JP2006512117A - Toy building set with vibration sensor - Google Patents
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Abstract
建造要素を相互接続するための連結手段を備える建造要素を備える建造セットであって、建造セットが、振動を発生させるための装置と、建造セットの残りの建造要素との相互接続のための連結手段とを備えるバイブレータ建造要素を備え、連結手段が、発生させられた振動を出力するための唯一のインターフェースを構成する。建造セットはまた、センサ建造要素を備え、前記建造セットによって固体構造を通る振動の伝播を例示するための構造を建造することができる。このようにして、建造セットは、玩具としておよび教示の目的のために使用されることができる。A building set comprising a building element comprising coupling means for interconnecting the building elements, wherein the building set is a coupling for interconnecting the device for generating vibrations and the remaining building elements of the building set And a vibrator building element comprising means, the connecting means constitutes the only interface for outputting the generated vibrations. The building set can also include a sensor building element to build a structure for illustrating the propagation of vibrations through the solid structure. In this way, the building set can be used as a toy and for teaching purposes.
Description
本発明は、建造要素の相互接続のための連結手段を有する建造要素を備える建造セットに関する。 The present invention relates to a building set comprising building elements having coupling means for the interconnection of building elements.
このような建造セットは、例えば子供用の玩具の建造セットの形態で知られており、以下の特許公報がこのようなものの例である。US 3 005 282、US 5 984 756およびP 490 033は、建造要素の相互接続のための様々な連結手段を備える玩具の建造要素を開示しており、また、他の連結手段を備える玩具の建造セットも知られている。これらのおよびその他の従来技術の建造セットは、子供用の玩具として主に使用されているが、建造物および機械のモデルの構造のためにも使用されている。 Such building sets are known, for example, in the form of children's toy building sets, and the following patent publications are examples of such. US 3 005 282, US 5 984 756 and P 490 033 disclose toy building elements with various coupling means for the interconnection of building elements and construction of toys with other coupling means The set is also known. These and other prior art building sets are primarily used as children's toys, but are also used for the construction of building and machine models.
上記の特許公報の分野で説明したような玩具の建造セットは、モータおよび車輪などの可動要素、並びにそのいくつかは音を発生させることができる他の機能要素を備えて使用可能である。これらの公報のいずれにおいても、機械的目的の利用に供するために振動を用いるものはない。
玩具としておよび教示の目的のために使用するための建造セットを提供することが、本発明の目的であり、それによって、玩具のために使用したときおよび教示の目的でのモデルの製造のために使用したときの両方で有用である新規な機能を備えるモデルを建造することが可能である。これにより、静的および動的構造体への振動の影響を実証するための例示的なモデルを建造することが可能である。 It is an object of the present invention to provide a building set for use as a toy and for teaching purposes, thereby for the manufacture of models when used for teaching purposes and for teaching purposes. It is possible to build models with new features that are both useful when used. This makes it possible to build an exemplary model to demonstrate the effects of vibration on static and dynamic structures.
この目的は、振動を発生させるための装置を備え、建造セットの残りの建造要素との相互接続のための連結手段を有するバイブレータ建造要素を備える、本発明による建造セットにより達成される。 This object is achieved by a building set according to the invention comprising a vibrator building element comprising a device for generating vibrations and having coupling means for interconnection with the remaining building elements of the building set.
このような建造セットによって、バイブレータ建造要素が、その構造体においての様々な場所に配置されることができる構造およびモデルを建造することが可能である。
構造体の大きさ、その剛性など、および強度、周波数などの振動の性質に応じて、振動は種々の態様で構造体に影響を与える。比較的強い振動の場合、構造体は、その支持部を横切って運動せしめられ、構造体上でのバイブレータ建造要素の様々な位置により、様々な運動パターンを結果として生じさせ、同様に、様々なサイズおよび剛性の構造体は、振動に対して様々に反応する。さらに、人がその手または指で構造体に触れたとき、人は、振動の強度の感覚的な印象を体験する。
Such a building set allows the building of structures and models where vibrator building elements can be placed at various locations in the structure.
Depending on the size of the structure, its rigidity, etc., and the nature of the vibration, such as strength, frequency, etc., the vibration affects the structure in various ways. In the case of relatively strong vibrations, the structure is moved across its support and different positions of the vibrator building element on the structure result in different movement patterns, as well as different Size and stiffness structures respond differently to vibrations. Furthermore, when a person touches the structure with their hands or fingers, the person experiences a sensory impression of the intensity of vibration.
