JP2006215409A

JP2006215409A - 電子回路教材

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Publication number: JP2006215409A
Application number: JP2005029815A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takemoto; 信之竹本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】安価かつ簡単に構成することができ、初学者にとっても容易に電子回路を構成することができて学習の進行がスムーズに行え、一般教室においても電子回路についての実験学習を行い易くすることができるとともに、教本の流れに沿った体系的な学習をより体感的に行うことができ、実験学習による成果の向上を図ることができる電子回路教材を提供する。
【解決手段】シート部材１１上に描かれた電子回路図Ａの導線の位置に箔導体１２を貼付したシート状回路パターン１０と、電子回路図Ａに示される各図記号に対応する電子部品２２を有し該電子部品２２を支持する部品実装基板２１の底面に電子部品２２の各端子と導電的に接続される底導電体を配設した電子部品構造体２０とを備え、電子回路図Ａの図記号上に、該図記号により示される電子部品２２を有する電子部品構造体２０を載置することにより、電子部品２２と箔導体１２とが導電的に接続される構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子回路・電気回路についての教授及び学習に用いられる電子回路教材の技術に関する。

一般に、学校教育の現場などにおいては、電子回路・電気回路について学習する場合、基本図書や専門図書などの教本が用いられ、教室で席について話を聴くといういわゆる座学の形態がとられる。そして、このような座学に加え、実際に電子部品などを用いて実験を行う実験学習が慣行されている。特に最近では、小学生や中学生などの間で問題となっている理科離れなどの実態に鑑み、教育現場などで多くの実験を採り入れようとする試みがなされているが、こうした実験学習を行うためには、理科室や実験室などの実験を行うための教室へ移動する必要があると思われており、通常の座学に対して特別な学習方法であると感じられている傾向がある。

しかし、電子回路・電気回路についての学習を行う上で実験学習を行うことは、教本の写真やデータ等からは感じにくい具体的なイメージを直接に感じることができる体感的な学習を実現したり、学習意欲を向上させたりする上で有意義なことであり、特に、小学生や中学生などの初学者にとっては、後の応用的な学習に使える基礎的な知識や概念を理論として身に付けるために重要なことである。

このような実態に鑑み、電子回路・電気回路の教材に関し、特許文献１や特許文献２に示されているようなものがある。特許文献１においては、発信回路や増幅回路などのような機能回路の製作に際し用いられる電子部品を、安価かつ扱いやすい形態で提供すべく考案された教材についての技術が開示されており、この教材は初学者のことや実験の作業性のこと等が考慮されている。また、特許文献２においては、ハンダ付けを必要としない多孔差込みソケット型のソルダーレスのブレッドボードを実験の教材として用いる際に、補助的に使用するための機材についての技術が開示されており、電子回路の学習を、若年者・初心者にも安全、簡単、経済的に楽しめることをその目的としている。
特開２００１−４２７６３号公報実用新案登録第２５９５８１０号公報

確かに、前記の特許文献に示されている電子回路についての教材などは、コスト的に安価であり、簡単な構成で初学者にも向いていると考えられる。また、このような利点は、学校教育の現場などにおいて行われる一斉教育での指導のし易さという観点からも有用であると考えられる。しかし、前述したような教材などにおいては、次のような点で改善の余地がある。

すなわち、特許文献１に示されているものについては、機能回路の作成に際し、学習者（ユーザ）は電子部品同士を接続する配線をハンダ付けする必要があり、この点、特に初学者にとっては安全面での考慮が必要となる。また、ハンダ付けする必要があることから、実験学習を行うための作業が大掛かりとなってしまうので、座学に対して実験的な色がより濃くなってしまい、一般の教室で行うことは難しい。

また、特許文献２に示されているものについては、ハンダごてを必要としない点では安全性や作業の簡易性の面で好ましく、また、初学者などのように現物部品についての知識が少ない者でも所望の電子回路を完成させることができる等の効果を得ることができるのであるが、本文献に示されているものは、ブレッドボードの使用が前提となっているため、その分コスト的に高価となる点である。このように教材が高価なものとなると、学校教育などにおける一斉教育の場において学習者全員に教材を配付することへの妨げとなることが考えられ、学習者が各自で実際に実験にともなう作業を行うことができない場合が生じ、この場合、実験学習による十分な成果を得ることが難しくなる。
また、本文献に示されている機材を用いて電子回路を作成する際には、電子部品の端子をテンプレートに設けられる孔を介してブレッドボードに差し込むという細かい作業をともなうため、特に若年者などにとっては円滑な学習を行う上で不具合が生じることも考えられる。

また、前記の両特許文献に示されている教材などが用いられて作成される電子回路においては、電子部品同士を接続する配線が回路表面に露出していないという点がある。すなわち、電子回路が完成された状態では、電子部品同士を接続する配線について、印刷表示などはされているものの、実際の配線は基板の裏面側やブレッドボードの内部に配されることとなり、初学者などにとっては、電子部品同士が実際に配線によって接続されているという実感を十分に得ることが難しい。
また、各電子部品にかかる電圧や端子間電圧等がどのように変化するか等を測定する場合には、基板やブレッドボードの裏側のリード線にテスターのテスター棒の先端を当接させる必要があり、実験するには面倒な操作が必要であった。

そこで、本発明の目的は、安価かつ簡単な構成であり、初学者にとっても容易に電子回路を構成することができて学習の進行がスムーズに行え、一般教室においても電子回路についての実験学習を行い易くすることができるとともに、教本の流れに沿った体系的な学習をより体感的に行うことができ、実験学習による成果の向上を図ることができる電子回路教材を提供する点にある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、電子回路を構成する電子部品を用いた電子回路教材であって、シート部材上に描かれた電子回路図に示される導線の図記号に対応する位置に箔導体を貼付したシート状回路パターンと、前記電子回路図に示される各図記号に対応する電子部品を有し該電子部品を支持する部品実装基板の底面に該電子部品の各端子と導電的に接続される底導電体を配設した電子部品構造体と、を備え、前記電子回路図における電子部品の図記号上に、該図記号により示される電子部品を有する前記電子部品構造体を載置することにより、該電子部品と前記箔導体とが導電的に接続されるものである。

