メロディー時計 2 の特徴搭載している機能しくみクロックムーブメント LED( 赤黄 ) ブザー学習できる内容時計を動かすしくみ LEDのしくみいろんなLED ブザー鳴動回路部品種類部品数電子部品数 29 点 ( はんだづけ箇所 :60) 機構部品プラスチック部品数 23 点

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まいかみやくぼ
5 years ago
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1 メロディー時計 2 ガイド自分で作曲したメロディーを鳴らそう! AW-866

2 メロディー時計 2 の特徴搭載している機能しくみクロックムーブメント LED( 赤黄 ) ブザー学習できる内容時計を動かすしくみ LEDのしくみいろんなLED ブザー鳴動回路部品種類部品数電子部品数 29 点 ( はんだづけ箇所 :60) 機構部品プラスチック部品数 23 点

3 学習の狙い狙い推測確認まとめ生活の中で利用されている技術について身近な時計を通して学習する時計を利用した製品を調べてみよう時計の歴史について調べどの様に発展してきたか考えてみよう (6~8 ページ ) 使用目的によって時計を利用した製品がいろいろあり生活の利便性向上に寄与していることを知る昔の時計と現在の時計でどのような点が変わりそれによって生活がどのように変わったかなどを知るアナログ式 ( 針式 ) 時計を動かす仕組みを知り身近な装置に使われている技術について考える時計が正確な時間を作り出す仕組みを知る時計の針が時間に合わせて動く仕組みを知る (9~13 ページ ) 正確な時間は水晶振動子 ( クオーツ ) で作り出していることを知る電気信号を回転に変える仕組みを知る基準となる回転から伝達比の違いによってそれぞれの時計の針を動かしていることを知る授業等でこのパワーポイントを使用する際このマークがあるページは先生のみでご利用いただいてもよいページです生徒へ表示しなくてもよい場合はパワーポイントで非表示スライドに設定してください

4 タイムテーブル例 1 時限目 20 分 20 分項目時計を利用した製品時計の発展時計のしくみ 2 時限目 40 分 3 時限目 10 分トラブルシューティング 20 分回路や動作の内容身の回りを探してみよう昔と今の時計の違いと生活時計が正確に時を刻むしくみを知る電気信号を歯車に伝えるしくみを知る時計の針と伝達比を考えるはんだづけの方法とトラブルシューティング回路使用部品の動作の詳細

5 メロディー時計 2 の構造部品のはんだづけ取りつけを行ってメロディー時計を作ります LED クロックムーブメント時計針回路用電池ボックスコンデンサマイコン発振子 ( マイコン動作用 ) トランジスタブザースイッチ時計電源回路電源時計用電池ボックス

6 学習内容 1 時間を利用した製品が生活の利便性向上に寄与していることを知る昔の時計と現在の時計をくらべ生活がどのように変わったかなどを知る 1 時間を利用した製品を調べてみよう想定される答え時計 DVD レコーダースマートホン炊飯器テレビ洗濯機授業チャイムパソコン電子レンジ信号機電車これらの製品が時間を利用することで何が便利になるのかを考えてみる 2 時計の歴史について調べどの様に発展してきたか考えてみよう昔日時計線香が燃える時間ゼンマイ式時計振り子時計現在電波時計クオーツ ( クリスタル ) 時計 GPS 時計インターネット時計昔の時計と現在の時計をくらべ生活がどのように変わったかなどを考える

7 調べてみよう時間を利用した製品が生活の利便性向上に寄与していることを知る昔の時計と現在の時計をくらべ生活がどのように変わったかなどを知る使われている場所製品時計炊飯器授業チャイム DVDレコーダーテレビパソコンスマートホン洗濯機電子レンジ電車信号機時間利用での便利な点正確な時刻を知ることができる設定した時刻に合わせて自動でご飯が炊ける正確な区切りを自動で知らせてくれる設定した時刻に合わせて自動で録画するタイマーなどを利用すると自動 OFFなどができる作成したファイルに時間データも記録され整理や検索に利用できるタイマーや時間に連動したアプリが利用できる洗濯脱水する時間を設定できる食品を温める時間を正確にコントロールできる時刻表に合わせて運行される決められた時間通りに変わりスムーズな交通の制御を行う

