專利名稱：兩層魔球的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種兩層魔球，屬于偶層魔方范疇中新穎性結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型主要適用于智力玩具系列，它不僅鍛練智力和思維反應(yīng)速度，也訓(xùn)練手的靈巧，對(duì)青少年乃至老年人的智力開發(fā)、技巧運(yùn)用具有促進(jìn)作用。
匈牙利魯畢克發(fā)明的三層魔方曾風(fēng)靡世界，對(duì)啟迪智力、發(fā)展空間想象力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方法，培養(yǎng)堅(jiān)強(qiáng)的成功毅力等方面均有很大的促進(jìn)。三層魔方立方體的六個(gè)面由26個(gè)小體組成(


圖1)。每個(gè)面有一個(gè)居中的中心小體(1)，無(wú)論如何旋轉(zhuǎn)，小體僅能看見的一個(gè)面的顏色不變；立方體有12個(gè)棱，每個(gè)棱的中部各有一個(gè)棱上小體(2)，只能看見兩個(gè)面，任意旋轉(zhuǎn)魔方，棱上小體總在棱上；立方體有8個(gè)角，每個(gè)角上各有一個(gè)角小體(3)，可看見3個(gè)面，回轉(zhuǎn)時(shí)角小體總在角上。三層魔方26個(gè)小塊組成的六個(gè)面涂有6種顏色，任意旋轉(zhuǎn)，其圖案排列變化，可達(dá)4.325×1019個(gè)。
中國(guó)溫金純?cè)谌龑幽Х降慕Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用聯(lián)想發(fā)明法制成了五層魔方，由98個(gè)小塊組成正方體的六個(gè)面，其圖案排列變化達(dá)3.466×1097個(gè)，曾在第二屆全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)中展出，但未見進(jìn)入商品領(lǐng)域。
上述兩種魔方屬奇層魔方范疇。分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均有一個(gè)三維座標(biāo)定軸，如
圖1三層魔方結(jié)構(gòu)圖所示，三維定軸軸端部各卡入安裝一個(gè)可沿三維定軸(4)回轉(zhuǎn)的中心小體(1)，共六個(gè)；三層魔方邊棱部中間的棱上小體(2)設(shè)有兩維凸塊，與相鄰的中心小體(1)的內(nèi)球面曲線相配合，以保證回轉(zhuǎn)變化時(shí)相互卡緊不脫落；角部八個(gè)角小體(3)設(shè)有延伸至三個(gè)相鄰棱上小體內(nèi)球面中的球面角突塊，嵌入配合。由此，形成各相互嵌入的小體可沿三維整體回轉(zhuǎn)的自由度，實(shí)現(xiàn)上述三層魔方的26個(gè)小體的多樣排列組合變化。五層魔方結(jié)構(gòu)原理與三層魔方相似，中心具有三維定軸，內(nèi)部三層表面為球形，作為外層鑲嵌軌道，其角塊和中心塊以外的棱上小體結(jié)構(gòu)不同，但原理仍與三層魔方的棱上小體相類似，從而使表面98個(gè)小塊組成的魔方具有更多的變化機(jī)率。由上可看出奇層魔方均以固定三維軸作為支撐架，使其它棱上小體和角塊以內(nèi)球面為軌道，形成沿中心軸回轉(zhuǎn)的變位，以達(dá)到任意的排列組合。偶層魔方不能具有固定三維中心軸，各小塊僅能浮動(dòng)回轉(zhuǎn)，從而具有更大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。因此，發(fā)明三層魔方的魯畢克至今仍未解決偶層魔方的結(jié)構(gòu)，可見難度之大。
