JP2013134349A - 電子機器学習教材 - Google Patents

Abstract

【課題】電子技術の教育実習を可能ま電子機器学習教材を提供する。
【解決手段】コネクタ接続端子（ＣＰ）を有し、モジュール化され、電源、負荷、制御系のいずれかの機能を有する機能回路を構成する回路部品１０と、この回路部品に設けられたコネクタ接続端子を接続対象とした複数のコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）を所定の間隔で一方面に配置し、このコネクタに接続された複数種の回路部品相互を回路接続する配線パターン（ＰＴ）を有し、当該配線パターンにより接続される装置全体の回路構成を一方面に拡大し展開して明示する学習用展開板２０と小形状の配線基板で構成され、複数のコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）を有して学習用展開板と同様の回路の組込用のターミナル基板３０と、組込対象となる回路部品を収容し実装する単体ユニット筐体４０と、ターミナル基板３０、および複数種の回路部品を一体に組み込むキュービック型の枠状組込筐体５０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子技術分野の学校用実習教材として提供される、複数種の機能別回路学習を可能にした電子機器学習教材に関する。

電子技術分野の学校用実習教材として、従来では、例えば、電気スタンド、携帯型ラジオ、インターホン等の電子教材キットが存在した。これら既存の電子教材は、回路構成、使用部品、組立順序、動作機能等が予め決められた電子機器の技術習得であり、機能変更、回路変更、応用回路設計等を可能にした技術習得が考慮されない学習形態であることから、技術を習得する学習者（習得者）の発想性に委ねた自由度の高い電子技術の教育実習に問題があった。また複数種の機器の動作機能を学習するには複数種の教材キットを別々に用意しなければならないという問題があった。

特開２０１０−１５３３７７号公報 実用新案登録第３１６７８１４号公報

上記したように既存の電子教材は、回路構成、使用部品、組立順序、動作機能等が予め決められた電子機器の技術習得であり、技術を習得する学習者の発想性に委ねた自由度の高い電子技術の教育実習に課題を残していた。

本発明は上記実情に鑑みなされたもので、学習者の発想性に委ねた自由度の高い電子技術の教育実習を可能にした電子機器学習教材を提供することを目的とする。

本発明に係る電子機器学習教材は、コネクタ接続端子を有してモジュール化され、電源、当該電源により動作する負荷、当該負荷の動作を制御する制御系のいずれかの機能を有する機能回路を構成する、機能毎にそれぞれ複数種用意された複数の回路部品と、前記コネクタ接続端子を接続対象とした複数のコネクタを所定の間隔を存して一方面に配置し、前記コネクタに前記コネクタ接続端子を介して接続された前記複数種の回路部品相互を回路接続する配線パターンを有するとともに、当該配線パターンにより回路接続される装置全体の回路構成を前記一方面に拡大し展開して明示する学習用展開板と、前記学習用展開板より小形状の配線基板により構成され、前記複数のコネクタと同様の複数のコネクタを有して前記学習用展開板と同様の回路を構成した組込用のターミナル基板と、前記ターミナル基板および当該ターミナル基板にコネクタ接続された前記複数種の回路部品を一体に組み込むキュービック型の枠状組込筐体と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、習得者の発想性に委ねた自由度の高い電子技術の教育実習を可能にした電子機器学習教材を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電子機器学習教材の構成要素並びに組込例を示す図。 上記実施形態における展開板の構成例を示す図。 上記実施形態における制御系の機能回路を構成する回路部品に含まれるスイッチ回路基板（選択スイッチ）の構成例を示す図。 上記図３に示すスイッチ回路基板の回路構成例を示す図。 上記実施形態における負荷体の機能回路を構成する回路部品に含まれる照明回路基板（ライトユニット）の部品実装面の構成例を示す図。 上記図５に示す照明回路基板の配線パターン面の構成例を示す図。 上記図５および図６に示す照明回路基板の回路構成例を示す図。 上記実施形態における枠状組込筐体の構成例を示す図。

