2017年05月08日

3Dプリンターで造形した色々な物

3Dプリンターを購入したので、小物置きなど色々作ってみました。
 
P2290442.jpg
 
P2290445.jpg
 
左の方から順にリモコン立て、ひげ剃り置き、小物置き、照明器具です。リモコン立ては造形しただけだと寸法が合わずリモコンが立たなかったため、段ボールで調整しました。照明器具は以前作成した物の外装を変更したものです。中には1WパワーLEDが3つ入っています。
 
3Dプリンターを使えば物を自分で好きなように作れるので便利です。ですが造形物の形状によっては造形に失敗したり、ある程度大きくなると造形時間や材料が増えて1日くらいがかかったりします。ですので、どんな物でも自由に作るのは難しいなといった感じです。
気軽に作れるサイズとなると3cm四方の立体くらいでしょうか。10cm四方とかになると造形に数時間かかります。例えば写真の左上の2台分のリモコン立ては5時間半、右の照明器具はカバーとLED台座を合わせて4時間半造形にかかっています。
 
こんな感じで3Dプリンターを使って色々作っていました。そろそろArduinoとか電子工作関係の記事を書きたいなぁ。
 

ラベル:3Dプリント
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2017年04月07日

3Dプリンター(FlashForge製Dreamer)の購入

タイトルの通り3Dプリンターを購入しました。これまで(ラズパイカメラ用ケース照明器具)にも3Dプリンターで色々作ったりしてきましたが、これらを作るときは3Dプリンターを貸してくれる作業スペースに行って使っていました。ですがそれだと移動する手間とか使用料金が発生します。だいぶ3Dプリンターの使用に慣れてきて使用頻度も上がってきたので、買った方が良いと思い購入しました。
 
購入したのはFlashForge製Dreamerという3Dプリンターです。
 
 
この機種を選んだのはこれらの理由からです。
  • レビューサイト(Amazon、3D Engineer)で評価が高い
  • 造形サイズがそれなりにある(225mm × 150mm × 140mm)
  • 本体寸法が小さめ(485mm × 400mm × 335mm)
  • ヒーテッドベッドがある
  • 最小積層ピッチが0.05mmと細かい
  • 日本代理店が存在する
 
個人で買う3Dプリンターの中でも高価な機種ではありますが、性能や保守対応が良さそうなので、これにしました。
 

実物が下記の写真です。大きさのイメージ的にはオーブンレンジといったところでしょうか。机の上にもなんとか置けます。
 
P2290236_web-2.jpg
 
Dreamerにはそれなりの量の付属品があります。フィラメント(ABS白・PLA白がそれぞれ1リールずつ)、交換用ビルドシート、金属製ヘラ、などです。最低限必要な物は一式揃っているので、3Dプリンターを購入すればすぐに造形できます。
 
P2290222_web.jpg
 
購入後の作業は若干の組み立てやフィラメントの挿入があります。組み立ての際には付属のSDカードに入っているマニュアル(英語・日本語)や紙のマニュアルを参考にするのですが、作成日が異なっているのかそれぞれのマニュアルに書いてあることが若干違います。紙のマニュアルに書いてあることが最新みたいですので、それを参考にするのが良さそうです。
 

Dreamerを動かすためにFlashprintというソフトウェアが付属しています。このソフトウェアのサンプルにSnakeというモデルがあったので、造形してみました。
 
2017-04-07.png
 
造形したのが下記の写真です。使用した材料はABS、精度は標準(積層ピッチ0.18mm)です。造形時間は1時間3分、消費フィラメントは2.49mでした。
 
P2290233_web-2.jpg
 
さすがサンプルモデルだけあるなといった感じで、結構綺麗に造形できています。ヒーテッドベッドのおかげでABSなのに反りが発生していませんし、骨のような部分の輪郭もくっきりしています。
 

とりあえず使ってみた感じ、なかなか良さそうな3Dプリンターです。もっと色々造形していこうと思います。
ラベル:3Dプリント
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2017年02月26日

