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コンデンサチェッカーの製作 ~その2・製作編~ [オーディオ]

2015年11月28日の日記

先週に引き続いてコンデンサチェッカーを作ります。前回は回路の設計まででした。今回はメータの指示回路をいじります。

私が設計したコンデンサチェッカーは試験するコンデンサの両端に50~300Vをかけ,流れるリーク電流を1kΩの抵抗で電圧として検出します。それをOPアンプで増幅し,最後に電流に変換してメータを振らせます。V-I変換もOPアンプの得意とするところで,OPアンプ1個で電圧→電流への変換ができます。

V-I変換回路.jpg 前回と同じ図ですけど....。

この回路で,Trのベース~エミッタ間電圧VBEを考慮しないといけませんが,近似的に Rはこの式から計算できます。

              I-V変換式.jpg

と表されます。簡単ですね。

仮にOPアンプの最大入力を5Vとしたとき,前段のOPアンプの増幅度は最大100倍(40dB)なので,リーク電流の電圧としての入力値は50mVすなわち50μAとなります。今回のメータ指示最大値は50μAで設計しました。

使用したラジケータの感度(フルスケール時の電流)は276μAでした。もし,F.S.=50μAの検流計を使用すればOPアンプの反転入力(マイナス)に入れる抵抗 Rs は上式から100kΩですが,276μAを50μAとして表示させるので,Rは18kΩとなるはずです。 なお,ラジケータは売っている店で規格を表示していない限り,感度や内部抵抗はわかりません。買った人が調べないといけないので,調べるときは本ブログのずっと ▼ の方をご参照ください。

ところが.....。

10MΩを4個直列にした抵抗に200Vを印加して測ってみると計算上は5μA流れるはずなのにメータの指示は3μA程度です。

使用したのが安価なラジケータなのが災いし,メータの指示誤差が大きいようです。しかたないので,改めてメータの特性を測ってみました。

ラジケータ特性.jpg おや,おや,おや.......。

やはり,カーブが直線でなく,放物線になっています。やはりラジケータは誤差が大きいのですね......。確かにフルスケール時は270μAくらいですが,それ以下のときは小さな値を示すわけです。

しかたないので,RSの値を大きくし,33kΩにしたらほぼ計算値どおりとなりました。

V-I変換抵抗値.jpg リーク電流と指示値の誤差

ようやくこれで回路設計は終了です。実際に製作した回路を下記に示します。前回と異なるのは前段のOPアンプのゲインを1倍,10倍,100倍と3段階にしました。これで,F.S.50μA~5mAまで測定できるようになります。ゲインの切り替えはロータリーSWを使うのが定番ですが,今回,中立offのスイッチを使ってトグルSWで切り替えられるようにしました。

最初はオイルコンやペーパーコンなどの小容量のコンデンサのリーク電流だけを測るつもりでしたが,改めて電解コンデンサのリーク電流を測れるようにしよう,と思ったからです。電解コンはオイルコンなどに比べてはるかにリーク電流が大きいので,レンジも大きくしないといけません。

さて,次はプリント基板を作ります。例によってプリンタのトナー転写方式で作りました。ただ,やはりまだ精度的には感光基板の方が上で,仕上がりも感光基板の方がきれいです。また,転写する用紙の繊維が邪魔をして,見えないくらい細い線でとなりのパターンとショートしていたりするので,注意が必要です。

プリント基板1.jpg 

基板が完成しました。2SC3425には放熱器が必要です。

なお,予想していましたが,昇圧チョッパ回路のスイッチングTr 2SC3425は200V以上で結構発熱します。最初は裸のままでもいいや,と思っていたのですが,10分もすると結構熱くなります。放熱器も大きめのをつけてください。

ケースはタカチのSW-125を使いました。70(W)×40(H)×125(D)mmのものです。もう少し大きい方がよいと思います。いつもながら,"小型化=高性能" と思っているので小さいものが好きで,何を作るにしても小さく作ってしまうので困りものです。アンプにしてもだだっ広いシャシーにまばらに部品がついている,というのは嫌いなんですよね~。

メータはどこかの部品屋で買った1~5の目盛りがあるラジケータです。バックライトもついていましたが,電源が9Vでは暗く,フィラメントが赤くなるだけでしたので取り外して電球色LEDにしました。

ラジケータ(オリジナル).jpg もとの電球仕様のときです。

ラジケータ(電球色LED).jpg 電球色LEDにしました。

使用したLEDは砲弾型のφ3mmのものですが,これだと照射角が狭すぎてメータ全体を照らさないと思ったので,拡散フィルターをかぶせています。

コンドーム?.jpg 

   なんか,まるでコ○○○○ムみたいでイヤですけどね.....(^^;)。  

メータ拡大.jpg 拡散フィルタのおかげで全面が明るいです。

内部.jpg 内部です。 

外観1.jpg 完成しました。

さて,次回は片っ端から古いアンプから外したコンデンサをチェックしてみたいと思います。回路も修正しましたのでご注意ください。

 

【メータの感度・内部抵抗の測定‥‥‥ラジケータの使用法】 

さて,今回,メータによる指示をすることにしました。簡単にするならデジタル電圧計にしておいて,1V=1mAとでもしておけばよいのですが,アナログ式のメータにしようと思いました。

本格的には富士計測器やヤマキ電気が出しているJIS規格準拠のものがいいのですが,今回は安価にラジケータを使うことにしました。昔,BCLラジオやFMチューナーなどに使われていたものです。なぜか昔から好きなんですよね~~。最近はメータを使うことが少なくなり,見かけることも減りましたし,あっても台湾製の結構値段の張るものしかありません。

