(57)【要約】【課題】、磁気回転子の自発的な集団運動を観賞可能にする観察用具を提供する。【解決手段】  磁石群相互作用の観察用具は、複数の磁気回転子と、磁気回転子を設置する台座とを備える。１つの磁気回転子は、台座から上方に延びる支持棒と、支持棒上に回動可能に載置される回動部と、回動部に取り付けられる磁石とを含む。複数の磁気回転子のうち少なくとも隣接する磁気回転子同士の相互作用は、地磁気と各々の磁気回転子との相互作用よりも強い。【選択図】図１
2018013618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁気回転子と、前記磁気回転子を設置する台座とを備え、
１つの前記磁気回転子は、
前記台座から上方に延びる支持棒と、
前記支持棒上に回動可能に載置される回動部と、
前記回動部に取り付けられる磁石とを含み、
前記複数の磁気回転子のうち少なくとも隣接する前記磁気回転子同士の相互作用が地磁気と各々の前記磁気回転子との相互作用よりも強い、磁石群相互作用の観察用具。
【請求項２】
前記回動部は軸受部を含み、前記軸受部を介して前記支持棒上に載置される、請求項１に記載の観察用具。
【請求項３】
前記回動部は磁性体である、請求項１または請求項２に記載の観察用具。
【請求項４】
前記支持棒は非磁性体である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の観察用具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には観察用具に関し、特定的には磁石群相互作用の観察用具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石群相互作用の観察用具としては、例えば、磁石を集団で接着させて結晶構造を学ばせる教具がある。また、特開２００１−３５０４０２号公報（特許文献１）には、磁気コンパスを利用した磁区観察教具が記載されている。この磁区観察教具では、磁気コンパスを一平面内に多数並べ、その磁気コンパスが描く模様や運動で強磁性体のミクロ構造を観察しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５０４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の結晶構造を学ばせる教具は磁石群の相互作用による静止状態を観察するものであり、磁石群の様々な集団運動状態の観察には適さない。また、特許文献１に記載の磁区観察教具は、多数の磁気コンパス、すなわち、磁気回転子の集団的な相互作用による静止状態を観察するもので、磁石群の様々な集団運動状態の観察には適さない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、磁気回転子の自発的な集団運動を観賞することを可能にする観察用具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従った磁石群相互作用の観察用具は、複数の磁気回転子と、磁気回転子を設置する台座とを備える。１つの磁気回転子は、台座から上方に延びる支持棒と、支持棒上に回動可能に載置される回動部と、回動部に取り付けられる磁石とを含む。複数の磁気回転子のうち少なくとも隣接する磁気回転子同士の相互作用は、地磁気と各々の磁気回転子との相互作用よりも強い。
【０００７】
このようにすることにより、複数の磁気回転子の間に自発的な集団運動を生じさせることができる。
【０００８】
本発明に従った観察用具においては、回動部は軸受部を含み、軸受部を介して支持棒上に載置されることが好ましい。
【０００９】
このようにすることにより、磁気回転子の摩擦抵抗を低減することができる。磁気回転子の摩擦抵抗を低減することによって、相互作用による集団運動を引き起こす前に個々の磁気回転子の運動が短時間で終了してしまうことを防ぐことができる。
【００１０】
本発明に従った観察用具においては、回動部は磁性体であることが好ましい。
【００１１】
このようにすることにより、磁石が回動部に自然に吸着して取り付けられるので、磁気回転子の製作や磁気回転子の属性（磁気の強さ、極の数）を変更することが容易になる。
【００１２】
本発明に従った観察用具においては、支持棒は非磁性体であることが好ましい。
【００１３】
