专利名称：具有对称分布卡槽的片状拼装组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种片状拼装组件，特别是一种具有对称分布卡槽的片状拼装组件。
背景技术：
组装立体形状的物品，有很多实际和广泛的用途。例如:组装正多面体的教具，可以给学生演示空间立体形状；立体拼装玩具，可以启迪儿童和成人的智力；复杂的多面体模型，令人感受自然规律、数学规律的美感；立体模型结构可以用在工程学建模上，甚至直接利用在实际结构上；此外，可用于各种包装箱、展示牌、广告牌等的立体结构，可以具有实际的功能或增加外观美感等。现在很多立体模型，在组装的时候使用外部材料或外部结构，如胶水、装订、熔合等方法，造成组装的工作量增加。中国专利200520117949.6公开了一种“多功能的立体拼图”，其3种拼片可以拼凑成多种样式的图案。但拼片的边缘不能相互任意拼装。同样形状的拼片，要为形状配合设计多种边缘结构，元件数量增加。缺少通用性，无法扩展到任意多边形的情况。中国专利201120379415.6公开了一种“可互联的正多边形组合魔块”，拼接结构上设有能够与其它块体互相铰接的铰接结构，使块体间相互拼接。这种设计具有较复杂的立体边缘结构，制造成本较高。结合处结构受力有限，加上元件本身的重量，不能简单扩展实现大尺寸的立体形状。拼接的边缘外露，占用主体表面，影响扩展应用。
实用新型内容本实用新型 的目的在于提供一种具有对称卡槽的片状拼装组件，可以拼装各种立体形状；装配时不须要使用辅助材料，仅依靠元件本身的结构相互连接；任意元件的边缘只要长度和形状相同，都可以自由任意地组合连接在一起；并且，组装之后，立体形状外观平整，接口处结构隐藏，能够体现出元件表面的主体形状。本实用新型的目的通过以下技术方案实现:一种具有对称分布卡槽的片状拼装组件，其特征在于:一种多个元件组成的片状拼装组件；元件的边缘可以具有I组长度值，所述的I组长度值由有限个数的长度值组成；元件的形状可以是边数为3、4、5……N的包括正多边形在内的等边多边形；元件也可以具有弯折或弯曲的形状；单个所述的具有弯折或弯曲的形状的元件可以具有可相互拼装边缘。多个元件的有相同长度的边缘，具有I组或I组以上的形状；所述的每一组形状具有I对或I对以上的卡槽，多对卡槽可以用于大尺寸结构；所述的每对的2个卡槽的位置沿边缘中点对称分布，并且开口方向相同；所述的对称分布，是指2个卡槽处于沿边缘中点对称的位置，只要在边缘旋转180度后，2个卡槽能够各自与自身的对称的卡槽扣合即可；严格的对称位置可以落在卡槽最内点的附近，或者在卡槽上的其他位置。[0010]在元件的边缘中点，可以有I个卡槽，是其自身的对称卡槽。装配元件时，边缘的卡槽通过边缘错位穿插、滑移，或通过直接相互穿插，将卡槽的外缘置于立体形状的一侧，构成卡槽相互连接。在上述基础上，本实用新型可作如下改进:在元件边缘的相邻的2个开口相背的卡槽，卡槽外缘之间的材料合并，构成I个2边开有卡槽的扣舌。这种改进方式使边缘结构简化，利于生产加工。在上述基础上，本实用新型可作如下改进:在元件边缘两端之一的，开口向内的卡槽，其外缘与边缘一端的材料合并，构成I个I边开有卡槽的扣舌。这种改进方式使边缘结构简化,利于生产加工。本实用新型还可作如下改进:在元件边缘的每2个相邻的卡槽具有相反的开口方向。在组装时通过材料变形进行穿插，穿插后材料尺寸恢复，相互扣合。这种改进方式使相邻的两个卡槽结合得更稳固。本实用新型还可作如下改进:在元件边缘的每2个相邻的卡槽具有相等的间距。这种改进方式使边缘结构出现周期性结构，使边缘的长度任意延长，有利于使用重复的生产工艺对元件进行加工。另外，这种改进方式还可用于将两个片状材料以拉链的方式结合。本实用新型的有益效果是:仅依靠元件本身的结构相互连接；任意元件的边缘只要长度和形状相同，都可以自由任意地组合连接在一起；组装之后，立体形状外观平整，接口处结构隐藏。并且，结构可以扩展，适用于小、中、大各种尺寸范围；相互拼装只依赖于形状结构，适合各种片状材料的加工，如纸材、纸板、塑料片、金属片等片材、板材，适合在外表面进行印刷、粘贴、凸印等附加功能；边缘结构单一，生产工艺简单，适合批量制造，生产成本低，可以作为一次性元件大量使用，有广泛的应用前景。
