JP2018130261A - 磁石を用いたブロック玩具 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を利用して結合するブロック玩具の外形は矩形や三角等であり、大きな構造物も歪み無く作れるように接続箇所が固定されて、ブロック同士が摺動しない構造を採用している。しかし、動物や人間のような曲線で構成されている造形物を作るには形が不向きなだけでなく、ポーズを変えたり動きを与えたりするには不向きであった。
【解決手段】これらの課題を解決するため、ブロックの基本形を同一直径の球とし、そのバリエーションでブロックの種類を増やすし、曲面外形を持ったブロックながら相互にブロックを接続し易くし。また、ブロック内部の磁石の同極を互いに向け合い設置することで、ブロックの表面磁束密度のほぼ等しい領域を広くし、その結果、造形物のポーズを変えたり動かしりすることが容易になった。鑑賞のし易さも考えブロックに透明の造形物コントロール板を複数取り付け、手を使わずポーズの変化や動きを与えられるようにした。
【選択図】図１０

Description

本発明は磁石を用いたブロック玩具に関する。

従来から知育用玩具として磁力でブロックを連結させて構造物を作る玩具、例えば特許文献1と関係するボーネルンド社のマグフォーマーなどが提案されている。特許文献2にもあるようにブロックの多くは方形のものが多く、建物や乗り物などの構造物を作るのに適している。また、ブロックの固定した箇所同士を連結する仕組みを有しているため、容易に且つ強固にブロック相互を固定することができ、大きく且つ形にゆがみの少ない構造物を組み立てる事が可能である。

さらに、特許文献3にあるように、磁石の磁極は見た目では分からないため。磁極がどちらであるかを気にせずに結合できる機構も備えているブロックもある。

特許3822062号公報 特開2015-091544号公報 特開2010-234050号公報 特願2016-250628号公報

上述したように、既存の磁石ブロックは大きな構造物を強固に且つ容易に組み上げる事を可能にするため、接合する二つのブロック内部の相対する磁石をできるだけ近接させる構造を持っている。また、結合可能な箇所が限定されると共にその箇所でブロック同士が摺動し歪んでしまうことを防ぐように作られている。

しかし、このようなブロックは外形が曲線的で、且つ常に変化しやすく、動いている方が自然な動物などを組み上げるには不向きであった。そのため、本発明で取り組む課題をブレークダウンすると以下のようになる。

まず最初の課題として、動物は姿勢を変えることができるので動物をブロックで作る場合、ブロックで作った造形物も動物らしく形を変えられる事が好ましいが、今までのブロックは、摺動しないよう固定する方向に進んできたので、逆に摺動でき、しかも摺動可能な面積を広くする工夫が必要である。

次の課題として、磁石ブロックの結合域を増やし、可動性を高めた場合、その結果として、ブロックで組み上げたキャラクターなどの造形物が不安定になる恐れがあるため、形を保持したり、動きによって造形物そのものが壊れてしまうことを防ぐ機構が必要となる。

最後の課題としてブロックを使って作った造形物に動物らしい動きを与える場合、キャラクターを手で掴み動かすと、手が邪魔になり造形物そのものを鑑賞することができないという問題が発生する。そのため間接的に力を加える機構を持たせる必要がある。

上記課題は、個別の課題ではなく、ブロック玩具で動物などのキャラクターを造形するときに生じる相互に関連した課題であるため、どれもが解決されなくてはならないものであり、合わせて一つの課題とみなせるものである。

また、今までのブロック玩具では子供の造形力の開発のみに焦点が当てられており、磁石について考えをめぐらせる様には作られていなかったため、子供にブロック内部の磁石によって生み出されるブロック表面の磁力線や表面磁束密度に興味を持たせられなかったという問題もある。

前記課題を解決するために、本発明では、曲面を外形に用いたブロックを用いているが、全ての形のブロック同士の接合面には同一の曲率の球の表面と同じ曲面を持たせている。凸部も凹部も同じ曲率の球の表面なので、全てのブロックは相互に嵌合するように作られており、有機的で多様な造形が可能となる。

