JP2021029570A - 立体形状表示シート組合せ体 - Google Patents

Abstract

【課題】組立玩具で形成する三次元の形状を段階的に把握できる立体表示シート組合せ体を提供する。【解決手段】複数のブロック１０を連結棒２０で連結して立体形状を形成する組立玩具の立体形状を示す形状表示シート４０と、形状表示シート４０に重ねられる透明な透過シート５０と、を有する立体形状表示シート組合せ体であって、形状表示シート４０には、立体形状を一方向から見た際の連結棒２０の配置が線で描かれており、透過シート５０には、ブロック１０が配置される位置を格子点とした立方格子形状が描かれている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のブロックを連結棒で連結することで形成される正・半正多面体等の立体形状を表示する立体形状表示シート組合せ体に関する。

正・半正多面体の一部は、自然に存在する形を表しており、そこには、自然の合理性や神秘性が秘められている。これらの多面体は、自然の法則を表しているので、結晶学や数学の専門家が、長年に渡り研究している。また、多面体の愛好家等がその不思議さや神秘性に惹かれて独自に研究を進めている。

これらの研究は、基本的に専門家の大人が行っている。また、多面体や多面体同士の幾何学的な関係を説明するため、高度な幾何学の知識を利用している。このため、小学生のような子供は興味を持ちにくい。しかし、正・半正多面体は、多面体としての不思議さや面白さを持っているので、本来、子供の好奇心を駆り立てるものである。したがって、このような多面体は、子供が興味を持って主体的に学ぶ教材として適している。

通常、正多面体や半正多面体は、多面体を面で表すか、あるいは点や線で表すかのいずれかである。しかし、これでは立体形状の直感的な理解は難しい。このため、本願出願人は、多面体を格子点とそれを繋ぐ線とで表すため、複数のブロックを連結棒で連結することで、ブロックを格子点、連結棒を線として立体形状を形成する組立玩具を着想した。

従来、複数のブロックを連結棒で連結して遊ぶ玩具として、特許文献１に挙げるようなものがある。また、複数のブロックを連結棒で連結するものとしては、特許文献２に挙げるような分子模型がある。

実用新案登録第３１８５６９０公報 意匠登録第５０５９６３号公報

特許文献１は、ブロックを連結棒で連結するものではあるが、幾何学的な立体形状を形成するものではない。また、分子模型は、体心構造や面心構造を、格子点及び線で表しているが、これも多面体を表現したものではない。

組立玩具で多面体を形成するには、形成しようとする立体形状の表示を頼りに、多数のブロックに多数の連結棒を挿入して組み立てていく必要がある。立体形状を表示するものとして、紙等の立体形状表示シートを用いることができる。

ブロックの連結構造を二次元の表示シートにそのまま表示すると、そこから三次元の立体形状を想起するのは、組立玩具の初心者にはやや難しい。組立玩具を教育目的で使用するには、使用者が段階的に立体形状を把握できるようにすることが望ましく、このためには、表示シートも立体形状を段階的に把握できるように構成されていることが望ましい。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、組立玩具で形成する三次元の形状を段階的に把握できる立体表示シート組合せ体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る立体表示シート組合せ体は、複数のブロックを連結棒で連結して立体形状を形成する組立玩具の前記立体形状を示す形状表示シートと、該形状表示シートに重ねられる透明な透過シートと、を有する立体形状表示シート組合せ体であって、
前記形状表示シートには、前記立体形状を一方向から見た際の前記連結棒の配置が線で描かれており、
前記透過シートには、前記ブロックが配置される位置を格子点とした立方格子形状が描かれていることを特徴として構成されている。

請求項１に係る発明によれば、形状表示シートに透過シートを重ねることで、二次元のシート上に線で表された三次元の形状を、透過シートの格子形状によって認識しやすくすることができる。

また、請求項２の発明に係る立体表示シート組合せ体は、前記透過シートには、前記格子点の位置に前記ブロックの形状が描かれていることを特徴として構成されている。

請求項２に係る発明によれば、組立玩具を組み立てる際に、ブロックを配置すべき位置にブロックが表示されるので、組立時のイメージをより明確に認識することができる。

さらに、請求項３の発明に係る立体表示シート組合せ体は、前記形状表示シートは、前記連結棒の配置を示す線が、前記立方格子に沿う線と前記立方格子に沿わない線とで異なる線種または色で描かれていることを特徴として構成されている。

