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液晶ディスプレイ搭載璃奈ちゃんボードをつくった話

うぃすてりあ

自己紹介

  • ラブライブ！にどっぷりハマって早三年になる新米オタク

  • ものづくり好きが高じて、推しである虹ヶ咲学園スクールアイドル同好会の天王寺璃奈ちゃんが作中で製作・使用しているオートエモーションコンバート璃奈ちゃんボードをつくってみたくなった

  • 虹ヶ咲3rdライブの際に小型の『璃奈ちゃんボード型バッジ』を製作したのが始まりとなり、今回の液晶ディスプレイ搭載璃奈ちゃんボード製作につながる

経緯

2022年11月13日
天王寺璃奈ちゃんの誕生日に合わせてタペストリーComic Bookに登場するバッジを製作して、リアルサイズのものをつくる熱が再熱

2023年3月18,19日の
ラブライブ！虹ヶ咲学園スクールアイドル同好会 UNIT LIVE! QU4RTZ Fluffy Magicまでの完成を目標に、オートエモーションコンバート璃奈ちゃんボードの製作を開始した
※便宜上この後は璃奈ちゃんボード or ボードとする

コンセプトは
『実物大で装着可能かつ、液晶ディスプレイを搭載した璃奈ちゃんボード』

液晶ディスプレイ搭載をコンセプトとしたのは、

  • TVアニメで登場した璃奈ちゃんボードは液晶ディスプレイが採用されているような描写になっていたこと

  • 既に他の方法で璃奈ちゃんボードを製作されている方は大勢いること

が主な理由である

出来上がったもの

記事の大半は製作過程になるため、出来上がりを最初に紹介する

  • 製作期間
    約3か月（2023年12月初旬～2023年3月初旬）

  • 製作費
    だいたい2万5千円くらい

  • 重量
    だいたい500gくらい

  • 動作時間
    １時間くらい（画面の輝度を落とせば少し延命できる）

  • 主な機能

    • 装着可能（製作者のみ確認）

    • 液晶への描画

    • 表情の表示（8種類）

    • 広告画像の表示（2種類）

    • iPhoneで表情変更

璃奈ちゃんボード「むん！」
記事のサムネイルに使用している写真
QU4RTZユニットライブDay2終演後に台場公園に行ってレインボーブリッジをバックに撮影した
表情変更デモ
iPhoneのショートカットで表情を変えられる

まえがき

この後は製作過程ごとにやったことを紹介していく
記事のスクロールバーを見ていただければわかるが、大変長くなっているので興味のある方のみ見ていってほしい
また、初めてのnote記事になるので書き方などの内容については温かい目で見ていただけると助かる

phase0_検討

自分がものをつくる際は最初に何を使うか？の検討から始まる
ここでいう『何』は製作するもので使用する必須の構成要素
今回でいうと液晶ディスプレイだ

ディスプレイの検討

最初にAmazonで『液晶ディスプレイ』と検索すると山のようにパソコンのディスプレイモニターが出てくる（そりゃそうだ）
しかし、今回私が欲しているのは小さな液晶
24インチや27インチなどではない

サイズ感はA5用紙よりも小さく、小型タブレットくらいの大きさが適当
そこで8～9インチくらいのものがないかインターネットを調べていたところ、中国の通販サイトAliExpress（アリエクスプレス）に良さげな商品を見つけたのでそちらを使用することにした
※中華サイトなのでリンクは貼らないが興味のある方は『HE080IA』という型番で調べるとヒットするかもしれない

大陸から届いた品
送料込みで約5,000円
画像の2つ以外に画面調整用のコントロール基板とリモコンも付属
液晶サイズ8inch、解像度は1024*768と記載されていた

コンピューターの検討

コンセプトに据えた液晶ディスプレイは手に入ったが、そこに映像を映し出すためにはコンピューターが必要になる
今回は手元のRaspberry Pi Zero WH（以下ラズパイ）を使うことにした
HDMIminiポートが搭載されているため、液晶への出力が手軽だからだ

