久保 光徳

材料開発が積極的に行われている今日,材料を的確に選定しデザインに反映させることは,ますます重要な検討課題となっている。本研究においては,各種工業材料をその「性質-形-製品」との関係において比較,考察し,材料を選定・活用するためのガイドライン構築を目的として実施した。得られた知見は以下のように要約できる。(1)設計段階に対応して材料選定のレベルや内容が異なる。デザインの初期段階における材料選定のための要求項目は,材料の性質を表す数値データではなく,人間を基準とした具体的な言葉やイメージとして置き換えることが必要である。(2)材料は製品形状と強く関係するために,製品から材料への要求項目を,材料の性質だけではなく,その形状も含めて分類,関係付けることが必要となる。(3)作成したガイドラインを用いることにより,デザイン段階における材料選定を,酒用容器をケース・スタディとして検討した。

各種工業材料が開発および改良され,材料の種類が飛躍的に拡大している今日,製品の要求に従って適切な材料を使用することを目的とした,材料選定・活用のための技術的資料の体系的な整備やシステム化か必要となってきている。本研究においては,代表的な工業材料の特性を物性データや成形・加工および製品との関連から評価検討し,これらの関係を解析した結果,材料の分類要因について以下の知見を得た。(1)材料が使用されている製品により材料の試験形状が決定され,これをもとにして各種材料データが測定・収集されている。(2)「性質の変化」と「形状の機能」,を要因として材料を分類することにより,材料の分類構造を決定することができる。(3)材料の分類構造には,性質の変化や機能性ある形状が付与される「成形工程」が大きな影響を及ぼしている。(4)材料を「製品の種類」と「製品の用途」の要因で分析することにより,その使用の度合を評価した。

Vibrational characteristics are obtained for a rotating ring with equi-spaced elastic supports by using the wave approach. Especially, the variation of the natural frequencies with the rotating speed and the number of elastic supports is investigated. Each elastic support is idealized as a combination of concentrated tangential, rotational and radial stiffnesses acting at the mid-plane of the ring. In the wave approach, state variables at the support A; U_A are related to the adjacent support B; U_B as U_B=e^μU_A where the complex μ(=μ_R+iμ_I) is the so-called propagation constant. The real part (μ_R) and the imaginary part (μ_I) of the constant μ are the measures of the rate of decay and the change of phase over the distance between the adjacent supports for travelling wave, respectively. It should be noted that, if the real part: μ_R is not equal to zero, the travelling wave is attenuated and the energy flow does not exist. The frequency reigions where μ_R≠0 are called stopping bands while the frequency reigions where μ_R=0 are called passing bands. And the natural frequency is determinied by the condition that, for the propagation of wave once around the whole ring through N supports, the propagation constant satisfies an equality μN=2πj(j an integer). Numerical results show the effects of rotational speed and the number of elastic supports on the propagation constants which characterize the frequency reigions as either a stopping band or a passing band. And the relation of the natural frequencies with the propagation constants is discussed.

電子レンジ加熱下における食品の温度分布を予測する昇温理論を適用して,均一加熱を目的とした容器形状の検討を行った。設計の対象としては一般的な角型容器を取り上げ,コーナー曲率半径・容器の深さ・半減深度をパラメータとして検討を行った。形状の決定は,容器形状をマイクロ波の入射数によって規定される領域に分割し,各領域における比電力を算出し,比電力の最大値と最小値の比をもとにした均一分布度を定義することにより実施した。・その結果,コーナー曲率半径の増大および容器の深さの減少にともなって,加熱むらが抑制される傾向にあることが明らかとなり,これらの結果をもとにして最適容器形状の提案を行った。また,本検討で実施した一連の手順を整理,体系化することにより,均一加熱を目的とした電子レンジ用容器の形状設計指針を作成した。

電子レンジ加熱における食品の加熱むらが,食品の(1)誘電特性,(2)形状,(3)体積の三つのパラメータによって規定されることに着目し,食品の昇温特性を理論的に解明することを試みた。検討は,マイクロ波照射により食品中に誘発される電力分布と温度分布との間に対応関係が存在すると仮定して実施し,加熱初期状態における昇温理論の提案を試みた。また,モデル食品を選定し,実際の上昇温度を測定することにより,比電力と上昇温度との間に比例関係が成立することを明らかにし,提案した昇温理論の妥当性を検証した。さらに,電子レンジ指数を設定し,この値により加熱のされやすさが表現できることを明らかにした。提案した昇温理論を電子レンジ用容器の形状設計に適用することにより,加熱むらの軽減,さらには均一加熱を目的とした容器形状を設計できる可能性が存在することを示唆した。