家庭用電気針脱毛器を分解したら、予想していたよりおもしろい回路になっていた。

前回記事:
『顔と体のための個人電気分解』を分解してみた。

Clean+Easy Home Electrolysis Kit Machine Hair Removerの回路をトレース。一部は意図的に削除。

シンプルに見えるけど動作を追うと結構よくできている。汎用ロジックIC 1個でこんなにいろいろ実現しているのはすごい。毛抜きの内部でこんなに感動できるなんて思ってもみなかった。

・基本的な動作として、待機状態では針から皮膚に流れる電流は微量で痛み無しに針を毛穴に挿入できる。挿入した針が毛根に到達して電気抵抗が下がり針に流れる電流が60μAを超えると動作状態に入り電気分解に必要な0.4～0.8mA程度の電流が針から約8秒間供給される。その後待機状態に戻る。

・全体の電源は006P電池に逆接続防止のD1を経由したうえで供給している。(BATT 9[V] – V_D1 0.6[V] で Vdd＝8.4[V])
・微弱電流により抵抗の変化を監視する待機状態と、電気分解を行う電流を流す動作状態がある。
・待機状態から動作状態の遷移はR1とスタイラスが当たっている抵抗値の比率でヒステリシス付きNANDゲート1/4の入力がH→Lのスレッショルドを下回った時に発生する。
・動作状態から待機状態への遷移は、C2とR4で構成される時定数回路で決定される。約8秒。
・スタイラスのプレートP1が+で針はGNDにつながっている。P1は100kΩを経由しており、待機状態では動作状態に遷移する直前で60μA程度しか流れない。(NANDのH→Lのスレッショルド電圧V_H→LがVddの33%だと仮定して Vdd / (100k+50k)[Ω] = 56[μA]) この程度だと皮膚は刺激を感じない。
・本体のプレートはスタイラスのプレートと完全に同電位ではなく、R8を経由しており動作状態でのショートによる針先の破損を保護する。スタイラスのプレートと針は構造的にショートしないのでR8の制限が必要ない。
・スタイラスの先端と本体のプレートを直接接触させることで動作状態に遷移してブザーが鳴るためこれを動作確認として利用できる。
・スタイラスを毛根に挿入してR1の電圧降下が発生するとR2の電圧も下がり、NAND 1/4の閾値を下回ると出力がHになり時定数回路を構成するC2の充電を開始、C2の充電が行われる時間がNAND 2/4のワンショット動作の時間となる。
・NAND 2/4のワンショット動作が始まると、NAND 4/4の出力がHになり、この電圧が操作者が設定したVRを経由してスタイラスのプレートP1に電気分解可能な電流が供給される(動作状態)。このとき最大電流はImax[A] = (Vdd – V_D3)[V] / (VR+人体抵抗)[Ω] となり、VRはダイヤルの位置により10.4kΩ～1.5kΩ程度の範囲で可変される。仮に人体の抵抗を8kΩ程度としたら、VRの位置により電流はおよそ0.4mA～0.8mAの範囲となる。
・最大電流はNANDゲートの出力電流の制約によりVRのショートモードでも10mA程度に制限される。(そこまでは想定していない？)
・ダイヤルは半固定抵抗に直結されているだけなので0の位置でも動作状態に電流は流れる。
・C4の充電が完了するとNAND 2/4の出力が再びHになり、NAND 4/4がオフになってスタイラスへの動作状態の電流が遮断される。C1とR6による遅延回路でNAND 2/4と4/4の連動はわずかに遅れるためNAND 2/4のワンショット動作終了時はNAND 1/4を確実に待機状態へ遷移できる。
・待機状態に遷移後も電気抵抗が低い状態であれば再び動作状態を開始する。
・C2充電中はNAND 3/4で構成される発振回路で圧電ブザーを駆動する。
・待機状態でもわずかに電源を消費するため未使用状態でもダイヤルの位置に関係なく電池は無くなっていく。

