JPH04503336A - 三次元描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 三次元描画装置 発明の分野 本発明は一般的には玩具、より詳細には透明な中空状をなす球体と、同球体内に おいて球体の内面に粘着された粉末材料と、球体内において粉末材料を擦り落と すことにより前記内面に画線する画線部材と、この画線部材を手動操作するため の制御部材とからなる三次元描画装置に関する。この装置は三次元スケッチをす るために使用され、主として教育補助器具及び玩具として使用される。

発明の背景 制御部材を手動操作することにより、画線部材を移動させ、平面スクリーンの内 面から粉末材料を剥離させて描画を行うことが可能な平面スクリーンを備えた二 次元描画装置は公知である。この種の装置として、エッチ・ア・スケッチ（ＥＴ ＣＨ−Ａ−ＳＫＥＣＨオハイオアートカンパニーの登録商標）がよく知られてい る。　エッチ・ア・スケッチ型の二次元描画装置として、グランドジーン氏に特 許付与された米国特許第３，０５５，１１３に開示されるものがある。この装置 では、透明平面スクリーンの下面に沿って、画線部材を移動させるブーりとケー ブルとを使用している。２個のノブがケーブルとブーりとを制御する。一方のノ ブを回転させることにより画線部材を水平方向に移動させ、他方のノブを回転さ せることにより画線部材を上下に移動させる。従って、２つのノブをマニアル操 作することにより、平面スクリーンの内面上にて移動させて色々な図案や図柄を 描くことができる。画線部材が平面スクリーンの内面を移動すると、画線部材が 粉末材料を剥ぎ取り、画像が形成される。

二次元描画装置を逆にして、緩慢に揺することにより、上記のように形成された 描画を消すことができる。

大量の粉末材料は、粉末材料のリザーバとして機能するハウジング内に配置され ている。ハウジングはプーリ、ケーブル、制御ノブ°及び透明平面スクリーンを 支持する。粉末材料は常にはハウジングの床面にあり、装置を逆さにすると透明 平面スクリーンに接触する。

そして、装置が緩慢に揺すられると、粉末材料が平面スクリーンの全域、特に画 線部材により粉末材料が剥がされた部分に接着する。　二次元描画装置が受、け る明かな制限は、平面上に描画するときにのみ使用されるということである。こ れにより、二次元描画装置は二次元においてのみ良好に表現さる画像を描くため にしか使用できないという制限が加わる。周知のように、全てのの画像が二次元 のみで表現され得るわけではない。

、地球の表面等、球体の表面は二次元では適切に表現され得ない。このように使 用すると、メルカトール投影法等の地図のような結果になる。メルカトール図法 では複数の子午線、即ち経線は互いに平行に描かれ、複数の緯線は赤道から遠ざ かるに従って間隔が大きくなるように直線で描かれている。勿論、これは地球の 表面の真の姿を大きく歪めたものであり、地球の表面の真の姿は球面上にのみ描 かれ得る。　カサグネス（Ｃａ　ｓ　ｓ　ａｇｎｅ　ｓ）氏等の名による米国特 許第４゜３６４．１７６号は、湾曲した描画用表面を備えた描用表面は使用者に 向かって凸状をなし、テレビジョンのスクリーンのような外方へ脹らみが形成さ れている。

上記特許における描画装置の表面は平坦ではないので、技術的見地に二次元では ないが、二次元の表面に描く画像と殆ど同一のタイプの画像しか描けないという 制約がある。カサグネス氏の装置におけるスクリーンは、本質的には中央部に脹 らみを有する平面という以、外の何物でもない。

このように、従来では三次元の画像を適切に表現するにあたり問題があったにも 拘らず、今日迄満足な解決策はなかった。

発明の概要 この発明は特に従来における欠点を正視し、これを軽減せんとするものである。

より詳細に述べるならば、この発明は透明な中空状をなす球体と、同球体内にお いて球体の内面に粘着された粉末材料と、球体内において粉末材料を擦り落とす ことにより前記内面に画線する画線部材と、この画線部材を手動操作するための 制御部材とからなる三次元描画装置に関する。この装置は三次元描画をするため に使用され、主として教育補助器具及び玩具として使用される。

この発明の三次元描画装置により、球面上にのみ適切に表現され得る地球の表面 等の画像が正しく表面される。これにより、優良な教育補助具及び魅力的な玩具 が提供される。　三次元描画装置は球面状表面に関係する地理学や天文学等の学 科の講義に使用され得る。

