結晶構造および分子構造の模型
【課題】本発明は、初学者でも簡単に短時間で組み立てることができる、結晶構造や分子構造の模型を提供する。
【解決手段】結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型。
【解決手段】結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理化学教材等として利用するための結晶構造および分子構造の模型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の分子模型としては、球と棒を使ったものが一般的である。これは、プラトンの正多面体の角を切り落した、１４面体、２０面体、２６面体、３２面体、球などの多面体をその原子表現体とし、その多面体に、原子価角に合わせて連結孔をあけ、多面体の中心間の距離が原子間距離に対応するように棒の両端を上記連結孔に挿し込んで、各多面体を連結したものである（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来の模型にあっては、構造に忠実であろうとして、プラトンの正多面体の角を切り落した、１４面体、２０面体、２６面体、３２面体、球などの多面体をその原子表現体とすることにより、原子や分子の軌道概念に立脚した原子価角を使用し、原子間距離に対しては夫々の長さに立脚した異なる種類の連結棒を使うために、多面体と連結棒の組合せについては、初学者には複雑でわかり難いものであった。
【０００４】
また、１つの模型は約３０個から６０個の原子を使用することが一般的であるため、例えば、１つの多面体に８本の連結棒を差し込んで作る模型は、２４０箇所から４８０箇所の差込み連結が必要となり、模型作りは、半日から１日の長時間作業となり、不便であった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３３９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、初学者でも簡単に短時間で組み立てることができる、結晶構造や分子構造の模型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型が提供される（請求項１）。
【０００８】
このように、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を溝で接合する模型であれば、組み立てが簡便で短時間で行うことができ、初学者でも結晶構造や化合物の分子構造を容易に理解することができる。
【０００９】
この場合、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品１種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てることができる（請求項２）。
【００１０】
このように、本発明によれば、初学者にとって非常に複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を、わずか１種類の部品で簡単に短時間で組み立てることができる。
【００１１】
この場合、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品２種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てることができる（請求項３）。
【００１２】
このように、本発明によれば、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を、わずか２種類の部品で簡単に短時間で組み立てることができる。
【００１３】
また、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現することができる（請求項４）。
【００１４】
このように、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって、単位格子内の原子配列状態の把握が極めて容易となり、初学者にもよりわかり易いものとすることができる。
【００１５】
また、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものとすることができる（請求項５）。
【００１６】
このように、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものとすれば、よりわかり易いものとすることができる。
【００１７】
また、前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および／または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および／または結合の違いを表現するものとすることができる（請求項６）。
【００１８】
このようにして、原子および／または結合の違いを表現すれば、各原子の結合状態や、異種原子やその結合の違いの把握が極めて容易となる。
【００１９】
また、少なくとも、上記本発明のいずれかに基づく第１の模型と、該第１の模型と少なくとも形状および／またはサイズが異なる上記本発明のいずれかに基づく第２の模型とを連結した模型とすることができる（請求項７）。
【００２０】
このように、形状および／またはサイズが異なる複数の模型を連結することで、複数の構造を持つ材料の模型を形成して、夫々の構造間の対称性や結合の違いの理解に役立てることができる。
【００２１】
また、前記模型は、組み立てた後、再度分解できるものであることが好ましい（請求項８）。
【００２２】
このように、前記模型が、組み立ておよび分解できるものであれば、出張時に模型を分解して携行し、出張先で短時間で組み立てて使い、再度分解して持ち帰ることができ、模型の利用範囲を広げることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る結晶構造および分子構造の模型は、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を、部品に設けられた溝同士を接合して組み立てるため、多面体と連結棒および差込孔の選択が不要で分かり易いものである。さらに、この部品の溝同士を１回接合するだけで複数個の原子と結合手の組み立てが可能となり、トータルの部品数を大幅に減少できるとともに、模型作りの時間を従来の１/５から１/１０と大幅に短縮できるようになる。そのため、模型を分解して携行し、出張先での組み立て使用ということも可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述したように、従来の分子模型は多面体と連結棒および差込孔の選択が必要で、組立てに多大な時間を要していた。そこで、本発明者等は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を用いることで模型作りの時間が大幅に短縮できることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００２５】
すなわち、本発明は、結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型を提供する。
【００２６】
