(57)【要約】      （修正有）【課題】三相交流や単相交流を直流に変換する様々な整流回路について、その構造と働きを一枚の基板上で直接学習できるようにした、電気の初学者に適した教材用電気回路基板を提供する。【解決手段】基板に電気回路が配置された教材用電気回路基板であって、上記基板には、複数の整流回路が配置され、上記基板の表面において上記整流回路の配線状態を視認しうることを特徴とする教材用電気回路基板。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基板に電気回路が配置された教材用電気回路基板であって、
上記基板には、複数の整流回路が配置され、
上記基板の表面において上記整流回路の配線状態を視認しうることを特徴とする教材用電気回路基板。
【請求項２】
上記基板には、入力された三相交流電流を直流電流に変換して出力しうる三相全波整流回路が配置されていることを特徴とする請求項１記載の教材用電気回路基板。
【請求項３】
上記基板には、上記三相全波整流回路と、
入力された単相交流電流を直流電流に変換して出力しうる単相全波整流回路と、
入力された単相交流電流を直流電流に変換して出力しうる単相半波整流回路とが配置されていることを特徴とする請求項１〜２記載の教材用電気回路基板。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は教材用電気回路基板に係り、特に、複数の整流回路が基板に配置された教材用電気回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の回路構成部品が半田付け等によって基板に固定された教材用電気回路基板が、電気回路を楽しみながら学習することができる教材として広く知られている。
【０００３】
教材用電気回路基板の一例として、学習者が同一方向に反復操作する直線運動に基づいて、正逆の回転力を交互に繰り返し生じさせると共に、この回転力に慣性を付勢する正逆慣性回転手段と、この正逆慣性回転手段による正逆回転に伴う交流電流を発電する交流発電手段と、これら正逆慣性回転手段および交流発電手段を支持する支持体とを有し、発電原理を学習者に体験的に学習させる構成とした電源回路の学習教材が存在する（例えば、特許文献１）。
その他の例として、持運び可能な収納ケースと、収納ケースの内部に設けられ回路が形成される回路設置板と、回路設置板に区画形成された少なくとも２つの領域と、一の領域内に配置された比較的高電圧回路用の部品と、他の領域内に配置された比較的低電圧回路用の部品とを具備したことを特徴とする電気・電子回路用研修装置が存在する（例えば、特許文献２）。
しかしながら、上記のような教材用電気回路基板は、回路の構造が複雑であり、その回路の構造を理解するためには豊富な予備知識を要し、電気初学者を対象とした教材ではない。
また、初学者が上記のような教材を使用する際には、電気回路を構成する抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ等の回路構成部品の働きについて、あらかじめ理解しておかなければならないため、電気初学者のためには、個々の回路構成部品の働きを容易に学習できるような教材が必要である。
【０００４】
このような電気初学者向けの教材の一つとして、交流電流を直流電流に変換する働きを持つダイオードを備えた教材用電気回路基板が存在する。
ダイオードを備えた電気回路は、一般的に整流回路と称されており、回路の構造によって出力される電流の働きが異なる。例えば、全波整流と半波整流の違いや、コンデンサを接続した場合の容量の違いが挙げられる。
このように、整流回路には様々な種類が存在し、各種整流回路を総合的に学習できる教材が求められている。
また、近年の電子技術の発展に伴い、幼年期から電子技術の基礎を体感できる人材を数多く創り出し、電子技術の裾野を広げるという教育上の観点においても必要な教材である。
しかしながら、これまで、各種の整流回路を学生が容易に使用できるように構成した教材は存在しなかった。
【０００５】
一方、整流回路に関連した教材においては、単相交流に対応した教材は従来から存在するが、三相交流に対応した教材は存在しなかった。
これは、一般的に普及している三相交流は、最低でも電圧が２００Ｖであり、学校や一般家庭での使用が非常に危険であったためである。
ところが、近年、数Ｖで発電しうる手回し三相交流発電機が教材用として登場し、学校内や家庭内でも、大切な三相交流の実験・体験をすることができるようになった。
そのため、電気初学者であっても容易に使用できるような、三相交流と単相交流における電気の働きと回路の構造を視覚的に理解することができる教材が求められている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０２２２６８号公報
