JP2008102510A - 無摩擦電源内蔵型回転ディスプレー - Google Patents

Abstract

【課題】目に明らかな駆動機構、動力の入力、支持ベアリングなしで非常に長期間に渡って操作可能であり、非常に単純な構造で、最小限の動力しか必要としない、見かけ上動く構造体を提供すること。
【解決手段】透明な流体６によって離隔する二つの同心的中空球体を備え外側の球体は完全に透明で不動であり三つ又等の支持体２に載置することができ内側の球体は部分的に透明又は半透明とすることができ表面には世界地図７等の図案が施されている。内側の球体は、最初の外側の球体内で外側の球体から独立して回転し駆動機構は、慣用の電気モーターを使用しても、十字型に配列した電磁石を含む回転子からなる物を使用してもよい。電力は好ましくは内側の球体内に載置した光起電性コレクタから若しくは無線周波受信機若しくは他の電磁波から供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は動くディスプレー装置に関し、より詳細には他の物体に支持されたり接触しているにも関わらず、接触している物体間には摩擦抵抗があるという一般的な予測に反して、独立して動いているように見える構造体に関する。

見かけ上は支持体、駆動機構、動力の入力のいずれもないのに動く、様々な種類の新規な構造体が、玩具、話の種となるような装飾品、広告媒体としてしばしば使われている。このような構造体の様々な実施態様が、アクロンゴールド(Akrongold)の米国特許第３，５９３，４４４号、パターソン(Patterson)の同第４，１９６，８９９号、フアン(Huang)の同第５，４３５，０８６号、フアン（Huang)らの同第５，４３５，０８６号、マクダレン(McDarren)らの同第５，４４２，８６８号、リ−シュン(Li-Hsiung)の同第５，８９３，７８９号、広瀬守の特開平１０−１３７４５１号、同１０−１４３１１０１号、及び同１０−１７１３８３号、高木宏の特開平７−２１００８１号、同７−２１９４６２号、及び同７−２３９６５２号、及びフシェリアー(Fushoellier)のドイツ特許第DE１９７０６７３６号、シュタインブリンク(Steinbrinck)の同第DE３７２５７２３号、及びラング(Lang)の同第DE４１３７７１７５号に開示されている。これらの従来技術の実施態様では、ディスプレーの回転体が、単に実質的に回転体を取り囲んでいる容器に対して回転しているに過ぎないか、若しくはベアリングによって回転体と接触している物体に対して回転しているに過ぎないことが一見して明らかにわかるような構造的要素及び操作様式を一般に含んでいる。

見る者にとって、反トルクを生じる機構及びその支持体はいかにもそれとわかるものであり、周囲のエネルギー場に対する興味や賞賛が引き起こされることは全くない。

本発明は、相対的に静止している他の物体と接触していながら、摩擦が生じているという一般的な感覚にも関わらず独立して回転しているように見える要素を含む、興味をそそる教育用の構造体を発明しようとする試みから得られたものである。

本発明の直接的及び間接的な目的は、目に明らかな駆動機構、動力の入力、支持ベアリングなしで非常に長期間に渡って操作可能であり、玩具、広告媒体、ノベルティーグッズ、又は宇宙や水中における施設のロボット用部品に使用するのに適した、非常に単純な構造で、最小限の動力しか必要としない、見かけ上動く構造体を提供することにある。

本発明の好ましい実施態様では、透明又は半透明の材料で作製した封止された中空の囲方体を、この囲方体の外側に同心的に配置した同じ形の封止された透明容器に入れた流体中に浮かべることにより、これら及び他の価値ある目的を達成している。外側容器は、懸吊されるか、若しくは三脚等の構造体によって他の方法で支持されている。内側の囲方体の表面には世界地図等の図案が施されており、外側容器から独立して自力で回転するようになっている。容器及び流体は透明なので、内側の囲方体表面を覆っている図案に注目していると裸眼では見えない。従って、図案が外側の支持構造体に接触支承されずに回転しているように見える。内部駆動機構はおもりによって静止している、つまり重力に従って向きを変えるおもりから、回転するための反トルクを得ている。駆動機構としては、専用の電機子、界磁石、及び整流子を有する慣用のモーターを使用することができる。また、地球磁場、他の人工的磁場、若しくは周囲電磁波又は重力の方向のいずれかと相互作用する、若しくはこれによって偏向される電子的または機械的整流子によって選択的に駆動されることによって回転子として機能する、円形に配列した電磁石によって駆動機構を構成することもできる。

電磁石を選択的且つ連続的に駆動するためには、機械的ブラシと整流器との組立体、特定の電磁石に割り当てられた特定のフォトセルをマスクするオプティカルシャッター、光の方向を検知して適切に整流する組立体、電子的インパルス分配器等の様々な整流機構が開示されている。

駆動機構とは、一般的には、囲方体等の物体を、その物体の外部にある要素に対して回転させる相対的な力を発生する機構である。駆動機構への動力は、物体と一体的に設けた光電池に入射する光等、構造体外部の手段、若しくはバッテリー等、構造体内部の電源によってによって与えることができる。

本発明の好ましい実施態様は、太陽エネルギー、重力、及び地磁気力の相互作用によって、堂々と永久に自ら回転し続ける、宇宙に浮かんだ地球のレプリカ、つまり地球の未来へ維持されるエネルギーの真の象徴に見える。

