СПИРОГРАФ Российский патент 2025 года по МПК B43L9/00 B43L11/08 B43L13/00 

Область техники

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к инструментам для рисования узоров и геометрических фигур, в частности, к спирографу.

Спирограф представляет собой основу-рамку прямоугольной, круглой или любой другой формы с одним или несколькими отверстиями, разного диаметра, с зубчатыми краями на внутренней окружности (периферии), в которой могут быть установлены несколько зубчатых колец и/или диск с отверстиями для стержня карандаша или ручки, с возможностью их вращения по внутренней периферии рамки.

Спирограф предназначен для рисования различных геометрических узоров, что способствует развитию моторики, воображения, пространственного и логического мышления у детей.

Уровень техники

Из уровня техники известен источник информации, представленный в сети Интернет: сайт https://www.wildberries.ru/catalog/26859364/feedbacks?imtId=19693048&size=61783073, найдено [01.09.2024], в котором раскрывается инструмент спирограф, выполненный в виде корпуса, в котором выполнены разного размера отверстия, внутренняя периферия которых имеет зубчатую поверхность.

К недостаткам данного технического решения можно отнести то, что в процессе его использования, диск, располагающийся в отверстии с зубчатой внутренней периферией и совершающий перемещение по ней, вылетает при движении за пределы данного отверстия, что прерывает процесс нанесения узора, вследствие чего необходимо начинать процесс заново.

Вылет диска за пределы обусловлен тем, что в процессе нанесения узора на разные стороны диска оказывается разное давление, вследствие чего одна из сторон диска, на которую указывается меньшее давление приподнимается.

Так на диске нанесен ряд отверстий по спирали или части окружности, в которые вставляется пишущий предмет. После чего передвигая пишущий предмет, оказывая на него давления для того, чтобы он мог наносить на поверхность узор, в тоже самое время давление оказывается на ту часть диска, в которой располагается отверстие, в которое вставлен пишущий предмет.

Таким образом, относительно центральной оси диска (перпендикулярной) на одну из его сторон (в отверстие которой вставлен пишущий предмет) оказывается давление, как следствие диск будет прижиматься к поверхности, на которую наносится узор.

При этом противоположная сторона диска, наоборот будет приподниматься, так как на нее не оказывается давления никакой силой.

С учетом того, что помимо силы давления от пишущего предмета на диск оказывает воздействие еще и сила вращения, посредством которой диск совершает перемещение по внутренней периферии отверстия корпуса, что приводит к образованию дисбаланса сил, которые действуют на противоположные края (стороны) диска.

Указанный ваше дисбаланс приводит к тому, что при контакте зубчатой поверхности отверстия корпуса спирографа с торцевой стороной диска, на которую не оказывается давление, она (сторона диска) может выйти из плоскости соприкосновения с зубчатой поверхностью периферии.

Выход диска в таком случае обусловлен уменьшением пятна контакта между соприкасаемыми поверхностями корпуса и диска, что как указывалось выше, приводит к вылету диска из отверстия корпуса, при этом процесс нанесения узора будет остановлен или потребует начать его заново.

Уменьшения пятна контакта между торцевыми поверхностями диска и зубчатой поверхностью периферии также вносит вклад в возможность вылета диска, поскольку при уменьшении пятна контакта на него оказывается избыточная сила трения, которая стремиться компенсировать возникший переизбыток силы в продольном направлении в другие направления, при этом единственным свободным направлением является перпендикулярное, при котором диск выходит за пределы внутренней периферии.

Для исключения такого рода недостатков по краю таких отверстий выполняется выступ, ограничивающий поверхность зубчатой внутренней периферии, то есть диск не может выйти за пределы отверстия корпуса спирографа, так как его сторона, находящаяся во взаимодействии с зубчатой поверхностью по высоте, будет ограничена в перемещении выступом.

