随着技术的发展和生产方法的进步，汽车和船舶等制造业的迅速崛起，市场对数控机床的需求呈现出持续攀升的态势。滚珠丝杠作副作为一种重要的滚动功能部件，主要应用在数控机床及其它高精度设备的运动定位与导向上，滚珠丝杠副是数控机床常用的直线进给机构, 能够实现高效的力传递，有效减少能量损耗，并且具有自锁特性，使用寿命长、磨损小等优点。由于数控机床的发展水平不断提高，在不同阶段研究的滚珠丝杠副也在不断变化，对滚珠丝杠副的可靠性和精度保持性提出了更高的要求。
目前，滚珠丝杠副技术与国外相比仍存在一定差距，因此，深入对滚珠丝杠副技术及其应用的研究具有重要意义。本文对滚珠丝杠副技术的国内外专利进行了检索，分析了滚珠丝杠副技术的专利申请趋势、专利技术构成、重要申请主体等，并根据分析结果给出了相关建议。
1、方法与数据来源
本文采用的主要专利数据主要源于智慧芽专利检索系统、incoPat 检索系统，选用的检索词包括：丝杠、滚珠、数控机床、传动、进给、螺母，选用的 IPC 分类号为：B23Q1/00，B23Q5/00。为了提高检索的准确性及全面性，进一步扩展了检索词，然后通过阅读检索到的专利文献并进行筛选，对筛选后的专利文献进行统计与分析。
2、全球滚珠丝杠副技术的申请概况
全球专利申请趋势分析
中国滚珠丝杆副行业经历了从起步阶段到现代化发展的演变过程，在全球经济一体化的背景下，中国滚珠丝杆副行业的国际竞争力也在逐步提升，近年来，中国滚珠丝杆副行业不断发展，市场规模逐渐扩大，企业在产品创新、研发投入、质量管理等方面取得了显著进展，行业趋向智能化、数字化发展，努力提高生产效率和产品性能。
根据图 1 可以看出，从 2005~2024 年，在全球范围内，机床滚珠丝杠的专利申请量整体呈现出逐年增长的趋势。最早对滚珠丝杠副技术的研究始于 1920 年，重点是对滚珠丝杠副的结构和减小转动过程中的摩擦进行的研究;1991~2009 年处于第一发展期，由于数控机床技术不断发展，各国纷纷投入对滚珠丝杠副的研究，专利数量不断增加;2010 年至今，处于第二发展期，相关专利申请量迅速攀升，数控机床领域内滚珠丝杠副的研究迅猛发展，专利申请量增速显著，在该阶段，滚珠丝杠副的高速、高精密、可靠性等性能是研究的重点，国外申请人开始进行全球专利布局，并继续保持研发，中国申请人由于国内数控机床技术的不断进步，专利申请量开始大幅增长。
全球专利地域分布分析
通过统计滚珠丝杠副技术在全球的申请国家，总结出投入研究较多的国家是中国、日本、美国、德国和韩国等，我国滚珠丝杠专利技术起步较晚，申请数量发展迅速，总量居全球首位，相关专利申请量占全球总申请量的 85.34%：其次是日本，占全球总申请量的 11.47%;美国、德国、韩国等国家申请量占比均小于 10%。
中国、日本、美国是数控机床领域滚珠丝杠副研究的专利申请的主要国家，这也和数控机床在各个国家的市场占有量和发展情况相符，日本由于拥有众多的数控机床制造企业，其对滚珠丝杠副技术的全球布局最多;中国专利申请量增长迅速，专利总量大，主要因为近年来国内汽车、船舶、医疗、航空行业的发展，促使数控机床企业不断进行技术的突破有关，技术发展势头比较迅猛，并进行了一定数量的全球专利布局。
技术构成分析
