专利名称：积木式结构系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种积木式结构系统，用于例如教学目的或者用作玩具，该系统含有至少两个通过连接机构可拆卸地互相连接的部件，所述的连接机构含有两个构成上述的一个部件的一个壁的一部分并且还构成上述壁中的一个或两个通孔的边界的连接边；和两个分别适于插入上述通孔并且分别含有至少一个为插入通孔的用于与相关的连接边强制配合的卡紧边的连接凸缘，因此，在实现上述的强制配合后，只要沿向后移动的方向施加一个极小的力便可发生向后移动。
这种结构系统在例如美国专利US-A-3195266中已公开过。这类系统的问题在于，不同零件之间的连接很难拆开。为了松开这种连接，必须对组件的两个连接边同时施加相当大的力才能使连接沿大致的轴向方向脱开。此外，上述美国专利的结构系统没有采取任何措施来使部件间的连接永远保持无间隙并且不卡搭作响。
本发明的目的是提供一种不存在现有技术的上述缺点的积木式结构系统。为此，本发明的结构系统具有如下特征在连接状态时，连接边和连接凸缘在倾斜的连接面的偏压下互相压紧，因此，通过绕一组连接面的转动，可使另一组连接面间的接触脱开；一个止动面与一组连接凸缘相连接，在连接状态时，该止动面以一定的力压靠在至少一部分连接边上，从而使部件间的连接没有间隙；和上述的部件至少部分地由塑料制成。
一个最佳实施例的特征是，其连接面大致是凹形的。
一个具体实施例的特征是，其连接边和连接凸缘在它们的远离上述连接面的侧面上具有倾斜的加压面，该加压面在受到压力时可以相互滑动而实现连接。按照本实施例，对上述倾斜部位施加一个压力就可实现连接。显然，上述所需的压力也取决于连接凸缘的弹性和互相滑动的表面间的摩擦系数。要脱开上述的连接也是如此。
一个具体改型的特征是，上述加压面的形状大致是凹形的。
具体来说，在该实施例中，无论连接面还是压力面都是大致为凹形的，这有利于使连接凸缘和与它强制配合的连接边部分都具有大致相同的形状。
具体的实施例可以有利地具有这样的特征，即，其连接边和连接凸缘都做成非圆形的，以防止连接部件的相对转动。
在一个推荐的实施例中，止动面构成凸缘板件的一部分。
上述原则的一个具体改型的特征在于，上述凸缘板件是永久磁铁的。因此，铁磁性的部件可与做出的构件实行磁性连接。
一个另外的实施例的特征在于，上述凸缘板件可齐平地安装在连接边的凹槽内。
该实施例最好这样来实施使凸缘板件以极小的间隙安装入上述的凹槽中。
一个具体实施例具有如下特征一个部件含有两组设置在凸缘板件两侧的连接凸缘，并且，上述凹槽的深度等于凸缘板件厚度的一半，这样，两个与上述部件相连接的部件就按照至少基本上相互依靠的关系从它们的连接边定位。
另一个实施例含有用于将连接凸缘在大的定向拉力的作用下置于插入状态的拉紧机构，因此，只有在该拉紧机构不起作用时连接凸缘才有可能向后移动。
上述实施例可以具有如下特征，即其拉紧机构可用控制机构从外面加以控制。
一个具体实施例的特征是，上述的控制机构含有用于表明拉紧机构是处于工作状态还是非工作状态的指示装置，该指示装置可以做成例如颜色编码器。
本发明的结构系统最好具有如下特征，即上述的部件用塑料例如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或聚丙烯(PP)制成。使用高强度塑料例如ABS的优点是部件的使用寿命很长，即使在长期使用甚至粗暴使用的情况下也是如此。当采用非夹紧或非卡紧式连接件时，硬ABS是很好的材料。在要求材料有弹性的情况下具体说是在夹紧连接或卡紧连接的情况下，可推荐用较软的更有弹性的塑料，例如聚丙烯。
具有塑料部件的系统的特征在于，这些部件由注射模塑法制成。
另一个实施例的特征在于，上述部件是通过挤压、然后将挤压件分成棱柱形棒块、再有选择地去除指定部位而制成的。
应当明白，“棱柱形”一词应理解为代表一种在任何位置上其垂直于主要方向的截面均有相同的形状。
下面参看一些随意的、不限制本发明的实施例的附图来说明本发明，附图中