【特許文献２】特開２００２−１４９０５５号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本考案の課題は、三相交流や単相交流を直流に変換する様々な整流回路について、その構造と働きを一枚の基板上で直接学習できるようにした、電気の初学者に適した教材用電気回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の考案は、基板に電気回路が配置された教材用電気回路基板であって、上記基板には、複数の整流回路が配置され、上記基板の表面において上記整流回路の配線状態を視認しうることを特徴とする。
【０００９】
即ち、請求項１記載の本考案に係る教材用電気回路基板にあっては、複数の整流回路を容易に比較して理解することができるように構成されている。
【００１０】
また、請求項２記載の考案は、上記基板には、入力された三相交流電流を直流電流に変換して出力しうる三相全波整流回路が配置されている。
【００１１】
即ち、請求項２記載の本考案に係る教材用電気回路基板にあっては、三相全波整流回路を学習することができるように構成されている。
【００１２】
また、請求項３記載の考案は、上記基板には、上記三相全波整流回路と、入力された単相交流電流を直流電流に変換して出力しうる単相全波整流回路と、入力された単相交流電流を直流電流に変換して出力しうる単相半波整流回路とが配置されている。
【００１３】
即ち、請求項３記載の本考案に係る教材用電気回路基板にあっては、代表的な各種整流回路を一枚の基板上に配置するように構成されている。
【考案の効果】
【００１４】
請求項１記載の本考案に係る教材用電気回路基板にあっては、複数の整流回路が一枚の基板に配置され、各種整流回路を一枚の基板で容易に比較することができるため、各種の整流回路の働きを容易に学習することができる。
また、配線等の回路の構造を一枚の基板上で視認することができるため、各種の整流回路の構造を視覚的に理解することができる。
【００１５】
また、請求項２記載の本考案に係る教材用電気回路基板にあっては、三相全波整流回路が配置されていることから、三相交流の性質及び三相交流から直流に変換する回路の構造を視覚的に理解することができる。
また、三相交流を供給しうる整流回路と単相交流を供給しうる整流回路を一枚の基板に配置することにより、これらの相違点を容易に学習することができる。
【００１６】
また、請求項３記載の本考案に係る教材用電気回路基板にあっては、代表的な整流回路を一枚の基板上に配置することにより、代表的な各種整流回路の構造の違いを視覚的に学習することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本考案を実施するための最良の形態について説明する。
本考案の教材用電気回路基板１０は、図１に示すように、基板１１に電気回路１２，１３，１４が配置された教材用電気回路基板１０であって、上記基板１１には、複数の整流回路１２，１３，１４が配置され、上記基板１１の表面において上記整流回路１２，１３，１４の配線状態を視認しうることを特徴とする。
【００１８】
上記基板１１には、図１に示すように、上記三相全波整流回路１２と、入力された単相交流電流を直流電流に変換して出力しうる単相全波整流回路１３と、入力された単相交流電流を直流電流に変換し、間欠的に出力しうる単相半波整流回路１４とが配置されている。
【００１９】
上記整流回路１２，１３，１４は、図１に示すように、各々が独立して入出力端子２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３を有している。
【００２０】
上記整流回路１２，１３，１４は、図１に示すように、回路構成部品と配線材を有し、上記回路構成部品は、上記基板の表面において上記配線材と半田付けにより接続されている。
【００２１】
上記配線材は、導線により形成されている。
【実施例１】
【００２２】
以下、図面を用いて本考案の実施例１に係る教材用電気回路基板について説明する。
本実施例に係る教材用電気回路基板１０は、図１に示すように、電気回路を配置しうる基板１１と、上記基板１１の表面部に配置された３種類の整流回路１２，１３，１４により構成されている。
上記基板１１は、平面略長方形状に形成され、表面部は、図１に示すように、仕切線１５により３つの領域に仕切られており、右前部を第一の領域１６、左前部を第二の領域１７、後部を第三の領域１８とする。
上記基板１１には、所定位置に複数の接続孔部が形成されている（接続孔部は図示を省略する）。
【００２３】
上記複数の整流回路１２，１３，１４は、図１に示すように、入力された三相交流電流を直流電流に変換して出力しうる三相全波整流回路１２と、入力された単相交流電流を直流電流に変換して出力しうる単相全波整流回路１３と、入力された単相交流電流を直流電流に変換し、間欠的に出力しうる単相半波整流回路１４であり、これらが上記基板１１における上記３つの領域１６，１７，１８に配置されている。
