蠶繭收集技術專利綜述

周 珊 ， 張永武

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川 成都 610213）

采繭是養蠶生產的最后環節，采繭方法直接影響到養蠶戶的經濟收益。國外對于蠶繭采摘領域的專利技術的研究開始較早。二十世紀八九十年代，隨著我國經濟的快速發展以及《中華人民共和國專利法》的實施，我國的蠶桑業迅速發展，成為我國農副產業中的一項重要產業，并逐漸占領國際市場，成為我國在國際市場上具有資源優勢和占據主導地位的傳統產業之一。傳統采繭技術在節約成本、節省勞力、快速高效等各方面逐漸暴露劣勢，國內外蠶業領域的學者反復摸索并優化采繭設備。本文對采繭領域的國內外專利技術進行梳理。

1 蠶繭收集技術的基本概況

1.1 人工收集蠶繭

蠶業發展的初始，整個養蠶過程少有專用工具，養殖戶普遍直接使用手收集蠶繭[1]，包括直接用手指從蠶蔟的孔格中捅出蠶繭，收攏蠶蔟后用手指從上到下采摘蠶繭，以及用手將蠶蔟拉長再按簇溝方向逐個拿出蠶繭。面臨短時間內完成蠶繭采收的問題時，養殖戶的勞動強度大、采收效率低。因此，蠶業領域的研究機構、個體戶和企業逐步開始研究輔助采繭的設備，經過一系列摸索和實踐，獲得帶有梳齒的梳子和帶有扒手的耙子等農具，養殖戶可手持梳子或耙子將蠶蔟上的蠶繭刮下，在省力和高效方面有所進步。

1.2 機械自動化收集蠶繭

時代進步，產業迅猛發展，各領域均從手工時代邁向機械自動化時代。蠶業領域的采繭設備進一步發展，由手持農具工作的模式轉化為機械自動化驅動農具工作的模式。自動化采繭設備的發展進程，包括機械自動化驅動農具運動以采繭，以及檢測出農具采到繭后再啟動收繭程序等智能化系統。采繭設備的優化一直是蠶業領域的重點工作，研究機構、個體戶和企業一直致力于研發各類采繭設備，并獲得氣流正壓沖出蠶繭、氣流負壓吸出蠶繭、帶有頂凸結構的板面向下壓出或向上頂出蠶繭、帶有頂凸結構的滾輥轉動時將蠶繭擠壓出并輸送蠶蔟、帶有梳齒的梳子順著蠶蔟梳下蠶繭、帶有僅允許空蠶蔟穿過而不允許蠶繭穿過的中空結構將蠶繭阻擋在一側從而實現摘繭等不同工作原理的采繭設備[2-10]。

2 蠶繭收集技術的發展狀況

2.1 技術分支

對蠶繭收集主要涉及的技術進行分解，如表1所示。

表1 蠶繭收集裝置的技術分解表

2.2 數據統計和分析

通過對檢索數據進行字段提取、機械去噪、人工標引及篩選，得到專利分析數據樣本，分析主要技術分支的演進狀況，并對申請量的年度分析、地域分布、重點申請人等內容進行重點研究。

2.2.1 專利申請量年度分析

本文在incoPat數據庫中進行檢索，檢索對象為公開日或公告日在2021年12月前的發明和實用新型專利申請，通過對申請日和優先權日字段的分析，得到了蠶繭收集技術的申請量年度分布圖，如圖1所示。從圖1的統計曲線可以看出，蠶業的專利申請最早出現在1907年，該領域的專利申請量在整個20世紀都屬于匱乏的狀態，然而，在20世紀80年代、21世紀初、21世紀10年代至今這三個時期取得了快速的發展，尤其是在2012年開始飛速發展，至2017年達到頂峰。

圖1 申請量年度分布圖

2.2.2 專利申請地域分布

專利申請的地域分布能夠反映各國在該技術領域的技術實力和技術儲備，以及企業的產品市場重心特征。對1900—2021年蠶繭收集技術專利申請的所在國家和地區產權組織分布進行統計，得到如圖2所示的數據。從圖2的統計結果中可以看出，中國、日本、美國以及韓國是該技術專利的主要申請國。這四個國家的申請量大約占據了專利申請總量的85%，其中中國的申請量具有壓倒性優勢，占據了專利申請總量的70%以上。值得注意的是，考慮到人口基數和國家政策等外界因素，因此，申請量的占比只能在一定程度上反映某一國家或地區的技術情況，不能單純從專利申請量的角度對全球技術的發展進行判定，還要綜合后續的詳細數據進行分析。

