(57)【要約】【課題】簡潔な構成であるにもかかわらず、回転を継続して行え、磁石の面白さの訴求力を増大させると共に、想像力を発揮させる余地が大きい磁石を備えた教育用具を提供する。【解決手段】磁石を備えたロータを回転自在に支持台に支持している複数のブロックと、前記ブロックのうちの１つの第１ブロックのロータを回転駆動するモータとを備え、前記ブロックを、ブロック間距離、ブロックのロータの方向あるいは／およびブロックの高さ位置を任意に変えて配置可能とし、前記モータによる第１ブロックのロータの回転で他のブロックのロータの非接触回転の有無および回転方向を調節可能としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を備えたロータを回転自在に支持台に支持している複数のブロックと、
前記ブロックのうちの１つの第１ブロックのロータを回転駆動するモータとを備え、
前記ブロックを、ブロック間距離、ブロックのロータの方向あるいは／およびブロックの高さ位置を任意に変えて配置可能とし、前記モータによる第１ブロックのロータの回転で他のブロックのロータの非接触回転の有無および回転方向を調節可能としたことを特徴とする磁石を備えた教育用具。
【請求項２】
前記ロータは中心に回転軸を固定した円環板の外周に周方向に間隔をあけて前記磁石を埋め込み、これら磁石の外周側の磁極をＮ極とＳ極とを交互に配置し、前記回転軸を前記支持台に回転自在に軸支している請求項１に記載の磁石を備えた教育用具。
【請求項３】
前記磁石が永久磁石からなるロータと、前記磁石が超電導バルク磁石からなるロータの両方を備え、前記永久磁石を有するロータと超電導バルク磁石を有するロータの回転の相違により、永久磁石の磁界の大きさと超電導バルク磁石の磁界の大きさを比較できる構成としている請求項１または請求項２に記載の磁石を備えた教育用具。
【請求項４】
前記ロータ付きのブロックの支持台の下面に凹凸部を設け、該凹凸部と嵌合する凹凸部を上下両面に備えたロータ無しの支持台のみからなるブロックを設け、該ロータ無しのブロックを所要個数積層して前記ロータ付きのブロックの高さ位置を調節可能としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁石を備えた教育用具。
【請求項５】
前記ロータ付きのブロック及びロータ無しのブロックの支持台は、立方体または直方体からなる請求項４に記載の磁石を備えた教育用具。
【請求項６】
前記ロータ付きのブロックの支持台は、連結手段を介して任意の玩具に着脱自在に搭載できる構成としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁石を備えた教育用具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石を備えた教育用具に関し、教材、玩具等に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石を利用した玩具として、特開平１１−７９０６６号公報（特許文献１）が提案されている。該玩具は図９に示すように、台座１から回転自在に中心軸２を立設し、該中心軸に横棒３を貫通させ、該横棒３の一端に磁石を組み込んだ軽い錘４を取り付ける一方、他端に磁石を取り付けていない重い錘５を取り付けている。この玩具を複数個並べ、錘４内の磁石の反発力で横棒３を回転させる構成としている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７９０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で提供されている玩具では、並列に並べる玩具の錘４内の磁石が異なる極となると、回転が停止し、横棒３は半回転しかしない。回転を継続させるためには、玩具自体の向きを頻繁に変える必要があり操作が煩わしく、かつ、磁石の吸引、反発力の訴求力に欠け、かつ、想像力を発揮させる面白みに欠ける問題がある。
【０００５】
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、簡潔な構成であるにもかかわらず、回転を継続して行え、磁石の面白さの訴求力を増大させると共に、想像力を発揮させる余地が大きい磁石を備えた教育用具を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、磁石を備えたロータを回転自在に支持台に支持している複数のブロックと、
前記ブロックのうちの１つの第１ブロックのロータを回転駆動するモータとを備え、
