基于三菱公司刀具表面涂层技术的专利分析

基于三菱公司刀具表面涂层技术的专利分析

王莎莎

国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心

摘要：本文通过对三菱公司涉及刀具表面涂层技术的专利进行检索，分析该技术专利申请态势、专利申请布局情况、有效专利及重要专利情况及不同阶段重要或核心专利分析等。

0、技术概述

刀具表面涂层技术是应市场需求而发展起来的一种表面改性技术，表面涂层具有降低磨损、加强表面润滑性、延长刀具寿命、提高氧化温度、提高抗粘结性、提高力学和切削加工性及提高加工质量等作用。自上世纪60年代出现以来，该项技术在金属切削刀具制造业内得到了极为广泛的应用。尤其是高速切削加工技术出现之后，涂层技术更是得到了迅猛的发展与应用，并成为高速切削刀具制造的关键技术之一。刀具表面涂层主要包括碳氮化物、氧化物及组合化物，碳氮化物主要是指含碳或氮的化合物，如TiN、AlN、WC、TiC、TiAlN等；氧化物主要是指含氧的化合物，如Al2O3、ZrO₂等，组合化物主要是指同时含碳氮化物、氧化物或其它化合物。

三菱公司在金属加工方面累积了大量先进技术，其中刀具涂层技术的专利申请量为全球第一，遥遥领先于其它企业，其产品在市场上具有较高的占有率。因此本文针对三菱公司刀具涂层技术进行分析，主要针对涉及碳氮化物、氧化物及组合化物的刀具表面涂层技术进行专利分析。

1、专利申请态势分析

图1显示了三菱公司专利申请态势。从中可以看出，三菱公司在刀具表面涂层化合物领域的研究较早，在上世纪60年代起就有相关专利申请，其专利申请大致可分为四个阶段，第一阶段为1990年以前的萌芽阶段，在这个阶段有零星申请，专利申请量增长缓慢；第二阶段为1991-2003年的缓慢发展阶段，在这个阶段每年均有一定的申请量，每年申请量缓慢增长，从这个阶段各技术分支的发展来看，各技术在这个阶段的发展速度不相上下，各技术分支申请量呈现交替上升的态势；第三个阶段为2004-2014年的稳定发展阶段，在这个阶段申请量有较大幅度变化且稳定发展，从这个阶段各技术分支的发展来看，这个阶段氧化物及组合化物方面的技术发展更快，其中氧化物方面的申请量远大于其它两方面技术的申请量；第四阶段为2015年以后的快速发展阶段，在这个阶段申请量增长较快，从这个阶段各技术分支的发展来看，这个阶段碳氮化物及组合化物方面的技术得到更多的关注，其中碳氮化物方面的技术申请较大，相较前几阶段，该方面的技术在这一阶段快速发展。

图1三菱公司专利申请态势图

2、专利申请布局情况

图2显示了三菱公司专利申请布局情况。从中可以看出，三菱公司在刀具涂层技术方面的专利布局范围较广，除在日本国内进行布局外，还在中国、世界知识产权组织、美国、欧洲、韩国及印度等海外区域进行了布局。其中在海外布局方面，在中国的布局相对较多，进一步对其在中国布局趋势进行分析可知，其于2002年起在中国进行布局，自2010年起布局量明显增多，而2010年中国发布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，首次提出“智能制造”并明确为发展重点，三菱公司在2010年起加大在我国的布局，说明其意识到中国制造业将会有具大的发展空间，从而开始重视中国市场。

图2三菱公司专利申请布局情况图

3、有效专利及重要专利情况

表1为三菱公司刀具涂层各技术分支有效专利及重要专利情况，其中有效专利是指处于专利权维持状态的专利，而重要专利是指具有同族专利且家族专利被引用次数>10次的专利。从表中可以看出，氧化物方面共有166项专利，其中有效专利62项，重要专利36项，有效重要专利为19项；碳氮化物方面共有148项专利，其中有效专利118项，重要专利44项，有效重要专利27项；组合化物方面共有223项专利，其中有效专利62项，重要专利41项，有效重要专利22项。通过对各技术分支专利总量、有效专利量、重要专利量、有效专利量进行对比，同时结合各技术分支申请态势情况可知，碳氮化物是三菱公司近年研发的热点技术，而该方面重要专利相对较多说明其它企业在近些年对其专利的引用较多，这也说明碳氮化物方面是申请人争相布局的热点，将来在该方面的竞争也会越来越激烈。

