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2014年5月10日 (土曜日)

フリスクLEDライトの製作No.1【5/20更新:電池異常消耗の考察】

 愛称【もふもふうさぎライト】。フリスクケース容積を極力有効に活用する本製作例は、電源にAAAA単6電池を3本、LEDにCREEチップXP-G(5W)の専用コリメータ付きを4個搭載し、詰め込みの限界に挑むものです。パッケージシールを剥がしているので、パッと見はフリスクと判らないかも。

いかにも”普通”っぽいフリスクライトはこちら⇒フリスクライトの製作No.2
いかにも”普通”っぽいフリスクレーザーはこちら⇒フリスクレーザーの製作No1
まったく”普通”っぽくないフリスクライトはこっち⇒フリスクライトの製作No.3Img_10501_2

051000101   めんま「見て見てこれ、秘密基地で使うのにぴったりだよ~ねぇ、じんたん!」
      (フリスクVSじんたん?)

051000251 上図はこのライトの照射テストの様子で本当は4灯のはずなのですけど、何故か綺麗なひとつの照射円にまとまってるのは意外でした。しかしこれかなり眩しいし。

051000271 上図も照射テストの様子ですが、なにしろ明るすぎて直視できません、すでに何度も網膜に4点の残像が・・・・・・。目を閉じても見える、まるでトラペジウムみたい。

051000161 これから詳細を追っていきます。フリスクブラックミントのケースにCREEチップXP-G(5W)の専用コリメータ付きを4個搭載したなんとも豪勢なLEDライトなのです。綺麗な丸窓をきっちり等間隔で開けるのに苦労しました.。

051000171 他の多くの組み込み例ではフタをスライドすると電源スイッチが入る様にしてますけど、本製作例では使い勝手を優先し電源スイッチを上図写真に示す位置、角部分へ組み込んでます。

Cl0117_circuitsbdc_2 上図は今回の組み込み回路図で、CL0117の一般的な標準回路に整流用のSBRダイオードSBR15U30SPとコンデンサーとを組み合わせて昇圧効率を稼いでます。

051000191 中身はどうなってるかというと、CREEチップXP-G(5W)専用コリメータ付きLEDが4個と、AAAA単6アルカリマンガン電池が3本入ってほぼスペース使い切ってる状態。そして僅かに残った隙間へ、超小型な電源スイッチと、1.5Vを3Vに昇圧するコンバーターを組み込んでます。

051000201 CREEチップXP-G(5W)専用コリメータ付きLEDは、4個を並列に接続してます。放熱板なしのLEDチップを使っているので高いLED電流は流せませんが、4灯並列にすることによって1個当たりのLED電流を下げ、発熱しない様にしてます。

051000211 AAAA単6アルカリマンガン電池(出所はこちらが参考に⇒改造報告No.7-2)は、006P角型9V電池(6LR61)からバラした3本を並列に接続してますので、1本あたり300mAhとすると、およそ900mAhくらいの容量でしょうか。

051000221 僅かな空きスペースへ組み込むため、接点容量が大きくて超小型な3Pスライドスイッチを探しました。接点容量が0.1A程度の小さなスイッチはいくらでもあるのです、でもそれでは足りません。上図の製品は一応0.3Aが定格なのですが、製作検討段階ではこれを使わずに、リードスイッチと磁石を使った電源スイッチ(接点容量は0.5Aとれる)も検討してました。今回はひとまずこれで使い勝手を試してみます。

051000231  電池とケースとの隙間はなんと4mmしか確保できず、ここへ昇圧用コンバーターを組み込んでます。電池は3本使ってますけど直列接続の4.5Vではなく並列接続なので1.5Vなんです、それで昇圧用コンバーターにはCL0117を使うことに。

051000241 上図は隙間に押し込んでいたコンバータ部分で、1.5Vを3Vに昇圧してます。インダクターに薄型のパワーチップ型を使って昇圧した後、SBRダイオードSBR15U30SPとコンデンサーで整流してからLEDに流し込んでます。なお、ここで使っているインダクターと整流用ダイオードは、LEDライト改造で知りたい情報のページで検証した結果に基づいて選定したものです。ちなみに、CREEチップXP-G(5W)の4灯分に流れているLED電流は合計で160mA、これはどうやらCL0117の性能限界値の様です。