また、そのブロック内部には複数の隣接する磁石同士を斥力を及ぼしあう位置に配置してある。これは、反発し合ってブロックからもれ出る磁力線によって作られる広い均一な磁束密度の面積を他のブロックとの接合面として利用するためである。直接磁石の異なる磁極同士が近距離で向き合って接合した場合、強い引力が生まれ、その結果ほとんどブロック同士は摺動できなくなる。しかし、上記のように磁石の同極同士を向き合わせて磁石を配置すると、斥力によってもれ出た磁力線は磁石からは離れているが磁力線の密度が高いので、均一で強い磁力を生み出し、その結果、ブロック同士が摺動しやすくなる。

例えば、球形ブロック内部に2つの磁石の同磁極を内側に向かい合わせて配置すると、2つの磁石の中間に位置する球形ブロックの表面は帯状にほぼ均一な磁束密度の領域が作られる。この部分に引き寄せられた他のブロックは表面から離れることなく容易にその円周上を摺動することができる。この例は2つの磁石であったが、斥力が生まれるような配置に磁石を複数内蔵されることで、さまざまな等表面磁束密度領域のバリエーションを作り出すことができる。

一方しっかりとブロック同士を固定したい場合は、既存のブロック同様表面に近い磁石の磁極同士が接合するようにブロックを選び組み合わせれば良い。このように、固定と摺動を上手く組み合わせることで、可動部をもつ造形物が本発明のブロックにより作り出す事が可能となる。

結合したブロックが摺動可能ということは、望んだ位置に固定しにくいということにもなる。そのため、摺動可能領域からブロックが滑って外れないように広めの接続部の面積と適切な摩擦を確保する必要がある。磁石の強さと摩擦力の強さで、摺動のしやすさと保持力をコントロールするという意味でも、全てのブロックが同じ曲率の球面の接続面を持つという仕組みはコントロールのしやすさという面からも意味がある。

次に、ブロックで作った造形物を動かし鑑賞する手段について説明する。動かすには、手でそのままブロックに力を与えれば良いが、手が鑑賞の妨げになってしまう。そのため造形物に直接触れることなく力を与えるために、力を加えたいブロックとそれに隣接するブロックの間に剛性を持つ平板状のシートを挟み、これを動かすことで間接的に造形物に力を与えることにした。

また、ブロック間ではなく、造形物の先端に力を加えたい時、例えば、造形物としてキャラクターを作りその靴の下に力を加えるシートを付けたい場合は、シートをブロック間にはさむことはできないので、靴の下にシートを保持する機構としてシートを常磁性体で製作したり、シートの下に保持用の磁石を付けるなどの必要がある。

該シートに透明の素材を用いれば、シートに邪魔されて視線を遮られることも無く、キャラクターの全体を見ることが可能になる。また、靴の下に該シートを付ける場合は透明ではなく地面のテクスチャーなどを描いてもよい。

挟み込まれた該シート同士の相対的な位置を変化させることでキャラクターなどの造形物に力を加え、ポーズを変化させたり移動させたりする事ができるようになる。また、それだけでなく、その移動や変形に伴って磁力の変化や摩擦力が生まれ、その結果造形物にさまざまな動きを与えることができるようになる。またシートには電気モーターなどによって力を与える機構を備えることも可能である。

また、該シートの一枚もしくは複数枚を造形物鑑賞用スタンドに固定しそれをブロック玩具に付属させてもよい。このスタンドを用いると、造形物を見やすくなるだけでなく、造形がしやすくなり、且つシート相互の相対位置を片手で容易に変更することもできるようになる。

本発明のブロック玩具よれば、既存のブロックでは作ることのできなかった動物など有機的な形を持ち且つ可動性のある造形物を組み上げる事ができ、しかも、その造形物の形を変化させたり、多様な動きを与えたりという操作を視界を遮ることなく行い、その様子を鑑賞できるようになる。

