(57)【要約】【課題】鮮やかな発色で、その色彩の時間的変化や空間的変化に富み、科学への興味を誘うような「不思議さ」を有する「変色する玩具またはインテリア等」を与えること。【解決手段】内部の色が見える透明な材質でできた容器、及びこの容器に入れるｐＨ指示薬水溶液と酸性溶液及びアルカリ性溶液から構成され、ｐＨ指示薬水溶液自体の工夫や、その容器の工夫、酸性溶液及びアルカリ性溶液を混合する方法を工夫することにより、ｐＨ指示薬水溶液の色彩の時間的変化や空間的変化を引き起こし、科学への興味を誘うような不思議さを有した、鮮やかで美しい「変色する玩具またはインテリア等」を与える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の色を見ることができる透明な材質でできた容器、及びこの容器に入れるｐＨ指示薬水溶液と酸性溶液及びアルカリ性溶液から構成され、ｐＨ指示薬を発色させて色の時間的変化あるいは空間的変化またはその両方を楽しむアクセサリ、インテリア、玩具、照明器具付属装飾品、筆記具付属装飾品、ゴムや合成樹脂でできた水風船またはヨーヨー、花びん、ガラス容器、合成樹脂性の透明な容器、板ガラス、合成樹脂製の板（以下これらの総称を「変色する玩具またはインテリア等」という）であって、酸性溶液及びアルカリ性溶液を［請求項４］から［請求項１３］に示す手段または容器形状の工夫の全てまたは少なくとも一以上の適用によってｐＨ指示薬に混合しあるいは拡散させ、これを変色させ、ｐＨ指示薬の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする「変色する玩具またはインテリア等」。
【請求項２】
容器の中に入れる酸性溶液またはアルカリ性溶液として用いる目的で、化学反応によってゆっくりとアルカリ性物質を発生する過ヨウ素酸塩とチオ硫酸塩の組み合わせまたはホルムアルデヒドと亜硫酸塩の組み合わせ、化学反応（加水分解）によってゆっくりと酸性物質を発生する塩化−ｔ−ブチルと水の組み合わせのいずれか一方の物質をｐＨ指示薬水溶液に混合し、もう一方をアルカリ性溶液として、または酸性溶液として適用することを特徴とした「変色する玩具またはインテリア等」。
【請求項３】
容器の中に入れるｐＨ指示薬水溶液または酸性溶液またはアルカリ性溶液の全てまたはいずれかに、この溶液に水カビの発生を防ぐ目的として、プロピオン酸ナトリウムなどのプロピオン酸塩またはソルビン酸ナトリウムなどのソルビン酸塩またはチモールなどの防カビ剤の全てまたは少なくとも一以上を混合することを特徴とする「変色する玩具またはインテリア等」。
【請求項４】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、モル濃度が等しいかまたはより濃いモル濃度の酸性またはアルカリ性物質が交互に溶出するようにした物をｐＨ指示薬水溶液の中に投入し、時間の経過とともにモル濃度が等しいかより高いモル濃度の酸性またはアルカリ性物質が溶出し、これによりｐＨ指示薬水溶液が交互に酸性またはアルカリ性の色に変色するようにしたことを特徴とするｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項５】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、一つの別の容器に酸性溶液とアルカリ性溶液が隔壁を隔てて入り、それぞれの溶液の部屋に穴を有し、これを塞ぐ蓋を配置した酸塩基用容器をｐＨ指示薬水溶液に投入し、両方の蓋を塞いだ状態で保管し、片方の蓋を解放してｐＨ指示薬水溶液を攪拌し、蓋の開いた酸塩基用容器内の酸性溶液またはアルカリ溶液が溶出し、これによりｐＨ指示薬水溶液が変色し、この後解放した蓋を塞ぎ、もう一方の蓋を解放してｐＨ指示薬水溶液を攪拌することにより、ｐＨ指示薬水溶液を交互に酸性またはアルカリ性の色に変色させるようにしたことを特徴とするｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項６】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、一つの容器に２つ以上の隔壁を設け、容器本体にはｐＨ指示薬水溶液を入れ、酸性溶液とアルカリ性溶液を各隔壁で隔てられた部屋に充填し、この隔壁に穴と重力で簡単に開くこの穴を塞ぐ蓋を設け、重力で蓋の開いた穴から酸性溶液またはアルカリ性溶液が少量本体のｐＨ指示薬に混入するようにし、結果本体のｐＨ指示薬水溶液が酸性またはアルカリ性の色に変色するようにしたことを特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項７】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、一つの容器に２つ以上の隔壁を設け、この隔壁に穴を設け、この隔壁で隔てられた部屋は容器の自重あるいは外力により変形し、内部の液体が少量外部に放出する程度に剛性の低い構造とし、容器本体にはｐＨ指示薬水溶液を入れ、酸性溶液とアルカリ性溶液を各隔壁で隔てられた部屋に充填し、自重または外力によって、穴から酸性溶液またはアルカリ性溶液が少量本体のｐＨ指示薬水溶液に混入するようにし、結果本体のｐＨ指示薬水溶液が酸性またはアルカリ性の色に変色するようにしたことを特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項８】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、一つの容器に２つ以上のスポイト状容器を取り付け、容器本体にはｐＨ指示薬水溶液を入れ、スポイト状容器に酸性溶液またはアルカリ性溶液を入れ、このスポイト状容器を押すことにより、内部の酸性溶液またはアルカリ性溶液を容器本体のｐＨ指示薬水溶液に滴下あるいは容器壁を伝わらせて少量混合し、この後容器を振ることによりｐＨ指示薬水溶液全体に混合し、ｐＨ指示薬水溶液の色を瞬時に変化させることを特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項９】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、板状のガラスあるいは合成樹脂製の透明な板を２枚以上対向させ、間に狭い空間を設け、空間の解放端部を塞いだ構造を持ち、この解放端部又は板面に設けた複数の穴から酸性溶液またはアルカリ性溶液を空間に注入することができる構造を持ち、この空間にｐＨ指示薬水溶液を入れ、解放端部又は板面に設けた複数の穴から酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」またはアルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」を空間に注入することによりｐＨ指示薬水溶液を変色させ、溶液全体の色を変色させたり、空間的な色の分布を作り出して、この板状物体の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項１０】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、ガラスあるいは合成樹脂製の透明なカップを２個以上重ねて置き、間に狭い空間を設け、空間の解放端部を塞いだ構造を持ち、この解放端部又はカップに設けた穴から酸性溶液またはアルカリ性溶液を空間に注入することができる構造を持ち、この空間にｐＨ指示薬水溶液を入れ、解放端部又はカップに設けた穴から酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」又はアルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」を空間に注入することによりｐＨ指示薬水溶液を変色させ、溶液全体の色を変色させたり、空間的な色の分布を作り出して、このカップ状物体の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項１１】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、曲線形状のガラスあるいは合成樹脂製の透明な管を螺旋状にして設置し、この螺旋状管の両端とその途中位置に先端が管の内部と繋がるスポイト状容器を有し、管の内部にｐＨ指示薬水溶液を入れ、設置したスポイト状容器から酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」またはアルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」を空間に注入することによりｐＨ指示薬水溶液を変色させ、溶液全体の色を変色させたり、空間的な色の分布を作り出して、この管状物体の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項１２】
