机床卡盘领域专利申请状况及最新专利技术分析

周晓青 胡阳光

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心,北京 100081)

机床卡盘领域专利申请状况及最新专利技术分析

周晓青 胡阳光

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心,北京 100081)

通过分析卡盘领域的全球及国内专利申请状况,对卡盘领域专利技术发展的过程及分布情况进行了总结,并对雄克公司和江苏无锡建华公司的最新专利申请进行了介绍,为产业发展提供参考。

卡盘 专利申请 发展过程 分布

随着现代切削加工技术向高效率、高精度、高安全性以及柔性加工方向发展，对机床及其夹紧装置提出了高转速、高精度、高可靠性和柔性化的要求。在机床中，卡盘是最常用的工件夹紧装置，一般由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构组成，卡爪驱动机构驱动均布在卡盘体上的活动卡爪径向移动，将工件夹紧和定位在机床主轴上。它是机床主轴和工件之间的连接部件，机床主轴的转速、扭矩和旋转精度通过卡盘传递给工件。

为了适应切削加工技术高速化发展的需求，国内外各大机床产商对卡盘进行了多方面的研究和改进，取得了许多研究成果，拥有了核心产业化技术，并形成了知识产权体系。

图1

图2

图3

1 卡盘领域全球专利申请状况

本文中的专利申请数据截至2014年4月，全球专利申请的检索在世界专利索引数据库(WPI数据库)中进行，国内专利申请的检索在中国专利数据检索系统(CPRS数据库)中进行。

图1显示了卡盘领域全球专利申请量的变化情况，图2显示了卡盘领域各国专利申请量的变化情况。根据全球专利申请量曲线，可将卡盘领域全球专利发展过程分为四个阶段：1975年之前的起步发展阶段、1975-1989年的第一增长阶段、1990-1999年的回落阶段、2000-2014年的第二增长阶段。

起步发展阶段：1975年之前，卡盘领域的专利申请量较小，全球仅有345项左右，且主要集中在前苏联、德国和美国等机械工业发展相对成熟、知识产权保护意识起步较早的发达国家，其中前苏联94项，德国118项，美国109项。该阶段出现的有关卡盘的专利技术是现代卡盘的基础性、开拓性技术，其中比较有代表性的专利技术为：1973年5月8日公开的美国专利申请US3731942A，及1973年10月22日公开的前苏联专利申请SU404596A1，上述两项专利申请对卡盘活动卡爪的驱动机构进行了改进，为后续卡盘卡爪驱动机构改进奠定了基础。

第一增长阶段：随着欧美各国专利制度的发展以及公众对知识产权保护意识的增强，业界针对卡盘的改进和创新进行专利保护的力度加强。从1975年开始，卡盘领域专利申请量逐步上升，1985-1989年专利申请量达到一个高点，全球申请量为1740项，该阶段的专利申请也主要集中在前苏联、德国和美国等欧美国家，其中前苏联538项，德国618项，美国538项，亚洲国家的申请量很小，日本仅有60项，中国21项。该阶段的研究创新成果硕果累累，涉及卡盘体、活动卡爪、卡爪驱动机构的结构的详细改进。

回落阶段：1990-1999年卡盘领域的专利申请量出现回落，该阶段美国、德国的申请量均有一定下降，但主要原因是受到前苏联解体的影响，其专利申请量一路走底，在1995-1999年期间，俄罗斯卡盘领域的专利申请量仅为72项。相反，日本在1995-1999年期间的专利申请量呈现井喷式增长，申请量为798项，日本专利申请量的高速增长一定程度上均衡了俄罗斯的申请下降量。随着中国专利制度的发展以及知识产权保护意识的加强，中国在1995-1999年期间的申请量也有一定增加，申请量达到139项。

图4

第二增长阶段：全球一体化及信息化发展使得各国在技术上的交流和融和大幅度加强，进一步推进了技术的创新和发展，同时全球一体化也使得各公司市场竞争激烈，知识产权纠纷增加，进一步提升了人们知识产权保护的意识。2000年以后，卡盘领域全球专利申请量再次呈现快速增长阶段，仅2010-2014年4月全球申请量已达到2819项。德国、美国和日本在该阶段呈现平稳发展，每五年申请量在800项左右，俄罗斯的专利申请量没有回升，依然保持很低水平。由于中国国民对专利制度认知的提高，加之国家政策鼓励、财税优惠等多方面的扶持，并伴随国内科研、技术的进步和发展，中国专利申请进入快速发展阶段，并在2005年出现拐点，进入膨胀式的迅速增长期，2005-2009年申请量为1025项，2010-2014年4月已经达到1533项。

