ハッ！ とトリックの種「相変化」を設計に応用：「失敗学」から生まれた成功シナリオ（5）（2/2 ページ）

[中尾 政之，MONOist]

金田一に、この謎（なぞ）は解けるのか!?

　「本陣殺人事件」（横溝 正史・著）というミステリーがあった。ツララ状の氷が殺人の凶器となるが、警察が来るころには溶けてしまうのである。

　それと同じように、作業した後、溶けてしまう「賢い砂」がある。世の中には「サンドブラスト」という装置がある。圧力を掛けた空気や油と一緒に、酸化シリコンの砂を加工物に吹き付けて、表面の付着物を除去したり、表面に残留圧縮応力を付与する。ところが、図3のようにヤカンの内面のような手の届かないところを、サンドブラストするのは大変である。加工後に流れずにたまった砂を除去しないとならないが、手が入らず、とにかく洗浄しにくい。さてどうしたらよいか。

図3 ヤカンの内部

答えは？（*赤字のテキストをクリックすると答えを表示します）

　砂を氷やドライアイスに代えて、サンドブラストしてみる。吹き付けた後、温度が上がると氷やドライアイスは蒸気に変わるので、洗浄する必要がなくなる。

似たような問題

　薄い板を接着剤で治具に固定して、表面を研削しているが、加工後に有機溶剤で接着剤を溶かすとクサいし、頭が痛くなるし、環境に悪い。さてどうしたらよいか。

答えは？（*赤字のテキストをクリックすると答えを表示します）

　氷で薄い板を固定する。加工後に温めれば、容易に外せるし、氷は水蒸気になって洗浄しなくてもよい。筆者もこの“氷チャック”を開発したことがあったが、困ったことに水は氷になると体積が9％膨張してしまう。どこかが拘束されると残留応力が生じて、固定した薄い板が変形する。こういうときは、一方向性凝固させる。つまり、板の一端から対面の一端まで順に凝固させ、その膨張分は板の外に集中させると、板は変形しない。

湿気、イヤイヤ〜

　水蒸気は空気の温度を下げると、水滴が析出（*異相の物質が分離すること）する。上述の砂糖を入れた紅茶が冷めたのと同じである。でも、その水滴はどこに析出するのだろうか。

図4 風呂場で水滴

　冬の寒い日、お風呂に入っていると、風呂場中に、水蒸気飽和空気の湯気で覆われる。図4のように、冷たい壁や天井にも膜状に水が付着しているが、窓ガラスには大きな水滴が付いている。窓ガラスの向こうの外気が冷たいからである。雨の日の自動車のフロントガラスも同じである。飽和していないエアコンの空気を吹き付ければ、曇りが消えていく。後ろのガラスは電気抵抗線で温めて、空気の中に蒸発させる。

　筆者の大学の地下2階の工作室の壁は、夏の間、いつも汗をかいていた。その壁は地面との土留めの側面で、夏でも冷たい。

　クーラーを入れて空気の温度を低くすると、まるでハエ取り紙のように水滴を集める。だから、壁に断熱ウールを張り付けた。表面は温かくなって、汗は消えた。でも次は工作機械が汗をかくようになり、生暖かい海風のときは機械がさびた。それならば、壁が犠牲吸着板になってくれた方がまだマシであった。

　チタンは真空の中で水蒸気のようなガスを吸着する。ハエ取り紙ではなく、“ゲッター”と呼ぶ。全面に吸着したら、後で温度を上げてガスを放出させる。そうすると吸着板として再び使用できる。（次回に続く）

Profile

中尾政之（なかお　まさゆき）

1958年生まれ。東京大学　大学院工学系研究科　産業機械工学専攻　教授。1983年、東京大学大学院工学系研究科産業機械工学専攻修士課程修了、日立金属入社。1991年、東京大学 工学博士号取得。2007年4月28日放映「世界一受けたい授業」（日本テレビ）に出演。著書に『失敗百選―41の原因から未来の失敗を予測する』（森北出版）などがある。