「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、内部の液体が容易に混合されない直線状ないし曲線状の管状形状容器の内部に、ポリビニルアルコール（以下略称はＰＶＡ）やグリセリンなどのように、水に溶解させると粘性度の高い液体になる物質の水溶液にｐＨ指示薬を溶解した水溶液を充填し、この管状容器の両端に、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液またはＰＶＡ水溶液やグリセリン水溶液等の粘性度の高い溶媒に酸またはアルカリを溶解させた溶液（以下略称は「粘度の高い酸性またはアルカリ性溶液」という）を充填した溶液を混合し、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液または「粘度の高い酸性またはアルカリ性溶液」を充填したスポイト状容器または栓により蓋をし、結果管状形状容器の内部に発生するｐＨ指示薬水溶液の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項１３】
容器内部に、電気モータなどの動力手段でｐＨ指示薬水溶液を噴水状に吹き上げる「変色する玩具またはインテリア等」であって、吹き上げられた噴水状のｐＨ指示薬水溶液の１カ所または複数箇所に、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液を混合する管を設置し、噴水状のｐＨ指示薬水溶液にこれを混合し、色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法。
【請求項１４】
［請求項４］の「モル濃度が等しいかまたはより濃いモル濃度の酸性溶液またはアルカリ性溶液が交互に溶出するようにした物」を具体的に製作する方法として、水に不溶性のフィルム状物体に吸水性の良い材料を複数個並べ、酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物、水溶性粘着物、アルカリ性溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物、水溶性粘着物の全てまたは少なくとも酸性溶液とアルカリ性溶液を含む二以上を並べていき、このフィルム状物体を巻き取ったことを特徴とする酸性溶液またはアルカリ性溶液が交互に溶出するようにした物の製作方法。
【請求項１５】
［請求項４］の「モル濃度が等しいかまたはより濃いモル濃度の酸性またはアルカリ性物質が交互に溶出するようにした物」を具体的に製作する方法として、水に不溶性の容器に酸性溶液を保持させた担体物または水に溶けて酸性となる固体物、アルカリ性溶液を保持させた担体物または水に溶けてアルカリ性となる固体物を交互に入れたことを特徴とする酸性溶液またはアルカリ性溶液が交互に溶出するようにした物の製作方法。
【請求項１６】
［請求項９］のガラスあるいは合成樹脂製の板または［請求項１０］のガラスあるいは合成樹脂製のカップにおいて、その隙間の厚みを確保するため、隙間に直径の一定した粒状あるいは円筒状の固体材料を入れる、あるいは片方の板またはカップの隙間側に相当する面に大きさの一定した突起を設けることを特徴とするガラスあるいは合成樹脂製の板またはカップ。
【請求項１７】
［請求項１］から［請求項１３］に適用するためのｐＨ指示薬の一つとして、信号の３色である赤、黄、緑をそれぞれ酸性、中性近傍、アルカリ性で作り出す試薬類の混合として、パラニトロフェノールまたはメタニトロフェノールまたはオルトニトロフェノールとメチルレッド及びブロムチモールブルーを混合したことを特徴とするｐＨ指示薬。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクセサリ、インテリア、玩具、照明器具付属装飾品、筆記具付属装飾品、ゴムや合成樹脂でできた水風船またはヨーヨー、花びん、ガラス容器、合成樹脂性の透明な容器、板ガラス、合成樹脂製の板（以下略称は「玩具またはインテリア等」という。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、管状容器に色水やラメフィルム片を詰めて両端に栓を施し、振ったり上下をさかさまにしてラメフィルム片の降下する際に光を反射する様子を楽しむ管状の玩具またはインテリアを背景技術とするものである。
また、ｐＨにより色が変化するｐＨ指示薬を用いた水質などの分析に適用する分析化学の手法や、ｐＨ指示薬を用いた学習用教材などを背景技術とするものである。
【特許文献１】特願２００４−６１３１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本考案に関わる従来の技術としては、透明な材質そのもので製品を形成したもの、あるいは透明な材質を使って容器状の製品を形成し、その中に水などの液体を満たしたものがあった。これらは例えば、板ガラス、ステンドグラス、花瓶、コップ、プラスティックカップ、水時計、水風船、ヨーヨー、定規などの文具に取り付けるアクセサリ、筆記具などに取り付けるアクセサリ、照明器具などに取り付ける装飾を兼ねたアクセサリなどである。
【０００４】
上記に述べた従来の「玩具またはインテリア等」は、その色彩に時間的変化や空間的変化がないか単調で飽きやすく、その色が変わったり、内容物の色彩の変化を楽しむことはできないという欠点があった。
室内を装飾するインテリアとしては、温度で色の変わる装飾品があるが、その発色の鮮やかさに欠けるという欠点があった。
【０００５】
また、これらの装飾品あるいは製品は、単独で美しく、また内容物が見えるあるいは外が見えるという実用性を有するが、このままでは製品が具現している事実は極あたりまえのものであり、何ら科学あるいは化学への興味を誘うような「不思議さ」を有するものではなかった。
【０００６】
先日２００４年２月２０日に東京都により実施され、２００４年６月１０日に発表された、中学２年生を対象とした「児童・生徒の学力向上を図るための調査」の結果を見ても、国語、数学、英語、社会の正答率は７２．６％以上であるが、理科だけはその他の科目に比して低い６６．６％であった。特に理科の正答率が低いことに関して、東京都教育委員会は、児童・生徒の観察や実験の技能・表現及び自然事象についての知識・理解に課題があるとしている。この事実が物語っているのは、最近の児童・生徒の興味は知識や文書を通して入ってくる情報に偏重しており、物事の観察や実験を通した現象を理解することへの興味を全体的に失っている傾向があるということである。
【０００７】
