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053. ６桁ニキシー管時計

[ 初公開日：2014年6月16日 ]

　以下に紹介する "６桁ニキシー管時計" は、2006年〜2007年頃に製作をしていた作品ですが、結果として "失敗作" です。 失敗作をネット上に公開することは、自分自身すごくためらわれましたが、その "改良版" をこの度 作製しましたので敢えて、その作製過程の一部としてここに取り上げ、 公開することにしました。

　そして、この "失敗作" については、既に貴重なニキシー管等、主要部品を "改良版" の方へ転用しましたので、今となってはその残骸が残るのみで、まともな形では存在していません。

　失敗の一番の要因は、下の写真ではニキシー管の光り具合がよく分からないかもしれないですが、実際には光り方がかなり弱く、その原因が私が行なった DC-DCコンバーターのパターン設計にあり、 高い電圧が発生してくれないのです。

　原因も分かっているのでそれを直せば良さそうなものなんですが、何か気が抜けてしまって、また次のような理由もあって、結果的に現在までずっと放置をしてありました。
  • まず第一には、自分で作ったものに相違はないのですが、全体的な外観のデザインが気に入らなくて、このまま続行していく気力がなくなってしまった。
  • 表示部において適当なサイズのプリント基板がなかったとは言え、２枚の基板を繋ぐのにＬ型のアルミアングルを使用したのは見た目が野暮ったい。
  • この頃、製作意欲にすごく燃えていて、どんどんといろいろなものを作りたく、いつまでも未完成品に付き合っていられなかった。
等々、いろいろあったのですが、この度ようやく重い腰を上げ、ハード的にもまったく新規で再挑戦する気になりました。 ( 2014/06/16 追加 )

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　この作品は、ニキシー管とＰＩＣとを組み合わせた、"ニキシー管時計" です。 昔々、数字表示器が７セグＬＥＤに取って代わった頃、秋葉原の "亜土電子" の店先で投げ売り？ (@100円) していたものを、目的もないまま 10本程まとめて購入し、 ずいぶん長い間、部品箱でそのまま眠っていたニキシー管です。

　最近、ネット上では "ニキシー管時計" が静かなブームとなって騒がせていますので、私も挑戦してみることにしました。


　時計部は、サイト "RUU's Home Page" で紹介されていた "６桁ニキシー管クロックの作成" を、 電源部は、サイト "マイナビニュース - パソコン … 愉しみを数ボルト" （現在リンク切れ） で紹介されていた "DC-DCコンバーター回路図" を参考にしました。

■ 回路図 ■

| 回路図 (NixieTubeClock.CE3) | ページトップ |

■ ケース内部の様子 ■

　２枚のユニバーサル基板をタカチのアルミケース "YM-150" (W150 x H40 x D100) に詰め込んだが、以下の写真のようにいっぱいいっぱいで、面的にはまったく余裕がなくなってしまった。

ディスプレイ部 (上カバー) をはずしたところ 真上から見たところ

前斜め上から見たところ 後斜め上から見たところ (右下：温度センサプロテクタ)

左斜め上から見たところ 右斜め上から見たところ

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■ 表示部の様子 ■

　以下はニキシー管表示部ですが、写真の写りが悪くぼやけてしまいました。 ( 2014/06/16 追加 )

正面から見たところ 背面から見たところ

正面斜め上から見たところ 背面斜め上から見たところ

真上から見たところ 裏面から見たところ

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■ 機能と使用法 ■

  • まず電源を投入すると、0.5秒間ずつ０から９まで順次更新しながら、ニキシー全管（６本）の ０〜９表示テストを計５秒間行う。

  • 時計表示は２４時間表示で、他に年月日の表示と気温の表示の機能を持っている。

    　　　時間表示　　　　 ｘｘ ： ｘｘ ： ｘｘ
    　　　年月日表示　　　ｘｘ ．ｘｘ ．ｘｘ
    　　　気温表示　　　　　　 　ｘｘ ．ｘ　

  • 上記３つの表示は MODE スイッチを押下することで切り替わるが、電源の投入直後は０〜９の 表示テストを済ませ、時間表示になっている。 その後、MODE スイッチの押下ごとに、時間表示、 年月日表示、気温表示に加えてオートモードの順に４つのモードを繰り返す。

  • オートモードでは、時間表示中に以下の振る舞いを行う。

    　　　毎10〜15秒と40〜45秒の間：　年月日表示
    　　　毎20〜25秒と50〜55秒の間：　気温表示

  • 年月日、時分の設定は、上記４つのどのモード時でも可能で、電源の投入直後は 07年01月01日、 0時00分00秒からスタートするので、SET スイッチと UP または DOWN スイッチによって適宜 行う。

  • SET スイッチは、押下するごとに年、月、日、時、分と次項目に移動するので、該当の項目を 選択後 UP または DOWN スイッチによって値を設定する。 最後の分設定後にもう一度 SET スイッチを押下すると、00秒からの時計動作がスタートし、必ず時間表示モードに戻る。

  • DOWN／ZERO スイッチは、年月日、時分の設定中は上記のように DOWN スイッチとして機能するが、 それ以外では毎正時プラス・マイナス５分以内に押されると 00分00秒に設定するための ZERO スイッチとして機能する。

