流体可視化技術による水中へのイメージ生成法の開発と提案

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11604
• 研究機関: 筑波学院大学
• 研究代表者: 秋廣 誠 筑波学院大学, 経営情報学部, 講師 (50783114)
• 研究分担者: 佐野 司 筑波学院大学, 経営情報学部, 准教授 (80406024)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: メディア表現 / 表示デバイス / 表示システム / 水素気泡法 / 流体

研究実績の概要

2019年度は電極構造のプロトタイピングを目的とし、下記について実施した。まず、水素発生電極（接液電極）を保持し、線型の断面形状を有する「電極ボディ」の製法を開発した。製法は、3Dプリンタで複数の治具を制作し、銅箔配線を施したままリジッドプリント基板を研削したのち、紫外線硬化樹脂で覆い造形する、というのが趣旨である。続いて、リジッドプリント基板を用いた配線の合理化である。当初計画していた多層フレキシブル基板でなく、安価なリジッド基板でも所要の性能を得ることができ、このことは、電極ボディの母体の製作の簡略化にも寄与するものである。
一方で、電極ボディ表面で生じる流体のせん断（粘性による流線方向への遅れと乱れ）と、門型電極の絶縁被覆の形状とを要因として、水素気泡シートに乱れが生じるという新たな課題が生じた。これを解決するため、2019年度後半より現在まで、電極形状の変更を検討と試作、および水槽の大型化（見かけ上の気泡浮上の速度の減少）を検討している。
水素発生のタイミングを制御するソフトウェアの開発は、概ね順調に進行しており、任意の画像データを白黒２値化するアルゴリズムを切り替え可能としている。電極に所要の電圧を発生させる電子回路の開発も、概ね順調に進んでいる。
これらのことから、当該年度は、水素シート像発生の基盤となる個々の研究が進捗した。一方で、肝心の水素シート像の性能を必要十分に改善することが喫緊の課題である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

１）接液電極の形状を変更したことにより、極細線の電気的、機械的接合等の新たな検討が加わったこと。
２）実験用の水槽の大型化を検討していること。
３）電極ボディの製法の開発、気泡発生のタイミングを制御するソフトウェアと電子回路の開発は概ね順調であること。
４）諸般の事情により、調査、研究に中断が生じたこと。

今後の研究の推進方策

１）電極の接液部と電極ボディとの距離について、当初の計画より20乃至30mm長く設定する。
２）門型電極の柱部のモーメント増大に対応するため、柱部細線の径と、電極の細線の径を再検討する。また、それらの電気的、機械的接合の方法を再検討する。
３）塗装によらない絶縁被覆を検討する。たとえば粉体塗装などが挙げられる。
４）水槽を大型化する。
2020年度中にプロトタイプを完成させ、気泡の観察による印象要因についての検証を実施し、研究成果をまとめる。