JP6025807B2

JP6025807B2 - 組立構造体

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Publication number: JP6025807B2
Application number: JP2014239848A
Authority: JP
Inventors: 昭洋松浦; 弘士白根
Original assignee: Tokyo Denki University
Current assignee: Tokyo Denki University
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: JP2016101219A

Description

本発明は、接合のための単なる結合要素や可変要素等の組立要素を用いずに、製造コストを低減するだけでなく、視認性及び強度を高め得る組立構造体に関し、特に、円形状部材を連結、積み重ね等により組み合わせ、人の自由な発想に基づいて動的に変化しうる多様な形態の立体構造物の作成を可能とする組立玩具用基本構造体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」は球面等曲面も表現し易いものであった。

また、円形状を利用した組立構造体としては、円形の歯車形状の「ロンディ」が知られており、この「ロンディ」は歯車部分を直交させて差し込むことで、組立構造体同士の連結がされる構造とされている。

この一方、このような組立構造体を用いた組立玩具の先行技術文献としては、凸凹部を有する直方体状のブロック等を相互に結合させて固定することが下記特許文献１に開示されている。また、下記特許文献２、３には、複数の孔が設けられた組立構造体をピンやナット等の結合組立要素で接続するものが開示されている。

特表２００３−５０８１３８特開２００４−６５４０１特開２００５−５８４３２

しかしながら、従来の組立玩具のうちの上記レゴブロックは、直方体状の組立要素の凸凹部を他の組立要素に嵌合させて固定する構造であるため、動物の骨格を模したような有機的な形態を作成することが困難である他、組み立てて特定の形態の構造体を作った後に、この構造体を回転させるような、可変的な構造を有する形態を作成することが困難であった。

これに対して、この可変的な構造を有する形態を作成する手段として、ピンやナット等の結合要素やヒンジ部等の特殊な可変機構を有する可変要素等の組立要素を用いることが考えられる。しかし、組立要素の種類が増えるにしたがい、保管の煩わしさが増したり、幼児にとって扱いづらいものになったりする。また、シンプルな組立要素の組合せにより多様な形態を作り出すという組立玩具特有の創造性も失われていくこととなる。

さらに、これらの組立玩具の組立手段としては様々なものがあるが、各組立玩具の結合手段は多くの場合一種類に限られている。例えば、特許文献２に記載の組立構造体の結合手段は、組立要素の穴に結合組立要素を挿入し固定する方法のみである。このため、組立要素の結合パターンが画一的となり、その結果幾何学的な形状の作り方に制約が生じるため、数学的思考と空間認識能力の向上の手助けの効果が限定的となる。とりわけ、近年、組立玩具が図形学習や図形の応用方法探求のための教具として教育の現場にも取り入れられていることを鑑みると、１つの結合手段に限られない組立玩具に対する要望は高いといえる。

上記の要望に対応するものとして、貫通した構造の円筒部であって一方は雄部とされ、他方は雌部とされる２タイプの構造体を造り、これら雄部と雌部とを相互に嵌合させて接合する構造の組立玩具が考えられる。しかし、この構造の場合には、雌雄２タイプの構造体が必要で有り、これに伴い、構造体の種類が必要以上に増えてしまうだけでなく、金型等の製造コストが増大する。また、貫通した構造の円筒部を採用した場合には表側と裏側との判断が容易ではなく、いずれの側かの視認性が悪くなる。さらに、貫通した構造の円筒部では構造体が圧縮されたときの強度が不十分であった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、接合のための単なる結合要素や可変要素等の組立要素を用いずに、製造コストを低減するだけでなく、視認性及び強度を高め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、一端側の端部が塞がれた円筒形状にそれぞれ形成されるとともに、この端部に凸状部をそれぞれ設けた２つの円筒部と、
前記２つの円筒部との接続部分が前記円筒部との間で滑らかにそれぞれ接続され且つ２つの円筒部を相互に連結する連結部と、
を含む組立構造体であって、
前記円筒部の他端側の内周部分に環状のボスを突出させ、
前記円筒部の内周面とボスとの間及びボス内で、前記円筒部の一端側の凸状部を嵌合可能とする組立構造体である。

このような組立構造体によれば、一端側の端部が塞がれた円筒形状に２つの円筒部がそれぞれ形成され、これら２つの端部の外面側に凸状部がそれぞれ設けられている。また、２つの円筒部との連結部の接続部分が滑らかにそれぞれ接続されつつ、連結部が２つの円筒部と相互に連結している。このことで凸状部が、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円筒部の他端側に嵌まり込み、これら円筒形状に形成された円筒部相互間が相対回転可能に接合できるようになる。
そして、他の組立構造体の円筒部の凸状部が、本請求項の組立構造体と同一構造とされるのに伴って、さらに別の本請求項の組立構造体の円筒部の他端側にこの凸状部が嵌まり込むことで、組立構造体を連続的に接合可能となる。
また、本請求項によれば、円筒部の他端側の内周部分に突出した環状のボスの存在により単に安定的に組立構造体相互間を回転可能に嵌合して接合できるだけでなく、種々の位置関係での嵌合が可能となる。

