滾柱絲杠領(lǐng)域的全球?qū)＠治?/h1>
2015-12-22 02:41王小波吳志敏賈丹白欣欣
汽車零部件 2015年4期
王小波，吳志敏， 賈丹，白欣欣
(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000 )
滾柱絲杠領(lǐng)域的全球?qū)＠治?/p>
王小波，吳志敏， 賈丹，白欣欣
(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000 )
滾柱絲杠副是一種可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、航空機(jī)械和武器裝備以及石油、化工、機(jī)床等領(lǐng)域，并成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。介紹了3種類型滾柱副的工作原理，并利用強(qiáng)大的專利檢索系統(tǒng)(S系統(tǒng))中的CNABS、SIPOABS、DWPI等數(shù)據(jù)庫從多方面對(duì)滾柱絲杠專利進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和梳理，從國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)人以及關(guān)鍵技術(shù)專利等方面進(jìn)行深入分析。通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，為我國(guó)滾柱絲杠領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利申請(qǐng)?zhí)峁﹨⒖?，并給出相關(guān)發(fā)展建議。
滾柱絲杠；專利分析；S系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)
0 前言
滾柱絲杠副是一種可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，由于它具有承載能力強(qiáng)、精度高、頻響快、高速運(yùn)行時(shí)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、航空機(jī)械和武器裝備以及石油、化工、機(jī)床等領(lǐng)域[1-4]。其最典型的應(yīng)用實(shí)例是1976—1992年，總共14架超音速的大型客機(jī)在法航和英航的航線上飛行，每架航空飛機(jī)安裝有8個(gè)行星滾柱絲杠副以控制發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣機(jī)構(gòu)，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下施加在絲杠上載荷變化范圍為-21 000～9 275 N，溫度變化范圍為-60～140 ℃，而行星絲杠副在如此高載荷、大溫差的惡劣環(huán)境工況下沒有一個(gè)失效。由此可見，滾柱絲杠副相對(duì)于其他類型的傳動(dòng)副尤其是滾珠絲杠副有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。同樣原因，滾柱絲杠副也被應(yīng)用于汽車上的伺服電動(dòng)缸。
滾柱絲杠副在國(guó)外已經(jīng)是一種比較成熟的產(chǎn)品，但是在國(guó)內(nèi)到目前為止，對(duì)其基礎(chǔ)理論的研究還處于起始階段，研制水平還比較薄弱，也并沒有開發(fā)推廣成熟產(chǎn)品。作者意在對(duì)該技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行檢索的基礎(chǔ)上，分析該技術(shù)的現(xiàn)狀并預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，并且對(duì)照各主要國(guó)家和申請(qǐng)人的專利活動(dòng)，對(duì)我國(guó)在該技術(shù)上的專利申請(qǐng)活動(dòng)給出客觀定位，對(duì)我國(guó)主要申請(qǐng)人的專利活動(dòng)作全面評(píng)價(jià)，以期在國(guó)際化的大潮下，對(duì)我國(guó)在滾柱絲杠領(lǐng)域的發(fā)展提供一些有價(jià)值的信息。
1 滾柱絲杠技術(shù)概述
1.1 發(fā)展歷程
瑞典人Carl Bruno Strandgren于1942年申請(qǐng)了循環(huán)式行星滾柱絲杠的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)朏R888281)，開啟了滾柱絲杠領(lǐng)域的時(shí)代，他隨后又申請(qǐng)了一系列關(guān)于滾柱絲杠副的專利；William J Roantree于1968年申請(qǐng)了差動(dòng)式滾柱絲杠副的專利，Timonthy A Erhart于1993年發(fā)明了包含差動(dòng)軸承環(huán)型滾柱絲杠的線性馬達(dá)，并申請(qǐng)了專利。至此，行星滾柱絲杠已經(jīng)發(fā)展成較為成熟的系列產(chǎn)品在全球廣泛推廣開來，在發(fā)展過程也出現(xiàn)了其他類型的絲杠滾柱副。
滾柱絲杠副根據(jù)滾柱與絲杠的位置關(guān)系分為3種類型：(1)滾柱與絲杠垂直布置的類型；(2)行星滾柱絲杠類型；(3)滾柱與絲杠平行布置的非行星滾柱絲杠類型。其中，行星滾柱絲杠副(Planetary Roller Screw)是其中最為常見的一種類型，而行星滾柱絲杠副(PRS)的結(jié)構(gòu)形式主要是通過滾柱相對(duì)于絲杠和螺母的運(yùn)動(dòng)關(guān)系來分類，常見的PRS有5種結(jié)構(gòu)形式，即：標(biāo)準(zhǔn)式、反向式、循環(huán)式、差動(dòng)式和軸承環(huán)式。
到目前為止，全球生產(chǎn)滾柱絲杠的廠商主要有：瑞典的SKF公司、日本的THK株式會(huì)社以及NTN株式會(huì)社，各大廠商都開發(fā)了系列產(chǎn)品，例如SKF公司的SR、T/PR、SV、PV系列。
1.2 3種類型絲杠滾柱副的工作原理
圖1是布置方式為滾柱垂直絲杠類型的典型專利申請(qǐng)(專利公開號(hào)DE1111905 B)，包括滾柱1、支撐滾柱的導(dǎo)軌2以及絲杠3，滾柱1垂直絲杠3布置并與其耦合，動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)絲杠3轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱1與絲杠3摩擦結(jié)合，使絲杠3沿著導(dǎo)軌2直線移動(dòng)，將絲杠3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線或弧線運(yùn)動(dòng)，滾柱1與絲杠3之間的接觸為滾動(dòng)摩擦，有效提高了傳動(dòng)效率。
如圖2所示，典型的行星滾柱絲杠副PRS主要由3個(gè)部件組成，即絲杠、滾柱、螺母(齒圈)，其中絲杠是多頭螺紋；滾柱是具有相同牙型角的單頭螺紋，其牙型輪廓通常加工成球面，用于提高承載能力、降低摩擦、提高效率；螺母是具有與絲杠相同頭數(shù)和牙型的內(nèi)螺紋。若干個(gè)滾柱沿絲杠圓周方向均勻分布。