振動を表す信号を発するように構成された振動センサと、建造セットの残りの建造要素との相互接続のための連結手段とを備えるセンサ建造要素を備える建造セットによって、立体又は固体構造物を通して振動の伝播を示すために建造セットで建造された構造における振動の目的の測定および記録のための信号を得ることが可能である。このように、建造セットは、建造セットが、玩具としておよび教示の目的のための両方で使用されることができる。センサ建造要素は、振動速度または振動加速度を表す信号を発するように構成されてもよい。 Vibration through a solid or solid structure by a building set comprising a sensor building element comprising a vibration sensor configured to emit a signal representative of vibration and a coupling means for interconnection with the remaining building elements of the building set It is possible to obtain signals for measuring and recording the purpose of vibrations in structures built in a building set to show the propagation of In this way, the building set can be used both as a toy and for teaching purposes. The sensor building element may be configured to emit a signal representative of vibration velocity or vibration acceleration.
振動を発生させるための振動建造要素の構成は、回転自在なシャフト及び2次元の振動を発生させるシャフト上の偏心質量を備えたモーター、または1次元の振動を発生させる、磁化可能な質量および該磁化可能な質量と磁気的に協働する電気ソレノイドを、都合よく、備えてもよい。 The construction of a vibration building element for generating vibration includes a rotatable shaft and a motor with an eccentric mass on the shaft that generates two-dimensional vibration, or a magnetizable mass that generates one-dimensional vibration and the An electric solenoid that cooperates magnetically with the magnetizable mass may be conveniently provided.
好ましくは、モータは電動モータであるが、巻き取られることができるばねによって、または使用者が回転を生じさせることができるはずみ車によって駆動される機械モータを使用することもオプションである。 Preferably, the motor is an electric motor, but it is also optional to use a mechanical motor driven by a spring that can be wound or by a flywheel that allows the user to cause rotation.
建造セットは、建造セットの残りの建造要素との相互接続のための連結手段をそれぞれ有し、それぞれが可撓性の要素を用いて相互に接続される2つの相互運動可能な部品を有する建造要素を備えることもできる。このような要素は、構造体における振動抑止または振動吸収要素として配置されることができ、使用者は、それの持つ効果を体験することができる。 The building set has two means of interconnection, each having a coupling means for interconnection with the remaining building elements of the building set, each of which is interconnected using a flexible element. Elements can also be provided. Such an element can be arranged as a vibration suppression or vibration absorbing element in the structure, allowing the user to experience the effects it has.
図1は、US 3 005 282から既知である建造要素のタイプの例を示している。建造要素は、鉛直方向の側壁、及び円筒形の突起またはスタッドの形態の連結手段を備える上部壁を備える。建造要素は、下向きに開いた空洞を有し、空洞の中央には、上部壁と恒久的に接続している管状の要素の形態の連結手段を有する。このような建造要素は、多くのサイズで、様々な数の連結スタッドを備えて使用可能である。これらが相互接続されるとき、図1に示す建造要素は、互いの上に組み立てることができ、ここである要素の連結スタッドが別の要素の空洞内に収容される。 FIG. 1 shows an example of the type of building element known from US 3 005 282. The building element comprises a vertical side wall and a top wall with connecting means in the form of cylindrical protrusions or studs. The building element has a cavity that opens downwards, and in the middle of the cavity is a coupling means in the form of a tubular element that is permanently connected to the upper wall. Such building elements can be used in many sizes and with varying numbers of connecting studs. When they are interconnected, the building elements shown in FIG. 1 can be assembled on top of each other, where the connecting studs of one element are housed in the cavity of another element.
図2は、図1に示す建造要素と本質的な特徴を共有する他の従来技術の建造要素の例を示している。さらに、図2に示す建造要素は、それらの連結手段において、導電性材料の電気接触面を有する。 FIG. 2 shows an example of another prior art building element that shares essential features with the building element shown in FIG. Furthermore, the building elements shown in FIG. 2 have electrical contact surfaces of conductive material at their connecting means.
