「子供ラジオ作りチャレンジ教室」支援久保田朋次 綿引猛 関根正美 寺門純一
大内俊美 黒崎亘 田名部菊次郎 飛田実(茨城大学工学部技術部)

大森芳史
冨田安志

1 まえがき最近，頻繁に理科離れという言葉が聞かれる。小中学生の理科離れ，高校生の工学部離れ，工学部生の製造業離れ，これが製造業の人材不足へとつながり工業立国日本の将来に大きな影を落としているのは間違いのないことと考えられている。そのため各所で理科教室等のイベントが開催され，小中学生に理科への関心と興味を深めてもらうための努力がなされている。
「子供ラジオ作りチャレンジ教室」も理科離れ対策の一環として計画され，その実施に技術部が支援した。ここにその概要を報告する。

2 計画
図1

「子供ラジオ作りチャレンジ教室」はメディア通信工学科梅

NHK-FM 日立中継局 (左の八木アンテナが FM 送信用)

比良正弘教授が計画立案し，電子情報通信学会 (IEICE) 東京支部教育イベントとして採択されたもので，電子情報通信学会 (IEICE) 東京支部から資金援助を受けています。

ンティングのゲームも予定していたが，予定より工作に時間2.1 機種の選定がかかり省略した。最もきれいにできたお子さんは優秀賞として表彰しました。

製作するラジオはパーツ調達が容易なことと，組み立てが2.3比較的容易であることを考慮して，キットとして販売されて募集・開催案内いるものから選定することにした。さらに日立市は周りに山いろいろな行事を催す場合，まず問題となるのは参加者のがあり，AM 放送電波が地域によってはほとんど受信できな確保である。せっかく計画した行事でも参加者が集まらないい。これに対して FM 放送は日立市内の風神山に NHK-FMのでは意味がない。今回は対象を小学生とし，日立市の市立の中継局 (図 1，出力 100W，84.2MHz) があるため AM 放小学校 25 校の全校に募集案内を各校数十部ずつ配布しまし送に比較して受信しやすい環境にある。そのような日立市た。工学部から距離の近い小学校にはやや多めに配布しましの電波事情を考慮して FM ラジオに決定した。具体的にはた。配布は日立市教育委員会から配布して頂きました。さらELEKIT の FM ラジオ TK-734 に決定した。このラジオはに，大学のホームページや日立ものづくり学校運営協議会のハンダ付けが必要なセットである。

ホームページ「モノひたち」(http://mono-hitachi.jp/) に開

2.2 日程催案内を掲載して参加者を募りました。その甲斐あってか募
集定員の倍以上の応募があり，申込先の梅比良先生はお断り

FM ラジオ TK-734 の価格は 1 セット 2100 円であるが，40 人分程度を購入できる資金が調達できた。しかし，40 人をするのが大変なご様子でした。

一度に行うのは場所，工具および指導人員の関係で困難であ2.4

参加者るため，二回に分けてラジオ作り教室を開催することにした。

参加者の学年別内訳は次ぎの通りである。出来るだけ多く工学部のイベントに合わせて、一回目は工学部の「こうがくの学校から参加していただくために特定の学校に参加者が集祭 + オープンキャンパス」の 6 月 6 日 (土)，二回目は「オー中しないようしました。

プンキャンパス」の 7 月 20 日 (月，休日) とし，それぞれ募• 第 1 回目が 19 名で 4 年生 8 名，5 年生 8 名，6 年生 3 名。

集人員 20 名とした。時間は両日とも午後 1 時から 4 時 30 分

男女別では，男子 14 名，女子 5 名。

までで，最初の 30 分は電波とラジオのお勉強をし，1 時 30

• 第 2 回目が 20 名で 4 年生 8 名，5 年生 7 名，6 年生 5 名。

からラジオ工作に入った。ラジオ工作完了後，フォックスハ

男女別では，男子 13 名，女子 7 名。

1

図2

図 3 最初にお勉強 (ご父兄の方も一緒に聞かれていました)

