付加製造分野の第一人者の特許分析 - 北京航空航天大学の王華明院士

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1. 概要
1. 王華明教授の紹介
△王華明学術研究員（写真提供：南極熊）
中国工程院の院士である王華明氏は、北京航空航天大学の教授および博士課程の指導者であり、レーザー積層造形分野の専門家です。若手学者として、すぐにスタートを切り、度重なる昇進を経て、学術的に大きな業績を上げ、2006年に「国家五一労働勲章」と「国家優秀青年科学基金」を受賞し、北京航空航天大学材料科学工学学院の「長江学者優秀教授」にも選ばれました。2015年12月7日、中国工程院の院士に選出されました。 2017年5月には国家イノベーション賞を受賞しました。彼は現在、国立航空科学技術研究所の材料加工工学の責任教授、材料加工工学および自動化部門のディレクター、および「航空宇宙材料と構造」の主任科学者です。 2012年1月18日、王華明教授が率いるプロジェクト「航空機チタン合金の大型複雑一体部品のレーザー成形技術」が国家技術発明賞の一等賞を受賞しました。光華龍騰賞中国デザイン貢献賞銀メダル受賞。現在、王華明教授チームの加工困難な大規模で複雑な一体型主要部品の高性能レーザー直接製造技術は、国際的にトップレベルに達しています。「金属3Dプリンティング」の初代アカデミー会員。中国におけるレーザー3Dプリントの先駆者。
研究方向： 1.「レーザークラッディング多元素多相遷移金属シリサイド高温耐摩耗・耐腐食多機能コーティング」という新たな研究方向を提唱し、耐摩耗性に優れ、「異常摩耗負荷特性」、「異常摩耗温度特性」、「非粘着金属特性」などの特性を持つCr3Si/Cr2Ni3Siなどの遷移金属シリサイド多機能コーティング材料の新体系10種以上を開発しました。一連の研究論文は国際誌「Advanced Coatings & Surface Technology」に「特別報告」として掲載されました。
2. 高推力重量比の航空エンジンの重要な摩擦ペア部品の高温高速「異常」な摩擦挙動を詳細に研究した結果、炭素含有量が最大9～12％の「レーザークラッディング超高炭素Cr-Ni-C高温自己潤滑特殊耐摩耗コーティング新材料」を開発しました。これは、わが国の新型航空エンジンの重要なホットエンドの高温耐摩耗可動ペア部品にうまく適用され、「国防科学技術賞」の2等賞を受賞しました。
3. チタン合金非接触レーザー溶融冶金結晶の好ましい成長特性に関する徹底的な実験と理論研究に基づき、「方向性成長柱状チタン合金レーザー局所閉じ込め溶融鋳造冶金材料の製造とエンジンブレードなどの複雑な部品のレーザー直接成形の新技術」を発明し、チタン合金の高温耐久性を10倍以上に向上させました。
4. 航空機チタン合金などの高性能金属構造部品のレーザーラピッドプロトタイピングのキーテクノロジーとキープロセス設備技術の突破。BT20チタン合金胴体のキー構造部品のレーザーラピッドプロトタイピングは、搭載テスト飛行前のすべての地上評価に合格し、搭載審査も通過して実際の搭載アプリケーションを完了しようとしています。「超純粋合金精製」、「方向性凝固」、「急速凝固」などの3大先進高温合金準備技術が「レーザーラピッドプロトタイピング技術」と有機的に融合し、「超純粋ラジアルマイクロ柱状勾配高性能高温合金タービンディスク」という新しいアイデアとニアネットシェイプ部品のレーザー直接プロトタイピングの新しい技術が提案され、直径450mmの超純粋ラジアルマイクロ柱状勾配高性能高温合金タービンディスクの製造に成功しました。
5. 「水冷銅鋳型レーザー溶解炉」を発明し、レーザー溶解鋳造による耐火性、難加工性、高活性金属材料の製造と部品の直接成形の新プロセスを発明。Wなどの耐火合金、W/W5Si3などの耐火金属強化超高温「原位置」複合材料とその部品のレーザー溶解鋳造冶金製造と成形に成功し、耐火性、難加工性の高性能合金材料の製造と複雑な部品の成形製造の新しい方法を発見。
6. 「高ジャクソン因子小ファセット結晶」の滑らかな液体-固体界面と段階的成長メカニズムは、凝固冷却速度と界面過冷却に対して非常に鈍感であることが分かりました。これは、「凝固冷却速度または界面過冷却の増加に伴い、小ファセット結晶の液体/固体界面構造は原子スケールの滑らかさから原子スケールの粗さに変化し、成長メカニズムは横方向成長から連続成長メカニズムに変化する」という古典的な凝固理論の「有名な推論」の適用範囲を合理的に補完します。
2. 特許データ特許データベース：国家知識産権局特許データベース；検索ポイント：発明者[王華明]検索データ量：302件。注：統計分析によると、このデータには王教授本人ではない重複した名前が多数あります。そのため、検索したデータを選別し、その一部を分析して、分析の正確性を確保しました。具体的には、北京航空航天大学と中国瀋陽航空機設計研究所が出願した特許を分析対象とした。もちろん、王教授の特許数はこれに限らない。分析データ量: 19件
