安いテープLEDは使うな?!Nゲージ自作室内灯の検証①

みなさんどうもこんには!赤熊です.

本日は,超格安で済ませられる自作室内灯の検証実験です.

自作室内灯って?

メーカー製の室内灯は結構高価な上に,KATOやTOMIXから出ている室内灯はLEDが一灯だけなので,どうしても光源から遠い所では暗くなったりしてムラが発生してしまいます.

そこで,安く済ませるために自分で室内灯を作っちゃおう!っていうのが今回のたくらみ.

室内灯の分類

自作室内灯には,

  • 夕庵式
  • テープLED式

の二つがあります.

もちろんこのほかにも,自分で基板を製作して,チップLEDや電子部品をはんだ付けしていく方法もありますが,基板を作る手間とはんだづけにかかる時間,サラにはチップLED(1608サイズの部品=縦0.8mm,横1.6mm)の部品を使うので,はんだづけの難易度も相当上がります.

ということで,今回ははんだづけが簡単でコストもなるべく抑えられる方法をご紹介します.

夕庵式

夕庵式とは,KATOやTOMIXのようにLEDを1つだけ使って,その光を導光材で車両全体に届ける仕組みの室内灯です.

車両の端っこにあるのが発光装置で,真ん中の透明な棒が導光材です.これで車両全体をともします.

が,1つのLEDの光を広げているので,車内を直接照らせない分ちょっと暗めなのが難点.

制作はしやすいですが,やや時間がかかります.

テープLED式

テープLED式は,先ほどの夕庵式とは異なり,発光部がテープLEDになったものです.

車内を直接照らせるので,明るさを取りやすいのと,はんだづけや加工が必要な個所が少ないので,短い時間で手軽に,かつ明るくて安い室内灯を製作できます.

↓テープLED

こんな感じで光ります↓

画像でもわかる通り,LEDのある位置が極度に明るくなってしまうことが多いのが難点ですが,夕庵式のようなムラほどは気になりません.

デメリット

  • テープLEDを使った場合,高価なテープLEDでないと,長さが5cm単位でしか調整できないため,車両の端っこはLEDがない状態になって暗くなってしまいます.
  • 北海道型の車両や寝台車,個室車のように,車内に仕切りがあるタイプの車両は,仕切られたスペースの上にLEDが来ないと暗くなってしまう

ということで,今回は製作を簡単にするためにテープLEDを使った自作の室内灯を製作していきます.

テープLED室内灯の自作

必要な回路

Nゲージは,線路に流れる電気のプラスマイナスを入れ替えることによって前後させるのはご存じの通りかと思います.しかし,LEDには極性があるので,プラスマイナスが入れ替わってしまうとつかなくなってしまいます.

なので,ブリッジダイオードという極性を変わらないようにするための部品を使います.

ブリッジダイオード

これがその部品.

~マークのついているほうが入力,-+が書いてある側が出力です.

~側のどちらがプラスになっても必ず+マークの書いてある端子から出力されます.

http://www.eurus.dti.ne.jp/~yuichi-n/workshop/led/led.html

コチラのサイトにわかりやすい図が乗っていましたので引用させていただきます.

ダイオードは一方方向に電気を流す性質を持っています.三角の向きにしか電気を流せません.

この回路をたどっていくと,必ず出力が+ピンに+の電気が出力されることが分かります.

プラスマイナスを一定にするのがブリッジダイオードの役割.

katoやtomix(銅板Ver.)の場合にはMB6SやSDI260が使いやすいと思います。

今回tmoix(スプリング有)用に使用したのは秋月電子のTS260S。ほかにもMB10Fも使いやすかったです。

幅広・Cタイプの車両用にはTS260S、幅狭・LCタイプにはMB10Fを使うとちょうどよかったです。参考までに。

選定方法

まずは足のピン間隔です。これがスプリングの間隔に直で影響してきますので重要なポイントです。

スプリングの間隔を考えて必要なものを選ぶとよいでしょう。

そして、次に電気的規格。

鉄道模型用途の場合はほとんど気にする必要はありませんが、絶対最大定格16V以上、200mA以上のものを選ぶと問題ありません。

たまにヤフオクとかで、「1.2Aのコントローラを使用する前提で定格1.5Aのものを使用している」などの謳い文句が書かれているのを見かけますが、そんなに必要ありません。

一本の室内灯に供給される電流は多くても100mA程度なので、安い500mAくらいまでのやつで十分安全に機能します。

また、ブリッジダイオードの定格電圧は明るさや電圧に一切関係ないので、定格1000Vのブリッジダイオードを使ったからといって低電圧から点灯するようなことはありません。

テープLED

テープのような基板にLEDと抵抗が実装されています.