图1是正三角形的元件示意图。图2是正四边形的元件示意图。图3是正五边形的元件示意图。图4是正三角形元件组合的立体形状示意图。图5是正四边形元件组合的立体形状示意图。图6是正五边形元件组合的立体形状示意图。图7是正三角形和正四边形元件组合的立体形状示意图。图8是正四边形和正五边形元件组合的立体形状示意图。图9是正3、4、5边形元件组合的立体形状示意图。图10是等边多边形的元件示意图。图11是等边多边形组合的平行六面体示意图。图12是等边多边形组合的立体形状示意图。图13是等腰梯形的元件示意图。图14是等腰梯形和正四边形组合的立体形状示意图。图15是相同边长的但不同边缘结构的元件示意图。[0036]图16是相同边长的但不同边缘结构的元件和正四边形元件组合的立体形状示意图。图17是弯曲表面的元件示意图。图18是弯曲表面的元件自我组合的立体形状示意图。图19是弯折表面的元件示意图。图20是弯折表面的元件自我组合的立体形状示意图。图21是弯曲和弯折表面的元件组合的立体形状示意图。图22是卡槽的位置、开口方向和相互拼接的结构示意图。图23是同向卡槽边缘结构的示意图。图24是异向卡槽边缘结构的示意图。图25是具有相同开口方向中心卡槽的边缘结构的示意图。图26是具有不同开口方向中心卡槽的边缘结构的示意图。图27是具有3个开口方向相同的卡槽的边缘结构示意图。图28是具有3个开口方向各异的卡槽的边缘结构示意图。图29是具有3个卡槽的简化卡槽外缘材料的边缘结构示意图。图30是具有3个卡槽的简化卡槽边缘材料的边缘结构示意图。图31是具有3个卡槽的简化卡槽外缘及边缘材料的边缘结构示意图。图32是具有3个卡槽的卡槽长度加倍的边缘结构示意图。图33是具有3个卡槽的直接切出卡槽的边缘结构示意图。图34是具有3个卡槽的有防止滑脱结构的边缘结构示意图。图35是具有3个卡槽的另一种有防止滑脱结构的边缘结构示意图。图36是具有5个开口方向相同的卡槽的边缘结构示意图。图37是具有5个开口方向各异的卡槽的边缘结构示意图。图38是具有5个卡槽的简化卡槽外缘及边缘材料的边缘结构示意图。图39是具有5个卡槽的卡槽长度加倍的边缘结构示意图。图40是具有5个卡槽的直接切出卡槽的边缘结构示意图。图41是具有5个卡槽的有防止滑脱结构的边缘结构示意图。图42是具有5个卡槽的另一种有防止滑脱结构的边缘结构示意图。图43是有相同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤I示意图。图44是有相同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤2示意图。图45是有相同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤3示意图。图46是有相同开口方向的卡槽的元件的拼装结构反面示意图。图47是有相同开口方向的卡槽的元件的拼装结构反面扩展效果示意图。图48是有不同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤I示意图。图49是有不同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤2示意图。图50是有不同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤3示意图。图51是有不同开口方向的卡槽的元件的拼装步骤4示意图。图52是有不同开口方向的卡槽的元件的拼装结构反面示意图。图53是有不同开口方向的卡槽的元件的拼装结构反面扩展效果示意图。[0074]图54是直插卡槽的元件的拼装步骤I示意图。图55是直插卡槽的元件的拼装步骤2示意图。图56是直插卡槽的元件的拼装结构反面示意图。图57是直插卡槽的元件的拼装结构反面扩展效果示意图。
