姚鶴忠

（上海制筆技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 201612）

在知識經(jīng)濟(jì)背景下，全球日益激烈的科技話語權(quán)和產(chǎn)業(yè)控制權(quán)的競爭都包含專利的競爭。專利的生產(chǎn)力、持有量、對專利的經(jīng)營能力、專利競爭力以及盈利能力，在國家、區(qū)域、產(chǎn)業(yè)以及企業(yè)的競爭實(shí)力中占據(jù)越來越重要的地位。

這些年來，日本百樂公司研發(fā)的“摩磨擦”筆無疑是很成功的，據(jù)nippon.com“走進(jìn)日本”2017年1月報(bào)導(dǎo)，百樂文具“摩磨擦”筆系列全球累計(jì)銷量突破15億支[1]。在成功的背后，是數(shù)十年的研發(fā)投入，數(shù)十年的堅(jiān)持不懈。本文試圖以專利視角來對“可逆熱變色”系列產(chǎn)品研發(fā)的全過程進(jìn)行梳理與分析，以期得到一些可以學(xué)習(xí)借鑒的東西。

一、發(fā)展由來

據(jù)說“可逆熱變色”墨水的問世，源于百樂公司一位研究人員的靈感。他看到一夜變紅的楓葉，便產(chǎn)生了“想在燒杯中再現(xiàn)這種魔法般的變化”的念頭。從1973年申請第一個“熱致變色材料”專利開始，至今百樂公司已先后申請了數(shù)百項(xiàng)相關(guān)專利，其中在日本本國申請的專利數(shù)量已超過280項(xiàng)（見圖1）。

從圖1可以看到，自1973年申請第一個“熱致變色材料”專利以后，經(jīng)歷了漫長時間的蟄伏，到2007年才迎來第一個高潮，緊接著2010年又爆發(fā)了新的高潮，2013年更是達(dá)到了頂峰，這些年開始減緩下降，而“可逆熱變色”系列產(chǎn)品的銷量則持續(xù)上升。

圖1 百樂公司本國申請“摩磨擦”系列專利數(shù)量分布

二、研發(fā)歷程

在眾多的專利中，通過分析梳理主要專利的內(nèi)容及其申請的時間，大致可以勾勒出研發(fā)過程的脈絡(luò)，其技術(shù)發(fā)展路線（見圖2）大致可以分為以下四個階段：

1.探索方向（1973～1993）

最早的熱致變色材料的變色溫度范圍很小，需要的溫度亦較高，并且著色劑的顆粒較大，開始只能在記錄媒體和印刷等方面嘗試，例如，采用熱致變色材料印刷在杯子上，倒入熱水或者冷水時，杯子上的圖案和顏色會發(fā)生不同的變化。熱致變色材料還可以用于開發(fā)熱變色玩具、熱變色薄膜、熱變色玻璃等。但是，百樂公司畢竟是一個文具制造企業(yè)，無論如何一定要能夠用在文具上，尤其是筆上面。因此，他們堅(jiān)持不懈地探索熱致變色材料在文具，特別是筆上面的應(yīng)用，尋找到發(fā)展的方向。

2.確定目標(biāo)（1993～2002）

以1993年申請的第一個“熱變色性筆記具”專利為標(biāo)志，百樂公司正式進(jìn)入了“摩磨擦”筆的研發(fā)階段。要讓“可逆熱變色”墨水在圓珠筆筆頭或者記號筆的纖維筆頭的間隙中流動，其著色劑的微膠囊顆粒必須要小，開始時微膠囊顆粒直徑都在10μm以上，根本無法在筆中使用，因此，該專利要求“粒子直徑10μm以下，更優(yōu)選5μm以下，最優(yōu)選3μm以下”[2]。2002年百樂公司成功地將微膠囊顆粒直徑縮小至2～3μm，同時申請了“摩擦體及び筆記具”專利，提出了由硅酮橡膠構(gòu)成的摩擦體，要求材料在25℃～65℃的范圍內(nèi)具有最大高溫側(cè)變色點(diǎn)[3]，為“摩磨擦”筆的問世奠定了基礎(chǔ)。