でも,秋葉などで売られているこれらのラジケータは規格が不明です。最低限,感度(フルスケール時の電流)がわからないと使えないのですが,これすら "FS○○mA" などと書いてあることはほとんどなく,買ってきた人が調べないといけません。感度と内部抵抗がわかれば分流抵抗などを使って真空管アンプの電流計などに使えるんですけどね.....。

自分で調べるには次の通りやります。

100kΩ~1MΩくらいの可変抵抗と006Pの乾電池を用意します。可変抵抗をこのように接続し,シャフトを回してメータが最大値を示すようにします。この状態でメータの端子電圧Vm と電池の電圧 Vを測定します。その後,電池を外して可変抵抗の値 R を測定します。

メータ内部抵抗測定法.jpgこんな風に接続します。

内部抵抗測定.jpg 測定中の配線です 

ここで,VVは測定可能なので既知ですが,知りたいのはと Rm です。 

キルヒホッフの法則から,下記の式が成立します。

             連立方程式.jpg 

解は次の通りです。

              連立方程式解.jpg 

今回,使用したラジケータはV=0.173V,V0=8.27V,R=29.25kΩでしたから,i=276μA,Rm=625Ωと求められました。普通,ラジケータはF.S.=500μAのものが多いので,ちょっと私のは変です。 

実を言うと今回のコンデンサチェッカでは必要なのは感度のみです。単純にフルスケール時の電流を調べるだけなら▲の回路にテスターを入れて,電流を測るだけでも十分ですが,真空管アンプの電流計など,分流抵抗が必要な場合は内部抵抗を知らないといけないので,その場合はこのようにしてください。  


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Tomix ED61へのスナバ回路組み込み [模型]

2015年11月22日の日記

先週,TomixのEF510にスナバ回路を組み込みました。もう1両,ED61がありますのでこれにスナバ回路を組み込んでみます。

模型は古いもので,2011年にボディおよび動力が改良され,リニューアルされていますが,私のはその前のものです。おそらく,10年ほど前に購入したものと思います。

実車は中央線で使用されていた戦前の輸入機など雑多な古い機関車を淘汰する目的で1958年から国鉄が製造した出力1,590kWのD型機です。直接,ED61を見た記憶はないのですが,非回生ブレーキの同系ED60や飯田線転属のため改造された後のED62は見たことがあります。

早速ばらしてみます。ボディは裾の中央部分に指をかけてギュッと広げるとボディが落っこちてきますので,簡単にばらせます。

内部.jpg 内部

う~~む,と思わずうなってしまいました。このウェイトの光沢や基板のデザインはどこかで見たような気がします......。おそらく,某社の中国委託先と同じところの製造だと思います。

前照灯の基板はKATOと違って,前後で2枚に分かれています。これは意外に面倒で,基板が小さく,スナバ回路を組み込む余地が少ないし,お互いに逆の極性になるので保護用のシリコンDiを省略できる2つの前照灯用LEDが分かれてしまうので,別途,個別にLEDごとに保護用のシリコンDiを組み込む必要があります。

original基板.jpg オリジナルの基板

何より前照灯が暗くてこの点も改良したいと思います。実は,▲の写真は電池をつないでLEDが点灯している状態なのですが,全然点灯しているとは思えないほどの暗さです。

おまけに電流制限抵抗は330Ωを使っていて,これだとLEDに流れる電流は30mAくらいになっていて,LEDの定格オーバーだと思います。 これだけ電流を流しても非常に暗いので,ここ10年ほどのLEDの技術の進歩には驚かされます。最近のやつはまぶしくてしかたないくらいですが,10年前はこんなものだったのですね~~。

前照灯基板(改良後,スナバなし).jpg スナバ回路なしの基板

スナバ回路はどちらか一方の基板だけ設置すればよいので,まずはスナバ回路なしで組み込んでみます。

LEDは電球色のφ3mmのものに交換しました。また,電流制限抵抗も1kΩに変更します。これだとLEDには約10mA流れることになります。▲の写真では同じ電池を使っているのですが,このように明るく点灯します。

なお,オリジナルの基板にはなんと保護用のダイオードが入っていませんでした。LEDの逆耐圧は6Vほどなので,これを入れておかないと後進時にこのLEDに逆向きに12Vがかかることになります。まあ,これくらいの電圧でもLEDは耐えられるようなのですが,LEDのメーカは保証しないでしょう。ちゃんと保護用のダイオードを入れておきます。使ったのはロームの1SS133です。非常に小さく,重宝しています。このダイオードは写真にもあるように,LEDとは逆向きに取り付けます。なお,よく製作記事やブログなどでシリコンDiをLEDと直列にした回路を見かけますが,これは誤りで,逆耐圧保護の場合,LEDと逆向きにパラ接続します。

前照灯基板(改良後,スナバ付).jpg スナバ回路付の基板

こちらはもっと厄介で,チップタイプのシリコンDiをはんだづけした後,CとRを直列にしたものを基板の根元に取りつけないといけません。まずはシリコンDiをLEDとは逆向きにはんだづけしたあと,33Ωと0.1μFを直列にしたものを基板の端子部にはんだづけします。その後,LEDをシリコンDiとパラにはんだづけする,と言う作業をします。

はんだづけしたあとはこのように点灯テストをしてください。

点灯テスト.jpg 点灯テスト

カメラの露出の関係でわかりにくいですけど,スナバ回路のおかげで後ろ側(右)の前照灯は点灯しません。スナバ回路がないと,コントローラの回路や周波数にもよりますが,どっちが前だ? と言いたいくらい明るく点灯してしまいます。 