Например, из уровня техники также известен источник информации, представленный в сети Интернет: сайт https://www.wildberries.ru/catalog/151259430/detail.aspx?targetUrl=SG, найдено [01.09.2024], на котором представлен спирограф, выполненный с выступом по краю зубчатой внутренней периферии.

Однако, у таких решений наблюдаются следующий недостаток, поскольку приподнимающая сторона диска, стремиться к вертикальному она постоянно будет помимо зубчатой поверхности периферии контактировать с поверхностью выступа, тем самым повышается сила трения, которая тормозит процесс нанесения, что делает его более трудоемким, при этом стоит отметить, что чем длиннее такой выступ, тем труднее вращать диск по зубчатой внутренней периферии.

Кроме того, такое взаимодействие будет иметь волновое действие, что негативно сказывается на развивающих письмо свойствах процесса.

Таким образом, к основным недостатками известного уровня техники следует отнести вылет диска за пределы внутренней периферии корпуса спирографа, вследствие уменьшения пятна контакта между поверхностями внутренней периферии и диска, на который действует сила, приложенная с одной стороны.

Раскрытие сущности

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в создании конструкции спирографа с диском с устраненными недостатками известного уровня техники.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в снижении вероятности или полном исключении прерывания процесса нанесения узора в спирографе вследствие исключения вылета диска за пределы внутренней периферии, без увеличения материалоемкости заявляемого решения.

Указанный технический результат обеспечивается выполнением спирографа, содержащего по меньшей мере один корпус, выполненный в виде рамки, с внутренним вырезом, внутренняя периферия которого имеет зубья, выполненные с возможностью зацепления с зубьями диска и диска с внешней периферией, выполненной с зубьями, при этом на диске выполнены отверстия для пишущего предмета при этом соотношение толщины корпуса к толщине диска составляет от 1,3 до 2.

В частности, спирограф дополнительно содержит кольцо или несколько колец, вставляющихся в вырез рамки (корпус), и выполненных с толщиной, равной толщине корпуса.

В частности, корпуса спирографа соединены между собой.

Новым в заявляемом техническом решении является соотношение толщин корпуса к диску спирографа, при котором обеспечивается снижение или исключается полностью возможности вылета диска за пределы внутренней периферии корпуса.

В изобретении важным является соотношение толщины (высоты) корпуса (рамки) Н и диска h.

Стоит отметить, что это в первую очередь связано с тем, что при нанесении узоров в месте, где происходит касание пишущего предмета и основания, диск придавливается к основанию (основанием может быть как предмет, на котором расположен спирограф, так и отдельная часть спирографа, однако в данном случае, такое выполнение не влияет на сущность заявляемого технического решения), а противоположный край диска немного приподнимается.

При таком перемещении диска возникает его перемещение, вектор которого направлен вертикально вверх (сила V), то есть по оси, совпадающей с толщиной диска. По этой причине возможно выскальзывание (выпадение, вылет) диска из корпуса (рамки), если перемещение диска силой V имеет числовое значение больше или равное толщине корпуса Н.

Также, частным случаем является ситуация, когда при игре, край диска противоположный краю с пишущим предметом поднимается, и при движении руки, он не успевает вернуться вниз, опустится, в исходное положение, что ухудшает процесс нанесения узора и может вносить неточности в его нанесения.

Эмпирически было установлено, что соотношение толщин корпуса и диска H/h должно быть в диапазоне 1,3-2,0.

При соотношении толщины корпуса спирографа к толщине диска H/h с числовым значением меньшим 1,3 существует в достаточной мере высокая вероятность выпадения диска по причинам, раскрытым выше известного уровня техники.

В случае соотношения толщины корпуса спирографа к толщине диска H/h с числовым значением больше 2 возрастает материалоемкость, а именно расход материала на изготовление корпуса, увеличивается его масса, что также делает ряд неудобств при его использовании, поскольку основными пользователями данного решения являются дети.

Кроме того, следует отметить, что также существуют допуски по толщине при изготовлении такого рода продуктов (спирограф), которые, например, для фанеры в среднем составляют 10%. Так, допускаются предельные отклонения в диапазоне от +0,3 до -1,3 мм в зависимости от номинальной толщины листа фанеры.

