ルービックキューブ

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背景

ルービックキューブは、1970年代半ばにエルノルビクによって設計されたおもちゃのパズルです。これは、色の異なる6つの面を持つ小さな立方体のピースで構成された立方体のデバイスです。製造の主な方法は、さまざまなコンポーネントピースの射出成形、その後の組み立て、ラベル付け、およびパッケージングです。キューブは1980年代に非常に人気があり、1980年から1983年のピーク時には、世界中で2億個のキューブが販売されました。今日、世界中で毎年50万個以上のキューブが販売されています。

ルービックキューブは26個の小さな立方体で構成されているように見えます。解決された状態では、6つの面があり、それぞれが同じ色の9つの小さな正方形の面で構成されています。すべての小さな面を移動できるように見えますが、実際に移動できるのはコーナーとエッジだけです。中央の立方体はそれぞれ固定されており、所定の位置でのみ回転します。立方体を分解すると、中央の立方体がそれぞれ車軸によって内部コアに接続されていることがわかります。コーナーとエッジは何にも固定されていません。これにより、中央の立方体の周りを移動できます。角とエッジが互いに所定の位置に保持され、中央の立方体によって保持されるため、立方体はその形状を維持します。各ピースには、中央のキューブによって保持され、周囲のピースによってトラップされる内部タブがあります。これらのタブは、他の部品の背面によって作成された湾曲したトラックに沿ってフィットするように形作られています。中央の立方体はバネとリベットで固定されており、周囲のすべての部品を保持しています。スプリングは、スムーズで寛容な機能のために十分な柔軟性を与えながら、すべての部品を所定の位置に保持するためにちょうどいい圧力をかけます。

歴史

パズルメーカーは何世紀にもわたって人々が解決するための問題を生み出してきました。初期のパズルのいくつかは、古代ギリシャ人とローマ人の時代にまでさかのぼります。中国人は、2世紀に開発されたと考えられているリングパズルを持っています A.D. これは、1550年にイタリアの数学者Girolamo Carolano（Cardan）によって最初に説明されました。印刷機が発明されたとき、レクリエーションのために特別に設計された数学的および機械的問題の完全な本が配布されました。

これらの初期のなぞなぞや文章題から、おもちゃのパズルが自然に開発されました。 1857年、アイルランドの数学者ウィリアムハミルトン卿がIcosianパズルを発明しました。 1870年頃、有名な15パズルが紹介されました。伝えられるところによるとSamLloydです。このパズルには、順番に並べる必要があり、20世紀初頭に非常に人気が出た数字のタイルが含まれていました。 1883年、フランスの数学者エドゥアールリュカは、ハノイの塔のパズルを作成しました。このパズルは、3つのペグとサイズの異なる多数のディスクで構成されていました。目標は、ディスクをペグに正しい順序で配置することでした。

色付きの正方形のタイルと色付きの立方体を含むさまざまなパズルがあります。ルービックキューブの初期の前兆には、KatzenjammerやMaybloxパズルなどのデバイスが含まれます。 Maybloxパズルは、1920年代初頭に英国の数学者パーシーマクマホンによって作成されました。 1960年代に、パーカー・ボザーズはインスタント・インサニティと呼ばれる別のキューブパズルタイプのおもちゃを発表しました。このおもちゃは、米国で適度な人気を達成しました。 1970年代初頭には、UweMeffertによって発明されたPyraminxと呼ばれるデバイスが導入されました。このおもちゃは、色に応じて並べられる可動部品を備えたピラミッドでした。

ブダペスト大学の建築家兼教授であるエルノ・ルビックは、1974年にルービックキューブの最初の実用的なプロトタイプを開発しました。彼は1975年にハンガリーの特許を取得しました。 1976年に日本の特許を取得しました。ルービック教授は、学生が3次元の空間的関係を認識できるようにするための教材としてキューブを作成しました。彼が学生たちに実用的なプロトタイプを見せたとき、それはすぐにヒットしました。

次の数年にわたって、ルービックは製造業者と協力して、大量の立方体の生産を可能にしました。 3年間の開発の後、最初のキューブはブダペストのおもちゃ屋の棚で入手できました。キューブは空腹のまま人気がありましたが、当時の政治的な雰囲気のために、米国での導入は困難でした。キューブを国際的な成功に導いた2人の男性は、ロンドンのセブンタウンズ社のDr. LacziTiborとTomKremerでした。セブンタウンズは、ルービック教授からルービックキューブの発明を世界中に配布するためのライセンスを取得しました。ティボール博士は空腹の中で働き、官僚に国外への技術を許可するよう説得しました。 Kremerは、製品の販売を喜んで手伝ってくれる米国の玩具メーカー、IdealToyの会社を見つけました。この製品はすぐにヒットし、1980年代には2億個以上のキューブが販売されました。 1983年頃、キューブの熱狂的な人気は衰え始め、売り上げは大幅に落ち込みました。セブンタウンズが販売を引き継ぎ、1995年に米国市場向けにルービックキューブをオッドゾン社にライセンス供与するまで小規模生産を続けた。それ以来、売上高は着実に年間50万台を超えている。

