JPS6131187A - 光エネルギ−で動く羽根車玩具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目的〕 産業上の利用分野 この発明は大気中において光エネルギーにより回転する
羽根車の玩具に関する。

従来の技術 光を羽根車に照射することにより、光のエネルギーを機
械的回転のエネルギーに変換する装置としては、第１２
図に示した１８７３年にＣｒｏｏｋｅｓが発明したラジ
オメータという装置がある（例えば、真島正市、磯部孝
「計測学通論」（１９８３．３）東京大学出版会、Ｐ１
９８）。これは透明な高真空球の中に垂直軸型羽根車を
入れたものである。各羽根は平板であり、その板面は鉛
直面内にある。そして羽根の一面のみ黒い煤を塗り、他
面は白いかピカピカの反射面にしてある。光が羽根にあ
たると黒い面の温度が他面より上昇し、黒い面に当たる
分子は温められ、運動量が増加する。この運動量の増加
は分子が羽根に衝突し反発するさいに起るから、羽根に
圧力が正じ黒い面が押されるような形で羽根車の回転が
起る。ラジオメータは現在光により回転する羽根車玩具
として用いられている。

発明が解決しようとする問題点 上述のラジオメータは極めて軽い羽根車しか回転せず、
得られる回転のパワーも小さいという欠点がある。また
羽根車が回転しつづけるためには、球内が高い真空に保
たれている必要があり、大気圧にすると回転しないとい
う欠点がある。そして真空中の気体分子の平均自由行程
が球の寸法と同程度でないといけないので大きな羽根車
（例えば数ｍ）を作ることは困難である。

本発明は、従来のものがもつ上述の欠点を一掃するもの
であり、大気中で作動可能で、回転のパワーが大きく、
そして寸法数ｍにも及ぶ大きな羽根車をも可能とならし
めた、光エネルギーにより直接機械的回転運動を起こす
羽根車の玩具を提供することを目的とする。

〔構成〕

問題点を解決するための手段 第１図は、本発明の第１実施例を示す斜視図である。傾
斜させた何枚かの羽根１により羽根車を作り、垂直軸に
回動自在に軸支する。従来のラジオメータは第１２図に
示すように、羽根は傾斜せずに垂直である。第１図では
羽根の枚数は８枚で示したが、８枚に限定するものでは
ない。羽根は紙、プラスチツク、アルミフオイル、その
他の軽い材料でつくる。そして軸受けまさつは小さく作
る。

この手段により、本発明の羽根車玩具は光エネルギーを
受けて、大気中で従来よりもずつと力強く回転する。

作用 水平面に対する羽根の傾きの角度を第２図に示すように
θとすると、羽根車の角速度は第３図に示したようにな
り、θに依存する。またトルクおよび軸出力（＝トルク
×角速度）のθ依存性は、それぞれ第４図および第５図
に示した。θ＝９０°およびその近傍の角度においては
、回転は起らず単に微小角度の左右への振れとなる。ラ
ジオメータの羽根はθ＝９０°に作られているので、そ
の羽根車を大気中に置けば左右にかすかにふれるのみで
回転は起らないということになる。それでは、ラジオメ
ータはその羽根を傾けてやれば大気中で回転するかとい
うとやはり左右への振動が起るのみで殆んどだめである
。その羽根を第１図、第６図および第９図に示すように
長くすることと、羽根の枚数を第１２図のそれよりふや
す必要がある。そして螺旋に配置することである。

第３図、第４図および第５図に示したように、θが３０
°付近および１５０°付近において最大の角速度トルク
および軸出力が得られる。この場合、羽根の片面の光反
射率を大きくし、他面の光吸収率を大きくしてもよく、
あるいは両面とも同一状態の面にしてもよろしい。第１
図では、θ≒４５°の場合の羽根車を図示してあるが、
この場合は時計の針と同方向に回転することになる。θ
＜９０°では時計方向、θ＞９０°では反時計方向の回
転となる。

真空中の気体分子の平均自由行程は、真空度によるが実
際のラジオメータの場合、数ｃｍ程度である。これに対
し大気中での平均自由行程は、１０−４ｍｍ程度である
。従つて光照射したとき、羽根の表面から１０−４ｍｍ
程度の距離内に運動量の大きい分子からなる沿面層が発
生する。そして羽根の傾き角θが９０°でないときに羽
根の両面での圧力差が起り回転運動が起るものと考えら
れる。

