直流電源回路製作実験の改善

直流電源回路製作実験の改善

柄 澤 孝 一   蔵 之 内 真 一   渡 邉 誠 一 古 川 万 寿 夫   青 木 博 夫   松 島 久 夫

Improvement of the Experiment of DC Power Supply Circuit

Koichi KARASAWA Shin‑ichi KURANOUCHI Seiichi WATANABE Masuo FURUKAWA Hiroo AOKI and Hisao MATSUSHIMA

キー ワー ド: 直流電源回路,電子回路製作,プ リン ト基板,エ ッチングマシー ン

1. ま え が き

電気工学科では,従来の形式化 した電気工学実験を改 善す るため,平成

年度 より電子回路製作に重点 を置 いた実験テーマを導入 したl ) . 1 年後期には,電子 タイ マー, 2 年後期には,ポケコン制御回路,3 年前期には 直流電源回路製作

年後期には鉄道模型の制御回路

を実験テーマに取 り入れてい る.

平成 4年度までの電気工学実験では,電子回路製作 と いえるもの として

年前期でのキッ トテスタ製作だけで あった.テーマのほ とん どが,3‑ 4 人 をグループ とし ての実験であ り,このグループ実験には長所がある反面, 実験 を行 う過程 において 『 役割分担』が生 じて しまい,

年生で もオシロス コープなどの基本的な実験装置 を使 えない学生が多 くなってきている.

電子回路製作実験では,学生各々に回路製作を課題 と す ることにより,グループ実験における 『 役割分担』が な く,課題 をこなさなくてはならない.学生や実験担当 教官にかな りの負担はかかるが,有意義な実験 となる.

本論文は , 3 年前期で行っている直流電源回路製作の 従来の内容 と改誉 した内容について述べている.本実験 の他の電子回路製作実験 との異なる点 としては,使用す る基板にはユニバーサル基板 ( 既製品)ではな く,学生 が生基板またはポジ感光基板か らプ リン ト基板を製作す るとい うことと,いろいろな工具を用いてケースを加工 するとい うことである.

2.

改善前の直流電源回路製作の概要

図

は直流電源回路の構成図である.

を トラ ンスで

に降圧 した後,ダイオー ドブ リッジ

で全波整流 し,電解コンデンサで平滑 して直流約

を 得 る.この直流電圧を可変三端子 レギュレータ LM31 7 T

*平成9年度長野高専教育研究特別経費の助成 を受けて行 われ た.

++ 電気工学科助手

■■■豊橋技科大学助手

*+■■電気工学科沫師 小 暮●電気工学科助教授

■山 ●電気工学科教授 原稿受付 1998年10月 30日

で安定化す る.電圧 は

i lのボ リュー ムで連続 可変で きる.

ボ リューム抵抗を

とす ると,出力電圧 V.は次 式で与えられる.

vo‑

× (

億 )

ボ リュームを回す ことによ り出力電圧 を

ま で可変 させ ることができる.

本実験は,以下に示す計画で実施 されてい る.

1 週 目 ;プ リン ト基板製作 2 週 目 :ケース ･穴あけ加工

週 目 :組立及び動作チェック

週 目 :実験

本実験で用いた実験テキス トを以下に示す.

2‑1

プリン ト基板製作 ( 1 )穴あけ

(a) 部品穴を

で,角の穴を

(b) 回路パター ンの原図 ( 図 3) をコピー したもの をセ ロテープで紙フェノールの生基板に固定す る.

(C) 穴の中央にポンチを打つ.

(d) 電気 ドリルで部品穴

￠1 )をあけてい く. ドリ ルは無理に押 し込まないで,垂直に落 とす よう に使 う.

(e) 裏側か ら穴がきちん とあいていることを確認 する.

(∫

) ハン ドドリルで角の穴 (

をあける

の ド リルでバ リをとること.

(2)

生基板‑のバターンの転写

(a) 銅箔面をエ タノールで軽 く拭いて,手の油など を落 としてきれいにす る.

(b) 原図を見ながらレジス トペ ンでパター ンを措き

写 してい く.塗 り忘れや塗 りムラな どがない よ

うに,丁寧 に措 くこと.原図中の指示に注意す

る.