上記整流回路１２，１３，１４には、図１に示すように、各々に独立して入出力端子２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３が、上記基板１１の表面に対して起立した状態で取り付けられ、上記領域毎に独立して構成されている。
上記整流回路１２，１３，１４の回路構成部品は、主にダイオードと配線材により構成されている。
本実施例においては、上記ダイオードは、いわゆるチューブラー型が用いられており、両端には、他の部品及び配線材と接続しうるリードが取り付けられている。また、耐電流が順方向に１Ａ以下であり、耐電圧が逆方向に４０Ｖ〜１００Ｖのタイプが用いられている。
上記配線材は、導線により形成されており、その導線の両端が露出した状態で、周面が絶縁物質により被覆されている。
上記回路構成部品の接続は、接続しうる端子すべてを同一の上記接続孔部に挿通し、その接続孔部を上記基板１１の表面から半田付けすることにより行われる。
したがって、上記基板１１の裏面には、全く回路が形成されていない。
なお、本実施例においては、導線を用いたが、本実施例に限定されず、上記基板１１に付着した導電物質であって、プリント配線として構成されている配線に適用可能である。
【００２４】
上記基板１１上における各領域１６，１７，１８には、図１に示すように、回路の構造と名称の理解を助けるため、第一の領域１６に「三相全波整流回路」が表示されたラベル６１、第二の領域１７に「単相全波整流回路」が表示されたラベル６２、第三の領域１８に「単相半波整流回路」が表示されたラベル６３が貼付されている。
また、図１に示すように、各入力端子の至近には、交流の入力端子であることを視認できるように、「ＡＣ」が表示されたラベル６４，６５，６６，６７，６８，６９，７０が貼付されている。
また、陽極の出力端子及び陰極の出力端子の至近には、直流の出力端子であることを視認できるように、「ＤＣ＋」が表示されたラベル７１，７２，７３、「ＤＣ−」が表示されたラベル７４，７５，７６が貼付されている。  
【００２５】
以下、各種整流回路１２，１３，１４の配置について説明する。
上記三相全波整流回路１２は、図１に示すように、上記第一の領域１６に配置され、３本の入力端子２１，２２，２３と、６個のダイオード４１，４２，４３，４４，４５，４６と、２本の出力端子２８，２９により構成されている。
また、上記基板１１上には配置されていないが、上記出力端子２８，２９に着脱可能に接続しうるコンデンサを設けることも可能である（コンデンサは図示を省略する）。
上記３本の入力端子２１，２２，２３は、図１に示すように、上記基板１１において幅方向に配列され、一端部８０から他端部８１に向かって、第一の入力端子２１、第二の入力端子２２、第三の入力端子２３の順に配置されている。
上記６個のダイオード４１，４２，４３，４４，４５，４６は、図１及び図２に示すように、上記入力端子２１の前方において、上記基板１１において長さ方向に沿って配列され、左方に第一のダイオード４１、右方に第二のダイオード４２となるように対向して配置され、第三のダイオード４３と第五のダイオード４５の順に、上記第一のダイオード４１の左方に配置され、第四のダイオード４４と第六のダイオード４６の順に、上記第二のダイオード４２の右方に配置されている。
また、上記第一のダイオード４１、第三のダイオード４３、第五のダイオード４５は、カソード端子が一端部８０側に配置されるように取り付けられ、上記第二のダイオード４２、第四のダイオード４３、第六のダイオード４４は、カソード端子が他端部８１側に配置されるように取り付けられている。
上記２本の出力端子２８，２９は、第一の出力端子２８が上記第三のダイオード４３の前方に配置され、第二の出力端子２９が上記第四のダイオード４４の前方に配置されている。
【００２６】
上記単相全波整流回路１３は、図１及び図２に示すように、上記第二の領域１７に配置され、２本の入力端子２４，２５と、４個のダイオード４７，４８，４９，５０と、２本の出力端子３０，３１により、ブリッジ回路として構成されている。
また、上記基板１１上には配置されていないが、上記出力端子３０，３１に着脱可能に接続しうるコンデンサを設けることも可能である（コンデンサは図示を省略する）。
上記入出力端子２４，２５，３０，３１は、上記基板１１上において、いわゆるブリッジ型となるように、右後方に第四の入力端子２４、右前方に第三の出力端子３０、左後方に第四の出力端子３１、左前方に第五の入力端子２５が配置されている。
上記４個のダイオード４７，４８，４９，５０は、図１に示すように、各入力端子２４，２５と各出力端子３０，３１に挟まれるように配列されている。
具体的には、第七のダイオード４７は、第五の入力端子２５と第三の出力端子３０に挟まれ、カソード端子が出力端子３０側となるように配置されている。
第八のダイオード４８は、第五の入力端子２５と第四の出力端子３１に挟まれ、カソード端子が入力端子２５側となるように配置されている。
第九のダイオード４９は、第四の入力端子２４と第四の出力端子３１に挟まれ、カソード端子が入力端子２４側となるように配置されている。
