【今日の料理】　2011/10/24　夕食
　今日は，妻と娘（8.4ヶ月）は，午前中は妻沼の子育てサロンに，午後は育児仲間のお宅へ遊びに行きました．その間，私は家で留守番．久しぶりに，一人きりでの時間を過ごしました．妻と娘がいないと，すこぶる気楽ですが，少し寂しくもあります．


★米飯

★カレー
　圧力鍋，加圧２分．具は，豚肉・たまねぎ・人参・じゃがいも．ルウは，ハウス「こくまろ」カレー．ルウを加える前に，具を取り分けて，娘の離乳食にしました．

★魚介ダシダスープ，糸みつば・わかめ・鶏ささみ

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【今日の料理工学】　割れにくいガラス食器～耐熱ガラスと強化ガラス
　ガラス食器は，食卓に欠かせません．我が家では，毎朝のグレープフルーツジュースはガラスのコップです．また，サラダや刺身などは，ガラスの器に盛ると，下手な料理でも，なんだか美しく見えます．

　こうしたガラス食器の欠点は，なんといっても，「割れやすい」点にあると思います．我が家では，そそっかしい大人が２人いますので，しょっちゅうガラス食器を破壊しています（図１）．
＜図１＞

　
★割れにくいガラスいろいろ
　通常の食器に用いられるガラスは，「ソーダガラス（ソーダライムガラス，ソーダ石灰ガラス）」というものが，一般的のようです[1]．
[1]岩城ハウスウェア；ガラスのお話
　https://www.igc.co.jp/know/story/

　これに対して，「割れにくい」ガラスとしては，以下のようなものがあるようです．
ａ）耐熱ガラス：「パイレックス(PYREX)」など
ｂ）強化ガラス：「デュラレックス(DURALEX)」など
ｃ）多層ガラス：「コレール(Corelle，コーレル)」など

　それぞれについて，調べてみました．
ａ）耐熱ガラス
　ガラスは，急激に加熱したり冷却したりすると，割れることがあります．例えば，冷蔵庫で冷やしたガラスに熱湯を注ぐと，割れることがあります．
　ガラスが，急激な温度変化によって割れやすいのは，次の要因によります．
　Ａ）熱伝導率が，低い．
　Ｂ）線膨張係数が，大きい．
　Ｃ）縦弾性係数（ヤング率）が，大きい．
　Ｄ）引張強度が，小さい．

　いま，図２のような円筒状のガラスを考えます．外面を室温＝20℃に保ち，内面を急に100℃まで熱したとします．そうすると，
　Ａ）熱伝導率が低い（鋼材の1/100程度）ので，外面と内面の温度差が，なかなかなくならない．
　Ｂ）線膨張係数が大きい（鋼材と同程度）ので，内面が大きく膨張しようとする．このとき，内面の膨張に伴って，外面も膨らもうとする．このため，外面には，引張ひずみが生じる．
　Ｃ）縦弾性係数が大きい（鋼材の1/3程度）ので，引張ひずみによる引張応力が大きくなる．
　Ｄ）引張強度が低い（鋼材の1/10程度）ため，引張応力によって，外面が破断する．
＜図２＞

　したがって，温度変化による割れを防ぐためには，次の対策が有効です．
　Ａ’）熱伝導率を，高くする．
　Ｂ’）線膨張係数を，小さくする．
　Ｃ’）縦弾性係数を，小さくする．
　Ｄ’）引張強度を，大きくする．

　一般的に「耐熱ガラス」と呼ばれるもの，たとえば「パイレックス」では，Ｂ’）線膨張係数を小さくする，ことによって，温度変化への耐性を増しているようです．普通のガラスと耐熱ガラスの物性値は，次の通りです[2]．
　●普通のガラス：ソーダガラス無強化品
　・熱伝導率　：2.86[W/mK]
　・線膨張係数：93.5×10^-7[1/K]
　・曲げ強度　：（記載なし）
　●耐熱ガラス　：パイレックス7740徐冷品
　・熱伝導率　：1.09[W/mK]
　・線膨張係数：32.5×10^-7[1/K]
　・曲げ強度　：約50MPa
[2]山善特殊硝子製作所；参考資料
　https://www.yamazenglass.co.jp/sankou.htm
　耐熱ガラスでは，普通のガラスよりも線膨張係数が約1/3になっています．パイレックスは，「ホウケイ酸ガラス」と呼ばれるもので，「ホウ酸」を含むのが，成分上の特徴です．


ｂ）強化ガラス
　強化ガラスは，外力による破損を防ぐものです．強化ガラスは，所望の形状に成形したガラス製品を，熱処理したものです．熱処理は，加熱後に冷風などで急冷するもののようです[3]．
[3]大壁商事；ガラスの種類辞典-強化ガラス
https://www.glass-dictionary.com/kyouka/
　ガラス表面を急冷すると，表面が先に硬くなります．その後で，内部が冷えるとともに，縮んでいきます．内部が縮むと，表面も縮もうとします．これによって，ガラス製品の表面には，圧縮応力が与えられます．
　外力によって，ガラス表面に引張応力が加わっても，あらかじめ与えられた圧縮応力によって，打ち消されます．このため，通常のガラス製品よりも，大きな引張応力に，耐えることができます．（ガラスでは，圧縮強度に比べて引張強度が小さいので，引張応力が破壊の主要因になります．）
　強化ガラスは，表面の引張応力に強いので，温度変化にも耐性が強いはずです．また，耐熱ガラスを強化ガラスにすることもできるようです[3]．
　強化ガラスは，表面に圧縮応力が与えられています．このため，一箇所にキズが入ると，自らの圧縮応力によって破壊が進行して，粉々に砕け散るそうです．破壊後には，細かい破片になるので，普通のガラスよりも安全性が高いとされます．


ｃ）多層ガラス
　多層ガラスは，複数の種類のガラスを積層したものです．代表的なものに，「コレール」があります[4]．コレールは，フリスビーのように投げても壊れない[5]らしいです．
[4]岩城ハウスウェア；コレール
　https://www.igc.co.jp/product/corelle/
[5]エバハート；ものが壊れるわけ，河出書房新社，(2004)


　コレールは，線膨張係数の異なる２種類のガラスを，３層に積層しているようです．
　・上側の層：線膨張係数が小さいガラス（透明）
　・中心の層：線膨張係数が大きいガラス（乳白色）
　・下側の層：線膨張係数が小さいガラス（透明）
　この３層を，加熱した状態で接合し，室温まで冷却します．そうすると，中心の層が大きく縮みます．上下側の層も，中心の層にひきずられて縮みます．すなわち，上下側の層には，圧縮応力が生じます．この圧縮応力は，強化ガラスの場合と同様に，外力や温度変化への耐性をもたらすと，考えられます．


【今回の結論】
　割れにくいガラスには，次のものがあります．
　・耐熱ガラス：線膨張係数が小さい．
　・強化ガラス：成形後に熱処理して，表面に圧縮応力を付与．
　・複合ガラス：複数のガラスを積層して，表面に圧縮応力を付与．


我が家のガラス食器は，次々に割れています．割れていないものを見ると，「デュラレックス」でした．耐熱ガラスの強さが，証明されています．
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