Electronics Skills Kit 101

ブレインゲームを組み立てる前に、スルーホールのはんだ付けの手順を確認しておきましょう。

なぜスルーホールと呼ばれるのでしょうか？回路基板を見ると、いくつもの穴が開いており、その裏面にはそれぞれ銅の配線が施されています。各パーツのリード線をこれらの穴に通し（これが「スルーホール」の由来です）、銅の配線にはんだ付けします。

はんだ付けの作業において最も重要なツールは、何といってもはんだごてです。この手順では、iFixitのストアで販売しているはんだ付けステーションを使用します。

この作業では、はんだごて先のワット数が40Wを超えないようにしてください。コンセントから50Wの電力を消費するこのステーションであれば、最大出力まで上げても安全です。

はんだごてを初めて使用する場合、煙が出て少し不快な臭いがすることがあります。これははんだごて先のコーティングが焼けているだけですので、心配はいりません。煙が出なくなるまで数分待ってください。

はんだ付けを始める前に、クリーニングスポンジを必ず湿らせてください。乾いたままのスポンジは焦げてしまいます。

キットに含まれる抵抗器R1から始めます。これには黄色、紫、茶色、金の帯があります（これらの色帯の意味については後述します）。

抵抗器の本体から約1.5 mmのところで、リード線を90°の角度に曲げます。

回路基板上の「R1」とマークされた長方形の両側にある穴に、抵抗器のリード線を通します。

基板を裏返し、銅箔パターンが上を向くようにします。2枚目の写真のように、抵抗器のリード線が真上を向くようにします。

そろそろ溶けた金属を扱いたくてうずうずしている頃でしょうが、まずは、はんだごて先を準備する必要があります。

はんだごて先が熱くなったら、少量のハンダを直接溶かして付着させ、湿らせたスポンジで拭き取ってきれいにします。

もう一度、小さなハンダの玉をはんだごて先に溶かして付着させますが、今度は拭き取らないでください。これは「錫メッキ」と呼ばれ、熱伝導率を高めて、より素早く効率的にはんだ付けできるようになります。

さあ、いよいよ核心となる作業です。はんだを溶かしていきましょう。

回路基板上の接続する2つのパーツ、ここでは抵抗器のリードと銅箔パターンにはんだごて先を当てます。

はんだをごて先に接触させて接合部に溶かし込みます。1〜2秒以上当て続けないでください。

素早く、しかし慌てずに、はんだごてとはんだの両方を接合部から離します。

はんだ付けされた接合部は、光沢があり円錐形をしているはずです。銅箔パターンからはみ出さないようにしてください。

上記と同じ手順で、2本目の抵抗器のリードを回路基板にはんだ付けします。

ワイヤーカッターで、抵抗器のリードの余分な長さをカットします。NASAの施工基準では、2.29 mmまでの長さであれば許容されます。

誰でも失敗はあります。特にはんだ付けは初めて試す際に失敗しがちです。はんだ付けした箇所が理想通りにならなかった場合の対処法を解説します。

はんだ吸い取り線を問題の箇所に置きます。はんだごて先をはんだ吸い取り線の上からしっかりと押し込みます。これにより、はんだとはんだ吸い取り線の両方が加熱されます。

はんだが接合部から吸い取り線へと流れ込みます。吸い取り線にはんだが染み込んだら、基板からはんだごてと一緒に取り外します。これで最初からやり直すためのきれいな接点ができるはずです。使用済みのはんだ吸い取り線の先端はワイヤカッターで切り取ってください。

抵抗器とは何か、なぜ重要なのでしょうか。抵抗器は、回路内の電流を制御するために使用される部品です。抵抗器の抵抗値が高いほど（単位はΩ、オーム）、流れる電流は少なくなります。

抵抗器のカラーコード（色の帯）が、その抵抗値を決定する鍵となります。抵抗器のカラーコード表が役立ちます。

抵抗器に4本の帯がある場合、まず見つけるべきは端の方にある赤、金、または銀の帯です。これは耐性を表す帯です。今回使用する抵抗器には金の帯があるため、実際の抵抗値は公称値の±5%以内であることが分かります。

次の手順は、抵抗器の公称値を決めることです。耐性の帯とは反対側の端から左から右へ順に、3本の色の帯があります。最初の2本は数字（0～9）に対応し、3本目は乗数帯で、10の累乗に対応します。

上の写真の抵抗器を見ると、黄、紫、赤の帯があります。抵抗器のカラーコード表を確認すると、これらはそれぞれ4、7、100に対応しており、公称抵抗値は4,700 Ωとなります。

