コイルガン用の点滅LED曳光弾を作ってみた

◆まえがき

久しぶりの記事の更新です。前に作ったLED曳光弾では弾丸が光りっぱなしでしたが、その発展形として飛行中に点滅する曳光弾を作ってみます。その準備として前回の記事で点滅回路の検討が終わっているので、いよいよ実際にコイルガンの弾丸に組み込んで発射実験を行います。

◆回路図

L1で発射コイルの磁界を使って発電し、D1を経由してC1に充電。Q1, Q2で構成する弛張発振回路を動かしています。

LEDは表面実装用の1Wクラスの物(たぶん3825)を使いました。ここは普通の20mAの物でもいけると思いますが、その場合は内部抵抗が大きいのでR3は無し（ゼロΩ）でも良いと思います。ただ普通のLEDに無理やり大きな電流を流しても、電流量に見合った光量は得られない感じでした。また、寿命の問題もあります。

大電流用のLEDではVfの上昇が少ないので発振し難くなるため直列に抵抗(R3)を入れています。このあたりは部品選定を上手くやれば、R3は不要でかつ光量が大きくなる物が作れる気がします。。

R2は無駄な電流を減らすために入れています。

説明が最後になりましたが、トランジスタは表面実装の物を使います。

◆実装

・表側

1.27mmグリッドの片面ユニバーサル基板をベースに使っています。

左から、発電コイル(L1)、D1、R1、Q1、R2、Q2、LEDで全て表面実装部品を使いました。

・裏側

C1とR3が見えています。

・UVレジンで固める

衝撃に耐えるようにUVレジンで固めてしまいました。

・収縮チューブで保護して完成

更に収縮チューブを被せて保護します。この状態で最大外形寸法はΦ5.8mmです。

◆発射テスト

・コイルガン

電池タブ溶接機を電源に使ったコイルガンです。なお、電流は300A、通電時間は3ms程度です。

発射時の磁界の向きで弾丸内のC1が充電されるように極性を合わせておく必要があります。

（参考：このガンの発射時の磁界は銃口から根元に向かって発生するので、L1には右ネジの法則で電流が流れようとする）

・弾道

これはシャッター開放で撮影した写真です。写真の雰囲気でも判りますが、あまり明るくは光りませんでした。

また、目視ではこの写真のようにはっきりした点滅の様子を見ることは出来ませんでした。目で見て確認するならもっと発光間隔を長くしておいた方が良さそうです。

動画も撮っているのですが、点滅速度が速いので判り難いです。

◆波形　（以下の波形はブレッドボード上に作った回路で測定しています）

・全体波形

上段：C1の電圧波形。下段：R2電圧（= LED電流）

発射直後の電圧は10Vくらいありますが、1発目の発光で7Vくらいまで一気に下がり、その後徐々に電圧が下がっていきます。

この例では発射後120msの間バーストでLEDが点灯しています。発射直後の発光間隔は約10msで時間経過と共にその間隔は短くなっています。

・LED電流拡大の拡大

一発毎のLED電流波形をアナログオシロで重ね書きしたものです。

1発目のパルス幅は85μもあり、電圧（LED電流）も大きくなっています。徐々に電源電圧が上昇するため発光を停止できなくてこんな波形になるのだと思います。ただ弾丸が飛ぶ前にかなりのエネルギーを消費しているのはもったいない感じです。

多数の波形が積み重なっている部分が飛行中に発光している部分です。最初は電圧（LED電流）は大きいけどパルス幅は小さく、末期では電圧が小さくなるがパルス幅は大きくなっています。こうなっていると、見掛けの明るさはあまり変わらないで済むので好都合です。

◆まとめ

期待していたほど明るくは光りませんでしたが、ともかく点滅LED曳光弾の発射実験成功で原理試作完了と言えます。こんなことやった人はたぶんいないと思います。

もっと明るく光らせるためにはL1の巻き数を増やせば良いのですが、一般的なコイルガンで行われているように高電圧のコンデンサを一気に放電させる方式にすればもっと明るくなるはずです。

これってもの凄く手の込んだLチカと言えますが、もっと簡単な回路で点滅させることが出来れば弾丸への組み込みが楽になると思います。自己点滅LEDなんてのがありますが、あれがもっと高速で点滅すれば良いのですが、そんなの無いでしょうか？あとは6ピンのSMDパッケージのマイコンを使う手もありそうですが、どなたかやって見ませんか？

動画追記