多軸式太陽軌跡追跡経緯儀
【課題】太陽の方位角、仰角及び軌跡を正確に観測及びシミュレートすることができる多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を提供する。
【解決手段】上縁に開口部２１を有する箱体２と、仰角目盛りを有し、透明の半球カバーであり、箱体２の開口部２１周縁を被覆する天幕カバー１と、中空であり、両側に箱体２と接続される枢着軸３１が設けられる第１の位置決めリング３と、扇形の中空であり、第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側に、第１の位置決めリング３と接続される枢着軸４１が設けられ、周縁に凹溝４２が設けられ、中心に中心軸４３が設けられる第２の位置決めリング４と、一方の端部に中空柱体５２が設けられ、他方の端部に第２の位置決めリング４の中心軸４３に枢着される中実柱体５４が設けられ、中空柱体５２は、上縁に貫通孔５１が設けられ、下縁に基準中心５３が設けられる位置決め柱５とを含む。
【解決手段】上縁に開口部２１を有する箱体２と、仰角目盛りを有し、透明の半球カバーであり、箱体２の開口部２１周縁を被覆する天幕カバー１と、中空であり、両側に箱体２と接続される枢着軸３１が設けられる第１の位置決めリング３と、扇形の中空であり、第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側に、第１の位置決めリング３と接続される枢着軸４１が設けられ、周縁に凹溝４２が設けられ、中心に中心軸４３が設けられる第２の位置決めリング４と、一方の端部に中空柱体５２が設けられ、他方の端部に第２の位置決めリング４の中心軸４３に枢着される中実柱体５４が設けられ、中空柱体５２は、上縁に貫通孔５１が設けられ、下縁に基準中心５３が設けられる位置決め柱５とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽軌跡追跡装置に関し、特に、太陽の位置を観測し、太陽の軌跡を記録するために用いられる、研究用又は教材用の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀に関する。
【背景技術】
【０００２】
天文現象の四季の変化を知りたい場合、天体運行を長期に渡って観測する必要がある。また、地球は、地軸が黄道面に対して２３．５度傾斜した状態で太陽の周囲を公転しているため、太陽の位置は、日々僅かに異なる。従って、太陽の軌跡の変化を観測する場合、所定の観測点において、所定の時刻に、太陽と地面との間の仰角及び方位角を科学的データとして記載する必要がある。また、南北緯度の違いにより、太陽の位置に如何なる差異が生じるかを明らかにしたい場合、緯度の異なる複数の観測点において観測を行うしか方法がない。
【０００３】
従来より、教育関係者が授業をするとき、学習者に天体運行を理解させるために、太陽軌跡観測装置及び太陽軌跡シミュレーターが開発されている。例えば、図１に示す特許文献１の天体運行記録装置は、平台１１、天幕カバー２０、位置決めリング３０、測定ポール４０及び測定板６０を含む。使用するとき、天幕カバー２０上の測定板を太陽の方向に移動調整することにより、太陽光を測定板の貫通孔から測定ポール４０に照射させる。これにより、天幕カバー２０上に経緯度位置を記すことができ、観測時刻における太陽の方位角及び仰角のデータを取得することができる。
【０００４】
上述の特許文献１の天体運行記録装置により、観測時刻の太陽の方位角及び仰角のデータを取得することができる。しかし、特許文献１の天体運行記録装置は、所定の観測点及び所定の時刻において、長期間観測を行う必要であり、研究者が関連研究を行うためにしか適用できない。従って、特許文献１の天体運行記録装置は、教育関係者が授業などで天体運行を、解説及び検証するために用いるには適用されない。また、天候によって実験の進度が影響を受けてしまう。また、操作するとき、太陽光が測定ポール４０に照射されているか否かを目測で確認する必要があるため、初めて実験を行う者にとっては、操作が難しく、理想的ではない。
【０００５】
また、教育関係者が使用している従来の太陽軌跡観測装置及び太陽軌跡シミュレーターは、観測点の経緯度のみ、或いは、観測点の経緯度及び観測時間のみを設定して太陽の方位角及び仰角のデータを取得するものであるため、これらのデータは、正確ではなく、観測点における太陽の位置を正確に取得することができない。
【０００６】
本発明の発明者は、地球上の緯度の異なる地点、毎年の異なる季節及び毎日の異なる時刻における太陽の軌跡を研究した結果、太陽軌跡には、所定の変化法則があることを発見した。本発明の発明者は、この法則を利用し、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀に想到した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】台湾実用新案登録第１５０６７５号
【特許文献２】実開平９−２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第１の目的は、観測緯度、観測時刻及び観測季節を設定することにより、太陽光の照射方位を正確に追跡することができ、太陽の方位角、仰角及び軌跡を正確に観測することができる多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を提供することにある。
本発明の第２の目的は、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀によって太陽の位置及び軌跡のシミュレーションを行うことにある。
本発明の第３の目的は、構造が簡単な多軸構造により、太陽の位置の観測及びシミュレーションを行うことができる多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、箱体、天幕カバー、第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱を含む。箱体の上縁には、第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱が収納される開口部が設けられる。天幕カバーは、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。
第１の位置決めリングは、中空であり、第２の位置決めリングが収納される。第１の位置決めリングの両側には、箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる。第２の位置決めリングは、扇形の中空であり、位置決め柱が収納される。
第２の位置決めリングの第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられる。第２の位置決めリングの周縁には、凹溝が設けられる。また、第２の位置決めリングの中心には、中心軸が設けられる。位置決め柱は、一方の端部に中空柱体が設けられ、他方の端部に中実柱体が設けられる。また、中空柱体は、上縁に貫通孔が設けられ、下縁に基準中心が設けられる。
中実柱体は、第２の位置決めリングの中心軸に枢着される。本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を使用するとき、まず、観測点の緯度に基づき、第１の位置決めリングを所定の角度回転させる。次に、第２の位置決めリングを回転させて観測時刻を設定する。最後に、位置決め柱を調整して観測月（季節）を設定する。位置、時刻及び月(季節)を設定することにより、太陽光の照射方位を自動的に正確に追跡し、太陽の方位角及び仰角を正確に観測することができる。
【００１０】
箱体には、天幕カバーが収納される環状溝が設けられる。また、箱体の天幕カバーが接続される内外周囲には、方位角目盛りが設けられる。
【００１１】
箱体外部の第１の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、緯度目盛りが設けられる。
【００１２】
天幕カバーの仰角目盛りは、天幕カバーの全体、天幕カバーの半分又は天幕カバーの一部に設けられる。
【００１３】
第１の位置決めリングの枢着軸には、観測点の緯度に基づいて角度を調整するために用いられる調整指針が設けられる。これにより、多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、北半球及び南半球における太陽軌跡の観測及びシミュレーションを行うことができる。
【００１４】
第１の位置決めリングには、第１の位置決めリングの角度が設定された後、第１の位置決めリングを固定するために用いられる位置決め部が設けられる。
第１の位置決めリングの外径周縁の第２の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、時刻目盛りが設けられる。
【００１５】
第２の位置決めリングの枢着軸には、時刻を設定するために用いられる調整指針が設けられる。
第２の位置決めリングには、第２の位置決めリングの時刻が設定された後、第２の位置決めリングを固定するために用いられる位置決め部が設けられる。
第２の位置決めリングの凹溝周囲には、位置決め柱が月（季節）を設定するために用いられる月目盛りが設けられる。
【００１６】