110

柄浮草一 ･蔵之内真一 ･波速誠一 ･古川万寿夫 ･青木博夫 ･松島久夫

図 1 直流電源 回路の構成図

I‑‑‑‑‑‑‑‑111'‑I‑I‑‑‑‑.‑

‑I‑‑‑l l ‑I‑‑I‑

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血

図2 電源 の回路図

(C) 出来上がった ら,もう一度原図 と比べて,間違 いのないことを確認す る･( 注)レジス トペ ンは 乾燥 しやすいので,キャップを開けっ放 しにし ない.

(3)

エ ッチング

(a) 基板 に描いたパ ターンが乾燥 していることを確 認す る.パ ター ンに色の薄い ところや切れてい

るところがあったら修正す る.

(b) 30‑400C

に暖めたエ ッチング液をパ ッ ドに入 れる.( 注)エ ッチング液は服につ くと着色 して 取れなくなるので注意す ること.また, ビニー ル手袋を して作業すること.

(C) 基板の銅箔面を下にして,基板をエ ッチング液

図3 回路パ ターンの原図 (改善前)

図4 ケース加工図

に浮かべ る.

分でほぼ銅箔部が溶けて パ ター ンが残 る.あま り浸 し続 けるとパターン の部分まで溶けて しま うので注意す る.

(a) パ ターン部だけきれいに残った ら,基板を良く 水洗いする.

(e)

エタノールでパ ター ンに残った レジス トをこす り落 として,きれいにす る.

(f

) もう一度,原図 と良 く見比べてパターンのつな がって しまった ところな どがないか どうかを確 認する.もしパターンが くっついて しまった ら, カ ッターで銅箔を削 り落 とす.

(g) 表面の汚れをよく除いてか ら,銅箔の腐蝕を防 ぐフラックスを塗 る.

2‑2

ケース穴 あけ加工

(1)

図

を参照 して,穴を開ける位置をマークす る.底板 に固定す る トランス,基板の穴はまだあけない.

(2)

マー クした位置がずれないよ うに,慎重にポンチを 打つ.ポンチは軽 く‑ こむ程度で十分である.

(3)￠5

の ドリルで, とりあえず穴を開けてい く.

(4)

リーマーを使って,所定の大きさまで穴を広げる･実 際に部品を当てながら,大きく開けすぎない ように 注意す ること.

(5)

やす りと ドリルの刃を使 ってバ リを とる･ ドリルは 刃物なので軍手を して,十分に気 をつけること.

2‑3

組 立

回路図 ( 図 2) を見なが ら基板 に部品をはんだ付けし てい く.

( 1) ダイオー ド,発光ダイオー ド,電解 コンデンサの極性 に十分注意す ること.

(2)

放熱板 と三端子 レギュレータ ( LM31 7 T)の間に絶 縁シー トを入れ,M3のプラスチ ックネジで止める.

その後,基板に取 り付ける.

(3)

ダイオー ドブ リッジの足 ( +,‑,〜)に気をつける こと.

2‑4

動作チェック

各部分を十分 に点検 して

な らスイ ッチ を

にしてコンセン トを入れ る.ボ リュームを反時計方向に いっぱいに回しておいて ,S W を

にす る.以下の項

目について確羅せよ.

(1)LED

が点灯す るか ?

(2)

出力端子にテスタを接続 して電圧をチェックす る･目

･ 盛

で

‑

, 目盛

で

にな ることを確認する.

2‑5

実額及び報告

( 1 ) ボ リュームツマ ミを回 して (

を変化 させて), ボ リュームダイヤルの 目盛 に対す る V.を測定せ よ.

(2)

Voが

になるように,ボ リュームツマ ミを調整す る. AC コー ドをスライダックにつないで入力電圧 を

まで変化 させた ときの VAC

VADJ

及び V.の電圧 をオシロス コープで測定せ よ.

また,任意の入力電圧に対す る各部の電圧波形をス ケ ッチせ よ.

(3)

全波整流,半波整流について調べ よ.

(4)

電源回路を製作 した感想 を書け ( 1 ページ以上)･

2‑6

実額に対す る学生の感想 ( 平成

年度) 本実験の レポー トには,他の レポー トと異なる点 とし て感想

ページ以上)の課題がある.

過の実験 を振 り返ってもらい, 自由に書いて もらっている.

