(57)【要約】【課題】本学習教材は、インバータ回路の構成部品の役割と原理とを視覚によって認識させる教材を提供する。【解決手段】本教材は点灯周波数を可変することができる発振電子回路部を備えることを特徴とし、その発振電子回路部からの出力信号によりトランジスタをスイッチングし、その電流を昇圧トランスの一次側へ接続する構造である。トランスの二次側には市販の蛍光管が接続できる構造を備える。点灯周波数は学習者の視覚に点灯および消灯の間隔を認識させために数Ｈｚから数百Ｈｚまで学習者が設定できることを特徴とする。本教材は発振回路部分を取り外して手動に切り替えることもできる構造である。学習者自らが手動により、スイッチでオン・オフの時間間隔を制御することができる。学習者の手の動作と視覚による蛍光管の発光との相関からインバータ回路の原理を理解させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点灯周波数を可変することができる電子回路（発振回路部分）と高圧トランス、蛍光管および電池から構成されるインバータ式蛍光灯の原理を理解させるための教材用インバータ型蛍光灯点灯回路。
【請求項２】
前記点灯周波数を学習者が視覚によって点灯および消灯の間隔を認識できるような数Ｈｚのレンジから実際のインバータ式蛍光灯の発振周波数に近い５００Ｈｚまで任意に可変できることを特徴とする請求項１記載の教材用インバータ型蛍光灯点灯回路。
【請求項３】
前記点灯周波数はロジック、トランジスタ、抵抗、コイル、コンデンサ、発振専用電子素子等を組み合わせて電子・電気回路的に発振周波数を可変させることを特徴とする請求項１記載の教材用インバータ型蛍光灯点灯回路。
【請求項４】
請求項１の電子回路で構成した発振回路部分を手動に切り替えることができる教材用インバータ型蛍光灯点灯回路。すなわち、電子回路の代わりに学習者自らが手動によって、スイッチをオン、オフすることでトランスに流れる電流を制御し、そのオン、オフの瞬間だけ蛍光管が発光することを学習者の手の動作と視覚とにより認識させることができる教材用インバータ型蛍光灯点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、主として中学校高学年の生徒、高等学校の生徒、高等専門学校および大学の初年度程度の学生を対象とした学習用他励式インバータ型蛍光灯教材に関するものである。【０００２】ここでいう学習用他励式インバータ型蛍光灯とは、乾電池を電源とし、電子回路を用いてトランスに流れる電流を断続的にすることで高電圧を得、蛍光管を点灯させるものをいう。
【背景技術】
【０００３】一般には前記の点灯周波数は１ｋＨｚ程度以上の高周波であり、その点灯のための他励手段は電子回路で構成されるが、その発振周波数は常に固定である（例えば、特許文献１，２，３，４参照）。【０００４】従来のインバータ方式を採用し乾電池を電源とした蛍光灯学習教材は、いくつかの回路部品を半田付けによって電子回路を構成し、乾電池を電源に用いて蛍光灯を点灯させるものである。【０００５】例えば、中学校技術家庭用の教材が市販されている（例えば、非特許文献１、２、３参照）。これを用いると、学習者はインバータ方式の蛍光灯にどのような部品が使われるかを知ることはできる。【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２６０９１号公報（第１頁）
【０００７】
【特許文献２】特開平９−２１３４８８号公報（第１頁）
【０００８】
【特許文献２】特開２００１−５２８９１号公報（第１頁）
【０００９】
【特許文献２】特開平１０−１６２９７８号公報（第１頁）
【００１０】
【非特許文献１】「中学校技術・家庭科２００３年度技術分野カタログ」，ｐ３９，株式会社イスペット
【００１１】
【非特許文献２】「技術分野  実習教材・備品総合カタログ２００３技術カタログ」，ｐ８７，山崎教育システム株式会社
【００１２】
【非特許文献３】「技術教材カタログ平成１５年度」，ｐ６８，株式会社トップマン
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】しかし、従来のキット式の教材ではそれらの部品を用意された回路基板に半田付けするだけに終始し、それら部品の役割と原理を理解することは難しい。
【００１４】そこで、本発明の目的は、インバータ回路の原理を学習者の視覚によって認識させる学習教材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の教材用インバータ型蛍光灯点灯装置は、点灯周波数を可変することができる発振電子回路部を備えさせた。その発振電子回路部からの出力信号によりトランジスタをオン・オフ（スイッチング）させ、そのスイッチングされた電流を昇圧トランスの一次側へ接続する構造である。トランスの二次側には市販の蛍光管が接続できる構造を備える。
【００１６】請求項２に係る本発明の教材用インバータ型蛍光灯点灯装置は前記点灯周波数を学習者の視覚に点灯および消灯の間隔を認識させために数Ｈｚのレンジから数百Ｈｚまで任意に学習者が設定できることを特徴とする。
【００１７】請求項３に係る本発明の教材用インバータ型蛍光灯点灯回路は前記点灯周波数をロジック、トランジスタ、抵抗、コイル、コンデンサ、発振専用電子素子等を組み合わせて電子・電気回路的に発振周波数を可変させることを特徴とする。これによれば、学習者は、例えば、可変抵抗のツマミを手動で可変することにより点灯周波数を可変できるので、低周波から高周波にいたるまで、蛍光管は点灯・消灯繰り返していることを認識できる。
