"Оптическая игрушка "Волшебные фейерверки" Советский патент 1993 года по МПК A63H33/22 A63H23/00 

Изобретение относится к игрушкам, а именно к устройствам для демонстрации оптических эффектов.

Наиболее близкой к предлагаемой оптической игрушке по технической сущности и достигаемому результату является оптическая игрушка,.содержащая заполненную жидкостью герметичную прозрачную емкость и погружённые в жидкость с возможностью хаотического перемещения посредством привода механические частицы, причем привод выполнен в виде поршня, установленного в емкости с возможностью перемещения под собственным весом и перекачивания жидкости во время перемещения через имеющиеся в поршне сквозные отверстия, а механические частицы размещены с двух сторон от поршня. Поршень с двух сторон имеет конические углубления, а сквозные отверстия в поршне выполнены у вершины этих углублений. Механические частицы выполнены в виде разноцветных блестящих пластинок, а сквозные отверстия в поршне выполнены под углом к направлению его перемещения и (или) по спирали.

Недостатком известной игрушки является необходимость для повторения оптических эффектов переворота игрушки после перемещения поршня в крайнее нижнее положение, возможность заклинивания поршня при засорении сквозных отверстий, невозможность изменения картины фейерверка,.

Целью предполагаемого изобретения является повышение занимательности, получение новых оптических эффектов, повышение надежности в работе, получение циклического непрерывного повторения оптических эффектов без переворота игрушки

Поставленная цель достигается тем, что оптическая игрушка, содержащая заполненную текучей средой герметичную прозрачную емкость и погруженные в текучую среду с возможностью хаотического перемещения посредством привода механические частицы, причем привод выполнен в виде поршня, установленного в емкости с возможностью перемещения и перекачивания текучей среды во время перемещения через име ющиеся в поршне сквозные отверстия, выполненные под углом к направлению его перемещения и (или) по спирали, при этом поршень выполнен из материала с эффектом памяти формы, т.е. обладающего обратимым эффектом запоминания формы при многократном термоциклировэнии за счет обратимых пластических деформаций в материале, претерпевающем обратимое .мартенситное превращение в упорядоченных фазах, при нагреве и охлаждении соответственно выше или ниже интервала мартенситного превращения и имеет в нагретом состоянии при температуре выше начала и в холодном состоянии при температуре ниже конца мартенситного превращения формы с отрицательной и положительной плавучестью соответственно.

В качестве текучей среды используется по меньшей мере две несмешивающиеся жидкости с различным удельным весом. Механические частицы выполнены по

, неспособной перекрыть-полностью сечение сквозного отверстия, т.е. с возможностью его частичного перекрытия.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от прототипа

является: выполнение поршня из материала с эффектом памяти формы, т.е. обладающего обратимым эффектом запоминания формы при многократном термоциклировании за счет обратимых пластических деформаций в материале, претерпевающем дбрати- мое мартенситное превращение в упорядоченных фазах, при нагреве и охлаждении, соответственно выше и ниже интервала мартенситного превращения, и

имеющего в нагретом состоянии при температуре выше начала и в холодном состоянии при температуре ниже конца мартенситного превращения формы с отрицательной и положительной плавучестью соответственно;

Использование в качестве текучей среды по меньшей мере двух несмешивающихся жидкостей (или газов) различного удельного веса;

Выполнение механических частиц по форме не способной перекрыть полностью сечение сквозного отверстия, т.е. с возможностью его частичного перекрытия.

Среда известных игрушек решений с

выделенными отличительными признаками не обнаружено, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию Существенные отличия.

Такое конструктивное выполнение гюршня, механических частиц, с использованием одной или нескольких несмешиваю- щихся текучих сред различного удельного веса позволяет повысить занимательность

игрушек получить новые оптические эффекты повысить надежность игрушки, получить эффект непрерывного циклического действия игрушки.

На фиг.1 изображена оптическая игруш ка с поршнем из материала, обладающего

обратимым эффектом памяти формы в момент с отрицательной плавучестью; на фиг.2 - игрушка с поршнем из материала, обладающего обратимым эффектом памяти формы в момент положительной плавучести; на фиг.З - игрушка с электрическими контактами.