このように、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品とすることで、従来のような多面体と連結棒および差込孔の選択が不要となり組立てが分かり易くなった。また、この部品の原子に相当する部位に設けられた溝同士を１回嵌め合わせるだけで複数個の原子と結合手を組み立てることになり、トータルの部品数を大幅に減少できるとともに、模型作りの時間も大幅に短縮できるようになった。
【００２７】
たとえば、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品１種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てることができる。このような場合を例として本発明に係る模型について以下に具体的に説明する。
【００２８】
[ダイヤモンド構造の骨格]
図４に、半導体シリコンの結晶構造であるダイヤモンド構造（ダイヤモンド結晶格子）を示す。初学者にとって、非常に複雑な結晶構造に見えるが、本発明では、この複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を一種類の部品だけで作ることができる。
【００２９】
この構造の特徴は１つの原子から４本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｂから原子ａとｃの方向と、原子ｆとｇの方向に結合手が出ている。原子ａ方向の結合手と原子ｃ方向の結合手の成す角ａｂｃと、原子ｆ方向の結合手と原子ｇ方向の結合手の成す角ｆｂｇは等価で、どちらも１０９度である。
【００３０】
図５は、図４を上から見た図である。図５から、結合手ａｂと結合手ｂｃが直線上にあることや結合手ｆｂと結合手ｂｇも直線上にあること、更に、ａ-ｂ-ｃとｆ-ｂ-ｇが直交していることが良く判る。同様に、結合手ｃｄとｄｅおよび結合手ｈｄとｄｉが直線上にあり、お互い直交していることが判る。
【００３１】
この様に、原子ａ-ｂ-ｃ-ｆ-ｇの構造と原子ｃ-ｄ-ｅ-ｈ-ｉの構造が同じであること、更に、原子ｆ-ｋ-ｈ-ｊ-ｌも原子ｇ-ｍ-ｉ-ｌ-ｎも同じ構造であることが判る。
【００３２】
すなわち、図４のダイヤモンド結晶格子は、原子ａ-ｂ-ｃ-ｆ-ｇと原子ｃ-ｄ-ｅ-ｈ-ｉが並び、その下に、原子ｆ-ｋ-ｈ-ｊ-ｌと原子ｇ-ｍ-ｉ-ｌ-ｎが並んでいる。また、原子の並び方が、原子ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅと原子ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎは、同じ様に、１０９度の傾きを持ったジグザグ形状であることやお互いに直交していることが判る。
【００３３】
従って、図４のダイヤモンド結晶格子は、原子の並びのａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅに、原子の並びのｆ-ｂ-ｇやｈ-ｄ-ｉが直交し、その下に、ｆｋｈやｇｍｉが直交し、更に、その下に、原子の並びのｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎが直交して出来ていることが判る。
【００３４】
次に、この複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を一種類の部品のみで作り上げる本発明の方法を説明する。
図３に本発明に係る部品１２を示す。部品１２は、原子に相当する部位１３と化学結合手に相当する部位１４を一体とした部品であり、原子に相当する部位１３に溝１５を有するものである。また部品１２の結合手１４同士の為す角は、上記で説明したダイヤモンド構造の結合手同士の為す角と同じく１０９度となっている。この部品１２の上下を反転させただけの部品１１を図２に示す。部品１１および部品１２は同じ１種類の部品である。
【００３５】
図２の部品１１は、図４のダイヤモンド構造の原子の並びのａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅに対応し、図３の部品１２は、原子の並びのｆ-ｂ-ｇやｈ-ｄ-ｉやｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎに対応する。
【００３６】
このような部品１１の溝１６に部品１２の溝１７を直交する様に差し込むことで原子ａ-ｂ-ｃ-ｆ-ｇの構造が出来る。同種の部品を同様に組み立てることにより、原子ｃ-ｄ-ｅ-ｈ-ｉの構造が出来る。同様にして、原子の並びのｆ-ｋ-ｈおよびｇ-ｍ-ｉは部品１１で、ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎは部品１２に対応し、これらの部品１１と部品１２の溝を交互に直交する様に嵌め合いで差し込んで行くことで、簡単に、図１に示すダイヤモンド構造の骨格の模型を組み立てることが可能である。
【００３７】
なお、ここでは説明のために部品１１および１２の色を異なったものとしているが、上述したようにそもそも部品１１および１２は１種類の部品であり、同じ色の部品としてもよい。
【００３８】
また、本発明によれば、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品２種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てることができる。
【００３９】
[単純立方格子の骨格]
図６に、単純立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を２種類の部品で組み立てることが可能である。
【００４０】
この構造の特徴は１つの原子から６本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｏから原子ｐとｒとｓの３方向と、その１８０度逆の方向である。
【００４１】
上面の原子ｏ-ｐ-ｑ-ｒの構造および下面の原子ｓ-ｔ-ｕ-ｖの構造は、図７と図８の部品を互いに直交する様に溝同士を嵌め合わせることで作ることが出来る。図７と図８の部品は、上下を反転させただけで、同じ１種類の部品である。
例えば、原子ｏ-ｐ-ｑ-ｒの構造は図７の部品の溝ｏとｒに図８の部品の溝ｏとｒを、図７の部品の溝ｐとｑに図８の部品の溝ｐとｑを差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
【００４２】
図７と図８の部品とは異なる部品を図９に示す。上面の原子ｏ-ｐ-ｑ-ｒの構造および下面の原子ｓ-ｔ-ｕ-ｖの構造を結ぶ結合は、図９の部品の溝ｏ、ｓ、ｐ、ｔ、ｑ、ｕ、ｒ、ｖを、上面と下面の原子のｏとｓ、ｐとｔ、ｑとｕ、ｒとｖに相当する所に差し込むことで完成させることが出来る。
以上の様に、単純立方格子の骨格は、２種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。
【００４３】
[体心立方格子の骨格]
【００４４】
図１０に体心立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を２種類の部品で組み立てることが可能である。
【００４５】
この構造の特徴は１つの原子から８本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｅから原子ａとｂとｈとｉの４方向と、原子ｃとｄとｆとｇの４方向である。
原子ａ、ｂ、ｅ、ｈ、ｉの構造は、図１１の２つの部品のｅの溝同士をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
