JP2004520914A

JP2004520914A - 回転物体のためのライティングシステム

Info

Publication number: JP2004520914A
Application number: JP2002579079A
Authority: JP
Inventors: エミルソン，トリグヴィ
Original assignee: エミルソン，トリグヴィ
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2004-07-15
Also published as: ES2273813T3; DE60123671D1; WO2002081042A1; EP1372804B1; DE60123671T2; EP1372804A1; US6270391B1

Abstract

本発明は、回転物体のためのライティングシステムであって、ライトは物体の回転と共時的にオンになりそしてオフになることにより変化しないようにみえる、ライティングシステムに関する。この共時性は、地球の磁界に反応して物体の瞬間的方向を決定する磁界センサを用いることにより得られる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、回転式物体に対するライトニングシステムに関し、特に、所謂フライングソーサ型おもちゃのためのフラッシングライトシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているフライングソーサ型おもちゃは、簡単にいうと、投げられて、飛んでいるときにグルグル回るものであって、かなり遠くに移動させることが可能である空気力学的特性を有する軽量ディスクである。一般的に、そのような装置は“フリスビー（ＦＲＩＳＢＥＥ（登録商標））”型のフライングディスクである。先行技術のフライングディスク型おもちゃは複数のライトを備えていて、興味性と娯楽性を付与するようにエンハンスされている。代表的にそのようなフライングディスク型でライトを備えたおもちゃは、化学ルミネセンスを利用したものであり、米国特許第３，７８６，２４６号明細書に開示されており、または、バッテリ駆動のフラッシングライトシステムを用いるものについては米国特許第３，８１２，６１４号明細書に開示されている。
【０００３】
光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる後のシステムは、小型の低電圧バッテリにより駆動されるものであった。数種類のフライングディスクは、ＬＥＤに方形波又は類似した周期性電圧を与える回路を備えていた。この種の回路は、否定論理和素子又は否定論理積素子により形成されるタイマ回路及び発振器を含んでいた。残念ながら、ＬＥＤ光源の規則的パルセーションは、ユーザにより決して操作可能なものではない。更に、ＬＥＤは、使用前にオンにし、使用後はオフにされなければならない。
【０００４】
一部においては、ディスクが用いられるときにのみ電源が入る搭載スイッチを備えたフライングディスクを提供する試みがなされてきた。そのようなスイッチには、セントリフューガルに（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｌｙ）起動される電気的スイッチが含まれる。上述のようなライトを備えたフライングディスク型おもちゃは実際に動かせるものであるが、それらにはいまだに欠点がある。化学ルミネセンスを利用したシステムには、一旦起動されると動作を停止することができない、即ち消耗しきるまで動作し続けるという基本的な不利点がある。バッテリ駆動型システムにおいては、そのおもちゃの回転速度には関係なく、飛行中ライトは連続的に光り続けるか、又はある一定速度でフラッシングするかどちらかである。
【０００５】
それ故、ライティングパターンが回転と正確に共時性をもってフラッシングするようになっているような、即ち見ている者とってライティングパターンが変化のないようにみえるようなフライングディスクに限定されない回転式物体に対するライティングシステムが実現することが求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の目的は、回転物体のためのフラッシングライトのシステムであって、ライトのタイミングが、何れかの磁界であるが、例えばその物体を通る地球の磁束に限定されるものではない、瞬間的方向に反応するトランスデューサから得られる信号により制御される、システムを提供することである。
