JP3119039U - ３次元ジグソーパズル式電子回路学習教材用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路図が分からなくても、また、回路図を見なくても、電子部品を組み立てて電子回路を作ることができ、完成した装置はデザイン性に優れていて、室内インテリアとしても利用できる、電子回路の学習教材及び玩具を提供する。
【解決手段】各電子部品一つ一つは透明な立方体（キューブと称する）の中に配線され、接続端子が、キューブの各表面に配置されている。各キューブを結合することによって、スケルトンタイプの大なる立方体が組み上がり、電流を供給する電源プレートに大なる立方体を結合すると電子回路は完成する。キューブはすべて着脱可能とし、各キューブ間の接続の組み合わせは着脱端子の配置関係によって一通りしかなく、誤って接続されることがないように設計されている。したがって、組み立てに当たっては、回路図がなくても、ジグソーパズル式に大なる立方体を完成させれば、電子回路を完成させることができる。
【選択図】図１

Description

本考案は電子部品の入ったブロックを結合して、電子回路への関心や電子回路の学習に補助的な役割を果たすための教材用装置及び教育用玩具に関する。

電子回路の学習には、プリント基板と半田ごてを使用するものの他に、多孔差仕込み型ソルダーレス・ブレッドボードに電子部品を取り付けて行う半田ごてを使用しない方法や（特許文献１参照。）、電子回路学習用テンペレートをこのソルダーレス・ブレッドボードにのせて、電子回路の組み立てを容易にする方法が存在する（実用新案文献１参照。）。また、ブレッドボードに電子部品の入ったブロックを取り付けて、電子部品の取り扱いを容易に行う方法が存在し（特許文献２参照。）、多数の電子部品ブロックを用意して百種以上の電子回路の学習に関する科学教材が存在する。ブロックには、電子回路を組み込むものもあり、電子回路ブロックをブレッドボード上に配置して高周波電子回路の学習に供するものも存在する（特許文献３参照。）。一方、電子部品や電子回路の入ったレゴ・ブロックをリード線で結合して、レゴ・ブロックを組み立て、動きのある玩具を完成させる、年少者への電子回路の学習とその導入に関する教育用玩具が存在する。
特許公開２００５−１１９００号公報 特許公表２００４−５１７３６２号公報 特許公開２００１−２４２７８２号公報

実用新案文献１

実用新案公開平７−７９９５号公報

既存の方法は、電子回路の原理の学習や電子回路開発の試験的な手段として、非常に優れているが、年少者、初心者あるいは女子にとって、電子回路の原理と電子回路図の難しさ、電子部品の扱いにくさなど、容易には電子回路の学習に取り組むことができない。また、電子回路の組み立てを誤って行い、完成できないために、電子回路の組み立てに消極的になることがある。更に、扱いやすい電子部品ブロックでも、組み立てた電子回路の完成品は、科学教材あるいは科学玩具という色彩を強くするためにデザイン性に欠ける点が多く、電子回路への関心を損なう場合がある。そこで、初心者に強い関心を抱かせるために、最初の段階では、説明や回路図がなくても間違わずに誰でも組み立てることができ、学習の必要に応じて電子回路部品の交換ができ、完成後には室内インテリアとして飾っておくことができるデザイン性の優れたものを必要とする。

本考案は電子部品を内蔵した、キューブと称する、小なる立方体ブロックｎ×ｎ×ｎ（ｎは２以上の自然数）個を、接続部で結合することによって、立体的に組み上げて大なる立方体を作り、この大なる立方体を電源プレートに結合することによって電子回路を完成させ、インテリアとして室内に置けるものを提供する。

キューブ同士は着脱可能で、結合には片方のキューブ表面中央に突出した接続凸部ともう片方のキューブ表面中央の接続穴とで機械的接続を行い、これらの接続部の周囲のキューブ表面に存在する金属の接続ピン又は金属の接続孔によって電気的接続を行う。この電気的接続端は、結合できる面が一組しか存在しないように、キューブ表面上に配置されている。従って、誤って他のキューブに結合することは回避され、三次元ジグソーパズルとしてｎ^３個のキューブを結合して、大なる立方体を組み上げ、さらに電源プレートに結合することによって、電子回路を完成させることができる。これにより、説明や回路図がなくても間違わずに誰でも電子回路を組み立てることができ、上記課題を解決できる。

キューブは透明又は着色透明樹脂の立方体の容器の中に電子部品が内蔵され、電子部品の端子はキューブ内側の電気的接続端に配線されている。そのためキューブの中の電子部品とその配線を外から見ることができ、図や記号ではなく、電子部品の実際の形態を知り、かつ、取り扱いが容易となる。さらに、完成された大なる立方体は透明樹脂のために、クリスタルな視覚的感覚を付与し、電源プレートと合わせて、室内インテリアとしての付加価値のある装置として、上記課題を解決できる。

