專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)性建筑系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑玩具系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及基于陰陽(yáng)接頭和等同(無(wú)性)接頭的轂和桿的建筑玩具系統(tǒng)，以及基于無(wú)性接頭的積木系統(tǒng)。在很多情況下，無(wú)性接頭與欲連接的部件成整體。無(wú)性接頭大大擴(kuò)展了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
背景技術(shù)：
這是一個(gè)密集型技術(shù)，有很多活動(dòng)與建筑玩具系統(tǒng)相關(guān)，發(fā)明人已知下列許多美國(guó)專(zhuān)利與此相關(guān)。美國(guó)專(zhuān)利1,113,371公開(kāi)了最初的桿和轂的建筑玩具系統(tǒng)，其中轂和桿是木質(zhì)的，且桿插入轂的孔中，并由摩擦力和壓縮力(壓配合)將其夾持。美國(guó)專(zhuān)利1,707,691公開(kāi)了一種轂和桿的建筑玩具系統(tǒng)，其中轂為沖壓金屬制成，桿則為具有狹縫端的木質(zhì)桿。連接是通過(guò)將金屬轂插入桿端狹縫形成的。大量建筑玩具系統(tǒng)使等同部件可相互連接，但下述幾個(gè)是例外，實(shí)際的連接不是無(wú)性的，代之是陽(yáng)性和陰性連接部件置于積木或轂的相對(duì)端。不管怎樣，我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有一種建筑系統(tǒng)可使無(wú)性連接在非等同部件如轂和桿之間進(jìn)行。美國(guó)專(zhuān)利3,626,632公開(kāi)了一種典型的積木系統(tǒng)，它使等同的積木能通過(guò)在一側(cè)上的陽(yáng)部件和在另三側(cè)上的陰部件相互連接。美國(guó)專(zhuān)利2,800,743公開(kāi)了一種近乎為無(wú)性的積木系統(tǒng)，不過(guò)在此系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)行無(wú)性連接時(shí)，部件不再對(duì)準(zhǔn)，規(guī)則的指銷(xiāo)也不能建造。美國(guó)專(zhuān)利2,633,622公開(kāi)了一種建筑玩具系統(tǒng)，其中正交連接的轂是無(wú)性相互連接的。但在同一平面中的轂和桿的連接由桿產(chǎn)生，桿橫越轂的表面連接，但沒(méi)有形成無(wú)性連接。美國(guó)專(zhuān)利4,758,196公開(kāi)了一種轂和桿的建筑玩具系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有無(wú)性的桿一桿連接，但沒(méi)有任何直接連接轂的辦法。
各種來(lái)自建筑業(yè)和其它工業(yè)的概念已被應(yīng)用于建筑玩具系統(tǒng)。美國(guó)專(zhuān)利3,648,404公開(kāi)了一種轂和桿的建筑系統(tǒng)，在此結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了空心桿。公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利4,078,328和5,049,105的建筑玩具系統(tǒng)應(yīng)用了相似的連接系統(tǒng)。美國(guó)專(zhuān)利3,891,335公開(kāi)了一種轂和桿及面板咬合在一起的建筑系統(tǒng)。公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利5,061,219、5,137,486和5,199,919中的轂和桿建筑玩具系統(tǒng)采用了與專(zhuān)利335中公開(kāi)的夾子相類(lèi)似的夾物夾子。專(zhuān)利486確實(shí)公開(kāi)了一種直角連接轂的無(wú)性轂一轂連接，但是連接轂的方法不同于將桿連至轂的方法。
