JPH0768058A - 玩具用感温作動制御素子及びそれを用いた作動制御ユニ ット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化により作動の始動−停止及び作動の
無段階的制御を可能とする玩具用作動制御素子及び作動
制御ユニットを提供する。 【構成】 低電圧の印加による駆動、発音、発光等の作
動をする負荷３の回路に直列に、０℃〜５０℃の温度域
で電気抵抗の温度係数が正の値を示し、電気抵抗値が０
℃〜１０℃の温度域で１０Ω未満、且つ５０℃と１０℃
の電気抵抗値の差が１０Ω以上、且つ５０℃で３０Ω以
上の要件を満たす正特性抵抗体を適用することにより作
動制御素子１を構成、前記素子１を特定の支持体５に取
付けて作動制御ユニット２を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は玩具用感温作動制御素子
及びそれを用いた玩具用作動制御ユニットに関する。詳
細には、低電圧の印加による駆動、発音又は発光等の作
動をする負荷の回路に特定の抵抗体を直列に接続して、
前記負荷への入力電圧を温度変化により変化させて、作
動の始動−停止及び作動の無段階的制御を可能に構成し
た玩具用感温作動制御素子及びそれを用いた玩具用作動
制御ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工業分野において、ＰＴＣ（正特
性サーミスタ）が特定の臨界値を超える温度域において
電気抵抗値が急激に増大することを利用して、ＰＴＣを
電流の遮断を行なうスイッチとして適用する提案が幾つ
か開示されているが、玩具分野において玩具要素の作動
を温度変化によって制御するためにＰＴＣを効果的に活
用する具体的な提案は未だ開示されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は感温玩具分野
において、ＰＴＣのもつ特性を有効活用し、水、冷水、
氷片、温水等の冷熱又は熱媒体や雰囲気温度等による温
度変化によって、玩具要素の作動の始動−停止、作動の
無段階的制御機能を効果的に発現させ、その機能を繰り
返し安定的に持続でき、更には、繁雑な電気回路を要さ
ず、組み付け加工も簡易であり、使用時のトラブルも発
生させない新規な玩具用感温作動素子及びそれを用いた
作動制御ユニットを提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は低電圧の印加に
よる駆動、発音、発光等の作動をする負荷の回路に抵抗
体を直列に接続して、前記負荷への入力電圧を温度変化
により変化させて、前記負荷の作動の始動−停止及び作
動の無段階的制御を可能に構成した素子であって、前記
抵抗体が０℃〜５０℃の温度域で電気抵抗の温度係数が
正の値を示して急勾配の抵抗値の増大を示す正特性の抵
抗体であり、電気抵抗値が０℃〜１０℃の温度域で１０
Ω未満、且つ５０℃と１０℃の値の差が１０Ω以上、且
つ５０℃で３０Ω以上の要件を満たす正特性抵抗体であ
ることを特徴とする玩具用感温作動制御素子及び前記正
特性抵抗体が支持体に取り付けられて構成された作動制
御ユニットを要件とする。更には、前記正特性抵抗体が
チタン酸バリウム系半導体であること、前記正特性抵抗
体の表面に熱変色層を設けた玩具用感温作動制御素子を
特徴とする。更には、支持体がシート状又は板状又は容
器状の部材、点状または線状の接触面をもつ部材等から
なること、前記支持体の表面に熱変色層を設けた作動制
御ユニットを特徴とする。更には、前記熱変色層は負荷
の作動に応じて変色する熱変色層であることを特徴とす
る。

【０００５】前記において、正特性抵抗体は具体的に
は、チタン酸バリウム系焼結半導体（稀土類元素をドー
プして半導体化したもの、更にはストロンチウム等の元
素で置換したもの等）、有機プラスチック系（例えば、
低融点の結晶性プラスチック中にグラファイト等の導電
性微粉末がブレンドされたもの）等を挙げることができ
る。なかでも、低温域で正特性を示して抵抗値が顕著に
増大変化し、安定的に繰り返し機能を発現させるチタン
酸バリウム系焼結半導体が好適である。前記抵抗体は、
概ね０．０５ｃｍ² 〜２０ｃｍ² （片面の面積）、且つ
厚みが０．０５ｃｍ〜１ｃｍ（好ましくは０．５ｃｍ以
下）の大きさのものが玩具用として実用性を満足させ
る。一方、前記より大面積且つ大容積の系では低電圧の
印加での応答性が劣り、玩具機能を満足させ難い。玩具
における駆動用モーター、発音用ブザー、発光用ランプ
等の負荷は、通常、乾電池等バッテリーによる１．２Ｖ
〜２０Ｖ程度の直流電源の印加により作動できるよう設
計されている。前記電圧の印加は電池等バッテリーに限
らず、ＡＣ−アダプターを接続して交流電源より変換し
てもよい。尚、前記電源のＯＮ−ＯＦＦスイッチは別に
設けることができる。