請求項２においては、前記部品実装基板に、前記電子部品の各端子と前記底導電体との導電的な接続を確保する形状を有する磁石を、該磁石の磁力が前記部品実装基板の底面から働くように設けるとともに、該磁石に対して磁気吸引力を有する磁性部材を、前記シート状回路パターンの下方に配置するものである。

請求項３においては、前記箔導体を平角線とするとともに、該平角線をテープ部材により前記シート部材に貼付したものである。

請求項４においては、前記シート部材に、前記電子回路図に関する記載を施したものである。

請求項５においては、前記電子回路図と同一の電子回路図が描かれるとともに該電子回路図に関する記載が施された補助シートを用いるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、電子回路教材について、安価かつ簡単に構成することができ、初学者にとっても容易に電子回路を構成することができて学習の進行がスムーズに行え、一般教室においても電子回路についての実験学習を行い易くすることができるとともに、教本の流れに沿った体系的な学習をより体感的に行うことができ、実験学習による成果の向上を図ることができる。
また、具体的な実験として、電子部品にかかる電圧や電子部品間の電圧やグランドレベルに対する電圧等を測定する場合、テスター等のプローブを箔導体に当てるだけで測定することができるので、これらの測定が簡単に行え、印加電圧の変更や抵抗を変化させたときの出力変化等も容易に測定することができる。
また、従来から一般的に電子回路・電気回路の教本において理解を容易にするために示されている回路図を、そのイメージのまま実際の電子回路として容易に構成することができるので、教本に示されている回路図と実際に構成される電子回路との対応関係が明確となり、従来からのブレッドボード等を用いた電子回路についての実験と比較しても、高い学習効果を得ることが期待できる。

請求項２においては、電子部品構造体のシート状回路パターンに対する載置安定性を向上することができるとともに、電子部品構造体のシート状回路パターンに対する接触が確実となることから底導電体の箔導体に対する導電接続性の向上を図ることができる。

請求項３においては、安価で容易に入手できるものにより手作業でシート状回路パターンを構成することができるので、該シート状回路パターンをより簡単かつ安価に構成することができる。また、箔導体としての平角線を容易に取り外すことができるので、回路（配線）変更も容易に行うことができ、廃棄する際やリサイクルする際に容易に分別することもできる。

請求項４においては、学習を促がすことができるとともに、指導者が電子回路における電圧測定箇所などを指示する場合の便宜が図れ、この指示内容について初学者などでも間違えることなく容易に把握することができる。これにより、学校教育などにおける一斉教育の場においても、本発明に係る電子回路教材を用いた実験学習における学習の進行をよりスムーズに行うことができる。

請求項５においては、学習を促がすことができるとともに、指導者が電子回路における電圧測定箇所などを指示する場合の便宜が図れ、この指示内容について初学者などでも間違えることなく容易に把握することができる。これにより、学校教育などにおける一斉教育の場においても、本発明に係る電子回路教材を用いた実験学習における学習の進行をよりスムーズに行うことができる。また、学習者がシート部材に記入することによって該シート部材を汚したり破ったりすることがなくなるので、シート状回路パターンを長期に亘って使用することが可能となる。

次に、発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る電子回路教材は、電子回路を構成する電子部品を用いた電子回路教材であって、図１及び図２に示すような、シート部材１１上に描かれた電子回路図Ａに示される導線（配線）の図記号に対応する位置に箔導体（帯状配線）１２を貼付したシート状回路パターン１０と、図３に示すような、前記電子回路図Ａに示される各図記号に対応する電子部品２２を有し、該電子部品２２を支持する部品実装基板２１の底面２１ｃに該電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙと導電的に接続される底導電体２５ｘ・２５ｙを配設した電子部品構造体２０とを備えている。

本実施形態においては、前記電子回路図Ａの一例として、図２に示すように、トランジスタの基本増幅機能及びスイッチとしての動作を理解させるための電子回路を示しており、電子回路図Ａにおける電子部品の各図記号について、Ｅは電源、ＳＷはスイッチ、Ｒｂ・Ｒｃは抵抗、Ｔｒはトランジスタ、ＶＲは小型半固定抵抗、ＬＥＤは発光素子（発光ダイオード）をそれぞれ示している。

このような電子回路図Ａが描かれるシート部材１１上において、電子回路図Ａにおける前述したような各電子部品の図記号同士を結ぶ導線の図記号に対応する位置に箔導体１２が貼付される。つまり、シート部材１１上の電子回路図Ａにおいて、各電子部品の図記号上では箔導体１２間に適宜間隔Ｓ（図３参照）が設けられた状態で、各電子部品の図記号同士を結ぶ導線の図記号に沿って箔導体１２が貼付される。このようにして、本発明に係るシート状回路パターン１０が構成される。シート状回路パターン１０を構成するシート部材１１としては、厚紙などの紙製やプラスチックシート等の樹脂製のような絶縁素材のものが用いられる。また、箔導体１２としては、帯状の銅箔などの金属箔導体が用いられる。

ここで、シート部材１１上に貼付される基礎的部品としては、箔導体１２そのものであることは言うまでもないが、この箔導体１２に対し、必要に応じ、絶縁材としてまたは強度向上の観点からラミネート加工を施してもよい。この場合、図６に示すように、箔導体１２に対して、適宜部分的にあるいは後述するように電子部品構造体２０の底導電体２５ｘ・２５ｙなどと接続される部分以外の全体的にラミネート処理部１２ａを設け、このようにラミネート加工を予め施した部品としての箔導体１２をシート部材１１上に貼付する。これにより、シート部材１１上に貼付される箔導体１２を保護することができるとともに、箔導体１２の反りを防止することができ、電子部品構造体２０に対する良好な導電接続性を維持することが可能となる。