051000351  めんま「もふもふでとってもかわいいのに。でも触れないんだよね・・・・・。」

 フリスクライトの大きさを比較するのに、たまたま4月の消費増税分で発行しているカワイイ2円切手を使ってます。本当は『ごちうさ』のステッカーでもあったなら良かったんですけど。

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【2014/5/14 AAAA単6電池を更新する】

051400041  最初はローコストなCHINA製GP社の006P角型9VをバラしたAAAA単6電池(青い被覆の)で組み立てていたんです、でもいざ長時間点灯してみるとあっと言う間に電圧が落ちて暗くなってしまいました。過酷な使い方であることは判っていたつもりでしたが、ここまで短命とは想像していなかったので、今度は松下製006P角型9V電池をバラしたAAAA単6電池(白い被覆の)を試してみることにしたのです。コストはGP製¥100に対し、松下製¥400なので4倍になりますが、果たしてコストに見合う4倍以上の寿命を期待できるかどうか、これで使い勝手を試してみます。で後日⇒けっこう使えてる!電池の問題だった?

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【2014/5/20 電池異常消耗の原因考察】

052000011 AAAA単6電池をハンダ付けする時、普通のヤニ入りハンダを使って手間取っている間に余分な熱を掛けたくなかったので、強力なステンレス用フラックスを使って一瞬でハンダを載せることにしたのです、最初は。すると、しばらくは電圧もちゃんとあって超弩級的な光をまき散らしていたんですね、で記事アップして一晩ほど寝かせた後に再点灯してみると、あれれ?電圧が1V以下まで知らない間に落ちてて相当に暗いし。これが電池を替えて2回続いたので、おかしいなと気付いた訳で。3回目は電池をCHINA製からPanasonic製(製造はタイ)に替えて何とかまともになったので電池自体の問題かと思っていたら、どうもそうではないみたい。

052000061 それで、ここからが真の原因の考察なのです。ステンレス用フラックスは成分がヤニ入りハンダなどのマツヤニではなくて、塩酸に塩化亜鉛と塩化アンモニウムを溶かした強酸溶液。マツヤニは中性で電気は通さないから残っても支障はないけれど、このステンレス用フラックスを付け過ぎて極間に残してしまうと、電気伝導性に優れた強酸溶液で半ばショート状態になると。AAAA単6電池のマイナス極かしめ部分は容器側プラス極との隙間が狭いのでなおさら。これに気付いてから、3回目の組み込み時は最小限の使用量に抑えつつ、ハンダ付け後に余分なフラックスを綺麗にふき取る処置を施したのでした。正確なところ本当にこれが原因かどうかは、各メーカーのAAAA単6電池で放電特性を記録してみるまでは判らないんですけど。


※製作は各人の意思で行ってください。それによって生じる責任を負うこともお忘れなく。


【こちらも参考に如何ですか?】

【オリジナル製作なLEDライトたち】

フリスクレーザーの製作No.1_フリスクにレーザーユニットを組み込む(秋月電子LM-102-Bモジュール使用)

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フリスクライトの製作No.1_フリスクにLEDライトを組み込む(CL0117、CREEチップXP-Gを4灯)

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改造報告No.1-2_100均ミニランタンのLED化改造(CL0118B、CREEチップXP-G)

改造報告No.2____100均2WAYランタンの輝度アップ改造(CL0117、0.19~1W)

改造報告No.2-2_100均2WAYランタンの輝度アップ改造(CL0117、CREEチップXP-G)

改造報告No.2-3_100均2WAYランタンの輝度アップ改造(LTC3490、CREEチップXP-G)

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改造報告No.3-2_100均3LEDタッチライトの輝度アップ改造(CL0118B、日亜NFSW036CT)

改造報告No.4____100均3LEDパワーライトの輝度アップ改造(CL0117、CREEチップXP-G)

改造報告No.4-2_100均3LEDパワーライトの輝度アップ改造(CL0117、オプトサプライの3WパワーLED)

改造報告No.4-3_100均3LEDパワーライトの輝度アップ改造(CL0117にSBD+C併用回路換装)

改造報告No.4-4_100均3LEDパワーライトの輝度アップ改造(CL0117にSBD+C併用回路内蔵)

