JP6588759B2 - 電子機器学習装置 - Google Patents

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、個人用電子学習キットとして学習者個人に提供される、学習者が所望する機能を備えた電子機器の組立実習に際して、上記キットに含まれる各種の電子パーツを同キットに含まれるプリント基板に組込実装する以前に、上記各種の電子パーツを有効に活用して各種電子回路の学習を効率よく実施できる電子機器学習装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る電子機器学習装置は、導電パターンおよび部品実装面を有した小片基板、間隔を存して前記小片基板に設けられた複数の電極取付部、および棒状の導電性磁性体金属により構成され、一端が前記導電パターンに接続された状態で前記電極取付部に固定され、他端が前記小片基板の厚み方向に突出した複数の外部接続電極を備えた電子パーツユニットと、前記部品実装面に実装されて前記導電パターンに導通接続される回路部品と、前記外部接続電極の間隔を基準ピッチとして縦横に配置された複数の永久磁石を有する学習ベースと、前記各永久磁石の配置と同じ配置の電極配置ガイドマークおよび隣接した前記電極配置ガイドマークにわたる配線ガイドマークが記され、かつ前記配線ガイドマーク上に配線パターンが描画される配線パターン形成面を有して、前記学習ベースに前記配線パターン形成面が露出した状態に載置されるサーキットカードと、を具備し、
前記学習ベースは、前記サーキットカードが前記配線パターン形成面を露出した状態で載置されるカード載置部を備え、
前記永久磁石は、柱状をなし、軸方向を前記カード載置部に直交させて前記軸方向に移動可能に設けられており、
前記学習ベース上の前記サーキットカードに対して、前記電子パーツユニットが前記サーキットカードに複数載置されて、前記外部接続電極が前記永久磁石に吸引された状態で前記回路部品と前記配線パターンとが回路接続され、前記学習ベース上に電子回路が形成され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、前記電子パーツユニットは、前記回路部品のリードが挿通された状態で前記リードに接合するピンソケットを有し、このピンソケットを介して前記回路部品が前記部品実装面に実装され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、前記学習ベースは、前記サーキットカードが前記配線パターン形成面を露出した状態で載置されるカード載置部と、前記配線パターンの描画に用いる導電性インクペンを保持するペン保持部とを備え、前記導電性インクペンにより前記カード載置部に載置された前記サーキットカードの前記配線パターン形成面に前記配線パターンが描画され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、前記永久磁石は、柱状をなし、軸方向を前記カード載置部に直交させて前記軸方向に移動可能に設けら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、半導体素子の端子が接続可能なメス型コネクタを前記小片基板に有して、前記半導体素子を前記コネクタおよび前記導電パターンを介し前記外部接続電極に回路接続する半導体素子実装用電子パーツユニット、および手動操作部を有した電子パーツを前記小片基板に有して、前記電子パーツを前記導電パターンを介し前記外部接続電極に回路接続する電子パーツ実装済電子パーツユニット、またはそのいずれかの電子パーツユニットをさらに具備したことを特徴とする。

本発明によれば、個人用電子学習キットとして学習者個人に提供される、学習者が所望する機能を備えた電子機器の組立実習に際して、上記キットに含まれる各種の電子パーツを同キットに含まれるプリント基板に組込実装する以前に、上記した各種の電子パーツを有効に活用した各種電子回路の学習を効率よく実施できる。

本発明の実施形態に係る電子機器学習装置の要部の構成を示す一部を切欠した斜視図。 上記電子機器学習装置の適用例を示す平面図。 上記電子機器学習装置に用いられる電子パーツユニットの構成を示す側面図。 上記電子機器学習装置に用いられる電子パーツ実装済電子パーツユニットの構成例を示す平面図（ａ）、側面図（ｂ）および背面図（ｃ）。 上記電子機器学習装置を用いた電子回路の一構成例を示す回路図。