II. 特許情報分析1. 傾向分析1.1出願傾向分析このプロジェクトでは、時間の経過に伴う特許出願件数の変化を分析し、各データポイントはその年に提出された特許出願件数を表します。一般的に言えば、時間の経過とともに特許出願件数が増加していることは、関連する技術革新が活発な傾向にあり、技術が急速に発展していることを表しています。特許出願件数が横ばいまたは減少していることは、技術革新が鈍く、技術の発展が遅いか、技術が時代遅れになり、他の技術に置き換えられていることを示しています。特許出願の傾向は、ある程度、技術の発展の歴史、技術ライフサイクルの特定の段階を反映し、将来の発展の傾向を予測することができます。ただし、特許出願から公開までには、下図に示すように遅延（通常 1 ～ 2 年）があることに注意する必要があります。王教授の発明者としての特許出願は 1998 年に始まりました（図には示されていません）。ただし、積層造形技術の観点から見ると、王教授の積層造形における最初の特許は、2002 年 6 月 26 日に出願された水冷式銅鋳型レーザー溶解炉であり、権利者は北京航空航天大学です。 2002 年以降、王教授の研究の焦点は付加製造技術の分野に移りました。
出願動向から、統計データから王教授の出願量は比較的安定していると結論付けました。近年、彼は特許を出願していますが、その数は多くありません。2002年と2013年と比較すると、その数は増加しています。発明者を監視する観点から、分析する価値があります。
特許制度の関係で、2016年以降の特許の一部はまだ公開されていないため、この技術分野における王教授の特許出願は増加すると予想されます。 1.2認可傾向分析このプロジェクトでは、時間の経過に伴う特許認可数の変化を分析し、各データポイントはその年の特許認可数を表します。一般的に、特許許可件数が時間の経過とともに増加していることは、関連する技術革新が活発になり、技術開発が比較的速いことを表しています。特許許可件数が横ばいまたは減少していることは、技術革新が鈍化し、技術開発が比較的遅いか、または技術が時代遅れになり、他の技術に置き換えられたことを表しています。ただし、さまざまな特許受理機関の審査システムの影響により、特許が出願から許可に至るまでにはある程度の時間がかかります。
下図からわかるように、発明家としての王教授の特許許可動向も安定した変動にあります。もちろん、今回の分析に使用したデータが限られているため、現在のデータに基づくと、2005年と2014年の許可件数は比較的多く、近年は減少しています。もちろん、特許受理機関の審査制度の影響を受け、特許許可にはある程度の時間がかかり、特に発明特許は時間がかかります。王教授の特許は今後も次々と許可されるでしょう。 2. 技術構成分析:さまざまな技術分野における特許数の分布を分析することで、特許グループ内のより重要な技術分野を見つけることができます。一般的に、関連する特許の数が多く、特許総数の一定の割合を占める技術分野は、より重要な技術分野であると言えます。
IPC 分類番号: このプロジェクトでは、特許審査中に審査官が割り当てた分類番号、つまり IPC 分布を分析します。各データポイントは、この IPC に基づいて公開された特許出願の総数を表します。一般的に、公開された特許出願件数が多い IPC は、出願人からの注目度が高く、技術革新が比較的活発です。一方、公開された特許出願件数が少ない IPC は、技術革新に携わる出願人が少なく、一般的にあまり活発ではありません。この分析の有効性と理解は、IPC と分析対象の特許の関連性に関係しており、一般化することはできないことに留意する必要があります。
下図からわかるように、王教授の研究開発の焦点は、B22F3、C23C4、B23K26などの技術分野にあります。上記のIPCの意味は次のとおりです。B22F3 ：金属粉末からワークピースまたは製品を製造すること。圧縮または焼結法を特徴とし、使用される特別な装置、[金属粉末を原料とする付加製造技術および装置] C23C4：火炎噴霧、プラズマ噴霧、放電噴霧などの溶融コーティング材料の噴霧[付加製造技術] B23K26：レーザービームによる溶接、切断、穴あけなどの加工[積層造形技術]同時に、IPC全体のランキングから判断すると、王教授は積層造形の分野でも高いカバー率を誇っています。上記3つの技術分野のほか、B23K37[このサブクラスの別の大きなグループにのみ含まれる補助装置またはプロセスには特に適用されません]、C22C29、[炭化物、酸化物、ホウ化物、窒化物、ケイ化物またはその他の金属化合物に基づく合金、積層造形材料]、C23C24[無機粉末を原料とするめっき、積層造形プロセス]などがあります。
3. 特許品質分析3.1特許品質の全体分析このプロジェクトでは、分析された特許の特許品質の分布を分析します。各データポイントは、その星の特許品質評価を持つ特許の数を表します。特許の品質は、技術、権利、市場の観点からの特許の評価結果を総合的に反映します。特許に必要な技術情報が不足している場合も、この指標の評価結果に影響を与えることに留意する必要があります。下の図からわかるように、王教授を発明者とする特許の核心品質は 2.5 つ星であり、特許の品質がそれほど高くないことがわかります。