照明器具製作 第2回:試作1台目の試験結果

はじめに

前回は作成した照明器具の試作を紹介しました。今回はその照明器具が正しく動いているか試験した結果を述べます。
知りたいことは主に4つです。
  1. 順電流や順電圧は設定通りの値か
  2. 適正な電源電圧はどれくらいか
  3. 電力の効率を良くするにはどうすればいいか
  4. 放熱は十分か
1〜3番のことを知るために電気的特性の試験、4番を知るために温度変化の試験を行いました。
 

目次

 

1. 電気的特性の試験結果

試験の結果から得られたことを先に述べると、下記のようになります。
  1. 順電流や順電圧は設定通りの値か→順電流100[mA]以上ならばほぼ設定通り
  2. 適正な電源電圧はどれくらいか→6[V]以上かつ、順電圧の合計+1[V]以上ならば良い
  3. 電力の効率を良くするにはどうすればいいか→LEDの数は3つとし、順電流を100[mA]以上とする
電気的特性の試験結果の結論は上記の通りなので、これからは結果について細かく述べます。面倒な方は飛ばしてください。
 
 
前回作成した回路は図1の通りです。LEDドライバーの型番はCL6807です。
 
Feb19_回路.png
図1 試作機の回路
 
行った試験は表1から表4の4種類です。それぞれの概要は下記の通りです。
  • 表1:LED 1個 Rs=0.320[Ω]固定 Vを変化
  • 表2:LED 2個 Rs=0.320[Ω]固定 Vを変化
  • 表3:LED 3個 Rs=0.320[Ω]固定 Vを変化
  • 表4:LED 1個 Rsを変化 V=9.0[V]固定
特に観察すべき点はこのような点です。基本的にはある値を変えたときに順電流の誤差や電力効率がどう変化するかを確認します。
  • Vを変化させたときにΔIf、ηはどのように変化するか(表1〜表3)
  • LEDの数を変化させたときにΔIf、ηはどのように変化するか(表1〜表3)
  • Rsを変化させたときにΔIf、ηはどのように変化するか(表4)
表に使われている記号の意味を下記に示します。
V:入力電圧[V] I:入力電流[A] Rs:電流設定抵抗[Ω] Vf:LED順電圧の合計[V] If:LED順電流[A] If':LED順電流設定値[A] ΔIf:LED順電流[%] Pin:入力電力[W] Pout:出力電流[W] η:電力効率[%]
(If'[A]=0.1/Rs[Ω] ※LEDドライバー CL6807データシートより) 
(パワーLEDの順電圧標準値は3.3[V])
 
表1 電気的特性試験結果1(LED 1個 Rs=0.320[Ω])
V[V] I[A] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
5.0 0.254 3.25 0.304 0.313 -2.8 1.27 0.99 77.8
6.0 0.213 3.30 0.313 0.313 0.1 1.28 1.03 80.8
7.0 0.185 3.30 0.320 0.313 2.3 1.30 1.06 81.5
8.0 0.164 3.30 0.325 0.313 3.9 1.31 1.07 81.7
9.0 0.147 3.30 0.329 0.313 5.2 1.32 1.09 82.1
10.0 0.135 3.30 0.332 0.313 6.1 1.35 1.10 81.2
11.0 0.124 3.35 0.335 0.313 7.1 1.36 1.12 82.3
12.0 0.115 3.35 0.338 0.313 8.1 1.38 1.13 82.1
15.0 0.094 3.35 0.347 0.313 10.9 1.41 1.16 82.4
18.0 0.081 3.40 0.356 0.313 13.8 1.46 1.21 83.0
 