大なる立方体の電源プレートとの結合面となる底面は、電気的接続端の接続ピンからのみになるように構成し、接続ピンの１個は他の接続ピンに比べて太く、電源プレートの接続孔の一つもこれに対応して太くする。これにより、大なる立方体と電源プレートの接続は、一通りの組み合わせしか存在しないので、誤って接続されることはない。

電子回路には、センサー回路や高周波回路等を想定できるが、キューブの一つ以上に発光ダイオードを内蔵して光学的効果を付加し、電流を供給する電源プレートは電源部の他に、スピーカーを内蔵して音響的効果を付加して、外部情報の応答を視覚化、音響化して、情報の変化を感覚として捉える構成にする。抵抗又はコンデンサーを内蔵したのキューブを交換した時に、その変化を感覚として捉えることができ、初歩的な電子回路の学習になる。また、クリスタルな視覚的感覚を生じる大なる立方体は、発光ダイオードの発光によって、暗所では全体が輝き、クリスタルな視覚的感覚を増強し、初心者の電子回路に対する関心を促進させ、上記課題を解決できるものである。

本考案は学童や電子回路工作の初心者、また、電子回路に苦手で敬遠しがちな女性にでも、電子回路の説明や回路図が無くても、ジグゾーパズルの遊び感覚で、電子回路を組み立てることができることを特徴としている。本考案の完成後には、光や音の出力によって、感覚に訴えることで、電子回路に強い関心を抱かせることができ、電子回路学習の導入に適している。更に、透明なキューブで構成される本装置は、クリスタルな感覚でデザイン性があり、インテリアとして、室内に飾ることができ、屋内暗所では発光ダイオードの発光によって本装置全体が発光するので、装飾性に優れている。そのため、室内で身近に置かれることによって、いつでも手に取れて、分解、組み立てを繰り返しできるので、この作用によっても、電子回路に関心を抱かせることができる。発展して学習したい初心者には、互換できる抵抗やコンデンサーのキューブを準備しておき、回路定数を変えることによって電子回路に於ける抵抗やコンデンサーの役割が理解できるように、電子回路学習教材としての初歩的な学習プログラムを組むことができる。また、組み込む光センサー回路によって、プリズムを用いての分光の概念や可視光以外の赤外線や紫外線について、学習できるなど完成後に新たな学習を生み出すことができる。更に、赤外線リモコンを用いて、光を音に変換する本考案の実施例の回路を用いれば、メロディーを作ることもでき、本装置をいくつか集めて、合奏を行い、光と音のページェントを創造できるなど、本装置にデザイン性を付加したことによる効果が期待できる。脳を使い、手を動かし、光と音の感覚を刺激することによって、高齢者のぼけ防止にもつながる。このように、本考案は電子回路学習の導入に補助的な役割を果たすだけでなく、統合的な効果があり、実用性に優れている。

本考案は透明なプラスチックまたはアクリル材でできた、キューブ（１）と称する小なる立方体形状のブロック同士（図１（ａ））を、接続凸部（２）と接続穴（３）及び接続ピン（４）と接続孔（５）によって結合し、大なる立方体（７）を作る（図２）。この大なる立方体の底面は接続ピン（１５）を有し、電源部である電源プレート（８）に接続することにより本考案の装置は完成する（図１（ｂ））。キューブには斜視断面図（図１（ａ）左図）で示すように電子部品（６）が内蔵され、キューブの結合により組み立てられた大なる立方体と電源プレートとの接続で電子回路が完成する（図１（ｂ））。

キューブ表面の接続凸部（２）又は接続穴（３）は、面中央に位置する（図１（ａ））。接続凸部（２）はキューブと同じ材質で、円柱状の凸部となり、その直径は、例えば、キューブの一辺の長さの４分の１程度で、高さはキューブ面の厚さを少し超える程度とし、円の直径に沿って、凸部には切れ目（１３）が入る。接続穴（３）の太さは接続凸部（２）が隙間なく保持するのに適した大きさにする。接続凸部（２）と接続穴（３）はキューブのすべての面にあるとは限らず、組み立てた大なる立方体の表面に当たる面には存在しない。

キューブの面には接続凸部（２）又は接続穴（３）の他に、その周囲に、電気的接続を行うための接続ピン（４）ないしは接続孔（５）が２個ずつ必ずある。図１（ａ）に示された２個のキューブの向かい合う面（１１）の接続ピンともう片方の面（１２）の接続孔は互いに鏡像の位置関係にあるように配置して、キューブ同士を結合させる。しかし、結合できる組合せ面は、ただ一組しか存在しないように、それぞれ異なる配置にする。その結果、三次元ジグソーパズルとして、大なる立方体を完成させることができる。また、電源プレートと接続する一個のキューブの面には一本の接続ピンのみとする（１５）。図２には実施例として、３×３×３個（２７個）のキューブを組み立てた大なる立方体を示しており、電源プレートと接続する面からは９本の接続ピンが存在することになる。また、これらの接続ピンのうち、１本は太い接続ピン（１６）とし、これに対応させて、実施例の９つの電源プレートの接続孔のうち、１つは太い接続孔（１７）にする（図３）。その結果、大なる立方体と電源プレートとの結合方法は一組しか存在しない。

