田 青 孫 磊 郭亞星 姜 濤 鄭繼貴

1.北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所；2.中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

行星滾柱絲杠是一種由主絲杠、滾柱、螺母、齒圈、法蘭盤等組成，可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有高承載、長(zhǎng)壽命、抗沖擊、高可靠性等特點(diǎn)，應(yīng)用于航空航天、新能源裝備、高精密機(jī)床、汽車、船舶與機(jī)器人等高端技術(shù)領(lǐng)域?；谛行菨L柱絲杠在各個(gè)領(lǐng)域的重要地位，尤其是在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，開展行星滾柱絲杠技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)分析研究具有較為重要的意義。

一、行星滾柱絲杠關(guān)鍵技術(shù)專利分析

行星滾柱絲杠技術(shù)包括行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究、行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究、行星滾柱絲杠綜合性能測(cè)量方法等3 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。本文基于合享和德溫特專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行全球?qū)＠麢z索，截止日期為2022 年3 月18 日。針對(duì)篩選后得到的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行專利宏觀分析，主要包括專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析、專利技術(shù)構(gòu)成分析、專利申請(qǐng)區(qū)域分布分析、專利申請(qǐng)人分析等內(nèi)容，得出各關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專利布局現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

1.專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

本文采用時(shí)序分析方法開展專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析，通過研究專利申請(qǐng)量隨時(shí)間變化的情況,可從一定程度上反映技術(shù)的發(fā)展歷程、技術(shù)生命周期的具體階段，并可以預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)。行星滾柱絲杠技術(shù)方面相關(guān)專利自20 世紀(jì)40 年代便開始出現(xiàn)，1988 年以后的專利申請(qǐng)趨勢(shì)如圖1 所示：行星滾柱絲杠技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量可劃分為2 個(gè)階段，即萌芽期（2009 年之前）和成長(zhǎng)期（2010 年至今）。

圖1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖

在萌芽期，每年的專利申請(qǐng)數(shù)量不超過15 項(xiàng)，且多數(shù)專利來源于日本、德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、中國(guó)、瑞士等國(guó)家，技術(shù)主要涉及行星滾柱絲杠總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、行星滾柱絲杠及螺母螺紋加工制造技術(shù)方面，主要申請(qǐng)人有日本豐田公司（TOYOTA）、德國(guó)舍弗勒技術(shù)公司、瑞典滾珠軸承制造公司（SKF）、日本精工株式會(huì)社（NSK）等。

在成長(zhǎng)期，專利數(shù)量總體呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，可分為2 個(gè)階段：第一階段系2015 年之前，專利數(shù)量增長(zhǎng)動(dòng)力主要來源于德國(guó)、瑞典、法國(guó)、日本等國(guó)家，技術(shù)主要涉及行星滾柱絲杠總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。第二階段系2016 年以后，中國(guó)專利數(shù)量的占總申請(qǐng)量比重逐年擴(kuò)大，技術(shù)主要涉及行星滾柱絲杠總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行星滾柱絲杠及螺母螺紋加工制造、行星滾柱絲杠副傳動(dòng)精度及效率測(cè)量、剛度特性試驗(yàn)等方面。

2.專利技術(shù)構(gòu)成分析

行星滾柱絲杠技術(shù)共涉及行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究、行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究、行星滾柱絲杠綜合性能測(cè)量方法3 個(gè)方面。各技術(shù)分支的專利申請(qǐng)情況如圖2 所示：行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究方面的專利最多（497 項(xiàng)），占總申請(qǐng)數(shù)量的67.3%；行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究方面專利申請(qǐng)數(shù)量次之（153 項(xiàng)），占總申請(qǐng)數(shù)量的20.7%；行星滾柱絲杠綜合性能測(cè)量方法方面專利申請(qǐng)數(shù)量最少（89 項(xiàng)），占總申請(qǐng)數(shù)量的12.0%，針對(duì)專利申請(qǐng)量較少的技術(shù)仍需要開展持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)。