学業の過程にある児童・生徒に、科学あるいは化学の現象の不思議さを体験させ、物事の観察や実験あるいは理科の学習はおもしろいということを感じてもらえれば、［０００６］で述べたような課題である「物事の観察や実験を通した現象を理解することへの興味を引き出すこと」への一助となる。こうして考案したのが、先願特許考案である特願２００４−６１３１９「ｐＨ指示薬を用いた玩具及びインテリア」である。
【０００８】
特願２００４−６１３１９「ｐＨ指示薬を用いた玩具及びインテリア」は、本考案全般の従来技術に関連し、特に［請求項９］から［請求項１２］に関係の深いもので、内部の液体が容易に混合しない管状の形状を有した容器にｐＨ指示薬を溶解させた水溶液を封入し、このｐＨ指示薬水溶液を、比重の水より軽いまたは重い、水に良く溶ける溶媒に溶かした酸ないしアルカリ性の水溶液を混合あるいは滴下し、こうして形成される酸性あるいはアルカリ性で異なる色に発色したｐＨ指示薬水溶液の、層状にグラデーションのついた発色のついた液体を、そのままの状態で保持し続け、見た目に美しく、発色過程の現象の不思議さや、逆さにしても容易に混合せずに状態を保つ様子、逆さにしたりして混合しようとしたときの色彩の微妙な変化が楽しめる玩具やインテリアや装飾品に関わる考案である。
【０００９】
上記［０００３］に述べた従来の「玩具またはインテリア等」は、その色彩に時間的変化や空間的変化がないか単調で飽きやすく、その色が変わったり、内容物の色彩の変化を楽しむことはできないという欠点があった。
また、科学的な現象を演示して子どもに教えるといったような、教育的な側面には不十分であるという欠点があり、特願２００４−６１３１９「ｐＨ指示薬を用いた玩具及びインテリア」では、この教育的な側面に効果があるものと考えられるが、「内部の溶液が空間的にいろいろな色に発色する状態を作ること」に限定して考案されたものであり、多くの児童・生徒に興味を持たせるためのもっとさまざまな形態の「変色する玩具またはインテリア等」に適用できる方法ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、内部の色を見ることができる透明な材質でできた容器、及びこの容器に入れるｐＨ指示薬水溶液と酸性溶液及びアルカリ性溶液から構成された「変色する玩具またはインテリア等」において、このｐＨ指示薬水溶液を変色させる酸性溶液又はアルカリ性溶液を保持させる方法と、ｐＨ指示薬水溶液に混合する方法を与え、ｐＨ指示薬の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出し、変化に富んで美しく、起きている現象の不思議さを感じさせ、また科学的な現象を演示して子どもに教えるといったような、教育的な側面に役立たせる効果のある「変色する玩具またはインテリア等」を与えるものである。
水溶液のｐＨで色の変わる指示薬は、一般に酸性でもアルカリ性でも色が鮮やかで華やかに発色するものが多く、各種の指示薬を混合することで、さまざまな発色を演出する鮮やかで美しい「変色する玩具またはインテリア等」を製作することが可能である。
【００１１】
本発明の基礎になっている物理的、化学的な現象は、以下に示す物質の拡散を示す拡散方程式と、酸・アルカリの強さを表すｐＨの概念との関係である。
【００１２】
一般に、ある溶液中に濃度の異なる溶液や溶質を溶解させたとき、その溶液や溶質の溶液中への拡散は拡散方程式の解として表現される。
すなわち溶媒中の物質の密度ｐは一次元の空間ｘと時間ｔによって以下の拡散方程式
ｄｐ／ｄｔ＝Ｄ・ｄ２ｐ／ｄｘ２
但し、ｄは偏微分記号、２は［００１２］内においては二乗を表す記号、Ｄは溶媒と溶質で決定される拡散係数とする。
この解は、初期分布をデルタ関数（インパルス関数）とすると、
ｐ（ｔ，ｘ）＝１／ｓｑｒ（４・３．１４Ｄｔ）・ｅｘｐ（−ｘ２／（４Ｄｔ））
となり、すなわち正規分布となる。
但し、ｓｑｒは平方根を表す記号、ｅｘｐは自然対数のべき乗、３．１４は円周率とする。
また、溶媒中の物質の密度ｐは二次元の空間上の座標ｘ、ｙによって求められる中心点からの距離ｒと時間ｔによって以下の拡散方程式の解として表現される。
ｄｐ／ｄｔ＝Ｄ・（１／ｒ）・（ｄ／ｄｒ）（ｒ・ｄｐ／ｄｒ）
但し、ｒ＝ｓｑｒ（ｘ２＋ｙ２）とする。
この解は、同様に初期分布をデルタ関数とすると、
ｐ（ｔ，ｒ）＝１／（４・３．１４Ｄｔ）・ｅｘｐ（−ｒ２／（４Ｄｔ））
となる。
この解が意味しているのは、一般に溶媒に溶質を溶かしこれを放置したとき、その濃度分布は距離ｘあるいは中心からの距離ｒのマイナス二乗の指数関数に比例して減少していき、時間と共にその全体の濃度は低下していくということである。
また、原点（ｘ＝０またはｒ＝０）で見ると、一次元で近似される空間では、その密度の減少は１／ｓｑｒ（ｔ）に比例し、二次元で近似される空間ではその密度の減少は１／ｔに比例し、この減少分の溶質は空間方向への拡散分に寄与している。
なお、溶媒の存在する空間が無限に広い場合、この溶質の濃度は時間の経過とともに無限に低い濃度まで低下していくが、溶媒を保持する容器は限られており、この場合は時間の経過とともに溶質の濃度が空間的にも時間的にも一定の値となる方向で溶質が拡散していく。
【００１３】
一方、酸やアルカリの強さを表すｐＨは、水素イオン濃度［Ｈ＋］または水酸イオン濃度［ＯＨ−］の常用対数を用いて一般に表される。
すなわち、強酸性物質を水に希薄に薄めたときの酸性度のｐＨは
ｐＨ＝−ｌｏｇＣ
ここでｌｏｇは１０を底とした常用対数、Ｃは水素イオン濃度［Ｈ＋］である。Ｃは一般に１０のマイナス７乗からマイナス０乗程度までの値をとり、酸性溶液のｐＨは一般に０から７程度の数値で表され、数値が低いほど酸性度が高い。
また、強アルカリ性物質を水に希薄に薄めたときのアルカリ性度のｐＨは
ｐＨ＝１４＋ｌｏｇＣ’
ここでＣ’は水酸イオン濃度［ＯＨ−］である。Ｃ’は一般に１０のマイナス７乗からマイナス０乗程度までの値をとり、アルカリ性溶液のｐＨは一般に７から１４程度の数値で表され、数値が高いほどアルカリ性度が高い。
【００１４】
ｐＨ指示薬の変色は、溶液中の水素イオン濃度あるいは水酸イオン濃度によって、ｐＨ指示薬の化学構造が変化してもたらされるものであるが、その変色の様子を人間の目と感覚で理解するには、その濃度の常用対数をとって用いた指標であるｐＨと色を結びつけた方がわかりやすく、一般のｐＨ指示薬の変色表もこの指標を用いて色の変化を記述している。
【００１５】
ここで、［００１２］に記載したように、溶媒に溶質を溶かしこれを放置したとき、その濃度分布は距離ｘあるいは中心からの距離ｒのマイナス二乗の指数関数に比例して減少していき、時間と共にその全体の濃度は低下していく。
溶媒を保持する容器が限られた大きさである場合、時間の経過とともに溶質の濃度が空間的にも時間的にも一定の値となる方向で溶質が拡散していく。
さて、この拡散方程式の解と、酸・アルカリの強さｐＨの関係から、内容物の拡散しにくい管状の容器あるいは平面状の容器に溶媒であるｐＨ指示薬を充填し、ｐＨ指示薬を変色させる酸性溶液又はアルカリ性溶液を滴下した場合、時間の経過とともにこのｐＨ分布は距離の２乗に比例した分布となっていくことがわかる。
ここで重要なのは、酸性溶液又はアルカリ性溶液を滴下した後の拡散によって、指数関数的に減少する水素イオン濃度あるいは水酸イオン濃度の分布を示すが、そのｐＨは単純に距離の二乗に比例した分布になるということであり、ｐＨ指示薬中の水素イオン濃度あるいは水酸イオン濃度の分布は指数関数的に急激な変化を示しているが、その色変化は緩やかに変化する状態で可視化されるということである。
こうして、内容物の拡散しにくい管状の容器あるいは平面状の容器に溶媒であるｐＨ指示薬を充填し、ｐＨ指示薬を変色させる酸性溶液又はアルカリ性溶液を滴下した場合、時間の経過とともに緩やかに色の変化するグラデーションをその容器内部に見ることができる。ここでもう一つ重要なのは、対流が発生すると、通常拡散現象よりも速い速度で内容物が混合されるため、対流が起こりにくいようにすることが美しい色の分布を作り出すためには必要なことである。このために本考案においても、色の分布を作り出す目的では、対流の起こりにくい管状あるいは平面上の容器を用いている。
