隨著技術的發展和生產方法的進步，汽車和船舶等制造業的迅速崛起，市場對數控機床的需求呈現出持續攀升的態勢。滾珠絲杠作副作為一種重要的滾動功能部件，主要應用在數控機床及其它高精度設備的運動定位與導向上，滾珠絲杠副是數控機床常用的直線進給機構, 能夠實現高效的力傳遞，有效減少能量損耗，并且具有自鎖特性，使用壽命長、磨損小等優點。由于數控機床的發展水平不斷提高，在不同階段研究的滾珠絲杠副也在不斷變化，對滾珠絲杠副的可靠性和精度保持性提出了更高的要求。
目前，滾珠絲杠副技術與國外相比仍存在一定差距，因此，深入對滾珠絲杠副技術及其應用的研究具有重要意義。本文對滾珠絲杠副技術的國內外專利進行了檢索，分析了滾珠絲杠副技術的專利申請趨勢、專利技術構成、重要申請主體等，并根據分析結果給出了相關建議。
1、方法與數據來源
本文采用的主要專利數據主要源于智慧芽專利檢索系統、incoPat 檢索系統，選用的檢索詞包括：絲杠、滾珠、數控機床、傳動、進給、螺母，選用的 IPC 分類號為：B23Q1/00，B23Q5/00。為了提高檢索的準確性及全面性，進一步擴展了檢索詞，然后通過閱讀檢索到的專利文獻并進行篩選，對篩選后的專利文獻進行統計與分析。
2、全球滾珠絲杠副技術的申請概況
全球專利申請趨勢分析
中國滾珠絲桿副行業經歷了從起步階段到現代化發展的演變過程，在全球經濟一體化的背景下，中國滾珠絲桿副行業的國際競爭力也在逐步提升，近年來，中國滾珠絲桿副行業不斷發展，市場規模逐漸擴大，企業在產品創新、研發投入、質量管理等方面取得了顯著進展，行業趨向智能化、數字化發展，努力提高生產效率和產品性能。
根據圖 1 可以看出，從 2005~2024 年，在全球范圍內，機床滾珠絲杠的專利申請量整體呈現出逐年增長的趨勢。最早對滾珠絲杠副技術的研究始于 1920 年，重點是對滾珠絲杠副的結構和減小轉動過程中的摩擦進行的研究;1991~2009 年處于第一發展期，由于數控機床技術不斷發展，各國紛紛投入對滾珠絲杠副的研究，專利數量不斷增加;2010 年至今，處于第二發展期，相關專利申請量迅速攀升，數控機床領域內滾珠絲杠副的研究迅猛發展，專利申請量增速顯著，在該階段，滾珠絲杠副的高速、高精密、可靠性等性能是研究的重點，國外申請人開始進行全球專利布局，并繼續保持研發，中國申請人由于國內數控機床技術的不斷進步，專利申請量開始大幅增長。
全球專利地域分布分析
通過統計滾珠絲杠副技術在全球的申請國家，總結出投入研究較多的國家是中國、日本、美國、德國和韓國等，我國滾珠絲杠專利技術起步較晚，申請數量發展迅速，總量居全球首位，相關專利申請量占全球總申請量的 85.34%：其次是日本，占全球總申請量的 11.47%;美國、德國、韓國等國家申請量占比均小于 10%。
中國、日本、美國是數控機床領域滾珠絲杠副研究的專利申請的主要國家，這也和數控機床在各個國家的市場占有量和發展情況相符，日本由于擁有眾多的數控機床制造企業，其對滾珠絲杠副技術的全球布局最多;中國專利申請量增長迅速，專利總量大，主要因為近年來國內汽車、船舶、醫療、航空行業的發展，促使數控機床企業不斷進行技術的突破有關，技術發展勢頭比較迅猛，并進行了一定數量的全球專利布局。
技術構成分析
