JP3191993U - 接点部材を使用する理科教材 - Google Patents

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Abstract

【課題】片手で操作できるだけでなく、各種の物質の導通テストを効果的に実行可能な理科教材を提供する。【解決手段】本体部3A及び可動部3Bに分離可能なスイッチにおいて、本体部3Aは、収容ケース内部への収納時に、収容ケースの一部に当接して保持されるスライド片51と、可動部3Bを係止する円柱片46と、を有する一方、可動部3Bは、円柱片46に係止される嵌合溝41を有して構成される。これに対応して、収容ケースは、スライド片51を受け入れ可能に形成されたスライド溝と、嵌合溝41を受け止め可能に形成された受止部と、を有して構成される。【選択図】図5

Description

本考案は、効果的な電気実験が可能な理科教材に関し、特に、導通テストが容易な理科教材に関する。
各種の電気機器が広く世界で普及している現在、電気のない生活は凡そ考えられない。そこで、小学校低学年から電気の理解を深めるための理科実験が一般に行われている。
低学年用の理科実験としては、例えば、(1)電池のプラス端子とマイナス端子の間に、豆電球を接続すると電球が光ること、(2)このとき、プラス端子とマイナス端子の接続を反転しても電球が同じように光ること、(3)電池と電球の間にスイッチを接続して、スイッチを操作すると電球が点いたり消えたりすること、(4)電池と電球の間にテスタ端子を2つ接続し、各テスタ端子を色々な物質に接触させると、電球が点灯する物質と、点灯しない物質がある導通テストなどの実験内容が考えられる。
通常、理科教材は、可能な限り安価で、部品点数が少ない構成が望まれるので、実験(3)で使用するスイッチ接点を、実験(4)のテスタ端子に代用することが考えられる。
しかし、通常の理科教材では、テスタ端子の配置位置が固定的であり、形状や寸法の異なる各種の物質について、片手では導通テストを行うことができない。すなわち、2つのテスタ端子の間隔が広いと、一円硬貨のような小さな物質の導通テストができず、テスタ端子を理科教材から分離させて使用するしかない。
一方、2つのテスタ端子の間隔が狭いと、長い距離を隔てた導通テストができず、この場合も、テスタ端子を理科教材から分離させるしかなく片手での実験ができない。
また、物質によって点灯する電球の明るさが異なるので、この明るさの違いを理解するには、生徒に見やすい位置に電球が配置されているのが好ましい。
本考案は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、片手で操作できるだけでなく、各種の物質の導通テストを効果的に実行可能な理科教材を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本考案に係る理科教材は、本体接点(P1)を保持するスイッチ本体部(3A)、及び、可動接点(P2)を保持するスイッチ可動部(3B)に分離可能なスイッチ部材(3)と、スイッチ部材を収容可能な収容ケース(1)と、を有して構成される理科教材であって、スイッチ本体部(3A)は、収容ケース(1)内部への収納時に、収容ケースの一部に当接される当接部(51)と、スイッチ可動部(3B)を係止する係止部(46)と、を有する一方、スイッチ可動部(3B)は、前記係止部(46)に係止される被係止部(41)を有して構成され、収容ケース(1)は、前記当接部(51)を受け入れ可能に形成された受入部(8)と、前記被係止部(41)を受け止め可能に形成された受止部(7)と、を有して構成される。
本考案において、受入部(8)及び受止部(7)が、収容ケースの長さ方向の一端側に配置される一方、ランプを保持するランプ保持部(25)は、収容ケースの他端側に配置されているのが好適である。また、スイッチ本体部の当接部(51)は、収容ケース内部への収納状態で、収容ケース(1)の長さ方向に延びている一方、収容ケースの受入部(8)は、当接部(51)が挿入される開口溝を有して構成されているのが好ましい。