12Vをプラスマイナスのマークに合わせて接続すれば簡単に点灯させることができます.

これは12V品なので直接車両に取り付けられますが,5V用の製品を使う場合は12Vをかけることを想定されていないので,自分で抵抗を付けなければなりません.

安いテープLEDは12Vで動作するように設計されているので,最低でも約9V以上の電圧が加わらないと光らない設計になっています.9Vで車両を走行させるって,結構な高速走行になってしまいます.

しかし,PWM方式(常点灯対応型のこと)のコントローラを使用した場合は,12Vをオンオフすることで制御しているので,LEDには短時間ではありますが12Vが供給されていることになるので,比較的安定して点灯してくれます.

安いテープLED(12V品)を使うときは,常点灯コントローラを使用することが理想です.というか常点灯コントローラを使うことが前提になります.

一方の高いテープLED(5V品)は,動作電圧が5Vで設計されているので,常点灯対応のコントローラでなくても低電圧から発光してくれます.しかも5V品の場合は,カットできる箇所が多いので,LEDを1個単位で調節できます.これがかなり魅力ポイント!

21m級の車両だと,安いテープLED(12V品)を使うと端まで光が届かないというデメリットを解消できます.

しかし,5Vで動作するように設計されたものに最高12Vの電圧を加えるとなると,LEDが発熱して車体を溶損,さらに最悪の場合は発煙発火,過熱によるショートでコントローラを破壊したりという危険性があります.しかも12V品に比べて価格が4倍近くします.(なぜかは不明.需要が少ないのかな??)

5V品を使用する場合には,適切な抵抗の挿入や,CRD(定電流ダイオード)を追加で使用する必要があります.

パーツの接続

KATOの場合

ブリッジダイオードの出力側の+-とLEDの+-を合わせてはんだづけ.

さらに集電用の銅板を取り付けて完成.

↓kato純正の室内灯のように使うためのはんだ方法です.

銅板はだいたい6*9mmもあれば大丈夫でしょう.

私は厚さ0.1mmのリン青銅板を使っています.

katoの場合,集電板は,リン青銅板を2mm幅で50mm切り出せば十分対応できます.この集電板が1両あたり2つ必要です.

これをブリッジダイオードの足に直接はんだづけしてもいいし,↑の写真のようにリン青銅板をはんだづけして,集電板をkato純正の集電板のような形にまげて,純正品と同じような使い方もできます.

加工がめんどくさい場合は,Tカンパニーという所からKATO純正の集電板とほぼ同じ形のものが販売されているので,それを使うのが最も確実でラクです.

20本500円くらいとちょっとお高いのがネックです.

tomixの場合

ほんとにめんどくさいです.

どうしてTOMIXはスプリング集電がそんなに好きなのでしょうか,自作室内灯も,車両にポンづけしようと思うと実際にスプリングを巻く必要があります.

これもまた20本500円くらいで売られていますが,やっぱ高い…

個人用途で一番おススメなのは,ウエイト兼集電パーツに直接リン青銅板を当てるやり方.

これだと簡単かつ低コストで組み込めます.ちょっと時間がかかるのが難点ですが,ほぼ誤差の範囲なのでちょっとの苦労は惜しまずに!

スプリングを使う場合

私は車両へ取り付けるのがめんどくさいので、スプリングに課金してしまう派です。15mmのスプリングがヤフオクなどで鉄道模型用に売っていますので、それを使います。

大量に安く作りたい場合は、20mmのスプリングを買ってきて半分に切って、15mmまで伸ばして使うとよいでしょう。

いざ,製作!KATO編

それでは,実際に部品を組み立てていきます.

テープLEDは2ブロック(6灯)分切り出します.

↑こんな感じで基板に取り付けるために足が垂直に伸びているブリッジダイオードの場合は,

↓こんなふうに,出力側(+と-が書いてあるほう)の足をまっすぐにしてやります.

足をまっすぐにしたブリッジダイオードの+表記のある側の足とテープLEDの+側を合わせてはんだ付けします.

ポイント!

面倒かもしれませんが,テープLEDにもブリッジダイオードにも必ず予備はんだをしましょう.

予備はんだをすることではんだづけの確実性が上がるのと,きれいに仕上げることができます.

それと,テープLEDの銅箔は面積が広く熱が逃げやすいので,長めに熱してあげてはんだが「スッ」と流れてくれる状態を目指しましょう.

予備はんだって?

予備はんだとは,部品をはんだづけする前に,部品の足や銅箔に予めはんだを盛っておくこと.

はんだがはじかれてうまくはんだづけできなくなってしまうのを防ぎます.