圖2 專利申請地域分布

2.2.3 重點申請人專利申請量分析

重點申請人主要指在本領域中具有較多專利申請量的企業或個人。對1900—2021年蠶繭收集技術領域的申請人進行統計，申請量名列前20的申請人如圖3所示。從圖3中可以看出，申請量排名前20的申請人中，我國院校、企業、個人構成了主要的重點申請人。

圖3 重點申請人統計

2.2.4 專利技術發展演進

本文通過選取蠶繭收集領域的重要專利以及不同時期蠶繭收集專利申請來梳理該領域的發展脈絡，得到蠶繭收集技術演進路線圖，如圖4所示。由圖4可知，早期的專利申請涉及氣流正壓沖擊、氣流負壓吸附、滾輥擠壓、齒梳刮動等技術手段。隨著時間的推移，各項蠶繭收集技術開始進步與發展。

圖4 蠶繭收集技術專利演進路線圖

利用氣流的氣壓來收集蠶繭的專利技術，首次出現于20世紀末，該項專利申請提出了將能夠發生氣體流動的裝置的氣流通孔對準蠶蔟上的蠶繭，利用氣流產生的正壓將蠶繭從簇的孔格中沖出，還可以利用氣流產生的負壓將蠶繭從蠶蔟上吸附起來，正壓氣流和負壓氣流使用相同的通孔，通過切換氣流流動情況來改變蠶繭的收集方式。在該技術的原理下，21世紀10年代衍生出同時利用正壓氣流和負壓氣流兩種技術手段來共同完成摘繭的設備，其在蠶蔟一側用正壓氣流沖擊蠶繭，蠶蔟的另一側用負壓氣流吸附蠶繭，如此實現高效摘繭工作。隨著蠶繭收集市場的逐漸擴大，摘繭工作的精細化和高效率的需求增大，21世紀10年代出現了能夠利用特定或單一的氣壓技術來實現摘繭功能的設備，用于摘繭的效應孔數量靈活，包括具備單個或多個吸附頭的吸附摘繭設備、具備成排吹氣孔的沖擊摘繭設備。與一機多功能的設備相比，這樣具備特定或單一功能及多個氣流效應孔的設備具備結構簡單、成本低、效益高的優勢。