(a)は球形2磁石N内向ブロック1の断面図。 (b)は球形2磁石N内向ブロック1を模式的に示した図。 (c)は(b)に示した球形2磁石N内向ブロック1を垂直の中心軸に対して90度回転させた模式図。 (d)は(b)に示した球形2磁石N内向ブロック1の磁力線を模式的に表した図。 (e)は球形2磁石N内向ブロック1のほぼ均一な表面磁束密度を持つと考えられる範囲を示した図。 (a)は球形3磁石N内向ブロック6の磁石の配置を3つの磁石が全て長方形に見える方向から示した模式図。 (b)は(a)に示したブロック6を水平の中心軸に対して90度回転させた時の磁石の配置を模式的に示した図。 球形2磁石S内向ブロック8と球形2磁石N内向ブロック1を円盤形接続ブロック7を用いて接続した状態を示した図。 球形2磁石N内向ブロック1を2つ円盤形接続ブロック7を用いて接続した様子を示した図。 1連結球形2磁石S内向ブロック9と球形2磁石S内向ブロック8を直接接続させた状態を示した図。 2連結球形2磁石S内向ブロック10を使って球形2磁石N内向ブロック1と球形2磁石S内向ブロック8を連結させた図。 (a)雲形接続ブロック中12の断面図。 (b)大きさの異なる3つの雲形接続ブロック11,12,13が他のブロックに接続する様子を示した図。 (c)雲形接続ブロック11,12,13が摺動可能領域に接続している様子を示した図。 (a)は平面16の上に立たせることができるように考案された平面接続ブロック15に球形2磁石S内向ブロック8を接続した図。 (b)は同じく平面接続ブロック15に球形2磁石N内向ブロック1を接続した図。 本発明のブロックで作った造形物に動きや変形を与えるシート25、26が差し込まれている様子を示した図。 本発明のブロックで作った造形物を透明の板18を中心に備えた展示ボックス17とその展示ボックス17にブロックで作られた造形物が展示されている様子を示した図。 摺動可能領域5とその磁極がSかNかを視覚化するために、その範囲に特定の模様(ここでは縦線の細かい模様)を付けた例を示す図

以下、添付の図面を参照して本発明に係るブロックを実施形態を例に挙げて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る磁石を内蔵した球形のブロックの実施例である。図１の(a)は樹脂などで作られた球形の外形3を持ちその内部に二つの円盤型のボタン磁石2のN極をブロック中心に向けて配置したブロック(以後球形2磁石N内向ブロック1と記す)の断面図を示している。

この球形2磁石N内向ブロック1を説明するために模式的に示したのが図(b)であり、さらに球形2磁石N内向ブロック1を垂直の中心軸に対して90度回転させた模式図が図(c)である。これらの模式図を使って球形2磁石N内向ブロック1周辺に生まれる磁力線の様子を(d)に模式的に示した。これを見て分かるように、球形2磁石N内向ブロック1は2つの磁石の中間で二つに切断する面に接するブロックの外周線上の表面磁束密度はほぼ均一になっている。

また、この外周線近傍もほぼ均一な表面磁束密度を持つので、その領域を内向きの磁極によるほぼ均一な表面磁束密度を持つ領域5と定義して示した。これは、同じ図1の(d)に示した外向きの磁極によるほぼ均一な表面磁束密度を持つ領域4と比較して広いことが分かる。

図1に示した球形N内向2磁石ブロック1と同じ大きさの球形の外形の中に、3つのボタン磁石2を内側にN極を向けて中心線に対して120度の回転対称の位置に配置した球形N内向3磁石ブロック6を上から見た模式図を(a)に、また、横から見た模式図を(b)に、示した。それぞれの図には内向きの磁極によるほぼ均一な表面磁束密度を持つ領域5を四角のテクスチャで示した。この領域5は他のブロックと接続した際、摺動が可能となるので、以後、この領域5を摺動可能領域5と記述することにする。

また、この摺動可能領域5に他のブロックを接続すると条件によってはブロックが滑りすぎることもあるので、ブロック表面には適切な摩擦が生まれるようにある程度の表面粗さを持つテクスチャーが施されていることが好ましい。

