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コンパクトLEDランプ 5
   
この欄の製作では重要な部材としてDC-DCコンバーターを使っています。 一般にはあまり馴染みのない部材ですので、その調達方法についてこちらで触れていますが、その結果のひとつとして本製作解説はなりたっています。

2010/02/19

構想

 このシリーズの最後となるコンパクトLEDランプは強力型で、大きさも
 コンパクトと言える範疇を逸脱しそうになります。

 その核になるのはNJM2360Aを使った自作のDC-DCコンバーター
 で、If 50mAの雷神を8本も駆動できます。 直接定電流駆動が可能
 なのでコンバーターとしての変換効率は70%前後のまあまあです
 が、LEDの駆動効率も含めると5種類のコンパクトLEDランプの中で最
も効率の良いモデルになります。

8本の雷神を使いますから明るさも抜群で強いてこのモデルの弱みを上げると連続点灯時間になるでしょうか? 現在のところ予測値は2時間強になっています。  既に製作したLEDフラッシュライトはアルカリ乾電池6本を使い4時間でした。 このコンパクトLEDランプ 5では単三アルカリ乾電池を3本使いますので、そんな値は妥当な範疇でしょう。

 完全自作のDC-DCコンバーターは部品点数
 が多くないので製作は容易ですが、それらの
 部品の微妙な違いが性能に大きく影響しま
 すので、個々の部品の常数をきちんと守った
 からといって同じ性能が出る保障はありませ
 ん。

 当然ながら配線のパターンにもそれが言えま
 すので、後程述べる性能の測定値は参考値としてご理解ください。

右の基板レイアウト中右側がDC-DCコンバーター部分ですが、これは試作した物を変形してランプ本体にうまく収まるようレイアウト
設計をやり直しています。  従ってこの新レイアウトで期待する性能が出るかどうかはもう一度試作してテストしなければなりませ
ん。  この細長いうなぎの寝床のような基板は電池1本分のスペースを取りますが、このモデルでは電池を3本使うことが前提の
ため空きスペースとして出る電池1本分にうまく収まります。



2010/03/12

製作

コンパクトLEDランプ 3、コンパクトLEDランプ 4に続いてこちらも電気回路の組立てから開始しました。 ここで使うDC-DCコンバー
ターは自作の物となりますが、レイアウトが変わると動作に変化が出ることがありますので、まずDC-DCコンバーターを最終レイア
ウトで製作し、LEDの代わりにダミー抵抗を使用して動作確認をした上で、LEDを繋いで動作確認という手順を踏む必要がありま
す。

DC-DCコンバーター基板の最終的な大きさは、47 x 14.5 x 12mmでこの中には電源スイッチも含みます。  前にも触れたように
この大きさは単三電池1本分(50.5 x 14.5mm)ですが、これ以上小さくするのはかなり困難でしょう。

尚電源スイッチは私の勘違いにより使用を考えていたトグルスイッチの先端がうまく出せないので、違う構造の物に変更しました。
その現物はまだ入手できていないので試作した基板にはまだ取り付けられていません。

さて組み上げた最終仕様のDC-DCコンバーターは以前試作した物とほぼ同じ動作をしてくれほっとしています。 LED電流を決定
する抵抗(25Ω)も試作時には24Ωで代用していましたが、誤差1%の24Ωと1Ωを直列にしましたので、1.25V ÷ 25Ω = 50mA ドン
ピシャの値がLEDに流れます。 LEDは1系統辺り4本を直列にした2系統ですが、その両端の電圧(LED4本のVf合計)は11.65Vと
11.64Vでした。 1本辺り2.91Vということで、これも把握していたとおりです。