【００１６】
酸性溶液又はアルカリ性溶液を溶媒に拡散しにくいように、水よりも重いまたは軽い溶媒に溶かして適用した場合であっても、その溶質及び溶媒自身もｐＨ指示薬水溶液に拡散方程式に従って拡散するのであって、拡散速度を低下させ、空間的な拡散がゆっくりと起きるという現象をもたらすことに寄与するだけで、空間的な分布が指数関数ではなく、距離の二乗に比例した分布であることには変わりがない。
ｐＨ指示薬の溶媒を、ＰＶＡ水溶液などのように粘度の高い溶媒とした場合も同様である。
一方、空間軸の特に原点で見たとき、一次元で近似される空間では、その密度の減少は１／ｓｑｒ（ｔ）に比例し、二次元で近似される空間ではその密度の減少は１／ｔに比例する。このことは、時間軸で見たｐＨの変化はそれが中性に近づくほど、対数の尺度で見たｐＨとしては、変化が起こりにくくなるということを意味している。これらの自然現象や自然法則が、時間の経過とともに、空間的に緩やかに色の変化するグラデーションをその容器内部に作り出すことができる技術的な背景である。
なお、時間的、空間的にすばやく変色を行わせたい場合には、自然拡散や対流による混合を期待せずに、強制的に攪拌するなどの手段による必要がある。
【００１７】
さて、以上を踏まえて［請求項１］から［請求項１７］までの簡単な説明を実施する。
［請求項１］では［００１０］で述べた「変色する玩具またはインテリア等」を構成する物に必要とされる構成物の要件と、これら構成物を混合または拡散させるために必要とする手段または構成要件である容器の形状に関する工夫に必要な要件を定義している。また、［請求項１］で述べた構成物の機能を実現するための背景となっている自然現象は、［００１１］から［００１６］で説明した物質の拡散とｐＨの概念との関係であり、これらは本発明全般に関係するものであるが、特に［請求項９］から［請求項１２］に密接な関係がある。
【００１８】
［請求項２］は「変色する玩具またはインテリア等」を構成する酸性溶液またはアルカリ性溶液を、化学反応を利用して時間的にゆっくりと発生させ、色がゆっくりあるいはあるｐＨを境にして突然変色する効果を期待して適用するものである。
チオ硫酸ナトリウムやチオ硫酸アンモニウムなどのチオ硫酸塩は水に溶けて中性を示し、過ヨウ素酸カリウムや過ヨウ素酸ナトリウムなどの過ヨウ素酸塩は水に溶けて弱酸性を示す物質であるが、これら２つを混合するとチオ硫酸塩が酸化されてアルカリ性になる。この反応は数秒から数十秒の時間をかけてゆっくり起きる反応であり、「変色する玩具またはインテリア等」の変色の時間変化を起こさせるために有効な方法である。
ｐＨ指示薬側にチオ硫酸塩、アルカリ性溶液として滴下する側に過ヨウ素酸塩を用いると効果的であり、チオ硫酸塩より高価な過ヨウ素酸塩の量が少なくて済むが、ｐＨ指示薬側に過ヨウ素酸塩、アルカリ性溶液として滴下する側にチオ硫酸塩を用いることも可能である。
ホルムアルデヒドは水溶液中で亜硫酸塩の亜硫酸根とゆっくり反応して、亜硫酸錯体と水酸イオンを発生する。亜硫酸根を亜硫酸塩と亜硫酸水素塩から構成すると、これらの混合物は緩衝溶液となるため、亜硫酸根がホルムアルデヒド錯体として消費し尽くされるまでは急激なｐＨ変化は起こらず、これがなくなった時点で急激にアルカリ性が高まって、ｐＨ指示薬水溶液と混合した場合には急にアルカリ性の色を発色することになる。
ホルムアルデヒドは近年人体に有害性のある物質として取り上げられており、あまり使用は望ましくないが、密封され、外に液体が漏れない状態では使用可能である。突然のアルカリ色の発色を引き起こすため、おもしろいものである。ｐＨ指示薬側にホルムアルデヒド、アルカリ性溶液として滴下する側に亜硫酸塩及び亜硫酸水素塩を用いると効果的であるが、ｐＨ指示薬側に亜硫酸塩及び亜硫酸水素塩、アルカリ性溶液として滴下する側にホルムアルデヒドを用いることも可能である。
塩化−ｔ−ブチルは水によってゆっくりと加水分解されて、塩酸とブチルアルコールを生ずる。この反応も数秒から数十秒の時間をかけてゆっくり起きる反応であり、「変色する玩具またはインテリア等」の変色の時間変化を起こさせるために有効な方法である。
この場合には、塩化−ｔ−ブチルを滴下する側に適用する。
なお、塩化−ｔ−ブチルは純粋な水には難溶性であるので、これを希釈する際はアセトンなどの有機溶媒を用いる必要がある。アセトンは水に非常に良く溶けるので、この溶媒としての用途には適している。またアセトンは水より軽いので、これを溶媒とした塩化−ｔ−ブチルをｐＨ指示薬水溶液に滴下し、攪拌混合しない場合には酸性色が溶液の上方に層となって現れる。
【００１９】
ｐＨ指示薬水溶液は数週間の長時間放置すると、その中に混入した細かいほこりなどを栄養源として、水カビなどの微生物が発生することがある。これが発生すると「変色する玩具またはインテリア等」の外観を劣化させることになる。
こうした水カビなどの微生物の増殖を抑えるため、［請求項３］では食品などに用いられているカビ防止剤であるプロピオン酸ナトリウムやプロピオン酸カリウムなどのプロピオン酸塩、ソルビン酸ナトリウムやソルビン酸カリウムなどのソルビン酸塩、チモールなどの殺菌剤の全てまたはいずれかをｐＨ指示薬水溶液に混合することを定義している。これにより水カビなどの微生物の発生を抑え、「変色する玩具またはインテリア等」の外観を劣化を抑えることができる。
例えばプロピオン酸ナトリウムは、食品に適用する場合は０．２５％以下の濃度で使用することが規定されており、この濃度でｐＨ指示薬水溶液に混合した場合も、水カビなどの微生物の増殖を抑え、「変色する玩具またはインテリア等」の外観を劣化を抑えることができることを実際に確認している。
【００２０】
［請求項４］では、「変色する玩具またはインテリア等」の内部に入れるｐＨ指示薬水溶液を変色させる目的で、酸性またはアルカリ性物質が交互に溶出するようにした物をｐＨ指示薬水溶液の中に投入し、時間の経過によりｐＨ指示薬水溶液が交互に酸性またはアルカリ性の色に変色するように変色させる方法について規定している。
この具体的実現方法については、例えば図１に示すような水風船あるいはヨーヨーの形状のもの１にｐＨ指示薬水溶液２を入れ、フィルム状物体を巻き取った形状の物３をｐＨ指示薬水溶液２中に投入することが挙げられる。
また、フィルム状物体を巻き取った形状の物３を水風船あるいはヨーヨーの形状のもの１に入れておき、ｐＨ指示薬水溶液２は後から入れる、あるいはｐＨ指示薬の濃度の高い原液をヨーヨーの形状のもの１に入れておき、後から水を入れることでｐＨ指示薬水溶液２を作り出す方が実用的であるが、以降簡単化のため、説明はｐＨ指示薬水溶液が先に入っていることで説明する。
【００２１】
このフィルムを巻き取った形状の物３は、［請求項１４］に示したように、図２に挙げるようなフィルムを巻き取った形状の物３であり、図２において、４は水に不溶性のフィルム状シートで、紙などの吸水性の良い材料５を複数個並べ、ここに酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物６、水溶性粘着物７、アルカリ性溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物８、水溶性粘着物７を順番に浸透させ、この水に不溶性のフィルム状シート４を９に示すように巻き取る。この際水溶性粘着物７は巻き取った水に不溶性のフィルム状シート４が容易にほどけてこないようにフィルム間を粘着結合させる役割を果たす。
【００２２】
この図２に示すフィルムを巻き取った形状の物３を、図１に示すようにｐＨ指示薬水溶液２中に投入する。すると水溶性粘着物７が水に溶けてゆっくり剥がれ、この図では最初にアルカリ水溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物８がｐＨ指示薬水溶液２中に溶出し、水溶液２はアルカリ性の色に変色する。