圖3為行星滾柱絲杠副的運(yùn)動(dòng)原理圖，可以看出行星絲杠的傳動(dòng)原理與行星輪系相似，絲杠可以看作太陽輪，滾柱作為行星輪，螺母作為齒圈，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)且螺母固定時(shí)，滾柱圍繞絲杠作行星運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過螺旋傳動(dòng)原理，將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。行星絲杠傳動(dòng)3個(gè)部件之間的接觸為多點(diǎn)接觸，所以比單點(diǎn)接觸的滾珠絲杠更有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
除上述類型外，還有第3種類型，即滾柱與絲杠平行布置的非行星滾柱絲杠類型，與行星滾柱絲杠類型的布置方式類似，所不同的僅僅是滾柱只自轉(zhuǎn)、不進(jìn)行公轉(zhuǎn)。
2 滾柱絲杠專利技術(shù)狀況分析
作者利用S系統(tǒng)中的CNABS、SIPOABS、DWPI等數(shù)據(jù)庫從多方面對(duì)滾柱絲杠領(lǐng)域進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，為我國(guó)滾柱絲杠領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利申請(qǐng)?zhí)峁﹨⒖?。截止?2014年10月6日，對(duì)于涉及滾柱絲杠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，在上述數(shù)據(jù)庫中檢索并經(jīng)過篩選和數(shù)據(jù)處理，得到有效的滾柱絲杠相關(guān)技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)據(jù)1310項(xiàng)，中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)241項(xiàng)。
2.1 檢索策略
對(duì)滾柱絲杠領(lǐng)域的檢索，主要依賴于IPC分類號(hào)、EC分類號(hào)、CPC分類號(hào)、FT分類號(hào)與關(guān)鍵詞。針對(duì)分類號(hào)和數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，在分類準(zhǔn)確的SIPOABS數(shù)據(jù)庫中通過FT/CPC/EC+關(guān)鍵詞的方式進(jìn)行檢索；在關(guān)鍵詞更準(zhǔn)確的DWPI數(shù)據(jù)庫中通過IPC/EC+關(guān)鍵詞和關(guān)鍵詞+關(guān)鍵詞的策略檢索；在CNABS數(shù)據(jù)庫中采用IPC+關(guān)鍵詞和關(guān)鍵詞+關(guān)鍵詞的檢索策略，對(duì)上述檢索結(jié)果先進(jìn)行合并去重處理，再統(tǒng)計(jì)分析。
2.2 全球?qū)＠暾?qǐng)狀況分析
2.2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)的時(shí)間發(fā)展趨勢(shì)
圖4為1968—2013年滾柱絲杠領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，2012—2013年的申請(qǐng)量下降的原因是發(fā)明專利申請(qǐng)至公開的時(shí)間段較長(zhǎng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不完全，僅供參考。可以看出，滾柱絲杠領(lǐng)域經(jīng)歷了萌芽期(1942—1972年)、穩(wěn)定發(fā)展期(1972—1993年)、快速發(fā)展期(1994—2005年)以及成熟期(2006—至今)。滾柱絲杠在1942年誕生后進(jìn)入萌芽期，經(jīng)過二十多年的緩慢發(fā)展之后在1972年進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展期，相關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)量穩(wěn)定在20項(xiàng)左右；在1994年之后進(jìn)入快速發(fā)展期，專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)；在2006年之后進(jìn)入成熟期。值得注意的是：由于受2008—2009年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，滾柱絲杠領(lǐng)域，全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量下降，在2010年之后隨著全球經(jīng)濟(jì)回暖，滾柱絲杠領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也開始逐年回升。
2.2.2 申請(qǐng)量的區(qū)域分布
從圖5可以看出：行星滾柱絲杠領(lǐng)域申請(qǐng)產(chǎn)出排在前6位的國(guó)家或地區(qū)是日本、美國(guó)、中國(guó)、俄羅斯和法國(guó)，其中日本的申請(qǐng)量最大，約占全部申請(qǐng)總數(shù)的34%，美國(guó)、俄羅斯申請(qǐng)量比較接近，中國(guó)的申請(qǐng)量?jī)H次于上述國(guó)家。此外，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的專利申請(qǐng)量也排在前十之中，表明臺(tái)灣也相當(dāng)重視該技術(shù)的研發(fā)，這也為兩岸開展此領(lǐng)域的合作研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
2.2.3 全球主要申請(qǐng)人分析
通過對(duì)檢索到的1310項(xiàng)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排名前10位的申請(qǐng)人和申請(qǐng)量如圖6所示?？梢钥闯觯航刂菇y(tǒng)計(jì)日，NTN株式會(huì)社、謝夫勒科技有限公司、日本精工株式會(huì)社、THK株式會(huì)社、豐田公司、SKF等公司在滾柱絲桿領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量都比較大，株式會(huì)社日立制作所、BLINOV公司以及波音公司在相關(guān)領(lǐng)域也比較強(qiáng)勢(shì)。并且，在排名前十的申請(qǐng)人中，有一半申請(qǐng)人屬于日本，反映了日本在滾柱絲杠領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，取得了集團(tuán)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)；而中國(guó)大陸的申請(qǐng)人并不在上述排名中，說明在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)在全球范圍內(nèi)比較薄弱。具體到滾柱絲杠結(jié)構(gòu)分類方面的專利申請(qǐng)方向，NTN株式會(huì)社、謝夫勒科技有限公司、豐田公司、SKF以及波音公司側(cè)重于滾柱與絲杠平行布置類型的專利申請(qǐng)，尤其是行星滾柱絲杠類型，日本精工株式會(huì)社、上銀科技股份有限公司等更側(cè)重于滾柱與絲杠大致垂直類型的專利申請(qǐng)。