【０００７】
本発明は、地球の磁界において物体又はディスクの回転に反応してフラッシングするＬＥＤライティングから構成されるフライングディスク型おもちゃ又は新規な物体を対象としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の第１の実施形態に従って、“フリスビー（ＦＲＩＳＢＥＥ（登録商標））”のようなフライング物体又はソーサディスク型おもちゃであって、ライティングシステムが備えられ、ライトがディスクの回転と正確な共時性をもって点滅する、おもちゃを提供する。ここで用いる“ディスク”（ｄｉｓｋ或いはｄｉｓｃ）又は“物体（ｏｂｊｅｃｔ）”は、中空でないもの及び中空を有するものの両方を意味している。ライトの点滅するタイミングは、何れかの又は地球の磁界に反応するディスク状物体の角度方向を確定するセンサ手段により制御される。本発明のこの実施形態においては、センサ手段は、例えば、かなりの巻き数コイル状になった被覆銅線が巻かれた細い棒状の磁気感受性の“弱い”鉄からなる。一例としては、長さが７６ｍｍ（３インチ）、太さが３ｍｍ（１／８インチ）の細い棒状の弱い鉄であって、被服銅線が約１５００乃至２０００回巻きつけられたものがある。物体が回転させられるとき、地球の磁界は、ファラデーの電磁誘導の法則に従って、前記コイルに電圧を誘導する。コイルに誘導された電圧は、一般に、数ｍＶ乃至数十Ｖの間の電圧となる。この信号がＬＥＤを制御する演算増幅器に導かれることにより、ＬＥＤは物体の回転と共時的に起動されたり動作が停止したりする。
【０００９】
従って、本発明の１実施形態は、その外周が下方に伸びた縁状になっている略ディスク形状の本体から構成される本体部であって、本体と外周において上方表面は略凸状になっており、下方表面は略凹状になっている、本体部を提供する。
【００１０】
本発明の他の実施形態においては、フライングディスク型おもちゃは、ライトを順次点滅させるために用いることができるタイミング信号を生成するために地球の磁界を用いる磁界センサを備えている。このように、フライングディスク型おもちゃが空気によりグルグル回転して飛ぶとき、ライトは、各々の回転と共に点灯及び消灯されることが可能であり、これにより、動いていないか又は回転していないようにみえるライティングパターンを提供することが可能である。
【００１１】
本発明の他の実施形態においては、回転物体又はディスクの外周上又はその内部に備えられる複数の磁界センサ手段を用いることができ、それ故、より興味をもたせ且つ娯楽性のあるライトパターンを生成させるために種々の位相角のタイミング信号を提供することができる。更に、本発明の回転可能物体は、磁力線による本体部の動きが磁界センサを動作させ、１つ又はそれ以上のＬＥＤ又は液晶装置を動作させる電気信号を発するようにする。
【００１２】
本発明において有用な磁界センサは、Ｅ＝ｎｄＱ／ｄｔと表され、ここでＥはｎ回巻かれたコイルにおいて生成されるポテンシャルであり、Ｑはコイルを貫く磁束である、ファラデーの法則に基づいている。磁束Ｑは、コイルの範囲における磁界Ｂの積分である。磁界は均一とみなされるため、この積分は式Ｑ＝（Ｈ）（ｕ）（ａ）ｓｉｎ（θ）により計算することができ、ここで、Ｂ＝Ｈｕ、ａはコイルの面積、Ｈは地球の磁界、ｕはコイルのコア材料の透磁率及びθはコアと地球の磁界との間の角度である。フリスビー（ＦＲＩＳＢＥＥ（登録商標））のようなフライングディスク型おもちゃは角速度ωにより回転し、それ故、誘導電圧は、Ｅ＝ｕｘｎｘＨｘａｘｄ（ｓｉｎω（ｔ））／ｄｔであって、ここでω（ｔ）＝θ、により表されることができる。
【００１３】
本発明の一例においては、商標フリスビーのおもちゃは、投げたとき、１秒当たり約１０回回転するので、ω＝１０ｘ２ｘ３．１４即ちωは約６０ラジアン／秒となる。地球の磁界は約０．５ガウス、即ち０．００００５テスラである。本発明の１実施例において用いられた鉄のコアの透磁率は約５０００であり、コイルは約１０００回巻かれており、面積は約２ｍｍ^２即ち０．０００００２ｍ^２である。
【００１４】
従って、Ｅ＝５０００ｘ１０００ｘ０．００００５ｘ０．０００００２ｘｄ（ｓｉｎ（６０ｔ）／ｄｔであって、Ｅ＝０．０００５ｘ６０ｘｃｏｓ（６０ｔ）＝０．０３Ｖｘｃｏｓ（６０ｔ）となる。
【００１５】
この計算は、地球の磁界において１秒当たり１０回転するコイルから予測される電圧を表している。
【００１６】