【００２３】
次に時間が経過するあるいは水風船あるいはヨーヨーの形状の容器１を振動させると、次の水溶性粘着物７が水に溶けてゆっくり剥がれ、この図では次に酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物６がｐＨ指示薬水溶液２中に溶出し、水溶液は酸性の色に変色する。
これを繰り返して、何回かの変色を繰り返した後、最後に出てくる酸性水溶液によってｐＨ指示薬水溶液２は酸性になり、酸性の色となって変色は終了する。
【００２４】
ここで、注意しなければならないのは、図２の酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物６、とアルカリ性溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物８のモル分量は全く同じか、溶解していく順番に少しずつモル濃度が高くなるように分量を少しずつ上げなければならないことである。
測定には必ず誤差があり、少しずつ分量がずれてこれが累積し、次第にどちらかのｐＨに偏ってしまうことがあるから、溶解していく順番に少しずつモル濃度が高くなるように分量を少しずつ上げることが簡単である。以下にその濃度変更方法の例を示す。濃度変化は等比級数的に変化させるのが誤差が累積しなくて良く、またこうした場合には、最初は弱酸性と弱アルカリ性の色の間を振動しており、次第にやや強い酸性とアルカリ性の色になって、色の様子が変わることを楽しめるという利点を有する。
上記のように、この［請求項４］に含まれる重要な考え方は、交互に酸性またはアルカリ性物質が出るようにする際に、測定誤差によって次第に一方のｐＨに偏って変色しなくなることを防止するため、徐々に両方の物質の量が増えるようにすることを含んでいることであり、これにより、確実に酸とアルカリの変色を行わせ、さらに強い酸性側あるいは強いアルカリ性側で違う色に変色してくるｐＨ指示薬を用いれば、最初と違った色に変色し始めるという効果を与えることができるという点であり、これは本考案に示した具体的実現方法の限りではなく、いろいろな実現方法においても適用することができる。
【００２５】
例えばここで含浸させる酸性水溶液に塩酸、含浸させるアルカリ性水溶液に水酸化ナトリウムを選んだ場合、１ｍｏｌ／ｌの塩酸濃度は３．５％、１ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム濃度は４．０％となる。
ここで最初に溶解させる水酸化ナトリウムとして０．２ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウムを０．１ｃｃとすると、次に例えばこの同じモル濃度に対し、２０％増加させた０．２４ｍｏｌ／ｌの塩酸を０．１ｃｃ溶解させる。この手順を１０回繰り返したものを次に示す。それぞれ０．１ｃｃ加えるべき水酸化ナトリウムあるいは塩酸の濃度［％］を示している。
１回  ２回  ３回  ４回  ５回  ６回  ７回  ８回  ９回  １０回  ［％］
塩酸              ０．８４    １．２３    １．７５    ２．５２    ３．５
水酸化
ナトリウム  ０．８      １．１６    １．６４    ２．４      ３．４４
【００２６】
なお、［請求項１４］で規定したフィルム状物体を巻き取った形状の物は、図３に示すような形状の凹凸のあるシート１０を用いて、酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物６、とアルカリ性溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物８を交互に配置し、間に水溶性粘着物７を配置し、これを巻き取って、フィルム状物体を巻き取った形状の物３を製作することも可能である。
【００２７】
［請求項１５］では、［請求項４］の「モル濃度が等しいかまたはより濃いモル濃度の酸性またはアルカリ性物質が交互に溶出するようにした物」を具体的に製作する方法として、図４に示す容器１１に、酸性溶液を保持させた担体物または水に溶けて酸性となる固体物６、アルカリ性溶液を保持させた担体物または水に溶けてアルカリ性となる固体物８を交互に入れたことを特徴とする酸性溶液またはアルカリ性溶液が交互に溶出するようにした物の製作方法について規定している。
ここで記載している担体物は良く水に溶け、少量の水に溶けて粘性の非常に高い状態になるものが望ましいが、そうでないものでも滴下した酸性あるいはアルカリ性の溶液が流出しないように保持するものであれば問題ない。但し水に溶けて酸性あるいはアルカリ性になるものは不可である。この担体の例としては蔗糖、ケイ藻土、可溶性でんぷん、吸水性の紙、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなどが挙げられる。吸水性ポリマーは可能ではあるが、十分吸水させた状態で適用しないと、一旦吸い込んだ溶液を逃がさないため、内部の酸やアルカリが出て来ず、あまり良い結果は与えない。
【００２８】
図４に示す容器１１に６及び８を交互に入れていくが、このとき［００２４］と同じ問題があり、［００２５］と同じように、この担体に含有させる酸性溶液あるいはアルカリ性溶液の濃度を、溶解する順番に次第に上げていくことが望ましい。
【００２９】
これを例えば図１に示す容器１に投入すると、この図では最初にアルカリ性溶液を保持させた担体物または水に溶けてアルカリ性となる固体物８がｐＨ指示薬水溶液２中に溶出し、水溶液２はアルカリ性の色に変色する。次に時間が経過するあるいは水風船あるいはヨーヨーの形状の容器１を振動させると、次の酸性溶液を保持させた担体物または水に溶けて酸性となる固体物６がｐＨ指示薬水溶液２中に溶出し、水溶液２は酸性の色に変色する。
これを繰り返して、何回かの変色を繰り返した後、最後に出てくる酸性水溶液によってｐＨ指示薬水溶液２は酸性になり、酸性の色となって変色は終了する。
【００３０】
図１に示すような水風船あるいはヨーヨーの形状のもの１に、別の容器に酸性溶液とアルカリ性溶液を入れたものを入れ、ここから酸性溶液またはアルカリ溶液が溶出し、ｐＨ指示薬２と混合すれば変色を行わせることができる。
［請求項５］で定義した方法は上記のような考案であって、図５に示すような一つの酸塩基用容器１２に、酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物６とアルカリ性溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物８が隔壁１３を隔てて入り、それぞれの溶液の部屋に穴１４を有し、これを塞ぐ蓋１５を配置した酸塩基用容器１２を用いることを定義している。
【００３１】
この酸塩基用容器１２を図１のｐＨ指示薬水溶液２に投入し、両方の蓋を塞いだ状態で保管すれば酸性溶液６とアルカリ性溶液８が流出することはなく、片方の蓋１５を解放してｐＨ指示薬水溶液２を攪拌し、蓋１５の開いた酸塩基用容器内の酸性溶液６またはアルカリ溶液８が溶出し、これによりｐＨ指示薬水溶液２が変色し、この後解放した蓋１５を塞ぎ、もう一方の蓋１５を解放してｐＨ指示薬水溶液２を攪拌すれば、ｐＨ指示薬水溶液２を交互に酸性またはアルカリ性の色に変色させることができる。
なお、図５に示す酸塩基用容器１２では、その蓋１５の構造として穴に栓をする構造の物を示したが、穴を塞ぐ構造であれば穴の開いた板１６をスライドさせて、容器の穴と位置が合ったときに開き、位置が合わないときに閉じる構造でもよいし、穴の開いた円盤状の板１７を回転させて、容器の穴と位置が合ったときに開き、位置が合わないときに閉じる構造でもよい。回転させる形式の場合、ゼンマイ式にして自動的にどちらかの穴が一定間隔で開くものを与えることが簡単に実現できる。
