銀河遼のブログ一覧

先日来、暖房をしない我が仕事場でＷＳ（ワークステーション）やＰＣを使う時、手先の指が冷えてしまう事を改善するために二つの電熱式のアイテムを購入し、500ccのペットボトルを湯たんぽ代わりに使う等で、この冬の間の空調暖房しない部屋での対策をしてきましたが、色々と工夫もした中で、もっとその目的に相応しいアイテムを自分で作ろうか？と考える様になりました。

そう考える様になった理由は、暖かさだけでなく、使い勝手を真剣に考えることで、もっと良いアイディアが出て来たこともあるし、理想的なグッズを開発したいとも考えるようになったという事です。

そこまで考えて見て、避けなくてはならない事の最初に、大袈裟な仕組みと高価な部品の使用を挙げたいと思うから、現実の商品として流通できるようなアイテムでありたいと思った。という事です。

実際問題として、私の感覚では部屋の気温が15℃を下回るようだと手先が寒く感じることもあるので、そのような気温でＰＣの前で長い時間を過ごす人がどれだけいるか？と言う事も考慮すれば、日本の中では多数派とは決して言えず、むしろかなり少数派であろうと考え、全ての就労者の内ではＰＣが必須のユーザーは1/10以下であることは確実かも知れませんし、仮にヘビーＰＣユーザーの1/20程度が手先の冷えを我慢しつつ仕事で使っている場合、日本の就業人口を6900万人として、就業中にＰＣを長く使い続ける様な就業形態である人の割合はその１割未満であることは調査で解っている訳ですから、そこから考えると更に1/20程の人たちが手先の冷えで悩んでいるかもしれないと考えて見ては如何でしょう。

つまり6900万人÷10÷20＝345000人となりますから、凡そ34万人程度の方々はＰＣを使う時の指先の冷えに耐えつつ働いている可能性が有るかもしれないと想像して見ました。

そうした想像が正しいなら、この34万5000人が、日本国内での手先の暖房アイテムを購入していただける最大数となるのかもしれません。

その予想数は新製品の開発チャレンジを決定するのに充分な数ではありませんか？もし実際に良い商品が完成しても、その商品の周知に成功し実際に売れる数は更に1/10以下であろうと思われますが、それでも1/10近くであれば3万セット程が販売できることになり、まあ成功の部類に入るかもしれません。

1個試作するのにかかる費用は僅かなものですし、アイディアも既に有るのでボチボチとやって見ようと思っています。

商品として成立するかどうか？問題は日常的にＰＣを使っている人の5％程度が手先の冷えを問題として捉えて居るかどうか？・・・全就業人口の0.5％がそう感じている人達かどうか？ですかね？

およそ48年前に、私は結婚の記念にと、友人達から手回し式のコーヒーミルをプレゼンしてもらって、それまでもコーヒーはドリップで頂いていたが、コーヒー豆から挽いて飲むようになった・・・・。（このころの私はヤマギワ電気の下請け会社で資材調達セクションで働いていて、設計業では無かった。）

使っていたそのミルは下の画像に良く似た形式だった。



それから紆余曲折を経て1988年、39歳の時に機械設計業で独立し、つい7年ほど前(2015年）にコーヒーをローストして売るための移動販売用の車両に搭載する電気式のコーヒー豆ロースターの開発と設計製作を仕事で請けたのです。

それを機に私も自分で飲むコーヒーは自分でローストして頂くようになりました。

私が開発し製作したのは車載可能な小型のマグネトロン式コーヒーロースターで、特に新しい思想では無く、マグネトロンが実用化されてほどなく事業用の大型マグネトロンでコーヒー豆をローストして販売したという記録もあるのです。

装置の受注はロースト方式を限定するものでは無かったのですが、注文の量に即応してその扱う量に影響を受けずに安定した焼き上がりを実現する為に、私が選んだ方法でした。

1号機は非常に考え抜かれた500kパスカル迄上げられる圧力容器の内部でマグネトロンロースターを駆動し短時間で安定した理想的なコーヒー焙煎を目指したものでしたが、完成後の試験で幾つか問題が発生し、最終的にはマグネトロンの発生する電波が、圧力シールリングを貫通して圧力容器の外へ出てしまう問題の解決に手間取ることになって、納期に間に合わないという事が起きてしまったのでした。