会場

当初市内の小学生を対象に考えていましたが，実際に申込みされた児童は日立市市内に限らず水戸市や東海村からも数名いました。どのようにして知ったのか県外からの児童も一人いました。特に市内の児童に限定する必然性がありませんので市外の児童も参加していただきました。また中学生の応募もありました。ただし当日欠席でした。市内の中学校で新型インフルエンザが流行っていた時期なのでその影響かもしれません。

3 会場
子供ラジオ作りチャレンジ教室はものづくりを行うということで，会場は学生実験室を使用しました。各テーブルには

図 5 製作中の様子

工作で使用するハンダゴテ，コテ台，ニッパ，ラジオペンチ，ドライバー，保護メガネ，その他等をを人数分用意しました(図 2)。

4 工作
全体的な工作の流れは各班の進行状況を見ながらパワーポイントを使用して各工程ごとに大まかな説明を行い (第２回‐説明.pdf 参照)，詳細は個々のテーブルの担当者に委ねました。担当者一人当たり 3 人から 4 人の子供を指導しました(図 7 参照)。子供達はハンダ付けを行うのは初めてなので，ハンダは鉛入りを使用した。J-MOSS(RoHS 指令) の観点か
図6

らは鉛フリーハンダが好ましいのであるが，肉眼では”いもハ製作中の様子 (ご父兄の方も気になって覗いていました)

ンダ”が見つけずらいことと融点が共晶ハンダより 20◦ ∼ 40◦以上高くなり，作業が難しくなることを考慮して鉛ハンダにした。今回製作するラジオに使用されている IC(LA1800) は

オには三洋半導体のスーパーヘテロダイン方式の FM/AM1

足のピッチが 1.78mm と通常の 2.54mm ピッチより狭く，ハチップラジオ IC，LA1800 が用いられている。その中間周波ンダ付け初心者には少し大変な様子でした。何人かの子供が数は一般的な 10.7MHz ではなく，約 100KHz 程度と大変低い

隣同士のピンでハンダブリッヂができてしまいました。

周波数に設定されています。中間周波数が低い利点は，フィルタが CR で構成出来ることで，LA1800 では、10.7MHz セ

5 ラジオの構成

ラミック・フィルタやディスクリミネータが必要なく、外付

今回製作したラジオの回路を図 4 に示す。部品は IC，抵けパーツの多くは入手の容易なセラミック・コンデンサで、抗，コンデンサ，コイル，ポリバリコン，ボリューム，スピーカ

簡単にＦＭラジオを作ることが出来ます。など 20 数個あり，すべてハンダ付けが必要である。このラジ

この IC は

2R1SW47LR2C33.9k0.1m

C22100p 0.01m

333p 0.01m++

C1C9C8C715p

220p

220p
1C5 C6C4100m+

5IC1LA1800

191898TA7368P

101711615141312IC2
30.1m

C1268p

C13C141000p

0.1m

6C17470m

SPSP+

C16C1168p

5+

R3270C10PVC-100m
7649203V
C18100m

ANTEXT ANT

VRC150.1m

図 4 回路図 (TK-734 組立説明書より)• FM: フロントエンド, ローパスフィルタ , IF アンプ ,クォドラチャ検波 , ミューティング。

• AM: RF アンプ, 検波。
• AF: AF ドライバ (イヤホンドライバ)。の回路を搭載しており、この IC ひとつで FM、AM 両方の放送を受信できる機能を持っている。さらに外付け部品が少なく，低電圧 2.5V で動作する特長がある。キットでは FMの機能のみを利用。LA1800 の AF ドライバのみではスピーカを鳴らすまでのパワーがないので，東芝の低周波電力増幅用の IC，TA7368P を使用して増幅している。この IC はコンデンサ 3 つを外部につければ簡単に動作するものである。