NTN株式會(huì)社是世界綜合性精密機(jī)械制造廠家之一，從20世紀(jì)90年代開始申請(qǐng)滾柱絲杠相關(guān)領(lǐng)域的專利，進(jìn)入21世紀(jì)后，在滾柱絲杠領(lǐng)域的申請(qǐng)量急速上升，已經(jīng)超越SKF、ROLLVIS等老牌公司。然而，值得注意的是，當(dāng)前NTN株式會(huì)社在滾柱絲杠領(lǐng)域的市場(chǎng)份額并不如SKF和ROLLVIS等公司，而這充分說明日本的企業(yè)相比其他國(guó)家或地區(qū)的企業(yè)更注重專利布局，更好地執(zhí)行了“技術(shù)發(fā)展，專利先行”的發(fā)展戰(zhàn)略。
2.3 中國(guó)專利申請(qǐng)狀況分析
2.3.1 中國(guó)專利申請(qǐng)的時(shí)間發(fā)展趨勢(shì)
通過統(tǒng)計(jì)CNABS數(shù)據(jù)庫滾柱絲杠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量，得到申請(qǐng)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)，如圖7所示。
從圖7可以看出：與國(guó)外的技術(shù)相比，中國(guó)的滾柱絲杠領(lǐng)域起步較晚，直到20世紀(jì)90年代行星滾柱絲杠副的概念才開始引入中國(guó)，加上對(duì)其基礎(chǔ)理論的研究比較薄弱，所以行星滾柱絲杠副的專利申請(qǐng)?jiān)?987—2003之間數(shù)量較少，而在中國(guó)的中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量從2003年之后開始活躍，申請(qǐng)數(shù)量開始上升，其原因主要在于：(1)隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)備的最大消費(fèi)市場(chǎng)之一，各大公司(例如THK株式會(huì)社、SKF公司、NTN株式會(huì)社等)著眼于中國(guó)市場(chǎng)，大量的國(guó)外申請(qǐng)進(jìn)入我國(guó)；(2)國(guó)內(nèi)的高校研究機(jī)構(gòu)和公司也開始積極進(jìn)行研究，申請(qǐng)相關(guān)專利，該領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力正在逐漸增強(qiáng)。與全球相關(guān)領(lǐng)域申請(qǐng)數(shù)量變化趨勢(shì)類似，由于2008—2009年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，在中國(guó)的滾柱絲杠領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量下降，在2010年之后隨著全球經(jīng)濟(jì)回暖，滾柱絲杠領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也開始逐年回升。
2.3.2 中國(guó)專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人分析
圖8是在中國(guó)申請(qǐng)的國(guó)外申請(qǐng)人和國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人各自所占的比重，可以看出：國(guó)外申請(qǐng)人在華申請(qǐng)數(shù)量反而大于本國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)數(shù)量，占到約55%。這是由于：(1)由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，已逐漸成為機(jī)械設(shè)備的最大消費(fèi)市場(chǎng)之一，國(guó)外公司非常重視在華市場(chǎng)；(2)相對(duì)于中國(guó)的企業(yè)，國(guó)外的企業(yè)歷來重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，專利申請(qǐng)的積極性較高；(3)相對(duì)于國(guó)外，中國(guó)在滾柱絲杠領(lǐng)域的研究才剛剛起步，導(dǎo)致技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他先進(jìn)國(guó)家，另外中國(guó)的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的意識(shí)還比較薄弱，申請(qǐng)專利數(shù)量較少。
圖9顯示出我國(guó)申請(qǐng)人的類型分布情況，可以看出：我國(guó)申請(qǐng)人中公司申請(qǐng)62件占到57%，個(gè)人申請(qǐng)的比例要高于高校申請(qǐng)與科研機(jī)構(gòu)申請(qǐng)數(shù)量的總和，占總量的24%。這說明高校和科研機(jī)構(gòu)還不夠重視滾珠絲杠領(lǐng)域的研發(fā)，而公司申請(qǐng)才占到一半，這說明國(guó)內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的資金投入和研發(fā)力量不足，且在上述專利申請(qǐng)中，實(shí)用新型占到了很大比例，而外國(guó)申請(qǐng)人在中國(guó)的申請(qǐng)均為發(fā)明專利，這說明國(guó)外的技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯，國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平還有待提高。
2.3.3 中國(guó)專利申請(qǐng)量的地域分布
圖10顯示出了滾柱絲杠領(lǐng)域的申請(qǐng)人地區(qū)分布，可以看出：江蘇、陜西、臺(tái)灣、浙江、廣東、上海以及北京位居前七，江蘇以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先于其他地區(qū)。專利分布格局的原因主要在于以下幾個(gè)方面：申請(qǐng)專利的主要省市大多數(shù)是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)為研發(fā)提供了充裕的資金支持；其次，這些地方積極支持知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，鼓勵(lì)申請(qǐng)專利；另外，中國(guó)發(fā)展該領(lǐng)域的高校、重點(diǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)集中分布在上述省市地區(qū)。
2.4 滾柱絲杠關(guān)鍵技術(shù)專利
瑞典人Carl Bruno Strandgren于1942年申請(qǐng)了循環(huán)式行星滾柱絲杠的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)朏R888281A)，如圖11所示，該結(jié)構(gòu)的滾柱沒有上升螺旋角，開啟了行星滾柱絲杠領(lǐng)域的時(shí)代，Strandgren隨后又申請(qǐng)了一系列關(guān)于滾柱絲杠副的專利，包括具有螺旋上升角滾柱的行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)。
