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【夏の自由工作応援団】匠の技「2石・非常用オート目印灯」

コロナを吹き飛ばせ!夏休み自由工作応援団・第2弾♪
匠がまたまた、電気工作を寄贈してくれました。
今度は回路がとってもシンプルなので、作りやすいですよ。ぜひ挑戦してみてくださいね。
自分流にカスタマイズする方法も紹介してくれています。チャレンジするのもたのしいかも。

作品

どんな工作?どんな動き?

暗くなっていくと、だんだんと、チカチカと点滅していきます。

芸が細かいことには、だんだんと、LED(光)がついている時間(点灯時間)が長くなり、代わりに、LED(光)が消えている時間(消灯時間)が短くなっていきます。

最終的には、光はつきっぱなしになります(点灯し続けます)。

動画では下側から光が入ってきているので、徐々に壁を近づけて暗くしていった後、だんだん壁を離して明るくして行っています。

画像

動画

暗くなっていくと、だんだんと、チカチカと点滅していき、最後にはライトが付きっぱなしになる様子が分かりますか?

さぁ、作りましょう。

2石・非常用オート目印灯の製作手順

1. 回路図をもとにどのように配線するか考える

今回の回路はこのようになっています。

 2. 考えた配置をもとにはんだづけする

回路図上で二つの直線が交わっている箇所で点がついているところと点がついていないところがあると思います。

今回の回路はほとんどに点がついていますが、例えばTR2のB(ベース)からC2のマイナス側に繋がっている線とTR2のE(エミッタ)から伸びている線が交わっていますが、点がついていません。点がある場合はそれぞれの配線が接続されていることを示しています。つまり、今回の例では点がついていないので、その配線同士は接続してはいけないということです。なので、ジャンパーワイヤを用いるか配線で避けるかして直接接することのないように注意しながら配線を考えていきましょう。

 

回路図では、LEDはR2とセットとなって1つだけとなっていますが、暗くなった時の目印として分かりやすいように今回は4個のLEDを使用しています。これらはR2とLEDのセットを並列に接続することで数を増やしていくことが出来ます。なので、例えば、LEDを10個使うなんて言うことも出来ます。

ただ一方で、数が多くなればなるほど消費される電力が大きくなってしまうので、電池の消費が速くなってしまうのでそこには注意しながら自分の好みの個数をつけてみましょう。

カスタマイズ例:LEDを2個つけたい場合

例えば、LEDを二個つけたい場合はこのような回路となります。これと同様にしてLEDは増やしていくことが出来ます。

3. 配線の注意点

今回トランジスタというものを用いています。

トランジスタはインターネットや実際の回路としては各端子のことをE、C、Bと書かれることが多いです。それぞれEがエミッタ、Cがコレクタ、Bがベースのことを意味しています。今回購入したトランジスタの端子の配置は秋月のサイトに添付されているデータシートから引用すると以下の通りです。

図:トランジスタの端子の配置(秋月電子通商サイトのデータシートより引用)
(左)http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04268/
(右)http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02612/

左が2SC1815で、右が2SA1015なのですが、どちらも端子の配置としては同一となります。トランジスタの端子の配置を見る際は平な面の向きに必ず注意した上で、正しくつなぐように注意しましょう。

トランジスタ本体にも何のトランジスタか書いてありますが、外形はほぼ同じなので混ざってしまわないように注意しましょう。

あとはコンデンサとLEDにはプラスマイナスがあるので、そちらも向きに注意しましょう。

それらについては端子が長い方がプラス側で、短い方がマイナス側です。

4. 改良することも出来る!

今回使ったこの写真に写っている真ん中に波線が書かれた素子をCDSセルと呼びます。

このCDSセルは明るさに応じて抵抗値が変化するというものです。

抵抗というと、写真のようなヒョウタンみたいな形をしたものを思い浮かべるかもしれませんが、それと同じ役割を担うものです。ちなみに、画像の抵抗のうち、左は1K5ということで1.5kΩ、右は300Rということで300Ωの抵抗です。

ただ、このヒョウタンは固定の抵抗値であるのに対して、CDSセルは暗くなればなるほど抵抗値が高くなり、明るくなればなるほど抵抗値が低くなります。

LEDの点滅・点灯とCDSセルの関係

今回作った回路では徐々に暗くしていくと、LEDが点滅するようになります。その点滅の間隔は暗くなればなるほど短くなり、暗くすると点灯し続けるものになったかと思います。

先ほど説明したCDSセルの特徴を踏まえると、CDSセルの抵抗値が高くなればなるほど点滅の間隔が狭くなり、CDSセルの抵抗値が低くなればなるほど点滅の間隔は広がります。

秋月という今回部品購入に用いているサイト上でCDSセルについては、明るい時の抵抗値について明抵抗、暗い時の抵抗値については暗抵抗という記載がされています。今回使用したCDSセルは明抵抗100~200kΩ、暗抵抗10MΩの物を使用しています。

この明抵抗や暗抵抗の値が変わると動作は変わったものになります。さらに今回はφ5の小さなCDSセルを用いましたが、大きなものに変えても受光の加減が変わるのでまた一味違ったものが出来上がります。暗くなっても点滅するだけでなるべく電池を長持ちさせる……なんてことも可能だったりします。

具体的にどう検討していくと良いでしょう?

