超硬材料砂輪修整技術專利分析

陳亞娟 任晶 刁金鳳 賈文杰

摘要：本文對超硬材料砂輪修整技術的全球以及中國專利申請趨勢、申請地域、重要申請人進行分析，并梳理了各技術分支的發展路線，對了解超硬材料砂輪修整技術的發展具有重要的指導意義。

關鍵詞：超硬;金剛石;CBN;砂輪;磨具;修整

中圖分類號：G306;TQ163文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）27-0135-05

1 引言

超硬材料砂輪硬度極高，可用于加工各種高硬度材料，特別是普通磨料所難以加工的材料。為了使超硬材料砂輪在磨削零件時，可以保持正確的幾何形狀以及銳利性，需要及時對砂輪進行修整 [1]。本文從專利分析的角度出發，檢索、篩選、統計2019年以前全球范圍內的超硬材料砂輪修整技術的專利申請，對其技術發展脈絡、申請量、申請地域、主要申請人進行梳理統計分析，以便對提高超硬材料砂輪的利用率以及其在工業生產中的推廣應用提供借鑒和指導。

2 專利申請分析

2.1 關鍵詞和數據庫

采用INCOPAT專利數據庫作為數據源，檢索年份截止到2019年，選用的中文關鍵詞為：修整、修銳、整形、整修、修補、修復、砂輪、磨輪、拋光輪、滾輪、磨具、超硬、金剛石、立方氮化硼、正方體氮化硼、立方體氮化硼;對應的英文關鍵詞為：finish、dress 、trim 、truing、repair、shap、sharpen、condition、wheel、disc、 disk、grinder、grindstone、buzzer、diamond 、CVD、cbn、abn、cubic boron nitride、c-bn。IPC分類號為：B24B、B24C、B24D。根據以上檢索要素檢索得到的專利申請進行篩選，建立專利申請數據庫，作為本文的研究對象。

2.2 技術分支和技術路線分析

目前超硬材料砂輪的修整方法主要有：車削法、磨削法、超聲振動法、電加工法、滾壓擠軋法、激光法、噴射法以及復合修整法。圖1標示出了超硬材料砂輪修整技術分支圖，由圖可知，車削法、磨削法、電加工法以及復合修整法共占超硬材料砂輪修整技術專利申請總量的95.54%，其中，車削法和磨削法的申請量分別為48.92%和39.37%。數據表明，雖然開始嘗試新的方法來改善砂輪修整的效率和精度問題，但是現階段超硬磨料砂輪修整技術主要還是集中在傳統的機械磨削修整或者是以傳統機械磨削修整為基礎改進的技術方法。

通過對去噪后的專利申請人工逐篇閱讀，作者從砂輪修整專利中篩選出多篇重要專利，其中，早期砂輪修整主要是以傳統機械修整方法為主，如金剛石筆修整（GB101787A）、金剛石滾輪修整（JP54111193A）、彈性修整（JP61146472A）、游離磨料砂輪修整（US05681603）、高壓空氣噴射磨料砂輪修整（JP63278763A）;隨著工業技術發展，人們對砂輪修整精度要求逐步提高，開始出現電火花修整（CH321993A）、電解修整（JP59076771A）、激光修整（JP58094968A）、超聲波修整（JP54032893A）等新型修整方法;近年來，為進一步提高磨削精度和效率，復合修整成為行業工作人員研發的熱點，如金剛石筆與磨料噴射修整（US3244162A），激光和超聲波修整（CN204366734U），杯型砂輪與電火花修整（CN104742020A），超聲波與杯型砂輪修整（CN105563332A）。

2.3 國內外超硬材料砂輪修整技術專利申請量分析

超硬材料砂輪修整技術全球發展情況大致經歷了四個階段：萌芽時期（1909年至1926年）、技術推動期（1927年至1981年）、發展增長期（1982年至2012年）以及技術成熟期（2013年至2019年）[2-4]。1926年之前是該技術專利申請的起步階段。該階段砂輪修整技術及其應用一直處于摸索階段，其專利申請量一直處于較低狀態，每年申請量不超過4件。隨著工業的發展，砂輪修整技術在工業上應用增多，涉及機械式修整砂輪，主要有金剛石車削修整法和磨削修整法。因此，砂輪修整技術專利年申請量相比于萌芽時期有所增長，年申請量比較穩定，但均未超過15件。在1982年至2002年，砂輪修整專利申請量總體相比于前一時期有所增長，但無顯著變化趨勢，這一時期，由于英國、日本、美國等發達國家工業相對發達，申請量較大，在該領域進行了廣泛的專利布局。2003至2012年，砂輪修整技術在世界各個國家蓬勃發展，專利申請量快速增長。從2013年開始專利申請呈現下降趨勢，這說明在經過了10年的快速增長期之后，砂輪修整技術發展已經較為成熟，所以專利申請量呈下降趨勢。

