专利名称：玩具积木的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的玩具积木。本发明还涉及一种如权利要求11的前序部分所述的适用于玩具积木的螺杆以及一种如权利要求14所述的螺丝起子。
背景技术：
用于一个接一个地堆叠起来的玩具积木一般在其顶表面具有键(stud)而在其底表面具有相应的凹槽。能用或大或小的力将键推进所述凹槽内，其中结合力与两积木所建立相互联结的强度有关。当经过几个回合的连接与分离后，力量一般会减弱，且连接强度随旋转间隙(rotationalplay)的增加而减小。特别地，新积木的组装需要相当大的力使得其不太适合较小的儿童。
另一衡量标准是用仅仅少数几种积木构建三维结构的能力与简易性。大多数已知的积木系统为了应付不同的情况而提供相当多数量的特殊形状积木。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种玩具积木，仅仅用较小的力就可以将该积木连接在另一积木上，且提供良好的相互连接强度，特别是在考虑旋转间隙的情况下。
本发明的另一目的是提供一种将所述积木紧固起来的装置。
所提到的第一个目的通过权利要求1中所定义的玩具积木达到。进一步的权利要求定义了实现第二个目的的紧固装置的一些优选实施例以及用于操作紧固装置的工具的一些优选实施例。
因此，根据本发明的玩具积木在其表面上具有至少一个键。大致为圆柱形的键具有一个类似齿轮的横截面，齿以及所述齿之间的槽沟倒圆角。优选地，横截面由一系列圆截面组成，或更通常地由一系列曲线截面组成，这些截面连续排列，具有交替凹凸的特征。优选地，槽沟由具有较大直径的圆弧形成，也就是与齿相比它具有较小的曲率。
与键互补，在积木底面，凹槽具有至少一个竖直延伸的脊。如果键嵌入一个凹槽内，脊滑入键的槽内。这种运动需要相对小的力。相比之下，因独特的横截面，对于旋转没有明显间隙存在，即使在多次组装/拆卸之后也是如此。
将参考附图通过一个优选实施例详细说明本发明，在所述附图中图1所示为一个由根据本发明的玩具积木构成的具有一个加入的板的排列的正视图，其中有局部剖视；图2所示为图1所示排列的俯视图；图3所示为一个三键积木的侧视图，其中局部剖切；图4所示为一个二键积木的俯视图；图5所示为一个2×2键积木的俯视图；图6a所示为一个螺杆的具局部剖视的正视图；图6b所示为图6a所示螺杆的俯视图；图7a所示为一螺丝起子的正视图；图7b所示为图7a所示螺丝起子的俯视图；图8所示为一个二价(bivalent)积木的纵剖面；图9所示为图8所示积木的俯视图；图10所示为可移除柱的剖视图(a)和俯视图(b)；剖视图沿图10b中的X-X线；图11所示为一个短螺母的纵剖图；图12所示为一个长螺母的纵剖图；
图13所示为一个第二种螺钉的侧视图；图14所示为沿图15中的XIV-XIV线的一个具有二价积木的安装设备的纵剖图；图15所示为图14所示排列的俯视图；图16所示为具有水平半槽的堆叠结构块的侧视图；图17所示为图16所示一个结构块的俯视图；以及图18所示为结构块的一个成角度排列的俯视图。
具体实施例方式
玩具积木1在其顶表面4具有键3，在其底表面7具有一个或多个凹槽6(图3)。键3具有一个类似齿轮的横截面，齿9和其间的空隙或槽沟10为圆角形。特别地，它们构成一个基本上为圆形截面的圆形排列，具有交替的曲率方向。在实例中，齿顶12的曲率的绝对值明显高于槽10的曲率。键的横截面为八折对称，即齿依照一规则八边形排列。