【００３２】
［請求項６］では、重力を利用して酸性溶液またはアルカリ性溶液の入った穴に蓋をして、蓋が閉まった状態の穴からは酸性溶液またはアルカリ性溶液が出ず、蓋が開いた状態の穴から酸性溶液またはアルカリ性溶液が出るようにし、結果ｐＨ指示薬水溶液の色を変色させる「変色する玩具またはインテリア等」の変色方法について規定している。
【００３３】
図６において、一つの容器１８に２つ以上の隔壁１９及び隔壁２０を設け、容器本体にはｐＨ指示薬水溶液２を入れ、酸性溶液６とアルカリ性溶液８を各隔壁１９及び２０で隔てられた部屋に充填し、この隔壁に穴２１及び穴２２と、この穴を塞ぐ、重力で簡単に開く蓋２３及び２４を設け、重力で蓋の開いた穴から酸性溶液６またはアルカリ性溶液８が少量本体のｐＨ指示薬２に混入するようにしてあり、その結果本体のｐＨ指示薬水溶液２が酸性またはアルカリ性の色に変色するようにしている。
図６で図示しているのは蓋２３が開いて酸性溶液６が穴２１から少量本体のｐＨ指示薬２に混入している図である。
【００３４】
［請求項７］では、酸性溶液またはアルカリ性溶液を収めた容器壁を自重または外力によって押し、これによって酸性溶液またはアルカリ性溶液を本体のｐＨ指示薬水溶液に少量混合し、結果酸性またはアルカリ性の色に変色する方法を記述している。
図７は［請求項７］の方法を示す図であって、この物全体の示している機能は一般的に水時計と呼ばれているものの機能である。
図７において、一つの容器２５に２つ以上の隔壁１９と２０を設け、この隔壁に穴２１，２２を設け、この隔壁で隔てられた部屋２６，２７は容器の自重あるいは外力により変形し、内部の液体が少量外部に放出する程度に剛性の低い構造とし、容器本体２８にはｐＨ指示薬水溶液２を入れ、酸性溶液６とアルカリ性溶液８を各隔壁１９，２０で隔てられた部屋２６，２７に充填し、自重または外力によって、穴２１，２２から酸性溶液６またはアルカリ性溶液８が少量本体２８のｐＨ指示薬水溶液２に混入するようにしている。この結果本体２８のｐＨ指示薬水溶液２が酸性またはアルカリ性の色に変色するように工夫している。
【００３５】
［請求項８］では、図８に示すように、一つの容器２９に２つ以上のスポイト状容器３０，３１を取り付け、容器２９本体にはｐＨ指示薬水溶液２を入れ、スポイト状容器３０，３１に酸性溶液６またはアルカリ性溶液８を入れ、このスポイト状容器３０，３１を押すことにより、内部の酸性溶液６またはアルカリ性溶液８を容器２９本体のｐＨ指示薬水溶液２に滴下あるいは容器２９の壁を伝わらせて少量混合し、この後容器２９を振ることによりｐＨ指示薬水溶液２の全体に混合し、ｐＨ指示薬水溶液２の色を瞬時に変化させることを特徴とした方法を規定している。これは、一見何の変化もない容器２９を振ることで、一瞬にして色が変わったように見え、視覚的な演示効果があり、手品の要素としても非常におもしろいものである。
【００３６】
［請求項９］はガラス板あるいは合成樹脂でできた板状のものを、着色しているように見せ、美しい視覚的効果を狙い、この着色が空間的にグラデーションをもって変化したり、時間的に変化していく様子を見ることができるｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法である。鑑賞魚の水槽への用途や、店内のインテリアなどに効果的である。
これを具体的に実現する方法としては、図９のように、板状のガラスあるいは合成樹脂製の透明な板３２，３３を２枚以上対向させ、間に狭い空間３４を設け、空間の解放端部３５を塞いだ構造を持ち、この解放端部又は板面に設けた複数の穴２１，２２から酸性溶液６またはアルカリ性溶液８を空間３４に注入することができる構造を持ち、この空間３４にｐＨ指示薬水溶液２を入れ、解放端部又は板面に設けた複数の穴２１，２２から酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」６またはアルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」８を空間３４に注入することによりｐＨ指示薬水溶液２を変色させ、溶液全体の色を変色させたり、空間的な色の分布を作り出して、この板３２，３３の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出す方法を記述している。
ｐＨ指示薬水溶液２に万能指示薬と一般に呼ばれているものを用いると、この指示薬はｐＨ４以下で赤、５で橙、６で黄、７で緑、８で青、９で藍、１０以上で紫に変色する。ここで酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」６を穴２１から注ぎ、アルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」８を穴２２から注ぎ、これが拡散するに十分な時間が経過すると、ｐＨ指示薬水溶液２は、３６紫色に変色したｐＨ指示薬水溶液、３７藍色に変色したｐＨ指示薬水溶液、３８青色に変色したｐＨ指示薬水溶液、３９緑色に変色したｐＨ指示薬水溶液、４０黄色に変色したｐＨ指示薬水溶液、４１橙色に変色したｐＨ指示薬水溶液、４２赤色に変色したｐＨ指示薬水溶液の７色の層になる。
【００３７】
［００３６］の方法は、カップ状のガラスあるいは合成樹脂製の透明なカップにも適用することができ、［請求項１０］ではこの適用方法について記載している。
【００３８】
図１０ではこの方法を具体的に示しており、カップ状のガラスあるいは合成樹脂製の透明なカップ４３を２個以上重ねて置き、間に狭い空間４４を設け、空間４４の解放端部４５を塞いだ構造を持ち、この解放端部４５又はカップ４３に設けた穴から酸性溶液またはアルカリ性溶液を空間４４に注入することができる構造を持ち、この空間４４にｐＨ指示薬水溶液２を入れ、解放端部４５又はカップに設けた穴から酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」６またはアルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」８を空間４４に注入することによりｐＨ指示薬水溶液２を変色させ、溶液全体の色を変色させたり、空間的な色の分布を作り出して、このカップ４３の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出す方法を示している。
【００３９】
［請求項９］のガラス板あるいは合成樹脂でできた板や、［請求項１０］のカップ状のガラスあるいは合成樹脂製の透明なカップは、単純に合わせたり重ねたりすると均一な隙間空間が得られない。［請求項１６］ではこの均一な隙間を設ける方法について記載している。
すなわち、その隙間の厚みを確保するため、隙間に直径の一定した粒状あるいは円筒状の固体材料を入れる、あるいは片方の板またはカップの隙間側に相当する面に、大きさの一定した突起を設けることを特徴とするカップ状のガラスあるいは合成樹脂製のカップを用いることを特徴としている。
図１１ではカップを例にとって説明している。外側のカップ４６には内側に向かって突起４７があり、この突起４７により、カップ４８をカップ４６に重ねたときに２つのカップの間の均一な隙間が確保される。この均一な隙間にｐＨ指示薬水溶液２を入れれば良い。なお、この隙間に粒径の均一な球状粒子４９や円筒形粒子５０を入れても良く、球状粒子４９や円筒形粒子５０は水に浮くものと沈むものを合わせるとカップの底、周囲の両方の隙間が確保され、より効果的である。
なお、図１０ではカップを例にとって説明しているが、［請求項９］のような板であっても同じである。
【００４０】
