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第一回 光らせたい [知識ゼロからの電飾]


 模型に電飾。
 簡単そうで難しい。
 でも、やってみるとそんなに難しくない。
 私なんて理系じゃない(かといって文系でもない)アホにはLEDのたったひとつだけでも模型に組み
 込んで灯そうと思っても「やり方がワカラン」と止めてしまいがち。
 ここはアホなりに色々ともがいて得た電飾に関する知識を記録として書き留めておきます。

 私はGANSを作った時にたった一つのLEDを光らせるのに かなり往生した記憶があって やっとの
 思いで組み込んだはいいけど完成した後でも「ありゃ明る過ぎる」と後悔していました。
 悔しいのでFALKE製作の時はちょっくら電飾について勉強して奮闘したのでそれなりのものが出来ま
 した。
 そんな苦労があったにもかかわらず今は電飾MYブームが去ってしまって「模型なんて光んなくたって
 いいわ」くらいにしか思ってません。(^_^;)
 実は電飾模型を作りたい人って世の中には意外と多そうなので何かの役にたてればと 身をもって体験
 して学んだ事(主に失敗から)を今後数回にわたって記事にします。
 しかし、私は電気については必要以上に学ぶ必要もその気も無いので初心者(初級者ではない)程度
 の事しか書きませんのであしからず。

 まず、何故に「模型に電飾」が必要か?について考えてみました。
 「光る」という事は人間の脳にダイレクトに刺激を与えているようです。
 仮にコンテストに出品したとして審査を考えた場合に審査員が見て全く同じレベルのAとBの作品の優劣
 を悩んでいたシチュエーションがあったとします。
 しかし、Bの作品が「ピカッ!」と光った瞬間に審査員はBの作品を優位にするでしょう。
 最後の一押しとして電飾はかなり有効な手段なのは間違いない筈。
 逆に言えば例え工作や塗装のレベルが低くても電飾が出来ればそれらを誤魔化せるメリットもアリとは
 思いますが。
 ネットでは電飾された模型を普通に目にする事が出来ますが身近では電飾された模型は殆ど見た事が
 ありません。
 一般的には電飾模型は希少な存在なのでしょう。
 と いう事で どっかが光っているだけで 普通の作品とは違って特別な存在になりえるのです。
 大きなアドバンテージを得る為に電飾の方法を知っておいても損は無いでしょう。

 では電飾の効果について考えてみましょう。
 
 私が思う「光」が模型作品に与える作用とは「刺激」と「癒し」
 ね~ちゃんと夜景のキレイなトコへいくのも沢山の「灯り」が点ってあたかも満天の星空のようにキレイに
 見え、ムードを高めるのを期待しての事。
 これは「刺激」を求めているのだろう。
 しかし、夜景は人によっては「癒し」ともなりうる。
 光るポイントが多いほど人は感動を覚え こぞって夜の山頂や高層ビルの展望台などに行き より多くの
 灯りを求めて街を見下ろす。
 逆に言えば鑑賞の為にわざわざ裸電球ひとつしか無いトコには誰も行かない。
 よって、光点が多いほどに見る者の脳には「おお!」というインパクトを与える。
 
 色
 赤や青・白などは「刺激」が強く 電球色や緑・オレンジなどは「癒し」を与える。

 明るさ
 光度も強ければ「刺激」を与え、光度が低くボンヤリと光っていれば「癒し」を与える。
 
 そしてタイミング
 常時点灯しているよりも点滅していれば「刺激」が大きい。
 更に点滅のタイミングが早ければ早いほど「刺激」は増す。
 又、ロウソクの灯りのようにじわじわと揺らめく灯りは「癒し」を与える。

 これらの事を踏まえて模型に電飾を施す事になる。
 ポイントは光の量・光度・色・明滅のタイミング。
 と言っても 光点を多く、しかも点滅回路を組み込むなんて技術は今でも私は持ってませんし、必要として
 いないので調べもしませんでした。
 ここで語るのはちょっとだけ光ってりゃイイってレベルの話です。
 しつこく言いますが電気について高度な話など微塵もする気はありませんので 期待している人が居たな
 ら他をあたって下さい。
 
