基于专利知识的机械创新设计探析(2)

　　如表3所示， 另有43条全新的启发方式， 虽然这类启发方式不属于TRIZ的发明创造原理， 但在实际专利中已经得到应用。例如， 在质量组合启发方式中， 既有与TRIZ理论中的“反重量原则”类似的启发方式， 即将重力与各种辅助力相结合， 比如重力与上升力、液力等结合以抵消或减小重力， 又有不属于TRIZ理论的新启发方式， 即将两连接物体的重力相互组合， 增加或抵消重力。但该启发方式在专利03109469.4[6]中得到了应用， “重力自平衡装置”将平衡装置两端的物体连接组合， 从而实现装置的自平衡效果。又比如， “利用辅助力 （磁力、弹性力和离心力等） 来改变物体重力”也是新启发方式， 其在专利201110331643.0[7]中得到应用， “一种可调式气液重力平衡装置”调整液体或气体流量， 以产生不同的液压力或气压力， 从而实现物体重力的平衡效果。再比如， 新启发方式将光学、声学、力学、磁学和电磁学等原理场相结合， 在专利200910208873.0[8]中得到应用， “轻按磁力重力双重密封排水阀”即通过将磁场与重力场相结合实现了排水阀较好的密封和排水效果。
　　

　　

　　

　　
　　由表3中对启发方式数量的统计可以发现， 在3类发明启发方式中， 要素变更发明启发方式数量甚至多于其他2类发明启发方式之和。这说明， 发明中常用到的是要素变更发明启发方式， 符合文中所述要素变更发明则是最常产生的发明之一的说法。同时， 发现类似于TRIZ中发明创造原理的启发方式多属于要素变更发明启发方式， 而较少属于组合发明启发方式和转用发明启发方式。符合文中所述在TRIZ发明创造原理存在的问题中， 其多辅助设计者完成改变技术参数发明的论述。

　　

　　
　　4 设计实例
　　
　　为了验证文中提出的专利灵感启发方式的有效性， 下面结合液压油缸的创新设计， 详细说明应用过程。
　　
　　液压挖掘机的动臂液压油缸需要较强的闭锁力来保证整机的工作性能， 但是， 如果增加油缸缸径来提高闭锁力， 则会影响整机的工作效率。因此， 此次设计的需求是， 在不改变液压缸尺寸的前提下设计具有自锁功能并且结构较简单的液压油缸， 即为液压油缸附加自锁功能， 于是确定功能关键词为“自锁”.采用英文专利作为专利知识源， 利用功能关键词“自锁 （self-locking） ”检索美国国家专利局数据库获取专利集， 选取与设计功能相关的最新的30个专利。
　　
　　对选取的专利进行分析， 专利US7944332文本中描述较多的是“电磁场”, 因此， 其特征标志为“场”;专利US8193670[9]描述较多的是“磁流变液”, 因此， 其特征标志为“介质”;专利US8141883[10]描述较多的是“旋转”, 因此， 其特征标志为“运动种类”, 等等。为了确定灵感启发方式， 此次设计关注首个专利特征标志--“场”.考虑到传统的液压油缸的液力驱动是最常用的驱动方式， 并且具有一定的自锁效果， 为使设计结构简单， 可以不考虑液力场驱动方式变更， 而从基于场的组合发明方式中选取启发方式， 即将光学、声学、力学、磁学、电磁学等原理场相结合。
　　

　　

　　
　　1-螺钉；2-缸底电磁铁；3-下油口；4-活塞；5-活塞线圈；6-弹性材料；7-压力感应片；8-上油口；9-缸顶电磁铁；10-缸体；11-螺钉；12-活塞杆
　　
　　设计者在灵感启发方式“将光学、声学、力学、磁学、电磁学等原理场相结合”的启发下， 得到设计灵感--在液力场的基础上， 组合电磁场通过磁力相吸相斥的原理实现自锁功能。根据该设计灵感得到图2所示设计方案--具有磁力自锁结构的液压油缸 （该设计已获得发明专利授权） .在该油缸内底部分别设置电磁铁且活塞上绕有线圈， 利用电源激励产生电磁场， 根据磁场同性相斥原理阻止活塞发生位移， 以实现辅助自锁。
　　
　　5 小结
　　
　　本文将组合发明、转用发明、要素变更发明等发明形式与专利的灵感启发知识类型相结合， 从一个新的视角提出灵感启发方式， 不仅发现了一些至今未出现的新启发方式， 而且提出的灵感启发方式具有系统性和层次性。在此研究基础上， 以工程机械液压油缸的创新设计为实践， 初步验证了这一创新过程的可行性和有效性。
　　
　　参考文献
　　
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