請求項３に係る発明によれば、連結棒を配置する向きの違いを形状シート上で視認でき、組立玩具で立体形状を組み立てる際の手掛かりにすることができる。

さらにまた、請求項４の発明に係る立体表示シート組合せ体は、前記形状表示シートは、前記連結棒の配置を示す線のうち、前記立方格子に沿わない線が、前記ブロックに対する角度に応じてさらに異なる線種または色で描かれていることを特徴として構成されている。

請求項４に係る発明によれば、連結棒の角度に応じてより細かく線の形態を異ならせていることから、より複雑な立体形状を認識しやすくして、組み立てを容易にすることができる。

本発明に係る立体表示シート組合せ体によれば、形状表示シートに記載された形状を基に組立玩具を組み立てることもできるし、形状表示シートに透過シートを重ねることで、立体形状をより認識しやすくした状態で組立玩具を組み立てることもできる。これにより、使用者の組立玩具の習熟度に応じて、組立の難易度を変化させることができる。また、形状表示シートのみ使用して組み立てている際に、適宜透過シートを形状表示シートに重ねることで、組立の手掛かりとして使用することもでき、使用者の習熟度や必要性に応じて組立玩具の組立を柔軟に補助することができる。

本実施形態における組立玩具に用いられるブロックの正面図と平面図及び左側面図である。 第１の面の表面付近の断面図である。 連結棒の正面図である。 ブロックと連結棒で正六面体を形成した状態の斜視図である。 立体形状を形成する際のガイドとなる格子図である。 白銀菱形十二面体を格子図に描いた図である。 正六面体を格子図に描いた図である。 正八面体を格子図に描いた図である。 立方八面体を格子図に描いた図である。 ブロックと連結棒で立方八面体を形成した状態の斜視図である。 正四面体を格子図に描いた図である。 白銀菱形十二面体を鈍角点４点で切頂してなる正六面体を格子図に描いた図である。 正六面体を対角頂点３点で切頂してなる正四面体を格子図に描いた図である。 正四面体を中点で切頂してなる正八面体を格子図に描いた図である。 図１２〜１４で説明した多面体の関係性を示す図である。 白銀菱形十二面体の鈍角点を鈍角点３点で切頂した立体形状を線図のみで表した形状表示シートの正面図である。 格子図が描かれた透過シートの正面図である。 図１６の形状表示シートに図１７の格子図が描かれた透過シートを重ねた状態の図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。本実施形態の組立玩具は、多数のブロック１０と連結棒２０によって構成され、複数のブロック１０を連結棒２０で連結することで、ブロック１０を格子点とする立体形状を形成できるものである。

図１には、ブロック１０の正面図（図１（ａ））、平面図（図１（ｂ））、左側面図（図１（ｃ））を示している。ブロック１０は、二十六面体の形態を有しており、その各面にはそれぞれ穴部１４が形成されている。図１に示すように、ブロック１０の正面視と平面視及び左側面視は同形状である。また、図に表れていない背面視、底面視及び右側面視も同形状である。

ブロック１０は、斜方立方八面体状の形態を有している。ブロック１０の各面のうち、互いに直交する三軸方向を向いている面を第１の面１１（第１の面部）とする。第１の面１１は、三軸方向の正負両側に面しているので、１つのブロック１０は第１の面１１を６面有する。また、ブロック１０の各面のうち、２つの第１の面１１にそれぞれ４５°の角度をなして挟まれるように隣接する面を第２の面１２（第２の面部）とする。１つのブロック１０は第２の面１２を１２面有している。また、ブロック１０の各面のうち、第１の面１１と第２の面１２に囲まれる８つの三角形状の面を第３の面１３（第３の面部）とする。立方格子の格子点にブロック１０を配置した場合に、第１の面１１は格子線の延びる方向に向かい、第２の面１２は立方格子の面心方向に向かい、第３の面１３は立方格子の体心方向に向かう。