接続ピン（４）及び接続孔（５）は伝導性の良い銅等の金属を用い、接続ピンとなる金属棒と、接続孔となる金属パイプはキューブ内部に突出し、回路構成の配線の必要に応じてキューブ内部で電子部品と接続する（図１（ａ））。接続ピンとなる金属棒と、接続孔となる金属パイプはねじ切り（１４）をし、キューブ面のねじ切りをした孔に、接続ピン又は接続孔をねじ止めしてキューブに固定する。このとき、接続孔となる金属パイプはキューブの内側より、ねじ止めをしなければならないので、あらかじめ、キューブの一面を開放したキューブにしておき（図４（ａ））、ねじ止め及び電子部品の挿入後に、蓋（１９）をしてキューブを完成させる（図４（ｂ））。

電子部品（６）は、図４（ａ）に示すように、あらかじめ接続金具（１８）にハンダ付けをしておき、これをキューブ内に挿入し、接続金具をキューブ内部の接続ピン（４）となる金属棒、ないしは接続孔（５）となる金属パイプに差し込んで、スポットウェルダーで電気溶着する。キューブ内部に電子部品を接続後、蓋をかぶせて（図４（ｂ））、接着剤で接着、固定し、キューブを完成させる。このとき、できる限り、配線のないキューブ面が蓋となるように設計する。

図５は赤外線を受光して音と可視光に変換する、一般に普及している初歩的なセンサー回路で、この実施例について説明しておく。このセンサー回路を、３×３×３（合計２７）個のキューブで三次元的に構成するため、回路図を二点鎖線で示したＡ、Ｂ、Ｃの３つのブロックと、それ以外のブロックに分け、Ａブロックを大なる立方体の上段部（２０）に、Ｂブロックをその中段部（２１）に、Ｃブロックをその下段部（２２）にし、それ以外の部分を電源プレート（８）に配置する。立体的な配線を分かりやすくするために、便宜的に電子部品を記号で表し、各段内の配線を平面で示したのが図６、図７、図８、図９である。

図６は上段（２０）のＡブロックの回路で、赤外線受光ダイオードＰＤを有するセンサー部になる。キューブ内の配線は太い実線、キューブ同士の電気的接続端は更に太い実線で示してある。キューブａは赤外線受光ダイオードを内蔵し、そのカソードはキューブｂとの接続端の一つに電気的接続をし、キューブｂ内では、このリード線（２３）を中段のキューブｅへと電気的接続をする接続端子（２４）へと配線する。各キューブの間には電気的接続端が２本示されているが、黒抜きにした電気的接続端がキューブ同士を電気的に接続し、斜線の電気的接続端は配線されない。赤外線受光ダイオードのカソードはまた、キューブｃの接続端子（２５）を経て、中段へ接続する。赤外線受光ダイオードのエミッタはキューブｄの接続端子（２６）を経て、中段へ接続する。

図７は中段（２１）のＢブロックの回路で、トランジスターＴｒ１、Ｔｒ２を有する増幅部になる。キューブｅは上段のキューブｂとの電気的接続端を、下段のキューブｋとの電気的接続端子へとキューブ内で配線するため、図７の平面図ではその配線が現れないので、黒丸の接続端（２７）として表しておく。キューブｆのトランジスターＴｒ１と接続する黒丸の接続端（２８）は上段キューブｃの電気的接続端へと配線する。キューブｇの黒丸の接続端（２９）は、上段のキューブｄと下段のキューブｍとの両方の接続端へ配線し、キューブｈの黒丸の接続端（３０）は下段のキューブｎと、キューブｉの黒丸の接続端（３１）は下段のキューブｎへの接続端とそれぞれ、配線する。