平成

年度に行った学生に感想を書いてもらった.全

体 として 『物作 り』 とい う点では,他の実験に比べて充

実していた とい う感想が多 くあった.ケース加工につい

1 1 2 柄浮草一 ･蔵之内真一 ･波速誠一 ･古川万寿夫 ･青木博夫 ･松島久夫 ては本実験で一番大変であった とい う感想が多 くあった.

電気工学実敬 では.

年後期に

週の電気工事士実習 と

年前期 に

週の機械工学実験実習を除いてはほ とん ど 加工 とい うことは行 っていないため と思われ る.プ リン ト基板製作については, 自分でパター ンを描 き,基板 を 作 るとい う点では,興味 を持てた とい う感想 が多 くあっ た. しか しなが ら,以下のよ うな感想 もあった.

(1) 下書 きが うま くいかず,エ ッチング液で余分な ところを落 とした ときに,必要な ところも少 し落ちて し まった.

(2)

基板 に下絵 を描 くことを雑にや って しまったた め,あ とで苦労 した.

(3) 線が太かった り,細かった り曲がった りした.

この よ うに レジス トペ ンで回路パ ター ンを直接描 く こ とは非常に難 しいだけでな く,む らができて しまい, エ ッチングの後のパ ター ンの修正にかな りの学生が時間 を費や していた.また,パター ン不良を気づ かずに動作 チェック時に トラブル を起 こす学生 も多かった.そのた め

週の実験時間内で終了す る学生が数人で,ほ とん どの学生が放課後や空き時間を使わなければ,終了で き ない状態であった.

3.

改善後の直売電源回路製作の概要 前節のよ うに, レジス トペ ンでパ ター ンを基板に直接 描 き,限 られた時間内で完成 させ ることは兵軽しい.この よ うな間舷点を改善す るために,平成

年度 に購入 した ライ トボックス

I O:図

とエ ッチ ングマ シーン

:図

を用いてプ リン ト基板 を魁作す るこ とに した.回路パター ンの設計につ いては,可約に

で作 り,学生 を以下の手 順に典 申させることに した.

改善 したプ リン ト兆 収徽

印分の尖歓テキ ス トを以下 に示す.

3‑ 1

プリン ト基板製作

( 1)感光基板‑のプ リン トパ ター ンの鮭′ 1 ‑ i

紙 フェノー/ レのポジ感光曲板 (

m ×150mm)の 感光面に図

の回路バ ター ンの シー トをのせ, ライ

トボ ックス

で

分間感 光 させ る.

(2)

現像

(a)

現像バ ッ トにぬ るま陽 ( 約

と現像剤 を 混ぜ て約

の現像液 を作 る.

(b) 感光後,パ ター ンを上に して現像液 に基板 を沈 める.

(C)

現像が終わるまで,容器 ごと液を動か し続 ける.

(d) パ ター ンが くっき り現れ,回路以外 の感光剤が 完全に溶けた ら,引き上げて水洗いす る.

( 3)検査 ･修正

図

ライ トボックス

図

エ ッチングマシーン

図

回路パターンの原図

( 改善後)

エ ッチングす る前に,パター ンの検査 を行い,パ ター ン切れや,不安 なところは レジス トペ ンで修正す る.

(4)

エ ッチ ング

(a)

エ ッチングマ シー ン

に修

正 した基板 を斜 めに入れ る.マ シー ン内では,

O P 且

○ 0 正 二

㌘ i O E : i く つ ○

0

0

G = :

l E : A o

l . . I: A I I I I

図

回路バターンの原図 ( 改善後)

400C

程度 に温め られたェ ッテング液が基板 に 吹 きかけ られ,/くター ン ( 黒い部分)以外の銅 箔部が溶 けてパ ター ンが凍 る.

(b)

基板 をよく水洗 いす る.

(C) エタ ノールでパ ター ンに残 った レジス トを落 と して きれ いにす る.

(d) ア ク リル板 カ ッターでエ ッチ ング した基板か ら

枚分の娼板 を切 り取 る,( 注)エ ッチ ング液は 服につ くと, V色 して取れ な くなるので注者す る こと.また. ビ=‑ル･ T ‑ 1 損 を して作業す ること.

(5)

穴あけ

部品穴を

の ミニハン ドドリルで , 角の穴を ￠3 の

‑ ン ドドリルであける.

