JP3190272U - 理科教材 - Google Patents

Abstract

【課題】視覚的に実験の効果（ベル部材の振動）を確認することが可能な理科教材を提供する。【解決手段】この理科教材１００は、基板１と電磁石３４との間に配置され、電磁石への電流を通電又は遮断することにより断続的に磁力を発生させて、基板と電磁石との間で往復運動することにより振動を発生させる振動部材３２を備える。また、理科教材１００は、振動部材が振動した際に、基板が移動するように基板を支持する脚部２をさらに備える。【選択図】図３

Description

本考案は、理科教材に関し、特に、本体部品に設けられる電磁石への電流を通電又は遮断することにより発生する断続的な磁力により振動する振動部材を備える理科教材に関する。

従来、小学校の理科実験として、電磁石を使用した実験が実施されることがある（例えば、非特許文献１参照）。この理科実験では、振動部材を振動させてベル部品と接触させることによって、ベル部品から音を出す実験が行われる。

より具体的には、平板状に形成された振動部材の一方端は、本体部品に固定されており、振動部材の一方端の近傍には、電磁石が配置されている。また、振動部材の他方端の近傍には、ベル部品が配置されている。

児童等がスイッチをＯＮ状態に操作した場合には、電磁石のコイルに電流が通電することにより、電磁石に吸引力（磁力）が発生し、振動部材が撓みながら電磁石に吸引される（引き寄せられる）。そして、振動部材の他方端がベル部品に接触することにより、ベル部品から音が出る。

また、振動部材が電磁石に吸引された際には、振動部材が電気回路の接点から離間することにより、電磁石のコイルへの電流が遮断されるように構成されている。このとき、電磁石の吸引力が発生しなくなるので、撓んでいた振動部材のバネの働きにより、振動部材が電磁石から離間して元の位置に戻ろうとする。

振動部材が元の位置に戻ると、再び振動部材が電気回路の接点に接続されるので、電磁石のコイルに再び電流が通電される。そして、電磁石に吸引力が発生する。このように、スイッチがＯＮ状態の場合には、振動部材が電磁石に吸引され又は電磁石から離間すること（往復運動）により、振動部材が激しく振動し、ベル部品を打ち鳴らすこととなる。

株式会社大和科学教材研究所のネットカタログに掲載、「５年 理科・社会科」、「P071電流と電磁石セット」、「電流と電磁石F型」、［online］、［平成２６年１月１４日検索］、インターネット＜http://www.daiwa-e.com/catalog/index.html＞

ところで、上記非特許文献１に開示された理科教材では、振動部材の振動を利用してベル部材から音を出すことによって、聴覚的に実験の効果を確認することが可能となっている。

しかしながら、児童等は、実験中にベル部材から出る音に気を取られてしまい、振動部材が振動しているという点について視認（確認）することがおろそかになる場合がある。このため、より視覚的に実験の効果を確認することが可能な理科教材が望まれている。

本考案は、上記課題に鑑みてなされたものであって、視覚的に実験の効果を確認することが可能な理科教材を提供することを目的としている。

上述の課題を解決するための手段として、本考案による理科教材は、以下のように構成されている。

すなわち、本考案による理科教材は、本体部品と、前記本体部品に設けられる電磁石と、前記本体部品と前記電磁石との間に配置され、前記電磁石への電流を通電又は遮断することにより断続的に磁力を発生させて、前記本体部品と前記電磁石との間で往復運動することにより振動を発生させる振動部材とを備える構成を前提とするものである。また、本考案による理科教材は、前記振動部材が振動した際に、前記本体部品が移動するように前記本体部品を支持する脚部をさらに備えることを特徴とするものである。

かかる構成を備える理科教材によれば、振動部材が振動した際に、振動部材の振動が脚部に伝達されるので、脚部が振動することにより振動部材及び電磁石が設けられた本体部品を移動させることができる。これにより、実験を行った児童等は、本体部品が移動するのを視認することにより、視覚的に実験の効果を確認することができる。

本考案の具体的な構成として、以下の複数のものが挙げられる。

本考案による理科教材において、好ましくは、前記脚部は、前記本体部品の設置面側に設けられており、前記電磁石及び前記振動部材は、前記本体部品の設置面とは反対側に設けられている。

このように構成すれば、例えば児童等が本体部品を上方から見ている場合に、振動部材が振動しているのを視認しながら、本体部品が移動するのを視認することができる。これにより、児童等は、振動部材の振動を利用して本体部品が移動していることを確認することができる。

また、本考案による理科教材において、好ましくは、前記脚部は、前記本体部品の設置面側に複数設けられており、前記複数の脚部は、それぞれ、前記本体部品から設置面に向かって延びるように形成されている。