ブロック１０の各面に形成される穴部１４は、いずれも円形状であって同じ径を有している。また、穴部１４は、後述する連結棒２０を挿入して固定するために十分な深さを有している。穴部１４は、対向する面の穴部１４と連通していてもよい。

第１の面１１と第２の面１２及び第３の面１３は、それぞれ２以上の形態要素の組み合わせにおいて異なる態様を有している。態様を形成する形態要素には、形状、模様、色彩が含まれ、具体的には、面の外形状、面のうち穴部１４以外の部分の表面形状、面に施された色彩、マーク等の面における表示等が挙げられる。これらのうち、本実施形態のブロック１０では、面の外形状の形態要素と、面の表面形状の形態要素の組み合わせによって、各面の態様を形成している。

本実施形態では、第１の面１１は、正方形状の外形状を有し、また穴部１４の周囲に凹部１５を有している。図２には、第１の面１１の表面付近の断面図を示している。この図に示すように、穴部１４の周囲は、第１の面１１の表面が抉られており、凹部１５が形成されている。凹部１５の外縁は、穴部１４と同心円状となるように形成されている。このため、第１の面１１は、正方形の中心部に二重の円が形成された態様を有している。

第２の面１２は、正方形状の外形状を有し、穴部１４以外は平面状であるので、正方形の中心部に単円が形成された態様を有している。第３の面１３は、正三角形状の外形状を有し、穴部１４以外は平面状であるので、正三角形の中心部に単円が形成された態様を有している。

また、各面の態様について、面の外形状と面の表面形状の他、面の色を形態要素として追加し、第１の面１１と第２の面１２及び第３の面１３をそれぞれ異なる色に彩色するようにしてもよい。例えば、第１の面１１は青色に、第２の面１２は赤色に、第３の面１３は黄色に彩色することができる。また、それ以外の色に彩色してもよいことは言うまでもない。また、第１の面１１と第２の面１２及び第３の面１３における形態要素の組み合わせは、本実施形態の例以外であってもよい。

このように、第１の面１１と第２の面１２及び第３の面１３が、２以上の形態要素の組み合わせにおいて異なる態様を有することで、使用者は各面がいずれの面に該当するかを明確に識別することができる。特に、３種類の面を２以上の形態要素の組み合わせにより形成される態様で識別するので、１つの形態要素、例えば色彩のみで識別する場合に比べて、各形態要素の種類を少なくでき、識別を容易にできる。また、面の外形状のようにブロックの幾何学的関係で定まる形態要素も、識別するための形態要素として用いることができる。

図３には、連結棒２０の正面図を示している。連結棒２０は、棒状の棒本体２１を有し、その両端部にはそれぞれスリット部２２ａが形成された挿入部２２を有している。挿入部２２は、ブロック１０の穴部１４に対して挿入することができる。挿入部２２にスリット部２２ａが形成されていることで、穴部１４に対して挿入部２２を容易に挿入することができる。

図３に示すように、連結棒２０として、それぞれ長さの異なる第１の連結棒２３と第２の連結棒２４及び第３の連結棒２５が用意される。第１の連結棒２３と第２の連結棒２４及び第３の連結棒２５は、いずれも同じ径を有し、両端部に挿入部２２を有する構造において共通し、全体の長さのみが異なっている。ブロック１０の穴部１４は、全て同じ径を有しているので、連結棒２０の径を種類によらず同じにすることができるので、共通した材料を切り出すことで、第１の連結棒２３と第２の連結棒２４及び第３の連結棒２５を形成することができる。このため、製造コストを低減できる。

第２の連結棒２４は、両端の挿入部２２をそれぞれブロック１０に挿入した際に、ブロック１０の中心間の距離が、第１の連結棒２３の場合の中心間の距離に対して２の平方根倍となる長さを有している。また、第３の連結棒２５は、両端の挿入部２２をそれぞれブロック１０に挿入した際に、ブロック１０の中心間の距離が、第１の連結棒２３の場合の中心間の距離に対して３の平方根倍となる長さを有している。