【００４６】
原子ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの構造は、図１１の部品で作った構造のｅの箇所に、図１２の２つの部品のｅの溝を差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
以上の様に、体心立方格子の骨格は、図１１と図１２の２種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。
【００４７】
なお、図１２の部品の溝の形成角度θは、図１３に示す様に、結晶学的に、<０１１>方位と<―１１１>方位の成す角度であるから、cosθ＝２/√６ の式より、
θ＝３５.３度と簡単に計算できる。従って、θ＝３５.３度となるように図１２の部品の溝を形成してやればよい。
【００４８】
[面心立方格子の骨格]
図１４に、面心立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を２種類の部品で組み立てることが可能である。
【００４９】
この構造の特徴は１つの原子から１２本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｅから原子ａとｂとｃとｄの４方向と、原子ｆとｇとｈとｉの４方向および原子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの作る面に対して鏡面対称の方向に４方向である。原子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの作る面と原子ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎの作る面は等価であるから、原子ｅと原子ｎは等価となり、鏡面対象の方向とは、原子ｎから原子ｆ、ｇ、ｈ、ｉの４方向と等価な方向である。原子面ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅは、図１５の２つの部品のｅの溝をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。原子面ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎも、原子面ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅと等価であるから、同様に、図１６の２つの部品のｎの溝をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。原子面ｆ-ｇ-ｈ-ｉも、原子面ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅおよび原子面ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎと等価である。すなわち、原子ａ、ｅ、ｄは、原子ｆ、ｇ、ｈと等価である。従って、図１５や図１６と同じ部品で作ることが出来る。なお、図１５および図１６の部品は同じ１種類の部品である。
【００５０】
以上の様に、水平面内の結合は、図１５や図１６の部品で簡単に作る事が出来る。一方、上下斜め方向の原子ａ-ｉ-ｍ方向や原子ｄ-ｉ-ｊ方向の結合は、図１７の２つの部品の溝ｉをお互いに差し込むことで、簡単に作る事ができる。また、原子ａ-ｆ-ｋ方向や原子ｂ-ｆ-ｊ方向、および、原子ｂ-ｇ-ｌ方向や原子ｃ-ｇ-ｋ方向、および、原子ｃ-ｈ-ｍ方向や原子ｄ-ｈ-ｌ方向は、原子ａ-ｉ-ｍ方向や原子ｄ-ｉ-ｊ方向と等価であり、図１７と同じ部品を用いて同様に作ることができる。
【００５１】
以上の様に、面心立方格子の骨格は、図１５および図１６の部品１種類と図１７の部品１種類の計２種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。 図１７の部品の溝の形成角度Φは、図１８に示す様に、結晶学的に、＜００１＞方位と＜１０１＞方位の成す角度であるから、ｃｏｓΦ＝１/√２ の式より、
Φ＝４５度と簡単に計算できる。従って、Φ＝４５度となるように図１７の部品の溝を形成してやればよい。
【００５２】
また、本発明では、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現することができる。
【００５３】
その一例としてたとえば、図１９に本発明に係るダイヤモンド構造の模型を示す。図１９は、図１のダイヤモンド構造の骨格の模型の一部を破線２１で示す様に紐、或いは、棒で結んだものである。このように紐、或いは、棒で結ぶことで、結ばれた領域を単位格子として、その単位格子内の原子配列状態を把握しやすいものとすることができる。
【００５４】
また、本発明では、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現することもできる。
【００５５】
さらに、本発明では、前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および／または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および／または結合の違いを表現することもできる。
【００５６】
このような態様の一例を、図２０に示す。図２０に示す構造の骨格自体は、図１のダイヤモンド構造の骨格の模型と同じであるが、部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付けたり、結合手に相当する部位の色を変えたりすることによって、このように原子や結合がダイヤモンド構造とは違う閃亜鉛（Ｚｉｎｃｂｌｅｎｄｅ）型の結晶格子を表現することが可能である。例えば、ＩＩＩ-Ｖ族の化合物半導体（ＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ等）がこの結晶構造で、黒色の玉３１がＩＩＩ族のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ原子を、白色の玉３２がＶ族のＰ、Ａｓ、Ｓｂ原子を表している。
【００５７】
この場合、原子を表現する玉の構造は特に限定されず、部品の原子に相当する部位に固定できるものであればよい。その一例として、玉の具体例を図２１に示す。（１）は、玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＢの方向から見た図である。これらの図に示すように、玉は取付溝３３を有し、取付溝３３を介して部品の原子に相当する部位にはめ込んで固定されるものとすることができる。
【００５８】
また、本発明では、少なくとも、上記いずれかに記載の第１の模型と、該第１の模型と少なくとも形状および／またはサイズが異なる上記いずれかに記載の第２の模型とを連結した模型が提供される。
【００５９】
このような連結された模型の一例を以下に説明する。
先ず、図２２に、本発明に係るシリコン結晶上に成長した酸化膜の模型を示す。シリコン結晶はダイヤモンド構造であるが、酸化膜はクリストバライト結晶構造となる。
すなわち、図２２に示す様に、灰色の玉４１がシリコン原子４２と結合した酸素原子で、シリコン原子とシリコン原子の間に酸素原子が入り込んで結合した構造である。格子定数は、シリコン結晶の０.５４３ｎｍに対し、クリストバライトは０.７１２ｎｍである。
【００６０】