 では、ここからは私のように な~んも電気について知識の無い人に向けた電飾の話を始めます。

 その前に電飾には簡単な「回路」を組むことが前提ですが 私は「ブレッドボード」というものを使って模型に
 組み込む前に「仮の回路」を作ってシミュレートしております。

 興味の無い人はここの項目は読み飛ばして下さい。


 これがブレッドボードです。
 このブレッドボードは有名な秋月電子なら250円で買えますが私は広島の電子パーツ屋で買ったので
 600円位でした。
 どうやら地方では電子パーツ全般は秋月電子の2倍以上の価格になっているようです。
 あぁ、首都圏の人は羨ましい。(T T)
 電飾を模型に組み込みたいなら事前にシミュレート出来るブレッドボードは絶対に買っておくべきです。
 大は小を兼ねるので買うならできるだけ大きなものがいいと思います。
 

      01.JPG
 
 パーツ同士のハンダ付けをしなくても この無数の穴にパーツを挿し込むだけで簡単に回路が組めます。
 昔あった「電子ブロック」の超簡易版と思えばいいでしょう。
 は電源用・がパーツを挿す穴で①②③④はそれぞれグループ化されています。
 の電源用の穴は縦に基板が繋がっておりのように縦のラインの黄色はプラス電源水色ライン
 はマイナス電源
電源用のピンの挿し口になっています。
 はa1e1 a2e2 a3e3・・・と、こちらは横に基板が繋がっています。
 同様にのブロックもf1j1などと横に基板が繋がっています。
 これでお分かりとは思いますがパーツ用の挿し口です。
 これらを繋げて回路を作るワケです。

 それぞれのグループは基板が繋がっていないのでジャンパ線というもので繋ぐのですが私が買ったのは
 ブレッドボード単体なのでジャンパ線は自分で用意しました。

03.JPG こういうもの


 固めの電気線の被覆を剥いで作ります



02.JPG 使用するとこんな感じ



 穴のサイズに合わせて幅の違うものを各種用意するのですが、これ
 は汎用性が殆ど無いのでVer2を作ります。



04.JPG 



 ピンヘッダを使用します 
     



05.JPG こういうジャンパ線を多数作ります


 柔軟性があるので色んな穴に挿せます。






 ブレッドボードについては私の説明よりもコチラのサイトが物凄く解りやすいです。


 これがブレッドボードを使った最も簡単な電飾回路
 黄色LEDを光らせました。
                   
     06.JPG
                   ピカッソ!!


 長いので次回に続きます。


コメント(2) 
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第二回 電圧と電流ってなんだ? [知識ゼロからの電飾]


 電飾をするにあたって避けて通れない問題が「電圧」と「電流」の関係でしょう。
 更に「抵抗」が絡んでくるのでコレがワカラン為に電飾をやらない人は多いと思います。
 漠然と分かるのは電圧はV(ボルト) 電流はA(アンペア) 抵抗はΩ(オーム)という事だけ。

 結論から言って私は今も電圧と電流の明確な差異が分かりません。
 電圧は電気の強さ・電流は電気の量である事はボンヤリと分かりますが・・・
 24Vの電圧に5mA(0.005A)は流せるだろうけど、1Vの弱い電圧で5A(5000mA)の大電流を流せ
 るのか?とかが疑問です。

 電圧と電流の関係については以下のサイトを見て頂ければ解りやすいと思います。
 
 電圧と電流の違いについて コチラ
 回路における電流の流れ方 コチラ ←BGMが出ますので注意

 じゃ、ここからは電飾素人からみた実際の電飾について書きます。


 発光ダイオード(以下LED)の普及していない一昔前はみんな電飾には麦球や豆電球を使っていました。

 麦球・豆電球のメリットは
 ・極性を考えなくても良い(電池の+-どっち側に繋いでも光る)
 ・お手軽(どこでも手に入る)
 という点でしょうか。
 デメリットとしては
 ・消費電力量が大きい(電池がすぐ無くなる)
 ・発熱量が大きい(下手をしたらパーツが溶ける)
 ・熱量が高いのでフィラメントに負荷が大きく掛かり球切れを起こして寿命が短い
 だと思います。