第十のダイオード５０は、第四の入力端子２４と第三の出力端子３０に挟まれ、カソード端子が出力端子３０側となるように配置されている。
【００２７】
上記単相半波整流回路１４は、上記第三の領域１８に配置され、２本の入力端子２６，２７と、２本の出力端子３２，３３と、１個のダイオード５１とにより構成されている。
また、上記基板１１上には配置されていないが、上記出力端子３２，３３に着脱可能に接続しうるコンデンサを設けることも可能である（コンデンサは図示を省略する）。
上記２本の入力端子２６，２７は、上記基板１１の長さ方向に対向して配列され、前方に第六の入力端子２６、後方に第七の入力端子２７が配置されている。
上記２本の出力端子３２，３３は、上記入力端子２６，２７の右方において、上記基板１１上において幅方向に対向して配列され、夫々、長さ方向に第五の出力端子３２、第六の出力端子３３が配置されている。
第十一のダイオード５１は、上記第六の入力端子２６と上記第五の出力端子３２に挟まれ、カソード端子が出力端子３２側となるように配置されている。
なお、本実施例においては、各整流回路１２，１３，１４を上記のように配置した場合を例に説明したが、本実施例に限定されず、下記にて述べるように配線して各整流回路１２，１３，１４が構成されていれば、回路の配置については特に問わない。
【００２８】
以下、各整流回路１２，１３，１４の配線について説明する。
上記三相全波整流回路１２の配線においては、図１及び図２に示すように、上記第一の入力端子２１は、二方向に分岐され、その一方が第一のダイオード４１のアノード端子に配線され、他方が第二のダイオード４２のカソード端子に配線されている。
上記第二の入力端子２２は、二方向に分岐され、その一方が第三のダイオード４３のアノード端子に配線され、他方が第四のダイオード４４のカソード端子に配線されている。
上記第三の入力端子２３は、二方向に分岐され、その一方が第五のダイオード４５のアノード端子に配線され、他方が第六のダイオード４６のカソード端子に配線されている。
上記第一のダイオード４１と上記第三のダイオード４３と上記第五のダイオード４５の各カソード端子は、一本に合流すると共に、陽極である上記第一の出力端子２８に配線されている。
上記第二のダイオード４２と上記第四のダイオード４４と上記第六のダイオード４６の各アノード端子は、一本に合流すると共に、陰極である上記第二の出力端子２９に配線されている。
また、図２に示すように、上記出力端子２８，２９間にコンデンサ５２を任意に接続可能である。
【００２９】
上記単相全波整流回路１３の配線においては、図１及び図２に示すように、上記第四の入力端子２４は、二方向に分岐され、その一方が第九のダイオード４９のカソード端子に配線され、他方が第十のダイオード５０のアノード端子に配線されている。
上記第五の入力端子２５は、二方向に分岐され、その一方が第七のダイオード４７のアノード端子に配線され、他方が第八のダイオード４８のカソード端子に配線されている。
上記第七のダイオード４７と上記第十のダイオード５０の各カソード端子は、陽極である上記第三の出力端子３０に合流して配線されている。
上記第八のダイオード４８と上記第九のダイオード４９の各アノード端子は、陰極である上記第四の出力端子３１に合流して配線されている。
また、図２に示すように、上記出力端子３０，３１間にコンデンサ５３を任意に接続可能である。
【００３０】
上記単相半波整流回路１４の配線においては、図１に示すように、上記第六の入力端子２６は、第十一のダイオード５１のアノード端子に接続され、上記第十一のダイオード５１のカソード端子は、陽極である上記第五の出力端子３２に配線されている。
上記第七の入力端子２７は、陰極である上記第六の出力端子３３に配線されている。
また、図２に示すように、上記出力端子３２，３３間にコンデンサ５４を任意に接続可能である。
【００３１】
以下、上記実施例に係る教材用電気回路基板の作用について説明する。
上記三相全波整流回路１２を使用する場合にあっては、発電機等から三相交流電流を供給された３本の配線材（図示を省略する）を３本の入力端子２１，２２，２３に接続し、オシロスコープ等の測定器（測定器は図示を省略する）に出力しうる２本の配線を、２本の出力端子２８，２９に接続する。
上記のように接続した状態で入力端子２１，２２，２３から三相交流電流を流すと、三相全波整流回路１２により直流電流に変換され、上記出力端子２８，２９を介して測定器に出力され、測定器に直流電流の働きが表現される。
また、上記直流電流の状態は、コンデンサ５２の容量の変化に伴って変化する。
例えば、コンデンサ５２を接続しない場合においては、時間変化に伴って強弱を有した直流電流が出力され、コンデンサ５２を接続し、コンデンサ容量を大きくするに従って、直流電流の強弱が平滑化される。
本実施例においては、１００μＦのコンデンサ容量で直流電流の強弱がほぼ平滑化される。
次に、三相交流電流を供給する３本の配線を、三相全波整流回路を介さず、測定器に直接接続すると、測定器に三相交流の働きが表現される。
