國際跑步鞋專利地圖分析：基于Derwent Innovations Index

陳棟 陳金偉 鐘運健 周紅妹

摘 要：以德溫特創新索引數據庫（Derwent Innovations Index）為來源數據庫檢索1967—2017年跑步鞋專利信息，通過專利地圖中的可視化分析法和文獻計量法對跑步鞋專利的時間分布、學科領域分布、國際專利分類和德文特手工代碼分類、高產專利權人、高產專利發明人、專利熱點主題、核心專利技術進行分析。結果表明：近50年國際跑步鞋處于一個增長勢頭；專利涉及全部的17個學科領域；國際專利分類涉及全部的8個總類別，德文特手工代碼分類涉及11個總類別；高產的專利權人集中在美國、日本、中國、德國；高產發明人主要集中在美國、中國和德國；熱點主題集中在鞋的排水裝置、彈性裝置、鞋環支撐、鞋面顏色變化等方面；核心專利技術集中在可轉換數據的電子芯片、具有氣墊的支撐裝置、移動感應裝置、具有穩定和緩沖的鞋后跟等方面。

關鍵詞：國際；跑步鞋；專利地圖；可視化

中圖分類號：G 818.4 學科代碼：040302 文獻標識碼：A

Abstract：Based on Derwent Innovations Index （Derwent innovation index database） information on running shoes from 1967 to 2017， mainly through visual analysis and bibliometric method of distribution， this paper analyzes patent time field distribution， international patent classification and Derwent manual code classification， high yield of the patentee， patent inventor， patent focus theme， core patent technology on running shoes. The result shows that nearly 50 years of international running shoes are in a growth momentum； patent involves 17 disciplines； International Patent Classification involves a total of 8 categories of all； Derwent hand code classification involves 11 general categories； high production patents are concentrated in the United States， Japan， Germany， China； high inventor mainly concentrates in the United States， Germany and China； hot topics of utility model are mainly arranged in the drainage device， the elastic device， the shoe ring support， the color change of the vamp， the connection of various parts of shoes， the control device， etc.； the core patented technology is an electronic chip for converting data， a support device with an air cushion， a mobile induction device， etc.

Keywords：international；running shoes；patent map；visualization

跑步鞋作為跑步運動不可或缺的裝備，它的生產企業都希望通過創新技術謀求產品優勢，進而搶占市場份額。專利作為知識產權科技信息最有效的載體，具有新穎、創造和實用的特點[1]，是代表技術的合理和可靠的指標[2-3]。據世界知識產權組織統計，世界90%以上的發明創造信息是以專利信息的形式呈現，美國發明創造成果的70～90%僅出現在專利信息當中[4]。專利地圖是運用收集到的專利文獻進行統計分析和文本挖掘結果進行可視化呈現，對核心專利的相關信息進行識別分析，為研發者指明創造方向，為商業、技術、市場部門提供多元的洞察力[5]。2015年3月，《中共中央國務院關于深化體制機制改革加快實施創新驅動發展戰略的若干意見》[6]頒布，對知識產權工作進行了部署，體現了知識產權對創新驅動的重要支撐作用。本文以德溫特創新索引數據庫（Derwent Innovations Index）近50年跑步鞋專利相關信息為研究內容，通過citespace5.0軟件生成的專利地圖進行情報分析，旨在研究國際跑步鞋專利的研發機構、研發人員、熱點專利技術領域分布和核心專利技術，為我國跑步鞋的研發決策提供一定的參考依據。

1 研究方法

1.1 文獻計量法

文獻計量法是利用統計學相關理論，通過數據描述現狀和預測趨勢的圖書情報學的方法[8]，是分析與挖掘競爭情報的方法之一[9]。以Web of Science數據庫核心合集中的德溫特創新索引數據庫為來源數據庫進行檢索。德溫特創新索引數據庫是全面收錄世界各國的專利文獻數據庫，覆蓋了包括中國、美國、日本、德國、法國、英國、歐洲等49個專利授權機構的專利，其中同族專利覆蓋超過5 000萬份記錄，保證了專利檢索的不重復性和權威性，使用戶能夠綜合審視全球的發明創造[7]。本研究以“running shoes”為標題檢索，時間跨度為1967—2016年，收錄跑步鞋專利信息1 128條（檢索日期為2017年5月16日）。將檢索的信息（包括標題、摘要、專利權人、專利發明人、IPC分類、DMC分布等信息）以download_.txt格式保存。