前記ブロックを、ブロック間距離、ブロックのロータの方向あるいは／およびブロックの高さ位置を任意に変えて配置可能とし、前記モータによる第ブロックのロータの回転で他のブロックのロータの非接触回転の有無および回転方向を調節可能としたことを特徴とする磁石を備えた玩具を提供している。
【０００７】
具体的には、前記ロータは中心に回転軸を固定した円環板の外周に周方向に間隔をあけて前記磁石を埋め込み、これら磁石の外周側の磁極をＮ極とＳ極とを交互に配置し、前記回転軸を前記支持台に回転自在に軸支している。
また、前記モータと第１ブロックのロータとは、モータの出力軸をロータの回転主軸として用い、あるいは接続してモータと直結し、モータと第１ブロックとを一体化しても良い。また、モータの出力軸とロータの回転主軸とをベルト、歯車等の伝動機構を介して伝動してもよい。このように、モータと第１ブロックとを別体として伝動機構を介して伝動する場合、モータと第１ブロックとは所要の支持板上に固定していることが好ましい。これに対して、他のブロックは前記のように任意の位置に配置できるようにしている。
また、前記モータは正逆回転できるものとし、モータの回転方向を切り替えてブロック上の各ロータを逆方向に回転させる構成とすれば、面白さをより訴求することができる。
【０００８】
前記本発明の教育用具では、使用者が前記ブロックを間隔をあけて任意の位置に配置できるものとしている。ブロックの配置位置が各ロータの磁石の磁界範囲内であれば、モータにより第１ブロックのロータを回転させると、この回転に伴う磁界の変化によって第１ブロックに隣接配置するブロックのロータが逆方向に回転し、さらに、このロータの回転に伴って、さらに、該ロータと隣接配置したロータを順次互いに逆方向に回転させることができる。
これにより、磁石の吸引力と反発力とを視覚的に訴求できる。しかも、ブロック間の幅（水平方向の距離）、高さ（垂直方向の距離）、ロータの向きを変えることにより、ロータの回転を停止させたり継続させたりでき、各ロータの磁極が及ぼす磁界の範囲や強さを視覚的に訴求できる。
さらに、第１ブロックの回転をモータで回転させることにより、これら複数のロータの回転を継続でき、前記特許文献１のように回転が停止する毎にブロックの向きを変える等の操作を必要とせず、興味を持続させることができる。
なお、本発明の教育用具は、磁石の物性を教授するための教材や教育玩具として好適に用いることができる。さらに、動きのある鑑賞用の装飾品としても利用可能である。
【０００９】
また、前記磁石が永久磁石からなるロータと、前記磁石が超電導バルク磁石からなるロータの両方を備え、前記永久磁石を有するロータと超電導バルク磁石を有するロータの回転の相違により、永久磁石の磁界の大きさと超電導バルク磁石の磁界の大きさを比較できる構成としていることが好ましい。
前記構成によれば、永久磁石を有するロータが回転可能なロータ間の最大離間距離と超電導バルク磁石を有するロータが回転可能なロータ間の最大離間距離とを比較する等して、超電導バルク磁石の磁界の大きさを視覚により訴求することができる。
【００１０】
前記ブロックの支持台の下面に凹凸部を設け、該凹凸部と嵌合する凹凸部を上下両面に備えたロータ無し支持台のみからなるブロックを設け、該ロータ無しブロックを所要個数積層して前記ロータ付きのブロックの高さ位置を調節可能とすることが好ましい。
前記ロータ付きのブロック及びロータ無しのブロックの支持台は、立方体または直方体としていることが好ましい。なお、ロータ付きブロックの支持台は下面に凹凸部を有する平板としてもよい。
このように、ブロックを立方体や直方体とすると、ブロック積みの玩具に本発明を適用できる。ブロックの積層段数を変え、その上段にロータ付きブロックを積むことでロータの高さ位置を簡単に変えることができる。また、ブロックの積層方向を変えることで、隣接するロータを直交方向、同一線上等に配置を変えることができる。
なお、ロータ無しのブロックは全て同一形状とする必要はなく、その高さや長さを変えてもよく、多様な形状とすることが好ましい。
また、前記モータと一体あるいは連結する第１ブロックの支持台上に凹凸部を設け、他のロータ付きブロックを直接に嵌合して載置可能とすると共に、ロータ無しのブロックも嵌合して載置可能とすると、支持台上でブロックの間隔を簡単に調節することができる。
【００１１】
さらに、前記ロータ付きのブロックの支持台は、連結手段を介して任意の玩具に着脱自在に搭載できる構成としてもよい。
例えば、前記ブロックの支持台にクリップを着脱自在に取り付けてようにしておき、該クリップで玩具に係止できるようにしている。さらには、ネジと棒状パーツを設けて必要に応じて連結できるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