表2 電気的特性試験結果2(LED 2個 Rs=0.320[Ω])
V[V] I[A] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
7.0 0.270 6.45 0.268 0.313 -14.3 1.89 1.73 91.5
7.5 0.295 6.60 0.306 0.313 -2.2 2.21 2.02 91.3
8.0 0.272 6.60 0.304 0.313 -2.8 2.18 2.01 92.2
8.5 0.258 6.60 0.306 0.313 -2.2 2.19 2.02 92.1
9.0 0.246 6.60 0.308 0.313 -1.5 2.21 2.03 91.8
10.0 0.225 6.60 0.313 0.313 0.1 2.25 2.07 91.8
11.0 0.208 6.60 0.317 0.313 1.4 2.29 2.09 91.4
12.0 0.194 6.60 0.320 0.313 2.3 2.33 2.11 90.7
15.0 0.162 6.70 0.331 0.313 5.8 2.43 2.22 91.3
18.0 0.140 6.70 0.340 0.313 8.7 2.52 2.28 90.4
 
表3 電気的特性試験結果3(LED 3個 Rs=0.320[Ω])
V[V] I[A] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
10.5 0.342 10.00 0.345 0.313 10.3 3.59 3.45 96.1
11.0 0.282 9.80 0.302 0.313 -3.4 3.10 2.96 95.4
12.0 0.262 9.85 0.304 0.313 -2.8 3.14 2.99 95.2
15.0 0.219 9.95 0.315 0.313 0.7 3.29 3.13 95.4
18.0 0.190 10.00 0.324 0.313 3.6 3.42 3.24 94.7
 
表4 電気的特性試験結果4(LED 1個 V=9.0[V])
I[A] Rs[Ω] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
0.0065 10.000 2.65 0.0155 0.010 55.0 0.06 0.04 70.2
0.0101 5.000 2.75 0.0255 0.020 27.5 0.09 0.07 77.1
0.0143 3.333 2.80 0.0367 0.030 22.3 0.13 0.10 79.8
0.0180 2.500 2.80 0.0466 0.040 16.5 0.16 0.13 80.5
0.0411 1.000 2.95 0.105 0.100 5.0 0.37 0.31 83.7
0.0909 0.470 3.15 0.213 0.213 0.1 0.82 0.67 82.0
0.137 0.320 3.30 0.310 0.313 -0.9 1.23 1.02 83.0
0.148 0.301 3.35 0.330 0.333 -0.8 1.33 1.11 83.0
 
結論はすでに述べていますので、他の所感を述べていきます。
  • Vが一定値以上であればVを変化させてもVfやIf、ηへの影響は大きくはない(表1〜表3)
  • VはVf+0.5[V]でもLEDは点灯するが、動作が不安定になる(表2〜表3)
  • Vfはある程度大きい方が効率は良い。(表1〜表3)
  • 順電流が100[mA]未満だと誤差が大きく、効率も悪い(表4)
LEDドライバー CL6807を使われる方がいれば、参考にしてください。
 

2. 温度変化の試験結果

パワーLEDの放熱機構は図2のように、放熱基板付き1WパワーLEDとヒートシンクを組み合わせています。
 
P2290196_web.jpg
図2 パワーLEDの放熱機構
 
上図のパワーLEDを動作させたときの温度変化が図3です。測定時はエアコンなどの空調は止めているので無風状態です。
 
2017-02-25.png
図3 温度変化の試験結果
 
図3から室温10℃に対して、LED1は29℃なので室温+19℃、LED2は27℃なので室温+17℃だと分かります。ですので、図2の放熱機構だと温度上昇は室温+20℃以内に収まることが分かります。
夏場の暑い時期を想定して室温35℃だとすると、パワーLEDの温度は55℃くらいでしょうか。パワーLEDの最大動作温度は100℃ですので、55℃であれば問題はなさそうです。ただ、人の手などが触れないように保護する必要はあると思います。
 

おわりに

照明器具試作機の試験を行ったことで、電力効率の良いパラメータや温度上昇幅が分かりました。照明器具の回路はRs=0.320[Ω]、LEDの数を3つとする予定なので電力効率95%で動かせそうです。また放熱機構にも問題はなさそうです。
これで試作の試験結果の説明は終わりです。次回は回路基板を作成したら更新する予定です。
 