この一方、２つの円筒部との連結部との間の接続部分が滑らかにそれぞれ接続されていることで、円筒部に対して連結部が凹状に形成されることになる。このため、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円筒部が、この連結部に隣り合う形で安定的に配置可能となる。
以上より、本請求項の組立構造体によれば、接合のための単なる結合要素や可変要素等の組立要素を用いずに、同一構造の組立構造体を連続的に接合可能になるため、単一の金型のみで良くなるのに伴い、組立構造体の製造コストが低減できると共に、２つの円筒部の一端側の端部がそれぞれ塞がれているので、視認性及び強度を高めた組立構造体が得られる。

したがって、本請求項の組立構造体を複数組み合わせて組立玩具とできる。これに伴って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。

さらに、「ナノブロック」や「レゴブロック」等は大人の使用者も多いことが知られるが、本請求項の組立構造体も、組立により多様な形状の作成が可能となると共に、関節部となる円筒部間の嵌合が回転可能となるのに伴って関節部の運動が可能なため、大人が創造性を発揮する玩具やモデル製作の部材としても利用できる。

請求項２の発明は、前記２つの円筒部の大きさを相互に異ならせると共に、前記連結部の内径面側が小さい円筒部の半径と同じ径の円弧とされ、前記連結部の両端で２つの円筒部と接するように滑らかにそれぞれ接続される請求項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つの円筒部の大きさを相互に異ならせ、連結部の内径面側が小さい円筒部の半径と同じ径の円弧とされていることから、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小さい円筒部をこの連結部に隣り合って隙間無く安定的に積み重ね可能となる。

請求項３の発明は、前記２つの円筒部の大きさを相互に異ならせると共に、前記連結部の内径面側が大きい円筒部の半径と同じ径の円弧とされ、前記連結部の両端で２つの円筒部と接するように滑らかにそれぞれ接続される請求項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つの円筒部の大きさを相互に異ならせ、連結部の内径面側が大きい円筒部の半径と同じ径の円弧とされていることから、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大きい円筒部をこの連結部に隣り合って隙間無く安定的に積み重ね可能となる。

請求項４の発明は、前記連結部が曲線状に形成され、前記連結部の両端で２つの円筒部と接するように滑らかにそれぞれ接続される請求項１に記載の組立構造体である。
つまり、本請求項によれば、連結部が単に曲線状に形成されていることで、他の組立構造体の種々の大きさの円筒部が、この連結部に隣り合って安定的に積み重ね可能となる。

本発明の組立構造体によれば、接合のための単なる結合要素や可変要素等の組立要素を用いずに、製造コストを低減するだけでなく、視認性及び強度を高めることができるという優れた効果を有する。
これに合わせて、各組立構造体同士の円筒部を嵌合して相互に繋いで形態を作っていくため、有機的な形態が作りやすい。また、組立後も結合部を回転させることができるため、補助的な結合組立要素を用いることなく、変形を許す動的な物体を作成することができる。さらに、連結部の部分同士を結合することができるため、より多様な組み合わせを模索して多様な形態を作成することができる。

本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体の斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体の下から見た斜視図である。本発明の第１の実施の形態のタイプ１に係る組立構造体を説明する図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は正面図である。本発明の第１の実施形態のタイプ２に係る組立構造体の斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ３に係る組立構造体の斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ４に係る組立構造体の斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ５に係る組立構造体の斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体を２つ用いて円筒部同士を嵌合させた組立状態を表す斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体を２つ用いて連結部同士を重ね合わせて嵌合した組立状態を表す斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体を外接させて積み重ねた組立状態を表す斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体を４つ用いて円筒部同士を嵌合させた組立状態を表す斜視図である。本発明の第１の実施形態のタイプ１に係る組立構造体を４つ用いて円筒部同士を嵌合させた組立状態を表す平面図である。本発明の第１の実施形態のタイプ３を説明する平面図であって、（Ａ）は連結部の２つの内径面の半径が共に小さい円筒部の半径と同じ組立構造体を示し（Ｂ）は連結部の２つの内径面の半径が相互に異なるものを示す。本発明の第１の実施形態のタイプ３を説明する平面図であって、（Ａ）は図１３（Ａ）のタイプ３を用いて積み重ねた状態を示し、（Ｂ）は図１３（Ｂ）のタイプ３を用いて積み重ねた状態を示す。本発明の第１の実施形態のタイプ３を説明する平面図であって、小さい円筒部同士を共有して凸状部により繋いだ状態を示す図である。本発明の第１の実施形態のタイプ３を説明する平面図であって、（Ａ）は図１３（Ａ）のタイプ３を２つ用いて十字連結した状態を示し、（Ｂ）は図１３（Ｂ）のタイプ３を用いて十字連結した状態を示す。本発明の第１の実施形態のタイプ３に係る組立構造体を外接させて積み重ねた組立状態を表す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る組立構造体を示す斜視図であって、（Ａ）はタイプ１を示し、（Ｂ）はタイプ２を示し、（Ｃ）はタイプ３を示し、（Ｄ）はタイプ４を示し、（Ｅ）はタイプ５を示す。本発明の第３の実施形態に係る組立構造体を示す図であって、（Ａ）はタイプ１を示し、（Ｂ）はタイプ２を示し、（Ｃ）はタイプ３を示し、（Ｄ）はタイプ４を示し、（Ｅ）はタイプ５を示す。本発明の第２の実施形態の変形例に係る組立構造体を示す斜視図であって、（Ａ）はタイプ１を示し、（Ｂ）はタイプ３を示し、（Ｃ）はタイプ４を示す。本発明の第１の実施形態のタイプ３の変形例に係る組立構造体を示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係る雌型円筒部を有した組立構造体の斜視図である。本発明の第４の実施形態に係る雄型円筒部を有した組立構造体の斜視図である。本発明の第１から第３の実施形態に係る組立構造体を複数用いて生物のうちのあひるを模した形態を表す斜視図である。本発明の第１から第３の実施形態に係る組立構造体を複数用いて生物のうちの犬を模した形態を表す斜視図である。本発明の第１から第３の実施形態に係る組立構造体を複数用いて生物のうちの人を模した形態を表す斜視図である。本発明の第１から第３の実施形態に係る組立構造体を複数用いて生物のうちのきりんを模した形態を表す斜視図である。本発明の第１から第３の実施形態に係る組立構造体を複数用いたもので、龍、人、雲を模した形態を表す斜視図である。