↓は設計された加圧式マグネトロンコーヒーロースターの３Ｄ図、クイックロックの開閉部品がまだ書き込まれていない状態です。



↓はハッチの構造が良く解る加圧タンクの３Ｄ組立図（設計途上初期）



↓の画像は、加圧式マグネトロンロースターで焼いた一回目のコーヒー豆の状態です。加圧は100ｋパスカル程度で試運転しましたが、少しだけ焼きムラが見えるものの充分実用に耐えるレベルでした。



↓加圧シミュレーションの画像3Kg/cm2での様子







電波は眼に見えず、市場で得られる圧力シールの素材では電波の貫通が止められなかったことで金属系のシール材を幾つも考案試作して対処しようとしましたが、マイクロ波の特性を文献で調べてあったにもかかわらず、予想外と言うか文献に出ている状況と必ずしも同じではないことを経験し、営業開始予定日までに安全な装置を完成できないという事が確実であると解った時点で、私は加圧マイクロ波ロースト方式を一時止めにして、加圧しない2号機を急遽設計したのでした。

開発の開始から約3か月の苦労は報われることなくお蔵入りし、今はその時に特急で設計製作した2号機が6年近く稼働し今日も市中で営業しています・・・・。

1号機の失敗の主因は圧力容器のハッチの形式にあって、私はオートクレープ窯のクイックハッチを踏襲したのですが圧力を封じるシールがオーリング式であった為の電波リークという問題を改造なしでは克服できなかったことに有りましたが、更に試運転で解ったことの中には加圧雰囲気中でのマグネトロンの冷却には限度があって焼くコーヒー豆の量によってはマグネトロン自身が設置したファンだけでは放熱できずに溶解するトラブルも起きました。
これは500Kパスカルの雰囲気中の冷却ファンの回転に必要なトルクが想像を超えて大きかったのですが、その事を充分知らずに大気圧中で使う普通のファンモーターを設置していたことが原因でした。加圧容器内部が目視不可能であったこともあり、その原因がはっきりするまでに2台のマグネトロンが融けて壊れたのでした・・・・。恐るべし高圧気体の高粘性と流体抵抗・・・でした。

その様な経験を経て、設計された2号機はほぼトラブルらしいトラブルも無く5年を経て使用されていますが、昨年の秋にオーバーホールして念のためマグネトロン本体を2台交換しました。

そう言う装置の意匠的な部分を除いたものが自宅に1台あって、私はそれを使って自前でコーヒー豆を焙煎して、ミルで挽き、ドリップして毎日欠かさずにいただいているのですが、豆はグアテマラＳＨＢを6年間ずっとローストしてブレンドせずにドリップしています。最高とは言えませんがなかなか良いものです。

高価な豆を使いたいとも思いますが2週間で500ｇ以上のコーヒー豆を消費する我が家では、安価に手に入れられる豆であることも重要なのです。

今日、その焼いておいたコーヒー豆が底をついたのです。
昨日の雪で豆をローストするタイミングを失い、株主優待で木村コーヒー店から送られてきた挽いてあるコーヒーをドリップして頂いたが・・・、優待品のせいかどうかは良く解らないが、実にバランスよく滑らかな飲み心地の旨いコーヒーであった・・・・。

生豆から自分でローストした直後にミルで挽いてドリップして飲むグアテマラSHBと比べるとマイルドで癖が無い・・・、唯一自分でローストしたグアテマラが勝るのは僅かに多くコーヒーの個性的な香りが残っているという部分だけで、その他はキーコーヒーの優勢勝ちだ・・・・。

ベンチマークとしてキーコーヒーの株主優待品を使っているようなものだが、「さすが木村コーヒー店だな～・・・」と家内と話した今朝でした。

マグネトロンでのマイクロ波加熱というのは電子レンジでコーヒー豆をローストしていると言っても同じことですが、きちんとムラなくローストすることはなかなか困難ですので工夫が必要なのです。立ち上る煙を覚悟して一度、生の豆を電子レンジで焼いてみるのも良い経験でしょう・・・・。