圖2 “可逆熱變色”系列專利技術(shù)發(fā)展路線

3.改進(jìn)完善（2002～2010）

“可逆熱變色”墨水的變色溫度是比較關(guān)鍵的，早期“可逆熱變色”墨水的變色溫度范圍比較?。ㄒ妶D3），即使在常溫條件下亦可能會自動產(chǎn)生變色的現(xiàn)象；2005年成功將變色溫度范圍擴(kuò)大到-20℃～65℃之間（見圖4），“完全脫色溫度（t4）在45℃以上，優(yōu)選為50℃以上，且開始顯色溫度（t2）在0℃以下，優(yōu)選在-5℃以下”[4]。這樣既不會在常溫條件下自動產(chǎn)生變色的現(xiàn)象，又能夠采用摩擦體通過摩擦產(chǎn)生熱量，使得原來有顏色的線跡變成其他顏色，或者變?yōu)闊o色就會比較容易一些。

圖3 變色溫度范圍小

圖4變色溫度范圍大

作為書寫墨水，“可逆熱變色”墨水的書寫性能和長期穩(wěn)定性同樣重要，微膠囊顆粒直徑相對較大，在水性墨水體系中如何保持均勻分散的穩(wěn)定狀態(tài)是有較大難度的。因此，“可逆熱變色”墨水最先成功的產(chǎn)品是凝膠狀墨水（gel ink），通過添加剪切減黏性賦予劑，能夠抑制微膠囊顏料的凝集、沉淀，并且能夠抑制筆跡的滲透，不僅是紙面，即使書寫滲透性高的布帛等纖維材料也不會滲透筆跡，可以形成良好的筆跡[5]。

2006年“摩磨擦”筆開始上市銷售，早期的“摩磨擦”筆書寫性能還是存在一些問題的，線跡顏色偏淡，存放時間稍長一些就容易出現(xiàn)初寫性能不良，嚴(yán)重的甚至寫不出了。經(jīng)過不斷的改進(jìn)提升，這些問題都得到了逐步改進(jìn)與完善。

4.爆發(fā)增長（2010～2020）

進(jìn)入2010年后開始了爆發(fā)性增長，具體表現(xiàn)在專利申請量大幅度增加，專利所涉及的產(chǎn)品種類明顯增加，幾乎延伸到所有筆類產(chǎn)品，還擴(kuò)展到可擦油畫棒、可擦橡皮、可擦印章等相關(guān)產(chǎn)品，開始呈現(xiàn)比較清晰的專利布局；同時，“可逆熱變色”系列產(chǎn)品的隊(duì)伍不斷擴(kuò)大，不僅有“摩磨擦”的中性墨水圓珠筆，還有水性的記號筆；不僅有插套式“摩磨擦”筆，還有按動式“摩磨擦”筆、多色按動式“摩磨擦”筆；不僅有常規(guī)的黑藍(lán)紅顏色，還有色彩繽紛的彩色墨水。“可逆熱變色”系列產(chǎn)品市場銷量快速增長，其中中國市場開始成為新的、最主要的增長點(diǎn)之一。

三、核心專利分析

在“可逆熱變色”系列專利中，構(gòu)成其核心專利內(nèi)容的有以下三個方面：

1.“可逆熱變色”墨水配方

“可逆熱變色”墨水的著色劑采用微膠囊包覆技術(shù)制成，微膠囊中包含成色劑、顯色劑、變色溫度調(diào)節(jié)劑三種成分，并按照一定比例混合之后裝入微膠囊中（見圖5）。微膠囊包覆技術(shù)有界面聚合法、界面縮合法、循環(huán)聚合法、液中硬化涂覆法、水溶液的相分離法、噴霧噴涂法等，特別適用界面聚合法、嵌入式聚合法。