動作上の問題は数値的には全く問題ありませんし、LEDやDC-DCコンバーターが発生する熱も多分問題ない範囲(十分な放熱は
出来ないので)
であると思います。 作りながらあれこれ考えたのですが、このDC-DCコンバーターの入力電圧は2.5V以上ないと
なりません。 となると乾電池の寿命間際の電池でも正しく動作させるには3本必要になります。(1本辺り0.9Vが使用可能な最低
電圧で3本で2.7Vと2.5Vを超えます。)
  またエネループの場合には1本の使用可能最低電圧は1Vですからやはり3本ないと2.5V
を超えません。

そうすると乾電池は3本という奇数本使用が不可欠になります。 そしてそれを直列にしたとき1直線に並べない限り、電池1本分の
空きスペースが出来てしまいます。 そこをDC-DCコンバーターの設置スペースと考えればレイアウト検討は終わってしまうわけで
すから、電池サイズに近しいDC-DCコンバーターのサイズというのは結構合理的だと感心しました。 後は単三ではなく単四サイ
ズで作れないかな?なんてことを考えています。

2枚の基板を切り出しました。 左がLED用で右がDC-DCコンバーター組み込み用です。

それぞれを組み上げた様子ですが、左側のDC-DCコンバーター基板のあいた所には後ほどスイッチが取り付けられます。

早速動作確認。 雷神8本は今回製作する5種類のコンパクトLEDランプの中で最も光量のある仕様ですからこちらにまともには向けられません。 LEDの中心方向で照らされた部分はご覧のように極端に露出オーバーですが、光のあたらない部分は見分けが付かないくらいの露出不足になってしまいます。

コンパクトLEDランプシリーズ後半の3機種の電機回路部分が一同に会しました。 どれが優秀と単純に評価できません。 それぞれが少しずつ違ったコンセプトで設計されているからで、この辺りは5機種全ての実動テストが済んでから詳しく触れます。



2010/03/19

製作 2

コンパクトLEDランプ 5においては単三電池を3本使うため電池ホルダー部分の構造が他の物とはずいぶん異なりますが、電池を4本使ったレイアウトから1本分は電気回路用のスペースとして使うことを基本にしています。 当然のことながら全長も長くなり撓みが出やすくなるので、1.6mm厚のガラスエポキシ基板を使い断面がT型の構造の電池ホルダーとしました。 出来上がった物はどう考えても過剰品質と言えるくらい強度の高い物になっています。

組立ては全て30分硬化開始型のエポキシ接着剤で、気温が高くなってきたので硬化速度は前の2作の時に比べて早くなって来ています。 全体の大きさが他とは数段違っていることが製作途上でも良く判ります。

以下の写真では製作手順がコンパクトLEDランプ 1やコンパクトLEDランプ 2とあまり替わらないものの、出来るだけ違う角度の写真をお見せしてより構造などの理解がしやすいようにしています。

電池ホルダーの部材ですが、深さ2.5mm、幅1.6mmの溝を彫ってから3mmのナットを埋め込む6角形の穴(きつめ!)を3mmのノミで彫ったところ。 上はM3の飾りネジ。

ナットを埋め込むとこのようになります。 ナットの表面は板の表面とほぼ一致します。 位置の確認をした上でナットの周りに少量のエポキシ接着剤を付けて嵌め込み、固定します。

そうしたら部材の最終的な大きさに切り出します。 最初にこの大きさに切り出してしまうと、溝彫りやナットを埋める作業が大変やりにくくなります。

次に電極を固定しますがこれもエポキシ接着剤によります。

コンパクトLEDランプ 1の電池ホルダーと同じような中央の仕切り板(ガラスエポキシ 1.5mm)を接着します。 仕切り板の両端は板の溝に挿し込まれます。

更にもう一枚のガラスエポキシ板を貼って断面がT字型になります。

電池はこのように収まります。 上側の電池の右にあいた部分に電気回路が納まります。 撓みや捻れがが想定していたよりもずっと少なく安心しました。 というか過剰品質です!