前述したように、本発明によれば、磁石を備えたロータを取り付けたブロックを使用者が任意に配置し、モータにより回転される第１ブロックのロータの回転により、他のブロックのロータが磁界範囲に配置されておれば順次回転させることができるようにしているため、磁石の磁界範囲や磁石の吸引力や反発力を視覚的に訴求することができる。かつ、ロータを回転できる位置にブロックを一旦配置すると、該ロータの回転を継続させることができ、前記特許文献１のように回転を継続させるための操作は不要となり等、玩具としての面白さを高める事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図視覚３に、本発明の第１実施形態を示す。
本実施形態の磁石を備えた教育用具１０は、モータ２０からなる駆動手段により回転される第１ロータ１１を回転自在に支持台１５に支持する第１ブロック３１と、モータが連結されていない第２ロータ１２を回転自在に支持台１６に支持する４つの第２ブロック３２を間隔をあけて並列配置している。
【００１４】
前記第１、第２ロータ１１、１２は、図２に示すように、円環板のロータ１１ａ、１２ａの外周凹部に４つの永久磁石１１ｂ、１２ｂを周方向（回転方向）に等間隔をあけて取り付けており、外周側の磁極がＮ極とＳ極が交互となるようにしている。第１、第２ロータ１１、１２の中心軸線上には、両側から突出する回転軸１３、１４を固定しており、該回転軸１３、１４をそれぞれ個別の支持台１５、１６に回転自在に軸支させている。
【００１５】
第１、第２ロータ１１、１２の回転軸１３、１４を軸支する支持台１５、１６は、底壁１５ａ、１６ａと、該底壁１５ａ、１６ａの両側縁より立設する両側壁１５ｂ、１６ｂからなるコ字形状としている。支持台１５、１６の両側壁１５ｂ、１６ｂには、貫通孔１５ｃ、１６ｃを設けており、該貫通孔１５ｃ、１６ｃに第１、第２ロータ１１、１２の回転軸１３、１４を挿入して、第１、第２ロータ１１、１２をコ字形状の支持台１５、１６内に収容した状態で軸支している。
また、支持台１５、１６の底壁１５ａ、１６ａの下面には、円形状の凹部からなる嵌合部１５ｄ、１６ｄを前後左右方向に等間隔で設けている。
【００１６】
一方、前記支持台１５、１６を搭載する支持板１７は、図１に示すように、一側上面に第１ロータ１１を回転させるための正逆回転可能なモータ２０を設けている。また、図３に示すように、支持板１７の上面には前記支持台１５、１６に設けた嵌合部１５ｄ、１６ｄと同一間隔で円柱状の凸部からなる被嵌合部１７ａを全面に亙って設けており、支持台１５、１６の嵌合部１５ｄ、１６ｄと支持板１７の被嵌合部１７ａを嵌合させて、支持板１７の上面に支持台１５、１６を着脱自在に取り付けている。
【００１７】
図１に示すように、第１ロータ１１を支持板１７上のモータ２０に近接する位置に配置し、モータ２０の回転軸２１と第１ロータ１１の回転軸１３に環状のベルト２２を架け渡して取り付け、モータ２０により第１ロータ１１が回転するようにしている。
【００１８】
前記モータ２０により第１ロータ１１を、図１（Ａ）に示すように、時計回り方向に回転させると、この回転に伴って第１ロータ１１の周囲の磁界が変化し、隣接する第２ロータ１２Ａが引きつけられて反時計回り方向に回転する。
第２ロータ１２Ａが反時計回り方向に回転することにより、隣接する第２ロータ１２Ｂは時計回り方向に回転し、同様に、隣接する第２ロータ１２Ｃは反時計回り方向、第２ロータ１２Ｄは時計回り方向に回転する。
また、図１（Ｂ）に示すように、モータ２０を反時計回り方向に回転させると、第１ロータ１１及び第２ロータ１２Ａ〜１２Ｄが全て前記とは逆方向に回転する。
【００１９】
前記構成によれば、１つの駆動源であるモータ２０により第１ロータ１１を回転させると、多数の第２ロータ１２を様々に連動させて回転させ続けることができ、複数のロータを間隔をあけて配置した簡潔な構造であるにもかかわらず、磁界の及ぼす反発力や吸引力といった影響を視覚的に訴求することができる。
これにより、前記磁石を備えた教育用具１０を教材や玩具、観賞用として用いた場合には、第１ロータ１１を回転させただけで複数の第２ロータ１２が連動して回転するため、強い訴求力を有し、学習者や鑑賞者の興味を惹き付けることができる。
【００２０】
なお、第１、第２ロータ１１、１２を軸支する支持台１５、１６は、支持板１７に着脱自在としているため、図４に示すように、第１、第２ロータ１１、１２の間隔を変えて配置してもよいし、図５に示すように、第１、第２ロータ１１、１２の軸線方向を相違させて配置してもよい。なお、図５では支持板１７の図示を省略している。
また、支持台１５、１６の嵌合部１５ｄ、１６ｄを凸部、支持板１７の被嵌合部１７ａを凹部としてもよい。
さらに、第１、第２ロータ１１、１２に取り付ける磁石は超電導バルク磁石でもよい。
