(57)【要約】【課題】磁界の強さの測定や学習において、鉄粉では磁界が働いた瞬間の力の様子や、その力の測定はできず、磁力や、コイルに流れる電流の特性を理解するには不十分であった。また、磁界の強さを定量的に測定できない。本発明は、磁界の強さを微小磁石のついた針に働く力として可視化し、同時に、その力を定量的な測定をすることにより、磁界の強さの発生や特徴の検出をする装置として提供する。【解決手段】電気的に絶縁性のあるプラスチック筒１と、当該プラスチック筒１に絶縁性被覆がなされた電線を複数回巻きつけたコイルからなる磁界を発生させる電磁コイル５と、弾性係数として値の等しいポアソン比を持つ２本の弾性体１５ａ、１５ｂの一端を固定する固定板２と、当該固定板２に、ストロー状の２本の筒３で保護した２本の弾性体により、下部に微小磁石１６を取り付けた電気的絶縁針４を吊るし、針の位置を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの長穴のあいた電気的に絶縁性のあるプラスチック筒と、当該コイル筒に絶縁性被覆がなされた電線を複数回巻きつけられたコイルからなる磁界を発生させる第一磁界発生手段と、当該コイル筒の上部に弾性係数として値の等しいポアソン比を持つ２本の弾性体の上方の一端を固定する固定手段と、前記弾性体の下方側の他端に固定した電気的絶縁針で位置を示す指示手段と、前記電気的絶縁針の下部に設けた微小磁石でできた一定磁界を発生させる第二磁界発生手段を備えたことを特徴とする磁界の強さ及び磁力測定装置。
【請求項２】
ストロー状の２本の筒で前記弾性体を保護する保護手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の磁界の強さ及び磁力測定装置。
【請求項３】
目盛の書かれた前記電気的絶縁針の位置を検出し測定する位置読み取り手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の磁界の強さ及び磁力測定装置。
【請求項４】
目盛の書かれた前記電気的絶縁針の位置を検出し測定する位置読み取り手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の磁界の強さ及び磁力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、磁力の存在や磁界の強さを視覚的に理解することができ、また、磁力や磁界の強さを測定することができる理科実験などで使うことが可能な磁力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  磁力や磁界の強さを測定する理科実験における磁界の強さや様子の可視化には、砂鉄などの微小鉄粉を使い、磁力線による模様の観察を行なっていた。【０００３】  従来の方法は、プラスチック板などの上で砂鉄などの微小鉄粉を撒き、磁石を接近させて鉄粉が模様を作り、その模様を観察することで磁界の分布や磁力をやや抽象的に理解する状況にあった。磁力や、磁界の強さを可視化し、同時に定量的に測定する手頃な実験装置は見当たらない。【０００４】  一方、磁力の動きを視覚化した道具の具体例として、特許公開２００５−１００５１には、把手体と、該把手体に固定され、壁面等の検出部位に差し込み可能な差込針と、該差込針が突没する針出穴及び前端部に該検出部位に当接可能な当接部を有するガイド体と、該ガイド体を前進摺動方向に付勢して該差込針を該針出穴内に没入させる弾性体とを備え、上記ガイド体の先端部内に上記差込針の通過穴をもつ磁石を前後摺動自在に内装すると共に該磁石を該ガイド体の外から視認可能に設けた下地材検出具が提案されている。【０００５】
【特許文献１】特許公開２００５−１００５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  従来の微小鉄粉による方法では、磁界の働きを分布として捉えることはできるが、磁界が働いた瞬間の力の様子や、その磁力の測定はできず、磁界による力の発生や働きを視覚により理解するには十分ではなかった。【０００７】  また、砂鉄などの微小鉄粉とプラスチック板の摩擦により、砂鉄の動きが緩慢であり、磁力や、コイルに流れる電流の特性を理解するには不十分であった。【０００８】  さらに、コイルなどにより発生する磁力や磁界の強さを定量的に測定するためには、時間的な変動を含めた計測が必要であり、従来の方法では、定量測定が十分ではなく、また、その変動を視覚的に捉えるには不足があった。