昨日紹介したリンク先の情報から、抵抗検出つきの電気分解法回路は特許取得されており、回路は異なるが公開されている。この特許について現在は期限切れ。今回購入したPersonal Electrolysisにパテントの記載は無い。現物の回路は特許文書とはだいぶ異なっていて、この特許文書の回路は挿入時適正な電流値になったときから一定時間ブザーを鳴らす機能だけとなっている。また電流の検出方法も違う。

Electrolysis hair removal apparatus – Google Patents
https://patents.google.com/patent/US4216775A/en

毛抜き無しバージョンの回路も推定してみた。

分解の写真や前回紹介したリンクから推定する限り、これだけだと思う。特許回路は実装されていない。回路としては自作バージョンと同じ。ボリュームは10kΩらしい。毛抜き有りバージョンと比較して手抜き感が半端ないコストダウンの跡がうかがえる。工夫があるとしたら、ケースの物理的な構造によりボリュームの動く範囲が制限されて、操作を間違えても極端な電流がかからないようになっているくらいなのと、使っていないときは全く電源を消耗させないことくらいか。毛根に挿入するまで正極側を触らないようにしないと、毛根に達する前に電気分解に必要な電流が供給されてしまって痛いし操作が面倒。今は毛抜き無しバージョンが売られてないから間違わないけど、もし選ぶなら毛抜きの差だけではないから毛抜き有りバージョンにしよう。

※毛抜き有りバージョン、毛抜き無しバージョンについて。
販売元のAmerican International Industries社はブランド名としてclean+easyで毛抜き有り版だけが出ているが、以前はOne Touchブランドでエレクトロリシス製品を出していて、毛抜き有りがDelux版、毛抜き無しが無印版で出ていた。One TouchブランドのDelux版はclean+easyの現行品と全く同じ構成。毛抜きの有り無しの違いだけかと思ったら回路が全く違ってることが判明した。

ちなみに付属の毛抜きは極めて使いにくい。外国のレビュー動画でも「毛抜きはたくさんあるからもう要らないヮ」みたいなことを言っていた。

Amazonとebayで2回もClean+Easy Home Electrolysis Kit Machine Hair Removerというものを買った。

箱は”NON-LASER / Personal Electrolysis for Face+Body”と書かれている。直訳すると「非レーザー / 顔と体のための個人電気分解」で意味が分からないが、要するに電気分解法によるニードル脱毛をするための家庭用の脱毛器。

電気針脱毛には何種類か方式があって、この機器は脱毛手法として最も古く19世紀に発明された電気分解法(Electrolysis:エレクトリロシス)を用いており、化学的に塩水(体液)を電気分解して生成される微量の苛性ソーダで毛根を破壊する。現在の美容整形の電気針脱毛は電気分解法単体では行わず、高周波で毛根をジュージュー焼いたりする手法なども組み合わせてるから全く同じ効果というわけではない。それでも光脱毛とは全く異なるアプローチを取れるから家庭用の光脱毛器で効果が無い箇所に使用する代替手段としてこの器具は有効。家庭用に普及しているIPL光脱毛(抑毛)よりも本格的な永久脱毛に近い。

clean+easyはブランド名で、脱毛ワックスとかバスソルトをメインに扱っているっぽい。公式ショップではWAX→Depilatory(除毛材)→Electrolysisカテゴリ。
https://www.cleanandeasyspa.com/

美容とか脱毛とか全然興味ないけど毎日の髭処理が面倒でなんとかしたい。美容整形を受けるというのも億劫なので家庭用の製品でなんとかしようと思ってレーザー脱毛器を使ったらまだ少ない白髪な髭が目立ってきた。これには原理的にレーザー脱毛器で対応できないから他の方法で対処しなければならない。家でできるのは毛抜きやワックスを使うくらいしか基本的にはないのだが、このElectrolysisならなんとご家庭で電気脱毛ができる。でも現時点ではアマゾンとか日本で普通に使われる通販サイトだと軒並み売り切れになっていて仕方がないからebayで扱っているショップからリスクを覚悟で取り寄せ。1ヶ月くらいかかったけど問題なく新品が届いた。新品だけど白いケースがちょっと煤けている。

