JP2019022578A

JP2019022578A - 組立構造体

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Publication number: JP2019022578A
Application number: JP2017142399A
Authority: JP
Inventors: 昭洋松浦; Akihiro Matsuura; 弘士白根; Hiroshi Shirane
Original assignee: Tokyo Denki University
Current assignee: Tokyo Denki University
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: JP7019164B2

Abstract

【課題】簡易な一種類の構造からなる構造体の脚部の先端部分を他の同一構造の構造体に嵌合できるだけでなく、外部から力を加えて特殊な動きをし得る組立構造体を提供する。【解決手段】基端側同士が相互に連結される３つの脚部１４が、相互に１２０度の角度で相違する三方向に、相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びる。各脚部１４の先端側からは、脚部１４の伸びる方向に対して１２０度の角度で屈曲されつつ、それぞれ同じ方向に突出する爪部１６が形成される。爪部１６も３つ存在することになるが、３つの爪部１６は脚部１４と同一長さで突出しているため、各爪部１６は菱形に形成される。各爪部１６は、各爪部１６の先端側の先端面１６Ａと脚部１４に繋がる基端側の基端面１６Ｂとが相互に平行であって、各爪部１６の突出する方向に対して６０度の角度で傾いて形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、簡易な一種類の構造からなる構造体の脚部の先端部分を他の同一構造の構造体に嵌合できるだけでなく、外部から力を加えて特殊な動きをし得る組立構造体に関し、特に、ツール、遊具、玩具等に好適なものである。

様々な形状の組立構造体を相互に接続して任意の形態を作り出すことが可能な組立玩具は、思考力、情緒等を育む玩具として子供のみならず大人にも広く親しまれている。例えば、直方体を基本形状とする組立構造体としては、凸凹部を嵌合させて直方体状の各組立要素を相互に固定する構造のレゴブロック（登録商標）がよく知られる。但し、その基本特許は1988年に失効しており、類似形状の組立構造体として、「メガブロック」、「ダイヤブロック」、「ナノブロック」、「COKO bricks」等も現在知られている。

他方、直方体を基本形状としない組立構造体に関しては、準正多面体形状のジョイントパーツとロッドから成る「Zomeツール」が知られており、この「Zomeツール」によれば、ジョイントパーツにロッドを差し込むことで、フレーム状の多様な三次元物体を作ることができる。この他、直方体を基本形状としない組立構造体には、正三角形および正方形状の基本パーツと五種類のジョイントパーツを基本構造体とする組立玩具として「LaQ」が知られており、パーツの種類の多さとそれらの形状の特徴から、この「LaQ」は球面等曲面も作り易いものである。

さらに、矩形・平行四辺形の突起部を空洞部に差し込むブロックを含む玩具として、ブックローンが販売している「リブロック」や学研が販売している「ニューブロック」が知られている。しかし、それ自体を例えば１２０度回転することで同一形状となる三回回転対称性はいずれも有していなかった。このため、三回回転対称性を有して形状が簡素でかつ嵌合方法も簡素な構造体は存在しなかった。

この一方、このような組立構造体を用いた先行技術文献としては、上下２段の構造からなり、下段は６角形に形成されると共に上段は爪が３つ突出して設けられたブロック状であって三回回転対称性を有し、同一構造のブロックを相互に結合させて連続して並べるものが下記特許文献１に開示されている。

特表２０１３−５３９８３１

複数の組立構造体であるパーツを使用者が組み合わせてさまざまな形態を作る性質を、従来技術の構造や特許文献１等に開示された既存の構造体は有している。但し、三回回転対称性をもち且つ１段構造で簡易な一種類の構造体のみで、一方の構造体の脚部の先端部分を他方の構造体の凹状の溝部に嵌合して連続して多数接合できるものは、従来技術等からは存在を確認できなかった。
他方、組立構造体を複数結合した状態で、外部から力を加えても特殊な動きをするようなことは従来技術ではなく、例えば玩具やパズル等において期待以上の効果を得られるものも従来技術等からは存在を確認できなかった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、簡易な一種類の構造からなる構造体の脚部の先端部分を他の同一構造の構造体に嵌合できるだけでなく、外部から力を加えて特殊な動きをし得る組立構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決した請求項１記載の発明は、基端側が相互に連結されると共に、１２０度の角度で相違する三方向に相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びる３つの脚部と、
各脚部の先端側から脚部の伸びる方向に対して１２０度の角度で同方向に屈曲される形で、それぞれ突出する３つの爪部と、
を含む組立構造体である。

