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パイプ入 IN-17(ИН-17)14桁時計 制作メモ


回路図 基板図 アクリル加工図 基板ウラ 基板オモテ アクリル加工板 アクリル左側側面 アクリル右側側面 アクリル部品取り付け 部品表 基板ウラ 基板オモテ 基板ウラ 基板オモテ 全部品取り付け後 全体組立後 パターンカットとジャンパー タイトル上から タイトル横から 赤外受光器上から 赤外受光器横から 赤外受光器裏から
  • 発想 2018年12月1日
    • IN-17で15桁の時計は動作までは確認できたが、回路的な問題はクリアしたが
      実装の件、スタイルの件など、実際の形は不完全なのでパイプに入れた物を作りたい。

  • 構想 2018年12月1日
    • 12月1日

      回路は15桁の時計を元にして ニキシー管もIN-17を使う。
      パイプは IV-27で使った40Φに入ればベスト。IV-18で使った50Φまで良しとする。
      長さはIN-17の寸法と桁数から 250mm~300mm位とする。


  • 実装についての考え
    • 12月1日

      回路は15桁の時計を元にする。 基板はニキシー管+ドライバーの表示基板と CPU回りのコントロール基板の2枚にして上下にコネクターで接続したい。

    • 2019年3月23日

      CPU回り、ドライバー関係は出来る限り表面実装品を使い、小さくする。

    • 2019年4月16日

      曜日の表示は年月日時分秒を分けるINS-1を使って表示すれば1桁分のIN-17が要らなくなり、14桁で済む。 BCDデコーダの4028を使う事にしたが、74HC238のデコーダにしてもよくなる。HC4028は手に入りにくいので HC238の方が手に入りやすそう。(RSではHC238のみ、マルツは両方ある) 表面実装のパッケージが小さい。(SOIC16) INS-1(ネオン管)のドライブはディスクリートで組んでいるが、ニキシー管のドライバICでドライブ出来れば、部品が少なくなる。 但し ネオン管の放電電圧は低いので、ドライバーICのOFF時の電圧が65V~70V有るのでネオン管が光ってしまうだろう。 それを避ける為には50V~80V程度のツェナーダイオードを直列に入れるか、ネオン管を2つ直列にして使うか、が良さそう。

      基板を注文する時の問題として、コントロール部は300mmの基板になるだろうが、 表示部は100mm以内の同じ基板を幾つ乗せる方式に出来ないだろうか。 INS-1+2桁IN-17の基板と、INS-1+4桁IN-17の基板を作れば何とかならないか? その場合ドライブ回路をどこに乗せるかが難しい。 ドライブ回路をコントロール基板にCPU回りと一緒に入れれば良さそうだが、コネクタの耐圧が大丈夫か? 1.28ピッチは使えない筈なので、2.54ピッチを使う事になると場所を食いそう。 その他の問題として高圧発生回路をどこに入れるか? 表示基板に乗せて高圧関係はコントロール基板に持って行かないのが実装としては 簡単そうだが、表示基板が大きくなり過ぎるのと、上記のような同じ基板を幾つか載せる案では不可能だろう。 値段は高くなっても表示基板も300mmの物を1枚で作った方が簡単そうだ。基板を作る時にVカットか、スリットで割れる様に作れば 値段も抑えられるだろう。そうなると幅は100mmなので40mm幅以下にはしないとダメだろう。 パイプの径については40ΦではIN-17の高さから考えて無理だろう。50Φならば基板幅40mm位で入りそうだが、 コントロール基板は35mm幅位がギリギリだろう。そうなると表示基板に高圧もドライバーも入れるのが良さそうだ。 考え方を逆にして表示基板を300mmにして、コントロール基板を100mm以内x35mmで作れないか?