通過對檢索出的專利申請進行統計分析可知，對滾珠絲杠副技術的研究主要集中在以下幾個方面：一是對滾珠絲杠副結構上的研究，主要包括絲杠、螺母、滾珠、滾珠循環裝置，其中在滾珠絲杠副與滑動直線導軌的組合技術上發展最快、產業程度最高、應用領域最廣;二是對滾珠絲杠副零部件材料和加工工藝的研究，主要是針對絲杠、螺母、滾珠的材料選擇上，良好的微量元素配比能夠減少加工流程中的裂紋，在提高加工效率的同時，能夠提高滾珠絲杠副的耐磨性及使用壽命;三是對滾珠絲杠副運行時的綜合性能檢測的研究，主要包括溫度、精度、誤差的檢測，及時發現存在的問題，有效提高其運行的可靠性。
其中，對滾珠絲杠副零部件的改進是主要的研發方向，占比 72%，其次是對滾珠絲杠副運行時的綜合性能檢測，占比 21%，滾珠絲杠副零部件材料和加工工藝的研究占比 7%。
滾珠絲杠副的滾珠循環裝置、監測裝置等是研究最多的部件，滾珠絲杠副的高速、高精密、可靠性等性能是研究的熱點方向。
申請主體分析
滾珠絲杠副領域的全球專利申請量前十名的申請人依次是：日本精工、恩梯恩、蒂業技凱、捷太格特、南京理工大學、上銀科技、舍弗勒、全球傳動、北京工業大學。其中，全球較活躍的申請主體主要集中在日本，主要由于滾珠絲杠屬于精密工件，制造難度較高，而日本作為工業化程度較高的地區，積累了豐富的制造經驗，其中日本精工株式會社專利申請量占領先地位，其具有雄厚的研發實力和高度的知識產權保護意識，近七十年來，一直致力于滾珠絲杠副的研究，1958 年研發并生產了用于機床的精密滾珠絲杠，主要是對滾珠絲杠高速、低噪音、進給系統的狀態穩定技術進行研究;中國申請主體主要集中在上銀科技股份有限公司等企業和南京理工大學等高校，專利總量與日本精工株式會社等主體有差距，但是活躍度較高、技術發展較迅速，主要是對滾珠絲杠副的結構、消音減震的研究專利較多。
3、中國滾珠絲杠副專利技術專利分析
申請區域分析
滾珠絲杠副中國產業地域分布如圖 2 所示。其中，排名前五的是江蘇、山東、浙江、廣東、遼寧，江蘇的申請主體最為活躍，申請專利數量為 1595 件，約占全國總量的 26.96%，與其他省份相比，江蘇的專利申請數量有明顯優勢，山東省專利申請量為 888 件，占比 15.01%，浙江專利申請數量為 778 件，占比 13.15%。
我國的滾珠絲杠副產業目前正處于一個快速增長的階段，這一點從專利數量的絕對優勢上就可以看出，這充分證明了我國在創新方面的動能十分強勁，然而，盡管我國滾珠絲杠副產業的發展勢頭良 好，但其發展的不平衡性也十分明顯，目前，江蘇、山東和浙江這三個省份已經形成了國內滾珠絲杠副產業專利申請的高地，專利申請數量占據了全國的大多數，這無疑顯示出這些地區的滾珠絲杠副產業發展得相對較好，主要與其對知識產權的重視程度，機床行業的發展狀況有很大關系，相比之下，其他地區的滾珠絲杠副產業的發展就顯得相對薄弱，各地區發展的不平衡性在一定程度上導致了我國滾珠絲杠副產業發展的嚴重失衡。
技術構成分析
經過對檢索結果進行分析得出，我國對滾珠絲杠副零部件的改進研發占比 80%，其次是對滾珠絲杠副運行時的綜合性能檢測，占比 11%，其他研究占比 9%。在零部件的研究中，滾珠螺母、監測裝置、滾珠循環裝置等是研究最多的部件，分別占比 29%、11%、10%，中國在滾珠螺母、狀態監測裝置等技術分支上與全球研究熱點方向重合。
申請主體分析
在我國申請主體的相關專利申請中，有 62.3%來自企業，26.3%來自大專院校，0.5%來自科研單位。從我國專利申請人的角度來看，企業作為專利申請的主力軍，其申請的專利數量遠遠超過了大專院校，這一點也反映出，我國滾珠絲杠副產業的發展主要依賴于企業的推動，而大專院校在這一領域的作用尚未充分發揮。