図２３に、灰色の玉４１の拡大図を示す。（１）は、玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＡの方向から見た図である。玉は、取付溝４３および取付溝４３から突出した凸部４４を有している。一方、本発明に係る部品の化学結合手に相当する部位に、あらかじめ凸部４４が挿入される挿入溝を形成しておく。これにより灰色の玉４１は、部品の挿入溝に凸部４４を挿入することで部品に固定することができる。
なお、灰色の玉４１は部品の該当位置に固定することができればよく、玉を固定するための玉および部品の構造は以上で説明したものに限定されない。
【００６１】
次に、図２４に、図１９のダイヤモンド構造の模型の上に図２２の酸化膜の模型を連結した模型を示す。
図中、ａ−ａ’部分が図２２に示した酸化膜（クリストバライト構造）の模型であり、ｂ−ｂ’部分が連結部分の模型で、酸化膜とシリコン結晶の界面となる。ｃ−ｃ’部分がシリコン結晶（ダイヤモンド構造）の模型である。
【００６２】
このように、複数の模型を連結することで、複数の構造を有する材料を模型でわかりやすく表現することができる。たとえば、上記の通り、酸化膜の格子定数はシリコンより大きく、界面ｂ−ｂ’に格子歪みが発生することになり、すなわち、界面の結合手の長さが他と異なることが模型から視覚的に理解できる。
【００６３】
上記では、３つの模型を連結した例を示したが、本発明はこれに限定されず、２つあるいは４つ以上の模型を連結してもよい。
【００６４】
また、本発明の模型は、溝ではめ合わせたものであるので、組み立てた後、再度分解できるものである。本発明の模型が組立て後に分解できるものであれば、短時間で簡単に組み立ておよび分解が可能となる。したがって、模型を分解して携行し、出張先で組み立てて使用し、使用後は再度分解して持ち帰ることができる。
【００６５】
なお、本発明に係る結晶構造や化合物の分子構造模型の材料は、特に限定されないが、たとえばプラスチック等で作るのが一般に便利である。
【００６６】
以上本発明について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。前述の実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るダイヤモンド構造の骨格の模型の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るダイヤモンド構造の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るダイヤモンド構造の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図４】ダイヤモンド結晶格子の立体図である。
【図５】ダイヤモンド結晶格子を上から見た平面図である。
【図６】単純立方格子の立体図である。
【図７】本発明に係る単純立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る単純立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る単純立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１０】体心立方格子の立体図である。
【図１１】本発明に係る体心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る体心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１３】本発明に係る体心立方格子の骨格の模型の部品が有する溝の形成角度を求める図である。
【図１４】面心立方格子の立体図である。
【図１５】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１６】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１７】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１８】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品が有する溝の形成角度を求める図である。
【図１９】本発明に係るダイヤモンド構造の模型の一例を示す図である。
【図２０】本発明に係る閃亜鉛（Ｚｉｎｃｂｌｅｎｄｅ）型の結晶構造の模型の一例を示す図である。
【図２１】（１）は、原子を表現する玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＢの方向から見た図である。
【図２２】本発明に係るシリコン結晶上に成長した酸化膜の模型の一例でる。
【図２３】（１）は、原子を表現する玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＡの方向から見た図である。
【図２４】本発明に係る複数の模型を連結した一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１１…部品、 １２…部品、 １３…原子に相当する部位、
１４…化学結合手に相当する部位、 １５…溝、 １６…溝、 １７…溝、
２１…破線、 ３１…黒色の玉、 ３２…白色の玉、 ３３…取付溝、
４１…灰色の玉、 ４２…シリコン原子、 ４３…取付溝、 ４４…凸部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理化学教材等として利用するための結晶構造および分子構造の模型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の分子模型としては、球と棒を使ったものが一般的である。これは、プラトンの正多面体の角を切り落した、１４面体、２０面体、２６面体、３２面体、球などの多面体をその原子表現体とし、その多面体に、原子価角に合わせて連結孔をあけ、多面体の中心間の距離が原子間距離に対応するように棒の両端を上記連結孔に挿し込んで、各多面体を連結したものである（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来の模型にあっては、構造に忠実であろうとして、プラトンの正多面体の角を切り落した、１４面体、２０面体、２６面体、３２面体、球などの多面体をその原子表現体とすることにより、原子や分子の軌道概念に立脚した原子価角を使用し、原子間距離に対しては夫々の長さに立脚した異なる種類の連結棒を使うために、多面体と連結棒の組合せについては、初学者には複雑でわかり難いものであった。
【０００４】
また、１つの模型は約３０個から６０個の原子を使用することが一般的であるため、例えば、１つの多面体に８本の連結棒を差し込んで作る模型は、２４０箇所から４８０箇所の差込み連結が必要となり、模型作りは、半日から１日の長時間作業となり、不便であった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３３９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、初学者でも簡単に短時間で組み立てることができる、結晶構造や分子構造の模型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型が提供される（請求項１）。
【０００８】
このように、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を溝で接合する模型であれば、組み立てが簡便で短時間で行うことができ、初学者でも結晶構造や化合物の分子構造を容易に理解することができる。