また、収容ケースの受止部(7)は、スイッチ可動部の被係止部(41)を受け止める突条で形成されているのが好ましい。
更にまた、スイッチ本体部(3A)は、係止部(46)を有する第1収納部(44)と、当接部(51)を有する第2収納部(45)とが一体化されて構成され、第2収納部(45)の底面には、当接部(51)の延設方向に直交する隆起ライン(52)が設けられる一方、収容ケース(1)には、隆起ライン(52)を受け入れる受入穴(60)が形成されており、収容ケースが、スイッチ本体部(3A)の当接部(51)を受け入れると、隆起ライン(52)が、収容ケースの外周面を乗り越えて受入穴(60)に収容されるよう構成されているのが効果的である。
上記した本考案によれば、片手での操作が可能で、各種の物質の導通テストを効果的に実行することができる。
実施例の理科教材を示す斜視図である。 分解状態の理科教材を示す斜視図である。 単三電池を使用する場合を説明する図面である。 下側ケースを説明する図面である。 スイッチ部材を説明する図面である。 単一電池又は単三電池を使用する方法を説明する図面である。 導通実験を説明する図面である。
以下、実施例に基づいて本考案を詳細に説明する。図1(a)〜図1(c)は、懐中電灯模型タイプの理科教材について、完成状態を示す斜視図であり、図2は、分解状態の理科教材を示している。
図1〜図2に示す通り、この理科教材は、略円筒状の収容ケース1に、ランプ部材2(図2)、スイッチ部材3、及び電池4を収容可能に構成されており、収容ケース1の先端側は、ランプキャップ5で閉塞されている。なお、本明細書では、収容ケース1の軸方向で評価して、ランプキャップ5の配置位置を、前方ないし先端と称する。
図1(d)と図1(e)に示す通り、スイッチ部材3は、固定接点板P1を保持するスイッチ本体部3Aに、可動接点板P2を保持するスイッチ可動部3Bが装着されて構成されている。スイッチ可動部3Bは、搖動可能な態様でスイッチ本体部3Aに装着されており、操作片6のON/OFF操作が可能となる(図1(f)(g)参照)。
図2に示す通り、収容ケース1は、ケース表面から隆起して高架状に架け渡された受止部7、開口保持部10、及び保持突起11を設けた上側ケース1Aと、スイッチ可動部3Bの一部(スライド片51)を受け止めるスライド溝8、保持突起12、及び開口保持部13を設けた下側ケース1Bの二つ割り構造を有しており、一方ケースの開口保持部10,13に、他方ケースの保持突起12,11を受け入れることで、上下二つのケース1A,1Bが一体化される。
なお、上側ケース1Aと下側ケース1Bを一体化すると、下側ケース1Bの欠落部14と、上側ケース1Aの操作口15を除いて、全体として閉塞状態となる。ここで、欠落部14は、単一電池の取出し操作に活用されると共に、この理科教材をテスタとして使用する場合に、接続配線の引出経路として活用される。なお、操作口15からスイッチ部材3の操作片6が露出するので片手でON/OFF操作が可能となる。
ところで、図2には、単一電池4aが示されているが、この理科教材では、補助アダプタSPを使用することで、単一電池4aに代えて単三電池4bを使用することもできるようになっている。図3(b)は、分解状態の理科教材について、補助アダプタSPや単三電池4bを、接続金具35や接続ターミナル36と共に示している。
図3(b)に示す通り、下側ケース1Bは、ランプ部材2、スイッチ部材3、及び接続配線などを収容可能な第1収容部21と、単一電池4aを収容可能な第2収容部22と、に大別される。図4は、この下側ケース1Bについて、平面図(b)と側面図(c)と底面図(d)とを示している。なお、図4における黒塗部分は開口部であり、下側ケース1Bの外表面が貫通していることを示している。
