魯玉軍 趙犟軍 崔志軍

摘要：為解決折疊傘在使用后存在的雨水處理不便等問題，采用TRIZ創(chuàng)新方法設(shè)計了一種新型折疊傘。并對設(shè)計方案進行專利布局保護。首先，選取關(guān)鍵詞和IPC分類號構(gòu)建檢索式，利用專利搜索引擎確定全球折疊傘專利并分析技術(shù)構(gòu)成；然后，運用TRIZ創(chuàng)新方法對折疊傘進行創(chuàng)新設(shè)計，得到防滴水折疊傘核心專利；最后，結(jié)合專利布局的組合類型，圍繞核心專利對折疊傘進行降落傘型的組合式專利布局。結(jié)果表明，所設(shè)計的防滴水折疊傘可實現(xiàn)雨水的便捷處理且便于收納，并通過專利布局保護對核心專利進行了有效保護。研究結(jié)果為制傘企業(yè)構(gòu)建完善創(chuàng)新設(shè)計和專利防御體系提供了一種有效方法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計；專利布局；TRIZ；折疊傘；防滴水；矛盾分析

中圖分類號：TS959.5 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）01-0012-04

Abstract：In order to solve the problems of inconvenient rainwater treatment after the use of folding umbrella，a new type of folding umbrella was designed with TRIZ innovative method. The design scheme is protected by patent layout. First，select keywords and IPC classification numbers to construct a retrieval formula，use the Innojoy patent search engine to determine the global folding umbrella patents and analyze the technical composition；then，use the TRIZ innovative method to conduct research in folding umbrellas. The innovative design has obtained core patents of anti drip folding umbrella；finally，combined with the pattern and combination type of the patent layout，around the core patents，the folding umbrella water collection device is completed.The results show that the designed anti drip folding umbrella can realize convenient rainwater treatment and storage，and effectively protect the core patent through patent layout protection. The research results provide a way of thinking for Chinese umbrella enterprises to build a perfect patent defense system.

Keywords：Innovative design；Patent layout；TRIZ；Folding umbrella；Drip proof；Contradiction analysis

目前，我國經(jīng)濟已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。高質(zhì)量發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變，對專利挖掘、專利布局工作提出了更高的要求[1]。專利布局理論結(jié)合TRIZ創(chuàng)新方法可幫助企業(yè)利用已有的資源進行專利布局，構(gòu)建完善的專利防御體系，為競爭者設(shè)置發(fā)展障礙，從而穩(wěn)固自身的競爭優(yōu)勢地位[2]。

專利布局是構(gòu)建專利組合的頂層規(guī)劃和指導(dǎo)思想，常用的6種專利布局方式包括：特定的阻絕與規(guī)避設(shè)計、策略型、地毯式、專利圍墻型、包繞式和組合式[3]。專利組合的結(jié)構(gòu)形態(tài)有5種基本方式，分別為集束型、降落傘型、星系型、鏈型和網(wǎng)狀覆蓋型。由這5種基本方式可形成一種綜合類型，即策略組合[4]。

TRIZ是由蘇聯(lián)專利研究員根里奇·阿奇舒勒于1946年提出用于解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化創(chuàng)新理論和方法[5-6]。TRIZ包含多種工具，可以為專利布局設(shè)計提供創(chuàng)新思路[7-10]。

折疊傘憑借其操作簡單、易于攜帶等特點成為人們遮蔽雨、雪，擋風(fēng)防曬的首選生活工具。我國是世界制傘、出口大國，需要不斷對折疊傘進行創(chuàng)新以保持行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先，同時還應(yīng)做好專利布局從而進行相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的保護 [11]。目前，折疊傘在雨天使用后存在雨水不易處理，攜帶放置不便等問題。文章基于TRIZ理論中的矛盾分析法，對折疊傘進行了創(chuàng)新設(shè)計，得到防滴水折疊傘核心專利，并基于降落傘型專利組合方式提出了3種折疊傘優(yōu)化方向，完成了對核心專利的布局保護。制傘企業(yè)可以避免日后遭遇專利壁壘，從而穩(wěn)固競爭的優(yōu)勢地位。

基于專利布局和TRIZ的防滴水折疊傘設(shè)計流程分為3個步驟：

1.檢索由關(guān)鍵詞和IPC分類號組成的檢索式，得到折疊傘相關(guān)專利，分析其技術(shù)構(gòu)成并結(jié)合S曲線確定折疊傘未來發(fā)展趨勢；