液晶ディスプレイとコンピューター
この二つがあればとりあえずボードの表示ができそうなので、見切り発車感はあるが次の段階に進むことにした

phase1_表示機能

ディスプレイとコンピューターの二つを入手したので、ここで本当に表示できるのか確認しなければ取り返しがつかなくなる
璃奈ちゃんボードと言えば多彩な表情の描画機能
”ソフトウェア”が最も重要と言っても過言ではない

描画方法の検討

今回使用するラズパイで画面に画像を描画する手段を探していたところ以下のような記事を見つけた

『フレームバッファ』を使えば画像を手軽に描画できるようなので、早速試してみる

１．記事を参考にラズパイのセットアップ
　　OSは”Raspberry Pi OS Lite (32-bit)”を選択

２．初期セットアップまで完了したら以下を行って一度シャットダウン

// パッケージの更新
$ sudo apt update
$ sudo apt up
// fbiのインストール
$ sudo apt install fbi

３．SDカードをメインPCに挿してbootfsフォルダに画像を保存

最終的に上記の画像を実装した

４．SDカードをラズパイに挿しなおして起動

５．保存した画像を指定してフレームバッファに出力するコマンドを実行

// フレームバッファに指定の画像をフルスクリーンで表示する
$ sudo fbi -T 1 -b /dev/fb0 -noverbose /boot/board_img/Standby.png -a
テスト画像表示のようす
イイ感じ

問題なく表示できそうなので、次に手を付けたのは表示のコントロール

表示のコントロール

ここまでのコマンド操作はSSH接続でメインPCから行っていたが、それは自宅のネットワーク環境（Wi-Fi）とパソコンがあるからできたこと
一歩外に出ればネットワーク外になることはもちろん、仮にネットワークを用意できたとしても、ボードを装着した状態でPCを操作して表情を変えなければいけない

なにか良い手は無いか。と考えていたところスマホでもラズパイとSSH接続して操作できるアプリがあるそうだ
AppStoreで探してみたところ以下のアプリの評価が良さげなので使ってみる

インストールして以下のように設定

ポート番号はデフォルトの22でいいらしい

アクセスがうまくいくとPCからのSSH接続と同様の間隔で操作できる

Tab補完や上下矢印キーでの履歴入力も対応している

ネットワーク

これでPCが必要なくなったわけだが、まだネットワーク問題が残っている
こちらはスマートフォンのテザリング機能で解決することにした
Wi-FiモデルのiPadを外で使う際に使うアレだ

試しに自身のiphoneのテザリングにラズパイを接続
IPアドレスを確認してWebSSHアプリのホスト名を書き換えてアクセスしてみると無事動作
外での使用が可能となった

操作の簡易化

外への持ち出しが可能となったが、表情を変化させるためには
　①アプリを開く
　②ラズパイに接続
　③コマンドを入力する
という手順が毎回発生する
これではとっさの感情表現ができず、想いを伝えられない

その問題を解決できる手段は既に見つかっていた
スマホとのSSH接続を調べた際に目に入った記事で
iPhoneのショートカットアプリでSSH接続ができるというもの

早速試してみる
１．新規ショートカット作成
２．[SSH経由でスクリプト]を実施を選択
３．以下のように設定
４．完了

[スクリプト]に実行したいコマンドを入力しておけばいい
ラズパイのシャットダウンコマンドなんかもOK

ショートカットを実行すると画面の表示が変更できた

動作確認もできたので、表情ごとにショートカットを複製
さらにショートカットはホーム画面に追加できるので、以下のように並べてみた
ショートカットのアイコンはカスタマイズできるのでそれぞれの表情にしたが、一目で表情がわかるので気に入っている

ホーム画面に並べるとこんな感じ
アイコンで遊ぶこともできるので楽しい

また、ショートカットを活用ため、Siriに
「Hey Siri. にっこりん」
と言えば、少し時間はかかるが音声認識で表情を変化させることもできる
思わぬ副産物だが、見栄えはするので「計画通りだ。」と言っておこう