【０００９】
この場合、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品１種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てることができる（請求項２）。
【００１０】
このように、本発明によれば、初学者にとって非常に複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を、わずか１種類の部品で簡単に短時間で組み立てることができる。
【００１１】
この場合、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品２種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てることができる（請求項３）。
【００１２】
このように、本発明によれば、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を、わずか２種類の部品で簡単に短時間で組み立てることができる。
【００１３】
また、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現することができる（請求項４）。
【００１４】
このように、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって、単位格子内の原子配列状態の把握が極めて容易となり、初学者にもよりわかり易いものとすることができる。
【００１５】
また、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものとすることができる（請求項５）。
【００１６】
このように、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものとすれば、よりわかり易いものとすることができる。
【００１７】
また、前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および／または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および／または結合の違いを表現するものとすることができる（請求項６）。
【００１８】
このようにして、原子および／または結合の違いを表現すれば、各原子の結合状態や、異種原子やその結合の違いの把握が極めて容易となる。
【００１９】
また、少なくとも、上記本発明のいずれかに基づく第１の模型と、該第１の模型と少なくとも形状および／またはサイズが異なる上記本発明のいずれかに基づく第２の模型とを連結した模型とすることができる（請求項７）。
【００２０】
このように、形状および／またはサイズが異なる複数の模型を連結することで、複数の構造を持つ材料の模型を形成して、夫々の構造間の対称性や結合の違いの理解に役立てることができる。
【００２１】
また、前記模型は、組み立てた後、再度分解できるものであることが好ましい（請求項８）。
【００２２】
このように、前記模型が、組み立ておよび分解できるものであれば、出張時に模型を分解して携行し、出張先で短時間で組み立てて使い、再度分解して持ち帰ることができ、模型の利用範囲を広げることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る結晶構造および分子構造の模型は、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を、部品に設けられた溝同士を接合して組み立てるため、多面体と連結棒および差込孔の選択が不要で分かり易いものである。さらに、この部品の溝同士を１回接合するだけで複数個の原子と結合手の組み立てが可能となり、トータルの部品数を大幅に減少できるとともに、模型作りの時間を従来の１/５から１/１０と大幅に短縮できるようになる。そのため、模型を分解して携行し、出張先での組み立て使用ということも可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述したように、従来の分子模型は多面体と連結棒および差込孔の選択が必要で、組立てに多大な時間を要していた。そこで、本発明者等は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を用いることで模型作りの時間が大幅に短縮できることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００２５】
すなわち、本発明は、結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型を提供する。
【００２６】
このように、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品とすることで、従来のような多面体と連結棒および差込孔の選択が不要となり組立てが分かり易くなった。また、この部品の原子に相当する部位に設けられた溝同士を１回嵌め合わせるだけで複数個の原子と結合手を組み立てることになり、トータルの部品数を大幅に減少できるとともに、模型作りの時間も大幅に短縮できるようになった。
【００２７】
たとえば、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品１種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てることができる。このような場合を例として本発明に係る模型について以下に具体的に説明する。
【００２８】
[ダイヤモンド構造の骨格]
図４に、半導体シリコンの結晶構造であるダイヤモンド構造（ダイヤモンド結晶格子）を示す。初学者にとって、非常に複雑な結晶構造に見えるが、本発明では、この複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を一種類の部品だけで作ることができる。
【００２９】
この構造の特徴は１つの原子から４本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｂから原子ａとｃの方向と、原子ｆとｇの方向に結合手が出ている。原子ａ方向の結合手と原子ｃ方向の結合手の成す角ａｂｃと、原子ｆ方向の結合手と原子ｇ方向の結合手の成す角ｆｂｇは等価で、どちらも１０９度である。
【００３０】
図５は、図４を上から見た図である。図５から、結合手ａｂと結合手ｂｃが直線上にあることや結合手ｆｂと結合手ｂｇも直線上にあること、更に、ａ-ｂ-ｃとｆ-ｂ-ｇが直交していることが良く判る。同様に、結合手ｃｄとｄｅおよび結合手ｈｄとｄｉが直線上にあり、お互い直交していることが判る。
【００３１】
この様に、原子ａ-ｂ-ｃ-ｆ-ｇの構造と原子ｃ-ｄ-ｅ-ｈ-ｉの構造が同じであること、更に、原子ｆ-ｋ-ｈ-ｊ-ｌも原子ｇ-ｍ-ｉ-ｌ-ｎも同じ構造であることが判る。
【００３２】
すなわち、図４のダイヤモンド結晶格子は、原子ａ-ｂ-ｃ-ｆ-ｇと原子ｃ-ｄ-ｅ-ｈ-ｉが並び、その下に、原子ｆ-ｋ-ｈ-ｊ-ｌと原子ｇ-ｍ-ｉ-ｌ-ｎが並んでいる。また、原子の並び方が、原子ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅと原子ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎは、同じ様に、１０９度の傾きを持ったジグザグ形状であることやお互いに直交していることが判る。