そして、このように構成されるシート状回路パターン１０上に、シート部材１１上に描かれている電子回路図Ａの各図記号に対応する電子部品２２を有する電子部品構造体２０を配置することにより、該電子回路図Ａに表されている電子回路を実際に構成することができる。すなわち、電子回路図Ａにおける電子部品の図記号上に、該図記号により示される電子部品２２を有する電子部品構造体２０を載置することにより、該電子部品２２と前記箔導体１２とが導電的に接続されるのである。

次に、電子部品構造体２０の構成について図３〜図５を用いて説明する。電子部品構造体２０は、前述の如く、電子回路図Ａの電子部品の図記号に対応する電子部品２２を有しており、この電子部品２２を部品実装基板２１により支持する。つまり、この電子部品構造体２０に備えられる電子部品２２は、電子回路図Ａにおいて図記号により示される電子部品のいずれかであり、電子回路図Ａにおいては、前述したような各種電子部品のいずれかが該当することとなる。なお、図３〜図５においては、電子部品構造体２０の有する電子部品２２が２端子部品である場合を示しているが、電子部品２２が、後述する３端子部品の場合などのように３端子以上の場合であってもよい。

具体的な構成としては、部品実装基板２１は、プラスチックや木材などのような絶縁素材により構成される略円盤状（図８参照）または略矩形板状（図１１参照）の部材であり、その上面側に電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙがそれぞれ差し込まれる取付穴２１ｄが形成されている。つまり、この部品実装基板２１の取付穴２１ｄに電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙがそれぞれ差し込まれることにより、電子部品構造体２０が有する電子部品２２が部品実装基板２１に取り付けられ支持される。なお、この取付穴２１ｄを等間隔に多数設けること等により、部品実装基板２１を各種の電子部品２２に対してユニバーサル基板として構成することもできる。

そして、電子部品２２を支持する部品実装基板２１の底面２１ｃには、電子部品２２と導電的に接続される底導電体２５ｘ・２５ｙが配設される。この底導電体２５ｘ・２５ｙは、前記底面２１ｃに金属箔導体が貼付されること等により設けられ、部品実装基板２１の上面２１ａに配設される上導電体２３ｘ・２３ｙと、部品実装基板２１内を上下方向に貫通する中導電体２４ｘ・２４ｙとを介して電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙに対してそれぞれ導電的に接続される。

上導電体２３ｘ・２３ｙは、部品実装基板２１の上面２１ａに金属箔導体が貼付されること等により電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙと導電的に接続した状態で設けられる。また、中導電体２４ｘ・２４ｙは、部品実装基板２１の略中央部に形成される導通孔２１ｂ・２１ｂ内に設けられ、該導通孔２１ｂの形状に合わせた柱状の導体などにより構成され、前記上導電体２３ｘ・２３ｙ及び底導電体２５ｘ・２５ｙに対してそれぞれ導電的に接続される。ここで、電子部品２２の一方の端子２２ｘ側に接続される上導電体２３ｘ・中導電体２４ｘ・底導電体２５ｘと、他方の端子２２ｙ側に接続される上導電体２３ｙ・中導電体２４ｙ・底導電体２５ｙとは、互いに導電的に非接続状態となるように配設される。つまり、電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙ間は、導電的に非接続状態が保たれる。

このような構成の電子部品構造体２０においては、部品実装基板２１の取付穴２１ｄに電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙがそれぞれ差し込まれることにより該電子部品２２が支持されるとともに、部品実装基板２１の底面２１ｃに電子部品２２と導電的に接続される底導電体２５ｘ・２５ｙが配設されるべく、上導電体２３ｘ・２３ｙ及び中導電体２４ｘ・２４ｙが配設される。

なお、部品実装基板２１の底面２１ｃに配設される底導電体２５ｘ・２５ｙは、電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙ間を導電的に非接続状態に保つとともに、各端子２２ｘ・２２ｙとそれぞれ導電的に接続されていればよく、各導電体の構成や配置などは本実施形態に限定されるものではない。例えば、上導電体２３ｘ・２３ｙ、中導電体２４ｘ・２４ｙ及び底導電体２５ｘ・２５ｙを各端子２２ｘ・２２ｙごとに一体の導線としてもよい。この場合、中導電体２４ｘ・２４ｙの部分を絶縁部材で被装することにより、前記導通孔２１ｂを一つとすることができる。また、導通孔２１ｂを設けることなく、中導電体２４ｘ・２４ｙを上導電体２３ｘ・２３ｙとともに部品実装基板２１の外表面を伝わせて配設する構成としてもよい。また、電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙが差し込まれる取付穴２１ｄを、部品実装基板２１の底面２１ｃまで貫通させるとともに、各端子２２ｘ・２２ｙを底面２１ｃまで延設し、該端子２２ｘ・２２ｙを直接に底導電体２５ｘ・２５ｙと導電的に接続させる構成とすることもできる。この場合、上導電体２３ｘ・２３ｙ及び中導電体２４ｘ・２４ｙは設ける必要がない。ただし、いずれの構成においても、電子部品構造体２０のシート状回路パターン１０に対する載置安定性及び底導電体２５ｘ・２５ｙの箔導体１２に対する導電接続性を考慮すると、底導電体２５ｘ・２５ｙについては箔状の導電体とすることが好ましい。さらに、部品実装基板２１に鉛や鉄などにより構成される重りを具備させることにより、電子部品構造体２０に働く重力が増し、前記載置安定性を向上することができるとともに、電子部品構造体２０のシート状回路パターン１０に対する接触が確実となることから底導電体２５ｘ・２５ｙの箔導体１２に対する導電接続性の向上を図ることができる。