このphaseの最初に”ソフトウェア”と書いたものの、実際にはLinuxコマンドをSSHで送っているだけなのでソフトウェア要素は皆無
ここまでの手順を並べるのもおこがましいレベルだが、締め切りが迫っているので致し方なかった
ひとまず動作する機能は確立できたので次に歩を進める

phase2_設計

ここでいう設計は3DCADソフトを使って「ああでもないこうでもない」とモデルをいじくりまわすもので、ちゃんとした機械設計でも電気設計でもない

現実と理想の折り合いをつけながら、自分の納得のいくカタチを粘土をこねるようにしてつくっていく

電子部品のモデリング

まずは先の検討で決定した液晶ディスプレイとラズパイのモデリングから
スケールやノギスを用いて実寸を計測して大まかなサイズで立体化できれば細部のデティールはこだわらなくてよい

液晶ディスプレイ
ただの板
ディスプレイ基板
コネクタ類をモデリングしたが、使用予定はない
コネクタ類をモデリングしたが、使用予(ry
Raspberry Pi Zero
コネクタ類をモデリングしたが、使用予(ry

ボードのモデリング

続いてボードパーツだが、ここで大きな問題にぶち当たった
ディスプレイがどう頑張ってもボードのデザイン内に収まらないのである

これは以前に製作したボード型バッジをつくる際にも避けられなかった問題ご存じの通り世の中の多くの液晶ディスプレイは長方形
対して璃奈ちゃんボードは角が取れた逆台形、八角形のような形状
ボードのデザインを重視すればディスプレイの角がはみ出し、
ディスプレイを収めることを重視すれば四角いボードになってしまう

前面のパネルパーツ
デザインの基準になるので最初にモデリング
ディスプレイのモデルと合わせると、このように角がはみ出してしまう

妥協して四角いオリジナル形状のボードをつくるのもいいが、それでは面白みがない
「できないからやらないはなしだから」ということで試行錯誤
なんとか納得のいくデザインにもっていくことができた

ボードボディの最終モデル
正面から見ると四隅に出っ張りがあることがわかる
ディスプレイのはみ出しをカバーしつつデザインも損なっていない・・・と信じて

サイドボディのモデリング

次に取り掛かったのはサイドボディ
今回、璃奈ちゃんボードを製作するにあたって実現したい要件の一つに
『ボードに電源を内蔵する』を考えていた

使用する液晶ディスプレイとラズパイはともに5V1A給電で動作するので、
スマートフォンの充電に用いるモバイルバッテリーが手軽だ
外部給電に頼らないためにはサイドボディあたりにバッテリーを格納したいところ
Amazonを徘徊していると以下のような商品を見つけた

「これならばサイドボディに内蔵できるのはないか？」
ということで、早速モデリング
バッテリーのサイズに合わせてサイドボディのモデリングも完了
サイズ、デザインともに無理のない設計ができた

バッテリーのモデル
ただの板
サイドボディのモデル
バッテリーが収まるスペースを確保しつつ、ほかの部品との連結のための穴を開けている
2番目にモデリングしたが、最後まで微調整していた

ヘッドバンドのモデリング

続いてヘッドバンドのモデリング
ここで迷ったのは「ヘッドバンドを自作するかどうか？」だ

今回、作成するボードは自身が装着できることがコンセプトとなっている
ヘッドバンドをモデリングして製作することもできるが、装着感は既製品のヘッドホンのほうが良いに決まっている
またしてもAmazonを徘徊していたところ、璃奈ちゃんボードのヘッドバンドに近い形状のものを見つけた

ヘッドバンドが黒くて幅広、レビューを見たところ装着感もよさげである
値段もお手頃なので早速購入
若干チープかつ装着感もレビューほど良くはないが、値段相応だろう
電子部品同様に採寸してモデリング、ほかのパーツと合わせても太さなどに違和感はなさそうだ