【０００６】本発明の作動制御素子は、前記電圧の印加
による負荷の始動−停止及び、作動状態の無段階的制
御、例えばモーターの回転速度の遅速や発音、発光の強
弱等を温度変化により効果的に制御できるよう構成され
ている。前記機能を満たすために素子を構成する抵抗体
は、（イ）０℃〜５０℃の温度域で電気抵抗の温度係数
が正の値を示して急勾配の抵抗値の増大を示す正特性の
抵抗体であることが必要である。玩具においては、５０
℃を超える温度域での作動制御は安全面で危険性があ
り、５０℃以下の温度域で作動制御できることが要求さ
れ、一方、０℃以下の温度域での制御は玩具向けに実用
性を満たす手軽な冷熱媒体がない。従って、水、冷水、
氷片、温水等の適用や、室温変化等の雰囲気温度で負荷
の作動を有効且つ効果的に制御させるために、前記要件
の抵抗体が必須である。更に、（ロ）電気抵抗値が０℃
〜１０℃の温度域で１０Ω未満、好ましくは、５Ω以下
であることを要件とする。即ち、前記温度域で負荷の作
動が最高のパワー状態であるか、少なくとも始動状態に
あることが要求される。更には（ハ）５０℃と１０℃の
電気抵抗の差が１０Ω以上（好ましくは１５Ω以上）の
要件は、前記温度域が熱又は冷熱媒体や雰囲気温度等に
よる温度変化で多様に抵抗値を変化させ得る温度域であ
って、抵抗値の変化により負荷への入力電圧を変化させ
て、負荷の作動を無段階的に効果的に変化させるために
抵抗値が適正な勾配をもって変化することが要求され
る。更には、（ニ）５０℃で３０Ω以上の要件は、該温
度で負荷の作動を完全に停止状態とするために要求され
る。本願発明の素子は前記した、（イ）、（ロ）、
（ハ）、（ニ）の要件を全て満たすことによって、玩具
用として有効且つ効果的に機能する。

【０００７】図２に、前記した要件を具体的に満たす正
特性抵抗体（試料Ａ、Ｂ）について温度変化による電気
抵抗値の変化の関係を示す。試料Ａ、Ｂはいずれもチタ
ン酸バリウムの焼結体からなる半導体（大きさ：１５ｍ
ｍφ×１ｍｍ厚み、両面には、導電性層が形成されてい
て電極を構成）である。図３は、３Ｖ（１．５Ｖ乾電池
２個の直列配置）の電圧印加により回転可能に構成した
負荷〔マブチＦＡ−１３０型のモーター（０．５Ａ）に
７４ｍｍφのプロペラを回動可能に接続〕の回路に前記
試料を直列に接続し、試料の温度を変化とプロペラの回
転速度の変化を光学的タコメーターにより室温下（２６
℃）で測定した値を示すグラフである。前記図２に示す
温度変化と抵抗値、図３に示す温度変化とモーターの回
転数の関係はそれぞれ相関しており、試料Ａを適用した
系では、抵抗値が３０Ωを示す３０℃でモーターの回転
は停止し、それ以下の温度域では抵抗値の減少につれ
て、モーターの回転速度が上昇し、１０℃以下から０℃
の温度域で回転速度は最大値に近づく。一方、試料Ｂを
適用した系では、４５℃で抵抗値は３０Ωであり、モー
ターの作動は停止し、以下の温度域では抵抗値に応じた
回転速度を示し、試料Ａと同様な挙動を示す。前記例の
試料に限らず、目的に応じて、前記（イ）、（ロ）、
（ハ）、（ニ）の要件を兼備する正特性の抵抗体が適
宜、選択され、有効に機能する。