本発明の実施形態に係る電子機器学習装置は、個人用電子学習キットとして学習者個人に提供される、学習者が所望する機能を備えた電子機器の組立実習に際して、上記キットに含まれる電子回路の回路素子となる、例えば抵抗、コンデンサ、ダイオード、サーミスタ、ＬＥＤ、ＣＤＳ、光電変換素子、その他半導体素子等の所謂電子パーツを同キットに含まれるプリント基板に組込実装する以前に、上記した電子回路の回路素子となる電子パーツを有効に活用して、後述する電子パーツユニット１０、サーキットカード２０および学習ベース３０を用い、各種電子回路の学習を効率よく実施可能にしている。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。本発明の実施形態に係る電子機器学習装置の要部の構成を図１に示し、上記電子機器学習装置により学習した電子機器の構成例を図２に示し、上記電子機器学習装置の一構成要素をなす電子パーツユニットの構成を図３に示し、手動操作部を有した電子パーツを小片基板に有した電子パーツ実装済電子パーツユニットの構成を図４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、図１乃至図４に示すように、電子パーツユニット１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）と、電子パーツとなる回路部品Ｐｎ（Ｐｎ＝Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…）と、サーキットカード２０と、学習ベース３０と、導電性インクペンＡｇと、電源パーツ５０と、負荷パーツ６０と、接続ケーブルＣＣとを具備して構成されている。

電子パーツユニット１０ａは、図１および図３に示すように、部品実装面ｆａおよびパターン形成面ｆｂと導電パターン１０ｐを有した小片基板ＴＢと、間隔を存して小片基板ＴＢに設けられた複数の電極取付部となるホール１１ｈ，１１ｈと、棒状の導電性磁性体金属により構成され、一端が導電パターン１０ｐに接続された状態で電極取付部１１ｈに固定され、他端が小片基板ＴＢの厚み方向すなわちパターン形成面ｆｂに対して直交する方向に突出した複数の外部接続電極１１，１１と、コンデンサ、抵抗、ダイオード、サーミスタ等の各種２端子（２リード）回路部品Ｐ１が実装される複数のピンソケット１２，１２とを備えて構成されている。

外部接続電極１１，１１およびピンソケット１２，１２はそれぞれ小片基板ＴＢに設けたランド付のスルーホールに嵌挿されて、はんだ（Ｓ）により小片基板ＴＢに固定され、外部接続電極１１とピンソケット１２との間が導電パターン１０ｐにより回路接続されている。

外部接続電極１１，１１の他端はサーキットカード２０および学習ベース３０を用いた後述する電子回路の学習時においてサーキットカード２０に描画された配線パターンＰＴに接触する接触面を形成している。

ピンソケット１２，１２は、それぞれリード挿通端子１２ｈを有し、上記電子回路の学習時において、リード挿通端子１２ｈに回路部品Ｐｎのリードが挿通されると挿通されたリードに接合し、回路部品Ｐ１を導電パターン１０ｐを介して外部接続電極１１，１１に回路接続する。図示する実施形態ではピンソケット１２，１２にシングルピン・メス型ソケットを用いているが、多ピン型のピンソケットを用いて複数ピンのうちの任意のピンソケットを用いることのできる構成としてもよい。

回路部品Ｐｎは、電子回路の回路素子となる、例えば抵抗、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、サーミスタ、ＬＥＤ、ＣＤＳ、光電変換素子等の２端子リードの回路部品Ｐ１や、３端子以上のリードをもつ、例えばトランジスタ、３端子ＩＣ等の回路部品Ｐ２や、手動操作部を有する、例えばスイッチ類、可変抵抗器等の回路部品Ｐ３を含む所謂電子パーツであり、この実施形態では、学習者が所望する機能を備えた電子機器を組み立てるプリント基板とともに個人用電子学習キットとして学習者個人に提供されるもので、上記プリント基板に組込実装する以前に、上記した電子回路の回路素子となる電子パーツＰｎを有効に活用して、上記電子パーツユニット１０、サーキットカード２０および学習ベース３０を用い、各種電子回路の学習を可能にしている。