图3显示了截至2014年4月卡盘领域各国专利申请总量分布，其中德国和美国经过长期平稳持续发展，是专利申请总量最多的国家，分别达到4626项和4383项，相比其它国家具有明显优势。日本和中国经过近20年的快速发展，申请总量显著增加，分别达到3188年和2969项。苏联在解体前保持较高的申请量，而在解体后申请量大幅度降低，导致总量上升缓慢，仅为2198项。

2 卡盘领域中国专利申请状况

截至2014年4月卡盘领域中国专利申请总量为2969项，其中发明为仅1086项，占总量的37%，而实用新型为1883项，占总量的63%。可见，在国家政府的宣传和扶持下，虽然有了一定的专利申请量，但主要以实用新型申请为主，发明申请所占比例较小，申请质量有待进一步的提高。

图4显示了卡盘领域中国各省专利申请总量及相应发明申请总量分布情况，可见，专利申请主要集中在华东沿海地区科技发展较快的省份，而西部地区技术落后，民众缺乏知识产权保护意识，申请量很小。其中浙江、江苏是申请量最大的省份，分别占据全国申请总量的16%、15%，相对于其他省份优势明显，然而进一步的检索发现，浙江省的发明申请仅为57项，而江苏省的发明申请达到164项。由此可见，虽然浙江省的专利申请量较大，但由于个人申请较多，申请质量并不高，而江苏省的公司申请比例相对较高，且专利申请领域多与公司的技术领域相吻合，专利技术内容多为公司的改进和创新，专利申请质量较高。

3 最新专利申请分析

德国雄克(SCHUNK)有限公司和江苏无锡建华机床附件集团有限公司分别是卡盘领域国外和国内最具代表性的公司之一。雄克公司是德国著名的精密夹具制造商，也是静压膨胀式夹具系统生产厂及特种卡爪生产厂，其产品包罗1200多种不同的规格。江苏无锡建华公司是我国机床附件行业的龙头企业，主要从事研制和生产机床精密附件产品，产品包括紧密卡盘、电磁吸盘等。下面分别对两个公司的最新专利申请进行介绍。

雄克公司的专利申请EP1844886A1公开了一种用于夹紧工具的夹紧装置，包括基体，在基体中设置有容纳工具柄的中心容纳部以及围绕容纳部的环形空间，该环形空间向安装有工具的一侧的端面打开，并通过盖子封闭，盖子被置入并被夹紧在环形空间中；盖子紧挨工具柄的一侧内壁有环槽，环槽中有密封环，且环槽与液体输送通道相连，液体通过液体输送通道输送给环槽，并向内挤压密封环，使密封环紧贴在工具柄的周围，以此能有效密封盖子和工具柄之间的缝隙，抵御碎屑等杂物的进入环形空间，还能有效地阻止液体从缝隙泄露。当需要更换工具时，液压减小，密封环由于弹性恢复力而回复到其起始位置，密封环的内直径大于工具的柄直径，因此工具柄置入容纳部中时不会损伤密封环。该申请的卡盘通过液压和密封环共同作用有效地密封了卡盘缝隙，使卡盘在使用过程中保持高精度性能。

江苏无锡建华公司的专利申请CN103567628A公开了一种弹簧提供动力的摩擦焊接用动力卡盘，包括卡盘部分和油缸部分，其通过卡盘部分的碟簧机构和油缸的共同作用推动松开盘在卡盘体内滑动进而实现压紧和松开动作。当油缸配油时，活塞克服卡盘碟簧机构的张力推动松开盘并带动斜楔块向右移动，斜楔块上的斜槽使滑座连同卡爪产生松开运动，当停止配油时，卡盘碟簧机构产生的回复力推动松开盘并带动斜楔块向左移动，斜楔块上的斜槽使滑座连同卡爪产生夹紧运动。该申请的卡盘由自带弹簧动力源实现夹紧，由外置配套液压系统提供松开推力，具有夹紧力大、扭矩大、安全性能高等特点。

欧美国家专利制度建立早，经过长足的发展，具有领先的技术优势。中国专利制度建立较晚，近十年来经过政府的大力宣传和扶持，有了一定的专利申请数量，但申请类型主要以实用新型为主，申请质量并不高。然而，我们也看到，国内的一些机床产商经过长期的研究和开发，拥有了核心产业化技术，同时专利保护意识不断加强，逐步形成了自主知识产权体系。