請求項１の組立構造体によれば、基端側が相互に連結される３つの脚部が１２０度の角度で相違する三方向に相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びている。また、各脚部の先端側から脚部の伸びる方向に対して１２０度の角度でそれぞれ屈曲される形で、３つの爪部が脚部と同一長さで突出している。

このことで、本請求項の組立構造体と同一構造とされる他の組立構造体の爪部が、この組立構造体の２つの脚部と爪部とで形成された凹状の部分に嵌合可能となる。また、３つの脚部が１２０度毎の角度で三方向に同一長さでそれぞれ伸びていることから、三つの脚部を有すると共に三回回転対称性をもつ形となっていて、一つの組立構造体の３つの爪部を他の組立構造体の３つの凹状の部分にそれぞれ嵌合可能ともなる。

さらに、本請求項の組立構造体であれば、同様にして連続して凹状の部分と爪部とを嵌合していくことで、複数の組立構造体間の接合が可能になるのに伴い、高い敷き詰め（タイリング）能力をもつと共に、接合した複数の組立構造体の塊を地面上に垂直に立てることもできる。

これに伴い、組立構造体自体の対称性と組立構造体の平面敷き詰め能力から、図形学習のための教具として利用可能である。この他、作られた形状が地面上に起立しやすい性質を利用し、物理的なバランスをとって構築物を地面に垂直に立てるタスクを行う遊具、玩具、物理的な教具として利用可能であると共に、形状構築に関する創造性や空間把握力を鍛錬する道具としての利用可能でもある。

以上より、本請求項の組立構造体は形状作成、機能、用途等に関して、三回回転対称性および三方向での嵌合が可能であることより、組立構造体単体としての単純性・対称性と高い形状構築力・拡張能力を併せもつことになる。この結果として、本組立構造体は多様な形状構築が可能であるのに伴い、ツール、遊具、玩具、パズル等の遊具として娯楽目的で使用されるだけでなく、子供の思考力、図形・空間認識能力、情緒等を育む知育玩具、教具としての意義をも有している。

他方、本請求項の組立構造体を３つ以上結合した状態で、このうちの２つの組立構造体を外に向けて同時に引っ張る力を加えることで、残りの組立構造体も外側に向かって自動的に移動するように広がっていく、という自明でない幾何学的かつ力学的特性をもっている。このような嵌合特性を、他の三脚巴の構造体や、四脚巴以上の構造体では、有していることを確認できていない。そして、このような独自の接合特性をもっている形状であるため、本組立構造体は前述の玩具・パズル等はもとより、化学的なauxeticな材料等と関連をつけたり、あるいは建築、デザイン等の、三次元のより複雑な幾何学的構造体に発展していく可能性をも秘めている。

請求項２の発明は、脚部及びこの脚部から突出する爪部とこの爪部と平行な他の脚部との間により凹状とされた溝部が形成され、この溝部が各爪部と嵌合可能な大きさとされる請求項１に記載の組立構造体である。つまり、本請求項によれば、２つの脚部と爪部とにより凹状に形成された溝部が各爪部と嵌合可能な大きさとされていることから、この組立構造体の溝部と他の組立構造体の爪部が嵌合されて、組立構造体同士が確実に連結されることになる。

請求項３の発明は、各爪部の先端側の面と、該先端側の面が臨む隣接する脚部の前記基端側の面とが相互に平行であって各爪部の突出する方向に対して６０度の角度で傾いて形成される請求項１又は請求項２記載の組立構造体である。つまり、本請求項によれば、爪部の先端側の面と基端側の面とが相互に平行であって６０度に傾いていることから、請求項２の溝部に対してこの爪部が確実に嵌合可能になる。

