Introduction: 無線で光るLED（ジュール・シーフ）

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先に、単三電池で灯す蛍光灯を紹介しました。今度はもっと簡単な道具立てでLEDを点灯します。動作の基本原理は同様ですが、点灯に必要な電圧は蛍光灯よりずっと低いです（1/100程度）。感電が心配な方はこちらがお勧めです。

なお、ここで紹介する仕組みは「ジュール・シーフ（Joule Thief：エネルギー泥棒）」と呼ばれるものです。実に巧妙で感心してしまいますが、ここではLEDを無線化して彩りを添えてみます。

■紹介動画

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ちなみに元ネタはinstructablesの英語版の記事です。ただ使用する部品が異なるので、次の2つのサイトも参照しました。

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（ジュールシーフ、LED、無線）

Step 1: 材料（Arduinoは使いません）

使用する材料は少しです。予算は1000円以下で済むと思います。

＜必要な部品＞

  • LED（1個）
  • トランジスタ（1個）・・・NPN型の2SC1815を使いました
  • 抵抗（1個）・・・50Ω（～1kΩ）
  • エナメル線（5m程度）
  • 電池（1本）・・・1.5Vであれば何でもOKです

＜あった方が良いもの＞

  • 電池ホルダ（1個）
  • ブレッドボード（1個）
  • クリップ付きワイヤ（数本）
  • コンデンサ（1個）・・・0.1μF（上手く点灯しない時の保険です）

Step 2: 事前の確認

LEDは極性があります。電池に繋ぐ時は、足が長い方をプラス、短い方をマイナスに繋ぎます。

ただしLEDを点灯するには、ある程度の電圧が必要です。電池2本を直列（3V）にしてLEDに繋ぐとLEDは点灯します。しかし、1本（1.5V）では点灯しません（上の写真参照）。

「ジュール・シーフ」を使うと、電池1本（1.5V）でLEDが点灯し、電池が消耗しても結構しぶとく光り続けます。その効果は、電池のエネルギーを「盗む」、というより「絞り取る」と言った方が良いかも知れません。

Step 3: コイルを作る（1）

ジュール・シーフは、原理的には2つのコイルを使って電池の電圧を引き上げます。しかし工作的には、コイルの途中で電線を引き出すことで1本のコイルで済ますことができます。

ここでは丸棒（巻軸）の周りにエナメル線を巻いて、この昇圧用のコイルを作ります。丸棒はボールペンなどを使うこともできますが、直径1cm以下だと、巻き終わった後の仕上げが難しくなります。できれば直径1.5cm程度の棒を勧めます。

  1. 10～15cmの余裕（リード）を確保してエナメル線を巻き始める（上の1番目の絵参照）
  2. 直径1.5cm程度の丸棒にエナメル線を15回巻く
  3. 15回巻いたら、エナメル線を5cm程度引き出して折り返す（切断しない！）
  4. 再度巻き始める前に、引き出し線と折り返し線（2本）を丸棒表面で2、3度ねじって位置を極める（A点）
  5. 引き出し前と同じ方向（回転方向）にさらに15回巻く
  6. 10～15cmの余裕（リード）を残してエナメル線を切る
  7. 巻き始めのリードを動かし、上記「4」のA点から、コイルを束ねるように数回巻く（2番目の絵参照）
  8. 2～3cmの余裕を残して束ね巻きを終える
  9. 巻き終わりのリードについても同様の束ね巻きを行う
  10. リード（2本）の先端、および引き出し線の折り返し部分のエナメル塗装を削る（5mm程度）

Step 4: コイルを作る（2）

普通のジュール・シーフであれば、前ステップで用意したコイルだけでOKです。ここでは、LEDのワイヤレス化を図るために、もう一つコイルを作ります。

作成方法は前ステップと基本的に同じです。違いはエナメル線の途中引き出し（前ステップの手順の3と4）を行わず、そのまま巻き続けるところです（上の絵参照）。私が試した巻き数は30回ですが、巻き数を変えて違いを見ても良いかもしれません。

Step 5: 部品を組み立てる

上の絵を見ながら、部品を組み立てて回路を作ります。この段階で使うコイルは、ステップ3で用意した引き出し線のあるものだけです。（ステップ4で用意したコイルは使いません）

用意した抵抗の値が小さければ（50Ω程度）、コンデンサを使うことなくLEDが点灯すると思います。LEDが点灯しない場合、抵抗と並列にコンデンサ（0.1μF程度）を繋いでください。

■作業動画（1）：簡単なジュール・シーフを作る

Step 6: LEDの無線化

前ステップの回路からLEDを取り外し、無線で点灯させます。

  1. 上の絵のように、ステップ4で用意した2つ目のコイルを取り外したLEDに繋ぎます
  2. LEDに接続したコイル（上の絵のコイル②）を、ジュール・シーフのコイル（コイル①）に近づけます（下の動画参照）
  3. コイル②を動かすとLEDの輝度が変わることを確認します

LEDに繋ぐコイル②を机上に置き、上向きの面を表、下向きの面を裏と呼びます。このコイル②をジュール・シーフのコイル①に近づける時、表面から近づけるのと裏面から近づけるのとでは、輝度が異なると思います（下の動画の0：40～1：09参照）。

また、ジュール・シーフの回路を紙や箱で隠せば、ちょっとした手品のネタに使えるかも知れません（これも英語版のオリジナルの記事を参照しました）。


■作業動画（2）：ジュール・シーフの無線化