具有保护层的弹簧环 本发明涉及具有一扩展形状和一收缩形状的弹簧环，该弹簧环可从扩展形状扭曲和折叠从而将弹簧环的总体尺寸减小到其收缩形状。特别是，本发明涉及一种用于弹簧环的保护层。
可收缩的结构和物品正越来越受到儿童和成人的欢迎。这些结构和物品通常设有一用做支承框架的封闭的弹簧环，和在弹簧环之间伸展的一种织物或其它板。相结合的环和板可采用一种扩展形状和一种收缩形状，而且可以从扩展形状扭曲和折叠从而将相结合的圈和板的总体尺寸减小到其收缩形状。一套或多套这种相结合的圈和板互相结合，制成许多种结构和物品，其中包括汽车遮阳棚，帐篷，掩蔽所，飞盘和玩具箱等。这些结构和物品折叠和压缩成一较小尺寸的性能极大地方便了保存和运输，从而使这些结构和物品便于投入使用并增加了它们的娱乐价值。这些结构和物品的例子在美国专利4815784(郑)，5301705(郑)，5358440(郑)，5452934(郑)和5560385(郑)中说明。
连续的弹簧环一般夹持或者固定在沿织物或其它板边缘设置的织物套内。弹簧环可设置成一个连续的圈，或者可以是一条两端相连的物品，从而形成一封闭环。尽管弹簧环还可以使用其它材料，例如塑料，但他们通常由挠性可盘绕的钢制成。弹簧环常由一种相对较坚固且挠性程度足以使其绕成盘状的材料制成。这样每个弹簧环可以呈现两种形状，一种正常的张开或扩展形状，和一种弹簧环收缩成比其张开形状尺寸小地折叠或收缩形状。弹簧环不用与其连接就可以夹持在各织物套内。或者，该套可机械紧固，缝合，熔合或胶接到弹簧环上以便使其就位。
遗憾地是，这些弹簧环在过量使用或机械损伤后有时候会断裂。特别是，当每个弹簧环折叠成收缩形状时，弹簧环变成互相盘绕抵压并夹持在一起的许多同心环形部件。在这些盘绕在一起的同心环形部件中储藏有极大应力，呈现出一种阻力或“形状记忆”特性，这种特性使盘绕在一起的同心环形部件弹性恢复到普通的单独扩展弹簧环，此时同心环形部件没有夹持在一起。另外，收缩弹簧环所需的扭曲和折叠动作给部分扭曲的弹簧环施加了附加应力。因此，过量使用或滥用可能导致这些弹簧环在受到最大应力冲击的部位断裂。
弹簧环的断裂给使用弹簧环的结构或物品带来了很大麻烦。由于断裂的弹簧环使对应的板呈现扭曲形状，这将大大地削弱该结构或物品的应用。另外，该结构或物品无法再折叠和收缩。结果，该结构或物品通常会处理掉。更重要的是，弹簧环的断裂对用户很危险，特别是发生在弹簧环折叠和收缩期间更是如此。这是因为弹簧环的断裂端较尖利，它往往会刺破其中夹持有弹簧环的织物套。可切除这些尖利的断裂端，否则将会伤害用户。
人们试图保护用户免受这些弹簧环断裂的伤害。例如，提供了一种具有环形横截面的弹簧环，并把一种环形塑料套以紧配合方式可滑动的布置在弹簧环上，因此弹簧环牢固夹持在套管的空腔内。结果，弹簧环的断裂端将保留在塑料套内，从而使弹簧环保持扩展形状，并且防止断裂端刺破织物或者其它板的较大的织物套。因此即使采用了断裂的弹簧环的结构或物品可能很少或者不再使用，它至少提供了可减少对用户特别是儿童造成伤害的安全措施。
遗憾地是，这些环形横截面套筒式弹簧环具有使用不便的缺陷。特别是仅有环形横截面的弹簧环很难扭曲和折叠，并且表现出恢复到普通的扩展形状的强烈趋势。换句话说，需要较大的力才能使许多同心环形部件保持折叠或收缩形状。在环形横截面弹簧环上设置紧配合的环形塑料套增加了弹簧环的半径，从而需要更大的力来扭曲和折叠套筒式弹簧环，这使套筒式弹簧环更难收缩。另外，套筒式弹簧环表现出恢复到其正常的扩展形状的更强趋势。因此，无法使用足够的力来扭曲和折叠套筒式弹簧环的用户可能会发现套筒式弹簧环不象用户所期望的那样弹性恢复，这就很可能会带来伤害。另外，在收缩的套筒式弹簧环内储藏的应力很大，这降低了套筒式弹簧环的寿命。