このようにすることにより、支持棒と回動部との間の摩擦を低減させ、集団運動をより長時間、持続させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明に従えば、磁気回転子の自発的な集団運動を観賞可能にする観察用具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の観察用具の全体を示す上面図（Ａ）と、第１実施形態の観察用具が備える１つの磁気回転子の全体の断面を模式的に示す図（Ｂ）である。
【図２】本発明の第２実施形態の観察用具における複数の磁気回転子の配置を模式的に示す上面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の観察用具における複数の磁気回転子の配置を模式的に示す上面図である。
【図４】本発明の第４実施形態の観察用具における複数の磁気回転子の配置を模式的に示す上面図である。
【図５】実施例に用いた磁気回転子の例を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１の（Ａ）に示すように、第１実施形態の磁場の観察用具１００は、複数の磁気回転子１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）と、磁気回転子１１０を設置する台座１２０を備える。台座１２０は、例えば厚紙によって形成される。
【００１８】
図１の（Ｂ）に示すように、１つの磁気回転子１１０は、台座１２０から上方に延びる支持棒１３０と、支持棒１３０上に回動可能に載置される回動部１４０と、回動部１４０に取り付けられる磁石１５０（１５０ａ，１５０ｂ）とを含む。この実施形態においては、支持棒１３０は台座１２０を貫通することによって台座１２０に取り付けられている。
【００１９】
この実施形態においては、複数の磁気回転子１１０は１つの台座１２０を共有しているが、台座１２０は、それぞれの磁気回転子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが１つずつ有していてもよい。言い換えれば、台座１２０には、この実施形態では３個の磁気回転子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが設置されているが、磁気回転子１１０は、台座１２０上の任意の位置に任意の個数、配置されていてもよい。この実施形態では、複数の磁気回転子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは互いに離間して配置されているが、磁気回転子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ間の距離は、例えば、互いに接触しない距離であればよい。
【００２０】
回動部１４０の下面には凹部１４１が形成され、支持棒１３０の上端部１３１が凹部１４１に収容され、回動部１４０は支持棒１３０の上端部１３１上に回動可能に載置されている。凹部１４１の深さは、他の磁気回転子１１０との作用で回動部１４０が支持棒１３０から脱落しない深さであれば、特に制限はない。回動部１４０の凹部１４１内には軸受が形成されていてもよく、軸受が形成されている場合には凹部１４１がなくてもよい。軸受を形成することにより、摩擦が激減され、集団運動を長時間持続されることができる。
【００２１】
回動部１４０は、磁性体によって形成されていてもよい。このようにすることにより、磁石１５０が回動部１４０に自然に吸着して取り付けられる。
【００２２】
回動部１４０の形状によって、取り付けられる磁石の種類や個数を変更することができるので、磁気回転子１１０の磁気の強さや極の数を可変にすることができる。磁気回転子１１０の磁気の強さや極の数を可変にすることによって、複数の磁気回転子１１０のうち少なくとも隣接する磁気回転子同士（例えば、磁気回転子１１０ａと磁気回転子１１０ｂ、または、磁気回転子１１０ｂと磁気回転子１１０ｃ）の相互作用は、地磁気と各々の磁気回転子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃとの相互作用よりも強くなるように構成されている。この実施形態においては、磁石１５０は、回動部１４０において水平方向に対向する２面に１つずつ、合計２つ取り付けられているが、磁石１５０の数と配置に制限はない。また、回動部１４０に錘をつけることで慣性モーメントが可変である。
【００２３】
