JP2015033563A - 人形用磁力挟み込み式関節および該関節を備えた人形 - Google Patents

Abstract

【課題】 関節付き人形の楽しみ方のひとつは 独自の発想を表現してゆくことにもある、そこで、分解や組み立てが簡単になれば、独自の表現が容易に行えるようになる。また、関節構造の見栄えがよくなれば より現実的な表現を行えるようになる また 関節の可動性能が良くなれば、より現実に近い表現ができるようになる また 関節付き人形の関節構造を簡単にできれば低コストになり費用対効果があがる このように より商品価値のある 関節付き人形をつくることができる。
【解決手段】 本発明は磁力を応用しているので 分解組立が容易な関節構造である また、磁力で連結するため 外見上 きれいな形 現実に近い滑らかな表現を 行える関節構造である。また 単純な構造でありながら 簡単に自由度の高い関節を実現可能とする高機能な関節構造である。さらに 余分な構造などがないので その分のコスト削減が可能な関節構造である
【選択図】図７

Description

発明の詳細な説明

人形用 磁力挟み込み式 関節 および該 関節を備えた 人形 である
（本件で人形とは 人型 ロボット型 動物型などの人形の総称とする、また関節構造を組み込もうとする人形で 関節構造の組み込まれていない状態の人形外皮構造（中空構造とは限らない）を人形素体と表現する、 また 関節とは 生物の関節機能を真似た 人形用のリンク（節）ジョイント（対偶）部の構造 とし 主な機能は 連結と回転（様々な方向の回転も含める）と その保持機能である、 また 人形素体に関節構造を組み込んだものを 関節付き人形と表現する。）
本発明の関節構造は 本体を節で分割した設計の人形に関節を組み込もうとするための関節構造で 連結しようとする節の連結部どうしを近づけたとき 各関節連結部内部に内包された磁石の引き合う力を利用して 人形の関節の連結部分のすり合わせ構造の一部分を挟み込むことにより 連結や回転や回転の保持 などの関節機能を実現させるものである
従来からの構造で作られた 関節付き人形の多くは 骨組みや軸などを使った連結構造や ひもやバネなどを使った 節どうしをつなぐような 連結構造が多く 関節部には連結構造物があり 連結部に この構造物が見えるが 本発明は磁力による連結のため 視覚的には見ず 目に見える連結構造物無しで関節機能を実現させている そのため 外見上 その連結構造物がないスッキリとした外観に設計可能な関節構造である この構造を利用することにより 例えばより実物の人間に近い滑らかな表現の外観の関節付き人形を実現可能である
連結しようとする関節の連結部どうしを近づけることにより 連結し かつそれだけですぐに関節として機能し 引き離すだけで 分解することができるこれまでに無い 分解組立がしやすい関節構造なので 部品の交換が可能で着せ替えが容易な人形が出来る ［図２］［図７］
単純な構造でありながら 仮にすりあわせ面を 球面状にすれば 簡単に３自由度ていどの高い自由度のリンク構造を実現させることが出来る構造である（球対偶と同様の機能を実現する）［図１］関節の 可動方向や可動範囲 などの性能が良くなれば、例えば 人間の人形であれば より人間らしい動きやポーズの表現ができるようになる
なおかつ 関節構造部に複雑な構造や骨組みなどの骨格を必要としないため骨格型のものと比較すると その分の コスト削減が可能であるので 低コストで高機能な人形が実現可能である。