因此本发明的一个目的是提供一种安全性能改进的弹簧环装置，当弹簧环的环形部件断裂时该弹簧环装置将潜在的伤害减至最小。
本发明的另一个目的是提供一种很容易扭曲和折叠成收缩形状的弹簧环装置。
本发明还有另外一个目的就是提供一种弹簧环装置，它需要极小的力来扭曲和折叠到收缩形状，并且当弹簧环装置保持收缩形状时，将环形部件内储藏的应力值减至最小。
本发明还有进一步的目的就是提供一种弹簧环装置，其中一个断裂的环形部件保持在一个保护层内，同时在扩展形状下保持环形部件的原始形状。
为了达到本发明的目的，提供一种具有一扩展形状和一收缩形状的弹簧环装置。弹簧环装置可从扩展形状扭曲和折叠从而将弹簧环装置的总体尺寸减小到其收缩形状。弹簧环装置包括一形成一封闭圈的环形部件，该环形部件具有一完整地扁平横截面。在收缩形状下，该环形部件形成许多同心环。弹簧环装置进一步包括以紧配合方式包覆环形部件的外表面的一个保护层，该保护层具有完整地扁平横截面。
在本发明的一个实施例中，保护层由一种坚固且有挠性的材料制成，而且由从包括PVC、塑料、橡胶、聚合物、布和机织织物的一组材料中所选择的一种材料制成。保护层的外宽度和外高度之比大于1.3比1。
在本发明的一个实施例中，环形部件由一种具有“形状记忆”特征的可盘绕的材料制成，这种材料不被夹持在收缩形状时，形状记忆特性可使环形部件弹性恢复到扩展形状。在个实施例中，可盘绕的材料是挠性可盘绕的钢。
所提供的环形部件的横截面形状可有多种，例如矩形，矩形通常具有圆角、梯形、椭圆和两侧与两个扁平截面相连接的V形截面的横截面形状。
在本发明的另一实施例中，环形部件具有第一和第二相对端，以及一第一护套，该第一护套具有用来容纳环形部件的第一和第二端的空腔。环形部件的第一和第二端都有无保护层包覆的较短的一小段，第一护套覆盖住该未覆盖的较短的一小段。一第二护套具有容纳第一护套和环形部件的第一及第二端的空腔。
本发明还提供制造一种弹簧环的方法。根据本发明的一种方法，在第一步骤中环形部件设有一种完整地扁平横截面，该环形部件具有一扩展形状和一收缩形状，并且可以从扩展形状扭曲和折叠从而将环形部件的总体尺寸减少到其收缩形状。在第二步骤中，包覆环形部件的外表面添加一种保护层，保护层具有完整地扁平横截面。在第三步骤中，环形部件紧配合地位于保护层的内侧。
这样，根据本发明的弹簧环装置设置了强保护层，该强保护层牢固的夹持住环形部件，从而使环形部件的断裂端或自由端的突出并导致伤害用户的可能性最大程度的减小。保护层不会损害弹簧环装置的特性、功能和应用，同时便于在扭曲和折叠步骤期间简化操作。由于处于收缩形状下的环形部件内插槽的应力较小，还提高了弹簧环装置的寿命。
图1是根据本发明的一个第一实施例的一个弹簧环部件的透视图；
图2是沿图1中2-2横截面看去，图1的弹簧环部件的横截面视图；
图2A-2D是提供给图1的弹簧环部件可选横截面形状的横截面视图；
图3是根据本发明的一个第二实施例的弹簧环部件的透视图；和
图4是图3的弹簧环部件的一部分的透视分解图。
图5是采用图1的弹簧环部件的一个可收缩遮阳蓬的透视图；和
图6是采用图1的弹簧环部件的一个可收缩结构的透视图。