サーキットカード２０は、導電性インクペンＡｇを用いた配線パターンＰＴの描画が可能な配線パターン形成面２０ａを有し、この配線パターン形成面２０ａに配線パターンＰＴが描画された後、サーキットカード２０が配線パターン形成面２０ａを露出した状態で学習ベース３０に位置決めして載置される。この配線パターン形成面２０ａには学習ベース３０に設けられた後述する永久磁石の配置と同じ配置の電極配置ガイドマーク（ｇ）および隣接した電極配置ガイドマーク（ｇ−ｇ）にわたる配線ガイドマーク（Ｌ）が記され、この各ガイドマーク（ｇ，Ｌ）を参照して同マーク（ｇ，Ｌ）上に、導電性インクペンＡｇにより配線パターンＰＴが描画される。なお、図示する実施形態では配線パターン形成面２０ａに電極配置ガイドマーク（ｇ）を５×７＝３５個配置して、その各マーク（ｇ）に連続する１〜３５の丸数字（図示せず）を付している。

学習ベース３０は、サーキットカード２０が配線パターン形成面２０ａを露出した状態で位置決めされて載置されるカード載置部３０ａと、導電性インクペンＡｇを保持するペン保持部３０ｂを有する。カード載置部３０ａはカード載置面を形成する薄膜状の非磁性材料により構成された仕切部材３１とサーキットカード２０を収める枠状部とにより形成される。さらに学習ベース３０は、電子パーツユニット１０に設けられた外部接続電極１１，１１の間隔を基準ピッチとして縦横に配置された複数の永久磁石Ｍｇ，Ｍｇ，…を有する。この図では、仕切部材３１で仕切られた学習ベース３０の内部にマグネット支持部材３２が設けられ、５×７＝３５（５×７）個の円柱状の永久磁石Ｍｇ，Ｍｇ，…がそれぞれ軸方向をカード載置部３０ａに直交させ磁極を一様にして軸方向（図示矢印ａ参照）に移動可能にマグネット支持部材３２と仕切部材３１とにより支持されている。

この学習ベース３０のカード載置部３０ａにサーキットカード２０を配線パターン形成面２０ａを露出させた状態で載置し収めることにより、永久磁石Ｍｇ，Ｍｇ，…と電極配置ガイドマーク（ｇ）が配線パターン形成面２０ａに対して直交する方向に同位置に配置される。この状態で配線パターン形成面２０ａ上に電子パーツユニット１０を外部接続電極１１，１１を電極配置ガイドマーク（ｇ）に位置合わせして載置することにより、外部接続電極１１，１１が同電極に近接して配置された永久磁石Ｍｇ，Ｍｇに吸引されて、電子パーツユニット１０に実装された回路部品Ｐｎと配線パターン形成面２０ａに描画された配線パターンＰＴが回路接続され、上記同様に電極を位置合わせして配線パターン形成面２０ａ上に複数の電子パーツユニット１０を置くことにより学習ベース３０上に所望の電子回路が形成される。

電子パーツユニット１０には、図３に示した一対のリード挿通端子１２ｈ，１２ｈを有した任意の電子部品を選択して実装するタイプの電子パーツユニット１０ａ以外に，図１に例示するように、３端子半導体素子（図ではトランジスタ：Ｐ２）の各リードが接続可能なメス型コネクタＣＮを小片基板ＴＢに有して、上記半導体素子Ｐ２を上記コネクタＣＮおよび上記導電パターン１０ｐを介し３個の外部接続電極１１，１１，１１に回路接続する半導体素子実装用電子パーツユニット１０ｂが共用電子パーツとして予め用意される。また図４に例示するように、手動操作部を有した電子パーツ（図ではタクトスイッチ：Ｐ５）を上記小片基板ＴＢに有して、上記電子パーツＰ５を上記導電パターン１０ｐを介し上記外部接続電極１１，１１に回路接続する電子パーツ実装済電子パーツユニット１０ｃが共用電子パーツとして予め用意される。さらに図５に例示するように、外部接続電極１１，１１の相互を導電パターンで直接接続した回路接離用電子パーツユニット１０ｄが簡易オン／オフスイッチとして予め用意される。

これらの電子パーツユニット１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を選択して用い、上記同様に電極を位置合わせして配線パターン形成面２０ａ上に複数の電子パーツユニット１０を置くことにより、学習ベース３０上に、３端子以上の半導体素子や手動操作素子を実装した所望の電子回路が形成される。