上段に仕切り板を固定しました。 右側の電気回路挿入部分へは多量のエポキシを使って基板を接着します。





2010/03/26

製作の続き

上段の基板を挿入する部分にDC-DCコンバーター基板を固定しますが、その前にワイヤー3本は前方に出しておきます。 固定方法はエポキシ接着剤を多量に使いドバッとおおらかに固着してしまいますがその前に最後の電気的な動作確認をしておきます。

ケースの構造はこれまでの4種類とは大きく異なり、3本装填する電池のうち1本は装填後は外から全く見えなくなります。 つまり電池カバーを外しても2本の電池しか見えません。 そのようなケースと電池カバーが正しく組みあがるよう注意を払いながら作業を進めました。 仕上げ研磨、丸め研磨、塗装作業は次回の作業となります。

LED基板に接続される3本のワイヤーを前方に引き出した上で、DC-DCコンバーター基板は所定の場所にエポキシ接着剤で固着されました。 エポキシは電気的に極めて安定な不導体なので問題はありませんが、これ以降は電気的な調整は全く出来なくなります。

真上から見たところで、当初と基板の向きが変わりました。 これは使うトグルスイッチの形状が変わったためで、トグルスイッチの先端は上部に飛び出します。

横から見るとこんな具合です。 上に飛び出たトグルスイッチの先端(黒い部分)が判ると思います。

点灯動作実験の様子。 アルカリ乾電池を使うのはもったいないのでエネループを使っていますが、完成後の使用主力電池はアルカリ乾電池になります。(待機時間が長いのでエネループでは逆に不経済になると思われる。)

ケースを作る部材に墨線を引きました。 となりとの間は2mmの空間をあけノコギリでの切断にはかなりのゆとりを持たせています。

前面に2mm厚のアクリルとLED基板を落とし込む溝をトリマーで予め彫ってやります。 位置精度を上げるうまい方法です。

そして4分割しました。 更に切り分けて8つにするのは後ほど。

前部ですが、組立て後塗装できなくなる部分にメタリック系のスプレー塗料を塗ってやり、L型に接着しました。

それを前部と後部に切り分けた後で前部を電池ホルダーにエポキシ接着剤で固定しました。

完全硬化後の様子。 LED基板がぷらぷらの状態ですが、ワイヤーを切り詰めて所定の位置に基板を収めます。

LED基板は所定の溝に収まっています。 この後上部の基板に現物合わせでスイッチのつまみが出る穴の加工、そして前部をケースで覆ってしまいます。 一応このモデルもスケルトンモデルと言えるところまで来ました。



2010/04/02

製作の続き

このモデルでもコンパクトLEDランプ 4と同じスイッチの構造ですので、スイッチの穴の改善の試行錯誤が終り結論が出て、コンパクトLEDランプ 4での穴加工作業が終了ごこちらの穴の加工に入り、ケース前部の組立てを済ましました。 ところがコンパクトLEDランプ 4の電池カバー組立てで犯したミスで作業は中断してしまいました。

コンパクトLEDランプ 5においては、電池カバーとケース前部の突き合せ部分には段差を設けるので電動トリマーを使った慎重な作業が必要になります。  作業ミスのショックは内容が内容だけに(全く修復不可能で作り直し!)暫しは何もする気にはなれず、頭を冷やしてからこちらの加工作業を再開することにしました。

上が改善策として良かろうと結論付けた穴で、下は3回目に製作さしたもののボツにした穴です。

スイッチ穴の問題はけりが付いたので、ケース前部の組立てに入りました。

ケース前部の最後の部材を貼っています。

ケース前部の組立ては無事終了しました。

この後の電池カバー材料と本体の突き合せ部分の加工は電動トリマーを使いかなり緊張を強いられる作業になることと、コンパクトLEDランプ 4でトラブルが発生し頭が少々混乱しているので作業を止めています。