下面的详细描述是实施本发明目前所考虑的最佳方式。该描述并非用来限制人的观念，而仅仅是为了说明本发明实施例的一般原则。本发明的范围由附属的权利要求书最佳限制。
本发明提供了一种保护层或外壳，该保护层或外壳用来与具有扁平横截面的弹簧环连接。保护层包裹着弹簧环，并且提供一种坚固且有挠性的材料，该坚固且有挠性的材料能有效的将弹簧环的断裂端或自由端夹持在保护层内部，并防止该断裂端或自由端刺破保护层。保护层还设有一个扁平横截面，且比较薄。弹簧环的扁平性质和本发明的保护层极大地方便了被包裹的弹簧环的扭曲和折叠，因而使被包裹的弹簧环便于使用，同时使用该弹簧环装置的安全性显著的增加。在这方面，弹簧环的扁平性质和本发明的保护层使其非常容易扭曲和折叠，与已有技术中具有环形横截面的弹簧环相比，在折叠形状时使所储藏的应力量较小。
现在参见附图，图1和2表示根据本发明的一第一实施例的一弹簧环装置10。弹簧环装置10构成一封闭的环，且具有一个封装或包裹在一个保护层14的内部的环形部件12。环形部件12最好以紧配合的方式包裹，使在保护层14的腔内的环形部件12的移动减至最小。在环形部件12和保护层14的内壁之间的保护层14的空腔内还有可能提供一小型空间，但该空间应最好小到能足够防止保护层14内的环形部件12的明显移动。
如图2所示，环形部件12具有扁平横截面，并且可采用大致呈矩形的横截面。尽管环形部件12还可采用其他材料例如塑料，竹子和木材，但最好由有挠性的可盘绕的钢制成。环形部件12使用的材料应较坚固且挠性程度足以用极小的力就可将它绕成盘状。在这方面，环形部件12最好是薄的带状材料，它具有约0.25厘米的非限定性厚度或高度H，和约1.0厘米的非限定性宽度或延展度W。通常环形部件12的宽度W和高度H的比最好大于1.3比1。环形部件12最好能够呈现两种形状，即一正常张开或扩展的形状，和一种折叠或收缩的形状，在该收缩形状下弹簧环装置10压缩成比张开形状尺寸小的尺寸。环形部件12具有“形状记忆”特性，这使其在没有固定或夹持在收缩位置时可以弹性恢复到其正常的扩展形状。
保护层14具有扁平空腔和横截面，且最好由一种足够坚固且很难(阻止)由环形部件12的尖锐的断裂端或自由端刺破的材料制成，而且有足够的挠性能有助于，而非阻碍压缩环形部件12所需的扭曲和折叠动作。与环形部件12一样，保护层14的外侧宽度WC和外侧高度HC之比最好大于1.3比1。这种材料的例子包括PVC、橡胶、塑料、聚合物、特定类型的布和机织织物。最好保护层14具有足够的厚度以防止由环形部件12的尖锐的断裂端或自由端刺破，而且有助于，但非阻碍压缩环形部件12所需的扭曲和折叠动作。于是，即使环形部件12断裂，保护层14也能有效地把环形部件12夹持在保护层14内，并保持其原始形状。
保护层14还具有另外两种优点。第一，由于图2所示大致呈矩形截面的环形部件12具有尖角16，保护层14提供的包裹层包绕这些尖角16。这就防止了其中夹持有已有技术的弹簧环的薄织物套受到磨损和撕裂，否则当装置或物品放在一表面上时一个未覆盖的环形部件12的尖角16将会摩擦薄织物套。第二，保护层14给通常轻质的环形部件12增添了重量，因此提供了一种较重的框架(即弹簧环)，该较重的框架将增加其中应用了弹簧环装置10的装置或物品的稳定性。
根据许多方法中的一种，环形部件12包裹在保护层14内。根据本发明的一种方法，环形部件12放入一个模子内，保护层14的材料以液体或熔融形式涂布在包绕环形部件12的模子内。使该材料冷却，这样保护层14完全封闭住环形部件12，并且防止环形部件12在保护层14的空腔内移动。
