特集

ニカド・ニッケル水素電池のメモリ効果や不活性状態を除去する
超小型急速放電器の製作

筆者：　アレックスのおじさん

［部品選択時の注意］

（註１） NJU7002Dは最大１８Ｖまで使えますので６Ｖ〜１２Ｖでも変更する必要ありません。
NJM2904D（最小２Ｖ）でも動作しますが、１．６Ｖ動作は保証の限りではありません。

（註２） 廃品種になっていますが購入できます。　現行品はＳＰＴパッケージで2SA933ASと2SC1740Sです。　他メーカの同等クラクスのものでも可。

（註３） これも廃品種になっていますが購入できます。　現行品は2SC4881か2SC3253（三洋）です。　V_CE(sat)=0.4V以下を選んでください。　ダーリントンは使用できません。　2SC4881の場合はコレクターに相当する放熱フィン部分は樹脂モールドです。

（註４） 基準電圧発生用のダイオードが１本含まれていますので、順方向電圧に注意。

［ダイオードの選択と基準電圧について追加］（平成１４年５月１８日加筆）

トランジスタ技術誌の記事をお読みになった方やこのＨＰをお読みいただいた方々から、小信号シリコンダイオードの１Ｓ１４４８が部品販売店などで入手できないので、代換え品を教えて欲しいとのご質問をいただきました。 私は手持ちの日立製のダイオードを選びましたし、トランジスタ技術誌の編集者の方も、どこででも入手可能なダイオードだと考えていましたが、同等品でも入手困難なことを知りました。 ご迷惑をおかけしましたことをここでお詫びします。

この急速放電器に使用しているダイオードは、まさに整流の役目をしていますので、基本的にはご入手可能な整流用のシリコンダイオードでもＯＫの筈です。 また、３．３Ｖから５．０Ｖの範囲の低電圧ダイオード（ツェナーダイオード）であれば、これを順方向（ ツェナー電圧を得るときとは逆の接続）で使用してもＯＫの筈です。 しかし、測定条件にもよりますが、大電流を流せる整流用シリコンダイオードを選んだ場合は、一般的にスペック上順方向電圧が１．０Ｖ以上と大きくなります。
もしこれらのダイオードをご使用になった場合には、現在の電圧分割用の抵抗値ではＩＣ１の５番ピンの電圧が０．６９Ｖ〜０．７６Ｖの範囲を超えてしまう可能性があります。 ０．７６Ｖを超えてしまった場合には、目標の放電終止電圧よりも上がってしまいます。 ただし、これは逆に、基準電圧が０．６９Ｖより下がってしまって電池を過放電にしてしまい、電池の寿命を縮めてしまうようなことにはなりませんので、安全な方向に移動したことになります。
これらのことから、入手可能なダイオードを使用してどうしても指定電圧の上限内に納める場合には、Ｒ３とＲ４による電圧の分割比を変えてください。 たとえば、
［この１．６Ｖの小型放電器の場合］
Ｒ３／Ｒ４→１．５Ｋ／１．８Ｋ，あるいは１．５Ｋ／１．５Ｋの組み合わせがあります。
［トランジスタ技術誌に掲載されている５Ｖの小型放電器の場合］
Ｒ３／Ｒ４→１．８Ｋ／１．８Ｋ、あるいは１．８Ｋ／１．５Ｋの組み合わせがあります。
Ｒ４の値はそのままのにして、Ｒ３一本の代わりに２本の抵抗を並列または直列接続して目標値に入れる方法もあります。
さらに抵抗値の選択が面倒な場合で取り付けスペースさえ許せば、２Ｋオームか２．２Ｋオームの小型可変抵抗器をＲ３とＲ４に置き換えて、可変抵抗器の中間タップの電圧を調整して使用する方法もあります。 ただし、基準電圧の調整は、０．６９Ｖより下がらないように慎重に行ってください。