このように学習ベース３０上で電子パーツユニット１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を用いて任意の電子回路を容易に形成でき、学習ベース３０は、所謂、実験基板として作用する。また電子パーツユニット１０に実装される電子パーツは実験用回路素子として作用し実験に援用される。

学習ベース３０上に所望の電子回路を形成した後、図２に示すように、接続ケーブルＣＣを用いて、上記学習ベース３０上に形成した電子回路に、動作用電源を供給する電源パーツ５０と、負荷パーツ６０を回路接続することにより、負荷パーツ６０が電源パーツ５０から供給される電源を動作用電源として上記学習ベース３０上に形成した電子回路により動作制御される、特定の機能を有した電子回路もしくは電子機器を学習ベース３０上に実現することができる。

接続ケーブルＣＣと上記各パーツ（５０，６０）との接続インターフェイスは既存のコネクタを用いた接続インターフェイスであってもよいが、この実施形態では接続ケーブル側の電極に永久磁石を用い、パーツ側の電極（５１−５２、６１−６２）に導電性磁性体金属を用いた接続インターフェイスとして、接続ケーブルＣＣの着脱を容易化している。

電源パーツ５０は、個人用供給キットに含まれる電池ホルダーを用いた電池電源を適用しているが、例えば充電アダプタの出力端を接続ケーブルＣＣに接続したアダプタ電源であってもよい。負荷パーツ６０は、個人用供給キットに含まれるＬＥＤ、スピーカが適用される。

学習ベース３０上に実現される電子回路もしくは電子機器について、その具体例を挙げると、例えば、電源パーツ５０から供給される電源を電池電源とし、負荷パーツ６０を照明用ＬＥＤとして、学習ベース３０上で、ＬＥＤの照明用電源回路に、抵抗の並列回路、直列回路、積分回路、ＣＤＳ回路、スピーカをマイクとして用いた増幅回路等を逐次介挿することで、これら各種回路の機能や特性の実験が可能となる。

この学習ベース３０上で実現した電子機器の回路構成例を図５に示している。ここでは、負荷パーツ６０に照明用ＬＥＤを用い、スイッチに回路接離用電子パーツユニット１０ｄを簡易オン／オフスイッチとして用いたＬＥＤ照明スタンドの点灯制御回路を実現している。

上述したように本発明の実施形態によれば、個人用電子学習キットとして学習者個人に提供される、学習者が所望する機能を備えた電子機器の組立実習に際して、上記キットに含まれる電子回路の回路素子となる、例えば抵抗、コンデンサ、ダイオード、サーミスタ、ＬＥＤ、ＣＤＳ、光電変換素子、その他半導体素子等の所謂電子パーツを同キットに含まれるプリント基板に組込実装する以前に、上記した電子回路の回路素子となる電子パーツを有効に活用し、学習ベース３０を実験基板として、電子回路、電子機器の学習を効率よく実習できる。

上記した実施形態では、学習ベース３０上に形成した回路に動作用電源を供給する電源パーツ５０およびその動作用電源により動作する負荷パーツ６０と、電子パーツＰｎと、サーキットカード２０と、上記電子パーツを組み込むプリント基板と、各種実験回路を含む組立説明書を個人用供給キットとして提供し、学習ベース３０、導電性インクペンＡｇ、接続ケーブルＣＣ、電子パーツユニット１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を複数の学習者が共用する共用供給キットとして提供したが、これに限らず、他のキット構成であってもよい。

また、サーキットカード２０および学習ベース３０の電極構成数も上記実施形態に限らず、より多くの電極配置による構成であってもよく、要は本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更が可能である。

１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）…電子パーツユニット、１１…外部接続電極、１２…ピンソケット、２０…サーキットカード、２０ａ…配線パターン形成面、３０…学習ベース、３０ａ…カード載置部、３０ｂ…ペン保持部、５０…電源パーツ、６０…負荷パーツ、Ａｇ…導電性インクペン、ｇ…電極配置ガイドマーク、Ｍｇ…永久磁石、ＣＣ…接続ケーブル、Ｐｎ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…）…回路部品、ＰＴ…配線パターン、ＴＢ…小片基板。

