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視覚的力表示装置並びに視覚的力理科教材及び科学玩具 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P110005247
整理番号 P08-008U1
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2009-049896
公開番号 特開2010-085387
登録番号 特許第5311476号
出願日 平成21年3月3日(2009.3.3)
公開日 平成22年4月15日(2010.4.15)
登録日 平成25年7月12日(2013.7.12)
優先権データ
  • 特願2008-229348 (2008.9.8) JP
発明者
  • 伊東 明彦
  • 渡辺 一博
出願人
  • 国立大学法人宇都宮大学
発明の名称 視覚的力表示装置並びに視覚的力理科教材及び科学玩具 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】力の大きさと向きの両者を視覚的に認識できる理科教材として視覚的力表示装置を提供する。
【解決手段】3軸加速度センサ20Aと、加速度センサ20Aで検出された3軸方向の加速度情報にノイズ除去処理を施すフィルタ・アンプ回路30と、加速度情報に基づいて表示情報を生成するコントローラ40と、表示情報基づいて3軸方向に作用する力の向きと大きさを表示するx,y及びz軸表示器とを有する表示部50を備える視覚的力表示装置10であって、フィルタ・アンプ回路30は、z軸加速度情報に適用するカットオフ周波数fzを、x軸およびy軸加速度情報に適用するカットオフ周波数fx、fy(fx=fy)よりも小さくする。さらに、視覚的力表示装置10がy軸の周りにのみ傾くことを許し、重力をx軸およびz軸成分に分解して表示する。
【選択図】図2

従来技術、競合技術の概要


学校教育の現場において、理科離れが叫ばれている。その理由の一つとして、理科で扱われる事柄の中には、視覚的に認識できないものがあることが掲げられる。一例として、力の概念がある。つまり、力は目に見えないために、大きさ、向きを視覚的に捉えることができず、中高生にとって難解なものの一つとなっている。したがって、教育現場において、物体に作用している力の大きさ及び向きを視覚化できる教材が求められている。



直交する2軸(又は3軸)の加速度を加速度センサにより検出し、基準方向と重力加速度とのなす角度、つまり傾斜角を求める傾斜センサは種々提案されている(特許文献1、特許文献2)。

産業上の利用分野


本発明は、物体に作用している力の大きさと向きを視覚的に認識できる装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
x軸方向の加速度と、前記x軸方向と直交するz軸方向の加速度とを検出する加速度センサと、
前記加速度センサで検出された前記x軸方向の加速度情報ax及び前記z軸方向の加速度情報azにノイズ除去処理を施すフィルタと、
前記フィルタでノイズ除去処理された前記加速度情報axに基づいて表示情報dxを生成し、前記フィルタでノイズ除去処理された前記加速度情報azに基づいて表示情報dzを生成するコントローラと、
前記表示情報dxに基づいて前記x軸方向に作用する力の向きと大きさを表示するx軸表示器と、前記表示情報dzに基づいて前記z軸方向に作用する力の向きと大きさを表示するz軸表示器とを有する表示手段と、を備え、
前記フィルタは、
前記加速度情報azに適用するカットオフ周波数fzが、前記加速度情報axに適用するカットオフ周波数fxよりも小さく、
前記コントローラは、前記表示情報dzと大きさが同じで向きが逆の表示情報dz’を生成し、
前記z軸表示器は、前記表示情報dz及び前記表示情報dz’の両者を表示することを特徴とする視覚的力表示装置。

【請求項2】
鉛直を指すz軸方向の加速度と、前記z軸方向と直交するx軸およびy軸方向の加速度とを検出する3次元加速度センサと、
前記加速度センサで検出された前記x軸方向の加速度情報ax、前記y軸方向の加速度情報ay及び前記z軸方向の加速度情報azにノイズ除去処理を施すフィルタと、
前記フィルタでノイズ除去処理された前記加速度情報axに基づいて表示情報dxを生成し、前記フィルタでノイズ除去処理された前記加速度情報ayに基づいて表示情報dyを生成し、前記フィルタでノイズ除去処理された前記加速度情報azに基づいて表示情報dzを生成するコントローラと、
前記表示情報dxに基づいて前記x軸方向に作用する力の向きと大きさを表示するx軸表示器と、前記表示情報dyに基づいて前記y軸方向に作用する力の向きと大きさを表示するy軸表示器と、前記表示情報dzに基づいて前記z軸方向に作用する力の向きと大きさを表示するz軸表示器とを備え、
前記フィルタは、
前記加速度情報azに適用するカットオフ周波数fzが、前記加速度情報axおよびayに適用するカットオフ周波数fxおよびfyよりも小さく、
前記コントローラは、前記表示情報dzと大きさが同じで向きが逆の表示情報dz’を生成し、
前記z軸表示器は、前記表示情報dz及び前記表示情報dz’の両者を表示することを特徴とする視覚的力表示装置。

【請求項3】
前記コントローラは、
重力のx軸方向の成分cxを、重力のz軸方向の成分azに基づいて定めることを特徴とする請求項1又は2に記載の視覚的力表示装置。

【請求項4】
請求項1~請求項のいずれかに記載の視覚的力表示装置からなる視覚的理科教材。

【請求項5】
請求項1~請求項のいずれかに記載の視覚的力表示装置からなる視覚的科学玩具。
産業区分
  • 測定
  • 運動娯楽用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009049896thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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