位置決め柱には、位置決め柱が季節を設定した後、位置決め柱を固定するために用いられる位置決め部が設けられる。
位置決め柱の貫通孔内又は基準中心面上には、レーザーペンを装着してもよい。
【００１７】
レーザーペンは、貫通孔内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、基準中心面上に装着される。
【００１８】
箱体、第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱は、鉄板、アルミニウム合金、チタン合金などの軽量化された金属、或いは、硬度の高い強化プラスチックからなる。
天幕カバーは、硬度の高い強化プラスチック又はガラスからなる。
第１の位置決めリングの位置決め部、第２の位置決めリングの位置決め部及び位置決め柱の位置決め部は、螺合構造、係合構造又はストッパ構造でもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀によれば、第１の位置決めリングにより、観測点の緯度を設定し、第２の位置決めリングにより、観測時刻を設定し、位置決め柱により、観測月（季節）を設定する。これにより、太陽光の照射方位を正確に追跡することができ、天幕カバー上に経緯度上の位置を直接記し、太陽の正確な方位角及び仰角のデータを取得することができる。
【００２０】
また、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀によれば、上述の第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱により、日周期変化に対する微調整及び年周期変化に対する微調整を行うことができる多軸構造であり、太陽軌跡のシミュレーション実験を行うことができる。即ち、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、如何なる観測点、時刻及び季節においても、太陽軌跡の観測及びシミュレーションに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１の天体運行記録装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の第１の位置決めリングを回転させた状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の第２の位置決めリングを回転させた状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の位置決め柱を移動させた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の使用状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す上面図である。
【図９】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の使用状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の目的、特徴および効果を、実施形態の図面に沿って詳細に説明する。
【００２３】
図２及び図３を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、天幕カバー１、箱体２、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５を含む。
天幕カバー１は、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。箱体２の上縁には、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５が収納される開口部２１が設けられる。第１の位置決めリング３は、中空であり、第２の位置決めリング４が収納される。第１の位置決めリング３の直径は、箱体２の開口部２１より若干小さい。第１の位置決めリング３の両側には、枢着軸３１がそれぞれ設けられる。第１の位置決めリング３の２つの枢着軸３１は、箱体２と接続される。
【００２４】
第２の位置決めリング４は、扇形の中空であり、位置決め柱５が収納される。第２の位置決めリング４の直径は、第１の位置決めリング３より若干小さく、第２の位置決めリング４の第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側には、枢着軸４１がそれぞれ設けられる。枢着軸４１の端部は、第１の位置決めリング３と接続される。第２の位置決めリング４の周縁には、凹溝４２が設けられる。また、第２の位置決めリング４の中心には、中心軸４３が設けられる。
【００２５】
位置決め柱５は、一方の端部に中空柱体５２が設けられ、他方の端部に中実柱体５４が設けられる。また、中空柱体５２は、上縁に貫通孔５１が設けられ、下縁に基準中心５３が設けられる。中実柱体５４は、第２の位置決めリング４の中心軸４３に枢着される。
【００２６】
天幕カバー１の仰角目盛りは、天幕カバー１の全体、天幕カバー１の半分又は天幕カバー１の一部に設けられる。また、箱体２の開口部２１の周縁には、天幕カバー１が収納される環状溝が設けられる。また、箱体２の天幕カバー１が接続される内外周囲には、方位角目盛り２３（図８を参照）が設けられる。第１の位置決めリング３の枢着軸３１には、観測点の緯度に基づいて角度を調整するために用いられる調整指針２４が設けられる。
【００２７】
また、第２の位置決めリング４の枢着軸４１には、時刻を設定するために用いられる調整指針３３が設けられる。天幕カバー１は、硬度の高い強化プラスチック又はガラスからなる。箱体２、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５は、鉄板、アルミニウム合金、チタン合金などの軽量化された金属、或いは、硬度の高い強化プラスチックからなる。
【００２８】
図３〜図７を参照して説明する。図３〜図７に示すように、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の操作方法を以下に示す。
【００２９】
本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を使用しないとき、図３に示すように、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５は、何れも箱体２の上面と平行状態であり、如何なる角度にも回転していない。
【００３０】
本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を使用するときにおける各設定ステップを以下に示す。まず、観測点の位置（緯度）に基づき、第１の位置決めリング３を回転させる（図４を参照）。このとき、箱体２外部の第１の位置決めリング３の枢着軸３１が接続される両側の位置に配置された緯度目盛り２２に基づいて第１の位置決めリング３を回転させ、調整指針２４を観測点の緯度に設定する。
【００３１】
その後、第１の位置決めリング３の位置決め部（図示せず）を利用して第１の位置決めリング３を固定し、第１の位置決めリング３が回転するのを防止する。次に、観測時刻（時）に基づき、第２の位置決めリング４を回転させる（図５を参照）。このとき、第１の位置決めリング３の外径周縁で、第２の位置決めリング４の枢着軸４１が接続される両側の位置に配置された時刻目盛り３２（２４時間）に基づいて第２の位置決めリング４を回転させ、調整指針３３を観測時刻に設定する。その後、第２の位置決めリング４の位置決め部（図示せず）を利用して第２の位置決めリング４を固定し、第２の位置決めリング４が回転するのを防止する。
【００３２】
最後に、観測月（季節）に基づき、位置決め柱５を回動して調整する（図６を参照）。このとき、位置決め柱５を回動させ、第２の位置決めリング４の凹溝４２周囲に設けられた月（季節）目盛り４４の観測月の位置に調整する。その後、位置決め柱５の位置決め部（図示せず）を利用して位置決め柱５を固定し、位置決め柱５が移動するのを防止する。本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の第１の位置決めリング３の位置決め部、第２の位置決めリング４の位置決め部及び位置決め柱５の位置決め部は、螺合構造、係合構造又はストッパ構造としてもよい。
【００３３】
上述の設定ステップは、地球の公転軌道及び地球の自転法則に対応して行われるものである。太陽の位置は、地球の緯度に応じて異なるため、太陽軌跡は、２４時間の「日周期変化」（即ち、太陽が東から昇り、西に沈む現象）と、３６５日の「年周期変化」（即ち、季節が変化する現象）と、明白でないため、無視してもよい地球の自転軸の「摂動及び章動」との三種類の天体現象に分類される。
設定ステップ中の観測時刻の設定は、「日周期変化」の現象に基づいて設定される。地球上から見える太陽が東から昇り、西に沈む現象は、地球の自転によるものであり、一般に、太陽が子午線を２度通過する間の時間が一日と定義される（所謂、太陽日）。その後、１つの太陽日が２４時間に細分される。
【００３４】