Оптическая игрушка содержит прозрачную, герметичную емкость 1, заполненную жидкой средой 2, погруженные в эту среду с возможностью хаотического перемещения механические частицы 3 посредством привода, выполненного в виде поршня 4, установленного в емкости 1 с возможностью перемещения и перекачивания жидкой среды 2 во время перемещения через имеющиеся в поршне 4 сквозные отверстия 5, выполненные под углом к направлению его перемещения и (или) по спирали, при этом поршень 4 выполнен из материала с эффектом памяти формы, т.е. обладающего обратным эффектом запоминания формы, который имеет в нагретом состоянии при температуре выше начала и в холодном состоянии при температуре ниже конца мар- тенситного превращения соответственно форму с отрицательной 6 и положительной 7 плавучестью (фиг. 1, 2). Поршень 4 может быть выполнен, например, из титанонике- левого сплава (состав:54-56% никеля, остальное титан, предел прочности - 87 кгс/мм , предел выносливости на базе 107 циклов 49 кгс/мм2), способен при нагреве принимать полученную в процессе термообработки конфигурацию (форму), восстанавливаемую до первоначальной при охлаждении, т.е. обладающего свойством многократного обратимого изменения формы при многократном термоциклировании за счет обратимых пластических деформаций в сплаве, претерпевающем обратимое мартенситное превращение в упорядоченных фазах при нагреве и охлаждении соответственно выше (температура срабатывания - выше +60°С) и ниже (температура возврата - ниже +40°С) интервала температур мартенситного превращения (+40°С- +60°С). ..

Поршень 4 изготавливают следующим образом. В закрытом штампе под нагрузкой формуют из сплава титан-никель поршень 4 формы с отрицательной плавучестью 6, и не открывая штампа, подвергают его отжигу при +500°С в течение 1 ч с последующим охлаждением в закрытой форме до температуры ниже +40°С. Затем открывают форму и поршень 4 с отрицательной плавучестью 6 подвергают пластической деформации, образуя поршень формы с положительной плавучестью 7.

Оптическая игрушка работает следующим образом.

Поршень 4 может находиться в одном из двух начальных состояний. Первое состо- яние, когда поршень находится у нижнего 8 торца емкости 1, второе - у верхнего 9 торца. Тогда подвод и отвод тепла соответственно к верхнему 9 и от нижнего 8 торцов емкости 1 приводит к тому, что поршень 4 в

0 зависимости от своего первоначального состояния охлаждается (нагревается), изменяет свою форму на противоположную и всплывает (оседает) под действием преобладающей архимедовой силы FA (силы тяже5 сти FT).

Подвод тепла (нагрев поршня 4) может осуществляться средством нагрева, выполненным, например, следующим образом. На верхнем торце 9 может быть установ0 лен нагревательный элемент 10 (электрическая спираль, кювета с горячей жидкостью и т.п.), при этом поршень 4 с положительной плавучестью 7, переместившийся вверх, касается верхнего торца 9 емкости 1, через

5 который подводится тепло от нагревательного элемента 10 (фиг.2), поршень 4 в результате нагрева меняет свою форму на противоположную, на форму с отрицательной плавучестью 6 и перемещается к нижне0 му торцу 8 емкости 1.

Емкость 1 в верхнем торце 9 может иметь два электрических контакта 11 (фиг.З), при этом поршень 4 с положительной плавучестью 7, переместившийся к верхнему

5 торцу 9, замыкает электрические контакты 11, по поршню 4 проходит электрический ток, нагревая его, и последний в результате нагрева меняет свою форму на противоположную, на форму с отрицательной плавуче0 стью 6 и перемещается к нижнему торцу 8 емкости 1.

Пусть поршень 4 в начальный момент имеет форму соответствующую положительной плавучести 7 и находится у верхнего 9

5 торца герметичной прозрачной емкости 1. При подводе тепла (любым способом) через верхний 9 торец емкости 1, поршень, 4 нагревается до температуры выше +60°С (для нитйнола), при этом происходит обратное

0 мартенситное превращение в сплаве титан- никель и он из поршня с положительной плавучестью 7 превращается в поршень с отрицательной плавучестью 6 и начинает перемещаться к нижнему 8 торцу емкости 1

5 под действием преобладающей силы тяжести (фиг.1). В результате перемещения поршня с отрицательной плавучестью 6 создает перепад давлений на поршне 4 между верхней 12-и нижней 13 торцевыми поверхностями поршня и жидкая заполняющая среда 2

начинает дросселировать через сквозные отверстия 5 в поршне 4, стараясь выравнять давление, при этом образуются струи 14 заполняющей среды 2 и турбулентные потоки 15 над поршнем. Происходит циркуляция заполняющей среды 2, в результате которой струи 14 и потоки 15 захватывают с собой цветные механические частицы 3, находящиеся над поршнем 4, при этом перемещение механических частиц 3 создает оптический эффект фейерверка. В это время механические частицы 3, находящиеся под поршнем оседают к нижнему торцу 8 емкости 1, если их удельный вес больше удельного веса заполняющей среды 2 и в процессе создания оптических эффектов не принимают участия.

