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LEDフラッシュライト
   
2009/05/01

構想

別項で触れている最近試しに購入した高輝度LEDは高い輝度を有しながら広角の照射角を
持ちしかも省エネ度が一段と上がった物で大変強い印象を持ちました。 そこでこれを使った
第一弾として懐中電灯の製作を検討開始しました。

LEDを使った懐中電灯なんて最近ではスーパーマーケットやホームセンターでも販売され、
買った方が良い典型のような感じがしますが、私が調べたところでは安い物はそれなりとい
うか、かなり手抜きが多く長期間安定して使えそうでなかったり、明るさが不十分とか照射角
が狭すぎるとか、問題が多い物が平気で売られているような感じがしています。

そこでLEDの特質を十分に引き出した一味二味異なる物に仕上てやろうという意気込みで製
作することにしました。

先ず比較する物があると理解しやすいので、手元でこれまで使ってきたフラッシュライトの実力を調べてみました。 右上の写真がこれまで使ってきたフラッシュライトで、単一の乾電池を4本使用します。 電池はアルカリ乾電池を使いました。

被測定機器 経過時間 軸上1m中心の明るさ 48cm離れた明るさ
フラッシュライト 新電池点灯直後 4200ルクス 4ルクス
30分経過後 3200ルクス 3ルクス
1時間経過後 2800ルクス 2ルクス
2時間経過後 1400ルクス 1.4ルクス
3時間経過後 1000ルクス 1ルクス
新型LED 8本 - - - 88ルクス 44ルクス

このフラッシュライトは単一の乾電池を4本使う大型の物ですが、あきらかにスポットライトタイプの物で超狭角の照射範囲です。
1m離れたところでおおよそ直径15cm位が最も明るいところですが、照射角で言うと8.6度になります。 この中心付近は文句なしに明るいのですが、それを離れると急激に明るさは低下してしまい、中心から48cm離れた地点では何と4ルクスの明るさ(というか暗さ?かな)しか取れません。 無論これは新品の電池を使っても!です。

電池メーカーは乾電池の寿命を放電電圧が0.9Vになった時点と考えているようですので、本来は電池電圧を測定して寿命の尽きた点としなければなりませんが、フラッシュライトを改造しないと電圧測定できないので、「中心部を外れるとローソク1本の明るさ程度になるのは実用性の範疇を超える!」という感覚的な見方から、上の連続運転3時間辺りをここでは寿命として考えることにします。


左はフラッシュライトの明るさの分布。 中心付近の直径15cm位は極端に明るいがその周りは急激に明るさが低下して
しまう。 それに対し8本の新型LEDの照射分布は超広角で照射範囲が広い。 因みに撮影範囲はほぼ同じにしてある。

このフラッシュライトを購入した理由はその当時最高の明るさにあったのですが、奇しくも今回の測定でそれは中心付近の狭い範囲だけということが再確認できました。 1m離れて直径が15cmというのは角度にして8.6度程度しかありません。 超狭角ですので実用性はあまりなく、照らしたい物が大きな物の場合上下左右に常に頻繁に動かさないと全体が良く判らなくなります。  また3時間程度の点灯時間で寿命というのも単一のアルカリ乾電池を使っているだけに大飯食いだなあと思います。 中心の明るさは低くなってもその範囲が広がる方が実用性は遥かに高いだろうというのが私の受け止め方です。

フラッシュライトの実力がおおよそ判ったところで、LEDフラッシュライトの目標とする仕様を紹介します。

   1.明るさは1m離れた軸上で100ルクス。
   2.照射角は半値角で80度(懐中電灯としてはかなり超広角です。)
   3.電源は単三アルカリ乾電池を6本。
   4.電池の寿命が尽きるまで光量は低下しないこと。
   5.連続点灯で約4時間の寿命(間歇点灯であればもっと伸びます。)


これらの目標は希望ではなくてかなりの根拠に基づくものです。

第1番目の軸上1mの距離で100ルクスですが、別項で述べている新しいLEDの点灯実験は8本のLEDを使い88ルクス/mの結果を
得ています。 使用本数を増やせば明るさは比例して増大しますから9本使ったときには、88÷8 x 9 = 99ルクスという計算になる
ため100ルクスとしています。 本数を増やせばもっと明るくすることは可能ですが、駆動方法の効率や点灯時間などを考えて9本と
しています。 100ルクス/mという明るさは最高レベルではありませんが実用上十分な明るさでしょう。

2番目の照射角はLEDの半値角です。 もっと狭角にしたいのであればフレネルレンズなどを使って照射角を可変にするアイデアが
面白いと思いますが、構造が複雑になるので今回は80度固定としました。(反射鏡使用は電球の時より効果が落ちる。)

3番目は単三アルカリ乾電池が大きさに対する容量という点で最も性能が優れているようなので選んでいます。 この為にかなり
コンパクトな物が出来るのではないかと思います。  一時はニッケル水素電池のエネループも考えましたが、寝かせておく時間の
方が遥かに長い使い方ですから、エネループの特徴を生かしきれないように思いますし、投資効率も良くありません。
6本使用という点は後ほど説明する駆動効率と連続点灯時間の適度な長さという観点から決めました。

4番目の点は大変重要です。 LEDを単に抵抗を介して駆動した場合、電池電圧が下がるとLEDに流れる電流は低下してしまいます。 従って電池の電圧低下に従い光量も低下します。 これは普通の懐中電灯でも同じことです。  電池電圧が低下しても一定した電流が流れれば明るさは変化しません。 この原理を使い乾電池が交換時期になるまで同じ明るさを維持できるようにします。

5番目の仕様は多分?と言う要素が多少残ります。
詳しくは後ほど説明しますが、乾電池の放電電流は計算上240-480mAの間で変化します。 電池が新し
い時には電圧が高くて流れる電流は少なく、電池の容量が減るにつれ電圧は下がり、流れる電流は増大
します。 従って消費電流は一定ではないのですが、単純平均の360mAが常に流れるとしたら、パナソニッ
クが発表しているデータによれば約4時間が寿命ということになります。 (右の表を参照。)

乾電池は連続運転ではなく休止期間を取ると容量が回復する傾向にありますので、間歇使用であれば更
に長時間使用可能です。

多分?と言う要素は幾つか考えられますが、実際に製作して確認してみないことには何とも言えません。
但しこれまで使ってきたフラッシュライトの寿命(3時間)より長いと思いますし電池代が安くなること、総光量
は増大することを含めれば、明らかに目標とするLEDフラッシュライトの方が経済的になるでしょう。


LED駆動回路の検討

 色々考えた末LEDの駆動回路としてはDC-DCコンバーターを使い電池の電圧を31.5Vに昇
 圧して9本のLEDを直列に接続して点灯させることにしました。
 別項で述べているように新型LED(NSPWR70CS-K1)のVfは2.93V近辺ですから9本駆
 動した時の両端電圧は26.4Vになります。 LM317を使った時にはLM317での損失を4V見
 込まないと定電流になりませんので、電源電圧は30.4V必要になります。
ここで採用を考えたDC-DCコンバーターは定格では30Vが出力電圧ですが、±5%の範囲で調整できるので上限としては上で触れ
たように31.5Vが得られます。  従って計算上はマージンが1.1Vとなり、必要にして十分な電源になります。 当然ながら無駄が
少ない設計となります。

さてここでDC-DCコンバーターを使う理由はもうひとつあります。 それは許容入力電圧範囲内で出力電圧は一定値になり変動し
ないということです。 ということは駆動効率がベストに設定した定電流回路で一定の電流をLEDに送り込む訳ですから明るさも変
わらなくなります。

電池が尽きるまで明るさが変わらないというのは実用性が高いのですが、ただひとつだけ問題があります。  それは使用中に電
池がどの程度消耗しているのかが全くわからないことです。 そこで寿命が尽きる少し前に赤いLEDが点滅してそれを知らせる回路
を追加してあります。 トランジスター2本と自己点滅LEDの組み合わせで考えていますが、本来は寿命が尽きた時点で自動的に
シャットダウン出来れば理想的です。 但しスペースに組み込めるかどうかが鍵になるので追加検討中です。

ここで簡単にDC-DCコンバーター(SRW1R50515 メーカーはコーセル)を選んだ理由について触れておきます。

これはあくまで設計値ですが、アルカリ乾電池1本の出力電圧は新しい時には1.6V程度で、寿命が尽きる時点では0.9Vまで低下
します。 ここではこれを6本直列にするので9.6Vから5.4Vが電池電圧の変化範囲となります。 この電圧が直接DC-DCコンバータ
ーに掛かるのではなくその前に電池逆接続破壊防止のダイオード(1N4007)を通過します。 そしてここで0.8Vほど電圧が下がるの
で、DC-DCコンバーターへの入力電圧は8.8Vから4.6Vとなります。  一方使おうとしているDC-DCコンバーターは、許容入力電圧
範囲が4.5-9Vとなっており、メーカー指定の入力電圧範囲に収まります。 そしてその入力電圧の範囲で出力電圧は常に31.5Vを
維持します。 取り出せる最大出力電流は50mAとなっており、過不足のないもってこいの仕様になっています。

駆動効率に関しては、定電流回路での損失電圧が5V程度ありますので、駆動効率は84%になりますが、DC-DCコンバーター自身
の変換効率が約75%ありますので、総合的な駆動効率は計算上63%となります。

LEDの駆動方法としてDC-DCコンバーターを使わない方法のひとつとしてLEDを定電流回路を介して直接駆動することを考えて見
ましょう。 この場合定電流回路での損失を最も小さなもの(オペアンプ使用の定電流回路)で考えても電源電圧は3.4V程度必要
です。 乾電池の終了電圧(0.9V)でこれを確保するには最低で4本必要になります。(電池電圧は3.6Vになり条件を満足する。)