【００３３】
従って、図４のダイヤモンド結晶格子は、原子の並びのａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅに、原子の並びのｆ-ｂ-ｇやｈ-ｄ-ｉが直交し、その下に、ｆｋｈやｇｍｉが直交し、更に、その下に、原子の並びのｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎが直交して出来ていることが判る。
【００３４】
次に、この複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を一種類の部品のみで作り上げる本発明の方法を説明する。
図３に本発明に係る部品１２を示す。部品１２は、原子に相当する部位１３と化学結合手に相当する部位１４を一体とした部品であり、原子に相当する部位１３に溝１５を有するものである。また部品１２の結合手１４同士の為す角は、上記で説明したダイヤモンド構造の結合手同士の為す角と同じく１０９度となっている。この部品１２の上下を反転させただけの部品１１を図２に示す。部品１１および部品１２は同じ１種類の部品である。
【００３５】
図２の部品１１は、図４のダイヤモンド構造の原子の並びのａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅに対応し、図３の部品１２は、原子の並びのｆ-ｂ-ｇやｈ-ｄ-ｉやｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎに対応する。
【００３６】
このような部品１１の溝１６に部品１２の溝１７を直交する様に差し込むことで原子ａ-ｂ-ｃ-ｆ-ｇの構造が出来る。同種の部品を同様に組み立てることにより、原子ｃ-ｄ-ｅ-ｈ-ｉの構造が出来る。同様にして、原子の並びのｆ-ｋ-ｈおよびｇ-ｍ-ｉは部品１１で、ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎは部品１２に対応し、これらの部品１１と部品１２の溝を交互に直交する様に嵌め合いで差し込んで行くことで、簡単に、図１に示すダイヤモンド構造の骨格の模型を組み立てることが可能である。
【００３７】
なお、ここでは説明のために部品１１および１２の色を異なったものとしているが、上述したようにそもそも部品１１および１２は１種類の部品であり、同じ色の部品としてもよい。
【００３８】
また、本発明によれば、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品２種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てることができる。
【００３９】
[単純立方格子の骨格]
図６に、単純立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を２種類の部品で組み立てることが可能である。
【００４０】
この構造の特徴は１つの原子から６本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｏから原子ｐとｒとｓの３方向と、その１８０度逆の方向である。
【００４１】
上面の原子ｏ-ｐ-ｑ-ｒの構造および下面の原子ｓ-ｔ-ｕ-ｖの構造は、図７と図８の部品を互いに直交する様に溝同士を嵌め合わせることで作ることが出来る。図７と図８の部品は、上下を反転させただけで、同じ１種類の部品である。
例えば、原子ｏ-ｐ-ｑ-ｒの構造は図７の部品の溝ｏとｒに図８の部品の溝ｏとｒを、図７の部品の溝ｐとｑに図８の部品の溝ｐとｑを差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
【００４２】
図７と図８の部品とは異なる部品を図９に示す。上面の原子ｏ-ｐ-ｑ-ｒの構造および下面の原子ｓ-ｔ-ｕ-ｖの構造を結ぶ結合は、図９の部品の溝ｏ、ｓ、ｐ、ｔ、ｑ、ｕ、ｒ、ｖを、上面と下面の原子のｏとｓ、ｐとｔ、ｑとｕ、ｒとｖに相当する所に差し込むことで完成させることが出来る。
以上の様に、単純立方格子の骨格は、２種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。
【００４３】
[体心立方格子の骨格]
【００４４】
図１０に体心立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を２種類の部品で組み立てることが可能である。
【００４５】
この構造の特徴は１つの原子から８本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｅから原子ａとｂとｈとｉの４方向と、原子ｃとｄとｆとｇの４方向である。
原子ａ、ｂ、ｅ、ｈ、ｉの構造は、図１１の２つの部品のｅの溝同士をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
【００４６】
原子ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの構造は、図１１の部品で作った構造のｅの箇所に、図１２の２つの部品のｅの溝を差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
以上の様に、体心立方格子の骨格は、図１１と図１２の２種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。
【００４７】
なお、図１２の部品の溝の形成角度θは、図１３に示す様に、結晶学的に、<０１１>方位と<―１１１>方位の成す角度であるから、cosθ＝２/√６ の式より、
θ＝３５.３度と簡単に計算できる。従って、θ＝３５.３度となるように図１２の部品の溝を形成してやればよい。
【００４８】
[面心立方格子の骨格]
図１４に、面心立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を２種類の部品で組み立てることが可能である。
【００４９】
この構造の特徴は１つの原子から１２本の結合手が出ている点である。すなわち、原子ｅから原子ａとｂとｃとｄの４方向と、原子ｆとｇとｈとｉの４方向および原子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの作る面に対して鏡面対称の方向に４方向である。原子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの作る面と原子ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎの作る面は等価であるから、原子ｅと原子ｎは等価となり、鏡面対象の方向とは、原子ｎから原子ｆ、ｇ、ｈ、ｉの４方向と等価な方向である。原子面ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅは、図１５の２つの部品のｅの溝をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。原子面ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎも、原子面ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅと等価であるから、同様に、図１６の２つの部品のｎの溝をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。原子面ｆ-ｇ-ｈ-ｉも、原子面ａ-ｂ-ｃ-ｄ-ｅおよび原子面ｊ-ｋ-ｌ-ｍ-ｎと等価である。すなわち、原子ａ、ｅ、ｄは、原子ｆ、ｇ、ｈと等価である。従って、図１５や図１６と同じ部品で作ることが出来る。なお、図１５および図１６の部品は同じ１種類の部品である。