従来の人形の関節構造は 大別すると 操り人形型 骨格型 磁石型 である
以下 （本案と比較した特長など）
操り人形型 とは 既存の操り人形のような構造で ひも ゴム バネなどの 連結のための材料を 連結しようとする 分割された人形素体の節（例えば分割された 頭と首部分など）に 通し連結結合させる 関節構造 である 軸構造などの リンク構造を使用ぜすに 連結材料で連結する構造である。
関節を連結するための材料や 連結材料のテンションの強さや 連結面のすりあわせ形状 連結材を通す穴や切込みの形状 などで 仕様の違いがある
場合によっては関節部分には 連結結合可動域に準じた切り込み穴があったり回転位置によっては この穴や 連結材や切込みなどが見えてしまうなどの 見栄えのもんだいもある 回転保持力の調整が難しいなどの問題もある［図 ３］
骨格型は 内骨格型 と外骨格型があり 内骨格型は 人形素体と その内部骨格構造から構成されており さらに、骨格構造に関節構造が設計されている関節構造部は 軸構造などのリンク構造の組み合わせが多く利用されている そして、場合によっては これらの入れ子構造などの設計がされた関節構造も使用される 内骨格構造型は 内部骨格である骨組みや、関節のリンク構造が必要となる［図 ４］
また 人形表現は 外見上 関節部分は 人形素体から 内部骨格構造が むき出しになるような設計になりやすいことや 構造を支えるための強度が必要になるため 人形素体に対して硬い材料が使用されることが多く 人形素体と関節構造に材料の質感のギャップが発生するなどの問題も起こりがちである 柔らかな材料が使用しづらいこともあり どうしてもごつごつとした表現になりがちであり 見栄えも悪くなりがちである また素体と骨格 骨格のリンク構造の煩雑さもあり 連結されている 部品の分解組立が容易でないことが多い。［図 ４］
外部骨格型は 人形素体そのもの あるいは素体と一体に骨組みや関節構造が設計されたものである 場合によっては 素体と骨格を別々に設計したり別々に作ったりしなくてもよい などの利点もあるが ［図 ５］
内骨格型と同様に素体となる部分の表現は 滑らかに表現できるのに 対して関節となる部分の表現は機械的な連結構造 軸構造などがむき出しになる場合が多い また関節部分の表現が 材料の質感や構造のため ごつごつとした表現になりがちであり 見栄えも悪くなりがちである ［図 ５］
磁石型 磁石と磁石 （あるいは磁石と金属以下略） が引き合う引力により結合し かつ 軸構造のリンク構造などを模して関節部分に応用したものである玩具ロボットなどの関節ひょうげんで 使用されることがある その仕組みのひとつの例は、関節の一方は軸となる構造で、たとえば関節部分の支点となる軸位置に磁石を固定したものと、 結合しようとする もう一方は逆に軸受け構造で軸受け構造で磁石を使用したもので 磁石と磁石 が引き合うことにより結合し結合する 一方は軸形状 もう一方は軸受け形状などになっており これらが擦りあわされることにより 関節機能を実現しているものである 磁石と磁石 同士の組み合わせの場合は １自由度のリンク構造を実現できる また関節に磁石と金属の円柱や球（磁石と金属が逆も可）を使用すれば 論理てきには さらに自由度の高いリンク構造の関節を実現できる［図 ６］
分解組立が容易である すりあわせ溝や面があれば 機械的なリンク構造が必要ない 近づけれは結合し 引き剥がせば分解できる
ただし磁石同士の組み合わせの一対のリンクでは異極端同士が強く引き合う性質上 連結と軸リンク機能しか磁力を応用できないため １自由度のリンク構造しか実現できない
自由度の高いリンク構造を実現する場合は 磁石と磁石のくっつく金属の組み合わせとすれば 極や位置にかかわらず くっつくため さらに自由度の高いリンクも実現できる［図 ６］
しかし 連結力は半分のものしか実現できない などの問題もある
様々な形式の “人形に応用されている関節構造”がありますが
これらはそれぞれ 構造の煩雑さ それに伴う 見栄えの問題 コストの必要性 分解組立の難しさ 実現できる機能の制限 などで それぞれ 以上のような 短所などがある