さてこの場合の駆動効率はどうなるかというと、電池電圧が高い時には、LEDのVf約3Vに対し電池電圧が6.4Vですから46.9%と、
かなり低い値になります。 そして電池の寿命がつきかける時点が最大効率で約83%となります。  乱暴な計算ですが新しい電
池から寿命が尽きるまでの効率を単純平均として考えると65%程度ですので、DC-DCコンバーターを使ったときとの差は余りありま
せん。 但し定電流回路に損失の大きい、例えば定電流ダイオードを使った場合には、定電流ダイオードでの損失電圧を5V程度と
考えないとなりませんので、必要な電源電圧は8Vとなり、9本の電池が必要になります。 この時には新しい電池での駆動効率は
20.8%、寿命が尽きる時点で37%、平均で28.9%と駆動効率は半分以下に低下してしまいます。

私が過去1ヶ月の間に高い駆動効率を有する定電流回路に多大な時間を費やしたのは、こんなケースがあるからですが、効率の
良いオペアンプ使用の定電流回路を使った場合、9系統分の定電流回路はかなりのスペースを食ってしまいます。 従ってここでは
DC-DCコンバーターの変換効率が余りよくなくても総合的にはメリットありとして採用している次第です。

これが今回DC-DCコンバーターを使用する最大の背景です。 尚DC-DCコンバーター自身を自作するのも可能ですが、諸先輩の
方々の作られた例を見ると、あまり変換効率が思わしくなかったり、穴あき基板で簡単に作る!!とは行かないようで、かなり敷居
の高いテーマのようです。 私にはそれを超える力はなく、実用性や製作の容易さを考えると市販されている完成品から選び、それ
に合わせた設計を考えた方が良いと考えています。

 左の図は叩き台として上でご紹介した回路図を元に、LEDと駆動回路の基板レイアウトを
 描いてみたものです。 これらは15mmのスペーサーを挟んで2段重ねとしたユニット化を想
 定していますが、約35mm四方の小さな物です。

 これに合う本体(6本の単三電池、点滅LED、スイッチを含む)を作るのか?、まったく既成
 概念にとらわれない形態の物を考えるのか?、あれこれ思案しています。



2009/05/08

構想の続き

色々と思考をめぐらせているうちに内容がかなりエスカレートしてしまいました。 そしてフラッシュライトの一作目として本当にこれでよいのかどうか悩んでいます。 どんな部分がエスカレートしてしまったかというと、

  1.雨の中で使用しても問題のない防水機構とすること。
  2.乾電池の電圧が1本辺り0.9Vまで下がったら電源が自動的にシャットダウンすること。


の2点です。 1.についてはそのような仕様のフラッシュライトは市販品に沢山ありますが、防水のためのシーリングゴムをどうやって作るか?、電池蓋締結部分や電源スイッチなどの機構を自作するのはかなり敷居が高くなります。 2.の電池電圧が0.9Vに下がったら自動的にシャットダウンする機構は部品点数の増加は別としてさほど工作の難易度が上がることはないと思います。

 まず電気回路部分を検討しました。 左の図がそれですが、オペアンプの入力に基準電圧
 と電源電圧を分圧して入れています。 基準電圧は定電流ダイオードを通った電流で抵抗
 (22kΩ)の両端に発生する2.25Vとしています。
 一方電源電圧を半分に分圧してオペアンプの6番ピンに加えており、電源電圧が4.5Vにな
 ると7番の出力電圧は0Vからほぼ電源電圧に切り替わります。 また電源電圧が4.95Vに
 なった時に2.25Vが3番ピンに加わり、7番の出力電圧はそこで0Vに切り替わります。
このオペアンプの出力電圧変化でFET(2J377)やトランジスター(2SA1015GR)をON/OFFさせてやります。

部品点数が多くなったのと、フラッシュライトの内蓋を固定するネジを回路基板の中心に付け
る必要があったので、先週考えた約35mm四方よりも大きい約40mm四方にはなりましたが、
多くなった部品は何とかうまく収まったように思います。 尚この2枚の基板はネジ付きのス
ペーサー4本を使って組み上げますが、最前面(右端)は5mm厚のアルミ板に固定してやり
ます。 左端の雌ネジの部分には電池ホルダーを固定するボルトがねじ込まれます。
尚中心のネジ付きスペーサーは内蓋を固定する為のものです。

 問題は本体の構造でして、現在たどり着いたのが左の図です。 サイズは長さ210mm、
 ヘッド部分は53mm x 53mm、グリップ部分は23 x 43mmの小判型の断面を有しています。
 コンパクトとは言えませんが、木材で作るのでこれ以下というのはかなり困難でしょう。

 素材の木については沢山使うわけではないので、銘木と呼ばれるような材料で綺麗に仕
 上げてやりたいものだ!との思いを持ちながら描き上げています。

但し電源スイッチ周りの防水構造が難しくぼてっとした感じになりやすい? 電池のグリップ部分(6本の単三アルカリ乾電池が収
まる。)
をヘッドに固定する部分への水浸入を防ぐシーリング材をどうするか? ヘッドとグリップの間には電池の接続に2本、電源
スイッチの配線に3本、LEDの配線に2本、の計7本の電気的な接続部分は精度と強度を維持した製作が困難? などかなり難易
度が高い問題があります。

電池の交換を底部でやるようにすれば電気的な接続の問題は一挙に解決しますが、蓋をネジ止めとするためにグリップはこの図よりもかなり太くしないとなりません。 またヘッド部分を完全固定にしてしまうと後で修理や調整が不能になるので、ここもなんらかの防水を維持できる締結機構としないとなりません。

ゴールデンウィーク中3日間をフルに潰してあれこれ考えましたが、問題やリスクが沢山残っているのでこのままでは先に進めそうにありません。 製作リスク回避の手立てがあるのか? はてまた1作目としては割り切って、防水や自動シャットダウンは忘れて取り掛かるか悩みに悩んでいます。



2009/05/15

構想の続き 2

 これまで考えた内容で製作上の一番大きなリスクは構造的な部分にあります。
 作りにくそう、中途半端な防水構造、製作後に分解・調整が難しい!などがそれらです。
 そこでもっと合理的な形状はないものだろうか? とモニター画面とにらめっこしているうち
 に、家内がお気に入りで使っているAM/FMラジオの形状(左の写真)が何となく頭に浮か
 び、あっ!こいつの単純極まりない形状でやったらどうなるかな? と大雑把な検討を開始
 しました。 その結果おおよその寸法は60 x 60 x 120mmの直方体に収まりそうな感じでし
 た。 これはコンパクトとは言えないかもしれませんが、今まで使ってきた物よりも明らかに
 小さいことは事実であり、私の好みである単純明快な形状です。

 そこで構造・機構的なものを主眼に構想図を描いてみました。

何度か修正を加えて出来上がったものが右の図です。(相変わらずExcelで描いて
います。)
   先週の第一次構想のヘッド部分より僅かに大きくなり61mm角になり
ます。 また全長は113mmとずんぐりむっくりの感じです。
これに高さが21mm程の引出し用のコの字型取っ手をハンドルとして取り付けます。

太くなった理由は、単三電池3本を並べ(公称で43.5mmの幅)、ケースは5mmと3mm
の板の貼り合わせ構造として合計で59.5mmになりますが、多少のがたを電池挿入
部分には必要ということで、61mmとしています。  断面は正方形ですからこの形状
で最大9本の電池を装てんできますが、中央の3本分は使わずに底蓋を固定する雌
ネジをここに埋め込む考え方です。

もうひとつ構造的に考えたのはLEDランプブロックの組立ネジです。  これはLED基
板、駆動回路基板そして中仕切り板3枚をネジ付きスペーサーで連結してやります
が、4本のネジ間隔を30.5mmとして設計します。  こうすることによりこれら4本のネ
ジの頭は電池に接続する電極として機能します。  そこで使うネジはニッケルメッキ
された真鍮のバインドネジを使えば、電気的に全く問題がありません。
これは構造的にも簡単になりますので、これは名案だなーっと自己満足している部
分です。 電池を適度に押して電極への接触を確実にするスプリング6本は全て底側にもって行くことにします。

底の蓋はmini-Shopで販売しているM6のセットキャップボルトを1本使います。 このボルトはコインで締めこんだり緩めたり出来るので電池交換は容易に出来るでしょうし(先週の構想では電池交換にドライバーが必要だった。)、6mmの太さがあるので、水侵入防止のパッキン共々きっちり締め込めると思います。

こんな次第で以前の構想よりも作りやすく、実用性も高そうなものにまとまりましたので、駆動回路の部分実験を開始し回路を詰める作業に入りました。 その様子は余りにも雑然としていて写真では判りにくいのでお見せしませんが、電子スイッチ部分は前回提示のものでは期待通りに作動しなかったので、トランジスターと抵抗を追加しています。

 最終設計回路は左のようなものですが、図中DC-DCコンバーターの左をバラック配
 線にてテストしています。 尚テスト状態は最終のものと幾つかの点で異なります。

 先ず電源は可変出力安定化電源を電池の代わりに使いました。 負荷はDC-DCコ
 ンバーターで消費される電流に近い値となるよう抵抗を繋いでいますが、実際の負
 荷は入力電圧が下がってくると消費電流が比例的に増大するため、テスト状態は
 実際とかなり異なります。 但しその為に判断を誤るようなことはないでしょう。
それと定電流ダイオードは、E101が手持ちにないので、E501にて試しています。 E101の方が遥かに広い動作電圧で定電流となりますので、実際の性能は更に安定化する筈です。 点滅LEDも手持ちがないため通常の5φ赤色LEDを使いました。

入力電圧 出力電圧 FETによるロス 負荷抵抗 負荷電流 コメント
9.01V 8.90V 0.11V 30Ω 297mA 実際の負荷電流は240mA付近になる。
8.03V 7.93V 0.10V 30Ω 264mA 実際の負荷電流はほぼこんなものだろう?
6.04V 5.95V 0.09V 30Ω 198mA 実際の負荷電流はもっと多くなる。
5.02V 4.88V 0.14V 15Ω 325mA LEDが点灯した。 実際の負荷電流はもう少し多い。
4.58V 4.45V 0.13V 15Ω 297mA 実際の負荷電流は480mA辺り。 自動シャットダウン点

