機(jī)床卡盤(pán)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)狀況及最新專利技術(shù)分析

周曉青 胡陽(yáng)光

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京 100081)

機(jī)床卡盤(pán)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)狀況及最新專利技術(shù)分析

周曉青 胡陽(yáng)光

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京 100081)

通過(guò)分析卡盤(pán)領(lǐng)域的全球及國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)狀況,對(duì)卡盤(pán)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)發(fā)展的過(guò)程及分布情況進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)雄克公司和江蘇無(wú)錫建華公司的最新專利申請(qǐng)進(jìn)行了介紹,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

卡盤(pán) 專利申請(qǐng) 發(fā)展過(guò)程 分布

隨著現(xiàn)代切削加工技術(shù)向高效率、高精度、高安全性以及柔性加工方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床及其夾緊裝置提出了高轉(zhuǎn)速、高精度、高可靠性和柔性化的要求。在機(jī)床中，卡盤(pán)是最常用的工件夾緊裝置，一般由卡盤(pán)體、活動(dòng)卡爪和卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)均布在卡盤(pán)體上的活動(dòng)卡爪徑向移動(dòng)，將工件夾緊和定位在機(jī)床主軸上。它是機(jī)床主軸和工件之間的連接部件，機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、扭矩和旋轉(zhuǎn)精度通過(guò)卡盤(pán)傳遞給工件。

為了適應(yīng)切削加工技術(shù)高速化發(fā)展的需求，國(guó)內(nèi)外各大機(jī)床產(chǎn)商對(duì)卡盤(pán)進(jìn)行了多方面的研究和改進(jìn)，取得了許多研究成果，擁有了核心產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，并形成了知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。

圖1

圖2

圖3

1 卡盤(pán)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)狀況

本文中的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)截至2014年4月，全球?qū)＠暾?qǐng)的檢索在世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)(WPI數(shù)據(jù)庫(kù))中進(jìn)行，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)的檢索在中國(guó)專利數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)(CPRS數(shù)據(jù)庫(kù))中進(jìn)行。

圖1顯示了卡盤(pán)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)量的變化情況，圖2顯示了卡盤(pán)領(lǐng)域各國(guó)專利申請(qǐng)量的變化情況。根據(jù)全球?qū)＠暾?qǐng)量曲線，可將卡盤(pán)領(lǐng)域全球?qū)＠l(fā)展過(guò)程分為四個(gè)階段：1975年之前的起步發(fā)展階段、1975-1989年的第一增長(zhǎng)階段、1990-1999年的回落階段、2000-2014年的第二增長(zhǎng)階段。

起步發(fā)展階段：1975年之前，卡盤(pán)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量較小，全球僅有345項(xiàng)左右，且主要集中在前蘇聯(lián)、德國(guó)和美國(guó)等機(jī)械工業(yè)發(fā)展相對(duì)成熟、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)起步較早的發(fā)達(dá)國(guó)家，其中前蘇聯(lián)94項(xiàng)，德國(guó)118項(xiàng)，美國(guó)109項(xiàng)。該階段出現(xiàn)的有關(guān)卡盤(pán)的專利技術(shù)是現(xiàn)代卡盤(pán)的基礎(chǔ)性、開(kāi)拓性技術(shù)，其中比較有代表性的專利技術(shù)為：1973年5月8日公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)US3731942A，及1973年10月22日公開(kāi)的前蘇聯(lián)專利申請(qǐng)SU404596A1，上述兩項(xiàng)專利申請(qǐng)對(duì)卡盤(pán)活動(dòng)卡爪的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，為后續(xù)卡盤(pán)卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

第一增長(zhǎng)階段：隨著歐美各國(guó)專利制度的發(fā)展以及公眾對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，業(yè)界針對(duì)卡盤(pán)的改進(jìn)和創(chuàng)新進(jìn)行專利保護(hù)的力度加強(qiáng)。從1975年開(kāi)始，卡盤(pán)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量逐步上升，1985-1989年專利申請(qǐng)量達(dá)到一個(gè)高點(diǎn)，全球申請(qǐng)量為1740項(xiàng)，該階段的專利申請(qǐng)也主要集中在前蘇聯(lián)、德國(guó)和美國(guó)等歐美國(guó)家，其中前蘇聯(lián)538項(xiàng)，德國(guó)618項(xiàng)，美國(guó)538項(xiàng)，亞洲國(guó)家的申請(qǐng)量很小，日本僅有60項(xiàng)，中國(guó)21項(xiàng)。該階段的研究創(chuàng)新成果碩果累累，涉及卡盤(pán)體、活動(dòng)卡爪、卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)改進(jìn)。