我國較活躍的申請主體有上銀科技股份有限公司、全球傳動科技股份有限公司、中國船舶重工集團公司第七 0 四研究所等申請人;最活躍的高校主體有南京理工大學、北京工業大學、西北工業大學、西安交通大學等高校。
專利申請量排名第一的是南京理工大學，其主要是對滾珠絲杠副的精度保持性試驗裝置、參數測量裝置及方法、滾珠螺母等部件進行研究，對滾珠絲杠副的剛性測量、預緊力測量、滾珠螺母冷卻等特性研究較深入。
4、對策與建議
我國對精密滾珠絲杠副的進口量一直較高，這源于我國的研究重點在滾珠絲杠副中的精密部件方面較少，對實現精密技術的貢獻度相對較低，因此在市場上的占有率與日本存在較大的差距，技術壁壘主要體現在設計、材料、加工工藝和加工精度上，這就導致了產品性能在精度、壽命、故障率等方面的表現有明顯差距。針對以上問題，我國創新主體可以采取以下策略：
(1)關注技術熱點，梳理自身優勢。我國創新主體應多關注日本精工株式會社等企業在本領域的專利申請，通過深入分析和研究這些專利的技術內容、合作關系，識別潛在的技術熱點，掌握行業的前沿動態，跟隨國際前沿發展趨勢，與此同時，還要時刻保持敏銳的市場洞察力，及時捕捉新技術、新應用的發展動態，不僅要關注國內外科技領域的最新研究成果，還要關注市場需求的變化，以便及時調整研發方向，在關注技術熱點的基礎上，各創新主體還應深入梳理自身的技術優勢，明確自身在本領域的核心競爭力，更好地認識自己的長處和不足，以便更好地發揮自身特長，制定出更加符合自身實際情況的發展戰略，實現差異化發展，提高企業在相關領域的競爭力，在科技創新領域取得更多優勢。
(2)重視專利布局，加強技術合作。目前，我國滾珠絲杠副產業雖然處于快速發展階段，但由于行業 整體起步較晚，專利申請還是追求數量，導致高價值專利較少，對比國外的企業可以發現，在滾珠絲杠副技術領域，日本精工專利質量較高，海外布局較多，市場應用較廣，而國內企業專利運營情況較差，存在專利技術與實際生產運用不相符的情況，轉化率低，主要因為專利的價值較低，全球布局的意識薄弱。專利申請人在專利申請的過程中，通過對技術分支的梳理得出，高精度、高速、智能化的方向發展是滾珠絲杠副研究熱點，應重點對實現這些關鍵技術、工藝和核心零部件的專利布局，形成一系列產業化導向的關鍵技術專利組合，同時，在申請專利的過程中要重視專利價值，關注專利的撰寫質量和轉化價值，強化專利運營和布局，提高知識產權保護意識，密切關注國內外企業的技術發展，構建專利池，共享專利資源，了解競爭對手的專利申請動態，對滾珠絲杠副的技術發展做好專利布局，提高技術成果的轉化效率，不斷創新和完善自身的科技創新體系，實現技術成果的互利共贏。企業還可以通過與技術領先的創新主體合作，實現技術共享和資源整合，從而提升自身的技術創新實力，加強創新主體之間的合作與交流，形成產業鏈上下游的協同創新效應，進一步提升整體競爭力。
(3)加強產學研結合，加速技術創新。企業應注重技術研發和創新,結合市場需求，聯合研究所、高校等擁有創新實力的機構，集聚高水平人才，構建以企業為主體的產學研用技術創新體系，圍繞核心技術展開科研工作，挖掘高價值專利并實現產品轉化，同時推動前沿技術的發展，不斷提升我國滾珠絲杠副產業的自主創新能力，推動滾珠絲杠副產業的高質量發展;還可以跨領域合作，突破技術瓶頸，加速技術創新的步伐，推動產業升級。
總體來說，我國滾珠絲杠副產業雖然有著強大的創新能力和良好的發展勢頭，但是其發展的不平衡性和專利申請主體的單一性，都是我們需要關注和解決的問題。
作者簡介：張皓(1991—)，女，工程師，知識產權師，研究方向：機械工程、知識產權分析
參考文獻略.