表1 三菱公司刀具涂层各技术分支有效专利及重要专利情况

4、各技术分支各不同阶段重要或核心专利

通过对申请人历年专利被引用次数最大值进行分析能够厘清不同阶段该技术的重要专利，通过对这些重要专利的分析即能够清楚知道该技术的发展脉络。图3显示了三菱公司各技术分支不同阶段重要专利情况。其中横坐标表示申请年份，绿色折线表示历年申请被引用次数最多的专利，黑色折线表示历年申请量。从图中可以看出，在各技术分支不同发展阶段，均有支撑其发展的重要专利或核心专利，下面对各分支进行详细分析。

在碳氮化物方面，在1990年以前，其重要专利JP04053642B公开了一种具有优异耐磨性的表面涂层硬质材料，其在基体表面上形成单层或两层(Ti,Al)C、(Ti,Al)N和(Ti,Al)CN金属陶瓷。在1990-2000年之间，其重要专利US5652045A公开了一种涂层碳化钨基硬质合金刀片部件，包括沉积在一起的三层硬质合金，其中至少钨和钴（包括碳）扩散到第一和第二层界中。在2000-2010年之间，其重要专利JP2006198735A公开了一种具有硬质涂层的金属陶瓷刀具，其下层为包含TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层和TiCNO层中的1层或多层。在2010年以后，有两件重要专利US9724762B2和CN106457413B，其中US9724762B2公开了具有硬质涂层的表面被覆切削刀具，其由碳化钨基硬质合金构成的工具基体、由钛化合物层组成的下层和由氧化铝层组成的上层构成；CN106457413B公开了一种硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具，其硬质包覆层至少包含由组成式：(Ti1-xAlx)(CyN1-y)表示的Ti和Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层。

在氧化物方面，在1990-2000年之间，其重要专利JP06031503A公开了一种表面被覆切削工具，其在基体表面覆盖钛化合物层TiC、TiCN、TiCO、TiCNO等中的单层或两种以上多层的硬质涂层和至少一层氧化铝层组成的复合硬质层。在2000-2010年之间，其重要专利CN1406694A公开了一种表面被覆超硬合金切削工具，其具有4层，下层为TiN，TiC，TiCN中的至少一层，中间层和上层为Al2O3层，表面层为TiN，TiC，TiCN中的至少一层。在2010年以后，其重要专利JP5757232B2公开了一种具有硬质涂层的表面涂层切削工具，在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由钛化合物层构成的下部层和由氧化铝层构成的上部层来作为硬质包覆层。

在组合化物方面，在1990年以前，其重要专利JP63089666A公开了一种表面涂层碳化钨基硬质合金刀具，其具有复合金属碳氮化物基层及由TiCO、TiCN层和Al2O3的单层或两种多层形成的外层。在1990-2000年之间，其重要专利JP09174304A公开了表面被覆超硬质合金切削工具，其由TiC层TiN层和TiCN层中的一种单层或两种以上的多层构成的内层,由TiCO层和/或TiCNO层构成的中间层,以及由Al2O3层构成的外层构成。在2000-2010年之间，其重要专利CN1861301A公开了一种表面被覆硬质合金切削工具，其下层为Ti化物层，中间层和上层均为Al2O3层。在2010年以后，其重要专利US9724762B2公开了一种具有硬质涂层的表面被覆切削工具，其下部层为Ti化物层，上层均为Al2O3层。

图3 三菱公司各技术分支不同阶段重要专利情况

5、结语

从三菱公司刀具表面涂层技术发展以及申请情况来看，刀具表面涂层技术已相对较为成熟，在近些年的研究中，主要是针对涂层的厚度、材料的改性等方面进行研究。