発明を実施する場合は 本体を節で分割した設計の人形（関節構造を組み込むための人形）と その人形へ 組み込む関節構造が必要となる （人間型の人形を作る場合の実施例とする） 人形素体 は プラスチック素材とし ここでは一般的な各種高分子素材のこととし これで出来た 人形外皮構造とする このような 人形素体にさらに 素体細部の構造や設計 そして 関節構造を以下のように、構造をを組み込むことで実現可能である［図 ７］
本発明の関節構造に使用する人形素体の関節の連結部分の構造は 凸側と 凹側の対になっており すりあわせ形状となるように 設計する この面が磁力により連結し すり合わさる面を任意の位置に回転可能で かつ保持可能となる また すりあわせ面の形状は 大別すると 関節リンク構造の 自由度などにより違う形状となる 連結しようとする関節の一方の 凸側は球状や円柱状 あるいは軸状やチョウバン状などがあり 凹側は 受けとなる 凸面の受け形状となっているものとする 設計時にはリンク機構に必要な すりあわせ形状を設計するほうが機能効率を高められるのでこのような工夫をすべきである［図 ７］
関節内部には 空間があり、以降これを自由磁石室とする（磁石が自由に回転できる十分な空間 であり 連結するジョイントに対して十分な内包される磁石の引き合う力が得られるような厚みや形状などで設計されている空間とする）ここに自由に動く状態で磁石が内包される 以降これを自由磁石とする 連結しようとする もう一方の関節の自由磁石（あるいは片側は すり合わせる面に対して 磁力の引き合う力が働く位置であれば関節に固定された磁石であっても良い） が引き合うことで 人形素体（人形外皮構造）の素体関節部分の一部が磁石に挟み込まれることにより その摩擦力により固定される［図２］［図７］
このように磁石の挟み込む摩擦力により リンク（節）部分を可動範囲内の任意の位置に保持することの出来る 関節構造である
使用する磁石の種類の一例としては ネオジウム磁石があげられます 磁力が強力なので 磁石と磁石の間の間隔が開いた状況でも十分な磁力を得ることが出来る種類の磁石 （実際の連結時には 関節構造の一部を挟み込むような形になるので） なので この磁石を使用すれば 本発明を実現可能である
本発明の関節構造は単純な構造でありながら 仮にすりあわせ面を 球面にするだけで 簡単に３自由度ていどの高い自由度のリンク構造を実現させることが出来る構造である （球対偶と 同様な自由度なので） ［図１］
そのほか 実施時の注意点としては、本関節構造の関節連結部のすりあわせの形状がただの球面や円柱状などの場合は 可動域内での磁石の連結力が十分にあった場合でも、関節可動域の限界点を超えると 関節受け部分のエッジとなる部分を支点として てこの原理が働き 関節が外れる場合もありますので 実施時には たとえば あて側に 限界位置停止用の突起と受け側にその停止位置に突起受け（ストッパー）をつけた構造にするなどの てこの原理が働かなくなるような何らかの工夫をすべきである［図８］
人形全体を考えたときに回転機能のリンク構造を応用した関節以外に素体が上胴と下胴などに分かれている場合などに使う ただの連結機能 や多少の曲げ伸ばし機能などの構造も必要になります 上胴と 下胴に 背骨となるものを通して これに それぞれの胴を固定する 従来からある既存の方法 たとえば ボールジョイントのようなもの 針金のようなものを使い固定する（曲げ伸ばしを可能にする背骨の材料） 固定する場合 背骨となる材料と 各胴との間にはかなりのギャップがありますので この間を埋めるべく 連結用の部品を間に入れることで 分解 連結 曲げ伸ばし機能を実現する 接続構造 を実施可能である、この説明をさらに具体的に説明すると参考図面のように 実施することが可能である［図７］［図９］

発明の効果

本来 関節付き 人形の楽しみ方の多くは 既成のものをそのまま使用するのではなく 使用者の好みに応じた 独自の体型 独自のデザイン 独自のポーズや より現実に近い表現 などのように 独自の発想を表現してゆくことにもある
しかし これらを実現するためには パーツの交換や 着せ替えなどが必要な場合が多くある そのためには 分解 組立作業が必要な場合があるが このとき 既存のものの多くは 本発明と比較すると構造部品が多く 分解組立が ひじょうに面倒であるが 本発明は 構造部品が少ないため分解組立が容易であるので 着せ替えや 人形パーツの交換が 容易に行えるようになり より一層本来目的を楽しめるようにするものである
本発明の磁力による連結は 視覚的には見ず 目に見える連結構造物無しで関節機能を実現させており そのため 外見上 その連結構造物がないスッキリとした外観に設計出来る関節構造である これを応用することにより 例えばより実物の人間に近い滑らかな外観の優れた関節付き人形を実現可能であり より現実的な表現にこだわった人形ができる
連結しようとする関節の連結部どうしを近づけることにより 連結し かつそれだけですぐに関節として機能し 引き離すだけで 分解することができるこれまでに無い 分解組立がしやすい関節構造である。 着せ替えが容易で部品の交換がかのうな人形が実現するので 今までよりもさらに 部品交換をして楽しむ あるいは、着せ替えをして楽しむ人形などのが実現できる
またこのことにより 交換部品や着せ替え部品 それらの付属品の需要も出来るなどの 新たな市場が見込める
単純な構造でありながら 簡単に高い自由度のリンク構造を実現させることが出来る高性能な関節構造であり 関節の可動方向や可動範囲 などの関節性能が高性能であれば、例えば 人間の人形であれば より人間らしい動きやポーズの表現ができるようになる
なおかつ 関節構造部に複雑な構造や骨組みを必要としないため 骨格型のものと比較すると 複雑な構造が不要な分の コスト削減が可能であるので 低コストで高機能な人形が出来ので 高機能で低価格なもの すなわち 費用対効果の高い 人形が出来る
磁石型の関節では 欠点であった 磁石同士の組み合わせのとき結合のためにしか磁力を応用できないため １自由度のリンク構造しか実現できなかったことと 磁石と磁石のくっつく金属の組み合わせとすれば さらに自由度の高いリンクも実現できるが 結合力が弱くなる問題があった。 ［図６］
しかし 本発明の関節構造においては 磁力を応用した関節でありながら 連結 回転 回転の保持とすべての関節の機能を実現しているので 従来型の磁石型関節と同様な問題点も無く これまでの磁石型関節構造の使用をあきらめていた 製品開発に使用できる可能性も出てくる。