圖5 “摩磨擦”墨水變色原理示意圖

成色劑在單體情況下是不會呈現(xiàn)顏色的，要呈現(xiàn)顏色必須與顯色劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并且由變色溫度調(diào)節(jié)劑來控制溫度與顏色的關(guān)系，即溫度升高到什么程度，顏色消失；溫度下降什么程度，顏色顯現(xiàn)。通過選擇不同種類的變色溫度調(diào)節(jié)劑，就可以決定“可逆熱變色”墨水的變色溫度。作為日常用品，“摩磨擦”筆書寫的字跡應(yīng)該在一年四季的正常溫度條件下不會自動變色，需要超過日常溫度的條件下才會變色。百樂公司經(jīng)過長期的研發(fā)和不斷完善，“可逆熱變色”墨水的變色溫度基本為-20℃～65℃。從55℃開始出現(xiàn)消色現(xiàn)象，到65℃完全消色；溫度降低到-5℃開始出現(xiàn)顯色現(xiàn)象，到-20℃完全顯色（見圖6）。

圖6 “摩磨擦”墨水的變色溫度范圍

此外，作為書寫墨水，無論是用于圓珠筆還是記號筆，其書寫性能必須得到保證?！翱赡鏌嶙兩蹦械奈⒛z囊粒徑大小很重要，粒徑大于5μm就很難在筆頭的間隙中自由流動，容易堵塞細(xì)小的間隙；而粒徑小于0.5μm則難以顯示高濃度的發(fā)色性?！翱赡鏌嶙兩蹦难邪l(fā)方向包括圓珠筆和記號筆等，重點(diǎn)是圓珠筆，特別是采用凝膠墨水的圓珠筆。特開2003-206432專利提出了剪切減黏類可逆熱變色性墨水，通過EMD型黏度計(jì)在25℃下測量所述墨水的黏度，結(jié)果顯示測定轉(zhuǎn)速為1 rpm時表觀黏度為1020mPa·s；轉(zhuǎn)速為100rpm時表觀黏度為84mPa·s，剪切減黏度指數(shù)n為0.48[6]。

2.摩擦體

“摩磨擦”筆依靠摩擦產(chǎn)生熱量的原理來消色，理論上所有具有一定硬度且表面光滑的物體都可以在紙面上摩擦產(chǎn)生熱量，只不過產(chǎn)生熱量的效率不同，對紙張表面的影響大小不同而已?？紤]到使用“摩磨擦”筆的男女老幼都有，應(yīng)該采用最適合的材料來制作摩擦體，讓摩擦生熱消色更容易更方便。

百樂公司開始選擇了硅酮橡膠，硅酮橡膠不僅熱的產(chǎn)生效率好，摩擦阻力小，而且自身不容易被磨損，摩擦過程中產(chǎn)生的碎屑量相對較少，所以不需要多次摩擦而容易使“摩磨擦”筆所寫字跡變色[7]。但是，硅酮橡膠在摩擦過程中還是會有少量碎屑粘附的紙面上，再次書寫時會出現(xiàn)字跡斷線的情況。因此，更優(yōu)選的材料是SEBS樹脂（苯乙烯－乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物），采用這種材料制作的摩擦體在摩擦過程中生熱效率更佳，幾乎不會產(chǎn)生碎屑，自身基本沒有什么磨損。

除了材料之外，摩擦體的硬度、表面狀況以及形狀等同樣重要，特別是外形圓弧半徑R的大小設(shè)計(jì)，不要接觸面積過大，又能恰到好處地覆蓋所需要擦除的線跡，達(dá)到最好的使用效果（見圖7）。

圖7 摩擦體在筆套上示意圖

3.“摩磨擦”筆

將“可逆熱變色”墨水、摩擦體與書寫工具組成一體，成為消費(fèi)者喜愛的“摩磨擦”筆，這是百樂公司追求的目標(biāo)。他們以“熱變色性筆記具”的名稱申請了為數(shù)眾多的專利，將“可逆熱變色”墨水和摩擦體運(yùn)用于各式各樣的書寫工具，并且最終研發(fā)出產(chǎn)品上市銷售。