回転体は、囲方体、好ましくは浮力によって支持された囲方体とすることができるが、いかなる形式のベアリングによって支承してもよく、その場合好ましくは一見しただけではベアリング構造体が見えないように配置する。浮力は液体、若しくは空気等の気体によって与えることができる。

光であれ磁気であれ、外部からの人工のエネルギー場を用いた駆動機構の実施態様では、この場の回転によって囲方体に回転力を与えることができる。

駆動機構は内蔵型、つまり囲方体内ではないとしても容器内に収容したものが好ましい。

図面を参照して、図１及び図２に、三つ又支持体２の上に載置されている地球１の態様である本発明の第一実施態様を示す。この地球は、球状で閉鎖且つ封止さた囲包体３を含み、この囲方体３は、赤道をなす継ぎ目４に沿って互いに接着された二つのアクリル製半球体シェルからなる。囲包体３は球状容器５によって同心状に取り囲まれており、好ましくは、この球状容器５も囲包体３と同様に透明なアクリル製である。囲包体３と容器５とは液体６を満たした僅かな間隙によって離隔されているので、囲包体３は液体６によって支持され、囲まれており、容器５から独立して軸Ｘ−Ｘ’を中心として自転することができる。囲包体３の外表面には、塗装又はエッチングによってグラフィックデザイン、この場合には世界地図７が施されている。囲包体の重量は、この構造体を所望の向きに配向できるように適切に配分されている。

囲包体３は好ましくは半透明である。つまり光波透過性であると同時に、一見しただけでは内部の駆動機構が見えないように隠すことができる。液体６も透明であり、好ましくは二種類の不混和性流体を含んでいる。このような不混和性流体の例としては、密度比が１．６８：０．７５である、ミネソタ州ミネアポリスの3M社が販売しているフルオロカーボンPEPE 5060と、テキサス州ヒューストンのエクソン社が販売している流体状炭化水素であるNORPAR 12とが挙げられる。密度の高いフルオロカーボン流体は通常、囲包体と容器との間の間隙の最下部を占め、この浮いている構造体を安定化させている。ディスプレーのこの領域では、流体の屈折率の違いによる光学的歪みはほとんど見られない。これらの流体は、不混和性、二つの球体の作製に使用したアクリル材料に関する濡れ性の低さ、非腐食性、比重、及び熱膨張係数を考慮して選択したものである。この液体の組み合わせ、及び球体を同心的に配置したことにより、温度変化による材料の膨張や収縮によって変形や破損が生じる恐れはない。

公知の光学的屈折の原理に従って屈折率及び寸法を適切に選択すると、囲包体３の内表面又は外表面に設けた視覚的特徴７が、容器５の外表面にあるように見える。この錯覚は容器に視覚的特徴を設けていない場合に最も良く現われるが、容器には、回転していないことを見る人に気付かせる手掛かりとならないような均等な色目を付けることはできる。また、他の面白い視覚的効果を得るために、視覚的特徴を容器上にプリントしたり、流体に物体を浮かべてもよい。

図２に示すように、内部駆動機構は電気モーター８を含み、このモーター８の固定子及びハウジングは管状ケーシング９によって固定保持され、このケーシング９も囲包体３の内壁に固定されている。モーターの回転子から突出しているシャフト１０の遠位端は、囲包体の内壁表面の対蹠位置でピン支承１１されている。シャフトには質量体つまりおもり１２が固定されており、おもりの重心Ｃはシャフトより遠心に保持されている。おもりは地球の重力Ｇに従うので、シャフトつまり心棒１０及び回転軸Ｘ−Ｘ’はおもりを最も低い所に配置しようとして僅かに傾く。重力センサーとして機能するおもり１２は、シャフトの回転に逆らおうとする。実際、シャフトが回転軸Ｘ−Ｘ’を中心として回転すると、重心Ｃが地球の重力による引っ張りに抗して上に上がろうとする。従って心棒１０が図に示す位置にある場合には、モーター８に動力を供給すると、固定子、囲包体全体、及び心棒を除く駆動機構が回転し、心棒は、指向性ベアリングロケーター、アンカー、且つ反トルク要素として作用するおもり１２によって動かないようにされている。有利にはおもりを磁化させて地球の磁場と並ぶようにして、この構造体をさらに安定化させることができる。その場合には、重心Ｇをオフセットする必要はない。

複数の要素からなる光起電性コレクタ１３が、囲包体３の赤道部分に固定した隔壁１４の上面に載置されている。透明な容器及び液体、さらに囲包体３の半透明の壁を通過した光線つまり光波Ｌは、コレクタ１３に衝突する。その結果生じた電流が、一対の導線を介してモーター８に供給される。従って裸眼では、この構造体は見かけ上、電力の供給、駆動機構、又は支承しているベアリングなしで自転している球体のように見える。またこの構造体は、太陽光やいかなる人工照明によっても駆動することができることに留意すべきである。