ED61.jpg 完成です。

ED61-1.jpg 前照灯も非常に明るくなりました。 


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コンデンサチェッカーの製作 ~その1・設計編~ [オーディオ]

2015年11月22日の日記

このところ,古い真空管アンプを修理しています。現在はラックスのA3600KMQ60を修理しています。いずれも1970年代に製造されたもので,経年40年と言ったところです。

これらの古いアンプを修理する際に,まず必要なのがコンデンサの交換です。特に,カップリングに使用されているオイルコンやペーパーコン,MPコンは必ず取り替えましょう。電解コンデンサも容量抜けやリークが発生しますから,極力交換します。ただ,カップリングコンほどは重要ではないと考えています。

私は何でも古いものが好きで,ラジオや真空管,半導体など古い部品を使うのも好きなのですが,ことコンデンサに関する限り,最新の物を使うことにしています。やっぱ,いつも思うんですけど,コンデンサと女房は新しい方がよい,と思います。どちらも数年から10数年で劣化して危険物になりますからね........(^^;)。 

オイルコン,MPコン1.jpg 

  古いオイルコン,ペーパーコン,MPコンは取り替えましょう。 上2つは未使用です。

なぜカップリングコンデンサの交換が必要かというと,リーク電流により真空管のバイアスが狂うからで,特に出力管のカップリングコンデンサがリークすると最悪の場合,バイアスがプラスになって出力管を傷めるばかりでなく,出力トランスの断線を引き起こします。前回修理したKMQ60はこれが原因で,故障していました。出力管は放電した跡があり,OPTが断線していました。カップリングコンデンサがリークするとこうなる,という見本のようなものです。使っていた人は "バリバリというノイズが出ていた" と言っていましたが,真空管内部で放電しているんですね。こんな風に,劣化したカップリングコンデンサはきわめて危険です。

ラックスのこれらのアンプはOPTが断線しやすく,これらのアンプの故障の原因となっています。この断線を引き起こす原因のひとつがカップリングコンデンサの不良です。

電解コンデンサの場合も,リークを起こしますが,幸いにも電解コンデンサはカップリングコンデンサには使用されませんし,電源部やデカップリングコンデンサに使用されるので,もしリークしてもリーク電流はグランドに逃げるだけで,真空管の寿命を縮めたりするわけではないので,緊急性としてはカップリングのコンデンサよりは低いと思います。

ただ,リーク電流が増えると発熱して最悪の場合,爆発しますので,電解コンデンサも交換した方がよいと思います。特に古い電解コンデンサの場合,防爆弁がないものが多いので,本当に爆発することがあります。

カップリングコンデンサについては,最近製造されたフィルムコンに交換する分には全く問題ないと思います。

ところが,私もそうでしたけど,どうしても昔ながらのオイルコンにこだわる人がいて,特に古い米国製がよいとかいうことで古い未使用品を使う人が多いと思います。やっぱり,魅力的なんですよね~。

こういうのを海外のお店などではN.O.S.という表現をしています。

N.O.S.とは "New Old Stock" の略で,正直言って,"新しくて古い在庫" って変な英語~っ!? という感じで意味不明な用語ですが,要は日本語で言う,"新品未使用" のことです。日本のお店でも最近はこの表現をしている店があるようです。

アメリカは軍が大量に資材を購入する都合上,そこから保管期限切れとなった部品類が放出されるし,大陸のそこかしこに倉庫があって,セットメーカなどが廃棄するつもりだったのを忘れていたり,倒産したりしてそれが放出されることがあります。これらがN.O.S.として流通するのですが,さすがに保管期限切れなわけですからメーカの保証はありません。こういったコンデンサを使う場合はあくまでも自己責任,と言うことになると思います。私は出力管を飛ばしたくないので使いません。

ただ,アメリカ製がダメだからと言って,日本製は大丈夫かというと,これもまた全然そんなことはありません。

10年ほど前,6AR5のウィリアムソンアンプを作ったことがありますが,真空管が古いのでそれにあわせて▲の写真にあるような日本製のオイルコンを使いました。もちろん,中古じゃなく,日本の大手メーカ製の新品未使用のもので,製造は1980年代のものです。

まあ,そんなに古いわけじゃなし,日本製だから大丈夫だろう,と思っていたのですが,いざ配線が完了して通電してみると様子がおかしいのです。

ウィリアムソンアンプはプッシュプルなので上下の出力管があるのですが,どうにもバランスが取れません。

おかしいな~と思って配線をチェックしてみてもミスはありません。バイアスも通常通り出ています。

でも, よく考えてみるとバイアスを計ったつもりで,実はウィリアムソンアンプは自己バイアスなので単にシャシーとカソードの間の電圧を測っていただけでした。それで改めてカソードとグリッドの電圧を測ってみると+90Vくらいになっています!!!!!!!!

     えぇぇぇぇぇ~~~~~っ!!!!