百樂公司最經(jīng)典一款“摩磨擦”筆是 FRIXION熱可擦中性筆，采用可逆熱變色凝膠墨水和圓珠筆彈簧筆頭，筆頭球珠直徑有0.4mm、0.5mm、0.7mm等不同規(guī)格，插套式結(jié)構(gòu)，摩擦體安裝在筆桿的尾部。之后，百樂公司還研發(fā)出按動式熱可擦中性筆、熱可擦熒光筆、多功能熱可擦筆等多款“摩磨擦”筆，并且還在研發(fā)熱可擦彩色鉛筆、直液式水性圓珠筆、直液式鋼筆等更多的“摩磨擦”筆。

四、專利布局分析

專利布局應(yīng)當(dāng)在空間布局、地域布局、時間布局、技術(shù)布局等多個維度有所體現(xiàn)，是一個立體的專利網(wǎng)絡(luò)的概念。好的專利組合（patent portfolio）是指圍繞某一特定技術(shù)形成的彼此聯(lián)系、相互配套的技術(shù)，經(jīng)過申請獲得授權(quán)的專利權(quán)集合。從系統(tǒng)論的角度來看，系統(tǒng)的作用在于整體大于部分之和，將該原理延伸到專利領(lǐng)域也是同樣適用的[8]。百樂公司的“摩磨擦”系列專利的布局策略既有跟隨技術(shù)研發(fā)水平提升的步伐與節(jié)奏，又有前瞻性安排的考慮，歸納起來有以下幾個方面：

1.圍繞核心技術(shù)不斷申請新的專利

由于時間跨度大，早期申請的專利隨著有效期結(jié)束將失效，個別沒有價值的專利會自動放棄，少數(shù)專利可能會被無效，因此，百樂公司圍繞“摩磨擦”筆的核心技術(shù)，不斷研發(fā)新的創(chuàng)新性技術(shù)，申請新的專利，使得核心技術(shù)始終能得到有效專利的保護(hù)。例如表1所示的專利[9，10，11]分別于1993年、2004年和2018年申請，對“可逆熱變色”墨水中微膠囊所含材料、消色溫度控制，以及摩擦體的變化等提出了新的創(chuàng)新內(nèi)容。

表1 不同時期專利的創(chuàng)新內(nèi)容

此外，特開2016-107521專利還提出了“電動旋轉(zhuǎn)式摩擦體”[12]的設(shè)想（見圖8）。

圖8 電動旋轉(zhuǎn)式摩擦體示意圖

2.大量密集申請相關(guān)的系列專利

百樂公司的“可逆熱變色”系列專利采用了大量密集申請的方法，這就是所謂的“地毯式”布局（見圖9），讓競爭對手難以進(jìn)入，一旦進(jìn)入就像進(jìn)入陷阱陣，稍不留神就會踏入陷阱。

圖9 “地毯式”專利布局

3.以基礎(chǔ)專利為核心形成專利群

百樂公司“可逆熱變色”系列專利的布局可以理解為多個主+衛(wèi)星式專利布局（見圖10），針對多個基礎(chǔ)技術(shù)點(diǎn)申請多個基礎(chǔ)專利，在這些基礎(chǔ)專利的周圍申請更多的衛(wèi)星專利。這樣就形成了一個強(qiáng)大的專利網(wǎng)，讓競爭對手無法從這個專利網(wǎng)中破網(wǎng)而出。例如，不同類型的“摩磨擦”筆，以及摩擦體在筆的不同部位就申請了很多專利，其中比較有代表性的見表2及其圖11至圖18。

表2 有關(guān)摩擦體的代表性專利

圖10 主+衛(wèi)星式專利布局

圖11 特開2009-023271

圖12 特開2009-107237

圖13 特開2009-208313

圖14 特開2010-260218

圖15 特開2011-037087

圖16 特開2011-230439

圖17 特開2015-044418

圖18 特開2015-051615

4.區(qū)域布局

百樂公司“可逆熱變色”系列專利在本國申請量是最多的，同時根據(jù)市場銷售的需要，分別在歐洲、美國、中國、韓國、臺灣、香港、新加坡等國家和地區(qū)申請了“可逆熱變色”系列專利（見圖19）。