(6)

組み立て

基版 に部品を半田付け した

図 8にお いて.斜稚の 部分 にはメ ッキ線 を過 し.

佃 は I t l i ･ m Hけす る.端 板の表側 にメ ッキ線 を

m

目 してお く ( ; R牧

で必要になる).

図 9

は製作 されたプ リン ト基板 に部品を ､ 早m付 け した 写真 であ る.図

は完成 した直流髄液 であ る.

3‑ 2

実験 に対す る学生の感想 (平成

平成

年度 と同様 に平成

0年度 に実験 を行 った草 生 に感想 を番いて もらった.その中で,プ リン ト基板魁作 につ いての感想 を以下に示す.

(1) 今 までは, メ ッキ線 でユ ニバーサル基板 の蕪側 に 面 倒 な配線 を しな くてはいけなかったが,プ リン ト基

板 ではその手間が省 ける.

(2) プ リン ト基板 が で き るまでの 流れ が 良 く分 か った.

(3)

基板 か ら自分で作 る とい うことでけっこ う ドキ ドキ したが,以外 と簡単に楽 しく作 ることが出来た.

(4)

今までは部 品間を接続す るのにメ ッキ線 を使 っ ていかに きれいに曲げ るかなんて事 を悩みなが ら作 って いた記憶があ る.それ を考 えるとプ リン ト基板 は楽 だ と 思 う.

以上の よ うに, ライ トボ ックスとエ ッチ ン グマ シー ン を用いてプ リン ト題板製作の改善を図った ことに よ り短 時間で良好 なプ リン ト基板が魁作できるよ うにな り,ほ

図

半田付けされたプ リン ト基板

114

柄浮孝一 ･蔵之内真一 ･波速誠一 ･古川万寿夫 ･青木博夫 ･松島久夫

図1

0 完成 した直流電源 とん どの学生が時間内で実験が終了 してい る.

4.

む す び

本論文では,直流電源 回路製 作の改善前後 の概要につ いて述べ,学生に課題 と して与えた感想 をま とめた.

改善前 のプ リン ト基板艶作では,手な きで回路パ ター ンを描 くことについ ては,学生が興味を持 って取 り組 ん でいたが,出来上が った回路の不良による トラブルが多 か った.

改善後のプ リン ト基板製作 については,短 時間で効率 よ くプ リン ト基板 を製作 できる反面,製作には機械 によ るところが多 いため,改善前 よ り学生のプ リン ト基板製 作‑ の興味を低下 させた感 じがす る.

プ リン ト基板製作の改善に関わ らず,ケー スが小 さく, 配線 が難 しい,出力電流 があま り取れず,使用 目的 を制 限 させて しま うとい う感想があった.

今後の課題 としては以下の ことがあげ られ る.

(1) 本実験では,回路パ ター ンの原図 を事前に用患 してお いたが ,CA D を用いて学生各々に作 らせ る. 4 過の実験では回路パ ター ンを作 らせ る時間が ないが,也 の実験テーマ との調整,または,電気製図 との調整 によ

り英現できる と考 え られ る.

(2)

出力電流 を

まで とれ るよ うにす る,現状の 構成 では,ケースが小 さく,放熱板 もケー スに合わせ て いるため,出力電流が制限 されてい る.ケー スと放熱板 をひ とまわ り大 きい ものを使用す ることによ り,出力電 流 を多 く取れ ,また,配線 にゆ とりがで き,製作時間 を 軍縮す ることが期待 で きる.

参 考 文 献

1 ) 古川万寿夫,柄将孝一

戚之内其‑､大博幸造,宮 崎敬,甘 木伸夫,知野照倍, 山田達朗,松 島久夫, 畑宏 :" 長野高専屯気工学科における工学実験実習 の改 替, "高噂教育 第

号, pp.

2)

古川万寿夫,柄滞孝一,蔵之内真一 :" 電気 工学実 験 r 大実験

のための実験教材 について‑鉄道 使 型のマイ コン制御 システ ム一, "長野工業高等 専門 学校紀要,第

号,pp.

3) 古 川万寿夫,柄滞孝一,蔵之内真一,渡辺誠一 :" 秩

道模型制御 を居材 と した長期個人 実験 に よるマイ

コン教育 , "第 17回高等 専門学校 情報処理教 育研

究会発表論 文集