地理学の講義においては、三次元描画装置の表面に各大陸を描きこれら大陸上に 国を描いて国名を書き込むように学生を指導することができる。天文学の講義で は、三次元描画装置の球体上に天球の星座を描き、天体間の相対位置を学生に教 えることができる。　この三次元描画装置により芸術的な描画が可能になり、児 童は楽しみながら芸術的才能を発揮することができる。

この三次元描画装置を使用すると、刷新的、かつ芸術的な見地から多くの可能性 がある。例えば、球体に野球のボール、電球、ゴルフボール、月、さらには２つ の丸い目と微笑んだ口を備えた典型的に幸せそうな顔のようなものの外形を描く ことができる。

三次元描画装置を使用することにより、単に空想的、又は抽象的な画像も簡単に 形成され得る。画像は使用者の想像力にのみ制限される。　他の利点と同様に、 上記した事項は以下の記載及び図面よりさらに明らかになる。図示及び記載にて 特定された構成は、発明の精神から逸脱することなく、請求の範囲内において変 更可能である点を理解されたい。

図面の簡単な説明 図１は本発明における三次元描画装置を示す斜視図である。　図２は本発明にお ける三次元描画装置の画線子及び画線子の指示構造を示す斜視図である。

図３は本発明における三次元描画装置の制御及び位置決め機構を示す断面図であ る。　図４は画線アセンブリの断面図である。

図５は本発明における三次元描画装置を示す断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明における三次元描画装置は、現在における好ましい実施例を描いた図１〜 ５に示されている。

図１について述べると、三次元描画装置は符号ｌＯにて示されるハウジングを備 えている。同ハウジングＩＯ上には透明な中空状球体１２が回動可能に設けられ 、同球体１２は好ましくは透明アクリル等の剛性樹脂材料より形成されている。

球体１２内において参加アルミニウム等の粉材は球体１２の内面に接着しており 、外部からは光沢のある銀色の面に見える。球体１２内には画線アセンブリ４０ が配置され、このアセンブリ４０が画線子４２を移動させて、球体１２の内面か ら粉材を選択的に剥がす。これにより使用者が球体１２上に絵を描くことができ る。

第１の、即ちアジマス制御つまみ１４の操作にて球体１２はその縦軸を中心に回 動することにより、画線アセンブリ４０は球体１２の面を横切るように水平方向 に線を描く。アジマス制御つまみ１４を一方向に数回回転させると、球体１２は その縦軸を中心として完全に一周する。これにより、地球上の１本の緯線のよう に、球体上を一周した完全な円弧が描かれる。

第２の、即ち高さ制御つまみ１６は画線アセンブリ４０を上下に移動させて垂直 な線を描かせる。球体の下端面に線を引くことは不可能であるため、高さ制御つ まみ１６はいずれの方向にも完全に回転され得ない。

高さ制御つまみ１６を一方から他方へ回転させると、球体１２の底部から頂点を 経て反対側の底部へと下っていく子午線のような線が引かれる。

画線子後退制御つまみ１８を操作により、画線子４２をその長袖に沿って画線ア センブリ４０内に後退させることができる。これにより制御つまみ１４．１６の 操作にて画線アセンブリ４０が球体１２上に線を描くことなく移動される。　目 盛り２０，２２，２４、指標２６．２８及び指示部３０は画線子４２の位置を記 録することができ、この記録された位置データを使用して球体１２上に画像を再 生することができる。目盛り２２及び指標２８は画線子４２の高さに関する指示 をする。目盛り２０及び指標２６は画線子４２のアジマスに関する指示をする。

目盛り２４及び指示部３０も画線子４２のアジマスに関する指示を行う。目盛り ２０及び指標２６、または目盛り２４及び指示器３０のいずれかは三次元描画装 置のアジマスを指示するために使用される。　図２及び３には三次元描画装置の 制御機構が示されている。制御機構は第１の、即ちアジマス制御つまみ１４、第 ２の、即ち高さ制御つまみ１６、第１の、即ちアジマスプーリ７２、第２の、即 ち高さ制御プーリ７０、第１の、アジマス制御ケーブル５６、第２の、即ち高さ 制御ケーブル５８、及び球体プーリ７４及び画線子プーリ４８を備えている。

画線アセンブリー４０は、画線子４２の長軸と直角に交差する水平軸を中心に回 動可能になっている。画線アセンブリー４０は画線子４２を備え、その先端４４ は画線プーリ４８に形成されたスリーブ４６内に没入可能になっている。画線プ ーリ４８は第１及び第２の軸５０．５２を備え、これら軸５０．５２は支持筒部 ５４の装着部材１１０，１１２により回動可能に支持されている。溝４９内には 第２の、即ち高さ制御ケーブル５８が導入され、同ケーブル５８により高さ制御 つまみＩ６が画線アセンブリー４０の上下の位置を決定する。