改造報告No.4-5_100均3LEDパワーライトの輝度アップ改造(LTC3490、CREEチップXM-L2搭載)

改造報告No.4-6_100均3LEDパワーライトの輝度アップ改造(CL0117+SBD+C回路、LP-AWME56F1Aを3灯)

改造報告No.5____100均白色レンズ付LEDライトの輝度アップ改造(CL0117、CREEチップXP-G)

改造報告No.5-2_100均白色レンズ付LEDライトの輝度アップ改造(CX2601、CREEチップXP-G)

改造履歴一覧____改造報告No.1からNo.11-2までの諸元

改造報告No.6____100均ランチャー9の輝度アップ改造(LTC3490、CREEチップXP-G)

改造計画No.6-2_100均ランチャー9の輝度アップ改造計画(CL6808、LED選定未定)

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改造報告No.7-2_100均スリムライトLEDの輝度アップ改造(CL0117、CREEチップXP-G)

改造報告No.8____100均5LEDライトの輝度アップ改造(CL0117、CREEチップXP-G)

改造報告No.9____100均1LEDライトミニキーホルダーの輝度アップ改造(CL0117、CREEチップXP-G)

改造報告No.10____100均3LEDライトの輝度アップ改造(OKL-T/3-W5N-C、CREEチップXP-Gを7灯)

改造報告No.10-2_100均3LEDライトの輝度アップ改造(OKL-T/6-W5N-C、CREEチップXP-Gを7灯)

改造報告No.11____100均3LEDハンディライトAの輝度アップ改造(CL0118B+SBD+C、LP-AWME56F1Aを3灯

改造報告No.11-2_100均3LEDハンディライトAの輝度アップ改造(CL0118B+SBD+C、CREEチップXP-Gを3灯

改造報告No.12____100均3LEDクリップライトの輝度アップ改造(CL0118B+SBD+C、CREEチップXM」-L2ランクU21A搭載

改造報告No.12-2_100均3LEDクリップライトの輝度アップ改造(CL0118B+SBD+C、CREEチップXP-GランクR4搭載

改造報告No.12-3_100均3LEDクリップライトの輝度アップ改造(CL0118B+SBD+C、オプトサプライの1WパワーLED搭載

改造計画No.12-4_100均3LEDクリップライトの輝度アップ改造計画(インバータ未定、CREEチップXP-Gを4灯組み込み予定)

改造計画No.12-5_100均3LEDクリップライトの輝度アップ改造計画(CL0118B、LP-AWME56F1Aを3灯組み込み予定)

改造報告No.13____100均3LED自転車ライトの輝度アップ改造(LTC3490、CREEチップXP-G、ミニ単2NiMH)

改造報告No.14____100均4LEDハンディライトの輝度アップ改造(CL0118B+SBD+C、LP-AWME56F1Aを4灯)

改造報告No.15____100均LEDミニスタンドライトのスタイリッシュ改造計画(LED、昇圧回路未選定)

改造報告No.16____100均BLT LED LIGHTの輝度アップ改造(CL0117+SBD+Cの単機駆動、CREEチップXP-G_R4搭載)

改造報告No.16-2_100均BLT LED LIGHTの輝度アップ改造(CL0117+SBD+Cの重連駆動、CREEチップXP-G_R4搭載)

改造報告No.16-3_100均BLT LED LIGHTの輝度アップ改造(LTC3490単機駆動、CREEチップXP-G_R4搭載)

改造報告No.16-4_100均BLT LED LIGHTの輝度アップ改造(CX2601、CREEチップXM-L2ランクU21A)

改造報告No.17____100均2WAY LEDキーホルダーの輝度アップ改造(EMH7601、GM2BB65QK0Cを5灯、単6形NiMH)

改造報告No.18____100均LX-601の輝度アップ改造(CX2601、CREEチップXP-G)

改造報告No.19____100均5LEDスタンドライトの輝度アップ改造(AMC7135、LP-AWME56F1Aを5灯、Li-ion電池)

改造報告No.19-2_100均5LEDスタンドライトの輝度アップ改造(AMC7135、GM2BB65QK0Cを5灯、Li-ion電池)