1.2 可視化分析法

本研究使用由美國德雷賽爾大學計算機與情報學院的陳超美教授研發的citespace5.0.R5 SE（64-Bit）可視化應用軟件，該軟件可直接把抽象信息轉化為直觀的空間結構與知識圖譜的專利地圖[10]。

2 研究結果與分析

2.1 國際跑步鞋專利的時間分布

通過對國際跑步鞋專利文獻計量分析（如圖1所示），可以揭示授權專利文獻的變化情況。以5年為1個時間段，劃分為10個時間段。1967—2016年專利授權量總體呈逐年增長態勢，授權專利均值為112.8個，但只有2002—2016年3個時間段超過授權均值。在1967—2006年的40年里跑步鞋專利授權大致呈緩慢增長的態勢，在1977—1991年的3個時間段授權數量基本持平，其他階段的增長幅度從10多項到40多項不等。而在2006—2016年的2個時間段授權數量呈現較大幅度的增長，分別由2002—2006年的121項增加到2007—2011年的248項，再到2012—2016年的451項。顯示近10年來，國際上跑步鞋相關企業和科研機構對跑步鞋專利技術的研發十分重視。

2.2 學科領域的分布

國際跑步鞋專利涉及了17個學科領域（部分單個專利橫跨幾個學科領域）見表1，主要涉及工具、化學、工程學、材料科學、高分子科學等，其中工具學科領域最多，達到了1 020個，占比90.426 %，上述5個學科領域的申請量均超過250次，共計達到了2 185次，占總申請次數的87.37%。同時，跑步鞋專利還涉及運動科學、運輸、計算機科學、綜合內科醫學、能源和燃料領域結構工程學、采礦和礦物加工領域、通訊領域、冶金及冶金工程學領域、成像科學及攝影技術領域、農學領域、光學領域等學科領域。這些表明國際跑步鞋專利的科學技術涉及到多個學科領域，并且有的一項專利出現在了幾個學科領域，表現出學科交叉、整合的現象，這不僅符合當代科學技術研究的發展特征，也反映了跑步鞋專利研發在學科領域上的發展趨勢。

2.3 專利權人分布

專利權人的分布呈現出個別集中和廣泛分布共存的兩極分化的現象（見表2）。在專利權人擁有5個以上專利的有20個公司/個人/大學。美國的耐克集團作為耐克旗下的各個公司的母公司，專利權人占了274項（耐克股份有限公司131項，耐克創新公司52項，耐克國際有限公司45項， 耐克創新有限公司37項，耐克國際股份有限公司9項），達到了24.29%。德國的阿迪達斯集團作為阿迪達斯母公司，排名第二，但只有15項（阿迪達斯體育公司9項，阿迪達斯股份公司6項），占1.331%。日本的愛斯克斯公司排名第三，有14項，占1.241%。中國的361°有限公司和創建不久的奇爾特有限公司都有9項專利，燕山大學有6項專利。而其他888個專利發明分屬不同的專利權人。以上反映專利權人廣泛分布，少數集中的現象，美國的耐克集團在跑步鞋專利上占有舉足輕重的地位。