ケースと本体が一体化していてフタを開けるとスタイラス(針)と毛抜きと調整ダイヤルが出てくる。銀が押されたロゴもいい感じ。スタイラスのレバーをスライドすると極細の針が出てくる。太さをマイクロメータで測ったら0.10mmちょうどだった。先端はせん断加工した後のバリが出てるものもあったくらいだから、切りっぱなしで形状を加工してるわけではない感じ。

これをプスッと毛穴に挿して15秒電流を流すと毛穴の塩分を含んだ水分が電気分解されて生成された水酸化ナトリウムが毛根の細胞を破壊する。正直痛いし、しばらく腫れるし、慣れないとうまく挿せないしで全然Easyじゃない。

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そもそもここは美容系ブログではないし、エレクトロリシスのレビューはそっち系のウェブクリエイターかブロガーに任せるとして、さっそく分解してみた。

※この製品の情報としては http://wa.to/electrolysis/ がすごく詳しい。ここに針がステンレス製って書いてあるけど、自分が買ったものは錆びる気配が無いしこういう用途のはプラチナ製だと思う。
※One Touchバージョンの解析とエレクトロリシスの自作については次のサイトが詳しい。
http://www.geocities.ws/hairfreethere/
https://hairtell.com/forum/t/the-at-home-electrolysis-information-site/51445/1

裏のプラスネジ2本を外すと裏ブタが開く。ダイヤルの軸がボリュームに噛んでいるため、それを折らないように引いて分離させる。基板は底ケースの突起2か所のうち1か所でホットボンドを盛って固定しているだけだから簡単に外せる。

基板を観察してみる。汎用のNANDゲートIC 4093BEが載っている。これは通電時に一定時間音を鳴らすほか、スタイラスに流す電流の制御を行う電子スイッチとして機能する。今回買っのClean+Easyブランドの毛抜き有りバージョンで、今は売られていないOne Touchブランドの毛抜き無しバージョンにはブザー機構が無い。ネットに上がっている分解された毛抜き無しバージョンの写真を見るとVR一個がスタイラスの針側についているだけに見える。

デジタルテスタで針の電圧を測ると、電池電圧が8.8Vくらいの状態では針が0Vになっていて持つところが+8.2Vになっている。0.6V程度の電圧降下からシリコンダイオード1N4148を経由していることが分かる。この電流は抵抗とVRで制限されている以外、安定化などはされていない。陰極では2H2O+2e-→H2+2OH-でOH-とNa+でNaOHを生成するため針がGNDになっているのは当然。NaOHみたいな腐食性の生成物にさらされるから針は白金線かな。電流はどれくらいかアナログテスタで測ったら1で0.4mA、10で4mAほど流れた。テスタの電流レンジだからこれはショート時最大の電流。人体に直流が10mAも流れたら命が結構危ないし、それでなくともこの細い針先に4mAも流れてしまうようならかなり痛いことになる。実際は人体が持つ数キロオームオーダーの抵抗を経由するからもっと少ない。

ダイヤルはカチカチっとクリックがあって0～10の段階にセットできるようになっているが、構造を見ると分かる通り半固定VRにダイヤルが直結されてるだけで0にしても電源オフになるわけではない。中ケースの裏を見るとダイヤルにクリックを持たせる機構がつけられているだけだから、実際は無段階で電流の調整ができる。一応使った感を書くと、新品の電池を使ってダイヤル目盛り6でブザー3回目の半分(約20秒)で通電を止め、数分放置してから抜くとほぼ抵抗なく抜けるので施術が完了できた気がする。取説の15秒では抜くときの抵抗感が今一つ残って不十分な感じ。普通の鏡を使うと像が二重になって見にくいのと、ある程度拡大したいので凹面の表面反射鏡がほしい。