第２の軸５２に形成した孔５３は、第３の即ち画線子後退用ケーブル６０の通過 路を形成している。後退用ケーブル６０に張力を付与することにより、同ケーブ ル６０が連結された画線子４２をスリーブ４２内に後退させることができる。後 退用ケーブル６０は孔５３の開口から支持筒部５４のスロット１１６を経て第１ 後退用プーリ６６に引き廻されている。第１の後退用プーリ６６から後退用ケー ブル６０は第２の後退用プーリ６８を経て画線子後退用制御つまみＩ８に延びて いる。

前記支持筒部５４の基部７８はハウジング１０の床面３８に対して支持筒部５４ を取付るためのものである。前記基部７８の上面８０は平滑は支持面を形成して いる。開口１０６，１０８，１１８は制御ケーブル６０．５８が通過する通路を 構成している。基部７８はハウジングの床面３８に対して固定されている。そし て、中間プーリ６２，６４及び第１の後退器６６はハウジング１０の床面３８に 対して回動可能に取付られている。　表面に指示印、即ち目盛り２０が設けられ たアジマス制御つまみ１４はシャフト１２によりアジマス制御プーリ７２に連結 されている。アジマス制御ケーブル５６はアジマス制御プーリ７２とアジマス球 面ブー・す７４との間に導入されている。アジマス球面プーリ７４の首部７Ｇは 図１に示す球面１２を取付ける箇所を形成している。球体１２はアジマス球体プ ーリ７４の首部７６に対して摩擦接触したうえ、適切な接着材により固着されて いる。従って、アジマス制御つまみ１４を回すと、球体１２もこれより少ない回 転数で回転する。正確な回転数は、アジマス制御プーリ７２の直径と、球体プー リ７４の直径との比によって決定される。

表面に指示印、即ち目盛り２２が形成された高さ制御つまみ１６は、シャフト１ ０４にて高さ制御プーリ７０に対して固定されている。高さ制御ケーブル５８は 高さ制御プーリ７０より第１及び第２の中間高さプーリ６２．６４を経て画線保 持プーリ４８に引き回されている。高さ制御つまみ１６を回すと、画線アセンブ リ４０もその第１及び第２の軸５０．５２の長軸を中心に回転する。画線アセン ブリ４０の正確な回転数は、高さ制御プーリ７０の直径と、画線保持プーリ４８ の直径との比に基づいて決定される。　図４において、画線アセンブリ４０は断 面図で示されている。画線子４２の先端４４は球体１２の内面８６に接触し、同 内面８６から粉材を剥がすことにより内面８６に画像を描く。このようにして形 成された画像は球体１２の外面８８上において目視可能になる。　バネ８４は画 線子４２をその伸張位置に付勢している。前記バネ８４は画線子４２に取付られ たバネストップ８０上に着座されている。このバネストップ８０は画線子４２に 対して一体的に形成してもよい。バネ８４を圧縮すべく、後退用ケーブル６０に 十分な張力を付与すると、画線アセンブリ４０のスリーブ４６内に画線子４２が 没入する。このあと、バネ８４はバネストップ８０を駆動して画線子４２を伸張 位置に復帰させる。　画線子後退制御つまみ１８は画線子後退用ケーブル６０に 取付られ、同ケーブル６０は第１及び第２の各中間プーリ６６．６８から球体プ ーリ７４の開口１００を経て画線アセンブリの第２軸５２の孔５３内に導入され ている。後退用制御つまみ１８をハウジングＩＯの上表面から上方へ引いて、後 退用ケーブル６０上に張力を付与することにより、画線子４２を画線アセンブリ ４０のスリーブ４６内に没入させる。前記後退用制御つまみ１８はハウジングｌ Ｏ内を通過し、同ハウジング１０の上面に係合して摩擦力により位置決めされて いる。後退用制御つまみ１８をハウジング１０に向けて下方に押圧して、後退用 ケーブル６０に掛かる張力を解除すると、バネ８４が画線子４２を画線アセンブ リ４０のスリーブ４６から外に押し出す。