由于这种旋转对称，键3从而积木能够以固定旋转方向连接到另一积木1——旋转方向以45°为幅度变化，也就是两个积木可以呈直线、横交(90°)和成45°角。因此，能够构造出多种三维排列。
互补地，积木1底面的凹槽6具有一个竖直延伸的脊14。脊14的横截面选择成使得脊14容易滑入嵌入凹槽的键3上的槽10内，而且提供一紧贴的(snug)旋转固定。
在实例中，对应每一键提供一个凹槽并且每一凹槽具有四个脊14。
为了获得可靠的相互连接，一个积木的变体(比较图1、3)在每一键3中设有孔17，孔17具有第一螺纹19。在孔17中可插入一个螺杆21。螺杆21在其较粗的中部具有一个第二螺纹23，在其端部具有一个第三螺纹25以及在其头部29内具有一个第四螺纹27。第三螺纹25与第四螺纹27匹配，以便上部积木33内的螺杆31能旋入下面积木37内的螺杆35的头部29内(图1)。
去掉螺杆后，为螺杆准备的积木能够与第一种不具有孔17的积木一起使用。同样，第一种积木可堆叠到第二种积木上，不论是否存在螺杆。为了从第一种积木过渡到第二种积木，后者可以例如具有省略支承第三螺纹的端部的螺杆。
螺杆21的头部29为圆柱形并具有一个中央圆形槽39。槽39的侧壁的形状也类似齿轮，但这里，指向内的齿40不是圆形的，尽管指向外的槽41(图6b)是圆形的。因此，一个互补形状的螺丝起子43能通过嵌入螺杆21的头部凹槽39来操作螺杆21。螺丝起子43简单地为一具有所需互补形状44的横截面的杆。一方面，此工具应用简单，因此适合低龄儿童，且不平整的表面确保可以很好地抓紧。此外，因其不平整的表面螺丝起子不会滚开，且当嵌入一螺杆头部后，其自身就可立于头部中。
回到积木1，其外侧表面具有插槽46，板47可嵌入插槽46(比较图1)。因此，具有积木的装置可与展示装饰48、颜色、卡通图案肖像的板、其它的功能部件(轮子、产生声音或音调的装置)和类似物相结合。
插槽46与螺栓3的中心轴平行布置以便板47构成积木1的一个规则延伸。在实例中，插槽46布置于90°的位置，但可以提供其它插槽，例如在45°的位置。
一般地，积木1可提供一个(图1；49)或多个键3，相当于结构单元。如图4示出一个积木50具有两个键或两个结构单元，图1、2和3示出一个具有三个成直线分布结构单元的积木51，而图5示出一个具有四个成一方形分布结构单元的积木52。同样如图所示，积木的拐角可能具有边脊，但为了安全稍微倒圆角(比较图5，边脊54)，或积木的端部形状可类似于圆柱形(比较图1，单键积木49的形状，和图2及图3，二键和三键积木50和51的边脊部分)。
图8和图9示出一个二价结构积木67此积木在其上面和底面均具有凹槽6，该情况下一面五个。优选为奇数个，因一个凹槽(或一个键)位于积木的中间。在二价结构块67的凹槽内，可嵌入另一结构积木的键3。因此，可以组建朝向相对的结构积木堆叠。
为二价结构块67的凹槽6提供键也是可能的。图10示出一键嵌入物70。在中心，一个基座72具有一个在一端对应于螺杆21(或第二螺杆74，看下文)的放大部分73。
嵌入物70可通过借助于螺杆21、70和一短螺母76或长螺母78安装和固定在凹槽6内。其差异在图14中示出短螺母76装配在凹槽6内因而其不突出。相反，长螺母78从凹槽6突出来，如此形成在相反方向延伸的另一键6。
当然，两种螺母展示了大体上与嵌入物70——也就是如图10b所示的键相同的外形。尽管嵌入物70和长螺母78可能在一末端不具有此种外形，且对于短螺母76也不是必需的，因此，螺母76、78与嵌入物70被固定在凹槽内并不能旋转，因此便利了螺杆21、74的固定。