このような構成を有する電子部品構造体２０が、図１に示すように、前記シート状回路パターン１０の電子回路図Ａ上に載置されることにより、電子部品構造体２０の電子部品２２とシート状回路パターン１０上に貼付されている箔導体１２とが導電的に接続される。すなわち、前述の如く、電子回路図Ａにおける各電子部品の図記号上において箔導体１２間に設けられている間隔Ｓの上に、該図記号により示される電子部品２２を有する電子部品構造体２０が載置されることにより、電子部品２２の一方の端子２２ｘは、上導電体２３ｘ、中導電体２４ｘ及び底導電体２５ｘを介して一側の箔導体１２に導電的に接続され、他方の端子２２ｙは、上導電体２３ｙ、中導電体２４ｙ及び底導電体２５ｙを介して他側の箔導体１２に導電的に接続されることとなる。そして、電子回路図Ａに示されている電子部品の各図記号の上に、該図記号により示される電子部品２２をそれぞれ載置することにより、電子回路図Ａに示されている電子回路が構成される。

ここで、電子部品構造体２０を電子回路図Ａの図記号に従って載置するに際し、電子部品構造体２０が有する電子部品２２が、電子回路図Ａに示されるどの図記号に対応するのかの識別を容易とするため、部品実装基板２１の上面２１ａには、その電子部品構造体２０が有する電子部品２２の図記号を示した部品表記ラベル２６が貼付される。つまり、例えば、電子部品構造体２０が有する電子部品２２が抵抗の場合は、部品表記ラベル２６には抵抗の図記号が示される（図１２（ａ）参照）。これにより、電子回路図Ａに示される電子部品の図記号に対応する電子部品２２を有する電子部品構造体２０を容易に識別できるので、電子回路についての初学者によっても容易に電子回路を構成することができ、学習の進行をスムーズに行うことができる。また、電子部品の図記号と該図記号に対応する実際の電子部品２２との対応関係が明確になることから、電子部品の図記号から実際の電子部品２２をイメージし易くなり、実験学習を行うことによる成果の向上が図れる。

また、従来から一般的に電子回路・電気回路の教本において理解を容易にするために示されている回路図を、そのイメージのまま実際の電子回路として容易に構成することができるので、教本に示されている回路図と実際に構成される電子回路との対応関係が明確となり、従来からのブレッドボード等を用いた電子回路についての実験と比較しても、高い学習効果を得ることが期待できる。

このように、本発明に係る電子回路教材は、シート状回路パターン１０及び電子部品構造体２０によって安価かつ簡単に構成することができる。これにより、学校教育などにおける一斉教育の場において、学習者全員に配るに際し適したものとなり、学習者が各自で実験にともなう作業を行うことができるので実験学習による成果の向上が図れる。

また、電子部品構造体２０をシート状回路パターン１０上に載置するという簡単な操作により電子回路を構成することができるので、初学者にとっても容易に電子回路を構成することができて学習の進行がスムーズに行える。また、このように簡単な操作により電子回路を構成することができることから、実験学習を行うに際しハンダ付け等の大掛かりな作業を行う必要がないので、若年者などでも安全に実験を行うことができるとともに、一般教室においても電子回路についての実験学習を手軽に行うことができる。さらに、電子回路作成に際し、電子部品２２の特性（例えば電子部品２２が抵抗の場合はその抵抗値など）により、電子部品構造体２０を取り替えたり、電子回路の構成を変更するため増減させたりする作業が容易となるので、電子回路について様々な測定を行うことができて学習者の試行錯誤を促がすことができ、電子回路についての理解を深めることができる。このような点からも実験学習による成果の向上が図れる。

また、シート状回路パターン１０においては、電子部品同士（電子部品構造体２０同士）を接続する導線としての箔導体１２がシート部材１１の表面に露出していることから、電子部品同士が実際に導線によって接続され、この箔導体１２を電気が流れているという実感を学習者が十分に得ることができ、特に初学者にとっては、電子回路についての実験学習をより体感的に行うことができる。

なお、本発明に係るシート状回路パターン１０及び電子部品構造体２０により構成される電子回路、即ち電子回路図Ａに示される電子回路は、図示のものに限定されるものではない。つまり、異なる電子回路図Ａが描かれたシート状回路パターン１０を複数用いるとともに、これらシート状回路パターン１０の電子回路図Ａに示される電子部品の図記号に対応する電子部品２２を有する電子部品構造体２０を用いることにより、様々なパターンの電子回路を構成することが可能となる。このことから、本発明に係る電子回路教材は、小・中学生などの初学者が行う基礎的な学習から大学生などが行うより専門的な学習まで広範囲に亘る電子回路の学習に利用することができる。

また、シート状回路パターン１０は、紙製などのシート部材１１が用いられて構成されるので、電子回路の学習に用いられる教本に付属的に用いることができ、教本に示される学習内容の流れに沿った体系的な学習を行うことができる。すなわち、シート状回路パターン１０を構成するシート部材１１に、該シート部材１１に描かれる電子回路図Ａとともに、該電子回路図Ａに関係する文章や法則や式や図表などを記載することにより、シート状回路パターン１０自体を付属的な教本の如く利用することができる。この場合、例えば、図１、図２に示すように、シート部材１１にファイル穴１３を設けて複数のシート状回路パターン１０を学習内容の単元ごとにファイリングすること等により、シート状回路パターン１０を教本のような態様で用いることができる。

また、本発明に係る電子回路教材を用いた具体的な実験として、電子部品２２にかかる電圧や電子部品２２間の電圧やグランドレベルに対する電圧等を測定する場合、テスター等のプローブを箔導体１２に当てるだけで測定することができるので、これらの測定が簡単に行え、印加電圧の変更や抵抗を変化させたときの出力変化等も容易に測定することができる。