2.運用TRIZ創(chuàng)新方法對折疊傘進行創(chuàng)新設(shè)計，得到核心專利；

3.圍繞核心專利，結(jié)合專利組合類型和布局方式，進行防滴水折疊傘的組合式專利布局。具體的設(shè)計流程如圖1所示。

為了確定目標(biāo)專利并了解其詳情，需要對專利進行分析。加工組合搜集的相關(guān)專利信息，用統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)處理工具賦予其觀全局、明趨勢的作用，使其成為企業(yè)經(jīng)營活動中比較有價值的信息[12]。

（一）專利檢索與篩選

選取關(guān)鍵詞和IPC分類號構(gòu)建檢索式并通過Innojoy專利搜索引擎對全球折疊傘專利進行檢索，得到相關(guān)專利15萬余條。為精確范圍，在檢索結(jié)果的基礎(chǔ)上進行關(guān)鍵詞“折疊傘AND防滴水”的二次檢索，人工篩除不相關(guān)、撤回和年限到期的專利，最后得到13項發(fā)明專利，32項實用新型專利。

（二）組件-功能分析

從45項專利中篩選出具有防滴水功能和方便攜帶等特點的9項專利，如表1所示。

對9項專利進行組件-功能分析如下：

1）此專利將傘套固定連接于傘頂，入口設(shè)叉口，叉口圍邊設(shè)有收緊帶，實現(xiàn)收集水滴、防止雨水滴濺 。2）此專利由防水布、傘骨、遮骨布和傘柄組成，傘骨朝外，通過反折傘面防止雨水滴濺。3）此專利由傘面、支架、固定結(jié)構(gòu)、上推，下推結(jié)構(gòu)和傘柄組成，支架可反折，安裝在其末端的滾輪可實現(xiàn)收傘同步整理傘布的功能。收傘時雨水被卷入傘布防止雨水滴濺。4）此專利傘面邊緣設(shè)有環(huán)形集水槽，底部設(shè)有定向排水口，通過控制裝置與傘面同步開合。使用時，集水槽收集雨水定向排出，避免雨水直接通過傘面邊緣滴落。5）此專利由傘體和傘柄組成，傘柄由嵌套組合可相互滑移的內(nèi)外圓筒組成，收傘后，內(nèi)外圓筒配合收納傘體防止雨水滴濺。6）此專利由折疊傘和套筒配套組成，通過套筒防止雨水滴濺。7）此專利由傘桿、傘槽、4種支架和彈性件組成，第3支架在彈性件作用下可實現(xiàn)反向折疊，防止雨水滴濺。8）此專利由上固定環(huán)、傘桿、反折傘骨、傘面、收納袋和外罩、下活動環(huán)、三節(jié)式手柄和自動收納開關(guān)組成，具有一鍵式自動開合和收納功能。9）此專利集水罩通過階梯式結(jié)構(gòu)擠壓出傘面雨水并收集在底部蓄水腔，配合設(shè)在腔口處的止回流裝置實現(xiàn)集水功能。

（三）應(yīng)用TRIZ方法對折疊傘的現(xiàn)狀分析

本論文基于現(xiàn)有折疊傘專利，對折疊傘專利進行研究。如圖2、3所示，根據(jù)折疊傘的專利數(shù)量與 S 曲線各階段的特點，折疊傘的技術(shù)性能已經(jīng)處于成熟期或衰退期，因而需要一種新型且創(chuàng)新點突出的折疊傘。

（四）確定設(shè)計方向

通過專利分析，目前折疊傘的雨水處理方式分為：1.傘面折疊后將濕傘面完全包裹住避免雨水滴濺；2.增添雨水收集裝置收集雨水。

在此基礎(chǔ)上，確定防滴水折疊傘結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)：1.傘體組件：折疊傘折疊后將濕傘面完全包裹住；2.折疊傘集水裝置：通過集水裝置收納折疊傘中的雨水，實現(xiàn)自動集水功能。

（一）防滴水折疊傘傘體組件結(jié)構(gòu)設(shè)計

為解決折疊傘使用后雨水處理不便的問題，設(shè)計的折疊傘傘體組件在折疊時需要將濕傘面完全包裹住，避免雨水滴濺。但是想要實現(xiàn)完全包裹住濕傘面的功能會提高雨傘系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且在折疊后傘骨不固定使得雨傘體積增加不便于收納。因此，雨傘折疊時完全包裹濕傘面需要改善的工程參數(shù)為靜止物體的尺寸，惡化的工程參數(shù)為裝置的復(fù)雜性和靜止物體的體積，由此可得兩對技術(shù)矛盾。對照矛盾矩陣查得對應(yīng)發(fā)明原理，如表2所示。

