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  安心安全/懐中電灯    2018/2/4

「開発動機」
 数多くの懐中電灯が販売されているが、懐中電灯のスイッチがオフで、点灯していない時でも電池交換を知らせてくれる商品はネットで見つからなかった。懐中電灯、足元ランプを使い終わったとき元の置き場所に戻さず、ライトを探すことも多かった。特にライトは小さいので見つけるのに時間がかかる。ここにあるよ!と教えてくれる機能も欲しい。
 このモニターランプは、常時点灯しているので、電池を消耗させる。電力をできるだけ少なくしなければならない。夜間光が見えないと役立たない。明るすぎても目立ちすぎてまばゆい。

「効果」
 あらゆるシーンで使える安心安全/懐中電灯が出来ました♪
・大地震起きた時、電池がなくなっていると役立たない。液漏れを発生し、懐中電灯が使えなくなる。夜間の緊急時は致命的である。⇒赤ランプが点き電池交換を推奨する。
・どこに懐中電灯があるかわからない。⇒常時青色LEDで「ここだよ!」知らしてくれる。
・電灯はLEDランプのため、長時間使えて、小型で軽いので、灯油ファンヒータへの夜間給油、夜釣、キャンプ、散歩などにも使える。
・長さ16cm、直径5.5cm、電池を含んだ重さ130gr。

「機能」
 電池交換の目安になる電圧まで低下すると直径3mmの小さな赤色モニターランプで知らせてくれる懐中電灯ができた。電池が入っていれば、青色ランプが常に点灯しライトのある場所がわかる。
モニターランプの消費電力は、最大0.6mW。メインライトの0.2%ぐらいで3年以上連続点灯するので無視できる。
・赤色モニターランプが点灯する(3.4V以下で点灯するよう設計)までメインの電灯が30時間も使えた。
・赤が点灯した後も電池を交換しないで、そのままメインライトを使い続けて電圧と電流のデータを測った結果、40時間以上使えている。これは赤ランプ点灯直前大地震が起きても40時間は大丈夫ということを示している。

懐中電灯2「使用方法」 橙色のスライドスィッチでメインライトをオン、オフします。
 左の懐中電灯は青色ランプが点灯していて電池残量が十分な状態。
 右の懐中電灯は赤色ランプが点灯していて電池が少なくなっている状態。ここで新しい電池に交換します。青色ランプはうっすらと点灯しています。

 ゴム紐を付けているのでフックに吊り下げられます。ゴムひもは簡単に別のものに付け替えられます。
 クリックすると拡大します 
懐中電灯5「電池交換方法」
 上が消耗した単3電池が3本入っている様子。電池カバーを開くには赤色シールの部分を両手親指で強く押しながらゴム紐側に引きます。
下が十分な電池と交換しカバーを左に押してカチッと音がすると完了です。
 クリックすると拡大します 




◆懐中電灯の放電特性テスト (図1)
 「何時間使えるか?」が最大の関心事なので実機でテストしました。
・単3乾電池を3本使う。使用したのはダイソーのアルカリ乾電池。

実験結果 

 この実験から、点灯時間が驚くほど長く使えることがわかり、この懐中電灯1本をいつでもどこでも使うことにしました。電池交換の赤ランプが点灯するまでに30時間使える。点灯しても電池交換しないで40時間ぐらいは使えました。 非常用の重くて(280g)大きい単一懐中電灯は廃止しました。


◆懐中電灯の明るさの測定 (図2) 
実験結果

 明るさは、照度計で測りルックスで表しています。
 懐中電灯は中心部が非常に明るく中心から離れるほど暗くなります。



◆懐中電灯の消費電力測定 (図3)
実験結果  実験結果 
 懐中電灯の平均消費電力は225mW、モニターランプは0.53mWでした。
 モニターランプの消費電力が3.4Vで急に上がっているのは、電池交換の赤色が点灯したからです。

■感想など
 やってみなくちゃわからない! 今回作った懐中電灯で測定器で電流、電圧を測定しデータをとりました。驚くことが多くあり、勉強になりました。

★単3乾電池はダイソーのアルカリ乾電池(中国製)を使いました。注意書き:使い切った乾電池はすぐに取り出す。長期間使わないときは乾電池を取り出す。など書いてあります。乾電池は化学反応で電気を発生させ、その際ガスが発生するためガス抜きの弁がついています。この時、内部の酸性の液体が漏れて接栓を腐食させます。このトラブルを減少させるための電池メーカー側の注意書きです。ほとんど乾電池にはこれが記されています。
 しかし、ユーザーは「使い切った」ことを何で判断すればよいかわかりません。本懐中電灯ではモニターランプでおおよその判断できます。
 また、「長期間使わないときは乾電池を取り出す」と書いてありますが非常時に乾電池を入れることは緊急時にはできません。本懐中電灯では常時乾電池を入れておくやり方です。

★単3乾電池は安価な使用推奨期限7年のダイソーのアルカリ乾電池を使いました。5個で108円です。10年保存保証のパナソニックは400円ぐらい。4倍も差があります。性能はほとんど変わらないと思っています。別の単4乾電池の放電実験から推定しました。
★乾電池の電圧を測ると0.5vぐらいの差がありました。これは周囲温度が高くなると活発に化学反応が促進されたことと思います。
★電圧を測る時は、付加をかけて電流を流しながら測るべきです。何も繋がないで測ると起電力が表示され、内部抵抗による電圧降下が配慮されないからです。

★電圧を常時監視して一定電圧以下になってら赤色を点灯するようにしています。この電圧検出はICを使っていますが、米粒ぐらいに小さくて足が3本出ておりここに半田付けをしています。半田付けが非常に難しく失敗が多い。慣れるより方法がありません。また米国製で使い方が説明をみてもなかなかわかりません。これも試行錯誤です。さらに米国から送られてくるため、送料も1回当たり2000円かかりました。
★電子回路の実験道具、部品などは秋月電子から購入しています。ブレッドボードは必須です。大いに役立っています。