芝(Willian D.Coolidge, 1873—1975)发明了柯立芝管。柯立芝管的管压非常小，阴极主体(钨或者钛丝)可电加热，由导电环或圆柱体(一般是由木质、钨或者其他耐火金属制成)包裹。导电环或者圆柱体直接连接到阴极的可加热部分或外接电源，用户可调整电位大小从而按需控制阴极可加热的电子源。导电环或圆柱体在电子源形成电场，从而控制阴极射线流对目标的聚焦程度。[43]从结构和功能来看，柯立芝管的热阴极使操作者可以精确控制X射线仪器的波长和电压，解决了长时间曝光的问题，也比运用冷阴极的克鲁克斯管更有效率。另一项技术突破是交流变压器在X射线发生器中的使用，这使得X射线诊疗的精确化、定量化成为可能，诊断治疗也更为高效。此外，各种安全保护设施的进步也在一定程度上减少了X射线技术推广的障碍。

虽然通用电气公司掌握了柯立芝管专利，却只用于生产射线管，未能及时推出基于柯立芝管的X射线装备[2]。岛津却利用以上两项创新，在1916—1917年间先后开发了“ 交流A号”(机械半波整流式)、“ 交流B号”(机械全波整流式)两种变压式X射线仪器和诊断治疗两用的“ STARCK号”。“ 交流B号”于1917年出口阿根廷，这也是最早出口的日制X射线仪器，后陆续被哈尔滨、满洲里、哈巴罗夫斯克(伯力)、符拉迪沃斯托克(海参崴)的各大医院采用。([16]，354页)1918年，岛津进一步改良制造出更轻便、更高性能、更高稳定性的“ DIANA号”(图6)和“ NEW AURORA号”等X射线仪器，一时间风靡市场。在日本人更信赖进口商品的年代，“ DIANA号”确立了岛津在放射诊疗市场压倒性的优势地位，自此，人们盛赞其为“ X射线的岛津”[44]。

图6 岛津医用X射线装置DIANA号容量120kVp 100mA(1918—1936年间制造，外观使用了京都传统漆涂装。采自島津製作所創業資料館：展示品リスト，https://www.shimadzu.co.jp/visionary/memorial-hall/list/)

当时，凭借有效的知识产权保护，东京电气株式会社作为通用电气的联盟企业，垄断了1920—1934年间柯立芝管在日本的进口和销售权。而岛津制作所通过与东京电气株式会社建立合作关系，将装置中的X射线管交予该公司制造。1922年，双方进一步缔结协议，以确保X射线管的生产。([25]，24页)X射线仪器的制造和销售也依次走入正轨。

1922年，岛津完成了X射线深度诊疗装置“ JUPITER号”的研发制售。该装置是拥有2个主变压板和2个整流板的机械整流式装置，串联单独连接的整流电压并施加到X射线管，波长范围0.06—0.16Å，连续容量5mA。([16]，354页)深度诊疗装备对精确性的要求，意味着制造者要具备先进的线量测定工具和测定方法。在该装置中，使用波长范围展示线质，用红斑量和伦琴单位展示线量，对于岛津而言是极大的进步。1923年，岛津在柏林开设办事处，作为技术进口的据点。1924年，岛津采用美国通用电气公司研发的高压整流二极管作为电力供应装置，推出了全波整流装置等制品。[4]

1930年，二代源藏被选为日本十大发明家之一，受到日本天皇赐餐。同年，东京电器株式会社也开始研发X射线仪器，与岛津制作所构成竞争关系。[45]X射线管是X射线仪器的核心技术元件，也是保证产品质量的关键。考虑到通用电气公司的柯立芝管专利将于1934年到期，岛津开始将X射线管的独立制造纳入计划。1932年，岛津接受了大阪的日本石英工业株式会社和青柳研究所的委托，开始试做X射线管和整流管。到柯立芝管专利期满时，岛津推出了空冷治疗用U形140kVp X射线管、空冷150kVp和250kVp整流管等([16]，378页)，赢得关键元器件的自主可控，正式走向核心技术的自主研发。

持续的技术创新，也使岛津的事业越做越大。1937年，岛津制作所的伦琴营业部门开设至京都、东京、大阪、福冈、名古屋、札幌、京城(朝鲜)、台北、大连、新京、奉天等地。([41]，1页)在X射线管制造领域，东京电器株式会社、岛津制作所、涉谷伦琴制造所和川西机械制作所呈现四足鼎立的局面。([45]，204页)