图1是本发明第1实施例的局部透视图；图2是图1的连接部件的局部侧视和局部剖视图；图3是第2实施例的透视图；图4是图3的处于连接状态的部件的Ⅵ-Ⅵ剖视图；图5是第3实施例的局部剖开的透视图；图6是沿图5的Ⅵ-Ⅵ面的剖视图；图7是第4实施例的局部剖视透视图；图8是第5实施例的透视图；图9是图8的对开组合块处于安装状态的剖视图；图10是第6实施例的局部透视图；图11是图10的组合块的局部顶视和局部剖视图；图12是图10的处于安装状态的组合块的垂直于图11的剖面的剖视图；图13是第7实施例的相当于图1的视图，其中也示出了采用挤压的制造方法；图14是第8实施例的透视图；图15是第9实施例的相当于图2的视图；图16是由多个分部件组成的第10实施例的透视图；图17是第11实施例的透视图；图18是第12实施例的分解图19是第13实施例的透视图；图20是第14实施例的透视图；图21是第15实施例的局部透视图；图22是图21的部件处于张开状态的剖视图；图23是处于未张开状态的部件的相当于图22的视图；图24是第16实施例的分解图；图25是第17实施例的分解图；图26是与图24所示第16实施例相似的第18实施例的透视图；图27是第19实施例的局部剖视图；图28是与图26所示的第18实施例相似的第20实施例的局部分解图；图29是构成图28的框架的分部件的局部分解图；图30是第21实施例的局部透视图；图31是第22实施例的框架的局部透视图；图32是第23实施例的框架的局部透视图；图33是第24实施例的框架的透视图；图34是第25实施例的局部透视图；图35是图34的实施例的剖视图；图36是第26实施例的透视图；图37是第27实施例的透视图；图38是图37所示部件组合的透视图；图39是图36所示部件组合的透视图；图40是第28实施例的透视图；图41是第29实施例的透视图；图42是图40所示部件组合的透视图；图43是本发明第30实施例的建造积木的透视图；图44是第31实施例的建造积木的组装图；图45是本发明的建造结构的局部分解透视图；图46示出5个本发明的建造积木，它们全都按第32实施例实施但尺寸不同；
图47是按照本发明由两个相同的第33实施例的部件组成的建造积木的分解图；图48是第34实施例的局部剖切的透视图；图49是第35实施例的透视图，其中画出的组合部件互相隔开一定距离；图50是图49的建造积木组装后的透视图；图51A是第36实施例的透视图；图51B是第36实施例的侧视图；图52A是图51所示实施例的改型的侧视图；图52B示出图52A的建造积木的一个应用实例；图52C是图52A的建造积木的顶视图；图53是第37实施例的局部透视图，其中，两个建造积木由一根螺杆支承，并可通过它的转动而沿轴向移动；图54是第38实施例的透视图，其原理与图53所示实施例相同；和图55是第39实施例的局部透视图在所有的图中，作用相同的部件尽可能用相同的标号表示。
图1示出本发明的积木式结构系统的两个部件一个是组合块1，一个是框架2。框架2含有一个由4个互相垂直的连接边限定的通孔3，所述的连接边全用标号4表示，并全都具有图示的台阶式结构。
组合块1具有一个中央板件5，其厚度为框架2的第一台阶6高度的两倍。
如图2所示，两个框架2可通过组合块1互相连接而不留中间空隙。中央板件5的两个侧面上分别具有两个带圆形外边8的连接凸缘7。在图2所示的连接方法中，上述凸缘7放入时可与内台阶9形成卡紧的强制配合状态。这种卡紧的强制配合是靠外边8的图形形状来保证的。只要施加一个较大的力就可将组合块1与框架2之间的连接从图2所示状态松开来。
图3示出一种组合块10，其带有圆形外边8的连接凸缘11放入时可与框架2形成卡紧的强制配合状态，如图4所示，但是，如果需要的话，可通过一种像偏心凸缘12那样动作的拉紧机构来阻止其向后的移动，上述的偏心凸轮12可通过一种插入形状与其相对应的孔14内的工具13使之转动，由于这种转动，凸轮12的外表面就压在凸缘11的具有较大曲率半径的相应的弯曲凹面15上，从而有效地驱动上述凸缘11，并随时阻止其向内的移动。只要松开上述的拉紧机构，就可以使图4所示的连接状态脱开。
图5和6示出单侧实施的但基于与上述组合块10同样的原理的组合块16的应用。在本实施例中，通过两个联动的伞齿轮17的直角传动实现上述的应用，该伞齿轮17通过相应的轴18确保凸轮12与一个可从外面进入的控制件14间的连接。
图7示出一种改型，其中，组合块19含有一个可由齿轮20带动的凸轮12，上述的齿轮20安装在轴18上，并与构成同轴设置的控制杆22之一部分的齿条21联动，上述的控制杆22的长度可使凸轮12不工作时它的一部分凸出在积木结构之外，而在凸轮工作时另一部分则凸出来。因此，使用者可经常知道他应进行什么样的动作才能使拉紧机构进入与通常状态不同的状态。为了避免模棱两可的情况，控制杆22的两端可分别涂上清晰可认的不同颜色，以分别表示拉紧装置处于工作状态和不工作状态。