回落階段：1990-1999年卡盤(pán)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量出現(xiàn)回落，該階段美國(guó)、德國(guó)的申請(qǐng)量均有一定下降，但主要原因是受到前蘇聯(lián)解體的影響，其專利申請(qǐng)量一路走底，在1995-1999年期間，俄羅斯卡盤(pán)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量?jī)H為72項(xiàng)。相反，日本在1995-1999年期間的專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，申請(qǐng)量為798項(xiàng)，日本專利申請(qǐng)量的高速增長(zhǎng)一定程度上均衡了俄羅斯的申請(qǐng)下降量。隨著中國(guó)專利制度的發(fā)展以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，中國(guó)在1995-1999年期間的申請(qǐng)量也有一定增加，申請(qǐng)量達(dá)到139項(xiàng)。

圖4

第二增長(zhǎng)階段：全球一體化及信息化發(fā)展使得各國(guó)在技術(shù)上的交流和融和大幅度加強(qiáng)，進(jìn)一步推進(jìn)了技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，同時(shí)全球一體化也使得各公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛增加，進(jìn)一步提升了人們知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的意識(shí)。2000年以后，卡盤(pán)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)量再次呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)階段，僅2010-2014年4月全球申請(qǐng)量已達(dá)到2819項(xiàng)。德國(guó)、美國(guó)和日本在該階段呈現(xiàn)平穩(wěn)發(fā)展，每五年申請(qǐng)量在800項(xiàng)左右，俄羅斯的專利申請(qǐng)量沒(méi)有回升，依然保持很低水平。由于中國(guó)國(guó)民對(duì)專利制度認(rèn)知的提高，加之國(guó)家政策鼓勵(lì)、財(cái)稅優(yōu)惠等多方面的扶持，并伴隨國(guó)內(nèi)科研、技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，中國(guó)專利申請(qǐng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，并在2005年出現(xiàn)拐點(diǎn)，進(jìn)入膨脹式的迅速增長(zhǎng)期，2005-2009年申請(qǐng)量為1025項(xiàng)，2010-2014年4月已經(jīng)達(dá)到1533項(xiàng)。

圖3顯示了截至2014年4月卡盤(pán)領(lǐng)域各國(guó)專利申請(qǐng)總量分布，其中德國(guó)和美國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期平穩(wěn)持續(xù)發(fā)展，是專利申請(qǐng)總量最多的國(guó)家，分別達(dá)到4626項(xiàng)和4383項(xiàng)，相比其它國(guó)家具有明顯優(yōu)勢(shì)。日本和中國(guó)經(jīng)過(guò)近20年的快速發(fā)展，申請(qǐng)總量顯著增加，分別達(dá)到3188年和2969項(xiàng)。蘇聯(lián)在解體前保持較高的申請(qǐng)量，而在解體后申請(qǐng)量大幅度降低，導(dǎo)致總量上升緩慢，僅為2198項(xiàng)。

2 卡盤(pán)領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)狀況

截至2014年4月卡盤(pán)領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)總量為2969項(xiàng)，其中發(fā)明為僅1086項(xiàng)，占總量的37%，而實(shí)用新型為1883項(xiàng)，占總量的63%。可見(jiàn)，在國(guó)家政府的宣傳和扶持下，雖然有了一定的專利申請(qǐng)量，但主要以實(shí)用新型申請(qǐng)為主，發(fā)明申請(qǐng)所占比例較小，申請(qǐng)質(zhì)量有待進(jìn)一步的提高。

圖4顯示了卡盤(pán)領(lǐng)域中國(guó)各省專利申請(qǐng)總量及相應(yīng)發(fā)明申請(qǐng)總量分布情況，可見(jiàn)，專利申請(qǐng)主要集中在華東沿海地區(qū)科技發(fā)展較快的省份，而西部地區(qū)技術(shù)落后，民眾缺乏知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)，申請(qǐng)量很小。其中浙江、江蘇是申請(qǐng)量最大的省份，分別占據(jù)全國(guó)申請(qǐng)總量的16%、15%，相對(duì)于其他省份優(yōu)勢(shì)明顯，然而進(jìn)一步的檢索發(fā)現(xiàn)，浙江省的發(fā)明申請(qǐng)僅為57項(xiàng)，而江蘇省的發(fā)明申請(qǐng)達(dá)到164項(xiàng)。由此可見(jiàn)，雖然浙江省的專利申請(qǐng)量較大，但由于個(gè)人申請(qǐng)較多，申請(qǐng)質(zhì)量并不高，而江蘇省的公司申請(qǐng)比例相對(duì)較高，且專利申請(qǐng)領(lǐng)域多與公司的技術(shù)領(lǐng)域相吻合，專利技術(shù)內(nèi)容多為公司的改進(jìn)和創(chuàng)新，專利申請(qǐng)質(zhì)量較高。