【０００９】  本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、この磁界の強さを微小磁石の付いた電気的絶縁針に働く力として可視化し、当該電気的絶縁針が空間を動作することで、力の発生を視覚的に理解することができ、同時に、その力を定量的な測定をすることにより、磁界の強さの発生や特徴の検出をする装置として提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は、２つの長穴のあいた電気的に絶縁性のあるプラスチック筒と、当該コイル筒に絶縁性被覆がなされた電線を複数回巻きつけられたコイルからなる磁界を発生させる第一磁界発生手段と、当該プラスチック筒の上部に弾性係数として値の等しいポアソン比を持つ２本の弾性体の上方の一端を固定する固定手段と、ストロー状の２本の筒で前記弾性体を保護する保護手段と、前記弾性体の下方側の他端に固定した電気的絶縁針で位置を示す指示手段と、前記電気的絶縁針の下部に設けた微小磁石でできた一定磁界を発生させる第二磁界発生手段と、目盛の書かれた前記電気的絶縁針の位置を検出し測定する位置読み取り手段を備えており、上記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１１】  電磁コイル５に電流が流れる瞬間は、大きな磁界が発生し、強い磁力が発生する様子を、微小磁石１６が大きく下方に下がる様子を視覚的に捉えることができ、電磁コイル５に働く強い突入電流による自然現象の一つである大磁界の発生を理解することができる。【００１２】  しかも、その微小磁石１６が付いた電気的絶縁針４は、上下に振動しながら減衰し、やがて、やや高めの位置に停止する様子を観察することができ、エネルギーの散逸による減衰を理解することができる。【００１３】  また、電磁コイル５に電流が流れた瞬間の突入電流による大磁界の発生を視覚化させ、さらに、定常状態における磁界の強さを測定でき、磁界の変化を数値と視覚で捉えることができる。【００１４】  さらに、微小磁石１６を取り付けた電気的絶縁針４である木製針が、目盛りを指し示すことにより、木製針の位置（高さ）を測定することができ、突入電流による電磁コイル５に発生する磁力の大きさや、電流の流れの定常状態での電磁コイル５により発生する磁力や磁界の強さを定量測定することが可能になる。【００１５】  一方、電磁コイル５に流す電流を、スイッチ１３により遮断することで、電気的絶縁針４が元の位置（高さ）に戻り、電磁コイル５による磁界が消滅したことを、視覚的に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  本発明は、２つの長穴２０のあいた電気的に絶縁性のあるプラスチック筒１と、当該プラスチック筒１にエナメル線などの絶縁性被覆がなされた電線１８を複数回巻きつけたコイル１９で磁界を発生させる。【００１７】  プラスチック筒１の長さは、コイル１９よりも長く、プラスチック筒１の上部は、コイル１９の上方の外側に出ている。【００１８】  プラスチック筒１にコイル１９を複数回巻き、プラスチック筒１の内部に鉄心１７を入れた電磁コイル５の外観図を図３に示す。鉄心１７は、プラスチック筒１より短く、プラスチック筒１に設けられた２つの長穴２０の最下部に位置するまでの長さである。【００１９】  図４はプラスチック筒１の外観図であり、図５は、プラスチック筒１に設けた２つの長穴２０の外観図である。
また、コイル１９の上端側に、プラスチック筒１の中心を通り、１８０度の両側には、長穴２０が設けられている。【００２０】  プラスチック筒１に絶縁性被覆がなされたエナメル線１８を巻いた前記電磁コイル５の上方のプラスチック筒１最上部には、固定板２を取り付け、前記プラスチック筒１の内部に、センサーの役割を担うネオジウムなどでできた微小磁石１６を、値の等しいポアソン比を持つ２本の弾性体１５ａ、１５ｂでプラスチック筒１の内部で鉛直方向にぶら下がるように吊るし、前記固定板２に弾性体１５ａ、１５ｂの一端を弾性体止め１４ａ、１４ｂで固定する。【００２１】  この弾性体１５ａ、１５ｂは、コイル用プラスチック筒１の外側にあり、弾性体１５ａ、１５ｂがプラスチック筒１に巻きつかないようにする保護部材として、ストロー状の筒３で覆う。【００２２】  弾性体１５ａ、１５ｂは、ポアソン比の小さなものがよく、引っ張りバネ、或いは、ゴムなどでよい。【００２３】  固定台２に、ストロー状の筒３でカバーした弾性体によって、電気的絶縁針４をぶら下げた状態を図２に示す。ストロー状の筒３は、透明で細いプラスチック製のものが良い。電気的絶縁針４の下部には、ネオジウムなどで出来た一定磁界を発生させる手段としての微小磁石１６が付いている。【００２４】  一定磁界を発生させる手段としての微小磁石１６を使用する理由は、電磁コイル５で発生した磁力や磁界が弱い場合でも、磁力や磁界の強さを検出も可能にし、測定分解能を向上させるためである。【００２５】  また、この２本の弾性体１５ａ、１５ｂは、ポアソン比が等しいものを使う。