このようにして、三相交流と直流の違いを学習することができる。
【００３２】
以下、上記単相全波整流回路１３を使用する場合について、上記三相全波整流回路１２と異なる部分について説明する。
発電機等から単相交流電流を供給する２本の配線を、２本の入力端子２４，２５に接続し、入力端子２４，２５から電流を流すと、測定器に直流電流の働きが表現される。
また、上記直流電流の状態は、上記三相全波整流回路１２と同様に、コンデンサ５３の容量の変化に伴って変化する。
次に、単相交流電流を供給する２本の配線を、単相全波整流回路１３を介さず、測定器に直接接続すると、測定器に単相交流の働きが表現される。
このようにして、単相交流と直流の違いを学習することができ、単相交流と三相交流の違いについても視覚的に学習することができる。
【００３３】
以下、上記単相半波整流回路１４を使用する場合について、上記単相全波整流回路１３と異なる部分について説明する。
発電機等から単相交流電流を供給する２本の配線を、２本の入力端子２６，２７に接続し、入力端子２６，２７に電流を流すと、一定間隔で間欠的に出力される直流電流の働きが測定器に表現される。
上記単相半波整流回路１４は、一般的には、上記した全波整流回路１２，１３よりも長い間隔をおいて出力されるが、上記全波整流回路１２，１３と同様に、コンデンサ５４の容量の変化に伴って間隔が変化する。
次に、単相交流電流供給する２本の配線を、単相全波整流回路を介さず、測定器に直接接続すると、測定器に単相交流の働きが表現される。
このようにして、単相交流と直流の違いだけでなく、全波整流と半波整流の違いについても学習することができる。
【００３４】
上記のように作用する教材用電気回路基板は、図１に示すように、複数の整流回路１２，１３，１４が一枚の基板１１に配置され、各種整流回路１２，１３，１４を一枚の基板１１で容易に比較することができるため、各種整流回路１２，１３，１４の性能及びダイオードの働きを容易に学習することができる。
また、配線等の回路の構造を一枚の基板上で視認することができるため、回路の構造を視覚的に理解することができる。
【００３５】
また、三相全波整流回路１２が基板１１上に配置されていることから、三相交流の性質及び三相交流から直流に変換する回路の構造を視覚的に理解することができる。
また、三相交流を供給しうる整流回路１２と単相交流を供給しうる整流回路１３，１４を一枚の基板１１上に配置することにより、これらの相違点を容易に学習することができる。
【００３６】
また、代表的な整流回路１２，１３，１４を一枚の基板１１上に配置することにより、代表的な各種整流回路１２，１３，１４の構造の違いを視覚的に学習することができる。
【００３７】
また、各種整流回路１２，１３，１４が独立していることから、全体として回路が複雑にならないため、各種整流回路１２，１３，１４の構造の比較が容易になる。
【００３８】
また、配線材及び部品との接続部位を基板１１上において視認できるため、整流回路１２，１３，１４の構造の理解が容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本考案は、主に複数の整流回路が基板に配置された教材用電気回路基板に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る教材用電気回路の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る教材用電気回路の一実施の形態を示す電気回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  教材用電気回路基板
１１  基板
１２  三相全波整流回路
１３  単相全波整流回路
１４  単相半波整流回路
１５  仕切線
１６  第一の領域
１７  第二の領域
１８  第三の領域
２１  第一の入力端子
２２  第二の入力端子
２３  第三の入力端子
２４  第四の入力端子
２５  第五の入力端子
２６  第六の入力端子
２７  第七の入力端子
２８  第一の出力端子
２９  第二の出力端子
３０  第三の出力端子
３１  第四の出力端子
３２  第五の出力端子
３３  第六の出力端子
４１  第一のダイオード
４２  第二のダイオード
４３  第三のダイオード
４４  第四のダイオード
４５  第五のダイオード
４６  第六のダイオード
４７  第七のダイオード
４８  第八のダイオード
４９  第九のダイオード
５０  第十のダイオード
５１  第十一のダイオード
５２、５３、５４  コンデンサ
６１、６２、６３  ラベル
６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０  ラベル
７１、７２、７３  ラベル
７４、７５、７６  ラベル
８０  一端部
８１  他端部
【図１】
0003116120.tif 000003
【図２】
0003116120.tif 000004