第１の連結棒２３は、ブロック１０の面のうち、第１の面１１に挿入される。第２の連結棒２４は、ブロック１０の面のうち、第２の面１２に挿入される。第３の連結棒２５は、ブロック１０の面のうち、第３の面１３に挿入される。このように各連結棒２０をブロック１０に挿入してブロック１０同士を連結していくことで、後述する様々な多面体を形成することができる。この際に、ブロック１０の第１の面１１と第２の面１２及び第３の面１３は、前述のようにそれぞれ異なる形態を有しており、一方で第１の連結棒２３と第２の連結棒２４及び第３の連結棒２５は、長さが違うことから簡単に識別できるので、各連結棒２０をブロック１０のどの面に挿入すればよいか、簡単に判別することができる。

次に、本実施形態の組立玩具を用いて形成できる立体形状について説明する。図４には、ブロック１０と連結棒２０で正六面体を形成した状態の斜視図を示している。ブロック１０の第１の面１１は、互いに直交する三軸方向を向いているので、第１の面１１同士を第１の連結棒２３で連結していくことにより、図４のような正六面体を形成することができる。

本実施形態の組立玩具による立体形状は、図４のようにブロック１０が格子点に位置し、それらを連結棒２０で連結して形成されるので、格子図を用いて表すのが便利である。図５には、立体形状を形成する際のガイドとなる格子図を示している。格子図において、格子点は立方格子を一方向から見た配置となるように描かれている。格子点には、三角形で表された鋭角点３１（６点）と、四角形で表された鈍角点３２（８点）とがあり、それ以外の格子点は丸で表されている。鋭角点３１と鈍角点３２は、白銀菱形十二面体を描く際に使用される。

図６には、白銀菱形十二面体を格子図に描いた図を示している。この図に示すように、格子図の鋭角点３１と鈍角点３２を結ぶと、白銀菱形十二面体を描くことができる。この図において格子点を結ぶ線は、一点鎖線で表されている。格子図において一点鎖線は、ブロック１０の第３の面１３同士を、第３の連結棒２５で連結することを表している。この格子図に従ってブロック１０を配置し第３の連結棒２５で連結していくことにより、白銀菱形十二面体の立体形状を形成することができる。

図７には、正六面体を格子図に描いた図を示している。格子図の鈍角点３２を結ぶと、正六面体を描くことができる。鈍角点３２を結ぶ線は、実線で表されている。格子図において実線は、ブロック１０の第１の面１１同士を、第１の連結棒２３で連結することを表している。この格子図に従ってブロック１０を配置し第１の連結棒２３で連結していくことにより、図４に示す正六面体の立体形状を形成することができる。

図８には、正八面体を格子図に描いた図を示している。格子図の鋭角点３１を結ぶと、正八面体を描くことができる。鋭角点３１を結ぶ線は、破線で表されている。格子図において破線は、ブロック１０の第２の面１２同士を、第２の連結棒２４で連結することを表している。この格子図に従ってブロック１０を配置し第２の連結棒２４で連結していくことにより、正八面体の立体形状を形成することができる。

図９には、立方八面体を格子図に描いた図を示している。隣接する鈍角点３２の中点となる白銀菱形十二面体の面心点（１２点）を結ぶと、立方八面体を描くことができる。この格子図に従ってブロック１０を配置し第２の連結棒２４で連結していくことにより、立方八面体の立体形状を形成することができる。図１０には、ブロック１０と連結棒２０で立方八面体を形成した状態の斜視図を示している。

図１１には、正四面体を格子図に描いた図を示している。格子図において対角の鈍角点３２を結ぶと、正四面体を描くことができる。この格子図に従ってブロック１０を配置し第２の連結棒２４で連結していくことにより、正四面体の立体形状を形成することができる。

図６に示した白銀菱形十二面体から順次切頂していくことで、別の多面体形状を形成することができる。図１２には、白銀菱形十二面体を鈍角点４点で切頂してなる正六面体を格子図に描いた図を示している。この格子図に従ってブロック１０を配置し、第１の連結棒２３と第３の連結棒２５とで連結していくことにより、白銀菱形十二面体とそれを切頂して形成される正六面体との関係を直感的に理解することができる。

