摘 要：自行車變速操縱機(jī)構(gòu)是自行車重要組成部件之一。文章分析了自行車變速操縱機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)分析以及技術(shù)發(fā)展歷程，并結(jié)合重要申請(qǐng)人株式會(huì)社島野分析了當(dāng)今該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的重心和熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自行車；變速；自動(dòng)；檔位；控制

1 概述

縱觀當(dāng)今自行車的世界潮流，變速自行車已成為世界自行車的主流。隨著人民生活水平的不斷提高，為了滿足更多需求，自行車從單一功能向多功能發(fā)展成為一個(gè)必然趨勢(shì)。

文章正是基于對(duì)自行車變速操縱機(jī)構(gòu)這一技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析，從中國(guó)以及全球的專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)人的分布等多方面統(tǒng)計(jì)分析，闡述了自行車變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)，追蹤了這一技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，重點(diǎn)針對(duì)技術(shù)方向和技術(shù)手段的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了梳理。針對(duì)重要申請(qǐng)人株式會(huì)社島野等企業(yè)的技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)其前沿技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2 專利申請(qǐng)分析

2.1 中國(guó)專利分析

主要針對(duì)中國(guó)專利申請(qǐng)量狀況的趨勢(shì)以及國(guó)內(nèi)重要申請(qǐng)人進(jìn)行分析，從中得到相關(guān)的自行車變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以及重要申請(qǐng)人的歷年專利申請(qǐng)狀況。

2.1.1 中國(guó)專利申請(qǐng)量趨勢(shì)（1990-2013）

圖1示出了該領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量趨勢(shì)圖，從圖1中可以看出自行車變速操縱機(jī)構(gòu)的中國(guó)申請(qǐng)量在2000年開始呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其是在2002年以后呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，每年的申請(qǐng)件數(shù)由2002年以前的5件以內(nèi)增長(zhǎng)到20件以上，最高年份達(dá)32件。從圖1中可以還看出，雖然2002年以后的申請(qǐng)量整體呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì)，但并不是每年都呈上升趨勢(shì)，其中出現(xiàn)過兩次波動(dòng)，出現(xiàn)這種波動(dòng)，除了受正常的國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)政策和工業(yè)生產(chǎn)形勢(shì)的影響外，還可能是由于以下原因：

（1）從申請(qǐng)人角度分析，由于從事變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)研發(fā)的，多為國(guó)外大型企業(yè)（詳見圖2中國(guó)重要申請(qǐng)人分布圖），申請(qǐng)較為集中。因此，個(gè)別或少數(shù)申請(qǐng)人在某一年度申請(qǐng)量的正常變化，可能會(huì)影響該年度國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的整體趨勢(shì)。

（2）從技術(shù)研發(fā)角度分析，變速自行車是一種普遍的運(yùn)

動(dòng)、健身、休閑和娛樂性產(chǎn)品，工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家以及日本等國(guó)和地區(qū)所打造的各類自行車產(chǎn)品，從外觀造型、材料選用，一直到表面裝飾、整車裝備等各個(gè)方面，發(fā)展非常迅速，美觀、輕便、智能化也逐漸成為技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)，因此文章僅以變速操縱機(jī)構(gòu)為切入點(diǎn)進(jìn)行分析，與對(duì)整個(gè)領(lǐng)域的研究相比，數(shù)據(jù)還容易受各研發(fā)方向之間的平衡狀況影響。

圖1 變速操作機(jī)構(gòu)中國(guó)專利申請(qǐng)量趨勢(shì)圖

2.1.2 中國(guó)專利IPC分布

自行車變速操縱機(jī)構(gòu)這一技術(shù)領(lǐng)域，在中國(guó)的申請(qǐng)以手控變速器和電控變速器為主，這也從一定程度上體現(xiàn)了該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)方向和熱點(diǎn)。

2.1.3 中國(guó)重要申請(qǐng)人分布

從國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)重要申請(qǐng)人方面做進(jìn)一步分析，圖2示出了自行車變速操縱機(jī)構(gòu)中國(guó)專利申請(qǐng)的重要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量，該圖表顯示的數(shù)據(jù)具有非常明顯的兩個(gè)特點(diǎn)：（1）國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在中國(guó)的申請(qǐng)量上未顯示出優(yōu)勢(shì)；（2）國(guó)外申請(qǐng)人主要集中在歐美和日本，其中株式會(huì)社島野的申請(qǐng)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