具体实施方式
图1所示的正三角形元件(10)、图2所示的正方形元件(11)、图3所示的正五边形元件(12)，具有相同的边长和边缘结构形状。可以任意拼装为多种立体图形，包括只由单一形状拼装的图4所示的正4面体(13)、图5所示的立方体(14)、图6所示的正12面体
(15)，也可以是由任意2种元件拼装的如图7所示的4棱锥(16)、图8所示的5棱柱(17)，也可以是3种元件混合拼装，如图9所示的阿基米德多面体中的小斜方三十二面体，包括20个正三角形元件，30个正方形元件，12正五边形元件(18)。元件的形状还可以是正6边形、正7边形、正8边形……正N边形，还可以任意拼装出各种组合的立体形状，在此不一一举例。如图10所示的等边多边形的菱形元件(30)，可拼装为图11所示的平行6面体
(31)，也可以拼装成更复杂的立体，如图12所示的菱形十二面体(32)。如图13所示的等腰三角形元件(40)，有I组边缘长度，具有2个长度值，底边长度与正方形元件(11)的边长相等，可拼装为如图14所示的一种不同尺寸的4棱锥(41)。如图15所示的等腰梯形元件(50)，短底边和梯形的腰长度相等，与正方形元件
(11)的边长相等，这2种元件可以拼装出如图16所示的倒放的梯形锥状的碗形立体形状
(51)。为了在拼装时不将正方形元件错拼在梯形的腰上，可以将相等长度的腰设计为另一组边缘结构形状，这样可以避免拼装错误。如图17所示的扇形元件(60)，可弯曲表面，使得2个边缘相互拼装成为如图18所示圆锥形￠2);如图19所示十字形元件(61)，可折弯表面，拼装成为如图20所示立方体容器状￠3);还可以相互组合，拼装成如图21所示组合形状(64)。在图1、图2、图3、图10、图13、图15、图17、图19中，具有相等边长、相同边缘结构的元件(10、11、12、30、40、50、60、61)，都可以相互拼装，组合出各种各样的立体形状。元件的基本形状还可以扩充，可以有相同的边长，或者由有限个数的长度值组成的I组边长，相同的长度和形状的边缘可以相互拼接在一起，组合成各种独特的立体形状。在图1、图2、图3、图10、图13、图15、图17、图19的元件的边缘具有可以相互连接的单一结构。在本实施例中，采用了一种最通用的边缘连接结构来描述，可以适应用于多种材料，但本实用新型不只仅包括这种结构，后述的所有边缘结构及其扩展均适用于图1 图21所描述的实施例中。图22是边缘结构的结构示意图。在材料的基底(71)的边缘具有可相互连接的边缘结构(70)，在沿边缘中心位置(73)对称的两侧位置(74、75)，分布着开口方向相同的2个卡槽(76、77)。卡槽间隙的宽度可接近于材料的厚度，卡槽的外缘形状不限，在本实施例中使用梯形，在实际应用中可使用梯形圆角、方形、方形圆角、圆形、三角形等不同形状。将边缘结构(70)旋转180度，可以得到另一个相同的位置相对的边缘结构(78)。由于卡槽的对称分布、开口方向相同这2个特征， 这两个边缘结构(70、78)的卡槽可以相互扣合，边缘结构可以连接在一起。在图23、图24中，对于较大尺寸的边缘结构，可以沿边缘中心位置(73)对称地分布多对卡槽；卡槽对可以是如图23所示同向分布在边缘结构(80)上，也可以如图24所示方向各异地分布在边缘结构(81)上，其位置可以等距分布，也可以根据使用的材料、实际的功能进行调整，只要保证每对的2个卡槽对称分布、方向相同即可。在图25、图26中，在边缘结构(90)的中心位置(73)，构造了单独一个卡槽，此卡槽与其自身对称；此卡槽的开口方向可以如图25所示与边缘结构(90)的其他卡槽的开口方向相同，也可以如图26所示与边缘结构(91)的其他卡槽的开口方向不同。图27 图35列出了具有3个卡槽的多种常见边缘结构。