結果の評価としては設計時に予測した変動範囲に入っており、その変動は実際には都合の良い方向であると考えています。
第一がFETにての損失電圧で、設計時の値より若干大きめのようです。 無論ロスには違いないので少ない方が一般論としては
良いのですが、ここではロスの増加が都合が良いのです。  というのはアルカリ乾電池6本直列の最大出力電圧は9.6V、新品の
使用開始直後では10Vを超えるかもしれません。 そしてDC-DCコンバーターの許容入力電圧の上限は9Vですから、電池6本を直
接繋ぐのはちょっとどうかな?という気がします。

但し実際には乾電池が直接繋がるのではなく、電池逆接続保護のダイオード31DQ10)で約0.65Vの損失があります。 更に上記
のようにFETでの損失電圧(0.1-0.14V)が加算され、電池の電圧は8.25-9.2V前後に下がって許容入力の上限を僅かに超える程
度になります。 許容入力電圧範囲は絶対定格として発表されていないので、この程度であれば実用上問題は起きないと思いま
す。 FETのロス電圧は流れる電流が増加すると増大しますので、入力電圧が4.58Vの際のロス電圧は実際には0.15-0.16V位に
なると思われます。 そうすると電池6本使用時の下限の電圧値(5.4V)はダイオードとFETを通った値は4.6V-4.5Vとなり、これまた
設計値より低くDC-DCコンバーターの許容入力下限4.5Vにより接近し好都合というわけです。
結論として電圧値の調整に余計な部品の投入が不要であり大変ラッキーな結果になっています。

尚自動シャットダウン機構は、入力電圧が5.02V(実際に電池を繋いだ時には5.67Vの電池電圧)に低下したときにLEDが点灯して
電池寿命が近いことを知らせ、更に4.58V(実際に電池を繋いだ時には5.23Vの電池電圧)に下がった時にシャットダウンしていま
す。 これらの変異点は無論調整可能ですが、定電流ダイオードがE101になった場合にはシャットダウン電圧はもう少し高い値に
なるでしょう。  ON/OFF手動スイッチも極めて快調に作動します。

ひとつ心配なのは点滅LEDです。 手持ちがないので単純に赤色LEDに270Ωを繋いでいますが、LEDが点灯した時のオペアンプの
出力電圧(1番ピン)は3.33Vでした。 また抵抗(270Ω)の両端電圧は1.18Vですので4.4mAの電流が流れていることが判ります。
少ない電流ですが視認性は十分以上あります。 但し実際の点滅LEDは駆動電圧を5Vに指定している物が多いのと、どの位の電
流が流れるのか不明ですので、うまく点滅させられない可能性も残っています。

もっとも外観図を描いていて5φのLEDは大き過ぎるなあ!と感じており、3φのLEDにしようか?とも考えたのですが3φの点滅LEDは
存在しないようなので仕方なく5φで描いたといういきさつもあり、5φの点滅LEDがうまく作動しなければすっぱりとあきらめて3φの通
常の物にしてしまうかもしれません。

 こんな具合で大変気を良くしましたので、引き続き基板のレイアウトを考えました。
 もっとも色々な矛盾が発生したために2日掛けて10回近く描き直した結果、どうにか
 左のようなものにまとまりました。 先週ご紹介した物に対して中央のボルトが不要
 になったものの、部品数の増加込みで何とか小さく収めています。 全体のバラン
 スもまずまずでしょう。

 残る敷居の高い部分は電源スイッチでして、市販品そのものでは駄目なので、市
 販品を元にスイッチアセンブリーを組み上げるか、或いはスイッチアセンブリー全体
を自作するか?(構造図面はその方向で描いています。)の2通りでまだ悩んでいます。 ともあれ近々にLED照明基板と駆動回路
基板を製作し、ユニットとして完成させたいと考えています。



2009/05/22

LED駆動回路基板の製作

バラ配線にてのテストは良好に進みましたので、駆動回路基板を組み上げてより最終的な構成に近い状態で確認すべく、駆動回路基板を試作いたしました。  その為に最終的に使用予定のDC-DCコンバーター、ショットキーバリヤーダイオード、定電流ダイオード、自己点滅LEDを入手し、既に考えていたサイズの基板を切断して組み始めました。  ところが組み進むうちに幾つか不都合があり、基板のレイアウトはもう一度やり直すことにしました。


 第一番目はショットキーバリヤーダイオード
 が予想より大きかったことでこれまでのレイ
 アウトでは搭載できません。
 第二に私の勘違いでオペアンプの大きさと
 ピン位置を間違えてレイアウトしていたこと、
 第三に基板から引き出すワイヤーが合理的
 な位置ではないこと、でした。 お恥ずかしい話ですが余りにも不完全なレイアウトを先週
 紹介していたわけです。 左側のレイアウト図は完成して動作確認をした後の物で、右がそ
 の回路図であり、電源として定電圧電源に繋いだ(乾電池ではない)時に得た各部の電圧
 を入れてあります。

 基板レイアウトは兎も角として回路図について最終的にどうなったかについて少々触れて
 おきます。

先ず自動シャットダウン回路の調整抵抗は10KΩと1.5kΩを直列に繋いだ11.5KΩとなりました。 入力電圧の変化で各部がどうなったかは一覧表を後ほどお見せしますが、これにより入力電圧の下限は5.6Vになりました。 電池1本辺り0.9Vを下限とするなら5.4Vになるのですが、ニッケル水素電池を使用する場合には下限を1Vとするのが標準のようですので6本分の6.0Vに少し接近させてやることにしました。
(以前ニッケル水素電池は使わない!としていましたが、「場合によっては使うこともあり得る!」とアルカリ乾電池を優先としながらも考え方を少し変更しています。)

また基準電圧についてはE101に置き換え2.4Vとしています。 DC-DCコンバーターの出力電圧は調整無しで30.2Vありました。 そして9本のLEDを直列にした時のVfトータルは26.4Vとなりその差3.8Vは定電流動作範囲に入っているため、出力電圧アップの調整抵抗は追加しませんでした。 但し何らかの都合で電圧調整が必要なことが起こりうるので、追加出来るスペースは確保してあります。

調整が完了し新LEDテストの時に使ったLED基板を接続してテストした状態での各部の動作電圧は次の通りです。

電源電圧 消費電流 消費電力 コンバーター
入力電圧
コンバーター
出力電圧
コンバーター
出力電流
コンバーター
出力電力
LED
消費電力
点滅LED
9.6V 250mA 2.4W 9.2V 30.2V 50mA 1.51W 1.32W OFF
9.0V 265mA 2.4W 8.6V 30.2V 50mA 1.51W 1.32W OFF
8.0V 295mA 2.4W 7.6V 30.2V 50mA 1.51W 1.32W OFF
7.0V 340mA 2.4W 6.6V 30.2V 50mA 1.51W 1.32W OFF
6.0V 395mA 2.4W 5.6V 30.2V 50mA 1.51W 1.32W ON
5.6V 435mA 2.4W 5.1V 30.2V 50mA 1.51W 1.32W ON

電源電圧を9.6V(新品の電池6本)からテストを開始しその後は1V刻みで電圧を下げ自動シャットダウンした5.6Vまでの各部の変
化の様子です。 当たり前と言えば当たり前なのですが、入力電圧が変化してもDC-DCコンバーターの出力電圧は30.2Vに張り付
きピクリとも動きません。 その後に定電流回路が入っているので、LEDへの入力電流は50mAの一定値、つまり電池が新しい時か
ら交換時期まで全く明るさの変化はありません。

電源電圧が9.6Vの際にDC-DCコンバーター入力電圧は9.2Vと許容入力電圧の上限(9.0V)を僅かに超えますが、絶対定格ではな
いので問題はないと思います。 またこの時の入力電流は250mAで総消費電力は2.4Wとなります。  次に自動シャットダウンが
動作する電源電圧を5.6Vになるよう調整しました。 その時のDC-DCコンバーター入力電圧は5.1Vでこれは許容入力電圧内です。 入力電圧が低下するにつれて入力電圧は増加して行きますが、その関係はほぼ逆比例になっています。 従って総消費電力はほぼ2.4Wの一定値で推移しています。

駆動効率について少々計算してみました。 LEDのVfトータルは26.4Vで9本直列ですから1本辺り2.93Vです。 これに50mAの電流が流れますから、LEDの消費電力は1.32Wです。  そして総消費電力は2.4Wですから駆動効率は55%となります。 交流100Vを整流して直接駆動した時には80%以上の変換効率に比べれば悪化するのは判っていましたが、期待していた値は63%ほどでそれより8%ほど低いです。

最も63%の期待値の時にはDC-DCコンバーターの変換効率を75%としていましたが、メーカー発表のデータでは5-9V入力時に72%と低いのでその分は割り引いて60%の期待値として考えないとなりません。 それでも5%の差が残るわけで、これはDC-DCコンバーターの実測した変換効率が67%前後であることに起因しているようですがその原因は判りません。

DC-DCコンバーターの変換効率は低電圧でLEDを駆動する時の一番のネックになる部分で、自作ではこれを抜本的に解決しにくい難問です。 但し乾電池の平均出力電流は400mAを超えることはないでしょうから、連続運転4時間という目標は達成できると考え、今回はこれで良しとします。 またエネループを使った場合には1900mAHの容量から計算すると、4.8時間程度の連続使用可能時間になります。

ここまでの様子は以下の写真をご覧ください。

LED基板は過日新型LEDのテストをした時の基板に1個追加した状態で仮に実験しています。

完成したLED駆動回路基板。 高さは12.5mmほどあり、15mmのスペーサーを介してLED基板と連結します。

それを真上から見たところ。 一番大きな四角い物がDC-DCコンバーターです。

裏側の配線の様子。 一部半田付けをやり直した部分もあり大変汚らしい感じになってしまいましたが、電気的には問題無しです。

参考までに心臓部のDC-DCコンバーターをお見せします。 これは今回使ったものより1ランク上の容量の物です。

その裏面ですが実装密度が高く、とても手半田では作れそうに思えません。 自作をあきらめている所以です。

動作テスト風景。 右上が駆動する電池の替わりに使った自作定電圧電源で、1.25Vから32Vまで電圧を可変できます。 現在7.03Vの電源電圧です。 尚LEDの明るさは全電圧域で軸上1m離れて約100ルクスと計算どおりでした。

電源電圧が5.83Vまで低下し点滅LEDが点灯しています。 これが更に5.6Vまで下がるとシャットダウンされてLEDは消灯します。 左上の電流計の針は上限の500mAにかなり近く振れているのが判るでしょうか?