［請求項１１］は曲線形状のガラスあるいは合成樹脂製の透明な管を螺旋状にして設置し、内部にｐＨ指示薬水溶液を充填して酸またはアルカリを入れ、作り出した空間的な色の分布が変わりにくいように形状に工夫を施したｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法を定義している。内側から電球等による照明を行い、ｐＨ指示薬水溶液の色を外に投影することを想定している。
熱による対流は上にある比重の大きい液体と、下にある比重の小さい液体との間で入れ替わりが起きて発生する。図１２に示すように、管を螺旋状にして水平方向に巻くと、対流が起きても同じｐＨ域の液体どおしで対流するだけで、全体のｐＨ分布による色分布の様子に与える影響を少なくすることができる。
図１２では水平方向に螺旋状に巻いた管５１と、その両端及びその途中位置に、先端が管の内部と繋がるスポイト状容器５２，５３，５４，５５を有し、管５１の内部にｐＨ指示薬水溶液２を入れ、設置したスポイト状容器５２，５３，５４，５５から酸性溶液や「水より軽いまたは重い比重の溶媒に溶解させた酸性物質」６またはアルカリ性溶液や「水より重いまたは軽い比重の溶媒に溶解させたアルカリ性物質」８を注入することによりｐＨ指示薬水溶液２を変色させ、溶液全体の色を変色させたり、空間的な色の分布を作り出して、この管５１の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とする方法を説明している。
内側の電球を点灯すると、ｐＨ指示薬水溶液の色分布、グラデーションを外に投影することができ、インテリアとして美しい。なお、電球による照明を行うと、その熱で対流が起こりやすいが、この対流が起こりにくいように管を水平方向に螺旋状に巻いている。
【００４１】
図１３のように管５１の巻き方を工夫すると、スポイト状容器５２の配置されている場所は、近傍の管部分に比して低い位置にあり、スポイト状容器５２に入っているアルカリ性溶液８または酸性溶液６をｐＨ指示薬水溶液２よりも重いものにすれば、より混合されにくく、時間の経過によって空間的な色の分布が変わりにくいという特徴を出すことができる。
同様にスポイト状容器５４の配置されている場所は、近傍の管部分に比して高い位置にあり、スポイト状容器５４に入っている酸性溶液６またはアルカリ性溶液８をｐＨ指示薬水溶液２よりも軽いものにすれば、より混合されにくく、時間の経過によって空間的な色の分布が変わりにくいという特徴を出すことができる。
図１３の管の巻き方の工夫により、電球による照明を行ったときに、さらにその熱による対流が起こりにくいように工夫され、ｐＨ指示薬水溶液の色分布、グラデーションを長期間保つ効果が期待できる。
【００４２】
［００４０］に示したように、熱による対流は管を水平にすると起こりにくいが、対流の影響を少なくするもうひとつの方法は、ｐＨ指示薬水溶液の粘性を上げることである。
［請求項１２］はこのｐＨ指示薬水溶液の粘性を上げる方法について述べており、図１４に示すように、内部の液体が容易に混合されない直線状ないし曲線状の管状形状容器５６の内部に、ポリビニルアルコール（以下略称はＰＶＡ）やグリセリンなどのように水に溶解させると粘性度の高い液体になる物質の水溶液にｐＨ指示薬を溶解した水溶液２を充填し、この管状容器の両端に、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液またはＰＶＡ水溶液等の粘性度の高い溶媒に酸またはアルカリを溶解させた溶液（以下略称は「粘度の高い酸性またはアルカリ性溶液」という）を充填した溶液を混合し、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液または「粘度の高い酸性またはアルカリ性溶液」を充填したスポイト状容器または栓により蓋をし、結果管状形状容器５６の内部に発生するｐＨ指示薬水溶液２の色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出し、溶液の粘性からその空間的変化が変わりにくいように工夫した、ｐＨ指示薬水溶液を変色させる方法を記述している。
ここでｐＨ指示薬水溶液２に万能指示薬と一般に呼ばれているものを用い、酸性溶液とアルカリ性溶液を両方の端からそれぞれ注ぎ、これが拡散するに十分な時間が経過すると、ｐＨ指示薬水溶液２は、３６紫色に変色したｐＨ指示薬水溶液、３７藍色に変色したｐＨ指示薬水溶液、３８青色に変色したｐＨ指示薬水溶液、３９緑色に変色したｐＨ指示薬水溶液、４０黄色に変色したｐＨ指示薬水溶液、４１橙色に変色したｐＨ指示薬水溶液、４２赤色に変色したｐＨ指示薬水溶液の７色の層になる。
この方法は、ペン、定規などに取り付けるアクセサリや、［請求項１０］に示したカップ、花ビンの装飾具やアクセサリに良く適用できるが、その限りではない。
【００４３】
［請求項１３］を室内インテリアの一種に適用した方法の例を以下に示す。
図１５に示すように、この方法は、容器５７の内部に、電気モータなどの動力手段でｐＨ指示薬水溶液２を噴水状に吹き上げるインテリアの内部に、吹き上げられた噴水状のｐＨ指示薬水溶液２の１カ所または複数箇所に、酸性溶液６あるいはアルカリ性溶液８を混合する管５８，５９を設置し、噴水状のｐＨ指示薬水溶液２にこれを混合し、色の時間的変化あるいは色の空間的変化またはその両方の変化を作り出すこと特徴とするものである。
【００４４】
［請求項１］から［請求項１３］に適用するためのｐＨ指示薬水溶液としては、いろいろなものがあり、例えば、フェノールレッド、ブロムクレゾールパープル、チモールブルー、チモールフタレイン、メタクレゾールパープル、コンゴーレッド、ブロムクレゾールグリーン、ブロムフェノールブルー、クレゾールレッド、オルトクレゾールフタレイン、パラニトロフェノール、メタニトロフェノール、オルトニトロフェノール、メチルレッド、ブロムチモールブルー、フェノールフタレイン、メチルオレンジ、メチルチモールブルー、ピロカテコールバイオレット、ニュートラルレッド、アルファナフトールフタレイン、クロロフェノールレッド、アゾリトミン、クリスタルバイオレット、カルミン酸、インジコカルミンなどがあり、さらにこれらを混合するといろいろな変色をする組み合わせが得られる。また、さらにこれらにｐＨ変化で変色しないメチレンブルーや食用黄色４号、食用赤色２号、食用青色１号など極めて種類の豊富にある色素類を少量加えると、多種多様な美しい変色を示すｐＨ指示薬水溶液を作ることができる。
この中で、［請求項１７］に示したように、信号の３色である赤、黄、緑をそれぞれが発色しやすいｐＨ域にあるものを適用すると視覚的におもしろい効果を出すことができる。こうしたｐＨ指示薬水溶液は、パラニトロフェノールまたはメタニトロフェノールまたはオルトニトロフェノールとメチルレッド及びブロムチモールブルーを混合することで得ることができる。混合割合の一例としては、水にパラニトロフェノールを０．００３％、メチルレッドを０．００２％、ブロムチモールブルーを０．０００８％溶解させることで得られる。通常はこれらを１００倍程度高い濃度にし、エチルアルコールを２０％程度混合して溶けやすくし、使用する際に１００倍程度に水に薄めて使用する。パラまたはメタまたはオルトニトロフェノールは、中性付近で黄色に変色するｐＨ領域を十分確保する目的で加えている。