1940年，岛津制造所买断了日本电子工业株式会社(原日本石英工业株式会社)X射线管、整流管制造销售相关的一切权利和配套设备，正式开始“ 岛津电子管”的研发制造。([16]，378-379页)根据岛津的历年分期决算表，当年岛津制作所营业额为2658.8万日元。同年，德国卡尔·蔡司公司(Carl Zeiss)营业额为14 180万德国旧马克(Reichsmark，80%收入来自军队)[46]，相当于24 331.76万日元[47]。由此看来，1940年岛津的营业额只是蔡司公司的1/10，难以望其项背。到了1944年，岛津营业额增长至7 059.7万日元，已经超过蔡司公司23 630万德国旧马克营业额的六分之一[48]，可见发展速度之快。

5 结论

从1875年开始，岛津在最初20年间，通过学习和仿制相对简单的进口仪器，抓住日本理化教育改革的风口，在国内教学仪器市场立足。1896年之后，岛津抓住X射线重大发现所带来的仪器创新机会，先是在教学用X射线科学仪器上奋力开拓，进而通过与军方合作，在X射线诊疗仪器创新上后来居上，逐步通过企业间合作掌握了核心技术，成为本土市场的领军企业。岛津X射线仪器创新史，大体可分为三个阶段：从1896年开始到1917年改制为股份公司为止，是岛津X射线仪器创新的起步探索期；从1918年到1930年是岛津X射线仪器创新的稳步发展期，营业额年均增长率为7.1%；从1931年开始直到1945年是岛津的起飞与高速成长期，营业额年均增长率高达25.9%。([16]，16- 19页)1945年的岛津，已经是国际知名的X射线仪器公司。日本战败后，先是岛津福冈支店，随后河原町本部、御池工场及其东京支社、三条工厂北区的全体和西区的部分依次被美军接管，直到1953年3月才得以返还[15]。在此前后，岛津分别于1947年、1952年、1956年制造出日本第一台电子显微镜、光电式分光光度计和气相色谱仪，并开启了大规模进军海外市场的进程，终于成为世界一流的仪器制造企业([16]，41页)。2002年该公司工程师田中耕一荣获诺贝尔化学奖，则是对岛津科学仪器创新能力的标志性承认。

纵观岛津X射线科学仪器创新的历史，可以得到如下四点基本认识：

其一，19世纪末，X射线的发展开启了一个新兴科技领域，相关理论和现象正待探索，相关仪器设备的开发方兴未艾，尚不存在主导设计和固定的产业技术标准，正是在这种情况下，岛津进入X射线相关仪器设备创新，避开了在老技术范式中追赶领先者所必然存在的后发劣势。当时的日本工业界，的确普遍存在技术薄弱问题，但在村冈实验的启发下，已经具有仪器制造经验的岛津，敏锐地抓住了X射线发现所展示的全新技术机会，并迅速推出了自己的产品。岛津初期的产品定位本来就是教学用仪器，新研制的X射线仪器刚好顺应了日本科学教育改革的潮流，因而在教育部门的支持下迅速打开市场。

其二，岛津对新技术机会的敏感，很大程度上源于岛津制作所与作为科学仪器用户的高校教师的深入交流与合作。在与村冈教授合作结束之后，岛津仍然与京都各高校教研室保持密切联系，向学者们寻求产品技术指导，而学者们则委托岛津研发制造实验室所需仪器设备。这种信任关系从二代源藏和学者们的私人交往逐步转化为学者们对岛津仪器产品的信赖。这样，就形成了作为科学仪器用户的科学家与科学仪器创新者之间的密切互动，进而为岛津在仪器领域站稳脚跟并不断升级换代提供了稳定的社会支持和智力支持。

其三，岛津在积累了丰富的X射线产品技术经验的同时，在配套电源等相关领域不断进行技术创新，开发出了蓄电池等产品，解决了X射线制品的电源问题，成为其进入军方市场的突破口。由于其电源可以满足海军的需要，就此成为军方的指定工厂。而当时日军在海外的连年征战带来X射线诊疗仪器的巨大需求，进而推动X射线诊疗仪器在日本国内的普及。正是在这个过程中，岛津再次抓住机遇，生产了第一台日本国产的医用X射线仪器，通过了陆军材料试验场的检验并投入使用。随后，通过培训相关技术人员和用户，赢得了日本国内和殖民地广大医疗市场。

其四，要理解岛津在X射线仪器设备领域的成功，还需要将其置入国际范围内企业间的竞争与合作脉络中。面对某些难以突破的专利壁垒，岛津积极寻求与同行企业的互利合作，选择以合作方式获取技术共享的机会，逐渐在市场竞争中站稳脚跟。在此基础上，暗自蓄力，看准时机，吸纳最先进的制造技术，进行可行范围内的技术研发，最终从竞争对手手中夺取市场，实现技术升级和超越。在这个过程中，通过日本相关产业协会，比照国际技术标准研发与生产仪器设备，岛津的仪器创新很快走向并维持在最高的国际水准上。