引き続きアルカリ乾電池を使った連続駆動テストをいたしました。 LEDは最終基板に固定した物ではありませんが、ここで何らかの違いが出るとは考えにくいので、このテストでの結果を見て最終的な評価を下すことにします。

使用したアルカリ乾電池はパナソニック製で、聞くところによると最もパワフルな物とされています。 現在はオキシライト乾電池とかエボルタ乾電池など更に高性能な物が出ておりますが、オキシライド乾電池は電圧が1.7Vと高く問題を起こす可能性があることや、何れもどこでも購入できる物ではないので、標準的な物として選んでいます。

テスト方法は簡単で、乾電池の出力電圧と出力電流を15分おきに測りました。 但し点滅LEDが点灯するであろう頃から1分毎に記録をとりながら電圧計を監視し、LEDが点滅した時の電圧と消灯した時の(シャットダウン時の)電圧を読み取っています。  こんな作業はデータロガーがあればどうということはないのですが、現役を引退した特権?を生かしています。

以下はその結果をグラフにしたものです。







定電圧電源を外して電池ホルダーに単三アルカリ乾電池を6本装填して繋いだ簡単な方法です。(左上の写真。)

測定は15分おきに電池の出力電圧/電流を測定していますが、3時間15分後と3時間30分後の電圧の低下の度合いが高かったため、その後は5分間隔で測定し、点滅LED点灯後は1分毎に測定しています。

左はここで使った単三乾電池を6本直列接続で装填できる電池ホルダーですが、接触不良や接触抵抗が大きめで、電池に触れただけで電池電圧の変化が100-200mVも起きることがありました。 流れる電流は300mAを超えますから無視できない電力ロスに繋がります。 詳しくは後述します。


大づかみに見れば定電圧電源に繋いだ時との違いは無いと言えますがミクロ的には自動シャットオフやその前の点滅LED点灯のタイミングは定電圧電源で駆動した時とほぼ同じものの、次に述べるような違いを発見しています。

第一番目は新品の電池電圧で、無負荷の状態で9.62Vありました。 しかしLEDを駆動開始したとたん電圧は9.1Vに下がりました。 この時にDC-DCコンバーターに掛かる電圧は0.4V低い8.7Vになります。 この値は許容入力電圧範囲に入りますから全く問題無しです。

第二番目が電池ホルダーの接触不良で、駆動テスト中にホルダーを持っただけで出力電圧が変化します。 正確にはオシロスコープなどを使わないとその電圧変化は読み取れないのですが、デジタル電圧計の読みでは100-200mVも変化してしまうことがありました。  以前どこかのホームページで市販されている電池ホルダーは使い物にならない!とのコメントを呼んだ記憶がありますが、正にそれを確認した気がしています。 見た目は問題なさそうですが−側に接触するスプリングは鋼鉄線をメッキした物でこの固有抵抗が気になりますし、スプリングの力だけでは接触は不完全なようです。  この現象の確認はフラッシュライト本体の製作時に生かさなくてはならないと考えており、電池の接続部分は接触抵抗を十分に抑えた構造でなくてはならないと考えます。

第三番目は点滅LEDに拘わることです。 上のグラフでは電池電圧が6.06Vに低下した時に点滅LEDが点灯しておりますが、その後の電池電圧は点滅周期に合わせて変動します。 点灯している時には低くなり、消灯していると高くなるといった具合です。 この時に電流変化が30mA程度発生しています。 つまり点滅LEDの点灯で30mAの電流が流れているわけです。 この影響はDC-DCコンバーターの出力電圧変化をもたらしていないので、肝心な照明用LEDの明るさの変化は出ていませんが、電池消耗を促進するだけでなく点滅LEDを駆動するオペアンプへの負担が大きくまずいと考えています。

購入した点滅LEDは無印商品で動作電圧3.5V以下の定電圧駆動と規定されているだけで、消費電流も全く判らない物でした。 点滅LEDは殆どがそのような物ばかりですので、以前ふっと考えたように最終的には3φの赤色LEDに置き換えて流す電流も2-3mAに抑えようと考えています。 (註: 点滅LEDがONの間の電圧電流は上下に変化していますが、その中間付近と思われる点でグラフ化しています。 この点をご留意ください。)

以上2点の問題がありながら連続駆動時間は4時間5分と目標としていた4時間は何とかクリヤーできましたが、電池ホルダーの接触の改善と通常LEDの置き換えにより多少は動作時間が延びるかもしれません。 ところでこのテーマの冒頭の方で掲げたメーカー発表の電池寿命時間のグラフに比較すると良くない結果ですが、これをもってメーカーを責めるのは酷だと考えています。

メーカー公表のデータは定電流負荷とした場合ですが、この駆動回路は上のグラフを見てお判りのように最初と最後の一時期を除くとほぼ2.4Wの定電力負荷となっており、条件が根本的に異なります。 仮に電圧が下がってくると電流は逆に上昇して行くのは定電流負荷よりも電池にとって厳しいとしたら当然寿命は短くなるでしょう。

また私が購入してきた電池がどのくらい店晒しになっていたのかも寿命に影響しますし、寿命終了の判定電圧もメーカーなら5.4V(1本辺り0.9V)で考えるはずですので、保存期間が短いことが確認できた電池で最終電圧を0.9Vとして設定した条件でテストすると駆動時間は更に伸びると思います。

多少の問題はありながらも4時間以上の駆動時間は目標値をクリヤーしていることもあり、このテスト結果は良しと判断しました。

ところで最終的なLED基板はまだ組立てていません。 というのはフラッシュライト本体に組み込む際に駆動回路基板からLED基板とスイッチ基盤への配線を半田付けではないスマートで別な方法を考慮中のためで、電源スイッチ共々次の製作課題になります。 とは言え電気回路の一番重要な部分は終わりましたのでほっとしています。



2009/05/29

本体部分の構造再検討

電気回路の主要部分は無事完成しましたが、電源スイッチ基板をどうするか詰める作業と本体構造に問題があるので、再検討し一部を変更しました。

実は目標にははっきりと掲げていなかったのですが、今回製作するフラッシュライトは防水構造をかなり積極的に取り込もうとしています。 と言っても水深何メートルまでOK!のような本格的なものではなく、JISが規定する保護等級で言えば3-4等級(防雨-防沫型)を目指しています。 平たく言えば雨が降っている中で使用しても全く問題が無い程度の防水です。 本体の仕上は十分に沁み込ませた油性ウレタンニスによりますが、これは我が家の入り口近くに設置したVIC's D.I.Y.のウェルカムボードの仕上に使い既に4年風雨に晒されていますが、ひび割れや剥がれが全く生ぜず十分な信頼性の実績があります。  電池室の蓋部分はゴムのパッキンを使って水の浸入を防ぎますが、もうひとつLED照明ユニットと駆動回路の組み込み方に一工夫が必要です。

 それは何かと言うと、完成後に分解して調
 整や修理が出来るようにするかどうかで、分
 解不能で良ければエポキシ樹脂でがちがち
 に固めてしまえば良いものの、調整も修理も
 不能になるのではちと乱暴な作り方です。

 前々回紹介した構造では、前面ガラス部分
 とその後ろのLEDブロックを固定する5mm厚
 のアルミ板は本体にエポキシ接着剤で固定
 し、LEDブロックと駆動回路は電池の挿入側
 から順次ネジ止めするつもりでいました。

 しかしこうした時にLEDブロック、駆動回路、
 そして電源スイッチ基板の間の結線は狭く
 て奥まっているため非常に難しくなります。
 またガラス板の後ろ側の汚れを落とすのも
困難です。  もうひとつハンドルを固定するネジの締め付けが出来なくなるので、本体組立前にハンドルを固定しないとならない? というへんてこな現象が起き、塗装を含め作業順序がややこしく難易度が上がってしまうことも判りました。

そこで前部の構造を抜本的に変更し、5mm厚に替えて3mm厚のアルミ板を本体組立時に埋め込みます。 構造図でAと記した物がそれですが、そこにLEDブロックと駆動回路をやはり3mm厚のアルミ板に一体化した電気回路をネジ止めします。 そのネジ止めの際にガラス板も共締めしますが、水の侵入防止は前枠の隅にシリコーンコーキング材を使ってやります。  こうすることで分解しない限り水の浸入を阻止できますし、分解した時にはコーキングの打ち直しをすれば防水効果を保てます。 また前の構造ではLEDブロックを固定しその上に駆動回路を固定しとしないとなりませんでしたので配線が大変でしたが、それらを組み上げた状態で本体に固定しますから、電源スイッチからの配線だけで済みしかも後ろから組み込むのに比べれば遥かに容易です。