從國家的角度分析，排名前20位的專利權人，美國占有了9個，其中有1個個人作為專利權人，其他都是以公司作為專利權人。美國占有專利308項，占總專利的27.305%。德國有4個，其中2個專利權人為個人，專利30項，占2.76%。中國有3個，其中一個專利權人是大學。日本和法國都有2個專利權人。根據湯淺現象理論[11]，國家科技成果占某時期世界科技成果的總量25%以上的國家可稱為該時期的世界科學中心，根據以上計量數據，美國作為研發跑步鞋的主要國家，研究量超過總量的1/4，無疑是跑步鞋研發中心，其在這一領域的強勢與該國在世界科學領域一直占據主導地位相一致[12]。從國外跑步鞋專利高產的專利權人（以公司/機構聚類）分析圖譜（如圖2所示）可以看出，作為保密性很強的專利研發，專利權人之間的合作僅限于同一個集團或公司，而不同集團、公司之間的合作幾乎不存在。綜合性體育運動產品集團，例如耐克集團、阿迪達斯集團利用集團優勢，加強集團下子公司的合作，憑借綜合科技研究發展能力，發揮大型企業技術的研發比較優勢，維持著跑步鞋技術上的創新。生產相對單一的鞋類公司——愛斯克斯也加強子公司的研發團隊的合作，進行更為專一的、深度的跑步鞋科技探索，從而讓旗下的跑步鞋在跑友中擁有較好的口碑。

2.4 高產專利發明人分析

通過專利文獻計量分析，1967—2016年國際跑步鞋專利發明人共計1 548位，說明在跑步鞋研發領域的研究者人數眾多，研發水平高，引領著跑步鞋領域的前沿。多名發明人在同一個產品中合作，說明跑步鞋專利研究涉及專業領域人才多、設計的多元化。根據普賴斯定律來確定高產發明者的選取標準[13-14]，核心發明人計算公式M=0.749（Nmax）1/2，其中Nmax為14，計算出M=2.802，取整，即專利發明3件以上的設計者定義為核心發明者，共計309人。因為其人數眾多，故參考普賴斯定律標準基礎上，僅選取前20位高產發明人進行分析研究，見表3。國際跑步鞋專利排名前20位的發明人主要集中在美國、中國和德國3個國家，其中美國占了13位、中國占了5位、德國占了2位，美國的發明者占了前20位的65%，顯示出在跑步鞋研發方面，美國擁有大量人才。從供職公司來看，這些美國的發明者都為耐克集團工作，中國、德國發明者也都供職于各自國家的知名公司。這也充分說明，高水平的跑步鞋設計者匯集于高水平的知名公司，兩者之間有極強的互相促進關系，發揮各自優勢，引領跑步鞋的發展。高產專利發明者之間的合作關系知識圖譜如圖3所示，存在高產設計者高度集中和少產設計者高度離散的分布規律，并且大多數的高產設計者都會與其他研究者進行不同程度的合作，形成合作網絡，群策群力，發揮各自的研發優勢。這點在耐克集團下的設計者表現尤為明顯，以F.J.DOJAN 、 J.C.MESCHTER、 S.S.KOHATSU、 M.A.AVENI為成員組成的合作團隊和 F. G.FAGERGREN、D.A.PODHAJNY、J.MOLYNEUX、A.MEIR、D.A.BEYE 為成員的合作團隊構成了耐克集團的跑步鞋研究核心團隊。

2.5 國際跑步鞋專利的國際專利分類（IPC）分布和德文特手工代碼（DMC）分類

國際專利分類使各國工業產權局獲得了統一的分類，順序是部、分部、大類、小類、大組、小組，以反映專利技術的領域[15]。國際專利分類把全部的專利技術分成用大寫英文字母A-H表示的8個部的類別。國際跑步鞋專利涉及全部8個部的類別，分別為生活必需，作業、運輸，化學、冶金，紡織、造紙，固定建筑物，機械工程、照明、加熱、武器、爆破，物理，電學。當一個專利對應多個IPC的部的類別時，稱為IPC共生現象[16]。同一專利的不同IPC提示了跨部門的知識溢出[17]。跑步鞋的IPC共生現象揭示了在設計過程中，不同領域的關聯，說明了多項技術在跑步鞋專利中交叉性應用，可見，跑步鞋專利研發的涵蓋面非常廣泛，見表4，跑步鞋IPC前20位的都是A43，即鞋類，在小類上分布在B（鞋類的特征、鞋類的部件）和C（鞋類的堅固物或附件、一般的鞋帶），其中B小類占了19個。A43B-005/06出現頻率是232次，占20.567 %，代表是跑鞋。A43B-013/18排在第2位，出現頻率是210，代表著彈性鞋底。接下來是A43B-013/14（鞋底的結構形狀）、A43B-005/00（運動鞋的防滑裝置）、A43B-023/02（鞋幫、靴腿）、A43B-013/12（多種不同材料的鞋底）等。