従って、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀では、観測時刻を設定する必要がある。また、設定ステップ中の観測月（季節）の設定は、「年周期変化」に基づいて設定される。地球は、自転以外に、太陽の周りを公転しており、１回の公転が一年と定義される。地球が太陽の周りを公転する軌道平面は、黄道面と称し、黄道面の平面法線の方向と、地球の自転軸との間には、所定の角度（約２３．５度）を有する。
この所定の角度は、自転軸傾斜角と称し、この傾斜角度により、夏季には、日照量が増加し、冬季には、日照量が減少し、冬寒く、夏暑いという季節の変化が生ずる。従って、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀では、観測月（季節）を設定する必要がある。
【００３５】
図７を参照して説明する。
図７に示すように、上述の緯度、時刻及び月（季節）の設定ステップ後、箱体２の方位角目盛り２３を正確な方位に配置する（方位磁針を参照する）。次に、天幕カバー１を配置し、箱体２の方位角目盛り２３及び天幕カバー１の仰角目盛りを利用し、太陽の方位角及び仰角のデータを読み取り、記録する。
このとき、太陽光は、位置決め柱５の貫通孔５１に進入する。太陽光が中空柱体５２を貫通し、基準中心５３上に直接照射されているとき、位置決め柱５の貫通孔５１内又は基準中心５３面上に装着されたレーザーペン５５（図２を参照）によって、天幕カバー１上に太陽の方位角及び仰角を記すことができる。レーザーペン５５は、貫通孔５１内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、基準中心５３面上に装着される。上述のステップを繰り返すことにより、各時刻における太陽の位置を天幕カバー１上に順番に記し、太陽軌跡のデータを取得することができる。
【００３６】
また、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀により、太陽軌跡をシミュレートすることができる。太陽軌跡をシミュレートする場合の設定ステップは、上述のステップと同一である。異なる点は、観測点の緯度、観測時刻、観測時の季節に基づく設定を行う必要がない点であり、太陽の位置をシミュレートしたい観測点、時刻及び季節を任意に設定することができる。
設定が完了した後、位置決め柱５の貫通孔５１内又は基準中心５３面上にレーザーペン５５を装着し、天幕カバー１を配置し、方位角を校正した後、太陽の方位角及び仰角をシミュレートすることができる。レーザーペン５５は、貫通孔５１内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、基準中心５３面上に装着される。上述のステップを繰り返すことにより、各時刻における太陽の位置を天幕カバー１上に順番に記し、太陽軌跡のデータをシミュレートすることができる。
【００３７】
図９を参照して説明する。図９は、本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。図９に示すように、本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、天幕カバー１、箱体２、第１の位置決めリング３及び第２の位置決めリング４を含む。天幕カバー１は、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。箱体２の上縁には、第１の位置決めリング３及び第２の位置決めリング４が収納される開口部２１が設けられる。第１の位置決めリング３は、中空であり、第２の位置決めリング４が収納される。第１の位置決めリング３の直径は、箱体２の開口部２１より若干小さい。第１の位置決めリング３の両側には、枢着軸３１が設けられる。第１の位置決めリング３の２つの枢着軸３１は、箱体２と接続される。
【００３８】
第２の位置決めリング４は、中実(中が詰まった)であり、第２の位置決めリング４の直径は、第１の位置決めリング３より若干小さい。第２の位置決めリング４の第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側には、枢着軸４１がそれぞれ設けられる。枢着軸４１の端部は、第１の位置決めリング３と接続される。第２の位置決めリング４の周縁には、貫通孔４５が設けられる。貫通孔４５は、第２の位置決めリング４の中心まで延伸する。また、第２の位置決めリング４の中心には、基準中心４６が設けられる。本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の操作ステップを以下に示す。
【００３９】
まず、観測点の緯度に基づき、第１の位置決めリング３を設定角度まで回転させる。次に、第２の位置決めリング４を回転させ、観測時刻を設定する。観測位置及び観測時刻の設定により、太陽光が第２の位置決めリング４の貫通孔４５に進入する。太陽光が基準中心４６上に直接照射されているとき、貫通孔４５と基準中心４６を結ぶ線が太陽の方位角及び仰角となり、この結果、太陽の方位角及び仰角を観測することができる。
【００４０】
図１０〜図１１を参照して説明する。
図１０〜図１１は、本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す図である。
本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、天幕カバー１、箱体２、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４、位置決め柱５及び位置決め部材６を含む。天幕カバー１は、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。箱体２の上縁には、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５が収納される開口部２１が設けられる。
第１の位置決めリング３は、中空であり、第２の位置決めリング４が収納される。第１の位置決めリング３の直径は、箱体２の開口部２１より若干小さい。第１の位置決めリング３の両側には、枢着軸３１が設けられる。第１の位置決めリング３の２つの枢着軸３１は、箱体２と接続される。位置決め部材６の内部には、磁石６１が配置される。位置決め部材６は、単独の部材であり、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀と分離して使用される。
【００４１】
第２の位置決めリング４は、扇形の中空であり、位置決め柱５が収納される。第２の位置決めリング４の直径は、第１の位置決めリング３より若干小さく、第２の位置決めリング４の第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側には、枢着軸４１がそれぞれ設けられる。枢着軸４１の端部は、第１の位置決めリング３と接続される。第２の位置決めリング４の周縁には、凹溝４２が設けられる。
また、第２の位置決めリング４の中心には、中心軸４３が設けられる。位置決め柱５は、一方の端部に中空柱体５２が設けられ、他方の端部に中実柱体５４が設けられる。また、中空柱体５２には、嵌合管５６が設けられる。嵌合管５６の前端には、磁石５６１が配置される。或いは、中空柱体５２内に直接磁石５６１を配置してもよい。中実柱体５４は、第２の位置決めリング４の中心軸４３に枢着される。
【００４２】
本実施形態による天幕カバー１及び位置決め部材６は、硬度の高い強化プラスチック又はガラスからなる。位置決め部材６の半径は、天幕カバー１の半径より小さい。また、位置決め柱５の長さは、天幕カバー１の半径より若干小さい。これにより、位置決め柱５の上端を天幕カバー１の内側表面に貼合させることができる。磁石６１の形状は、球形、半球形、筒形、矩形などであり、磁石５６１の形状は、円柱体、直方体などである。
【００４３】
本実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の操作方法を以下に示す。
まず、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５を組み合わせ、箱体２内に配置する。次に、天幕カバー１を箱体２上に配置する。次に、位置決め部材６を磁石５６１が配置された位置決め柱５の上端に位置合わせして天幕カバー１の表面に配置する。位置決め部材６の磁石６１が中空柱体５２の磁石５６１により吸着されることにより、位置決め部材６は、天幕カバー１から脱落しない上、位置決め柱５を連動させる。即ち、位置決め柱５の磁石５６１が位置決め部材６の磁石６１の磁力によって吸着されるため、天幕カバー１表面上の位置決め部材６を動かすことにより、位置決め柱５を移動させることができる。
これにより、第１の位置決めリング３及び第２の位置決めリング４も連動し、シミュレートしたい経度、緯度及び時刻に基づき、位置決め部材６を正確な位置に移動させることができる。また、緯度目盛り２２、方位角目盛り２３、時刻目盛り３２及び月目盛り４４により、位置決め部材６を正確な位置に移動させたか否かを判定することができる。図１２に示すように、位置決め部材６を移動させることにより、太陽の方位角及び仰角をシミュレートし、上述の動作を繰り返すことにより、他の時刻における太陽の位置を天幕カバー１の表面上に順番に表記して太陽軌跡をシミュレートすることができる。また、例えば、油性ペン又は水性ペンを用いて太陽軌跡を表記することにより、軌跡図を作成することができる。
【００４４】