図３に示す駆動機構の第一変更実施態様１６は、周囲磁場の配向と別の周囲のエネルギー場の向きとの既知の関係に基づいている。このもう一つのエネルギー場としては、別の磁場、無線波の場、若しくはこの実施態様で詳細に説明する囲包体に衝突する光波の場等が挙げられる。囲包体を回転させるトルクは地球磁場Ｍから生じるものであり、指向性ベアリングロケーターの機能は、光波Ｌの向きを検知することによって達成することができる。電気モーターは、赤道隔壁１４上に十字型に配列した二つの電磁石ＡＣ及びＢＤからなり、各電磁石は回転軸Ｘ−Ｘ’から放射状に配向されている。四つの光センサーa、b、c、dが角錐状に載置されており、各センサーの感光面は、他のいずれのセンサーの感光面とも異なる平面上に配置されている。これらの平面が回転軸に対してなす角度１７は、０度から約７５度まで変化させることができる。各平面は電磁石の一つと略同じ放射方向を向いている。一連の光起電性コレクタ１３が、その感光面が回転軸Ｘ−Ｘ’に対して実質的に垂直となるように、隔壁１４上に配置されている。これらのコレクタは互いに導線で接続されており、光センサーa、b、c、dの下に載置した論理演算装置１９によって決定される供給／分極電流を電磁石に与えることによって、モーターを繰り返し且つ逐次的に駆動する。

各電磁石は、好ましくは保磁力の低い鉄製コアロッドと、各端部に設けたワイヤボビンＡ及びＢ、又はＣ及びＤとからなる。

各制御光センサーが、同じ参照番号の電磁石ボビンと略同じ放射方向を向いていると仮定すると、論理演算装置１９は次のようなファンクションを実行する：
Ｃａが最大の場合は、ＢＤを駆動する。
Ｃｂが最大の場合は、ＡＣを駆動する。
Ｃｃが最大の場合は、ＤＢを駆動する。
Ｃｄが最大の場合は、ＣＡを駆動する。
式中Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、及びＣｄは、制御光センサーa、b、c、dからそれぞれ出力する電流を示し、ＢＤは、電磁石ＢＤがボビンＢ側が北極となるように分極されることを示し、ＤＢは、電磁石ＢＤがボビンＤ側が北極となるように分極されることを示し、ＡＣ及びＣＡは、電磁石ＡＣの同様な分極化を示す。このロジックは、ゲートアレイやマイクロプロセッサによって簡単に実行可能である。電磁石と光センサーとの位相関係は、最適な性能が得られるように、変更及び調節することができる。

論理演算装置１９は、各光センサーの電流出力を比較する代わりに、磁場の方向に対してセンサーが実質的に直交する方向に配向していることを示す予め設定した閾値レベルを超える電流出力のみに応答するように設計してもよい。

上述の駆動機構の変更例では、水平に載置した光起電性コレクタ１３を用いない場合に、制御光センサーa、b、c、dとして、電磁石に供給電流を与えるのに十分なパワーを持った大型で光起電型のものを選択している。この場合、全てのボビンに常にある程度の電圧がかかっており、一つの磁石の対向端にあるボビンが、ロッドを反対方向に磁化しようとするということに留意すべきである。一つのロッドの正味磁気は、どのボビンが最も大きい電流を受けているかによって決まり、どのボビンが最も大きい電流を受けるかは、駆動している二つの光コレクタのどちらが多くの光を受けているかによって決まる。光コレクタアレイと電磁石との角度関係は、図３で説明したものと基本的に同様に回転駆動するように、所定の磁場方向及び周囲の光の方向に反応するように設定することができる。

この電気機械的装置は、電磁石一つと光センサー一つとで構成することもできる。その場合には、囲包体の自転運動は手動で開始させることが必要であろう。

図４〜図６に示す駆動機構の第二変更実施態様２０において、指向性ベアリングロケーターは、コンパスのように機能して、地球磁場Ｍに自分の向きを合わせる磁石２１からなり、この磁石２１は、駆動機構の第一実施態様における心棒１０と同様に自由に回転する心棒２２を不動化する。心棒は、赤道隔壁１４の中心を通り、半径を通る約９０度の扇形部分２４を切り取った円形シャッター２３を頂部に担持している。隔壁１４の上面且つシャッター２３の下には、光センサーつまり光起電性センサー／コレクタa、b、c、dが十字型に配列してある。第一の隔壁に平行な第二の隔壁１４Ａがシャッターの上方に配置されており、この第二の隔壁１４Ａには、各光センサーの上方に孔が設けられており、ダイアフラムとして機能する。囲包体３全体及び隔壁１４、１４Ａが中心垂直軸Ｘ−Ｘ’を中心として回転すると、囲包体の透明又は半透明の壁を通って入射する光波Ｌに対して、光センサーが一つづつ逐次的且つ周期的に曝される。上方隔壁１４Ａの上面に載置されている大型の光起電性コレクタ１３は、感光性頂面を備えており、この面も光波に曝される。先に説明した実施態様における十字型に配列された電磁石ＡＣ及びＢＤは、隔壁１４の縁部まで延びており、その各電磁石ボビンは、光センサーa、b、c、dのうちの一つから所定角度の所にセットされている。通電すると、各電磁石は、磁石２１及びシャッター２３と同様に、地球磁場に自分の向きを合わせようとする。