William J Roantree于1967年申請(qǐng)了差動(dòng)式滾柱絲杠副的專利(申請(qǐng)?zhí)朥S19670661860A)， 與以前的行星滾柱絲杠不同，如圖12所示，其中螺母1、滾柱2、絲杠3上螺紋頭數(shù)的選擇均不同，并且滾柱和絲杠的導(dǎo)程都為零，在滾柱上制造螺旋升角不同的兩種滾道使其具有差動(dòng)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，該方式的失效是剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)位置控制的不精確和螺母中的推力軸承失效。
德國(guó)航空及宇航研究及試驗(yàn)協(xié)會(huì)于1987年申請(qǐng)了一項(xiàng)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)朌E3739059A)，如圖13所示，該P(yáng)RS結(jié)構(gòu)包括心軸1、細(xì)螺紋2、封蓋3、滾柱4、凸起5、螺母8、內(nèi)導(dǎo)槽9，該滾柱4具有兩種齒形6、7，其中一種細(xì)螺紋的齒形6產(chǎn)生對(duì)絲杠上的齒形的軸向動(dòng)力嚙合，而另一種較粗的齒形7對(duì)螺母上的齒型產(chǎn)生軸向動(dòng)力嚙合，可以提供非常高的效率和較高的降速比。
美國(guó)EXLAR公司于1993年申請(qǐng)了一項(xiàng)專利發(fā)明，該發(fā)明涉及一種具有位置反饋傳感器的線性驅(qū)動(dòng)器，發(fā)明人為著名的 Timonthy A Erhart，該線性驅(qū)動(dòng)器是一種包含差動(dòng)軸承環(huán)型滾柱絲杠的線性馬達(dá)，如圖14所示，包括外殼1、輸出軸2、滾柱3、定子4、螺母5和磁體6，從此之后滾柱絲杠在精密儀器領(lǐng)域得到了更廣發(fā)的應(yīng)用。
3 結(jié)束語
隨著滾柱絲杠副尤其是PRS各種優(yōu)點(diǎn)的凸顯以及加工手段的多樣化，其大推力、高頻響、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)越來越符合航空航天和武器裝備的發(fā)展趨勢(shì)和要求，滾柱絲杠副的研究和專利申請(qǐng)也越來越受到重視。而通過對(duì)滾柱絲杠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)狀況分析可以看出：由于時(shí)間發(fā)展差異，該產(chǎn)業(yè)的巨頭企業(yè)大多屬于日本、歐洲和美國(guó)公司(例如瑞典SKF公司、日本NTN株式會(huì)社)，這些國(guó)家的專利申請(qǐng)數(shù)量多并且技術(shù)含量也較高，形成了滾柱絲杠技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，專利優(yōu)勢(shì)非常明顯；與之相比較，中國(guó)在滾柱絲杠領(lǐng)域的研究和發(fā)展還處于起始階段，相關(guān)研究過少，自主研發(fā)的專利申請(qǐng)數(shù)量較少。在今后的發(fā)展中，建議國(guó)內(nèi)的公司和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加大研發(fā)力度，重視滾柱絲杠尤其是行星滾柱絲杠的基礎(chǔ)理論研究以及核心技術(shù)的開發(fā)，逐步縮小與國(guó)外企業(yè)在技術(shù)上的差距；重視科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)合作開發(fā)；遵循“技術(shù)發(fā)展，專利先行”的指導(dǎo)思想，積極籌備相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，形成技術(shù)壁壘，從而掌握市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。
【1】馬尚君,劉更,周建星,等.行星滾柱絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)過程動(dòng)態(tài)特性分析[J].振動(dòng)與沖擊，2013，32(3):167-171.
【2】Rosero J A,Ortega J A,Aldabas E,et al.Moving Towards a More Electric Air-craft[J].Aerospace and Electronic Systems,2007,22(3):1-7.
【3】董永,劉更,馬尚君,等.行星滾柱絲杠副滾柱的設(shè)計(jì)方法與虛擬裝配[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013，30(8)：53-70.
【4】劉更,馬尚君.佟瑞庭,等.行星滾柱絲杠副的新發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2012，36(5)：103-109.
ResearchReviewonGlobalRollerScrewFieldPatent
WANG Xiaobo, WU Zhimin, JIA Dan, BAI Xinxin
(Patent Exanination Cooeration Jiangsu Center of the Patent Office SIPO,Suzhou Jiangsu 215000，China)
The roller screw is a mechanical transmission device converting rotary motion into linear motion or vice versa, which is widely used in aviation machinery and weaponry as well as vehicle industry, petroleum, chemicals, machine tools and other fields, and has become the domestic and foreign research focus. The working principles of three kinds of roller screw pair were introduced. Global roller screw patents were collected and statistical analyzed by the specialized patent searching and analyzing platform of S system, that including CNABS,SIPOABS, DWPI and other databases. The research status and developmental trend of roller screw were summarized from the aspects of domestic and international time trends, national distribution, technical branches distribution, applicant distribution and key technology patents. Based on the summaries and related analysis, some suggestions were presented for future roller screw research and development in China.