図８は下段（２２）のＣブロックの回路で、発光ダイオードＬＥＤを有する出力部になる。キューブｊは発光ダイオードを内蔵し、図の如く配線される。キューブｋの黒丸の端子（３２）は下段の電源プレートへ接続する１本の端子で、上段のキューブｅへの接続端へとキューブ内で配線される。キューブｌの電源プレートへの接続端子（３３）は上段キューブｉへの接続端へと、キューブｍの電源プレートへの接続端子（３４）は上段キューブｇへの接続端へと、キューブｎの電源プレートへの接続端子（３５）は上段キューブｈへの接続端へと、それぞれ配線される。すなわち、接続端（３２）は図９の電源プレートの接続孔（３６）と接続して、可変抵抗ＶＲと接続する。接続端（３５）は電源プレートの接続孔（３７）と接続して、プラスのバッテリー電源と接続する。接続端（３４）は電源プレートの接続孔（３８）と接続して、マイナスのバッテリー電源と接続する。接続端（３３）は電源プレートの接続孔（３９）と接続して、音の出力部となるスピーカーのトランスの一端へと接続する。図１０には、上段部（２０）の回路（４０）、中段部（２１）の回路（４１）、下段部（２２）の回路（４２）と電源プレート（８）の回路（４３）との上下方向の接続を明らかにするために、便宜的に平面にした各段を接続した参考図を示してある。

電源プレート（図３）には、実施例（図９）では電池を用いているが、一般に用いられるＡＣ−ＤＣスイッチングレギュレーターなどの安定化電源から供給する場合もある。また、スピーカーを内蔵し、音量の調節を行い、電源スイッチ（９）と音量調節ダイヤル（１０）を有する。この実施例のように、キューブ内部の電子部品は初歩的な学習を目的とするために、通常は一個の電子部品を内蔵するが、電子回路によっては複数の電子部品やＩＣを内蔵する場合もある。図１（ｂ）は大なる立方体と電源プレートを装着して、完成した本考案の実施例である。

本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の基本構成要素となるキューブの上部斜視図（（ａ）の右図）と上部斜視断面図（（ａ）の左図）、及びキューブを組み立てて完成した当該装置の上部斜視図（ｂ）である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置のキューブ、２７個を組み立てた大なる立方体の下部斜視図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の電源プレートの上部斜視図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置のキューブへの電子部品の挿入図（ａ）とキューブの蓋の上部斜視図（ｂ）である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の実施例とした電子回路図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の実施例とした電子回路のうちの一部であるＡブロック分を、大なる立方体の上段部に適用した配線図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の実施例とした電子回路のうちの一部であるＢブロック分を、大なる立方体の中段部に適用した配線図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の実施例とした電子回路のうちの一部であるＣブロック分を、大なる立方体の下段部に適用した配線図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の実施例とした電子回路のうちの、電源部である電源プレート部の配線図である。 本考案に係る三次元ジグソーパズル式電子回路学習用教材装置の実施例とした電子回路の立体的構成を簡便に示した配線図である。

符号の説明

１・・・キューブ
２・・・接続凸部
３・・・接続穴
４・・・接続ピン
５・・・接続孔
７・・・大なる立方体
８・・・電源プレート
１４・・・接続ピン及び接続孔となる金属チューブのねじ部
１５・・・大なる立方体底部の接続ピン
１６・・・大なる立方体底部の太い接続ピン
１７・・・電源プレートの太い接続孔
１８・・・金属金具
１９・・・キューブの蓋

Claims (6)

1. 電子部品を内蔵した、キューブと称する、小なる立方体のブロックｎ×ｎ×ｎ（ｎは２以上の自然数）個を、立体的に組み上げて大なる立方体を作り、大なる立方体を電源プレートに結合することによって完成する、電子回路の学習教材用装置及び教育用玩具。
2. キューブ同士は着脱可能で、キューブ間の結合はキューブ表面中央の接続凸部と接続穴及び、接続凸部又は接続穴の周囲に配置されたキューブ間の電気的接続部である金属の接続ピンと金属の接続孔によって行われ、各キューブの結合によって組み立てられる大なる立方体は、その底面に金属の接続ピンが並び、大なる立方体の電子回路に電流を供給できる電源プレートの金属の接続孔に着脱できる、請求項１記載の電子回路の学習教材用装置及び教育用玩具。
3. キューブ同士の結合は、互いに鏡像の位置関係にある、電気的接続ピンを有する面と電気的接続孔を有する面とのみただ一つ組み合わされ、すべてが異なった組合せでキューブ間の接続を可能とするため、三次元ジグソーパズルとして大なる立方体を構成できることを特徴とする、請求項１記載の電子回路の学習教材用装置及び教育用玩具。
4. 各キューブは透明又は着色透明で、内蔵された電子部品とその配線を見ることができる、請求項１記載の電子回路の学習教材用装置及び教育用玩具。
5. 大なる立方体の着脱端子の１個は他の接続ピンに比べて太く、電源プレートの接続孔の一つもこれに対応して太く、大なる立方体と電源プレートの接続は一通りの組み合わせしか存在しない、請求項１記載の電子回路の学習教材用装置及び教育用玩具。
6. キューブの一つ以上に発光ダイオードを内蔵して光学的効果を付加し、電流を供給する電源プレートは電源部の他に、スピーカーを内蔵して音響的効果を付加する、請求項１記載の電子回路の学習教材用装置及び教育用玩具。

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