【０００８】次に、第２の発明である作動制御ユニット
２について説明する。前記ユニットは前記した素子１を
支持体５に取り付けて構成してなり、玩具要素への組み
付け加工性、使い勝手の便宜性、作動時間や始動−停止
を制御するタイマー機能を付加させる等の面で有効に機
能する。前記した支持体は、アルミニウム、銅等の金属
材、プラスチック材、布帛、無機質材等、目的に応じて
適用される。玩具を構成する一部の要素を支持体として
もよい。以下、図４〜図８により本発明ユニット２を具
体的に説明する。図４は、板状乃至シート状支持体５に
素子１を密接状に配備、図５は容器状支持体５の底壁に
素子１を密接状に配備し、底部に冷熱又は熱媒体を排出
させる孔６を配設、図６はアルミニウム等の伝熱性容器
の外面に素子１を密接状に配備、図７は点状支持体にて
素子１の端部を支持、図８は線状支持体に素子１を密接
してなり、それぞれリード線４を接続して通電可能に構
成されたユニットを示す。前記した素子１の表面及び／
又は支持体５の表面には作動に応じて変色する熱変色層
７を設けることができる。具体的には前記熱変色層７は
作動開始時または作動停止時にそれぞれ変色点を有し
て、発、消色するよう構成したもの、作動状態の変化に
より色変化するよう複数の変色点をもつ熱変色材をブレ
ンドして構成したもの等が挙げられる。前記において板
状乃至シート状支持体５の系は、冷熱、熱媒体等への接
触性を高めのに便宜であり、或いは 外気温度に曝して
外気温度に感応させて作動させる用途に好適である。容
器状支持体５の系は、冷水、氷片等の冷熱媒体を充填さ
せて始動させ、自然放置による温度上昇により作動を制
御させるの有効であり、また、温水を充填して、作動停
止状態から自然放冷により作動を開始し、室温下で作動
状態を維持させるよう構成できる。又、前記容器の底壁
に孔６を設けた系は、冷熱又は熱媒体の排出をコントロ
ールすることにより素子を温度変化させてタイマー的機
能を付与できる。

【０００９】

【作用】本発明の素子は、低電圧（１．２Ｖ〜２０Ｖ程
度）の印加で作動する玩具用として有効に機能し、前記
した（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）の各要件を満たす
ことにより負荷への入力電圧を温度変化により変化させ
て、負荷の作動の始動−停止、及び作動状態を０℃〜５
０℃の温度域で確実に制御できる機能を果たす。即ち、
５０℃の温度では、玩具の負荷の作動を停止させるに足
る３０Ω以上の抵抗値を示して負荷の作動を確実に停止
させる。一方、１０℃以下〜０℃の温度域で１０Ω（よ
り実効的には５Ω以下）以下の抵抗値を示して負荷への
入力電圧の抑制を小となして最大限に負荷を作動させ、
少なくともこの温度域で負荷は始動状態にある。１０℃
〜５０℃の温度域では抵抗値の勾配が急であり、抵抗値
の温度変化に応じた入力電圧を負荷に与え、それに応じ
た作動状態を発現させる。前記本発明の素子を支持体に
取り付けた作動制御ユニットは、前記した素子による作
用を玩具要素として効果的に発現させるのに機能する。
前記支持体が板状乃至シート状の系では、冷熱又は熱媒
体へ接触させて、素子への温度変化を与える上で便宜で
あり、容器状の支持体の系では、動作時間のコントロー
ル等の面で有効に機能する。点状又は線状支持体の系で
は、素子自体の露出度が大であり、支持体との接触面積
が少なく、支持体の温度による影響を受けず、高感度の
応答性を示す。 前記素子及び／又は支持体に、負荷の
作動に応じて熱変色する熱変色層を設けた系では、負荷
の作動の始動−停止や作動状態を色変化により視覚で
き、玩具性の一層の向上に寄与する。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）（図４参照） チタン酸バリウム系焼結半導体（１５ｍｍφ×1mm 厚
み）の両面に導電メッキ層が形成された試料Ｂを素子１
として用い、４ｃｍ×５ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのアルミ
ニウム板５に接合して、該素子１の非接合面の導電メッ
キ層を一方の電極とし、アルミニウム板に対極を設けて
リード線４を接続して作動制御ユニット２が構成され
る。 前記支持体５の表裏両面には作動に応じて変色す
る熱変色層７が設けられる。 （実施例２）（図５参照） プラスチック製透明容器の内面に素子１（試料Ａ）を接
合し、前記同様、リード線４を接続して通電可能となし
て、作動制御ユニット２が構成される。前記容器５の内
面には作動に応じて変色する熱変色層７が設けられる。 （実施例３）（図６参照） アルミニウム製容器５の外面に素子１（試料Ａ）を接合
し、前記同様、リード線４を接続して通電可能となし、
作動制御ユニット２を構成した。前記容器５の外面には
作動に応じて変色する熱変色層７が設けられる。尚、熱
変色層７は、従来より公知の電子供与性呈色性有機化合
物、電子受容性化合物及び前記両者の呈色反応を可逆的
に生起させる有機化合物媒体の３成分を含む熱変色性材
料又は前記成分の樹脂固溶体の微粒子の形態の熱変色性
を示す熱変色性材料（ 例えば、特公昭５１−４４７０
６号公報、特公昭５１−４４７０８号公報、特公平１−
２９３９８号公報等）をバインダーに分散状態に固着さ
せた層である。