3.2クレーム数分析このプロジェクトでは、分析対象の特許のクレーム数の分布を分析します。各データポイントは、そのセグメントに該当するクレーム数を持つ特許の数を表します。一般的に、特許請求件数は、特許の技術革新度、技術範囲、権利安定性を反映します。価値の高い特許は、一般的に権利数が多く、技術範囲が広いです。したがって、請求項数が多い特許は、技術内容が高く、技術範囲が比較的広く、権利が安定しています。下図に示すように、王教授を発明者とする請求項の件数は主に6～10件に集中しています。国内請求項が10件を超える場合は追加料金がかかることから、この会社の請求項数は中国では一般的です。それに比べて、クレーム数の多い特許は企業にとって価値の高い特許であることが多いため、より注目に値します。

3.3 PDF全文ページ番号分析このプロジェクトでは、分析した特許の PDF 全文ページ番号の分布を分析します。各データポイントは、その範囲内に収まる PDF 全文ページを持つ特許の数を表します。全文 PDF ページの数は、ある程度、特許の品質と革新性を反映することができます。一般的に言えば、PDF の全文ページ数が多いほど、特許の品質は高くなります。
下図に示すように、王教授を発明者とする特許の全文は主に6～10ページであり、これは中国でも一般的な状況であるため、本稿では詳しく説明しません。なお、11 ～ 15 ページと 16 ～ 20 ページの特許文書にも注意を払う必要があります。
4. 法的地位の分析
4.1特許種別分析この分析項目では、特許種別の分布を分析します。各データポイントは、この特許種別の特許数を表します。各特許受理機関の審査制度の影響を受け、発明特許は一般に、認可される前に実体審査を受ける必要がある。一般的に言えば、発明特許の技術内容と特許品質は比較的高い。したがって、特許の種類に関する研究は、特許の品質、関連技術の技術内容と技術の進歩を一面から反映することができる。一般的に言えば、分析された特許のうち、発明特許は数が比較的多く、一定の割合を占めており、関連技術の価値が高く、特許の質が高いことを示しています。下図に示すように、王教授を発明者とする特許発明の割合は73.7%と高く、比較的高いイノベーション度を示しています。
4.2各種特許出願動向の分析このプロジェクトでは、発明特許、実用新案特許、意匠特許の出願件数の経年変化を分析します。各特許受理機関の審査制度の影響を受け、発明特許は一般に、認可される前に実体審査を受ける必要がある。一般的に言えば、発明特許の技術内容と特許品質は比較的高い。したがって、特許の種類に関する研究は、特許の品質、関連技術の技術内容と技術の進歩を一面から反映することができる。一般的に言えば、分析した特許の中で、発明特許の数が多く、出願件数が時間の経過とともに増加傾向にある場合、それは関連技術の価値が高く、イノベーションが活発で、技術の発展が速いことを意味します。一方、発明特許の数が少なく、出願件数が時間の経過とともに横ばいまたは減少傾向にある場合、それは関連技術のイノベーションが鈍く、技術の発展が遅いことを意味します。
下図からわかるように、発明家としての王教授の特許のうち、発明が中心となっている。発明は多いが、下図からわかるように、近年、発明の傾向は低下し、実用新案の出願の傾向は増加している。もちろん、これは特許審査制度とも関係があり、未公開の現象もある。全体として、王教授は実用新案と発明特許の両方を非常に重視している。発明特許の数が多いことは、彼の技術革新が活発な傾向にあり、関連技術の金含有量が高いことを示している。
4.3現在の法的ステータスの分析このプロジェクトでは、分析対象の特許の現在のステータスの分布を分析し、各データポイントはそのステータスで所有されている特許出願の数を表します。特許の現在のステータスは、特許自体の価値と技術的内容を間接的に反映する場合があります。たとえば、有効な状態の特許は、無効な状態の特許よりも一般的に価値があります。
下図に示すように、王教授が発明者である特許のうち、放棄・終了した特許の割合は52.6%と比較的高い。これらの特許には注目に値する技術的な金鉱があるかもしれない。次の段階では、王教授のチームの特許管理能力が継続的に向上するにつれて、認可される特許の割合は将来的にさらに高くなるでしょう。 5. その他の分析5.1共同出願人の分析分析対象としたデータは、北京航空航天大学と中国航空工業集団瀋陽航空機設計研究所を出願人とする特許であるため、北京航空航天大学の教授兼博士課程の指導者である王教授は、主に勤務先向けの特許を保有しており、全体の 84.2%を占めている。また、同じく航空分野の中国航空工業集団瀋陽航空機設計研究所も協力しており、特許出願件数は 15.8%を占めている。もちろん、いくつかの企業や大学が王教授と共同で特許を申請している可能性も否定できません。今後、さらに検証・分析を行っていく予定です。

付加製造分野の第一人者の特許分析 - 北京航空航天大学の王華明院士

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