下側ケース1Bは、平坦な外表面を有するケース底面BTと、ケース底面BTから湾曲して立ち上った後、ほぼ直立するケース側面SDと、に区分される(図4(b)参照)。この実施例では、ケース底面BTが平坦な外表面を有するので、理科教材を机の上などに配置しても、机から転がり落ちるおそれはない。なお、第1収容部21のケース底面BTは、全体が平坦な外表面に形成されているが、第2収容部22のケース底面BTは、凹部形成された両側に平坦な外表面が形成されている(図3(a)参照)。
第1収容部21は、ケース側面SDに沿って上方に円筒状に直立する2個の上方突出部23,23と、ケース側面SDに離間してケース側面SDとの間に隙間を形成する2個の引掛部24,24と、ランプ部材2を保持するランプ保持部25と、を有して構成されている。上方突出部23と引掛部24は、全て、ケース側面SDに固定状態であり、収容ケース1の中心軸に対して対称位置に形成されている(図4(b))。
ここで、引掛部24は、上方突出部23と協働して、スイッチ部材3の底面を受け止める機能を果たしている。
第2収容部22は、凹部が形成されたケース底面(本体底部)BTと、ケース底面BTに連続して両側に立ち上がるケース側面(湾曲側部)SDと、前方側に直立する前壁面26と、後方側に直立する後壁面27とを有して構成されている。そして、前壁面26と後壁面27の軸方向外側には、前方保持部28と後方保持部29が形成されている。
そして、各保持部28,29には、矩形状の開口穴HOが各々形成されている。すなわち、前方保持部28と後方保持部29には、各々の頂面の一部を切欠いた矩形状の開口穴HOが形成されている。
また、後方保持部29の底面には、その底面全体を切欠いた矩形穴60が形成されている(図4(d))。この矩形穴60の両側には、スライド溝8,8が軸方向に延びて平行に形成されている。これら矩形穴60と2個のスライド溝8,8は、上下反転状態のスイッチ部材3を保持する用途で使用される。このとき、スイッチ本体部3Aの下側収納箱45を、図4(d)の矢印方向にスライドさせるが、この点については更に後述する。
図4(b)や図3(a)に示すように、第2収容部22のケース底面(本体底部)BTは、左右のケース側面SDに連続する平坦な下方面LW,LWと、下方面LWより上方に位置する上方面HGと、上方面HGを下方面LWに連絡する接続面CN,CNとで段差構成になっている。そして、接続面CNの一部が切欠かれることで係合部HKが形成されている。
図4(a)は、この関係を略記したものであり、下側ケース1Bのケース底面BTのうち、網目で示す部分が切除されることで、係合部HKが離散的に形成されている。図4(b)や図4(d)に現れる通り、この実施例では、幅方向一対の係合部HKが、ケース軸方向に離間して2箇所に形成されている。
ケース側面SDには、円周方向に延びる4個の突条PRが、ケース軸方向に離間して形成されている。ここで、4個の突条PRの突出表面は、単一電池4aの外表面に対応した曲率に形成されており、上方面HGと共に、単一電池4aを保持する機能を果たしている(図3(a)参照)。なお、図3(a)では、接続面CNや突条PRの高さを、やや大きく描いているが、接続面CNの突出高さは2mm程度であり、収容ケース1が、特に大型化することはない。むしろ、本実施例では、欠落部14を有するだけでなく、突条PRによって単一電池4aが、収容ケース1に線接触するので、単一電池4aの取り出しが容易化される。
補助アダプタSPは、図3(c)〜(e)に示す通り、単三電池4bを保持する円弧面を有する載置部30と、載置部30から下方に延びる左右一対の脚部31,31と、載置部30の先端側で上方に直立する端子保持部32と、載置部30の中央部に連続する一対の把持部33,33とを有して構成されている。なお、載置部30と把持部33は、単三電池4bに対応した曲率を有する円弧面を有している。
図3(e)に示す通り、載置部30と2本の脚部31,31とで、断面視が略Π型となる。ここで、一対の脚部31,31の離間距離は、ケース底面BTの上方面HGの幅とほぼ同一に形成されている。そのため、補助アダプタSPをケース底面BTに配置すると、一対の脚部31,31がケース底面BTの上方面HGを把持する関係になる。