（註５） 電源電圧が１．６Ｖ〜１．８Ｖと低いため、赤色でＶｆが１．７５Ｖ以下のものでないと明るく点灯しません。

（註６） 電圧は指定以上であればかまいませんが、直径に注意してください。

（註７） ２．２オームと間違えないように注意。　カラーコードは赤赤銀金です。　千石電商で購入できます。

（註８） アメリカ製のステンレスでできた電池ホルダーで、秋月電子通商でしか入手できません。　電極の接触抵抗が３０ﾐﾘｵｰﾑ以下の優れ物です。　必ずこのホルダーを使用してください。

（註９） １２Ｖの回路に使用する３端子レギュレータは、１５０ｍＡクラスを使ってください。　電池２個を放電したとき最大約90mA流れますので100mAクラスではギリギリです。

［購入先］

註８・註９は東京・秋葉原の秋月電子通商、註９（本文）は秋葉原の千石電商、その他は千石電商・秋月電子通商などで入手できます。

6. 基板のパターン図と部品マウント図

標準の穴あき基板の一部を使用したパターン図（配線）を図５に、部品マウント図を図６に示します。　見やすさからすると一長一短ですが、パターン図には部品を取り付けながら配線しやすいようにするために、部品も重ねて記入してあります。
部品をハンダ付けするときには、部品のリード線を折り曲げて配線代わりにしないことをお勧めします。　後で取り付けの間違いが見つかったときに取り外しが面倒だったり、ランドをはがしてしまうことになるからです。　マウント時には電解コンデンサ・ダイオード・ＬＥＤの極性、ＩＣの向き、ＰＮＰ（エッミッター表示が赤）とＮＰＮのトランジスタ、パワートランジスタの向きなどには十分注意してください。　マウント図には抵抗値やコンデンサの値の表示の小数点を見落とさないようにするために、１Ｋ５（１．５ＫΩ）、１０ｎ（０．０１μF）、μ４７（０．４７μF）、０Ｒ２２(０．２２Ω)のようにしています。
ランドは横（短い方の列）に最低１８列、縦（長い方の段）に最低２０段必要ですが、基板サイズの大きさを制限しないのであればもっと多くてもかまいません。
ラジアル部品は総て立ててマウントします。　以下にいくつかの注意点を書いておきます。

図４　トランジスタやダイオード などの極性と向き

［ＬＥＤの半田付けについて］

• 市販のＬＥＤにはリードの形状がストレートの物とプリフォームした物があります。　いずれの場合にもピンセットなどでリードを挟んで、必要な形状に曲げてください。リードは結構脆いので、ストレートの物を購入して曲げ直しは避けてください。
• リード線を切ってしまうとプラス・マイナスが判りにくくなってしまいますので、切る前にプラス側にマークを付けて置いてください。　リードが同じ長さのＬＥＤの判別方法は、テスターを１００オームレンジでＬＥＤのリードに接続してＬＥＤが点灯した場合、テスターのマイナス側（黒）がＬＥＤのアノード（＋）側になります。

［トランジスタやダイオードなどの向き］

• マウント図の絵を注意深く見ていただければ、取り付けの向きを間違えることはありませんが、図４を参考にしてください。

［電池ホルダーについて］

• 米国キーストン電子製の電池ホルダー裏面には４個のハト目の頭が突き出ています。　何かのケースに取り付けるときには、ハト目の逃げを作るとバネの逃げが少なくなるため、電池の挿入が硬くなってしまいます。
• ２．６ｍｍ近辺のセルフタップネジを使用してケースに取り付けますが、基板を取り付ける前に一度ネジ止めをしてください。このネジが基板側に突き出てパターンやリードに接触する場合は突き出る分を前もって切っておきます。　２．６ｍｍのビスとナットを使用して取り付ける場合にも、同様の注意が必要です。
• プラス電極側のラグ板は、外見を考慮するのであればラジペンなどで丁寧にホルダーの底面側に回転させます。　このときカシメが緩まないように注意してください。　マイナス側の電極ブリッジにリード線２本を半田付けするときには、最低３０Ｗの半田ごてが必要です。
• このデータをアップして以来１年以上になりますが、自作を進めておられた読者の方から、トランジスタの番号が違っているとのご指摘を受けました。
  原因は、回路図上で左から右方向に番号が見やすいように並べ替えたのににも関わらず、パターン図・マウント図にこの変更を反映していなかったためです。パターン図・マウント図では、回路信号の流れに沿った番号にしていました。
  ご迷惑をおかけしたことをお詫びすると共に、図面の修正を行いました。（平成１５年２月２日）