 さて電源スイッチは小さなタクトスイッチ
 (6x6x4.5mm)を2個使って防水構造の物を作
 ります。(右の写真がタクトスイッチです。)
 タクトスイッチを17.5mm離して穴あき基板に
 固定しますが、その間に1mm厚真鍮板を渡
 し、それを中央で0.5mm燐青銅板を半田付け
 し(T字型になる。)、下側には3箇所突起を出
 しておきこれを基板に挿し込んで半田付けし
 ます。 真鍮板はタクトスイッチのトップ面に
 触れるかどうかのぎりぎりにして、真鍮板の
どちらかを押してやれば、片方のスイッチがプチッとONになります。 両方のスイッチをONになることはありません。 言ってみればシーソーみたいなものです。 この基板を裏から固定すると真鍮板の上面は本体の面と同じ高さになるのでそれらを薄いシリコーンゴム系の幕で覆ってしまえば水は浸入しなくなります。 その上から1.5mm厚アルミ板を貼ってお化粧してやろうという魂胆で、使うゴム幕の耐久性が問題ですが、大きな物が必要ではありませんから何らかの廃物利用で作れるでしょうしスイッチ自身のストロークは0.3mm程度の僅かなものですから、接着法さえクリヤー出来れば柔らかなプラスチックでも行けると考えています。

 もうひとつ電池駆動実験中に気づいた電池ホルダーの接触不良についてですが、鋼鉄線を
 メッキしたスプリングは固有抵抗が大きいはずですので、これを改善するためスプリングに
 銅のリベットを嵌め込みこれにワイヤーを半田付けしてスプリングの固有抵抗を回避すること
 を考えています。 左の写真は既製の電池ホルダーにアルミ製のリベットを挿し込んでみた
 もので、同じことを銅のリベットでやります。(そうでないと半田付けできないので。) これで
 どの程度改善できるかは別途実験してみる予定です。

 細かく高精度加工を要求する作業の連続ですが、限られた道具・工具を使って何とか実現
 できそうな感じがより高まってきています。 構想としてほぼ矛盾が無い状態になったような
 ので、設計に進み各部の寸法を決定しようと思います。 一部分アバウトでまとめた部分も
 ありますので、それらの変更も含めて次回にご紹介します。



2009/06/05

設計と各部寸法の確定

運動不足を補うため私は毎朝約6kmの散歩を続けていますが、その間に季節の変化を通りすがりの花や渡り鳥などに感じたりしていますが、製作構想を練るのにも重要な時間です。 その構想を積み重ねた結果を設計図とも言うべきものにやっとまとめあげました。

 構想の各所には詰めの甘い部分もありそれらの修正も含めて書き直したものが左の全体
 図です。 大局的には以前と同じですが、より合理的になるよう若干の寸法を変更した部分
 が結構あります。

 主だったところを補足しますと、

 90mmスパンの取っ手は本体の端ぎりぎりの所に取り付く感じでしたが、本体全長を
 117mmまで伸ばしています。 また取っ手内側の高さを20mm以上とし、指がスイッチに触
 れて作動しやすそうなのを防ごうとしています。

 この図面では判りにくいと思いますが、電池の蓋内側上面に小さな板を貼り付けて蓋を固
 定する際の方向性をはっきりさせています。 さもないと電池が間違って接続されてしまい
 ます。(極性反対に接続されても回路が壊れないよう安全弁はありますが。)

 その電池ホルダーの電池受けと裏蓋の接続箇所の
詳細は右の図のように考えています。 端子間を繋ぐ橙色の部分は0.5mm厚の銅板で、
これにより6本の電池が直列になります。 

 電源スイッチ部分に使用する防水ゴムシートはその
 後色々物色し、物理特性で最も良さそうなシリコーン
 ゴムに絞る中で、パソコンのCPUの放熱シートとして
 作られた38 x 38 x 0.5mmを使うことにします。
 構想段階で考えた電源スイッチ部分は大きすぎるの
 で、このゴムシートに合わせて再設計しています。 左の図はその詳細で、基板と上板の
 固定はそれぞれ6本の小ネジを使いますが、上下で干渉しないようネジ穴位置はずらして
 あります。 それと電池寿命を知らせるLEDとスイッチからの配線は4本になりますが、リボ
 ンケーブルを使ってLED照明/駆動ユニット部分に導かれます。

そのLED照明/駆動ユニット部分も使うアルミ板の板厚を3mmから4mmに増やして強度ア
ップを図りました。 また本体に取り付ける際には2ブロックをボルトで共締めするようにしまし
た。 電源スイッチ基板からのリボンケーブルをLED駆動回路基板に接続するにはAブロック
のLED基板にあいた4つの穴にドライバーを挿し込んでネジ止めします。 従ってBブロックが
離れていないとなりません。 その後M3のネジで本体にABブロックを共締めします。

 LED駆動回路基板には電源スイッチからの4本の線
 を接続する4Pの端子(左の写真)を追加することにし
 ましたので、全面的にレイアウトを見直しました。
 但し回路的には完成しており前回に対し電池寿命
 標示のLEDを3φの普通のLEDに変更に伴い電流調
 整抵抗を追加しているだけですが、レイアウトは全く
 別物のようになっています。

 他にも極マイナーな変更が幾つかありますが省略します。 まだ寸法的に変更が出そうな
 のはハンドルを含む高さで、現在は87mmとなっておりこれはハンドル内側の高さが20mm
 時の想定です。 取っ手の選択はまだですので若干変わる可能性がありますが、ハンドル
固定ネジのスパンは90mmと決めています。

恐ろしく時間と手間を掛けて構造検討や設計を進めていますが、念には念を入れて確認を
しないと製作途中で挫折したり完成度の低い物になりやすいからで、実際私が若い時に作
った物は完成度が低い物が殆どか、途中で投げ出してしまったケースが多かったです。
その意味ではExcelを使って十分に納得できるまで詰められる今は大変ありがたいです。

さて以上が済んだ所で実寸で印刷して大きさの感じを確認しましたが、得られる明るさ(1m
離れて約100ルクスの予定)
の割には大変コンパクトに仕上がりそうです。






2009/06/12

LEDブロック製作開始

いよいよ製作開始ということでLED駆動回路及びLED実装基板の製作に取り掛かりました。 既に一度製作した駆動回路基板から抵抗を除く殆どの部品を外した上で新しい穴あき基板に半田付けしましたが、実装密度がぐんと上がるためかなり慎重に作業を進めました。

 回路的に変更したのは点滅LEDを3φの普通のLEDに変えた点ですが、オペアンプの出力
 電圧は高すぎるので220Ωの抵抗を挿入しました。 またこのLEDが点灯するのは電源電
 圧が6.0Vになった時となるようこれまで11.5KΩだった抵抗を11.2kΩに変更しました。

 何故6.0Vで点灯するようにしたかというと、ニッケル水素電池やニッカド電池を使った場合
出力電圧が1.0V以下になると過放電となり電池を痛めます。 6本では6.0Vになりますから、赤いLEDが点灯したらニッケル水素やニッカド電池では使用を中止という意味になります。 アルカリ乾電池の使用が最優先の設計ですが、充電池を使っても問題が起き難い様にしたかったということです。 LEDに流れる電流は7mAしかありませんが、赤色LEDは発光効率が良いので十分な視認性があります。 変更を反映した回路図と各部の動作電圧は上の図の通りです。

尚この変更でシャットダウン電圧も若干下がり電池電圧が5.5Vになりました。 そしてDC-DCコンバーターへの最も低い電圧は5.0Vになっていますが、何れも問題はありません。 というかより乾電池からエネルギーを搾り出すと言うか連続点灯時間が若干延びる方向です。

作り直した駆動回路基板は非常にロジカルなレイアウトになり、後ほどご覧頂く写真でよく判りますが、電池からの入力部分の配線、LEDへの結線、電源スイッチ基板への端子板、何れも大変合理的になっています。 それらの様子は以下の写真をご覧ください。

作り直した駆動回路基板。 4Pの端子が追加され実装密度は飛躍的に高くなりましたが、レイアウトの合理性も大幅に改善されています。

上部左右に見える金属のスペーサーは同時に電池が接触するプラスマイナス端子に直接繋がります。 そして基板の配線も小さなラグを通しています。 裏の配線密度も結構高く慎重に半田付けを進めました。

プラスチックスペーサーの上にLED基板を載せて仮止めしました。 実際にはこの上にアルミ板と木製のスペーサー、ガラス板(最終的にはアクリル板)が加わって本体に共締めされます。

LED基板には4つの穴がありますが、その下にある端子板のネジを締めるのにドライバーを挿し込む穴です。 これは木製スペーサーを載せると見えなくなります。

4P端子板を横から見た所矢印の先4箇所にワイヤー(電源スイッチ基板から来る。)を挿し込んで上からネジを締めて固定します。

LEDからの配線は垂直に降りて駆動回路に半田付けというこれまたうまいレイアウトです。 これらの工夫で実装密度が高いのにすっきりとしたレイアウトになっています。

可変定電圧電源を繋いで点灯試験。 右は電池寿命を知らせるLEDが点灯したところで、電源電圧は6Vです。 そして更に5.5Vまで低下するとシャットダウンされるようになりました。



2009/07/10

製作の続き

電源スイッチは小型のタクトスイッチを使いますが購入した物は規格が全く不明でしたが、低電圧で電流も微量ですから問題は無いと見ています。 2つのタクトスイッチはそれぞれON/OFF用ですが、同時に押されるとややこしい話になるので(壊れることはありませんが)、シーソー式に作動するよう穴あき基板の上に間に支柱を挿入してやります。 その支柱は0.4mm厚の燐青銅板を使いましたが、何も特殊な燐青銅板でなくとも半田が付く真鍮板でも十分です。 シーソーの板部分はこれまた穴あき基板を使いこれと支柱は半田付けで固定します。 支柱の反対側にはスイッチ基板に挿し込む脚2本を切り出していますので、これを挿し込んで半田付けして完了です。  残るはLEDを半田付けし配線して4本のワイヤーを取り出せばよいのですが、細かな作業ですので落ち着いてやらないと半田でショートさせる可能性が高く緊張を強いられます。