さて、具体的にどう検討していくと良いのかについてですが、

今回はCDSセルを基板の真ん中に配置し接続しましたが、そこにCDSセルを取り付けずに配線をL字コネクタから外に伸ばしてあげましょう。ちなみに、今回の改良は発展ということで部品表には含んでいません。なので、その都度追加部品については触れます。

ブレッドボードとCDSセルを接続する

そして延長した配線をブレッドボード上のCDSセルと接続してみましょう。

※ブレッドボードは今回の購入リストには入れていませんが、回路を作っていく上では非常に役立つので一つ持っておくとずっと使えて便利なので買っておくことがおすすめです。

CDSセルの購入

CDSセル自体は小さいもので1つ30円程度、大きいもので120円程度なので秋月で販売しているCDSセルを1種類1個ずつ頼んでみて試してみると違いを見ることが出来て面白いと思います。

部品例はこちらです。[]の中に何が変わっているのか記載しておきます。

そうすることで様々なCDSセルでどのように回路が動くのか見ていくことが出来ます。

そして、検証してみて一番良いと思うCDSセルを基板の真ん中に配置してはんだ付けするのも良し、次の写真のようにCDSの部分だけ別のユニットとして作ってしまうのも良しです。

5. 組み立て

アクリル板に電池ケースを張り付けましょう。
その後、写真に示したように筐体を組み立てていきます。

ナット→アクリル板→ナット→ねじ→基板→ねじ→ナット→ねじ→電池ケース付アクリル板→ねじ

の順で組み立てていけば完成です。

6. 工夫・感想

今回の回路はトランジスタ、CDSセルを主として使うことで明るさによってLEDの点滅加減が変わるというものでした。

この回路は単純な構造なので改良もしくはカスタマイズということがしやすいものとなっています。

今回は一例としてCDSセルを数種類用意して自分の部屋の環境に合わせたものに変更する方法としてCDSセルのユニット化についても触れさせてもらいました。

ユニット化の他にも工夫の仕方は様々で、例えば切り替えスイッチをつけることで自分の好みの点滅に切り替えることも出来ますし、アクリル板の厚みや透明度を変えることでも微妙な変化を与えることも出来ます。

今回の回路はあくまで基本として考えて頂いて、自分用にカスタマイズしていくのもまた電子工作の楽しみだと思いますので、それを経験して楽しんでもらえれば幸いです。

材料

トランジスタ 2SC1815Y 60V150mA (10個入)1001100http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04268/
トランジスタ 2SA1015Y 50V150mA (10個入)1001100http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02612/
カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/4W1MΩ (100本入)1001100http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-25105/
CdSセル 11mm MI115161201120http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00247/
電解コンデンサー1μF50V85℃ ルビコンPK10110http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03114/
電解コンデンサー 47μF16V105℃ ルビコンPX10110http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-10270/
カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/4W300Ω (100本入)1001100http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-25301/
5mm青緑色LED OSBG5111A20480http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-11985/
B基板用アクリルパネル(アクリル板) 2mm厚(スモーク)3002600http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-10244/
片面紙エポキシ・ユニバーサル基板 Bタイプ(95×72mm) 銅はく仕上げ1201120http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00181/
プラスチックナット+連結(6角ジョイント)スペーサー(10mm)セット1002200http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01864/
CdSセル(10MΩ)GL554925125http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-05863/
単3形アルカリ乾電池 ゴールデンパワー製 LR6 (4本入)80180http://akizukidenshi.com/catalog/g/gB-03256/
電池ボックス 単3×2本 リード線・間仕切りあり50150http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-10196/
ブレッドボード・ジャンパーワイヤ 14種類×5本3001300http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02315/
合計1995

参考資料

  • 「2石・非常用オート目印灯」、子供の科学(誠文堂新光社)、1977年1月号pp.105-106.
  • Maker’s Club蔵書

作った人

平間 氏、20代、情報系技術者

未来のメイカーへのメッセージ

自分用にカスタマイズしていくのもまた電子工作の楽しみだと思います。それを経験して楽しんでもらえれば幸いです。失敗したり、やりなおしたりをたくさんしてみてください。

私は、最初に買った光センサー(CdSセンサー)は、感度が高すぎて、真っ暗にしないとLEDが点灯しませんでした。もう少し小さな光センサー(CdSセンサー)に取り換えて、作り直して、ちょうどいい感じに、点滅(チカチカ)→点灯(ずっとついている)になりました。

改良とか工夫があってこそ、考える楽しさを知ることが出来て、将来ものを作れるようにもなると思います。

今回の工作で、改良のところで触れたユニット化は、比較的電子工作として応用が効くやり方なので取り組んでもらえたら楽しいと思います。

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