【００１１】

【発明の効果】本発明玩具用作動制御素子は、０℃〜５
０℃の温度域で負荷への入力電圧を温度変化により変化
させ、負荷の作動の始動−停止機能を有し、更には前記
温度範囲で作動状態を無段階的に制御できる。作動に応
じて変色する熱変色層を設けることにより色変化による
視覚の妙味に加えて作動が連動し玩具的効果大である。
前記素子を支持体に取り付けて構成した作動ユニット
は、実用的便宜を図ると共に玩具的機能を更に高める。
例えば、容器状支持体の系では、該容器に充填した冷
水、氷片等の冷熱媒体、或いは温水等の経時温度変化に
よって、作動状態を制御できる。又、前記容器の底部等
に溶媒の排出孔等を設けることにより、タイマー的作動
制御を可能にすることができる。本発明における素子
は、前記した如き身近に存在する冷熱又は熱媒体、或い
は外気温度等の雰囲気温度変化により作動を制御でき、
繰り返しの実用に際して、機能を安定的に持続でき、玩
具的要件を満たす。更には、複雑な電子回路を要さず、
比較的、簡易に組み付けが可能であり、モーターを駆動
源として作動する、ロボット玩具、動物玩具、ミニカー
玩具その他の走行玩具、船玩具、注水等で開花する花玩
具、発音、発光玩具等に感温作動機能を付加した玩具と
して多様に応用展開される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明玩具用作動制御素子又は作動制御ユニッ
トの負荷への接続回路図である。

【図２】本発明玩具用作動制御素子の温度変化による電
気抵抗値の変化を示すグラフである。

【図３】本発明玩具用作動制御素子を接続した系におけ
る、前記素子の温度変化によるモーターの回転数の変化
を示すグラフである。

【図４】本発明玩具用作動制御ユニットの一実施例の縦
断説明図である。

【図５】本発明玩具用作動制御ユニットの他の実施例の
縦断説明図である。

【図６】本発明玩具用作動制御ユニットの他の実施例の
縦断説明図である。

【図７】本発明玩具用作動制御ユニットの他の実施例の
縦断説明図である。

【図８】本発明玩具用作動制御ユニットの他の実施例の
縦断説明図である。

【符号の説明】

１ 作動制御素子 ２ 作動制御ユニット ３ 負荷 ４ リード線 ５ 支持体 ６ 孔 ７ 熱変色層

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低電圧の印加による駆動、発音、発光等
   の作動をする負荷の回路に抵抗体を直列に接続して、前
   記負荷への入力電圧を温度変化により変化させて、前記
   負荷の作動の始動−停止及び作動の無段階的制御を可能
   に構成した素子であって、前記抵抗体が０℃〜５０℃の
   温度域で電気抵抗の温度係数が正の値を示して急勾配の
   抵抗値の増大を示す正特性の抵抗体であり、電気抵抗値
   が０℃〜１０℃の温度域で１０Ω未満、且つ５０℃と１
   ０℃の値の差が１０Ω以上、且つ５０℃で３０Ω以上の
   要件を満たす正特性抵抗体であることを特徴とする玩具
   用感温作動制御素子。
2. 【請求項２】 低電圧の印加による駆動、発音、発光等
   の作動をする負荷の回路に直列に接続して、前記負荷へ
   の入力電圧を温度変化により変化させて、前記負荷の作
   動の始動−停止及び作動の無段階的制御を可能に構成し
   た作動制御ユニットであって、抵抗体が０℃〜５０℃の
   温度域で電気抵抗の温度係数が正の値を示して急勾配の
   抵抗値の増大を示す正特性の抵抗体であり、電気抵抗値
   が０℃〜１０℃の温度域で１０Ω未満、且つ５０℃と１
   ０℃の値の差が１０Ω以上、且つ５０℃で３０Ω以上の
   要件を満たす正特性抵抗体であり、前記抵抗体が支持体
   に取付けられて構成されたことを特徴とする玩具用感温
   作動制御ユニット。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の正特性抵抗
   体は、チタン酸バリウム系半導体である。
4. 【請求項４】 正特性抵抗体の表面に熱変色層が設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の玩具用感温作
   動制御素子。
5. 【請求項５】 正特性抵抗体の表面及び／又は支持体の
   表面には、熱変色層が設けられていることを特徴とする
   請求項２記載の玩具用感温作動制御ユニット。
6. 【請求項６】 熱変色層は負荷の作動に応じて変色する
   請求項５記載の玩具用感温作動制御ユニット。
7. 【請求項７】 支持体はシート状又は板状部材からなる
   請求項２又は５記載の玩具用感温作動制御ユニット。
8. 【請求項８】 支持体は容器状の部材からなる請求項２
   又は５記載の玩具用感温作動制御ユニット。
9. 【請求項９】 支持体は点状又は線状の接触面をもつ部
   材からなる請求項２又は５記載の玩具用感温作動制御ユ
   ニット。