電磁石が自分の向きを合わせようとする周囲磁場は、地球磁場であってもよく、またロケーター磁石２１が地球磁場を越えるほどパワーのあるものであれば、ロケーター磁石２１が作り出す場であってもよい。

図６に示すように、光波に曝された光センサーa、b、c、dから出力する制御電流は、大型の光起電性センサー１３から適切な電磁石への供給電流を必要に応じた分極を行なって分配するＭＯＳ電界効果トランジスタのスイッチＴ１〜Ｔ８の電子マトリックス２５を開くのに使用される。電磁石は、通電すると周囲磁場に自分の向きを合わせようとするので、囲包体全体を上から見て反時計周りに回転させる。

リードスイッチ、光センサー、及びホール効果センサー等の半導体センサーを使用して、整流を行なうこともできる。

シャッター上に鏡を配置して光を反射させ、露出しているセンサーに当たる光の量を増加させることもできる。

大型の光起電性センサー１３の代わりに、若しくはこれに追加して、隔壁１４の下面に取り付けた受信機／整流器ユニット２７に接続された無線周波アンテナ２６を用いて、電磁石への供給電流を発生させることもできる。無線周波Ｒは、図示しないリモートトランスミッタによって発生させることができる。

光起電性センサー／コレクタを使用して、電磁石へ給電する供給電流を発生させる場合には、電子スイッチマトリックス２５は不要であることがわかる。

図７に示す構造の第三変更実施態様２８において、囲包体２８Ａは、好ましくは目に見える特徴の模様を表示する上方半球体部分２９と、半径が上方半球体部分２９よりも若干小さく、好ましくは上方部分２９の模様と一致する関連する目に見える特徴の模様を表示する下方半球体部分４９と、環状リング５５とを備える。モーター８は、下方半球体部分４９内にあるホルダー５６内に載置され、シャフト５４、好ましくは透明なシャフトによって半球体容器５０に接続されている。モーターは、導線１５を介して、光起電性コレクタ１３からの電流によって動力を得る。また上方半球体部分２９内の空洞５７に載置したバッテリー５９から導線１５を介して電流を供給してもよい。この空洞５７はキャップ５８によって封止されている。下方半球体４９と容器５０との間に、好ましくは透明で、下方半球体部分４９の視覚的特徴に合った視覚的特徴を施した中間半球体５１を挿入してもよい。中間半球体５１と容器５０との間、及び中間半球体５１と下方半球体部分４９との間の狭い間隙を、流体６の層が満たしている。モーターのシャフトは中間半球体５１に設けた孔５３を通っている。中間半球体５１は、流体６と基本的に同じ密度とすることが好ましい。上方半球体２９の周囲に延長するフラップ４０が、好ましくは上方半球体２９の下方部分と容器５０の頂縁部との間の間隙を、一見しただけではわからないように隠している。

モーター８に供給した電流によって、囲包体２８Ａが垂直軸を中心として回転する。容器５０、流体６、中間シェル５１、及び本体の下方半球体部分４９の材質及び寸法は、下方半球体部分４９及び中間シェル５１に表示した目に見える特徴が容器５０の外表面に表示されるように予め決定する。従って一見すると、好ましくは表面全体に渡って目に見える特徴の実質的に連続した模様を有する、シンプルで連続性のある物体が回転しているように見える。この球体は、見かけ上回転している物体と、容器５０の外面と支持部材等外部にある物体との間の機械的接触との間に摩擦力があると思われるにもかかわらず、回転しているように見える。

中間半球体５１は、他のいずれの部品にも接続しないことが好ましい。従って、この中間半球体５１は、その内表面と下方半球体部分４９の回転面との間の剪断力によって回転駆動される。一方、中間半球体５１の回転は、その外表面と容器５０内面との間の剪断力によって遅延される。その結果、中間半球体５１は、囲包体２８Ａよりも遅い、異なる速度で回転することになる。

中間半球体は、好ましくは容器５０の外表面に表示される視覚的特徴７０Ａを有する。このことにより、下方半球体４９や容器５０等、相対的に動いている部品上にある第二の視覚的効果と相俟って、非常に興味を引く視覚的効果が得られる。例えば、下方半球体４９に地球の視覚的特徴を設け、視覚的特徴７０Ａを半透明の雲の模様としてもよい。また雲の模様は容器５０にも設けても良い。その場合には、容器５０の表面に表示される視覚的特徴７０Ａが相対的に動いているにもかかわらず、雲の模様は動いていないように見え、この表面が動いているように見える。互いに作用し合う視覚的特徴の模様を有する容器５０、中間半球体５１、及び下方半球体４９等の物体を相対的に動かすことによって、動きのあるモアレ模様を表示することもできる。例えば、容器５０に視覚的特徴５０Ａを設け、下方半球体４９に視覚的特徴４９Ａを設け、この二つが作用し合って容器５０の表面に動的モアレを生み出すように設計することができる。好ましくは容器５０の外表面の少なくとも一部をなす視覚的特徴５０Ｂ、この場合には両凸レンズ模様によって、容器５０の表面に動的レンズ状光学イメージを表示することもできる。この視覚的特徴５０Ｂは、視覚的特徴５１Ｂを有する中間半球体５１等の好ましくは近接した内部で動く物体と相互作用するように、公知のレンズ光学原理に従って設計されている。