近期，德國(guó)麥菲爾(MEFTTRT)教授發(fā)明的魔球如圖9所示，由6個(gè)正方球面和8個(gè)三角形球面交錯(cuò)相接組成球體。由于正方形球面與三角形球面的邊長(zhǎng)均為魔球表面周長(zhǎng)的1/6，因此，球體可沿四個(gè)半球分割面任意交替回轉(zhuǎn)，但是，每次回轉(zhuǎn)必須移動(dòng)偶位，即將正方形球面與正三角形球面旋至交錯(cuò)排列狀態(tài)，才能改變?yōu)榱硪环指蠲娴幕剞D(zhuǎn)，以達(dá)到標(biāo)定圖案狀態(tài)。屬有制約條件的組合機(jī)率。
本實(shí)用新型在考慮了魔方的層數(shù)愈多，各小塊圖案排列組成的變化率愈高，其排列組合的數(shù)字驚人的現(xiàn)實(shí)。為使魔方打亂后達(dá)到某一標(biāo)定的排列(如三層魔方達(dá)到六個(gè)面的六種顏色一致的排列)，盡管三層魔方的世界記錄為25.79秒，對(duì)于掌握三層魔方復(fù)原算法者，復(fù)原三層魔方仍需回轉(zhuǎn)50～150次。但是，多數(shù)人仍難于使打亂的魔方復(fù)原。因此，對(duì)于啟迪智力、發(fā)展空間想象、嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維、培養(yǎng)毅力等獨(dú)特效果的三層魔方，因其復(fù)原成功率過(guò)低，僅風(fēng)靡很短時(shí)間即失去了吸引力，三層以上魔方更是如此了。魔方作為智力玩具適應(yīng)于各年齡層次，尤其青少年利用魔方啟迪思維和訓(xùn)練手部靈活過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到標(biāo)定的排列時(shí)，更能獲得成功的欣慰。
本實(shí)用新型的目的是在風(fēng)靡世界的三層魔方引起注目的影響之后而引伸設(shè)計(jì)的最小偶數(shù)層魔方，填補(bǔ)了魔方類別的完整性。其圖案變化為2.465×108個(gè)，遠(yuǎn)小于三層魔方的變化，較易于達(dá)到標(biāo)定的排列，以獲得成功欣喜。
由于上述三層和三層以上魔方不能適應(yīng)更大范圍使用者在既有一定技巧難度、又有標(biāo)定排列機(jī)率以及為避免麥菲爾發(fā)明的不對(duì)等角塊所造成的有制約條件的旋轉(zhuǎn)組合對(duì)自由度的限制，填補(bǔ)全自由度偶數(shù)魔方的空白，而研究設(shè)計(jì)了本實(shí)用新型所述的兩層魔球。為使本實(shí)用新型魔球具有新穎性和趣味性，在相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件下將外觀制成正方體或球面體幾何形狀，并可飾以平面或球面的多種圖案、卡通畫等美術(shù)式樣。
本實(shí)用新型的解決方案是本實(shí)用新型的兩層魔球?qū)倥紨?shù)層魔方范圍，由八個(gè)角塊組成外觀幾何體，通過(guò)9個(gè)具有燕尾的浮動(dòng)弧形導(dǎo)向定位塊(9)、3個(gè)具有雙向燕尾的中心軌塊(10)和第八個(gè)角塊(7)中固定的三維弧形軌塊，將7個(gè)具有相應(yīng)導(dǎo)槽的角塊(8)和最后裝入的第八個(gè)角塊(7)組成不可拆卸的魔球整體。中心軌塊(10)具有與弧形導(dǎo)向定位塊(9)同樣寬度的正方形尺寸，在頂部?jī)删S燕尾作用下，可使各角塊沿軌槽作兩維回轉(zhuǎn)。組裝時(shí)，先將弧形軌塊(9)插入相鄰兩個(gè)角塊(8)的環(huán)形軌槽中，而后插入中心軌塊(10)，依次將9個(gè)弧形軌塊(9)和3個(gè)中心軌塊(10)插入相鄰角塊(8)的軌槽中。此時(shí)，將要與第八個(gè)角塊(7)聯(lián)接的相鄰三個(gè)角塊(8)的導(dǎo)向燕尾槽中無(wú)弧形軌塊(9)和中心軌塊(10)，已裝的7個(gè)角塊(8)與定位導(dǎo)塊(9)和中心軌塊(8)處于相對(duì)浮動(dòng)位置，一旦中心角塊(10)不處在角塊分界面時(shí)，角塊(8)則不能改向回轉(zhuǎn)。