图8示出一个实施例，其中，组合块23分成两半拉，凸轮12像图3所示第二实施例那样动作。在本实施例中，外边8构成连接凸缘，但它没有弹性，所以只通过凸轮12的转动便可分别进行连接和脱开。这种结构由盘件25支承，该盘件25通过摩擦与组合块23的相同的两个部分24互相连接。对开式组合块23含有加强筋71、72，该加强筋71、72按图9所示的方式卡入由两部分73、74组成的框架内，采用这种方法便能与外边8形成紧配合。
图10示出一种组合块29，在本实施例中，在其棱柱形本体之两端模压出盖子26，该盖子26通过薄片铰链与主体相连接，它的形状使之能够卡入由连接凸缘7构成的空间内。注意，图1中具有的竖条27在本实施例中是没有的。如图11所示，盖好的盖子26可以用工具28将它打开。
图12是图11的组合块的剖视图，该剖视图的方向与图11的剖视图相垂直。
图13示出一个实施例，其中组合块30的形状大致为棱柱形，也没有图1那样的竖条27。组合块30用一种挤压件31制成，所述挤压件31按固定的间距32依次切短，然后再切去部分33，得到台阶34。
图14示出的组合块35由3部分组成，即一个隔板5和两个通过连接轴37与板件5相连接的相同的凸缘组件36。因此得到由三个部件组成的结构，上述三个部件可以按照与组合块30完全一样的方式组合。但是，在本实施例中，凸缘组件36可以相对于隔板5作任何所需角度的转动。
在图15示出的实施例中，其内台阶38与图2中的内台阶6不同，它的形状是圆形的，这就方便于连接和脱开。
图16示出图14的第8实施例的改型，其中，板件5与凸缘组件36通过燕尾接头互相连接。
图17示出一种在其一侧具有凸缘组件40而另一侧具有套筒41的组合块39，所述的套筒41用于例如可转动地插入一根轴。
图18示出一个将图1所示的第一实施例与图17所示的第11实施例有效结合的实施例。
图19示出两个组合块41、42通过铰链43互相铰接的实施例。
图20示出第14实施例，其中，两个组合块44完全相同，并且其结构都与图16所示的第10实施例相似。组合块44分别通过燕尾接头由支承件45支承。两个支承件45是一样的，并沿相反的方向相面对，它们与枢轴46一起构成一个铰链。注意，无论什么类型的铰链都可用于组合块的互相面对的边缘上。
图21、22和23示出一种与图8所示的第5实施例一样可通过偏心机构来扩张的组合块47。可转动的盘件48具有两个分别与组合块47的半拉51的对应内表面50互相作用的倾斜加压面49。图22和23分别示出扩张的和非扩张的状态。盘件48的圆周表面上带有加强筋，因此，使用者可用其手指施加所需的转动力。另外，也可做出一个或多个凸块来使用它。
图24示出一种其一侧与框架2相连接而另一侧带有两个用于与具有框架55的板件54相连接的凸缘53的组合块52。
图25示出一种改型，其中，组合块56含有4对连接凸缘57。最多可将4个板件55互相连接起来。也可以是一个板件的长度按图24的方式等于组合块56的整个宽度或者说长度，而另两个板件则延伸至这个连续板件处。
图26示出一种具有4个具体按照图1的通孔3的框架58，组合块1卡入该框架内。
图27示出两个可与连接件60相连接的板件59，上述连接件60可与例如图1所示的孔3的周边相连接。板件59的厚度相当于台阶62的高度，孔3的互相面对的边则具有相似的凹槽。因此，板件59与连接件互相连接时其底面可不出现任何凸出部分，而上面所述的组合块则常有凸出的情况，即使是像图1所示的单侧形式的组合块1也不能达到无凸出部分的标准，因为板件5的厚度安装到两倍于台阶9的高度上。
现在可看出，图26所示的框架58可以使4个板件互相连接起来。这些板件与板件59一样，在它们的4角位置上带有孔3。
图28示出组合块1、框架2与板件63之间的连接。
图29示出框架2可由注射模塑法制成两个部件64、65。再通过销-孔连接机构互相连接起来。也可以不要销子66和相关的孔(未示出)，在此情况下可以采用例如胶合连接法，其优点在于部件64、65可以是完全一样的。原则上任何合适的连接技术都可采用，例如可以用卡扣连接法、夹紧连接法、焊接连接法等。