請求項４の発明は、３つの脚部の基端側同士が相互に連結される際に、脚部の片面と他の脚部の底辺とが相互に連結される請求項１から請求項３のいずれかに記載の組立構造体である。つまり、本請求項によれば、組立構造体の中心部を形作るときに、脚部の片面と他の脚部の底辺とが相互に連結されて、３つの脚部の基端側が相互に連結されることで、組立構造体の中心部がコンパクトになるのに伴い、全体としても小型化が図れる。

請求項５の発明は、３つの脚部の基端側同士が相互に連結される際に、正三角形に形成された中心体が３つの脚部の基端側に配置され、中心体の３つの辺にそれぞれ脚部の基端側の面が連結される請求項１から請求項３のいずれかに記載の組立構造体である。つまり、本請求項によれば、組立構造体の中心部を形作るときに、正三角形に形成された中心体が３つの脚部の基端側に配置され、中心体の３つの辺に脚部の基端側の面がそれぞれ連結されることで、中心体を介して、３つの脚部の基端側相互間が確実に連結されるようになる。

本発明の組立構造体によれば、簡易な一種類の構造からなる構造体の脚部の先端部分を他の同一構造の構造体に嵌合できるだけでなく、外部から力を加えて特殊な動きができるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る組立構造体を示す図であって、（Ａ）は第１タイプに係る組立構造体の平面図であり、（Ｂ）は第２タイプに係る組立構造体の平面図である。本発明の実施形態に係る組立構造体を２個接合した例及び比較例を示す図であって、（Ａ）は第１タイプに係る組立構造体を接合した状態の斜視図であり、（Ｂ）は第２タイプに係る組立構造体を接合した状態の平面図であり、（Ｃ）は比較例としての組体操の姿勢を示す図である。本発明の実施形態に係る組立構造体を７個数接合した例を示す図であって、（Ａ）は第１タイプに係る組立構造体を接合した状態の斜視図であり、（Ｂ）は第２タイプに係る組立構造体を接合した状態の平面図である。本発明の実施形態の第１タイプに係る組立構造体を３個接合したものに外側に向けて力を加えた状態を示す図であって、（Ａ）は初期状態の平面図であり、（Ｂ）はスライドした状態の平面図である。本発明の実施形態の第１タイプに係る組立構造体を９個接合して敷き詰めたブロック群に外側に向けて力を加えた状態を示す図であって、（Ａ）は初期状態の平面図であり、（Ｂ）はスライドした状態の平面図である。本発明の実施形態の第１タイプに係る組立構造体の変形例の斜視図である。本発明の実施形態の第２タイプに係る組立構造体の変形例の斜視図である。本発明の実施形態に係る組立構造体の変形例を７個接合した状態の図であって、（Ａ）は第１タイプに係る組立構造体を接合した状態の平面図であり、（Ｂ）は第２タイプに係る組立構造体を接合した状態の平面図である。

以下、本発明に係る組立構造体の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（Ａ）に示すように本実施形態の第１タイプに係る組立構造体１０は、その中心に位置する中心部Ｃで３つの脚部１４の基端側同士が相互に連結される構造とされている。そして、これら３つの脚部１４は、相互に１２０度の角度で相違する三方向に、相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びている。ただし、３つの脚部１４の基端側同士が相互に連結される際に、脚部１４の片面１４Ａと他の脚部１４の底辺１４Ｂとが相互に連結される構造になっていて、これら各脚部１４は、二点鎖線で区切る正三角形を４つ並べたような構造の菱形に形成されている。

また、各脚部１４の先端側からは、脚部１４の伸びる方向に対して１２０度の角度で屈曲されつつ、それぞれ同じ方向に突出する爪部１６が形成されている。従って、この爪部１６も３つ存在することになるが、これら３つの爪部１６は脚部１４と同一長さで突出しているため、これら各爪部１６も正三角形を４つ並べたような構造の菱形に形成されている。さらに、各爪部１６は、各爪部１６の先端側の先端面１６Ａと脚部１４に繋がる基端側の基端面１６Ｂとが相互に平行であって、各爪部１６の突出する方向に対して６０度の角度で傾いて形成されている。

