フルベリー プロジェクト( FBP) は、西アフリカとハイチ全土に配布するためにユニバーサル ナッツ シェラー (UNS) を設計しました。UNS は、1 人の作業員が行うよりも短時間で大量のナッツの殻をむきます。
カリフォルニア州立工科大学ハンボルト校のEngr205 デザイン入門クラスは、4 人ずつの 7 つのチームに分かれていました。各チームには、次の 3 つの課題のうち 1 つが与えられました。
- FBP の海外での取り組みに資金を提供するために、米国で販売される UNS の小型バージョンを作成します。
- 西アフリカ諸国向けに、より安価で軽量、かつ持続可能な材料から UNS を製造する方法を見つけます。
- ハイチの極めて限られた資源を利用して、UNS の動作部品用の型をリサイクルされたビニール袋から作る方法を見つけます。
私たちのチームは、UNS を米国で販売可能なものに再設計するという最初の課題に取り組みました。
抽象的な
Full Belly Project は、私たちのチームである Shell Shock に、Universal Nut Sheller (UNS) をより小型で、より持ち運びやすく、より見た目に美しい製品に再設計して、米国内で販売できる製品にするよう依頼しました。これを実現するために、私たちは 5 つのフェーズの設計プロセスを実施しました。設計プロセスの 5 つのフェーズは次のとおりです。
- プロジェクト策定
- 問題分析と文献レビュー
- 代替ソリューションを探す
- 意思決定プロセス
- 最終ソリューションの仕様
Nutsy はこの設計プロセスの結果です。Nutsy はオリジナルの UNS よりも小型で軽量で、見た目も美しい (つまり非常にかわいい) どんぐりの形をしています。Nutsy は安全で使いやすく、分解や洗浄も簡単です。私たちは合板で Nutsy のプロトタイプを作成し、いくつかのナッツの殻をむくことができましたが、完全に機能するモデルを作成するにはさらに改良が必要です。
問題分析と基準
このプロジェクトの目的は、Full Belly Project に資金を提供し、それを推進するために、米国で販売可能なナッツ殻剥き機を設計することでした。
この目的を最大限に達成するために、私たちは代替設計を次の基準で評価しました。
- 美学
- デザインは魅力的な外観を持ち、米国市場にとって魅力的である必要があります。
- 使用上の安全性
- 設計はユーザーが操作しても安全である必要があります。
- 耐久性
- このデザインは、5 ～ 10 年間の通常使用に耐えられる必要があります。
- 内包エネルギーのレベル
- 設計では、内包エネルギーを可能な限り低く抑える必要があります。リサイクルされた材料やリサイクル可能な材料を使用し、製造、輸送、使用に必要なエネルギーを最小限に抑えることで、内包エネルギーを削減できます。
- 使いやすさ/再利用
- 設計は組み立て、分解、再組み立て、清掃が容易である必要があります。
- 料金
- 設計コストはできる限り低く抑える必要があります。最終コストは材料費と製造費で構成され、米国市場では 75 ドル未満である必要があります。
- 汎用性
- この設計では、クルミから松の実まで、さまざまなサイズのナッツの殻をむくことができるはずです。
- ポータビリティ
- 設計は 1 人で運搬できる必要があります。
最終デザインの説明
最終的な設計ソリューションである Nutsy: The Acorn-Shaped Nut Sheller Funding and Promoting the Full Belly Project は、どんぐりの形をモデルにしています。Nutsy の外側はどんぐりを模したテクスチャ加工された上部で、中央部は逆さの円錐形、底部は半球形です。内側は UNS のデザインを模倣していますが、どんぐりの外側の形状に合うように 180 度回転しています。Autocad ソフトウェアを使用して、図 1 に示すような実用的なモデルの図面を作成しました。
Nutsy の蓋、中央部分、ベースは、フード プロセッサーに似た回転機構を使用して固定されます。Nutsy のハンドルは、ラチェットとソケットに似た小さなボールとスプリング機構を備えた四角いドライブを使用して簡単に取り外すことができます。ベースには、透明なプラスチック製の小さな表示窓が付いています。この窓から、殻をむいたナッツを見たり、殻むき機がいっぱいになったかどうかを確認したりできます。蓋には小さなヒンジ付きのドアが付いており、ハンドルと蓋を取り外さずにナッツを追加できます。
内部的には、この設計は UNS モデルの反転バージョンです。UNS の円錐内部円錐設計を維持することで、殻をむくことができるナッツのサイズを多様にすることができます。設計が適切に機能するように、元の UNS の内部角度が反転され、ローターは水平から 82 度の角度、ステーターは水平から 66 度の角度になっています。
