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【親子で工作】小学生に最適!電子工作「じゃんけん装置」を作ってみよう

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ひろ

今年の夏は小学生の息子と電子工作にチャレンジしたいのですが、はじめてなので何を作ったらいいかわかりません。

せでぃあ

初心者にもおすすめな工作があるので紹介するよ。

本気記事では、筆者が数年前に実際に子供(当時小5)と作ったアイデア工作「じゃんけん装置」を紹介します。

プログラムを使わない電気配線のみで回路が構築されるシンプルなものですので、初心者の方におすすめの工作です。

本記事では電気工作初心者の方でも簡単に製作できるように、画像を用いて丁寧に説明しています。

このような方におすすめ
  • はじめての電子工作にチャレンジしてみたい人
  • 夏休みの自由研究ネタに困っている人
  • 工作を通じて親子の絆を深めたい人
筆者:せでぃあ

✅電験三種合格者

✅プライム企業に勤める電気・機械設計エンジニア

✅子供と一緒に電子工作を作り、2作品で発明くふう展受賞経験あり

✅本ブログにてArduinoスクラッチプログラミングLESSON記事投稿中

✅YouTubeチャンネル「せでぃあブログちゃんねる」運営中

目次

装置の説明

じゃんけん装置の上面写真
じゃんけん装置の上面写真
じゃんけん装置はこんな装置です
  • じゃんけん装置とは2人が向かい合って、押しボタンを使ったじゃんけんをする対戦装置です。
  • 2人のボタンが押されると、じゃんけんの結果に応じたランプが点灯します。
  • ボタンを押した人の手はわかりませんので、後出ししても有利にはなりません。

本装置は過去に筆者が子供と一緒に製作した装置を基に再設計し、電気配線をやり直しております。

じゃんけん装置完成までの流れ

STEP
工具と材料の準備

ホームセンターやネットショップ、100均で揃えることができます。

STEP
組み立て

基本的には木工ボンドを用いて取付します。

STEP
電気配線

主にドライバーやはんだごてを使った作業を行います。

STEP
動作確認

各じゃんけんの組み合わせに応じたランプが点灯するか確認します。

STEP
完成!

じゃんけん装置の完成おめでとうございます(^^)

色塗り等、お好きなようにカスタマイズしてもいいですね!

せでぃあ

詳細については、このあと丁寧に説明するよ

装置の構成

この装置がどんな部材・機器構成になっているかの概要になります。

じゃんけん装置の上面側構成機器説明写真
上面側の構成機器
じゃんけん装置の裏面側構成機器説明写真
裏面側の構成機器

必要な工具

本装置を製作するために必要な最低限の工具について説明します。

最低限必要な工具
  1. +ドライバー
    リレーソケットを天板に固定するために使用
  2. 木工用ネジ(3mm×長さ10mm)
    リレーソケット固定に使用
  3. ニッパー
    配線切断、配線被覆剥きに使用
  4. 配線用電線(0.5㎟あれば十分)
    配線に使用
  5. はんだごて
    ボタン、ランプ等の配線時使用
  6. はんだ
  7. 木工用ボンド
    木材の固定、電子機器の固定に使用
  8. 絶縁テープ
    配線同士のはんだ付け部の保護に使用
自分で加工する場合は必要な工具
  1. のこぎり
    天板面取り加工等で使用
  2. 電動ドリル、彫刻刀等の木材穴あけ工具
    ボタン、ランプ用穴あけで使用
あると便利なもの(なくても本装置は製作可能です)
  1. ワイヤーストリッパー
    電線の被覆剥き作業に便利です。なければ電工ペンチやニッパーの切り欠き部を使います。
  2. インシュロック
    配線を縛ってまとめることができます。
  3. マークチューブ、シール類
    電線に線番を記すことができます。

必要な材料

使用する材料には「加工が必要なもの」と「購入するもの」が存在するので、それぞれについて説明します。

加工が必要なもの

加工が必要なもの
  1. 天板
  2. かくし板
  3. 支柱

天板

天板は木材(ベニヤ板)の加工品になります。

天板の寸法指示説明写真
天板の詳細

寸法:300×450×厚み4mm
※ケガ防止のため4コーナーは面取り加工を行ってください。

必要な加工:φ10×6か所(押しボタン用)、φ13×6か所(ランプ用)

ホームセンターによっては穴あけ加工まで対応可能な店舗もあります。
お近くの店舗のサービス内容を確認してみてください。

かくし板と支柱

隠し板と支柱は木材の加工品になります。

かくし板と支柱の寸法説明写真

筆者は20mm角棒を切断して4つ支柱を製作しました。
ホームセンターで加工が可能な場合は購入時に加工すると便利です。

購入するもの

購入が必要なもの
  1. 押しボタン×6
    HK-PSS03H:ELPA
  2. 豆電球(赤)×2
    GA-11NH(R):ELPA
  3. 豆電球(黄)×2
    GA-11NH(Y):ELPA
  4. 豆電球(青)×2
    GA-11NH(BL):ELPA
  5. 豆電球用ソケット×6
    PP-04NH:ELPA
  6. 単三乾電池×6
    アルカリ推奨
  7. 単三乾電池用ボックス(2本用)×1
    UM-320NH:ELPA
  8. 単三乾電池用ボックス(4本用)×1
    UM-340NH:ELPA
  9. バッテリースナップ×2
    PP-18NH:ELPA
  10. リレー(DC6V 4回路C接点)×6
    952-4C-6DN:秋月電子通商
  11. リレー用ソケット×6
    PYF14A-A:秋月電子通商