第５図において、三次元描画装置は断面図により示されてている。上昇位置に有 るボス部１２０，１２２゜１２４は軸１０４，１０５を受承している。同様に他 のボス部（図示路）も軸１０２を受承している。装着部９６．９８は第１及び第 ２の後退用プーリ６６．６８のための軸９４，１１４を受承し、これにより第１ 及び第２の後退用プーリ６６．６８をハウジングｌＯの床面３８に固定している 。同様に、第１及び第２の中間高さ制御用プーリ６２，８４はハウジング３４の 床面に取付けられている。　球体プーリ７４は支持筒体５４の基部７８のベアリ ング面８０上に回動可能に載置されている。球体プーリ７４の中央開口１００は 支持筒体５４を受承している。前記アジマス制御つまみ１４が回転されると、球 体プーリ７４は支持筒体５４はを中心に回転するようになっている。

酸化アルミニウム等の微粒子状をなす粉材は球体１２内に配置されている。この 微粒子状粉材は球体１２の内面８６に接着され、球体１２の内面８６に不透明な 層を形成している。画線アセンブリ４０を移動させるべく制御つまみ１４．１６ を操作すると、粉材は画線子４２の先端４４によって球体１２の内面８６から剥 がされる。　ハウジングＩＯは上面３４、側面３６及び床面３８から構成され、 合成樹脂材料を射出成形することにより形成される。また、つまみ１４，１６、 プーリ６２，６４，６６．６８，７０，７２，７４、後退制御つまみ１８及び画 線アッセンブリ４０等、小さな部品も合成樹脂材料を射出成形することにより形 成される。アジマス制御用ケーブル５６及び高さ制御用ケーブル５８はゴムのよ うな寿命の長い弾性材料にて形成する必要がある。画線子後退用ケーブル６０は ナイロン・モノフィラメントのような非弾性材料により形成される必要がある。

次に、３次元描画装置の作用を説明する。最初に、使用者は３次元描画装置を倒 立させ、適度に振動させて、粉末材料の均一な層が球体１２の内面８６に均等に 分布されていることを確認する。

画線子４２は描画を始める前に格納される。一方、画線子４２は描画が始められ る位置に配置される。アジマス及び高さ制御つまみ１４．１５を所望の画像を形 成するために回転することにより、描画が行われる。

球体１２の内面８６に描画することなく画線子４２を再配置する必要が生じた場 合には、画線子格納具１８がハウジング３４から引き離される。

例えば、球体１２の最外周に水平線を描くには、地球の赤道にならって下記のよ うにする。即ち、まず、球体の外周に沿って画像を形成する位置に、画線子を配 置する。次に、球体を倒立させて、適度に振動させ、球体１２の内面８６に粉末 材料の均等な被覆層を形成する。　３次元描画装置を使用者前方の平面上に直立 して配置し、画線子が球体１２の内面８６の周りに一回転するまで、一方向にア ジマス制御っまみ１４を数回回転させる。その後、地球の赤道にならたラインが 球体１２の最外周に描かれる。　第１のラインの上に平行に第２のラインを描く には、地球の表面の緯度線にならって行い、画線子格納具１８をハウジング３４ から引き出すことから開始する。先に描いたラインの上方に画線子４１を短い間 隔を隔てて、例えば１インチ（２，５４ｃｍ）離して再配置する。画線子格納具 １８をハウジング３４の下方に向かって押圧する。アジマス制御つまみ１４を一 方向に数回回転させ、画線子４２を球体１２の周りに一回転させる。球体１２自 体が回転し、画線子４２は回転しない点に注目されたい。消去するには、３次元 描画装置を倒立させ、徐々に振動させる。

球体１２の表面に四角を描くには、頂部と底部との中間に画線子を配置し、四角 の基部を形成するためアジマス制御つまみ１４を時計方向に回転させる。次に、 四角の側部を形成するため高さ制御つまみ１６を時計方向に回転させる。その後 、四角の上側部を形成するために、アジマス制御つまみ１４を反時計方向に回転 させる。最後に、四角の残りの垂直な側部を形成するために、高さ制御つまみ１ ６を反時計方法に回転させる。　球体１２の表面に円を描くには、四角を描く場 合ときわめて類似した方法で行える。しかし、アジマス制御つまみ１４及び高さ 制御つまみ１６が一連の円弧をに沿って移動するように同時に操作されなければ ならず、それにより、制御っまみ１４及び１６のそれぞれ独立した操作によって 形成される四角の角部が丸くされる。　制御位置のリストを提供して、使用者が 球体１２上に所望の画像を再生できるようにすることが可能である。例えば、上 記のような四角を描くための指針として、次のようにより精密なリストを作成す る。