針對以上兩組矛盾，結(jié)合TRIZ理論，對防滴水折疊傘傘體組件進行了優(yōu)化設(shè)計：

1.為了使折疊后的雨傘完全包裹住濕傘面。改善了雨傘的尺寸，使得雨傘系統(tǒng)變得復(fù)雜。針對靜止物體的尺寸和裝置的復(fù)雜性這對技術(shù)矛盾，選擇第13號發(fā)明原理。原理解釋：反向作用原理（1）不以常規(guī)行為完成動作，而是用一個反向動作的方式來替代。（2）使得一個對象或環(huán)境通?？梢苿拥牟糠止潭?，或者通常固定的部分變?yōu)榛顒?。?）把一個物體的空間位置（或過程）“倒置”或翻轉(zhuǎn)。設(shè)計思路：傘骨帶動傘面反向折疊，將濕面完全包裹住，使?jié)衩嫔系挠晁荒芰飨騻銞U內(nèi)部，保證雨水不會滴濺。

2.折疊傘反向折疊后使得雨傘的尺寸變小，但是折疊后傘骨失去支撐無法固定，使得雨傘的體積增大不便收納。針對靜止物體的尺寸和靜止物體的體積這對技術(shù)矛盾，選擇第7號發(fā)明原理。原理解釋：嵌套原理（1）把一個對象嵌入第二個對象，然后將這兩個對象再嵌入第三個對象，以此類推。（2）使一對象穿過另一對象的空腔。設(shè)計思路：在傘軸頂部增加一個頂蓋，將反向上折的傘骨嵌入傘蓋固定。并且在傘軸頂部增加空腔，將折疊后的傘骨外側(cè)端部插入傘腔，從而使得傘骨被完全固定。解決了雨傘反向折疊后體積增加不便收納的問題。應(yīng)用發(fā)明原理對防滴水折疊傘的傘體組件進行創(chuàng)新設(shè)計，如圖4所示。

文章設(shè)計的防滴水折疊傘其特征包括傘體組件：第一傘桿11、第二傘桿12、第三傘桿13、傘軸15、套桿16、第二傘骨17、第一傘骨18、彈簧桿19、支撐傘骨110、第一連桿111、第二連桿112、第一漏水槽1101、第二漏水槽1201和頂蓋1202。

當(dāng)傘在使用完畢后，向下拉動套桿16，第二傘骨17向上折疊，第一傘骨18繞傘軸15轉(zhuǎn)動至豎直狀態(tài)，直到頂蓋1202卡接在第一傘骨18和第二傘骨17的鉸接處，第二傘骨17的端部伸入到傘軸15內(nèi)，徹底固定住折疊后的傘骨便于使用后收納。此時濕面被完全包裹住，使?jié)衩嫔系挠晁荒芰飨虻谌齻銞U13內(nèi)。最終流向傘把組件2，傘組件示意圖如圖5所示。

（二）防滴水折疊傘集水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

為解決折疊傘使用后的雨水處理不便等問題，增加集水裝置來收集雨水，提高了雨傘系統(tǒng)的可靠性，同時使得雨傘系統(tǒng)的復(fù)雜性提高了；折疊傘的集水裝置在集水時需要確保雨水順利流入，并且需要良好的密封性防止雨水流入集水裝置之后流出，需要改善系統(tǒng)的可靠性，同時也惡化了系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，需要改善的工程參數(shù)為可靠性，惡化的工程參數(shù)為裝置的復(fù)雜性，可靠性，由此可得一對技術(shù)矛盾和一對物理矛盾。對照矛盾矩陣查得對應(yīng)的發(fā)明原理，如表3所示。