 が、近年では電飾用の光源はLEDに取って代わられました。
 LEDの普及に輪をかけて町の模型小売店の閉店などで扱う店舗が減り麦球や豆電球などを手にする場所
 も少なくなってきたと感じます。

 今の電飾の主流であるLEDのメリットは上記の麦球・豆電球の逆で
 ・消費電力量が少ない(電池が長持ち・省エネ)
 ・発熱量が少ない(安全)
 ・フィラメントが無いので適性に使えば寿命が長い
 という点です。
 デメリットは
 ・極性をがある(プラス、マイナスを正しく繋げなければ壊れる)
 ある程度の知識が必要
 でしょうか。

 この「ある程度の知識」というのが曲者で電気に知識の無いモデラーを踏み留まらせる壁になっていると
 思いますが この壁を超えるとLEDは途端に便利な素材になります。
 単にLEDを光らせるだけなら実はいとも簡単な事なのです。
 
01.JPG まずは電源である電池を用意します
 コイン形リチウム電池です。
 これは百均のLEDライトの中に入っていました。
 このコイン形電池は平らな面が+(プラス)側で突起がある方がマイナス側
 ですので、一般の乾電池とはイメージが逆でなので注意!
  これは電圧3V(ボルト)の電池です。
 電池を注意して見ると上記の事は読み取れます。


02.JPG ピカッソ!



 LEDの極性を正しくつなげるとこの電池ひとつで普通に光ります。




020.JPG これがLEDの極性です

 足の長い方をプラス側に
 足の短い方をマイナス側に接続しないと発光しません。


022.JPG これが加工されていない通常販売されているLEDの形態です

 左の足の長い方がアノード(プラス)

 右の足の短い方がカソード(マイナス)

 になります



 
 023.JPG
 アップ(この画像では内部が見えやすいように透明のLEDを例にします)

 加工されているLEDは足が切ってあるのですがLEDは内部を見れば極性が
 分かります。

 左の板面の小さな方がアノード(+)
 右の板面の大きな方がカソード(-) 
 です。

04.JPG05.JPG これは模型店で売っていたLED

 電気回路の世界では
 コードは+が赤
      -が黒

 これは絶対不変なので覚えておきましょう。

 裏面の説明通りにして乾電池2本で使用しますと・・・


06.JPG 

 ピカッソ!


 と、いう感じです。

 ここで「アレが無い」と疑問に思った人が居ますか?
 そ~です。このLED発光回路には電気素人の悩みどころである「抵抗器」が無いのです。
 LEDを使った電飾をやろうとして「敷居が高い」と思う要因は回路に組み込む「抵抗」の値が分からない
 というのが大きいのではないでしょうか?

 上の白色LED回路に「抵抗」が入っていないのはLEDの種類による為です。
 私が中学生の時にはLEDは赤・緑・黄・オレンジのLED自体が着色されたものしかありませんでした。
 これらのLEDの順電圧(Vf)は概ね2.1Vです。
 近年になって白色LEDや青色LEDが開発されたのですが
 一般的な白や青のLEDの順電圧(Vf)は3.2~3.6V と高いのです。←ここ重要
                                      