圖2 變速操作機(jī)構(gòu)中國(guó)重要申請(qǐng)人分布

申請(qǐng)量較高的中國(guó)申請(qǐng)人各自排名狀況也基本可以反映其研發(fā)規(guī)模和研發(fā)水平，例如，排名首位的株式會(huì)社島野不僅在申請(qǐng)量上具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是開展自行車變速操縱機(jī)構(gòu)研究工作較早、研究范圍較廣、在領(lǐng)域內(nèi)具有一定影響力的申請(qǐng)人，其最早自1993年1月20日提出發(fā)明名稱為“帶變速指示器的自行車變速操縱器”（公開號(hào)CN1078697 A）發(fā)明專利申請(qǐng)，隨后的研究涉及變速操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)、變速操縱機(jī)構(gòu)的布置以及變速控制方法，這也正是變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)的體現(xiàn)，株式會(huì)社島野對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展可謂是中流砥柱，起到了舉足輕重的作用。

2.2 全球性專利分析

主要針對(duì)全球?qū)＠暾?qǐng)量狀況的趨勢(shì)以及全球重要申請(qǐng)人進(jìn)行分析，從中得到相關(guān)的自行車變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以及重要申請(qǐng)人的歷年專利申請(qǐng)狀況。

2.2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)量趨勢(shì)

圖3示出了該領(lǐng)域的全球申請(qǐng)與中國(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)對(duì)比圖，從圖3中可以看出申請(qǐng)量在整體上呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，中間的波動(dòng)雖然頻繁，但幅度比較緩和，符合技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律。另外，還可以看出，該領(lǐng)域中國(guó)申請(qǐng)量占全球申請(qǐng)量的比重呈現(xiàn)遞增狀態(tài)，有些年份甚至達(dá)到了將近50%的比例?？梢娮孕熊囎兯俨倏v機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域不僅在全球范圍內(nèi)以良好趨勢(shì)發(fā)展，中國(guó)申請(qǐng)量比重的提高也反應(yīng)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的發(fā)展同樣欣欣向榮，否則，技術(shù)比較成熟的國(guó)外企業(yè)也不會(huì)在中國(guó)市場(chǎng)尋求專利權(quán)的保護(hù)。這其中的主要原因在于，隨著石油等能源的消耗，健康、環(huán)保的理念開始深入大眾的意識(shí)，并且隨著國(guó)家近幾年一直倡導(dǎo)綠色、低碳出行，自行車作為代步或者比賽用車，始終與人們的生活息息相關(guān)。

圖3 變速操作機(jī)構(gòu)全球?qū)＠暾?qǐng)量趨勢(shì)

2.2.2 全球?qū)＠暾?qǐng)量分布及重要申請(qǐng)人排名

全球?qū)＠暾?qǐng)量的國(guó)家分布主要集中在日本、歐美和中國(guó)，而通過前面對(duì)中國(guó)專利申請(qǐng)的分析也同樣可以發(fā)現(xiàn)，日本和歐美在中國(guó)的申請(qǐng)量與其他國(guó)家相比亦處于主導(dǎo)地位。

圖4 變速操作機(jī)構(gòu)全球重要申請(qǐng)人分布

圖4 示出了全球重要申請(qǐng)人的排名，體現(xiàn)在全球范圍內(nèi)，該領(lǐng)域仍然是日本、意大利、美國(guó)占據(jù)主導(dǎo)地位，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家的水平，其中尤以日本申請(qǐng)量最高，占總申請(qǐng)量的比例接近40%，這些數(shù)據(jù)都毫無疑義的證明了這三個(gè)國(guó)家在自行車變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先及核心地位。

此外，全球重要申請(qǐng)人排名的前三位與中國(guó)申請(qǐng)人排名的前三位相同，可見這三位申請(qǐng)人對(duì)于該領(lǐng)域的影響力在全球范圍也同樣舉足輕重。

2.3 技術(shù)構(gòu)成

自行車變速操縱機(jī)構(gòu)的發(fā)展主要涉及變速操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)、變速操縱機(jī)構(gòu)的布置以及變速控制方法三條主線，三者共同影響自行車變速技術(shù)的性能。

3 自行車變速操縱機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展路線

自行車是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，具有100多年的歷史。在1902年，英國(guó)史都梅——阿切爾公司在自行車后輪裝上了變速器，變速自行車出現(xiàn)了。正如之前對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)構(gòu)成的分析所述，自行車變速操縱機(jī)構(gòu)的發(fā)展主要涉及變速操縱機(jī)構(gòu)的布置、變速操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)以及變速控制方法三條主線，三者共同影響自行車變速技術(shù)的性能，三條主線下又分別分有二級(jí)技術(shù)分支。