TA7368P 単独での電圧ゲインは 40dB ですが入力段に 270Ωの抵抗を挿入し 30dB 弱にゲインを下げています。

6 トラブル対策
製作中、製作完了後にいろいろなトラブルが発生しました。
一番多かったのはやはりハンダ付け不良でした。IC などの足がきちんと差し込まれていないで浮いた状態の取り付け不良、部品の向きや場所を間違えた不良もありました。今回は

図7

ハンダ付けの様子

テスタ程度の測定装置しか準備することができず担当者は故障発見に苦労していました。せめて DIP メータ程度は用意かなか定まらなかったのですが児童のご家庭は快く応じていしないとなかなか不具合発見は難しいと感じました。この点

ただきました。これに関しては綿引さんに不良部品の特性もは次回の課題となりました。トラブルの中で予想もしていな含めて詳細な報告を書いて頂きましたのでので付録として追かった原因がありました。チャレンジ教室当日は残念ながら加ました。

そのトラブル原因を特定できず未完のまま児童は変えられま

ハンダごてを使うということで，作業はじめや作業中にもした。さぞかし残念な気持ちで帰られたことと思います。後

火傷をしないように十分注意したのですが，結果的に各回 1,2

日参加者から感想を頂き，その感想文から未完に終えた児童名の児童が軽い火傷をしてしまいました。すぐに流水で冷やが分かりましたので直接連絡して再チャレンジしました。児

し医務室で処置しましたので大事には至りませんでしたが，童１名ですので再チャレンジは綿引さんと久保田の２名で対そのような対策がすぐ取れるように看護師が在駐している日応しました。工学部内のインフルエンザ感染騒ぎで日程がな程に設定しないといけないと強く感じました。今回のラジオ

3

図8

完成ラジオ

図9

教室はこうがく祭，オープンキャンパスに日程を合わせてい完成したラジオで受信 (窓際だと良く受信できます)ますので看護師が医務室で待機していました。

7 参加者の感想
後日ラジオ教室に参加されたご家庭から感想が届きました。
子供さんの感想のいくつかを次に示します。

• ラジオ作りは時間がかかって難しかったけど，楽しかったです。

• おじいちゃんにも見せたら驚いていました。とても楽しく出来て良かったです。

• ハンダ付けなどが，むずかしかったけど，ラジオはちゃんとはいってよかったです。今から東京に行くので，いろいろな放送局が受信できるか楽しみです。

• めったに自分でラジオを作れないから自分で作れて良かった。

• 初めてのラジオ作りで，最初，部品を見たときは「難しそうだな」と思ったけれど，やってみると以外と簡単で，楽しかったです。

特に，はんだ付けは，作業の中で一番楽しかったです。

図 10 会場入り口ポスター• 自分の力でラジオを作ることが出来て嬉しかった。お父さんに付き添ってもらったが，手を借りることが出来なかったので，難しかった分出来上がった時の達成感は最来年度も開催する予定である。

高だった

後日，平成 22 年 1 月 15 日に日立市のコミュニティ FM放送局に予備免許が下りたとの情報を得ました。放送局名は他にも同様な感想が寄せられました。ご父兄からはこのよう「ひたちエフエム」，周波数＝ 82.2MHz，空中線電力＝ 20W(送なものづくりのチャンスを頂きありがとうございました。親信アンテナは鞍掛山山頂付近) で呼び放送が始まるようです。の手を借りず自分だけで難しい工作をしている子供を見ると大変タイムリーで，完成したラジオで子供さんたちが聞いて頼もしいと感じました。このような企画があればまた参加さいただけるのを願っています。