改造報告No.19-3_100均5LEDスタンドライトの輝度アップ改造(AMC7135、LP-AWME56F1Aを10灯、Li-ion電池)

改造報告No.20____100均LEDランタンの輝度アップ改造(焦電センサー、AMC7135、CREEチップXP-G、Li-ion電池)

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改造報告No.22____100均ランチャーライトV9の輝度アップ改造(AMC7135、OSW54L5111P)

改造報告No.22-2_100均ランチャーライトV9の輝度アップ改造(AMC7135、CREEチップXP-G、Li-ion電池)

改造報告No.22-3_100均ランチャーライトV9の輝度アップ改造(AMC7135、LP-AWME54F1A)

改造報告No.22-4_100均ランチャーライトV9の輝度アップ改造(AMC7135、OSW47L5111Y)

改造報告No.23____100均LEDミニタッチライトの輝度アップ改造(NJW4616、オプトサプライ製ブルーLED搭載)

改造報告No.24___100均5LEDスタンドライトと電球型LEDライトとを合体融合(タッチセンサー搭載)

改造報告No.25___100均サイクルフラッシュライトの輝度アップ改造(OKL-T/3-W5N-C、CREEチップXP-G

改造報告No.26___100均LEDヘッドライトの輝度アップ改造(CR123A、CREEチップXP-G)

第111呟__________100均タイマーライトのちょい改造(タイマー再始動用スイッチの追加)

【LEDライトの製造・改造、比較で気になる情報】

LEDライト改造で知りたい情報__ →CL0117、CL0118B、CX2601に[SBD+C]追加して最適化検証

LEDライト改造で知りたい照度比較__→100均ライト改造品および未改造品の照度測定比較

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コメント

完全に想定外です。
貴重なXP-Gをまさか4連で使うとは!それも平面部分へ装着するとは驚きです。持ち方としては「印籠持ち」でしょうか?(これが目に入らぬか!)

電流を稼ぐために乾電池並列は想定内。XP-Gは並列化で個々の電流が減りVfが低いところで利用できるので劇的な明るさを出せるのでしょうね。
もし私が作るとしても短い側面部分へ3灯入れて普通に懐中電灯持ちする方向しか考え付かないです。

当方の放射温度計活用の為の実験は遅々として進んでいませんが、取り敢えずアルミテープの放熱効果測定の準備として、20Wホウロウ抵抗器へアルミテープと黒いテープを貼り温度を150℃位まで数点決めて双方のテープを測温してアルミテープの放熱率を確認する予定です。同時にテスターのK熱電対でも測温して比較します。
放射率を特定できた時点でCL0118Bへ流す電流を変えた場合の温度上昇とアルミテープで冷却フィンを付けた場合の放熱効果を確認し、CL0118Bの限界を見極めます。
同様のことをXP-Gの放熱基板でも試し、XP-Gへ流す電流と発熱の具合を確認します。果たして放熱板のみで何mAまで利用できるものでしょうか。

[mytoshi]さん、早速のコメント有難うございます。

 フリスクケース内部にCREEチップXP-Gを専用コリメータ付きで平面置きが出来ることに気が付いた時点で、頭の中では既に完成してました。でもしばらくは4灯分の窓を開ける加工で失敗し不均等極まりなく見栄えが最悪だったのでどうしたものかと思案していたのでした。穴あけはテーパリーマ使っていますけど、中心が少しでもずれると修正が効かないので、その対処方法を思いついてから一気に進展し、無事に製作記事としてアップできました。

 使い勝手としては、手に持って使うハンディライトというよりも、平面置きライトですね、モノリス状態で立てて使うこともできますし。

 放熱特性試験、具体的になってきましたね。米粒大なCL0117のSMDタイプが意外と熱に弱いので、その放熱特性とか知りたいところです。

単六電池の持ちが悪くて電池を交換し検討中とのことですが、
私の方で確認実験をしてはいませんが、以前クロヤマネコさんが言っていたように、1.5Vで使っている故の昇圧効率も含めた限界だと思います。今回の場合、電池電流は初期500mA以上流れていると考えられ電池容量の3割程度しか利用できなくなると思います。