また、一対の脚部31,31には、互いに対面する合計4個の突出片34が、ケース底面BTの係合部HKに対応して形成されている。そのため、補助アダプタSPを、ケース底面BTの上方面HGに配置して更に降下させると、一対の脚部31,31がやや押し広げられつつ降下した後、突出片34がケース底面BTの係合部HKに嵌合されることで、補助アダプタSPのケース底面BTへの固定が完了する。
次に、補助アダプタSPの端子保持部32には、前方保持部28や後方保持部29の開口穴HOと同一寸法の矩形状の開口穴HOが形成されている。そして、これら同一寸法の開口穴HOは、接続金具35のU字状の屈曲片BEを受け入れるよう構成されている。また、この屈曲片BEは、接続ターミナル36を受け入れるよう構成されている。
ここで、接続金具35は、バネ性を有する導体板を屈曲形成して構成され、屈曲片BEの一方側から下方に長く延びる接触片THと、屈曲片BEの他方側の平坦面FLと、平坦面FLから下方に短く延びる保持片HDとで構成されている。
接触片THは、電池のプラス端子やマイナス端子に弾発接触する部分であり、単三電池4bでも単一電池4aでも確実な接触が実現できるよう、十分な長さに設定されている。なお、保持片HDは、平坦面FLと協働して、前方保持部28や後方保持部29の頂上面を把持する機能を果たす。但し、補助アダプタSPの端子保持部32に接続金具35が挿入された場合には、その接続金具35の保持片HDは、前方保持部の開口穴HOに挿入されることになる。
次に、接続金具35の屈曲片BEに挿入される接続ターミナル36は、プラスチック材であり、操作部36aと挿入部36bとが直交状態で一体化されて構成されている。そして、挿入部36bの板厚は、U字状の屈曲片BEの隙間と同程度に設定されている。このような構成の接続ターミナル36は、理科実験では、挿入部36bに導線を巻き付けて使用される。また、2個の接続金具35の屈曲片BEは、各々、後方保持部29の開口穴HOと、前方保持部28(又は端子保持部32)の開口穴HOに挿入して使用される。
この状態で、導線を巻き付けた挿入部36bを、屈曲片BEに押し込むと、導線が屈曲片BEをU字状にやや押し広げることで、導線と接続金具35との電気接触が確実化される。
図5は、スイッチ可動部3Bの分解状態(a)及び完成状態(b)と、スイッチ本体部3Aの分解状態(c)、裏面状態(d)、及び完成状態(e)を図示したものである。スイッチ本体部3Aとスイッチ可動部3Bは、各々、固定接点板P1と、可動接点板P2を保持して構成されている。固定接点板P1と可動接点板P2は、同一形状の導体平板であり、丸穴CRが2箇所に形成されている。また、導体平板の中央位置には、幅方向に僅かに隆起した隆起爪NAが幅方向両側に形成されている。
図5(a)に示す通り、スイッチ可動部3Bは、表面側の操作片6と、裏面側の可動本体部40とを有して、プラスチック材で一体形成されている。可動本体部40は、全体として箱状に構成され、左右の側壁を切欠いた嵌合溝41と、左右の側壁を連絡する連絡平板42と、一方側の側壁に連続する巻付部43と、を有して構成されている。ここで、巻付部43は、接続配線を巻き付けて保持する用途で使用される。
嵌合溝41は、上側ケース1Aの受止部7に対応する形状を有している。すなわち、受止部7が、上側ケース1Aの表面から隆起して高架状に形成されているのに対応して、スイッチ可動部3Bには、この受止部7の外径より、やや狭い嵌合溝41が形成されている。そのため、嵌合溝41を、受止部7に押し込むことで、スイッチ可動部3Bを受止部7に確実に固定することができる。
図5(a)において、連絡平板42の下方は解放されており、可動接点板P2を受け入れて保持する接点保持部を構成している。ここで、連絡平板42の下面と、可動本体部40の底面との高低差は、接点板P1,P2の板厚に一致している。そのため、図7(a)に示すように、連絡平板42に導線を巻き付けた後、連絡平板42の下方空間に可動接点板P2を押し込むと、導線の太さに対応して可動接点板P2が連絡平板42にしっかり保持されることになる。なお、隆起爪NAは、それ以上の押し込み操作を阻止する位置決め片として機能する。