螺母76、78的内螺纹80与螺杆21、74的第三螺纹25匹配。另一方面嵌入物70不具有螺纹，以便一个螺杆21、74穿过而不需要旋拧。
至于螺杆74，与螺杆21相比较，其具有一明显短的第二螺纹82。通过与第一螺纹19相结合可看到键3的内部被缩短了。
基本上，螺纹19到孔17下端的有一小间距以便螺杆74能拧过短螺纹19，直到螺纹82位于螺纹19的下方，从而螺杆可自由转动(系紧螺杆)。
如图14所示，孔17可具有一缩短为大约一圈的第一螺纹84，而该螺纹位于孔17的底端向上至少大约螺纹82的高度的位置。因此，螺纹84的下方，形成一螺纹82能自由运动的空间86。
图14和15示出一安装于一个二价块67上面的三键块51。一个可拆卸键嵌入物70使用一螺杆88和一短螺母76固定在一凹槽6内。在嵌入物70上，三键块51正交于二价块67放置并使用另一螺杆89固定。
在二价块67的底面，一个二键块50沿与三键块51相反的方向安装，也就是颠倒的。为了这个目的，一长螺母76借助于一螺杆90固定于一个二键块51的凹槽6内。这种布置可通过向凹槽81嵌入另一键嵌入物70、驱动螺杆21、74通过嵌入物、并将其拧入长螺母76的螺纹80来进一步固定。当然，缩短的螺杆21、74不需要嵌入物70即可达到此目的。但是，通过引入一个具有第二长度的螺杆，该装配系统变得更复杂。
图16-18显示，积木93-97在其上下水平边缘分别沿横向边缘具有额外的半槽99、100。通过装配两块，也就是块93、94，半槽一起构造一个槽102，槽102中可安装一个板47。
图16展示了结构块的一个重要特性。由于键3的有效高度，也就是凹槽6内的有效啮合，以及凹槽6的脊14在键3的相应槽10内的正啮合(positive engagement)，即使在没有集合块(the blocks together)的情况下，且尽管使用了两块的两个终端键，图16的排列仅示出一上部结构块94的微小倾斜。此外，由于正啮合，即使力104也不会明显增加倾斜角106。还要说明的是这种优点是在保持装配的容易与流畅的情况下获得的，与结构块必须通过挤压形成稳定连接而强制在一起的系统不同。
采用了本发明的构造系统的另一特性是其几乎不受磨损。
最后，参考图18，图中示出了一成角度排列。明显地，通过键的例示八折旋转对称，45°和其倍数的角度都可实现。仅在这种成角度的排列中，竖直的内部连接的刚度是一个优点，而且甚至在不需要螺栓连接的情况下允许桥梁结构。
所示积木的另一有利方面在于其基于一立方体单元，也就是一个体积单元的单位高度60、单位宽度62和单位长度64都相同。因此，构建三维结构得以简化，且需要积木种类的数目也减少到仅仅较少几个。
作为变体，可以这样考虑积木，其中一个或其它尺寸(长、宽和/或高)为一基本单元的整数倍或分数倍。
积木采用吹塑法加工。由于如此得到的积木是空心的，它们很轻甚至可以漂浮。采用这种加工方法，例如可制造基于60mm长度单位的积木，它们不易磨损且由于其尺寸而适合低龄儿童，而且还很轻。对于吹制法，一个优点是尖锐的边脊能完全从积木的外形上去掉。
还要说明，作为一个实例，也可以将吹制的积木作为一个包装用于流体物质如饮料或液体皂，不丢弃该包装而将之作为一个玩具。
积木也可通过其它方法如注塑法加工。但是，吹制法与注塑法相比在表面成形方面具有更大的自由。