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2017年02月23日

照明器具製作 第1回:試作1台目の説明

はじめに

前回説明したように、現在はWi-FiモジュールやパワーLEDを使った照明器具の作成をしています。
まだ作成途中ですが、最初の試作が出来たので記事にしました。今回は作った試作品や回路について、次回は試作品を試験(電力効率、温度上昇など)した結果について説明します。
 

目次

 

1. 作成物

図1と図2が照明器具の試作品です。左下の方に写っているのは照明を制御するための回路基板です。色々部品が載っていますが、機能はまだ照明のON/OFFだけです。
 
P2290192_web.jpg
図1 照明器具の試作(消灯時)
 
P2290194_web.jpg
図2 照明器具の試作(点灯時1)
 
カバーや台座などの外装は3Dプリンターで作りました。カバーを外すと光源となる1WパワーLEDが3つあります。(図3)
 
P2290196_web.jpg
図3 照明器具のパワーLED部分
 
パワーLEDは順電流が多くそれなりに発熱するため、放熱が必要です。放熱を行うための部品を表1に記します。
 
表1 パワーLEDの放熱部品一覧
部品 秋月電子通販コード
1 放熱基板付き1WパワーLED I-05162
2 ヒートシンク 16×25×16mm P-05053
3 熱伝導両面テープ P-00516
 
試作品の熱変化を測定し、上記の組みあわせで放熱に問題がないことを確認しました。測定結果は次回説明します。
 
 
図2だと点灯時の明るさが分かりにくいので、部屋を暗くして点灯させたときの写真が図3です。感覚としては6畳くらいの部屋全体がうっすらと明るくなり、50cm離れて本が読める程度の明るさです。
 
P2290189.jpg
図4 照明器具の試作(点灯時2)
 
やや暗い感じもしますが、この程度の明るさなら寝室で使えそうな感じですし、LED3つだと回路設計が楽なので、このまま1WパワーLED×3個のまま設計を進めていきます。
 

2. 回路

順序が前後しましたが、LEDを光らせるには回路がいります。作成した回路について説明します。
パワーLEDを効率よく光らせるにはLEDドライバーが必要です。パワーLEDも普通のLEDと同様に抵抗器を使って光らせることは出来ますが、パワーLEDは順電流が多いため抵抗器による損失も大きくなってしまいます。損失を少なくし効率よくパワーLEDを光らせるにはスイッチング動作を行うLEDドライバーを使います。
今回使用したLEDドライバーはCL6807です。(図5)
 
I-06277.JPG
図5 LEDドライバーCL6807(秋月電子通商 通販コード:I-06277)
 
LEDドライバーは抵抗器と違い、外付けの部品が必要なので回路を組む必要があります。LEDドライバーを動かす回路は部品のデータシートに記載されています。それが図6です。
 
2017-02-19.png
図6 CL6807データシートの回路図
 
データシートの回路を元に回路を作成し、実装した写真が図7です。写真に各部品の名称と回路の主要な線を書き込んでいます。
 
Feb19_回路.png
図7 作成したLEDドライバー回路
 
作成した図7の回路はデータシートの回路と全く同じではなく、以下の点を変更しています。
 
表2 回路変更箇所一覧
変更箇所 変更理由
1 電源用パスコンとして0.1μFと10μFを追加 電源ノイズをカットするため
2 LED用パスコンとして0.1μFと4.7μFを追加 LEDスイッチングによるノイズをカットするため
3 電源電圧を15Vに変更 使用するLEDの順電圧に合わせるため(3.3V×3個+α)
4 Rsを0.3Ω程度に変更 順電流を300mA程度にするため(並列接続の組みあわせで微調整する)
5 L1を47μHに変更 安価な部品を使うため
6 Adj端子にオープンコレクタ回路を接続 Wi-Fiモジュールから光量をPWM制御するため
 
回路に関する説明は以上です。
 
 
余談ですが、図7と同じ回路を実験のためブレッドボード上に組んだときは、まともに動きませんでした。順電流が10mAと少ないときは問題ないのですが、100mAも流すと非常に動作が不安定でした。
ブレッドボードですと接触が弱い場合もあるので、それの影響が出たのだと思います。
 