如图27所示的最简单的边缘结构(95)的具有3个开口方向相同的卡槽；位于两端的卡槽(96、97)处于对称位置；还有一个位于边缘中点的卡槽(98)。这种单向的边缘结构最具通用性，可以适用于大多数材料。组装时，边缘的卡槽通过边缘错位穿插、滑移相互结合。如图28所示的改进型的边缘结构(100)的基本形状是3个方向各异的卡槽，其中在两端的2个卡槽(101、103)沿中心位置对称分布，开口方向相同；并具有一个开口与其他2个卡槽相反的中心卡槽(102)。组装时，边缘结构通过材料变形进行穿插，穿插后材料尺寸恢复，相互扣合。这种改进方式使相邻的两个卡槽结合得更稳固。如图29所示的在边缘结构(110)的相邻的开口相背的2个卡槽(111、112)，卡槽外缘之间的材料合并,构成I个2边开有卡槽的扣舌(113)。如图30所示的在边缘结构(120)两端之一的，向内开口的卡槽(121)，其外缘与边缘一端的材料合并，构成I个I边开有卡槽的扣舌(122)。如图31所示，同时具备图29、图30特征的简化的边缘结构(130)沿中心位置(73)对称的两个卡槽(131、132)，其严格的对称位置分别在两个卡槽的最内点的附近(74、75)；这种边缘结构(130)的2个开口相对的卡槽(132、133)之间的插入宽度(136)是中心位置
(73)与对称位置的其中之一(75)的距离，而2个开口相背的卡槽(131、133)之间的扣舌舌底宽度(135)是中心位置(73)与另一对称位置(74)的距离，插入宽度(136)与扣舌舌底宽度(135)正好相等。但插入宽度(136)小于扣舌(134)的外缘宽度，适用于柔韧性较好的材料，要利用材料的变形才能相互穿插。为了降低拼装操作的难度，可以如图32所示将边缘结构(140)的卡槽长度加倍，使相对卡槽(142、143)之间的插入宽度(146)等于扣舌(144)的外缘宽度(145)，从而边缘结构可以顺利相互穿插结合。这种结构的两个卡槽(141、142)位置仍然沿中心位置(73)对称分布，其严格的对称位置分别在两个卡槽的中点的附近(74、75)。在实际实施中，可以令相对卡槽之间的插入宽度(146)小于扣舌的宽度(145)，以利用材料的变形使结合更稳固。另外，卡槽间隙的宽度可以小于材料的厚度，穿插时卡槽附近的材料厚度尺寸变形，穿插后厚度尺寸恢复，也有利于结合更稳固。如图33所示，对于较薄的材料，加工卡槽时可以直接在边缘结构(150)切出卡槽(151)，简化加工工艺。也可以如图34、图35所示，在边缘结构(155、156)的扣舌舌底加工出防止滑脱的各种结构。图36 图42列出了具有5个卡槽的多种常见边缘结构，适用于尺寸较大的元件，有较长的边缘长度。如果元件尺寸进一步加大，利用相同原理加多卡槽数量，可以很容易地进行扩展。在本实施例中，元件边缘的每2个相邻的卡槽具有相等的间距。这种方式使边缘结构出现周期性结构，使边缘的长度任意延长，有利于使用重复的生产工艺对元件进行加工；另外，可使元件的边缘的每个卡槽均匀受力。包括如图36所示的具有通用性好的单向卡槽边缘结构(170)，如图37所示的每2个相邻的卡槽具有相反开口方向的边缘结构(180)，如图38所示的结构简化的宽扣舌边缘结构(190)，如图39所示的加长卡槽长度的边缘结构(200)，如图40所示的适用于较薄的材料的边缘结构(210)，和如图41、图42所示的带有各种防脱结构的边缘结构(215、216)。在实际应用时，卡槽的数量、分布间隔、开口方向组合、外缘形状、卡槽长度和间隙的宽度、防脱结构的处理等，都可以根据具体的材料、尺寸、功能等因素进行适当的调整。图43 图47是有相同的开口方向卡槽的元件的拼装步骤和结构示意图。如图43所示将两个具有相同边缘结构的元件(220、221)相对错位放置；如图44所示卡槽的外缘置于立体形状的外侧或内侧，相互穿插(230);如图45所示进行滑移(240)，边缘结构相互连接。从如图46所示连接处的反面(250)和如图47所示反面扩展效果图(260)可见，连接处外观平整。