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05/27/2017

肩を温める USB電源(5V)を使った自作ヒーター

Img_20170527_071241 50肩になってしまった。就寝中に肩が冷えると痛みが増す。肩部を温めるための何かいい方法は無いものかと探していたが、そのようなものは、意外に見つからない。別の電子工作のアイデアを探していた時、カメラレンズや鏡筒のための「結露対策ヒーターの作り方」というブログに出会った。
USB(5V)から電源をとり、1mほどの長さのニクロム線に500mAの電流を流してレンズなどを温めるというアイデアになっている。この方法を応用できないか・・・とやってみた。


僕は、Amazonから これに必要な部品①,②を購入
①単位長さ当たりの抵抗値が、参考にしたブログに記載のものと同等レベルのニクロム線 (557円、送料込み)
  ワイヤ径0.4mm、  抵抗値 8.674Ω/m、 AWG26、 15m巻き
  使うのは1mほどの長さなのだが、この単位でしか購入できなかった。

注記)抵抗線は、線径が細くなるほど単位長さ当たりの抵抗値が高くなる。
 用途に応じて線径を決めるのが良い。
  (例) 矢印(⇒)の右側は、10Ωになる抵抗線(ニクロム線)の概略長さ
    0.7mm - 2.93Ω/m ⇒ 341cm
    0.6mm - 4.103Ω/m ⇒ 244cm
    0.5mm - 5.755Ω/m ⇒ 173cm 
    0.4mm - 8.674Ω/m ⇒ 115cm
    0.3mm - 15.42Ω/m ⇒ 65cm
    0.25mm - 22.21Ω/m ⇒ 45cm

②耐熱ガラスチューブ内径1.5mm (@156円+配送料560円)
  1mの長さがこの値段。使うのは1.2mほどになるので、1mでは短い・・・
  不足する長さの分については、僕は細目の熱収縮チューブを使った。
  実は、細い熱収縮チューブも購入し、ニクロム線をその中に入れようとしたが、50cmほど挿入したところから、挿入する抵抗が高くなり、1mのニクロム線を貫通させることは無理そうなので、耐熱ガラスチューブを使うことにした。この問題は透水性がありそうなので、電気の絶縁性能がどうかな・・・と不安である。

 その他、アッセンブリに必要な部品として、熱収縮チューブ、圧着スリーブ、自己融着テープ、USBケーブル、モバイルバッテリー等があるが、身の回りにあるものから、かき集めた。

参考にしたブログにも注意事項が細かく書かれていたが、
私がここに書いているのは私のメモであって、これと同じようなものを作ろうとして、いかなる事故が起きたとしても、私は一切の責任を負いません。自作するに際しての責任は、全てあなたの自己責任になります。

《作り方》

Img_20170526_115611 Img_20170526_120530結露対策ヒーターの作り方」を参考に、5V、500mAでほのかに温かいという仕様にすべく、抵抗線(ニクロム線)の値も市販品から 8.674Ω/m のものを選んで、入手後プラスチックスケールの上に抵抗線を貼り付け、20cm当たりの抵抗値を実測してみた。
抵抗値は 1.7Ωであった。

そのため、抵抗値が10Ωになるように、抵抗線の長さをほぼ 118cmと決めた。

Img_20170526_125638 Img_20170526_132144 Img_20170526_124651 Img_20170526_132550 ニクロム線は、絶縁のない裸状態なので、ショートさせたりする危険性を避けるために、
耐熱ガラスチューブを被せ、ガラスチューブ長さが不足する両端部を細目の熱収縮チューブを被せて、写真のようにニクロム線を被覆した。
バッテリーに繋いでみたが、この状態ではずっと手で握って居られるほど低い温度である。
多分、
耐熱ガラスチューブの効果が高すぎるのかもしれない。しかし、ガラスチューブ表面の温度は時間が経過すれば、内部も外部も同じ状態(平衡状態)になるはずである。

耐熱ガラスチューブを使わず、熱収縮チューブを使って絶縁するという(参考にしたブログと同じ)方法もあるが、細い熱収縮チューブを使うと、0.4mmの径のニクロム線を1mの長さ通すのは至難の業が必要になる。ガラスチューブは接触抵抗が低いので、難なく通すことが出来る。

肩用のサポータにこのニクロム線を縫い付けるのだが、ニクロム線の長さはある程度必要なため、温度を上げるためにニクロム線長さを短縮したくはないので、当初計画通り10Ωを保持する長さのままとした。

Img_20170526_133605 Img_20170526_161449 Img_20170526_161513 USBケーブルの端を開き、圧着スリーブを用いてニクロム線と接続した。この上にも太めの熱収縮チューブを被せ、その後、自己融着テープを用いて絶縁保護とその部分の補強を行った。


《使用の状況》

温かさ : 組込む前に、もう少し細かく詰めれば良かった。温度は低めで、もう少し上げられれば・・・と思う。

ニクロム線の配置間隔をもう少し詰めた方が良さそうに思う。そのためには、ニクロム線の単位長さ当たりの抵抗値をもう少し低いものを使って、扱える線の長さを延ばし配置すればと考えられる。

例えば前述の「線径-単位長さ当たりの抵抗値」を参考に、0.6mmの線径の抵抗線を使えば、10Ωとするには244cmとれる為、今回使った線径0.4mmの線配置の空いた場所に線を配置できる。そのため、面当たりに近づき、より「ほんわか」した温かさを実現できそうだ。

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