すなわち、連結手段は、その上部面においては、円筒形の面の一部において金属の接触面を有する。要素のキャビティ(空洞)を画定している4枚の壁のうちの2枚が、他の要素との相互接続の際、それらの連結スタッド上の接触面と接触する位置にそれに対応する金属の接触面を有する。このように相互接続された要素は、電力および電気信号を伝達することができる。 That is, the connecting means has a metal contact surface at a part of the cylindrical surface on the upper surface. Two of the four walls defining the cavities of the elements are in contact with the contact surfaces on their connecting studs when interconnected with the other elements and the corresponding metal It has a contact surface. Elements interconnected in this way can carry power and electrical signals.
図3は、図1および2に示す建造要素と同じ連結原理を使用する第3のタイプの既知の建造要素を示している。さらに、貫通する円筒形の開口はブッシングジョイントを収容することができ、このブッシングジョイントにより2つの建造要素を互いに接続することができる。細長い建造要素が、その端部に、上記で参照したUS 5 984 756から既知である連結手段を備える。 FIG. 3 shows a third type of known building element that uses the same connection principle as the building elements shown in FIGS. Furthermore, the cylindrical opening therethrough can accommodate a bushing joint, which allows two building elements to be connected to each other. The elongate building element is provided at its end with connecting means known from US 5 984 756 referenced above.
従来技術の建造要素は、本発明がその用途に対して有用である建造セットの単なる例示である。以下では、図1および2に示した従来技術の建造要素を用いて本発明を説明し、例示する。 Prior art building elements are merely illustrative of building sets in which the present invention is useful for that application. In the following, the present invention will be described and illustrated using the prior art building elements shown in FIGS.
図4Aおよび4Bは、図1および2と同じタイプの連結手段を備える建造要素10を示しており、上部面上の円筒形の連結スタッド11が示されている。建造要素10は、その回転自在なシャフト13および偏心質量14を担持している電動モータ12を含んでいる。電動モータ12および偏心質量14は、建造要素10内に完全に含まれており、モータ12は、図2に示す建造要素と同様に、例えば電線を通じてまたは電気接触面を通じて電力が供給される。
4A and 4B show a
図6Aおよび図6Bは、建造要素15を示しており、電動モータ12が建造要素15と一体的に組み込まれており、これによりモータのシャフト13が建造要素15を越えて延在している。図4Aおよび4Bのモータと同様に、シャフト13が偏心質量14を担持しているが、偏心質量14が建造要素15の外側にあることだけが異なる。
図4A、4B、6Aおよび6Bのモータが回転すると、偏心質量14の不均衡により、これに対応する回転力が生じ、これが振動を生じさせる。
FIGS. 6A and 6B show a
As the motors of FIGS. 4A, 4B, 6A and 6B rotate, the
図7は、電気ソレノイド17および建造要素16内に弾性的(flexibly)に装着された磁化可能な質量18を備えるバイブレータを含む建造要素16を示している。適切な周波数および振幅の交流電流がソレノイドに供給されると、ソレノイドは既知の態様で、磁化可能な質量18と磁気的に協働し、それによって交流電流に対応する振動力が建造要素16に伝達され、建造要素16がそれに対応して振動させられる。原則として、これらの振動は、1次元の線形振動である。
FIG. 7 shows a
図5は、建造セットの残りの建造要素との相互接続のための連結手段をそれぞれが有する、可撓性の要素、ここでは2つのばね21を用いて互いに接続された2つの互いに運動可能な部品20Aおよび20Bを備える建造要素20を示している。このような建造要素は、EP 560 843から既知である。
FIG. 5 shows two flexible elements, here two moveable connected to one another using two
図8は、本発明による建造セットを用いて建造された構造体を概略的に例示している。この構造体においては、図1に示すようないくつかの従来技術の建造要素が加わっている。これらの従来技術の建造要素の上部には、図4Aおよび4Bと同様のバイブレータ建造要素10が存在している。バイブレータ建造要素内のモータは、別個の電線を通じて、または図2のような建造要素を用いて、電源22から電力が供給される。
FIG. 8 schematically illustrates a structure constructed using a construction set according to the present invention. In this structure, several prior art building elements are added as shown in FIG. On top of these prior art building elements is a