其它的機(jī)械接頭包括專(zhuān)利4,280,339，它公開(kāi)了一種用于柔性軸連接的轉(zhuǎn)矩傳遞裝置。每一軸具有一個(gè)伸長(zhǎng)的部分，其交叉端構(gòu)成一些齒。這些齒相互成直角地插入。美國(guó)專(zhuān)利3,800,556公開(kāi)了一種動(dòng)力軸連接，它包含一個(gè)連接機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有構(gòu)成延伸指銷(xiāo)的細(xì)長(zhǎng)正方桿。這些指銷(xiāo)可相互成直角地插入彼此中。專(zhuān)利2,577,508是一個(gè)通用接頭，它具有與之配合的分岔楔。專(zhuān)利2,832,943是一種可拆卸接頭，其中的陽(yáng)和陰構(gòu)件是不等同的，但確實(shí)具有直角插入關(guān)系。美國(guó)專(zhuān)利3,224,222是一種帶輪的通用接頭，輪包含開(kāi)口銷(xiāo)，用于將輪連接在一起。
在電子接頭工業(yè)中已應(yīng)用了陰陽(yáng)接頭。此處公開(kāi)的發(fā)明源于我們現(xiàn)有電子接頭的發(fā)明。請(qǐng)參見(jiàn)Clever和Lyons的美國(guó)專(zhuān)利5,183,409及部分申請(qǐng)08/011/994的后續(xù)部分。
其它感興趣的目前已知的美國(guó)專(zhuān)利是3,516,043；3,070,769；2,690,542；3,011,143；4,199,208；3,634,811；2,996,026；3,070,769；2,475,046；2,470,282；1,865,300；2,577,508；607,607；3,552,145；1,171,380；2,740,271；4,172,369；2,460,231；534,732和2,389,115。確信本發(fā)明在專(zhuān)利上是不同于任何上述專(zhuān)利的思想的。

發(fā)明內(nèi)容
我們公開(kāi)了一套建筑玩具系統(tǒng)，其所有部件都是借助無(wú)性接頭相互連接的。所述接頭通常與欲連接的部件成整體。我們還公開(kāi)了一種設(shè)計(jì)無(wú)性接頭的方法，其所有最佳實(shí)施例都具有相同的概念基礎(chǔ)。
十分簡(jiǎn)短地說(shuō)，無(wú)性接頭的設(shè)計(jì)從規(guī)則棱柱開(kāi)始，我們把該棱柱分割成相等且一樣的兩半A部分和B部分。此劃分或分割將利用平行于棱柱的主軸線的切面或分割線；以及其它與軸線垂直的切面。由于這種分割的結(jié)果，棱柱的端部未受干擾，也即分割線不是自始至終達(dá)到棱柱的端部的，而A部分只在主軸線方向與B部分分開(kāi)。A部分和B部分中的每一部分構(gòu)成無(wú)性接頭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一般說(shuō)，連接是通過(guò)交叉指銷(xiāo)的相互配合而構(gòu)成。
附圖簡(jiǎn)述為說(shuō)明的目的，本發(fā)明用目前較推崇的附圖形式來(lái)表示；但應(yīng)注意，本發(fā)明并不限于所示出的精確布置及設(shè)置。


圖1和2分別為桿和轂組合件的透視圖和平面圖；圖3表示轂和桿連接區(qū)域(連接平面)的橫截面；圖4和5表示由短桿組成的桿的透視圖，在圖4中桿未完全插入；圖6表示圖3中兩根桿的連接區(qū)域(連接平面)的橫截面；圖7為一根由不同直徑的短桿組成的桿的透視圖；圖8是圖7所示實(shí)施例的連接平面；圖9和10是應(yīng)用三個(gè)指銷(xiāo)無(wú)性接頭的桿和轂的組合件的透視圖；圖11和12是圖9和10所示實(shí)施例的連接平面，它們分別表示桿一轂和桿一桿的連接平面；圖13和14分別為裝備有五個(gè)和六個(gè)無(wú)性接頭的轂的透視圖，當(dāng)這些實(shí)施例由彈性材料模壓而成時(shí)，它們適于建筑最短程線；圖15是無(wú)性積木的透視圖；圖16是不同無(wú)性積木的透視圖；圖17是一種積木的透視圖，它可用于圖16所示的實(shí)施例，以及圖1至8、13和14中的實(shí)施例；圖18是一種轂的透視圖，它可用于圖1至8及13和14中所示的實(shí)施例；