為使各弧形軌塊(9)和中心軌塊(10)均能處于圖示固定位置，以保證角塊回轉(zhuǎn)自由度，為此，最后組裝的第八個(gè)角塊(7)必須將與其相配合的3個(gè)弧形軌塊和3個(gè)中心軌塊固接為一體，如圖5件號(hào)7所示。此具有三維弧形導(dǎo)向軌塊的第八個(gè)角塊(7)可通過(guò)材料的彈性變形和角塊配合間隙擠壓至相鄰三個(gè)角塊的軌槽中；同時(shí)，亦可采用分解具有三維弧形軌塊的第八個(gè)角塊(7)的結(jié)構(gòu)，裝入就位后再粘結(jié)或固接的工藝方法，達(dá)到裝入第八個(gè)角塊的目的。當(dāng)?shù)诎藗€(gè)角塊裝入后，其固定的三段弧形軌塊始終與第八個(gè)角塊處于同步、同相位置，其余七個(gè)角塊弧形導(dǎo)槽中浮動(dòng)導(dǎo)向定位軌塊和中心軌塊受第八個(gè)角塊中固接軌塊的制約，在任意回轉(zhuǎn)角塊達(dá)到半球至三維中心線位置時(shí)，角塊均與導(dǎo)向、中心軌塊間的分離面處于圖示相應(yīng)分離面位置，從而保證了角塊處于三維自由回轉(zhuǎn)狀態(tài)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
圖1為三層魔方結(jié)構(gòu)圖。
圖2為件號(hào)(2)棱上小體軸側(cè)圖。
圖3為件號(hào)(3)角小體軸側(cè)圖。
圖4為本實(shí)用新型魔球結(jié)構(gòu)圖。
圖5為件號(hào)(7)結(jié)構(gòu)圖。
圖6為件號(hào)(8)結(jié)構(gòu)圖。
圖7為件號(hào)(9)結(jié)構(gòu)圖。
圖8為件號(hào)(10)結(jié)構(gòu)圖。
圖9為麥菲爾魔球外觀圖。
其中1-中心小體；2-棱上小體；3-角小體；4-三維定軸；5-正三角球面角塊；6-正方球面角塊；7-第八個(gè)角塊；8-第1～7個(gè)角塊；9-浮動(dòng)弧形導(dǎo)向定位軌塊；10-中心軌塊。
本實(shí)用新型的兩層魔球?qū)倥紝幽Х椒懂?，?個(gè)角塊組成外觀形狀，其中第1～7個(gè)角塊(8)均具有三維弧形單燕尾槽，將浮動(dòng)導(dǎo)向定位軌塊(9)和中心軌塊(10)依次交替插入上述三維相鄰角塊(8)燕尾導(dǎo)向槽中，組成7/8球體，最后通過(guò)擠壓或分解組合工藝，將具有三維軌塊的第8個(gè)角塊(7)裝入魔球中，由于第8個(gè)角塊(7)的三維軌塊與角塊的固接而處于同步、同相位置，亦制約了第1～7個(gè)角塊(8)三維導(dǎo)向槽中的浮動(dòng)弧形導(dǎo)向定位軌塊(9)和中心軌塊(10)始終處于三維90°狀態(tài)，即中心軌塊(10)始終處于三維90°的交點(diǎn)位置。當(dāng)任意回轉(zhuǎn)各層角塊使邊界線與三維座標(biāo)軸相一致時(shí)，亦同時(shí)與各中心軌塊(10)的中心線相一致，由于中心軌塊(10)具有與弧形導(dǎo)向定位軌塊(9)的寬度相同的兩維尺寸(即正方形)和兩維導(dǎo)向燕尾，因此，保證了魔球按任意軸線改向回轉(zhuǎn)的自由度。
本實(shí)用新型中導(dǎo)向軌塊與角塊中導(dǎo)槽的三維配合面積大，且間隙小，角塊回轉(zhuǎn)平穩(wěn)、靈活，更有利于使用。
實(shí)施例本實(shí)用新型的最小偶位數(shù)的魔方其外觀可制成球體或正方體，其圖案最大變化次數(shù)均為2.465×108個(gè)。各角塊、軌塊可采用塑料材料通過(guò)模具壓鑄成形。為增加組裝后魔球的新穎性、趣味性的外觀視覺效果，表面飾以彩色畫面或圖案。對(duì)于正方體的兩層魔方，表面采用平面印刷、粘貼或燙畫工藝依次對(duì)六個(gè)面飾以按八個(gè)小塊界面分割的整體畫面；即成為有裝飾效果的兩層魔方；對(duì)于球體的兩層魔球，因其曲線表面難于粘貼、印刷平面圖案，否則，產(chǎn)生趨折和畫面變形，為消除此后患，對(duì)其貼飾的圖案應(yīng)按曲率繪制具有預(yù)變形格的變形畫面，制成燙畫圖案，而后采用專用球狀燙畫模具將燙畫圖案轉(zhuǎn)燙至魔球表面，而后依球體各角塊界面分割整體畫面?？色@得畫面精確且新穎的效果。整體畫面即為打亂各角塊后標(biāo)定的組合要求。