При достижении нижнего торца 8 герметичной прозрачной емкости 1, через который отводится тепло в атмосферу, поршень с отрицательной плавучестью б охлаждается до температуры ниже +40°С, при этом изменяет свою форму на противоположную с положительной плавучестью 7 и начинает перемещаться к верхнему торцу 9 емкости 1 под действием преобладающей архимедовой силы (фиг.2). В результате перемещения поршня с положительной плавучестью 7 создается перепад давлений на поршне между нижней 113 и верхней 12 торцевыми позерхностями поршня 4 и жидкая заполняющая среда 2 начинает дросселировать через сквозные отверстия 5 в поршне 4 (в противоположном направлении), стараясь выравнять давления, при этом образуются струи 14 заполняющей среды 2 и турбулентные потоки 15 под поршнем 4. Происходит циркуляция заполняющей среды 2, в результате которой струи 14 и потоки 15 захватывают с собой цветные механические частицы 3, находящиеся под поршнем 4, при этом перемещение механических частиц 3 создает красочный оптический эффект бури, создается иллюзия, будто поршень под-, нимается вверх не под действием архимедовой силы, а под действием разбушевавшейся под поршнем 4 заполняющей среды 2. Если поршень оформить (цветовая окраска, внешний вид, форма) в виде летающей тарелки или космической станции, то создается иллюзия старта этого объекта. В это время механические частицы, находящиеся над поршнем, оседают на верхний 12 торец поршня 4, если их удельный вес больше удельного веса заполняющей среды 2, и в процессе создания оптического эффекта участия не принимают. При достижении поршнем с положительной плавучестью 7 верхнего 9 торца прозрачной герметичной емкости 1 цикл действия игрушки заканчивается, Повторение циклов может производиться сколько угодно раз, таким образом, отпадает необходимость для приведения игрушки в действие переворачивать емкость 1 с поршнем 4 на 180 градусов. Кроме того повышается занимательность, появляются новые оптические эффекты, которые чередуются над и под поршнем. Следует отметить, что механиче0 ские,частицы 3 находятся над и (или) под поршнем и могут быть выполнены из материала с удельным весом меньшим или (и) большим удельного веса заполняющей среды 2, что расширяет спектр красочности оп5 тических эффектов,, а выполнение поршня по внешнему виду и расцветке в виде какого-либо предмета, например летающей тарелки, космической станции, Наутилуса, с изменяющейся формой придает игре боль0 шую занимательность, красочность и позволяет воспринимать, ассоциировать неожиданные оптические эффекты.

С целью повышения занимательности и расширения иллюзионных возможностей

5 прозрачная герметичная емкость 1 может быть заполнена несколькими несмешивающимися жидкостями с различным удельным весом.

При перемещении к верхнему 9 (нижне0 му 8) торцу емкости 1 поршня 4 с неизменным удельным весом в процессе движения и после его перехода в среду с меньшим (большим) удельным весом происходит ускорение (замедление) движения поршня 4 и

5 механических частиц 3, кроме того в создании оптических эффектов принимают участие струи среды другого удельного веса. Картина тических эффектов создаваемых струями одной жидкости в другой приобре0 тает космический, инопланетный, загадочный, непредсказуемый характер в виде разбегающихся и извивающихся щупалец чудовища, если несмешивающиеся жидкости будут частично подкрашены красителя5 ми различных цветов, что позволяет Существенно повысить занимательность игрушки.

С целью повышения надежности игрушки в действии, механические частицы 3 вы0 полнены по форме не способной перекрыть полностью сечение сквозного отверстия 5. Например, сечение сквозного отверстия 5 квадратное, а механические частицы 3 сферические. При этом устраняется возмож5 ность закупоривания отверстий 5 в поршне 4 и, следовательно, заклинивание порщня. Таким образом, использование изобретения позволяет существенно повысить занимательность игрушки, увеличить и улучшить оптические эффекты, их геометрический и цветовой рисунок, сделать игрушку действующей непрерывно во времени

сколько угодно долго, повысить надежность в работе.

Использование: в игрушках, демонстрационных устройствах. Сущность изобретения: оптическая игрушка содержит заполненную текучей средой (2) герметичную прозрачную емкость (1), внутри которой с возможностью перемещений установлен поршень (4) из мате- риала с эффектом памяти формы со сквозными отверстиями (5), а с одного из торцов (9) размещено средство нагрева (10), при этом с двух сторон от поршня (4) размещены механические части (3). 2 з.л.ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения

3. Игрушка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что механическая частица выполнена с возможностью частичного перекрытия сквозного отверстия в поршне.