そして、いずれかの脚部１４及びこの脚部１４から突出する爪部１６とこの爪部１６と平行な他の脚部１４との間により凹状とされた溝部１８が形成されることになる。従って、この溝部１８の大きさは前述の正三角形が４つ並ぶ大きさの凹部となって、各爪部１６と嵌合可能な大きさとされている。以上の結果、本実施形態の組立構造体１０は、その中心廻りに１２０度回転するとそれ自身に一致する性質（以下、「三回回転対称性」という）を有するのに伴い、溝部１８も３つ存在することになる。

他方、この組立構造体１０は図２に示すような任意の厚みで形成することが考えられる。但し、三次元方向への立体の拡張性を考慮したときに最も利点があると考えられるのは、厚みを単位正三角形の高さとする場合である。つまり、各正三角形の一辺の長さが１に対して、厚みを例えば０．８６の比率とする。

この一方、図１（Ｂ）に示す本実施形態の第２タイプに係る組立構造体１２も第１タイプとほぼ同様な構造とされている。但し、第１タイプでは、３つの脚部１４の基端側同士が相互に連結される際に、脚部１４の片面１４Ａと他の脚部１４の底辺１４Ｂとが相互に連結された構造になっていたが、本例では組立構造体１２の中心部Ｃに他の正三角形と同一の大きさの正三角形に形成された中心体２２が配置された構造とされている。このため、中心体２２の３つの辺にそれぞれ脚部１４の基端側の基端面１６Ｂが連結されることで、本タイプでも３つの脚部１４は、相互に１２０度の角度で相違する三方向に相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びている。また、各爪部１６や各溝部１８も第１タイプと同様に形成されている。

次に、本実施形態の組立構造体１０、１２による組立例を図２、図３に基づき説明する。
上記より第１タイプの組立構造体１０、第２タイプの組立構造体１２のいずれも、三回回転対称性を有していることが理解できる。そして、これらの例の組立構造体１０、１２は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように「三本の脚」や「二本の脚で駆ける人」も想起させる形状ともなっている。さらに、これらの例の組立構造体１０、１２は、厚みを有してブロック状で三次元の組立構造体１０、１２になっていることから、嵌合性・拡張性・エンターテインメント性に繋がる以下の二つの特徴を有している。

すなわち、第１の特徴として、各例の組立構造体１０、１２とも図２（Ａ）（Ｂ）に示すような二つの同一構造による連結が可能なことである。この連結方法により、組立構造体１０、１２同士を溝部１８の存在している三方向にそれぞれ繋げていくことが可能となる。また、これらの連結した構図は、図２（Ｃ）に示す組体操の姿勢を想起させ、組立構造体１０、１２を接合することでエンターテインメント性のある意味付け・表現力を与えることが可能である。

第２の特徴としては、複数の第１タイプの組立構造体１０を環状に繋げた場合や、複数の第２タイプの組立構造体１２を環状に繋げた場合、図３に示すように対称性のある配置が可能であり、さらに平面全体に放射状に敷き詰めを伸張していけることが挙げられる。この際、第１タイプの組立構造体１０は平面上で隙間なく敷き詰められ、第２タイプの組立構造体１２は等間隔に隙間Ｓが残るものの、規則的に敷き詰められる。

以上より、これら複数の組立構造体１０、１２を嵌合させていくことで、複雑な幾何学的形状や構造物を作成したり、物理的にバランスを保つよう地面に起立させたりする嵌合、遊戯、三次元構成の作成等が可能となる。

次に、本実施形態の第１タイプに係る組立構造体１０の作用を説明する。
上記のような組立構造体１０によれば、図１（Ａ）に示すように基端側が相互に連結される３つの脚部１４が１２０度の角度で相違する三方向に相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びている。また、３つの脚部１４の基端側同士が相互に連結される際に、脚部１４の片面１４Ａと他の脚部１４の底辺１４Ｂとが相互に連結されている。このような形で、３つの脚部１４の基端側が相互に連結されることで、組立構造体１０の中心部Ｃがコンパクトになるのに伴い、全体としても小型化が図れる。

