Brevet FR2668944A1 — publié le 19920515

JEU DU GENRE CASSE-TETE TRIDIMENSIONNEL L'invention concerne un jeu du genre casse-tête tridimensionnel sous forme de prisme qua- drilatéral régulier qui comprend un mécanisme interne permettant la permutation de segments exté- rieurs dont ce mécanisme est muni. Ce dernier est composé d'un corps cylindrique divisé, selon un plan axial, en deux parties identiques qui sont liées en leur centre par une cheville radialement disposée, de manière à pou- voir pivoter, et qui sont munies à leurs extrémités de saillies radiales aptes à maintenir les seg- ments extérieurs dans lesquels ont été formés des évidements complémentaires Les segments ex- térieurs des couches extrêmes sont délimités par quatre plans verticaux qui passent par le centre du prisme et créent avec ses faces un angle de 75 . La majorité des casse-tête connus jusqu'à présent constitue un groupe de casse-tête du type Rubik dont le premier, et le plus connu, est le cube Rubik La grande symétrie de ces casse-tête permet une solution acceptable quant à sa construction D'autre part, du point de vue mathémati- que, elle permet de résoudre relativement sans difficulté les problèmes qu'ils posent. Du point de vue mathématique, il y a un autre groupe de casse-tête qui, dans leurs différentes configurations, changent également leur symétrie En ce qui concerne leur forme, ils sont diffé- rents car leurs diverses configurations changent non seulement par la permutation des segments de couleur à la surface mais aussi par les formes différentes et par la symétrie Dans ce catégorie de casse-tête, se trouve le cube correspondant au Modèle industriel tchécoslovaque brevet d'in- vention No 15666. Ces casse-tête présentent cependant un défaut Le mécanisme intérieur et la relation entre les segments extérieurs de ce casse-tête limitent en effet le nombre des formes compactes du casse- tête aux configurations dans lesquelles les principales surfaces des segments extérieurs de la cou- che centrale sont au même niveau et dans lesquelles les faces des segments extérieurs se recou- vrent pleinement Si ces segments extérieurs ne se trouvent pas dans la position décrite ci-dessus, ils ne sont pas dans des positions stables Dans ces positions intermédiaires instables, les surfaces fonctionnelles des segments extérieurs ne sont pas accouplées les unes aux autres; et au contraire, les surfaces latérales non-fonctionnelles de ces segments extérieurs ont des positions évidentes, de sorte que ces positions intermédiaires ne créent pas de configurations intéressantes du point de vue géométrique. Pour les raisons susmentionnées, ce casse-tête tridimensionnel, dans de telles positions inter- médiaires, ne constitue pas un corps compact stable Les seules formes stables sont celles o la forme extérieure du casse-tête tridimensionnel est, dans une position verticale, délimitée par deux plans horizontaux L'impression visuelle globale du casse-tête est ainsi caractérisée par ses surfa- ces intégrales dominantes des segments extérieurs des couches extrêmes. L'objectif de l'invention est d'éliminer les défauts des casse-tête tridimensionnels connus jusqu'à présent et d'augmenter le nombre des combinaisons de formes possibles du casse-tête tri- dimensionnel décrit. Cet objectif est atteint avec le casse-tête tridimensionnel sous forme de prisme quadrilatéral régulier, conforme à l'invention, qui est remarquable en ce que la longueur de la base du prisme par rapport à la hauteur dudit prisme constitue un rapport équivalent à cos 150 et que les segments extérieurs de la couche centrale sont attachés solidement aux parties du corps cylindrique du mé- canisme interne dont le plan de division crée un angle de 15 avec la face opposée du segment ex- térieur de la couche centrale. Pour assurer un aspect uniforme à la surface visible du casse-tête tridimensionnel dans toutes les permutations possibles des segments extérieurs, il est avantageux que les surfaces intérieures des segments extérieurs de la couche centrale et celles des segments extérieurs plus grands des couches extrêmes aient la même qualité ou une qualité similaire aux surfaces extérieures des seg- ments