Category Archives: 研究開発

カーブミラーはなぜ曇るのか?

カーブミラーはなぜ曇るのか(2)を書いてみました。今回は空気吸込式です。

結露予防

https://note.mu/vocdirect/n/n2f5b5ace93eb

noteに書きましたのでご覧ください。今回は無料にしました。

音響透過損失測定(量産タイプ)

防音パネルを改良し音響透過損失を測定に来ました。防音個室自作というレベルではなく商品化のための測定です。

今回の特徴は、量産を見越してパネルを改良した点です。2018年12月に測定したときは500Hzで透過損失が37dBと好成績が出ました。

今回は量産を考慮し軽く安価にすることが目的です。素材を見直し防音個室として組み立てたとき柱が不要で紙製防音パネルだけで組み立てできる事が必要条件です。

これだと、組み立てサービス付きの引っ越し便で全国配送と設置ができます。

ですから、今回の測定は販売を見据えた改良パネルの性能測定です。

写真の右側が反響室です。左側が無響室です。

部屋を仕切る壁に1m×1mの穴がありそこに今回制作した防音パネルを取り付けて反響室から出た音が無響室にどれだけ漏れてくるかを測定します。

測定結果

●のグラフは2018年12月に測定したパネルの性能です。500Hzで37dBの性能が出ています。▲のグラフは今回の測定データです。500Hzでは32dBでした。向上した周波数は低音と高音です。トランペットやバイオリンの高音を止める性能は上がったと思います。低音に関しても上がりました。バスクラリネットなどはこの音域が出るのではないでしょうか。

パネルを製造する際に接着を行うのですが接着した際にパネルが少し反る傾向があります。反らないように治具を制作し接着するのですが多少平面が崩れても外壁や内壁に影響が出ない構造を考えました。またサンプルをつくり測定する必要があるかも知れませんが、軽く安くYAMAHAなみの性能を実現するためにはあと1回測定の必要があります。今回よりも性能は上がります。

YAMAHAのアビテックスは音響透過損失30dB、35dB、40dBの3種類あります。一応、このレベルに入ってます。これを安価に軽量に実現するための試行錯誤です。

音響透過損失の測定準備

もう一度音響透過損失を測定するために測定サンプルを作っています。

すでに実用になる防音個室は完成しているのですがさらにコストダウンをはかるために素材を変えてみます。

性能は落ちないと思いますが作り方が変わるので問題ないか確かめる必要があります。

サンプルを作りながら接着剤の影響や寸法精度などを確かめます。

それを元に機械CADで原寸大の全体図を描きます。

最初の1台は自分で組み立てる必要があります。そして外注先へ指示書を作って渡します。

全体のコストはどれくらいになるでしょうか。

知財総合支援窓口のページで紹介されました。

知財総合支援窓口のページで紹介されました。

ボトルカバーなど冷却に関する特許3件です。

ボトルカバーの特許は冷却シートの技術なので犬用の夏服を作ってみました。

住宅の室内冷却は放射冷却を使います。

https://chizai-portal.inpit.go.jp/supportcase/2014/08/-1-42.html

COZYHORN用桐箱完成

木製のCOZYHORNの桐箱ができました。以前は、紙の貼り箱を使っていたのですが製品に合うように桐箱に変更しました。

COZYHORN桐箱
COZYHORN桐箱 開けた状態

Amazonの写真も追加しないといけませんね。内容に合った高級感がでます。

COZYHORNのページ

木製品だと表面処理が簡単で見た目も高級感あります。これから少し木製品を作ってみたいと思います。

カーブミラーはなぜ曇るのか(結露予知センサー開発)

この話は、現在(2019年)も続いている開発ストーリーの始まりです。

概要
 1993年の何月だったか忘れましたが、当時務めていた会社へあるカーブミラーメーカーの営業マンが来ました。目的は、結露と霜が付かないカーブミラーを開発できないかとのことです。そのときすでに対策した製品は3種類ありました。