リンク機構と対偶の例（人形用関節の基本構造） リンク機構Ａ リンク機構Ｂ リンク機構Ｃ すべり対偶 回転対偶（チョウバン、ヒンジ） 球対偶 本発明 人形用 磁力 挟み込み式 関節 の構造と仕組み 外略図（股関節）断面 透視図（関節構造の例 人間型人形 下胴と大腿の例） 下胴 横 断面 下胴 正面 断面 大腿 横 断面 大腿 正面 断面 下胴と大腿の連結 従来の技術 操り人形型 断面 透視図 従来の技術 骨格型 （内骨格型）例（股関節） 下胴 側面 断面透視図 下胴 正面 大腿 関節パーツ組込みイメージ 透視図 関節パーツ 曲げイメージ ひざ、ひじ、股関節、肩 などに使用する 関節部品の例 （内骨格の部品） 従来の技術 骨格型 （外骨格型）例（股関節） 下胴 側面 下胴 正面 大腿 すね部 従来の技術 磁石型 磁石軸リンク連結状態 磁石軸リンク回転状態 磁石関節使用のロボット 断面 イメージ図 人間型 関節付 人形用 素体（中空式のとき） 人間型 関節付 人形用 素体 に本発明の関節構造を 組み込んだイメージ 素体すり合わせ構造 断面透視イメージ 実施時の注意点 球面リンクなどの回転限界のはずれ防止策の例何もしない場合の回転量に伴う変化 はずれ防止した場合の回転量に伴う変化 人間型 関節付き人形素体（中空式のとき）用 背骨構造の例 実施例 と上胴と下胴の連結構造の例 断面透視イメージ 必要部品 と その分解組立 素体への組み込み方イメージ

Claims (1)

1. 人形用 磁力挟み込み式 関節 および該 関節を備えた 人形 である
   （本件で人形とは 人型 ロボット型 動物型などの人形の総称とする、また関節構造を組み込もうとする人形で 関節構造の組み込まれていない状態の人形外皮構造（中空構造とは限らない） を人形素体と表現する、 また 関節とは生物の関節機能を真似た 人形用のリンク（節）ジョイント（対偶）部の構造 とし 主な機能は 連結と回転（様々な方向の回転も含める）と その保持機能である。 また 人形素体に関節構造を組み込んだものを 関節付き人形と表現する。）
   本発明は磁石を応用した関節構造で 本体を節で分割した設計の人形に関節を組み込もうとするための関節構造で 連結しようとする節の連結部どうしを近づけたとき 各関節の連結部内部に内包された磁石の引き合う力を利用して連結するものである
   その仕組みは、関節の連結部内部には 空間（以降これを自由磁石室とする この空間は磁石が自由に回転できる十分な空間 であり 連結されるもう一方の連結部分に対しても充分に磁石の引き合う磁力がはたらくような厚みや形状などで設計されている空間とする）があり、 ここに自由に動く状態で磁石が内包される 以降これを自由磁石とし 連結しようとする もう一方の関節の自由磁石（片側は 連結部のすり合わせる面に対して 磁力の引力が働く位置であれば関節に固定された磁石であっても良い） が引き合うことで 人形素体（人形外皮構造）の関節部分の連結部のすりあわせ面の一部が磁石に挟み込まれることにより その摩擦力により保持される［図２］
   このことにより 連結や回転や回転の保持 などの関節機能を実現させるものである（磁石と磁石 あるいは 磁力で 十分な 磁力が得られれば 磁石と磁石がくっつく金属などの組み合わせも含む）
   従来からの 関節付き人形の多くは 骨組みや軸などを使った連結構造や ひもやバネなどを使った 節どうしをつなぐような 連結構造が多く 関節部には連結構造物があり 連結部に この構造物が見えるが 本発明は磁石の磁力による連結で 磁力は 視覚的には見ず 目に見える連結構造物無しで関節機能を実現させているため 外見上 その連結構造物がないスッキリとした外観に設計出来る関節構造であり
   また 本発明の関節構造は連結しようとする関節の連結部どうしを近づけることにより 連結し かつ それだけですぐに関節として機能し 引き離すだけで分解することができるなど これまでに無い とても分解組立がしやすい関節構造である

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