KR100641366B1 - 자력차단판이 결합된 자석 완구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자력차단판이 결합된 자석 완구에 관한 것이다.

본 발명의 자력차단판이 결합된 자석 완구는, 적어도 어느 한 면에 하나 이상의 홈(G)이 형성되며 다면체 형상을 하는 다수의 단위 블록 요소(11)과; 각 홈(G)의 바닥면에서 수평 회전 가능하게 삽입되는 원판상의 자력차단판(12)과; 상면 자극 방향이 원호를 따라 서로 교대로 배열되도록 상기 자력차단판(12)의 상면에 병렬 배열식으로 각각 적층 결합된 한 쌍 이상의 자석(13)과; 상기 각 홈(G)의 개방단부에 고정 결합된 캡(14)으로 구성되며, 강자성체인 상기 자력차단판(14)에 자석을 병렬 고정 결합시킨 구조에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 자력차단판이 결합된 자석 완구는, 자력차단판에 의해 자석의 자력이 강해져 자석의 소형화가 가능하며, 자력차단판과 함께 자석이 평면 상에서 팽이형 회전을 하기 때문에 홈의 깊이를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

자석, 영구 자석, 자석 완구, 자성체, 자력차단판

Description

자력차단판이 결합된 자석 완구{The magnetic toys}

도 1은 본 발명 자석 완구를 구성하는 일실시예 단위 블록을 보인 것으로,

(가)는 육면체 형상을 하는 단위 블록의 사시도이고,

(나)는 사각바 형상을 하는 단위 블록의 사시도이며.

(다)는 패널의 형상을 하는 단위 블록의 사시도이다.

도 2는 본 발명 자석 완구를 구성하는 일실시예 단위 블록을 보인 것으로,

(가)는 부분 분리 사시도이고,

(나)는 부분 분리 단면도이며,

(다)는 부분 결합 단면도이다.

도 3은는 직선형 홈이 형성된 일실시예 단위 블록 요소의 사시도.

도 4는 확장 홈과 점형태 홈이 형성된 일실시예 단위 블록 요소의 사시도.

도 5는 확장 홈과 점형태 홈 및 직선형 홈이 형성된 일실시예 단위 블록 요소의 사시도.

도 6은 본 발명 자석 완구를 구성하는 일실시예 자석부재를 보인 것으로,

(가)는 한 쌍의 자석이 사용된 자석부재의 사시도이고,

(나)는 두 쌍의 자석이 사용된 자석부재의 사시도이다.

((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))

11. 단위 블록 요소 12. 자력차단판

13. 자석 14. 캡

G. 홈 G1. 점형태 홈

G2. 직선형 홈 G3. 확장 홈

g. 구획칸 P,P'. 다극면

본 발명은 자력차단판이 결합된 자석 완구에 관한 것으로, 더 자세하게는 각종 다면체의 형상을 하는 단위 블록 요소의 적어도 어느 한 면에 하나 이상의 독립된 홈이 형성되며, 이 홈 바닥에 원판상의 자력차단판이 수평 회전 가능하게 놓여지고, 상면 자극이 원호를 따라 교대로 배열되도록 한 쌍 이상의 자석이 상기 자력차단판의 상면에 병렬 배열식으로 각각 적층되어 고정 결합되며, 상기 홈의 개방단부에 캡이 결합되어 홈 내부의 자석이 외부로 분리되지 않도록 한 구조로서, 자력차단판에 결합된 자석에 척력이 작용하게 되는 경우 자석이 자력차단판과 함께, 팽이와 같이 평면 상에서 회전하게 되며, 자력차단판에 의해 자석의 자력을 높여줌으 로써 단위 블록간 밀착력을 증강시킨, 자력차단판이 결합된 자석 완구에 관한 것이다.

각종 어린이용 완구들 중에서 어린이들의 창의성 향상 많은 도움을 주며, 단기간이 아닌 장기간에 걸쳐 갖고 놀기에 적합한 대표적인 완구로는, 전세계 각국에서도 오래도록 널리 판매되고 있는, 블록 완구의 일종인, 레고를 들 수 있다.