Таким образом, при заказе листа 4 мм, завод может изготовить многослойный шпон толщиной от 3,5 до 4,3 мм.

Однако разнотолщинность при этом ограничивается значением 0,6 мм, что также является требованием технических условий.

Если учесть указанное выше, что для корпуса и для дисков спирографа будут браться разные листы, например, фанеры, то при равных изначальных значениях толщины, может случиться, что диск будет иметь толщину выше корпуса, что еще больше увеличивает вероятность выпадения (вылета) его из корпуса при игре.

В случае выполнения диска с толщиной меньшей толщины корпуса, возникающее смещение одной из сторон в вертикальном (поперечном направление относительно корпуса и диска направлении) направлении, компенсируется за счет разности толщин диска и корпуса. Образованный в корпусе зазор для свободного перемещения диска без выхода диска за пределы внутренней поверхности периферии, находящийся в пределах соотношения толщин корпуса к диску составляющего 1,3-2, обеспечивает возможность контакта поверхностей диска и корпуса при смещении одной из сторон диска в поперечном направлении, без увеличения материалоемкости корпуса.

Для варианта выполнения спирографа с двумя корпусами обеспечивается возможность одновременной тренировки двух рук, то есть заявляемым техническим решением достигается возможность развития навыков амбидекстрии у пользователя (как дополнительный эффект).

Стоит отметить, что при большем количестве корпусов, заявляемое техническое решение может быть использовано группой пользователей или для повышения скорости, объемов рисования или творчества.

Кроме того, такая вариантность корпусов обеспечивает возможность для разных рук использовать не только разные по диаметру диски или, но также использовать разный диаметр колец, которые вставляются в вырез, и тем самым уменьшают диаметр выреза, в котором будет в последующем перемещаться диск, что еще больше повышает вариативность работы двумя руками одновременно, как по габаритам движения, так и направленности движения рук.

Также стоит отметить, что в случае использования двух и более корпусов их соединением может иметь различный вид от шарнирного соединения, крючком, паз гребневым соединением, которые могут обеспечивать перемещение корпусов относительно друг друга или наоборот жестко их фиксировать относительно определенного расположения.

Указание вида соединения носит прикладной характер, поскольку направлено на функцию удобства, основной сущностью такого решения является возможность тренировать обе руки одновременно.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показано заявляемое изобретение с соотношением толщин корпуса и диска, в состоянии, когда спирограф не используется.

На фиг. 2 показано заявляемое изобретение с соотношением толщин корпуса и диска, в состоянии, когда спирограф используется.

На фигурах обозначено: Н - толщина корпус с рамкой; h - толщина диска, V - сила действующая на противоположный конец диска при письме, 1 - корпус с рамкой, 2 - диск, 3 - основание, 4 - отверстие в диске для пишущего инструмента, 5 - пишущий инструмент.

Осуществление изобретение

На фигуре 1 представлен заявляемый спирограф с корпус-рамкой (1), диском (2) и основание (3), при этом спирограф может быть выполнен как со своим основанием, так и без него, тогда в качестве основания выступает поверхность, на которой он будет расположен.

Корпус-рамка имеет собственную толщину Н, а диск собственную толщину h.

При этом Н больше h.

На фигуре 2 представлен спирограф в рабочем состоянии, когда пишущий инструмент (5) вставлен в отверстие в диске для пишущего инструмента (4), при этом под действием силы от давления рукой на пишущий инструмент на противоположную сторону диска (3) на которой давит пишущий инструмент начинает действовать сила V с вектором действия направленным в противоположную сторону от вектора силы давления от пишущего инструмента.

Однако, вследствие разности высот (толщин) корпус-рамки (1) и диска (2), подъем данной стороны компенсируется, вследствие чего диск по-прежнему продолжает перемещение в пределах внутренней периферии корпус-рамки (1).

