JP2016166920A - 実装回路部品および同部品を用いた電子機器学習装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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装置を提供する。【解決手段】複数の実装回路部品１０，１０相互の間を当該実装回路部品１０の外部接続電極１２ｆ，１２ｆを介して配線接続する配線パターンＰＴを形成した配線板１と、この配線板１を挟んで上記実装回路部品１０の永久磁石１２，１２を吸着し、上記実装回路部品１０に実装した回路素子を上記外部接続電極１２ｆ，１２ｆを介して上記配線板１に形成された配線パターンＰＴに回路結合する部品吸着板２とを具備して構成される。【選択図】図２

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実装回路部品および同部品を用いた電子機器学習装置に関する。

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、回路基板、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２００１−０４２７６３号公報 特開２０１３−１３４３４９号公報 特開２０１０−１５３３７７号公報

上記したように既存の電子教材は、回路基板、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実装回路部品および同部品を用いた電子機器学習装置を提供することを目的とする。

本発明は、板面に所定の間隔を存して複数のホールを有した回路基板と、前記回路基板の一方面に実装された回路素子と、前記ホールに一端側が嵌合して前記回路基板に支持され、前記一端側が前記回路素子に回路接続され、他端側が前記回路基板の他方面より突出して前記回路基板の外部接続電極を構成した柱状の永久磁石と、を具備した実装回路部品を特徴とする。

また、前記実装回路部品において、前記回路基板は、前記一方面に、前記ホールを囲み前記回路素子に配線接続したランドを有して、前記永久磁石の一端側が前記ランドに導電接合され、前記回路素子が前記外部接続電極に導電接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、板面に所定の間隔を存して複数のホールを有した回路基板と、前記回路基板の一方面に実装された回路素子と、前記ホールに一端側が嵌合して前記回路基板に支持され、前記一端側が前記回路素子に回路接続され、他端側が前記回路基板の他方面より突出して前記回路基板の外部接続電極を構成した柱状の永久磁石と、をそれぞれ具備した複数の実装回路部品と、前記実装回路部品相互の間を前記外部接続電極を介し配線接続する配線パターンを形成した配線板と、前記配線板を挟んで前記実装回路部品の前記永久磁石を吸着し、前記回路素子を前記外部接続電極を介して前記配線板に形成された前記配線パターンに回路結合する部品吸着板と、を具備した電子機器学習装置を特徴とする。

また、前記電子機器学習装置において、前記配線板は、透明若しくは半透明の樹脂シートにより構成され、前記実装回路部品の実装面に、銅箔粘着テープ、導電性インクペン、導電性接着剤、導電性ワイヤー接着剤のいずれか若しくはいずれかの組み合わせによる貼着若しくは描画により前記配線パターンが形成されていることを特徴とする。

また、前記電子機器学習装置において、前記複数の実装回路部品のうち、第１の実装回路部品を構成する第１の回路基板の一方面と第２の実装回路部品を構成する第２の回路基板の他方面とに間に介挿され、一端が前記第１の回路基板に設けられた第１の永久磁石に吸着され、他端が前記第２の回路基板に設けられた第２の永久磁石に吸着されて、前記第１、第２の回路基板相互の間を回路接続した導電支柱をさらに具備して、前記導電支柱を複数用い、前記複数の実装回路部品を階層区分し立体的に配置して、三次元の部品配置による立体回路を形成可能に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実装回路部品および同部品を用いた電子機器学習装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る実装回路部品の構成例を示す平面図（ａ）、側面図（ｂ）および背面図（ｃ）。 本発明の実施形態に係る電子機器学習装置の構成例を示す斜視図。 上記実装回路部品の他の構成例を示す平面図。 上記実装回路部品の他の構成例を示す平面図。 上記実装回路部品の他の構成例を示す平面図。 上記実装回路部品の他の構成例を示す平面図。 上記電子機器学習装置の他の構成例を示す側面図。 上記電子機器学習装置における配線板のパターン形成例を示す平面図。 上記電子機器学習装置を用いた回路構成例を示す回路図。