圖2 各技術(shù)分支的專利申請(qǐng)情況

（1）行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究方面專利構(gòu)成分析

行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究方面相關(guān)專利主要包括行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、嚙合機(jī)理與接觸特性研究、靜剛度與變形研究、載荷分布與均載方法研究、摩擦機(jī)理與傳動(dòng)效率研究。其中，行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方面的專利數(shù)量最多，申請(qǐng)人主要來自德國(guó)、中國(guó)、日本、瑞典等國(guó)家及地區(qū)，如SKF 公司、豐田公司、NSK 公司、西北工業(yè)大學(xué)等。

（2）行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究方面專利構(gòu)成分析

行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究方面專利，具體包括螺紋硬態(tài)車削工藝研究、螺紋磨削用砂輪—廓形修整及保持技術(shù)研究、深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究、大長(zhǎng)徑比外螺紋制造技術(shù)研究。其中，深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究方面專利數(shù)量較多，技術(shù)主要涉及內(nèi)螺紋采用磨削、研磨、車削、銑削的加工方法及裝置，加工過程中磨削力預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)方法及裝置方面。螺紋磨削用砂輪—廓形修整及保持技術(shù)方面專利相對(duì)較多，技術(shù)主要涉及螺紋磨削方法、磨削裝置、磨削補(bǔ)償裝置及方法方面。

（3）行星滾柱絲杠綜合性能測(cè)量方法方面專利構(gòu)成分析

行星滾柱絲杠綜合性能測(cè)量方法方面專利具體包括內(nèi)外螺紋檢測(cè)技術(shù)研究、傳動(dòng)精度測(cè)量試驗(yàn)研究、剛度特性試驗(yàn)研究、傳動(dòng)效率測(cè)量試驗(yàn)研究。傳動(dòng)效率測(cè)量試驗(yàn)研究和傳動(dòng)精度測(cè)量試驗(yàn)研究方面專利申請(qǐng)量較多，技術(shù)主要涉及測(cè)試裝置及方法，單項(xiàng)加載、雙向加載、變加載、綜合測(cè)試的裝置及測(cè)試方法等。

（4）關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)

行星滾柱絲杠各關(guān)鍵技術(shù)分支的專利申請(qǐng)趨勢(shì)如圖3 所示。從圖中可以看出，近年來，行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、螺紋磨削用砂輪—廓形修整及保持技術(shù)、深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究、傳動(dòng)效率測(cè)量試驗(yàn)研究方面的年申請(qǐng)數(shù)量較多且呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，是目前高精度行星滾柱絲杠副技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)；嚙合機(jī)理與接觸特性研究、靜剛度與變形研究、載荷分布與均載方法研究、摩擦機(jī)理與傳動(dòng)效率研究方面的專利均在近幾年出現(xiàn)，是目前高精度行星滾柱絲杠副技術(shù)領(lǐng)域的新興技術(shù)，但主要由中國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)申請(qǐng)。

圖3 各關(guān)鍵技術(shù)分支的專利申請(qǐng)情況

3.專利申請(qǐng)區(qū)域分析

行星滾柱絲杠技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要來自于中國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)、瑞典等國(guó)家及地區(qū)，如圖4所示。其中，中國(guó)的專利申請(qǐng)量最多（325 項(xiàng)），占總申請(qǐng)數(shù)量的44%，且在各技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量均較多；在行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究方面的專利申請(qǐng)數(shù)量?jī)H少于德國(guó)，相較于其他國(guó)家及地區(qū)的專利數(shù)量具有一定數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。德國(guó)共申請(qǐng)了178 項(xiàng)專利，占總申請(qǐng)數(shù)量的24.1%，主要涉及行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究方面，其次在行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究、行星滾柱絲杠綜合性能測(cè)量方法方面申請(qǐng)少量專利，其中在行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有極大的專利數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，在深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究、傳動(dòng)精度測(cè)量試驗(yàn)研究方面的專利數(shù)量相對(duì)較多。日本共申請(qǐng)68 項(xiàng)專利，占總申請(qǐng)數(shù)量的9.2%，在行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)研究、行星滾柱絲杠螺紋加工工藝研究方面申請(qǐng)的專利數(shù)量較多，其中，在行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、螺紋磨削用砂輪—廓形修整及保持技術(shù)、深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究方面具有一定專利數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。法國(guó)共申請(qǐng)43 項(xiàng)專利，占總申請(qǐng)數(shù)量的5.8%，專利均為行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。瑞典共申請(qǐng)37 項(xiàng)專利，占總申請(qǐng)數(shù)量的5.0%，專利均為行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。