モーター８は事実上いかなる種類のモーターであってもよいことがわかる。例えば、上方半球体２９のバッテリーホルダー６４と同様の位置に設けた孔を使って巻回したスプリングモーターを使用することができる。モーター８及びそのシャフト５４の位置は、図示した位置と逆さにしてもよく、容器に載置した光電池から駆動電流を供給してもよい。またモーターは中間半球体５１に載置して、容器５０若しくは下方半球体４９を相対的に回転させてもよい。

図８に示す構造体の第四変更実施態様６５において、容器５には検流器用流体６３が入っている。この流体６３は、光が光電池１３に届くように好ましくは半透明であり、且つ容器内の他の部品がはっきりと見えてしまわないよう遮ることが好ましい。シャフト６０は、容器５の内表面に固定され、電池１３及び電気モーター８を載置するための円板６１を支持している。このモーターはファン構造体６３を駆動して流体を撹拌する。流体６３には金属小片等の物体６２が懸濁しており、容器５の厚さと屈折率、並びに流体６３の屈折率を予め決めておくことにより、これらの粒子のうち少なくとも一部の目に見える特徴が容器５の外表面に表示される。

図９及び図１０に示される駆動機構の第五変更実施態様３０において、磁石２１は指向性ベアリングロケーターとして機能し、光起電性コレクタ１３は中央心棒１０に回転自在に載置されている。この心棒並びに赤道隔壁１４は、囲包体３に固定されている。四つ一組のリングセグメントa、b、c、dが心棒の頂面近くに十字型に載置されている。囲包体が、心棒１０と一致する軸Ｘ−Ｘ’を中心として回転すると、先の実施態様に関連して説明したのと同様な態様で、一対のブラシ１８によって、十字型に配置した電磁石Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤが駆動される。
このように供給電流を逐次的且つ交互に電磁石へ分配し極性転換することは、当業者に公知の技術によって行なうことができる。

駆動機構の第一実施態様における指向性ベアリングロケーターは、第二実施態様と組み合わせて使用することができ、またその反対も可能であること、また機械的駆動装置のいずれの実施態様との関連でも、アンテナと無線周波受信機とを使用することができることがわかる。

以下に説明する様々な駆動機構の改良例は、好ましい実施態様の操作に必須のものではないが、機能を有利に高めることができるものである。

電磁石ＡＣ及びＢＤによって発生する磁場が、先に説明した駆動機構の実施態様のいくつかにおいて使用した磁気指向性ベアリングロケーターに与えるいかなる影響をも無くすために、図４及び５に示すように、四つ一組のバッキングコイルac、bd、ca、dbをコンパス磁石２１の周囲に載置することができる。四つのバッキングコイル及び電磁石は通常、囲包体３に固定されているということに留意すべきである。バッキングコイルbd及びdbは電磁石ＢＤと並んでおり、バッキングコイルac及びcaは電磁石ＡＣと並んでいる。

図６に示す回路は、電磁石及びバッキングコイルを流れる分極電流の流れを制御するために使用するものである。この回路は、トランジスタスイッチＴ１〜Ｔ８を適切にオンにすることによって、コンパス磁石２１の近くで、電磁石が発生している磁場と実質的に等しく反対向きの磁場を、対応するバッキングコイルによって同時に発生させることを目的としている。センサーa、b、c、dのタイプ及び位置に応じて、種々のボビン及びコイルの配線を適切に切り替える必要があることがわかる。また、複数対のバッキングコイルの代わりに、バッキングコイルを二つ直交方向に配置すれば充分な場合もある。

指向性ベアリングロケーター及び駆動機構は、必ずしも囲包体３の内部に載置しなければならないというわけではない。図１１〜図１３に示すように、これら二つの部品を流体６中に浸漬し、囲包体３の南極にある円筒形空隙３１に嵌合しても良い。図１１において、駆動機構は囲包体に固定した電気モーター８からなり、このモーターの回転子及び軸１０は指向性ベアリングロケーターに固定されている。この指向性ベアリングロケーターは、容器の底部３４にぴったりと合致するように球面状の輪郭とした底面３３を有する枢動パック３２に埋設された磁石２１からなる。この二つの表面間に流体の薄い層があるため、磁石は地球磁場と適切に向きを合わせることができる。磁化していないパックを使用してもよい。パックは、重力又は分子間力の周囲場によって、モーターが囲包体を回転させるのに必要な反トルクを与えるのに充分な摩擦又は剪断力を流体の薄い層中に発生させ、若しくは充分な静止摩擦を容器の底面に発生させる。パックの底部はまた、図１２に示すように容器から遠位に離隔していてもよい。

図１３に示す駆動機構の実施態様では、指向性ベアリングロケーターは囲包体の外側にあり、モーターは内側にある。モーター軸とパック３５とのカップリングは、合致する磁石３６，３７によって、囲包体壁を通して行なわれる。この磁石３６，３７の一方は軸に固定され、他方はパックに固定されている。パックと囲包体との間には適切な支承部を使用してもよく、またモーターとパックの各位置は逆にすることができる。その場合、供給電流は、囲包体なしで配置された構造体から得ることができる。