圖19a至19c表示用于建造某些實(shí)施例的無(wú)性接頭的工具型面等；圖20a至20c是圖1的細(xì)節(jié)。
發(fā)明的最佳實(shí)施例公開(kāi)的全部實(shí)施例都是建筑玩具系統(tǒng)。這些發(fā)明在建筑系統(tǒng)的應(yīng)用公開(kāi)在相關(guān)申請(qǐng)中。
下述所有最佳實(shí)施例都應(yīng)用無(wú)性接頭，所有示于透視圖中的實(shí)施例都應(yīng)用無(wú)性接頭，所有以連接平面展示的實(shí)施例都應(yīng)用無(wú)性接頭。此外，除了在圖18中以透視圖展示的轂181外，所有最佳實(shí)施例均包括整體式無(wú)性接頭。
所述整體無(wú)性接頭的設(shè)計(jì)是從正方形或六角形或其它橫截面的規(guī)則棱柱體開(kāi)始的。當(dāng)為柱體時(shí)，也可用其它橫截面如正方形，并且所述柱體與所述正方形內(nèi)切。所述橫截面是一個(gè)‘平面布置圖’，在其上設(shè)計(jì)連接區(qū)域的橫截面。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，將用名詞‘連接平面’代替‘連接區(qū)域的橫截面’。需指出的是，平面布置圖和連接平面均為垂直于棱柱主軸線截取的截面。為設(shè)計(jì)一個(gè)連接平面，從所述平面布置圖每個(gè)頂點(diǎn)向所述平面布置圖的中心畫(huà)線開(kāi)始。對(duì)于正方形，所述線形成一個(gè)‘X’，而所述平面布置被劃分成四個(gè)相等的三角形。對(duì)于下述‘正方形X’接頭，所述線形成‘分割線’的基礎(chǔ)。即所述線用于發(fā)現(xiàn)分割線，但不等同于它們。所述分割線指與平面布置圖垂直的切面，它們與其它平行所述平面布置圖的切面一起被用于將一棱柱分成兩個(gè)相等且一樣的部分。
分割繼續(xù)進(jìn)行，它包括將所述棱柱分割成兩個(gè)相等且一樣的部分即A部分和B部分的分割切面，這些部分只能在平行所述棱柱主軸線的方向才能拉開(kāi)。因而所述分割使所述平面布置圖仍不受干擾。
所述分割包括平行所述棱柱的所述主軸線切割所述棱柱的分割切面或偏移，以及垂直所述主軸線切割所述棱柱的偏移，從而平行和垂直的切面或偏移均可將所述棱柱分割成兩部分，一部分在A，另一部分在B。而所述平行偏移提供連接表面。也即，它們構(gòu)成接頭的那些部分，當(dāng)所述兩部分放回至一起時(shí)，在此處確實(shí)構(gòu)成機(jī)械連接。
在最佳實(shí)施例中，所述分割產(chǎn)生在A部分和B部分中的數(shù)目相等的指銷(xiāo)。每一所述指銷(xiāo)具有同一長(zhǎng)度，且均指向與所述軸線平行的方向。所述指銷(xiāo)圍繞所述軸線均勻、等距而放置。平行所述主軸線的所述分割切面或偏移對(duì)所述A部分和B部分均構(gòu)成連接表面，如圖4中的配合表面22。垂直所述主軸線的分割切面形成A部分中所述指銷(xiāo)頂端的一個(gè)(如圖4中的遠(yuǎn)頂端24)以及B部分中的近基座(如圖4中的近基座25)。
假如需要一個(gè)連接元件的緊湊矩形陣列，于是設(shè)計(jì)過(guò)程可由等同棱柱的緊湊矩形陣列開(kāi)始，它們的單獨(dú)平面布置圖可鋪貼在平面中。在相關(guān)申請(qǐng)中公開(kāi)了所述矩形陣列在建筑系統(tǒng)及建筑玩具系統(tǒng)中的應(yīng)用。
以上是初始設(shè)計(jì)過(guò)程的概念性說(shuō)明。最佳實(shí)施例的絕大部分分割不可能由任何已知工具制作的真正切面實(shí)現(xiàn)。諸如需要保證壓配合的設(shè)計(jì)制約也可因防止使用分割作為一個(gè)真正的生產(chǎn)方法而減弱。但是，在某些情況下，類(lèi)似分割的生產(chǎn)方法也能使用以便使碎片最少。
