シャープペンの芯でLEDを光らせることは可能か？
2015/09/06
９月１日は防災の日ということで、電車に乗っていたら防災訓練でダイヤの大幅な乱れに遭遇した。
ここ数日は気温も下がってきて、ちょこっと元気も出てきたので、何か防災に役立つものを作ってみようという気になった。
ちょうど、親が使っていた古いパソコンが壊れてしまって廃棄しようとしていたので、そこに付いている部品を使ってちょっとイタズラをしてみようと思うのである。
写真の部品は「トロイダルコイル」という部品で、ドーナツのようなリング状になったフェライト磁性体に電線を巻きつけたもである。
こんな部品が大小合わせて１０個ばかり付いていたので、ニッパで切り離して使う。
写真の右側が切り離したばかりのもので、大きさは大体1.3Cm程度のものである。
巻いてある電線を取り除くのはけっこうメンドクサイのだが、そこをグッと我慢して丁寧に取り除き、写真の左のようにエナメル線（現在はポリエステル線？）を巻きなおして使う。
今回はコイルの中間で外部に信号を出す必要があるので、私はエナメル線を二つ折りにしてコイルを巻く。
だいたい１５回くらい巻いたものと、３０回くらい巻いたものを作って実験をしようと思うのである。
左の写真のように（実際のエナメル線はもっと長い）巻いていき、巻き終わったら最後に二つ折りにした部分を切り離す。
切り離した線の端っこの被服を剥がして（ハンダメッキをする）テスターでどの線が繋がっているか確認する。
二本のコイルが平行して巻いてある状態なので、片方のコイルの巻き始めと、もう片方のコイルの巻き終わりの線を捻ってハンダで導通させる。（最初の写真の左の状態）
これにより、一本のコイルの中間タップを出した状態になる。
これが今回作る回路で、ブロッキング発振回路と呼ばれるもので、とにかく簡単な回路である。
それでも動作原理はけっこう厄介で、本当に理解しようとすると電子回路と電磁気学のけっこうな学力が必要になる。
今の私にはチンプンカンプンになってしまった・・・・・（^^；。
ネット上には「ジュールシーフ回路」という名称で沢山の製作例がアップされているので、参考になる。
なんでも、本来は「宝石泥棒（Jewel Thief）」の意味だそうで、宝石のジュエルとエネルギーの単位のジュールを引っかけた造語らしい。
そういえば昔やった「ファイナルファンタジー」というロールプレイングゲームに「シーフ」というキャラクターがいて、その人を使っていると「盗む」という特技を獲得できたのである。
その「シーフ」というのはこういう意味だったのかと、今更知ったのであった・・・・・（^^；。
まずは回路がちゃんと動作するか確認である。
1.5Vの単三乾電池を一本使い、2Vを必要とするLEDが光るか試験する。
最初にテストするのは15ターンばかり巻いたコイルで、試しにコンデンサを抜いてみたら動作しなかった。
波形を見ると、80μsで発振を繰り返している。
LEDの端子の一つの波は1μsくらい0Vになり（トランジスタがON）急激に電圧が上がって2Vになり、ここでLEDが点灯する。
その後放電が進んで2μsくらいで電池の1.2Vになり、80μsくらい大人しくしている。
コンデンサーを1.5μFに変更（15倍）すると、発振の間隔は1.8msとなり（22.5倍）、波形は左のようになる。
1.8ms大人しくしていた後、バタバタと16回短い発振を繰り返してまた1.8msのお休みになる。
短い一回の波形は0.1μFのときと同じような波形になっているので、これが本来のコイルの発振なのだろう。
コンデンサは元の0.1μFに戻しておく。
ここまで実験してきて、ふと「超高輝度白色LED」があったことを思い出したのである。
通常私が実験で使うLEDは、秋葉原のジャンク屋で売っていた100本でいくらという赤や緑の超高輝度ならぬ「超安物LED」なのである。
超安物なので、実験で壊れてもあまり悔いは無く、遠慮無く使い捨てるのである・・・・その割にはあまり壊れないのであるが・・・・
超高輝度LEDは通常のLEDより発光の電圧が高く電流も多いはずなので、今回のように省エネには向かないし、どんな電圧が出るかも判らない回路に使うのはもったいない（けっこう高価だった）と思っていたのである。
試しに付けてみたら、まぁナント！！、煌々と輝くのである。
しかも、発振周波数も全然変ってしまい、0.6μsで安定した発振をするようになったのである。
まぁ、負荷が変ったので変るのは当然なのだが、ここまで変るものかと驚いたのである。
電圧はちゃんと3.8Vくらい出ている。
ただ、コンデンサーをはずすとやはり発振は止まる。
さて次はシャープペンの芯を使った電池を作る。
作り方は全く簡単で、台所からアルミホイルをちょっとちぎったもの２枚、ティッシュペーパー２枚、シャープペンの芯２本と塩水だけである。
・まず、舐めてみて思わず「オェッ！！」となるくらいの塩水を少し作る・・・・・（^^；。
・次にティッシュペーパーを畳んでシャープペンの芯を包む（芯の頭を少し外へ出しておく）。
・ちぎったアルミホイルの上に置いて塩水をティッシュに染み込ませる。
・そのままアルミホイルで包む。（シャープペンの芯がアルミと接触しないように気をつける）
全く同じものを二つ作る。
シャープペンの芯がティッシュからちょっと覗いている。
ティッシュもアルミ箔からちょっと覗いている。
この状態で電圧を測るとだいたい0.6Vくらいなものである。
それを二つ直列に繋いで1.2Vまで上げる。
ワニ口クリップを使うと、ちょっと油断するとシャープペンの芯がポキポキ折れてしまうので注意が必要である。
そのまま白色LEDの回路の電源に繋いでみたが、全く発光しなかった。
電源の電圧は完全にドロップしてしまい、0.4Vくらいになってしまっている。
やはり電池の内部抵抗がだいぶ大きいようである。
そこで、コイルを30ターンのものに変更すると、ようやく微かに発光するが、なんともハヤ情けない微かなもので、とても悲しい。
高級な超高輝度白色LEDを諦めて、赤い安物低輝度LEDに変更してみると、相変わらず情けないには変わりは無いが、それでも白色LEDよりはよく光る。
波形を見てみると、15ms毎に減衰振動をしており、波形もなんだか不安定である。
この、炭素とアルミを使った電池の製作は、よく備長炭などを使って行われており、実験としては危険なものは使わず、どこにでもある物で作れるのし、けっこうな電力も取り出せるようである。
私の希望としては、「備長炭なんて高級なものを使わずとも、シャープペンの芯でLEDが光ったゾ」と書きたかったのであるが、残念ながらとてもよく光ったとは言えず、意気込みの割には竜頭蛇尾に終わってしまったのである。
トホホ！！
※問題はどうやら内部抵抗にあるようなので、電池を複数作って並列に繋げれば当然ながら内部抵抗を減らすことが出来るはずである。
元気のある人はもう二つ作って並列に繋げればもっと明るく光ると思うのである。
HOME