8 調べてみよう時間を利用した製品が生活の利便性向上に寄与していることを知る昔の時計と現在の時計をくらべ生活がどのように変わったかなどを知る昔の時計日時計線香が燃える時間を計る時計ゼンマイ式時計振り子時計昔の時計の欠点太陽が出ていないとダメ時間の進み方が一定でないねじ ( ゼンマイ ) を巻かないと止まってしまう誤差が大きい現在の時計電波時計クオーツ ( クリスタル ) 時計 GPS 時計インターネット時計ソーラー時計スマートウォッチ変わった点便利になった点いつでもどこでも時間を知ることができるとても正確に時刻を表示する少しのエネルギーで長い間動作する時刻以外の情報も表示する

9 学習内容 2 時計が正確に時を刻むしくみを知る電気信号を歯車に伝えるしくみを知る時計の針と伝達比を考える 1 水晶振動子 ( クオーツ ) の特徴を知ろう身の回りの機器の中で多数使われているクォーツの特徴を知り正確に時を刻むしくみを知る 2 秒針の動くしくみを知ろうクロックムーブメントがどのようにして水晶振動子の信号で歯車を動かしているか知る 2 時計の針と回転の伝達について考えよう基準になる歯車の回転と秒針分針時針の回転の伝達を考える

10 調べてみようクロックムーブメントの中身を知ろう磁石分周回路水晶振動子 ( クォーツ ) 電磁石 ( 鉄心 + コイル ) ギアクロックムーブメントの蓋を開けて中をのぞいたところです

調べてみよう時計が正確に時を刻むしくみを知る時計の内部で時を作り出しているものが水晶振動子です水晶振動子はクォーツとも呼ばれますそのため水晶振動子を使った時計のことをクォーツ時計ということがありますここでは水晶振動子から時間を作り出すしくみを知りましょう水晶振動子水晶振動子の中には水晶が入っています水晶は電圧を加えるととても正確な一定の振動を始めます

11 調べてみよう時計が正確に時を刻むしくみを知る時計の内部で時を作り出しているものが水晶振動子です水晶振動子はクォーツとも呼ばれますそのため水晶振動子を使った時計のことをクォーツ時計ということがありますここでは水晶振動子から時間を作り出すしくみを知りましょう水晶振動子水晶振動子の中には水晶が入っています水晶は電圧を加えるととても正確な一定の振動を始めますこの振動を電気信号としてとりだせるようにしたものが水晶振動子と呼ばれるものです水晶の形や厚みを変えると振動する速さが変わりますが振動の速さがあまりにも遅くなると安定して振動できなくなるので数十 khz よりも遅い振動子はあまり作られません時計に使われる水晶振動子は kHz で振動するものが多く使われます kHz と 15 分周 kHz を 15 分周つまり 2 で 15 回割るとどうなるか計算してみましょう kHz=32768Hz なので =1 つまり 1Hz となります 1Hz とは 1 秒に 1 回振動する信号のことですこのようにして 1 秒に一回振動するつまり 1 秒間に 1 回 (+) と (-) が入れ替わる電気信号を作り出しています 15 分周回路分周回路は振動する回数を 2 分の 1 にする回路のことですこの黒い塊の中には分周回路が 15 個入っていますつまり 15 分周します + + 分周回路を通ると振動の数が半分になります - 1 秒 1 秒 -

調べてみよう信号を歯車に伝えるしくみを知る水晶振動子が出す 1 秒に 1 回振動する電気信号を歯車に伝えるしくみを知りましょう電気信号を回転する力に変えるしくみとしてモーターを使っています

(+) と (-) が入れ替わるコイルは鉄心と組み合わせられていて電磁石を作っていますさらに電磁石と永久磁石を組み合わせてモーターを作っています電磁石 ( コイル + 鉄心 ) モーターが回るしくみ