上述したことから分かるように、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、上述の目的を確実に達成することができる。
第１の位置決めリングを調整することにより、観測点の緯度を設定し、第２の位置決めリングを調整することにより、観測時刻を設定し、位置決め柱により、観測月(季節)を設定することにより、太陽光の照射方位を追跡することができ、天幕カバーの経緯線上に太陽の位置を記することができる。これにより、太陽の方位角及び仰角のデータを取得することができる。また、上述の第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱により、太陽光が存在しない状況において、太陽軌跡のシミュレーション実験を行うことができる。
【００４５】
即ち、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀により、太陽軌跡の観測及びシミュレーションを行うことができる。また、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀により、如何なる観測点、時刻及び季節における太陽軌跡をシミュレーションすることができる。また、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、多軸構造であり、太陽軌跡を正確に知ることができる上、構造が簡単であり、教材として使用することができる。
即ち、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、実用性、産業上の利用性、新規性及び進歩性を有する。
【００４６】
以上の説明は、本発明の好適な実施形態を示したものであり、本発明の特許請求の範囲に基づく同等効果の変更は、全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 天幕カバー
２ 箱体
２１ 開口部
２２ 緯度目盛り
２３ 方位角目盛り
２４ 調整指針
３ 第１の位置決めリング
３１ 枢着軸
３２ 時刻目盛り
３３ 調整指針
４ 第２の位置決めリング
４１ 枢着軸
４２ 凹溝
４３ 中心軸
４４ 月目盛り
４５ 貫通孔
４６ 基準中心
５ 位置決め柱
５１ 貫通孔
５２ 中空柱体
５３ 基準中心
５４ 中実柱体
５５ レーザーペン
５６ 嵌合管
５６１ 磁石
６ 位置決め部材
６１ 磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽軌跡追跡装置に関し、特に、太陽の位置を観測し、太陽の軌跡を記録するために用いられる、研究用又は教材用の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀に関する。
【背景技術】
【０００２】
天文現象の四季の変化を知りたい場合、天体運行を長期に渡って観測する必要がある。また、地球は、地軸が黄道面に対して２３．５度傾斜した状態で太陽の周囲を公転しているため、太陽の位置は、日々僅かに異なる。従って、太陽の軌跡の変化を観測する場合、所定の観測点において、所定の時刻に、太陽と地面との間の仰角及び方位角を科学的データとして記載する必要がある。また、南北緯度の違いにより、太陽の位置に如何なる差異が生じるかを明らかにしたい場合、緯度の異なる複数の観測点において観測を行うしか方法がない。
【０００３】
従来より、教育関係者が授業をするとき、学習者に天体運行を理解させるために、太陽軌跡観測装置及び太陽軌跡シミュレーターが開発されている。例えば、図１に示す特許文献１の天体運行記録装置は、平台１１、天幕カバー２０、位置決めリング３０、測定ポール４０及び測定板６０を含む。使用するとき、天幕カバー２０上の測定板を太陽の方向に移動調整することにより、太陽光を測定板の貫通孔から測定ポール４０に照射させる。これにより、天幕カバー２０上に経緯度位置を記すことができ、観測時刻における太陽の方位角及び仰角のデータを取得することができる。
【０００４】
上述の特許文献１の天体運行記録装置により、観測時刻の太陽の方位角及び仰角のデータを取得することができる。しかし、特許文献１の天体運行記録装置は、所定の観測点及び所定の時刻において、長期間観測を行う必要であり、研究者が関連研究を行うためにしか適用できない。従って、特許文献１の天体運行記録装置は、教育関係者が授業などで天体運行を、解説及び検証するために用いるには適用されない。また、天候によって実験の進度が影響を受けてしまう。また、操作するとき、太陽光が測定ポール４０に照射されているか否かを目測で確認する必要があるため、初めて実験を行う者にとっては、操作が難しく、理想的ではない。
【０００５】
また、教育関係者が使用している従来の太陽軌跡観測装置及び太陽軌跡シミュレーターは、観測点の経緯度のみ、或いは、観測点の経緯度及び観測時間のみを設定して太陽の方位角及び仰角のデータを取得するものであるため、これらのデータは、正確ではなく、観測点における太陽の位置を正確に取得することができない。
【０００６】
本発明の発明者は、地球上の緯度の異なる地点、毎年の異なる季節及び毎日の異なる時刻における太陽の軌跡を研究した結果、太陽軌跡には、所定の変化法則があることを発見した。本発明の発明者は、この法則を利用し、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀に想到した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】台湾実用新案登録第１５０６７５号
【特許文献２】実開平９−２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第１の目的は、観測緯度、観測時刻及び観測季節を設定することにより、太陽光の照射方位を正確に追跡することができ、太陽の方位角、仰角及び軌跡を正確に観測することができる多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を提供することにある。
本発明の第２の目的は、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀によって太陽の位置及び軌跡のシミュレーションを行うことにある。
本発明の第３の目的は、構造が簡単な多軸構造により、太陽の位置の観測及びシミュレーションを行うことができる多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、箱体、天幕カバー、第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱を含む。箱体の上縁には、第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱が収納される開口部が設けられる。天幕カバーは、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。
第１の位置決めリングは、中空であり、第２の位置決めリングが収納される。第１の位置決めリングの両側には、箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる。第２の位置決めリングは、扇形の中空であり、位置決め柱が収納される。
第２の位置決めリングの第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられる。第２の位置決めリングの周縁には、凹溝が設けられる。また、第２の位置決めリングの中心には、中心軸が設けられる。位置決め柱は、一方の端部に中空柱体が設けられ、他方の端部に中実柱体が設けられる。また、中空柱体は、上縁に貫通孔が設けられ、下縁に基準中心が設けられる。
中実柱体は、第２の位置決めリングの中心軸に枢着される。本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を使用するとき、まず、観測点の緯度に基づき、第１の位置決めリングを所定の角度回転させる。次に、第２の位置決めリングを回転させて観測時刻を設定する。最後に、位置決め柱を調整して観測月（季節）を設定する。位置、時刻及び月(季節)を設定することにより、太陽光の照射方位を自動的に正確に追跡し、太陽の方位角及び仰角を正確に観測することができる。
【００１０】
箱体には、天幕カバーが収納される環状溝が設けられる。また、箱体の天幕カバーが接続される内外周囲には、方位角目盛りが設けられる。
【００１１】
箱体外部の第１の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、緯度目盛りが設けられる。
【００１２】
天幕カバーの仰角目盛りは、天幕カバーの全体、天幕カバーの半分又は天幕カバーの一部に設けられる。
【００１３】
第１の位置決めリングの枢着軸には、観測点の緯度に基づいて角度を調整するために用いられる調整指針が設けられる。これにより、多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、北半球及び南半球における太陽軌跡の観測及びシミュレーションを行うことができる。
【００１４】
第１の位置決めリングには、第１の位置決めリングの角度が設定された後、第１の位置決めリングを固定するために用いられる位置決め部が設けられる。