せてあげたいと思います。いろいと準備が大変のことと思います。ご指導ありがとうございました。などうれしい感想が寄せられました。

8 まとめ
子供さんの感想から、今回のラジオ作りチャレンジ教室を通していささかでも理科あるいはものづくりに興味を持っていただけたようである。

4

付録

FM ラジオの故障診断— 高周波コイルのレアショートに関して —

はじめに

1

FM ラジオの故障原因が「高周波コイルのレアショートである」と推測した。この文書は、この推測が事実かを検証するために行ったことのメモである。
ある児童が作成した FM ラジオが動作しなかった。症状は雑音が出るだけで受信は全くできなかった。原因は同調回路にあると判断した。高周波コイルとポリバリコンのいずれかが不良とすると、壊れ易いのはポリバリコンであり、これを疑った。この先入観は、後に間違いであることが判明する。はずかしいことではあるが、このときは計測器も無く手も足もでなかったのである。後日、このラジオの修理に立ち会うこととなった。

修理と故障原因の推測から特定までの手順

2

故障修理からレアショートの事実確認までを以下に述べる。
修理当日には、ディップメータ、シグナルインジェクタ、シグナルトレーサを用意した。シグナルインジェクタ、シグナルトレーサは自作したものである。

2.1

修理当日 — 故障診断から修理まで• 故障ラジオには、ディップメータの計測で共振が見つからない。
• 高周波コイル(以下、コイルという) とポリバリコンを取り外し、ディップメータで共振を探すが見当たらない。コイルかポリバリコンのいずれかが不良である。

• 正常に動作しているラジオから取り外したコイルとポリバリコンとの組み合わせについて、それぞれに共振があるか否かを調べた。4 通りの組合せの計測結果から、故障ラジオのコイルが不良であることが分かった。
• ラジオの修理は、コイルを「正常なコイル」に交換するだけで終わった。
• 児童のラジオが動作しなかったのはキットの部品「高周波コイル」の初期不良であった。この児童の行ったハンダ付け等はきちんとできていたので、初期不良のキットにさえ当たらなければ、ラジオは当日に完成していた。製作指導する立場として、この程度のことに対応する準備を怠っていたことはなんとも恥ずかしい限りである。

• この時点で、コイルの不良原因を「レアショート」と推測した。コイルの形状からは考え難いことであるが、他に原因は思いつかなかった。
「コイルがレアショート」と判断したことが正しかったのかを確しかめるべく、コイルの観察と計測を続けることにした。

2.2

後日 — レアショートの確認調査• 故障ラジオのコイルのインダクタンスと Q を計測した。計測結果からもレアショートの疑惑が濃厚となった。100MHz で Q が 3.7 と低いのである。図 2 に周波数特性を載せた。インダクタンスの周波数特性も変動していて、空芯単層ソレノイドコイルの特性とは思えない。Q も全体に低い値である。

• 故障ラジオのコイルの拡大写真を撮影した。写真 3 のようにレアショートらしき箇所が見つかった。しかし、これもまた疑惑でしかない。

後日 — レアショートの修復と確認

2.3

B

故障原因だった高周波コイル• 自己インダクタンスと Q の値を「正常なコイル」と比較した。インダクタンスも Q も異なった。特に Q は3.7 と、正常なコイルの Q 34 と大きく違った (表 1)。
これまでの観察と計測で、レアショートの疑惑はさらに濃厚となった。
後日 — レアショートの修復と確認

2.3• 故障ラジオのコイルのレアショートと推測したヒゲ状細線を切断して、直接確認することにした。
• ヒゲ状細線を切断した後のコイルは、電気的特性 (インダクタンスと Q) が「正常なコイル」とほぼ同じ値になった (表 1)。コイルは修復できたのである。これらの電気的特性を図 2 〜図 4(p.4) に示した。

• 結論 — 故障ラジオのコイルはレアショートを起こしていた。推測は正しかった。

資料

A

コイルの形状写真 1 はラジオの故障原因であった高周波コイルである。レアショートがあった。
写真 2 が比較のための正常なコイルである。色違いの同じものである。
コイルは 0.6ϕ3.5 ターン、径 6mm、長さ約 4.5mm、空芯の単層ソレノイドである。長岡係数は 0.62、自己インダクタンスの計算値は 60nH である。

(正面)

(裏面)