このライトの場合、電池容量の6割以上利用目標で、電池電流を抑える為に電池3本を直列(4.5V)でCL0118Bを使い、ICが過負荷にならないようにインダクタを330μHと高めにして電流を抑えるのがベターだと感じます。
CL0118Bの昇圧能力に余裕が出ますから、4個のXP-Gは二個直列を二列で使えば昇圧後の電圧を有効に使えると思います。
定電流駆動化すれば初期電流を心配せずにインダクタを最適化できてもっと効率向上するはずです。

私が昔購入したパナ製のLED懐中電灯BF-BG20(単三3本、8mm砲弾LED1個、抵抗11Ω入、点灯時電池電流80mA)は、明るいLEDに交換して定電流化改造後、4.5V時電池電流100mA、3V時150mAです。pana電池の放電カーブから類推すると20Hr以上余裕で連続点灯出来ることになります。

この頃実験を実施する気力があまり湧かなくてライトの製作や放熱評価、各種部品の検討や評価等が進んでいません。男の更年期ではないかと考えたりしています。

[mytoshi]さんは、こちらの考えていることが判っているみたいでビックリなコメントです。

 消耗速いのは愛称のうさぎっぽくていいかな・・・・・などとひとり浮かれつつ、さてどうしたものかと逡巡していたところへの、このコメント。CL0118Bが果たして1.5V×3本直列の4.5V入力に耐えるかどうか、LTC3490に切り替えようか、それとも他のインバーター探すか、秋月のホームページと睨めっこする日々でした。

 Web上でLEDライト改造を扱っている他サイトにあまり進展がないので、ここの更新ペースも鈍っているのは確かなことです。意気込みの低下は頻繁に起きているので、『負のループ』と自らが称するこの悪しき状況から抜け出るためのアイテム収集は怠りません。回りくどいですが、いわゆるカンフル剤の役割をする狂喜系コンテンツを見つけておいて、いつでも使える様に手元へ置いておくのです。

 個人的に鉄道モノでは電気機関車の構造書や貨物時刻表などはテンション上がりますねぇ。なんでも自作系では模型用ジェットエンジンを紹介しているサイトの始動動画で、あの独特なキーンというタービン音を耳にすると一瞬で頭がシビレます。

> CL0118Bが果たして1.5V×3本直列の4.5V入力に耐えるかどうか

非力な電池は直ぐ1.2Vに下がるので、CL0118Bは初期三本4.5Vでも大丈夫と感じています。但し、電流制限を掛けないと初期電流が大きくなり過ぎます。XP-Gなら電池から取り出せる位の電流は全く問題ないですが。

HT7750A定電流駆動は電源4.5V余裕です。5V以上は電池電圧素通り状態ですが単四以下の非力な電池なら初期6Vでも制御できるのではないかと考えています。
セリアで購入した「USBポート付き充電用電池ボックス」へ帽子型3chip直列二灯をリフ式で100mA定電流ライトは、フリスクライトの二倍ほど厚くなりますが電池の持ちが良くて且つ明るいのでお気に入りです。スライドSWを手持ちのON-OFF-ON式にして抵抗を切り換え、電流を30mA、100mA変更可能にする予定です。

「LTC3490」 電流制御が出来て、低い電圧でも大電流取り出せるようで良いですね。秋葉原で買い忘れてがっかりしています。

訂正:
電池boxはセリアではなくCan-Doで購入したものでした。
このCONCEPTEYES製は電池部がコンパクトに纏まっていて部品スペースが17.6mmと少し長いのでリフと帽子型LEDが楽に入ります。
一方、セリアで販売している片山製は電池固定法に無駄があり部品スペースが15.6mmと短くなります。リフを入れると帽子型LEDは入りません。

[mytoshi]さん、情報有難うございます。CL0117とかCL0118Bとかは定電圧でも定電流でもない制御方式なので、電池電圧が大きく変動する時には不便ですね。

 キャンドゥの単3電池2本型USBポート付充電BOXは、フリスクケースへのLEDライト組み込みに気を取られていてすっかり忘れてました。あの昇圧チップは分圧抵抗フィードバックの定電圧制御なので、フリスク系へ楽に移植できますね。

なるほど、残留塩素化合物の悪影響ですか。

大昔のハンダ用ペーストは酸性仕様が多かったので事後トラブル防止には拭き取る事が当たり前でしたが、塩素の悪影響防止対策品が常識となった今では品質の良いフラックスが当然となり拭き取る事をしなくなって忘れ掛けていたことでした。