此處公開(kāi)的本發(fā)明的某些實(shí)施例是桿和轂的建筑玩具系統(tǒng)。如通常在所述桿和轂的建筑玩具系統(tǒng)中應(yīng)用的，所述桿是細(xì)長(zhǎng)的柱，而所述轂則具有扁平的柱或盤(pán)的形狀。但也可用其它形狀。圖9至12中表示了發(fā)明的實(shí)施例，它們的桿93具有正方形橫截面。其它桿的橫截面也可為三角形、矩形、六角形、橢圓形、十字形等。圖13和14中展示了一些實(shí)施例，其中轂130和140的盤(pán)狀形狀不十分明顯。圖18中展示了一個(gè)實(shí)施例，其中柱形轂181的扁平不足以認(rèn)為是盤(pán)狀的。
在我們的絕大多數(shù)最佳實(shí)施例中，無(wú)性接頭是與所述桿或所述轂成整體的。但是，柱形轂181具有單獨(dú)的無(wú)性接頭183，它包括兩根直接裝配至柱壁188上的圓形指銷(xiāo)184。
在示于圖1至圖6和圖20a及20b的發(fā)明的實(shí)施例中，轂整體接頭34可直接在轂32或32a的材料中加工而成。桿整體接頭35也可直接在桿30或31的材料中加工而成。
在所述轂中，整體接頭的外觀為從所述轂中心向外放射的凹槽。每一整體接頭34由一對(duì)凹槽構(gòu)成，一個(gè)凹槽位于所述轂32和32a的頂表面，而另一個(gè)則與其直接對(duì)準(zhǔn)，并位于所述轂的底表面。
圖19a展示了一種適合于加工凹槽以形成轂32和32a的配合表面42的切削刀具的型面190。假如所述轂由金屬通過(guò)電子放電加工(EDM)制成，則一根EDM導(dǎo)線可具有型面190的形狀。一種具有所述型面的立銑刀也可加工所述凹槽，但近基座43的形狀則為一個(gè)半錐形空腔。
圖19b和19c中展示了型面對(duì)191和197，兩者都由型面190構(gòu)成。假如部件是根據(jù)型面對(duì)191加工而成，則它們將以理想配合或可能是滑動(dòng)配合進(jìn)行相互配合。但假如部件根據(jù)型面對(duì)197加工而成，則它們將以壓配合進(jìn)行相互配合。但是，假如將所述型面190放置得比參考距離W更接近，則將形成松配合。
所述轂和桿可由塑料或金屬或任何其它合適材料制成，且可以是實(shí)心或空心的。所述轂和桿可由注塑或吹塑塑料、壓鑄金屬、沖壓或立體擠壓或機(jī)械加工任何合適材料制成。
圖9至12中還展示了一個(gè)實(shí)施例，其中轂92裝備有八(8)個(gè)整體無(wú)性接頭106，每個(gè)接頭具有三(3)個(gè)指銷(xiāo)96。但桿93具有三個(gè)單獨(dú)的無(wú)性接頭106，它們與無(wú)性接頭183相似，但具有三(3)個(gè)指銷(xiāo)101。
分別示于圖15及圖16和17的兩(2)種積木玩具系統(tǒng)具有裝備有整體無(wú)性接頭的積木塊，但所述接頭只能在它們相應(yīng)的積木塊中通過(guò)切除材料加工而成，且切除的材料要比轂32需要切除的多得多。
積木塊150的整體無(wú)性接頭151與轂無(wú)性接頭34和桿無(wú)性接頭35相當(dāng)相似，因而在一個(gè)很寬的尺寸范圍內(nèi)，它們可與之匹配。但指銷(xiāo)159則既與所述積木塊成整體，又從其伸出，所述指銷(xiāo)的半長(zhǎng)位于所述積木塊中，而另一半長(zhǎng)則突出。所述指銷(xiāo)垂直于所述積木塊的側(cè)邊。轂32還具有與所述轂主平面對(duì)準(zhǔn)的接頭34的主平面。但接頭151的主平面在四十五(45)度角度下與積木塊150的主平面對(duì)準(zhǔn)。所述對(duì)準(zhǔn)使所述一些積木塊能在同一平面內(nèi)連接，并與它們接觸的積木塊體145在同一平面的內(nèi)連接。
圖17中所示的是作為桿和積木塊的組合件173部件的桿177，此桿177與桿30及桿31相似，但形成其連接表面178的凹槽則伸展于所述桿的全部長(zhǎng)度上。這里要指出，桿177是文中一般規(guī)則即分割使棱柱的端部仍保持不受干擾的唯一例外。積木175能描述成一個(gè)積木塊體176，它具有垂直對(duì)準(zhǔn)、添加于其垂直角、并從其垂直表面的中心抽出的半桿172。半桿172等于桿177在長(zhǎng)度方向分割的一半。所述半桿具有一個(gè)指銷(xiāo)149加上半個(gè)腹板148。積木160可按相似形式加以描述，它具有添加至積木塊體161的垂直表面、并略為偏離中心而設(shè)置的半桿172。所述半桿也是從所述垂直表面擠出，設(shè)置于與所述表垂直中心略為偏移的位置，擠出的半桿與添加至所述表面的所述半徑的數(shù)量相同，但位于添加至所述表面的所述半桿的相反方向。