    • 2019年4月18日

      ニキシー管ドライブICでネオン管を点灯するには 60Vツェナーダイオードかもう一つネオン管+100kΩを直列に入れればよいと分かったが、 今回の実装は表面実装の60Vツェナーダイオードを使う事にしたい。

      • RSには表面実装の62Vツェナーダイオード(BZG03C62TR、3W)が44.44円で有るが、購入単位が25個になるので約1000円かかる。
      • 秋月には表面実装の36Vツェナーダイオード(RD36S-T1、0.2W)が10個100円で有るので、2本使いにすればよいかもしれない。
      • マルツでは表面実装の62Vツェナーダイオードが(BZX84-B62,215、0.25W)が44円/1個で有るのでこれが使いやすいだろう。

    • 2019年4月21日

      高圧電源関係も表面実装にしたい。 スイッチングダイオードは 1SS352 or 1SS355 or 1N4148W、 電解コンデンサ(250V33uF)は ULR2E220MN1GS(250V22uF ニチコン)、 高圧コンデンサ(500V330PF)は VJ0805D301KXPAJ(250V300PF Vishay)、 整流ダイオードは RS1M、で良さそうだ。(RSか マルツか 秋月で買える) スイッチングのMOSFETがどうも見つからない。 現在の2SK4021に近い物は有るが、VGSが高かったり、ON抵抗が高かったりとちょっと悪くなるみたい。 以前 CPUで5Vから高圧(約200V)を作る時の実験で 2SK4021とTK6Q60Wとの比較で、 2SK4021の方が4%ぐらい効率が良かった。スペック的には耐圧が600Vになる位で ほとんど同じなのだが微妙に違っていた。 今回も実際の所は実験をしてみないとだめかもしれない。それともスルーホールの2SK4021をそのまま使う方が良いかもしれない。

      5V電源関係も表面実装にしたい。 抵抗、コンデンサは普通に使っている物が使えると思うが、 MPM82の表面実装が無い。(スルーホールだが寝かせるタイプは有るみたい) 近い物で TIの LMZ12001が有るが、Digi-keyで有るみたいだが、 マルツではなく本当のDigi-keyからの購入になるみたい。 これも「そのままMPM82を使う」か、「NJM2360とコイルを使って組む」 になると思う

    • 2019年4月27日

      基板寸法を考えた。ニキシー管を取り付ける基板は横方向が250mm~300mm、縦方向が40mmで 制御基板(CPU関係)が横方向は同じで、縦方向が32.1mmにする。接続は重ね合わせで4.5mm間隔のスタッドを使い 1.27mmピッチのヘッダーとソケットで接続する。2列が良いか1列が良いか まだハッキリしないが信号としては 5V系の所でコネクタを入れる事になる。 スタッドは2M対辺3mm高さ4.5mmの「ASB-2004.5-3E(廣杉計器)」、 取り付けるビスは低頭2M長さ3mmの「FX-0230E(ウィルコ)」とし、 基板厚は2つ共1.0mmとする。これで部品が載って、パターンが通るか....?

      5V用のMPM82は製造中止なのでよほどの事が無い限り使わないで、「NJM2360とコイルを使って組む」か、 「BP5293-50(ローム)」(秋月で240円)にしたい。

    • 2019年6月23日

      パターンを考えると 全て5V系でコネクタを入れるのは苦しい。ニキシードライブは出力の所(10本)に入れる事にする。 それでも沿面距離を考えるとちょっと苦しそう。ニキシー管のピン間にパターンを通すのは本来沿面距離が足りないと思うが 以前作った6桁のIN-17の基板では間を通していて、一年以上の連続動作の実績が有るので良しとするか....。

      170V回路をニキシー管の基板に設けるとニキシー管の制御パターンが入るかどうか心配。横寸法を伸ばすか、下のCPU基板に設けて ニキシー基板とCPU基板の取り付けを少しずらして、コンデンサ等背の高い部品を逃げるようにするか、どちらかだとパターン的には楽になる。 但し、そうするとアクリルパイプの長さが長くなるので、今でも外径に比べて表示文字が小さいと思っているのに、さらに小さい感じが強調されそう。