一般に、この電圧は、視覚的に十分にＬＥＤを動作させるには不十分である。コイルの抵抗は約２０Ωであるため、外部負荷に対して有効な電力は２０ｍＷ程度である。従って、コアの直径を増加させること、コアの透磁率を増加させること、又はコイルにおける巻き数を増加させることにより、大きい電圧をえることができる。
【００１７】
本発明の特定の実施形態においては、コイルなしでＬＥＤを直接動作させるために十分な電力を得ることは可能ではない。そのような場合、本発明に従って、十分なレベルまで電力を増加させるために増幅器を用いることができる。最も安価な演算増幅器を飽和状態まで動作させるためには、例えば、３０ｍＶが必要である。代表的な演算増幅器の入力インピーダンスは数ＭΩであるため、非常に細い被覆線をコイルに用いることが可能である。
【００１８】
図１は、本名発明の装置の１実施形態を示している。他の形状及び修正が本発明の請求の範囲内で実施可能であることは、当業者には容易に理解できるであろう。
【００１９】
図２は、本発明の１実施形態に従った電気回路を表す図である。演算増幅器は、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製のＬＭ１０とすることができるが、これ限定されるものではなく、当業者は同等な増幅器と互換性があることは容易に理解できるであろう。平衡電源を必要とせず、１．１乃至４０Ｖの範囲内の任意の電圧により動作するため、このような特定の種類の演算増幅器が好ましい。更に、外部の可変抵抗器（Ｒ１）を用いることにより、入力オフセットのバランスをとることを容易にするように、好ましい増幅は内部基準とチップにおける第２低電力演算増幅器とを有している。センサからの出力が実質的に２ｍＶより大きい値、例えば３０ｍＶ、になっている限り、そのオフセットのバランスをとる必要はない。それ故、単純な演算増幅器を効果的に機能させることができる。ただ１つの条件は、供給電圧の限界まで増幅器を動作させるためにオープンループ利得が十分であることである。最も一般的な演算増幅器はオープンループ電圧利得として１００００乃至５００００を有し、本発明において機能するに十分足るものとなっている。
【００２０】
本発明に従って、電力出力を５μＦのコンデンサＣ１によりＬＥＤに結合することができる。センサコイルからの信号が正から負に変わったときの僅かの間のみ、一対のＬＥＤを動作させるように設定し、且つセンサ電圧が正から負に変わったときに、他のＬＥＤを動作させることができる。物体又はおもちゃが回転していないとき、ＬＥＤは何れも電力を受け取らず、バッテリの消耗は非常に小さく、約０．１ｍＡ又はそれより小さいものとなる。
【００２１】
図１及び図２の装置及び回路の実施形態にあっては、本発明の構成要素の値は重要ではない。例えば、“５０ｋ”と符号付けされた２つの構成要素は、好ましくは、５０ｋΩの抵抗器であるが、それらが略同じ値（例えば、それら両方が１ＭΩ±３０％、又は０．１ＭΩ±３０％）であれば、他の値、例えば数百ＭΩと大きい抵抗値とすることも可能である。
【００２２】
“Ｒ１１０ｋΩ”と符号付けされた構成要素は、好ましくは、ポテンショメータである。このポテンショメータは５乃至２００ｋΩの範囲内の任意の値を設定することが可能である。本発明の実施形態においては、演算増幅器の入力のバランスをとる実際の要求を示さないため、その値は全く任意とすることができる。
【００２３】
“Ｃ１５μＦ”と符号付けされた構成要素は電解コンデンサである。その値は、用いられる特定の演算増幅器の最大電流出力の能力、即ちＬＥＤの電流引き込みに略適合している。ＬＥＤ（“Ｒｅｄ１”、“Ｒｅｄ２”、“Ｙｅｌｌ１”及び“Ｙｅｌｌ２”と符号付けされている）は例であって、それらには、市販されているもの、例えばＲＡＤＩＯＳＨＡＫＥ（登録商標）の“大きい強さ”のＬＥＤを用いることが可能である。Ｃ１が小さい場合、本発明に従った装置のライトフラッシュは“クリスパ（ｃｒｉｓｐｅｒ）”を得るが、調光器のようにみえる。この回路からの最大光出力は演算増幅器の電流出力により制限される。トランジスタの追加より演算増幅器の出力を増加させることにより、より明るいフラッシュを得ることが可能である。この操作は終わりのない変化が可能であることは、当業者には理解できるであろう。
【００２４】
本発明に従って、回路は明るくくっきりしたフラッシュを生成する一方、ディスクは地球の磁力線により回転し、これにより複雑で魅力的なライトパターンを得ることができる。
【００２５】