と言うわけで,びっくりしたのですが,これがカップリングコンデンサのリークですね。皆さん,こういうことになりますので,古いオイルコンやペーパーコンはカップリングに使わないようにしてください。 

もし,どうしても使いたい場合は必ず絶縁特性を調べてからにしてください。

では,なぜ古いオイルコンやペーパーコンがリークするか,と言うと内部のセパレータにフィルムコンはポリエチレンやポリカーボネート樹脂など,プラスチック材料を使っていますが,これらのコンデンサは紙を使用しているからです。長年の間にセパレータが吸湿して本来は不導体なのに徐々に導体になってしまいます。

おまけに,コストダウンのため1970年代に製造技術が革新され,封止にゴムを使用するようになったのがリークの最大の原因だと思います。

ペーパーコン構造.jpg

ペーパーコンデンサの内部構造(小野勇著 "コンデンサ活用マニュアル" 東京電機大学出版局 '75.12刊行 より)

オイルコン,MPコン.jpg 

   実際,このような端面になっています。ゴムを使っています。

そういえば,古い円筒形のオイルコンなんかを見てみるとこんな構造です。電解コンデンサもチューブラのものはそっくりです。このゴムが劣化して隙間ができ,そこから湿気が侵入するのですね。

一方,いつも大変お世話になっている河童さんから伺いましたが,1970年代より前にはセラミックの円筒に電極を納め,両端をはんだづけした構造のものがあり,これらのコンデンサの方が新しいものよりリークが少ない,とのことです。やはりコストダウンがいけなかったようです。 

old paper condensers.jpg 

  今でも絶縁特性が良好な古いペーパーコン(河童さんご提供) 

ただ,電解コンデンサは中が液体で満たされていますし,湿気が侵入しにくいのかもしれないと思いますが,本当のところ,どうだかわかりません。

ただ,同じオイルコンでも米スプラグのVitamin Qなどは端部ががっちりエポキシ樹脂? のようなもので固められています。確認していませんが,Vitamin Qだとリークしないのではないかと思っていますが,なんにせよVitamin Qは高いので,いままで使った数が少なく,未確認です。よく,米国製の部品の品質にクレームをつけると,"だったらMILスペックのものにしろよ" なんて言われることが多いですけど,スプラグのもそうなんでしょうね。

フィルムコンだと外周が樹脂で固められていますし,もとからセパレータが非吸湿性なのでリークしにくいと思います。なお,フィルムコンはポリエチレン樹脂(ペットボトルと同じPET樹脂を使っています)のものは安物で,高級品はポリカーボネート樹脂を使っています。実際,お店でもポリカーボのものの方が高いです。ペットボトルは実は微細な穴が開いていて,空気が中に入る,という話を聞いていますので,私もポリカーボネート樹脂を使ったフィルムコンを使うことにしています。ただ,PET樹脂の方が安いし,誘電率が高く,コンデンサのサイズが小さくできると言う特徴があります。

さて,コンデンサのリーク電流を測定する装置を作ろうと思います。 

コンデンサの劣化度を見るのにESR(等価直列抵抗)を測定するのも手か,と思いましたが,確かにコンデンサが劣化するとESRが大きくなるのですが,必ずしもESRだけではコンデンサの劣化を判断できない,という話もあるので,直接リーク電流を測定できるものとします。絶縁抵抗を測るわけですからメガーでもいいと思いますが,メガーだと500Vとか1000Vとか電圧が高すぎますし,本来は機械装置の絶縁を見るものなので装置も大きく,電子工作用に簡単にリーク電流が測れるものとしたいと思います。

上述の本にコンデンサの試験装置の回路が載っていますので参考にしました。

コンデンサリーク電流測定法(コンデンサ活用マニュアル'75.12月).jpgコンデンサ絶縁抵抗の測定法

でも,これ,原理としては正しいけど,このまま作るわけにいかんよな~という回路です。

リーク電流測定原理.jpg単純に描くとこういうことです....。 

なにより直接リーク電流を検流計で測る回路になっていますが,良品のコンデンサならいいですけど,もし不良品にぶつかると過大な電流が流れ,高価な検流計を飛ばしてしまいます。仮に300Vをかけたとして,不良のコンデンサだともろに300Vが検流計にかかるので,一瞬にして検流計が壊れます。実際,先ほどの本に,"異常時に,しばしば検流計の可動線輪がしばしば破損し,試験中断の機会が多い" と書かれています。

と言う次第で,もっとハイテクな回路にしないといけません。なにより電流を直接測るのではなく,いったん,電圧として検出してそれを増幅する,と言うことを考えたいと思います。このままデジタル電圧計をつなげばリーク電流に換算できます。PICマイコンなんかを使ってもいいでしょう。今回はアナログ式にしてメータをつけたいと思います。メータを振らせるには最後にV-I変換すればよいわけです。

と言う次第で設計した回路を▼に示します。

コンデンサチェッカ回路.jpgコンデンサチェッカ回路図 

回路は2つに分かれていて,上が測定部,下が高圧発生回路です。

まず,測定部について説明します。

試験用のコンデンサに所要の高圧をかけ,リーク電流を1kΩで検出します。ここに1Vの電圧が出れば,リーク電流は1mAというわけです。

実際に良品のコンデンサの場合は数μA以下の電流になりますから,電圧としては数mVを入力とすることになります。

最初のOPアンプは非反転増幅器で,ゲインを10倍と100倍に設定できるようにしました。なお,メータ指示値はmax.50μAで設計したので,実際の電流レンジは1倍と10倍になります。入力に入っているシリコンDiの1SS133は入力保護用のダイオードです。最悪,300VがOPアンプにかかることになるので,そうならないよう,ダイオードを入れ,OPアンプのVccに接続しておけば,入力電圧はVccを超えることはありませんので安全です。

