LEDテープの室内灯の見直し

 今まで特別な構造の車輌を除いて、安価なLEDテープを使用して1本75円以下で室内灯を組み込んできました。室内灯を組み込んで走行させてみると、編成の最後の車輌だけ室内灯の明るさが暗かったり、チラツキが多く見られたりする現象がありました。

 そこで、回路的に検討してみました。

 ^貳娘幎劼亮柴眦瑤硫麩

 ▲董璽襯薀ぅ箸伴柴眦瑤点灯する回路

 但し、スイッチOFFや走行方向が逆で、テールライトが点灯しない場合は、回路的に,硫麩と同じとなります。ここで、分かることは△硫麩では車輌内で室内灯とテールライトの各モジュールとが並列回路になることです。車輌が複数繋がるので編成全体ではこれが並列に繋がることになりますが、Nゲージの車輌では電気的接点が多いので接触抵抗が存在してしまうため、1車輌ごとに分離して電気的な考える方が簡単だと思います。
 当然、正確にシミュレーションするのであれば、接触抵抗を求め全体の電気回路をつなげる方がいいのですが、ここでは単純化してみました。なお、テールライトモジュールのLEDと抵抗は車輌ごとに変わるので編成によって症状は変わる。

 まず、今まで使用して安価なブリッジダイオードのVfが1.1V(カタログ値 at If=1A)あることから、ショットキーブリッジダイオードのVfが0.7V(カタログ値 at If=1A)に交換することで、Vfの差分だけLEDテープの点灯する電圧を下げることが出来ます。説明をシンプルにするためにPWMではなく、DCだけで説明します。

 DI1510のカタログ

 SDI2100のカタログ



 カタログを参考に実際の回路を比較して調べてみました。
 DI1510の室内灯モジュール

 8V時にVf=0,8V、10V時にVf=1.3V、12V時にVf=1.4Vでした。回路電流は20mA。
 SDI2100の室内灯モジュール

 8V時にVf=0.2V、10V時にVf=0.5V、12V時にVf=0,55Vでした。回路電流は29mA。

 実際の回路では圧倒的にショットキーブリッジダイオードの方が明るいことが分かり、点灯し始める電圧も低い電圧から点灯することが分かりました。そこで、編成の先頭と最後尾の車輌のみ、ブリッジダイオードを交換することにしました。

 交換したブリッジダイオードの一部
交換した物
 先頭と最後尾の車輌の回路

 テールライトモジュールには10mA流れていることがわかりました。等価インピーダンスを換算して400Ωから324Ωになっていました。ブリッジダイオードとショットキーブリッジダイオードとの価格は19円と35円で6円差あり少し高くなります。なお、交換したブリッジダイオードは再利用できるので保管しておきます。

 車輌の接点をきれいにしたり、レールをきれいにしたりしてもチラツキが出るようであれば、ブリッジダイオードを交換するのも1つの対策です。

【訂正】回路中のコンデンサーの容量を間違えていたので訂正しました。
    0.1μF(誤) → 10μF(正)
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    室内灯の部材補充

     セットの室内灯を製作して取り付けていたので、部材がなくなり購入して補充しました。

     ブリッジダイオード(50個入)は秋月電子から、RP型リン青銅板(0.1×180×100)2枚は代理店経由でタカチ電機から直接通販で購入しました。タカチ電機からは1000円以上は送料無料となるので、送料を払うぐらいならアルミケースを1個購入した方がお徳です。

     室内灯の部材補充
    室内灯の部材補充
     チップコンデンサーはいつも買うところが在庫切れなので、まだ少しあるので後日購入することにしました。

     アルミケースは実家で使用していた簡易ケースを正式にアルミケースに収めようと思います。お正月の余暇を過ごすために。
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      久しぶりに室内灯を大量製作

       発注していたブリッジダイオードが納品されたので、久しぶりに客車用の室内灯を大量に製作しました。自作した室内灯はスハ45系と特急かもめの室内灯を組み込みます。

       製作した室内灯
      室内灯を大量製作

       スハ45系に室内灯を組込む
      スハ45系に室内灯

       かもめに室内灯を組込む
      かもめに室内灯
      かもめに室内灯
       新製品でも接触不良の箇所があるのでメンテナンスは必要です。でもすぐに直りますけど。
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        TOMIX用室内灯をLEDテープで自作

         今まで保有している車両が主にKATO製の車両だったので、その室内灯には安価なLEDテープとりん青板を切り出した部品を自作して使っていました。今回、TOMIX製の真岡鉄道の50系客車を購入したので、試しに室内灯を設けてみることにしました。自作する場合にもっと問題となるのが上下の接続で、3両だけと言うことで純正品と同じようにコイルバネにすることにしました。

         LEDテープの加工
        LEDテープの加工
         ブリッジDiのリード(足)を利用したいので、いつもと違い裏返してLEDテープに半田付けします。極性を間違えないようにブリッジDiとLEDテープの+−を確認して半田付けします。従って、LEDテープの向きも逆になっています。今回の加工はこれだけで簡単です。