球形のブロック同士は接触面積が点に近くなるため安定した接続が得られない。そのため、接続には、球形ブロックの接続を目的とした円盤形接続ブロック7が必要になる。図3は円盤形接続ブロック7を用いて、球形S内向2磁石ブロック8と球形N内向2磁石ブロック1を連結した様子を示している。ブロックは円盤の形をしているがこの図はそれを真横から見ているので円盤の形には見えていない。この接続では、摺動可能な領域5と接していないので、固定した接続となる。

図4は円盤形接続ブロック7を用いて、球形N内向2磁石ブロック1二つを連結した様子を示している。この接続では、左側の球形N内向2磁石ブロック1の摺動可能領域5と接しているので、摺動可能な接続となる。一方右側の球形N内向2磁石ブロック1は図3の接続と同様で摺動可能領域5と接触していないので固定した接続となる。

図5は円盤形接続ブロックを用いずに球形ブロックの一方をへこました1接続球形S内向2磁石ブロック9を使って球形S内向2磁石ブロック8を接続した例を示している。この接続では1接続球形S内向2磁石ブロック9の凹部は球形S内向2磁石ブロック8の摺動可能領域5と接しているためブロック9をブロック8の周りに回す事ができる。

図6は球形ブロックの二方をへこました2接続球形S内向2磁石ブロック10を使って球形N内向2磁石ブロック1と球形S内向2磁石ブロック8とを片方ずつに接続した例を示している。この接続では2接続球形S内向2磁石ブロック10の左の凹部はブロック1の摺動可能領域5と接していないため、ブロック10をブロック1の周りに回す事はできない。

図7では動物の手や足を造形するのに便利な雲形接続ブロック大11中12小13について説明している。(a)には雲形接続ブロック中12の中央断面図を示した。外形の接合領域14に示す範囲は球形2磁石ブロックの球面と同じ曲率の球面になっている。また、他のブロックも接合部には球形2磁石ブロックの一部を外形に含んでいるため、全ての雲形接続ブロックは他のどのブロックとも密着した接続が可能である。

図7の(b)には雲形接続ブロック大11中12小13を使って球形2磁石ブロックの磁石面に接続した例を示している。この接続は固定しているので、球形2磁石ブロックを顔とみなすと、その中央に固定された象の鼻などを造形する時に向いている。(c)には球形2磁石ブロックの摺動可能領域5の両側に接続した例を示している。二つの雲形接続ブロック大11は磁石ブロックの摺動可能領域5に接続しているので、人間の腕のように体の前後に移動できる二本の腕を造形するのに向いた接続である。

ブロックを接続して作られた造形物を立たせるためには、平面と密着する内部に一つの磁石を保持する平面接続ブロック15を利用する。これを使うと、造形物を立たせる板が常磁性体の平板であれば、直接その上に固定できる。また、その板が磁石に反応しない素材である場合はその板の裏からも平面接続ブロック15を付けることで造形物を固定することができる。

図8の(a)は平板固定ブロック15の上で球形2磁石ブロックが縦方向に回転するように配置された例であり、図8の(b)は平板固定ブロック15の上で球形2磁石ブロックが横方向に回転するように配置された例である。

図9に示した造形物は人間を模したものなので、靴装飾ブロック20と、手装飾ブロック21を加えてより人間らしくした。また、左手の雲形接続ブロック中12と右手の雲形接続ブロック中12は厚みが逆になるように付けられており、そのため腕の曲がり具合に変化が現れている。

作られた造形物の姿勢を変えたり動きを与えたりするためには、力を加えたい場所に透明造形物コントロール板25や地面造形物コントロール板26を挟み込む必要がある。図9に示した例では透明造形物コントロール板を挟みこめる場所としてa,b,cを示した。cには地面造形物コントロール板26を挟み込むのが適切であり、透明造形物コントロール板25はaもしくはbの位置に挟みこむのが適切である。

bの位置に透明造形物コントロール板25を固定してcに地面造形物コントロール板26を挿入し、地面造形物コントロール板26を動かした場合を考えてみる。地面造形物コントロール板26をキャラクターの前方に動かすと、キャラクターの下半身はそれにつられて前方に移動する。その移動に伴い、上半身も透明造形物コントロール板25の上を滑りながら移動するが、透明造形物コントロール板25に接する上下の磁石の大きさの比、種類、向きによって挙動を変えることができる。