【００１８】請求項４に係る本発明の教材用インバータ型蛍光灯点灯回路は発振回路部分を取り外して手動に切り替えることができる構造である。これによれば、学習者自らが手動により、スイッチでオン・オフの時間間隔を制御することができる。すなわち、電子回路に代わって学習者がインバータの動作、つまり、直流のスィチングを行うことができる。その結果、学習者の手の動作と視覚による蛍光管の発光との関連から、インバータ回路の原理を理解することができる。
【発明の実施形態】
【００１９】以下に本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００２０】図１は本発明の一実施形態の概略図である。
【００２１】本発明の一実施形態の概略ブロック図は図１の構成である。周波数設定回路１０、その周波数を設定するためのツマミ１１、スイッチング用の半導体素子１２、トランス１３、市販の蛍光管１５および前記の周波数設定回路１０とスイッチング用の半導体素子１２に電力を供給する電源１４から構成される。周波数設定回路はトランジスタを用いたマルチバイブレータで発振させることも、時間制御専用ＩＣ（タイマＩＣ）等を用いて実施することも可能である。ここで周波数設定ツマミ１１は可変抵抗または可変容量コンデンサ等から構成される。
【００２２】図２は本発明の一実施形態の回路図である。周波数設定回路３０は、先の図１の周波数設定回路部１０をタイマＩＣにより構成した回路例である。そのタイマＩＣ部２１はナショナルセミコンダクタ社製のＬＭ５５５を用いて構成した回路例である。抵抗２３とコンデンサ２２はタイマＩＣ２１の出力のオフ時間を設定するために設置される。本実施例では、タイマＩＣ２１の出力のオフ時間を０．５ミリ秒に設定するために、コンデンサ２２として１０μＦの汎用セラミックコンデンサを用い、抵抗２３とし汎用の６８Ω炭素皮膜抵抗器を設置している。タイマＩＣ２１の出力のオン時間を設定するために、可変抵抗２４を設置した。本実施例では、タイマＩＣ２１の出力のオン時間を１秒から１ミリ秒に可変することができるように２５０Ωの可変抵抗を設置した。タイマＩＣ２１の出力は汎用ロジックＩＣ（ＮＯＴ）２５を介することでその出力を反転させている。例えば、本実施例ではテキサスインスツルメント社製の７４ＨＣ０４を設置している。抵抗２６は汎用ロジックＩＣ（ＮＯＴ）２５への入力を安定にするためのプルアップ抵抗である。
【００２３】つまり、周波数設定回路部３０の可変抵抗２４の抵抗値を０〜２５０Ωまで変化させることで、周波数設定回路部３０の出力、すなわち、汎用ロジックＩＣ（ＮＯＴ）２５のオン出力時間間隔（４．５〜６Ｖ：乾電池ユニット２０の電圧に依存する）は図３のタイムチャートに示すように、１秒から２ミリ秒まで可変することが可能となる。すなわち、周波数に換算すれば１Ｈｚから５００Ｈｚまで可変できる。
【００２４】周波数設定回路部３０の出力は図２のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等の電力素子２７のゲート部に接続される。電力素子２７のドレイン側（ＩＧＢＴ使用の場合はコレクタ側）は昇圧用のトランス２８の一次側に接続される。また、電力素子２７のソース側（ＩＧＢＴ使用の場合はエミッタ側）は乾電池ユニット２０の負電位側に接続される。トランス２８の一次側端子のもう一方は、乾電池ユニット２０の正電位側に接続される。トランス２８の二次側は市販の蛍光管を接続する構成である。
【００２５】図４は、図２の蛍光灯点灯回路の発振回路部分を取り外してトランス２８の一次側に流れる電流を学習者自らが手動でスイッチングするための押しボタンスイッチ３１を設置した場合の実施形態の回路図である。
【００２６】図４の回路を用いることで、学習者は手動により、押しボタンスイッチ３１をオン・オフさせることができる。すなわち、電子回路に代わって学習者がインバータの動作、つまり、直流電流のスィチング動作を行うことができる。つまり、スイッチのオンおよびオフの瞬間だけ蛍光管が発光することを認識させることができる。
【発明の効果】
【００２７】従来のキット式の教材ではそれらの部品を用意された回路基板に半田付けするだけに終始し、それら部品の役割と原理を理解することは難しい。
【００２８】しかし、本発明の教材は、以上に説明したような構成であるので、学習者の手動による周波数の設定と蛍光管の発光を視覚による確認とによってインバータ回路の原理を理解させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略ブロック図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態の回路図である。
【図３】図３は図２中のＮＯＴ２５の出力のタイムチャートである。
【図４】図４は、図２の蛍光灯点灯回路の発振回路部分を取り外して押しボタンスイッチ３１を設置した実施形態の回路図である。
【符号の説明】
２０  乾電池ユニット
２３、２６  固定抵抗器
２４  可変抵抗器
２５  汎用ロジックＩＣ（ＮＯＴ）
２７  電力素子
２８  トランス
３１  押しボタンスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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