使用したOPアンプは新日本無線(JRC)のNJM2119Dです。単電源精密OPアンプで,デュアルタイプになっています。普通のOPアンプだと±15Vが必要ですが,単電源なので+4~+36Vの電圧があれば動作しますので便利です。入力オフセット電圧は90μVで,とても高性能です。最初,同50μVのリニアテクノロジーのLT1006を検討しましたが,こちらは入手できませんでした。 NJM2119Dの方が値段も安く,性能も遜色ありません。なお,汎用の単電源OPアンプNJM2904はナショセミのLM358互換ですが,入力オフセット電圧が5mVと高めなので見送りました。

OPアンプの入力オフセット電圧という数字は出力のオフセット電圧をキャンセルするために入力の端子間に加えないといけない電位差なので, NJM2904だと入力に5mVくらいの電位差を与えないと出力のオフセットが0になりません。今回,入力電圧は数mV以下なので使用不可です。

2つめのOPアンプはV-I変換用です。

V-I変換回路.jpg OPアンプを用いたV-I変換回路

このようにTrを接続すると,OPアンプは+-の入力電位差を0にするように動作するので出力が入力電圧に比例した電流になります。OPアンプ入力電圧Vin が次式に基づいて電流 i に変換されます。 

                I-V変換式1.jpg 

メータは安価なラジケータを使いました。といって,やはり正規のF.S.500μA~1mAくらいのメータを使うべきでした。ラジケータは誤差が大きく,設計で苦労しました。

高圧発生回路は真空管アンプみたいにトランスを使って作るのが正規だと思います。単純にAC100Vを倍電圧整流して使っている方もおられますが,簡単だけれどきわめて危険なのでやめた方がよいです。なによりテスト端子間にDC280V位出る上に,テスト端子の対地電圧がAC100Vとなりますので,うっかりテスト端子に触れると感電します。 "電気はプラスとマイナスの間で電流が流れるから,2つの端子に同時に触らなければ大丈夫" なんて考えてはいけません。トランスレスの回路では大地がマイナスのため,どちらかの端子に触れただけで感電します。トランスを使っていれば対地電圧は0Vなので安全なのですけど....。

と言ってトランスが大きくて重いので,今回は昇圧チョッパ回路を用いてDC9~12Vから300Vへ昇圧することにしました。

昇圧チョッパ回路はDC-DCコンバータ回路の一種で,各種ICが発売されています。私は新日本無線のNJM2360を使いました。入手も容易だと思います。これを20kHzで動作させ,東芝の高圧Tr2SC3425でチョッピングしてコイル両端に発生する高圧を用います。2SC3425はVCEO=400Vで,真空管アンプの電源にも使用できます。この回路は今度,エルフィン管(ニキシー管の一種)でデジタル時計を作ってみようかと思っていますので,その高圧電源にも活用するつもりです。

出力電圧は真空管用としては200V,300Vがあればいいかと思いましたが,Trアンプ用に昔のマイラコンなんかをチェックしてみたいと思っているので50V,100Vのレンジも追加しました。

NJM2360を使ったDC-DCコンバータについては,詳しい設計法がJRCから出ていますので,ご参考にしてください。 

次回はプリント基板を作って実際に作っていきます。 


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Tomix EF510再入場~Tomix製電機へのスナバ回路組み込み~ [模型]

2015年11月15日の日記

今週もスナバ回路ネタです.........(^^;)。

以前,TomixのEF510を買いました。横浜の六角橋にあっただるまやさんが閉店するときに買ったものです。長年,模型を買っていました。大変お世話になりました。 

購入時に整備していますが,再び入場して整備します。

購入したときにオレンジ色の前照灯を交換し,KATOのナックルカプラーを取り付けています。そのときの整備内容はこのブログをご覧ください。また,あとから出たKATOのも持っています。そのときの整備状況はこちらをご覧ください。KATOのは初回入場時? にスナバ回路も設置しています。

さて,久しぶりに取り出して走らせてみるといくつか不満な点が出てきました。

何より前照灯が白すぎるし,暗いです。前回,当時は電球色のLEDが品種が少なく,小さなものがなかったので,白色のチップLEDを使い,ポスカのうすだいだいを塗ってごまかしたのですが,やはり多少黄色くなっているとはいえ,色が白すぎます。

3099レ('15.5.9).jpg 実車の前照灯は黄色いです。

それに,どうにも前照灯が暗い! 特におでこの部分のランプが暗いです。実車はメタルハライドランプを使っていると思いますが,従来のシールドビーム電球より明るいので,EF81よりも明るく,模型の方も明るくないとおかしいです。これはKATOのEF510もそうですけど,おでこの部分にも前照灯がついていて,導光材がうまく光源の光を拾ってくれないためで,光源が相当明るくないとダメなためです。まあ,実車はそれぞれにランプをつけているので明るいですけど,模型だとこれだけ位置が離れていると均等に明るくするのはとても難しいと思います。

また,その割に運転席の天井部分が明るく光ってしまいます。貨物だと夜間走行が多いので,この点,目立っちゃいます。部屋を暗くすると天井が光ってるんですよね~。 

最後に,スナバ回路を入れていないので,レールのギャップ通過や接触の悪い箇所を通るときは後ろ側の前照灯が点灯してしまいます。

と言う次第で,スナバ回路を組み込むとともにこれらの点を改良します。Tomixの機関車にスナバ回路を組み込むのも初めてですので,定数を調べてみたいと思います。

さて,再びばらします。どうもTomixのEF510はボディの固定が甘く,簡単に外れちゃうので前回,両面テープで貼り付けていますが,簡単にばらせました。

Tomixの機関車の基板はKATOと違って前後の前照灯が別々の基板になっています。前回のKATOのED19は珍しく,Tomixみたいに別々になっていました。

オリジナル基板.jpg 基板の状況。保護DiはLEDと逆向きです。

前後の前照灯を別の基板にする場合,保護用のシリコンDiが必要で,Tomixのもちゃんと入っています。LEDのすぐ後ろにあるチップのダイオードがそれで,LEDとは逆向きに入っています。