      いっそ 50Φパイプをやめて 40Φパイプを二つ平行に並べて結合して、それぞれにニキシー管基板とCPU基板を入れて、 信号はコネクタで結合するか...。どうも50Φパイプはスタイル的に気に食わない。が、50Φで進めてみる。

    • 2019年11月10日

      50Φパイプで基板上の190Vの沿面距離は有る程度無視して出来る限り間隔を取る程度にする。

    • 2019年11月23日

      SMDのパワーインダクタがどうも信用できないのでスルーホールにして、他の190V発生部もスルーホールにする。

    • 2020年1月26日

      大体の動作はするようになったが、表示桁数が多いので パッと見た時に何時何分かわからない時が有る。(何月何日も) 時計としては使いづらいかもしれない。やはり 今まで作った4桁又は6桁辺りがちょうど良いみたい。(4桁3段、6桁2段なら良いかも?)
      ニキシー管としてIN-17は気に入っているので次は4桁を作ってみようかと思っている。SOVTUBEに注文してしまった。


  • 現状
    • 2019年3月25日

      CPU回り、ドライバー関係の部品を表面実装にして回路図を書き直した。

    • 2019年4月16日

      ニキシー管ドライブICでネオン管を点灯させられるかの実験を行う必要がある。

    • 2019年4月18日

      ニキシー管ドライブICでネオン管をうまく点灯するには 60Vツェナーダイオード+100kΩを直列に入れればよい。 60Vツェナーダイオードを入れないとOFFの時に暗いが点灯してしまう。100kΩは明るさによって調整が必要になる。 60Vツェナーダイオードの替りにもう一つネオン管を入れてもうまく点灯できる。その時は60Vツェナーダイオードの時よりは 暗くなるので100kΩを小さくする必要が有るだろう。両方ともダイナミック表示で確認をした。 ネオン管はINS-1、60Vツェナーダイオードは型式不明(RSか、aitendoか、どちらかで数年前に購入したはず)
      コロンみたいに2つペアで表示するなら2つのINS-1を直列にすればよいが、一つの方が良い時は60Vツェナーダイオードに なるだろう

    • 2019年6月10日

      ニキシー管基板とCPU基板を二段重ねにした設計で進めているが、ニキシー管基板のパターンが苦しい。

    • 2019年11月10日

      沿面距離は有る程度無視で 基板を作り始める。

    • 2019年11月24日

      基板は出来た。部品定数の位置はまだ決まらない。
      アクリルの図面も 一緒に書き込んだ。DXFにする時は別ファイルにする必要が有る。

    • 2019年11月25日

      回路図基板図アクリル加工図が出来た。 Elecrowに頼むための圧縮したガーバーファイルと アクリル加工用の圧縮したdxfファイルも出来た。 基板は1.0mm厚、アクリルは5mm厚の予定

    • 2019年11月26日

      Elecrowに基板とアクリルを頼んだ。以前と画面、操作が違っていたので ごたごたと 何度かメールのやり取りをして注文で来た。 Paypal画面から戻っての画面で「PLACE ORDER」ボタンを見落としていた。これを押さないと最終的な注文になっていなかった。 夜になってしまったので 明日発注と同じだろう。

    • 2019年12月4日

      Elecrowから注文品を発送したとのメールが昼頃来たが、もうすでに日本に着いて、佐川急便に渡されていた。いつもながらOSCは速い。 多分、明日には受け取れるだろう。

    • 2019年12月5日

      佐川急便で夕方に プリント基板(ウラオモテ)、 アクリル加工板が届いた。

    • 2019年12月7日

      プリント基板を切り離す時に気が付いた。つなぎの部分の幅が3mmになっている。頭の中では2mmの筈だった。 切り離すのが少し難しくなるかと思ったが、3Φのドリルを使えば結果的には問題は無かった。
      アクリルの切り離しは難しい。厚みが有るので真っすぐに2mmの穴を開けるのが難しい。返って0.5mm位で繋いでいた所に方が 簡単に手で割れてよかった。但し繋ぎを全て0.5mmにした時に加工をしてもらえるのかどうか。加工が難しそう。
      今の所 物理的な問題は出ていない。部品を取り付けた時に当たるとか、格好が悪いとかはこれからの問題になる。 なるべく早く コネクタ、スペーサー、アクリルパイプを手に入れなければならない。

