루빅스 큐브

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배경

Rubik의 큐브는 1970년대 중반 Erno Rubik이 디자인한 장난감 퍼즐입니다. 색이 다른 6개의 면이 있는 더 작은 정육면체 조각으로 구성된 정육면체 모양의 장치입니다. 주요 제조 방법은 다양한 구성 요소를 사출 성형한 다음 후속 조립, 라벨링 및 포장을 포함합니다. 큐브는 1980년대에 매우 인기가 있었고 1980년에서 1983년 사이에 최고조에 달했을 때 전 세계적으로 2억 개의 큐브가 판매되었습니다. 오늘날에도 매년 전 세계적으로 500,000개 이상의 큐브가 판매되고 있습니다.

루빅스 큐브는 26개의 작은 큐브로 구성된 것으로 보입니다. 풀린 상태에서 6개의 면이 있으며 각각은 같은 색상의 작은 정사각형 면 9개로 구성되어 있습니다. 모든 작은 면을 이동할 수 있는 것처럼 보이지만 실제로는 모서리와 모서리만 이동할 수 있습니다. 센터 큐브는 각각 고정되어 제자리에서 회전합니다. 큐브를 분해하면 중앙 큐브가 각각 축으로 내부 코어에 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 모서리와 모서리는 고정되어 있지 않습니다. 이렇게 하면 중앙 큐브 주위를 이동할 수 있습니다. 모서리와 모서리가 서로 제자리에 있고 중앙 큐브에 의해 유지되기 때문에 큐브는 모양을 유지합니다. 각 조각에는 중앙 큐브에 의해 유지되고 주변 조각에 의해 갇히는 내부 탭이 있습니다. 이 탭은 다른 부품의 뒷면에 의해 생성된 곡선 트랙을 따라 맞도록 모양이 지정되었습니다. 중앙 큐브는 스프링과 리벳으로 고정되고 모든 주변 조각을 유지합니다. 스프링은 부드럽고 관대한 기능을 위해 충분한 유연성을 제공하면서 모든 부품을 제자리에 고정하는 데 적절한 압력을 가합니다.

연혁

퍼즐 제작자는 수세기 동안 사람들이 풀어야 할 문제를 만들어 왔습니다. 초기 퍼즐 중 일부는 고대 그리스와 로마 시대로 거슬러 올라갑니다. 중국인들은 2세기에 개발된 것으로 생각되는 링 퍼즐을 가지고 있습니다. A.D. 이것은 1550년 이탈리아 수학자 Girolamo Carolano(Cardan)에 의해 처음 기술되었습니다. 인쇄기가 발명되었을 때 레크리에이션을 위해 특별히 고안된 수학 및 기계 문제의 완전한 책이 유통되었습니다.

이러한 초기 수수께끼와 단어 문제로부터 장난감 퍼즐이 자연스럽게 발달했습니다. 1857년 아일랜드의 수학자 윌리엄 해밀턴은 이코시안 퍼즐을 발명했습니다. 1870년경 Sam Lloyd에 의해 알려진 유명한 15 퍼즐이 소개되었습니다. 이 퍼즐은 순서대로 배치되어야 하는 숫자 타일과 관련되어 있으며 20세기 초에 매우 인기를 얻었습니다. 1883년 프랑스 수학자 에두아르 루카스가 하노이 탑 퍼즐을 만들었습니다. 이 퍼즐은 세 개의 못과 크기가 다른 여러 개의 원반으로 구성되어 있습니다. 목표는 디스크를 페그에 올바른 순서로 배치하는 것이었습니다.

컬러 사각형 타일과 컬러 큐브가 포함된 다양한 퍼즐이 있습니다. Rubik 큐브의 초기 선구자에는 Katzenjammer 및 Mayblox 퍼즐과 같은 장치가 포함됩니다. Mayblox 퍼즐은 1920년대 초 영국의 수학자 Percy MacMahon에 의해 만들어졌습니다. 1960년대에 Parker Bothers는 Instant Insanity라는 또 다른 큐브 퍼즐 유형 장난감을 출시했습니다. 이 장난감은 미국에서 적당한 수준의 인기를 얻었습니다. 1970년대 초에는 Uwe Meffert가 발명한 Pyraminx라는 장치가 등장했습니다. 이 장난감은 색깔에 따라 정렬되어야 하는 움직일 수 있는 조각이 있는 피라미드였습니다.