extérieurs de toutes les couches. Pour éliminer la friction des surfaces de contact entre les segments extérieurs, il est aussi avantageux que les segments extérieurs de la couche centrale et/ou les segments extérieurs des couches extrêmes soient munis d'une fixation de distance. Le nouvel effet important de linvention est manifeste si l'on compare ce système avec les so- lutions connues Le mécanisme interne et la relation entre les segments extérieurs, ainsi que la proportion susmentionnée entre la longueur de la base et la hauteur du prisme, permettent d'obte- nir un état stable du casse-tête même dans la position o les principales surfaces des segments ex- térieurs de la couche centrale sont perpendiculaires les unes aux autres Même dans cette position, la forme du casse-tête tridimensionnel est compacte car, dans cet état, les surfaces extérieures des segments extérieurs sont liées Ceci permet, par rapport aux solutions connues, d'augmenter con- sidérablement le nombre de combinaisons de forme; les nouvelles configurations obtenues étant, sur le plan de l'impression visuelle du casse-tête, pour la plupart plus intéressantes et suggestives que celles qui sont possibles avec les solutions connues. La substance de linvention est mise en lumière dans l'exemple qui va être décrit par référence aux dessins annexés qui montrent: * à la Figure 1, le casse-tête dans sa position fondamentale; * aux Figures 2 à 7, le casse-tête dans plusieurs configurations quand les principales surfaces des segments extérieurs de la couche centrale sont perpendiculaires les unes aux autres; * les Figures 8 et 9 montrent quant-à-elles le casse-tête dans deux configurations possibles o les principales surfaces correspondantes des segments extérieurs de la couche centrale sont dispo- sées au même niveau; * la Figure 10 est une coupe du segment extérieur le plus grand de la couche extrême; * la Figure 11 est une coupe du segment extérieur le plus petit de la couche extrême; * la Figure 12 est une vue de la Figure 10 dans la direction de la flèche Pi; * la Figure 13 est une vue de la Figure 11 dans la direction de la flèche P 2; * la Figure 14 est une vue axonométrique d'une partie du corps cylindrique du mécanisme in- terne; * la Figure 15 représente les parties liées du corps cylindrique avec les segments extérieurs de la couche centrale dans la position fondamentale; * et la Figure 16 représente les parties liées du corps cylindrique avec les segments extérieurs de la couche centrale, opposés les uns aux autres, autour de la cheville, selon un angle de 1800. Le casse-tête tridimensionnel que l'on peut voir dans sa position fondamentale à la Figure 1, et qui renferme le mécanisme interne invisible dans ce cas, est formé, selon trois couches 1, 3, 4, des segments extérieurs 11, 12 pour la couche centrale 1, des segments extérieurs 31, 32 pour la première couche extrême 3 et des segments extérieurs 41,42 pour la deuxième couche extrême 4. Les segments extérieurs 11, 12 de la couche centrale 1 sont solidement liés avec les parties 21, 22 du corps cylindrique 2 du mécanisme interne comme le montrent les Figures 14 et 15 La forme du prisme créant le casse-tête tridimensionnel est définie par la proportion de la longueur de la base par rapport à la hauteur du prisme, ce rapport étant de cos 15 . Avec les Figures 2 à 7, il est possible de voir certaines des configurations possibles du casse- tête tridimensionnel ayant un trait commun: la position perpendiculaire des segments extérieurs 11, 12 de la couche centrale 1, ce qui veut dire que les axes des parties 21, 22 du corps cylindri- que 2, montré aux Figures 14, 15 et 16, créent des angles de 90 . Avec les Figures 8 et 9, il est possible de voir certaines des configurations possibles du casse-tête tridimensionnel o les principales surfaces correspondantes des segments extérieurs 11, 12 de la couche centrale 1 se trouvent au même niveau. La Figure 10 représente la section d'un segment extérieur plus grand 31 de la première cou- che extrême 3 qui est, par sa forme, tout à fait identique aux segments extérieurs plus grands 41 de la deuxième couche extrême 4 La forme de ce segment extérieur 31 est le