    • 2019年12月9日

      部品表を作った。 コネクタとスペーサーは廣杉計器に頼んだ。 2Mx3低頭ねじはウィルコに頼んだ。 アクリルパイプは「はざいや」に買いに行った。50Φのパイプを長さ270mmに切ってもらった。

    • 2019年12月10日

      コネクタ、スペーサー、2Mx3低頭ねじは今日届いた。 今日、不足の電気部品をマルツとRSに頼んだ。

    • 2019年12月11日

      RSに頼んだ部品は 今日届いた。

    • 2019年12月14日

      マルツに頼んだ部品は 取り寄せ品が有ったので 今日届いた。

    • 2019年12月18日

      側面用アクリル()と 基板取り付け用アクリルに 穴を開け、2Mのタップを切った。

    • 2019年12月29日

      上側基板の組立はニキシー管、ネオン管、下基板との接続用コネクタ以外は完了した。(ウラオモテ) 動作も5V出力と190V出力は確認した。
      下基板のU5、U7(K155ID1)にはソケットを使わない事にする。(パイプに当たる)

    • 2019年12月30日

      下側基板も組み立てた。
      上下基板ともコネクタを取り付け上下基板を接続した。(ウラオモテ) 下基板の緑LEDが点灯する事は確認した。

      組立時気が付いた事
      今はスペーサーに両凹を使っているが、片凸を使った方がガイドになるので組み立てやすいだろう。
      CR1220ケースのパターンは間隔方向外側に0.5mmずつ位伸ばしたい。それとシルク印刷に+-がはっきり分かるようにマイナス端子の絵を入れたい
      接続用のコネクタが5個は多すぎる。微妙な位置合わせに苦労する。出来れば一つに、せめて三つぐらいにしたい。
      上側基板の接続用コネクタのシルクが実際に取り付ける面と逆の上側に描かれている。裏面に描きたい。
      CN7,8 CN11、12 CN13、14のシルクにヘッダーかソケットの種類を描きたい。

    • 2020年1月4日

      以前のIN-17の15桁のプログラムを入れて、赤LEDが点滅する事を確認した。CPUは動いている様だ。

    • 2020年1月12日

      IN-17とINS-1を取り付けた。 U3のNJM2360のICソケットがIN-17と干渉する。取りあえずIN-17の下のスペーサーを少し削った。本来はICソケットを止めるべきだろう。
      電源を入れるとニキシー管は表示できたが、年月日時分秒の場所はずれているみたい。 今、入っているのは 以前の基板用のプログラムなので仕方がない。INS-1も一つは点灯している。
      ハード的にはこれで大体良い様な気がする。以後はプログラムを作りながらハードのチェックをする事になる

    • 2020年1月13日

      組み立てた基板をパイプの中に取り付けた
      動作した時の温度上昇が心配だが、対策は側板に穴を開けるぐらいしかないだろう。

    • 2020年1月18日

      プログラムをこのハードに合わせて修正をした。毎正時のアニメーションで秒下桁の表示をやっていない。まだ原因がわからない。 その他は動いているみたいだが、赤外線での操作が安定しない。

    • 2020年1月19日

      毎正時のアニメーションの不具合は、ループが最後の桁までやっていなかった。
      赤外線の件は、BPSを合わせれば ほぼ動作はOKになる。 たまに動かないことが有るが、どうも受光器の問題か、取り付け位置の問題か、指向性が以前の物より有るみたいな感じを受ける。 正面から操作をすれば6畳の端からでも動作はするので基本的には良しとする。