還要指出的是，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能在很寬的接頭尺寸范圍內(nèi)的相互連接性。正方形X接頭能提供所述相互連接性，只要腹板截面小得足以安置較小接頭的狹縫寬度。假如采用不同于壓配合的其它裝置以便將所述接頭夾持在一起，則所述裝置的尺寸也應(yīng)做成能提供所述相互連接性。例如，圖20c所示的透視圖中的整體轂接頭210具有鎖緊凸緣202和凹坑203。較小的接頭其尺寸可能會(huì)不夠做出所述凸緣和凹坑，而較大的接頭可采用同樣尺寸和設(shè)置的凸緣和凹坑。這樣，該兩種情況均可能保持相互連接性。我們將用桿組合件70來(lái)說(shuō)明所述的相互連接性，該桿組合件70由不同直徑的桿連接在一起而成。所述桿組合件70示于圖7的透視圖中，它由兩根不同直徑的桿(桿30和桿71)連接在一起而形成。
圖1至6表示的本發(fā)明實(shí)施例是一個(gè)轂和桿的建筑玩具系統(tǒng)。圖1和2分別表示一個(gè)組合件，一般用21表示，的透視圖和平面圖。它們的整體無(wú)性接頭的細(xì)節(jié)還示于圖20a和20b。由平面圖可容易地看到，采用了兩種不同長(zhǎng)度的桿以構(gòu)成一個(gè)直角三角形。較短桿30的長(zhǎng)度與轂32的直徑相同。較長(zhǎng)桿31被用于構(gòu)成三角形的斜邊。轂32a與32相同，但在所述組合件中被用于替代一根較短的桿。在組合件21中的轂32a的主平面與所述組合件的主平面相垂直。為更好地展示一個(gè)轂和桿的連接，所述桿中有一根表示成沒(méi)有完全插入。
轂32和32a及桿30和31都是圓柱形的。所述桿是細(xì)長(zhǎng)的圓柱，具有兩(2)個(gè)整體無(wú)性接頭35，兩端各一個(gè)；并具有指向與圓柱主軸線方向平行的指銷(xiāo)49。所述轂是形為圓盤(pán)的扁平圓柱，具有八(8)個(gè)徑向設(shè)置、間隔相等的整體無(wú)性接頭34，這些接頭34整體地裝的在所述圓柱的側(cè)面，并具有與圓柱主軸線相垂直的指銷(xiāo)48。
轂無(wú)性接頭34和桿無(wú)性接頭35在作用上是等同的。一根桿由一個(gè)桿體50及兩個(gè)無(wú)性接頭35組成。每一無(wú)性接頭35由主軸線與桿的主軸線相平行的兩個(gè)指銷(xiāo)49構(gòu)成。所述指銷(xiāo)在近端由腹板26連接，而在遠(yuǎn)端由狹縫23分開(kāi)。在轂一桿插接中，所述桿的指銷(xiāo)遠(yuǎn)頂端24靠著近基座45安置，而遠(yuǎn)頂端41靠著近基座25安置。腹板26的遠(yuǎn)頂端27靠著轂一接頭一腹板44的遠(yuǎn)頂端43安置。任一所述基座在轂-桿插接期間都能用作制止器。配合表面22以中等壓配合滑過(guò)配合表面42，而狹縫表面28滑過(guò)腹板44。同樣，狹縫表面46滑過(guò)腹板26。狹縫23和40必須至少伸至連接長(zhǎng)度的一半，或更確切地說(shuō)，它們的長(zhǎng)度之和必須至少等于所述連接的長(zhǎng)度。假如所述狹縫伸至整個(gè)長(zhǎng)度上，則就沒(méi)有了腹板。但是，假如一塊腹板伸展超過(guò)一半，則所述連接在作用上就不再等同了，且增加了一個(gè)不必要的有性元件。
整體桿接頭35和整體轂接頭34還展示在透視圖中，并分別更為詳細(xì)地展示于圖20a和20b中。在圖20c的透視圖中展示了一個(gè)整體轂接頭201，它安裝有凸緣202和凹坑203，但其它方面與接頭34相同。當(dāng)具有如所示的所述凸緣和凹坑時(shí)，兩(2)個(gè)這樣的相同的接頭相配合時(shí)被鎖緊在一起。
圖3中展示了一個(gè)轂-桿連接(轂接頭34-桿接頭35)的連接平面。轂接頭34的截面以鈍角剖面線表示。銳角剖面線表示桿接頭35的截面。如圖可見(jiàn)，分割線36成‘X’形狀。更精確地說(shuō)，假如構(gòu)成桿配合表面22和轂配合表面42的分割線37延長(zhǎng)直至它們相遇，則將形成一個(gè)‘X’形。所述接頭35的截面好像一個(gè)砂漏，其上、下部分由腹板分割線39加以連接。腹板分割線39沒(méi)有觸及狹縫分割線38。