本発明に係る電子機器学習装置は、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、任意の回路パターンを貼着手段や描画手段により展開し、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電子機器（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装置に用いられる実装回路部品の構成を図１と図３乃至図６に示し、当該実装回路部品を用いる電子機器学習装置の構成を図２と図８および図９に示している。

本発明の実施形態に係る電子機器学習装置は、電子回路を構成する複数種の回路素子をそれぞれ素子別に実装した複数の実装回路部品を用いて実現される。

この実装回路部品の一構成例を図１に示している。ここでは、回路基板１１の一方面１１ａを部品実装面とし、他方面１１ｂを配線パターン形成面として、部品実装面１１ａに回路素子２１としてタクトスイッチが実装された例を示している。

図１に示すように、実装回路部品１０は、板面に所定の間隔を存して複数のホール１１ｈ，１１ｈを有した回路基板１１と、この回路基板１１の一方面（部品実装面）１１ａに実装された回路素子（タクトスイッチ）２１と、上記ホール１１ｈ，１１ｈに一端側が嵌合して上記回路基板１１に支持され、上記一端側が上記回路素子２１に回路接続され、他端側が上記回路基板１１の他方面（配線パターン形成面）１１ｂより突出して上記回路基板１１の外部接続電極１２ｆ，１２ｆを構成した柱状の永久磁石１２，１２とを具備して構成される。ここでは永久磁石１２，１２を円柱状の導電性マグネットにより構成し、配線パターン形成面１１ｂより突出した側の端面に外部接続電極１２ｆ，１２ｆを形成している。

上記回路基板１１は、上記ホール１１ｈ，１１ｈに、スルーホール（Ｔｈ）とランド１１Ｌ，１１Ｌの銅箔パターンがスルーホールランドとして一体形成され、部品実装面１１ａに、実装部品名（ｍ）およびガイドパターン（ｓｓ）が印刷され、配線パターン形成面１１ｂに、ランド１１Ｌ，１１Ｌと実装部品（回路素子）２１の端子（リード端）２１ｔとの間を回路接続する配線パターン１１ｐが形成されている。

この回路基板１１のホール１１ｈ，１１ｈに永久磁石１２，１２を嵌合して一端側をランド１１Ｌ，１１Ｌにはんだ（ｓ）接合し、さらに回路基板１１の部品実装面１１ａに、実装部品名（ｍ）およびガイドパターン（ｓｓ）に従う回路素子（タクトスイッチ）２１を取り付け、タクトスイッチ２１のリード端２１ｔを配線パターン１１ｐにはんだ（ｓ）接合することによって、実装部品（回路素子）となるタクトスイッチ２１が外部接続電極１２ｆ，１２ｆに回路接続される。このタクトスイッチ２１を回路素子とした実装回路部品を図２に符号１０（１）を付して示している。

上記した実装回路部品１０と同様の構成で、電子回路を構成する複数種の回路素子各々の実装回路部品が作成され実装パーツとして提供される。その一例を図２乃至図６に示している。なお、提供される実装パーツは、電流方向が特定される、例えばダイオード、電解コンデンサ、ＬＥＤなどの部品について、後述する立体回路構造を考慮して、外部接続電極１２ｆ，１２ｆの磁極（Ｓ／Ｎ）を違えた部品も用意される。

図２においては、実装回路部品として、電源コネクタ２０を回路素子とした実装回路部品１０（０）と、上記図１に示した、タクトスイッチ２１を回路素子とした実装回路部品１０（１）と、ＬＥＤ２３を回路素子とした実装回路部品１０（３）と、抵抗（Ｒ）２３を回路素子とした実装回路部品１０（５）とを示している。図３には、Ｃ・Ｒ系実装回路部品の一部をなす、電解コンデンサ２６を回路素子とした実装回路部品１０（６）を示している。図４には、光センサー２７を回路素子とした実装回路部品１０（７）を示している。図５には、振動・傾斜センサー２８を回路素子とした実装回路部品を１０（８）を示している。また、図６には、電源コネクタ２０を回路素子とした実装回路部品１０（０）と、この実装回路部品１０（０）に実装された電源コネクタ２０に接合するコネクタプラグ３２を有したバッテリーパック３１により構成される電源ユニット３０を示している。なお、実装回路部品１０および回路基板１１に付した括弧内の符号（０）〜（８）は実装部品を違えた回路部品であることを意味するもので、ここでは回路部品を特定する場合を除いて括弧内の符号を省略する。