為了多維度地研究國際跑步鞋的專利技術領域分布，本研究又采用了德文特手工代碼作為分類標準進行探討。德溫特手工代碼[18]是德溫特專利數據庫的特色，由德溫特標引人員進行分類標識。手工代碼是按層次結構進行排列，其頂層為部，接下來是細分為具體類別的子部分。德文特手工代碼總共有21個部的類別，國際跑步鞋涉及其中的11個，分別是A（塑料）、P（一般工程）、T（計算和控制）、X（電力工程）、W（通信）、S（儀器儀表、測量和測試）Q（車輛）、F（紡織物與造紙、纖維素）、H（石油）、U（半導體和電子電路）、D（食品、發酵、消毒劑、清潔劑）。其中，A12-C04、P22-A、P22-F03數量居前3位，另外A部的A12-F01、 A05-G01E、A04-G07、A05-F01E、A11-C01C，P部的P22-T01、 P22-T03、P22-F05、P22-T05，X部的 X27-A02B1B，T部的T01-J30D，F部的 F05-A04C也是申請數量較高的專利技術領域。

國際專利分類以應用分類和功能分類相結合，但側重于功能分類，而德溫特手工代碼是以應用性分類為基礎。結合以上2種專利分類方法，可以看出，國際跑步鞋技術設計立足于運動鞋的作用，功能上通過所用材料，加入電子科技，按鞋的各個組成部分分別展開設計。有學者的研究表明，在鞋的設計研發方面，鞋底的研究位列第一，鞋幫、鞋腿的研究僅次于鞋底的研究，然后是鞋的附件研究[19]。這與本次從國際專利分類角度進行分析的結果相一致。另外，國際跑步鞋專利的研發中心領域的鞋底設計，多數是圍繞材質、功能、作用、結構、與鞋面的銜接等方面。研究顯示，運動鞋的避震、能量輸出、抓地性是其3大功能，也是人體工程學、材料學研究的重點[20]，本研究中的跑步鞋專利技術分類也反映了相似情況。

2.6 國際跑步鞋專利技術熱點主題可視化分析

專利技術熱點主題是對具有共性的專利技術進行高度歸納[21]。本研究利用citespace 5.0軟件，選擇“title”為聚類詞來源，以“category”為聚類點類型，其他值均為系統默認值，生成國際跑步鞋專利技術熱點圖譜，如圖4所示，其中289個節點，698條連線。節點代表專利技術，連線代表各專利技術之間的聯系。由于是通過專利標題進行專利技術聚類，軟件會產生“running shoe”“shoes”“footwear”與“鞋”意思相近的聚類，故要排除，最終國際跑步鞋前10個專利熱點從高到低依次為：排水裝置（water drain）、彈性裝置（spring）、鞋跟的鞋環（stator pole shoe ring）、鞋面顏色變化（color change portion）、鞋子連接部分（connection part）、控制裝置（control device）、支撐構件（support member）、避免鞋面塌陷的設計（rolling method avoiding surface defects）、鞋面動力傳遞裝置、可裝電子設備跑步鞋。通過對國際上跑步鞋專利技術的熱點領域進行分析，可以掌握國際跑步鞋專利技術的涵蓋領域，也可以預測未來技術的發展趨勢，進而為研發機構提供跑步鞋研發方向的思路。