Roller screw; Patent analysis; S system; Key technology
2015-03-01
王小波(1986—)，男，工學(xué)碩士，實(shí)質(zhì)審查員，從事車輛領(lǐng)域發(fā)明實(shí)質(zhì)審查工作。E-mail：light225@sina.com。
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王小波，吳志敏， 賈丹，白欣欣
(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000 )
滾柱絲杠領(lǐng)域的全球?qū)＠治?/p>
王小波，吳志敏， 賈丹，白欣欣
(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000 )
滾柱絲杠副是一種可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、航空機(jī)械和武器裝備以及石油、化工、機(jī)床等領(lǐng)域，并成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。介紹了3種類型滾柱副的工作原理，并利用強(qiáng)大的專利檢索系統(tǒng)(S系統(tǒng))中的CNABS、SIPOABS、DWPI等數(shù)據(jù)庫從多方面對(duì)滾柱絲杠專利進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和梳理，從國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)人以及關(guān)鍵技術(shù)專利等方面進(jìn)行深入分析。通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，為我國(guó)滾柱絲杠領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利申請(qǐng)?zhí)峁﹨⒖?，并給出相關(guān)發(fā)展建議。
滾柱絲杠；專利分析；S系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)
0 前言
滾柱絲杠副是一種可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，由于它具有承載能力強(qiáng)、精度高、頻響快、高速運(yùn)行時(shí)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、航空機(jī)械和武器裝備以及石油、化工、機(jī)床等領(lǐng)域[1-4]。其最典型的應(yīng)用實(shí)例是1976—1992年，總共14架超音速的大型客機(jī)在法航和英航的航線上飛行，每架航空飛機(jī)安裝有8個(gè)行星滾柱絲杠副以控制發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣機(jī)構(gòu)，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下施加在絲杠上載荷變化范圍為-21 000～9 275 N，溫度變化范圍為-60～140 ℃，而行星絲杠副在如此高載荷、大溫差的惡劣環(huán)境工況下沒有一個(gè)失效。由此可見，滾柱絲杠副相對(duì)于其他類型的傳動(dòng)副尤其是滾珠絲杠副有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。同樣原因，滾柱絲杠副也被應(yīng)用于汽車上的伺服電動(dòng)缸。
滾柱絲杠副在國(guó)外已經(jīng)是一種比較成熟的產(chǎn)品，但是在國(guó)內(nèi)到目前為止，對(duì)其基礎(chǔ)理論的研究還處于起始階段，研制水平還比較薄弱，也并沒有開發(fā)推廣成熟產(chǎn)品。作者意在對(duì)該技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行檢索的基礎(chǔ)上，分析該技術(shù)的現(xiàn)狀并預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，并且對(duì)照各主要國(guó)家和申請(qǐng)人的專利活動(dòng)，對(duì)我國(guó)在該技術(shù)上的專利申請(qǐng)活動(dòng)給出客觀定位，對(duì)我國(guó)主要申請(qǐng)人的專利活動(dòng)作全面評(píng)價(jià)，以期在國(guó)際化的大潮下，對(duì)我國(guó)在滾柱絲杠領(lǐng)域的發(fā)展提供一些有價(jià)值的信息。
1 滾柱絲杠技術(shù)概述
1.1 發(fā)展歷程
瑞典人Carl Bruno Strandgren于1942年申請(qǐng)了循環(huán)式行星滾柱絲杠的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)朏R888281)，開啟了滾柱絲杠領(lǐng)域的時(shí)代，他隨后又申請(qǐng)了一系列關(guān)于滾柱絲杠副的專利；William J Roantree于1968年申請(qǐng)了差動(dòng)式滾柱絲杠副的專利，Timonthy A Erhart于1993年發(fā)明了包含差動(dòng)軸承環(huán)型滾柱絲杠的線性馬達(dá)，并申請(qǐng)了專利。至此，行星滾柱絲杠已經(jīng)發(fā)展成較為成熟的系列產(chǎn)品在全球廣泛推廣開來，在發(fā)展過程也出現(xiàn)了其他類型的絲杠滾柱副。
滾柱絲杠副根據(jù)滾柱與絲杠的位置關(guān)系分為3種類型：(1)滾柱與絲杠垂直布置的類型；(2)行星滾柱絲杠類型；(3)滾柱與絲杠平行布置的非行星滾柱絲杠類型。其中，行星滾柱絲杠副(Planetary Roller Screw)是其中最為常見的一種類型，而行星滾柱絲杠副(PRS)的結(jié)構(gòu)形式主要是通過滾柱相對(duì)于絲杠和螺母的運(yùn)動(dòng)關(guān)系來分類，常見的PRS有5種結(jié)構(gòu)形式，即：標(biāo)準(zhǔn)式、反向式、循環(huán)式、差動(dòng)式和軸承環(huán)式。
到目前為止，全球生產(chǎn)滾柱絲杠的廠商主要有：瑞典的SKF公司、日本的THK株式會(huì)社以及NTN株式會(huì)社，各大廠商都開發(fā)了系列產(chǎn)品，例如SKF公司的SR、T/PR、SV、PV系列。
1.2 3種類型絲杠滾柱副的工作原理
圖1是布置方式為滾柱垂直絲杠類型的典型專利申請(qǐng)(專利公開號(hào)DE1111905 B)，包括滾柱1、支撐滾柱的導(dǎo)軌2以及絲杠3，滾柱1垂直絲杠3布置并與其耦合，動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)絲杠3轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱1與絲杠3摩擦結(jié)合，使絲杠3沿著導(dǎo)軌2直線移動(dòng)，將絲杠3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線或弧線運(yùn)動(dòng)，滾柱1與絲杠3之間的接觸為滾動(dòng)摩擦，有效提高了傳動(dòng)效率。
如圖2所示，典型的行星滾柱絲杠副PRS主要由3個(gè)部件組成，即絲杠、滾柱、螺母(齒圈)，其中絲杠是多頭螺紋；滾柱是具有相同牙型角的單頭螺紋，其牙型輪廓通常加工成球面，用于提高承載能力、降低摩擦、提高效率；螺母是具有與絲杠相同頭數(shù)和牙型的內(nèi)螺紋。若干個(gè)滾柱沿絲杠圓周方向均勻分布。