上記各実装回路部品を含んだ、容量、抵抗値を違えた複数種のＣ・Ｒ素子、各種のセンサーや入力信号を扱う複数種の入力素子、光、音、表示、動きなどを対象とした複数種の出力素子などが電子機器学習装置に適用される実装回路部品として適宜使用可能に用意される。

これらの複数種の実装回路部品から、所望する電子機器を構成する回路素子を備えた複数の実装回路部品を選んで図２に示す電子機器学習装置に適用する。

本発明の実施形態に係る電子機器学習装置は、図２に示すように、複数の実装回路部品１０，１０相互の間を当該実装回路部品１０の外部接続電極１２ｆ，１２ｆを介して配線接続する配線パターンＰＴを形成した配線板１と、この配線板１を挟んで上記実装回路部品１０の永久磁石１２，１２を吸着し、上記実装回路部品１０に実装した回路素子を上記外部接続電極１２ｆ，１２ｆを介して上記配線板１に形成された配線パターンＰＴに回路結合する部品吸着板２とを具備して構成される。この図２に示す構成においては、上記配線板１と部品吸着板２との間に、文字、図形等を描画可能なガイドシート３が介在して設けられている。

上記配線板１は、透明若しくは半透明の樹脂シートにより構成され、上記実装回路部品１０の外部接続電極１２ｆ，１２ｆと向かい合う表面に、例えば、銅箔粘着テープ、導電性インクペン、導電性接着剤、導電性ワイヤー接着剤のいずれか、若しくはいずれかの組み合わせによる、貼着若しくは描画により上記配線パターンＰＴが形成される。ここでは、銅箔粘着テープを貼着して形成した配線パターンＰＴに符号（ａ）を付し、導電性インクペンや導電性ペーストなどにより描かれた配線パターンＰＴに符号（ｂ）を付して示している。なお、導電性インクペンを用いて配線パターン配線パターンＰＴ（ｂ）を描く場合は、インクの種類によって、所定の光沢処理を施したシートが適用される。また、導電性インクペンと銅箔粘着テープを組み合わせ用いる場合は、配線パターンＰＴ（ａ）と配線パターンＰＴ（ｂ）との接続点に導電性接着剤で接続パッドＱを形成し、当該パッドＱにより配線パターンＰＴ（ａ）と配線パターンＰＴ（ｂ）との間を導電接続しシートに固定する。

銅箔粘着テープを貼着して形成した配線パターンＰＴ（ａ）と導電性インクペンにより描かれた配線パターンＰＴ（ｂ）とを混在させたパターン形成例を図８に示し、その配線パターンによって配線接続された回路例を図９に示している。この配線パターンの作成にあたっては、ガイドシート３に、対をなす永久磁石１２，１２の間隔を基準寸法として、予め、部品実装位置に部品名を記述し、配線パターンの描画位置にガイドラインを記述して、当該ガイドシート３を上記配線板１と部品吸着板２との間に介在することで、より簡単かつ綺麗に配線パターンを描画することができる。

上記部品吸着板２は、上記永久磁石１２，１２を吸着する、例えば吸磁性の金属板、若しくは表面に筆記が可能な電気絶縁層を形成した吸磁性のシートにより構成される。または、板面に上記永久磁石１２，１２の他端側の端面（外部接続電極１２ｆ）と同径若しくは上記端面より若干径大の吸磁性プレートを上記所定の間隔（対をなす永久磁石１２，１２の間隔）を存して格子状に配置した非吸磁性のシート物により構成されている。または、上記永久磁石１２，１２の他端側の端面と同径若しくは上記端面より若干径大の吸磁性プレートを上記所定の間隔を存して上記配線板１の裏面に格子状に配置して構成してもよい。