第１の位置決めリングの外径周縁の第２の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、時刻目盛りが設けられる。
【００１５】
第２の位置決めリングの枢着軸には、時刻を設定するために用いられる調整指針が設けられる。
第２の位置決めリングには、第２の位置決めリングの時刻が設定された後、第２の位置決めリングを固定するために用いられる位置決め部が設けられる。
第２の位置決めリングの凹溝周囲には、位置決め柱が月（季節）を設定するために用いられる月目盛りが設けられる。
【００１６】
位置決め柱には、位置決め柱が季節を設定した後、位置決め柱を固定するために用いられる位置決め部が設けられる。
位置決め柱の貫通孔内又は基準中心面上には、レーザーペンを装着してもよい。
【００１７】
レーザーペンは、貫通孔内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、基準中心面上に装着される。
【００１８】
箱体、第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱は、鉄板、アルミニウム合金、チタン合金などの軽量化された金属、或いは、硬度の高い強化プラスチックからなる。
天幕カバーは、硬度の高い強化プラスチック又はガラスからなる。
第１の位置決めリングの位置決め部、第２の位置決めリングの位置決め部及び位置決め柱の位置決め部は、螺合構造、係合構造又はストッパ構造でもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀によれば、第１の位置決めリングにより、観測点の緯度を設定し、第２の位置決めリングにより、観測時刻を設定し、位置決め柱により、観測月（季節）を設定する。これにより、太陽光の照射方位を正確に追跡することができ、天幕カバー上に経緯度上の位置を直接記し、太陽の正確な方位角及び仰角のデータを取得することができる。
【００２０】
また、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀によれば、上述の第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱により、日周期変化に対する微調整及び年周期変化に対する微調整を行うことができる多軸構造であり、太陽軌跡のシミュレーション実験を行うことができる。即ち、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、如何なる観測点、時刻及び季節においても、太陽軌跡の観測及びシミュレーションに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１の天体運行記録装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の第１の位置決めリングを回転させた状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の第２の位置決めリングを回転させた状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の位置決め柱を移動させた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の使用状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す上面図である。
【図９】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の使用状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の目的、特徴および効果を、実施形態の図面に沿って詳細に説明する。
【００２３】
図２及び図３を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、天幕カバー１、箱体２、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５を含む。
天幕カバー１は、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。箱体２の上縁には、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５が収納される開口部２１が設けられる。第１の位置決めリング３は、中空であり、第２の位置決めリング４が収納される。第１の位置決めリング３の直径は、箱体２の開口部２１より若干小さい。第１の位置決めリング３の両側には、枢着軸３１がそれぞれ設けられる。第１の位置決めリング３の２つの枢着軸３１は、箱体２と接続される。
【００２４】
第２の位置決めリング４は、扇形の中空であり、位置決め柱５が収納される。第２の位置決めリング４の直径は、第１の位置決めリング３より若干小さく、第２の位置決めリング４の第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側には、枢着軸４１がそれぞれ設けられる。枢着軸４１の端部は、第１の位置決めリング３と接続される。第２の位置決めリング４の周縁には、凹溝４２が設けられる。また、第２の位置決めリング４の中心には、中心軸４３が設けられる。
【００２５】
位置決め柱５は、一方の端部に中空柱体５２が設けられ、他方の端部に中実柱体５４が設けられる。また、中空柱体５２は、上縁に貫通孔５１が設けられ、下縁に基準中心５３が設けられる。中実柱体５４は、第２の位置決めリング４の中心軸４３に枢着される。
【００２６】
天幕カバー１の仰角目盛りは、天幕カバー１の全体、天幕カバー１の半分又は天幕カバー１の一部に設けられる。また、箱体２の開口部２１の周縁には、天幕カバー１が収納される環状溝が設けられる。また、箱体２の天幕カバー１が接続される内外周囲には、方位角目盛り２３（図８を参照）が設けられる。第１の位置決めリング３の枢着軸３１には、観測点の緯度に基づいて角度を調整するために用いられる調整指針２４が設けられる。
【００２７】
また、第２の位置決めリング４の枢着軸４１には、時刻を設定するために用いられる調整指針３３が設けられる。天幕カバー１は、硬度の高い強化プラスチック又はガラスからなる。箱体２、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５は、鉄板、アルミニウム合金、チタン合金などの軽量化された金属、或いは、硬度の高い強化プラスチックからなる。
【００２８】
図３〜図７を参照して説明する。図３〜図７に示すように、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の操作方法を以下に示す。
【００２９】
本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を使用しないとき、図３に示すように、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５は、何れも箱体２の上面と平行状態であり、如何なる角度にも回転していない。
【００３０】
本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を使用するときにおける各設定ステップを以下に示す。まず、観測点の位置（緯度）に基づき、第１の位置決めリング３を回転させる（図４を参照）。このとき、箱体２外部の第１の位置決めリング３の枢着軸３１が接続される両側の位置に配置された緯度目盛り２２に基づいて第１の位置決めリング３を回転させ、調整指針２４を観測点の緯度に設定する。
【００３１】
その後、第１の位置決めリング３の位置決め部（図示せず）を利用して第１の位置決めリング３を固定し、第１の位置決めリング３が回転するのを防止する。次に、観測時刻（時）に基づき、第２の位置決めリング４を回転させる（図５を参照）。このとき、第１の位置決めリング３の外径周縁で、第２の位置決めリング４の枢着軸４１が接続される両側の位置に配置された時刻目盛り３２（２４時間）に基づいて第２の位置決めリング４を回転させ、調整指針３３を観測時刻に設定する。その後、第２の位置決めリング４の位置決め部（図示せず）を利用して第２の位置決めリング４を固定し、第２の位置決めリング４が回転するのを防止する。
【００３２】
最後に、観測月（季節）に基づき、位置決め柱５を回動して調整する（図６を参照）。このとき、位置決め柱５を回動させ、第２の位置決めリング４の凹溝４２周囲に設けられた月（季節）目盛り４４の観測月の位置に調整する。その後、位置決め柱５の位置決め部（図示せず）を利用して位置決め柱５を固定し、位置決め柱５が移動するのを防止する。本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の第１の位置決めリング３の位置決め部、第２の位置決めリング４の位置決め部及び位置決め柱５の位置決め部は、螺合構造、係合構造又はストッパ構造としてもよい。
【００３３】
上述の設定ステップは、地球の公転軌道及び地球の自転法則に対応して行われるものである。太陽の位置は、地球の緯度に応じて異なるため、太陽軌跡は、２４時間の「日周期変化」（即ち、太陽が東から昇り、西に沈む現象）と、３６５日の「年周期変化」（即ち、季節が変化する現象）と、明白でないため、無視してもよい地球の自転軸の「摂動及び章動」との三種類の天体現象に分類される。