2.7 國際跑步鞋的核心專利分析

依據專利的被引頻次可預見專利價值的相對高低，被引頻次越高，專利價值越高，其核心地位越突出[22]。表6所列是被引頻次超過65次的前20項核心專利分布情況，其中核心技術中，美國占了11項，說明美國不僅是擁有高產發明人最多的國家，還是擁有核心技術最多的國家。這些都奠定了美國在國際跑步鞋中的引領者的地位。隨后是德國，它擁有4項。核心技術是企業產品技術平臺，是產品平臺的支撐，產品平臺往往是眾多核心技術的合成體，通過產品實現了核心技術的商業價值；因此，美國和德國憑借所擁有的核心專利技術奠定了它們在跑步鞋市場的高占有率。日本和比利時各有2個核心科技，澳大利亞擁有1項核心科技。在核心專利的發明權人中，有14項屬于大型公司，另外6項屬于個人。這說明跑步鞋專利技術發展雖以企業為主導，但個人能力也起到了一定的推動作用，如排名第1位的核心技術專利權人J.ALBRECHT，他本人就是路跑的愛好者，經常參加各種馬拉松賽事，同時他的專業是計算機，對芯片設計有一定的專業基礎。這提示了在跑步鞋專利設計中，一些個人憑借自己的路跑體會、設計專業基礎及對設計的興趣，進行著跑步鞋專利的設計研究，他們是跑步鞋科技發展不可或缺的力量；因此，大型跑步鞋設計團隊也要關注某些個人的設計理念與思想。從核心技術分析，跑步鞋的電子產品占了6項，它們分別排名第1、3、5、6、9、18位。這些技術立足于跑步的科學性，對奔跑者在跑步過程中的跑步數據進行收集、整理、分析，最終通過終端反饋給跑者，讓他們根據自己的運動目的，調整跑步的步幅、步頻、腳掌落地姿勢等。其次，是以跑者足部健康為出發點的設計，主要是立足于腳部的緩沖和穩定方面，第2、4、7、10、13、14、19、20項都體現了這樣的理念，而其中的氣墊支撐裝置設計是許多品牌跑步鞋的基本技術之一。再次是出于美觀的設計理念，例如第12、15、16項，通過紡織工藝、鞋面材質等來提高鞋的外觀美感。另外，還有從提高跑步效率理念出發，例如第8、11、17項，通過鞋底各部分銜接和槽孔的動力傳輸，提高跑步速度。

3 結論

1）在1967—2016年的50年中，跑步鞋的專利研發數量一直呈增長趨勢，特別是近10年，每5年的跑步鞋專利發明基本上以1倍的增量在發展。跑步鞋專利涉及17個學科領域，甚至有的跑步鞋專利設計包含了多個學科領域，表明了設計過程中學科的交叉融合。

2）高產的專利權人集中在美國、日本、中國、德國，其中美國的優勢非常明顯，在專利權人合作方面，各大型集團利用整體優勢，加強集團下子公司的合作，促進本集團在跑步鞋專利技術研發領域的領先地位。高產發明人主要集中在美國、中國和德國，部分高產發明者之間會進行不同程度的合作，其中耐克集團的發明者組成了多個研發團隊。另外，多數高產發明者供職于高產的知名公司，兩者之間互相促進。

3）國際跑步鞋的專利熱點主題主要是鞋的排水裝置、彈性裝置、鞋環支撐、鞋面顏色變化、鞋各部分的連接、控制裝置等。在擁有核心技術國家方面，美國、德國、日本、比利時等國處于核心地位。核心技術以居于首位的可轉換數據的電子芯片為代表，可穿戴系列電子設計在核心技術中占有很大比重，其次是以氣墊支撐為代表的足部緩沖和穩定性設計，再次是外觀美感和提高跑速的相關設計。跑步鞋的設計主要是立足于健康的理念，從多學科知識體系進行設計，借鑒當代科技的發展成果，同時跑步鞋研發針對不同跑步者的需求，注重跑步鞋舒適度的同時，也加入了提高跑速和美觀、時尚的考量。

4）隨著我國科學技術的不斷進步，企業和個人的研發水平提高，研發和知識產權保護意識加強，我國跑步鞋專利研發已經在國際上逐漸嶄露頭角，高產發明專利權人與高產發明人方面均占有一席之地，但同時我國在跑步鞋的核心科技方面還與美國、德國、日本等存在一定差距，有待進一步提高。

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