本発明に係る電子機器学習教材は、回路構成、使用部品、組立順序、動作機能等が予め決められた学習教材ではなく、学習者が学習者の意図する設計思想をもとに、機能別に用意された複数種の回路部品から機能毎に任意の回路部品を選び、学習用の展開板を用いて展開板に展開した回路構成を確認しながら回路部品相互の回路接続を行い回路動作の試行を経て、所望する任意の機能回路をもつ機器（装置）を完成品として製品化する過程を学習することができる。このような多様性をもたせた学習手段により、学習者に対してより高度の思考力を養う実習教育の場を提供することができる。また、複数種の機能別電子機器キットを用意することなく、機能を異にする複数種の機器の学習が可能であり、さらに学習用の展開板を学校教材として保管しておくことにより、複数年に亘り、一貫した電子機器学習が可能になることから、経済性に有利な学習教材が提供できる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態に係る電子機器学習教材は、図１に示すように、コネクタ接続端子（コネクタプラグ；ＣＰ）を有してモジュール化され、電源、当該電源により動作する負荷、当該負荷の動作を制御する制御系のいずれかの機能を有する機能回路を構成する、機能毎にそれぞれ複数種用意された複数の回路部品１０（１１，…、１２，…、１３，…）と、この回路部品１０に設けられたコネクタ接続端子（ＣＰ）を接続対象とした複数のコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）を所定の間隔を存して一方面に配置し、このコネクタ（コネクタリセプタクル；ＣＮ１〜ＣＮ１１）に上記コネクタ接続端子（ＣＰ）を介して接続された上記複数種の回路部品相互を回路接続する配線パターン（ＰＴ）を有するとともに、当該配線パターン（ＰＴ）により回路接続される装置全体の回路構成を上記一方面に拡大し展開して明示する学習用展開板（ターミナルボード）２０と、この学習用展開板２０より小形状の配線基板により構成され、上記複数のコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）と同様の複数のコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）を有して上記学習用展開板２０と同様の回路を構成した組込用のターミナル基板３０と、組込対象となる回路部品１０を収容し実装する単体ユニット筐体４０と、上記ターミナル基板３０、および当該ターミナル基板３０にコネクタ接続され上記単体ユニット筐体４０に設けられた上記複数種の回路部品１０を完成機器として一体に組み込むキュービック型の枠状組込筐体５０と、を具備して構成される。

上記回路部品１０（１１，…、１２，…、１３，…）は、学習用展開板２０にコネクタ接続可能な回路部品１０として予め用意され、学習者によって機能毎に任意に選択されるもので、この実施形態では、電源の機能回路を構成する機能グループ１０Ａの回路部品１１，１１，…と、制御系の機能回路を構成する機能グループ１０Ｂの回路部品１２，１２，…と、負荷の機能回路を構成する機能グループ１０Ｃの回路部品１３，１３，…とに区分され、機能グループ毎に選択された回路部品がそれぞれ学習用展開板（ターミナルボード）２０にコネクタ接続されることによって、任意の回路部品１０（１１，…、１２，…、１３，…）相互を選択可能に回路接続した任意の回路設計による機能回路がボード（学習用展開板２０）上に構築される。

これら回路部品１０のうち、機能グループ１０Ａの回路部品１１，１１，…には、手動式のダイナモとキャパシタを組み合わせた発電回路、乾電池を用いたバッテリィ回路の少なくともいずれかが含まれる。また機能グループ１０Ｂの回路部品１２，１２，…には、光センサ、音センサ、揺れセンサ、赤外線センサの少なくともいずれかと、機能毎に複数種の回路部品を相互に切換接続するスイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３；図３参照）が含まれる。また機能グループ１０Ｃの回路部品１３，１３，…には、ラジオ受信機、増幅器、拡声器、照明器、ＵＳＢ接続機器の少なくともいずれかが含まれる。

この回路部品１０（１１，…、１２，…、１３，…）の中から、電源、制御、負荷の機能グループ毎に、複数種（若しくは１種）の回路部品１１，…、１２，…、１３，…を選択し、選択した各回路部品の相互を上記学習用展開板２０上で上記スイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）を介在して上記コネクタ（ＣＰ−ＣＮ）により回路接続することにより、機能ブロック毎に回路部品を切り替えて機能毎に回路部品の動作（機能）の違い（例えばセンサの機能比較等）を認識でき、所望する機器（装置）の回路学習が可能となる。さらに学習用展開板２０上に構成した機器（装置）の組込実習が可能となる。また、ここでは、回路部品１０のそれぞれをユニット化しコネクタ付モジュールとして用意する場合を想定しているが、この回路部品１０の一部回路部品、若しくは回路の一部を組み立てキットとして用意することで、さらに学習効果を高めることが可能である。なお、上記回路部品１０には、それぞれ回路学習のための回路図が添付されている。