今回作った竹トンボのコンセプトは、ブレードの両端の厚さを多めにして外周付近に重さを与えることで回り続けるためのフライホイール効果を強くしているので、その分やや重いが、長く回り続けられることによって少しでも長い滞空時間を得たいというところにある。

しかし、そのブレード端部を薄く削ればもっと軽くなって素早く高く飛び上がれる可能性もあるから、高く飛び上がってしまえば落ちてくるまでの滞空時間もそれなりに延びることになる。

それらを考え合わせると実際にどちらの考え方が滞空時間を延ばせるかはなかなか判断が難しいが、詰まるところ回転による空気抵抗を極力少なくした薄いデザインのプロペラでも、重さが10ｇ程度ある竹トンボを浮上させる揚力を得られる効率の良いプロペラがいずれにせよ必要と言えるはずだ。

想像してみて欲しいことは、例えば非常に軽量な発泡スチロールでこのブレードを作ったとしたら高く飛べると思えますか？、軽量過ぎてブレードが空気抵抗に負け、直ぐに回転は止まってしまうと想像できるはずだから、竹トンボは適度な重さが必要という事が解るだろう。

しかし飛行し続けるエネルギーの供給は手から離れた途端に失われ、竹とんぼの重さに由来する回転慣性力だけになってしまうから、回り続けようとするフライホイール効果を生む重さが必要だと解る訳だ。

そこでブレード重くすると今度は飛び上がるのに必要な揚力は相対的に多く必要になり、長く飛ばす為にはブレードの速い回転速度が必要になるし、重量増加は上昇の大敵となるから案外邪魔なものでもあると気づくことになるはずだ。

つまり中心軸を手で回すような竹トンボのサイズに見合ったブレードの迎角や翼の大きさ、重さ、回転空気抵抗は良いバランスを必要とすると理解出来る訳です。

この滞空時間を長くするという条件について最適化したプロペラの理想形と重さを求めるという事は簡単では無く、ブレードと関わる空気の振舞についての専門的知識を基にした計算を必要とするはずだが、果たしてそうした計算だけで理想の迎角を持つブレードを設計できるのかエンジニアの端くれである私としては大変興味深いと感じている。

たかが「竹トンボ」ではあるのだが決して侮れない奥深さがそこには存在するのだ。

追伸：今日27日の散歩の途中で公園で竹トンボ飛ばしました。なかなかいい感じで良く飛びます。

本日、昨日の状態で飛ばしてみたところなかなか良い感じであったが、やはりもう少し軽くするか、ブレードの角度をちょっとだけ立てた方がより飛びそうに感じた。

↓そして試験飛行後軽量化の加工を追加した。



もう少し削れば10ｇを下回りそうなところまで来た。





この状態でブレード全体を0.2ｍｍ程さらに薄くすれば10ｇを下回ると思う。



9.9ｇまで軽量化した・・・。（pm9:00追記）

火入れで少し捩じりを増してみようかなどと考えてもいる・・・。

今日、竹トンボを作った。



もう20年以上前に作ったのが最後だったので、ずいぶんと久ぶりのことだ。

友人からの依頼で、お孫さんに作ってあげようとしたが飛ばないので、見本を作ってくれないかという事だった・・・・。

材料の竹が送られて来たのでそれを削って、穴をあけて木製の丸棒φ5を入れた、以前は竹でなく木で作ったが、竹は一方向に割けるし案外堅く、その性質を有効に利用できない場合は木より加工がしにくい。

それと今回は設計図など作らず、手で目見当で作った・・・。





一応、飛ばしてみたが、少し重いので強く回さないと高くは飛ばない。

重さが11.72ｇと解ったので、10ｇ以下まで軽量化しようと思う。

中心付近の丸棒を取り付けている部分をもっと小さくして軽くできそうだ。

ブレードはもう少し薄くしても良いが、あまり薄くするとぶつかった時破損し易いのと、ブレードの先端部はフライホイール効果を考えるとあまり薄く軽くし過ぎないのが経験的に良いようだ。

滞空時間コンテストなどに出るわけではないし、サンプルモデルなので、こんなもので良いとも思う。

製作にかかった時間約5時間・・・・・。