    • 2020年1月20日

      曜日(ネオン)を薄く点けたいが、ちらつきになってしまう。 割込み周期を500uSから250uSにしてもちらつきが速くなるだけで 解決にはならない。

    • 2020年1月21日

      曜日(ネオン)を薄く点灯する方法が見つからないが、 割込み周期を250uSにし、各ネオンもニキシーと同じ一つと考えて点灯させる。 その時のONしている時間を通常のニキシーより短くしたら暗くなるのではないか?
      ニキシーは3/4点灯しているので、1/4ではどうだろうか? 明日以降試してみる事にする

    • 2020年1月22日

      全点灯を7個別々の周期でなく、2つ同時に点灯する様にして4回の割込みにして、 なお且つ、割込み周期を短く(100uS)すると、ちらつきは微妙にあるが、薄く点灯の感じになる。 しかし、この時はネオン管その物の微妙なちらつきが気になってくる。 薄く全点灯で曜日位置をわからせるのは無理みたい。タイトルを書く方式にして、全点灯は無にしたい。 現状まだ コードは残っていて全点灯はしている

      赤外線の件だが どうも動作が安定しない。赤外線を出していないのにデータが取れたみたいなLEDの表示が有ったり、 LEDが点灯しっぱなしになっていたりと安定しない。波形を確認する必要が有るだろう。 蛍光灯の影響かと思ったが、真っ暗にしてもLEDが点灯しているので蛍光灯ではないだろう。

    • 2020年1月23日

      赤外線の出力をオシロで見た。パラパラをLowの信号が出ている。 受光体の所を指で覆うと殆ど出なくなるが、ちょっとでも指を話すとLowがパラパラ出る。 受光体が壊れているのかもしれないので交換をしてみたい。
      -->交換してみたが同じようなLEDの光り方をする。なので受光体が壊れていた訳ではない。

      今回新しくSANYOの素子を使ってみたのだが、その問題かもしれない。(データシートでは12Vを推奨するような感じ) 今まで使っていた物に交換してみる。
      -->OSRB38C9AA(秋月)にしたら問題なく、リモコンで操作が出来た。 SANYOがダメみたい。フィルターが弱いか、周囲のノイズに弱いのかはわからないが、使えないと言う結論になる。

      取り付け場所をどこにするか? 今と同じか、ニキシー管に挟まれたところにするか?
      -->この素子の足はニキシー管に挟まれた所のパターンに合っているのでそこに付けるのが良さそうだが、 それには付随して その横のヘッダーを裏に付ける必要が有る。 しかし ニキシー管に挟まれたていてはんだ付けが無理なので、 今 SANYOが付いている所に半田付けをして、パターンカットとジャンパーで処理をした。

    • 2020年1月26日

      曜日が日曜になると 水曜と土曜のネオンがチラチラと点灯する。(結構連続っぽい時もある)。ソースコードを見た限り大丈夫だと思うが、 IC、トランジスタの切り替えが遅いとダメかもしれないが、数ステップは有るので多分大丈夫。
      そうなると、ハード的に信号が漏れているか? 放電電圧以上が残るか?
      -->ツェナーダイオードの電圧を上げてみるか、抵抗を大きくして電圧降下を多くするかになる。 75Vと82Vツェナーはマルツに頼んだ。150kΩ抵抗も頼んだ。220kΩは手持ちが有るのでこれで取りあえず試すつもり。 点灯するとわかったのは「2020年01月26日01時25分」で秒が変わるとちらつきも少し変わるみたい。

    • 2020年1月27日

      「曜日が日曜になると 水曜と土曜のネオンがチラチラと点灯する」件
      -->100kΩを220kΩに変更したがちょっと暗くなったかもしれないが、水曜と土曜は点灯する(ちらつく) 抵抗ではダメだった。ツェナーでどうなるか?
      リークかもしれないので、桁選択の190V辺りのフラックスを取ったが、変化ない。
      もう一度ソフトかもしれないという観点から追う必要が有りそう。 現在高圧は180Vだが、これだと秒の下桁が「5」の時はいつも点灯しない。 170Vでも190Vでも水曜と土曜は点灯し、秒の下桁が「5」でも点灯する。とするとソフトとは言い切れない。ツェナーを変えてもダメかもしれない。