設定ステップ中の観測時刻の設定は、「日周期変化」の現象に基づいて設定される。地球上から見える太陽が東から昇り、西に沈む現象は、地球の自転によるものであり、一般に、太陽が子午線を２度通過する間の時間が一日と定義される（所謂、太陽日）。その後、１つの太陽日が２４時間に細分される。
【００３４】
従って、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀では、観測時刻を設定する必要がある。また、設定ステップ中の観測月（季節）の設定は、「年周期変化」に基づいて設定される。地球は、自転以外に、太陽の周りを公転しており、１回の公転が一年と定義される。地球が太陽の周りを公転する軌道平面は、黄道面と称し、黄道面の平面法線の方向と、地球の自転軸との間には、所定の角度（約２３．５度）を有する。
この所定の角度は、自転軸傾斜角と称し、この傾斜角度により、夏季には、日照量が増加し、冬季には、日照量が減少し、冬寒く、夏暑いという季節の変化が生ずる。従って、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀では、観測月（季節）を設定する必要がある。
【００３５】
図７を参照して説明する。
図７に示すように、上述の緯度、時刻及び月（季節）の設定ステップ後、箱体２の方位角目盛り２３を正確な方位に配置する（方位磁針を参照する）。次に、天幕カバー１を配置し、箱体２の方位角目盛り２３及び天幕カバー１の仰角目盛りを利用し、太陽の方位角及び仰角のデータを読み取り、記録する。
このとき、太陽光は、位置決め柱５の貫通孔５１に進入する。太陽光が中空柱体５２を貫通し、基準中心５３上に直接照射されているとき、位置決め柱５の貫通孔５１内又は基準中心５３面上に装着されたレーザーペン５５（図２を参照）によって、天幕カバー１上に太陽の方位角及び仰角を記すことができる。レーザーペン５５は、貫通孔５１内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、基準中心５３面上に装着される。上述のステップを繰り返すことにより、各時刻における太陽の位置を天幕カバー１上に順番に記し、太陽軌跡のデータを取得することができる。
【００３６】
また、本発明の一実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀により、太陽軌跡をシミュレートすることができる。太陽軌跡をシミュレートする場合の設定ステップは、上述のステップと同一である。異なる点は、観測点の緯度、観測時刻、観測時の季節に基づく設定を行う必要がない点であり、太陽の位置をシミュレートしたい観測点、時刻及び季節を任意に設定することができる。
設定が完了した後、位置決め柱５の貫通孔５１内又は基準中心５３面上にレーザーペン５５を装着し、天幕カバー１を配置し、方位角を校正した後、太陽の方位角及び仰角をシミュレートすることができる。レーザーペン５５は、貫通孔５１内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、基準中心５３面上に装着される。上述のステップを繰り返すことにより、各時刻における太陽の位置を天幕カバー１上に順番に記し、太陽軌跡のデータをシミュレートすることができる。
【００３７】
図９を参照して説明する。図９は、本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す斜視図である。図９に示すように、本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、天幕カバー１、箱体２、第１の位置決めリング３及び第２の位置決めリング４を含む。天幕カバー１は、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。箱体２の上縁には、第１の位置決めリング３及び第２の位置決めリング４が収納される開口部２１が設けられる。第１の位置決めリング３は、中空であり、第２の位置決めリング４が収納される。第１の位置決めリング３の直径は、箱体２の開口部２１より若干小さい。第１の位置決めリング３の両側には、枢着軸３１が設けられる。第１の位置決めリング３の２つの枢着軸３１は、箱体２と接続される。
【００３８】
第２の位置決めリング４は、中実(中が詰まった)であり、第２の位置決めリング４の直径は、第１の位置決めリング３より若干小さい。第２の位置決めリング４の第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側には、枢着軸４１がそれぞれ設けられる。枢着軸４１の端部は、第１の位置決めリング３と接続される。第２の位置決めリング４の周縁には、貫通孔４５が設けられる。貫通孔４５は、第２の位置決めリング４の中心まで延伸する。また、第２の位置決めリング４の中心には、基準中心４６が設けられる。本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の操作ステップを以下に示す。
【００３９】
まず、観測点の緯度に基づき、第１の位置決めリング３を設定角度まで回転させる。次に、第２の位置決めリング４を回転させ、観測時刻を設定する。観測位置及び観測時刻の設定により、太陽光が第２の位置決めリング４の貫通孔４５に進入する。太陽光が基準中心４６上に直接照射されているとき、貫通孔４５と基準中心４６を結ぶ線が太陽の方位角及び仰角となり、この結果、太陽の方位角及び仰角を観測することができる。
【００４０】
図１０〜図１１を参照して説明する。
図１０〜図１１は、本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀を示す図である。
本発明の他の実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、天幕カバー１、箱体２、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４、位置決め柱５及び位置決め部材６を含む。天幕カバー１は、仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーである。箱体２の上縁には、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５が収納される開口部２１が設けられる。
第１の位置決めリング３は、中空であり、第２の位置決めリング４が収納される。第１の位置決めリング３の直径は、箱体２の開口部２１より若干小さい。第１の位置決めリング３の両側には、枢着軸３１が設けられる。第１の位置決めリング３の２つの枢着軸３１は、箱体２と接続される。位置決め部材６の内部には、磁石６１が配置される。位置決め部材６は、単独の部材であり、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀と分離して使用される。
【００４１】
第２の位置決めリング４は、扇形の中空であり、位置決め柱５が収納される。第２の位置決めリング４の直径は、第１の位置決めリング３より若干小さく、第２の位置決めリング４の第１の位置決めリング３の枢着軸３１と垂直の両側には、枢着軸４１がそれぞれ設けられる。枢着軸４１の端部は、第１の位置決めリング３と接続される。第２の位置決めリング４の周縁には、凹溝４２が設けられる。
また、第２の位置決めリング４の中心には、中心軸４３が設けられる。位置決め柱５は、一方の端部に中空柱体５２が設けられ、他方の端部に中実柱体５４が設けられる。また、中空柱体５２には、嵌合管５６が設けられる。嵌合管５６の前端には、磁石５６１が配置される。或いは、中空柱体５２内に直接磁石５６１を配置してもよい。中実柱体５４は、第２の位置決めリング４の中心軸４３に枢着される。
【００４２】
本実施形態による天幕カバー１及び位置決め部材６は、硬度の高い強化プラスチック又はガラスからなる。位置決め部材６の半径は、天幕カバー１の半径より小さい。また、位置決め柱５の長さは、天幕カバー１の半径より若干小さい。これにより、位置決め柱５の上端を天幕カバー１の内側表面に貼合させることができる。磁石６１の形状は、球形、半球形、筒形、矩形などであり、磁石５６１の形状は、円柱体、直方体などである。
【００４３】
本実施形態による多軸式太陽軌跡追跡経緯儀の操作方法を以下に示す。
まず、第１の位置決めリング３、第２の位置決めリング４及び位置決め柱５を組み合わせ、箱体２内に配置する。次に、天幕カバー１を箱体２上に配置する。次に、位置決め部材６を磁石５６１が配置された位置決め柱５の上端に位置合わせして天幕カバー１の表面に配置する。位置決め部材６の磁石６１が中空柱体５２の磁石５６１により吸着されることにより、位置決め部材６は、天幕カバー１から脱落しない上、位置決め柱５を連動させる。即ち、位置決め柱５の磁石５６１が位置決め部材６の磁石６１の磁力によって吸着されるため、天幕カバー１表面上の位置決め部材６を動かすことにより、位置決め柱５を移動させることができる。
これにより、第１の位置決めリング３及び第２の位置決めリング４も連動し、シミュレートしたい経度、緯度及び時刻に基づき、位置決め部材６を正確な位置に移動させることができる。また、緯度目盛り２２、方位角目盛り２３、時刻目盛り３２及び月目盛り４４により、位置決め部材６を正確な位置に移動させたか否かを判定することができる。図１２に示すように、位置決め部材６を移動させることにより、太陽の方位角及び仰角をシミュレートし、上述の動作を繰り返すことにより、他の時刻における太陽の位置を天幕カバー１の表面上に順番に表記して太陽軌跡をシミュレートすることができる。また、例えば、油性ペン又は水性ペンを用いて太陽軌跡を表記することにより、軌跡図を作成することができる。