LEDの電流制限抵抗はKATOのと同じで560Ωになっています。計算するとLEDの電流は定格いっぱいの20mAくらいですから,前照灯が暗いからと言ってこの抵抗を小さくしてはいけません

スナバ回路はモータの端子間にパラに入るようにしますので,この560Ωの抵抗に入る前に接続します。

Tomix EF510前照灯回路1.jpg 今回の回路です。 

いつもならチップの抵抗とコンデンサを使いますが,今回,抵抗は1/4Wのアキシャルリードタイプカーボン抵抗を使いました。 チップ抵抗だと小さすぎるんですよね~。

コンデンサはいつもどおり0.1μFです。コンデンサは0.1~1μF,抵抗は22~100Ωくらいの値にしてください。抵抗とコンデンサの位置は図中,上下どちらでも結構です。抵抗は小さい方が効果が大きいですが,損失が大きくなるため,22Ω以下にしないようにしてください。 特に,私のようにPWM式コントローラのチョッピング周波数が高い場合は要注意です。ちなみに自作のPWMコントローラは20kHzです。

ちょっとハンダ付けに苦労しますが,無事にスナバ回路をつけられました。ただ,やっぱ1個,コンデンサをお釈迦にしてしまいました.....orz。小さすぎるので熱で壊れちゃうんですよね~。

EF510前照灯基板(改良後).jpg スナバ回路搭載状況

LEDは最初,元のオリジナル基板と同じチップタイプの電球色LEDにしましたが,あとで砲弾型LEDに変更しました。

前照灯基板(砲弾型LED).jpg 反対側の前照灯基板

スナバ回路はどちらか一方の基板のみに搭載するだけでOKです。

さて,前照灯が暗い原因を考えてみます。やはり,車体内部のウェイトに隠れるような構造になってしまうのが原因のようです。最初,スナバ回路を搭載した基板のように,チップタイプのLEDを使ってみたら同じでやはり暗い!

しかたないので,リードタイプの砲弾型形状をしたφ3mmのLEDに変更します。ただ,この場合,厚みが大きすぎますし,何よりウェイトの隙間から顔をのぞかせるようにしないといけないので,樹脂を削りました。

ルーター.jpg ルーターで削ります。 

砲弾型LED形状1.jpg こんな形状にしました.....。

搭載状況.jpg LEDが顔をのぞかせます.....(^^;)。

そのあと,車体内部を黒く塗りました。鉄コレだとよくこのトラブルがあって,LEDのある車体部分が光っちゃったりしますが,このTomixのEF510も同じで運転台の天井部分が光ましたので,黒く塗りました。 

車体内部塗装状況.jpg 一部,黒く塗りました。

前照灯の導光材周囲はもとから黒く塗られていましたが,一部はげていたので加筆しました。 

こうやるとかなり前照灯が明るくなりました。

Tomix EF510(再整備後).jpg 竣工です。

Tomix EF510(再整備後)1.jpg 明るい~~!!!

でも,結局,おでこの部分はあまり明るくなりませんでした......orz。 

 

【おまけ‥‥‥ハンダゴテ買い替えました】

長年愛用していた基板用の小型ハンダゴテのヒータが切れてしまいました。セラミックヒータ仕様のものでしたので,うっかり軸に力がかかってセラミックが割れてしまったようです。

部品屋さんを探してみるとすでに交換用ヒータはありませんし,メーカに聞いてみてもすでに在庫なしで,おまけに現行品とは互換性がないとのこと。 

う~ん,しょうがないな~, と言うことで思い切ってコテごと買い換えました。

HOZAN HS-11.jpg HOZAN HS-11

買い直してみて正解! 今度,買ったのはホーザンのHS-11というハンダゴテですが,最近,電子工作マニアの間で評判がよいものです。さすがに温度調節機能はないので,最近はやりの無鉛ハンダには難しいですが,普通の有鉛ハンダを使った電子工作にはぴったりです。

驚いたことに無鉛ハンダの方が音がよいとかいう話があって,ギターのエフェクタを作る人なんかで無鉛ハンダを使う人が多いようです。無鉛ハンダは融点が有鉛ハンダより40℃ほど高く,温度調節機能のついた専用ハンダゴテが必要です。また,融点が高い関係でハンダがテンプラになりやすく,回路が動作しない原因にもなります。アマチュアの方は有鉛ハンダの方がよいと思います。当然,私も昔ながらの有鉛ハンダです。 

容量は11Wと小さく,精密なハンダづけにぴったりです。おまけに先端部分が普通のハンダゴテより短いし,軽いので作業がやりやすいです。 


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KATO ED19の整備~常点灯化対応,反対側前照灯点灯防止~ [模型]

2015年11月8日の日記

KATO ED19-1.jpg 改造後の姿です。 

今日は久しぶりに "スナバ回路" ネタです。どうも長期間,空いてしまい申し訳ありませんでした。

KATOのED19を改造します。模型自体は今年3月の発売です。

実車は1926年の東京~国府津間電化に際して米BaldwinとWestinghouseで6両製造された6010形ですが,1928年には称号規程の改正によりED53形に改められています。形式からもわかるとおり,もとは旅客用です。