さらに、各脚部１４の先端側から脚部１４の伸びる方向に対して１２０度の角度で屈曲される形で、３つの爪部１６が脚部１４と同一長さで突出している。但し、これらの各爪部１６の先端側の先端面１６Ａと基端側の基端面１６Ｂとが相互に平行であって各爪部１６の突出する方向に対して６０度の角度で傾いて形成される。

これに伴って、脚部１４及びこの脚部１４から突出する爪部１６とこの爪部１６と平行な他の脚部１４との間により凹状とされた溝部１８が形成され、この溝部１８が各爪部１６と嵌合可能な大きさになっている。このことで、溝部１８を構成する各部分間の角度に合わせた形に各爪部１６の形状がなり、溝部１８に対してこの爪部１６が確実に嵌合可能になる。

以上より、本実施形態によれば、脚部１４及びこの脚部１４から突出する爪部１６とこの脚部１４に隣り合っている他の脚部１４により形成された溝部１８が、各爪部１６と嵌合可能な大きさとされる。このことから、この組立構造体１０の溝部１８と他の組立構造体１０の爪部１６が嵌合されて、組立構造体１０同士が確実に連結されることになる。また、３つの脚部１４が１２０度の角度で三方向に一長さでそれぞれ伸びていることから、三つの脚部１４を有すると共に三回回転対称性をもつ形となっていて、一つの組立構造体１０の３つの爪部１６を他の組立構造体１０の３つの溝部１８にそれぞれ嵌合可能ともなる。

上記のように第１タイプの組立構造体１０は種々の利点を有しているが、第２タイプの組立構造体１２では、図１（Ｂ）に示す３つの脚部１４の基端側同士が相互に連結される際に、正三角形に形成された中心体２２が３つの脚部１４の基端側に配置され、中心体２２の３つの辺にそれぞれ脚部１４の基端側の基端面１６Ｂが連結されるという相違点を有している。

そして、組立構造体１２の中心部Ｃを形作るときに、正三角形に形成された中心体２２が３つの脚部１４の基端側に配置され、中心体２２の３つの辺にそれぞれ脚部１４の基端側の基端面１６Ｂが連結されることで、中心体２２を介して、３つの脚部１４の基端側相互間が確実に連結されるようになる相違点を有しているものの、本例も上記の第１タイプと同様な種々の利点を有している。

さらに、同様にして連続して嵌合していくことで、複数の組立構造体１０、１２間の接合が可能になるのに併せて、高い敷き詰め（タイリング）能力をもつと共に、嵌合した複数の組立構造体１０の塊を地面上に垂直に立てることもできる。これに伴い、組立構造体自体の対称性と組立構造体の平面敷き詰め能力から、図形学習のための教具として利用可能である。この他、所定の厚みを組立構造体１０、１２が有していれば、作られた形状が地面上に起立しやすい性質となり、この性質を利用して、物理的なバランスをとって構築物を地面に垂直に立てるタスクを行う遊具、玩具、物理的な教具として利用可能であると共に、形状構築に関する創造性や空間把握力を鍛錬する道具としても利用可能である。

以上より、本実施形態の組立構造体１０、１２は形状作成、機能、用途等に関して、三回回転対称性および三方向での嵌合が可能であることより、組立構造体１０、１２単体としての単純性・対称性と高い形状構築力・拡張能力を併せもつことになる。この結果として、本組立構造体１０、１２は多様な形状構築が可能であるのに伴って、ツール、遊具、玩具等として利用可能である。

他方、本実施形態の組立構造体１０を図４（Ａ）に示すように３つ組み合わせた状態で、このうちの２つの組立構造体１０を外側に向けて同時に力Ｐを加えると、図４（Ｂ）に示すように残りの一つの組立構造体１０も外側に向かって自動的に移動して（矢印Ｔで示す）広がっていく、という自明でない図形的かつ力学的特性をもっている。