此實(shí)用新型作為智力玩具，具有潛在的巨大市場(chǎng)，改變了魯畢克原三層魔方僅有六種顏色的單調(diào)效果，可飾以多種類型畫面，增加了使用者的趣味性和知識(shí)性。加至兩層魔球達(dá)到標(biāo)定組合的回轉(zhuǎn)機(jī)率遠(yuǎn)高于三層魔方，更能普及到各年齡結(jié)構(gòu)對(duì)趣味性、知識(shí)性、智力開發(fā)和手的健康保護(hù)等具有促進(jìn)作用。
權(quán)利要求1.一種全自由度兩層魔球，屬偶層魔方范疇，其特征在于兩層魔球由八個(gè)角塊組成中心對(duì)稱的球形或立方形的幾何體外觀，兩層間可三維任意回轉(zhuǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是第1～7個(gè)角塊均具有三維弧形單燕尾槽，9個(gè)浮動(dòng)導(dǎo)向定位軌塊和3個(gè)中心軌塊依次交替插入上述三維相鄰角塊燕尾槽中組成7/8球體，最后通過(guò)擠壓或分解組合工藝將具有三維弧形軌塊的第八個(gè)角塊裝入已組裝的7/8球體空位相對(duì)應(yīng)的燕尾槽中。由于第八個(gè)角塊中的三維導(dǎo)向軌與角塊為一體結(jié)構(gòu)，則處于同步、同相位置，亦制約了第1～7個(gè)角塊三維燕尾槽中浮動(dòng)插入的弧形導(dǎo)向定位軌塊和中心軌塊始終處于三維90°狀態(tài)，即保證中心軌塊始終處于三維90°交點(diǎn)位置。當(dāng)任意回轉(zhuǎn)各層角塊邊界線與三維座標(biāo)一致時(shí)，從而達(dá)到各層角塊可任意回轉(zhuǎn)的自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩層魔球，其特征是浮動(dòng)弧形導(dǎo)向定位軌塊其曲率半徑與角塊中導(dǎo)槽曲率半徑相一致；導(dǎo)向定位軌塊的弧長(zhǎng)為角塊中相鄰兩維導(dǎo)槽底部對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)相一致；導(dǎo)向定位軌塊的燕尾與導(dǎo)槽單燕尾相配合，同時(shí)卡入相鄰角塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩層魔球，其特征是中心軌塊具有與弧形導(dǎo)向定位軌塊寬度相同的兩維尺寸，并具有雙向燕尾結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種全自由度兩層魔球，屬偶層魔方范疇。具有導(dǎo)槽的七個(gè)角塊中依次交替插入浮動(dòng)弧形導(dǎo)向定位軌塊和中心軌塊，裝入最后一塊有固定三維軌塊的角塊后，軌塊在導(dǎo)槽中組成三維軌環(huán)，可使各層角塊沿分離面任意回轉(zhuǎn)。本專利魔球可制成球狀或正方體外觀。各部件用硬塑料壓鑄成型，組裝后表面飾以彩色畫面。達(dá)到標(biāo)定畫面組合的機(jī)率遠(yuǎn)高于三層魔方，可成為具有知識(shí)性、趣味性的一種新穎的智力、健身玩具。
文檔編號(hào)A63F9/08GK2244424SQ95208598
公開日1997年1月8日 申請(qǐng)日期1995年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月14日
發(fā)明者王磊, 王守忠 申請(qǐng)人:王磊, 王守忠