図５　パターン図（黒の実線が配線パターンです。）

図６　部品マウント図

7. 電源と電池を入れる前の点検事項・試運転・注意

まずもう一度部品の向き・値・パターンの配線をチェックしてください。　ＯＫであれば１．６Ｖ〜１．８Ｖの電源を極性を間違えないように接続して電源を入れます。　電源電圧を間違えると、ＬＥＤが焼き切れてしまいます。　ＬＥＤが一瞬光りますが、電池を挿入していない状態では消えています。　このときの回路電流は約７ｍＡです。
次にＩＣ１の５番端子の電圧を測ってください。　０．６９Ｖ〜０．７６Ｖの間に入っていればＯＫです。　もし高すぎる場合はＤ１の選択不適合かＲ３・Ｒ４の抵抗値間違いの可能性があります。　低すぎるときはＲ３・Ｒ４の抵抗値間違いの可能性があります。　基準電圧が低いままで使用すると電池が１．０Ｖ以下になってしまい、電池寿命を縮めてしまいます。
そしてどんな状態のニカド電池あるいはニッケル水素電池でもかまいませんので、電池ホルダーに入れてください。　入れた電池に残量があれば、電池を入れた方のＬＥＤが点灯します。 もしメモリー効果を起こしている電池であれば、１０分以内にＬＥＤの点滅が始まり、放電が終了すると消えてしまいます。（ニカド電池の場合は注意書き４を参照）
電池の容量のほとんどはＲ８・Ｒ９とＲ１６・Ｒ１７で熱となって消費されますので、これらの抵抗やＱ２・Ｑ５が熱くなりますが、火傷をするほどの温度ではないために、放熱板を付けていません。　しかし取り扱いには充分ご注意ください。
「ご注意　その１」
この放電器は公称電圧１．２Ｖのニカド・ニッケル水素電池専用です。　これらの電池でも直列にしたり、他の種類の電池を放電したりしないでください。
［ご注意　その２］
単３電池を２個並列に接続して放電した場合、放電時間が１本の時の２倍になりますが、並列接続はしないでください。　理由は、たとえば一方の電池が完全放電に近くて、もう一方が満充電に近いような電池を並列に接続した場合、後者の電池から前者の電池に非常に大きな電流が流れてしまって危険だからです。
［ご注意　その３］
一旦放電が終了した電池をホルダーから取り出して放置しておきますと、電池内部の化学反応が進んで電圧が徐々に上昇してきます。　このような電池を再び放電器に入れると、短時間ですがもう一度放電が始まります。　また、放電が終わった電池は放電器から取り出し、その場で充電してください。　放電が終了した電池を放電器に長期間放置すると、１００μＡの漏れ電流があるのと電池の自己放電もあるため、１．０Ｖより下がってしまいます。
［ご注意　その４］
ニカド電池内部の化学反応は、電池内部の隅々まで放電反応が完全に終わるまでじわじわと続きます。　このため、この急速放電器でニカド電池を放電させた場合、完全にＬＥＤの点滅が消えるまでに数時間以上かかります。　２秒間に１回くらいの点滅になった時点で放電を停止しても目的は達成されていますのでご注意ください。

8. 試作品のご紹介

穴明き基板を使用して試作した超小型急速放電器と、これを自作ケースに収めたものをそれぞれ写真１と写真２に示します。
写真２のケースは、板厚２ｍｍのアクリル板を加工して自作したもので、遊休の低速充電器とＭＤレコーダ用のＡＣアダプター（ＤＣ１．８Ｖ、５００ｍＡ）との共用にしてあります。 ソニーブランドの低速充電器に取り付けた様子を示しました。　単３と単４の共用配線をしてありますが、双方の電池を同時に放電することはしません。　ただし、低速充電器に取り付けて使用する場合には、充電器の電圧が１．８Ｖであっても定電流しか流せないため、２個の電池を同時に放電させると、ＬＥＤの明るさが暗くなったり、一方の点滅周期が他方の明るさにかぶってしまう欠点があります。