デザイン

ルービックキューブの製造で最も重要な部分は、さまざまな部品の型を設計することです。金型は、鋼に刻まれた空洞であり、それが生成する部品の形状が逆になります。液体プラスチックを型に入れると、冷えると型の形になります。型の作成は非常に正確です。キャビティは、表面の傷を取り除くために高度に研磨されています。金型が生成する何百万ものピースのそれぞれに欠陥が再現されます。立方体部品の製造では、通常、2ピースの金型が使用されます。製造時には、2つの金型部品を組み合わせてプラスチック部品を形成し、次に開いてリリースします。ツールには、開くときにツールから成形部品を解放するエジェクタピンが含まれています。すべての部品は自動ゲーティングツールで成形されており、スプルーが排出されると自動的に部品がスプルーから取り外されます。金型は、リリースアングルと呼ばれるわずかなテーパーで製造されており、取り外しに役立ちます。最後に、金型を設計する場合、最終的に製造される部品よりもわずかに大きくなります。これは、プラスチックが冷えると収縮するためです。プラスチックが異なれば収縮率も異なり、各ツールは使用する材料に合わせて特別に設計する必要があります。

商用キューブは、6つの固定キューブ、コーナーに8つの可動キューブ、エッジに12の可動キューブで構成されています。各立方体は6色のうちの1つです。ルービックキューブの色は、赤、黄、青、緑、白、オレンジです。解決された状態では、各色は1つの面にのみ存在します。立方体を回転させると、エッジとコーナーが移動し、立方体がスクランブルされます。パズルの課題は、各キューブを元の位置に戻すことです。 43兆（4.3×10 ¹⁹ ）をわずかに超えるため、キューブは非常に困難です。 ）可能な取り決め、および唯一の解決策。

標準のルービックキューブの辺は、1平方あたり約2.2インチ（5.7 cm）です。 1.5インチ（3.8 cm）のミニキューブ、0.8インチ（2 cm）のキーチェーンマイクロキューブ、3.5インチ（9 cm）のジャイアントキューブなど、他のさまざまなサイズも製造されています。標準のキューブは3×3×3のセグメンテーションですが、他のタイプも導入されています。さらに興味深いものには、2×2×2キューブ、4×4×4キューブ（ルービックリベンジと呼ばれる）、5×5×5キューブなどがあります。形もさまざまで、四面体、ピラミッド、八面体などのパズルが作られました。ルービックキューブは、ルービックキューブパズルやルービックキューブ消しゴムなどのゲーム派生物の開発にもつながりました。

原材料

ルービックキューブを構成する個々の部品は、通常、プラスチックから製造されます。プラスチックは、重合と呼ばれるさまざまな化学反応によって生成できる高分子量の材料です。ルービックキューブに使用されているプラ​​スチックのほとんどは熱可塑性プラスチックです。これらのコンパウンドは剛性があり、耐久性があり、さまざまな形状に恒久的に成形できます。ルービックキューブに使用されているプラ​​スチックは、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）とナイロンです。使用される可能性のある他のプラスチックには、ポリプロピレン（PP）、耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）、および高密度ポリエチレン（HDPE）が含まれます。

装飾目的で、着色剤は通常プラスチックに添加されます。ルービックキューブの断片は通常、黒です。製造時には、側面の色を示すために、立方体の外側に色付きのステッカーが貼られます。製造時に使用されるプラスチックは、フィラーと着色剤を備えたペレットの形でメーカーに供給されます。これらのペレットは、成形機に直接ロードできます。

製造
プロセス

最初のルービックキューブのプロトタイプの製造は手作業で行われました。 1970年代後半に、大量生産の方法が開発され、今日でも使用され続けています。通常、製造は段階的なプロセスであり、部品の射出成形、部品の取り付け、ルービックキューブの装飾、完成品のパッケージングが含まれます。

成形

• 1生産が開始されると、プラスチックペレットは射出成形によってルービックキューブの部品に変換されます。このプロセスでは、ペレットは射出成形機のホッパーに入れられます。それらは油圧制御されたスクリューを通過するときに溶けます。スクリューが回転すると、溶融したプラスチックがノズルを介してシャトルされ、金型に物理的に強制または注入されます。溶融プラスチックが到着する直前に、金型の2つの半分が一緒になって、ルービックキューブパーツと同じ形状のキャビティが作成されます。これは、エッジ、コーナー、またはセンターピースである可能性があります。金型内で、プラスチックを特定の時間圧力下に保持してから、冷却します。冷却中、プラスチックは金型内で硬化します。十分な時間が経過した後、型の半分が開かれ、立方体の断片が排出されます。その後、金型が再び閉じ、プロセスが再開されます。機械が部品のセットを成形するたびに、機械の1サイクルが行われます。ルービックキューブのサイクルタイムは約20秒です。
• 2立方体の部品が金型から取り出された後、それらをコンテナビンに落とし、手作業で検査して、重大な損傷を受けた部品が使用されていないことを確認します。廃スプルー材料は、再利用または廃棄するために取っておかれます。廃棄物は粉砕して再度溶かして新しい部品を作ることができますが、再粉砕した材料は劣化して部品の品質を低下させる可能性があります。ルービックキューブは常に未使用の材料でできており、再粉砕された廃プラスチックを使用することはありません。