ランプブロックにはアルミ板と木から作ったスペーサーそしてアクリル板を組み合わせた前部の部品の加工が必要です。 これらの寸法は正確に出しておかないとなりませんが、そのための研摩加工についてはちょっと変わった方法を取っています。 一言で言うと回転ヤスリで仕上る方法ですが、直角をキープしながら寸法も簡単にドンピシャに追い込めて、曲面の研摩も容易、そして研摩作業における疲労が少ない!と良い事尽くめですが、回転ヤスリそのものをうまく使うのに一工夫が必要で、電動ドリルアタッチメントを改造した回転ヤスリにも対応できる物を近いうちにご紹介したいと考えています。  今回はその基本的な仕掛けの部分をお見せします。

残る作業は本体を作るだけになりましたが、実は本体を作る材料がうまく見つからず困っています。 私としてはアガチスかチークの薄板(3mmと5mm厚)を使いたいと考えているのですが、そんな材料を販売していたホームセンターがあるディスカウントストアに買収されていつの間にか店頭から消えてしまったのです。 工作用の趣味性の強い材料ですからなかなか扱っているところが見つからず代案も含めて悩んでいます。  元気の良さそうなホームセンターは建築関連プロ用の品揃えにどんどん傾斜しており、D.I.Y.に対する力は抜ける一方といった傾向が止まりません。

電源スイッチ基板を作る部材。 シーソーの板は穴あき基板から切り出した左下でその右に見えるのが燐青銅板を切って作った支柱です。

シーソーの板に支柱を半田付けしました。 支柱の反対側には角のような2本の突起が出ていますが、これを電源スイッチ基板に挿し込みます。

電源スイッチ基板に挿し込んで半田付けしました。 この角度では面白くありませんが、後でこの上に防水用のシリコーンゴムシートとアルミ板が載ります。

真横から見るとこんな具合で、タクトスイッチの上面との間に僅かな隙間があります。 こうすると2つのスイッチの同時押しは出来なくなります。

電池寿命表示の赤色LEDを追加し裏側の配線と4本のリード線を半田付けし完成した電源スイッチ基板は、このようにLED駆動回路基板に接続されます。

この上にアルミフレームが2枚、木製のスペーサーが1枚、そして3mm厚のアクリル板が最前面として取り付けられます。 また後部には電池を受ける板(9mm厚)が取り付けられLED照明ユニットとして完成します。

それらの作業は飛び込みで入った定電圧電源の製作が完了後にご紹介します。


2009/09/04

製作の続き 2

飛び入りテーマの電圧可変定電圧電源を先に作ったため製作作業はほぼ2ヶ月ぶりになります。 LED照明ユニットには4mm厚アルミフレームを2枚使いますが、これを製作しLED照明ユニットを完成させます。

アルミ板の加工は板厚が4mmと厚めなこともあり、難作業のひとつになるかもしれません。 ここでは定電圧電源のフロントパネル(1.5mm厚アルミ板)の加工法と全く同じ方法を取りました。 つまり非力な電動ジグソー(CJ-250)に円切り木工用ブレード(mini-Shopで販売しているN0.5)を組み合わせての切断です。

これは裏技に近いアブナイ!方法と言えるかもしれません。 というのはCJ-250のメーカー発表のスペックでは非鉄金属の切断は3mmとなっておりますが、それより厚い4mmのアルミ板切断を木工用のブレードでやる! と言う点にあります。 従って工具を壊してしまうこともあり得ますので無条件でお勧めできませんし、少なくともメーカーの保証外の使い方であることは間違いありません。

私の場合どうだったかと言うと電動ジグソーはかなり加熱し長時間の連続運転は不可能と感じました。 私自身は切断作業を5分程度で一旦止めて休憩しモーターの温度が下がってから再開というようなやりかたで、電動ジグソーが壊れるようなことはありませんでした。(私のCJ-250は発売して間もない頃に購入しておりますからもう5年半ほど使っており、かなりがたが出てきていてモーターの力も低下しているはずですが、感覚的には5mm厚のアルミ板まで切断できそうでした。)

ところで木工円切用ブレードの使用も曲線切りが容易に出来るだけに快適に作業が進み、ブレードの痛みもそれ程ではないためますますお勧めの方法として使えます。

アルミ板にセンターポンチ(mini-Shopで販売しているハンディーポンチ S)で切断線や穴位置をけがき、センターポンチを打ち込みました。 赤くなっているのは2.5mmの穴をあけるというしるしです。

3種類の穴(2.5、3.2、6.0mm)の穴をあけ終わりました。 2.5mmは雌ネジを切るための下穴、3.2mmはM3ボルト用バカ穴、6.0mmはジグソーで切断するためにブレードを挿しこむ穴です。

CJ-250にNo.5のブレードを取り付けて切断中。 電動ジグソーにとっては過負荷の状態となるので、オーバーヒートにならないよう連続運転は5分程度に留めて暫し温度が下がるよう休憩しました。

切断終了後です。 4mm厚アルミの切断は容易とは言えませんが、注意してやれば工具を壊すことなく実現できます。(メーカー保証外の使い方ですが?)

切断面をヤスリで研磨して仕上ました。 電動ジグソーでけびき線の外側0.2mm辺りで切断したため、意外に研磨作業は簡単に終わりました。

8箇所にM3の雌ネジを切っています。 手に感じる負荷状態次第でタップを少し逆回転してから更に切り込むなど注意しないとタップは簡単に折れます。

雌ネジを切り終った小さい方のアルミ板に加工精度の確認のためLEDブロックを仮固定してみた。 問題なく取り付けられたので、穴の位置精度は±0.1mm程度にはなっているようです。

これは表側。 ネジにはM3の俗称芋ネジを使用。 ちょっぴり複雑ですがこうしないと後で分解ができなくなります。 LEDが嵌りこむ穴も大きからず小さからずドンピシャサイズです。

内部の加工が終わりましたので再びジグソーで切断し所要の寸法に研磨して2つのパネルが出来上がりました。

それらをもう一度確認のために組み上げていますが、最終的にはこの上に木製のスペーサーと3mm厚PET板が更に追加されます。

下の大きなアルミ板は実際には本体に埋め込まれます。 そこへ上のアルミパネルに取り付けられたLEDランプユニットがネジ止めされます。

この上には電池受けの板がネジ止めされますが、それはこのLEDランプユニットを本体に固定した後になります。

加工寸法精度は±0.1mmで仕上られましたが、穴位置は±0.2mm程のずれが出来てしまい多少の力技が組み立てには必要ですが、何とか使える状態になっています。



2009/09/11

製作の続き 3

木製スペーサーは9mm厚の木製ですが塗装工程でメッキ調の塗装をします。 これをうまく見せるにはきめの細かな木材がベストですが、厚さ9mmというのは最初から手持ち端材の合板かMDFと決めていたためそれらで加工を始めました。 ポテンシャルとしてはMDFの方が有利に見えたのですがクサビ状先端が欠け易く最終的には合板としました。 よってラワン独特の深い木目に悩まされ、つるつるの平滑な面にすることはあきらめています

正方形の窓の切り抜きは電動トリマーにVB-90G(V溝ビット)を取り付けて板厚9mmに対し深さ8mmで切削しました。 これは深さ9mm以上で彫りぬくと窓の縁が欠けやすくぎざぎざになるためです。 その後穴あけと外寸切断をしてから塗装をしていますが、スポンジ研磨剤(細目)にて研磨後サンディングシーラーを塗り乾燥後にスポンジ研磨剤(極細目)で研磨、この作業を更に2回繰り返し合計3回塗りの後にメッキ調のスプレーペイントで塗装しました。 これでも表面は完全に平らにならず仕上がりは何とか見られる程度ですが、木目のボツボツだけはほぼ消えています。

最前面の窓は透明でガラスを使うのが理想ですが穴あけが難しく切断面の研磨も大変ですからプラスチック(価格の安い3mm厚PET板)としました。 PETはアクリルに比べると透明度は落ちますがアクリル以外では光の透過率は最も大きいです。 切断にはアルミ板を切断したN0.5のブレードに再び登場してもらい電動ジグソー(CJ-250)にて切断しています。  まだ気温が高いですから切断時に欠けることはありませんが、冬場では両面を3mm厚合板で挟んで養生しながら切断しないと割れや欠けがでやすくなります。

以上で本体の前面から挿入して固定するLEDランプユニットは完成しました。

23.5mm四方の窓を切削するには電動トリマーのベースの幅(90mm)を加算した113.5mm四方の枠を作りガイド板とします。 この寸法精度は出来上がる窓の大きさの誤差に直結します。

後処理の塗装でどちらが良いか判らないので、MDFとシナ合板の両方で作り後ほど良好な物を採用することにしました。 彫り深さを8mmとしましたので、底部分をカッターナイフで切り込みます。

カッターナイフで切り落とした状態です。 成形研磨をする必要がありますが、その前に穴あけと外回りの切断を現物合わせでやります。

木のスペーサーが出来た後は最前面の板を3mm厚PET板を切断して作りました。 下の3枚を重ねて3mmのネジで上の枠(本体に埋め込まれる。)に共締めします。

M3のボルトで本体枠に共締めしたところです。 3mm厚PET板はかなりの衝撃に耐えられると思います。

それを真横から見たところです。 前面から挿入するLEDランプユニットとしてはこれで一応完成です。

再びばらして木製スペーサーの内面をメッキ調スプレー塗料で塗りました。 下地はサンディングシーラー3回塗りですが、塗装面の平坦度は完璧から程遠いです。 

メッキ調の塗装が完全乾燥後に組み上げて確認しました。 面白いものでなんとなくそれらしくなってきたように見えます。

木製スペーサーのメッキ調塗装をした面の反射の具合を確認しました。 LEDの真横に出る光りはかなり光量が落ちるので(メーカー発表のデータでは真横の光量は軸上に対して1.5%程度しかない。)反射光の量はあまりありませんが、それでも光る面積は拡大しますから、外観上の押し出しと言うか見栄えが良くなった様に思われます。