おわりに

今回は作成した照明器具の試作に関して説明しました。次回は試作を動かして、効率や温度の試験をした結果を説明します。
 

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2017年02月22日

ZenFone Maxがオーディオ機器を認識しない場合の対処

はじめに

今回は普段の記事とは少し違い、日常で遭遇した問題を電子工作で解決した話です。タイトルのように、ASUS製スマートフォンZenFone Maxがオーディオ機器に接続しても認識しなかったので、電子工作で対処しました。
 

目次

 

1. 発生した問題

知人が「ZenFone Maxをケーブルでオーディオ機器と繋いでも認識してくれない」と相談してきたので、調べることにしました。
図1と図2がそのときの写真です。本来であればヘッドホン接続のアイコンが表示されるのですが、ケーブルを接続してもアイコンが表示されていません
 
P2290200.jpg
図1 ZenFone Maxとオーディオケーブル接続時
 
P2290200-2.jpg
図2 ZenFone Maxとオーディオケーブル接続時(通知領域拡大)
 
真っ先に疑うのはイヤホンジャックの故障ですが、念のためイヤホンを接続してみました。するとちゃんと認識されました。
 
P2290202.jpg
図3 ZenFone Maxとイヤホン接続時
 
P2290202-2.jpg
図4 ZenFone Maxとイヤホン接続時(通知領域拡大)
 
イヤホンの場合は認識する、ケーブルの場合は認識しない。イヤホンジャックの故障にしてはおかしい現象です。他のイヤホンやケーブルでも試してみましたが同様だったため、イヤホンやケーブルではなくZenFone Max側に何かあると思いました。
 

2. 原因の推測

イヤホンとオーディオ機器で異なるのは入力インピーダンスです。基本的にイヤホンはインピーダンスが数十Ωと低く、オーディオ機器のAUX端子は数十kΩと高いです。
接続時の簡単な回路を示したのが、図5と図6です。スマートフォン側からはイヤホン接続時だと数十Ωの抵抗が接続されているように見え、オーディオ機器接続時だと数十kΩの抵抗が接続されているように見えます。
 
Feb22_低インピーダンスケーブル-1.png
図5 ZenFone Maxとイヤホン接続時の回路概要
 
Feb22_低インピーダンスケーブル-2.png
図6 ZenFone Maxとオーディオ機器接続時の回路概要
 
以上のことから、信号ーGND間を数十Ωの抵抗で繋げばスマートフォンがオーディオ機器をイヤホンとして認識するのでは?と考えました。
 
Feb22_低インピーダンスケーブル-3.png
図7 信号ーGND間に抵抗追加時の回路概要 
 
図7のような低インピーダンスケーブルを作成し、そのケーブルを使えばスマートフォンがオーディオ機器を正しく認識してくれると思います。
 

3. 対処

実際に作成した低インピーダンスケーブルが図8です。作成途中の写真は撮り忘れたので見ることはできませんが、黒い収縮チューブの中に抵抗器が入っています。抵抗器は47Ωを使用し、L/Rそれぞれの信号線とGND間に接続しています。
 
P2290205.jpg
図8 作成した低インピーダンスケーブル
 
このケーブルをスマートフォンと接続したのが図9と図10です。ちゃんとイヤホンとして認識されています。
 
P2290201.jpg
図9 ZenFone Maxと低インピーダンスケーブル接続時
 
P2290201-2.jpg
図10 ZenFone Maxと低インピーダンスケーブル接続時(通知領域拡大)
 
この低インピーダンスケーブルを使ってスマートフォンとオーディオ機器を接続したところ、ちゃんと認識し音が鳴りました。
  

おわりに

以上のように、低インピーダンスケーブルを自作することでZenFone Maxの音をオーディオ機器で再生することができました。
同様の問題で悩んでいる方は参考にされてください。
 
なお、市販されている抵抗入りオーディオケーブルは音声を減衰させるのが目的ですので、抵抗器が信号線と直列に接続されています。ですので、低インピーダンスケーブルの代わりにはなりません。
 

ラベル:オーディオ
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