以下、本発明に係る組立構造体の第１の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態の組立構造体１０の最初のタイプであるタイプ１は、図１に示すようにそれぞれ内外周面が相互に同一の径とされる円筒形状の２つの円筒部１１、１２を有した構造とされている。また、本タイプの組立構造体１０の２つの円筒部１１、１２は、一端側の端部である上端部が滑らかな平面状の頂面１１Ａ、１２Ａで覆われてこの部分が塞がれている一方、図２に示すように下端部が開放された円筒形状に形成された構造とそれぞれされている。

これら２つの円筒部１１、１２の頂面１１Ａ、１２Ａ上には、それぞれ円柱状に形成された３つの凸状部２５が設けられている。但し、３つの凸状部２５は、各円筒部１１、１２の中心廻りに等間隔（角度１２０度毎の間隔）の位置で配置され、かつ、３つの凸状部２５を繋ぐ外接円の径をこの円筒部１１、１２の内周面の径と同一としている。

さらに、これら２つの円筒部１１、１２の間には、これら２つの円筒部１１、１２を相互に連結する一対の連結部１５、１６が配置されていて、この組立構造体１０は図１に示す上面視において略瓢箪型になっている。各連結部１５、１６の外側に露出している内径面１５Ａ、１６Ａの両端は、円筒部１１、１２の上部寄りに対して２つの円筒部１１、１２の外周面に沿うように、滑らかに２つの円筒部１１、１２の外周面とそれぞれ接続されている。この際、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａの円弧の径が、円筒部１１、１２の外周面の半径と同じ径の円弧とされている。そして、一対の連結部１５、１６の上側の面を上覆面１９が構成し、この上覆面１９は円筒部１１、１２の頂面１１Ａ、１２Ａと滑らかに繋がっている。

他方、図２に示すように円筒部１１、１２の他端側の内周部分の中央部分には、円筒部１１、１２の内周面の下端部と同じ高さとなる円環ボス１８が、頂面１１Ａ、１２Ａから下側に円環状に突出している。この円筒部１１、１２の内周面と円環ボス１８との間の隙間Ｋ１の大きさ及び、円環ボス１８の内周面内の空間Ｋ２の大きさは、円筒部１１、１２の一端側の凸状部２５がそれぞれ嵌合可能な寸法になっている。つまり、３つの凸状部２５の内接円の直径と同一の直径を有する円環ボス１８が、円筒部１１、１２の内周面と同心円上に立設されている。

これら一対の連結部１５、１６は、図３に示すようにその内径面１５Ａ、１６Ａの半径ｒ_cが２つの円筒部１１、１２の半径ｒと同一とされると共に２つの円筒部１１、１２の高さｄの半分程度の幅寸法ｄ_cを有する円弧状にそれぞれ形成されている。また、各連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを形成する円弧が中心角θを９０°とした扇形ともされている。そして、これら一対の連結部１５、１６は湾曲した凸側が互いに対向するように形成されているものの、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａ間の最短距離ＭＳは、２つの円筒部１１、１２間の距離Ｓと同一とされている。

タイプ２の組立構造体１０として、図４に示すものがある。このタイプ２の円筒部２１、２２の上端部を形成する頂面２１Ａ、２２Ａの中心部分には、それぞれ１つの凸状部２５がそれぞれ設けられていて、タイプ１と比較して円筒部２１、２２は全体に小さくなっている。具体的には、タイプ１の円筒部１１、１２の半径の大きさを√２としたときに、タイプ２の円筒部２１、２２の大きさは１の割合になる。そして、一対の連結部１５、１６の構造等は、タイプ１の組立構造体１０と同様であるが、円筒部２１、２２が小さいのに対応して、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａの円弧の径が、円筒部２１、２２の半径と同じ径の円弧とされていて、一対の連結部１５、１６も小さくなっている。