利用擠壓蠶蔟中孔格內的蠶繭的專利技術，起源于20世紀70年代的蘇聯，利用滾輥兩側的毛刷，隨著滾輥轉動，毛刷伸入蠶蔟的孔格，將蠶繭壓出。隨著產業的不斷發展，對高效摘繭的需求越來越大，21世紀初出現了與蠶蔟孔格對應的頂凸結構全面覆蓋在滾輥上的設備，每一次轉動滾輥，都能夠成排地壓出蠶蔟上的蠶繭。進一步地，在21世紀10年代出現了滾輥上各個頂凸結構間距可根據蠶蔟孔格的間距進行調整的摘繭設備，這樣的摘繭設備能夠應用于更多結構和規格的蠶蔟；還有指出頂凸結構的凸起高度需要與蠶蔟的孔格高度相適應的摘繭設備，這樣的摘繭設備能夠有效擠壓出蠶繭，達到摘繭效率高的效果；還有利用兩個覆有頂凸結構的滾輥依次排列并前后夾持蠶蔟的設備，這兩個滾輥后方再設置兩個相同結構的滾輥，同樣作夾持蠶蔟用，即一個蠶蔟將依次通過兩組前后夾擊的覆有頂凸結構的滾輥，使得摘繭效率大大提高。此外，關于具有成排凸起結構的摘繭設備，21世紀初還出現了不同于滾輥擠壓式的板面擠壓式，板面上覆蓋有與蠶蔟孔格對應的頂凸結構，工作方式包括板面上的頂凸結構對準蠶蔟的孔格向下擠壓和向上頂出蠶繭。頂凸結構的覆蓋形式包括單排的條狀覆蓋和平板全面覆蓋，其中，平板全面覆蓋有與蠶蔟所有孔格一一對應的頂凸結構的設備，在對準蠶蔟擠壓一次時，即可完成一個蠶蔟上所有蠶繭的采摘工作。所有板面擠壓式的摘繭設備在21世紀10年代都發展出了根據蠶蔟孔格數量調整定量頂凸結構的數量的技術手段，使得頂凸結構能夠針對且有效地擠壓蠶繭。2015年之后，工作方式不同的板面擠壓式摘繭設備在發展進程中有所不同。利用凸起結構向下擠壓蠶蔟上的蠶繭的設備，在節省勞動力的需求下，衍生出能夠根據不同蠶蔟的規格調整蠶蔟夾持機構夾持程度的設備，該設備實現了人力自由和應用自由，無需人工固定蠶蔟，適用于各類蠶蔟；在進一步提高工作效率的需求下，板面正反兩面均全面覆蓋頂凸結構，如此設置使得單個板面工作時，能夠同時摘除兩個蠶蔟上所有的蠶繭，相較于以往的摘繭技術，大大提高了摘繭的速度和效率。利用凸起結構向上頂出蠶蔟上的蠶繭的設備，在提高蠶繭獲得率的需求下，衍生出在凸起結構頂出蠶繭后，用推板推出被頂出的蠶繭進行收集的技術手段，進一步發展智能系統。該智能系統將檢測到的有蠶繭被頂出的信息傳遞給控制器，控制器才啟動蠶繭收集程序，當沒有蠶繭被頂出時，系統也能夠檢測到沒有蠶繭的信息并將該信息傳遞給控制器，用于控制設備復位；用凸起結構壓出蠶繭的過程中，利用頂凸結構擠壓出蠶蔟時，必然會控制該頂凸結構朝向-遠離蠶蔟作反復操作。隨著機械原理廣泛運用于各領域的機械設備中，蠶繭收集領域的專利衍生出利用帶輪傳動的機械驅動方式來進行擠壓蠶繭的摘繭工作。皮帶具備一定寬度和長度，在皮帶上全面覆蓋設置頂凸結構，處于水平位置并與蠶蔟接觸的皮帶可看作全覆蓋有頂凸結構的平板，當皮帶隨著傳動輪轉動時進行傳動時，移動的頂凸結構向上頂出蠶繭，皮帶傳動還能給蠶蔟提高移動的動力，使得該設備能夠在皮帶的傳動輪的作用力下，同時實現頂出蠶繭、移出已被頂出蠶繭的蠶蔟并送入未處理的蠶蔟，該設備因運用帶輪傳動而自然具備穩定性高、壽命長的優勢，因利用皮帶運動來同時實現采繭和移動蠶蔟而具備進一步解放勞動力和實現高效摘繭的優勢。

利用刮動部件直接刮下蠶蔟上的蠶繭的專利技術，起源于20世紀70年代的美國，涉及一把帶有梳齒的梳子，傳動輪帶動蠶繭單元移動，排列的梳齒阻擋蠶繭單元上蠶繭的移動，以此將蠶繭從蠶繭單元上摘下。為了獲得一種能夠用于硬質等各類不能被卷軸卷起的蠶蔟的刮繭部件，21世紀誕生了手持帶扒手的耙子定向刮動蠶蔟上的蠶繭，以及自動驅動多列排布的多把梳子同時刮動多個蠶蔟上的蠶繭，采繭作業逐步趨向定向采摘和一機同時采多簇的高效發展模式。2015年之后，出現了根據蠶蔟的規格設置僅允許穿過空蠶蔟而蠶繭不可穿過的中空結構的采繭設備，其利用中空結構的空隙與蠶蔟厚薄、蠶繭大小的對應關系，將蠶蔟置于中空結構的一側，并拉動蠶蔟通過中空結構到其的另一側，該過程中，蠶繭因無法通過中空結構而只能留在起始位置，此時，中空結構可以看作是刮動機構。還有專利技術設置了將穿過中空結構的蠶蔟卷積在滾軸上的結構，滾軸轉動可以給蠶蔟提供拉力，也可以收集蠶蔟以提高便利性。蠶蔟和中空結構的形狀需要相對應設置，目前的專利技術包括波浪形和直線形。

3 結語

本文通過在全球專利數據庫和非專利數據庫中檢索獲得蠶繭收集技術的樣本，從申請量年度變化、地域分布、重點申請人、重點技術分支以及發展演進等方面對蠶繭收集的專利申請情況進行了分析，選取了該領域發展過程中具有代表性的典型技術方案進行了詳細介紹，有助于審查員充分了解該領域的技術發展脈絡和技術發展水平，繼而趨近于本領域技術人員，一定程度上幫助審查員在今后的審查工作中把握案情實質，提高審查效率和質量。