このように構成すれば、振動部材が振動して本体部品が移動している間、複数の脚部により本体部品が転倒等しないように支持することができる。

上記のように、本考案による理科教材によれば、本体部品が移動するのを視認することにより、視覚的に実験の効果を確認することができる。

本実施形態による理科教材を斜め上方から見た斜視図である。 本実施形態による理科教材を上方から見た平面図である。 本実施形態による理科教材を側方から見た側面図である。 本実施形態による理科教材の振動部材が振動した状態を示す側面図である。

以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態による理科教材１００は、図１〜図３に示すように、平板状の基板１を備えている。なお、基板１は、本考案の「本体部品」の一例である。基板１は、図２に示すように、平面的に見て長方形状を有している。基板１の材質の一例としては、金属（鉄、アルミニウム、ステンレス等）、樹脂（プラスチック等）、又は、木材等が挙げられる。

また、図１及び図３に示すように、基板１の設置面Ｇ側（矢印Ｚ２方向側）の下面１ａには、基板１を支持する４つの脚部２が設けられている。基板１の設置面Ｇとは反対側（矢印Ｚ１方向側）の上面１ｂには、振動を発生させる振動ユニット３と、電源としての電池が収納される電池ボックス４と、振動ユニット３への電流を通電又は遮断するスイッチ５とが設けられている。

この理科教材１００は、主に小学校の理科実験において使用されるものである。理科教材１００は、児童等がスイッチ５をＯＮ状態に操作した際に、図４に示すように、振動ユニット３から振動が発生するように構成されている。そして、振動ユニット３から発生した振動が脚部２に伝達され、脚部２が振動することにより、基板１が設置面Ｇ上を移動するように構成されている。以下に、各部について詳細に説明する。

４つの脚部２は、図２及び図３に示すように、棒状の部材からなるととともに、基板１の下面１ａの４隅に設けられている。また、脚部２は、図３に示すように、基板１の下面１ａから設置面Ｇに向かって延びるように形成されている。言い換えると、脚部２は、基板１の面方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対して直交する方向（矢印Ｚ２方向）に延びるように形成されている。なお、脚部２の材質としては、振動ユニット３の振動により基板１を移動させることが可能な材料であれば、特に限定されない。

振動ユニット３は、図３に示すように、振動板３２及び接点部材３３を基板１の上面１ｂに固定する固定部３１と、振動板３２の上方（矢印Ｚ１方向側）に配置された電磁石３４と、電磁石３４を基板１に固定するためのカバー部材３５と、振動板３２と電磁石３４との間の距離を調整する調整ネジ３６と、調整ネジ３６に取り付けられた端子部材３７及びバネ部材３８とを備えている。なお、振動板３２は、本考案の「振動部材」の一例である。

固定部３１は、基板１の上面１ｂに設けられている。なお、固定部３１は、基板１と一体的に形成されていてもよい。また、固定部３１は、高さ方向（Ｚ方向）に分割可能に構成されており、上側の部材と下側の部材との間に振動板３２及び接点部材３３を挟み込むことが可能となっている。

振動板３２は、図３に示すように、平板状に形成されているとともに、基板１の上面１ｂと電磁石３４との間に配置されている。また、振動板３２は、図２に示すように、平面的に見て基板１の長手方向（Ｘ方向）に沿って延びる長方形状を有している。なお、振動板３２の材質としては、電磁石３４の磁力により吸引されることが可能な材質であれば、特に限定されない。例えば、振動板３２の材質の一例として、鉄等の金属材料が好ましい。

接点部材３３は、図３に示すように、振動板３２と基板１の上面１ｂとの間に配置されている。この接点部材３３は、振動板３２の下面３２ａに取り付けられている。また、接点部材３３は、固定部３１に近い側に形成された直線部３３ａと、固定部３１から遠い側に形成された湾曲部３３ｂとを有している。接点部材３３の直線部３３ａは、固定部３１から電磁石３４の下方までの間の領域に配置されている。接点部材３３の湾曲部３３ｂは、電磁石３４の下方から固定部３１とは反対側の領域に配置されている。また、接点部材３３の湾曲部３３ｂは、調整ネジ３６のネジ部３６ａと接触している。なお、接点部材３３の材質としては、電流を流すことが可能な材質であれば、特に限定されない。例えば、接点部材３３の材質の一例として、銅等の金属材料が好ましい。

電磁石３４は、図３に示すように、樹脂材料からなる枠部材３４１と、枠部材３４１に挿入された鉄心３４２と、枠部材３４１に巻回されたコイル３４３とを備えている。この電磁石３４の鉄心３４２の軸心方向は、基板１の面方向（Ｘ方向及びＹ方向）に直交する方向（Ｚ方向）に沿って配置されている。また、コイル３４３の一方端は、固定部３１を介して接点部材３３と電気的に接続されている。コイル３４３の他方端は、電池ボックス４の一方端子と電気的に接続されている。