タイプ３の組立構造体１０として、タイプ１とタイプ２とを組み合わせた構造のものが考えられる。具体的には、図５に示すように２つの円筒部の大きさを相互に異ならせ、一方の円筒部１１に３つの凸状部２５が設けられているのに対して、他方の円筒部２２に１つの凸状部２５が設けられて、一方の円筒部１１より小さくされた構造とされている。なお、本タイプにおいても、大きい円筒部１１の大きさを√２としたときに、小さい円筒部２２の大きさは１の割合にされている。

そして、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを小さい円筒部２２の外周面の半径と同じ径の円弧とし、或いは一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを大きい円筒部１１の外周面の半径と同じ径の円弧として、連結部１５、１６の両端で２つの円筒部１１、２２の外周面が形成する円と接するように滑らかにそれぞれ接続される構造となっている。但し、上記と異なり、一対の連結部１５、１６の内の一方の連結部１６の内径面１６Ａを小さい円筒部２２の半径と同じ径の円弧とし、他方の連結部１５の内径面１５Ａを大きい円筒部１１の半径と同じ径の円弧としていて、それぞれ連結部１５、１６の両端で２つの円筒部１１、２２が形成する円と接するように滑らかにそれぞれ接続するようにしても良い。

タイプ４の組立構造体１０として、図６に示すものがある。図示のように相互に同一の３つの円筒部１１、１２、１３の上端部を形成する頂面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ上には、３つの凸状部２５がそれぞれ設けられているが、これら円筒部１１、１２、１３は等間隔（角度１２０度毎の間隔）で３つ存在する構造とされている。そして、これらの間を３つの連結部１５、１６、１７でそれぞれ繋いで、３つの連結部１５、１６、１７の内径面１５Ａ、１６Ａ、１７Ａを円筒部１１、１２、１３の外周面の半径と同じ径の円弧とし、連結部１５、１６、１７の両端で３つの円筒部１１、１２、１３が形成する円と接するように滑らかにそれぞれ接続された構造としている。

タイプ５の組立構造体１０として、図７に示すものがある。図示のように相互に同一の３つの円筒部２１、２２、２３の上端部を形成する頂面２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ上には、１つの凸状部２５がそれぞれ設けられているが、これら円筒部２１、２２、２３は同じく等間隔（角度１２０度毎の間隔）で３つ存在する構造とされている。そして、これらの間を３つの連結部１５、１６、１７でそれぞれ繋いで、３つの連結部１５、１６、１７の内径面１５Ａ、１６Ａ、１７Ａを円筒部２１、２２、２３の半径と同じ径の円弧とし、連結部１５、１６、１７の両端で３つの円筒部２１、２２、２３が形成する円と接するように滑らかにそれぞれ接続された構造としている。

なお、これらタイプ２からタイプ５の組立構造体１０においても、タイプ１と同様に、円筒部の他端側の内周部分の中央部分には、円筒部の内周面の下端部と同じ高さとなる円環ボス１８が、頂面から下側に円環状に突出している。同様に、この円筒部の内周面と円環ボス１８との間の隙間Ｋ１の大きさ及び、円環ボス１８の内周面内の空間Ｋ２の大きさは、円筒部の一端側の凸状部２５がそれぞれ嵌合可能な寸法になっている。

従って、本実施形態の組立構造体１０の各タイプによれば、タイプ１を例として他の組立構造体１０の円筒部１１、１２の他端側にこれら複数の凸状部２５を挿入して、他の組立構造体１０の円筒部１１、１２の内周面に、これら複数の凸状部２５を嵌合することができる。これに伴い、複数の凸状部２５及び円環ボス１８により、円筒部１１、１２同士が回転可能に嵌合されて、組立構造体１０同士が連結されることになる。そして、各タイプ間の同様となる。

以上より、各タイプ同士或いは各タイプ間の組立構造体１０の円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の内周面に、他の組立構造体１０の凸状部２５が嵌合することで、これら組立構造体１０同士を接合することができる。この際、凸状部２５及び円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の内周面はそれぞれ円形に形成されているので、結合後も嵌合部分を軸として回転し得るように嵌合可能とされ、これに伴って各組立構造体１０を相対的に回転できる。

上記性質を利用すれば、相互に同一形状に形成された複数の組立構造体１０を図８及び図９に示すように嵌合させつつ積み重ねていくことができる。例えば、図８に示すように、タイプ１同士の２つの組立構造体１０の円筒部１１、１２と円筒部１１、１２とを各１つずつ嵌合させて直線状に繋ぐことができる。ただし点線で示すように、角度をつけて繋ぐことも可能となる。このように２つの組立構造体１０同士の接触部分が円形状であるため、接続後も接触部分で組立構造体１０を回転させることができる。
また、図示しないものの、複数の組立構造体１０の２つの円筒部をそれぞれ相互に連結して、組立構造体１０を順次積み重ねる形で組み合わせることにより、複数の組立構造体１０を結合することもできる。