圖4和5表示由較短的桿10組合而成的桿組合件54和55。在組合件54中，所述桿沒(méi)有完全插入。不過(guò)應(yīng)注意，這兩個(gè)組合件54和55均能傳遞轉(zhuǎn)矩。
圖6中展示了一個(gè)桿-桿(桿接頭35-桿接35)配合的連接平面60。也即，在所示截面中有兩個(gè)接頭35。由圖可見(jiàn)，分割線61呈‘X’形狀。更確切地說(shuō)，假如構(gòu)成桿配合表面22的分割線65延長(zhǎng)直至它們相遇，則將形成一個(gè)‘X’形。所述接頭35截面(以鈍角剖面線表示)之一好像一個(gè)砂漏，其上、下截面62由腹板26的截面63連接?？商娲氖?，分割線65和腹板表面分割線66一起構(gòu)成一個(gè)砂漏外形。作為另一接頭35截面(以銳角剖面線表面)一部分的狹縫28的分割線67未觸及腹板表面分割線66。狹縫表面分割線67也是指銷(xiāo)截面62a的一部分。如圖可見(jiàn)，除去腹板26-狹縫23之間的間隙外，當(dāng)桿接頭35相互連接時(shí)，形成一個(gè)完整的實(shí)心圓柱。
圖7中的透視圖展示了一個(gè)不同的桿組合70，它由不同直徑的桿30和71組成。桿70的連接部分76具有兩個(gè)指銷(xiāo)，它們由腹板相連接，且由狹縫分開(kāi)。每一指銷(xiāo)的終端為一平面遠(yuǎn)頂端74，且由于這是一個(gè)整體接頭，桿體77的起始端形成一個(gè)近基座75。
但由圖8所示的連接平面80可見(jiàn)，盡管桿30和桿71之間存在直徑的差異，但仍形成一個(gè)非常耐用的連接。在連接平面80中，接頭35用鈍角剖面線表示，而接頭76用銳角剖面線表示。通過(guò)接頭76的腹板的截面84位于中心，與指銷(xiāo)79的兩個(gè)指銷(xiāo)截面83相連接，并被來(lái)自?xún)蓚€(gè)指銷(xiāo)截面82的分割線81所分割。
所有上述公開(kāi)的實(shí)施例均基于以‘正方形X’為特征的無(wú)性接頭。它們的平面布置圖均為正方形，而它們連接平面中的分割線形成一個(gè)‘X’形。圖9至12公開(kāi)的實(shí)施例的接頭具有六角形平面布置圖，其分割線形成一個(gè)六臂的‘X’。以后我們將稱(chēng)其為‘六角X’。示于圖9和10的透視圖中的所述實(shí)施例組合成一個(gè)轂和桿的組合件90，它具有裝配有轂92和桿93的桿-桿次級(jí)組合件91。轂接頭106具有指銷(xiāo)96，包括遠(yuǎn)頂端94、近基座105、配合表面100、狹縫99、腹板108及腹板頂端109。每一桿裝備有兩個(gè)桿接頭107，該桿接頭107由三個(gè)具有遠(yuǎn)頂端102的圓柱形指銷(xiāo)101組成。桿體93形成近基座104。雖然接頭107可裝備有腹板，但所示出的一個(gè)都沒(méi)有。轂92裝備有一個(gè)中心橫穿孔98以及八個(gè)經(jīng)向布置的橫穿孔97。
圖11展示了轂接頭元件106與桿接頭部分107連接的連接平面，它具有以虛線表示的六角形設(shè)計(jì)平面布置圖111。轂接頭元件106以鈍角剖面線表示，而桿接頭元件107以銳角剖面線表示。圖12表示了一個(gè)桿-桿(桿接頭元件107-桿接頭元件107)配合的連接平面，還重疊有平面布置圖111。轂連接元件106的分割線112主要由腹板表面分割線113和配合表面分割線114組成。三(3)個(gè)指銷(xiāo)的截面116由腹板108的截面115連接在一起。指銷(xiāo)107截面121具有分割線122。指銷(xiāo)截面121在點(diǎn)123處與平面布置圖111相切。在點(diǎn)124處，指銷(xiāo)截面121與配合表面100上的轂接頭106的分割線114相切。
連接平面120清楚地表示，桿-桿(桿接頭107-桿接頭107)的配合是無(wú)性的，因而所述桿接頭107是一個(gè)無(wú)性接頭。但是在檢查時(shí)還應(yīng)清楚，即轂-轂(轂接頭106-轂接頭106)的連接也是無(wú)性的，也即所述桿可裝備有一個(gè)轂接頭106以替代桿接頭107。但連接平面110表明轂-桿(轂接頭106-桿接頭107)的配合是無(wú)性的。但是，盡管接頭106和107在外形上有差異，但它們實(shí)際上是等效的接頭。所述差異在于，在接頭107的設(shè)計(jì)中，某些對(duì)連接不是非常必要的材料被去除?？涨?25和空腔126表示其中材料被去除的區(qū)域。雖然這種設(shè)計(jì)確實(shí)移去了材料，并確實(shí)保留了用于連接的基本接觸點(diǎn)，但是最后的指銷(xiāo)不很結(jié)實(shí)，且連接表面面積較小。但要指出的是，從空腔125區(qū)域去除的某些材料是為狹縫間隙而去除的。