通过对检索出的专利申请进行统计分析可知，对滚珠丝杠副技术的研究主要集中在以下几个方面：一是对滚珠丝杠副结构上的研究，主要包括丝杠、螺母、滚珠、滚珠循环装置，其中在滚珠丝杠副与滑动直线导轨的组合技术上发展最快、产业程度最高、应用领域最广;二是对滚珠丝杠副零部件材料和加工工艺的研究，主要是针对丝杠、螺母、滚珠的材料选择上，良好的微量元素配比能够减少加工流程中的裂纹，在提高加工效率的同时，能够提高滚珠丝杠副的耐磨性及使用寿命;三是对滚珠丝杠副运行时的综合性能检测的研究，主要包括温度、精度、误差的检测，及时发现存在的问题，有效提高其运行的可靠性。
其中，对滚珠丝杠副零部件的改进是主要的研发方向，占比 72%，其次是对滚珠丝杠副运行时的综合性能检测，占比 21%，滚珠丝杠副零部件材料和加工工艺的研究占比 7%。
滚珠丝杠副的滚珠循环装置、监测装置等是研究最多的部件，滚珠丝杠副的高速、高精密、可靠性等性能是研究的热点方向。
申请主体分析
滚珠丝杠副领域的全球专利申请量前十名的申请人依次是：日本精工、恩梯恩、蒂业技凯、捷太格特、南京理工大学、上银科技、舍弗勒、全球传动、北京工业大学。其中，全球较活跃的申请主体主要集中在日本，主要由于滚珠丝杠属于精密工件，制造难度较高，而日本作为工业化程度较高的地区，积累了丰富的制造经验，其中日本精工株式会社专利申请量占领先地位，其具有雄厚的研发实力和高度的知识产权保护意识，近七十年来，一直致力于滚珠丝杠副的研究，1958 年研发并生产了用于机床的精密滚珠丝杠，主要是对滚珠丝杠高速、低噪音、进给系统的状态稳定技术进行研究;中国申请主体主要集中在上银科技股份有限公司等企业和南京理工大学等高校，专利总量与日本精工株式会社等主体有差距，但是活跃度较高、技术发展较迅速，主要是对滚珠丝杠副的结构、消音减震的研究专利较多。
3、中国滚珠丝杠副专利技术专利分析
申请区域分析
滚珠丝杠副中国产业地域分布如图 2 所示。其中，排名前五的是江苏、山东、浙江、广东、辽宁，江苏的申请主体最为活跃，申请专利数量为 1595 件，约占全国总量的 26.96%，与其他省份相比，江苏的专利申请数量有明显优势，山东省专利申请量为 888 件，占比 15.01%，浙江专利申请数量为 778 件，占比 13.15%。
我国的滚珠丝杠副产业目前正处于一个快速增长的阶段，这一点从专利数量的绝对优势上就可以看出，这充分证明了我国在创新方面的动能十分强劲，然而，尽管我国滚珠丝杠副产业的发展势头良 好，但其发展的不平衡性也十分明显，目前，江苏、山东和浙江这三个省份已经形成了国内滚珠丝杠副产业专利申请的高地，专利申请数量占据了全国的大多数，这无疑显示出这些地区的滚珠丝杠副产业发展得相对较好，主要与其对知识产权的重视程度，机床行业的发展状况有很大关系，相比之下，其他地区的滚珠丝杠副产业的发展就显得相对薄弱，各地区发展的不平衡性在一定程度上导致了我国滚珠丝杠副产业发展的严重失衡。
技术构成分析
经过对检索结果进行分析得出，我国对滚珠丝杠副零部件的改进研发占比 80%，其次是对滚珠丝杠副运行时的综合性能检测，占比 11%，其他研究占比 9%。在零部件的研究中，滚珠螺母、监测装置、滚珠循环装置等是研究最多的部件，分别占比 29%、11%、10%，中国在滚珠螺母、状态监测装置等技术分支上与全球研究热点方向重合。
申请主体分析
在我国申请主体的相关专利申请中，有 62.3%来自企业，26.3%来自大专院校，0.5%来自科研单位。从我国专利申请人的角度来看，企业作为专利申请的主力军，其申请的专利数量远远超过了大专院校，这一点也反映出，我国滚珠丝杠副产业的发展主要依赖于企业的推动，而大专院校在这一领域的作用尚未充分发挥。