図１３には、正六面体を対角頂点３点で切頂してなる正四面体を格子図に描いた図を示している。この格子図に従ってブロック１０を配置し、第１の連結棒２３と第２の連結棒２４とで連結していくことにより、正六面体とそれを切頂して形成される正四面体との関係を直感的に理解することができる。

図１４には、正四面体を中点で切頂してなる正八面体を格子図に描いた図を示している。この格子図に従ってブロック１０を配置し、第２の連結棒２４で連結していくことにより、正四面体とそれを切頂して形成される正八面体との関係を直感的に理解することができる。

図１２〜１４で説明した多面体の関係性について、図１５に示している。この図において「双対」とは、内心を持つ図形で構成された立体について、その内心を繋いでできた立体との関係を言う。図１５に示すように、白銀菱形十二面体から順次切頂していくことにより、正六面体、正四面体、正八面体、立方八面体が形成され、立方八面体を各面の内心で切頂することで白銀菱形十二面体が形成されることから、これらの多面体は、その関係性において循環している。本実施形態の組立玩具を組み立てることで、これらの関係性を直感的に理解できる。

これらの多面体を形成するには、多数のブロック１０及び連結棒２０を正確に組み合わせていく必要があり、その際に前述のようにブロック１０の各面の形態が異なることで、どの連結棒２０を挿入すればよいか、簡単に識別できることから、子供でも多面体を組み立てることが可能である。したがって、この組立玩具を知育玩具あるいは教材として、子供の教育のために使用することができる。

組立玩具で形成できる立体形状を表す図について、さらに説明する。図６等では、立体的な格子形状が描かれた格子図に対して、組立玩具における連結棒２０の配置を線で表すことで、一方向から見た立体形状を図として示している。この図について、組立玩具における連結棒２０の配置を表す線のみを形状表示シート４０に記載し、格子図を透過シート５０に記載することができ、形状表示シート４０と透過シート５０で形状表示シート組合せ体を形成することができる。

図１６には、白銀菱形十二面体の鈍角点を鈍角点３点で切頂した立体形状を線図のみで表した形状表示シート４０の正面図を、図１７には、透過シート５０の正面図を、それぞれ示している。形状表示シート４０は、紙等で形成できる。このように、形状表示シート４０のみによっても、組立玩具で形成する立体形状を表すことができる。

形状表示シート４０に描かれる線は、第１の連結棒２３が実線で、第２の連結棒２４が破線で、第３の連結棒２５が一点鎖線で、それぞれ表される。なお、線種の違いではなく、色の違いにより連結棒２０の種類を表すようにしてもよい。形状表示シート４０の線が、連結棒２０の種類、すなわち、連結棒２０のブロック１０に対する向きに応じて異なることにより、形状表示シート４０の線図を、組立玩具を組み立てる際の手掛かりとすることができる。

形状表示シート４０に記載された線図からでも、組立玩具で立体形状を組み立てていくことはできるが、三次元の空間内での連結棒２０の配置関係を形状表示シート４０のみで把握するのはやや難しい。したがって、形状表示シート４０の表示のみで立体形状を組み立てるのは、上級者向けと言える。

透過シート５０は、透明なシートに図５に示す格子図が描かれているものであり、格子図は、形状表示シート４０の線図に対応した縮尺とされている。図１８には、図１６の形状表示シート４０に図１７の格子図が描かれた透過シート５０を重ねた状態の図を示している。透過シート５０を形状表示シート４０の上に重ねることにより、形状表示シート４０に描かれた線図を、格子図に重ねて見ることができ、組立玩具のブロック１０及び連結棒２０を三次元的にどのように配置すればよいか、把握しやすくすることができる。したがって、形状表示シート４０に透過シート５０を重ねた表示を基に立体形状を組み立てるのは、初心者向けと言える。

このように、組立玩具で形成する立体形状を表す図について、形状のみを表す形状表示シート４０と格子図を表す透過シート５０に分けていることで、使用者の習熟度に応じて使い分けることができる。また、組立玩具を教育に用いる場合において、最初は形状表示シート４０のみで組立に挑戦し、行き詰まったら適宜透過シート５０を形状表示シート４０に重ねて組立を進めていくといった使い方もできる。