購入品型番は必要スペックが同じであれば、別メーカー品も適用可能です。

リレー・ソケットは秋月電子通商にて購入できます

組み立て

木材部品の組み立て

天板の穴加工等が未完了の場合は、加工後に組み立てを行ってください。

木材部品の組み立て説明写真

まず、木材品を木工用ボンドにて接着します。

天板に対して、かくし板、支柱どちらを先に接着しても良いです。

天板の上に接着対象を載せて接着した方がグラつきがないため、どちらか一方の接着が完了してから残りを接着することをおすすめします。

電子部品の組み立て

表面実装部品

じゃんけん装置完成時の装置表面写真
<参考>完成時の装置表面写真

ボタン、ランプともにボンドで接着取付します。

裏面実装部品

じゃんけん装置完成時の装置裏面写真
<参考>完成時の装置裏面写真

電池ボックスはボンドで接着します。

リレーはソケットに差し込んで組み付けます。

リレーソケットは木工用ネジ(3mm×長さ10mm)にて組付けしていきます。

せでぃあ

これで部品組付け完了だね

電気配線

いよいよ電気配線です。

丁寧に説明していくので、落ち着いて作業を行ってください。

DC3V回路の配線

STEP
-線を配線する
-3V線の配線説明

まずは電池ボックスからマイナス電源ライン(線番:-3V)の配線を行います。

バッテリースナップからの黒リード線がマイナスです。

押しボタンスイッチには2つの端子があり、任意の端子にはんだ付けにて配線します。

はんだごての金属部で火傷しないように十分注意してください。

STEP
A側ボタン押下信号を配線する
Aさんボタンの押し下げ信号配線説明

A側の押しボタン「グー」「チョキ」「パー」からリレー「R1」「R2」「R3」に対して配線します。

ボタン側ははんだ付け、リレー側はネジ端子に固定してください。

リレー側への接続先は上記写真右上記載のネジ部になります。

押しボタンの端子は、先ほどの-3V配線で接続されていない側を接続してください。

STEP
じゃんけんの組み合わせに応じたランプに配線する
じゃんけん結果ランプへの配線考察

じゃんけんの組み合わせは全部で9通りありますが、結果は「勝ち」「あいこ」「負け」の3通りです。

写真のように色分けすると各リレーから、結果A,B,Cへの配線が各1本必要であることが分かります。

じゃんけん結果ランプへの配線説明

配線作業に取り掛かります。

1つのランプに対して4本の線を接続しているため、はんだ付け後に線が剥がれることがあります。

長めに被覆を剥いて、電線で巻き付けた状態ではんだ付けするとやりやすいです。

接続本数が多い箇所ではんだ付けするときは、はんだを多めに流し込むと剥がれにくくなります。

STEP
+線を接続する
+3V線の配線説明

電池ボックスのプラス電源ラインとの接続を行います。

バッテリースナップからの赤リード線がプラスです。

これでDC3V回路の配線は完了です。

DC6V回路の配線

使用するリレーはDC6Vにて駆動する機器のため、DC6V電源ラインで回路構築します。

STEP
-線を配線する
-6V線の配線説明

-3Vの配線と同様の配線になります。

バッテリースナップからの黒リード線がマイナスです。

STEP
B側ボタン押下信号を配線する
Bさんボタンの押し下げ信号配線説明

グーボタンはR1、チョキボタンはR2、パーボタンはR3の各1本配線になります。

リレー側への接続先は上記写真右上での説明を参照してください。

STEP
+線を接続する
+6V線の配線説明

リレーの端子を使った配線になります。

バッテリースナップからの赤リード線がプラスです。

これでDC6V回路の配線も終わり、配線作業は完了となります。

せでぃあ

配線作業お疲れ様でした。
動作確認する前に、今一度配線間違いがないか目視確認してください。

動作確認

配線が完了したら動作確認を行います。

じゃんけんの組み合わせは全部で9通りありますので、それぞれ確認していきます。

じゃんけん装置の動作確認(左グー×右パー)
左グー×右パー:動作OK
じゃんけん装置の動作確認(左グー×右グー)
左グー×右グー:動作OK
じゃんけん装置の動作確認(左グー×右チョキ)
左グー×右チョキ:動作OK

残りの6通りも確認し、動作できました。

せでぃあ

この動作確認遊びが楽しいです!

動作に問題があった場合の対応方法

ランプが点灯しないとき:配線抜け、ネジゆるみ、はんだ付け部の未接合、別信号線との接触を確認してください。

違うランプが点灯するとき:配線間違いしていないか、別信号と接触していないか確認してください。

それでも動作がうまくいかないときは、配線1本ずつ問題ないか確認してください。

せでぃあ

落ち着いて配線状態を確認すれば問題個所がみつかるはずだよ

まとめ(じゃんけん装置は自由研究におすすめ?)

プログラミングを使わずに作ることができるじゃんけん装置は、お手軽にチャレンジできるおすすめテーマです。

プログラミングを使わなくても電子工作は十分楽しめると思います。

電子工作に慣れてきたらご自身で考えたアイデア工作にチャレンジしてみてはいかがでしょうか。

応援ありがとうございます(^^)/

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