銅板の取り付け

ここでは2通り紹介します.

まずは,集電用の金具を1つで済ませる方法.

こちらはよくほかのブログでも紹介されていますが,2mm幅に切ったリン青銅板をダイオードに直接はんだづけするパターン.

↑ブリッジダイオードの入力側の足(~マークのあるほう)をこんな感じで開いて,2mm幅に切ったリン青銅板をはんだ付け.

リン青銅板の長さはだいたい5cmあれば足ります.

リン青銅板の幅決めがめんどくさい時は,kato車両の集電板を差し込むところにリン青銅板を差し込んで,そのままはんだづけすると間隔を調節する手間が省けますが,床上パーツの溶損にはご注意ください.

この方法だとトミックスの車両にも取り付けられます.取り付け方はちょっと進んで「TOMIXの場合」を参照してください.

続いて,車両側に取り付ける集電板と室内灯に取り付ける集電板の2つを使うタイプ.

こちらはkatoの純正室内灯と同じタイプです.

幅2mmという細いリン青銅板を切り出すのが難しいという方は,車体側の集電板(サイズは後で出てきます)だけ切り出して,車両側の集電板はTカンパニーさんの集電パーツを使うというのも手です.

さて,室内側の集電板のサイズ目安ですが,私は6mm×9mmを使っています.

これを2つ切り出して,真ん中が1.5mm隙間ができるようにしてブリッジダイオードの入力側とはんだ付けします↓

銅板はだいたい6*9mmもあれば大丈夫でしょう.

私は厚さ0.1mmのリン青銅板を使っています.

加工がめんどくさい場合は,Tカンパニーという所からKATO純正の集電板とほぼ同じ形のものが販売されているので,それを使うのが最も確実でラクです.

20本500円くらいとちょっとお高いのがネックです.

tomixの場合

ほんとにめんどくさいです.

どうしてTOMIXはスプリング集電がそんなに好きなのでしょうか,自作室内灯も,車両にポンづけしようと思うと実際にスプリングを巻く必要があります.

これもまた20本500円くらいで売られていますが,やっぱ高い…

安価目的で一番おススメなのは,ウエイト兼集電パーツに直接リン青銅板を当てるやり方.

これだと簡単かつ低コストで組み込めます.ちょっと時間がかかるのが難点ですが,ほぼ誤差の範囲なのでちょっとの苦労は惜しまずに!

トミックス スプリング有編

こちらは表面実装用のブリッジダイオードを使うのでフラックスの準備をお忘れなく!

まずはテープLEDにフラックスを塗り、ブリッジダイオードをはんだ付け。

プラスが右側に来るように置くと、ブリッジダイオードの極性がうまく合います。

続いてスプリングの取り付け。

スプリングの先端とブリッジダイオードの入力側2端子に予備はんだをしておきます。

スプリングの予備半田をしたところにフラックスを塗り、はんだ付け。

位置は、ブリッジダイオードの足の外側にスプリングを接触させる感じです。

まとめ

テープLEDの種類とメリット,デメリットをまとめてみました

12V品

  • 安い
  • 明るい
  • ムラがすくない
  • 手に入りやすい
  • ブリッジダイオード以外必要部品なし
  • 起動電圧が高い→安定性に欠ける,ちらつきやすい
  • 常点灯コントローラが必要

5V品

  • 明るい
  • 長さの調節が細かい範囲で可能(LED1個単位:だいたい1.6cm単位で調節可能)
  • 起動電圧が低い→安いコントローラでも対応可能
  • →12V品に比べて安定性が高い,ちらつきが少ない
  • 若干手に入りにくい
  • 高価
  • ブリッジダイオードの他に,抵抗or定電流ダイオードが必要

こんな感じですね.

さらに取付方法もまとめておきます.

KATO

  1. リン青銅板を2mm幅に切り出して,ブリッジダイオードの足に直接はんだづけ
  2. 1と同じ部品を切り出し,さらに5mm×10mmくらいのリン青銅板も切り出して,kato純正の室内灯と同様の取り付け方をする.
  3. 2mm幅でリン青銅板を切り出す代わりに,Tカンパニーさんから出ている集電板を使う

TOMIX

  1. 自分でスプリングを巻く
  2. 床下パーツと床上パーツの間にリン青銅板を挟み,直接集電板(兼ウエイト)に接触させる
  3. 市販のスプリングを買ってくる

いかがでしたか?市販品を使うとかなり高くついてしまう室内灯を,低コストで製作することができますので,ぜひチャレンジしてみてください!

それでは,今回はこの辺で~👋

高いテープLEDで室内灯作る価値は?~自作室内灯の検証②

2020年9月20日

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