以上のように構成される電子回路教材は、電子部品構造体２０のシート状回路パターン１０への載置安定性及び底導電体２５ｘ・２５ｙの箔導体１２に対する導電接続性の向上を図るため、次のような構成とすることができる。以下、本発明に係る電子回路教材のより好ましい構成について図７〜図１１を用いて説明する。なお、既に説明した部材と共通する部材やその部分については同様の符号を用いてその説明を省略する。

まず、電子部品構造体２０が有する電子部品２２が２端子部品（例えば抵抗、発光素子など）の場合について、図７及び図８を用いて説明する。この場合においては、電子部品構造体２０において、略円盤状に構成される部品実装基板２１に、電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙと底導電体２５ｘ・２５ｙとの導電的な接続を確保する形状を有する磁石３０を、該磁石３０の磁力が部品実装基板２１の底面２１ｃから働くように設けるとともに、該磁石３０に対して磁気吸引力を有する磁性部材３１を、シート状回路パターン１０の下方に配置する。

具体的には、図７に示すように、電子部品構造体２０を構成する部品実装基板２１を、電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙがそれぞれ差し込まれる取付穴２１ｄを有する取付板部２１ｅと、該部品実装基板２１の底面２１ｃを構成する底板部２１ｆとから構成し、これら取付板部２１ｅと底板部２１ｆとの間に、その平面視形状を部品実装基板２１と合わせた板状の磁石３０を介装することにより、部品実装基板２１に磁石３０を内設する。ただし、部品実装基板２１に対して磁石３０を内設するための構成は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、部品実装基板２１内に空洞を設け、この空間内に磁石３０を収納するような構成であってもよい。

このようにして部品実装基板２１に内設される磁石３０は、その略中央部に孔部３０ａを有する略円環状に形成されることにより、電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙと底導電体２５ｘ・２５ｙとの導電的な接続を確保する形状を有している。これにより、磁石３０はその孔部３０ａにおいて、部品実装基板２１内における中導電体２４ｘ・２４ｙの上下方向の貫通を確保している。つまり、部品実装基板２１を構成する取付板部２１ｅ及び底板部２１ｆにはそれぞれ導通孔２１ｂが形成され、これら導通孔２１ｂ内及び磁石３０の孔部３０ａ内を中導電体２４ｘ・２４ｙが上下方向に貫通することとなる。ただし、電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙと底導電体２５ｘ・２５ｙとの導電的な接続を確保するための磁石３０形状については本実施形態に限定されるものではなく、例えば、孔部３０ａの代わりに、部品実装基板２１に形成される導通孔２１ｂと略同径となる孔部を各導通孔２１ｂに対応させて設けてもよい。また、前述の如く、中導電体２４ｘ・２４ｙを部品実装基板２１の外表面を伝わせて配設する構成とする場合は、磁石３０について孔部３０ａを有しない形状とすることもできる。

そして、このように磁石３０が内設される電子部品構造体２０に対し、シート状回路パターン１０の下方に、磁石３０に対して磁気吸引力を有する磁性部材３１を配置する。この磁性部材３１としては、鉄板やマグネットシート等が用いられる。また、シート状回路パターン１０の下方に配置される磁性部材３１は、該磁性部材３１上にシート部材１１を貼付すること等によりシート状回路パターン１０と一体的に設けたり、磁性部材３１をシート状回路パターン１０を載置する台座や下敷きとして用いること等により別体として設けたりすることにより、シート状回路パターン１０の下方に配置される。

これにより、電子部品構造体２０には、その自重による重力に加え、磁石３０及び磁性部材３１間の磁気吸引力が働くので、電子部品構造体２０のシート状回路パターン１０に対する載置安定性を向上することができるとともに、電子部品構造体２０のシート状回路パターン１０に対する接触が確実となることから底導電体２５ｘ・２５ｙの箔導体１２に対する導電接続性の向上を図ることができる。

すなわち、磁石３０及び磁性部材３１は、これらの間の磁気吸引力が、電子部品構造体２０のシート状回路パターン１０に対する所望の吸引力を構成するように設けられ構成される。この所望の吸引力としては、電子部品構造体２０の取り替え作業などがスムーズに行える程度であり、かつ、シート状回路パターン１０が振動されること等により電子部品構造体２０が容易に動かない程度のものとなる。

また、電子部品構造体２０が有する電子部品２２が３端子部品（例えばトランジスタ・ＦＥＴ・サイリスタ等）の場合は、図９〜図１１に示す如くとなる。なお、既に説明した部材と共通する部材やその部分については同様の符号を用いてその説明を省略する。図９〜図１１においては、電子部品構造体２０を構成する部品実装基板２１及び該部品実装基板２１に内設される磁石３０が、それぞれ略矩形板状に構成された場合を示しており、端子２２ｘ・２２ｙに加え電子部品２２が有する端子２２ｚに対して、上導電体２３ｚ、中導電体２４ｚ及び底導電体２５ｚが配設されている。