簡単に見えた回路は少し追ったらなるほどと思うところもあったので良くできてると思う。壊してもメーカのサポートも受けられないし、動くうちにリバースエンジニアリングで解析しておこう。

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この毛抜き有りバージョンの回路は単純ながらも結構動作が考えられていて、待機中はスタイラスを通しては微弱電流しか流れず、針が毛根へ到達したことを微弱電流の電圧降下として捉えると一定時間だけVRで設定する電流がかかるようになっている。針を挿入しきる前に電気分解が始まらないようにしてあるのだろう。中途半端な挿入時に電流がかかって熱傷を負わないような効果もある。毛抜き無しバージョンはVRだけで構成されており、電流のオンオフはプレートへのタッチを使って手動で行うらしく、毛抜き有りバージョンとは回路的に全然別物。

きちんと動作を追ってみた。
『顔と体のための個人電気分解』を分解してみた２。
https://mzex.wordpress.com/2020/09/27/16881/

官報号外第１７１号が告示された。1.9MHz帯のSSB解禁に関わる内容。

インターネット官報
アマチュア局において使用する電波の型式を表示する記号を定める件の一部を改正する件（総務二四二）
https://kanpou.npb.go.jp/20200819/20200819g00171/20200819g001710002f.html

・1.9MHz帯の電波の一括形式3MA、4MAに狭帯域電話、狭帯域データの形式を追加する。

・475kHz帯の電波の一括形式3MA、4MAに狭帯域データの形式を追加する。
・475kHz帯、1.9MHz帯で3MA、4MAが免許されていれば、追加された電波形式で出せる。
・1.9MHz帯でA1Aが免許されていれば、それは3MAとみなす。(475kHz帯はみなさない、また4アマは初の免許になるから申請が必要。)

ということで、A1Aの免許でも書き換え不要。

官報の内容だけからは読み取れないが、当該のバンドで狭帯域電話、狭帯域データの関する技適の認定が必要でICOM、八重洲の新しめの無線機なら同一番号による再認定がとられていて、これに該当していれば今日から運用してOK。載ってない場合の扱いが官報に「簡易な手続き」云々の話が出てなくて分からない。以前のパブコメによると届だけでいいらしいので正直1.9Mのアマ局なんて数が多すぎて文句も出やすいからいちいち相手にしてられないんだろう。技適の再認定をとってくれたメーカーの無駄払いになってないのか？

ICOM
電波法令改正に伴う技術適合証明（技適）番号取得手続き完了のお知らせ
https://www.icom.co.jp/news/5409/

YAESU
1.9MHz帯の拡大および電波型式追加に伴う同一番号認証取得について
https://www.yaesu.com/jp/amateur_index/support/1.9mhz.html

当局のFT-450Dの場合は同一番号認証取得が完了しており免許状も1.9Mの3MAだから、すでにQRV。

今回の開局で用意した八重洲無線のポータブル向けのマニュアルチューニングアンテナATAS-25。これ一本で7MHz～430MHzに使える。50MHz以下はエレメントの本数(長さ)と可変コイルを使って手動でチューニングを行う。

YAESU ATAS-25
https://www.yaesu.com/jp/amateur_index/product/atas25/index.html

手動で調整するから感触でだいたい構造は分かるが、かんじんのコイル部がどうなっているのか実際に覗いてみたい。一度も送信の用に供していないのに分解してみた。ネットを探しても同じ系統のATAS-120は結構使ってる人が多くて分解や改造してる情報も多いのに、ATAS-25は人気が無いのかレビュー以上の情報が無いし、分解したという記事も見当たらない。捨てるわけではないので壊さないようにばらしたい。

参考: ATAS-120の分解動画。
https://www.youtube.com/watch?v=qnAspadviaE
https://www.youtube.com/watch?v=E1uhZmKgIy8