図8はまた、振動を示す電気信号を発信するように構成された振動センサを特徴とするセンサ建造要素23と、建造セットの残りの建造要素との相互接続するための連結手段を示している。振動センサは、図7に示すバイブレータ建造要素と同じ原理に従って構成されることができ、センサ建造要素が振動させられるとき、磁化可能な質量が、ソレノイドとの関連において運動し、それによって電気信号がソレノイド内に発生させられる。この信号は、振動の速度に比例する。代替的には、振動センサは、振動の加速度に比例する信号を発信する加速度計であってもよい。
FIG. 8 also shows a coupling means for interconnecting the
センサ建造要素23からの電気信号が、振動信号の振幅を表示または測定するように構成された、またはオプションでこれらの信号を解析するように構成されたアナライザまたは測定機器24に送られる。
図示した構成においては、バイブレータ建造要素10からの振動が、構造を通じてセンサ建造要素23に伝達され、測定機器24が、送信された振動の振幅を表示する。
Electrical signals from the
In the illustrated configuration, vibration from the
図9は、図8と同じ構成を示しているが、バイブレータ建造要素15が使用され、図8に対して90度回転されている。さらに図5に示す建造要素20が、バイブレータ建造要素15と残りの構造体との間に配置されている。そのばねによって、建造要素20は振動抑止又は減衰要素として働く。
FIG. 9 shows the same configuration as FIG. 8, but a
図10は、下面に対する法線に対してゼロ度ではない角度を形成して実質的に同じ方向に全てが向いている剛毛26を下面に有している建造要素25を示している。従って、剛毛は建造要素の底面に対して垂直ではなく、全てが傾斜している。
FIG. 10 shows a
剛毛は、毛髪、または植物繊維または金属糸などの自然材料の繊維、またはプラスチック糸などの人工材料で作製されてもよい。ここで、バイブレータ建造要素16は、支持部27上で支持されている建造要素25と相互接続される。バイブレータ建造要素16が振動すると、傾斜した剛毛と協働し、振動要素16を剛毛の配向方向へ、すなわち右へ運動させる。図10では、バイブレータ建造要素は、水平方向に振動するように構成されているが、鉛直方向の振動によっても同じ効果が達成される。
The bristles may be made of hair or natural material fibers such as plant fibers or metal threads, or artificial materials such as plastic threads. Here, the
図11は、支持部の下面に対して垂直ではなく、むしろ、図10に示したものと同様な態様ですべてが傾斜している剛毛28をその上部面に有する支持部27を示している。いくつかの相互接続された建造要素の構造体29が剛毛28上に載っている。
FIG. 11 shows a
剛毛28を備える支持部27が鉛直方向に振動し、この振動によっても、また、構造体29が、傾斜した剛毛と協働して、構造体29が剛毛の配向方向へ、すなわち右へ運動するという効果をもたらす。剛毛28を備える支持部27が水平方向に振動する場合にも同様の効果が達成される。
The
図10および11においては、振動するのが剛毛を備える要素であるか剛毛を備えない要素であるか、および振動が鉛直方向であるか水平方向であるかは、原則として重要ではない。結果として生じる運動は、剛毛を担持している外部表面の法線に対する剛毛の方向によって決定される。 In FIGS. 10 and 11, it is in principle unimportant whether the vibration is an element with bristles or an element without bristles and whether the vibration is in the vertical or horizontal direction. The resulting movement is determined by the direction of the bristles relative to the normal of the external surface carrying the bristles.
図12は、図示されていない大きな構造体の一部としての建造要素30と相互接続されたバイブレータ建造要素16を示している。図12は、また、これも大きな構造体の一部である車輪31を示している。
FIG. 12 shows vibrator building
建造要素30は、その一端部が車輪31の周縁と接触するように配置されている。バイブレータ建造要素16が図示のように水平方向に、すなわち車輪の接点における接線方向に振動するとき、車輪が回転する。この効果は、その接点において、振動運動のために2つの方向の異なる力を伝達する建造要素30を拠りどころとしている。この回転は、構造体における操作機構の利用に用いることができる。
The
Claims (17)
感知された振動を表す信号を発するように構成された振動センサと、前記建造セットの残りの建造要素との相互接続のための連結手段とを有するセンサ建造要素を備えることを特徴とする請求項1に記載の建造セット。 The building set is
A sensor building element comprising: a vibration sensor configured to emit a signal representative of sensed vibration; and a coupling means for interconnection with the remaining building elements of the building set. The construction set according to 1.
16. The sensor building element of claim 15, wherein the vibration sensor of the sensor building element is configured to emit a signal representative of vibration acceleration.
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