ここで、一具体例として、図９に示す回路図において、抵抗およびコンデンサを省いた単純な回路構成を例に、点灯装置の回路実習を行う場合、まず、上記した複数種の実装回路部品１０から、電源コネクタ２０を回路素子とした実装回路部品１０（０）と、タクトスイッチ２１を回路素子とした実装回路部品１０（１）と、ＬＥＤ２３を回路素子とした実装回路部品１０（３）を選択する。続いて、配線板１の表面に、例えば銅箔粘着テープと導電性インクペンと導電性接着剤を用いて、外部接続電極１２ｆ，１２ｆで定まる部品実装位置を配線端とした配線パターンＰＴ（ａ），（ｂ）を上記回路図に従い描画する。この配線パターンＰＴ（ａ），（ｂ）が描画された配線板１を部品吸着板２に載置し、配線パターンＰＴ（ａ），（ｂ）の部品実装位置に、それぞれ上記実装回路部品１０（０），１０（１），１０（３）を載置する。この部品載置に伴って、同部品の外部接続電極１２ｆ，１２ｆが部品吸着板２に吸着し、永久磁石１２，１２の吸磁力により配線パターンの端部に外部接続電極１２ｆ，１２ｆが圧接して、上記実装回路部品１０（０），１０（１），１０（３）に実装された回路素子（電源コネクタ２０、タクトスイッチ２１、ＬＥＤ２３）が相互に回路接続される。回路接続された電源コネクタ２０に、電源ユニット３０のコネクタプラグ３２を接続し、タクトスイッチ２１をスイッチオン状態にすることで、バッテリーパック３１を動作電源にＬＥＤ２３が点灯駆動する。ここでは説明を簡素にするため至って簡単な回路を例に挙げたが、実際の学習では、実装回路部品１０を１０個以上用いた回路構成についても容易に各種の電子回路を学習でき成果を伴う実習が可能となる。

上記した実施形態は、回路素子を平面上に配置した（実装回路部品１０を配線板１上に配置した）部品実装構造であったが、回路素子を３次元配置した電子機器学習装置を実現することも可能である。この一部具体例を図７に示している。

この図７に示す構成は、上記した電子機器学習装置の構成要素をなす部品に、導電支柱１２Ｌを含むことで実現される。

この導電支柱１２Ｌは、実装回路部品１０の部品実装面１１ａに実装される回路素子の大きさを考慮し、実装回路部品１０を積層した際に、下段の実装回路部品１０に実装された回路素子と上段に積まれた実装回路部品１０の配線パターン形成面１１ｂとの間に所定の空間が形成される長さを有した吸磁性の金属柱（永久磁石１２に吸着する導電金属棒）により構成される。

この導電支柱１２Ｌを図７に示すように、第１の実装回路部品１０（４）を構成する第１の回路基板１１（４）の一方面（部品実装面１１ａ）と第２の実装回路部品１０（２）を構成する第２の回路基板１１（２）の他方面（配線パターン形成面１１ｂ）とに間に、一端が、上記第１の回路基板１１（４）に設けられた永久磁石の一端側の端面に吸着され、他端が、前記第２の回路基板１１（２）に設けられた永久磁石の他端側の端面（外部接続電極１２ｆ）に吸着された状態で、上下の永久磁石１２，１２の間に介挿する。これにより導電支柱１２Ｌと永久磁石１２，１２を介して第１の実装回路部品１０（４）を構成する第１の回路基板１１（４）と第２の実装回路部品１０（２）を構成する第２の回路基板１１（２）が相互に回路接続される。