부다페스트 대학의 건축가이자 교수인 Erno Rubik은 1974년에 Rubik의 큐브의 첫 번째 작업 프로토타입을 개발했습니다. 그는 1975년에 헝가리 특허를 받았습니다. 분명히 그것은 또한 일본의 엔지니어 Terutoshi Ishige에 의해 독립적으로 설계되었습니다. 1976년 일본 특허. Rubik 교수는 학생들이 3차원 공간 관계를 인식하는 데 도움이 되는 교재로 큐브를 만들었습니다. 그가 작업하는 프로토타입을 학생들에게 보여주었을 때, 그것은 즉각적인 히트를 쳤습니다.

다음 몇 년 동안 Rubik은 제조업체와 협력하여 큐브를 대량 생산할 수 있도록 했습니다. 3년의 개발 끝에 부다페스트의 장난감 가게 선반에서 첫 번째 큐브를 사용할 수 있었습니다. 큐브는 Hungry에서 인기를 유지했지만 당시의 정치적인 분위기로 인해 미국에서 도입되기가 어려웠습니다. 큐브를 국제적인 성공으로 이끈 두 사람은 런던에 있는 Seven Towns Ltd.의 Dr. Laczi Tibor와 Tom Kremer였습니다. Seven Towns는 Rubik 교수의 Rubik Cube 발명품에 대한 라이선스를 전 세계에 배포했습니다. Tibor 박사는 Hungry 내부에서 일하면서 관료들이 이 기술을 해외로 내보내도록 설득했습니다. Kremer는 제품 판매를 기꺼이 도와줄 미국 장난감 제조업체인 Ideal Toy 회사를 찾았습니다. 이 제품은 즉각적인 히트를 기록했으며 1980년대에는 2억 개 이상의 큐브가 판매되었습니다. 1983년 즈음, 큐브의 열광적인 인기는 식기 시작했고 판매는 급격히 감소했습니다. Seven Towns가 마케팅을 인수할 때까지 소규모 생산으로 남아 있었고 1995년에 미국 시장을 위해 Rubik Cube를 Oddzon Company에 라이선스했습니다. 그 이후로 판매량은 꾸준히 연간 500,000개 이상 증가했습니다.

디자인

Rubik's Cube 제조에서 가장 중요한 부분은 다양한 조각의 금형을 설계하는 것입니다. 금형은 생산할 부품의 모양이 반대인 강철로 조각된 공동입니다. 액체 플라스틱을 금형에 넣으면 냉각되면 금형의 모양을 띠게 됩니다. 금형 제작은 매우 정확합니다. 캐비티는 표면의 결함을 제거하기 위해 고도로 연마되었습니다. 모든 결함은 금형이 생산할 수백만 개의 조각 각각에 재현됩니다. 큐브 부품의 제조에는 일반적으로 2피스 몰드가 사용됩니다. 생산하는 동안 두 개의 몰드 조각을 모아 플라스틱 부품을 만든 다음 열어서 분리합니다. 이 도구에는 도구가 열릴 때 도구에서 성형 부품을 해제하는 이젝터 핀이 포함되어 있습니다. 모든 부품은 사출될 때 스프루에서 부품을 자동으로 제거하는 자동 게이팅 도구로 성형됩니다. 몰드는 또한 제거를 돕는 릴리스 앵글이라고 하는 약간의 테이퍼로 생산됩니다. 마지막으로, 금형을 설계할 때 궁극적으로 생산할 조각보다 약간 더 큽니다. 플라스틱이 식으면서 수축하기 때문입니다. 플라스틱마다 수축률이 다르며 각 도구는 사용할 재료에 맞게 특별히 설계되어야 합니다.

상업용 큐브는 6개의 고정 큐브, 모서리에 8개의 이동 가능한 큐브, 모서리에 12개의 이동 가능한 큐브로 구성됩니다. 각 큐브는 6가지 색상 중 하나입니다. 루빅스 큐브는 빨강, 노랑, 파랑, 녹색, 흰색, 주황색이 있습니다. 해결된 상태에서 각 색상은 한 면에만 있습니다. 큐브가 회전하면 모서리와 모서리가 이동하고 큐브가 스크램블됩니다. 퍼즐의 과제는 각 큐브를 원래 위치로 복원하는 것입니다. 큐브는 43퀸틸리언(4.3 × 10 ¹⁹ ) 가능한 준비 및 단 하나의 솔루션.

표준 루빅스 큐브의 한 변은 정사각형당 약 5.7cm입니다. 1.5인치(3.8cm) 미니 큐브, 0.8인치(2cm) 열쇠 고리 마이크로 큐브 및 3.5인치(9cm) 거대 큐브와 같은 다양한 다른 크기도 생산되었습니다. 표준 큐브는 3 × 3 × 3 분할이지만 다른 유형도 도입되었습니다. 더 흥미로운 것들 중 일부는 2 × 2 × 2 큐브, 4 × 4 × 4 큐브(Rubik's Revenge라고 함) 및 5 × 5 × 5 큐브를 포함합니다. 형태도 다양해지며 사면체, 피라미드, 팔면체 형태의 퍼즐이 생산되었다. Rubik의 큐브는 Rubik의 큐브 퍼즐 및 Rub it 큐브 지우개와 같은 게임 파생 상품의 개발로도 이어졌습니다.