例えば、上半身は下半身の移動する方向を常に向いているようにしたり、ダンスをしているようにぐるぐると回転させたり、常に一定の方向を向いたまま移動させたりすることもできる。詳しくは特許文献4に記載した。

従って、透明造形物コントロール板25の位置をbからaに変えた場合は、頭を移動する方向に向けながら、手だけぐるぐると回すことも手や首に当たるブロックの中に入れる磁石を変えることで可能になる。

図10は透明造形物コントロール板25を常に安定的に固定するために、展示ボックス17に設置した実施例を示している。造形物にはさらに、装飾パーツを増やし、顔装飾ブロック22、しっぽ装飾ブロック23、ポケット装飾ブロック24を作り、造形物に磁力で貼り付けた。

ブロックの種類は増やす方が色々な造形物を作ることができる様になるので便利であるが、その一方で煩雑にもなる。全ての種類のブロックにS極とN極を入れ替えたブロックを作る事ができるため、外形では判断できない。また、どのあたりが摺動可能領域5かも分かりにくいので、この二つが分かる印を各ブロックに付ける実施例を図11に示した。

この実施例では、摺動可能領域5がS極の場合は摺動可能領域5に青の縦線を入れ、摺動可能領域5がN極の場合は摺動可能領域5に赤の縦線を入れて区別ができるようにしている。

1:球形N内向2磁石ブロック
2:ボタン型磁石
3:磁石保持部
4:外向きの磁極によるほぼ均一な表面磁束密度を持つ領域
5:内向きの磁極によるほぼ均一な表面磁束密度を持つ領域(摺動可能領域)
6:球形N内向3磁石ブロック
7:円盤形接続ブロック
8:球形S内向2磁石ブロック
9:1凹球形2磁石S内向ブロック
10:2凹球形2磁石S内向ブロック
11:雲形接続ブロック(大)
12:雲形接続ブロック(中)
13:雲形接続ブロック(小)
14:共通の球面の曲率を持つ範囲
15:平面接続ブロック
16:平板
17:展示ボックス
18:透明平板
19:壁板
20:靴装飾ブロック
21:手装飾ブロック
22:顔装飾ブロック
23:しっぽ装飾ブロック
24:ポケット装飾ブロック
25:透明造形物コントロール版
26:地面造形物コントロール版

Claims (4)

1. 磁石を内蔵した複数の異なる外形を持ったブロック玩具において、各ブロック相互が接合する面は、同一の曲率をもつ球の表面もしくはその裏の凹面の一部よって構成されていることを特徴としたブロック玩具
2. 磁石を内蔵した複数の異なる外形を持ったブロック玩具において、複数の磁石がブロックの表面近傍内部に配置され、隣り合う磁石同士は相互に十分な斥力が働く向きと距離に配置されていることを特徴とするブロック玩具。
3. 磁石を内蔵した複数の異なる外形を持ったブロック玩具において、ブロックで構成された造形物に外形の変化や動きを与える力を伝達可能な剛性を持つシートが該造形物を構成するブロック間の一箇所もしくは複数箇所に挟み付けられているか、もしくは該造形物を構成するブロックそのものに付けられており、複数のシート相互の位置を相対的に変化させる機構を備えたブロック玩具
4. 請求項2に示したブロックは内蔵され近接された磁石同士に十分な斥力が働いている場合、その磁極から出た磁力線はブロック表面で緩やかに変化する表面磁束密度を示すので、その中で他のブロックを接続するのに適していると考えられるほぼ表面磁束密度が等しい領域とその磁極を示す印が示してあることを特徴とするブロック玩具

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