支持棒１３０は非磁性体によって形成されていてもよい。支持棒１３０は非磁性体のものを使用すれば、鉄などの磁性体の支持棒の場合より、回動部１４０と支持棒１３０との間の磁力による作用がなくなるので、摩擦が激減され、集団運動を長時間持続させることが可能となる。支持棒１３０は、台座１２０に着脱可能に取り付けられてもよく、磁気回転子１１０同士の相互作用に耐えるよう、台座１２０に固定されることが好ましい。
【００２４】
観察者が回動部１４０を強制的に回動させられるように構成されていたり、外部磁場の変化によって磁気回転子１１０を回転運動または振動運動させることが可能であるように構成されていれば、磁石１５０は例えば密閉容器内に収容されていてもよく、観察用具１００の一部または全体が密閉容器内に収容されていてもよい。この実施形態においては、磁石１５０は露出されている。このようにすることにより、観察したい集団運動に応じて磁気回転子１１０の属性（磁気の強さ、極の数、慣性モーメントなど）を容易に変えることができる。また、観察者が磁石１５０の動きを直接制御することが容易になる。さらに、複数の磁気回転子１１０間の距離を近づけて、地磁気の影響を相対的に低減して集団的な相互作用を効果的に見ることができる。
【００２５】
上述のように、観察者は磁気回転子１１０の磁気の強さを調整することができる。そこで、磁気回転子１１０同士の間隔に合わせて、例えば、一つの磁気回転子１１０ａが隣の磁気回転子１１０ｂに与える磁気作用が０.１５ｍＴ以上となるよう磁石１５０の強さあるいは隣り合う磁気回転子１１０の間隔を調整すれば、地磁気の影響が２０％以下となり、視覚的に地磁気の影響を感じない状況を実現できる。
【００２６】
次に、観察用具１００の使用方法を説明する。
【００２７】
観察者は、観察用具１００の磁気回転子１１０のひとつの回動部１４０に触れて、回動部１４０を回動させる。観察者が手を離すと、回動部１４０は回動を続け、従って回動部１４０に取り付けられている磁石１５０も回動運動する。磁石１５０の回動運動は他の磁気回転子１１０の集団運動を誘起する。こうして、観察者は、磁気回転子１１０の集団運動を観察することができる。
【００２８】
観察用具１００をこのように構成することにより、磁気回転子１１０の集団運動を生じさせ、それを生の目で鑑賞する観察用具を提供することができる。すなわち、（１）磁気回転子の属性（回転子の磁気の強さ、極の数、慣性モーメント）を自由に変更することができ、その変化による集団運動の違いを観賞することができる。（２）観察者が磁気回転子の動きを制御することができ、その制御が集団運動全体に与える影響を観察することができる。磁気回転子の集団運動を鑑賞する際には、（３）集団運動の継続時間が鑑賞に資する程度であり、（４）地磁気の影響を受けることなく、磁気回転子の配置の自由度が大きい。また、磁気回転子の集団運動が終了したときは、磁気回転子集団の静的安定状態を鑑賞することも可能である。
【００２９】
以上のように、磁石群相互作用の観察用具１００は、複数の磁気回転子１１０と、磁気回転子１１０を設置する台座１２０とを備える。１つの磁気回転子１１０は、台座１２０から上方に延びる支持棒１３０と、支持棒１３０上に回動可能に載置される回動部１４０と、回動部１４０に取り付けられる磁石１５０とを含む。複数の磁気回転子１１０のうち少なくとも隣接する磁気回転子１１０同士の相互作用は、地磁気と各々の磁気回転子１１０との相互作用よりも強い。
【００３０】
このようにすることにより、複数の磁気回転子１１０の間に自発的な集団運動を生じさせることができる。
【００３１】
また、観察用具１００においては、回動部１４０は軸受部を含み、軸受部を介して支持棒１３０上に載置されることが好ましい。このようにすることにより、磁気回転子１１０の摩擦抵抗を低減することができる。磁気回転子１１０の摩擦抵抗を低減することによって、相互作用による集団運動を引き起こす前に個々の磁気回転子１１０の運動が短時間で終了してしまうことを防ぐことができる。
【００３２】
また、観察用具１００においては、回動部１４０は磁性体であることが好ましい。このようにすることにより、磁石１５０が回動部１４０に自然に吸着して取り付けられるので、磁気回転子１１０の製作や磁気回転子１１０の属性（磁気の強さ、極の数）を変更することが容易になる。
【００３３】
また、観察用具１００においては、支持棒１３０は非磁性体であることが好ましい。このようにすることにより、支持棒１３０と回動部１４０との間の摩擦を低減させ、集団運動をより長時間、持続させることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図２に示すように、第２実施形態の観察用具２００は、３個の磁気回転子２１０を等間隔（例えば１００ｍｍ）に台座２２０上に配置したものを３組備える。３組の台座２２０は、等間隔（例えば１００ｍｍ）に、互いに平行に並べられている。第２実施形態の磁気回転子２１０の構成と作用効果は第１実施形態の磁気回転子１１０（図１）と同様である。