また、上記機能グループ別の回路部品１０として、上記した機能回路の他に、例えば機能グループ１０Ａの回路部品１１として、ソーラーパネルとキャパシタを組み合わせた発電回路、外部の蓄電池若しくは燃料電池を用いた外部電源回路等を任意に選択し接続することも可能であり、機能グループ１０Ｂの回路部品１２として、外部操作による制御信号のインターフェース回路を接続することも可能である。

学習用展開板２０は、図２に示すように、上記機能グループ毎に、機能グループ１０Ｂの回路部品１２に含まれるスイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）を着脱可能に実装するスイッチ回路の取付部と、機能毎に複数の回路部品（１１、１２、１３）を着脱可能に実装する回路部品の取付部とがそれぞれ図示するように明示され、その取付部各々にコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）が設けられている。ここでは、スイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）の取付部として、コネクタ（ＣＮ３）を配した供給電源選択スイッチ（ＳＷ１）の取付部（Ａ３）と、コネクタ（ＣＮ６）を配したモード選択スイッチ（ＳＷ２）の取付部（Ａ６）と、コネクタ（ＣＮ１１）を配した負荷選択スイッチ（ＳＷ３）の取付部（Ａ１１）とがそれぞれ矩形の領域を付記して例えばシルク印刷若しくはシール貼着により明示されている。また、回路部品（１１、１２、１３）の取付部として、上記取付部（Ａ３）に対応して、コネクタ（ＣＮ１）を配したバッテリィ電源ユニットの取付部（Ａ１）と、コネクタ（ＣＮ２）を配したダイナモキャパシタ電源ユニットの取付部（Ａ２）とによる２種の回路部品１１，１１の取付部がそれぞれスイッチ回路（ＳＷ１）の選択切換対象として矩形の領域を付記して上記同様の印刷若しくは貼着手段により明示され、上記取付部（Ａ６）に対応して、コネクタ（ＣＮ４）を配したセンサー１ユニットの取付部（Ａ４）と、コネクタ（ＣＮ５）を配したセンサー２ユニットの取付部（Ａ５）とによる２種の回路部品１２，１２の取付部がそれぞれスイッチ回路（ＳＷ２）の選択切換対象として矩形の領域を付記して上記同様の印刷若しくは貼着手段により明示されている。また、上記取付部（Ａ１１）に対応して、コネクタ（ＣＮ７）を配したラジオユニットの取付部（Ａ７）と、コネクタ（ＣＮ８）を配したアンプユニットの取付部（Ａ８）と、コネクタ（ＣＮ９）を配したライトユニットの取付部（Ａ９）と、コネクタ（ＣＮ１０）を配したＵＳＢユニットの取付部（Ａ１０）とによる４種の回路部品１３，１３，…の取付部がそれぞれスイッチ回路（ＳＷ３）の選択切換対象として矩形の領域を付記して上記同様の印刷若しくは貼着手段により明示されている。

また上記学習用展開板２０には、上記各取付部（Ａ１〜Ａ１１）に設けられたコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）の相互を回路接続する配線パターンが他方面若しくは内層面に設けられ、その一方面に、上記配線パターンに対応した表示用配線パターン（ＰＴ）が上記同様の印刷若しくは貼着手段により明示されている。この表示用配線パターン（ＰＴ）とコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）に接続した回路部品（１１、１２、１３）に添付された回路図とにより、構築する電子機器（システム）全体の回路構成を認識し学習できる。

さらに、学習用展開板２０の一方面には、上記コネクタ接続された各回路部品（１１、１２、１３）の入出力端における電圧および電流の計測や、ジャンパー線（Ｊ１，Ｊ２）の接続に用いられるテスト用端子（Ｔ）が設けられている。このテスト用端子（Ｔ）を用いて、例えば負荷選択スイッチ（ＳＷ３）をオープン（スイッチオフ）にし、入力端−出力端間に電流計を接続することにより、負荷電流を計測できる。またグランド（ＧＮＤ）端子と入力端若しくは出力端間に電圧計を接続することにより各部の電圧を計測できる。