상기 레고는 다양한 형상의 작은 단위 블록들을 이용하여 어린이 각자의 취향과 생각에 따라 조립이 가능하기 때문에 어린이들의 상상력과 창의력 향상에 매우 도움이 되는 완구이며, 나이에 따라 단위 블록의 크기를 달리하면서도 서로 크기가 다른 단위 블록 사이의 크기 비율을 일정하게 함으로써, 크기가 다른 블록들을 함께 조립할 수 있도록 하는 등 유아부터 초등학교 고학년 학생까지, 어른도 함께 즐길 수 있는 대표적인 완구이다.

그러나, 상기 레고는 그 특성상 특정 형상을 만들기 위해서는 그 형상에 맞는 특정 모양의 단위 블록이 반드시 필요한 제약이 따르게 되고, 각 단위 블록은 직육면체 또는 정육면체를 기본으로 하는 3차원적인 형상으로서, 테마별 여러 종류의 레고를 갖게 되면 부품들의 부피가 커져 보관에 어려움이 있으며, 모아져 있는 많은 레고 부품들 중에서 특정 부품을 찾기 위한 시간이 많이 걸리기 때문에 특정 형상을 조립하기 위한 시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.

상기와 같은 레고의 단점을 해결하기 위하여 특정 테마와 관련된 정형적인 기본 조형물 형상이 없기 때문에 조형물을 만들 때 선입관에 좌우되지 않으면서 기하학적인 창의성을 배양하는데 유익한 자석 놀이 완구가 개발되었는 바, 이를 살펴 보면 다음과 같다.

일반적으로 종래의 상기 자석 놀이 완구는, 합성수지 외피에 의해 감싸지며, 금속봉의 양 선단면에 영구자석이 결합된 자석 스틱과 금속구로 구성되며, 금속구를 매개로 하여 상기 다수의 자석 스틱들이 연속적으로 연결되도록 함으로써, 원하는 모형이나 구조물을 만들 수 있도록 한 완구이다.

즉, 엄밀히 말하면 3차원적인 부피를 가지기는 하나, 2차원인 선의 역할을 하는 자석 스틱과 1차원인 점의 역할을 하는 금속구를 이용하여 3차원의 다양한 조형물 모형을 만들 수 있도록 함으로써, 어린이의 공간 지각 능력과 기하학적 조형물에 대한 이해도 및 창의성을 향상시킬 수 있도록 한 것이 상기 자석 놀이 완구이다.

상기와 같이 구와 스틱으로 구성된 종래의 자석 놀이 완구는 다양한 기하학적 모형을 만들 수는 있으며, 3차원 형상 즉, 다면체의 형상을 만들 수도 있으나, 면이 없는 상태이기 때문에 어린이의 교육용으로는 부족한 면이 있다.

특히, 초등학교에 입학하기전의 어린이에게는 각종 다면체에 대한 교육이 필요하기 때문에, 사면체, 육면체, 다각 기둥 등 각종 다면체에 대한 형상과 특징 등을 교육시키는 동시에 놀이도 할 수 있도록 각종 다면체의 형상을 하는 다수 블록으로 구성된 교육용 완구도 있으나, 종래의 다면체 블록은 단순히 나무나 합성수지 등으로만 만들어져 적층시 조그만 외부 힘에 의해서도 쉽게 무너지게 되는 단점이 있다.

상기와 같은 종래 다면체 블록의 문제점을 해결하기 위하여 자석을 결합시킨 다면체 블록이 개발되었는 바, 일본공개특허공보 특개평6-302425에 흡착체(吸着體)가 개시되어 있다.

상기 흡착체는, 내부 공간을 갖는 상향 개방형의 육면체 형상을 하는 수납체와, 뚜껑 및 수납체의 내부 공간에 넣어진 상태에서 회전이 가능한 하나의 구형 자석체로 구성되는 바, 자석체가 수납체 내부에서 회전 가능하기 때문에 육면체 형상의 다수 흡착체를 자석체의 극성에 관계 없이 자유롭게 접촉 결합시킬 수 있으며, 이 흡착체 다수를 단위 다면체 블록의 각 면에 돌출되지 않도록 일정 간격씩 삽입하여 고정 결합시킴으로써, 단위 다면체 블록들도 서로 자력에 의해 안정적으로 접촉 결합시킬 수 있게 된다.