電気が流れる向きが変わるので電磁石の S 極と N 極も入れ替わる永久磁石が S 極と N 極にひきつけられて半回転する 1 秒後に電気信号の (+) と (-) が入れ替わる電気が流れる向きが変わり

12 調べてみよう信号を歯車に伝えるしくみを知る水晶振動子が出す 1 秒に 1 回振動する電気信号を歯車に伝えるしくみを知りましょう電気信号を回転する力に変えるしくみとしてモーターを使っていますクロックムーブメントには単相ステッピングモーターという一方向にしか回らないモーターが使われています単相ステッピングモーターの構造 1Hz の電気信号はコイルにつながっています 1Hz の信号 1 秒ごとに (+) と (-) が入れ替わるコイルは鉄心と組み合わせられていて電磁石を作っていますさらに電磁石と永久磁石を組み合わせてモーターを作っています電磁石 ( コイル + 鉄心 ) モーターが回るしくみ最初の状態コイルに電気が流れると電磁石になって S 極と N 極ができる永久磁石は S 極と N 極でひきつけあって止まっている電気信号の (+) と (-) が入れ替わる電気が流れる向きが変わるので電磁石の S 極と N 極も入れ替わる永久磁石が S 極と N 極にひきつけられて半回転する 1 秒後に電気信号の (+) と (-) が入れ替わる電気が流れる向きが変わり最初の状態になる永久磁石が S 極と N 極にひきつけられてさらに半回転する永久磁石には歯車が取りつけられているので磁石が回ることで歯車の回転が次の歯車に伝えられていきます永久磁石歯車永久磁石このようにして磁石は 1 秒で 1 回転することになります

13 発展 : 考えてみよう時計の針と伝達比を考える 1 秒に 1 回転する歯車の動きをどのように伝達すると時計の針 ( 秒針分針時針 ) の動きになるのか考えてみよう秒針分針時針 1 秒で 1 回転する歯車左図のギアの歯数は実物とは異なっています歯車 A 歯数 :5 歯車 B 歯車 C 歯車 D 歯数 :300 歯数 :18000 歯数 : (5 60) (300 60) ( ) 秒針分針時針を歯車にとりつけてそれらの歯車を組み合わせと基準になる歯車の伝達比を変えることで時計の針は動いています出力の回転数実際のクロックムーブメントでは歯車が大きくなりすぎないように歯車を複数枚使って外形が小さくても目的の伝達比になるように設計されています針求められる動きどうやって実現するか伝達比 = 伝達の方向入力の回転数 = 出力の歯数入力の歯数秒針 60 秒で 1 回転する歯車 A が 60 回転したときに歯車 B をちょうど 1 回転させる 60 A B 分針 60 分で 1 回転する歯車 B が 60 回転したときに歯車 C をちょうど 1 回転させる 60 B C 時針 12 時間で 1 回転する歯車 C が 12 回転したときに歯車 D をちょうど 1 回転させる 12 A B

14 必要な工具はんだごてニッパー電源単 4 乾電池 4 本はんだごて台ラジオペンチはんだ (+) ドライバー No2:M3 用 No1:M2 用

15 はんだづけ ( はんだづけの方法 ) はんだづけとははんだづけの方法電子部品間で電気が流れるようにまた物理的に接合が外れないようにすることです電気が流れるように接合することですから単に固定するだけではダメです部品の足ランドランドと部品の足の両方に熱を加えます 5~6 秒くらいが目安です Good! 温めた部分にはんだを流し込みますランドと部品の足にまんべんなくはんだがついていてツヤがあり富士山のような盛り上がりになっていれば完璧です! 失敗例はんだが十分になじんだらまずはんだを外し次にはんだごてを外します最後に部品の足を根元からニッパーで切りますイモはんだ目玉はんだショート