圖3為行星滾柱絲杠副的運(yùn)動(dòng)原理圖，可以看出行星絲杠的傳動(dòng)原理與行星輪系相似，絲杠可以看作太陽輪，滾柱作為行星輪，螺母作為齒圈，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)且螺母固定時(shí)，滾柱圍繞絲杠作行星運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過螺旋傳動(dòng)原理，將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。行星絲杠傳動(dòng)3個(gè)部件之間的接觸為多點(diǎn)接觸，所以比單點(diǎn)接觸的滾珠絲杠更有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
除上述類型外，還有第3種類型，即滾柱與絲杠平行布置的非行星滾柱絲杠類型，與行星滾柱絲杠類型的布置方式類似，所不同的僅僅是滾柱只自轉(zhuǎn)、不進(jìn)行公轉(zhuǎn)。
2 滾柱絲杠專利技術(shù)狀況分析
作者利用S系統(tǒng)中的CNABS、SIPOABS、DWPI等數(shù)據(jù)庫從多方面對(duì)滾柱絲杠領(lǐng)域進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，為我國(guó)滾柱絲杠領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利申請(qǐng)?zhí)峁﹨⒖?。截止?2014年10月6日，對(duì)于涉及滾柱絲杠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，在上述數(shù)據(jù)庫中檢索并經(jīng)過篩選和數(shù)據(jù)處理，得到有效的滾柱絲杠相關(guān)技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)據(jù)1310項(xiàng)，中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)241項(xiàng)。
2.1 檢索策略
對(duì)滾柱絲杠領(lǐng)域的檢索，主要依賴于IPC分類號(hào)、EC分類號(hào)、CPC分類號(hào)、FT分類號(hào)與關(guān)鍵詞。針對(duì)分類號(hào)和數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，在分類準(zhǔn)確的SIPOABS數(shù)據(jù)庫中通過FT/CPC/EC+關(guān)鍵詞的方式進(jìn)行檢索；在關(guān)鍵詞更準(zhǔn)確的DWPI數(shù)據(jù)庫中通過IPC/EC+關(guān)鍵詞和關(guān)鍵詞+關(guān)鍵詞的策略檢索；在CNABS數(shù)據(jù)庫中采用IPC+關(guān)鍵詞和關(guān)鍵詞+關(guān)鍵詞的檢索策略，對(duì)上述檢索結(jié)果先進(jìn)行合并去重處理，再統(tǒng)計(jì)分析。
2.2 全球?qū)＠暾?qǐng)狀況分析
2.2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)的時(shí)間發(fā)展趨勢(shì)
圖4為1968—2013年滾柱絲杠領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，2012—2013年的申請(qǐng)量下降的原因是發(fā)明專利申請(qǐng)至公開的時(shí)間段較長(zhǎng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不完全，僅供參考。可以看出，滾柱絲杠領(lǐng)域經(jīng)歷了萌芽期(1942—1972年)、穩(wěn)定發(fā)展期(1972—1993年)、快速發(fā)展期(1994—2005年)以及成熟期(2006—至今)。滾柱絲杠在1942年誕生后進(jìn)入萌芽期，經(jīng)過二十多年的緩慢發(fā)展之后在1972年進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展期，相關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)量穩(wěn)定在20項(xiàng)左右；在1994年之后進(jìn)入快速發(fā)展期，專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)；在2006年之后進(jìn)入成熟期。值得注意的是：由于受2008—2009年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，滾柱絲杠領(lǐng)域，全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量下降，在2010年之后隨著全球經(jīng)濟(jì)回暖，滾柱絲杠領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也開始逐年回升。
2.2.2 申請(qǐng)量的區(qū)域分布
從圖5可以看出：行星滾柱絲杠領(lǐng)域申請(qǐng)產(chǎn)出排在前6位的國(guó)家或地區(qū)是日本、美國(guó)、中國(guó)、俄羅斯和法國(guó)，其中日本的申請(qǐng)量最大，約占全部申請(qǐng)總數(shù)的34%，美國(guó)、俄羅斯申請(qǐng)量比較接近，中國(guó)的申請(qǐng)量?jī)H次于上述國(guó)家。此外，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的專利申請(qǐng)量也排在前十之中，表明臺(tái)灣也相當(dāng)重視該技術(shù)的研發(fā)，這也為兩岸開展此領(lǐng)域的合作研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
2.2.3 全球主要申請(qǐng)人分析
通過對(duì)檢索到的1310項(xiàng)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排名前10位的申請(qǐng)人和申請(qǐng)量如圖6所示?？梢钥闯觯航刂菇y(tǒng)計(jì)日，NTN株式會(huì)社、謝夫勒科技有限公司、日本精工株式會(huì)社、THK株式會(huì)社、豐田公司、SKF等公司在滾柱絲桿領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量都比較大，株式會(huì)社日立制作所、BLINOV公司以及波音公司在相關(guān)領(lǐng)域也比較強(qiáng)勢(shì)。并且，在排名前十的申請(qǐng)人中，有一半申請(qǐng)人屬于日本，反映了日本在滾柱絲杠領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，取得了集團(tuán)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)；而中國(guó)大陸的申請(qǐng)人并不在上述排名中，說明在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)在全球范圍內(nèi)比較薄弱。具體到滾柱絲杠結(jié)構(gòu)分類方面的專利申請(qǐng)方向，NTN株式會(huì)社、謝夫勒科技有限公司、豐田公司、SKF以及波音公司側(cè)重于滾柱與絲杠平行布置類型的專利申請(qǐng)，尤其是行星滾柱絲杠類型，日本精工株式會(huì)社、上銀科技股份有限公司等更側(cè)重于滾柱與絲杠大致垂直類型的專利申請(qǐng)。