ただ,東海道線用としては出力840kWと容量が小さく,結局,1937年,貨物用に改造の上,3~6はED19形として電化されたばかりの仙山線へ転属します。 すでに旅客用はEF53が登場していましたし,貨物用としてもEF10が登場していたので不要になったのでしょう。戦前はもちろん直流電化しかなかったのですが,仙山線は途中に面白山トンネルという長大トンネルがあり,蒸機では重量貨物の牽引は難しいため,トンネル前後の区間のみ電化されました。上越線の清水トンネルもそうですね。結局,日本では戦前の電化区間というのは東海道線や都市部の通勤電車区間をのぞけば電化区間というのはこういった山岳トンネルに限られました。

残った1と2も1941年にはED19形へ改造の上,甲府へ転属となり,全車ED19形となりました。

戦後は全機,飯田線に集結し,ED62に置き換えられるまで活躍しました。現在,1号機が長野県箕輪町の郷土博物館に美しい状態で保存されています。

車体や台車など機械部分はBaldwinで,モータや制御器などの電気品がWestinghouseですが,GE製のED14と異なり, 同じ会社の組み合わせのED10と同じく,丸みを帯びた美しい形状はとても好きです。

さて,模型を改造します。例によって,模型の前照灯がLED化されて久しいですが,モータの高性能化もあいまって,停止中に前照灯が点灯せず,動き出してから点灯するので,どうにも気に入りません。 まあ,昔の電球式のばあいはもとからこうでしたし,電球だと暗いので,そんなに気にならなかったのですが,LEDになると明るいので,気になります。

もっとも,この場合,コントローラ(パワーパック)はPWM(パルス)式のものでないとダメで,昔ながらのレオスタット式やトラコンでは常点灯には対応しませんのでご注意ください。 

そのため,停止中にコントローラのツマミをほんの少し動かしてモータが回転する前に前照灯を点灯するように改造したいのですが,これが意外に難しく,単純に基板上に乗っかっているコンデンサを撤去する,と言う方法だけでは走行中に反対側の前照灯のLEDがチラチラと点灯するという困った問題が生じます。 これは,モータのインダクタンス分が邪魔をして,PWM式コントローラがパルスをoffにした瞬間,逆向きの電圧が発生するからです。電球の場合は熱的な時定数が大きいので,逆起電流により点灯することはないのですが,LEDはこの瞬間的な電流でも点灯してしまうのが問題です。

この対策として,私は交流回路用のC-Rスナバ回路の挿入を思いつき,うまくいっています。スナバ回路の原理については私のこの記事をご覧ください。

スナバ回路とは,モータやリレーなど,インダクタンス分を含む回路のon,offをする場合に逆起電力を抑えるためのもので,Nゲージでも有効であることがわかりました。

回路としてはコンデンサと抵抗を直列にしたものをモータにパラに入れればよく,KATOのものの場合,最近はC=0.1μF,R=22Ωとしています。なお,スナバ回路も損失を生じますので,抵抗の値は小さい方が効果が高いのですが,損失を考えるともっと大きい方がよいので,これより小さくしないでください。

さて,今回のED19をまずはばらします。

ところが......。

今回のED19はボディが小さいのが災いし,なかなかボディが外せません。

分解状況.jpg こんな風にボディを外します。

結局,集電板が邪魔をしているのでこれをピンセットでずらせば,そこからつまようじを▲のように差し込んで,ガラスについているツメを外します。

ボディ内部.jpg ボディ内部

基板の外し方.jpg ここを押して基板を外します。 

普通,KATOの電機やディーゼルは前後の前照灯を一体にした基板1枚ですが,今回のED19はTOMIXみたいに前後に基板が分かれていました。このため,基板が小さく,工作は厄介です。

なお,スナバ回路はどちらかの基板に1カ所,取り付ければよく,両方の基板に設置する必要はありません。 

基板(改造前).jpg コンデンサの撤去

まずは常点灯にならない原因である,コンデンサを撤去します。このコンデンサは2つの基板の両方とも撤去してください。このコンデンサはLEDの電流制限抵抗(▲の写真では560Ω)とローパスフィルタを構成するため,PWM式パワーパックを使用してもデューティが上がってこないとLEDが点灯しません。このとき,すでにモータは回転してしまっています。

なお,写真中,←→で示したところに導通があります。特に,上側の矢印のランドにご注意ください。スナバ回路はこの2つの矢印の間を結ぶように挿入します。 

基板(改良後)1'.jpg 最初のスナバ回路

残念ながら,最近のチップ部品は本当に小さくなり,こういう回路に使うと便利なように見えて不便です。もう少し大きい方がうまく基板のランドを利用できて便利です。これだとあまりに小さくてランドに届かず,リード線を付け足さないといけません。

何とかハンダ付けしたのですが,これはダメで,ボディに差し込んだら導通不良になり,前照灯がついたり消えたりしてしまいました。基板をボディに差し込む部分にハンダが流れ込んだためのようです。

基板(改良後)2.jpg 結局,こうしました。

しかたないので抵抗はアキシャルリードタイプに変更しました。この前,北海道の梅沢無線さんで買ったものです。昔なら1/8Wとか,1/16Wなどのサイズで,非常に小さなものです。秋葉でも売られています。