パーツアセンブリ

• 3ルービックキューブの部品は組立ラインに運ばれます。生産のこの段階では、個々の立方体のピースがまとめられます。ナイロンコアから始めて、各ABSセンターキューブはスプリングスペーサーでコアにリベットで留められています。リベットは、スプリングが適切な量だけ圧縮されるように、デプスストップで慎重に制御されます。各センターキューブには、リベットを隠すために接着されたプラスチックカバーがあります。 6つの中央の立方体の1つは、アセンブリの最後の部分まで残されます。 ABSエッジとコーナーピースは、コアの周りに個別に積み重ねられています。立方体は下から上に構築され、組み立てられる最後のピースは最後の中央の立方体であり、スプリングスペーサーでコアに再びリベットで留められ、最後のキャップが接着されます。

ラベリング

• 4次に、ルービックキューブの面にラベルを付ける必要があります。ラベルは、色が印刷されたシートポリプロピレン素材で作られています。次に、印刷されたシートPPは、透明なPP保護カバーでラミネートされます。次に、ラベルをロールに巻き付けて、材料をダイカットします。ラベルは、各面の9つの正方形すべてが正確に位置合わせされた状態で作成されます。このようにして、ラベルをキューブに適用するときに、ラベルを完全に整列させることができます。

パッケージング

• 5すべてのラベル付けが完了すると、キューブは最終的なパッケージに入れられます。これは、取扱説明書が含まれている小さな箱、または段ボールの裏打ちが付いたプラスチックのブリスターパックにすることができます。このパッケージは、製品の出荷と宣伝によって引き起こされる損傷からルービックキューブを保護するという2つの目的を果たします。ルービックキューブのパッケージはケースに入れられ、パレットに移されます。その後、パレットはトラックに積み込まれ、製品は世界中に出荷されます。

品質管理

各おもちゃが高品質の製品であることを確認するために、品質管理検査官は生産の各段階で製品をチェックします。入ってくるプラスチックペレットは、特定の化学的仕様を満たしているかどうかを判断するために化学的にテストされます。これらには、外観、色、融点、毒性、および分子量のチェックが含まれます。

金型を出た直後に、個々の部品の品質も検査されます。毎日何千もの部品が作られているので、完全な検査は難しいでしょう。その結果、ライン検査官は一定の時間間隔でプラスチック部品をランダムにチェックし、サイズ、形状、および一貫性の仕様を満たしていることを確認できます。このサンプリング方法は、ルービックキューブの生産全体の品質を示す良い指標となります。求められるものには、変形した部品、不適切に取り付けられた部品、不適切なラベル付けなどがあります。目視検査が採用される主要な試験方法ですが、より厳密な測定も実行される場合があります。測定器を使用して、各部品の長さ、幅、厚さをチェックします。通常、ノギス、マイクロメータ、顕微鏡などのデバイスが使用されます。立方体をパッケージに入れる直前に、それが一緒に保持され、適切に機能することを確認するためにねじることができます。これは、手作業または旋盤で行うことができます。おもちゃに欠陥があることが判明した場合は、後で再加工するために脇に置きます。

未来

ルービックキューブの極端な人気は1984年頃に落ち着きましたが、 ルービックキューブはナイロンコアで始まります。次に、プラスチックの正方形が下から上に取り付けられ、最後にラベルが付けられます。最近、重要な復活を遂げました。これは、セブンタウンによる印象的なマーケティング努力の結果です。将来的には、このマーケティング活動により、ルービックキューブの売上が引き続き増加するはずです。キューブに加えて、ルービックのヘビ、ルービックのトライアミド、ルービックの魔法の折りたたみパズルなど、他の派生パズルが導入されています。近い将来、新しいバリアントも導入される予定です。

詳細情報

本

Chabot、J。F. プラスチック加工機械および方法の開発。 Brookfield：Society of Plastics Engineers、1992年。

オスマー、カーク。 化学技術百科事典。 巻1992年22日。

Rubik、E。 Rubikのキュービック大要。 オックスフォード大学出版局、1987年。

Seymour、R。、およびC.Carraher。 高分子化学。 ニューヨーク：Marcel Dekker、Inc.、1992年。

その他

Seven Towns Ltd. RubikのオンラインWebページ。 2001年9月27日。。

米国特許番号4378116。

米国特許番号4471959。

仮想パズル博物館のWebページ。 2001年9月27日。。

ペリー ロマノフスキー

スティーブン ペリン