NTN株式會(huì)社是世界綜合性精密機(jī)械制造廠家之一，從20世紀(jì)90年代開始申請(qǐng)滾柱絲杠相關(guān)領(lǐng)域的專利，進(jìn)入21世紀(jì)后，在滾柱絲杠領(lǐng)域的申請(qǐng)量急速上升，已經(jīng)超越SKF、ROLLVIS等老牌公司。然而，值得注意的是，當(dāng)前NTN株式會(huì)社在滾柱絲杠領(lǐng)域的市場(chǎng)份額并不如SKF和ROLLVIS等公司，而這充分說明日本的企業(yè)相比其他國(guó)家或地區(qū)的企業(yè)更注重專利布局，更好地執(zhí)行了“技術(shù)發(fā)展，專利先行”的發(fā)展戰(zhàn)略。
2.3 中國(guó)專利申請(qǐng)狀況分析
2.3.1 中國(guó)專利申請(qǐng)的時(shí)間發(fā)展趨勢(shì)
通過統(tǒng)計(jì)CNABS數(shù)據(jù)庫滾柱絲杠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量，得到申請(qǐng)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)，如圖7所示。
從圖7可以看出：與國(guó)外的技術(shù)相比，中國(guó)的滾柱絲杠領(lǐng)域起步較晚，直到20世紀(jì)90年代行星滾柱絲杠副的概念才開始引入中國(guó)，加上對(duì)其基礎(chǔ)理論的研究比較薄弱，所以行星滾柱絲杠副的專利申請(qǐng)?jiān)?987—2003之間數(shù)量較少，而在中國(guó)的中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量從2003年之后開始活躍，申請(qǐng)數(shù)量開始上升，其原因主要在于：(1)隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)備的最大消費(fèi)市場(chǎng)之一，各大公司(例如THK株式會(huì)社、SKF公司、NTN株式會(huì)社等)著眼于中國(guó)市場(chǎng)，大量的國(guó)外申請(qǐng)進(jìn)入我國(guó)；(2)國(guó)內(nèi)的高校研究機(jī)構(gòu)和公司也開始積極進(jìn)行研究，申請(qǐng)相關(guān)專利，該領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力正在逐漸增強(qiáng)。與全球相關(guān)領(lǐng)域申請(qǐng)數(shù)量變化趨勢(shì)類似，由于2008—2009年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，在中國(guó)的滾柱絲杠領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量下降，在2010年之后隨著全球經(jīng)濟(jì)回暖，滾柱絲杠領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也開始逐年回升。
2.3.2 中國(guó)專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人分析
圖8是在中國(guó)申請(qǐng)的國(guó)外申請(qǐng)人和國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人各自所占的比重，可以看出：國(guó)外申請(qǐng)人在華申請(qǐng)數(shù)量反而大于本國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)數(shù)量，占到約55%。這是由于：(1)由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，已逐漸成為機(jī)械設(shè)備的最大消費(fèi)市場(chǎng)之一，國(guó)外公司非常重視在華市場(chǎng)；(2)相對(duì)于中國(guó)的企業(yè)，國(guó)外的企業(yè)歷來重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，專利申請(qǐng)的積極性較高；(3)相對(duì)于國(guó)外，中國(guó)在滾柱絲杠領(lǐng)域的研究才剛剛起步，導(dǎo)致技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他先進(jìn)國(guó)家，另外中國(guó)的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的意識(shí)還比較薄弱，申請(qǐng)專利數(shù)量較少。
圖9顯示出我國(guó)申請(qǐng)人的類型分布情況，可以看出：我國(guó)申請(qǐng)人中公司申請(qǐng)62件占到57%，個(gè)人申請(qǐng)的比例要高于高校申請(qǐng)與科研機(jī)構(gòu)申請(qǐng)數(shù)量的總和，占總量的24%。這說明高校和科研機(jī)構(gòu)還不夠重視滾珠絲杠領(lǐng)域的研發(fā)，而公司申請(qǐng)才占到一半，這說明國(guó)內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的資金投入和研發(fā)力量不足，且在上述專利申請(qǐng)中，實(shí)用新型占到了很大比例，而外國(guó)申請(qǐng)人在中國(guó)的申請(qǐng)均為發(fā)明專利，這說明國(guó)外的技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯，國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平還有待提高。
2.3.3 中國(guó)專利申請(qǐng)量的地域分布
圖10顯示出了滾柱絲杠領(lǐng)域的申請(qǐng)人地區(qū)分布，可以看出：江蘇、陜西、臺(tái)灣、浙江、廣東、上海以及北京位居前七，江蘇以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先于其他地區(qū)。專利分布格局的原因主要在于以下幾個(gè)方面：申請(qǐng)專利的主要省市大多數(shù)是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)為研發(fā)提供了充裕的資金支持；其次，這些地方積極支持知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，鼓勵(lì)申請(qǐng)專利；另外，中國(guó)發(fā)展該領(lǐng)域的高校、重點(diǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)集中分布在上述省市地區(qū)。
2.4 滾柱絲杠關(guān)鍵技術(shù)專利
瑞典人Carl Bruno Strandgren于1942年申請(qǐng)了循環(huán)式行星滾柱絲杠的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)朏R888281A)，如圖11所示，該結(jié)構(gòu)的滾柱沒有上升螺旋角，開啟了行星滾柱絲杠領(lǐng)域的時(shí)代，Strandgren隨后又申請(qǐng)了一系列關(guān)于滾柱絲杠副的專利，包括具有螺旋上升角滾柱的行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)。