このように電子部品２２が３端子部品の場合も、前述した２端子部品の場合と同様に、一の端子２２ｘ側に接続される上導電体２３ｘ・中導電体２４ｘ・底導電体２５ｘと、他の二つのうちの一方の端子２２ｙ側に接続される上導電体２３ｙ・中導電体２４ｙ・底導電体２５ｙと、残りの端子２２ｚ側に接続される上導電体２３ｚ・中導電体２４ｚ・底導電体２５ｚとが、互いに導電的に非接続状態となるように配設され、電子部品２２の各端子２２ｘ・２２ｙ・２２ｚ相互間は、導電的に非接続状態が保たれる。つまり、これら各導電体の構成や配置などは、前述した２端子部品の場合と同様に、底導電体２５ｘ・２５ｙ・２５ｚが、電子部品２２の端子２２ｘ・２２ｙ・２２ｚ相互間を導電的に非接続状態に保つとともに、各端子２２ｘ・２２ｙ・２２ｚとそれぞれ導電的に接続されていれば本実施形態に限定されるものではない。なお、図９〜図１１においては、磁石３０はその略中央部に孔部３０ａを有する代わりに、例えば、孔部３０ａの代わりに、部品実装基板２１の取付板部２１ｅ及び底板部２１ｆそれぞれに形成される導通孔２１ｂと略同径となる孔部を各導通孔２１ｂに対応させて設けること等により、各中導電体２４ｘ・２４ｙ・２４ｚをそれぞれの位置において上下方向に貫通させる構成としている。

そして、このように電子部品２２として３端子部品を有する電子部品構造体２０が、シート状回路パターン１０の電子回路図Ａ上に載置されることにより、電子部品構造体２０の電子部品２２とシート状回路パターン１０上に貼付されている箔導体１２とが導電的に接続される。すなわち、図１１に示すように、電子回路図Ａにおける電子部品の図記号上において、３方向からの箔導体１２相互間に設けられている間隔Ｓの上に、該図記号により示される電子部品２２を有する電子部品構造体２０が載置されることにより、電子部品２２の一の端子２２ｘは、上導電体２３ｘ、中導電体２４ｘ及び底導電体２５ｘを介して一の箔導体１２に導電的に接続され、他の二つのうちの一方の端子２２ｙは、上導電体２３ｙ、中導電体２４ｙ及び底導電体２５ｙを介して他の二つのうちの一方の箔導体１２に導電的に接続され、残りの端子２２ｚは、上導電体２３ｚ、中導電体２４ｚ及び底導電体２５ｚを介して残りの箔導体１２に導電的に接続されることとなる。

さらに、４端子以上を有するオペアンプやＩＣ（集積回路）等の電子部品についても前述の如く適用可能であり、この場合、電子部品の各端子から側方へ平行に前記上導電体と前記底導電体を延出することにより、導電的に非接続状態が保たれるように構成することができる。

以上のように構成される２端子部品または３端子部品を有する電子部品構造体２０において、前述の如く部品実装基板２１の上面２１ａに貼付される部品表記ラベル２６は、図１２に示すようなものとなる。すなわち、図８等に示すように、平面視で略円形状となる部品実装基板２１を有し、電子部品２２として例えば抵抗を有する電子部品構造体２０に対しては、図１２（ａ）に示すような、抵抗の図記号が記された部品表記ラベルが用いられ、図１１等に示すように、平面視で略矩形状となる部品実装基板２１を有し、電子部品２２として例えばトランジスタを有する電子部品構造体２０に対しては、同図（ｂ）に示すような、トランジスタの図記号が記された部品表記ラベルが用いられる。また、４端子以上を有する電子部品の場合の部品表記ラベルについて、その電子部品がＩＣの場合は図記号や論理演算記号等が用いられる。

また、シート状回路パターン１０における電子回路図Ａの電子部品の図記号上において、箔導体１２間に設けられている間隔Ｓの間を短絡する際には、図１３に示すような短絡用構造体４０が用いられる。図１３（ａ）は側面図であり、同図（ｂ）は平面図である。これらの図に示すように、短絡用構造体４０は、基板４１の底面４１ｃに一体の底導電体４５が設けられるとともに、前述のような電子部品構造体２０と同様、該基板４１に磁石４３を内設可能に構成される。すなわち、基板４１を上板部４１ｅと底板部４１ｆとから構成するとともに、これら上板部４１ｅと底板部４１ｆとの間に、その平面視形状を基板４１と合わせた板状の磁石４３を介装することにより、基板４１に磁石４３を内設している。そして、基板４１の上面４１ａには、図１３（ｂ）に示すような短絡状態を示す図記号が記された表記ラベル４６が貼付される。このような構成を有する短絡用構造体４０が、箔導体１２間に設けられている間隔Ｓの上に載置されることにより、箔導体１２同士が底導電体４５により導電的に接続され、その部分が短絡されることとなる。

続いて、シート状回路パターン１０のより好ましい構成について説明する。前述の如く、厚紙などが用いられるシート部材１１上に箔導体１２が貼付されることにより構成されるシート状回路パターン１０において、箔導体１２を平角線とするとともに、この平角線をテープ部材１４（図１）によりシート部材１１に貼付する。すなわち、箔導体１２として、断面形状が略長方形となる帯状の平角線（リボン線）を用い、これをシート部材１１上に描かれている電子回路図Ａに示される導線の図記号に対応する位置に貼付する。そして、この箔導体１２を貼付する際、テープ部材１４を箔導体１２の表面側からシート部材１１とともに貼り付けることにより、箔導体１２をシート部材１１に貼付する。このため、テープ部材１４は、その幅が箔導体１２の幅よりも大きいものが用いられる。

前記テープ部材１４としては、メンディングテープやセロハンテープ等の粘着テープを用いることができるが、前述の如く、本発明の電子回路教材は、箔導体１２をシート部材１１の表面に露出させることで、より体感的な実験学習が行える点をその効果の一つとしているため、透明度が高く、さらに変色・変形しにくいメンディングテープを用いることが好ましい。このようなテープ部材１４を、箔導体１２に沿って部分的に、または箔導体１２の前記底導電体２５ｘ・２５ｙ（・２５ｚ）との接触部分以外の全体に亘って貼り付けることにより、箔導体１２をシート部材１１上に貼付し保持する。

