東京校クリスマスイルミネーション用回路の製作
Produce a Circuit for Christmas Illumination for Tokyo Campus
菊池 清明 KIKUCHI,Kiyoaki １．は じ め に 職業能力開発総合大学校東京校（以下東京 校と呼ぶ）は西武国分寺線の小川駅から徒歩 ５分という立地条件に恵まれた場所に位置し ている。校門前の通りは小平の美観地区に選 ばれた関係で、５∼６年前頃から道路脇の電 柱が撤去され、両脇には遊歩道が整備されて いる。東京校の付近には高校も多く存在し、 朝夕の駅前近くには高校生が大勢見かけられ るが、付近の高校から東京校へ入学を希望す る生徒は殆どないのが現状である。これは、 東京校が文部科学省の管轄する大学とは異な り、厚生労働省所管の大学校ということも１ 因と考えられるが、高校生に対して知名度が 低く、どのような教育訓練内容なのかを理解 していないことが主な原因と考えられる。 そこで、東京校の知名度を上げると共に地 域の活性化に貢献することを目的とし、学校 長の発想を基に平成１７年度からＬＥＤによ るクリスマスイルミネーションを実施した。 イルミネーションを実施するにあたり、市販 品だけを使用するのではなく、ものづくり教 育訓練のひとつと考え、手作りによる電飾用 ＬＥＤの製作、駆動回路およびタイマーの製 作を行ったのでこの内容について報告する。 ２．クリスマスイルミネーション用ＬＥＤ ２.１ ＬＥＤ駆動回路 ＬＥＤの駆動方式には、大きく分けて定電 圧駆動方法と定電流駆動方式とがある。定電 圧駆動方式は全てのＬＥＤが並列に接続され るので、数１０[V]程度の低電圧で駆動でき、 安全性には優れているが各ＬＥＤに電流制御 用の抵抗が必要となり、ＬＥＤの発光色によ る違いによっても抵抗値を変える必要がある 欠点を有している。 一方、定電流駆動方式は全てのＬＥＤが直 列に接続されるので、発光色の異なるＬＥＤ の場合にも制御抵抗を必要とせず、回路が簡 単となる利点を有する。しかし、ＬＥＤの直 列個数にもよるが、数１００[V]程度の高電圧 が必要となるので、定電圧駆動方式に比べる と安全性が問題がとなるので、絶縁に注意す る必要がある。今回は回路の簡便さを考えて、 定電流駆動方式を採用した。 図1 は今回製作した定電流回路を示したも ので、大きく分けて高電圧発生回路、点滅用 非安定マルチバイブレータ、基準電圧パルス 発生回路、電流制御回路から構成せれている。 高電圧発生回路には回路の簡便さを考慮して、 単相半波２倍電圧整流回路を用いた。この回 路はリプル電圧が多く含まれるが、交流電圧 と直流電圧とが同一基準電圧（接地電位）に できる利点を有しており、コンデンサの電荷 蓄積作用を利用した整流回路で、交流入力電 圧の 倍の直流電圧が得られる。２倍電圧 整流回路で用いるコンデンサには、耐電圧と 許容リプル電流の関係を考慮して容量３３０ [μF]、耐電圧３５０[V]のアルミ電解コンデ ンサを使用し、ダイオードについては逆耐電 圧の関係から余裕をみて１３００[V]１[A]の Ｕ０７Ｍを用いた。 点滅用の非安定マルチバイブレータ回路に はＦＥＴ入力のＯＰアンプＴＬ０７２を用い、 ０.５[s]毎に点滅するように発振周波数は２ [Hz]とした。基準電圧パルス発生回路には、 ＯＰアンプ用の電源よりツェナーダイオード を用いて５[V]の定電圧を得て、非安定マルチ バイブレータの出力をトランジスタスイッチ 2 2
回路に加え、０[V]−５[V]振幅の方形波パル スを作成した。 電流制御回路としてはＯＰアンプと制御用 トランジスタとを組み合わせた簡単な回路構 成とした。直流電源とトランジスタコレクタ 間に負荷を接続し、エミッタと接地間に点灯 時に流れる電流制御抵抗を接続する。エミッ タからＯＰアンプへ１００％の負帰還を施す ことで、ＯＰアンプの入力端子間は電流制御 抵抗の電圧降下と基準電圧パルスとが一致す るように動作するため、ＬＥＤ点灯時に流れ る電流は常に一定値となる。今回は明るさを 考慮しＬＥＤに流す電流値とを１８.５[mA] に設定した。 使用する制御用トランジスタについては電 流値が１８.５[mA]であるので、電流増幅率よ りもコレクタとエミッタ間との耐電圧が重要 な問題となり、今回は耐電圧４００[V]の２Ｓ Ｃ２３３３を用いた。 ２.２ タイマー回路 イルミネーション点灯用のタイマー回路 には、照度検出として光導電素子（ＣｄＳ） を用い、日没後に点灯開始となるように設 定した。イルミネーションの点灯時間は時 期を考慮し約６時間後（午後１１時）に消 灯するように設定した。図２は製作したタ イマー回路図を示したもので、ＩＣにはＣ −ＭＯＳタイプのものを使用した。ＩＣに 印加する電源電圧は、ＬＥＤ駆動回路のＯ Ｐアンプ用電源で使用したトランスと同じ 物を用い、全波整流してコンデンサで平滑 した後、３端子レギュレータ７８０５に加 え５[V]一定の電圧を得ている。 回路としてはタイマー用のＩＣ４５４１ とトリガ用単安定マルチＩＣ４５２８およ び、フォトサイリスタとトライアックによ るＡＣスイッチとで構成されている。４５ ４１は自励発振回路とＡ，Ｂ２つの入力状 態で可変できるプログラマブル分周器とを 内蔵しており、発振周波数を２８∼２16まで 分周することができる。