『自作 LEDテールランプ(作り方・製作編)』


自作 LEDテールランプ(作り方・製作編)


既製品で売っていたりするけど自作なら自分の好みでデザインできます。



※ 参考程度にご覧ください。


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インデックス

・作り方
作り方0. 予備知識
   0-1. テールランプの仕組み
   0-2. LEDテールは電流の量で明るさ変化
作り方1. 回路図の概要
作り方2. 抵抗値の求め方
作り方3. 抵抗を使わない別の方法
   3-1. CRDは電流一定
   3-2. 回路図の概要と注意点


・製作する
製作1. 土台を作る
   1-0. 方法 2通り
   1-1. 土台を切り出す
   1-2. 形を整える
   1-3. デザイン
   1-4. 穴を開ける
   1-5. 曲げる
   1-6. 塗装する
製作2. _LEDを実装する
   2-1. 穴にLEDを差し込む
   2-2. LEDの直列を完成させる
   2-3. 直列 LEDのマイナスをひとまとめに
   2-4. 抵抗を別の基盤に実装
   2-5. LED(+) と 別基板(-) をつなぐ
   2-6. 別の基盤の(+)をまとめる
製作3. ソケット作成で完成


・反省点
4. 使用しての反省点
   4-1. LEDは明るすぎ
   4-2. 斜めから見たときの輝度が弱い
   4-3. LEDとレンズとの距離にバラつき




作り方0. 予備知識

0-1. テールランプの仕組み

純正ではダブル球という電球を使用してます。
テールランプ、ストップランプの2回路があり、
ブレーキ時は、その両方に電気が供給される仕組みになってます。



0-2. LEDテールは電流の量で明るさ変化


LEDでダブル球のような働きを実現するには、
回路の抵抗値を変化させ、LEDに流れる電流量(つまり明るさ)を制御します。

・テールランプは、 "抵抗A と 抵抗B" で電流をより少なく
暗めに。
・ストップランプは、 "抵抗Aのみ" (※1) で電流をより多く
明るく。



※1. 厳密に言えば、テール(+)は常に電気が供給されるので抵抗Bの影響はゼロではない…が無視しても問題ないレベル。 でも(↓)のような回路だと話は別。

一見この方が分かりやすくてで良いように見えるけど、テール(+)には常に電気が供給されるのでストップ(+)の抵抗は、抵抗小ではなく、 「抵抗大×抵抗小 / (抵抗大+抵抗小)」。 並列回路の抵抗の求め方はこうなる。ややこしいぞ。


まとめると回路図の概要は次のようになる。(↓)



作り方1. 回路図の概要


▲ LEDテールの回路図の概要。 上の予備知識を踏まえるとこうなるね。
「LED直列接続+抵抗器」 で1つのユニット。それらを並列に接続する形です。


ポイント解説
・電流の回りこみ、逆流によるLEDの破壊を防ぐために整流ダイオードで一方通行に。
・ナンバー灯ユニット(図中緑)は常に電気が供給されるテール(+)にのみつなげばOK。
・ブレーキ時のみ光らせるユニット(図中赤)はストップ(+)にのみつなげばOK。
・抵抗は直列ユニットごとに設置する。 そうでないとLEDの明るさにバラつきが出やすい。
白色LEDは直列で3個まで。(4個は厳しい。) 赤色LEDは直列で5個まで。(※)
・直列する個数は少ない方が明るさが温度変化に左右されにくい。

※. 電圧降下が赤色LEDは約2ボルトちょい、白色LEDは約3ボルトちょいと決まってるから。


で、抵抗値はどう求める? (↓)



作り方2. 抵抗値の求め方

例えば、
「LEDを15mA(ミリアンペア)の電流で光らせたい、抵抗はいくつにすればいいの?」

なんて時に使うのがオームの法則 (↓)


「いい人には愛があ~る」で覚えた? 求めたい箇所を指で隠し、残ったのがそれを求める式。
抵抗(Ω) = 電圧(V) / 電流(I)。


これを具体的にどこで使うか(↓)



LEDを点灯させるとその回路はその分だけ電圧が下がります。
オームの法則で使うのは、LEDが使い切れずに余った電圧の部分。


 赤のLEDは標準電圧が大体 2.1v。 直列4個だから8.4v消費、LEDを15mAにする抵抗値は、

 余った 6.0v / 0.015A = 400Ω といった具合に算出、

(mAは数値を1/1000してAに変換して計算。)


 この抵抗値をさらに1.1倍して、440Ωとします。

(1.1倍するのは、LEDの温度上昇に伴う消費電圧の低下、抵抗器の誤差を補うための安全策です。)