残りの3個の470 Ω抵抗器（黄／紫／茶）を、「R2」、「R3」、「R4」とマークされた端子に取り付けます。

キットから黄色/紫/赤の抵抗を2つ取り出します。

これら2つの抵抗を回路基板の「R5」および「R6」端子に取り付けます。

黄／紫／黒の抵抗を1つ探します。

この抵抗を回路基板上の「R7」と記された端子に取り付けます。

キットをもう少し探すと、長いリード線が付いた新しい魅力的な部品が見つかります。

これらはダイオードであり、回路における「一方通行」の標識です。ダイオードの役割は、電流を順方向（アノードからカソードへ）にのみ流し、逆方向への流れを遮断することです。電流はアノード（正極）から入り、カソード（負極）から流出します。

電流を一方向にしか流さないため、ダイオードを正しい極性で取り付けることが重要です。ダイオードの帯がある側がカソードを示しています。

小さな赤いダイオードのリード線を曲げ、D1と記された端子に差し込みます。

抵抗器を回路基板にはんだ付けしたときと同じ方法で、ダイオードを取り付けます。

大きめの黒いダイオードを「D2」とマークされた端子に取り付けます。

ボタンがなければゲームとは言えません。次はボタンを基板に取り付けます。

4つのボタンのリードを、SW1からSW4とマークされたスルーホールに差し込みます。

リードが穴に正しく収まっていれば、ボタンの取り付け方向に決まりはありません。

各ボタンのリード線をそれぞれはんだ付けします。

ボタンのはんだ付け方法は抵抗やダイオードの場合とまったく同じですが、接合部のはんだ付け後にリード線の余分な部分を切り取る必要はありません。

次にICソケットを取り付けます。CPUソケットとも呼ばれます。ICソケットは、機械的な接続を使用してプロセッサと回路基板を接続します。このソケットにより、プロセッサを回路基板に直接はんだ付けするリスクを負うことなく、簡単に交換できるようになります。

ICソケットの8本のリード線を、IC1とマークされた長方形の穴に差し込みます。ソケット上部の半円が、回路基板の長方形の端に印刷されている半円と揃っていることを確認してください。

基板を裏返し、ICソケットの8本のリード線を基板にはんだ付けします。ボタンのはんだ付けと同様に、リード線の余分な部分を切り取る必要はありません。

次に黄色いコンデンサを取り付けます。コンデンサは電荷を蓄える部品であり、ライトを点灯させたりビープ音を鳴らしたりする際に、回路へ急激にエネルギーを供給する役割を果たします。

コンデンサは、各導体上の電荷とそれらの間の電位差の比率（単位はファラド）で測定されます。このコンデンサは1 µFのものです。

「C1」とマークされたICソケットの隣にある端子にコンデンサを取り付けます。コンデンサのリード線のはんだ付けは、これまで使用してきたスルーホールのはんだ付けの手順と同じです。

次にインストールするコンポーネントはLEDです。発光ダイオード（LED）は、明るくさまざまな色の光を出すために、あらゆる種類の電子機器で使用されています。

4つのLEDは、LD1からLD4とマークされた4つの各端子に取り付けます。

LEDを取り付ける際は、2本のリード線のうち短い方を、プリントされた円の平らな部分の隣にある穴に差し込んでください。

各LEDを回路基板にハンダ付けし、リード線の余分な部分を切り取ります。

興味深い電気部品ですね。

トランジスタは電気信号の増幅やスイッチングに使用されます。つまり、入力電圧を増幅するか、電子的なオン・オフスイッチとして機能します。

トランジスタを取り付ける際に重要なのは、各リード線が異なる役割を持っているため、それぞれを正しい箇所にはんだ付けすることです。

ひとつは電流源として使用されます。

ひとつはゲートとして使用されます。

ひとつは電流の出力先として使用されます。

T1とラベル付けされた半円の位置を確認し、3本のリードをそれぞれの穴に差し込みます。

3本のリードを基板にはんだ付けし、余分なリードを切り取ります。

自作の電子工作には最高のサウンドシステムが必要ですよね……あるいはこのスピーカー。十分でしょう？

リード線を「LS」と書かれた円の中にある穴に挿入し、プラス端子同士が合っていることを確認します。

2本のスピーカーリード線を回路基板にハンダ付けします。

ボーナス！ スルーホールのはんだ付けを学んでいると思いきや、このキットには表面実装のはんだ付けの入門ガイドが付属しています。表面実装のはんだ付けは、iPodなどのデバイスにおいて、回路基板へのバッテリーの取り付けによく使用されます。