このようにシート状回路パターン１０を構成することにより、安価で容易に入手できるものにより手作業でシート状回路パターン１０を構成することができるので、該シート状回路パターン１０をより簡単かつ安価に構成することができる。また、このような構成の場合、本発明に係る電子回路教材を使用する学習者に、自己の使用するシート状回路パターン１０を各自作成させることもできる。また、箔導体１２としての平角線を容易に取り外すことができるので、回路（配線）変更も容易に行うことができ、廃棄する際やリサイクルする際に容易に分別することができる。

ところで、昨今においては、携帯電話などに見られるように電子部品も微細化・小型化されてきており、従来のリード線などが用いられる電子部品から、表面実装部品（基板などに表面実装される電子部品）へと変わってきている。本発明に係る電子部品構造体は、このような表面実装部品としての電子部品を有する構成とすることもできる。

具体的には、図１４及び図１５に示すように、電子部品として表面実装部品５２を有する電子部品構造体５０においては、プリント基板としての部品実装基板５１上に表面実装部品５２が表面実装される。この場合、部品実装基板５１上には、上導電体５３・５３・・・としてペースト状のハンダ（接続端子）が塗布されており、この上導電体５３・５３・・・上に表面実装部品５２が専用の射出機で装着された後、加熱されることによりハンダが溶融して表面実装部品５２が接着される。すなわち、部品実装基板５１の上面５１ａに塗布される上導電体５３は、該部品実装基板５１上における略中央部に接着される表面実装部品５２の各端子（足）に対応してそれぞれ導電的に接続されるように部品実装基板５１の中央部に集中的に配されるとともに、該中央部からその幅を広げながら略放射状に広がった後、並列的に配される。

そして、部品実装基板５１の底面５１ｃには、前記上導電体５３・５３・・・それぞれに対して導電的に接続される底導電体５５・５５・・・が、金属箔導体が貼付されること等により上導電体５３・５３・・・の並列部分に対応して並列に配設される。ここで、上導電体５３・５３・・・と底導電体５５・５５・・・との接続構成としては、各導電体５３・５５同士が平面視で重なる位置において、部品実装基板５１を上下方向に貫通する導電体を配設することにより接続する構成としたり、上導電体５３・５３・・・を延設して部品実装基板５１を貫通させるか或いは外表面を伝わせることにより接続する構成としたりすることが考えられる。

このように構成される部品実装基板５１を有する電子部品構造体５０に対し、シート状回路パターン１０においては、部品実装基板５１の底導電体５５・５５・・・に対応するように箔導体１２・１２・・・が配される。つまり、箔導体１２・１２・・・は、部品実装基板５１の底面５１ｃにおいて並列に配設される底導電体５５・５５・・・間の間隔と略同一間隔を隔てて配された状態で貼付される。ただし、箔導体１２・１２・・・の数は、電子部品構造体５０が有する表面実装部品５２の端子の数に対応できる数となる。

また、このように構成される部品実装基板５１を有する電子部品構造体５０において、前述したように、シート状回路パターン１０の下方に配置される磁性部材３１に対応する磁石を設ける際は、部品実装基板５１上に、該部品実装基板５１とその平面視外形を略同じとする略枠型の磁石５８が用いられる。すなわち、部品実装基板５１上に接着される表面実装基板５２に接触しない位置であって該部品実装基板５１上の外縁部に磁石５８を設置固定させるべく、略枠型の形状を有する磁石５８を用いる。

そして、部品実装基板５１上に設けられる磁石５８上には、電子部品構造体５０が有する表面実装部品５２の識別を行うための、該表面実装部品５２についての論理演算記号や回路図（ＩＣ部品図）などが示されている部品表記板５７が取り付けられる。なお、図示においては、部品表記板５７に示される回路図などは省略している。

このように、電子部品として表面実装部品５２を有する電子部品構造体５０について、図１４及び図１５においては、電子部品構造体５０は全体として略矩形板状となるように構成されているが、略円盤状などに構成してもよく、その外形は限定されるものではない。
また、部品実装基板５１について、底導電体５５・５５・・・と導電的に接続されるＩＣソケットを用い、これを部品実装基板５１の上面５１ａに配置して、電子部品を交換可能に構成することもできる。

このように、本発明に係る電子回路教材は、電子部品構造体に表面実装部品を有する構成とすることもできるので、顕微鏡で確認しなければならないような微細な電子部品についての機能や動作について、座学レベルにおいて学習者に実体験させることができる。

また、シート状回路パターン１０を構成するシート部材１１には、電子回路図Ａに関する記載を施すこともできる。この電子回路図Ａに関する記載としては、例えば、電子回路を学習する上での基本法則であるオームの法則やキルヒホッフの法則などを表す式や、電子回路図Ａに示される電子部品が有する特性を示す図表や、シート状回路パターン１０及び電子部品構造体２０により構成された電子回路における電圧や電流などの測定箇所を表示する記号などが考えられる。また、こうした式や図表に記入ができる空欄を設け、学習者により実際の測定結果などを記入させることもできる。

具体的に、本実施形態における電子回路図Ａの場合について説明する。電子回路図Ａは、前述の如く、トランジスタの基本増幅機能及びスイッチとしての動作を理解させるための電子回路（エミッタ接地形）を示している。この電子回路図Ａにおいては、図２に示すように、図記号により示される電子部品の両端の電圧や電源電圧などを示す記号として、Ｖ_ｒｂ（抵抗Ｒｂの両端の電圧）、Ｖ_ｒｃ（抵抗Ｒｃの両端の電圧）、Ｖ_ＬＥＤ（発光素子ＬＥＤの両端の電圧）、Ｖ_ｂｅ（トランジスタＴｒのベース・エミッタ電圧）、Ｖ_ｃｅ（トランジスタＴｒのコレクタ・エミッタ電圧）、Ｖ_ｃｃ（電源電圧）が、それぞれ電子回路図Ａ上での位置が示されるとともに記載されている。これらの記号により示される各部の電圧は、すべて直流電圧として測定が可能である。つまり、箔導体１２はシート部材１１上で露出しているために、各電子部品間やグランドレベルに対する電圧等を、テスターやオシロスコープ等のテスター棒やプローブ等を押し当てることにより容易に測定することができるのである。ここで、図示のように、前記各部の電圧を示す記号の近傍に、実際の測定値を記入させるための空欄１５をそれぞれ設けてもよい。また、これら電圧の関係を示す式１６等を記載してもよい。