また、この特徴は組立構造体１０で平面を埋め尽くした場合にも一般化でき、図５（Ａ）に示すように組立構造体１０で平面を敷き詰めた状態で、任意の二つの組立構造体１０を掴み、横に広げたときにも、他の全ての組立構造体１０も同時に図５（Ｂ）に示すように自動的に広がるという性質を有している。これは、材料分野で近年注目されている"auxetic material"と呼ばれる負のポアソン比をもつ特殊な材料と類似の性質である。

本組立構造体は、このような独自の嵌合特性をもっている形状であるため、玩具・パズル等はもとより、化学的なauxeticな材料等と関連づけたり、あるいは建築、デザイン等の三次元のより複雑な幾何学的構造体に発展させたりする可能性を秘めている。なおここでは、第１タイプの組立構造体１０にて特殊な特性について説明したが、第２タイプの組立構造体１２も同様な特殊な特性を有している。

本発明に係る組立構造体の他の構造例を以下に説明する。
第１タイプの組立構造体１０と同様の性質を持つ関連構造として、図６に示すような脚部１４及び爪部１６をより長くしたものが考えられる。また、第２タイプの組立構造体１２と同様の性質を持つ関連構造として、図７に示すような同じく脚部１４及び爪部１６をより長くしたものが考えられる。

これらは脚部１４及び爪部１６の長さを変えることで、図６及び図７に示すような組立構造体１０、１２の変形例が作成可能である。そして、いずれの変形例も図２、図３と類似する図８に示すような組立構造体１０、１２の連結、敷き詰めが可能である。ただし、脚部１４及び爪部１６を長くしたものはこれら図６及び図７に示す組立構造体１０、１２に限らず、脚部１４及び爪部１６をより一層長くしたものであっても良い。

他方、上記した組立構造体のサイズ等は一例で有り、本発明の組立構造体は手に取って使用するため、幼児、小児、十代、大人等の使用対象の相違により、組立構造体の厚みやサイズを相異させて各使用対象に合わせたサイズを決定することが考えられる。
また、上記実施形態では三次元構造の組立構造体にて説明したが、三次元構造だけでなく単に平面的で二次元的構造であっても良く、auxeticな構造が他にも考えられる場合がある。
さらに、組立構造体の材質としてはＰＬＡ樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等が考えられるが、強度、耐久性、製造のコスト等様々な観点から、他の最適な素材を用いても良い。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明は、組立玩具の他にさまざまな理工学あるいは産業分野に適用可能となる。

１０組立構造体
１２組立構造体
１４脚部
１４Ａ片面
１４Ｂ底辺
１６爪部
１６Ａ先端面
１６Ｂ基端面
１８溝部
２２中心体
Ｃ中心部
Ｓ隙間

Claims

基端側が相互に連結されると共に、１２０度の角度で相違する三方向に相互に同一長さで直線的にそれぞれ伸びる３つの脚部と、
各脚部の先端側から脚部の伸びる方向に対して１２０度の角度で同方向に屈曲される形で、それぞれ突出する３つの爪部と、
を含む組立構造体。
脚部及びこの脚部から突出する爪部とこの爪部と平行な他の脚部との間により凹状とされた溝部が形成され、この溝部が各爪部と嵌合可能な大きさとされる請求項１に記載の組立構造体。
各爪部の先端側の面と、該先端側の面が臨む隣接する脚部の前記基端側の面とが相互に平行であって各爪部の突出する方向に対して６０度の角度で傾いて形成される請求項１又は請求項２記載の組立構造体。
３つの脚部の基端側が相互に連結される際に、脚部の片面と他の脚部の底辺とが相互に連結される請求項１から請求項３のいずれかに記載の組立構造体。
３つの脚部の基端側が相互に連結される際に、正三角形に形成された中心体が３つの脚部の基端側に配置され、中心体の３つの辺にそれぞれ脚部の基端側の面が連結される請求項１から請求項３のいずれかに記載の組立構造体。