はんだづけ ( はんだづけに失敗したら ) はんだの修正方法もしはんだづけに失敗しても慌てないでくださいはんだづけは修正することができますはんだ吸い取り線はんだ吸い取り線は銅線をあんで作られたものですはんだ吸い取り線を取り去りたいはんだに重ね上からはんだごてであたためると溶けたはんだが毛細管現象ではんだ吸い取り線に吸い取られますはんだ吸い取り機

16 はんだづけ ( はんだづけに失敗したら ) はんだの修正方法もしはんだづけに失敗しても慌てないでくださいはんだづけは修正することができますはんだ吸い取り線はんだ吸い取り線は銅線をあんで作られたものですはんだ吸い取り線を取り去りたいはんだに重ね上からはんだごてであたためると溶けたはんだが毛細管現象ではんだ吸い取り線に吸い取られますはんだ吸い取り機バネがついた注射器のような構造になっていますはんだごてで溶かしたはんだにピストンを押し下げた状態の吸い取り機を近づけボタンを押してピストンが元に戻るときに空気と一緒に溶けたはんだも吸い込むことではんだを除去します失敗したときに絶対やってはいけないこと! ぐらぐらと部品を揺らしたり無理に上から押さえたり引き抜いたりするとランドがはがれてしまいます断線すると電気が流れないので回路は正常に動作しません

17 ( はんだづけ ) 1 抵抗取りつけ方向なし知っておこう抵抗色で値を表示電流の流れを制限して回路にちょうど良い値にします R1 R2 3.3kΩ ( 橙橙赤金 ) R3 2 発振子 XT1 取りつけ方向なし回路記号発振子規則正しい電気の波を発生させる部品マイコンのクロック信号として使われます回路記号

18 ( はんだづけ ) 3 セラミックコンデンサ取りつけ方向なし表示 C1 22pF (22と表示) C2 C3 1μF(1と表示 ) C4 コンデンサ知っておこう電気を貯めることができる部品電源の安定や電気信号を遅延させたいときなどに使われます回路記号

19 ( はんだづけ ) 4 トランジスタ取りつけ方向ありトランジスタ知っておこう Q1 電流を増幅しますブザーを駆動するための電流増幅や微小なセンサー信号の増幅に使われます無理なく差し込めるところまで差し込みます (3~5mm 基板から浮きます ) 回路記号下図の部分がショートしないように特に注意するココはつながってはダメです

20 ( はんだづけ ) 5 ブザー取りつけ方向なし知っておこうブザー BZ1 電気のエネルギーを音エネルギーに変換します回路記号

21 ( はんだづけ ) 6LED( 赤 ) LED3 LED9 LED6 LED12 取りつけ方向あり足の長い方が A 側です知っておこう LED( エルイーディ ) 蛍光灯や白熱電球に比べて少ない電流で光ります 7LED( 黄 ) 取りつけ方向あり回路記号 LED1 LED2 LED4 LED5 足の長い方が A 側です LED7 LED8 LED10 LED11 取りつけた後で A と K を確認する場合真上から見て平らな面が K 側です

22 ( はんだづけ ) 8 電解コンデンサ C5 9 スライドスイッチ SW 取りつけ方向あり足の長い方が + 線の入っている方 ( マイナスマークがある方 ) がー取りつけ方向なし下図の部分がショートしないように特に注意する電解コンデンサ知っておこう電気を貯めることができる部品電源の安定や電気信号を遅延させたいときなどに使われます電気を貯める材料によってセラミックコンデンサや電解コンデンサーといった種類があります回路記号スイッチ主に電源の ON/OFF に使われますココはつながってはダメです

23 クロックムーブメントの配線 1 クロックムーブメントの取りつけ 2 配線するはんだづけの位置を特に注意する! + の表示のきをチェック!

24 電池ボックスの配線 1 単 4 3 電池ボックスの配線 + とーの場所 2 単 4 1 電池ボックスの配線 CK+ と CK- の場所 DC+ と DC- の場所を特に注意する!