なお、［請求項１］及び［請求項３］から［請求項１５］で示した酸性溶液は通常知られているものであれば何でも適用可能であって、本文中では薄い塩酸の例を多用したが、例えば薄い硫酸、薄いリン酸、薄い硝酸、クエン酸、乳酸、酒石酸、酢酸、蓚酸、アスコルビン酸などでも適用可能である。アルカリ性溶液もいろいろなものが適用可能であって、本文中では薄い水酸化ナトリウムの例を多用したが、例えば水酸化カリウムや、酸との混合で泡が出て体積が増える効果を考慮して問題がなければ、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムも可能であり、逆に泡の出るというおもしろい効果を狙うこともできる。アルカリとして水酸化カルシウムも適用可能であり、水酸化ナトリウムなどと同様、溶液に少量加えるだけで高いｐＨを与えるが、これは水に非常に溶けにくく、混合する酸の種類を考慮しないと、酸との反応で沈殿が発生して外観が悪くなる。この場合、硫酸やクエン酸を用いると難溶性の塩が発生して溶液に濁りが出るが、塩酸と併用する場合には発生する塩の水溶性は良好である。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、従来の「玩具またはインテリア等」の単調性を解決し、視覚的に美しく、色彩の変化に富んだ「玩具またはインテリア等」を提供でき、これを与えた子どもや見ている人などに飽きが来にくくなるという効果を得ることができる。また筆記具などにアクセサリとして取り付け、筆記するたびにアクセサリの色の変化を楽しむという効果を得ることもできる。
【００４６】
また、溶液の色彩が鮮やかであり、内容物の色が変わったり、容器内の場所によって色が異なるという不思議さから、特に子供たちにこの現象の起きている原理に興味を持たせ、この科学的な現象を演示して説明することにより、楽しみながら色の３原色や酸・アルカリという概念、酸・アルカリの強さであるｐＨの概念、溶媒中の溶質の拡散といった科学的な内容を子どもたちに教えるような、教育的な側面にも効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明を実施するに最良の形態は、アクセサリ、インテリア、玩具、照明器具付属装飾品、筆記具付属装飾品、ゴムや合成樹脂でできた水風船またはヨーヨー、花びん、ガラス容器、合成樹脂性の透明な容器、板ガラス、合成樹脂製の板などであって、これらを着色し、着色の空間的変化と時間的変化をもたらすことによって、単に視覚的に美しいだけでなく、教育的な側面にも効果のある「変色する玩具またはインテリア等」として最良である。
【実施例１】
【００４８】
［請求項１］、［請求項４］、［請求項１４］を適用した変色するガラス容器の実施例を以下に示す。
図１６に示すようなガラス容器６０に、ｐＨ指示薬水溶液２を入れ、フィルムを巻き取った形状の物３をｐＨ指示薬水溶液２中に投入する。
ここでｐＨ指示薬水溶液としては、万能指示薬と呼ばれているもので、ｐＨ４以下で赤、ｐＨ５で橙、ｐＨ６で黄、ｐＨ７で緑、ｐＨ８で青、ｐＨ９で藍、ｐＨ１０以上で紫になるものを用いた。
この万能指示薬水溶液の処方は、一例として水にブロムチモールブルーを０．００３％、メチルレッドを０．０００６％、チモールブルーを０．０００２６％、フェノールフタレインを０．００６４％溶解させたものを用いる。水に溶けにくい試薬が多いので、予めエチルアルコールに溶解させてから水と混合すると良い。
【００４９】
［００４８］で示したフィルムには、ＰＶＡによって粘着させてフィルム間が容易に剥がれない工夫をし、含浸させる酸性水溶液には塩酸、含浸させるアルカリ性水溶液に水酸化ナトリウムを選んだ。
ＰＶＡがｐＨ指示薬水溶液に溶解してフィルムが剥がれてくると、以下の順番で以下に示した濃度の水溶液０．０５ｃｃが、３０ｃｃのｐＨ指示薬水溶液に溶解するようにした。
１回  ２回  ３回  ４回  ５回  ６回  ７回  ８回  ９回  １０回  ［％］
塩酸              ０．８４    １．２３    １．７５    ２．５２    ３．５
水酸化
ナトリウム  ０．８      １．１６    １．６４    ２．４      ３．４４
【００５０】
このフィルムを巻き取った形状の物３は、ガラス容器６０の中のｐＨ指示薬水溶液２を振り続けることにより、約２分で全て開ききり、中から溶出した水酸化ナトリウム及び塩酸により、最初のうちは弱アルカリ色である青と弱酸性色である黄色を交互に繰り返したが、４回目以降の変色からは酸とアルカリがやや強くなったことにより、酸性色が赤、アルカリ色が紫の色の変化を繰り返して、最終的にｐＨ指示薬水溶液２は酸性色である赤になって変色が終了した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、視覚的美しさを訴えるとともに、現象の不思議さから科学への興味を持たせる玩具や、視覚的な美しさとこの色相の変化を楽しむ家庭室内装飾用のインテリア、店内インテリアや、筆記具に付属させたアクセサリ、玩具、照明器具付属装飾品、筆記具付属装飾品、ゴムや合成樹脂でできた水風船またはヨーヨー、花びん、ガラス容器、合成樹脂性の透明な容器、板ガラス、合成樹脂製の板などの製作に適用が可能である。板ガラス、合成樹脂製の板に適用した場合、視覚的な美しさと変化から、鑑賞魚の水槽への用途や、店内のインテリアなどにも効果的である。
また、指示薬水溶液に加える酸性またはアルカリ性の液体は、無色透明でかつごく微量で色の変化が起きるため、これを利用した手品用品製作への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の［請求項１］及び［請求項４］及び［請求項１４］を説明する図
【図２】本発明の［請求項１４］を説明する図
【図３】本発明の［請求項１４］を説明する図
【図４】本発明の［請求項１５］を説明する図
【図５】本発明の［請求項５］を説明する図
【図６】本発明の［請求項６］を説明する図
【図７】本発明の［請求項７］を説明する図
【図８】本発明の［請求項８］を説明する図
【図９】本発明の［請求項９］を説明する図
【図１０】本発明の［請求項１０］を説明する図
【図１１】本発明の［請求項１６］を説明する図
【図１２】本発明の［請求項１１］を説明する図
【図１３】本発明の［請求項１１］を説明する図
【図１４】本発明の［請求項１２］を説明する図
【図１５】本発明の［請求項１３］を説明する図
【図１６】本発明の１実施例を説明する図
【符号の説明】
【００５３】
１  水風船あるいはヨーヨーの形状の容器
２  ｐＨ指示薬水溶液
３  フィルムを巻きとった形状の物
４  水に不溶性のフィルム状シート
５  吸水性の良い材料
６  酸性溶液または水に溶けて酸性となる固体物
７  水溶性粘着物
８  アルカリ性溶液または水に溶けてアルカリ性となる固体物
９  フィルム状シートを巻き取る
１０  凹凸のあるシート
１１  容器
１２  酸塩基用容器
１３  隔壁
１４  穴
１５  酸塩基用容器の蓋
１６  穴の開いた板
１７  穴の開いた円盤状の板
１８  容器
１９  隔壁
２０  隔壁
２１  穴
２２  穴
２３  蓋
２４  蓋
２５  容器
２６  隔壁で隔てられた部屋
２７  隔壁で隔てられた部屋
２８  本体
２９  容器
３０  スポイト状容器
３１  スポイト状容器
３２  ガラスあるいは合成樹脂製の透明な板
３３  ガラスあるいは合成樹脂製の透明な板
３４  空間
３５  解放端部
３６  紫色に変色したｐＨ指示薬水溶液
３７  藍色に変色したｐＨ指示薬水溶液
３８  青色に変色したｐＨ指示薬水溶液
３９  緑色に変色したｐＨ指示薬水溶液
４０  黄色に変色したｐＨ指示薬水溶液
４１  橙色に変色したｐＨ指示薬水溶液
４２  赤色に変色したｐＨ指示薬水溶液
４３  ガラスあるいは合成樹脂製の透明なカップ
４４  空間
４５  解放端部
４６  外側のカップ
４７  突起
４８  内側のカップ
４９  球状粒子
５０  円筒形粒子
５１  螺旋状に巻いた管
５２  スポイト状容器
５３  スポイト状容器
５４  スポイト状容器
５５  スポイト状容器
５６  管状形状容器
５７  容器
５８  酸性溶液あるいはアルカリ性溶液を噴出する管
５９  酸性溶液あるいはアルカリ性溶液を噴出する管
６０  ガラス容器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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