図１２における囲包体３は、磁石２１と回転している周囲磁場との間の磁力の相互作用によって、回転駆動することもできる。この周囲磁場としては、例えば容器５の支持体と一体的に設けた手段（図示せず）によって発生させた磁場が挙げられる。モーター８に電流を供給している時には、このようにして囲包体の回転を強化することができる。さらに、モーター８に電流を供給していない時にも、この回転駆動を行なうことができる。モーター８なしでも同様の実施態様を作成することができ、回転する周囲磁場と磁石のみで駆動することができる。

特に軽量の囲包体を駆動するには、十字型に配置した電磁石の代わりに、電磁石一つで充分な場合もある。図１４及び図１５に示すように、一つの電磁石ＡＢに載置した一つのセンサー３８を有利に使用して、ボビンＡ及びＢの分極化を制御することができる。

図１５にさらに詳細に示すように、細長いホール効果検出要素４１を間に挟んだプレート３９，４０にバイポーラ電圧（Ｖ＋，Ｖ−）をかける。この要素は電磁石若しくはその支軸上に水平に載置されている。周囲磁場Ｍが要素４１に対して垂直な場合、この要素はプレート３９，４０間にホール電圧を発生する。

磁場の向きを反対にすると、ホール電圧の極性も反転する。従って、増幅器４２を通してホール電圧をボビンＡ、Ｂにかけると、指向性極性を制御することができる。

図１４に示すように、センサー要素３８が電磁石に対して垂直な場合には、電磁石は、周囲磁場と向きが合っていない時にのみ駆動される。

容器及び囲包体は、様々な形状とすることができる。図１６には、入れ子式円筒形構造体のセットを示す。外側構造体４３は先に説明した実施態様の容器と同様に機能し、内側構造体４４は囲包体と同様な機能を果たす。これら構造体もこれを離隔する流体４５も光透過性である。外側構造体４３は支持体４６上に載置されている。指向性ベアリングロケーターは、外側構造体４３の頂部中央部分に印刷若しくは埋設されたシャッターパターン４７からなるシンプルな構造である。このパターンは、図４及び図５に示したシャッターの形状と基本的に同様であり、角を形成する切欠きの中心が電磁石の駆動を適切に制御するように手動で向きを決めることが必要である。

光センサーa、b、c、d（ｄは断面図には示されていない）は、シャッターパターンの下方で、囲包体４４の屋根部表面に十字型に載置又は埋設されている。メイン光起電性コレクタ１３及び電磁石列ＡＢ及びＣＤは、図４及び図５の実施態様に記載したものと基本的に同じである。

図１７には、容器５を含む構造体のボウル型実施態様６６を示す。この容器５は、外側壁９０から離隔した内側壁８８と、外側壁９０と一体的な基部９１と、内側壁８８と一体的で基部９１から離隔した底部８７と、内側壁８８と外側壁９０とを連結する縁部８９とを含む。内側壁８８、外側壁９０、基部９１、底部８７、及び縁部８９は互いに連結されて、中空の、好ましくは封止された容器を形成するよう意図されている。この容器には、流体６と、容器５内部に入れ子状に収容されているボウル型の囲包体３とが入っており、好ましくはこれらで満たされていることが望ましい。ボウル型囲包体３の正味密度は、流体６と同一であることが好ましい。

ボウル型囲包体３は、光電池１３から円筒形空隙５６内に載置されたモーター８へ電流を送るための導線１５を収容している。このボウル型囲包体３は、頂縁部に示す目に見える特徴７０Ａを備えているが、この目に見える特徴は囲包体３の他の部分に設けてもよいことがわかる。

容器５、流体３、及びボウル型囲包体３の材質、形状、及び寸法は、容器５の外表面上に表示される、つまり動力学的には容器５の表面上にある、少なくとも一つの目に見える特徴７０Ａがボウル型囲包体３に施されるように選択する。

構造体６６はボウル型の実施態様として好ましいものであるが、他の多くの同様の実施態様が本発明の範囲内にあることがわかる。例えば、ボウル型囲包体３は、図１７に示すように中空である必要はない。この構造体全体の形状は、内側壁と外側壁のみを備える逆円錐形とすることもできる。囲包体３と容器との間を封止したり、完全に流体６で満たしたりする必要はない。ボウル型囲包体３を、図８に示すようにファン６３と置換えてもよく、流体６によって実質的に浮遊するよう支持される任意の形状の一つ以上の物体を流体６が含んでいてもよい。

容器５の底部８７と内側壁８８とによって形成されたボウル型凹所には、物体６７を入れることができる。

図１８及び図１９に、構造体の第六変更実施態様６８の断面を示す。好ましくは透明な容器５の断面は、交互に並んだ中空円筒形領域８８と中空球状領域８７とを備えている。好ましくは半透明の管状体７０が、容器５の円筒形部分８７及び球状部分８８の中空通路を通っている。管状体７０の外表面と容器５の内表面との間の間隙は、流体６で満たすことが好ましい。管７０の正味密度は、好ましくは流体の密度と同一であり、この管の密度は長手方向に渡って均等であることが好ましい。管７０は、好ましくは少なくとも一つの視覚的特徴７０Ａを含み、この視覚的特徴７０Ａは、流体及び容器材質の寸法及び屈折率により、容器の円筒形部分８８の表面に見える。容器の球状領域の少なくとも一つの表面には管状体７０の視覚的特徴が現われないことが好ましい。管７０内部に載置した光電池１３が、管状体７０内部に載置した駆動装置６９へ電流を供給する。