（１）まず、球体の頂部と底部とのほぼ中間に画線子を配置し、両測部つまみの 目盛りを”０”にする。

（２）左側の（アジマス）制御つまみを”　ｌＯ”まで時計方向に回転させる。

（３）右側の（高さ）制御つまみを”１０”まで時計方向に回転させる。（４） 左側の（アジマス）制御つまみを時計方向に”０”まで回転させる。（５）右側 の（高さ）制御つまみを時計方向に”０”まで回転させる。　この指針に従うこ とにより、四角の画像が球体１２上に形成される。種々の画像を形成するために 同様の指針を提供できる。最初に画像が生成される間に目盛りが記録され、その 画像を再度創作する場合の指針として提供できる。　なお、ここに記載し、かつ 図面に示した三次元描画装置は本発明の現時点における好ましい実施例の一例で ある。本発明の精神及び範囲から逸脱しない限りにおいて各種変更及び追加は熱 論可能である。例えば、ハウジングの寸法及び形状は、本発明の構成や作用に本 質的な影響を与えることなく変更可能である。球体に画像を形成するために球体 の内部を被うものとして酸化アルミニウムに代えて他の材料を使用することも可 能である。このように、さまざまな変更及び追加は当業者にとって自明であり、 本発明において様々な仕様を行うことは可能である。

自発手続補正書 平成０３年１０月２３日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）ほぼ透明な中空状の球体と、（ｂ）前記球体内に配置され、同球体の 内面に接触した時、これに接着する粉末材 料と、 （ｃ）前記球体内において、同球体に画像を描くべく、粉末材料を球体から剥す 画 線子と、 （ｄ）前記画線子を操作するための制御機構とからなる三次元描画装置。
2. ２．前記制御機構は、 （ａ）前記画線子を球体に関して水平方向に位置決めする第１の制御つまみと、 （ｂ）前記画線子を球体に関して高さ方向に位置決めする第２の制御つまみと からなる請求項１に記載した三次元描画装置。
3. ３．前記制御機構はさらに、画線子を球体の内面から離脱させて同画線子を元位 置に復帰させる画線子後退用制御部を備えている請求項２に記載の三次元描画装 置。
4. ４．（ａ）前記球体がその縦軸を中心に回転されることにより軸画線子を球体に 関して水平方向に位置決めする第１の制御つまみと、 （ｂ）前記画線子の長軸と直角に交差する水平軸を中心に、同画線子が回転され ることによりこの画線子をを球体に関して高さ方向に位置決めする第２の制御つ まみと からなる請求項３に記載した三次元描画装置。
5. ５．（ａ）ほぼ透明の中空状の球体と、（ｂ）前記球体内に配置され、同球体の 内面に接触した時、これに接着する粉末材料と、（ｃ）前記球体内において、水 平軸を中心に回動可能に配置された画線アセンブリと、 （ｄ）前記画線アセンブリ内に一部が配置され、球体の内面から粉材を剥すため の尖った先端を備え、伸張位置にある時にはその先端部が球体の内面に接触する とともに、収縮位置にある時にはその先端部が球体の内面には接触することがな い画線子と、（ｅ）前記画００センブリ上に形成されたプーリと、 （ｆ）前記球体に取付られたプーリと、（ｇ）前記画線子を球体に関して水平方 向に位置決めする第１の制御つまみと、 （ｈ）前記画線子を球体に関して高さ方向に位置決めする第２の制御つまみと （ｉ）前記第１の制御つまみに連結された第１のプーリと、 （ｊ）前記第２の制御つまみに連結された第２のプーリと、 （ｋ）前記第１のプーリから球体に取付けられたプーリに動作を伝達する第１の ケーブルと、（１）前記第２のプーリから画線アセンブリに球体に形成されたプ ーリに動作を伝達する第２のケーブルと からなる三次元描画装置。
6. ６．（ａ）後退用制御つまみと、 （ｂ）前記後退用つまみの動作を画線子に伝達すべく後退用つまみと画線子とに 連結された第３のケーブルと、 （ｃ）前記画線アセンブリ内に配置され、前記画線子を伸張位置に付勢するバネ とからなる請求項５に記載の三次元描画装置。
7. ７．前記球体内において画線アセンブリを回動可能に支持すべく部分的に球体内 に配置された請求項６に記載した三次元描画装置。
8. ８．前記第１及び第２の制御つまみはその表面上に示度表示がなされている請求 項７に記載した三次元描画装置。
9. ９．前記粉材は酸化アルミニウムである請求項８に記載した三次元描画装置。