2009/09/18

本体の製作 1

本体の材料はアガチスを使います。 もう少し硬めの材料の方が良いのですが、以前よりも工作用の板の種類は減っているようで、かなり探し回ったのですが、アガチス以外に適当な物が見つかりませんでした。

板厚は5mmと3mmですがそれらを前加工した上で貼り合わせて使います。 組み立てはV溝ビット(VB-90G)を使って傾斜角度45度に切削後貼り合わせて直角にします。 注意深く作業を進めればかなり高精度で組み上げることが可能です。 筒型に組み上げる際にLEDランプユニットを固定するアルミ板(一番大きさ物)を溝に落とし込みますが、その溝は4mmのストレートビットで深さ2mmに彫っています。 接着強度を上げることと隙間を確実に埋めるためにここだけはウッドエポキシを使う予定です。

また三脚固定のネジは5mm厚アルミ板に5φの下穴をあけ1/4インチネジのタップで雌ネジを切った物を5mm厚板に埋め込みエポキシ接着剤で固定します。 1/4インチの爪付きナットが入手できれば雌ネジ切りなどしなくても作れるのですが、最近はインチ規格の爪付きナットも入手が困難になっています。

これで筒型に組み上げられるのですが、LEDランプユニットの取り付け取り外し、電源スイッチ基板からの配線が組み上げ時にどうなるかの確認をしたところ忘れていた加工と少々の不都合を発見し、更に幾つかの加工作業をしなければならなくなりました。

LEDランプユニットの取り付け時には取っ手を固定するM4のトラスネジに当たるので、手前のアルミ板とその前のスペーサーは削らないとなりません。 これは最初から判っていたのですが、現物合わせで後でやろうと考えていたのについ忘れていました。 もうひとつ電源スイッチ基板からのワイヤーを固定するためには手前のアルミ板にドライバーが通る欠き取りをしておかないとなりません。 これは図面で表現していなかったために忘れていた作業です。

少々の不具合とは電源スイッチ基板からのワイヤーで、LEDランプユニットを装填する時に配線する関係で装填後には長すぎる部分を内部で折りたたんで収めないとなりませんが、ワイヤーが硬すぎてどうもうまく収まりません。  そこで思案の結果超低温化でも被覆が硬くならないワイヤーに変更することとしました。(これはその昔天体観測機器につかうケーブル用に購入した物で、非常に柔らかくしかも極低温下でも柔らかさを失いません。)  但し手持ちの物はシロ1色でしたので、油性マーカーで4本を色分けしてから束ねて数センチおきに糸で縛りバラケないようにして、配線をやり直しました。

そんなこんなでとうとう本体の組立作業には進めませんでしたが、後からばらせて調整や修理が出来完成度を高めるには、小さな問題と言えども見逃すことは出来ないので(後で大きな問題となる可能性もあります。)やむをえないところです。

左は3mm厚の内張りの板、右は5mm厚の外側となる板で何れも幅は150mmあり1枚で2面を切り出します。 長さの寸法精度は0.2mm以下に、また正確な直角度が重要です。

3枚の板の予備加工をしました。 左上は5mm厚の底になる部分に三脚固定ネジ板を嵌め込む穴、左下は5mm厚上板に取っ手固定の穴と電源スイッチ基板が出る部分をあけています。 右下は電源スイッチ基板を落としこむ切り欠きです。

3mmと5mmの板を木工ボンドで貼り合わせ圧着保持をしています。 圧着保持が大袈裟なように思えますが、面積のある接着時には単位面積あたりの圧着力確保のため大きな力を加えないとなりません。

6時間寝かせて完全硬化させた2枚の板ですが、この後電動トリマーによる切削加工の手始めとして4mm幅、深さ2mmの溝を右手に彫っています。 ここにアルミ板が埋め込まれます。

次にV溝ビット(VB-90G)で接着部分を切削しました。 V溝とV溝の間隔は本体の幅になります。 彫りの深さは板厚(8mm)に対して7.7-7.8mmの深さですので、ばらばらにならないよう裏にはマスキングテープを貼っています。

斜めから見た様子。 両端の幅の狭い部分は組み立て前に取り除きます。

立てて裏から透かしてみると切削した谷の先端部分が判ります。 切り離さないようにぎりぎりの深さに切削するのが肝要です。

加工が済んだ本体の部材にLEDランプユニットを嵌め込んで電源基板からの配線の収まりを確認したのですが、こんな具合にうまく収まりません。

対応策として考えたワイヤーの違い。 同じ長さのワイヤーですがこれまで使ってきた上のビニール線は自重で垂れ下がることなく硬く、替わりに使う特殊なワイヤーはこのように自重で垂れ下がる十分な柔らかさがあります。

またワイヤーを端子に固定するためにはドライバーが挿入できないとまずいので、アルミ板のこの部分を削り取りました。

電源スイッチ基板と本体を繋ぐワイヤーも交換し終わりました。 4本のバラのワイヤーですので数センチおきに糸で縛りバラケ防止としています。

取っ手固定のネジの頭に当たる部分を削り込んでいます。 板のスペーサーは一部の削る込みで済みますので組み上げ後にこれらの削りこみは見えません。

完全に組み上げると判りにくくなるのでお見せしておきます。 LEDランプユニットを挿入する前はこんな具合で、M4のネジの頭が出っぱっています。

上の写真の欠き取りのためにネジの頭が邪魔することなくLEDランプユニットは挿入できます。 またその欠き取りは挿入後見えません。



2009/09/25

本体の製作 2

本体は接着により組み上げますが、2種類のエポキシ系接着剤を使いました。 先ず60分硬化開始型エポキシで、V溝を彫った部分にこれを使って90度接着をします。 また大きなアルミ板は本体内側の溝に埋め込みますが、この溝はアルミ板の外形より0.5-1mm大きくなるよう彫ってありますので、隙間を埋めないとなりません。 また芯出しをする必要があります。 

これらを満足させるためにウッドエポキシを使います。 このウッドエポキシは早い話がパテですが、エポキシ系の共通の特徴で乾燥硬化時に縮みません。 従って充填能力は普通のパテより遥かに高く強力な接着力があり水にも強いという万能選手です。 唯一の短所は2液混合のため使いにくさがありますが、其の高性能はそれを忘れさせるくらい高いです。

芯出しの方法はLEDランプユニット部分に薄いポリエチレンのシートを両面接着テープで巻いて貼り大きなアルミ板に固定して本体に埋め込みます。 LEDランプユニットの外寸は本体の内寸より僅か(0.3mm前後)小さいのでこうするとLEDランプユニットはきつく本体内部に接触し、埋め込むアルミ板は自動的に中心位置に収まります。  ところでポリエチレンシートを使う理由は僅かな隙間を埋めるのと共に、エポキシ接着剤にはくっ付かない!という点を使っておりますから、プラスチックシートなら何でも良いというわけには行きません。

さて接着後は圧着保持が必要ですが、前側は溝にアルミ板を埋め込むためにかなり大きな力が必要です。 そこでハタ金4本を使って井形上に締め上げています。 本体の中程から後部はそれほど強い力で保持する必要は無いので、太い輪ゴムを6本使い圧着保持としました。

V溝の接着は完全硬化に12時間ほど掛かりますが、かなり粘度が高くなってくる6時間後にLEDランプユニットは抜き取ってしまいました。 完全硬化後では抜けなくなってしまう可能性があるためです。

12時間後に本体の成形研磨を施しながら組み立て時に表面のあちこちにくっ付いてしまったエポキシを削り落としました。 これには#60と#120のペーパーを使っています。 その後に本体の全ての角をボーズ面ビットで丸めてから#240、#400ペーパーで仕上研磨しています。

塗装はポアステインで着色後水性ウレタンニス透明クリヤーを4回塗り、最後に艶消しクリヤー1回塗りと最近の私の標準仕様としています。 着色する色は非常用にも使われる物だけに視認性を重視して橙色と黄色を等量混合としています。 黄色だけというのもあるかもしれませんが、アガチスは茶色が強い色味で黄色だけでは暗く汚らしくなるのでは?と考え橙色を混ぜました。

その後三脚固定ネジの部分を5mm厚アルミ板に1/4"タップでネジを切ってエポキシ接着剤で貼り付けました。 そしてハンドルを固定し電源スイッチ基板をエポキシ接着剤で本体内側から固定し最終的な感じにかなり近くなっています。

組み上げ作業の1番目はウッドエポキシをアルミ板を嵌め込む溝に塗りつけます。 結果的にはこれでは多すぎて組み立て時にかなり削り取っています。

2番目はエポキシ接着剤を45度切削面に塗りつけです。 落ち着いて作業が出来るよう60分硬化開始型を使っています。 決して慌てずに進めることが肝要です。

埋め込むアルミ板が正しく収まるようLEDランプユニットを取り付けて埋め込みますが、LEDランプユニットに接着剤が付く恐れがあるので、矢印の部分一周は薄いポリエチレンシートで包みました。

そして接着して圧着保持です。 前面は溝にアルミ板を埋め込むのにかなりの力がいるためハタ金を使っています。 中ほどから後ろは太いゴム輪を使っています。 これで12時間放置しますが、6時間後にLEDランプユニットは引き抜きました。

表面にエポキシ接着剤がくっついておりこれは着色が出来ず斑になりますので、寸法出しも兼ねて#60、#120で研磨し完全にそれらを落としました。

ボーズ面ビットで全ての角を丸く切削しその後#240、#400サンドペーパーで仕上研磨しました。 確認のためにLEDランプユニットを取り付けています。

着色はポアステインのオレンジと黄色を等量混合としました。 右側は以前作った水準器で、シナの上にオレンジのみの着色ですが、アガチスは茶色っぽい表面なので右のシナ合板より暗めになります。 但し黄色が強い色味です。