カバー部材３５は、図１〜図３に示すように、略立方体形状を有している。なお、カバー部材３５の形状は、立方体形状以外に直方体形状等でもよい。また、カバー部材３５の色彩としては、カバー部材３５の外側から内側を視認可能にするために、透明又は半透明にすることが好ましい。図３に示すように、カバー部材３５の矢印Ｚ１方向側の頂面３５ａには、電磁石３４を取り付ける電磁石取付部３５ｂが形成されている。この電磁石取付部３５ｂは、カバー部材３５の外側から内側に沿って径が小さくなるように段差形状に形成されている。これにより、電磁石３４をカバー部材３５の外側から内側に対して取り付けることが可能である。また、図１〜図３に示すように、カバー部材３５の矢印Ｘ１方向側の面には、開口部３５ｃが形成されている。この開口部３５ｃには、カバー部材３５の内側から外側に向かって突出するように振動板３２が配置されている。また、開口部３５ｃの高さ方向（Ｚ方向）の長さは、振動板３２が高さ方向（Ｚ方向）に振動した際に、振動板３２の動きを妨げない大きさに設定されている。

調整ネジ３６は、図３に示すように、バネ部材３８及び端子部材３７を介して、基板１に取り付けられている。また、基板１には、調整ネジ３６が螺合されるように雌ネジが形成されており（図示せず）、調整ネジ３６を時計回り方向又は反時計回り方向に回すことにより、調整ネジ３６が高さ方向（Ｚ方向）に移動することとなる。これにより、調整ネジ３６のネジ部３６ａと接触している接点部材３３が高さ方向（Ｚ方向）に移動するので、接点部材３３（振動板３２）と電磁石３４との間の距離を調整することが可能となる。

端子部材３７は、調整ネジ３６に取り付けられたバネ部材３８と、基板１の下面１ａとの間に配置されている。この端子部材３７は、バネ部材３８により基板１の下面１ａに対して押圧されている。また、基板１の下面１ａには２つの位置決め部１ｃが形成されており、端子部材３７は２つの位置決め部１ｃに取り付けられている。また、端子部材３７は、スイッチ５の一方端子及び調整ネジ３６（ネジ部３６ａ）と電気的に接続されている。

電池ボックス４は、図１〜図３に示すように、略直方体形状を有している。なお、電池ボックス４の形状は、直方体形状以外に立方体形状等でもよい。この電池ボックス４内には、例えば、一般的な乾電池やボタン型電池等の種々の電池を収納することが可能であるが、振動ユニット３の振動により基板１を移動させることが可能な容量及び重量の電池であれば、特に限定されない。

スイッチ５は、電磁石３４のコイル３４３への電流を通電又は遮断するために設けられている。このスイッチ５は、スイッチ５をＯＮ状態に操作することにより、電磁石３４のコイル３４３に電流が通電されるように構成されている。また、スイッチ５をＯＦＦ状態に操作することにより、電磁石３４のコイル３４３への電流が遮断されるように構成されている。また、スイッチ５の他方端子は、電池ボックス４の他方端子と電気的に接続されている。

次に、図３及び図４を参照して、スイッチ５をＯＮ状態に操作することにより振動板３２が振動した際の基板１の動作について説明する。

まず、スイッチ５がＯＦＦ状態の場合では、図３に示すように、電磁石３４のコイル３４３への通電が遮断されているので、電磁石３４と振動板３２とは所定の間隔を隔てて離間している。

次に、児童等によりスイッチ５がＯＮ状態に操作された場合では、電磁石３４のコイル３４３に電流が通電されるので、電磁石３４に吸引力（磁力）が発生する。これにより、図４に示すように、振動板３２及び接点部材３３が電磁石３４側（矢印Ｚ１方向側）に撓みながら吸引される（引き寄せられる）。

このとき、振動板３２及び接点部材３３が電磁石３４側に撓みながら吸引される際に、接点部材３３が調整ネジ３６のネジ部３６ａ（接点）から離間するので、電磁石３４のコイル３４３への電流が遮断される。その結果、電磁石３４に吸引力が発生しなくなるので、撓んでいた振動板３２の元の位置に戻ろうとする働き（バネの働き）により、振動板３２が電磁石３４から離間して元の位置に戻る。