图30示出的实施例中，组合块67具有大致为转动对称的形状，带有相应台阶的框架69中的通孔68的形状与之相匹配。图30清楚地示出组合块67具有一个较大的通孔70，这对于本实施例用在儿童玩具的情况下是重要的。假如小孩不慎吞下组合件67，孔70就会保持空气的流通，而不会发生窒息问题。图30所示的结构最好做成加强筋75、76在其轴向朝外的一侧带有起到定位边作用的倒棱，因此它们很容易通过框架69中的内台阶77。图中简要地示出一旦组合块67与框架69组装固定后，可采用简图中所示的可轴向推动的工具79紧压凸部78而分离开来。
图31、32和33示出另外的几种框架71、72和73。
图30所示的组合块67适合于与图示中框架或建造积木72中指定的孔68互相强制配合。注意，孔68的侧边仅仅是简单地画出，但是，按照本发明的设计，它具有例如图2所示的剖面形状。
由于孔68内有凹槽84，故组合块或者说建造积木67可插入孔68内并且不会转动，在此情况下，可在建造积木67的加强筋30下方设置至少一个与凹槽84相配合的凸部。
防止积木转动的另一种方法是将孔85做成如图31所示的非圆形孔，而对应形状的建造积木块可与该孔强制配合。
图34和35示出第25实施例，示出的组合块80具有棱柱形的形状，并且在这一点上与图13所示的第7实施例相当，与图13的组合块30相比，组合块80的连接凸缘81要长一些。由参看图30的论述推论，有可能通过使用工具82沿箭头83轴向加压而使连接凸缘81从其弹性夹持位置脱离框架2(如图35所示)，因此，通过施加一个轴向的连续压力就可将组合块80从框架2取出。
工具82也可以做成通过转动它而施加上述的轴向压力。
图36示出一种建造积木86，考虑到其相关的功能方面可参看上面所述的实施例的相应说明，故这里不必详细讨论其具体特征。
总的说来，一种具体实施例力图使全部连接边和连接凸缘互相对应，从而使全部互补的建造积木块可以互相连接。另一种实施例则含有例如多个建造积木，每个积木至少具有两个尺寸不同的连接边和/或连接凸缘。
图37示出一种改型的积木87，它与图36的实施例不同之处在于其顶部和底部是敞开而不是封闭的。
图38和39示出多种应用实例，其中，图37和36所示的建造积木分别互相连接。显然，按照本发明的结构可以有许多其他的组合。
图40示出图37所示实施例的一个改型88。
图41示出图36所示实施例的一个改型89。
图42示出图40所示建造积木88的组合。
图43示出一种具有两个对角交叉的连接边和连接凸缘组的建造积木90。
图44示出多个建造积木91，它们分别沿纵向和横向互相连接。
图45示出按照本发明的由建造积木组合成的组合结构的又一实例。
图46示出5种大致为纵长形的建造积木92、93、94、95和96，它们的两端有孔，这些孔带有连接边。
图47示出一种由两个相同的部件97、98组成的建造积木的透视图。
如参看图29所述的那样，部件97、98是用注射模塑法制成的，并且可通过销-孔连接法互相连接。
图48所示的建造积木99中，连接边构成各个作为插座的框架100的一部分，这一方面也可参看下面对图55的说明。
图49示出的实施例中，永久磁铁的凸缘板件101可与独立的带有连接凸缘的板件102、103相连接。在这一方面可参考结合例如图1和2所做的说明。板件102、103可通过例如胶接法与磁性凸缘板101相连接。也可以使用例如卡紧连接法，其特征在于，板件102、103是通过凸缘板101上的通孔104互相连接的。
图50示出按上述方法制得的建造积木105。
图51A和51B示出建造积木106，其特征在于各连接边相对转动90°。
图52所示的建造积木107也具有与上述同样的结构。
图52B示出两个建造积木107与一个带有通孔(具有相应的连接边)的板件108相连接的情况。
图53示出一个装有作为螺母与它互相配合的建造积木110、111的螺杆109。通过螺母的转动，建造积木110、111彼此相向、相背地移动，因为有关的螺纹112、113具有相反的取向。
图54示出一种改型，其特征在于，建造积木114、115具有像例如图1和2所示的双侧形式，而图53所示建造积木110和111做成单侧形式。
最后，图55示出由相同的壁件115和板件117构成的建造积木114，上述板件117用于固定在凹槽116内，并且具有带连接边的通孔。
显然，本发明并不局限于附图和所述的实施例。