除了發(fā)明原理外，解決物理矛盾，一般更多的情況都會運用四大分離原理，分離原理是解決物理矛盾的根本思想，如表4所示。

針對以上兩組矛盾，結(jié)合TRIZ理論，對防滴水折疊傘集水裝置進行了創(chuàng)新設(shè)計：

1.為解決折疊傘使用后的雨水處理不便等問題，增加集水裝置來收集雨水。提高了雨傘系統(tǒng)的可靠性，同時使得雨傘系統(tǒng)中裝置的復(fù)雜性提高。為了解決這對技術(shù)矛盾，選擇第5號發(fā)明原理合并原理進行創(chuàng)新設(shè)計。原理解釋：（1）在空間上將同類的（相關(guān)的、相鄰的、輔助的）操作對象合并在一起。（2）在時間上將同類的（相關(guān)的、相鄰的、輔助的）操作對象合并在一起。設(shè)計思路是將折疊傘集水裝置集成在折疊傘的傘把組件上。增加了集水裝置提高了雨傘系統(tǒng)的可靠性，同時沒有增加新的組件避免了裝置的復(fù)雜性的提高。

2.為了保證集水裝置順利收集雨水，需要集水裝置在有雨水流入的時候為開放狀態(tài)，在沒有雨水流入時保持密封。針對可靠性與可靠性這一對物理矛盾，選擇四大分離原理中的條件分離原理進行創(chuàng)新設(shè)計。原理解釋：對某一參數(shù)的互斥要求存在于不同的條件下，是解決物理問題的核心思想。設(shè)計思路是設(shè)計一個單向閥，雨傘豎直時集水裝置為開放狀態(tài)，雨傘傾斜時為密閉狀態(tài)。保證雨水順利流入集水裝置的同時，保證了集水裝置的密封性防止雨傘傾斜時集水裝置中的雨水流出。

文章設(shè)計的防滴水折疊傘集水裝置其特征在于傘把組件：傘把本體21、圓柱形凹槽22；第一錐形通孔23、密封圈25、彈簧26、密封球27、支撐桿28、第二錐形板29、第二錐形通孔210、擠水環(huán)211、擠水球212、定位槽213、傘蓋本體31。

折疊傘的集水裝置集成在傘把組件上。集水裝置中通過密封球與彈簧的配合，當(dāng)傘把本體中軸線與豎直面夾角小于 60°時，密封球?qū)椈蓧合?，密封球與密封圈形成縫隙，傘體上的水穿過縫隙流入到集水裝置中，當(dāng)傘把本體中軸線與豎直面夾角等于60°時，密封球與密封圈剛好貼合，當(dāng)傘把本體中軸線與豎直面夾角大于60°時，密封球與密封圈緊密貼合。通過密封球與彈簧的配合設(shè)置了一個單向閥，保證雨水順利流入集水裝置的同時，保證了集水裝置的密封性防止雨傘傾斜時集水裝置中的雨水流出。且第一錐形通孔整體為圓錐形，當(dāng)?shù)谝诲F形通孔內(nèi)留有一定量積水時，即使傘把本體發(fā)生傾倒，水流依然會沿著錐形面流入第一錐形通孔底部，最終流入傘蓋本體內(nèi)，擰下傘蓋本體后，可將傘蓋本體內(nèi)的水倒出。具體的集水裝置示意圖如圖6所示。

利用TRIZ理論中的矛盾分析，找出阻礙創(chuàng)新設(shè)計的3對技術(shù)矛盾和一對物理矛盾。并利用發(fā)明原理和分離原理解決了四對矛盾得到了新型防滴水折疊傘設(shè)計方案。設(shè)計方案通過使傘面反向折疊包裹住濕傘面避免雨水滴濺。并且將集水裝置集成在傘把組件上，通過密封球與彈簧的配合設(shè)置了一個單向閥保證了雨水的順利收集。解決了現(xiàn)有雨傘在使用后雨水處理不便的問題。

（三）專利侵權(quán)判定

專利侵權(quán)判定原則如下：1.全面覆蓋原則，2.等同原則，3.禁止反悔原則，具體如表5所示。

目前，專利申請的折疊傘，傘面、傘骨和滑套組件是主要結(jié)構(gòu)。為防止專利侵權(quán)，需要在設(shè)計創(chuàng)新時避開現(xiàn)有專利方案技術(shù)構(gòu)成。

本文在不變動折疊傘主結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計，通過增添不同組件實現(xiàn)功能創(chuàng)新，與A+B+E專利方案技術(shù)構(gòu)成相符。通過判定可知折疊傘經(jīng)過改進后不構(gòu)成專利侵權(quán)。

專利布局可以以企業(yè)自身優(yōu)勢核心技術(shù)為出發(fā)點，圍繞技術(shù)的基本方案、該技術(shù)在產(chǎn)品中的主要應(yīng)用方式等建立核心專利保護圈；再針對技術(shù)的重要改進方向、主要應(yīng)用擴展領(lǐng)域以及關(guān)鍵配套支撐技術(shù)提前建立外圍專利屏障[13]。