ヘッドホンのモデリング
細かいディティールは省略している
ボードとのサイズ比較
悪くなさそう

耳あてのモデリング

最後に耳あてのモデリング
ヘッドホンでいうところのハウジングに当たる部品だが、
今回は前にモデリングしたヘッドホンとサイドパネルをつなげる役割がある

デザインは決まっているので、ボードやサイドパネルのパーツと違和感のないようなサイズに調整
特徴的な花柄はパーツ分割によって再現することにした

耳あてのモデル
白と黒で別パーツになっている
裏面は連結用の穴が開いている

アセンブリ

ここまで作成したモデルを集結
全体的な違和感がないか確認して設計フェーズは終了

アセンブリ
大体イメージ通りのカタチになった

phase3_調達

さて、モデリングによって決定したボードの形状
”どうやって"、 "なにで” 作るかが次の課題となる

まず、"どうやって"
こちらは迷わず手加工
あいにく３Dプリンターなどといったリッチな道具は持ち合わせていない
「俺が３Dプリンターだ」
などと意味の分からないことを言いながら材料の選定に移った

次に、”なにで”
以前までは5cmにも満たない小型のアイテムを作っていたので、
0.5㎜厚のプラ板で事足りていたのだが、今回の製作物はリアルサイズ
装着可能となると、当然強度も必要となる
軽量化も図らなければならない
なにか良い素材は無いか、と近所のホームセンターを徘徊していたところ、
以下の商品を見つけた

メイン材料

アクリルサンデー FOREX（フォーレックス）

軽量かつ厚みのあるものは強度もありそう、加工性にも優れているとのこと
プラ板と同じ感覚で造形できそうなので、ひとまず3㎜厚を購入した
(後に1㎜厚も購入)

その他の購入品

他にも購入したものはいくつかあるが、
最終的に使用しなかったものや、ネジなどの小物は割愛
Amazonで購入した商品はリンクを貼っておく

  • microUSBの延長ケーブル
    こちらはディスプレイの電源供給に

  • スイッチ付きmicroUSBケーブル
    こちらはRaspberryPi Zeroの電源の入り切りができるように
    しかしこの商品ON、OFFが非常に分かりづらい。というか分からない

  • HDMIフラットケーブル
    RaspberryPi Zeroと液晶ディスプレイとの接続用
    miniHDMI to MDMI を選択

  • タブレット用フィルム
    こちらは液晶ディスプレイの反射防止用に

phase4_加工

設計が終わり、材料の調達も完了した
となれば、あとは作るだけである

ボディの造形

使用する材料はFOREX
3㎜の板材から立体物を作っていく方法はいくつかあるが、今回は積層で造形していく
作り方は単純、造形するパーツを一定方向に3㎜間隔でスライスした形状を板材から切り出していき、それらを貼り合わせる

切り出しはデザインナイフを用いて行ったため、当然のことながら部品の断面は不揃い
横を見ると積層していることがバレバレである
不揃いな面をヤスリを用いてある程度削り、それでも平らにならない部分に
　①パテを盛る
　　→②削る
　　　　→③サーフェイサーを塗って表面確認
　　　　　　→①に戻る
を繰り返して面を作っていく
（サーフェイサーは表面の傷チェックや塗装の下地処理に使われる塗料）

作成途中のボード側面
板を張り合わせているのがわかる
ある程度修正した段階のボード側面
若干痕跡はあるものの、ほぼ綺麗な面になっている

これらの作業を繰り返して
ボードパネル、メインボディ、サイドボディ×2、の造形が完了した

耳あての造形

最後に残った耳あての造形
こちらは半球形状の部品のため、先のような手加工で作るのは時間と労力が計り知れない
それに加えて同一形状をもう一つ作らなければならないときた

苦渋の決断で今回は文明の利器『３Dプリンター』に頼ることにした
phase1でモデリングしたモデルをプリンター持ちの友人に送りつけて依頼
3日も経たずに両側の部品が造形された