 この順電圧とはスペック通りの光量でLEDを光らせるのに必要な電圧で これより低ければ「光らないor暗い」
  高ければ「明るいが寿命が短くなるか焼けて壊れる」 、そして余りにも高い電圧をかけると最悪は破裂する
 危険性があるようです。
 余談ですが私は順電圧2.1Vの黄色LEDに誤って14Vの電圧をかけた事があるのですがチリチリと煙が出
 て焼けて臭いニオイが漂い幸い破裂には至らなかったものの そのLEDは元の1/3程度しか光らなくなってし
 まいました。 (それでも使えるのが凄い)
 上の画像で使った模型店で売っていたLEDは白色LEDなので3V程度の電圧があればちゃんと光るのです。
 白色LEDは順電圧が高いので スペック上ではまだ少し(0.2~0.6V)の余裕があります。
 一般的なマンガン乾電池やアルカリ乾電池なら1.5Vなので直列で2本繋ぐと1.5V X 2=3Vとなり白・青
 色LEDは問題無く発光する電圧を取り出せます。
 ちなみに今流行りのエネループはニッケル水素充電池なので電圧は1.2Vであり直列で2本使用すると2.4V
 の電圧となるので発光させてもマンガン乾電池やアルカリ乾電池を使った場合よりも少し暗くなります。
 人間は心臓に負担をかけないように歩けば長い距離を移動できますが、無理をして走れば速けれど短い距
 離でダウンします。
 考え方はLEDも同様で少ない負荷では光量は落ちますが寿命は長持ちし、大きい負荷では明るいけど寿命
 は短くなるのです。
 最近のLEDは高輝度タイプ(発光効率が高い)が多いので少ない電圧でもかなり光る為にそういう光量不足
 の問題は発生しにくいと思います。

 と、いう事でLED発光回路で「抵抗」が必要なのはLEDの順電圧より電源(この場合は電池)が高い場合なの
 です。
 上のLEDは白色LEDなので抵抗は必要ありませんが同じ条件で赤・緑・黄色系のLEDを使おうとすると これ
 らのLEDは順電圧が2.1Vなのでこのままでは3V-2.1V=0.9Vの余分な電圧がかかってしまいLEDに負
 担が掛かります。
 この0.9VをLEDに流さない邪魔をさせるのが「抵抗器」なのです。

 次回は我ら電飾初心者の最大の敵である抵抗器について。

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第三回 抵抗ってなんですのん!  [知識ゼロからの電飾]

 
 今回は電飾における抵抗器のハナシ。

 前回の記事のように発光ダイオード(以下 LED)の順電圧以上の電圧を持った電源を使用した場合は抵抗
 器が必要だと書きました。

06.JPG これが抵抗器を使った最も単純な電飾回路です。
 電池のプラス→抵抗器→LED→電池のマイナスへと一筆書きが成立
 すれば光ります。
 この回路で使った黄色LEDの順電圧は2.1Vです。
 電源はマンガン乾電池(電圧1.5V X 2を直列)なので3V。

 今回のLEDを光らせるのに適性な電流は20mA(後述)です。


 2.1Vの電圧が必要なLEDに乾電池の3Vの電圧をかければ電圧が高過ぎてLEDに負担が掛かり過ぎに
 なってしまいます。
 よって、掛かり過ぎの3V-2.1V=0.9V ぶんの電圧を抵抗器を使って流さないようにすればいいのです。
 ここで使うのが懐かしの王蟲オーム(Ω)の法則です。

 電圧(E)=電流(I)X抵抗(R)

 模型に電飾回路を組み込めない人が感じる「壁」の正体がにっくきオーム(Ω)です。
 実際の回路においては上のオームの法則における式で
 電圧Eはボルト(V)、電流Iはアンペア(A)、抵抗Rはオーム(Ω)なのです。

 1A=1000mA であり このLEDに必要な電流は20mAなので0.02Aです。
 上の式を変形すれば
 0.9(V)÷0.02(A)=必要な抵抗値(Ω)    
 という事で45Ωの抵抗器を使えばこの黄色LEDを3Vの電源で負担が無く適性な電圧でちゃんと光らせる事
 が出来ます。
 但し、45Ωという抵抗は販売されていないようなので近似値である47Ω(大きめ推奨)を使う事になります。
 どうしても45Ωがいいという人は抵抗の品揃えがある33Ω+10Ω+1Ω+1Ωを直列で繋ぐのもアリですが
 ほぼ意味がありません(笑)何よりパーツ数が増えます。 ここは素直に47Ωの抵抗器を使いましょう。
 作った回路でLEDを光らせた場合に「思ったより明るい」と感じた場合には45Ω(次に大きなものは75Ω)の
 抵抗器の値を大きくすればLEDに流れる電気を抵抗器が制限してくれてLEDが暗くなるのでお試しあれ。