25 電池ボックスの取りつけ 3B 基板の取りつけ設定ツマミの取りつけ 4 電池ボックスを貼りつける B 基板

26 時計針の取りつけ針はとても細い部品です折らないように注意して取りつけましょう 1 アラーム設定用ツマミを回してカチッと音がするところを探しますカチッ 2 音がしたところでツマミを止めてアラーム設定針を 12 時の位置に合わせて取りつけます 3 短針長針秒針の順番で 12 時の位置に合わせて針を取りつけます

27 もう一度確認しようで電源を入れる前にもう一度ポイントをチェックしようの順番どおり正しく配線されているか確認 LED1~12 の目印の向きを確認単 4 1 電池ボックスのコードであることを確認 (+) と (-) を確認電解コンデンサの + の向きを確認単 4 3 電池ボックスのコードであることを確認 (+) と (-) を確認トランジスタの向きを確認足が全部できていることショートしてないことを確認へ

28 チェックの手順 (1) (+),(-) を間違えないようにして乾電池をセットする (2) 秒針が動いていることをチェックちゃんと動いていたら時間設定ツマミを回して現在時刻に時計を合わせる時間設定ツマミ短針アラーム設定針 ( 黄色 ) (3) スライドスイッチを ON 方向へスライドさせる (4) アラーム設定用ツマミを回してアラーム設定針と短針を重ねます重なるとカチッと音がして LED が点滅を始めブザーから音楽が鳴りだすことをチェック (5) スライドスイッチ OFF 方向へスライドさせると音が止まって LED が消えることをチェックアラーム設定用ツマミブザースライドスイッチ

29 トラブルシューティング症状 LEDが全く点灯しないブザーから音が出ない針が動かないここをチェック LED の取りつけ方向をチェック SW1 XT1 のはんだづけの状態をチェッククロックムーブメントの 5,6 の配線のはんだづけをチェック単 4 3 電池ボックスの電池が消耗していないかチェックセットする方向を間違っていないかチェック Q1 の方向をチェックはんだづけの状態をチェック R1 R2 BZ1 のはんだづけの状態をチェック単 4 1 電池ボックスの電池が消耗していないかチェッククロックムーブメントの 1 4 の配線の順番があっているかチェックはんだづけの状態をチェック Tips! うまく動かない原因ははんだづけがうまくついていないことが原因である場合が 90% 以上を占めています一見うまくついているように見えても実はついていないことがありますそこではんだづけした場所をはんだごてでもう一度温めて溶かしなおしてみましょう

30 ドームの取りつけドームを取りつけたら完成です完成!

31 マイコン全てを制御する心臓部マイコンはマイクロコントローラーの略で周辺装置を制御するためのプログラムがあらかじめ書き込まれていますこのマイコン一つで必要な働きを行うことからワンチップマイコンとも呼ばれますマイコンマイコンの内部は図のような構成になっています CPU( 中央演算処理装置 ) 計算や周辺装置の管理などを行うメモリープログラムなどを記憶する I/O( アイオー ) 周辺機器と信号のやり取りを行うタイマー制御のタイミングなどをコントロールこの 4 つがマイコンの基本的な構成です発展身の回りでマイコンが使用されているものにはどんなものがありどのようなことをコントロールしているか調べてみよう洗濯機テレビカメラ洗濯の手順をコントロールなどチャンネルや映像のコントロールなど最適な撮影になるようにコントロールなど最近の電気製品にはほとんどのものにマイコンが使用されています複雑な手順の作業を間違えることなく常に同じレベルで行うことができるからですまた自分でプログラムを作成してそのマイコンに書き込み独自の機器を作成できるマイコンボードも多く販売されています (Raspberry Pi Arduino など )