2010/04/09

製作の続き 2

 電池カバーの製作に入りました。 この部分と本体前部の突き合せ部分は電池カバーが本
 体前部の下にもぐるような格好になるようにしました。  なぜそのようにしたかというと?
 突き合せ時のラジアル方向(放射方向)のガタを少なくする方法として試してみよう!という
 点にあります。 加工そのものは大半が電動トリマーで出来ますので作業時間は短いです
 が、切削精度はノギスを使っての限界の精度(0.05-0.1mm)を維持しないとなりません。
 従って切削ガイド板の取り付けや充分な試し切削と切削量確認が不可欠になります。

 左の図は電池カバーの突き合せ部分の加工詳細を表し
 ていますが、 左側は前方から見たところで、右は前部
 内面を表しています。 後ほどお見せする写真と見比べ
 ると判りやすいでしょう。  これ以外に本体前面部の突
 き合せ部分も切削しないとなりませんが、こちらの方は
切削幅3mm、切削深さ1.5mmで加工しておきます。  電池カバーの方は切削幅3.5mm、切削
深さ1.5mmですから、内部には突き合せ部分に0.5mmの隙間ができますが、表面の突き合せ
部分の隙間を減らすためのテクニック?のつもりです。(右の図面)

さて上の図で僅かですが黄色い部分がありますが、これは電動トリマーにて切削できない部分です。 実際に切削する際には4mm-6mmのストレートビットで深さ1.5mmになるようにするのですが、隅の部分は丸くなって削れない部分が出来てしまいます。 この部分だけはノミを使って削り落とすことになります。

以上のような考えかたでなんとか想定していたとおりの仕上がりになりました。 以下の写真やそれらの説明も合わせご覧ください。

第一ステップは3mm幅深さ1.5mmで本体前部の突き合せ部分の切削をしました。 使用ビットは6mmのストレートビット(TS2-6G)です。

次に幅の広い板の突き合せ部分の切削です。 奥行き3.5mm、幅35.5mm、深さ1.5mmですが、隅の部分は丸くなるのでノミで削り取ります。(写真は削り取った後。)

幅の狭い方は奥行き3.5mm、深さ1.5mmで切削し、幅の広い板と接着します。

もう一枚の幅の広い板を接着して筒状に組みあがりました。

組みあがった筒状の電池カバーを本体前部に挿し込んでみました。

当たるまで押し込んだところです。 突き合せ部分に不揃いな隙間が出来ておりますが、これを研磨して調整します。

後は底板を貼れば本体の組立ては終了というところまで来ました。 電池カバーが本体上部に突き合わさる部分の加工は大変緊張を強いられましたが、先週のコンパクトLEDランプ 4の失敗の余韻があり、失敗を再発させてはならないとの意識で無事終了したようです。



2010/04/16

製作の続き 3

こちらも組立て完了までは底板を貼るだけですが、底板の貼り方は5つのコンパクトLEDランプすべてで同じ方法を取っています。 外観を良くするには底板は内側に嵌め込むのがピンポーンですが、ある重要な理由でその板は外側に被せることにして。います

その1は電池ホルダーの底面と電池カバーはほぼ密着するようにしたいのですが、内側に底板を嵌め込む場合には工作の難易度が極めて高くなります。 それに対し外側に」被せる方法であれば、底板を貼る前に電池カバーを本体に挿入した時に電池ホルダー底面と段差が無くなるよう削ってやれば実現できます。(これは現物合わせです。)

次に電池カバーの底面には固定ネジやプッシュリベットを通す穴をあけねばなりませんが、底板を被せる方法の場合にはネジやリベットの穴をあけたやや大きめの底板を接着して(圧着保持は固定ネジやプッシュリベットで良い。)、接着剤が硬化後に飛び出た底板を削って仕上げます。(これまた現物合わせです。)  もしも内側に嵌め込む方法を取った場合には底板にあく穴と電池ホルダー側の穴は中心がずれてしまい底板の穴は大きすぎる穴になる可能性が大ですが、外側に被せる方法ではそんなことはありません。