 こんな計算めんどくせーって人は

 この神様のようなサイト ココ

 を使わせて頂いて、数値だけ入れると抵抗値を勝手に計算してくれますので楽です。

 抵抗器の働きは ココ を見るとよく分かります。抵抗器って色んな働きがあるんですね~。

 さて、ここで疑問に思った方もいらっしゃるでしょう、上のLEDに何故20mAの電流が必要なのかのハナシ。
 ここが私にも電気の難解なファクターで電圧と電流の関係の分りづらい謎な部分なのです。
 基本的にLEDは電圧も電流もかけ過ぎると壊れるし、少ないと光らないか暗いのです。

 ここからは私見で話しをします。
 LEDの発光させる事において重要なのが電圧(V)です。
 まず、第一にパイプ(電圧)が太くないと電気量(電流)も流れないと思うのです。
 オームの法則で抵抗値を計算するにあたっては「LEDに流れる過剰な電気を抑える」のが目的です。
 順電圧3.6Vの白色LEDに乾電池1本で1.5Vしか流さなかったら光らないので そもそも過剰な電圧は発生
 しません。
 LEDの欲しがる電圧(V)以上を供給した上ではじめて電流を制限(抵抗器の設置)するようになります。

011.JPG 実験 1

 順電圧2.1Vの赤色LEDをマンガン乾電池一本の1.5Vを使って
 発光させてみました。

 電圧が不足しているので 昼間では光っているかいないか程度の
 輝度しか出せません。


010.JPG 実験 2

 同じLEDをマンガン乾電池2本直列にして3Vの電圧をかけてみました。
 順電圧2.1VのLEDに対して0.9Vの電圧が過剰に供給されているので
 オーバードライブしてしまいLEDは本来の性能を超えて光っています。
 このまま使えばこのLEDは明るいけど寿命が短くなるのです。
 LED保護の為に抵抗器を組み込まなくてはなりません。


 LEDの本来の性能(輝度)を発揮させる為には まずはLEDの欲しがる電圧を確保することから始まります。
 
 LEDと電流の関係
 全てのLEDには使用に対して電圧と電流に適正値と限界値があります。
 上の黄色LEDの適性電流値は20mAです。(抵抗値算出時に使った値)
 どうやってLEDの適正電流を知るかというと販売時に添付されているデータに書いてあるのです。
 分からない場合、目安として赤・黄色・緑・オレンジ系のLEDは20mA(10mAのものもある)の事が多い
 です。
 青・白色LEDは上記LED色よりも高めで20mA以上(輝度によって上がりモノによっては)の電流が必要な
 事が多いです。
 光らせたいLEDの特性を調べてから適正な電流を流すようにしましょう。
 秋月電子のLED商品カタログに適性電流値や最大電流値が書かれているので暇な時に見てLEDの色と
 電流の関係などの傾向を勉強(という程のものでもない)するのも良いでしょう。

051.JPG 一例
 これは手持ちの直径3mm 超高輝度白色LEDに付いていたデータです。

 このLEDは電圧3.4Vが適正です。(乾電池2本直列の3Vでも光ります)
 電流は20mAが適正です。
 30mA以上の電流を流すと壊れます。
 と読み取れます。


 電圧のみでしかLEDの発光システムを考えた事がなかった人も LEDが働くのには適性な電流値がある事を
 覚えて帰って下さい、奥さん。

 次回はLEDの性能についてちょっと詳しく書いてみます。

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第四回 LEDの性能を知ろう [知識ゼロからの電飾]


 今回は色んな種類があるLEDについてです。

 LEDの形態や色には様々なものがあります。
 初級者が使うLEDは砲弾型の直径3mmか5mmタイプの扱いの簡単なタイプが多いと思います。

050.JPG 比較的入手しやすいLEDに付いているラベル

 ここで大まかなLEDの性能が分かります。
 これは超高輝度の3mm径 白色LEDです。
 8400mcdとは光度を示す値で8400ミリカンデラと読みます。
 この値が大きいほど強い光を発します。
 30°は指向角度(半減角)で値が小さければスポットライト的に狭い範囲を
 照らし、大きければより広い面を照らします。