グリップ上部ゴムをずらすと３本のネジが出てくるけど、どうやって分解するのかよくわからない。グリップ部をねじっていたらヌメっという感触とともにグリップ部が上下に分かれた。ここを外したいわけではないのに。

グリップ部は上の部分と下のゴツゴツが別部品で構成されて接着剤でくっついている。簡単に外れたのは夏の暑さで接着剤が緩んでいるのもあるのだろう。外れた部分から覗くとコイルがちょっと見える。上部グリップとその上のエレメントをつけるアルミ製のスリーブをどうやって外すか考えたが妙案が出ないから力まかせにねじったら外れた。この部分は接着されておらず、グリップ部のプラに圧入したうえでアルミのリングに3か所ネジで止めされている。

まあまあ予想通りの構造。ここがこのアンテナ最大のポイント。コイルは15mmのベークライトの筒に溝が掘ってあり、それに沿って0.5mmの裸銅線が0.5mmの間隔をあけて1mmピッチで巻かれている。コイルにはアルミのリングでできた「摺動子」がはめられていて、真鍮の板バネでテンションがかかったベアリングボールを使って２方向から押さえてタップとしている構造。これがコイルの間隙に沿って回ったり、溝を飛び越えて上下方向に動かしたりすることでタップ位置を変更するようになっている。エレメントの重さを支える摩擦のためか、コイルにグリスやオイルは塗られてはいない。コイルより上はストッパーがついててグリップ部全体が抜けないようになっている。これを壊して抜いてしまうとベアリングの玉を無くして使えなくなる。このアンテナ、全体的に華奢なのか壊したと報告してる人が複数見つかる。

各部の長さはだいたい次のような感じ。

・上部スリーブの長さ 207mm (上部エレメントの一部)
・コイル 全長 168mm φ15mm 無メッキ銅線0.5mm ピッチ1mm (センターロード)
・下部の基台からコイル下部 297mm (下部エレメント)

上部エレメントはアルミ製のロッド3本をつけたり外したりするので上部スリーブは上部エレメントの一部として機能する。50MHzはロッド無しと指定されてるので上部スリーブだけがエレメントとして動作する。基台部はステンレス製でHFのラジアル電線と144MHz、430MHz帯用のラジアルロッドを取付できるようになっている。これには黒い樹脂製のキャップがついており何か秘密がありそうな雰囲気。これも外してみる。申し訳程度に接着剤がついているが少なすぎて防水にも外れ防止にもなってない。

ぜんぜん秘密なんてなかった。単にコイルから伸びているであろう線がMコネクタの芯につながってるだけ。この部分はステンレス製。これで全体の構造は分かった。

形式的には下部エレメントが30cm程度ある中間部負荷型の1/4λ短縮ホイップ。2m、430MHzはL型グランドプレーン(もしかしたら頂部負荷型?)。グリップ部を一番下に押し下げてもコイルは数周残った状態になるからロード部無しにはならない。この構造だとラジアルは必須。2mの動作は下部エレメントが1/4λ(51cm)の半分少々しか無いのでコイルが中間部負荷として動作するのかもしれない。430MHzは下部エレメントが1/4λ×波長短縮率95%の33cmより少し短いからこれもコイルが負荷になっているのだろう。どちらかというと2m、430MHzの対応はFT-818向けのおまけ機能かな。

きちんと調整すればマッチングも完全に取れるし、HF/50MHz帯はローディングコイルはあるがエレメントも長くて構造もまともだから変なブロードバンドアンテナなんかよりは良く飛ぶだろう。

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いちおうレビューというか使用感。調整は直感的で良い。おおまかな調整は受信の雑音で、細かな調整は送信してVSWRを見る。うまく調整できればVSWRが1.0付近までスッと落ちる。このアンテナ調整のエクスペリエンスがおもちゃっぽくてアマチュア無線らしくて良い。短縮型なので1.0きっちりに落とすのはシビアだが、FT-450Dとの組み合わせなら内蔵ATUが使えるから、1.5くらいまで追い込んだらあとはATUに任せる手もある。想定されてる組み合わせのFT-818なんかのATU無しだと面倒かも。コイルは自由に動かせるのでアマバンド外のBCLにも使える。