원자재

루빅스 큐브를 구성하는 개별 조각은 일반적으로 플라스틱으로 만들어집니다. 플라스틱은 중합이라는 다양한 화학 반응을 통해 생산할 수 있는 고분자량 물질입니다. 루빅스 큐브에 사용되는 대부분의 플라스틱은 열가소성 플라스틱입니다. 이 화합물은 단단하고 내구성이 있으며 다양한 모양으로 영구적으로 성형될 수 있습니다. 루빅스 큐브에 사용된 플라스틱은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 나일론입니다. 사용될 수 있는 다른 플라스틱으로는 폴리프로필렌(PP), 고충격 폴리스티렌(HIPS) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 있습니다.

장식용으로 착색제는 일반적으로 플라스틱에 첨가됩니다. 루빅스 큐브 조각은 일반적으로 검은색입니다. 제작 시 큐브 외부에 컬러 스티커를 붙여 측면의 색상을 표시합니다. 생산 중에 사용되는 플라스틱은 충전제와 착색제가 포함된 펠렛 형태로 제조업체에 공급됩니다. 그런 다음 이 펠릿을 성형기에 직접 로드할 수 있습니다.

제조
프로세스

최초의 Rubik의 큐브 프로토타입 제조는 손으로 이루어졌습니다. 1970년대 후반에 대량 생산 방법이 개발되어 오늘날에도 계속 사용됩니다. 일반적으로 생산은 조각을 사출 성형하고, 조각을 맞추고, 루빅스 큐브를 장식하고, 완제품을 포장하는 단계별 프로세스입니다.

성형

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1 생산이 시작되면 플라스틱 펠릿은 사출 성형을 통해 Rubik의 큐브 부품으로 변형됩니다. 이 과정에서 펠릿을 사출 성형기의 호퍼에 넣습니다. 그들은 유압으로 제어되는 나사를 통과할 때 녹습니다. 나사가 회전하면 녹은 플라스틱이 노즐을 통해 이동하고 물리적으로 강제로 주입되거나 금형에 주입됩니다. 용융된 플라스틱이 도착하기 직전에 몰드의 두 반쪽이 합쳐져 Rubik의 큐브 부분과 동일한 모양을 가진 캐비티가 생성됩니다. 이것은 모서리, 모서리 또는 중앙 부분일 수 있습니다. 금형 내부에서 플라스틱은 특정 시간 동안 압력을 가한 다음 냉각됩니다. 냉각하는 동안 플라스틱은 금형 내부에서 경화됩니다. 충분한 시간이 지나면 몰드 반쪽이 열리고 큐브 조각이 배출됩니다. 그런 다음 금형이 다시 닫히고 공정이 다시 시작됩니다. 기계가 부품 세트를 성형할 때마다 기계의 한 사이클이 수행됩니다. Rubik의 큐브 주기는 약 20초입니다.

2 몰드에서 큐브 부품을 꺼낸 후 컨테이너 빈에 떨어뜨리고 손으로 검사하여 심하게 손상된 부품이 사용되지 않았는지 확인합니다. 폐기물 스프루 재료는 재사용 또는 폐기를 위해 따로 보관됩니다. 폐기물은 갈아서 새 부품을 만들기 위해 다시 녹일 수 있지만 재생된 재료는 품질이 저하되어 부품 품질이 저하될 수 있습니다. Rubik의 큐브는 항상 천연 재료로 만들어지며 재활용 플라스틱을 사용하지 않습니다.

부품 조립

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3 Rubik의 큐브 부품을 조립 라인으로 가져갑니다. 이 생산 단계에서는 개별 큐브 조각이 함께 만들어집니다. 나일론 코어를 시작으로 각 ABS 센터 큐브는 스프링 스페이서로 코어에 고정됩니다. 리벳은 스프링이 적절한 양만큼 압축되도록 깊이 조절기로 세심하게 제어됩니다. 각 센터 큐브에는 리벳을 숨기기 위해 접착된 플라스틱 덮개가 있습니다. 6개의 센터 큐브 중 하나는 어셈블리의 마지막 부분까지 남습니다. ABS 가장자리와 모서리 조각은 코어 주위에 개별적으로 쌓여 있습니다. 큐브는 아래에서 위로 만들어지며 조립될 마지막 조각은 스프링 스페이서로 코어에 다시 리벳으로 고정되고 최종 캡이 접착되는 최종 센터 큐브입니다.