그리고, 국내등록특허공보 제457305호에도 회전형 자석 결합장치 및 이를 구비한 조립식 완구가 개시되어 있는 바, 이는 단위 다면체 블록의 각 면에 형성된 홈 각각에 자석을 삽입한 후 자석이 홈에서 빠져나오지 않도록 각 홈에 캡을 결합시킴으로써, 자석이 홈 내부에서 유동에 의해 회전이 가능하도록 한 구조인 바, 상기 일본공개실용신안등록공보의 발명과 거의 동일한 효과를 가지고 있다.

즉, 상기 일본공개특허공보와 국내등록특허공보에 각각 개시된 발명은, 자석이 회전함으로써 근접하는 두 단위 블록의 자석 극성에 관계 없이 두 단위 블록이 항상 서로 붙을 수 있는 특징이 있다.

그러나, 상기 발명과 고안을 비롯한 종래 대부분의 자석 완구에 사용된 자석은 1면 단극 자석으로서, 예를 들어, 원기둥형 자석의 경우, 평탄한 상면에 N극이, 상면에 평행하며 평탄한 저면에 S극이 형성된 구조로서, 일측 자석이 타 자석에 의 해 척력을 받아 회전하게 되는 경우 자극 배열 방향의 중심축을 회전 중심으로 하여 평면상에서 팽이와 같이 회전하지 못하고 중심축 자체가 180°회전하여야 하는 바, 자석이 내장되는 공간의 깊이가 자석의 최대 직경(또는 길이)보다 깊어야 하기 때문에 그 공간을 제공하는 홈의 크기가 불필요하게 깊어지는 단점이 있다.

그리고, 단위 블록이 작아지는 경우 자석 또한 그 크기가 작아지게 되고, 그에 따라 자석의 자력이 작아져 단위 블록과 단위 블록 사이의 부착력 감소를 초래함으로써, 서로 붙었던 단위 블록들이 작은 힘에도 쉽게 떨어지게 된다. 즉, 조립물의 형태 안정성이 떨어지게 된다.

본 발명은 상기와 같이 자석이 결합된 종래의 블록형 자석 완구가 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 중심축의 양 측이 바뀌는 즉, 자석의 상·하 방향이 바뀌는 방식으로 회전하지 않고 놓여진 상태에서 그 중심축을 회전 중심으로 하여, 예를 들어, 팽이와 같이 평면상에서 자석이 회전하도록 함으로써 홈의 깊이를 최소화할 수 있을 뿐 만 아니라, 작은 자석을 사용하는 경우에도 충분한 자력을 얻을 수 있는 자석 완구를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 원판상의 자력차단판과, 자력차단판의 상면에 고정 결합되는 한 쌍의 자석에 의하여 달성된다.

본 발명의 자력차단판이 결합된 자석 완구는, 입방체, 판상에 가까운 패널, 단면 칫수에 비하여 길이가 상대적으로 긴 바형 등의 각종 다면체 형상을 하는 단위 블록 요소의 적어도 어느 한 면에 하나 이상 형성된, 상면을 기준으로 할 때, 상향 개방형 홈 각각의 바닥에 원판상의 금속제 자력차단판이 회전 가능하게 놓여지고, 자력차단판의 상면에 한 쌍 이상 짝수쌍의 자석이 병렬 배열식으로 각각 적층 결합되며, 상기 홈의 상단부 즉, 개방단부에는 캡이 결합되어 자력차단판과 함께 자석이 외부로 분리되지 않도록 한 구조로서, 상기 각 홈에 자력차단판이 결합된 자석을 삽입함에 본 발명의 기술적 특징이 있는 바, 이를 살펴 보면 다음과 같다.