【００５０】
以上の様に、水平面内の結合は、図１５や図１６の部品で簡単に作る事が出来る。一方、上下斜め方向の原子ａ-ｉ-ｍ方向や原子ｄ-ｉ-ｊ方向の結合は、図１７の２つの部品の溝ｉをお互いに差し込むことで、簡単に作る事ができる。また、原子ａ-ｆ-ｋ方向や原子ｂ-ｆ-ｊ方向、および、原子ｂ-ｇ-ｌ方向や原子ｃ-ｇ-ｋ方向、および、原子ｃ-ｈ-ｍ方向や原子ｄ-ｈ-ｌ方向は、原子ａ-ｉ-ｍ方向や原子ｄ-ｉ-ｊ方向と等価であり、図１７と同じ部品を用いて同様に作ることができる。
【００５１】
以上の様に、面心立方格子の骨格は、図１５および図１６の部品１種類と図１７の部品１種類の計２種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。 図１７の部品の溝の形成角度Φは、図１８に示す様に、結晶学的に、＜００１＞方位と＜１０１＞方位の成す角度であるから、ｃｏｓΦ＝１/√２ の式より、
Φ＝４５度と簡単に計算できる。従って、Φ＝４５度となるように図１７の部品の溝を形成してやればよい。
【００５２】
また、本発明では、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現することができる。
【００５３】
その一例としてたとえば、図１９に本発明に係るダイヤモンド構造の模型を示す。図１９は、図１のダイヤモンド構造の骨格の模型の一部を破線２１で示す様に紐、或いは、棒で結んだものである。このように紐、或いは、棒で結ぶことで、結ばれた領域を単位格子として、その単位格子内の原子配列状態を把握しやすいものとすることができる。
【００５４】
また、本発明では、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現することもできる。
【００５５】
さらに、本発明では、前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および／または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および／または結合の違いを表現することもできる。
【００５６】
このような態様の一例を、図２０に示す。図２０に示す構造の骨格自体は、図１のダイヤモンド構造の骨格の模型と同じであるが、部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付けたり、結合手に相当する部位の色を変えたりすることによって、このように原子や結合がダイヤモンド構造とは違う閃亜鉛（Ｚｉｎｃｂｌｅｎｄｅ）型の結晶格子を表現することが可能である。例えば、ＩＩＩ-Ｖ族の化合物半導体（ＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ等）がこの結晶構造で、黒色の玉３１がＩＩＩ族のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ原子を、白色の玉３２がＶ族のＰ、Ａｓ、Ｓｂ原子を表している。
【００５７】
この場合、原子を表現する玉の構造は特に限定されず、部品の原子に相当する部位に固定できるものであればよい。その一例として、玉の具体例を図２１に示す。（１）は、玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＢの方向から見た図である。これらの図に示すように、玉は取付溝３３を有し、取付溝３３を介して部品の原子に相当する部位にはめ込んで固定されるものとすることができる。
【００５８】
また、本発明では、少なくとも、上記いずれかに記載の第１の模型と、該第１の模型と少なくとも形状および／またはサイズが異なる上記いずれかに記載の第２の模型とを連結した模型が提供される。
【００５９】
このような連結された模型の一例を以下に説明する。
先ず、図２２に、本発明に係るシリコン結晶上に成長した酸化膜の模型を示す。シリコン結晶はダイヤモンド構造であるが、酸化膜はクリストバライト結晶構造となる。
すなわち、図２２に示す様に、灰色の玉４１がシリコン原子４２と結合した酸素原子で、シリコン原子とシリコン原子の間に酸素原子が入り込んで結合した構造である。格子定数は、シリコン結晶の０.５４３ｎｍに対し、クリストバライトは０.７１２ｎｍである。
【００６０】
図２３に、灰色の玉４１の拡大図を示す。（１）は、玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＡの方向から見た図である。玉は、取付溝４３および取付溝４３から突出した凸部４４を有している。一方、本発明に係る部品の化学結合手に相当する部位に、あらかじめ凸部４４が挿入される挿入溝を形成しておく。これにより灰色の玉４１は、部品の挿入溝に凸部４４を挿入することで部品に固定することができる。
なお、灰色の玉４１は部品の該当位置に固定することができればよく、玉を固定するための玉および部品の構造は以上で説明したものに限定されない。
【００６１】
次に、図２４に、図１９のダイヤモンド構造の模型の上に図２２の酸化膜の模型を連結した模型を示す。
図中、ａ−ａ’部分が図２２に示した酸化膜（クリストバライト構造）の模型であり、ｂ−ｂ’部分が連結部分の模型で、酸化膜とシリコン結晶の界面となる。ｃ−ｃ’部分がシリコン結晶（ダイヤモンド構造）の模型である。
【００６２】
このように、複数の模型を連結することで、複数の構造を有する材料を模型でわかりやすく表現することができる。たとえば、上記の通り、酸化膜の格子定数はシリコンより大きく、界面ｂ−ｂ’に格子歪みが発生することになり、すなわち、界面の結合手の長さが他と異なることが模型から視覚的に理解できる。
【００６３】
上記では、３つの模型を連結した例を示したが、本発明はこれに限定されず、２つあるいは４つ以上の模型を連結してもよい。
【００６４】
また、本発明の模型は、溝ではめ合わせたものであるので、組み立てた後、再度分解できるものである。本発明の模型が組立て後に分解できるものであれば、短時間で簡単に組み立ておよび分解が可能となる。したがって、模型を分解して携行し、出張先で組み立てて使用し、使用後は再度分解して持ち帰ることができる。
【００６５】
なお、本発明に係る結晶構造や化合物の分子構造模型の材料は、特に限定されないが、たとえばプラスチック等で作るのが一般に便利である。
【００６６】
以上本発明について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。前述の実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るダイヤモンド構造の骨格の模型の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るダイヤモンド構造の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るダイヤモンド構造の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図４】ダイヤモンド結晶格子の立体図である。
【図５】ダイヤモンド結晶格子を上から見た平面図である。