实践中，可看到另一有利特性通过吹制方法加工的积木很容易放入另一积木，而键的表面在堆叠在上面的结构的凹槽内的接触区域表现出附着效应。这种效应提高最终结构的稳定性与刚度而不损害易于拆卸的性能。从美学的角度，可以注意到键的形状使人想起了花，它给人一有吸引力的印象——特别对于较小的儿童，并且用作装饰部件。
同样，螺杆可采用任何合适的方法加工。例如，它们可吹模制造。从而得到的螺杆是空心的并且重量轻。另一相近的加工方法为注塑法。
从对优选实施例的描述看出，本领域的技术人员可容易地不背离权利要求定义的本发明的范围而作出修改。
可想到的一些修改为积木可具有其它任何数目的成各种排列的键和/或凹槽，例如6个、8个键和/或凹槽。
键的对称分布可改变，如可选择一个对应于30°的旋转幅度的十二折对称。甚至可考虑奇数个的对称分布，只要它们产生了更加简单而不是更难的结构，如果这种结构对于儿童不是无法实现的。
基本单元可在一个宽的范围内变化。同样，一个或另外的单元可与其它基本单元不同，例如高度单位可为宽度单位和长度单位的一半。
积木可包括多种材料，这些材料可用于所选的加工方法，尤其是吹制法。优选的材料当然是轻质材料如聚合物——可能用纤维材料加强，甚至于是源于有机的或生物的材料。
基本的形状可改变，例如与一个瓶，或一个容器等早先使用的形状相符合。
底面凹槽可形成其它形状，比如具有三侧壁，每个侧壁具有一个脊，或至少一个侧壁具有脊用于旋转固定，可以用多个侧壁形成一个多边形横截面。
顶面可相对于底面倾斜以构造成角度的堆叠。
至于固定方法，使用卡口连接器。
键3的高度、和/或凹槽6的深度可改变。当然，凹槽6应能完全接纳一键。优选地，键的高度至少为单元高度60的30％，最优选为大约三分之一。同样规则应用在凹槽的深度上，可具有一定余量以补偿制造公差。
权利要求
1.能够堆叠的玩具积木(1)，其带有至少一个位于其顶面(4)的键(3)以及至少一个位于其底面(7)的凹槽(6)，其中键(3)可嵌入凹槽(6)内，其特征在于键(3)的横截面类似齿轮，所述的键(3)呈现一个圆周排列的、大体等间隔的齿序列，所述齿带有倒圆角的齿顶(12)并且其间的槽沟(10)也倒圆角，凹槽(6)的侧壁上具有至少一个大体竖直延伸、与槽沟(10)形状互补的脊，并且凹槽(6)的形状为插入该凹槽的键(3)由至少三个接触区引导，至少其中一个接触区是一个可啮合入槽沟(10)内的脊(6)。
2.如权利要求1所述的玩具积木(1)，其特征在于凹槽(6)内具有至少三个脊(14)，优选具有四个、六个或八个脊，且最优选为具有四个脊。
3.如权利要求1或2所述的玩具积木(1)，其特征在于脊(14)构成在嵌入时引导键(3)的主要接触区域优选构成全部接触区域。
4.如权利要求1至3中任一项所述的玩具积木(1)，其特征在于键(3)呈现一个至少为4个的旋转对称。
5.如权利要求1至4中任一项所述的玩具积木(1)，其特征在于键的旋转对称为6个，8个或12个，优选地为8个。
6.如权利要求1至5中任一项所述的玩具积木(1)，其特征在于其包括大体为立方的结构单元，每一结构单元具有一个键(3)和一个凹槽(6)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的玩具积木(1、33、37)，其特征在于在至少一个键(3)或一个凹槽(6)的中心，一个通孔(17)具有一个第一螺纹(19)，该孔(17)从积木(1)的顶面延伸至底面，以便一个螺杆(21)可拧过结构块(1)。
8.如权利要求7所述的玩具积木(1、33、37)，其特征在于所述的孔(17)在键(3)内具有一个能接纳一个螺杆(21)的头部的扩大部分。