3.1 變速操縱機(jī)構(gòu)的布置

主要介紹變速操縱機(jī)構(gòu)布置這一技術(shù)分支下的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r以及代表性專利，主要涉及安裝位置的變更、變速指示可視性的優(yōu)化以及變速與制動(dòng)集成化。

3.1.1 安裝位置的變更

最初的自行車變速，需要人用手來撥動(dòng)鏈條，無疑這樣做是很危險(xiǎn)的。Shimano、Campagnolo這世界兩大巨頭公司，前后推出了在車把上的手撥系統(tǒng)，可以說這是一次自行車歷史發(fā)展上的重要變革，其產(chǎn)生的歷史意義是深遠(yuǎn)的，因?yàn)樗沟萌藗冊(cè)诓倏刈兯傧到y(tǒng)的時(shí)候，無需再低下頭或者手離開車把到斜梁上去撥動(dòng)撥桿，這個(gè)時(shí)代已經(jīng)結(jié)束了?，F(xiàn)在，人們只需要在車把上直接撥動(dòng)手撥系統(tǒng)的變速把手，就可以輕松自如的選取我們所想要的齒輪比了。

代表性專利：Shimano公司最早于1959年7月21日提出了一篇專利申請(qǐng)（公開號(hào)：US3021728 A），技術(shù)要點(diǎn)：將三級(jí)變速操縱裝置設(shè)置于轉(zhuǎn)向把上，使得騎乘者的操作更為方便，減少了安全隱患，在自行車發(fā)展歷程中作出了具有里程碑意義的貢獻(xiàn)。

3.1.2 變速指示可視性的優(yōu)化

隨著變速操縱機(jī)構(gòu)設(shè)置于車把的推廣應(yīng)用，又出現(xiàn)了新的技術(shù)問題，用來顯示變速裝置速度選擇的速度指示器，由于這種指示器靠變速裝置與車把的相關(guān)位置而定，使得騎車人不易看到。因此，提供一種易于被騎車人看到、且與變速裝置相對(duì)于自行車把位置無關(guān)的速度指示器，則成為了該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的方向。

代表性專利：株式會(huì)社島野于1992年9月12日提出了一篇專利申請(qǐng)（公開號(hào)：JP3359663 B2），技術(shù)要點(diǎn)：自行車變速裝置包括一個(gè)用來纏繞變速線的繞緊裝置，變速桿用來轉(zhuǎn)動(dòng)繞緊裝置，一個(gè)與變速裝置分離構(gòu)成并且安裝在把手上的速度指示器，一個(gè)用于將變速裝置的移動(dòng)傳送到速度指示器的連動(dòng)裝置，上述結(jié)構(gòu)允許把速度指示器安裝在易被騎車人在任何情況下所能看到的車把上的位置，而與變速裝置相對(duì)于車把的位置無關(guān)。

3.2 變速操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

主要介紹變速操縱機(jī)構(gòu)改進(jìn)這一技術(shù)分支下的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r以及代表性專利，主要涉及變速指示精確度優(yōu)化以及檔位操作優(yōu)化。

3.2.1 變速指示精確度的優(yōu)化

傳統(tǒng)的自行車變速操縱器包括速度指示器，指示器具有一標(biāo)度盤和一可繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的指針，在側(cè)邊設(shè)置了一個(gè)用于卷繞變速纜繩的卷線盤，這種傳統(tǒng)裝置的缺點(diǎn)不僅是連結(jié)裝置大過復(fù)雜，而且還減低了精確性和可靠性。因此，提供一種緊湊的并且具有高度變速指示精確性和可靠性的自行車變速操縱器，逐漸成為該領(lǐng)域技術(shù)研究的重心之一。

代表性專利：株式會(huì)社島野于1993年1月15日提出了一篇專利申請(qǐng)（公開號(hào)：US5325735 A），技術(shù)要點(diǎn)：該申請(qǐng)針對(duì)傳統(tǒng)變速操縱器的類型進(jìn)行改進(jìn)，其中變速指示器包括一設(shè)置在卷線盤上并在俯視方向上至少部分地與卷線盤重疊的指示元件。這樣，該變速指示器可精確地指明由變速器裝置新產(chǎn)生的變速狀況。

