内藤 裕二/ 10月 12, 2018/ 技術, 電子工作

TL;DR

夏休みの自由研究代わりに、簡単な電子回路とレゴブロックで工作をしてみた

発端

放っておくと一日中部屋に籠って遊んでいるレゴ好きの下の子に、何か追加で楽しめるものを、と考えてみた。
どうせなら将来役に立つ知識の入り口になれば良いという下心もあり、簡単な電子工作と組み合わせて、LED付きのレゴブロックを作ってみた。

時期的には遅すぎるが、夏休みの自由研究ということで。。。

設計

電源

とりあえず、レゴブロックと連結できる仕組みがいい。
ネットを探してみると、レゴブロックのサイズを実測している方がいた。

上記を参考にすると、デュプロのサイズが単三電池2本の電池ボックスと大体同じサイズだった。
電池には自宅にあるエネループを使用するとすると、電源電圧は1.2V x 2 = 2.4Vとすればよさそうだ。

回路用のケーブル

レゴの部品に目立たないように端子を付けてつなぐのは、工作の難易度が高い。
すっぱりとあきらめて、ケーブルを作成する方向で検討。
端子には、一般的な基板用コネクタを流用することにする。
レゴブロックのサイズから行くと、通常のレゴブロックの4×4ブロックが一辺16mmなので、そのブロック上にIN/OUTの2つ配置可能なサイズのコネクタで入手性の良いものを調べる。
2ピンのPHコネクタを採用した。
コネクタ、ポスト、コンタクトピンを多めに購入。

スイッチ

電池ボックスにスイッチがついているものもあるが、小さくてオン/オフしづらい。
子供の手でも扱えるように、適当なトグルスイッチを用意することにする。
サイズの目安は4×8ブロック上に、PHコネクタ2つと一緒に実装する。
また、今回は単純なオン/オフのみ想定するので、1回路のスイッチで十分。

LED

できるだけ拡散するタイプのものを選んだ。
サイズはこれまでの部品同様、4×4ブロック内に収まるようにする。
抵抗は家にあるカーボン抵抗を適当に使用することにする。

土台となるレゴブロック

作成する部品に合わせて、必要なサイズと数をネットで注文。
色は黒で統一した。

実装

電池ボックス

リード線付きの電池ボックスを購入。
出ているリードにPHコネクタを圧着して、ハウジングに挿入する。
グルーガンで、電池ボックス全体を土台になるレゴに接着して完成。
簡単。

電池ボックス

回路用のケーブル

赤い同線と黒い銅線にPHコネクタを圧着して、ハウジングに挿入する。
注意点として、コネクタに接続した際に、2.4Vの銅線とGNDの銅線が同じ方向になるようにハウジングに挿入した方が、管理がしやすい。

スイッチ

PHコネクタを両端に、中央にスイッチを接続。
スイッチによって2.4V側の銅線がオン/オフされるように接続する。
GND側はスイッチを介さずに、コネクタ同士の接点をつなぐ。
最後にレゴブロックにグルーガンで接着。
ついでに、手で触れそうな金属部分やすきまはグルーガンで埋めて完成。

スイッチ

LED

ブレッドボードで使用する抵抗の大きさを決める。
LEDの推奨電流値が20~30mAだったので、100Ωの抵抗を使用することにした。
コネクタの2.4V側端子を、抵抗を介してLEDの足にはんだ付け。
コネクタのGND側端子はそのままLEDの反対側の足にはんだ付け。
例によってグルーガンでレゴブロックと接着し、むき出しの金属部分を埋める。

LEDブロック

反省点

  • 大きさの合わない圧着工具を無理やり使用したため、コンタクトピンの圧着で結構失敗した
  • 細かい部品のはんだ付けで結構苦戦。ヘルピングハンズ合った方が効率よさそう

使用例

デュプロと組み合わせてロボットにしていた。
ケーブルはもっと短くても良かったかも。

使用例その1

使用例その2