実施態様６８は、領域８８と領域８８に対して静止している外部物体との間、若しくは領域８８と、視覚的特徴７０Ａを表面に動力学的に表示しないように設計されている容器の部分をなす物体、例えば球状部分８７との間に、弓状壁領域８８との接触がある実施態様の一例である。

図１９に示す駆動装置６９は、部品７１によって管７０内に載置されたモーター８を備えている。モーターには導線１５によって電流が供給される。モーターの出力シャフト７６はプロペラ７７を回転駆動し、その遠位端はジャーナル軸受け７８に支承されている。管状体７０の壁に設けた孔７３，７４は、流体７９を孔７３を通して吸引し、孔７４を通して吐出することによって推進力を生み出し、管７０を左側へ移動させる。

構造体６８は、同じ形状のより長く直線的な構造体、若しくはより長く環状の構造体の一部とすることもできる。直線的な構造体の場合には、管の移動は、直線的で周期的に反転するものとするか、若しくは管状体７０の長手軸を中心とした回転運動とすることができる。環状の構造体の場合には、移動は環状であり、連続動若しくは往復動とすることができる。どちらの場合にも、一見した所では、球状部分が、移動する管状部分によって繋がれた独立した物体に見えるであろう。球状部分を立方体等の他の形状としても、同じ効果を得ることができ、円筒形部分８８及び管７０の断面形状を、他の、好ましくは同様の断面形状とすることもできる。このような物体を駆動するのに、本明細書で説明した他の種々の駆動機構を適用することもできる。

図２０は、なぜ流体６に囲まれた半透明球体３の内表面上にある目に見える特徴８０が、公知の屈折の法則に従って、見る者Ａにとっては球状の好ましくは透明な容器５の外表面上に表示されて見えるかを説明する図である。物体３の内表面上にある特徴８０から出る光線Ｌ１は、先ず容器５の外表面上の位置８１へ、次いで見る者Ａへと伝播する。光線Ｌ１は容器５の表面に対して位置８１において接線となっていることが示されている。同様の光線Ｌ３が、図２０の下方に示されている。物体３の内表面上にある視覚的特徴８２から出る光線Ｌ２は、先ず容器５の外表面上の位置８３へ、次いで見る者Ａへと伝播することが示されている。簡単にするために、物体３、流体６、及び容器５の材料の屈折率が同じであると仮定して、光線Ｌ１は特徴８０から位置８１へと直線的な道筋を通っているように示してある。これらの屈折率の僅かな違いにより、光路が直線から偏向するが、実質的には結果は同じであることがわかる。位置Ａから見ると、物体３上にある視覚的特徴８０が容器５の表面上の位置８１に表示されているように見える。物体３の内表面上にある視覚的特徴８２からの光線Ｌ２は、その通路上にある異なる材料間の界面を垂直に通過するので、直線的な道筋を通って見る者Ａに届く。

光線Ｌ１に沿ったいずれかの位置、特に容器５の内部にある視覚的特徴からの光は、容器５の外表面上の位置８１にあるように見えることがわかる。従って、物体３の内表面上、壁内、又は外表面上、流体６内、若しくは容器５の内表面上、壁内、又は外表面上、若しくは図７に５１で示すような中間シェル上にある特徴は、実質的に透明な容器５の外表面上の位置８１にあるように見えるのである。物体３内にある視覚的特徴８４もまた光線通路Ｌ１を辿るので、位置８１にあるように見える。

視覚的特徴８０が実際に移動している場合、位置Ａから一見すると、視覚的特徴８０が動力学的に容器５の表面上の位置８１にあるように見え、位置Ａにいる人は、視覚的特徴８０が実際には容器５の表面上の位置８１にあり、容器５の表面の位置８１が実際には移動していると考えるであろう。また位置Ａから見ている人は、容器５の外表面上の位置８３等の他の位置も、その位置が位置８１にどのくらい近いか、また同様に見かけ上動いている領域にどのくらい近いかによっては、移動していると考えることもある。この錯覚は、見かけ上静止している物体又は視覚的特徴が、容器５の外表面の動いているように見える位置と接触している場合に、特に興味深いものとなる。

本発明の好ましい実施態様を説明してきたが、本発明の思想及び請求の範囲から逸脱することなく、変更を行ない、他の実施態様を考え出すことができる。

図１は、本発明の好ましい実施態様の正面立面図である。 図２は、内部の駆動機構を示した、囲方体の断面図である。 図３は、駆動機構の第一変更実施態様の斜視図である。 図４は、駆動機構の第二変更実施態様の断面図である。 図５は、図４に示す実施態様の平面図である。 図６は、電磁石への供給電流回路の線図である。 図７は、本発明の第三変更実施態様の断面線図である。 図８は、本発明の第四変更実施態様の断面線図である。 図９は、駆動機構の第五変更実施態様の断面線図である。 図１０は、図９に示す実施態様の平面図である。 図１１は、駆動機構の別の位置を示す部分断面概略図である。 図１２は、駆動機構の別の位置を示す部分断面概略図である。 図１３は、駆動機構の別の位置を示す部分断面概略図である。 図１４は、駆動機構の電磁石が一つである場合の概略的平面図である。 図１５は、図１４の駆動機構のための指向性ベアリングロケーターの電気回路図である。 図１６は、本発明の円筒形実施態様の断面概略図である。 図１７は、本発明のボウル型実施態様の断面概略図である。 図１８は、本発明の第六実施態様の断面概略図である。 図１９は、図１８のサブアセンブリを示す断面概略図である。 図２０は、球状容器内に配置した球状物体の断面概略図であり、光線の経路を示す。