耳当ての白い部分にあたるパーツ
FDM特有の積層跡が全面にある

ただ、プリンターの造形品も完璧ではなく、
一般的にFDMと呼ばれる方法で造形したものは積層跡の凸凹が縞模様のように出てしまう
今回はパテを盛って表面を平らにすることにした
使用したのはタミヤのラッカーパテ

メインボディの造形と同様に
①パテを盛って
　→②スポンジヤスリで研磨
　　　→③サーフェイサーを塗って表面確認
　　　　　→①に戻る
を繰り返して表面の凸凹がなくなるまで削る・・・
のだが、最終的に綺麗にしたのは耳当て中央部の白い部分
時間がなかったのである（この時すでにライブ1週間前を切っていた）

修正後の耳当てパーツ
見ればわかるがこの写真、この後の塗装まで終わっている
作業途中の写真を撮る余裕がなかったため、やむを得ずこの写真になった


phase5_塗装

最後の仕上げ、塗装工程となる
使用した塗料はGSIクレオスのMr.COLORから

仕上げにMr.スーパークリア―つや消しを吹いて完了
つや消しを吹けば多少の塗りムラや筆ムラをカバーできるので重宝している

塗装に関しては途中写真が全くないという始末
出来栄えは完成写真などで確認してほしい

Final phase_合体

塗装が乾いたら組み立て

塗装済みの部品を満足げに並べているがこちら3月17日夜の様子である
（2023年3月18日,19日が虹ヶ咲学園スクールアイドル同好会UNIT LIVE! ~QU4RTZ Fluffy Magic~）

仕込み

組み立て前にパーツに”インサートナット”という埋め込みのナットを圧入

３Dプリンター部品には熱圧入
FOREXを使った部品にはそのまま圧入
インサートナットの外径より0.2㎜小さい穴をあけておくと緩すぎず固すぎなかった

組み立て

ねじを用いて各種パーツをつなげていく

サイドボディと耳当ての連結
バッテリーははめ込むだけ
サイドASSYとヘッドホンの連結
ヘッドホンは分解して中身のドライバーを抜いてある
メインボディにディスプレイと基板を搭載
ディスプレイをはめ込んでその裏に基板類をステーを設けて両面テープで固定している
メインボディとサイドボディの連結
外に見える部分なので、化粧ボルトを使った

完成！！

ちょっとした遊び心①
怒られたら消す
ちょっとした遊び心②
怒られたらｋ(ry

あとがき

今回も個人的には楽しくものづくりできたと思う
製作期間は長いほうだったが、夏休みの宿題を最後の一週間まで取っておくタプの人間なので結果的にラスト1か月の負荷が半端なかった
ライブ前日の夜までものづくりするのは今回でやめにしたいものだ

投げ出さずに完成させることができたのは披露する場があったのも大きい
最初にバッジをつくった3rdライブのころは見せる相手も仲間もいなかった
しかし、4thライブの際にTwitterで見かけた『璃奈ちゃんボード学会』という
璃奈ちゃんボード自作勢の集まりに凸したのがきっかけで得た繋がりがあったから
「何としても完成させて、みんながボードを持ち寄る場に自分もいたい！」
と思えたのだと思う
ありがとう。璃奈ちゃんボード学会

当日集合した璃奈ちゃんボードたちを見ながらお互いのボードを誉めあったり苦労話をする時間がとても楽しかった
璃奈ちゃんボードをつくることで繋がれる界隈
とても素敵だな。と改めて思った

有明ガーデンで璃奈ちゃんボード連番
ひとつとして同じボードは無かった

いろいろな”大好き”の表現方法があるけれど、絵も文章もからっきしな自分の天王寺璃奈ちゃんの大好きの表現方法はこれだと思っている

ものづくりはいいぞ
最後まで読んでいただきありがとうございました
あなたも璃奈ちゃんボード製作いかがですか？

次はあなたが璃奈ちゃんボードをつくる番！…かもしれない

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