根据本发明的另一种方法，保护层14借助外力设在具有相对端的一条环形部件12上，环形部件12滑进并穿过保护层14的空腔内。保护层14的空腔的尺寸和形状比环形部件12的主体略大，这样环形部件12可滑进和穿过该空腔，同时在环形部件12布置在其内之后空腔内的环形部件12的移动减至最小。然后把环形部件12的相对端通过铆钉或利用类似的连接技术固定在一起。
尽管环形部件12的横截面形状如图2所示通常为矩形，环形部件12的横截面形状还可能采用许多形状，只要它们具有扁平的特性。例如在图2A中，环形部件12a具有一种无角的普通椭圆横截面形状。作为另一个例子，图2B表示具有大致呈矩形横截面形状(与图2一样)的另一环形部件12b，但它带有磨圆的或弯曲的四个角16b。作为另一个例子，图2C表示具有一个通常是梯形横截面形状的一个环形部件12c。作为另一个例子，图2D表示具有一个横截面形状的环形部件12d，该横截面形状为两侧连接有两个通常扁平的截面18的一个V形截面17。
无论怎样选择环形部件的横截面形状，保护层14最好具有一个能如上所述以紧配合的方式容纳环形部件12或者12a-12d的形状的空腔。另外，保护层14的外主体的形状可呈与环形部件12的横截面形状相同的形状，或者可设置成与环形部件12的横截面形状不同的任意扁平形状。
图3和4表示根据本发明的第二实施例的一个弹簧环装置20。弹簧环装置20设有具有相对端24和26的一个环形部件22，该相对端24和26通过一连接系统来连接(下面将详细描述)，连接好的环形部件22封闭或者封装在一保护层28内。环形部件22最好也以紧配合方式封装，使环形部件22在保护层28的空腔内的移动减至最小。在环形部件22和保护层28之间提供一空间，参见上面所述的与弹簧环装置10有关的描述。环形部件22具有扁平横截面(见图4)，并且可采用与上述环形部件12相同的材料，特性和尺寸，并采用图2和2A-2D所示的任意横截面形状。类似的，保护层28具有扁平横截面和空腔，并且采用与上述保护层14相同的材料，特性和尺寸。
根据许多方法中的一种，环形部件22封装在保护层28内。根据本发明的一种方法，环形部件22放入一个模子内，且把保护层28的材料以液体或熔融形式涂布在包绕环形部件22的模子内。使该材料冷却，这样保护层28完全封闭住环形部件22，并且防止环形部件22在保护层28的空腔内移动。
根据第二种方法，保护层28借助外力设在环形部件22上，并且环形部件22滑进和穿过保护层28的空腔内。保护层28的空腔的尺寸和形状比环形部件22的主体略大，使环形部件22可滑进和穿过该空腔，与此同时在环形部件22布置在其内之后，空腔内的环形部件22的移动减至最小。
与采用保护层28来封闭环形部件22的方法无关，环形部件22的端部24和26的一小部分没有封闭住，以便于通过下述的连接系统来连接。
用来将环形部件22的相对端部24和26连接的连接系统包括两个护套30和32。一个内护套30的尺寸和形状与保护层28相同，而且包括与环形部件22的横截面形状相同的横截面形状的一个空腔34，还包括相对的开口端36和38。空腔34的尺寸和形状可容纳环形部件22的端部24和26。特别是，内护套30的一开口端36将环形部件22的其中一端，例如24接纳进空腔34，内护套30的另一开口端38将环形部件22的另一端26接纳进空腔34，以便使环形部件22的端部24和26连接，从而形成一大致呈圆环形的环形部件。这样，内护套30用于封闭和覆盖环形部件22的端部24和26的未封闭部分，因此内护套30和保护层28一起形成了绕整个环形部件22伸展的一封闭的保护层。
