2024.08.23

LEDランプを作ってみた

皆さん、こんにちは！
岩間工業所のナカムーです。梅雨も明けて、暑い日が続いていますが、いかがお過ごしでしょうか？
少し外に出ただけでも汗が止まりませんね。

さて、今回の製作ですが、手持ちでコンパクトなLEDランプを作製していこうと思います！
街灯が少ない場所やキャンプの際にとても便利ですし、
最近は地震などの自然災害も多発しているため、
災害時の必須アイテムにもなるのではないかと思います。

概要

今回作製する手持ちLEDランプですが、充電が可能で、スイッチでON/OFFを切り替えられる仕様にします。
以下に想像図を掲載しています。
また、使用する主な基板としては、パワーLED、バッテリー基板、そしてDC/DCコンバーターを使用します。

筐体設計

もともと3DSR事業部の方がライトレンズをモデリング＆出力をしていたため、
そちらのモデルに合わせて筐体を作製しました。
以下の画像はライトレンズのモデルです。こちらをもとに、筐体設計を進めていきます。

構想が固まったので、まずはサクッと筐体を作製し、
その後に内部の細かい部分をモデリングしていきます。

そして、完成したLEDランプの筐体がこちらです。
寸法も記載しているので、おおよその大きさがイメージできると思います。
また、名称を記載した画像も合わせて載せておきます。

内部の構造はこのようになっています。
基板固定プレートに各基板や基板固定用の治具が固定されており、
基板固定プレートはバックカバーに取り付けられる構造になっています。
フロントカバーにはライトレンズのみを取り付ける仕様としました。

今回使用するパワーLEDは3Wで発熱が大きいため、効率的に冷却できるように冷却ファンを取り付けました。

光造形では、モデルの形状によって出力のしやすさが変わります。
オーバーハングが多いモデルでは、サポートの量が増え、それに伴って歪みが発生しやすくなります。そのため、オーバーハングの少ないモデルのほうが、出力しやすく歪みも発生しにくいとされています。

筐体をモデリングする際に、できるだけオーバーハングとなる部分を少なくするよう工夫しました。
具体的には、モデルを造形する向きを決定し、その方向で造形した際にオーバーハングになる部分に45°の角度を付けました。

筐体の3Dプリント

さて、筐体の設計が完了しましたので、いよいよ3Dプリントを開始したいと思います。
今回使用する機器は、Young Optics社のMiiCraft Alphaです！
レジンは、SHAPE FORMER Basicの紫色を使用します。このBasicシリーズの特徴は、なんといっても豊富な色展開です。なんと9種類もあります！
SHAPE FORMER Basicの物性については、こちらからご確認いただけます。また、こちらのECサイトで購入できますので、ご興味のある方はぜひご覧ください。

こちらが出来上がった造形物です。カバーが合わない、ねじ穴がずれているといった問題は特にありませんでした。バリ取りとねじ切りを済ませれば、組み立てが可能です。

LEDランプの回路

LEDランプの回路について、軽く解説します。
回路の簡略図は以下のようになります。

今回作製するLEDランプはバッテリー駆動とするため、リチウムイオン充電キットを使用します。
リチウムイオン電池は2.7Vから4.2Vの範囲で出力され、充電が減少すると2.7Vに近づいていきます。

使用予定の3W パワーLEDは、12Vで駆動するLEDドライバを用いて点灯させます。
そのため、リチウムイオン電池の2.7V～4.2Vを12Vに昇圧するためのDC/DCコンバーターが必要です。
また、パワーLEDの冷却用として5Vで駆動する冷却ファンを使用するため、冷却ファン用のコンバーターも併せて使用します。

実際に回路を組み、動作確認を行っていきます。
こちらが組み上げたものです。状態表示用LEDはバッテリーの状態を示しており、
バッテリーを装着すると青色のLEDが点灯します。
また、冷却ファンが回転しているかを確認しやすいように、不織布をかけておきました。
そして、スイッチを入れると、しっかりと動作しました！

冷却ファンにかぶせてある不織布が上に上がっているのが確認できますね！
無事に動作確認が終了しました！

組み立て

回路の動作確認が終了したので、組み立てに入っていきます。
まず、から取り付けていきます。冷却ファン取り付け後は状態表示用のLED、
バッテリー基板の順で取り付けます。

次にスイッチ、基板固定プレート、ハンドルをバックカバーに取り付けます。
基板固定プレートはLED固定治具を裏からねじ止めし、パワーLEDをLED固定治具に取り付けていきます。パワーLEDとDC/DCコンバーターは結束バンドを用いて、固定しました。
基板固定プレートをバックカバーに取り付ける前に、バッテリーを挿入していきます。