2015年11月24日 20時00分00秒

by Akepon

排尿時に尿が跳ね返ってトイレの床を汚してしまい、パートナーとトラブルになったり、自分の衣服に跳ね返って嫌な思いをした人も多いはず。
この問題を解決するには「排尿の方法を改善する」という他に「便器自体を改良する」という方法があるのですが、いまだ跳ね返りのない便器は普及しておらず、問題は横たわったままです。
なぜテクノロジーの発達している現代でまだトイレの跳ね返り問題が存在するのか、Priceonomicsが独自に調査を行ったところ、意外な事実が明らかになっています。

Why Can't We Build a Splash-Proof Toilet?
http://priceonomics.com/why-cant-we-build-a-splash-proof-toilet/

ブリガムヤング大学・スプラッシュラボの研究所に所属する物理学者4人の研究によると、遮る物がない場合、男性の排尿時、便器から跳ね返った尿は本人から約1.5m離れた地点にまで飛び散っているとのこと。
つまり複数の男性が並んで便器に向かっていた場合、隣の男性の尿が高確率で自分の衣服に飛び散っているということです。
研究を行ったタッド・トラスコット教授は尿が跳ねる時の正確な飛距離を測定しようとさまざまな実験を行っていますが、そのトラスコット教授によると、尿が飛び散る原因は排尿する人と便器の両方にあるそうです。

トラスコット教授らはノズルから水を出す「排尿シミュレーター」を作成し、ハイスピードカメラで水が便器に当たったときにどのように飛び散るのかを観察。その結果、いくつかのことが判明しました。

まず1つめは、「便器からの距離が近いと飛散が少ない」ということ。液体は空中を流れていき、物体にぶつかると滴となって、もともとの「流れ」があった場所よりも広範囲に飛散します。
この現象は専門用語で「レイリー・テイラー不安定性」として説明されます。この時、液体が放出される場所とぶつかる物体の距離が離れれば離れるほど、滴が飛散する範囲が広がることが観測されました。

また、研究チームは「液体を放射する地点が便器に対して並行に近いほど飛散が少ない」ということも確認。90度の角度から液体を便器にかけると跳ね返りがひどかったのですが、上の方からかけると、跳ね返りが少なく排尿者にも滴がかかりにくかったようです。

(続きや関連情報はリンク先でご覧ください)



引用元：gigazine http://gigazine.net/news/20151124-splash-proof-toilet/

凹みと平坦部を周期的に持った表面を機械的に形成 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150821_1/

画像
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150821_1/fig1.jpg
図1　Angled-FPPにより創成された表面の様子
(a) ノズル角度を変化させた場合。(b) ノズル距離を変化させた場合。微粒子の投射角などの条件に応じて凹凸の方向性や間隔が調整可能であることを確認した。
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150821_1/fig2.jpg
図2　精密研削による平坦化を施した表面の凹凸解析結果
研削量を微細に調節することで、凹みだけを残し凸部の平坦化を施す「プラトー化加工」を実現した。
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150821_1/fig3.jpg
図3　表面平坦化の違いによる摩擦係数の相異
平坦化の度合いに応じて摩擦特性が変化している。この作用は各種精密機械における摩擦のコントロールへと応用できる可能性を示唆している。


要旨

理化学研究所（理研）大森素形材工学研究室の大森整主任研究員と、東京都市大学工学部機械工学科の亀山雄高准教授らの共同研究チームは、微粒子を投射して金属表面を改質する微粒子ピーニング（FPP）[1]と精密研削を組み合わせた独自の機械的手法で、凹みと平坦部を周期的に持った金属表面を形成する加工法を開発しました。これまで機械的な加工法だけでは簡便に調整することが難しかった凹みの周期性や深さ、平坦部の面積なども、本加工法を用いることによって一定の範囲内で調整可能になります。

材料の表面にマイクロ～ナノメートルの微細な突起や凹みを作ると、表面にさまざまな機能を持たせることができます。例えば、パソコンなどのハードディスクに利用される軸受の表面には動圧発生のための微細な溝が彫られており、それによって非接触で軸を高速回転させることを可能としています。金属の表面に微細構造を簡単に形成することができれば、その金属自体を直接、機能を持った製品として用いることができます。また、表面の微細構造を樹脂やガラスに転写するための金型として用いることで、製品を量産できる可能性もあります。これまで、金属材料に微細構造を形成する場合には、化学エ◯チングやレーザ加工が用いられていました。しかし、化学エ◯チングでは非加工部分をマスキング（保護）する必要があり、また、レーザ加工ではスキャンする装置とプログラムが必要であることから、より簡便で効率的な微細構造の形成法が求められていました。

共同研究チームは、新たな微細構造形成法として微粒子ピーニングと精密研削を組み合わせた加工法を試みました。その結果、微粒子を材料表面に対して斜めから投射し、その後精密研削を行うことで、凹みと平坦部が周期的に配列された微細構造の形成を実現しました。この加工法は、低摩擦化が要求される電動アクチュエーターのスライド部品、医療用インプラント表面加工、再生医療用の細胞培養プレート、高効率な熱交換器など多様な用途への適用が期待できます。

本研究成果は、CIRP（国際生産工学アカデミー）が発行する生産工学研究雑誌「CIRP Annals - Manufacturing Technology」（Volume 64/1, 2015）に掲載されました。また、CIRP総会において8月25日に報告を行う予定です。

続きはソースで