Заявляемые соотношения толщин корпуса к диску были подтверждены эмпирически, путем проведения ряда экспериментов, на входе которых при прочих равных условиях определялось количество вылетов диска за пределы корпус рамки.

Для проведения экспериментов был разработано устройство, обеспечивающее равномерное давление на пишущий инструмент, а также скоростью вращения диска для всех проведенных экспериментов.

С учетом используемого пишущего предмета, в качестве которой была использована шариковая ручка с площадью контакта шарика 1 мм² (S) и силой давления на ручку равной 5Н (F), сила давления на лист бумаги, на которую наносился узор для всех образцов составил 5 Мпа (P=F/S).

Поскольку методика проведения такого рода испытаний отсутствует, в качестве критерия оценки был выбран критерий вылета диска за пределы корпуса, то есть по заданному количеству попыток (попыток было 10 для каждого образца), диск должен совершить 3 полных оборота внутри внутренней периферии поверхности корпуса, засчитывается как выполнено, если диск по каким-либо причинам вышел за данную периферию, попытка не засчитывается.

Как указывалось выше сила давления на лист бумаги, скорость вращения диска, свойства бумаги для всех образцов были одинаковыми.

Единственным отличием в образцах заключалось в соотношении толщин корпус-рамки и диска H/h.

Для проведения испытаний были подготовлены 4 образцов со следующими соотношениями H/h: 1; 1,3; 1,5; 2.

В таблице 1 представлены результаты испытаний.

Из представленных данных видно, что набольшее количество вылетов 3 было у образца 1, в котором соотношение толщин корпус-рамки и диска составило 1, то есть они были равны.

Для образцов 2 и 3 с показателями соотношения 1,3 и 1,5 соответственно вылет был 1, что соответствует 10%, данный показатель можно считать погрешностью проведения эксперимента.

Наилучший показатель был у образца 4, в котором соотношение толщин составила 2, вылетов не было.

Как указывалось выше, дальнейшее увеличение рассмотренного соотношения не целесообразно из-за повышения материалоемкости изготовления корпуса или в обратном снижения прочностных свойств диска из-за его излишней тонкости и как следствия легкости, что также может привести к его подвижности в вертикальном относительно корпуса направлении.

Таким образом, конструктивное выполнение заявляемого изобретения, а именно спирографа обеспечивает снижение вероятности или полное исключение прерывания процесса нанесения узора в спирографе вследствие исключения вылета диска за пределы внутренней периферии, без увеличения материалоемкости заявляемого решения.

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к инструментам для рисования узоров и геометрических фигур, в частности к спирографу. Спирограф содержит по меньшей мере один корпус, выполненный в виде рамки, с внутренним вырезом, внутренняя периферия которого имеет зубья, выполненные с возможностью зацепления с зубьями диска, и диск с внешней периферией, выполненной с зубьями, и расположенный в вырезе. На диске выполнены отверстия для пишущего предмета. Диск выполнен с толщиной‚ меньшей толщины корпуса‚ при этом соотношение толщины корпуса к толщине диска составляет от 1,3 до 2. Технический результат направлен на исключение вылета диска за пределы внутренней периферии, без увеличения материалоемкости заявляемого решения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Спирограф, содержащий по меньшей мере один корпус, выполненный в виде рамки, с внутренним вырезом, внутренняя периферия которого имеет зубья, выполненные с возможностью зацепления с зубьями диска, и диск с внешней периферией, выполненной с зубьями, и расположенный в вырезе, при этом на диске выполнены отверстия для пишущего предмета, отличающийся тем, что диск выполнен с толщиной‚ меньшей толщины корпуса‚ при этом соотношение толщины корпуса к толщине диска составляет от 1,3 до 2.

2. Спирограф по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит зубчатое кольцо или несколько зубчатых колец, выполненных с возможностью вставки в вырез рамки и выполненных с толщиной, равной толщине корпуса.

3. Спирограф по п. 1, отличающийся тем, что корпуса соединены между собой.