32 ブザーブザーのしくみ圧電素子という電圧を加えると変形する素子を金属板に貼りつけた構造になっています圧電素子が変形することで金属板も一緒に変形しその変形により空気を振動させて音を鳴らしますブザー圧電素子発振回路変形を繰り返して空気を振動させる + - 電圧を加えると素子が変形する発振回路人間が聞くことができる音の周波数は 20Hz ~20kHz と言われていますので金属板をその範囲で振動させなければなりませんそのため圧電素子をつかったブザーには発振回路が必要となります本機ではこの発振回路もマイコンで構成されマイコンで作りだした信号 ( 電圧 ) で圧電素子を鳴らしています金属板 ( 振動板兼電極 ) 特徴圧電素子を使ったブザーはそのしくみから人間の声や音楽などを再生するのには向いていませんそのかわりに小型であることを生かして電子機器の動作確認音や操作音の発生に多く使われます

33 LED 発光ダイオード (LED) を知ろう特性の異なった 2 つの半導体 (P 型半導体と N 型半導体 ) が接合された PN 接合で構成されますここに決まった方向から電圧を加えたときに再結合という現象が起きその時に生じたエネルギーが光のエネルギーとなり発光します + P 型半導体 - N 型半導体発展いろんな LED 使用場所目的に合わせていろいろな形性能の LED があります身の回りの LED の特徴を調べみましょう形による違い砲弾型 LED チップ LED 数字表示 LED 強い指向性が欲しいときに使われますまたがやりやすいので電子工作でよく使われます指向性が砲弾型より広くまたとても小型なので小型機器の中に使われます数字を表示するのに便利なようにあらかじめ数字の形に LED が配置されているものや文字表示に便利なように LED を格子状に並べたものがあります性能による違いフルカラー LED ハイパワー LED 赤外線 LED 赤青緑の LED チップが 1 つにまとめられており自由に色を作り出せる照明車のライトで使われているハイパワーのため発熱が多く放熱器が付いているものもあるリモコンの送信機に使われている

34 回路部分回路 USB インターフェース回路全体的な動きブザー駆動部スイッチ発振回路クロックムーブメント LED 表示部セットした時間になると音が流れて LED が点滅しますこれらの動作はマイクロコントローラ ( マイコン ) で実現していますマイコンはとても小さいですがまるでパソコンのように入力と出力とメモリを持っておりメモリには動作の手順を記したプログラムが書かれていますマイコンは入力された信号をもとにプログラムに従って LED やブザーの制御を行っています

35 まとめクロックムーブメント周期的に信号を出す水晶振動子 ( クオーツ ) を使ってちょうど 1 秒ごとにモーターを動かして針を進める仕組みにしたものギアを何枚も組み合わせて秒分時の針が動くようになっている LED LED は電気エネルギーを効率よく変換して光に変えている LED は形状や性能の違いを活かして表示だけでなく通信などの分野でも使用される現在身の回りには多くの電子機器がありそれら機器には多くの特徴ある部品が使われていますこれら部品の内容を知ることで身の回りの機器に対する理解が深まっていきますブザー電気エネルギーが音のエネルギーに変換されるブザーは圧電素子に電圧を加えて変形させることで空気を振動させて音を作っている

学習の狙い狙い推測確認まとめ生活の中で利用されている技術について身近な時計を通して学習する時間を利用した製品を調べてみよう時計の歴史について調べどの様に発展してきたか考えてみよう (5~7 ページ ) 使用目的によって時間を利用した製品がいろいろあり生活の利便性向上に寄与し

学習の狙い狙い推測確認まとめ生活の中で利用されている技術について身近な時計を通して学習する時間を利用した製品を調べてみよう時計の歴史について調べどの様に発展してきたか考えてみよう (5~7 ページ ) 使用目的によって時間を利用した製品がいろいろあり生活の利便性向上に寄与しデジタルアラーム時計ガイド時報機能がついて便利! TK-738 学習の狙い狙い推測確認まとめ生活の中で利用されている技術について身近な時計を通して学習する時間を利用した製品を調べてみよう時計の歴史について調べどの様に発展してきたか考えてみよう (5~7 ページ ) 使用目的によって時間を利用した製品がいろいろあり生活の利便性向上に寄与していることを知る昔の時計と現在の時計でどのような点が変わり