 底板は最終的な大きさより縦横それぞれ4-5mm大きめにして貼り付けます。
 そしてエポキシ接着剤が硬化後に2mm前後ある出っ張りをノコギリで切断します。
 その後替刃式ヤスリ(M-20GP)で研磨して段差をなくします。

 ここでご注意願いたいのですが、2mmの出っ
 張りを切断するノコギリで、よく見かける9寸目
 や8寸目のノコギリ(例えばmini-Shopで販売
 している翔265)
では役不足です。

 私が使っているのは「粋な奴」という胴付き
 ノコギリ(左の写真)で、指物用というか精密
 な切断に秀でたノコギリです。 完全に使い
 こなせていない私の腕でも、右の写真のよう
な切断が可能です。

ポイントは、3mmの板アガチス(柔らかくて割れやすい。)の端から1.5mmの所に墨線を引きました。 そのほんの少し右側(墨線から0.1-0.2mm右側)を途中まで「粋な奴」で切断しました。  粋な奴の切り幅は0.6〜0.7mmあります。 従って切断できた部分の幅は、1.5mm - (0.1〜0.2) - (0.6〜0.7) = 0.8mm〜0.6mm しかありません。 ご覧のようにその細幅の切断部分は折れることなく残っています。 普通のノコギリで切断するとぼろぼろに折れてしまうでしょう。

こんな切断は胴付きノコギリだからこそ出来る芸当で、普通のノコギリをマスターできた方には是非ともお試しいただきたいノコギリですが、中でも「粋な奴」は胴付きと言いながら胴のないノコギリですので、使用可能範囲が大きく特にお勧めです。mini-Shopで販売しています。)

さてこれでケース本体の組立ては完了ですので、接合段差の研磨と接着剤の削り落としをした上で、面取り作業をボーズ面ビット(BZ-10G)を使ってやりました。 更に#240-#400のペーパーで仕上げ研磨を行い塗装作業の準備としました。

電池カバーはネジ止め式ですが、接着後には圧着保持と接着位置の精度を確保するため、ネジを充分に締めこんでいます。

接着剤の硬化を待っているのですが、ご覧のとおり底板は2mm程度出っ張っており、現物合わせの固定方法です。

接着剤が完全硬化したら「粋な奴」で出っ張りを切断し、M-20GPで残る段差を研磨して仕上げました。 

M-20GPでの研磨は仕上げ研磨にはなりませんので、面取り(角の丸め)が終わった後に#240-#400のペーパーで磨き上げる必要があります。 そして塗装に入れます。

失敗をして作り直しているコンパクトLEDランプ 4の本体組立てを待つため、ここで一旦作業を中止します。


2010/04/23

またまた大きなミス

コンパクトLEDランプ 4の作り直しが無事終了したので電動トリマーによる面取り作業に入ろうとこのランプから始めたのですが、何ともまあとんでもない切削ミスをいきなり犯しました。 これは致命的なミスで最初から作り直さないとなりません。 またこれまで目こぼししていたのですが他にも幾つかの加工ミスがあります。 

致命的なミスとはこれ! 電動トリマーでの面取り作業中にビットを当てる方向を間違えとんでもない修復不可能な切削をしてしまった。

他にも小さなミスが重なっており、スイッチの頭を削って短くしてしまったり深い傷を付けたりしている。

電池カバーの突き当て部分も左に見える片側は木目が繋がっているが、右の反対側の面は材料を切り直したため木目が繋がっていない!などの問題もある。

さて作り直しはやぶさかではないのですが、細かな緊張を強いる作業から暫し離れることが更なるミスを防止するのに必要かもしれませんし、電気回路部分は5種類とも完成していますので、一旦製作作業は止めて5種類のランプの実動試験をすることにしました。 そしてその後に残る作業を致します。  実動試験の様子は5種類をまとめて、こちらをご覧ください。


----- つづく -----


 
  
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