9.如权利要求1至8中任一项所述的玩具积木(1、33、37)，其特征在于它可采用吹制法制造，优选地通过吹制一种以高分子物质为主要成分的材料制造，以便获得一种空心、重量轻的产品。
10.如权利要求1至9中任一项所述的玩具积木(1、33、37)，其特征在于它具有插槽(46)，优选地具有竖直延伸的插槽，用于保持例如板(47)的结构元件的边脊。
11.如权利要求1至10中任一项所述的玩具积木，其特征在于它包括一种仅具有凹槽(6)的二价积木(67)，且至少一个键(3)由具有键(3)外形的件(70，78)实现，但使其长度加倍，以便当嵌入二价积木的一个凹槽(6)时它构成一个键(3)。
12.包括至少一个如权利要求7至11中任一项所述的玩具积木的玩具积木组，其特征在于它进一步包括至少一个具有头部(29)的螺杆(21，31，35；74)、一个位于其主体中部与第一螺纹(19)匹配的第二螺纹(23)、一个位于其主体末端部分且直径比第二螺纹小的第三螺纹(25)、和一个位于螺杆头部(29)内的第四内螺纹(27)，第四螺纹(27)与第三螺纹匹配以便螺杆可拧入另一螺杆的头部。
13.包括至少一个如权利要求7至11中任一项所述的玩具积木的玩具积木组或如权利要求12所述的玩具积木组，其特征在于它包括至少一个螺杆(21，31，35；74)，该螺杆在其主体具有一个与第一螺纹(19)匹配的第二螺纹(23)用于拧入一个玩具积木的所述孔(17)内，并且该螺杆的头部(29)内具有一个凹槽(39)，该凹槽具有一个横截面，该横截面包括规则排列、向内的由类似圆形的槽沟(41)分开的齿顶(40)，以便一个工具(43)具有互补形状的末端能嵌入且旋转固定在头部(29)内。
14.如权利要求13所述的玩具积木，其特征在于其头部(29)内的凹槽(39)的横截面具有至少4个齿顶(40)，优选地具有6个到12个齿顶(40)。
15.如权利要求12或13中任一项所述的玩具积木组，其特征在于至少一个、优选所有的螺杆(21、31、35；74)具有一个头部(29)、一个位于其主体中部与第一螺纹(19；84)匹配的第二螺纹(23，82)、一个位于其主体末端部分且直径比第二螺纹小的第三螺纹(25)、以及一个位于螺杆的头部(29)内的第四内螺纹(27)，第四螺纹(27)与第三螺纹匹配以便螺杆能拧入另一螺杆的头部内。
16.如权利要求12至15中任一项所述的玩具积木组，其特征在于它包括一个适用于螺杆(21，31，35；74)的螺丝起子(43)，该螺丝起子大体上为一个杆，该杆的横截面大体与螺杆(21，31，35)内的凹槽(39)形状互补。
全文摘要
本发明公开了一种用于堆叠的玩具积木(1)，所述玩具积木(1)在顶面(4)具有一个或更多键(3)并且在底面(7)具有凹槽(6)。键(4)呈现一个类似齿轮的横截面，具有倒有圆角的齿顶(12)以及位于所述齿(12)之间的倒有圆角的槽沟(10)。每个凹槽(6)具有与槽(10)的形状匹配的几个竖直延伸的脊。所述键容易滑入滑出凹槽(6)，但却可以获得一个小间隙的旋转间隙(arretation)。优选地，该积木可以通过吹制过程制造，并且可以具有用于安全连接的螺杆(21)。外部的插槽(46)可以允许与具有图片的板(47)、其它功能元件等相连接。
文档编号A63H33/08GK1767880SQ200480009084
公开日2006年5月3日 申请日期2004年4月1日 优先权日2003年4月4日
发明者特奥多鲁斯·S·A·罗尔夫 申请人:泰克诺布鲁克有限责任公司