作り方3. 抵抗を使わない別の方法

3-1. CRDは電流一定

抵抗器を使わずCRDを使う方法もある。
”CRD (定電流ダイオード)”ってのは簡単に言えば電流値を一定にしてくれる部品。
写真のCRDなら18mA前後で固定。 抵抗値を計算する必要は無いから楽。 電源電圧の上下に電流値が左右されにくいからスマート。



3-2. 回路図の概要と注意点

▲ CRDを用いたLEDテールの回路図の概要。


・ブレーキ時もテール(+)は電気が供給されるのでCRDが並列接続になることに注意。
並列になると電流値は足し算されるんだとさ。

・CRDはこれ自体にある程度の電圧を掛けないと上手く働かない。その下限の電圧が ”肩特性電圧”。 それを踏まえると直列にするLEDは、白なら2個まで、 赤なら4個までがいいかと思う。




では実際に作ります ↓↓↓
使うのは、半田、半田ごて、5mmLED 白(標準30mA,広角60度)、赤(標準20mA,広角60度)、抵抗(またはCRD)、整流ダイオード、配線コード、基板、やすり等



製作1. 土台を作る

製作1-0. 方法 2通り


方法A. 塩ビ板、アクリル板から作る。
いわばゼロから作るので手間は掛かるが、整えれば見た目を綺麗にできる。熱で形を変えられる。曲面も可能。 ドリルが必要になる。

方法B. 基板から作る。
初めから穴が開いてるので楽だがゆえに見た目が良くない。 硬いので切る、削る工程で苦戦するかも。熱で曲げたりはできない。 取り付けたLEDの角度調節が容易。



製作1-1. 土台を切り出す


塩ビ板から作ります。 万能はさみで切り進むも…割れやすい。 予めカッターで深く切れ目を入れると上手く行く。



製作1-2. 形を整える


 大まかに切り出した板をテールにあてがい無駄な部分をチェック、切り落とす。

 細かい曲線は熱したドライバーなどで溶かして大まかに成形、ヤスリで整えます。

 ちなみに断面は紙やすり(空研ぎペーパー)で滑らかにしてからターボライターでさっと炙るとさらに綺麗できます。



 2度ほど試作して3度目、この形で行こう。



製作1-3. デザイン


 方眼紙の上でどこに5mmLEDを設置するか考える。赤色LEDは最大5個並びの直列で一組。それを考慮してデザイン。

 折角 LEDにするんだから、スットプ時だけ光るポイントを作ろう。全体が常に光ってその輝度を変えるのでは純正の電球と変わらない。



製作1-4. 穴を開ける


 デザインした方眼紙に板を当ててポンチで印をつけます。 そこをドリルで穴あけ。5mmLEDを使うので5mmの穴を開けます。



製作1-5. 曲げる


 もしテールレンズの角度や曲面に合わせて成形するならこの段階で。

 ドライヤー、ファンヒーターなどで熱すれば自在に曲げられます。

 LEDテール初製作の時はやりませんでした。ではやらずに進みます。



製作1-6. 塗装する


 銀メッキ調スプレーで塗装するもテールレンズから透けて綺麗な赤レンズが台無し…。という事で結局クリアレッドで塗装。

 もしテールレンズが透けないぐらいの暗いトーンなら黒かシルバーでの塗装がおすすめ。

 シルバーなら明るさは上がる。けど全体が光るのでLEDの配置によるデザイン効果は落ちる。黒はその逆。


 後回しにしていたナンバー灯用の穴はここでだいぶてきとーに開けちゃいました。

これで土台(LED実装基板)は完成!



製作2. LEDを実装する

製作2-1. 穴にLEDを挿し込む

穴にLEDを挿していくとこんな感じに。
2,30個もLEDを使うとなると1,2個ぐらい輝度の低いものが混じる。不良品は事前チェックで-。


製作2-2. LEDの直列を完成させる


LEDの組ごとに足を半田付け。

足の長いほうが+、短いほうが-。 LEDの足を折って隣のLEDの足に絡めて半田でくっ付け、直列の組を完成させる。



製作2-3. 直列 LEDのマイナスをひとまとめに


さて直列の組がたくさん出来ました。

今度はそれぞれの直列組のマイナスの足を隅の一箇所にまとめて半田付けします。

もちろん足の届かない組もあります。その場合は配線コードを使ってつなぎます。

後からでも良いけど、まとめた所に長めの黒い配線コードを半田付けしてつなげます。


プラス側はノータッチで。 これからそれぞれの組に抵抗(またはCRD)を繋ぐから。



製作2-4. 抵抗を別の基板に実装


 LEDの基板は狭いので、抵抗は別の基板に実装します。

 整流ダイオードは向きに注意。



▲ 実装イメージ (実際の抵抗値とは異なります)