・蓄熱材内蔵タイプ
・ヒーター内蔵タイプ
・光触媒を塗布したタイプ

1.放射冷却とは何ぞや
 放射冷却とは高い温度を持った物から低い温度を持った物へエネルギーが移動する現象です。エネルギーは赤外線として移動します。電気ストーブの前に来ると暖かさを感じると思います。これは電気ストーブから赤外線が自分の方へ飛んできているからです。逆に氷柱の横に立つと目をつぶっていてもヒンヤリすると思います。これは自分から氷柱へ赤外線が飛んでいったのです。このようにエネルギーを同じにしようとする現象があります。
太陽から地球へもエネルギーは届いています。日中気温が上がるのはこのためです。夜間は、熱を持った地球が宇宙空間へ熱を赤外線として放射してしまいます。宇宙空間は物質が無いので温度もありません。絶対零度なのです。摂氏でいうとマイナス273℃です。それと地表の温度が30℃ほどあれば約300℃の温度差がありエネルギーが移動するのです。これが放射冷却です。放射冷却は日中も起こっているのですが太陽から届く熱の方が大きいため冷えるイメージは無いと思います。しかし、太陽光を遮って日陰にすれば放射冷却のみ利用することができます。

2.各方式の特徴

 ・蓄熱材内蔵タイプ
カーブミラー内部に蓄熱材が入っており、日中の気温で蓄熱材が温められ夜間の放射冷却による冷えによる結露と霜を予防します。欠点は、日中と夜間の気温が逆転したとき蓄熱材入りのカーブミラーだけ結露することです。また、重量があり設置工事が大変です。

 ・ヒーター内蔵タイプ
これは夜間のみ商用電源でカーブミラー裏面のヒーターに通電する方式です。効果は確実でJRなどで採用されています。しかし、道路など商用電源を引けないところでは設置不可能です。また商用電力線を引く必要があり毎月の電気代の支払いも発生します。

 ・光触媒を塗布したタイプ
これはTOTOの特許を使った製品らしいです。積水樹脂が製品化しました。当初、カーブミラーの結露予防のアイディアに興味を持っていたのですが光触媒方式を採用しました。
これは、結露しても水滴にならず、薄い水の膜になるため鏡として機能します。しかし、霜になった場合は像が写りません。残念50点です。

この3種類はどれも対処療法のため欠点ができていまいます。これを根本的に解決するには、放射冷却を理解する必要があると思いました。

3.上向きが冷える

 毎日、夕方から外へ出て放射冷却現象を見ていました。道路に立っているカーブミラーがいつ曇るのかを見ていたのです。そうすると面白い現象に気がつきました。自動車の屋根やボンネットが先に結露しドアなど垂直の物は遅れて結露するのです。また下向きの面は結露しません。カーブミラーのひさしの下も結露しません。この現象を見て結露という物が上から降りてきているのかも知れないと考えました。霜が降りるという表現からも上から降りてくるのかと思いました。しかし、雨のように降ってくるのかと思ってみても何も降りてきません。
 それで気がついたのですが、空は冷たく地面は暖かいのです。ですから、地面の方向へは赤外線は放射されず冷えないのです。空の方は冷たいため赤外線は放射され冷えるのです。
 ということは上向きの面が冷えやすく斜めや垂直の面は遅れて冷えるということになります。カーブミラーは、ほぼ垂直です。そこでカーブミラーが結露する前に検知してミラー裏面のヒーターに通電することはできないかと思ったのです。

4.結露予知センサー

 水平面が早く結露し垂直面が遅れて結露する現象に気がついたため垂直面が結露する直前に結露を予知するセンサーをつくれないか考えていました。答えは簡単でした。斜めの面が結露したときそれより遅れて結露する垂直なカーブミラーを加熱すれば良いのです。具体的にはカーブミラーの裏面に貼ったヒーターに通電するのです。そのとき斜めの面の裏面にもヒーターを貼りこの面の結露が取れたときカーブミラー裏面のヒーターへの通電も止めれば良いのです。そして実験用センサーを試作することにしました。

ブロック図

記号の説明
 11:カーブミラー
 11a:ヒーター
 21:斜めの鏡
 21a:ヒーター
 22:結露検出用赤外線LED

 ブロック図はこうなります。太陽電池が発電した電力をバッテリーに蓄え夜になると制御回路が働きます。制御回路はセンサー部である斜めに設置した鏡の結露を赤外線により監視しています。そして斜めの鏡が結露したときカーブミラーとセンサーの鏡の裏面に貼ったヒーターに通電します。センサーの鏡の結露が取れた時点でヒーターへの通電を止めます。こうすれば結露寸前にカーブミラーの温度を少し上げることができ結露を予防することができるはずです。

センサー原理

この続きはnoteに詳しく書いてありますのでご覧ください。