ポアソン比が小さな値の場合は、前記微小磁石１６の動きが大きくなる。【００２６】  前記微小磁石１６は、木製針などで出来た電気的絶縁針４の下部に固定してあり、針の両端を、プラスチック筒１に設けた２つの長穴２０から外部に出すことで、前記電気的絶縁針４は、目盛板６を指し示す。目盛板６は、電気的絶縁針の位置を検出し、測定する手段である。【００２７】  目盛板６の目盛りは、等間隔であり、鉛直方向の下方になるほど値が大きく、上方ほど小さくなるように、値を刻んでおく。【００２８】  コイル１９に電流を流した瞬間は、電気的絶縁針４が大きく下がり、目盛りは大きな値を示し、反動でやや小さく上方に振れ、振幅を減少しながら振動を繰り返し、やがて、一定位置で停止する。【００２９】  コイル１９に電流が流れた瞬間の突入電流による大磁界の発生を視覚化させ、また、定常状態における磁界の強さを測定でき、磁界の変化を捉えることができる。【００３０】  コイル１９に流す電流の回路は、図１であり、抵抗８のある回路と、抵抗の無い回路を用意し、コイル１９に流れる電流の大きさの違いにより、微小磁石１６の振れによる電気的絶縁針４が示す目盛りの値が異なることを比較できるようにする。【００３１】  抵抗８の無い回路では、電磁コイル５に流れる電流が大きく、電気的絶縁針４の示す値は大きく、磁界の強さが大きくなることが分かる。【００３２】  抵抗８のある回路では、電磁コイル５に流れる電流は小さく、電気的絶縁針４の示す値は、小さい。磁界の強さが、小さいことが分かる。【００３３】  回路に用いる電源は、直流電源９であり、乾��池などでよい。
また、回路には、電流をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ１３と、回路を切り替えるスイッチ７を図１のようにつなぐ。【００３４】  目盛板の把持には支柱１０を使い、支柱１０の固定のために、支柱１０には直径の大きな支柱台１１を取り付ける。【００３５】  また、電磁コイル５の把持には、穴の空いたゴム台１２を用い、中心の穴に差し込む。ゴム台１２には、電磁コイル５が垂直に立つように固定する。
【実施例】
【００３６】  コイル２０に４Ω（１５００回巻き）、直径１０ｍｍのプラスチック筒１、抵抗８に３Ω、直径４．５ｍｍのネオジウム微小磁石１６、単一乾電池１．５Ｖを４本（６Ｖ）の直流電源９で、細い家庭用ゴムを弾性体１５に使って構成すると、絶縁針４の振れは、目盛板６の目盛を２ｍｍ程度振れ、抵抗８が０Ωの場合、６ｍｍ程度振れる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  電磁コイルの製造において、コイルの断線検査、コイルの巻き数検査に用いることができ、検査装置として有用である。一方、磁石の強さを測定する装置としても使用できる。【００３８】  また、学習塾や学校などにおける電磁コイルの理科実験装置として、教育産業上、有効であり、磁力の影響や、電磁石の働きを視覚的に理解させる装置として優れている。【００３９】  さらに、装置に設けられた目盛りから、磁力の時間変動を観察することができ、また、値として実測できるため、コイルに発生する突入電流の影響、弾性エネルギーを含むエネルギーの散逸、定常状態でのコイルによる磁界の強さ、磁力を測定することができ、実験装置として、また、学習機器として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】磁界の強さ及び磁力測定装置の外観図である。
【図２】値の等しいポアソン比を持つ２本の弾性体の上方の一端を固定する固定板２に、前記弾性体の下方の他端の先に、微小磁石１６の付いた電気的絶縁針４を吊るし、固定した図である。
【図３】電磁コイルの外観図である。
【図４】プラスチック筒１の外観図である。
【図５】プラスチック筒１に設けた長穴２０の外観図である。
【符号の説明】
【００４１】  １・・・プラスチック筒
２・・・固定板
３・・・ストロー状の筒
４・・・電気的絶縁針
５・・・電磁コイル
６・・・目盛板
７・・・回路を切り替えるためのスイッチである。
８・・・抵抗
９・・・直流電源
１０・・・支柱
１１・・・支柱台
１２・・・ゴム台
１３・・・電流をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチである。
１４ａ・・・弾性体止めａ
１４ｂ・・・弾性体止めｂ
１５ａ・・・弾性体ａ
１５ｂ・・・弾性体ｂ
１６・・・微小磁石
１７・・・鉄心
１８・・・絶縁性被覆がなされた電線
１９・・・コイル
２０・・・長穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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