根據(jù)專利布局的功能類型，可以確定核心專利為基礎(chǔ)性專利。這類專利主要是覆蓋了創(chuàng)新技術(shù)成果的核心或基本方案的最主要技術(shù)特征，為其提供最大保護范圍的專利，這些專利發(fā)揮了對該技術(shù)成果最基礎(chǔ)、最重要的保護和控制作用。

因此，結(jié)合專利布局的組合類型。選擇降落傘型專利組合。降落傘型專利組合是由某一技術(shù)方案的基礎(chǔ)性專利，和其主要的改進、優(yōu)化方向上的若干互補專利構(gòu)成，其可以是改進、減少某一或某些技術(shù)特征，增加新的技術(shù)特征，找到新的技術(shù)問題進行完善等。下面基于降落傘型專利組合方式提出了3種折疊傘優(yōu)化方向，完成核心專利的布局保護。

針對反向折疊傘的改進如下：

1.雨天夜晚撐傘，若是沒有燈光或是燈光暗淡，撐傘行走會很不方便。在反向折疊傘的基礎(chǔ)上增添藍(lán)牙音響和手柄底下LED燈光，可以解決上述情況。具體特征介紹如圖7所示。

磁鐵片1內(nèi)嵌于傘把底部，LED燈3和藍(lán)牙音響4利用磁力吸附在傘把底部，由固定在內(nèi)部的電池5驅(qū)動，2為電池充電口。

2.反向折疊傘在收起時是傘面內(nèi)折，可以避免雨水滴灑，雨水需要在重力的作用下流進集水裝置。改進后的反向折疊傘在收起時由彈力繩直接將濕傘面拉進傘桿內(nèi)部，這樣雨水會順著傘桿流進集水傘柄內(nèi)部。不會存在雨水滴灑在外面的情況。具體特征介紹如圖8所示。

收緊繩1兩端分別連接傘面和集成于傘桿內(nèi)部彈簧頂端的彈片2，傘面固定在傘骨3上，收傘時，彈簧4壓縮，傘面跟隨收緊繩1同步收入傘桿內(nèi)部，雨水在重力作用下通過傘桿內(nèi)部流入集成于傘把組件的集水裝置。

3.反向折疊傘和目前現(xiàn)有的折疊傘都是手動或者是半自動折疊傘，不能自動開合，改進的反向折疊傘利用氣動支撐桿原理和電機收縮實現(xiàn)自動收縮的功能，具體特征介紹如圖9所示。

收緊繩1兩端分別連接傘桿頂端和電機4，傘桿內(nèi)部填充惰性氣體3，正向調(diào)節(jié)開關(guān)2，氣動裝置工作伸長氣壓桿，打開反向折疊傘；反向調(diào)節(jié)開關(guān)2，電機4工作收縮收緊繩1，收起反向折疊傘。

上述的3項專利，均由核心專利這一基礎(chǔ)性專利改進或增加某一技術(shù)特征得到。由這3項專利和核心專利組成降落型專利組合。使得核心專利得到了有效的保護。并且可以對防滴水折疊傘未來的發(fā)展進行跟隨式保護，并為競爭對手在該領(lǐng)域的發(fā)展設(shè)置了障礙。

創(chuàng)新設(shè)計是企業(yè)保持行業(yè)領(lǐng)先的重要方法，專利布局是企業(yè)對知識產(chǎn)權(quán)保護的有效策略，現(xiàn)有的折疊傘在雨天使用后存在雨水處理不便等問題，針對這一問題利用TRIZ理論中的矛盾矩陣和發(fā)明原理解決了創(chuàng)新設(shè)計中的技術(shù)問題，得到了防滴水折疊傘核心專利，結(jié)合專利布局的模式及組合類型，圍繞核心專利對防滴水折疊傘進行降落傘型的組合式專利布局，對核心專利進行了有效保護。研究結(jié)果為企業(yè)構(gòu)建完善的創(chuàng)新設(shè)計和專利防御體系、實現(xiàn)對知識產(chǎn)權(quán)的保護，規(guī)劃未來產(chǎn)品的戰(zhàn)略布局提供了一種有效方法。

基金項目：浙江省重點研發(fā)項目（No.2020C01084，No.2021C01071）

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