※なにか気になる点がありましたらコメント欄からお伝えください。また、回路を製作する場合には、はんだ付けや細かい作業などに対して、細心の注意を払われるようお願いいたします。
目次
１．はじめに
だいぶ昔（２０１０年ごろ）、LEDを使った回路が多数紹介されている本と出会い、電子工作の楽しさに触れ、いくつか自作したのですが、それらを表面実装の回路で作ったら面白いと思い、今回の回路を作ろうと思うに至りました。（参照：LED工作テクニック いろいろな光らせ方がマスターできる 伊藤尚未著）
今回はその中の一つである「LEDルーレット」を作りました。下の書籍で紹介されているものとは少し回路の構成は変えてあります（同じＩＣがなかった）。以下、解説していきます。
２．回路図
図２に回路図を載せます。
簡単に説明すると、図２の左側のＬＭ５５５と呼ばれるタイマーＩＣにて約１００Ｈｚのクロック信号を発生させています（10ＫΩの抵抗と0.47μＦのコンデンサによって決まる）。この信号が右側のUPD74HC4017と呼ばれるＩＣ（リングカウンタ）に、クロック信号として入力され、出力として、右側に並んでいる10個のＬＥＤを1個ずつ、上から順番に点滅させる信号が発生します（一番下まで行くと１番上に戻ります）。ＬＥＤは１０個あるので、ルーレットを１周する周期は約０．１秒となります。
しかし、よく見ると左側のLM５５５の4番ピンには１０ＫΩの抵抗がプルダウン抵抗としてつながっているので、LOWレベルとなります。４番ピンはリセットするための端子であり、LOWレベルのときは発振回路として動作しません。このときタクトSWを押すと、４番ピンの電圧はＨｉｇｈレベルとなり、回路が動作を始めるようになります。
また、メインSWとしてスライドSWを設け、パイロットランプとしてＬＥＤを取り付けました。不具合が生じたときの動作確認の意味もあります。
３． ５種類の回路
表面実装をすることを第一の目的として、プリント基板設計用のＣＡＤであるＫｉＣＡＤ（ver．５）を用いました。作っていくうちに、５種類の基板を設計しました。
※ 見やすくなるかと思い、すべてのプリントパターンにおいてGNDのベタパターンの部分を削除しています。白い線の部分はGNDにつなげる必要があります。
３．１ 回転が反時計回り
うっかりＬＥＤの回転に注意を怠り、ルーレットの回転方向が反時計回りとなる基板を設計してしまいました。
数学の教科書に出てくる極座標と一致する向きを、ＬＥＤの点滅する向きと考えてしまい、出来上がった状態でよくよく考えてみると、普通にあるルーレットとは逆回転する代物を作ってしまいました。
しかし、これも実際に動作を確認しないと、いかなるものか分からないので、発注する基板の一つに加えました。
動画１
youtu.be
３．３ ＬＥＤの向きが放射状
上の２つの基板では、ＬＥＤの取り付けは横方向です。しかし、ＫｉＣＡＤでは、部品の配置を回転させることもできるので、ＬＥＤの向きが全体として円の中心から放射状に取り付けられている基板を設計しました。
うまく回転するように、１８度刻みで回転するように設定しました。３６０割る１０で３６度ずつでいいようですが、水平からの角度なので、上から３番目のＬＥＤは水平から１８度回転する必要があり、１８度刻みとしました。（隣り合うＬＥＤの間隔は３６度で１８度２コ分です）
動画３
youtu.be
３．４ ＬＥＤの向きが円周上
放射状があるのだったら、円周の向きに沿ってＬＥＤが並んでいるルーレットがあってもよいだろうと思い、設計してみました。
考え方は３．３の放射状のときと似ています。なお、３．３と３．４の回路ではSWの部分を丈夫なものにしたほうがいいのではと考え、SWの部分だけスルーホールによる接続のものに変更しています。耐久試験等で違いを検討したいです。
動画４
youtu.be
３．５ 部品をスルーホールにより取り付けるタイプ
３．３と３．４の回路を受けて、すべての部品をスルーホールにて接続するプリントパターンも考案しました。
実際には電池の部分だけ表面実装としましたが、この場合、部品も大きくなるため、基板も大きくなりました。感想としては、部品のはんだ付けが楽になったと思いました。
動画５
youtu.be
４．所見
５種類の回路の動作を考えてみます（基本的に大きな違いはなかったように思います）。
① 1番目の基板はLEDの回転の向きが逆でしたが、他のと比べてみてあまり違和感はないように思いました。
② 3番目と4番目の回路では、LEDの向きを横方向でないものとしましたが、使ってみると特に違いは感じらないように思いました。
それよりも、ＬＥＤをはんだ付けする際に、１つずつ、基板の向きを変える必要があったので、はんだ付けしづらいと思いました。したがって、筆者としてはＬＥＤの向きは横方向が一番という結果に至りました。
また、2種類のスイッチをスルーホールタイプのものに変更しましたが、使う分には違いは感じなかったです。実際に長期間、使ってみて耐久性などを調べてみたいと思います。
③ 5番目の基板は、電池を固定する部品以外、スルーホールの部品によるものでした。動画ではＬＥＤの配色に気を配りましたが、特に違いは感じませんでした（人による？）。はんだ付けのしやすさは5種類中1番だったかと思います。この回路を販売することを考えた場合、組み立てキットにはこの基板が扱いやすいのでは、と思いました。
④ ６種類（スルーホール型のもので少し違うものを１種類追加した）の回路を１枚の基板に押し込めたため、回路のまとまりごとにＣＮＣルーターにて切断する必要がありました（以下の記事を参照）。
【CNCルーター】プリント基板を切断する～準備編 - Tanuki_Bayashin’s diary
【CNCルーター】プリント基板を切断する～実行編 - Tanuki_Bayashin’s diary
基板のパターンが別々だと追加料金が発生するため、基板全体を配線パターンを除いて、ＧＮＤパターンで埋めてしまいました。その結果、基板の切断面にＧＮＤの銅箔が露出してしまったため、サンハヤト製のソルダーレジスト補修剤なるもの（図８）を購入し、基板の切断面に塗布し絶縁を確保しました。
※しかし、基板にはんだ付けする際にはんだを除去するなどしているうちに、基板の絶縁被膜が剥げてきたので、ソルダーレジストもそれほど長くない期間で剥げてくると予想されます。銅箔の部分は基盤から0.5mm以上クリアランスを設けるべきですね。
⑤ 両面プリント基板にて表面実装の部品を使うことで、小型の回路が実現しました。部品が外れにくくする工夫が必要かとは思いますが、キーホルダーのようなものができたら面白いかと思います。
５．まとめ
ＬＥＤを用いたルーレットの回路を昔読んだ書籍に載っていたものをもとに考案し、5種類のプリントパターンにて実際に作ってみました。それぞれ、違いはありますが、何よりも実際に回路を作ることができたことが一番の収穫だったと思っています。
今後も折に触れ、ＬＥＤや音を発する小型の回路を、表面実装の部品を中心として、作っていきたいと思います。