    • 2020年1月28日

      「曜日が日曜になると 水曜と土曜のネオンがチラチラと点灯する」件
      -->オシロで155のドライブ波形を見た。
      日曜日表示時の土曜の波形は電圧が低くて二段になっている。初め約38Vで約62Vになる。 土曜は点灯している。ニキシーの所は低くても約70V。
      金曜日表示時の日曜は約44V(低い所で)、土曜は約26V(低い所で)になっている。これでも両方とも点灯はしていない。
      電圧が低いからと言って必ずしも点灯するとは限らないだろう。 今回測ったのはカソード電圧になるが、その時のアノード電圧を測らないと点灯するかどうか決められないだろう。 電位差が60V位以上だったら点灯するだろう。

    • 2020年1月29日

      「曜日が日曜になると 水曜と土曜のネオンがチラチラと点灯する」件
      -->タイマー割込みが100uSになっていた。これを元の500uSに戻したら、状況が変わった。今の所変な点灯が続く事は無いみたい。 但し、時間設定の時はちょっとおかしな曜日表示が出た。点滅に合わせて水曜と土曜が点滅した。

    • 2020年1月30日

      「曜日が日曜になると 水曜と土曜のネオンがチラチラと点灯する」件
      -->やはり おかしな曜日表示は起きる。条件が違うのと、頻度がすくなくなったみたい。

      「タイトルを書く方式にして、全点灯はなしにする」
      -->年月日時分秒、曜日のタイトル(上から横から)をニキシー管の上下に付けた。

    • 2020年2月1日

      マルツに頼んで置いたツェナー75Vと82Vが来た。取りあえず82Vを付けるつもり

      赤外の動きがおかしい。データが来るみたいに赤LEDが点灯する。表示は変わらない。本当にリモコンを操作した時も赤LEDは点灯するが 表示が変わらない時が多い。10kΩでプルアップをしても変わらない。オシロで確認する必要が有るだろう。

    • 2020年2月2日

      ツェナーを62Vから82Vに交換した(2つ共)が、状況に変化なし。日曜の時に日曜だけでなく、水曜と土曜も点灯(点滅)する。

      赤外線の動きがおかしい事とネオンの点灯(点滅)とは関係ないと思う。 赤外線受光器の出力を外せば、赤LEDは点滅しなくなるが、ネオンは同じように点灯(点滅)するので。

    • 2020年2月4日

      赤外線の動きがおかしい。オシロで見ると最下桁に6を表示すると赤外線の出力に6の信号と同じ様なタイミングの信号が乗る。 正確に時間を見ると 赤外出力のH->Lは6の信号から300uS遅れ、L->Hは260uS遅れている。 なぜだかわからない。1uSとか言うならトランジスタの遅れとかが考えられるがこんなに遅れるのがわからない。 テスターで当たってみても、直接くっついている様な抵抗値にはなっていない。

    • 2020年2月6日

      赤外線の動きに関して色々試した所、今の場所を止め、裏の基板のCPUに近い所に受光器を写した所、 問題なく赤外線の操作ができるようになった。推測するにパターンが長い為 途中でダイナミック表示のパルス信号が 信号線、電源線に悪さをしたのではないかと考えられる。
      -->実験した場所に受光器を付けるのが良いが、パイプ内に実装できない。
         CPUの基板に付けて、表示基板に穴を開けるようにした。
         (上から横から裏から
         前よりは良いみたいだが、まだちょっと動作が安定しない。取りあえずこのまま

    • 2020年2月10日

      現状のままで通常の使用は出来そうなので 不具合はそのままとしてアップロードする予定

  • 参考資料
    • 基板に関してはこのガーバーファイルを直接使う事は止めてください。
      なお 基板(生基板)は 現在の手持ち分に限り 無料で差上げます。
      こちら連絡先へメールをお送り下さい。
    • 部品表
    • ガーバーファイル
    • アクリル板

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