자력차단판은 자석의 자력선을 투과시키지 않는 역할을 하는 것으로, 이러한 물질 특성을 "비투자율"이라 하며, 비투자율이 가장 높은 것은 철로서, 강한 자성체일수록 비투자율이 크며, 알루미늄, 동 등과 같은 비자성체의 비투자율은 1에 가깝다.

상기와 같은 자성체는 자석의 자력선이 통하기 쉽기 때문에 자성체로 들어간 들어간 자력선은 자성체가 자기포화를 일으키지 않는 한 자성체를 관통하지는 않게 되는 바, 자석의 일측에 강자성체로 이루어진 자력차단판을 결합시키게 되면, 자석 일측에서 외부를 향하여 나가던 자력선이 자력차단판에 의해 막히게 되면서 자력차단판이 결합되지 않은 자석의 타측으로 자력의 세기가 증가하게 된다.

즉, 상기와 같은 원리에 의해 자석의 일측에 자력차단판을 결합시키게 되면 자석의 타측에 의한 척력 또는 인력이 증가하게 되는 바, 자력이 작은 자석을 자력 이 큰 자석으로 대체한 효과를 얻게 된다.

그리고, 상기 자력차단판은, 동일한 두께를 가질 경우, 두 꺼운 한 장보다는 두께가 얇은 것을 다수 적층한 구조가 더욱 효과적이다.

상기와 같은 원판상 자력차단판의 상면 내에 고정 결합되는 각 자석은, 상·하 방향으로 N극과 S극으로 자화된 자석이며, 크기가 같은 한 쌍 이상으로 구성되고, 좌·우 양 측 자석과의 측면 사이에는 척력이 작용되지 않도록 서로 상·하 방향이 바뀐 상태로 원호상을 따라 병렬 배열되는 바, 상·하 N-S극으로 자화된 자석과 상·하 S-N극으로 자화된 자석이 교대로 배열되는 구조이다.

이때, 상기 각 자석의 평면 형상에는 제약이 없으나, 자석이 자력차단판 상면에 각각 적층되어 병렬 결합시 자력차단판 외부 테두리를 벗어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 자력차단판 상면에 적층되는 방식으로 병렬 배열 결합된 적어도 한 쌍 이상의 자석은 서로 자화 방향이 반대인 바, 동일한 평면 상에 위치하게 되는 각 자석의 상면 자극이 하나의 자극, 즉, N극 또는 S극의 한 종류 자극만으로 구성되는 것이 아닌, 자력차단판의 중앙부를 중심으로 한 원호를 따라 N, S 두 종류의 자극이 교대로 배열되는 형태를 취하게 되는 바, 자력차단판에 결합된 자석은 1면 다극 자석의 역할을 하게 된다.

이하에서는, 기재상의 편의와 용어상의 혼동을 피하기 위하여, 자력차단판과 이에 고정 결합된 한 쌍의 자석을 합하여 "자석부재"라 하고, "단위 블록 요소"란 "자석부재"와 "캡"이 결합되지 않은 다면체 형상의 "몸체"를 뜻하며, "단위 블록" 이란 상기 "단위 블록 요소"에 "자석부재"와 "캡"이 결합된 "단위 블록 요소"를 지칭하는 것으로 정의한다.

상기와 같이 자력차단판의 상면에 각각의 자극이 다른 극으로 교대 배열되는 다수 자석의 각 저면이 각각 고정 결합됨으로써, 자석부재는, 평면 상에서 팽이와 같이 회전하게 되는 회전자의 역할을 할 수 있게 되고, 이와 같은 자석부재의 회전에 의해 각 단위 블록은 다른 단위 블록과 항상 서로 붙을 수 있게 된다.

즉, 자력차단판이 홈의 바닥에 닿도록 놓여진 자석부재의 상면에, 타 자석부재를 뒤집어 저면으로 바뀐 타 자석부재의 상면을 근접시키는 경우, 두 자석부재에 각각 구비되며 서로 대향하는 자석이 서로 동일 자극으로 짝을 이루게 되면, 두 자석부재 사이에는 척력이 작용하게 되고, 그 척력을 해소하기 위하여 일측 자석부재 또는 양 측 자석부재가 함께 수평 회전함으로써, 서로 대향하는 한 쌍씩의 자석이 서로 다른 자극으로 짝을 이루면서 두 자석부재 사이에 인력이 작용하게 된다.