今回はタイマー時 330μ350V + -D1 D2 + 2200μ25V 2200μ25V + -+ -270 072 1k 072 C2333 負 荷 負 荷 C2333 6V 0 +VH +VCC -VCC U07N U07N 0 0.47μ -+ 20k 1588 1M 22k 5.1k 100k 100k RD-5A C1815 0.5[s] +VP -VP 1/2 2/2 072 負 荷 LED80個 FUSE SW 6V 15k 330μ350V 270 C1815 5.1k 1/2 0.5[s] 基 準 電 圧 パ ル ス 発 生 非 安 定 マ ル チ バ イ ブ レ ー タ 定 電 流 定 電 流 倍 電 圧 整 -+ -+ BR-203 図 1 Ｌ Ｅ Ｄ 駆 動 用 定 電 流 源 回 路 SIVB20
間が６時間であるので、発振周波数を２. ３[Hz]とし２16の分周を行った。また、タ イマーの設定時間が６時間と長時間である ための、緊急時等でリセットができるよう に発振周波数を高周波にするボタンスイッ チを設けた。トリガ用の４５２８の入力に はＣ−ＭＯＳの特徴を生かし、直接光セン サと抵抗によって分圧させた信号を加えて パルス巾としては２[ms]に設定した。 タイマーの出力はゼロクロス式のＡＣス イッチ回路に入力され、タイマー終了時に 交流電源をＯＦＦ状態にする。 ２．３ 電飾用ＬＥＤ 電飾用ＬＥＤとしては、長さ１０[cm]間隔でLED をハンダづけで直列に接続し、長さ約１０[m]のワ イヤ上に纏めたものを作製した。LEDは発光色の 違いで端子の電圧降下が２.０[Ｖ]∼３．５[Ｖ]と異 なり、駆動用定電流源の最高電圧約２８０[Ｖ]を 考慮して、一つの電流源でドライブするＬＥＤの個 数を８０個に設定した。また、このときLEDの端子 同士が接触しないように、熱収縮チューブで絶縁 を施した後、更に防水および強度を得るためLED 全体を熱収縮チューブとボンドで固定した。 ワイヤ上のLEDと併行してパネル用発泡スチロ ール板にけがき針を用いて約５[cm]間隔で穴を 明け、そこへLEDをはめ込むことにより、文字の作 成や絵柄の作製を行った。図は絵柄をはめ込ん でいるところで、はめ込んだＬＥＤを直列に接続し ている様子を示したものである。ワイヤ上の場合と 同様に約８０個をめどに纏めている。 TRIAC TR3 SW FUSE 100V AC 1 4 6 T2 T1 G 2 5 PT -BR-203 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 NC Rs Ct Rt AR MR OUTPU Q/Q A B VD MOD VS 4541 NC 1 2 3 4 T1 5 6 7 8 T2 CD A1 B1 Q1 Q1 VS Q2 Q2 9 10 11 12 13 15 B2 14 16 T1 CD T2 VD 4528 CdS 1.3M 3.3M 0.22μ 100k 100k 10n A2 51 47n 51k 15k 27k 50k 510 10n 10n 2200μ + 7805 10D-1 10D-1 10D1 図２ タイマー回路 図 ３ パ ネ ル板 にＬ Ｅ Ｄを はめ 込 んで ハン ダをつけているところ WL02
３．クリスマスイルミネーションの設置および電飾 ３．１ 平成1７年度のクリスマスイルミネーション 平成１７年度の電飾方法は図４に示すように東 京校内にある築山付近を中心に行った。高さ約 6[ｍ]のメインとなるセンターポールを建て、最上 部に星形の電飾を配置して、そこから放射状に２ ４本のロープを張りめぐらした。各ロープには電飾 用LEDワイヤ−を貼り付けた。 センターポールの設置の周りの樹木とベンチ の周りには図５および図６に示すような電飾を施 した。センターポールの設置および電飾は、建築 施工システム技術科の学生と電子技術科の学生 が中心となって実施した。 ３．２ 平成１８年度のクリスマスイルミネーション 平成１８年度の電飾には学生自治会の学生が 積極的に参加したので、１７年度の電飾より更に 大がかりなものとなった。東京校内の築山にメイン ポールを建てるだけではなく、本館屋上からから 校門脇に建っている守衛室屋根まで長さ40[m] のロープを５本張り、本館屋上に設置した巨大な 星から守衛まで流れ星のような電飾を行った。ま た、校門前から築山までの通路にも星形の電飾 を施すと共に４号館の階段にも大きな花やリボン を形取った電飾を行ったので、１７年度に使用し たLED6０００個をはるかに上回る18600個のLED となった。図７に平成１８年度の電飾を示す。 ４． む す び 平成１７年、１８年と２年間実施してきたクリスマ スイルミネーションについて述べた。イルミネーシ ョンの鑑賞には近隣の高校生ばかりではなく、親 子づれで来る人々も多く、東京校の知名度をある 程度上げることができたと思われる。次年度は全 学的に取り組んで、更に大規模に実施していき たいと思う。今年は雨の日が多く、防水に不備が 生じたので、次年度に向けてその点を改良する 必要がある。終わりに、電飾に参画した学校長を はじめ職員および学生諸君に感謝します。 図4 センターポールの設置 図5 H17 年ポール付近の電飾 図 ６ セン ターポ ール 付近の 電飾 パネル 図７ H18 センターポール付近の電飾