また、透過シート５０には、格子点の位置にブロック１０の形状が描かれていてもよい。これにより、ブロック１０をどのように連結して立体形状を組み立てればよいか、より把握しやすくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では、ブロック１０は第１の面１１と第２の面１２及び第３の面を有する二十六面体であるが、少なくとも第１の面と第２の面を有する他の種類の多面体であってもよい。

また、ブロック１０は多面体に限らず、その他の立体、例えば球体であってもよい。この場合、穴部１４及びその周囲の面部は、図１のブロック１０と同様の方向を向くように形成される。球体においては、前述のブロック１０における第１の面１１、第２の面１２、第３の面１３は存在しないので、これに代えて穴部１４の周囲の面部の態様を、挿入すべき連結棒２０ごとに異ならせる。穴部１４の周囲の面部の態様を形成する形態要素としては、ブロック１０の表面形状、色彩、模様が挙げられる。これらの形態要素の２つ以上の組み合わせにより、穴部１４の周囲の面部の態様が形成される。第１の連結棒２３が挿入される穴部１４と、第２の連結棒２４が挿入される穴部１４と、第３の連結棒２５が挿入される穴部１４とで、周囲の面部の態様がそれぞれ異なるように設定される。

また、連結棒２０について、第１の連結棒２３と第２の連結棒２４及び第３の連結棒２５を、形態要素によって識別できるようにしてもよい。例えば、第１の連結棒２３と第２の連結棒２４及び第３の連結棒２５について、異なる色に彩色する、または異なる模様を付す、あるいは、色と模様の組み合わせをそれぞれ異なるものとすることなどが挙げられる。この場合に、連結棒２０の態様と、これを挿入するブロック１０の面の態様とが同じとなるようにする、例えば、同じ色となるように設定することで、ブロック１０のそれぞれその穴部１４に対して挿入すべき連結棒２０をより簡単に識別することができる。

１０ ブロック
１１ 第１の面
１２ 第２の面
１３ 第３の面
１４ 穴部
１５ 凹部
２０ 連結棒
２１ 棒本体
２２ 挿入部
２２ａ スリット部
２３ 第１の連結棒
２４ 第２の連結棒
２５ 第３の連結棒
３０ 格子図
３１ 鋭角点
３２ 鈍角点
４０ 形状表示シート
５０ 透過シート

さらに、請求項３の発明に係る立体表示シート組合せ体は、前記形状表示シートは、前記連結棒の配置を示す線が、前記透過シートと重ねた際に当該透過シートに描かれた立方格子形状に沿う線と、前記透過シートと重ねた際に当該透過シートに描かれた立方格子形状に沿わない線とで異なる線種または色で描かれていることを特徴として構成されている。

さらにまた、請求項４の発明に係る立体表示シート組合せ体は、前記形状表示シートは、前記連結棒の配置を示す線のうち、前記立方格子形状に沿わない線が、前記ブロックに対する角度に応じてさらに異なる線種または色で描かれていることを特徴として構成されている。

Claims (4)

1. 複数のブロックを連結棒で連結して立体形状を形成する組立玩具の前記立体形状を示す形状表示シートと、該形状表示シートに重ねられる透明な透過シートと、を有する立体形状表示シート組合せ体であって、
   前記形状表示シートには、前記立体形状を一方向から見た際の前記連結棒の配置が線で描かれており、
   前記透過シートには、前記ブロックが配置される位置を格子点とした立方格子形状が描かれていることを特徴とする立体形状表示シート組合せ体。
2. 前記透過シートには、前記格子点の位置に前記ブロックの形状が描かれていることを特徴とする請求項１に記載の立体形状表示シート組合せ体。
3. 前記形状表示シートは、前記連結棒の配置を示す線が、前記立方格子に沿う線と前記立方格子に沿わない線とで異なる線種または色で描かれていることを特徴とする請求項１または２に記載の立体形状表示シート組合せ体。
4. 前記形状表示シートは、前記連結棒の配置を示す線のうち、前記立方格子に沿わない線が、前記ブロックに対する角度に応じてさらに異なる線種または色で描かれていることを特徴とする請求項３に記載の立体形状表示シート組合せ体。

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