         購入したコイルバネ
        購入したバネ
         一応、接触抵抗が良いというコイルバネを購入しました。

         コイルバネと端子を半田付け
        バネと端子を半田付け
         コイルバネをブリッジDiのリードに指して車両に組み込むだけですが、コイルバネは組立てが難しくコイルバネを半田付けした方が車両の組み立てが簡単になります。

         設置完了した車両
        設置完了下」車両

         テスト走行
         
         コイルバネは扱いにくく曲がると修正も厄介です。コイルバネを使うと構造が複雑になり、その割りには効果があまりなく接触不良が多いようである。テスト走行でKATOの車両よりもちらつくが多く見られました。ちらつきはTOMIX特有の台車の構造から来ているようでコイルバネが原因の1つで、次に物理的に異種の金属が接触する場合には電位差が生じることが原因です。KATOの製品は構造をシンプルにして同一のりん青銅を使っており、よく考えられています。まあ今回限りなので良しとしましょう。
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          室内灯をLEDテープで製作7

           新モデルの室内灯は全て搭載し終わり一段落しました。しかし、旧モデルがかなり残っており車両によって微妙に寸法や座席側の形状が違うため、どのように搭載するか個別に検討して対応している。基本形は共通化して作業効率を上げていこうと思います。

          (1)基本的なりん青銅板の切り出し
           ー嵶召僚鼎蟆爾僚古堵帖Вmm×140mm
           台車からの集電板  :2mm×25mm
           室内灯の端子板   :4mm×12.5mm

           床下に置いてみました
          旧モデル分解とりん青銅板
          (2)集電板の製作
           ・,裡僑mmの所の中心にΦ1.2mmをあける
           ・△鬘下鑪爐裡矛燭剖覆欧
           ・,硲矛燭劉△鬘寛媾衄湘追佞韻垢襦覆海譴一番面倒)
           <コツ>
            位置決めの穴に合わせて寸法を確認する
            ストッパーに合わせて基地を決めて半田付けする
            余った分はハサミで切断する
            バネ性のため、台車部分のりん青銅板を少し下側に曲げる

           完成した集電板(純正は重りに通電しますが、自作は直接繋ぎます)
          自作の集電板
          (3)端子の製作
           ・のL型に曲げて端子を作る
           ・室内灯のブリッジダイオードのリードにL型の端子を半田付けする
          (4)組立て
           ・車体を屋根から分解して床下を取り出す
           ・製作した集電板を位置決めの突起に入れる
           ・位置決めの突起にぶつからないことを確認する(ぶつかっていれば修正)
           ・中心部の丸い形状の突起に差し込む
           ・重りを載せる
           ・集電板の長い方をL型に曲げる
           ・集電板を穴から通して車体本体を上から載せる
           ・集電板を逆U型の曲げる
           ・屋根に端子付きの室内灯を両面テープで貼り付ける
           ・端子を集電板のに接触させながら屋根を被せる

           自作の集電板を取り付けたので、LEDテープの室内灯を付けて組み立てれば完成
          旧モデルの組立て
           完成でチェック
          自作室内灯の完成

          注意:分解する時に車両本体を留めている床下のツメが折れやすいので慎重に行う。私はマイナス精密ドライバーを穴に入れてそっと慎重に行っています。コツがわかるまでに3両のツメをためにしてしまいました。組立て時に無理に押し込むとツメが折れるので確認しながら組み立てます。
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            ヨ5000の室内灯

             国鉄時代に貨物列車の最後尾に連結されていた車掌車のヨ500で、最新のKATO製ヨ5000はテールライトの点灯する仕様になっているので、簡単に室内灯を点灯できるようにできます。丁度、りん青銅板の切れ端があったので、専用の集電板を作ってブリッジダイオードに直接半田付けして製作しました。あとは適当な抵抗と電球色のLEDを付け出来上がりです。

             集電板の挿入口とブリッジダイオードのリードとの間隔が違うため、集電板を直角に曲げてから半田付けしています。LEDは機関車の交換したものを再利用して、少し暗めになるように抵抗値を選びました。

             ヨ5000は2両あったので2両とも同じようにしました。
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              自作したパワーパックで室内灯の調光テスト

               ほとんど全ての車両に自作した室内灯を装備できたので、テスト走行をしました。電球色と白色の2種類を比較のために走行させてみました。明るさはわかりやすく強めにしています。

               今まで製作してきたパワーパックには全て最大出力調整が出来るようになっています。このツマミでPWMの波高の高さを調整しています。この機能を利用することにより自作した室内灯の明るさを調整できます。
               調光する時には暗い方からしないと本来の機能である出力が変化して走りはじめます。また、常光の調整でないので走行中に調整しても問題はありません。停車中でも同じ機能となります。動画ではわかりやすく常光化加工していないEF81で牽引して点灯の違いを付けています。
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                機関庫にもLEDテープで照明を設置