水性ウレタンニス透明クリヤーを4回塗り肉厚を稼いだ上で艶消しクリヤー1回塗りです。 私の最近の標準仕様で間の研磨には空研ぎペーパー#400-#600を使っています。 但し丸みのある部分は極極細目のスポンジ研磨剤です。

ここに見える黒い線は接合部分です。 これは接着時の圧着保持力が不十分であるために発生するものです。 エポキシ接着剤は充填効果が高いので問題無しとしますが、木工ボンドですと接着力が十分にならないでしょう。

電源スイッチ基板を本体裏側からエポキシ接着剤で固定しました。 中央のスイッチ板が乗る部分は本体の面と同一の高さにあります。

3脚に固定するネジ穴は5mm厚アルミ板を切断し1/4インチタップで切りました。 そして5mm厚板部分の抜き穴に挿入しエポキシ接着剤で固定しています。

M4のトラスネジを12mmの長さに切断し、アルミハンドル(取っ手)を固定しました。 何かハンドルが大き過ぎるように見えますが、本体が小さ過ぎると言った方が正しいでしょう。



2009/10/03

完成まで

本体が出来上がりましたのでLEDランプブロックの最終的な組み込みに入りました。 まず電源スイッチ基板からのワイヤーはランプブロックに接続可能な最短に切断し線端処理をしています。  そしてランプユニットを固定した後に背面のワイヤーを隙間に折りたたみましたが、目論見どおり邪魔にならないよう収まりました。

次に電池受けのブロックを15mm、12mm厚の板を切ってエポキシ接着剤で貼り合わせ、12mm厚部分に6本のM3真鍮ボルトが通り、一部はボルトとボルトが電気的に接続されるようにしています。 このブロックを背面から挿入し4本のM3真鍮ボルトでランプユニットに固定しました。

背面側の電池受けは5mmと3mmの板を貼り合わせますが、6箇所の電池に接触する位置には0.5mmの穴を開けここにスプリングを通すようにします。 この裏側には直径5mmの穴になっており飛び出たスプリングの先端を曲げてエポキシ接着剤を流して固定してしまいます。

一方スプリングの前側の先端にはM3のネジを固定しこのネジに半田付けしたワイヤーにて必要な電気的接続が確保されます。 この構造により電気抵抗の大きいスプリング部分を通過することが全くなくなります。  こうして出来た電池受け板に裏蓋を接着してから裏蓋を固定するネジ(M6のセットキャップボルト 26mm)がねじ込まれる雌ネジ加工(鬼目ナット。)をした上で塗装して電池受けの部分は完了です。

電源スイッチ基板部分の上を薄いゴムシートで覆いその上をアルミ板のフレームをネジ止めして押さえます。 このフレームの中央にはスイッチを押す板が両面接着テープで貼りつけられますが、これらは1.5mm厚のアルミ板を加工して作りました。

最後に裏蓋が被る部分に柔らかなゴム紐(直径3mm)を貼り付けて水の浸入防止とし製作は完了しました。

さてこのフラッシュライトは単三アルカリ乾電池を主電源として設計しておりますが、ニッケル水素電池を使っても一向に差し支えありません。 アルカリ乾電池を使った場合に連続運転で4時間点灯可能は確認済みですが、ニッケル水素電池を使った場合の実験をしました。  様々なニッケル水素電池が存在しますが、私は自己放電が少ない、メモリー効果が少ないなど高性能のエネループ(三洋製)を標準に使っていますので、これによる実験です。

単三型エネループはミニマム容量が1900mAhとされています。 先のアルカリ乾電池を使った時の平均放電電流は320-340mA位でした。 従ってこれを基準に予測値を計算すると、1900mAh/330mA(平均として)=5.75時間とアルカリ乾電池の時より44%近くも点灯時間が延びることになります。 もし本当にそうであれば、エネループが主電源になりそうだなー?と考えながら実験の準備を進めました。
                                               点灯持続時間をインターバル撮影で自動記録中の様子。
実験方法は手持ちの機材を流用するアマチュアらしい方法で、点灯し
ているフラッシュライトと目覚まし時計を、インターバル撮影が可能な
デジカメで撮影するという手法です。 最近購入したリコーのCX-1
はこの機能があります。  撮影画像サイズは高解像の必要はない
ので、1280x960にセットしファイルが大き過ぎないようにしています。
(後から撮影画像を調べたら440kbt程度でした。) 電源は長時間入
りっぱなしになるので、AC100Vのアダプターを使い1分間隔で撮影し
ています。

撮影そのものはフラッシュライト点灯後3時間経過後に開始しました。
これで赤のLED(右写真矢印の先)が点灯した写真とシャットダウンし
た写真に写っている時計の針を読めば経過時間が判ります。

結論から申しますと165枚目の写真に赤のLED点灯が確認でき、169
枚目の写真でフラッシュライトは消灯していました。
従って赤LEDが点灯するまで(電池電圧は1Vに下がりニッケル水素
電池の放電停止時期。)
5.73時間、消灯するまで(電池電圧は
0.9Vで本来はアルカリ乾電池の放電停止時期。)
5.8時間という
ことになります。 偶然ですがこの5.73時間は、上で計算した予測値(5.75時間)にほぼ一致します。

構想開始からすると4.5ヶ月も掛かっていますが、その間には2ヶ月弱の中断期間(定電圧電源の製作)がありましたので、始めてづくしの構造、工作の連続の割には順調に進んだように思います。 以下の写真でそれらをご覧ください。

電源スイッチ基板からのワイヤーを接続操作できる範囲で短く切断し、LEDランプユニットに配線しました。 そして本体に取り付けます。

取り付け後裏側から見るとこんな具合です。 4本のワイヤーの束はふにゃふにゃですから、このようにLEDランプブロックの横にうまく収まります。

前側の電池受けは15mm厚と12mm厚の板から作ります。 6本の真鍮バインドネジの頭が電池の電極と接触します。 赤く見えるのはネジとネジを電気的に繋ぐ銅板です。

角にある4本のネジでLEDランプブロックに固定しました。 中央の板の上に3mm強の隙間がありますがその理由は後ほど。

後ろ側の電池押さえの板です。 0.5mmの小さな穴が4箇所あいています。 また上には変な突起をつけています。

前に触れた隙間と変な突起の関係。 この隙間に変な突起を差し込むようにして蓋をします。 電池受けの電極には方向性があるためです。

後ろ側の電池に接触する部分もM3バインドネジですが、円錐型のバネの先端にネジ止めしています。 そしてバネの底部分中央には12mm程の突起になっています。

バネ中央の突起を電池押さえ板の穴に差込みますが、ネジの先端に配線を施しておきます。 線材は柔らかな半田吸い取りワイヤーを使いました。

差し込んだ反対側は5mmの穴になっており、スプリングの先端を曲げた上でエポキシ接着剤を流し込み固定しました。

そして蓋となる5mm厚のアガチスを貼り付けて後ろ側の電池押さえブロックは出来上がりです。

後ろ側の電池押さえブロック(蓋)を固定するためにM6 12mmの鬼目ナットを埋め込みました。

電池押さえブロック(蓋)の中央に穴を開けてセットキャップボルト(M6 26mm)でネジ止めし更にセットキャップカバーを被せました。 後は蓋の部分の塗装です。

スイッチ押し板とその周りのプレートは1.5mm厚アルミ板から作りました。 スイッチ押し板には文字入れしてあります。

周りのプレートを固定する位置が定まったらマスキングテープでその周りを覆ってしまいます。

周りのプレートの下に0.5mm厚ゴムシートを置き位置決めをしてネジ止めします。 (中央灰色がゴムシートです。)

スイッチ押し板の裏面に両面接着テープを貼りつけてゴムシートの上に貼り付けて電源スイッチ部分は完成。 左のLEDの周りには瞬間接着剤を流し込みます。

上方斜めから見た様子。 スイッチ押し板のヘアーラインは周りのプレートより目が細かいのでコントラストがあり、まずまずの感じに仕上がったと思います。 

本体背面の内側には電池の極性を示す図を貼り付け、水侵入防止の柔らかなゴム紐を貼り付けました。 これで全ての作業が終了しました。

完成したLEDフラッシュライト。 正直言ってけちを付け出したら果てしの無いくらい細かな工作ミスの個所がありますが、実用性、耐久性、信頼性という点で十分耐えられる物に仕上がったと思います。

三脚に固定できますからこのように写真撮影の補助光源として有効に使えます。 綺麗な白色ですから変な色付きを起こすこともなく快適です。

古い大型フラッシュライトとのツーショット。 計算上はこれよりも4-5倍の光量がありながら5.7時間光量低下無しに点灯(エネループ使用時)と、『山椒は小粒でもピリリと辛い!』そのものです。

最後にこのLEDフラッシュライトの仕様をもう一度紹介しておきましょう。

項目     詳細
明るさ1m離れた軸上で100ルクス。
光の色白色
照射角半値角で80(かなり広角です。)
連続点灯時間5.7時間(三洋エネループ)  4時間(パナソニック アルカリ乾電池)
電源単三アルカリ乾電池またはニッケル水素電池6本。
特徴電池寿命まで光量の低下が無い、電池寿命検出により自動的にシャットダウン、生活防水構造
(雨中での使用可能。)、写真三脚に取り付け可能
重量450g(電池含む)
サイズ128mm(L) x 61mm(W) x 96mm(H)

またエネループを使ったときの寿命測定のために撮影した写真は以下の通りです。 尚最後の方でフラッシュライト本体の写り方が変わっているのは補助照明の当て方を変えたためで何らかの作為的なことをしたためではありません。
撮影した169枚を全て並べましたが、肝心なショットだけ拡大しています。 尚写真の左上に点灯後の経過時間を、時:分で記入しました。 下左は撮影開始(19:00)の写真ですが既に点灯後3時間を経過しています。 中央は電池残量の警告用赤LEDが点灯した時で、右は消灯したときの写真です。


----- 完 -----


 
  
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