Claims (24)

1. 光透過性の図案を設けた本体を備え、
   該本体は、該本体を回転させるためのモーターを収容しており、
   該本体内に設けられ、前記モーターに電流を供給する少なくとも一つの光電池を備え、
   該光電池を作動させる光が前記光透過性の図案を透過する、電気機械的構造体。
2. 前記図案が前記光電池を一見しただけでは見えないように隠している、請求項１に記載の構造体。
3. 少なくとも一つの光透過性壁部分を有する容器をさらに備え、
   前記本体は該容器内にあり、
   該本体は該容器に対して回転し、
   該容器は実質的に静止している、請求項１に記載の構造体。
4. 前記壁部分がさらに光透過性の図形エレメントを有し、前記光電池を作動させる光が該図形エレメントを透過する、請求項３に記載の構造体。
5. 前記構造体がさらに前記本体と前記壁部分との間に流体の層を備え、該流体の屈折率は空気よりも大きい、請求項３に記載の構造体。
6. 前記本体が前記流体の浮力によって支承されている、請求項５に記載の構造体。
7. 前記本体が前記流体の層中に浸漬している、請求項５に記載の構造体。
8. 前記容器と前記本体とが実質的に同様の形状であり、該本体は該容器内に入れ子状に収容されている、請求項３に記載の構造体。
9. 前記モーターと関連する反トルク発生要素をさらに備え、該反トルク発生要素は、周囲のエネルギー場の作用を受けて静止し且つ該エネルギー場の方向に自分の向きを合わせる、請求項１に記載の構造体。
10. 前記周囲のエネルギー場が地球の重力を含み、前記反トルク発生要素が前記モーターの回転軸より遠心に重心を持つおもりを含む、請求項９に記載の構造体。
11. 前記周囲のエネルギー場が地球の磁場を含み、前記反トルク発生要素が磁石を含む、請求項９に記載の構造体。
12. 前記本体が実質的に垂直な第一の軸を中心として前記容器に対して回転する、請求項１１に記載の構造体。
13. 前記壁部分が第一の屈折率を有し、
    構造体は、第二の屈折率を有する流体をさらに備え、該流体は前記容器と前記本体との間の空間を満たしており、
    前記光透過性の図案が第一の目に見える特徴を有しており、
    前記容器及び前記本体の形状並びに前記第一及び第二の屈折率が、ある視点から構造体を接線方向に見た場合に、前記本体の前記第一の目に見える特徴から出た光が、前記容器の外表面上の接点を通って該視点において知覚されるように選択されている、請求項３に記載の構造体。
14. 前記本体と前記容器との間に入れ子状に収容できる寸法及び形状の中間シェルをさらに備え、
    該中間シェルは、光透過性の第二の図形エレメントを備え、前記光電池を作動させる光は該第二の図形エレメントを透過し、
    前記流体は液体であり、
    前記中間シェルは、前記本体の回転中、液体の剪断力によって容器及び本体から離隔した状態に維持される、請求項５に記載の構造体。
15. 本体と、
    該本体を回転させるための駆動機構とを備え、
    該駆動機構が、周囲磁場の作用を受けて静止し且つ該磁場の方向に自分の向きを合わせる反トルク発生磁石エレメントを含む、電気機械的構造体。
16. 容器をさらに備え、
    前記本体は該容器内にあり、
    前記本体は該容器に対して回転する、請求項１５に記載の構造体。
17. 前記周囲磁場が実質的に静止しており、前記容器が実質的に静止している、請求項１６に記載の構造体。
18. 前記駆動機構がモーターであり、該モーターは前記本体内に収容された装置によって作動され、該装置は、バッテリーと、光電池と、アンテナとからなる群より選択される、請求項１５に記載の構造体。
19. 前記駆動機構がモーターであり、該モーターが少なくとも一つの光電池によって作動され、
    前記構造体はさらに、
    光透過性壁部分を有する前記容器と、
    光透過性の目に見える特徴を有する前記本体とを備え、
    前記光電池を作動させる電磁波が該壁部分及び該目に見える特徴を透過する、請求項１５に記載の構造体。
20. 前記本体が、実質的に垂直な軸を中心として回転する、請求項１５に記載の構造体。
21. 周囲磁場の作用を受けて静止し且つ該磁場の方向に自分の向きを合わせる反トルク発生要素を備えるモーター。
22. 実質的に垂直な軸を中心として回転するローター構造体を備える、請求項２１に記載のモーター。
23. 前記周囲磁場が実質的に静止している、請求項２１に記載のモーター。
24. 前記反トルク発生要素が第一の永久磁石を含む、請求項２１に記載のモーター。

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