                 LEDテープによる室内灯の加工もほぼ終りました。そこで、電球色のLEDテープに余裕があるので、座敷レイアウトでも使えるように機関庫にLED照明を施すことにしました。でも座敷に配線があちこちにあるのは見栄えが悪いので、対策が必要です。

                ・対策1
                 照明用の電源は9V電池でストラクチャーの近くにカモフラージュして設置して、配線を極力短くして見えないようにする。

                ・対策2
                 配線を隠すために専用マットを敷く

                1.機関庫
                機関庫
                機関庫
                機関庫

                2.扇形機関庫
                扇形機関庫
                扇形機関庫
                扇形機関庫
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                  室内灯をLEDテープで製作6

                   ノイズ防止用のチップコンデンサー(25V1μF)は半田付けの距離の関係で3216シリーズをTポイントも使って安く購入できました。
                  チップコンデンサー
                   ブリッジダイオードを半田付けしたLEDテープの反対側にチップコンデンサーを半田付けして量産しました。3216シリーズにしたのはここの端子パッドに半田付けするためです。他のサイズでは半田付けできないので、このサイズで低価格品を探すのに苦労しました。
                  室内灯の製作

                  今回の室内灯の製作ににかかった費用は以下の通りです。

                  1.LEDテープ 白ベース
                    5m 300連SMD 正面発光 12V 白色、電球色 各1本  896円 送料無料
                  2.ブリッジダイオード 50個         2本 2400円 送料500円を含む
                  3.りん青銅板(0.1×100×180)        2本  390円 送料無料
                  4.チップコンデンサ(25V1μF)    100個  301円 送料164円を含む
                                             (Tポイント利用)
                  5.ペーパーカッターDN-10PZ          1個 1584円 送料無料
                  ------------------------------------------------------------------------------
                                    100本 合計  5571円

                  1本当り56円で製作できたことになり、6両分では純正品だと約3000円ですが自作では336円ででき1/9で製作できたことになります。たぶん専用のLEDテープよりは点灯する電圧が高いと思いますが、すでに32両に搭載したところPWM方式では問題がなく使用できています。室内灯を搭載していない車両は順次時間を見つけて搭載していく予定です。

                   天井まで窓が開いている車両てもいい感じ。

                   近寄っても天井のLEDは見えず純正品の導光板がない分すっきりしています。


                  なお、ストラクチャー用のLEDテープがなくなってしまったので、電球色のLEDテープを追加発注しておきました。

                  【追加】(2015/11/2)
                   10月末までに室内灯の設置完了。
                  ・ディーゼルカー,14系(2)、12系(1)は白色で36両
                  ・客車は電球色で60両
                  来月発売予定のKATOの安芸用に7両分を確保して、100両以上の室内灯整備が完了しました。追加には、それなりに費用がかかるため、車両が50両近くまで増えてから考えることにします。

                   本数の関係で床下に集電板の入っていない古いモデルの客車は今回の設置を見送っており、いずれこの車両にも設置したいと考えています。りん青銅板から台車長ぐらいある集電板を一体成型するように製作することで組み立てやすく効率よく出来そうなので、どのようにするか検討しておくことにしました。
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                    室内灯をLEDテープで製作5

                     手持ちのNゲージの古いモデルから最新モデルまでの構造的に対応できることがわかりましたので、家内工業的(?)な量産体制に入ります。そのために、りん青銅板の切り出しに使うペーパーカッターを刃と台との段差を解消すために2mm厚のカッターマットを切って、ペーパーカッターのフタを取って貼り付ける簡単な改造をしました。

                     改造したペーパーカッター
                    改造したペーパーカッター

                     製作中の自作の室内灯
                    製作中の自作の室内灯
                     なお、チップコンデンサーは容量の大きそうなものを選んで再利用していますが、在庫がなくなりました。必須ではない部品なので購入するか迷っています。タイミングもありますが、安価なものがあれば購入しようを思います。

                     手持ちのディーゼルカーは2日間ほどで全て装着できました。なお、ディーゼルカーの動力車は古いモデルもあるためいろいろな構造で形状が違うので個別に工夫する必要がありました。

                     カニ24を例に室内灯を装着する様子を紹介します。KATOのトワイライトエクスプレスで7両にしたので1台分の室内灯が足らないことになり、カニ24を自作の室内灯を装着することにしました。多少、標準品と違っても違和感がないためです。

                     座席・床下には、自作した2mm幅の集電板を2本差し込み、車両の上部の天井に自作した室内灯を両面テープで貼り付けます。
                    カニ24に室内灯を付ける
                     集電板を逆U字型に曲げて、貼り付けた室内灯の端子に接続するようにして車両を元通りに組み上げて、出来上がりで簡単でしょ。1両ずつ室内灯のテストをして全て完了です。動力車の場合、シャーシーに金属を使っているので集電板をうまく処理しないとショートしてしまうので、注意が必要です。

                     自作の室内灯を装着したカニ24
                    カニ24
                    カニ24

                     今までに完成した車両のテスト走行動画を紹介します。
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                      カレンダ

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