ちなみに、私はタブ付き電池の分解時はタブを少し残して使用しています。半田付け必要な時に軽くヤスリ掛けするとハンダが乗り易くなりますから。
電池のタブのようにスポット圧着接続出来る装置が素人でも手軽に入手出来ると良いのですが。

[mytoshi]さんはタブ残し派なんですね、組み込みスペースに余裕があるときは同じことをします、今回は全く余裕がなくて仕方なく削り落としましたが。

 今日は秋月の新製品チップLED、2個100円で出ているのを買ってきたところです。
 『照明用・高光束LEDランプ 白色6500KTL1F2-DW0_L (2個入)[TL1F2-DW0 L(S]』
というSMTデバイスで、IF=350mA時のVFが2.85Vと低く135ルーメン出て、これはCREEチップXP-Gより高性能です。これを複数個組み込んだ、”普通の”フリスクライトでも作ってみようかと。”全然普通ぢゃない”このページのフリスクライトはあまりウケが良くないみたいなので。スライドするとスイッチが入るギミックも取り入れたほうがウケるのでしょう、これはこの前買ってきたリードスイッチとマイクロネオジムマグネットとで実現できますし。

(!_!)新規製作情報。”普通の”フリスクライトを作る予定だったものが、出来上がってみると果たして”普通”なのかどうか。

・『照明用・高光束LEDランプ白色6500K_TL1F2-DW0-L』を5個も搭載してしまいました。
・インバーターにLTC3490を使って、5個のLEDに合計最大350mA流せるようにしてしまいました。
・フタをスライドすると、リードスイッチとマグネットで電源が入るギミックを搭載してしまいました。
・電源強化のため、AAAA単6型NiMH電池を3本直列接続して3.6V仕様にしてしまいました。

 只今、看板娘を選定中につき記事まとまり次第アップロードします。

秋月HPで新製品チップLED確認しました。
が、寸法が少々デカイですね。利用するレンズやリフで苦労しそうです。ここはやはりXP-Gですね。

妄想シリーズ: もし私がフリスクライトを作るとしたら。
現物を持っていないのでフリスクのサイズをWEBで探したところ、70x30x10mm程度らしい。

まず、譲れないのは「リフを使う」こと。
私がお気に入りの「キャンドゥのムギ球式ミニライトキーホルダーのリフ」や「ダイソーのLEDホルダーライトのリフにアルミテープを貼ったもの」は径が15mm位なので入らないから使えない。ダイソーの「3LEDライト」(通称:リフラン)のリフから2個分切り出せば入りそうだ。帽子型3chipLEDにピッタリのリフだから、LED2個直列にしてHT7750Aを90mA定電流駆動で使えば40lmx2で明るくて良い。単六x3本=4.5Vでも大丈夫だ。
そして、次に譲れないのは「ある程度長い時間使える」こと。
そうなると、ケースを少し加工して単四x2本使用となる。だが、加工すると美しさが損なわれる。

結論:
リフランのリフを切り出して使うのなら単四x3本のリフランは本体をそのまま使って帽子型LEDに交換し3個並列のままHT7750Aで定電流化するほうが美しい。
又、実用時間を考えると、厚さが二倍になっても長さや幅が類似している「単三が入るUSBポートき電池ボックス」には敵わない。15mmのリフが二個余裕で入るし、半固定ボリュームで電流調整出来る。やはりこれが最善解だろう。

ということで、私的にはフリスクライト作成は無いという結論になりました。

私の中で今最も気に入っている駆動方法の「HT7750A定電流駆動」記事リンクを再度添付します。
http://eleclabyrinth.blog.fc2.com/blog-entry-57.html

[mytoshi]さんご指摘の通り、照明用・高光束LEDランプ白色6500K_TL1F2-DW0-Lにはコリメータやリフレクタの適用が難しい様に思えます。

 なのでこれは剥き出しで使うのが良さそうです。そして何と言っても端子が大きくてハンダ付けが楽なのは良いですねぇ、CREEチップXP-Gは放熱板なしタイプだと本当に大変ですし。

 あとコメント訂正の件、修正入れておきました。

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