他方、図３に示すように各タイプは、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａ間の最短距離ＭＳが２つの円筒部１１、１２間の距離Ｓと同一とされ、連結部１５、１６の周辺は、円筒部１１、１２の一部をも含め、中心角θが９０度の４つの円弧から成るのに伴い、９０度の回転対称性を持っている。

従って、図９に示すように、２つの組立構造体１０を９０度の角度だけ相互に回転して、連結部１５、１６同士を重ね合わせつつ上方の組立構造体１０を下降することで、点線のように配置できる。このことで、一方の組立構造体１０の円筒部１１、１２及び連結部１５、１６と、他方の組立構造体１０の連結部１６、１５及び円筒部１２、１１とが、それぞれ計４組で接合する形にできる。そして、組立構造体１０同士を図９に示す実線の組立構造体１０と点線の組立構造体１０の組み合わせのように結合することで、４つの円が正方形状に配置された図形ともなる。

なお、タイプ２の組立構造体１０も上記と同様に接合することができる。また、タイプ４及びタイプ５の組立構造体１０は、６０度の角度だけ相互に回転して上記と同様に接合することで、６つの円が六角形状に配置された図形にできる。さらに、タイプ３の組立構造体１０は、一方の連結部１６の内径面１６Ａが小さい円筒部２２の半径と同じ径の円弧とされ、他方の連結部１５の内径面１５Ａが大きい円筒部１１の半径と同じ径の円弧とされた場合であれば、上記と同様に接合することができる。

次に、本実施形態の組立構造体１０の具体的な寸法の例を図１から図３に示すタイプ１の２つの円筒部１１、１２を有した組立構造体１０を例として、以下に説明する。
下記は、円筒部１１、１２、凸状部２５、円環ボス１８及び組立構造体自体がそれぞれ有する寸法の一例である。但し、寸法の単位はmmである。
円筒部１１、１２について
半径ｒ＝１０、厚みＴ＝０．６、高さｄ＝１０、高さｄｃ＝５
凸状部２５について
高さＡ＝５、直径Ｄ＝６．３
円環ボス１８について
直径Ｆ＝６．３、厚みＧ＝０．４
組立構造体１０自体について
横最長部の長さＬ＝４８．２（=20+20√2)

次に、本実施形態の組立構造体１０の作用を説明する。
上記のような組立構造体１０の例えばタイプ１によれば、一端側の端部が塞がれた円筒形状に２つの円筒部１１、１２がそれぞれ形成され、これら２つの端部の外面側に凸状部２５がそれぞれ３つ設けられている。また、２つの円筒部１１、１２との連結部１５、１６の接続部分が滑らかにそれぞれ接続されつつ、連結部１５、１６が２つの円筒部１１、１２と相互に連結した構造とされている。さらに、円筒部１１、１２の他端側の内周部分に環状の円環ボス１８が突出していて、円筒部１１、１２の内周面と円環ボス１８との間及び円環ボス１８内で、円筒部１１、１２の一端側の凸状部２５と嵌合可能になっている。

このことで凸状部２５が、本実施形態の組立構造体１０と少なくとも同一構造とされる同一タイプの他の組立構造体１０の円筒部１１、１２の他端側に嵌まり込み、これら円筒形状に形成された円筒部１１、１２相互間が相対回転可能に接合できるようになる。そして、他の組立構造体１０の円筒部１１、１２の凸状部２５が、本実施形態の組立構造体１０と同一構造とされるのに伴って、さらに別の組立構造体１０の円筒部１１、１２の他端側にこの凸状部２５が嵌まり込むことで、組立構造体１０を連続的に接合可能となる。

この一方、２つの円筒部１１、１２と連結部１５、１６との間の接続部分が滑らかにそれぞれ接続されていることで、円筒部１１、１２に対して連結部１５、１６が凹状に形成されることになる。このため、本実施形態の組立構造体１０と同一構造とされる少なくとも同一タイプの他の組立構造体１０の円筒部１１、１２が、この連結部１５、１６に隣り合う形で安定的に配置可能となる。

他方、例えばタイプ１では、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａの半径ｒ_cが２つの円筒部１１、１２の半径ｒと同一とされると共に、２つの円筒部１１、１２の高さｄより幅ｄ_cが狭い円弧状にこれら連結部１５、１６が形成されている。さらに、２つの円筒部１１、１２間の距離Ｓと一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａ間の最短距離ＭＳとが同一とされている。このことから、図９に示すように他の組立構造体１０の連結部１５、１６とこの連結部１５、１６との間を交差させる形で重ね合わせることにより、相互に異なる組立構造体１０同士が円筒部１１、１２と連結部１５、１６との間の相互の接合によって、連結される。