【００３５】
このように構成することにより、三角格子双極子結晶の特徴を観察することが可能になる。
【００３６】
（第３実施形態）
図３に示すように、第３実施形態の観察用具３００は、３個の磁気回転子３１０を等間隔（例えば１００ｍｍ）に台座３２０上に配置したものを３組備える。３組の台座３２０は、磁気回転子３１０が正方格子になるよう並べられている。第３実施形態の磁気回転子３１０の構成と作用効果は第１実施形態の磁気回転子１１０（図１）と同様である。
【００３７】
このように構成することにより、正方格子双極子結晶の特徴を観察することが可能になる。
【００３８】
（第４実施形態）
図４に示すように、第４実施形態の観察用具４００は、３個の磁気回転子４１０を等間隔（例えば１００ｍｍ）に台座４２０上に配置したものを３組備える。３組の台座４２０は、略三角形を形成するように並べられている。第４実施形態の磁気回転子４１０の構成と作用効果は第１実施形態の磁気回転子１１０（図１）と同様である。
【００３９】
このように構成することにより、一次元トーラス双極子結晶の特徴を観察することが可能になる。
【００４０】
第１実施形態から第４実施形態で説明したように、観察用具を構成する磁気回転子は様々に配置され得る。そして、観察者が、初期条件として任意の磁気回転子に回転運動あるいは振動運動を与えると、それぞれの磁気回転子同士の相互作用による集団運動を鑑賞することができる。また、一つの磁気回転子に外力で回転を与え続けると、他の磁気回転子（第２実施形態から第４実施形態の場合は、他の磁気回転子は８個）が、外力で回転させられている磁気回転子の影響を受けながら集団運動をするのを鑑賞することができる。いずれの実施形態でも、第１実施形態で述べたように、地磁気の影響を感じることはないように構成することができる。
【実施例】
【００４１】
本発明の観察用具を作製し、磁気回転子の集団運動を観察した。
【００４２】
図５に示すように、実施例の磁気回転子５１０は、図１（Ｂ）に示す磁気回転子１１０と同様に、短冊状に切り出した板目表紙５２０から上方に延びる銅釘５３０と、銅釘５３０上に回動可能に載置される六角袋ナット（Ｍ６）５４０と、六角袋ナット５４０に取り付けられるネオジム磁石５５０とを含む。板目表紙５２０は台座の一例である。銅釘５３０は支持棒の一例である。六角袋ナット５４０は回動部の一例である。ネオジム磁石５５０は磁石の一例である。ネオジム磁石５５０は、この実施例では六角袋ナット５４０の対向する二面に１つずつ、合計２個取り付けられている。
【００４３】
板目表紙５２０の大きさは２７０ｍｍ×３０ｍｍとした。銅釘５３０は１.６×２５ｍｍであった。六角袋ナット５４０の平行な２面それぞれにネオジム磁石５５０（１０φ×１ｍｍ、表面磁束密度１５０ｍＴ）の極性を揃えて１個ずつを吸着させ、それを銅釘５３０に乗せて水平面内で回動させるようにした。
【００４４】
この磁気回転子５１０を、第１実施形態から第４実施形態に従って台座５２０上に配置して観察用具を構成した。観察者が六角袋ナット５４０を手で回動させると、集団運動を観察することができた。
【００４５】
以上のように、この発明による磁気回転子の集団運動の鑑賞は、磁気回転子を磁性分子に対応付けることで、強磁性体の分子運動を想起させるので、強磁性体の可視化モデルの教具となる。また、この集団運動は魅力的なので、玩具やインテリアとして利用することも可能である。
【００４６】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【符号の説明】
【００４７】
１００，２００，３００，４００：観察用具、１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，２１０，３１０，４１０，５１０：磁気回転子、１２０，２２０，３２０，４２０：台座、１３０：支持棒、１４０：回動部、１５０，１５０ａ，１５０ｂ：磁石、５２０：板目表紙、５３０：銅釘、５４０：六角袋ナット、５５０：ネオジム磁石。
【図１】
2018013618.tif 000003
【図２】
2018013618.tif 000004
【図３】
2018013618.tif 000005
【図４】
2018013618.tif 000006
【図５】
2018013618.tif 000007