résultat de la divi- sion de la première couche extrême 3 par quatre plans verticaux qui, comme le montre la Figure 1, passent par le centre du prisme et créent avec ses faces un angle de 75 Les segments extérieurs plus grands 41 de la deuxième couche extrême 4 ne seront pas décrits dans la mesure o leurs ca- ractéristiques sont identiques à celles des segments 31 de la première couche extrême 3. La Figure 11 représente la section d'un des segments extérieurs plus petits 32 de la première couche extrême 3, qui est également le résultat de la division de cette première couche extrême 3, décrite dans le paragraphe précédent, et qui a la forme d'un triangle isocèle dont le sommet forme un angle de 30 Les segments extérieurs plus petits 42 de la deuxième couche extrême 4 sont, par leur forme, tout à fait identiques et il est donc pas nécessaire de les décrire. La Figure 12 représente le segment extérieur plus grand 31 de la Figure 10, dans la direction de la flèche Pi Il est possible de voir l'évidement 33 qui sert de logement à la saillie radiale 24 des parties 21, 22 du corps cylindrique 2 et qui permet au segment extérieur plus grand 31 d'être relié, de manière pivotante, au corps cylindrique 2. De la même façon, la Figure 13 représente le segment extérieur plus petit 32 de la Figure 11, dans la direction de la flèche P 2 il est également possible de voir l'évidement 33 correspondant à celui de la Figure 12. La première partie 21 du corps cylindrique 2 qui est représentée à la Figure 14, est délimitée par le plan 23 divisant le corps cylindrique 2 en deux parties identiques 21, 22 Au centre de la première partie 21 est ménagée une ouverture radiale 5 o est disposée la cheville 51 (voir les Fi- gures 15 et 16) qui peut avoir la forme d'une cheville à ressort Aux extrémités du corps cylindri- que 2, plus précisément de ses parties 21, 22, sont formées des saillies radiales 24 capables de saisir les segments extérieurs 31, 32, 41, 42 des couches extrêmes 3, 4 (Figure 1 ou Figures 10, 11, 12 et 13). A la première partie 21 du corps cylindrique 2 est solidement attaché le premier segment exté- rieur 11 de la couche centrale 1, qui est, sur sa surface de friction, dans la direction des segments 31, 32, 41, 42 des couches extrêmes 3, 4 (ces segments n'apparaissant pas dans la Figure), muni d'une fixation de distance 6. L'esquisse de la Figure 15 montre les éléments qui sont décrits également dans le contexte de la Figure 14 Il est possible entre outre d'y voir la cheville 51 qui relie les deux parties 21, 22 du corps cylindrique 2 Les segments extérieurs 11, 12 de la couche centrale 1, sont disposés de ma- nière à ce que la forme extérieure globale des segments extérieurs adjacents 11, 12 représente un carré La Figure 15 montre également clairement que le plan de division 23 n'est parallèle à aucu- ne face extérieure des segments extérieurs 11, 12 Ce plan de division crée avec la partie opposée plus longue du segment extérieur 11 ou 12 un angle de 150 Il est donc clair que les parties des segments extérieurs 11, 12, à l'origine parallèles (voir Figure 15), créent un angle de 300 comme le montre la Figure 16. La Figure 16 montre les éléments qui ont déjà été décrits dans le contexte de la Figure 10 et de la Figure 15 La Figure 16 diffère de ces deux Figures par le fait que les segments extérieurs 11, 12 de la couche centrale 1 sont disposés de manière que la forme extérieure globale des seg- ments extérieurs adjacents 11, 12 corresponde à un hexagone, symétrique par rapport à un axe, qui a été créé par le retournement de l'un des segments extérieurs 11, 12, ainsi que de la partie correspondante 21, 22 de 1800 (Figure 15) L'emploi et les qualités du casse-tête tridimensionnel correspondant à l'invention sont confor- mes aux Figures Les couches extrêmes 3, 4 peuvent tourner autour de l'axe du corps cylindrique 2 et, dans certaines positions de ces couches extrêmes 3 et 4, il est possible d'orienter l'une vers l'autre également les parties 21, 22 du corps cylindrique 2 qui tournent autour de la cheville 51 avec les segments extérieurs 11, 12 de la couche centrale 1 et les segments extérieurs 31, 32, 41, 42 des couches extrêmes 3, 4 