William J Roantree于1967年申請(qǐng)了差動(dòng)式滾柱絲杠副的專利(申請(qǐng)?zhí)朥S19670661860A)， 與以前的行星滾柱絲杠不同，如圖12所示，其中螺母1、滾柱2、絲杠3上螺紋頭數(shù)的選擇均不同，并且滾柱和絲杠的導(dǎo)程都為零，在滾柱上制造螺旋升角不同的兩種滾道使其具有差動(dòng)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，該方式的失效是剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)位置控制的不精確和螺母中的推力軸承失效。
德國(guó)航空及宇航研究及試驗(yàn)協(xié)會(huì)于1987年申請(qǐng)了一項(xiàng)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)朌E3739059A)，如圖13所示，該P(yáng)RS結(jié)構(gòu)包括心軸1、細(xì)螺紋2、封蓋3、滾柱4、凸起5、螺母8、內(nèi)導(dǎo)槽9，該滾柱4具有兩種齒形6、7，其中一種細(xì)螺紋的齒形6產(chǎn)生對(duì)絲杠上的齒形的軸向動(dòng)力嚙合，而另一種較粗的齒形7對(duì)螺母上的齒型產(chǎn)生軸向動(dòng)力嚙合，可以提供非常高的效率和較高的降速比。
美國(guó)EXLAR公司于1993年申請(qǐng)了一項(xiàng)專利發(fā)明，該發(fā)明涉及一種具有位置反饋傳感器的線性驅(qū)動(dòng)器，發(fā)明人為著名的 Timonthy A Erhart，該線性驅(qū)動(dòng)器是一種包含差動(dòng)軸承環(huán)型滾柱絲杠的線性馬達(dá)，如圖14所示，包括外殼1、輸出軸2、滾柱3、定子4、螺母5和磁體6，從此之后滾柱絲杠在精密儀器領(lǐng)域得到了更廣發(fā)的應(yīng)用。
3 結(jié)束語
隨著滾柱絲杠副尤其是PRS各種優(yōu)點(diǎn)的凸顯以及加工手段的多樣化，其大推力、高頻響、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)越來越符合航空航天和武器裝備的發(fā)展趨勢(shì)和要求，滾柱絲杠副的研究和專利申請(qǐng)也越來越受到重視。而通過對(duì)滾柱絲杠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)狀況分析可以看出：由于時(shí)間發(fā)展差異，該產(chǎn)業(yè)的巨頭企業(yè)大多屬于日本、歐洲和美國(guó)公司(例如瑞典SKF公司、日本NTN株式會(huì)社)，這些國(guó)家的專利申請(qǐng)數(shù)量多并且技術(shù)含量也較高，形成了滾柱絲杠技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，專利優(yōu)勢(shì)非常明顯；與之相比較，中國(guó)在滾柱絲杠領(lǐng)域的研究和發(fā)展還處于起始階段，相關(guān)研究過少，自主研發(fā)的專利申請(qǐng)數(shù)量較少。在今后的發(fā)展中，建議國(guó)內(nèi)的公司和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加大研發(fā)力度，重視滾柱絲杠尤其是行星滾柱絲杠的基礎(chǔ)理論研究以及核心技術(shù)的開發(fā)，逐步縮小與國(guó)外企業(yè)在技術(shù)上的差距；重視科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)合作開發(fā)；遵循“技術(shù)發(fā)展，專利先行”的指導(dǎo)思想，積極籌備相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，形成技術(shù)壁壘，從而掌握市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。
【1】馬尚君,劉更,周建星,等.行星滾柱絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)過程動(dòng)態(tài)特性分析[J].振動(dòng)與沖擊，2013，32(3):167-171.
【2】Rosero J A,Ortega J A,Aldabas E,et al.Moving Towards a More Electric Air-craft[J].Aerospace and Electronic Systems,2007,22(3):1-7.
【3】董永,劉更,馬尚君,等.行星滾柱絲杠副滾柱的設(shè)計(jì)方法與虛擬裝配[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013，30(8)：53-70.
【4】劉更,馬尚君.佟瑞庭,等.行星滾柱絲杠副的新發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2012，36(5)：103-109.
ResearchReviewonGlobalRollerScrewFieldPatent
WANG Xiaobo, WU Zhimin, JIA Dan, BAI Xinxin
(Patent Exanination Cooeration Jiangsu Center of the Patent Office SIPO,Suzhou Jiangsu 215000，China)
The roller screw is a mechanical transmission device converting rotary motion into linear motion or vice versa, which is widely used in aviation machinery and weaponry as well as vehicle industry, petroleum, chemicals, machine tools and other fields, and has become the domestic and foreign research focus. The working principles of three kinds of roller screw pair were introduced. Global roller screw patents were collected and statistical analyzed by the specialized patent searching and analyzing platform of S system, that including CNABS,SIPOABS, DWPI and other databases. The research status and developmental trend of roller screw were summarized from the aspects of domestic and international time trends, national distribution, technical branches distribution, applicant distribution and key technology patents. Based on the summaries and related analysis, some suggestions were presented for future roller screw research and development in China.
Roller screw; Patent analysis; S system; Key technology
2015-03-01
王小波(1986—)，男，工學(xué)碩士，實(shí)質(zhì)審查員，從事車輛領(lǐng)域發(fā)明實(shí)質(zhì)審查工作。E-mail：light225@sina.com。
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