與發達國家相比，中國在該領域起步較晚，相應的專利申請量從2002年至2014年總體呈大幅上升趨勢，2014年至2019年申請量稍有下降，但申請量仍較大，需要指出的是，由于發明專利可以在申請日起18個月后公開，以及公開后數據整理入庫也需要一定時間，2019年的專利申請有部分尚未公開，使得圖3中2019年數據下降，但并不能說明相關專利申請量的下降，也并不能反映該領域進入衰退期。總體來看，超硬材料砂輪修整技術在中國大致經歷了三個階段：萌芽時期（1985年至2001年）、快速發展期（2002年至2014年）以及發展成熟期（2015年至2019年）。2001年之前是砂輪修整技術的起步階段，在這一時期，中國在砂輪修整技術方面申請的專利極少，每年申請量基本不超過4件。此階段國內砂輪修整技術發展水平較低。2002年至2007年，申請量穩定增長，特別是從2008年開始，該技術專利申請進入高速發展階段，2014年申請了131件，該階段是國內砂輪修整技術發展的黃金時期。自2015年，砂輪修整技術專利申請量總體呈下降趨勢，這說明砂輪修整技術達到一個較為成熟的階段。該時期在下降趨勢中有一定的波動，說明砂輪修整技術在不斷尋求探索和進步。

2.4 國內外超硬材料砂輪修整技術專利申請地域分析

專利申請的地域分布能夠反映不同國家和地區在一定領域內的專利技術實力和產品市場重心。從圖4和5可以看出，在超硬材料砂輪修整技術領域，中國、英國和日本占據總申請量的前三位，分別為50.05%、18.49%、16.86%，美國、德國、俄羅斯等國家對于超硬材料砂輪修整技術也有研究，但申請量較少。中國在該領域占有主導地位，專利申請量最多，中國的早期申請量較少，但后來居上，中國大多數專利申請集中在2010年以后，其中以江蘇、河南和浙江申請量最大，這說明隨著我國工業化快速發展，對磨削加工的要求不斷提高，砂輪修整技術也在不斷進步，我國開始重視超硬材料砂輪修整技術的研究，同時國內外企業和研究中心都看好我國的巨大市場需求，積極在我國進行專利保護，占領我國技術市場。

2.5 國內外主要申請人

由圖6可以看出，申請量前10位的全球專利申請人中有6個是中國申請人，另外4個為國外申請人，由此可知，中國是該技術領域的主要研究者和應用市場，由于該技術領域研究在中國起步較晚，對于車削、磨削等傳統的修整方法，已經進入應用階段，而對于一些新的修整方法，如激光修整方法、超聲修整方法，目前仍處于理論研究階段，此外，日本也非常重視該技術領域的研究工作，日本對于超硬材料砂輪修整技術研究較早，全球早期專利申請中涉及日本專利較多，其專利申請人主要集中在企業，這說明日本的超硬材料砂輪修整技術發展穩定，正逐步走向成熟階段。

由圖7中可以看出，國內超硬材料砂輪修整技術領域主要專利申請人集中在企業和高校，其中企業占72.38%，是專利申請的主力軍，高校占17.26%，高校的專利申請主要涉及傳統修整方法的工藝改進、磨料預處理和磨具結構改進以及新的修整方法如激光修整方法的激光參數等對修整效果的影響的理論研究。有些專利申請為企業和高校的共同申請，這說明企業和高校存在一定程度上的產學研合作。

3 結論

第一，車削、磨削、滾壓擠軋修整是較為傳統的砂輪修整方法。近些年來，隨著修整要求的不斷提高，開發了激光修整、電加工、超聲振動等新型修整方法，集機、電、聲、熱（光）、化等多種方法于一體的復合修整方法成為行業工作人員研發的熱點，如激光輔助修整、電火花輔助修整等。

第二，從專利申請量來看，超硬材料砂輪修整技術專利申請已相對穩定，進入了技術成熟期，傳統修整方法如車削、磨削技術已發展成熟，大規模投入應用;新型修整技術如激光修整，目前尚處于理論研究階段，面臨一些技術瓶頸，需要尋求技術突破。

第三，美國、日本等國家的工業發展早于中國，磨削行業也發展相對成熟，形成了較為全面的專利布局。中國的磨削行業起步較晚，但發展較快，近些年中國超越了其它國家在超硬材料砂輪修整方面進行了大量的專利布局，中國也成為了該技術領域的主要應用市場。但中國仍需要避開國外的專利壁壘，開展自主研發，形成自身優勢，將傳統修整方法中的砂輪結構、工藝和磨料處理方面進行改進，同時加大科研力度尋求新興修整方法技術突破與應用，快速占領技術市場。

參考文獻：

[1] 李伯民，趙波.現代磨削技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2] 楊鐵軍.產業專利分析報告[M].北京：知識產權出版社，2015：228-251.

[3] 馬天旗.專利分析方法、圖表解讀與情報挖掘[M].北京：知識產權出版社，2015.

[4] 賀化.專利導航產業和區域經濟發展實務[M].北京：知識產權出版社，2013.