写真１　試作した基板

写真２　ケース入り急速充電器 （単３と単４兼用）

9. 感光基板を使用してプリント基板を自作する場合

「ニッケルメッキ線や穴あき基板を使用して急速充電器を製作してもきれいでかっこよくできない」とおっしゃる方のために、１枚のみの製作には面倒かも知れませんが、穴あき基板のパターンをそのまま移して修正した感光基板に焼き付ける時のフィルム原稿（７４ＫＢ）を用意しました。（クリックすると別窓でワードファイルが開きますが、リンク部分を右クリックしてハードディスクなどに一旦保存した方が良いと思います。　マクロウイルス混入の心配はありません。）　ワード９８または２０００をお持ちの方は、このパターンを直接透明フィルムに印刷すれば感光用のフィルムが出来ますので、必要に応じてご利用ください。　サンハヤトのポジ感光基板１２Ｋに４枚焼き付けてエッチングした例を写真４に示しました。
ご利用になる場合には次の点に注意してください。

• レーザープリンターをご使用の場合は、オーバーヘッドプロジェクタ用の透明フィルムを使用します。

• インクジェットプリンターをご使用の場合は、サンハヤトのフィルムＰＦ−３などを使用します。　製品の説明書を良くお読みください。

• これは部品面から見たパターン図です。　画像のサイズ設定は、元のサイズを基準として縦横比を固定し、幅を５４．８７ｍｍに設定してあります。　この設定状態のまま透明フィルムに印刷して、印刷面が感光面に密着するように重ねて露光します。　従って、露光時に全ての文字が裏向きに見えることを確認してください。

• この図面は多くのベクトル描画の集合体です。分解すると元に戻らない場合がありますので注意してください。

• サンハヤトのポジ感光基板１０Ｋなどを使用します。

• 上記いずれの方法でフォトマスクを印刷しても、感光基板に焼き付ける前には、フィルムを透かしながら印刷のかすれなどを先が細い油性インクペンなどで修正してください。

• 感光・現像・エッチングが終了したら、感光膜をアルコールで剥がす前に直径１ｍｍの穴を開けてください。　基板四隅の穴径は２．６〜３．２ｍｍです。　基板の外形に合わせて外側か内側かの選択が出来るようになっていますので、大きい方の基板外形を選んだ場合は、外側の穴位置を使用してください。

• 部品をマウントする前に、半田付け用のフラックスを塗布します。　ジャンパー線・ＩＣ・積層セラミックコンデンサなどの背が低い部品からマウントします。　フラックスはドライヤーなどで充分乾燥させないと粘つきます。

写真４　感光基板にパターンを焼き付けてエッチングした試作プリント基板
（基板の左右には紙製のガムテープを貼って、不必要な部分のエッチングをしないようにました。）

ご参考までに、トランジスタ技術誌の平成１４年５月号に掲載の急速放電器の基板と完成品の外観を、写真５と写真６にそれぞれ示しました。

10. おわりに

以前に持っていたデジカメのトラブルから始まった二次電池に対する技術的興味が高じて、放電器の設計・制作まで進んでしまいましたが、結構有用でおもしろい回路が出来たと思っています。　放電電流を減らして発信周波数を下げると、簡易型二次電池の電池チェッカーに使えるほか、放電器以外の応用展開もあると思います。

即答のお約束は出来ませんが、ご質問・ご意見などがありましたらメール（hiro580@mvi.biglobe.ne.jp）にてお願いします。

ＣＱ出版社のトランジスタ技術誌の平成１４年５月号に６〜１２V用の急速放電器の製作記事が掲載掲載されていますが、３．の回路図と混同を避け、また同誌のバックナンバーを入手できない方のために、回路図・マウント図・パターン図をここに追加しました。内容は基本的にトランジスタ技術誌の記事と同じですが、一部色表示されています。
（平成１５年２月２日）

• 回路図

電源電圧が６〜１２V用の回路図

• マウント図

電源電圧が６〜１２V用のマウント図

• パターン図

電源電圧が６〜１２V用のパターン図

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