【００４４】
上述したことから分かるように、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、上述の目的を確実に達成することができる。
第１の位置決めリングを調整することにより、観測点の緯度を設定し、第２の位置決めリングを調整することにより、観測時刻を設定し、位置決め柱により、観測月(季節)を設定することにより、太陽光の照射方位を追跡することができ、天幕カバーの経緯線上に太陽の位置を記することができる。これにより、太陽の方位角及び仰角のデータを取得することができる。また、上述の第１の位置決めリング、第２の位置決めリング及び位置決め柱により、太陽光が存在しない状況において、太陽軌跡のシミュレーション実験を行うことができる。
【００４５】
即ち、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀により、太陽軌跡の観測及びシミュレーションを行うことができる。また、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀により、如何なる観測点、時刻及び季節における太陽軌跡をシミュレーションすることができる。また、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、多軸構造であり、太陽軌跡を正確に知ることができる上、構造が簡単であり、教材として使用することができる。
即ち、本発明の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀は、実用性、産業上の利用性、新規性及び進歩性を有する。
【００４６】
以上の説明は、本発明の好適な実施形態を示したものであり、本発明の特許請求の範囲に基づく同等効果の変更は、全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 天幕カバー
２ 箱体
２１ 開口部
２２ 緯度目盛り
２３ 方位角目盛り
２４ 調整指針
３ 第１の位置決めリング
３１ 枢着軸
３２ 時刻目盛り
３３ 調整指針
４ 第２の位置決めリング
４１ 枢着軸
４２ 凹溝
４３ 中心軸
４４ 月目盛り
４５ 貫通孔
４６ 基準中心
５ 位置決め柱
５１ 貫通孔
５２ 中空柱体
５３ 基準中心
５４ 中実柱体
５５ レーザーペン
５６ 嵌合管
５６１ 磁石
６ 位置決め部材
６１ 磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上縁に開口部が設けられる箱体と、
仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーであり、底部辺縁が前記箱体上縁の開口部周縁を被覆する天幕カバーと、
中空であり、直径が前記箱体の開口部より若干小さく、両側に前記箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる第１の位置決めリングと、
扇形の中空であり、直径が前記第１の位置決めリングより若干小さく、前記第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、前記第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられ、周縁に凹溝が設けられ、中心に中心軸が設けられる第２の位置決めリングと、
一方の端部に中空柱体が設けられ、他方の端部に中実柱体が設けられ、前記中空柱体は、上縁に貫通孔が設けられ、下縁に基準中心が設けられ、前記中実柱体は、前記第２の位置決めリングの中心軸に枢着される位置決め柱とを備え、
前記箱体の開口部には、前記第１の位置決めリングが収納され、前記第１の位置決めリングの中空部分には、前記第２の位置決めリングが収納され、前記第２の位置決めリングの扇形の中空部分には、前記位置決め柱が収納されることを特徴とする多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項２】
上縁に開口部が設けられる箱体と、
仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーであり、底部辺縁が前記箱体上縁の開口部周縁を被覆する天幕カバーと、
中空であり、直径が前記箱体の開口部より若干小さく、両側に前記箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる第１の位置決めリングと、
中実であり、直径が前記第１の位置決めリングより若干小さく、前記第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、前記第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられ、周縁に貫通孔が設けられ、前記貫通孔は、基準中心が設けられた中心まで延伸する第２の位置決めリングとを備え、
前記箱体の開口部には、前記第１の位置決めリングが収納され、前記第１の位置決めリングの中空部分には、前記第２の位置決めリングが収納されることを特徴とする多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項３】
上縁に開口部が設けられる箱体と、
仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーであり、底部辺縁が前記箱体上縁の開口部周縁を被覆する天幕カバーと、
中空であり、直径が前記箱体の開口部より若干小さく、両側に前記箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる第１の位置決めリングと、
扇形の中空であり、直径が前記第１の位置決めリングより若干小さく、前記第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、前記第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられ、周縁に凹溝が設けられ、中心に中心軸が設けられる第２の位置決めリングと、
一方の端部に中空柱体が設けられ、他方の端部に中実柱体が設けられ、前記中空柱体内には、磁石が収納され、前記中実柱体は、前記第２の位置決めリングの中心軸に枢着される位置決め柱と、
内部に磁石が配置され、単独構造であり、前記天幕カバーの外表面に配置される位置決め部材とを備え、
前記箱体の開口部には、前記第１の位置決めリングが収納され、前記第１の位置決めリングの中空部分には、前記第２の位置決めリングが収納され、前記第２の位置決めリングの扇形の中空部分には、前記位置決め柱が収納され、前記位置決め部材の底部は、前記天幕カバーの外表面上に配置され、
前記位置決め部材を前記天幕カバーの表面上において移動させたとき、前記位置決め柱は、前記位置決め柱の磁石が前記位置決め部材の磁石に吸着されることによって連動し、これにより、前記第１の位置決めリング及び前記第２の位置決めリングが移動することを特徴とする多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項４】
前記箱体の開口部周縁には、前記天幕カバーが収容される環状溝が設けられ、前記箱体の前記天幕カバーが接続される内外周囲には、方位角目盛りが設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項５】
前記箱体外部の前記第１の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、緯度目盛りが設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項６】
前記第１の位置決めリングの枢着軸には、観測点の緯度に基づいて角度を調整するために用いられる調整指針が設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項７】
前記第１の位置決めリングの外径周縁の前記第２の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、時刻目盛りが設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項８】
前記第２の位置決めリングの枢着軸には、観測時刻を設定するために用いられる調整指針が設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項９】
前記第２の位置決めリングの凹溝周囲には、前記位置決め柱が観測月を設定するために用いられる月目盛りが設けられることを特徴とする請求項１又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１０】
前記貫通孔内又は基準中心面上には、レーザーペンが装着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１１】