はんだごて先を、大きな銅製のマイナス側はんだパッドに当てます。これにより、はんだパッドに熱が伝わり、はんだ付けが容易になります。

はんだをはんだごて先に当て、銅製パッドの上に滑らかで凸状のはんだドームができるまで送り続けます。

プラス側のハンダ付けランドに対しても同様の作業を行います。

最終的に、ハンダが長く滑らかな凸状のドーム型になっていれば完了です。

だまされたわけではありません。その2本のリード線の中間に部品は付いていないのが正常です。

バッテリーのリード線を回路基板にはんだ付けするには、はんだごて先をプラス端子上の既存のはんだに当てます。

はんだが再び溶け始めたら、図のようにリード線の端を溶けたはんだの中に素早く差し込み、基板の端からリード線が垂れ下がるようにします。

はんだごてを離し、リード線の周りのはんだが冷えるまで待ちます。

負極側のバッテリー端子リード線に対して、表面実装の手順を繰り返します。ワイヤリングの余分な部分が正極側のリード線側ではなく、反対側にはみ出るように取り付けてください。

回路基板にウィスカーを取り付け終わりました。そろそろ撫でてあげて、爪とぎを買ってあげましょう。……おっと、それは違いますね。

バッテリー筐体の裏側にある穴に、2本のプラスネジを差し込みます。

片方の手でネジの頭を2本の指で押さえます。

ネジの頭を指で押さえて固定したまま、もう一方の手でバッテリー筐体をつかみ、裏返します。ネジの軸がバッテリー筐体の上側から突き出すようにします。

空いている手を使って、2つの金属製スペーサーをネジのネジ山にそれぞれ1つずつ配置します。

ネジを固定したまま、回路基板をバッテリー筐体の上にセットし、2本のネジをスピーカーの両サイドにある穴に通します。

バッテリー筐体のネジにナットを2つ手で締めます。

5.5 mmのナットドライバまたはソケットをバッテリー筐体のネジのナットに被せます。

回路基板を裏返します。

片手でソケットを固定し、プラス2番ドライバーを使用してバッテリー筐体のネジを締めます。

同様の手順で、もう一方のバッテリー筐体のネジを締めます。

スパッジャーを使用してバッテリー端子の金属リングを上にこじ開け、バッテリー端子に対して垂直になるようにします。

ワイヤーカッターを使い、プラス端子の表面実装用リード線を約2.5cm（1インチ）切断します。

リード線を曲げて、バッテリー筐体のプラスリング端子に通します。

習得したスルーホールのはんだ付け技術を使って、リード線をバッテリー端子にはんだ付けします。

余分なリード線を切り取ります。

負極のバッテリー端子のリード線についても同じ手順を繰り返します。

回路基板に取り付ける最後の部品は、Brain Gameの頭脳であるCPU（中央処理装置）です。

CPUの端の一方には小さな切り欠きがあります。CPUを取り付ける際は、この切り欠きをICソケットの切り欠きに合わせてください。

8本のCPUピンをICソケットの対応する穴に押し込み、CPUを取り付けます。

Level 1 スルーホールのはんだ付けキットが完成しました。

バッテリー筐体に単3電池を3本取り付けます。

最後の電池を挿入すると、4つのLEDが時計回りに点滅します。お疲れさまでした。修理完了です。

ゲームの遊び方は以下の通りです。

電池を1本取り外します。次に、音を出さない場合は「Level 2」ボタンを、音を出す場合は「Level 1」ボタンを長押ししながら、電池を再度挿入します。電池を挿入してから数秒後にボタンを解放します。ゲームはしばらくすると自動的に電源が切れます。遊ぶために起動するには、「Level 1」ボタンを押すと音付きで、「Level 2」ボタンを押すと音なしでプレイできます。

LEDが時計回りに回転しながら点滅している間に、4つのボタンのいずれかを押して難易度を選択します（ボタンの上または下に難易度が印字されています）。

難易度を選択するとゲームが始まります。このゲームは一般的な「Simon Says」形式の記憶ゲームです。LEDが1つ点滅したら、そのボタンを押します。次に2つのLEDが点滅するので、その2つのボタンを順番に押します。

ゲームはパターンを間違えるか、反応に時間がかかりすぎるまで進みます。

楽しんでプレイしてください。ハイスコアが出たら、ぜひストーリーセクションで教えてください。