3 最新專利申請(qǐng)分析

德國(guó)雄克(SCHUNK)有限公司和江蘇無(wú)錫建華機(jī)床附件集團(tuán)有限公司分別是卡盤(pán)領(lǐng)域國(guó)外和國(guó)內(nèi)最具代表性的公司之一。雄克公司是德國(guó)著名的精密夾具制造商，也是靜壓膨脹式夾具系統(tǒng)生產(chǎn)廠及特種卡爪生產(chǎn)廠，其產(chǎn)品包羅1200多種不同的規(guī)格。江蘇無(wú)錫建華公司是我國(guó)機(jī)床附件行業(yè)的龍頭企業(yè)，主要從事研制和生產(chǎn)機(jī)床精密附件產(chǎn)品，產(chǎn)品包括緊密卡盤(pán)、電磁吸盤(pán)等。下面分別對(duì)兩個(gè)公司的最新專利申請(qǐng)進(jìn)行介紹。

雄克公司的專利申請(qǐng)EP1844886A1公開(kāi)了一種用于夾緊工具的夾緊裝置，包括基體，在基體中設(shè)置有容納工具柄的中心容納部以及圍繞容納部的環(huán)形空間，該環(huán)形空間向安裝有工具的一側(cè)的端面打開(kāi)，并通過(guò)蓋子封閉，蓋子被置入并被夾緊在環(huán)形空間中；蓋子緊挨工具柄的一側(cè)內(nèi)壁有環(huán)槽，環(huán)槽中有密封環(huán)，且環(huán)槽與液體輸送通道相連，液體通過(guò)液體輸送通道輸送給環(huán)槽，并向內(nèi)擠壓密封環(huán)，使密封環(huán)緊貼在工具柄的周圍，以此能有效密封蓋子和工具柄之間的縫隙，抵御碎屑等雜物的進(jìn)入環(huán)形空間，還能有效地阻止液體從縫隙泄露。當(dāng)需要更換工具時(shí)，液壓減小，密封環(huán)由于彈性恢復(fù)力而回復(fù)到其起始位置，密封環(huán)的內(nèi)直徑大于工具的柄直徑，因此工具柄置入容納部中時(shí)不會(huì)損傷密封環(huán)。該申請(qǐng)的卡盤(pán)通過(guò)液壓和密封環(huán)共同作用有效地密封了卡盤(pán)縫隙，使卡盤(pán)在使用過(guò)程中保持高精度性能。

江蘇無(wú)錫建華公司的專利申請(qǐng)CN103567628A公開(kāi)了一種彈簧提供動(dòng)力的摩擦焊接用動(dòng)力卡盤(pán)，包括卡盤(pán)部分和油缸部分，其通過(guò)卡盤(pán)部分的碟簧機(jī)構(gòu)和油缸的共同作用推動(dòng)松開(kāi)盤(pán)在卡盤(pán)體內(nèi)滑動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓緊和松開(kāi)動(dòng)作。當(dāng)油缸配油時(shí)，活塞克服卡盤(pán)碟簧機(jī)構(gòu)的張力推動(dòng)松開(kāi)盤(pán)并帶動(dòng)斜楔塊向右移動(dòng)，斜楔塊上的斜槽使滑座連同卡爪產(chǎn)生松開(kāi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)停止配油時(shí)，卡盤(pán)碟簧機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的回復(fù)力推動(dòng)松開(kāi)盤(pán)并帶動(dòng)斜楔塊向左移動(dòng)，斜楔塊上的斜槽使滑座連同卡爪產(chǎn)生夾緊運(yùn)動(dòng)。該申請(qǐng)的卡盤(pán)由自帶彈簧動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)夾緊，由外置配套液壓系統(tǒng)提供松開(kāi)推力，具有夾緊力大、扭矩大、安全性能高等特點(diǎn)。

歐美國(guó)家專利制度建立早，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)足的發(fā)展，具有領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)專利制度建立較晚，近十年來(lái)經(jīng)過(guò)政府的大力宣傳和扶持，有了一定的專利申請(qǐng)數(shù)量，但申請(qǐng)類型主要以實(shí)用新型為主，申請(qǐng)質(zhì)量并不高。然而，我們也看到，國(guó)內(nèi)的一些機(jī)床產(chǎn)商經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和開(kāi)發(fā)，擁有了核心產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，同時(shí)專利保護(hù)意識(shí)不斷加強(qiáng)，逐步形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。