圖4 專利區(qū)域來源分布情況

4.專利申請(qǐng)人分析

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，專利申請(qǐng)量排名前10 位的專利申請(qǐng)人如圖5 所示。從圖中可以看出，舍弗勒技術(shù)公司的專利申請(qǐng)數(shù)量較多（139 項(xiàng)），技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，主要涉及行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方面（133 項(xiàng)），其次是傳動(dòng)精度測(cè)量試驗(yàn)研究、深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究、大長(zhǎng)徑比外螺紋制造技術(shù)研究方面；北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所共申請(qǐng)42 項(xiàng)專利，技術(shù)領(lǐng)域涉及較廣；SKF 公司共申請(qǐng)專利39 項(xiàng)，其中38 項(xiàng)涉及行星滾柱絲杠副總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方面，具體涉及標(biāo)準(zhǔn)式、循環(huán)式行星滾柱絲杠副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及載荷分布與均載方法研究方面。其他企業(yè)專利申請(qǐng)數(shù)量相當(dāng)，在行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)、螺紋加工工藝、綜合性能測(cè)量方法方面均有涉及。

圖5 主要專利權(quán)人排名

二、技術(shù)發(fā)展建議

從專利申請(qǐng)趨勢(shì)看，目前行星滾柱絲杠處于技術(shù)發(fā)展期，仍具有較大的自主創(chuàng)新研究空間，需要持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新并進(jìn)行專利布局。

從專利申請(qǐng)區(qū)域及專利申請(qǐng)人看，相關(guān)專利絕大多數(shù)為德國(guó)、中國(guó)、瑞典及日本主體申請(qǐng)，且近年來較多專利在中國(guó)進(jìn)行申請(qǐng)，企業(yè)的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)壓力都在增大，因此有必要在關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新以防止技術(shù)侵權(quán)，也有必要構(gòu)筑技術(shù)壁壘以保護(hù)自研技術(shù)。

從專利檢索情況來看，目前在行星滾柱絲杠螺紋加工工藝和綜合性能測(cè)量方法方面的專利數(shù)量相對(duì)較少，可見該技術(shù)方面具有較高創(chuàng)新性，具有較大的發(fā)展空間和創(chuàng)新空間，因此這些技術(shù)是主要技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)方向。

從專利申請(qǐng)數(shù)量來看，載荷分布與均載方法研究、深孔內(nèi)螺紋制造技術(shù)研究、傳動(dòng)效率測(cè)量試驗(yàn)研究方面已存在多件處于有效狀態(tài)的相關(guān)專利，相關(guān)公司仍不斷進(jìn)行專利布局，存在自研技術(shù)研發(fā)空間受限及侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的情況，因此突出自研技術(shù)與其他專利技術(shù)的差異尤其重要。

相關(guān)企業(yè)應(yīng)根據(jù)研發(fā)情況，著重在行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)、螺紋加工工藝、綜合性能測(cè)量方法3 方面挖掘相關(guān)專利，以豐富行星滾柱絲杠技術(shù)方面的專利池，為產(chǎn)品市場(chǎng)銷售保駕護(hù)航。同時(shí)可在總體上采取攻防兼?zhèn)?、差異化的專利布局策略，?qiáng)化在行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)、螺紋加工工藝、綜合性能測(cè)量方法方面的專利挖掘及布局，以便對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全方位保護(hù)，以防相似競(jìng)品爭(zhēng)奪市場(chǎng)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)采用技術(shù)秘密方式保護(hù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

在專利布局方面，德國(guó)、美國(guó)、日本、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）、歐洲專利局、法國(guó)和韓國(guó)可作為海外專利布局的重點(diǎn)地域，考慮到制造工藝類及測(cè)試類專利侵權(quán)的證據(jù)搜集極為困難，因此海外專利布局建議以結(jié)構(gòu)類核心專利為主。結(jié)合自身已有專利情況，在企業(yè)精力或經(jīng)費(fèi)有限的情況下，可按各關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)先級(jí)順序選擇對(duì)應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行專利申請(qǐng)。