라벨링

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4 다음으로 Rubik의 큐브 면에 레이블을 지정해야 합니다. 라벨은 색상으로 인쇄된 시트 폴리프로필렌 소재로 만들어집니다. 그런 다음 인쇄된 시트 PP를 투명 PP 보호 덮개로 라미네이트합니다. 그런 다음 재료는 롤에 감긴 라벨로 다이 컷됩니다. 레이블은 각 면의 9개 정사각형이 모두 정확하게 정렬되어 만들어집니다. 이렇게 하면 레이블이 큐브에 적용될 때 완벽하게 정렬될 수 있습니다.

포장

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5 모든 라벨링이 완료되면 큐브를 최종 포장에 넣습니다. 이것은 지침 책자가 포함된 작은 상자이거나 판지 뒷면이 있는 플라스틱 블리스터 팩일 수 있습니다. 패키지는 제품의 배송 및 광고로 인한 손상으로부터 Rubik's 큐브를 보호하는 이중 목적을 제공합니다. Rubik의 큐브 패키지는 케이스에 담겨 팔레트로 이동됩니다. 그런 다음 팔레트는 트럭에 적재되고 제품은 전 세계로 배송됩니다.

품질 관리

각 장난감이 고품질 제품인지 확인하기 위해 품질 관리 검사관은 각 생산 단계에서 제품을 확인합니다. 들어오는 플라스틱 펠릿은 특정 화학 사양을 충족하는지 확인하기 위해 화학적 테스트를 거칩니다. 여기에는 외관, 색상, 융점, 독성 및 분자량에 대한 검사가 포함됩니다.

개별 부품의 품질도 금형에서 나온 직후에 검사됩니다. 매일 수천 개의 부품이 만들어지기 때문에 완전한 검사가 어렵습니다. 결과적으로 라인 검사자는 고정된 시간 간격으로 플라스틱 부품을 무작위로 검사하고 크기, 모양 및 일관성 사양을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 이 샘플링 방법은 전체 Rubik의 큐브 생산 실행 품질을 잘 나타냅니다. 찾는 것에는 변형된 부품, 부적절하게 장착된 부품 및 부적절한 라벨이 포함됩니다. 육안 검사가 사용되는 주요 테스트 방법이지만 더 엄격한 측정도 수행할 수 있습니다. 각 부품의 길이, 너비, 두께를 측정하는 장비를 사용합니다. 일반적으로 버니어 캘리퍼스, 마이크로미터 또는 현미경과 같은 장치가 사용됩니다. 큐브를 포장에 넣기 직전에 함께 고정되고 제대로 작동하는지 확인하기 위해 큐브를 비틀 수 있습니다. 이것은 손으로 또는 터닝 머신으로 수행할 수 있습니다. 장난감에 결함이 있는 것으로 판명되면 나중에 재작업하기 위해 따로 보관합니다.

미래

루빅스 큐브의 인기는 1984년경에 가라앉았지만 루빅스 큐브는 나일론 코어로 시작합니다. 그런 다음 플라스틱 사각형이 아래에서 위로 부착되고 레이블이 마지막에 부착됩니다. 최근 의미 있는 복귀를 했다. 이것은 Seven Towns의 인상적인 마케팅 노력의 결과였습니다. 앞으로도 이러한 마케팅 노력은 루빅스 큐브의 매출을 지속적으로 증가시킬 것입니다. 큐브 외에도 Rubik의 뱀, Rubik의 triamid, Rubik의 마법 접기 퍼즐 등 다른 파생 퍼즐이 도입되었습니다. 가까운 장래에 새로운 변종도 도입될 것으로 예상됩니다.

자세히 알아보기

책

Chabot, J. F. 플라스틱 가공 기계 및 방법의 개발. Brookfield:플라스틱 엔지니어 협회, 1992.

오머, 커크. 화학 기술 백과사전. 권. 1992년 2월 22일.

Rubik, E. Rubik의 큐빅 개요. 옥스포드 대학 출판부, 1987.

Seymour, R., C. Carraher. 고분자 화학. 뉴욕:Marcel Dekker, Inc., 1992.

기타

Seven Towns Ltd. Rubik의 온라인 웹 페이지. 2001년 9월 27일. .

미국 특허 번호 4378116.

미국 특허 번호 4471959.

가상 퍼즐 박물관 웹 페이지. 2001년 9월 27일. .

페리 로마노프스키

스티븐 페린