상기와 같이 본 발명 자석 완구의 가장 중요한 구성 요소인 상기 자석부재를 삽입 결합시키기 위하여 단위 블록 요소의 각 면에 형성시키는 홈은, 그 위치가 고정되기 때문에 두 단위 블록을 자석의 인력으로 붙였을 때 일측 블록에 대하여 타측 블록을 슬라이딩 방식으로 움직여 그 위치를 변화시킬 수 없다.

즉, 두 단위 블록이 붙어 있는 상태를 유지하면서 일측 단위 블록에 대하여 타측 단위 블록을 움직일 수 없으며, 그렇게 하기 위해서는 단위 블록을 움직이고자 하는 이동 궤적과 일치하는 선을 따라 각 단위 블록 요소의 부착면에 홈을 연속적으로 배열 형성시켜야만 한다.

그러나, 상기와 같이 다수의 홈을 일직선 상에 배열 형성하는 것은, 단위 블록 요소의 제조 공정을 복잡하게 하여 제조 비용을 상승시키게 될 뿐 아니라 사용되는 자석의 수도 지나치게 증가하게 된다.

따라서, 자석부재의 인력에 의해 서로 밀착된 두 단위 블록에서 일측 단위 블록에 대하여 타측 단위 블록을 효과적으로 움직일 수 있도록 하기 위해서는 자석부재 하나만이 삽입될 수 있는 정도의 평면적을 갖는 점 형태의 독립된 상기 홈(이하 "점형태 홈"이라 함)을, 길이가 긴 직선형 홈으로 형성시키는 것이 바람직하다.

즉, 자석부재가 상기 직선형 홈을 따라 단위 블록 요소의 면 일측에서 타측까지 유동 가능토록 함으로써, 두 단위 블록이 밀착된 상태에서 일측 단위 블록에 대하여 타측 단위 블록을 상기 직선형 홈의 길이 방향을 따라 자유롭게 움직일 수 있게 된다.

이때, 상기 자석부재는, 직선형 홈 내부에서 그 길이 방향을 따라 유동 가능한 동시에 팽이와 같이 동일 평면 상에서 회전도 가능한 상태이다.

그리고, 상기 점형태 홈의 평면적을, 단위 블록 요소의 면이 갖는 평면적보다 크지 않은 범위에서 넓혀(이를 "확장 홈"이라 한다) 그 내부에서 자석부재가 자유롭게 이동 가능하도록 함으로써, 직선적인 움직임을 벗어나 직선형 홈의 경우보다도 더욱 더 단위 블록을 자유롭게 움직일 수 있도록 할 수도 있다.

또한, 상기 직선형 홈과 확장 홈의 각 내부를 둘 이상의 다수 칸으로 구획하고, 각 구획칸에 자석부재를 삽입함으로써 단위 블록의 한 면에 다수의 단위 블록을 붙일 수 있도록 할 수도 있다.

그리고, 하나의 홈 내부에 구획된 구획칸들 중에는 필요에 따라 자석부재가 삽입되지 않는 구획칸이 있을 수도 있는 바, 이는 서로 접한 두 구획칸에 삽입된 자석부재끼리 인력이 작용됨으로써, 타 단위 블록에 결합된 자석과의 작용에 방해를 받을 수 있기 때문이다.