以上より、本実施形態の組立構造体１０の各タイプによれば、接合のための単なる結合要素や可変要素等の組立要素を用いずに、同一構造の組立構造体１０を連続的に接合が可能になるので、単一の金型のみで良くなるのに伴い、組立構造体１０の製造コストが低減できる。また、２つの円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の一端側の端部がそれぞれ塞がれているので、視認性及び強度を高め得る組立構造体１０が得られる。さらに、可変的な接合を可能とするだけでなく相互の結合パターンを２通とできるため、有機的な形態や可変的な構造を有する形態を簡易に作成可能となると共に、多数の幾何学的な形状をも容易に作成可能ともなる。

そして、タイプ３のように２つの円筒部の大きさを相互に異ならせた場合には、連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを小さい円筒部２２の半径と同じ径の円弧としたり、或いは連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを大きい円筒部１１の半径と同じ径の円弧としたりしつつ、連結部１５、１６の両端で２つの円筒部１１、２２と接するように滑らかにそれぞれ接続する構造としても良い。

つまり、連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａが小さい円筒部２２の半径と同じ径の円弧とされれば、同一構造とされる他の組立構造体１０の小さい円筒部２２をこの連結部１５、１６に隣り合って隙間無く安定的に積み重ね可能となる。また、連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａが大きい円筒部１１の半径と同じ径の円弧とされれば、同一構造とされる他の組立構造体１０の大きい円筒部１１をこの連結部１５、１６に隣り合って隙間無く安定的に積み重ね可能となる。

次に、本実施の形態の組立構造体１０のタイプ１及びタイプ３による組立例を説明する。
まず、図１０に示すように、複数のタイプ１の組立構造体１０を外接させて積み重ねていくことができる。また、図１１及び図１２のように、円筒部１１、１２を有したタイプ１の組立構造体１０を四つ順次連結し、最後に両端の円筒部同士を嵌合させて一致させると、図１２に示すように、正方形状に配置された四つの円に加え、中央に元々なかった同一径の円孔Ｑが現れる図形となる。

この円孔Ｑは、それぞれの組立構造体１０の連結部１５、１６の円弧から形成されるため、円筒部１１、１２と同一径を持ち、新たな組立構造体１０の円筒部を嵌め込んで固定することが可能である。これらのことから、組立構造体１０が実体を持った物体として実現されると、それを複数連結して行くことで多様な形状を作成できることを示唆している。

以下に、第１の実施形態に係る組立構造体１０のタイプ３について説明する。
本タイプ３では、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを小さい円筒部２２の外周面の半径と同じ径の円弧、或いは一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを大きい円筒部１１の外周面の半径と同じ径の円弧としたが、以下のようなものも考えられる。
具体的には、大きい円筒部１１の外周面の半径をｓとし、小さい円筒部２２の外周面の半径をｒとしたとき、図１３（Ａ）には、一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａの半径が共に小さい円筒部２２の外周面の半径と同一の半径ｒとしたひょうたん型の組立構造体１０を示している。但し、これら内径面１５Ａ、１６Ａの半径を共に半径ｓとしても良い。

この一方、図１３（Ｂ）には、連結部１５の内径面１５Ａを半径ｒとし、連結部１６の内径面１６Ａを半径ｓとして相互に異なる半径のひょうたん型の組立構造体１０を示している。つまり、図１３（Ｂ）の組立構造体１０では、左側の連結部１５の円弧は小さい円筒部２２と同径であり、右側の連結部１６の円弧は大きい円筒部１１と同径となっている。

これら図１３（Ａ）、（Ｂ）のいずれのタイプの三次元の構造体としての組立構造体１０であっても、それ自身と同形を含むひょうたん型の組立構造体１０と円弧状のくびれ部分とされる連結部と円筒部との間で互いに密着させつつ外接させて積み重ねたり、組立構造体１０同士を凸状部２５で積み重ねたりすることができる。具体的には、図１４（Ａ）に示すように、図１３（Ａ）の二つの組立構造体１０をくびれ部分とされる連結部１５、１６と円筒部２２との間で密着させることができる。また、図１４（Ｂ）に示すように、図１３（Ｂ）の二つの組立構造体１０をくびれ部分とされる連結部１５と円筒部２２との間や連結部１６と円筒部１１との間で密着させることができる。

次に、二つ以上の組立構造体１０のタイプ３に適した連結方法を以下に説明する。
まず、二つの組立構造体１０の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａの半径が同径とされた場合には、図１５に示すように小さい円筒部２２同士を共有して凸状部２５の嵌合により繋ぐことができる。尚、図１５では直線上に二つの組立構造体１０が連結しているが、相互に角度を付けて連結することも可能となる。そして、この連結方法を「逐次連結」と呼ぶことにする。