圖19 “可逆熱變色”系列專利在其他主要國家和地區(qū)申請量分布

中國市場是“可逆熱變色”系列產(chǎn)品的重要市場，百樂公司對中國市場非常重視并提前布局，從2007年開始百樂公司在中國申請“可逆熱變色”系列專利，2008年“摩磨擦”筆開始進(jìn)入中國市場，歷年申請的“可逆熱變色”系列專利累計(jì)數(shù)量達(dá)到37項(xiàng)之多，僅次于日本和美國（見圖20）。

圖20 “可逆熱變色”系列專利歷年在中國申請數(shù)量

五、成果與效益

百樂公司對“可逆熱變色”系列產(chǎn)品的研發(fā)投入是巨大的，取得的成果與效益亦是顯著的，最具代表性的是“摩磨擦”筆在市場上銷售業(yè)績。從2006年開始上市銷售，2010年銷數(shù)量達(dá)到了2億支，2014年累計(jì)銷數(shù)量達(dá)到10億支，2017年累計(jì)全球銷數(shù)量突破15億支。得益于“可逆熱變色”系列產(chǎn)品的成功，百樂公司的年?duì)I業(yè)額已突破1000億日元，銷售利潤率保持在18.5%以上（見圖21），進(jìn)一步拉開了與同行競爭對手的差距。

圖21 百樂公司經(jīng)營情況

專利為專利權(quán)人提供有效的競爭手段，隨著專利價值的日益提升，專利權(quán)人將專利作為競爭武器和牟利工具。通過布置專利陷阱，使競爭對手無法繞過密集布置的專利叢林，或是無意識踏入專利人的專利地理范圍，從而使競爭對手構(gòu)成專利侵權(quán)[13]。

在“可逆熱變色”系列產(chǎn)品方面，百樂公司通過知識產(chǎn)權(quán)訴訟的手段，有效地保護(hù)了自身利益，維護(hù)了其在市場上的霸主地位。2010年，三菱鉛筆公司推出類似產(chǎn)品 FANTHOM 熱可擦中性筆，次年百樂公司就三菱鉛筆侵犯其專利而提出上訴，要求三菱停止相關(guān)生產(chǎn)銷售；2017年，三菱鉛筆更新技術(shù)，推出 R:E 系列新一代熱可擦筆，同年，三菱鉛筆對百樂公司提起的相關(guān)專利無效訴訟被駁回；雙方持續(xù)多年的專利糾紛最終以和解告終，2018年2月14日雙方達(dá)成和解[14]。

國內(nèi)有一家制筆企業(yè)由于盲目推出了可逆熱變色筆，被百樂公司告上法庭，最終被上海市知識產(chǎn)權(quán)法院認(rèn)定侵犯了百樂多項(xiàng)專利，需要賠償近百萬元人民幣[15]。

另外，據(jù)北京市東城區(qū)人民法院民事判決書（2016）京0101民初5696號，百樂公司訴浙江美嘉達(dá)文具有限公司等三被告的著作權(quán)權(quán)屬、侵權(quán)糾紛也與“摩磨擦”筆有關(guān)，一審判決三被告賠償原告40萬元人民幣[16]。

六、結(jié) 語

通過對百樂公司“可逆熱變色”系列專利的分析研究，可以看到有不少值得我們學(xué)習(xí)借鑒的地方。首先，在技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域只要找準(zhǔn)方向，就應(yīng)該專注堅(jiān)持，對于企業(yè)決策層來說要保持對技術(shù)研發(fā)的持續(xù)投入，對于技術(shù)人員來說要心無旁騖地專心研發(fā)，只有通過大量的積累，才能實(shí)現(xiàn)厚積薄發(fā)取得成功。

其次，制造業(yè)企業(yè)發(fā)展到一定階段，或者到一定的規(guī)模，應(yīng)該重視專利戰(zhàn)略的規(guī)劃，使之成為整個企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的先導(dǎo)部分。這方面發(fā)達(dá)國家的一些著名企業(yè)的發(fā)展軌跡和做法，值得我們研究借鑒。

最后，則是技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，有了方向保證了資源，人才是最重要的。技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)要有好的技術(shù)帶頭人，還要有不同技術(shù)領(lǐng)域和梯隊(duì)的配備，能夠相互協(xié)調(diào)配合，持續(xù)向前沖鋒。