また、図示は省略するが、小型半固定抵抗ＶＲの抵抗値を変化させることにともなう、ベース電流Ｉ_ｂ（＝Ｖ_ｒｂ／Ｒ_ｂ）の変化及びコレクタ電流Ｉ_ｃ（＝Ｖ_ｒｃ／Ｒ_ｃ）の変化を測定し、これらからエミッタ接地形のトランジスタ増幅回路における電流増幅率（Ｉ_ｃ／Ｉ_ｂ）を求めるに際し、小型半固定抵抗ＶＲの抵抗値に対応するベース電流Ｉ_ｂ、コレクタ電流Ｉ_ｃ、電流増幅率（Ｉ_ｃ／Ｉ_ｂ）の測定値を学習者により記入させていく空欄を有する表などをシート部材１１上に記載することもできる。なお、前記Ｒ_ｂ、Ｒ_ｃは、抵抗Ｒｂ、Ｒｃにおける抵抗値をそれぞれ示している。

このように、シート状回路パターン１０のシート部材１１に電子回路図Ａに関する記載を施すことにより、学習を促がすことができるとともに、指導者が電子回路における電圧測定箇所などを指示する場合の便宜が図れ、この指示内容について初学者などでも間違えることなく容易に把握することができる。これにより、学校教育などにおける一斉教育の場においても、本発明に係る電子回路教材を用いた実験学習における学習の進行をよりスムーズに行うことができる。

また、前述のように、電子回路図Ａが描かれるとともに該電子回路図Ａに関する記載が施されるシート部材１１と同様のシート部材を、シート状回路パターン１０とは別に用意する構成としてもよい。すなわち、電子回路図Ａと同一の電子回路図が描かれるとともに該電子回路図Ａに関する記載が施された補助シートを用いるのである。そして、前述の如く学習内容の流れに沿った複数のシート状回路パターン１０を用いる場合には、各シート状回路パターン１０に応じた補助シートが用いられることとなる。

このような補助シートを用いることにより、学習者がシート部材１１に記入することによって該シート部材１１を汚したり破ったりすることがなくなるので、前述したような、学習を促がしたり指導者による指示の便宜が図れたりする効果が得られるとともに、シート状回路パターン１０を長期に亘って使用することが可能となる。

さらに、出力側にブザーや面状スピーカ等の機器類を接続することにより、増幅されたことが音により容易に理解させることができ、音と電圧との関係を容易に理解させることもできる。また、出力側にはブザー等の代わりにモータやソレノイド等のアクチュエータを接続することにより動作させることも可能である。

このように、本発明に係る電子回路教材を用いることにより、電子回路についての様々な測定を行うことができるとともに、電子回路における電圧・電流などの値と該電子回路に接続される機器類の動作との関係性などを容易に理解させることができる。

本発明に係る電子回路教材を示す斜視図。シート状回路パターン上の電子回路図を示す図。電子部品構造体及びシート状回路パターンを示す側面断面図。電子部品構造体を示す平面図。同じく底面図。ラミネート加工を施した箔導体を示す断面図。電子部品構造体及びシート状回路パターンの別構成を示す側面断面図。２端子部品を有する電子部品構造体を示す斜視図。３端子部品を有する電子部品構造体を示す平面図。同じく底面図。同じく斜視図。部品表記ラベルを示す図。短絡用構造体を示す図。表面実装部品を有する電子部品構造体及びシート状回路パターンを示す側面断面図。同じく分解斜視図。

符号の説明

１０シート状回路パターン
１１シート部材
１２箔導体
１４テープ部材
１５空欄
１６式
２０電子部品構造体
２１部品実装基板
２１ｃ底面
２２電子部品
２２ｘ・２２ｙ・２２ｚ端子
２５ｘ・２５ｙ・２５ｚ底導電体
３０磁石
３１磁性部材
５０電子部品構造体
５１部品実装基板
５１ｃ底面
５２表面実装部品
５５底導電体
５８磁石
Ａ電子回路図

Claims

電子回路を構成する電子部品を用いた電子回路教材であって、
シート部材上に描かれた電子回路図に示される導線の図記号に対応する位置に箔導体を貼付したシート状回路パターンと、前記電子回路図に示される各図記号に対応する電子部品を有し該電子部品を支持する部品実装基板の底面に該電子部品の各端子と導電的に接続される底導電体を配設した電子部品構造体と、を備え、
前記電子回路図における電子部品の図記号上に、該図記号により示される電子部品を有する前記電子部品構造体を載置することにより、該電子部品と前記箔導体とが導電的に接続されることを特徴とする電子回路教材。
前記部品実装基板に、前記電子部品の各端子と前記底導電体との導電的な接続を確保する形状を有する磁石を、該磁石の磁力が前記部品実装基板の底面から働くように設けるとともに、該磁石に対して磁気吸引力を有する磁性部材を、前記シート状回路パターンの下方に配置することを特徴とする請求項１記載の電子回路教材。
前記箔導体を平角線とするとともに、該平角線をテープ部材により前記シート部材に貼付したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子回路教材。
前記シート部材に、前記電子回路図に関する記載を施したことを特徴とする請求項１または請求項３記載の電子回路教材。
前記電子回路図と同一の電子回路図が描かれるとともに該電子回路図に関する記載が施された補助シートを用いることを特徴とする請求項１または請求項３または請求項４記載の電子回路教材。