他の連結方法として、円弧状の連結部１５、１６と円筒部との間の嵌合を介して、二つの組立構造体１０を十字にクロスさせて連結して繋ぐ方法が挙げられる。この連結方法を「十字連結」と呼ぶことにする。具体的には、図１６（Ａ）に示すように、図１３（Ａ）の組立構造体１０に第１の実施形態のタイプ２の組立構造体１０を十字にクロスさせて連結することが考えられる。つまり、小さい二つの円筒部２１、２２を有したタイプ２の組立構造体１０と、大小二つの円筒部１１、２２を同径の円弧からなる２つの連結部１５、１６で繋いだ図１３（Ａ）のタイプ３の組立構造体１０とを十字にクロスさせて連結して繋ぐことができる。但し、小さい二つの円筒部２１、２２を有するものの、連結部の２つの内径面の円弧の一方は小さい円筒部２１、２２と同径とされ、他方は大きい円筒部１１と同径とされた組立構造体１０で合っても、十字にクロスさせて連結して繋ぐことができる。また、図１６（Ｂ）に示すように、図１３（Ｂ）に示す２つのタイプ３の組立構造体１０を十字にクロスさせて連結して繋ぐこともできる。

なお、図１４から図１６に示す組立構造体１０同士の積み重ね、逐次連結、十字連結等を可能とする組立構造体１０の組み合わせには、円筒部の半径および連結部の内径面の半径の大きさに制約が当然に存在する。但し、制約を満たす様々な半径の大きさ或いは半径比が候補として考えられる中で、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示した二つの円筒部２２、１１の半径比が１：√２とされる。

このような組立構造体１０は、図１７に示すように、例えば４つのタイプ３の組立構造体１０を外接させて並列に美しく積み重ねていくことができる。この際、円筒部１１と円筒部２２との間の一対の連結部１５、１６の内径面１５Ａ、１６Ａを小さい円筒部２２の外周面の半径と同じ径の円弧としたことで、小さい円筒部２２がこれら連結部１５、１６に接しつつ組立構造体１０を積み重ねていくことになる。

したがって、組立玩具等での応用において第１の実施形態の組立構造体１０は有望と考えられる。但し、別のサイズ比でも有望なものがさらに見つかる可能性はある。以上のように三次元の構造体とされるひょうたん型をした組立構造体１０を複数連結していくことで多様な形状を作成できることを示唆している。

次に、本発明に係る組立構造体の第２の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態の組立構造体１０は、図１８に示すように第１の実施形態と似た構造とされている。但し、第１の実施形態のタイプ１からタイプ５まででは、連結部１５、１６、１７が２つ或いは３つの円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の上端側でこれら円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３を連結しているのに対して、本実施形態ではこれら円筒部の下部寄りで連結部１５、１６、１７がこれら円筒部を連結しているという相違を有している。

このため、本実施形態も第１の実施形態と同様に作用することになる。但し、円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の下端側で連結部１５、１６、１７がこれら円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３を連結しているので、２つの組立構造体１０を９０度の角度だけ相互に回転して、連結部１５、１６同士を重ね合わせつつ接合する際には、第１の実施形態と逆向きで接合される。

次に、本発明に係る組立構造体の第３の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態の組立構造体１０は、図１９に示すように第１の実施形態と似た構造とされている。但し、第１の実施形態のタイプ１からタイプ５まででは、連結部１５、１６、１７が２つ或いは３つの円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の上部寄りでこれら円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３を連結しているのに対して、本実施形態では連結部１５、１６、１７がこれら円筒部の全体でこれら円筒部を連結しているという相違を有している。

このため、本実施形態も第１の実施形態と同様に作用することになる。但し、円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３の全体で連結部１５、１６、１７がこれら円筒部１１、１２、１３、２１、２２、２３を連結しているので、２つの組立構造体１０を９０度の角度だけ相互に回転して、連結部１５、１６、１７同士を重ね合わせつつ接合することはできない。また、本実施形態のタイプ４では連結部１５、１６間に３つの凸状部２５が設けられ、タイプ５では連結部１５、１６間に１つの凸状部２５が設けられている。このため、これらのタイプでは、この連結部１５、１６間の凸状部２５でも他の組立構造体１０に接合が可能となる。

他方、円筒部１１、１２、１３の上面の凸状部２５の位置や数もさまざま考えられる。具体的には、図１８に示す第２の実施形態のタイプ１、３、４の組立構造体１０とは異なる位置に、３つの凸状部２５が存在する変形例のタイプ１、３、４を図２０に図示する。これらは円筒部の中心に対して６０度程度の角度だけ回転して３つの凸状部２５を配置した例であるが、凸状部２５の位置はこれらの回転角度に限定されるものではない。

また、第１の実施形態のタイプ３の変形例として、図２１に示すように連結部１５、１６を曲線状に形成し、この連結部１５、１６の両端で２つの円筒部１１、１２の外周面と接するように滑らかにそれぞれ接続しても良い。このように連結部１５、１６が曲線状に形成されれば、他の組立構造体の種々の大きさの円筒部１１、１２が、この連結部１５、１６に隣り合って安定的に積み重ね可能ともなる。

次に、本発明に係る組立構造体の第４の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態の組立構造体３０は、図２２及び図２３に示すように第１から第３の実施形態のタイプ３と似た構造とされている。
但し、それぞれのタイプ３の組立構造体１０の２つの円筒部１１、１２は、頂面１１Ａ、１２Ａで覆われて塞がれているが、本実施形態の組立構造体３０では、２つの円筒部がそれぞれ貫通した構造とされているという相違を有する。このため、円筒部の頂面がなく、これに伴い頂面上に凸状部も存在していないという相違を第１から第３の実施形態に対して有している。