  • 年月日カレンダー機能について、うるう年の計算は 2001年〜2399年までの範囲で対応している。 ただし、年の表示は下２桁のみになる。

  • その他の機能として、周囲の明るさに応じてニキシー管の表示を減光するディマー機能を持ち、 周囲が明るいときはニキシー管の表示も明るく、周囲が暗くなると暗く表示される。

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■ プログラム ■

　オリジナルでは、HEXファイルのみでソースの公開がないため、プログラムの修正変更がいっさいできない。 そこで、フリーソフトウエアの "帝" で逆アセンブルをしてソースファイルを作成し、それを参考にさせていただきました。

バージョン:　Ver. 1.20　　　　　（ ただし、開発途中で未完成です。）

■ プリント基板(1)パターン図 (部品面) ■

ユニバーサル基板では手ごろなサイズのものがなく、いろいろ考えた結果、秋月電子の片面ガラスエポキシ・ ユニバーサル基板 Ｃタイプ
（72 x 47 mm）[AE-3] を２枚使用し、それらを下図のように L型アルミアングルで接続して必要サイズとした

| プリント基板(1)パターン図 (部品面) (NixieTubeClockDspPC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(1)パターン図 (ハンダ面) ■

| プリント基板(1)パターン図 (ハンダ面) (NixieTubeClockDspPC1.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(2)パターン図 (部品面) ■

下部中央に位置する 16P DIP IC は、ニキシー管ドライバ用TTL"SN74141N" 相当のロシア製TTL "К155ИД1 (K155ID1)"

| プリント基板(2)パターン図 (部品面) (NixieTubeClockCtlPC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(2)パターン図 (ハンダ面) ■

| プリント基板(2)パターン図 (ハンダ面) (NixieTubeClockCtlPC1.CE3) | ページトップ |


■ プリント基板(3)パターン図 (部品面) ■

　そもそも "ニキシー管時計" としての失敗の原因は、このプリント基板(3)にありました。 MC34063A を使用したＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力が、 170V（希望）を出てくれないのです（負荷接続時でMAX約130V程度）。 そしてその原因がこの基板のパターンにあったのです。

　たいして何も深く考えもせずに、ブレッドボード上で少しばかり試しただけで、この基板上に組み込んでしまいました。 部品の配置のまずさが原因とは、思いもよらないものでした。 （したがって、ここで公開しているパターン図は、悪い例の見本です。）

　それを指摘し教えてくれたのが、"O-Family" さんでした。 私がＤＣ−ＤＣコンバータ回路の 出力で悩んでいた頃、彼とはひょんなことからネット上で知り合い、メールのやり取りで懇切丁寧に教えてくださいました。 その節はたいへんお世話になり、本当にありがとうございました。 "高電圧DC-DCコンバータ回路" の詳細については、現在、彼のホームページ上で 公開されています。 ( 2014/06/16 追加 )

上部中央に位置する大きなサブプリント基板は、秋月電子で扱っていたスイッチングＡＣアダプタ （BSW0090 (CHINA)
12V 700mA @200）のケースを外して中身を取り出したものを使用

| プリント基板(3)パターン図 (部品面) (NixieTubeClockPwrPC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(3)パターン図 (ハンダ面) ■

| プリント基板(3)パターン図 (ハンダ面) (NixieTubeClockPwrPC1.CE3) | ページトップ |


■ プリント基板(4) ■

右端はディマー機能動作のためのＣＤＳセル(CL703L)、
ジャンクを流用のためメーカー、詳細な定格等は不明

左から SW2: UPスイッチ、SW3: SETスイッチ、SW1: DOWN/ZEROスイッチ

■ プリント基板(5) ■

SW4: MODEスイッチ

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■ ケース加工図 ■

　使用したケースは、"タカチ" の "YM-150" アルミケースです。

| ケース加工図 (NixieTubeClockCS.CE3) | ページトップ |

■ 使用部品表 ■

(主要部品： ＩＣ, トランジスタ等)

(データシート)
ＰＩＣマイコン .................... PIC16F876
オペアンプ .................... LMC662CN
高精度ＩＣ温度センサ .................... LM35DZ
DC-DC コンバータ .................... MC34063A
三端子レギュレータ .................... μPC78N05
トランジスタ .................... 2SA1015
トランジスタ .................... 2SC1815
トランジスタ .................... 2SC2551
高耐圧 MOS FET トランジスタ .................... IRF820
ダイオード .................... 1N4007
ダイオード .................... 1S1588
超高精度クリスタルモジュール .................... KTXO-18S
フォトカプラ .................... TLP627-2
TTL ニキシー管ドライバ .................... SN74141
ニキシー管 .................... CD81

| 部品表 | Excel ファイル (NixieTubeClock_parts.xls) | ページトップ |

■ 参考サイト ■

６桁ニキシー管クロックの作成 .......... http://www.mars.dti.ne.jp/~ogura/e_hobby/nixie_clock.html
【コラム】愉しみを数ボルト .......... http://news.mynavi.jp/series/volt/002/ （現在リンク切れ）

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初版：2006年12月14日、初公開：2014年6月16日、最終更新：2023年10月30日