本発明の他の実施形態においては、オン／オフスイッチが必要ないようなフラッシングしていない間に非常に小さい電流しか消費しない回路を備えている。
【００２６】
本発明の主な特徴は、物体の回転速度に対してフラッシング又はブリンキング（ｂｌｉｎｋｉｎｇ）している物体におけるライトのフラッシング又はブリンキングを共時化させる能力であり、これにより、位置変化のないようにしてみている人からみえるものとしては、ライトは、回転している物体の回転速度に拘わらず、変化していないようにみえる。
【００２７】
更に他の本発明の実施形態においては、おもちゃがグルグル回転することを停止した後、少しの間、変化ない状態にあるか又はフラッシングしている状態にあるような、中心に配置された光源を付加することができる。この方式においては、潅木又は駐車中の自動車の下等の暗い場所に投げられたとき、そのおもちゃをた易く見つけることができる。
【００２８】
本発明に従って、キセノンのストロボライトのような小さいライトを又、回転している物体に搭載して、明るい太陽光の下でも視覚的に十分認識できるように十分明るくすることができる。そのような光源としては、使い捨てカメラに用いられるようなフラッシュバルブが含まれる。
【００２９】
本発明の他の実施形態においては、日中に使用可能はディスク又はおもちゃのために液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いる。更に他の実施形態においては、増幅器又はバッテリを用いることなく、コイルの出力によって、直接、液晶表示装置を駆動する。本発明のこのような実施形態は、ＬＣＤが必要とする電流が極めて小さいため、実現可能であり、実際的である。
【００３０】
本発明は又、フライングディスク型おもちゃ以外の回転物体を対象としている。例えば、頭部付きのヨーヨー、ハブキャップの飾りは又、本発明の磁界船さ技術によりイルミネーションを施すことができる。従って、例えば、本発明は次のようなものから構成されるおもちゃを提供する。
（ａ）一般によく知られた“ヨーヨー”のような、２つの円形部の平行な表面の間にギャップが存在するように、短くて薄いシャフトによりセンターラインに沿って結合された２つの略円形の円形部；
（ｂ）２つの円形部の間のギャップに巻きつけられ且つおもちゃに回転運動を与えるように用いられる、シャフトにルーズに取り付けられたひも；
（ｃ）円形部の１つ又は両方により支持され且つ動作されるときに特徴的なライトｌｉｇｈｔ信号を生成するために動作可能である、少なくとも１つの電気的に電力供給されるライティング手段；
（ｄ）円形部により支持され且つライティング手段のためであって電力を供給するために動作可能であるバッテリ；並びに
（ｅ）地球の磁力線においてまたはそれによりおもちゃの回転を感知し、これによりライティング手段を動作させる磁界センサ手段
本発明の種々の実施形態において、当業者に周知の数多くの他の回路及びセンサを用いることが可能であり、全てのそのような回路及びセンサは又本発明の請求の範囲内に含まれることを意図するものである。例えば、所謂磁束磁力センサ、ホール効果センサ、磁気抵抗センサは又、ここで動作可能である。
【００３１】
このように、本発明の一実施形態においては、下方に伸びる縁における外周で終端となる略ディスク形状の本体を備えている。本体と外周は、略凸上の上部表面と略凹状の下方表面を規定する。ディスク形状本体は少なくとも１つであって好ましくは複数のＬＥＤであり、ディスク形状本体の外周の環状側壁の周り及び／又はディスク形状本体の凸状の中心部分の周りに間隔を置いて設けられている。電源のための電気回路、ＬＥＤ及び磁界センサは、本体の上部凸状表面における内部キャビティ又は本体の凹状表面の下方に収容されることが可能である。
【００３２】
本発明の他の実施形態において、本発明は、下方を向いた外周フランジを有するディスク形状本体であって、フリーフライトにおいて空気により推進され、所定の速度で前記フリーフライトの少なくとも一部の間に共時的に回転される本体を提供する。このようなディスク形状本体は、直径の方向に対向するようにしてＬＥＤと前記ＬＥＤに接続される制御手段とを備え、前記制御手段は、略前記回転速度の整数倍となる周波数において前記ＬＥＤをオン及びオフに制御する。このような方式においては、前記ディスク形状本体をみる人のために、視覚的にはっきりと理解できる非回転ストロボ効果を生成する。制御手段は、地球の磁力線のような磁力線を感知することが可能である磁界センサ又は磁界センサ手段から構成され、前記磁力線を横切って又は貫通してディスク形状本体が移動するとき、信号を生成する。