对于无法弯折的刚性片材，连接结构可置于外侧；对于一般性的可以折弯的片材，可以沿边缘折弯，将穿插结构置于立体形状的内侧，从而接口处结构可在立体形状的内侧隐藏。图48 图53是有不同的开口方向卡槽的元件的拼装步骤和结构示意图。如图48所示将两个具有相同边缘结构的元件(270、271)相对放置；如图49所示将边缘上卡槽相背部分的材料(282、283)弯曲，使相对的边缘结构(280、281)的处在尺寸收缩的状态；如图50所示进行相互穿插(300);如图51所示,释放后,材料尺寸恢复(310),边缘结构相互连接、锁定，从而具有更稳固的结构。从如图52所示连接处的反面(320)和如图53所示反面扩展效果图(330)可见，连接处外观平整，接口处结构可在立体形状的内侧隐藏。图54 图57是直插卡槽的元件的拼装步骤和结构示意图。如图54所示将两个具有相同边缘结构的元件(340、341)相对放置；如图55所示相互穿插(350),这里主要利用插入宽度小于扣舌的宽度，或者利用材料厚度在穿插时受到挤压，穿插后厚度恢复，进行相互连接和锁定；从如图56所示连接处的反面(360)和如图57所示反面扩展效果图(370)可见，连接处外观平整，接口处结构可在立体形状的内侧隐藏。以上所述实施例只是本实用新型较佳的实施例，本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型的启示下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均属于本实用新型的保护范围。本实用新型的保护范围涵盖于权利要求及其等同变换。
权利要求1.一种具有对称分布卡槽的片状拼装组件，其特征在于: 多个元件的有相同长度的边缘，具有I组或I组以上的形状；所述的每一组形状具有I对或I对以上的卡槽；所述的每对的2个卡槽的位置沿边缘中点对称分布，并且开口方向相同。
2.根据权利要求1所述的拼装组件，其特征在于:元件的边缘中点有I个卡槽。
3.根据权利要求1或2所述的拼装组件，其特征在于:在元件边缘的相邻的开口相背的2个卡槽，卡槽外缘之间的材料合并，构成I个2边开有卡槽的扣舌。
4.根据权利要求1或2所述的拼装组件，其特征在于:在元件边缘两端之一的，开口向内的卡槽，其外缘与边缘一端的材料合并，构成I个I边开有卡槽的扣舌。
5.根据权利要求1或2所述的拼装组件，其特征在于:在元件边缘的每2个相邻的卡槽具有相反的开口方向。
6.根据权利要求1或2所述的拼装组件，其特征在于:在元件边缘的每2个相邻的卡槽具有相等的间距。
7.根据权利要求1或2所述的拼装组件，其特征在于:元件的边缘具有I组长度值，所述的I组长度值由有限个数的长度值组成。
8.根据权利要求7所述的拼装组件，其特征在于:元件的形状是边数为3、4、5……N的包括正多边形在内的等边多边形。
9.根据权利要求1或2所述的拼装组件，其特征在于:元件具有弯折或弯曲的形状。
10.根据权利要求9所 述的拼装组件，其特征在于:单个所述的元件具有可相互拼装边 缘。
专利摘要一种具有对称分布卡槽的片状拼装组件，其特征在于多个元件的有相同长度的边缘，具有1组或1组以上的形状；所述的每一组形状具有1对或1对以上的卡槽；所述的每对的2个卡槽的位置沿边缘中点对称分布，并且开口方向相同。本实用新型可实现拼装各种立体形状；装配时不须要使用辅助材料，仅依靠元件本身的结构相互连接；任意元件的边缘只要长度和形状相同，都可以自由任意地组合连接在一起；组装之后，立体形状外观平整，接口处结构隐藏，能够体现出元件表面的主体形状。可用于制作教具、玩具、模型、包装、展示等方面。
文档编号F16S5/00GK202972490SQ20122048233
公开日2013年6月5日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者冯卫国 申请人:冯卫国