圖13和14各自展示了實(shí)施例130和140的透視圖，這時(shí)轂由彈性材料模壓而成，并適用于建筑最短程線。轂130裝備有五個(gè)徑向等間距無(wú)性接頭131，它們像輪子輻條似的從所述轂的中心142向外輻射。轂140裝備有六個(gè)連接至轂中心141的所述接頭。每一接頭131具有兩個(gè)帶有配合表面134的指銷(xiāo)139。所述指銷(xiāo)由狹縫135分開(kāi)，而由腹板136連接。當(dāng)與另一接頭131配合時(shí)，每一所述指銷(xiāo)的遠(yuǎn)頂端132停頓在近基座33上，而配合表面134則以中等壓配合相互滑過(guò)。為建筑最短程線，還要求與桿30和31相似但長(zhǎng)度不同的桿。
圖15中以透視圖表示的實(shí)施例150是一種積木，它裝備有四個(gè)無(wú)性接頭151。每一接頭151布置在圍繞積木體145的四條垂直側(cè)邊中每條側(cè)邊的中央。每一接頭151具有兩個(gè)包括遠(yuǎn)頂端152、配合表面154及狹縫表面158的指銷(xiāo)59。所述指銷(xiāo)由遠(yuǎn)狹縫155分開(kāi)，并由近腹板156連接。通過(guò)檢查可看到，由這些積木可組合成兩維陣列。如果在積木145余下的兩個(gè)面上連接附加的無(wú)性接頭，不管其結(jié)構(gòu)如何，都能組合成三維陣列。還應(yīng)指出的是，在一個(gè)很寬的尺寸范圍內(nèi)，與桿30和31相似的桿可連接至接頭151上。
在圖16和17中分別以透視圖表示的實(shí)施例160和175是不同積木系統(tǒng)的部分。所述實(shí)施例是采用布爾型工藝在實(shí)心體上加工而成的。桿177或添加至積木161或積木176上，或從積木161或積木176中抽出。所述桿的放置應(yīng)使恰好半根所述桿，即一個(gè)指銷(xiāo)和一半連接腹板，位于積木161中，且所述桿的主平面垂直于所述積木將裝飾的表面。抽出的結(jié)果是在積木體161中形成一個(gè)陰性半桿通道163。而添加的結(jié)果則是在積木161的表面連接一根半桿162。在積木160的四個(gè)垂直表面的各表面上，半桿162都是與通道163成對(duì)的。通過(guò)觀察可見(jiàn)，不用任何其它部件，只用一塊積木表面上的每個(gè)半桿162與另一相鄰積木上的通道163相配合，積木60就能組成兩維陣列。在一個(gè)緊湊的矩形陣列中，唯一沒(méi)有配合的半桿162和通道163位于所述陣列邊緣的積木的表面上。
每一半桿162具有兩個(gè)頂端164、一塊腹板166、以及兩個(gè)腹板頂端167。連接時(shí)，半桿162的配合表面170以一塊腹板166于狹縫165中滑過(guò)通道163的表面171。腹板166滑過(guò)狹縫168。所示積木175與桿177形成一個(gè)積木和桿的組合件173，在建筑上，它與四角中每個(gè)角上的半桿162略有不同。所述半桿也裝備有一個(gè)可選擇的狹縫179以便于與桿30、31及177和轂32等的配合。通道163布置在所述積木的中間。由于布置在角上的半桿162的半軸線與積木體176成四十五(45)度角，因而積木175能用于建造這樣的陣列，它們與按中心連接積木160建造的陣列成四十五(45)度角。
圖18透視圖中所示的實(shí)施列是一個(gè)轂-轂組合件181的部分。所示組合件具有兩個(gè)連接著的轂32。實(shí)施例181表示建造轂的一種方法，它們的接頭183與轂32的接頭34成九十(90)度角。所述指向使轂181和轂32得以在它們的主平面為平行的情況下加以連接。每一接頭183裝備有兩個(gè)指銷(xiāo)184，這兩個(gè)指銷(xiāo)184被遠(yuǎn)狹縫189分開(kāi)，并被近腹板185連接。每一接頭183裝配至中央圓柱182的圓柱壁188上。所述壁起到使每一轂183-轂34等相配合的近基座的作用。頂端187或腹板頂186都能起制止器的作用。接頭183-轂壁188的連接與所述轂壁垂直，且接頭183的主平面與中央圓柱182的軸線平行。