この階層例は、第１の回路基板１１（４）に実装された回路素子（Ｒ）と第２の回路基板１１（２）に実装された回路素子（Ｃ）の並列回路を構成しているが、例えば回路素子（Ｒ）を実装した実装回路部品１０を積層して回路接続することにより、抵抗値を低い値に可変した立体構造の抵抗可変回路を実現できる。

さらに、この３次元配置を発展させることで、より複雑な立体構造の電子回路を限られた平面上で容易に実現することができる。

また、他の実施形態として、外部接続電極１２ｆ，１２ｆを構成する円柱状永久磁石１２，１２の軸方向の長さを径の２〜４倍程度にすることで、導電支柱１２Ｌを用いることなく、回路素子を３次元配置した電子機器学習装置を実現することができる。

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装置が提供できる。

１…配線板、２…部品吸着板、３…ガイドシート、１０…実装回路部品、１１…回路基板、１１ａ…部品実装面、１１ｂ…配線パターン形成面、１１Ｌ，１１Ｌ…ランド、１２，１２…永久磁石、１２ｈ，１２ｈ…ホール、１２Ｌ…導電支柱、２０，２１，２３，２４，２５，２６，２７，２８…回路素子、ＰＴ…配線パターン。

Claims (8)

1. 板面に所定の間隔を存して複数のホールを有した回路基板と、
   前記回路基板の一方面に実装された回路素子と、
   前記ホールに一端側が嵌合して前記回路基板に支持され、前記一端側が前記回路素子に回路接続され、他端側が前記回路基板の他方面より突出して前記回路基板の外部接続電極を構成した柱状の永久磁石と、
   を具備したことを特徴とする実装回路部品。
2. 前記回路基板は、前記回路素子に配線接続したランドを前記ホールの開口面に有し、前記永久磁石の一端側が前記ランドに導電接合されて、前記回路素子が前記外部接続電極に導電接続されていることを特徴とする請求項１に記載の実装回路部品。
3. 前記請求項１または前記請求項２に記載の複数の実装回路部品と、
   前記実装回路部品相互の間を前記外部接続電極を介して配線接続する配線パターンを形成した配線板と、
   前記配線板を挟んで前記実装回路部品の前記永久磁石を吸着し、前記回路素子を前記外部接続電極を介して前記配線板に形成された前記配線パターンに回路結合する部品吸着板と、
   を具備したことを特徴とする電子機器学習装置。
4. 前記配線板は、透明若しくは半透明の樹脂シートにより構成され、前記実装回路部品の前記外部接続電極と向かい合う表面に、銅箔粘着テープ、導電性インクペン、導電性接着剤、導電性ワイヤー接着剤のいずれか若しくはいずれかの組み合わせによる貼着若しくは描画により前記配線パターンが形成される請求項３に記載の電子機器学習装置。
5. 前記部品吸着板は、表面に筆記が可能な電気絶縁層を形成していることを特徴とする請求項３に記載の電子機器学習装置。
6. 前記複数の実装回路部品のうち、第１の実装回路部品を構成する第１の回路基板の一方面と第２の実装回路部品を構成する第２の回路基板の他方面とに間に介挿され、一端が前記第１の回路基板に設けられた第１の永久磁石に吸着され、他端が前記第２の回路基板に設けられた第２の永久磁石に吸着されて、前記第１、第２の回路基板相互の間を回路接続した導電支柱をさらに具備し、
   前記導電支柱を複数用いて前記複数の実装回路部品を階層区分し立体的に配置し、三次元の部品配置による立体回路を形成したことを特徴とする請求項３に記載の電子機器学習装置。
7. 前記部品吸着板は、板面に前記永久磁石の前記他端側の端面とほぼ同形の吸磁性のプレートを前記所定の間隔を存して格子状に配置した非吸磁性のシート物により構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器学習装置。
8. 前記部品吸着板は、前記永久磁石の前記他端側の端面とほぼ同形の吸磁性のプレートを前記所定の間隔を存して前記配線板の板面に格子状に配置して構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器学習装置。

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