qui se trouvent dans la partie correspondante 21, 22 du corps cylin- drique 2 Ces parties 21, 22, de même que les segments extérieurs susmentionnés 11, 12, 31, 32, 41, 42 peuvent former n'importe quel angle, sans que la solidité du casse-tête tridimensionnel soit compromise Du point de vue des combinaisons de forme du casse-tête tridimensionnel, les posi- tions dans lesquelles les parties 21, 22 créent un angle de 90 ou de 1800, sont importantes Les Figures 2 à 7 montrent certaines des configurations possibles du casse-tête o les parties 21, 22 forment un angle de 900 et, éventuellement, un angle de 2700. Les Figures 1, 8 et 9 montrent certaines des configurations possibles du casse-tête tridimen- sionnel o les parties 21, 22 du corps cylindrique 2 forment un angle de 180 ou, éventuellement, un angle nul, c'est-à-dire le cas o les parties 21, 22 se trouvent dans les positions montrées par les Figures 15 et 16 Ces configurations ont un trait commun consistant dans le fait que les surfa- ces extérieures des couches extrêmes 3, 4 sont parallèles. Il résulte du mécanisme décrit que le casse-tête permet le déplacement des segments extérieurs 31, 32, 41, 42 d'une couche extrême 3, 4 vers l'autre et également dans le cadre de la même cou- che 3, 4. Les différents segments extérieurs 11, 12, 31, 32, 41, 42, sont couverts, dans le cas des sur- faces visibles, d'une matière, par exemple un revêtement auto-collant, un vernis, etc La fixation de distance 6 évite l'endommagement des surfaces intérieures visibles des segments extérieurs 1, 12, 31, 41, exposées aux frictions. LISTE DES REFERENCES NUMERIQUES 1 couche centrale 11 premier segment extérieur 12 deuxième segment extérieur 2 corps cylindrique 21 première partie (du corps cylindrique 2) 22 deuxième partie (du corps cylindrique 2) 23 plan de division 24 saillie radiale 3 première couche extrême 31 segment extérieur plus grand (de la première couche extrême 3) 32 segment extérieur plus petit (de la première couche extrême 3) 33 évidement 4 deuxième couche extrême 41 segment extérieur plus grand (de la deuxième couche extrême 4) 42 segment extérieur plus petit (de la deuxième couche extrême 4) ouverture radiale 51 cheville 6 fixation de distance REVENDICATIONS 1 Jeu du genre casse-tête tridimensionnel sous forme de prisme quadrilatéral régulier com- prenant un mécanisme interne permettant la permutation de segments extérieurs dont ce mécanis- me est muni, ce dernier étant composé d'un corps cylindrique ( 2) divisé, selon un plan axial ( 23), en deux parties identiques ( 21, 22) qui sont liées en leur centre par une cheville ( 51) radialement disposée, de manière à pouvoir pivoter, et qui sont munies à leurs extrémités de saillies radiales ( 24) aptes à maintenir les segments extérieurs dans lesquels ont été formés des évidements com- plémentaires ( 33), lesdits segments extérieurs des couches extrêmes ( 3, 4) dudit prisme étant déli- mités par quatre plans verticaux qui passent par le centre dudit prisme et forment avec ses faces un angle de 750, caractérisé en ce que le rapport entre longueur de la base (z) du prisme et sa hauteur (y) est équivalent à cos 150 et en ce que les segments extérieurs ( 11, 12) de la couche centrale ( 1) sont solidement liés aux parties ( 21, 22) du corps cylindrique ( 2) dont le plan de divi- sion ( 23) forme un angle de 15 avec la face opposée la plus longue desdits segments extérieurs ( 11, 12) de la couche centrale. 2 Jeu du genre casse-tête tridimensionnel selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces intérieures des segments extérieurs ( 11, 12) de la couche centrale ( 1) et celles des segments extérieurs plus grands ( 31, 41) des couches extrêmes ( 3, 4) ont la même qualité que les surfaces extérieures des segments extérieurs ( 11, 12, 31, 32, 41, 42) de toutes les couches. 3 Jeu du genre casse-tête tridimensionnel selon les Revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les segments extérieurs ( 11, 12) de la couche centrale ( 1) et/ou les segments extérieurs ( 31, 32, 41, 42) des couches extrêmes ( 3, 4) sont munis, au niveau des surfaces de contact entre lesdites couches ( 3, 1, 4), d'une fixation de distance ( 6).