3.2.2 檔位操作的優(yōu)化

常規(guī)的自行車變速控制機(jī)構(gòu)包括一個(gè)卷線件，一個(gè)使卷線件保持在多個(gè)檔位中的一個(gè)所需檔位上的定位保持機(jī)構(gòu)以及一個(gè)釋放桿，常規(guī)機(jī)構(gòu)的缺陷在于對(duì)騎車人不方便，基于上述技術(shù)問題，針對(duì)檔位優(yōu)化的研究也不斷升溫。

代表性專利：株式會(huì)社島野于1993年12月21日提出了一篇專利申請(qǐng)（公開號(hào)：US5676022 A），技術(shù)要點(diǎn)：提供一種變速控制裝置，它使騎乘者能夠在一次動(dòng)作中快速而可靠地完成兩檔或更多檔的變速操作，該裝置能方便地變換到預(yù)定的低速檔。

3.3 變速控制方法

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)等控制設(shè)備的成本也不斷降低，同時(shí)消費(fèi)者也對(duì)自行車變速技術(shù)提出了更高的要求，因此，國(guó)內(nèi)外自行車或者變速機(jī)構(gòu)制造商、研發(fā)者對(duì)于變速控制方法的研究不斷深入。主要介紹變速控制方法這一技術(shù)分支下的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r以及代表性專利。

3.3.1 變速自動(dòng)化

我們從1992年3月2日提出的美國(guó)專利US5213548 A了解了自動(dòng)操作變速裝置的齒輪變換裝置，該變速裝置能改變曲軸與后輪轉(zhuǎn)數(shù)比，根據(jù)曲柄速度和自行車速度之比檢測(cè)當(dāng)前齒輪比，并在曲柄慢而自行車快等情況下根據(jù)程序進(jìn)行變速動(dòng)作的自動(dòng)化裝置。

3.3.2 變速檔位的優(yōu)化

自動(dòng)變速技術(shù)推廣后，如何選擇最佳變速檔位成為了研究的主流?，F(xiàn)有的公知技術(shù)不能滿足對(duì)應(yīng)鏈條的張力進(jìn)行變速，因?yàn)樽孕熊嚨募铀俣群玩湕l的張力不能一一對(duì)應(yīng)。因此，希望能開發(fā)使變速機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分在小負(fù)荷下動(dòng)作的自動(dòng)變速裝置。

代表性專利：株式會(huì)社島野于1996年9月20日提出了一篇專利申請(qǐng)（公開號(hào)：JP3284060 B2），技術(shù)要點(diǎn)：（1）可對(duì)應(yīng)鏈條張力進(jìn)行變速控制。（2）變速控制完全自動(dòng)化。（3）在坡道等條件下可進(jìn)行恰當(dāng)?shù)淖兯倏刂啤?/p>

3.4 技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)

從上述自行車變速操縱機(jī)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展路線，可以總結(jié)出該領(lǐng)域的技術(shù)處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，技術(shù)分支中變速操縱機(jī)構(gòu)的布置以及改進(jìn)這兩個(gè)技術(shù)分支的發(fā)展已趨于成熟。而變速控制方法的技術(shù)分支起步雖然晚，但是申請(qǐng)量處于穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這也體現(xiàn)了當(dāng)今對(duì)于變速自行車的需求點(diǎn)，正朝著智能化、安全化、舒適化的方向發(fā)展，同時(shí)也是目前自行車變速操縱機(jī)構(gòu)的技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以看出，自行車變速操縱機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量以穩(wěn)定的速度增長(zhǎng)，從申請(qǐng)人分布來看，不論體現(xiàn)在中國(guó)還是全球范圍內(nèi)，該領(lǐng)域仍然是日本、意大利、美國(guó)占據(jù)主導(dǎo)地位，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家的水平，其中尤以日本申請(qǐng)量最高，申請(qǐng)人株式會(huì)社島野占據(jù)了該領(lǐng)域主要的申請(qǐng)量，同時(shí)也是該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的先驅(qū)者和研發(fā)者。

該領(lǐng)域的專利技術(shù)傾向于少數(shù)重要申請(qǐng)人，一方面說明該技術(shù)的復(fù)雜性和技術(shù)的延續(xù)性，一方面說明這些申請(qǐng)人研究的廣度和深度都在不斷提高。我國(guó)在該方面的研究略顯單薄，還有待提高。

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作者簡(jiǎn)介：王新星（1987-），男，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心審查員，主要從事自行車領(lǐng)域的發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查工作。

袁嬌嬌對(duì)文章的貢獻(xiàn)等同第一作者。