つまり、本実施形態の組立構造体３０の円筒部には、図２２に示す上記雌型円筒部３１、３２の他に、図２３に示す雄型円筒部３３、３４が他のタイプとして存在する。そして、本実施形態においても、大きい円筒部３１、３３の大きさを√２としたときに、小さい円筒部３２、３４の大きさは１の割合にされている。
また、これら雌型円筒部３１、３２は、相互に同軸状の内外周面がそれぞれストレートに形成されている。これに対して、雄型円筒部３３、３４は、相互に同軸状の内外周面がその中程で細く形成されている。すなわち、雄型円筒部３３、３４の一端側である上側には、細径とされた嵌合雄部３３Ｂ、３４Ｂが形成されており、この嵌合雄部３３Ｂ、３４Ｂの外径は、雌型円筒部３１、３２の内径及びこの雄型円筒部３３、３４の下側寄りの基本径部３３Ａ、３４Ａの内径と同一とされている。

このため、他の組立構造体３０の雌型円筒部３１、３２及び雄型円筒部３３、３４の内周面に、この嵌合雄部３３Ｂ、３４Ｂが嵌合可能となる。この際、嵌合雄部３３Ｂ、３４Ｂ及びこれらの内周面はそれぞれ円形に形成されているので、結合後も嵌合部分を軸として回転し得るように嵌合可能とされ、これに伴って各組立構造体３０を相対的に回転できる。このような性質を利用すれば、相互に同一形状に形成された複数の組立構造体３０を積み重ねていくことができる。

最後に、第１の実施形態の組立構造体１０により生物を模した形態の例を以下に説明する。
例えば、第１の実施形態の組立構造体１０により生物を模した形態の作成例のうちの「アヒル」を模した組立玩具の組立例の斜視図を図２４に示す。この「アヒル」を模した組立玩具の組立例は、組立構造体相互間を回転させることで、姿勢の変化が可能である。また、図２５に示す斜視図は、生物のうちの「犬」を模した組立玩具の形態を表し、図２６に示す斜視図は、生物のうちの「人」を模した組立玩具の形態を表し、この例では、脚部及び腕部を構成する組立構造体をそれぞれ回転させることで、直立体勢のみならず様々な体勢を取ることが可能である。

この他、図２７に示す斜視図は、「きりん」を模した組立玩具の形態を表し、図２８に示す斜視図は、「龍、人、雲」を模した組立玩具の形態を表す。
以上より、これら図２４から図２８の斜視図に示す組立玩具の組立例においても、接合部分を構成する組立構造体をそれぞれ回転させることで、様々な変形が可能である。

以上のように、本発明の組立構造体には２つの円筒部を用いたものだけでなく、３つの円筒部を三つ又状に配置して円弧状の連結部で繋いだタイプのバリエーションもあるが、この際、連結部の高さは円筒部の高さ以下であればよい。このため、本発明の組立構造体を複数組み合わせ連結することで、幾何学的形状、有機的形状を含む多様な形態の作成が可能である。これらの特徴より本発明の組立構造体は、図形学習や図形の応用方法探究のための教具や、人の自由な発想に基づく形態作成のための玩具として、効果的に使用できる。

他方、上記した組立構造体のサイズは一例で有り、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円筒部の半径の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。さらに、組立構造体の材質としてはＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂が考えられるが、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、本発明は係る実施の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
１１、１２、１３円筒部
１５、１６、１７連結部
１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ内径面
１８円環ボス（ボス）
２１、２２、２３円筒部
２５凸状部
３０組立構造体
３１、３２雌型円筒部
３３、３４雄型円筒部
Ｓ距離
ＭＳ最短距離

Claims

一端側の端部が塞がれた円筒形状にそれぞれ形成されるとともに、この端部に凸状部をそれぞれ設けた２つの円筒部と、
前記２つの円筒部との接続部分が前記円筒部との間で滑らかにそれぞれ接続され且つ２つの円筒部を相互に連結する連結部と、
を含む組立構造体であって、
前記円筒部の他端側の内周部分に環状のボスを突出させ、
前記円筒部の内周面とボスとの間及びボス内で、前記円筒部の一端側の凸状部を嵌合可能とする組立構造体。
前記２つの円筒部の大きさを相互に異ならせると共に、前記連結部の内径面側が小さい円筒部の半径と同じ径の円弧とされ、前記連結部の両端で２つの円筒部と接するように滑らかにそれぞれ接続される請求項１に記載の組立構造体。
前記２つの円筒部の大きさを相互に異ならせると共に、前記連結部の内径面側が大きい円筒部の半径と同じ径の円弧とされ、前記連結部の両端で２つの円筒部と接するように滑らかにそれぞれ接続される請求項１に記載の組立構造体。
前記連結部が曲線状に形成され、前記連結部の両端で２つの円筒部と接するように滑らかにそれぞれ接続される請求項１に記載の組立構造体。