权利要求
1．一种积木式结构系统，用于例如教学目的或者用作玩具，该系统含有至少两个由连接机构可拆卸地互相连接的部件，所述的连接机构包含两个构成上述一个部件的壁的一部分并构成上述壁中的一个或两个通孔的边界的连接边；和两个分别适于插入上述通孔的连接凸缘，每个凸缘含有至少一个为插入上述通孔的、用于与相关的连接边强制配合的卡紧边，使该卡紧边在实现上述的强制配合后，只需沿向后移动的方向施加一极小的力便可向后移动，其特征在于，在连接状态下，上述连接边和连接凸缘在倾斜的连接面的偏压下互相压紧，这样，通过绕一组连接面的转动便可使另一组连接表面之间的接触脱开，一个止动面与一组连接凸缘相连接，所述的止动面在连接状态下以一定的力压靠在至少一部分连接边上，因此上述部件间的连接没有间隙；和上述部件至少部分地由塑料制成。
2．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述的连接面大致为凹形的。
3．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述的连接边和连接凸缘在它们的远离上述连接面的侧面上具有倾斜的加压面，该加压面可以互相滑动，以便在施加压力时实现上述的连接。
4．根据权利要求3的结构系统，其特征在于，上述的加压面大致是凹形的。
5．根据权利要求2和4的结构系统，其特征在于上述的连接凸缘和连接边与它互相强制配合的部分具有大致相同的形状。
6．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述的连接边和连接凸缘是非圆形的，因此可防止连接部件间的相对转动。
7．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述的止动面构成凸缘板件的一部分。
8．根据权利要求7的结构系统，其特征在于，上述的凸缘板件是永久磁铁的。
9．根据权利要求7的结构系统，其特征在于，上述的凸缘板件可以齐平地安装在连接边的凹槽内。
10．根据权利要求9的结构系统，其特征在于，上述的凸缘板件以微小的间隙安装入上述的凹槽内。
11．根据权利要求9的结构系统，其特征在于，上述的一个部件含有两组设置在凸缘板件每一侧上的连接凸缘，并且，上述凹槽的深度等于凸缘板件厚度的一半，这样，与上述部件相连接的两个部件就可按照至少基本上互相靠紧的关系以它们的连接边而定位。
12．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，拉紧机构可使连接凸缘在定向的和大的拉力下置于插入位置，因此，只有在拉紧机构脱开之后才可能向后移动。
13．根据权利要求12的结构系统，其特征在于，上述的拉紧机构可通过控制机构从外面进行控制。
14．根据权利要求12的结构系统，其特征在于，上述的控制机构含有用来标明上述拉紧装置处于工作状态和非工作状态的指示装置，该指示装置可以做成例如颜色编码器。
15．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述的部件用塑料例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或聚丙烯制成。
16．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述部件由注射模塑法制成。
17．根据权利要求1的结构系统，其特征在于，上述的部件通过挤压、然后将挤压件分成棱柱形棒块，再选择性地去除指定部位而制成的。
全文摘要
本发明涉及一种用于例如教学目的或用作玩具的积木式结构系统,该系统含有至少两个通过连接机构可拆卸地互相连接的部件,所述的连接机构含有:两个构成一个部件的壁的一部分并且还构成该壁中的一个或两个通孔的边界的连接边;和两个分别适用于插入上述通孔内并且分别含有至少一个为插入通孔的,用于与相关的连接边强制配合的卡紧边的连接凸缘,使该卡紧边在实现上述的强制配合后,只要沿向后移动的方向施加一个极小的力,就可发生向后的移动。
文档编号A63H33/10GK1211199SQ97192224
公开日1999年3月17日 申请日期1997年1月10日 优先权日1996年1月11日
发明者赫里特·扬·德·维尔德 申请人:维尔德设计控股有限公司