図5(c)に示す通り、スイッチ本体部3Aは、表面側の上側収納箱44と、裏面側の下側収納箱45を背中合せに一体化した形状であり、プラスチック材で構成されている。上側収納箱44は、左右の側壁から内向きに突出する円柱片46と、左右の側壁を連絡する連絡平板47と、一方側の側壁に連続する巻付部48と、を有して構成されている。この巻付部48も、接続配線を巻き付けて保持する用途で使用される。また、連絡平板47の構成も、スイッチ可動部3Bの連絡平板42の構成と同じである。
スイッチ本体部3Aの円柱片46は、スイッチ可動部3Bの嵌合溝41に対応する位置に、対応する形状で構成されている。そのため、スイッチ本体部3Aにスイッチ可動部3Bを組み付ける場合には、円柱片(係止部)46が嵌合溝(被係止部)41を受け止めて係止することになる。そして、組み付け状態では、嵌合溝41の中心、つまり、円柱片46の中心がスイッチ可動部3Bの回転中心となる。
図5(d)に示す通り、下側収納箱45は、左右の側壁の先端側に形成された円筒部50と、左右の側壁から内向きに突出する板状のスライド片51と、スライド片51に直交して箱底面から僅かに隆起する隆起ライン52と、を有し構成されている。ここで、円筒部50,50と、スライド片51,51は、各々、第1収容部21の上方突出部23,23と、引掛部24,24に対応する位置に設けられている。
一方、隆起ライン52は、下側ケース1Bの矩形穴60に収容可能な長さ寸法となっている。この隆起ライン52は、上下反転させたスイッチ部材3を、下側ケース1Bの底面に配置する場合、矩形穴60に没入されることで、スイッチ部材3を保持する機能を果たす。
また、円筒部50の内径は、上方突出部23の外径よりやや大径に形成されている。そのため、スイッチ部材3を第1収容部21に配置する場合に、スイッチ部材3を降下させると、上方突出部23,23に円筒部50,50が外嵌されることになる。なお、上方突出部23,23がケース側面SDに固定されているので、所定位置まで降下したスイッチ部材3は、それ以上の降下操作が阻止される。なお、この阻止状態では、引掛部24,24の上面には、スライド片51,51の下面(図5(d)では上面)が当接している。
ところで、下側ケース1Bの基端部に形成された2つのスライド溝8は、下側収納箱45の深さやスライド片51,51の構成に対応して形成されている。そのため、図5(d)の状態に反転させたスイッチ本体部3Aを、下側ケース1Bの後方に配置して、図5(d)の矢印方向に移動させると、スライド片51,51がスライド溝8の中をスライド移動する。このとき、スイッチ本体部3Aの隆起ライン52は、下側ケース1Bの外表面に乗り上げてスライド移動し、最終的に矩形穴60に没入されることで、スイッチ本体部3Aが下側ケース1Bに固定可能となる。
そして、このとき、スイッチ可動部3Bがスイッチ本体部3Aと一体状態であれば、可動接点板P2と固定接点板P1とが近接した位置関係となる。そのため、内部配線を完了した状態で、可動接点板P2と固定接点板P1を各種の物質に押し当てれば、この理科教材がテスタとして機能することになる。
一方、スイッチ可動部3Bをスイッチ本体部3Aから分離させ、分離したスイッチ可動部3Bの嵌合溝41を受止部7に嵌合させると、可動接点板P2と固定接点板P1との離間距離がかなり広がるので、大型の物質の導通テスタを片手で実行することができる。
そして、いずれの態様の導通テストでも、基端側に配置される可動接点板P2及び固定接点板P1に対して、ランプ部材2は先端側で点灯するので、その明るさの違いについても、確実に把握することができる。
続いて、以上の構成を有する実施例の理科教材の使用方法を説明する。図6(a)〜図(b)は単一電池を使用する場合であり、後方保持部29の開口穴HOに、接続金具35の屈曲片BEを挿入するとともに、前方保持部28の開口穴HOにも接続金具35の屈曲片BEを挿入する。また、ランプ部材2をランプ保持部25に配置する。