上記した学習用展開板２０の一方面に設けられた各コネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）に、それぞれ対応する機能の回路部品（１１、１２、１３）をコネクタ接続することにより、機能毎に、複数種の回路部品（１１、１２、１３）をスイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）で切換選択可能に回路接続することができる。例えば上記取付部（Ａ３，Ａ６，Ａ１１）に設けられた各コネクタ（ＣＮ３，ＣＮ６，ＣＮ１１）にそれぞれスイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ１）に設けられたコネクタ（ＣＮ３）にバッテリィ電源ユニットを構成する回路部品１１をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ２）に設けられたコネクタ（ＣＮ２）にダイナモキャパシタ電源ユニットを構成する回路部品１１をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ４）に設けられたコネクタ（ＣＮ４）に光センサユニットを構成する回路部品１２をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ５）に設けられたコネクタ（ＣＮ５）に音センサユニットを構成する回路部品１２をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ７）に設けられたコネクタ（ＣＮ７）にラジオ（チューナ）ユニットを構成する回路部品１３をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ８）に設けられたコネクタ（ＣＮ８）にアンプユニットを構成する回路部品１３をコネクタ接続し、上記取付部（Ａ９）に設けられたコネクタ（ＣＮ９）にライトユニットを構成する回路部品１３をコネクタ接続することで、電源とセンサと負荷をそれぞれ切換えて各負荷をそれぞれ個別に動作（駆動）制御することができ、各負荷毎の消費電力（電圧×電流）を計測することができる。

この学習用展開板２０上で上記回路接続により試行し設計したシステムの各構成要素（回路部品）を、単体ユニット筐体４０に収容し実装して、さらにその単体ユニット筐体４０をキュービック型の枠状組込筐体５０に組み込むことにより、学習者が所望する機能を有した電子機器（装置若しくはシステム）を製作することができる。この組み込みには、上記学習用展開板２０に設けたコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）と同様のコネクタ（ＣＮ１〜ＣＮ１１）および回路を構成した組込用のターミナル基板３０が用いられ、このターミナル基板３０に、上記学習用展開板２０上で試行し選択した回路構成の各回路部品をコネクタ接続し、単体ユニット筐体４０に収容することで学習者が所望する機能を有したオリジナリティな電子機器を構成できる。図１は、キュービック型の枠状組込筐体５０の側面に、ラジオユニットを組み込んだ単体ユニット筐体４０ａと、スピーカ付のアンプユニットを組み込んだ単体ユニット筐体４０ｂとを取り付け、上面に、スイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）の操作ノブ（ｋｎ）と、ＵＳＢユニットのＵＳＢ端子（ＵＳＢ−Ｔ）を設けた単体ユニット筐体４０ｃとを取り付けたキュービック型の電子機器６０を例示している。なお、枠状組込筐体５０の底面部には、バッテリィ電源ユニットとなる回路部品１１を構成する乾電池（例えば単四乾電池３本）の収容ボックス（図８参照）が設けられている。

この電子機器６０は、ラジオ（ＡＭ／ＦＭ）の他に、ＵＳＢ端子（ＵＳＢ−Ｔ）を用いて、例えば市販のカップウォーマ、扇風機、加湿器、玩具等を接続可能にしている。さらにはＰＤＡ等の携帯端末の電源供給源として用いることもできる。これらのＵＳＢ接続機器の動作並びに消費電力等は上記学習用展開板２０上で検証可能であり、この検証により接続可能な機器を選定することができる。

上記したスイッチ回路（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）を構成する回路部品１２の一構成例を図３および図４に示している。図３は斜視図、図４は回路図である。ここでは１回路３接点のロータリィ形スイッチ回路を例に示し、単体ユニット筐体４０ｃに組み込む以前の学習用展開板２０にて用いるノブ（ｋｎ）の取り付け例を示しているが、これに限らず、例えばトグル式のスイッチ、スライド形のスイッチ等、他のスイッチを用いることも可能である。

また負荷となる回路部品１３の一例として、上記したライトユニットを構成する回路部品１３（ｃ）の一構成例を図５乃至図７に示している。図５は部品実装面の構成、図６は配線パターン面の構成、図７は回路構成を示している。このライトユニットを構成する回路部品１３（ｃ）は、バッテリィ電源ユニットより出力電圧が低いダイナモキャパシタ電源ユニットを用いて白色ＬＥＤ（ＬＥＤ６０〜ＬＥＤ６５）を点灯可能にするため、ダイナモキャパシタ電源ユニットの出力電圧を昇圧し白色ＬＥＤが点灯可能な定電圧（例えば３，３Ｖ）を出力するＤＣ−ＤＣコンバータを構成する回路素子（Ｌ６０，ＩＣ６１，Ｄ６０）を実装している。因みに上記したＵＳＢユニットを構成する回路部品１３においてもＵＳＢ電源（５Ｖ定電圧）を出力するＤＣ−ＤＣコンバータを構成する回路素子を実装している。