(正面)

写真 1 故障ラジオのコイル (3.5t)

B

故障原因だった高周波コイル

B.1

レアショートらしき(裏面)写真 2 正常なコイル (3.5t)

写真 3 にレアショートの箇所を示す。右の写真の中央付近にあるヒゲ状細線がレアショートの原因である。この周波数特性を図 2(p.4) に示す。なんとも不思議な特性である。

2

B.2

レアショートの修復

C

自己インダクタンスの測定結果

レアショート写真 3 コイルのレアショート

B.2

レアショートの修復レアショートを起こしている

ヒゲ状細線を切った (写真 4)。
インダクタンスと Q は「正常レアショートなコイル」とほぼ同じ値になっ切断箇所た。コイルは修復できた。
これでコイルはレアショートであったこと、原因はこの箇所であることを確認できた。

写真 4 コイルのレアショートを修復C

自己インダクタンスの測定結果

周波数 100MHz でのインダクタンスと Q を表 1 に示す。周波数特性を p.4 の図 2 〜図 4 に示す。
表 1 コイルの電気的特性
コイル

自己インダクタンス [nH]Q

備考

レアショートあり

373.7

図 2 、写真 3

レアショートを修復

5632.

図 3 、写真 4、図 1

正常なコイル6034.

図4

測定周波数 100MHz

インダクタンスは治具の残留インダクタンス約 30nH を除いた値

3

E インダクタンスと Q の周波数特性

D寸法などの参考寸法比較のために 60µ のエナメル線を入れて撮影した。

コイルの巻線
ヒゲ状の細線
切断箇所
エナメル線

60µレアショート

コイルの巻線0.6mm

写真 5 コイルと 60µ のエナメル線

インダクタンスと Q の周波数特性
レアショートのあるコイル
100L
Q80

復旧したコイル
正常なコイルL[nH] QE

図 1 コイルと 60µ のエナメル線

6040200020406080

100

周波数 [MHz]図 2 「レアショートのある高周波コイル」のインダクタンスと Q

4F

レアショートを作る

修復したコイル
100LQ

レアショートのあるコイル

L[nH] Q80

正常なコイル

6040200020406080

100

周波数 [MHz]図 3 修復した「レアショートのある高周波コイル」のインダクタンスと Q

正常なコイル
100
LQ

復旧したコイル
レアショートのあるコイル

L[nH] Q80
6040200020406080

100

周波数 [MHz]図 4 「正常な高周波コイル」のインダクタンスと Q

F

レアショートを作る
正常なコイルに写真 6 のように 60µϕ の銅線でレアショートを作ってみた。周波数 10MHz〜100MHz での自己インダクタンスは約 30nH、Q は 4.8〜22.9 であった。

写真 6 正常なコイルにレアショートを作る5Fレアショートを作ったコイル
100LQ

復旧したコイル
レアショートのあるコイル
正常なコイルL[nH] Q

806040200020406080100

周波数 [MHz]

図 5 レアショーとを作った正常なコイルの周波数特性

6レアショートを作る

部品の確認

47Ω
R13.9kΩR2270Ω
R3抵抗のカラーコードE系列(JIS C 5063)
標準数列
E3からE192 まである良いしせい保護メガネ

20cm以上悪いしせいようい準備5.

ハンダが溶けたら糸ハンダを離す

１. 2. 3.

ランドと足をあたためる6.

ハンダがなじむまで加熱

4.

糸ハンダを溶かす
7.

コテを離す両足をはんだ付け

余分な足をニッパで切ります。

LA1800 (三洋)
FM/AM 1チップラジオ

TA7368P (東芝)
低周波電力増幅用

目印
目印

IC1IC2

はんだブッリジとなりの端子とつながってしまった例

C5C8C11C12C6C2C4C13C15C14C10C3C9C7極性に注意してくださいC1C18C16C17完成FM放送を受信してみましょう
同調ダイアルはゆっくり回しましょう