次に、ランプ配線の導線を挿入部36bに巻き付けた接続ターミナル36と、接続配線の導線を挿入部36bに巻き付けた接続ターミナル36を、各々、前方保持部28と後方保持部29の開口穴HOに位置する屈曲片BEに押し込む。
この結果、電気配線が完了するので、あとは、2本の接続配線の導線を色々な物質に押し当てることで、ランプが点灯するか否かを実験することができる。
一方、図6(c)〜図6(d)は、単三電池を使用する場合を示している。この場合には、補助アダプタSPを第2収容部22のケース底面BTに配置し、端子保持部32の開口穴HOに接続金具35の屈曲片BEを挿入する。その後の手順は、第一電池を使用する場合と同じであり、小学校低学年の生徒でも問題なくランプ実験をすることができる。
次に、同じ理科教材を使用する導通実験(テスタ実験)について、図7に基づいて説明する。なお、理科教材を懐中電灯として組み立てる場合の組立方法は、図7(c)に示す通りである。そして、この組立状態で、スイッチ部材3を収容ケース1から取り出すと、図7(b)に示すスイッチ実験をすることができる。
また、図7(a)に示す状態で、スイッチ部材3をスイッチ本体部3Aと、スイッチ可動部3Bに分離すると、2つの接点板P1,P2をテスタ端子として使用することができる。
また、片手で導通実験をしたい場合には、図7(d)に示すように、組立状態のスイッチ部材3を反転させて、スイッチ本体部3Aのスライド片51を、下側ケース1Bのスライド溝8に挿入すれば良い。この場合には、2つの接点板P1,P2が近接しているので、小さな物質の導通実験をすることができる。
大型の物質について導通実験したい場合には、スイッチ本体部3Aからスイッチ可動部3Bを分離し、スイッチ可動部3Bの嵌合溝41を、上側ケース1Aの受止部7に嵌合させる。この場合には、2つの接点板P1,P2の離間距離が確保されるので、比較的大きな物質でも片手で導通実験をすることができる。しかも、ランプ部材2の点灯状態を直接的に観察することもできる。
1 収容ケース
3 スイッチ部材
3A スイッチ本体部
3B スイッチ可動部
7 受止部
8 受入部
51 スライド片(当接部)
46 円柱片(係止部)
41 嵌合溝(被係止部)
25 ランプ保持部
P1 本体接点
P2 可動接点

Claims (5)

  1. 本体接点を保持するスイッチ本体部、及び、可動接点を保持するスイッチ可動部に分離可能なスイッチ部材と、スイッチ部材を収容可能な収容ケースと、を有して構成される理科教材であって、
    スイッチ本体部は、収容ケース内部への収納時に、収容ケースの一部に当接される当接部と、スイッチ可動部を係止する係止部と、を有する一方、スイッチ可動部は、前記係止部に係止される被係止部を有して構成され、
    収容ケースは、前記当接部を受け入れ可能に形成された受入部と、前記被係止部を受け止め可能に形成された受止部と、を有して構成されることを特徴とする理科教材。
  2. 受入部及び受止部が、収容ケースの長さ方向の一端側に配置される一方、ランプを保持するランプ保持部は、収容ケースの他端側に配置されている請求項1に記載の理科教材。
  3. スイッチ本体部の当接部は、収容ケース内部への収納状態で、収容ケースの長さ方向に延びている一方、
    収容ケースの受入部は、当接部が挿入される開口溝を有して構成されている請求項1又は2に記載の理科教材。
  4. 収容ケースの受止部は、スイッチ可動部の被係止部を受け止める突条で形成されている請求項1〜3の何れかに記載の理科教材。
  5. スイッチ本体部は、係止部を有する第1収納部と、当接部を有する第2収納部とが一体化されて構成され、第2収納部の底面には、当接部の延設方向に直交する隆起ラインが設けられる一方、収容ケースには、隆起ラインを受け入れる受入穴が形成されており、収容ケースが、スイッチ本体部の当接部を受け入れると、隆起ラインが、収容ケースの外周面を乗り越えて受入穴に収容されるよう構成されている請求項1〜4の何れかに記載の理科教材。
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