设置外护套32以覆盖内护套30和保护层28的相邻部分。外护套32包括一个空腔40，该空腔具有相对的开口端42和44，而且具有与保护层28的外部形状相同的横截面形状。空腔40的尺寸和形状能够接纳相结合的环形部件22和保护层28。最好空腔40的尺寸和形状比相结合的环形部件22和保护层28的主体略大。因此，外护套32可沿保护层28的外表面46推进，同时在连接后把相结合的环形部件22和保护层28在空腔40内的移动减至最小。
使用时，外护套32的一开口端42在端部24套在环形部件22和保护层28之上推进，并且沿保护层28的外表面46推进直到外护套32移动到超过端部24处的未封闭段。然后内护套30以上述方式布置，使其把环形部件22的两端部24和26连接起来，并完全覆盖和封闭端部24和26处的未封闭段。然后外护套32套在内护套30上推进以便完全覆盖内护套30和靠近内护套30的部分保护层28(见图3)。
或者，环形部件22的端部24可插入内护套30的开口端36处的空腔34内。然后外护套32套在内护套30的开口端38上，套在和越过内护套30，并且套在靠近端24的保护层28的外表面46上推进。此时，环形部件22的另一端26插入位于内护套30的开口端38的空腔34内。然后外护套32套在内护套30的开口端36和内护套30上以相反的方向推进，直至其端部44越过内护套30的开口端38并套在靠近端部26的保护层28的外表面46上。
内护套30和外护套32可由保护层28所使用的相同类型的材料制成。这样，操作内护套30以便使环形部件22的端24和26平滑连接，同时最大程度的减少了端部24和26刺破内护套30壁体的情况。为了改进连接，端24和26可用类似的传统技术胶接或固定在内护套30的空腔34内。外护套32设有一套附加安全机构，以便将环形部件22的端24和26间的可靠连接，由于这些端部24和26不可能刺破内护套30和外护套32，因此这进一步减少了端24和26暴露在外的风险。为了达到这个目的，外护套32最好比内护套30长，使之不仅完全覆盖了内护套30，而且覆盖了靠近内护套30的两端36和38的保护层28的显著的一部分。这确保了内护套30将牢固的夹持住环形部件22的端部24和26。这进一步最大程度的减少了在正常使用时(即在折叠和扭曲操作期间)，由于外护套32推进过多以至不再覆盖内护套30的可能性。在这方面，应设定外护套32的长度和厚度使得外护套32在诸如压缩弹簧环装置20的扭曲和折叠步骤期间，不会阻碍弹簧环装置20的操作或者降低其效率。
这样，根据本发明所述的弹簧环装置10和20设有保护层14和28，和连接系统(用于弹簧环装置20)，通过设置坚固地保护层14和28，把将环形部件12牢固的夹持在保护层内，该连接系统最大程度地减少了环形部件12、22的一个断裂端或自由端突出使伤害用户遭受的可能性。而且保护层14和28也不会破坏弹簧环装置10,20的特性、功能和应用，同时有助于在扭曲和折叠步骤中简化操作。由于在处于收缩形状下的环形部件12,22内储存了较少的应力，因此还提高了弹簧环装置10,20的寿命。
尽管上面的描述参照了本发明的具体实施例，可以理解不超出其中的精神也可作出许多的改进。附属的权利要求书试图覆盖这些可能属于本发明真实的范围和精神之列的改进。