我国较活跃的申请主体有上银科技股份有限公司、全球传动科技股份有限公司、中国船舶重工集团公司第七 0 四研究所等申请人;最活跃的高校主体有南京理工大学、北京工业大学、西北工业大学、西安交通大学等高校。
专利申请量排名第一的是南京理工大学，其主要是对滚珠丝杠副的精度保持性试验装置、参数测量装置及方法、滚珠螺母等部件进行研究，对滚珠丝杠副的刚性测量、预紧力测量、滚珠螺母冷却等特性研究较深入。
4、对策与建议
我国对精密滚珠丝杠副的进口量一直较高，这源于我国的研究重点在滚珠丝杠副中的精密部件方面较少，对实现精密技术的贡献度相对较低，因此在市场上的占有率与日本存在较大的差距，技术壁垒主要体现在设计、材料、加工工艺和加工精度上，这就导致了产品性能在精度、寿命、故障率等方面的表现有明显差距。针对以上问题，我国创新主体可以采取以下策略：
(1)关注技术热点，梳理自身优势。我国创新主体应多关注日本精工株式会社等企业在本领域的专利申请，通过深入分析和研究这些专利的技术内容、合作关系，识别潜在的技术热点，掌握行业的前沿动态，跟随国际前沿发展趋势，与此同时，还要时刻保持敏锐的市场洞察力，及时捕捉新技术、新应用的发展动态，不仅要关注国内外科技领域的最新研究成果，还要关注市场需求的变化，以便及时调整研发方向，在关注技术热点的基础上，各创新主体还应深入梳理自身的技术优势，明确自身在本领域的核心竞争力，更好地认识自己的长处和不足，以便更好地发挥自身特长，制定出更加符合自身实际情况的发展战略，实现差异化发展，提高企业在相关领域的竞争力，在科技创新领域取得更多优势。
(2)重视专利布局，加强技术合作。目前，我国滚珠丝杠副产业虽然处于快速发展阶段，但由于行业 整体起步较晚，专利申请还是追求数量，导致高价值专利较少，对比国外的企业可以发现，在滚珠丝杠副技术领域，日本精工专利质量较高，海外布局较多，市场应用较广，而国内企业专利运营情况较差，存在专利技术与实际生产运用不相符的情况，转化率低，主要因为专利的价值较低，全球布局的意识薄弱。专利申请人在专利申请的过程中，通过对技术分支的梳理得出，高精度、高速、智能化的方向发展是滚珠丝杠副研究热点，应重点对实现这些关键技术、工艺和核心零部件的专利布局，形成一系列产业化导向的关键技术专利组合，同时，在申请专利的过程中要重视专利价值，关注专利的撰写质量和转化价值，强化专利运营和布局，提高知识产权保护意识，密切关注国内外企业的技术发展，构建专利池，共享专利资源，了解竞争对手的专利申请动态，对滚珠丝杠副的技术发展做好专利布局，提高技术成果的转化效率，不断创新和完善自身的科技创新体系，实现技术成果的互利共赢。企业还可以通过与技术领先的创新主体合作，实现技术共享和资源整合，从而提升自身的技术创新实力，加强创新主体之间的合作与交流，形成产业链上下游的协同创新效应，进一步提升整体竞争力。
(3)加强产学研结合，加速技术创新。企业应注重技术研发和创新,结合市场需求，联合研究所、高校等拥有创新实力的机构，集聚高水平人才，构建以企业为主体的产学研用技术创新体系，围绕核心技术展开科研工作，挖掘高价值专利并实现产品转化，同时推动前沿技术的发展，不断提升我国滚珠丝杠副产业的自主创新能力，推动滚珠丝杠副产业的高质量发展;还可以跨领域合作，突破技术瓶颈，加速技术创新的步伐，推动产业升级。
总体来说，我国滚珠丝杠副产业虽然有着强大的创新能力和良好的发展势头，但是其发展的不平衡性和专利申请主体的单一性，都是我们需要关注和解决的问题。
作者简介：张皓(1991—)，女，工程师，知识产权师，研究方向：机械工程、知识产权分析
参考文献略.