051.JPG 裏面

 前回も書いたのですが再度わかりやすく説明します。

 このLEDは20mAの電流を流した場合8400mcdの光度があります。
 使用するには3.4Vが適正電圧です。
 30mA以上の電流を一瞬でも流すと壊れます。
 指向角度は30°         他にも15°・30°・60°などがあります。

 異なるLEDのデータを比較します。

 053.JPG
 左は上記のLEDと同じですが右のラベルのLEDは青色の高輝度タイプで光度は3000mcdです。
 順方向電圧や絶対最大定格電流は同じ値ですが、光度が倍以上違います。
 その性能の差が価格に反映されてますね。

031.JPG030.JPG 光らせました

 指向角度が30°なので比較的狭い
 範囲をスポットライト的に照らします。

 光度8400mcdと3000mcdの差は
 全然違います。
 
 直接見ると目をやられますので注意!



033.JPG ちなみに赤色

 昔のLEDはそれ自体に色が付けてあって、ひと目で何色かが分かった
 のですが、今はLED自体が透明になっているので光らせないと何色なの
 か分からなくなってきました。

 まぁ、昔のタイプのLEDもまだまだ販売されているのですが。
 



035.JPG 他にも

 こんな形のもあります。

 これは指向角度なんてものは無くて上方の四角全体が光ります。

 このLEDは曲者で内部の極性が逆になってます。
 初めて点けようとした時に光らず 壊れているのかと思ってました。
 ダメもとでプラスマイナス逆にしたら点灯しました。(^_^;)
 こういうのはホントに例外だと思います。


057.JPG こんなのもあります


 三角形で用途は限定されるのですが・・・

 使い所が難しいですね。(輝度が低いし)



059.JPG 光度比較

 後に書きますがCRD(定電流ダイオード)というものを使って全てのLED
 に等しく18mAの電流を流しました。
 
 同じ電流を流してもやっぱり超高輝度のLEDは抜群に明るいです。
 模型ではバーニアやスラスターに使うのが良いでしょう。


 今ではコレのように順電圧3.4V 順電流20mAで30000mcdもの輝度のモノが販売されています。
 上の画像で最も光っているLEDの約3倍も明るく光るのです。
 この手のものは模型に使用するには逆に難しいとは思いますがヤマトの波動砲や(やってませんが)FALKE
 とかの単体で使う大型ブースターなど個別に1つだけ強力に発光させるものに適していると思います。
 考え方を変えると通常のような使い方でも流れる電流を5mA程度に絞って使えば電池を長持ちさせる事が
 出来るようです。

058.JPG 旧タイプのLED (左下だけ最近のカバーが透明タイプ)

 これも上画像と同じだけの18mAの電流を流しています。

 各々の消費電力は同じなのですが個々の輝度が全然違いますね。
 
 ガンプラでジオン系のモノアイに使うにはあまり明るいと違和感があるので
 発光効率の悪い旧タイプのLEDを使うか輝度の高いLEDを使う時でも電圧
 や電流を低くして本来の性能を絞って光度を制限してやれば良いと思います。
 右上の赤い四角のLEDはFALKEのコクピットでフットランプ用に使いました。

 他にもチップLEDというのがあって平たくて小さなタイプのモノがありますが、電線をハンダ付けする時の難易
 度が少し高めで模型に施設する際もテクニックが必要です。
 しかし、これを使えば模型での電飾のバリエーションがぐっと増えるのでお勧めです。
 私はFALKEのコンソールパネルの電飾の時に使いました。
 中にはこんなゴマ粒ほどのLEDもありますので 電飾に慣れたら使ってみてはいかがでしょうか?
 でも、これをハンダ付けしたり模型に組み込むには米粒に般若心経を書く位の精密な技術が必要だと思い
 ます。(スタンドにスタープラチナを持っている人にオススメ)
 しかし、チップLEDが20個で200円って・・・(^_^;)
 さすが秋月電子。
 おそるべし。

 LEDは特性や形状・サイズを適材適所に合わせて使えば作品がより引き立ちます。

 電飾関係の記事は今回で年内は最後になります。
 

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