본 발명의 상기 목적에 대한 기술적 구성 및 작용 효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 자력차단판이 결합된 자석 완구를 구성하는 단위 블록의 사시도를, 도 2에 자력차단판이 결합된 자석 완구를 구성하는 단위 블록의 부분 분리 사시도와 부분 분리 단면도 및 부분 결합 단면도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 자력차단판이 결합된 자석 완구는, 다면체 형상을 하며, 적어도 어느 한 면에 하나 이상의 홈(G)이 형성된 다수의 단위 블록 요소(11)와;

상기 단위 블록 요소(11)의 각 홈(G)에 수평 회전 가능하게 삽입되는 원판상의 자력차단판(12)과;

상기 자력차단판(12) 상면에 각각 적층된 상태에서 자력차단판(12)의 중앙부를 중심으로 한 원호를 따라 상면 자극 방향이 교대로 배열되도록 고정 결합되고, 짝수를 이루는 한 쌍 이상의 자석(13)과;

상기 단위 블록 요소(11)에 구비된 각 홈(G)이 복개되도록 그 개방단부에 고정 결합되는 캡(14)으로 구성된다.

이때, 상기 캡(14)은 비자성체이며, 그 재질을 투명재질로 할 경우 홈(G) 내부의 자석을 외부에서 볼 수 있게 되어 어린이들의 흥미를 더욱 유발시킬 수도 있다.

그리고, 상기 홈(G)은 하나의 자석부재(12와 13)가 삽입되는 점형태 홈(G1)의 형상을 할 수 있으며, 도 3 내지 5에 각각 도시된 바와 같이, 직선형 홈(G2) 또는 다수의 자석부재(12와 13)가 삽입될 수 있을 정도로 평면적이 확장된 확장 홈(G3)의 형태로 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 직선형 홈(G2) 또는 확장 홈(G3)의 경우에는 그 내부를 적어도 2칸 이상으로 구획하고, 각 구획칸(g)에 하나의 자석부재(12와 13)를 선택적으로 삽입하는 것도 바람직하다.

또한, 상기 자석부재(12와 13)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍 또는 짝수를 이루는 그 이상의 자석(13)이 자력차단판(12)의 상면에 원호를 따라 병렬 배열 방식으로 적층된 상태에서 고정 결합되며, 각 자석의 자극은 자력차단판(12)의 중심부를 중심으로 하여 원호를 따라 N극과 S극이 교대로 배열되는 형태가 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 자력차단판이 결합된 자석 완구는, 자력차단판에 의해 자석의 자력이 강해져 자석의 소형화가 가능하기 때문에 작은 단위 블록을 쉽게 만들 수 있으며, 자석부재가 팽이형 회전을 함으로써 홈의 깊이가 최소화되어 홈 가공 공정이 간편한 이점이 있다.

Claims (5)

1. 다수의 자석이 결합되며 다면체 형상을 하는 다수의 단위 블록으로 구성된 자석 완구에 있어서,

   적어도 어느 한 면에 하나 이상의 홈(G)이 형성되며 다면체 형상을 하는 다수의 단위 블록 요소(11)과;

   상기 단위 블록 요소(11)의 각 홈(G)에 수평 회전 가능하게 삽입되며 원판상의 강자성체인 자력차단판(12)과;

   상기 자력차단판(12)의 중앙부를 중심으로 한 원호를 따라 상면 자극 방향이 교대로 배열되도록 자력차단판(12)의 상면에 각각 적층되어 병렬 배열된 상태로 고정 결합되며, 짝수를 이루는 한 쌍 이상의 자석(13)과;

   상기 단위 블록 요소(11)에 구비된 각 홈(G)이 복개되도록 그 개방단부에 고정 결합된 캡(14)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자력차단판이 결합된 자석 완구.
2. 제 1항에 있어서, 상기 홈(G)은 점형태 홈(G1)과 직선형 홈(G2) 및 확장 홈(G3) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자력차단판이 결합된 자석 완구.
3. 제 2항에 있어서, 상기 직선형 홈(G2)과 확장 홈(G3)은 그 내부가 적어도 2칸 이상의 구획칸(g)으로 구획된 것을 특징으로 하는 자력차단판이 결합된 자석 완구.
4. 제 1항에 있어서, 상기 캡(14)은 투명재질인 것을 특징으로 하는 자력차단판이 결합된 자석 완구.
5. 제 1항에 있어서, 상기 자력차단판(12)은 1장 또는 2장 이상이 적층 결합된 것 중의 하나인 것을 특징으로 하는 자력차단판이 결합된 자석 완구.

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