基板とレールの導通箇所がありますのでハンダ付けする部分には十分ご注意ください。あくまでもスナバ回路がモータの端子にパラに入るようにします。

なお,こうやってもコンデンサがボディ内部の遮光板? と干渉しましたので,▲の写真のように遮光板の内部を一部,ルータで削りました。

点灯テスト.jpg 点灯テストです。

一応,配線ができたらレールに載せてテストします。今回,リードタイプの抵抗が100Ωしかなかったので,コンデンサの容量は少しUPしないとダメです。従来通り,0.1μFのままだと反対側のLEDが多少点灯しました。そこで,コンデンサは1μFとしたら,完全に消えました。

ようやくこれでスナバ回路の設置が完了しました。おかげで停止中にも前照灯が点灯するようになり,ご機嫌です。カプラーもナックルカプラーに交換し,ナンバーを貼り付けて整備完了です。本当に小さな古典電機が手に入ってうれしいです。

KATO ED19.jpg 車号は2番にしました。 


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西武E52に会いに...... [紀行]

2015年11月7日の日記

今日は,西武鉄道秩父線横瀬駅すぐの横瀬車両基地にて開催される西武トレインフェスティバル2015に出かけました。

実は,前から行こうと思っていたのですが北陸からじゃ秩父は遠い......。でも,今日は天気よさそうだし,来年も晴れるとは限らないので出かけました。

お目当てはこの機関車です!

E52.jpg 西武E51形電機E52

もと国鉄ED12形です。スイスBrown Boveri社の製造です。今はスウェーデンののAseaと合併してABBとなっていますね。

1923年,東海道線の電化に際して鉄道省は各国から機関車を輸入しました。本格的には蒸気機関車同様,国産化を考えていましたが,その見本となる機関車を購入することにしました。見本機なので各国から数両ずつ購入しています。といって,当面は国産化は望めないのである程度,本格的に使用する機関車を決める目的もありました。

E52-2.jpg Brown Boveriの銘板です。 

もとより見本が目的なので数両しかなく,西武鉄道が所有している機関車はこれらの輸入機の払い下げ機です。 私鉄ではそんなに大量の機関車が必要なわけではないし,小型で小出力のものが多いので便利だったのでしょう。

このED12はブーフリ式駆動装置で有名なED54とよく似ていますが,駆動機構は通常の吊掛式です。

もっとも,鉄道省が本格的に使用する目的で一気に28両も大量発注した英English Electric製のED50(のちのED17)が失敗だったのはよく知られていますね。他の形式が数両なのに対し,異常です。どうも最初から出来レースで大量発注先は英国と決まっていたのではないかと.....。五輪エンブレムや新国立競技場も疑わしいですね~。今も昔もこの国は同じようです。

いずれにしてもED54のブーフリ式の複雑な機構は論外としても,ED12も米国流の合理的な構造とは異なり,精密機械のような機構や構造はED12も2両しかないことも相まって,取り扱いに困ったことでしょう。

でも,上から見ると八角形の車体や,ひさしのついたデッキ,背中に背負った元空気ダメなど,米国流の箱形車体一辺倒になってしまった国産の電機とは異なるスイス風の優美なデザインがとても好きで,昔,夢屋から出たED12の模型を組み立てたこともあり,一度,会いたいと思っていました。

E61.jpg GE製のE61(もとED11)

私も模型で作ったED14とそっくりですね。こっちは台車がイコライザ台車なので違いますけど。 

E43.jpg EE製のE43(もとED36)

近江鉄道のED4001とおなじEnglish Electric製なのでよく似ています。近江鉄道のは東武鉄道に里帰りし,東武鉄道博物館で展示されています。 

ED10 2.jpg ED10

もとは西武鉄道E71形ですが,国鉄時代の型式番号に戻され,車体色も茶色になって展示されています。Baldwin & Westinghouse製です。国鉄のED19同様,丸みを帯びた車体に可愛いひさしがついた格好はとても優美で,好きな形態です。

E851.jpg E851

前からこの機関車は撮影したいと思っていました。もちろん,現役で貨物を牽いているときに,でしたけど....。一度も撮影できなかったことが残念です。

現地は都心からかなり遠いところだというのにかなりの人。子供も喜んでいました。こういった古いものに触れて何か感じることはとても大切なことだと思います。

ひととおり機関車を撮影し,屋台で軽く食事したあとは歩いて西武秩父へ.....。別に歩いて行かなくても電車があるんですけどね。健康のため歩きました。Googleマップで1.7kmと出ました。20分ほどで西武秩父へ着きました。

お目当てはこれ。

秩父釜飯1.jpg まるなかさんの秩父釜めし

埼玉県は駅弁が少ないそうで,まぼろしの駅弁と呼ばれているそうです。西武秩父駅の仲見世の中の売店で買いました。いまどき515円という値段に驚き! 

秩父駅駅弁.jpg こんな風に売ってます。

秩父釜飯.jpg おいしそ~~。

実際,とてもおいしかったです。山菜やごぼう,こんにゃくの味付けが絶妙でした。 紅ショウガというのも釜めしじゃ珍しいと思いましたが,とてもマッチしていました。

特急ちちぶ26号で帰途につきました。帰りの車内で駅弁です。しあわせ~~!! 

それにしても正丸トンネルってトンネルの中に信号場があるんですね! ちちぶ26号は交換のため停車しました。トンネルの中の信号場って面白山トンネルの他,長崎トンネルくらいしか知りませんでした。 なにか,信号場って人里離れた山の中にあったりしてとても好きですので....。

天気もよく,2km弱の道のりを歩いて若山牧水の碑を見たりできましたし,充実した1日でした。でも,私が横瀬に着いたのは10:15くらいでしたが,日が出ていたのはほんの1時間ほどだったようで,きれいな写真が撮れたのはわずかな時間だったようです。 


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