Claims (7)

1. 導電パターンおよび部品実装面を有した小片基板、間隔を存して前記小片基板に設けられた複数の電極取付部、および棒状の導電性磁性体金属により構成され、一端が前記導電パターンに接続された状態で前記電極取付部に固定され、他端が前記小片基板の厚み方向に突出した複数の外部接続電極を備えた電子パーツユニットと、
   前記部品実装面に実装されて前記導電パターンに導通接続される回路部品と、
   前記外部接続電極の間隔を基準ピッチとして縦横に配置された複数の永久磁石を有する学習ベースと、
   前記各永久磁石の配置と同じ配置の電極配置ガイドマークおよび隣接した前記電極配置ガイドマークにわたる配線ガイドマークが記され、かつ前記配線ガイドマーク上に配線パターンが描画される配線パターン形成面を有して、前記学習ベースに前記配線パターン形成面が露出した状態に載置されるサーキットカードと、
   を具備し、
   前記学習ベースは、前記サーキットカードが前記配線パターン形成面を露出した状態で載置されるカード載置部を備え、
   前記永久磁石は、柱状をなし、軸方向を前記カード載置部に直交させて前記軸方向に移動可能に設けられており、
   前記学習ベース上の前記サーキットカードに対して、前記電子パーツユニットが前記サーキットカードに複数載置されて、前記外部接続電極が前記永久磁石に吸引された状態で前記回路部品と前記配線パターンとが回路接続され、前記学習ベース上に電子回路が形成されることを特徴とする電子機器学習装置。
2. 前記電子パーツユニットは、前記回路部品のリードが挿通された状態で前記リードに接合するピンソケットを有し、このピンソケットを介して前記回路部品が前記部品実装面に実装されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器学習装置。
3. 前記学習ベースは、前記配線パターンの描画に用いる導電性インクペンを保持するペン保持部とを備え、前記導電性インクペンにより前記カード載置部に載置された前記サーキットカードの前記配線パターン形成面に前記配線パターンが描画されることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器学習装置。
4. 半導体素子の端子が接続可能なメス型コネクタを前記小片基板に有して、前記半導体素子を前記コネクタおよび前記導電パターンを介し前記外部接続電極に回路接続する半導体素子実装用電子パーツユニット、および手動操作部を有した電子パーツを前記小片基板に有して、前記電子パーツを前記導電パターンを介し前記外部接続電極に回路接続する電子パーツ実装済電子パーツユニット、または前記半導体素子実装用電子パーツユニット、または前記電子パーツ実装済電子パーツユニットをさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器学習装置。
5. 前記配線パターン形成面に形成した配線パターンに動作用電源を供給する接続ケーブル、および前記配線パターン形成面に形成した配線パターンに負荷パーツを接続する接続ケーブルをさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器学習装置。
6. 前記配線パターン形成面に形成した配線パターンに動作用電源を供給する電源パーツ、および前記配線パターン形成面に形成した配線パターンに接続されて前記動作用電源により動作する負荷パーツと、前記動作用電源により前記負荷パーツを動作制御する回路部品と、回路学習に用いる前記サーキットカードと、前記回路部品と前記電源パーツと前記回路部品とを相互に接続して電子機器を組み立てるプリント基板とを個人用供給キットとして提供することを特徴とする請求項１に記載の電子機器学習装置。
7. 前記学習ベース、前記サーキットカードに前記配線パターンを描画する導電性インクペン、電源パーツおよび負荷パーツを前記サーキットカードに描画された前記配線パターンに回路接続する接続ケーブル、半導体素子の端子が接続可能なメス型コネクタを前記小片基板に有した半導体素子実装用電子パーツユニット、手動操作部を有した電子パーツを前記小片基板に有した電子パーツ実装済電子パーツユニットを複数の学習者が共用する共用供給キットとして提供することを特徴とする請求項１又は６に記載の電子機器学習装置。
   

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