【図６】単純立方格子の立体図である。
【図７】本発明に係る単純立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る単純立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る単純立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１０】体心立方格子の立体図である。
【図１１】本発明に係る体心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る体心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１３】本発明に係る体心立方格子の骨格の模型の部品が有する溝の形成角度を求める図である。
【図１４】面心立方格子の立体図である。
【図１５】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１６】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１７】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品の一例を示す図である。
【図１８】本発明に係る面心立方格子の骨格の模型の部品が有する溝の形成角度を求める図である。
【図１９】本発明に係るダイヤモンド構造の模型の一例を示す図である。
【図２０】本発明に係る閃亜鉛（Ｚｉｎｃｂｌｅｎｄｅ）型の結晶構造の模型の一例を示す図である。
【図２１】（１）は、原子を表現する玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＢの方向から見た図である。
【図２２】本発明に係るシリコン結晶上に成長した酸化膜の模型の一例でる。
【図２３】（１）は、原子を表現する玉を下から見た図であり、（２）は（１）のＡ―Ａ’断面図であり、（３）は（１）をＡの方向から見た図である。
【図２４】本発明に係る複数の模型を連結した一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１１…部品、 １２…部品、 １３…原子に相当する部位、
１４…化学結合手に相当する部位、 １５…溝、 １６…溝、 １７…溝、
２１…破線、 ３１…黒色の玉、 ３２…白色の玉、 ３３…取付溝、
４１…灰色の玉、 ４２…シリコン原子、 ４３…取付溝、 ４４…凸部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型。
【請求項２】
前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品１種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする請求項１に記載の模型。
【請求項３】
前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品２種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てるものであることを特徴とする請求項１に記載の模型。
【請求項４】
前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の模型。
【請求項５】
前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の模型。
【請求項６】
前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および／または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および／または結合の違いを表現するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の模型。
【請求項７】
少なくとも、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の第１の模型と、該第１の模型と少なくとも形状および／またはサイズが異なる請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の第２の模型とを連結したものであることを特徴とする模型。
【請求項８】
前記模型は、組み立てた後、再度分解できるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の模型。
【請求項１】
結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型。
【請求項２】
前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品１種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする請求項１に記載の模型。
【請求項３】
前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品２種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てるものであることを特徴とする請求項１に記載の模型。
【請求項４】
前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の模型。
【請求項５】
前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の模型。
【請求項６】
前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および／または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および／または結合の違いを表現するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の模型。
【請求項７】
少なくとも、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の第１の模型と、該第１の模型と少なくとも形状および／またはサイズが異なる請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の第２の模型とを連結したものであることを特徴とする模型。
【請求項８】
前記模型は、組み立てた後、再度分解できるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の模型。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００７−１５５７６８（Ｐ２００７−１５５７６８Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４６３６８（Ｐ２００５−３４６３６８）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（５９０００２１７２）株式会社プレテック (41)
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（５９０００２１７２）株式会社プレテック (41)
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