 狙う電流値を元にオームの法則を使って抵抗値を算出 (ページ内リンク) 、

 電子部品を回路図どおりの流れになるように基盤に差して裏で半田付け。

 上の基板は”ブレッドボード型基板”。数字の縦の列はあらかじめ裏で繋がってます。 初心者でも電気の流れを整理しやすいです。




ふつうの基板に実装する場合は電子部品の足を裏で絡めて半田付けしたり、スズメッキ線などで回路を作ることになります。


やらなくても良いけど、明るめに設計しておいて半固定抵抗器で全体を絞れるようにすると後の明るさの調整が楽です。



製作2-5. 別基板の(+)をまとめる


別基板に実装した抵抗回路の(+)をそれぞれ一か所にまとめます。

テールランプの時に通電する回路はテール(+)に、
ストップランプの時に通電する回路はストップ(+)に、と言った具合です。

メッキ線や配線コードを使ってね。

さらにそのまとめた所に長めの配線コードを半田で繋ぎます。




製作2-6. LED(+) と 別基板(-) をつなぐ



別基板に実装した抵抗回路の-側(電気の出ていく側)を、

それぞれが担当するLED直列組の+に配線コードでつなげます。






これでひとまずLEDの実装は完了! ちゃんと点灯するかチェック。


基板の裏はシリコンシーラントで埋めて固定、ショートを防止すべきですが後々調整するかもしれないのでひとまずやらない方が良いでしょう。

この線むき出しの状態では車体への着脱が面倒です。電球のように取り付けられるようにします。(↓)



製作3. ソケット作成で完成


車体への着脱が容易になるようにソケットを作成します。

電球を破壊して、ソケット(口金)をゲット。 口金だけってのも店によっては売ってるけどね。




LEDテールのそれぞれの線を適切な場所に半田付けします。

口金の側面がマイナスなので-線は側面に。
テール+線、ストップ+線は口金を車体に組んで、どっちがどっちかよく確認してから半田付けを。

口金の底、2つの"ぽちっとしてる部分"は半田なので熱したこてで溶ける。口金の内側から+線を押し付けていれば半田が溶けたときにくっ付く。




口金はつまむ部分がなくて取り付けが大変。 パテで埋めて適当につまみを作成。




車体に取り付けて完成! LEDテールの固定は結束バンドです。




4. 使用しての反省点

4-1. LEDは明るすぎ


 LEDは電球と違って目に来るね。 でも結局はカラートーン次第。

 クリアレンズまたはカラートーンが今回のようにライトなら、広角のLEDを30個程度、テールは1mA程度、ストップは10mA程度で十分でした。



 純正レンズをスモークグレーに塗装してダークにイメチェン。
 これだと、挟角のLEDを50個程度、高輝度、超高輝度タイプでテールは20~30mA程度、ストップは50~70mA程度。これが最低限。


 あえて明るく作っておいて半固定抵抗器で全体を絞り込んで調整すると楽です。


 ナンバー灯は明るすぎるとナンバーが白く飛んでしまうから注意。



4-2. 斜めから見たときの輝度が弱い


 LEDはいまひとつ光が広がらない。使用したLEDは広角タイプに分類される半減角60度なんだけど、左右にたった30度ってことだからね、少し角度が付くと明るさがかなり落ちる。

 拡散キャップを被せるも、変なLEDの粒感が出たり、輝度が落ちたり…。

 そこでLEDの先端を削って光を拡散(写真左)。光は広がったけど、その出方が独特になってレンズに輪っかが写るように(写真右)…、何かの卵のような不気味さで気に入ってます。

 純正レンズのようにしっかり拡散のためのカットが入っていると挟角でも結構広がってくれます。しかしレンズのカットのせいで局所的な明るさのばらつきが出てかっこ悪くなります。この場合は適宜、拡散キャップの使用がおすすめ。



4-3. LEDとレンズとの距離にバラつき


 車体につけるとLEDテールは概ね水平なんだけど、テールレンズには角度があるので LEDとレンズの距離にバラつきが出ちゃう。 これだとレンズに写る光も上下で異なってくる。 こだわるならここら辺も均一にすべきでしょう。

 塩ビ版は熱で簡単に曲がるので角度も変えられるし、曲面にも出来ます。 やけど注意ですがファンヒーターやドライヤーでけっこう簡単に出来ます。





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