【００３３】
このように、本発明は回転可能な物体に広範囲に関連し、次のようなものから構成される。
（ａ）本体部が回転するように適合される中心軸を有する本体部、
（ｂ）少なくとも１つの発光装置、
（ｃ）電源、並びに
（ｄ）磁界により本体部の動きに応じて電気信号を発することができる磁界センサ
本発明は又、次のようなものから構成されるディスク形状空中おもちゃを提供する。
（ａ）本体部が空気中に投げられたとき、飛行を持続した状態で本体部が回転することについての中心軸を有するディスク形状本体部、
（ｂ）本体部により支えられ且つ動作されるときに特殊なライト信号を生じるように動作することができる少なくとも１つの動作可能な電気駆動ライティング手段、
（ｃ）本体部により支持され且つライティング手段のために電力を供給するように動作可能であるバッテリのような電源、並びに
（ｄ）地球の磁力線等の磁界により本体部の動きを感知し且つそれによりライティング手段を動作させる磁界センサ手段。本発明の好ましい実施形態においては、ＬＥＤである複数のライティング手段を有し、空気中を飛行させられるとき本体部の回転速度の約整数倍の速度でこれらのＬＥＤが起動し且つ動作を停止する。
【００３４】
上記手段は本発明を効果的なものとするための好ましい形態から構成されるため、本発明は上記の特定の特徴に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に従ったフライングディスク型おもちゃの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に従ったフライングディスク型おもちゃの構成要素について示す図である。

Claims

（ａ）本体部が回転するように適合される中心軸を有する本体部；
（ｂ）少なくとも１つの発光装置；
（ｃ）電源；並びに
（ｄ）磁界により本体部の動きに応じて電気信号を発することができる磁界センサ；
から構成されることを特徴とする回転可能物体。
請求項１に記載の回転可能物体であって、本体部は下方に伸びる縁の外周において終わる略ディスク形状の本体から構成され、これにより、本体と縁は上方の略凸状表面と下方の略凹状表面を規定する、ことを特徴とする回転可能物体。
請求項１又は請求項２の何れかに記載の回転可能物体であって、前記センサは電気導体を用いて巻かれるコアである、ことを特徴とする回転可能物体。
請求項１乃至３の何れかに記載の回転可能物体であって、電気回路から更に構成され、これにより、磁力線による本体部の動きが、１つまたはそれ以上の発光装置或いは液晶装置を起動するようにする電気信号を発するための磁界センサを動作させる、ことを特徴とする回転可能物体。
請求項１乃至４の何れかに記載の回転可能物体であって、磁界センサにより発せられる信号を増幅することができる演算増幅器から更に構成される、ことを特徴とする回転可能物体。
請求項１乃至５の何れかに記載の回転可能物体であって、磁界は地球の磁界である、ことを特徴とする回転可能物体。
（ａ）本体部が空気中に投げられたとき、飛行を持続した状態で本体部が回転することについての中心軸を有するディスク形状本体部；
（ｂ）本体部により支えられ且つ動作されるときに特殊なライト信号を生じるように動作することができる少なくとも１つの電気駆動ライティング手段；
（ｃ）本体部により支持され且つライティング手段のために電力を供給するように動作可能であるバッテリ；、並びに
（ｄ）地球の磁力線により本体部の動きを感知し且つそれによりライティング手段を動作させる磁界センサ手段；
から構成されることを特徴とするディスク形状空中おもちゃ。
（ａ）２つの円形部の平行な表面の間にギャップが存在するように、短くて薄いシャフトによりセンターラインに沿って結合された２つの略円形の円形部；
（ｂ）２つの円形部の間のギャップに巻きつけられ且つおもちゃに回転運動を与えるように用いられる、シャフトにルーズに取り付けられたひも；
（ｃ）円形部の１つ又は両方により支持され且つ動作されるときに特徴的なライト信号を生成するために動作可能である、少なくとも１つの電気的に電力供給されるライティング手段；
（ｄ）円形部により支持され且つライティング手段のためであって電力を供給するために動作可能であるバッテリ；並びに
（ｅ）地球の磁力線においてまたはそれによりおもちゃの回転を感知し、これによりライティング手段を動作させる磁界センサ手段；
から更に構成されることを特徴とするおもちゃ。