この回転のトルクと軸出力は、第４図および第５図に示
すように、θが３０°付近および１５０°付近のところ
で最大になることが実験により得られたわけであり、従
つて、羽根車はθが３０°付近と、１５０°付近にして
おくと光エネルギーを回転のエネルギーに変える変換効
率がよい。玩具に応用する場合は、角度はこれほど厳密
に考える必要はなく、２０°〜７０°および１１０°〜
１６０°の範囲内にあればよく、またこれらの角度範囲
内でいろんな角度をあわせもつ羽根により羽根車をつく
つてさしつかえない。

第６図は本発明第２実施例の斜視図である。羽根のどん
な位置にも飾りもの４をつけてよいことの例として図示
したものである。図のように電気スタンドのそばにおい
て、飾り羽根車の回転を楽しむことができる。この羽根
車の羽根は、いろんな傾き角θをあわせもつ形状である
。

第７図は本発明第３実施例の斜視図であり、羽根車を支
持具６により電灯の下などの空間につるすようにした構
造の玩具を示している。

第８図は本発明第４実施例の斜視図であり、羽根車９に
ぢかにひも７をつけてつるした場合の羽根車玩具を示し
ている。この方法ではひもの弾性により羽根は左右の交
互の回転となる。羽根車９には飾り８をつるすことが可
能である。

第９図は本発明第５実施例の斜視図であり、子供の背た
けほどの大きな羽根車も可能であることを示している。

もちろんこれより大きいものも可能である。第９図の筒
は透明である。その筒にらせん状の羽根１が設けてある
。この羽根車全体を第１０図に示すような透明カバーに
入れてもよい。

第１０図は本発明第６実施例の斜視図である。

下部に通気のための孔１１をもち上端開口の透明カバー
１０の中に回動自在に羽根車を設けてある。透明カバー
１０は風の影響を防ぎ、上昇気流を強める作用をしてい
る。

第１１図は本発明第７実施例の羽根の縦断面図であり、
（ａ）〜（ｆ）は羽根のいろんな形を示している。この
ほかいろんな変形が考えられるが、全体の平均としてみ
て傾斜を持つような形ならばいかなる形でも光エネルギ
ーにより回転する。

以上述べた本発明の羽根車玩具は、窓ぎわに置くと雨や
曇りの日ですら、明るければ自然光によつて回転する。

〔効果〕

発明の効果 本発明の光エネルギーで回転する羽根車玩具は、以下に
記す（１）〜（６）の効果を有する。

（１）真空球をつくる必要がないので、その分だけ製造
が簡単となる。

（２）本発明の羽根車の方法を使えば、ラジオメータよ
りもはるかに大きな羽根車が可能となる。

大きいほどトルクと軸出力が大きくなるので、従来のも
のより格段に大きなトルクと軸出力のものが得られる。

演出効果も大きくなるという効果がある。

（３）羽根の材質と形は、かなりな多様性が許されるの
で、多様な形状の飾り羽根車ができ、玩具としては大き
な効果がある。

（４）通常の電気スタンド（４０Ｗ）のそばにて十分回
転運動が起り、また曇りや雨の日といえど明るい窓際で
は放射により十分回転するという効果がある。この場合
光源の方向、位置はどこでもよい、という効果がある。

（５）風も回転に寄与するので、風エネルギーも併用で
きるという効果がある。

（６）比較的低い温度でメカニカルな回転運動を起こす
ユニークな一種の熱機関としての教育玩具的効果もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例でその斜視図、第２図は羽
根車の羽根の傾斜角θを示す図、第３図は角速度のθ依
存性を示す図（ 実験データ）、第４図はトルクのθ依存性を示す図（実
験データ）、第５図は軸出力（＝トルク×角速度）のθ
依存性を示す図（実験データ）、第６図は本発明第２実
施例でその斜視図、第７図は本発明第３実施例でその斜
視図、第８図は本発明第４実施例でその斜視図、第９図
は本発明第５実施例でその斜視図、第１０図は本発明第
６実施例でその斜視図、第１１図は本発明第７実施例で
羽根の縦断面図、第１２図は従来のラジオメータの斜視
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 傾斜した羽根をもつことにより、大気中で光エネルギー
   を機械的回転エネルギーに変える、垂直軸型の羽根車玩
   具。