上記したキュービック型枠状組込筐体５０の一構成例を図８に示している。この図８に示す枠状組込筐体５０は、矩形状のベース５１および上蓋５３と、４本の支柱５２とにより構成される。ベース５１にはバッテリィ電源を構成する乾電池を収容する電池ボックスの蓋体５６を着脱可能に設けている。ベース５１の嵌め込み溝５１ａと上蓋５３の嵌め込み溝（図示せず）に４本の支柱５２を嵌め込むことで、キュービック型の枠状組込筐体５０を組立てることができる。この枠状組込筐体５０の支柱５２の縁に、単体ユニット筐体４０のパネル面４１側部に形成したスライドレール（Ｓ）を嵌挿させることで単体ユニット筐体４０を支柱５２に固定することができる。単体ユニット筐体４０は截頭四角形の収容室４２を有し、この収容室４２に回路部品１０が収容される。また、４側面を構成する筐体截頭部分により形成される矩形状の空間部に、上記組込用のターミナル基板３０が実装される。

上記したように、本発明の実施形態によれば、学習者の発想性に委ねた自由度の高い電子技術の教育実習を可能にした電子機器学習教材が提供できる。

１０（１１、１２、１３）…回路部品、２０…学習用展開板（ターミナルボード）、３０…組込用のターミナル基板、４０…単体ユニット筐体（組込筐体）、５０…枠状組込筐体、ＣＮ１〜ＣＮ１１…コネクタ。

Claims (5)

1. コネクタ接続端子を有してモジュール化され、電源、当該電源により動作する負荷、当該負荷の動作を制御する制御系のいずれかの機能を有する機能回路を構成する、機能毎にそれぞれ複数種用意された複数の回路部品と、
   前記コネクタ接続端子を接続対象とした複数のコネクタを所定の間隔を存して一方面に配置し、前記コネクタに前記コネクタ接続端子を介して接続された前記複数種の回路部品相互を回路接続する配線パターンを有するとともに、当該配線パターンにより回路接続される装置全体の回路構成を前記一方面に拡大し展開して明示する学習用展開板と、
   前記学習用展開板より小形状の配線基板により構成され、前記複数のコネクタと同様の複数のコネクタを有して前記学習用展開板と同様の回路を構成した組込用のターミナル基板と、
   前記ターミナル基板および当該ターミナル基板にコネクタ接続された前記複数種の回路部品を一体に組み込むキュービック型の枠状組込筐体と、
   を具備したことを特徴とする電子機器学習教材。
2. 前記制御系の機能回路を構成する回路部品には、前記機能毎に複数種の回路部品を相互に切換接続するスイッチ回路が含まれる請求項１に記載の電子機器学習教材。
3. 前記スイッチ回路により切換接続される回路部品は、
   前記電源の機能回路を構成する回路部品に、手動式のダイナモとキャパシタを組み合わせた発電回路、バッテリィ回路の少なくともいずれかが含まれ、
   前記負荷の機能回路を構成する回路部品に、ラジオ受信機、増幅器、拡声器、照明器、ＵＳＢ接続機器の少なくともいずれかが含まれ、
   前記制御系の機能回路を構成する回路部品に、光センサ、音センサ、揺れセンサ、赤外線センサの少なくともいずれかが含まれる請求項２に記載の電子機器学習教材。
4. 前記回路部品を前記組み込むキュービック型の枠状組込筐体に組み込む組込部材として、六面体の前記枠状組込筐体の一面を形成するパネルと、同パネルの後面部を覆って回路部品の収容室を形成する截頭四角形の組込筐体とが用意され、前記回路部品が前記収容室に収容され前記枠状組込筐体に電子機器若しくは電子装置の構成部品として組み込まれる請求項１に記載の電子機器学習教材。
5. 前記枠状組込筐体に組み込まれた前記組込筐体の４側面を構成する筐体截頭部分により形成される矩形状の空間部に前記組込用のターミナル基板が実装される請求項４に記載の電子機器学習教材。

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