顯然還可有許多其它布置。中央圓柱182可用矩形或六角形或其它橫截面的棱柱替代。接頭183的指向平面可與所示的成九十(90)度或任何任意角度。所述接頭的相對(duì)布置也可不同。所述接頭在圖中是布置在四個(gè)相同環(huán)中的兩個(gè)相同環(huán)上，且每?jī)蓚€(gè)環(huán)相對(duì)于另兩個(gè)環(huán)相互轉(zhuǎn)動(dòng)四十五(45)度。但許多其它布置也可以。
圖19b中表示了所述型面190的型面對(duì)191。假如所述型面的端銑刀是這樣布置的，則它們能加工一個(gè)“完美的連接”。當(dāng)所述型面對(duì)191的側(cè)邊192由虛線193加以延伸，則它們相遇于平面布置圖194的中心點(diǎn)。腹板厚度與參考距離W相同，也與腹板表面195的長(zhǎng)度相同。假如型面190被虛線196修改，則腹板厚度應(yīng)與參考長(zhǎng)度W1相同。在圖19C中型面190移開(kāi)以形成一個(gè)型面對(duì)197。于是，腹板厚度大于參考距離W，其大小為參考距離W2，超過(guò)參考距離W的值。
權(quán)利要求
1．一種建筑玩具系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括若干轂和若干桿每一所述桿由一細(xì)長(zhǎng)圓柱形中央件構(gòu)成，并且其各端部都有相同的無(wú)性接頭；每一所述轂由大致為平面的盤(pán)狀件構(gòu)成，它大致平放在一單獨(dú)第一平面內(nèi)，并有一將所述盤(pán)狀件的外緣限定在所述第一平面內(nèi)的外周邊；每一所述轂包括至少三個(gè)無(wú)性接頭，它們大致等間距地布置在所述盤(pán)狀件的外緣四周，并大致在所述第一平面內(nèi)由所述盤(pán)狀件外緣向外伸展；所述桿和所述轂的無(wú)性接頭是這樣的，即各桿能端部對(duì)端部軸向?qū)?zhǔn)地與另一些桿相連，桿能連接至轂從而可在所述第一平面內(nèi)由轂向外伸出，以及各轂?zāi)苓B接至另一些轂，其中所述轂之一位于所述第一平面內(nèi)，而通過(guò)所述無(wú)性接頭與此轂連接的第二轂則位于與所述第一平面垂直的第二平面內(nèi)。
2．如權(quán)利要求1所述的建筑玩具系統(tǒng)，其特征在于，每一所述轂具有一個(gè)上表面和一個(gè)下表面，它們基本相同，因此所述轂不存在向上或向下的定向問(wèn)題。
3．如權(quán)利要求1所述的建筑玩具系統(tǒng)，其特征在于，每一所述桿是對(duì)稱(chēng)的，因此每一端部與另一端部相同。
全文摘要
一套建筑玩具系統(tǒng),其中,由陰陽(yáng)接頭和功能等同的(無(wú)性)接頭(30、32)提供機(jī)械連接。公開(kāi)了轂和桿(30、32)及積木(145、160)兩種建筑玩具系統(tǒng)。在轂和桿建筑系統(tǒng)中,用無(wú)性接頭可使:桿(30)能以桿(30)連接轂(32)(較長(zhǎng)的桿能直接由較短的桿組成)的相同方式直接連接至桿(30);轂(32)能以桿(30)連接轂(32)的相同方式連接至轂(32);及某些組合件中用轂代替桿。所用無(wú)性接頭和這些玩具系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)有用特點(diǎn)是此處公開(kāi)的許多不同建筑玩具系統(tǒng)可相互連接。應(yīng)用本發(fā)明,在非常寬的范圍內(nèi)的十分不同的獨(dú)立玩具系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成能相互自由連接。
文檔編號(hào)A63H33/10GK1223595SQ97196023
公開(kāi)日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1997年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月31日
發(fā)明者埃里克·克萊弗, 雷·萊昂斯 申請(qǐng)人:埃里克·克萊弗, 雷·萊昂斯