【００２１】
図６に、本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態では、第１実施形態の磁石を備えた教育用具１０に加えて、第２ロータ１２の高さ位置を調節するための高さ調節用のロータ無しのブロック１８を設けている。該ブロック１８は立方体あるいは直方体とし、下面に支持台１５、１６の嵌合部１５ｄ、１６ｄと同一形状の嵌合部（図示せず）を設けると共に、上面に支持板１７の被嵌合部１７ａと同一形状の被嵌合部（図示せず）を設けている。よって、ブロック１８は支持板１７上に着脱自在に取り付けることができ、該ブロック１８上に支持台１５、１６および別のブロック１８を積層して着脱自在に取り付けることができる。
【００２２】
前記構成によれば、高さ調節用のブロック１８を用いることにより、第１、第２ロータ１１、１２の水平方向の配置位置や配置方向だけでなく、配置高さも変えることができ、多様な駆動が可能となる。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２３】
図７に、本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態では、前記実施形態の永久磁石を取り付けた第１、第２ロータ１１、１２の他に超電導バルク磁石を取り付けた第１、第２ロータ１１’、１２’を備えており、永久磁石と超電導バルク磁石の磁界の大きさの違いを目視で確認できる構成としている。
【００２４】
例えば、図７（Ａ）に示すように、永久磁石を有する第１、第２ロータ１１、１２を用いた場合の第１ロータ１１の回転により第２ロータ１２が回転する最大距離Ｌ１を測定すると共に、図７（Ｂ）に示すように、超電導バルク磁石を有する第１、第２ロータ１１’、１２’を用いた場合の第１ロータ１１’の回転により第２ロータ１２’が回転する最大距離Ｌ２を測定する。この最大距離Ｌ１とＬ２を比較することにより超電導バルク磁石の磁界の大きさを目視により認識することができる。
なお、超電導バルク磁石の冷却構造は、超電導バルク磁石自体への断熱構造は付与せず、一度別の容器中に溜められた液体窒素等の冷媒中で冷却した後、すぐに所定位置に配置して、前記の操作を行う。バルク超電導体などの高温超電導体は、よく知られているように一旦冷却されるとしばらく超電導状態を維持する。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図８に、本発明の第４実施形態を示す。
本実施形態では、ブロック３１、３２を連結手段を介して任意の玩具４０に着脱自在に搭載できる構成としている。
詳細には、前記ブロック３１、３２の支持台１５、１６の底面に軸部３３ａを突設し、該軸部３３ａの先端から両側羽根部３３ｂを突設したクリップ３３を設けて、該クリップ３３を連結手段としている。該クリップ３３の両側羽根部３３ｂを玩具４０に設けた貫通穴４０ａの周縁に係止して、ブロック３１、３２を玩具４０に搭載している。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
前記実施の形態はすべての点で例示であって、これら実施形態に限定されず、本発明の範囲は、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範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態の磁石を備えた教育用具を示す図面である。
【図２】支持台に軸支されたロータを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。
【図３】支持板の斜視図である。
【図４】第１実施形態の第１変形例を示す図面である。
【図５】第１実施形態の第２変形例を示す図面である。
【図６】本発明の第２実施形態の磁石を備えた教育用具を示す図面である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は本発明の第３実施形態の磁石を備えた教育用具を示す図面である。
【図８】本発明の第４実施形態の磁石を備えた教育用具を示す図面である。
【図９】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  磁石を備えた教育用具
１１  第１ロータ
１２  第２ロータ
１５、１６  支持台
１７  支持板
１８  高さ調節用のブロック
２０  モータ
【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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