全体的なつくりは華奢で外に出しっぱなしでは使えない。エレメントがアルミ製で雑に扱うと折れたり噛んでネジ山潰しそう。改造でステンネジ使うとアウトかも。三脚台座を用意することが前提になってて、固定用には無理でも移動運用ならRHM8BみたいなBNC直付けより構造的には安定。アンテナ専業メーカーでも付けないような不格好なラジアル線が標準装備なのは、この製品がまじめに作られている証拠。入力の同軸ケーブルがラジアル動作にならないような配慮は要る。

無線機とパソコンを接続するUSBインターフェース装置のYAESU SCU-17を買ってセットアップしたから、デジタルモードで電波が出せるように先月下ろしたばかりの局免に対して変更届を提出した。

SCU-17は中身の割にちょっと高すぎる。モノ自体はよくできてるし、ケーブルを組み替えれば八重洲以外のメーカーでも繋げられるから、仮にケーブル別でも1万弱ならバカ売れすると思うのに。下手ね。USBで直結できるRigのが多くなってるけどこういう単純なI/Fで接続するのもアマチュア的で良い。むしろUSB直結だと何やってるのか理解しにくいし。簡単なものなのでI/Fを自分で作るのも悪くないが、それは前回やっているので今回はノーハンダで完結させる。

15年前くらい前にSCU-17と似たことができるインターフェースボックスを作ってTSSの保障認定を通してRTTYやPSK31を伴う申請を行ったが、当時は「附属装置の諸元内容等」がすごく面倒でTSSの保証をやっと通したというのに、さらに総通からもデジタルのOFDM変調のスペクトルが推定できないから許可できないモード削れみたいな回答が返ってきて、引き下がれないからA4用紙2枚で技術的回答書を作成するハメになった(最終的に免許は下りた)とか、各モードの仕組みなんかを最低限理解してないと申請は難しいんじゃないかと思ったものだが、ごく最近、先月10日にPC等を附属装置とする場合の手続きの簡素化が施行されたから、現在は変更届の項目で次の文言を書くだけでよくなった。どんなモードだとしてもPCつないで無線機が変調できる周波数未満でピーガー音を送るだけなのに、当時みたいなやりとりをいちいちやってたらせっかくの電波りようこちゃんで効率化したシステムが無駄な手続きの嵐になるだろう。

・無線局事項書１５番「備考」欄に「デジタルモードのため附属装置（ＰＣ等）を接続」 と記載

参考：
関東総合通信局
アマチュア局の免許手続きの簡素化について（デジタルモード追加） －外部入力端子に附属装置を接続した運用に係る免許の手続き簡素化－
https://www.soumu.go.jp/soutsu/kanto/info/2020/0610r3.html

hamlife.jp
＜無線機の外部端子に附属装置を接続する手続きの具体例＞関東総合通信局、「アマチュア局の免許手続きの簡素化について（デジタルモード追加）」を発表
https://www.hamlife.jp/2020/06/12/kantosoutsu-ft8-kansoka/

先日取得した局免はすべて一括表記(3MA、3HA、2HCなど)になっているから免許状の差し替えも不要で「届」だけで手続きが完了する。前回は申請時の保存データを読み込んで、いらない部分を削除したら上の文言を一行書いて完成。10分もかからない。費用もかからない。これはいい。

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「PC等」って書いたから繋ぐものはラズパイとかIoTデバイスとかラジカセICレコーダーでも良いとして、目的が「デジタルモードのため」だから電波形式が含まれるはずのアナログSSTV(F3F)とかアナログ階調なFAX(F3C)をやったらダメなのか？