前記レーザーペンは、前記貫通孔内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、前記基準中心面上に装着されることを特徴とする請求項１０に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１２】
前記位置決め部材の半径は、前記天幕カバーの半径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１３】
前記位置決め柱の長さは、前記天幕カバーの半径より若干小さいことを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１４】
前記位置決め部材の磁石の形状は、球形、半球形、筒形、矩形などであることを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１５】
前記中空柱体の磁石の形状は、円柱体、直方体などであることを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１６】
前記中空柱体には、嵌合管が設けられ、前記嵌合管の前端には、磁石が配置されることを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１】
上縁に開口部が設けられる箱体と、
仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーであり、底部辺縁が前記箱体上縁の開口部周縁を被覆する天幕カバーと、
中空であり、直径が前記箱体の開口部より若干小さく、両側に前記箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる第１の位置決めリングと、
扇形の中空であり、直径が前記第１の位置決めリングより若干小さく、前記第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、前記第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられ、周縁に凹溝が設けられ、中心に中心軸が設けられる第２の位置決めリングと、
一方の端部に中空柱体が設けられ、他方の端部に中実柱体が設けられ、前記中空柱体は、上縁に貫通孔が設けられ、下縁に基準中心が設けられ、前記中実柱体は、前記第２の位置決めリングの中心軸に枢着される位置決め柱とを備え、
前記箱体の開口部には、前記第１の位置決めリングが収納され、前記第１の位置決めリングの中空部分には、前記第２の位置決めリングが収納され、前記第２の位置決めリングの扇形の中空部分には、前記位置決め柱が収納されることを特徴とする多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項２】
上縁に開口部が設けられる箱体と、
仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーであり、底部辺縁が前記箱体上縁の開口部周縁を被覆する天幕カバーと、
中空であり、直径が前記箱体の開口部より若干小さく、両側に前記箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる第１の位置決めリングと、
中実であり、直径が前記第１の位置決めリングより若干小さく、前記第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、前記第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられ、周縁に貫通孔が設けられ、前記貫通孔は、基準中心が設けられた中心まで延伸する第２の位置決めリングとを備え、
前記箱体の開口部には、前記第１の位置決めリングが収納され、前記第１の位置決めリングの中空部分には、前記第２の位置決めリングが収納されることを特徴とする多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項３】
上縁に開口部が設けられる箱体と、
仰角目盛りが設けられた透明の半球カバーであり、底部辺縁が前記箱体上縁の開口部周縁を被覆する天幕カバーと、
中空であり、直径が前記箱体の開口部より若干小さく、両側に前記箱体と接続される枢着軸がそれぞれ設けられる第１の位置決めリングと、
扇形の中空であり、直径が前記第１の位置決めリングより若干小さく、前記第１の位置決めリングの枢着軸と垂直の両側には、前記第１の位置決めリングと接続される枢着軸がそれぞれ設けられ、周縁に凹溝が設けられ、中心に中心軸が設けられる第２の位置決めリングと、
一方の端部に中空柱体が設けられ、他方の端部に中実柱体が設けられ、前記中空柱体内には、磁石が収納され、前記中実柱体は、前記第２の位置決めリングの中心軸に枢着される位置決め柱と、
内部に磁石が配置され、単独構造であり、前記天幕カバーの外表面に配置される位置決め部材とを備え、
前記箱体の開口部には、前記第１の位置決めリングが収納され、前記第１の位置決めリングの中空部分には、前記第２の位置決めリングが収納され、前記第２の位置決めリングの扇形の中空部分には、前記位置決め柱が収納され、前記位置決め部材の底部は、前記天幕カバーの外表面上に配置され、
前記位置決め部材を前記天幕カバーの表面上において移動させたとき、前記位置決め柱は、前記位置決め柱の磁石が前記位置決め部材の磁石に吸着されることによって連動し、これにより、前記第１の位置決めリング及び前記第２の位置決めリングが移動することを特徴とする多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項４】
前記箱体の開口部周縁には、前記天幕カバーが収容される環状溝が設けられ、前記箱体の前記天幕カバーが接続される内外周囲には、方位角目盛りが設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項５】
前記箱体外部の前記第１の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、緯度目盛りが設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項６】
前記第１の位置決めリングの枢着軸には、観測点の緯度に基づいて角度を調整するために用いられる調整指針が設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項７】
前記第１の位置決めリングの外径周縁の前記第２の位置決めリングの枢着軸が接続される両側には、時刻目盛りが設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項８】
前記第２の位置決めリングの枢着軸には、観測時刻を設定するために用いられる調整指針が設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項９】
前記第２の位置決めリングの凹溝周囲には、前記位置決め柱が観測月を設定するために用いられる月目盛りが設けられることを特徴とする請求項１又は３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１０】
前記貫通孔内又は基準中心面上には、レーザーペンが装着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１１】
前記レーザーペンは、前記貫通孔内側に嵌合又は螺合されるか、或いは、前記基準中心面上に装着されることを特徴とする請求項１０に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１２】
前記位置決め部材の半径は、前記天幕カバーの半径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１３】
前記位置決め柱の長さは、前記天幕カバーの半径より若干小さいことを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１４】
前記位置決め部材の磁石の形状は、球形、半球形、筒形、矩形などであることを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１５】
前記中空柱体の磁石の形状は、円柱体、直方体などであることを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【請求項１６】
前記中空柱体には、嵌合管が設けられ、前記嵌合管の前端には、磁石が配置されることを特徴とする請求項３に記載の多軸式太陽軌跡追跡経緯儀。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１８０１２５（Ｐ２０１１−１８０１２５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０９（Ｐ２０１１−２７０９）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（５１１００８８４９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（５１１００８８４９）
【Ｆターム（参考）】
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