ローターの高さを必要に応じて調整できるように、ローターはアルミニウム シャフトに沿って自由に移動できます。調整可能なローターは、金属リングとつまみネジで固定されます。シャフトには、ネジを締めることができるように、間隔を空けて刻まれた溝があります。このメカニズムについては、以下で詳しく説明します。これらのメカニズムを組み合わせることで、ユーザーは、ローターのシャフト上で内部コーンを上下にスライドさせることで、さまざまなサイズや形状のナットに合わせて研削スペースを調整できます。調整可能なローターは、図 2 に示されています。
図 1: 色分けされた部品と寸法を示す Nutsy の上面図と側面図。画像提供: Team Shell Shock
図 2: つまみねじ付きの調整可能なローター。画像提供: Team Shell Shock
プロトタイプのパフォーマンス
最終設計に推奨される素材はリサイクルプラスチックですが、時間と実現可能性を考慮して、実用的なプロトタイプは合板、アルミニウムシャフト、および金属のスクラップから構築されました。プロトタイプは図 3 と 4 に示されています。
図 3: 積層合板で作られた Nutsy のプロトタイプ。Nutsy はどんぐりの形をしており、簡単に取り外し可能なハンドルが付いています。画像提供: Team Shell Shock
図 4: Nutsy のハンドルと蓋を取り外し、内部の調整可能なローターを露出させます。画像ソース: Team Shell Shock
プロトタイプは、使いやすさ/再利用の点で設計基準を完全に満たしています。ハンドルはスムーズに回転し、安定させるためにユーザーがシェラーに手を置くのに十分なスペースがあります。ハンドルをシャフトの四角いドライブから取り外し、蓋を持ち上げるだけで、Nutsy を素早く開けることができます。殻から取り出したナッツは、本体全体をベースから取り外すと簡単に取り出せます。シェラーは、ハンドル、上部、中央部、ローター、シャフト、ベースの 6 つの部分に素早く分解して、清掃や修理を行うことができます。プロトタイプには、蓋、本体、ベースについて説明したロック機構がありません。木製の部品は、シェラーの使用中に滑らないだけの摩擦を生み出すため、これは問題になりませんでした。計量プレート、覗き窓、ヒンジ付きドアもプロトタイプには含まれていませんでした。
Nutsy は、その他の設計基準もほとんど満たしています。プロトタイプは完全に持ち運び可能です。プロトタイプは軽量で小型なので、1 人で簡単に持ち運ぶことができます。つまみネジを使用して、ローターをシャフト上で上下に動かし、さまざまなサイズのナットを外すことができるため、Nutsy は多用途に使用できます。Nutsy は見た目も非常に美しいです。
機能テスト中、Nutsy はヘーゼルナッツの殻をむくことに成功しました。しかし、このプロトタイプはクルミとピーナッツの殻をむくことには成功しませんでした。これは、現在のローターがほとんどのナッツの表面をつかむには滑らかすぎる木材で作られているためです。ほとんどのナッツは殻むき機の内壁につかまりましたが、滑らかなローターの上を滑りました。
最初のテストが失敗した後、摩擦力を高めるためにローターに垂直の溝が作られました。この改良による試行は、わずかに成功しました。ナットはローターによってつかまれましたが、ステーターによってつかまれなかったため、ナットが上向きに動きました。また、ローターの表面にわずかに下向きの螺旋状の溝を追加して、殻をむくナットが殻をむく領域に押し下げられるようにすると効果的かもしれません。あるいは、ローターの角度を大きくする必要があるかもしれません。
Nutsy は使いやすく、いくつかのナッツの殻をむくことに成功しましたが、設計基準を完全に満たすまでにはまだ改良が必要です。
費用
このプロジェクトのコスト制約は、プロトタイプの作成コストが 300 ドル未満であること、そして最終デザインが米国市場で 75 ドル未満で販売されることでした。
Almquist Lumber (カリフォルニア州アーケータ) からの合板の寛大な寄付と、Marty Reed (HSU の機器技術者) からの時間と材料の寄付のおかげで、私たちのプロトタイプは無料で作成されました。
最終的なデザインは 50 ドル未満で販売できると見積もっています。
次のステップ
当社の設計コンセプトは十分に練られていますが、機能性を高めるにはさらなる作業が必要です。現在、ローターとステーターの間には、硬い殻のナットを殻から取り出すのに十分な摩擦がありません。さまざまな材料と質感のテストを実施する必要があります。また、ナットはローターとステーターの間に押し下げられているようには見えず、殻から取り出されないように上方に動くことができます。これは、ローターとステーターの角度を調整するか、ローターとステーターに方向性のある溝を追加することで修正できる可能性があります。
設計が改良されたら、設計ニーズを満たすために、最もコスト効率が高く環境に優しい材料と製造プロセスを決定するための追加作業に重点を置く必要があります。また、Nutsy または類似の製品の製造を試みる前に、市場分析を行う必要があります。
位置
米国: ノースカロライナ州ウィルミントン、カリフォルニア州アルカタ