その後、図３に示すように、振動板３２が元の位置に戻ると、再び接点部材３３が調整ネジ３６のネジ部３６ａ（接点）に接触するので、電磁石３４のコイル３４３に再び電流が通電される。これにより、再び電磁石３４に吸引力（磁力）が発生する。このように、スイッチ５がＯＮ状態の場合では、振動板３２が電磁石３４に吸引され又は電磁石３４から離間する動作を繰り返すこと（往復運動）により、振動板３２が電磁石３４と基板１との間でＺ方向に激しく振動することとなる。その結果、図４に示すように、振動板３２の振動が固定部３１及び基板１を介して脚部２に伝達されることにより脚部２が振動し、基板１（基板１に設けられた部品等を含む）が設置面Ｇ上をＸ方向に移動することとなる。

以上説明したように、本実施形態による理科教材１００によれば、以下に列記するような効果が得られる。

本実施形態では、上記のように、振動板３２が振動した際に、基板１が移動するように基板１を支持する脚部２を設ける。これにより、振動板３２が振動した際に、振動板３２の振動が脚部２に伝達されるので、脚部２が振動することにより振動板３２及び電磁石３４が設けられた基板１を移動させることができる。これにより、実験を行った児童等は、基板１が移動するのを視認することにより、視覚的に実験の効果を確認することができる。

また、本実施形態では、上記のように、脚部２を基板１の下面１ａ（設置面Ｇ側の面）に設け、電磁石３４及び振動板３２を基板１の上面１ｂ（設置面Ｇとは反対側の面）に設ける。これにより、例えば児童等が基板１を上方から見ている場合に、振動板３２が振動しているのを視認しながら、基板１が移動するのを視認することができる。これにより、児童等は、振動板３２の振動を利用して基板１が移動していることを確認することができる。

また、本実施形態では、上記のように、４つの脚部２をそれぞれ基板１の下面１ａから設置面Ｇに向かって延びるように形成する。これにより、振動板３２が振動して基板１が移動している間、４つの脚部２により基板１が転倒等しないように支持することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本考案の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく実用新案登録請求の範囲によって示され、さらに実用新案登録請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、本体部品の一例として、平板状の基板を適用する例を示したが、本考案はこれに限られない。本考案では、振動ユニットの振動により本体部品を移動させることが可能な形状であれば、本体部品の形状は特に限定されない。例えば、樹脂成型等により立体的に形成された本体部品でも適用可能である。

また、上記実施形態では、本体部品の一例として、長方形状を有する基板を適用する例を示したが、本考案はこれに限られない。本考案では、振動ユニットの振動により本体部品を移動させることが可能な形状であれば、本体部品の形状は特に限定されない。例えば、真円形状、楕円形状又は多角形状を有する本体部品でも適用可能である。

また、上記実施形態では、本体部品の下面に４つの脚部を設ける例を示したが、本考案はこれに限られない。本考案では、振動ユニットの振動により本体部品を移動させることが可能であれば、脚部の本数は特に限定されない。例えば、ブラシのように多数の毛（脚部）を有する部材を本体部品の下面に設けてもよい。

また、上記実施形態では、脚部を棒状の部材からなる例を示したが、本考案はこれに限られない。本考案では、振動ユニットの振動により本体部品を移動させることが可能であれば、脚部の形状は特に限定されない。例えば、針金のような比較的細い材料を用いて脚部全体を湾曲させるような構造にしてもよい。

また、上記実施形態では、脚部を本体部品の下面から本体部品の面方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対して直交する方向（矢印Ｚ１方向）に延びるように設ける例を示したが、本考案はこれに限られない。本考案では、振動ユニットの振動により本体部品を移動させることが可能であれば、脚部の取付角度は特に限定されない。すなわち、脚部を本体部品の面方向に対して任意の傾斜角度で取り付けてもよい。

また、上記実施形態では、電池ボックスを基板の上面に設けているが、本考案はこれに限られない。本考案では、振動ユニットに電源を供給することが可能であれば、電池ボックスを基板に設けず、基板から離して設け、基板の動きを妨げない程度の長さを有するリード線で振動ユニットと接続してもよい。その場合、電池の重量を考慮する必要がないので、例えば単一乾電池など大容量の電池を使用することができ、その分長期間に亘って動作させることができる。

本考案は、理科教材に利用することができ、より詳細には、本体部品に設けられる電磁石への電流を通電又は遮断することにより発生する断続的な磁力により振動する振動部材を備える理科教材に利用することができる。

１ 基板（本体部品）
２ 脚部
３２ 振動板（振動部材）
３４ 電磁石
３４３ コイル
１００ 理科教材

Claims (1)

1. 本体部品と、
   前記本体部品に設けられる電磁石と、
   前記本体部品と前記電磁石との間に配置され、前記電磁石への電流を通電又は遮断することにより断続的に磁力を発生させて、前記本体部品と前記電磁石との間で往復運動することにより振動を発生させる振動部材とを備える理科教材において、
   前記振動部材が振動した際に、前記本体部品が移動するように前記本体部品を支持する脚部をさらに備えることを特徴とする理科教材。

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