全球口罩技术发展专利技术综述

为了防控新冠肺炎疫情,口罩成了每家每户必不可少的防疫用品,一线医护人员更是迫切需要医用口罩,导致口罩需求量激增,供不应求,因此,快速生产成为口罩企业的首要任务。鉴于在未来一段时间里口罩将成为制造业的重头之一,笔者在现有相关技术分析的基础上,从全球专利申请情况出发,对口罩的发展路线进行分析,供业界参考。

结合目前可用的检索渠道 Incopat Patentics 、相关网络网站,通过检索,口罩相关专利主要分布于 IPC A41D A62B D04H 小类中,文献量大约 1.8 万条左右。 相对较早的专利是加拿大申请的专利号为: CA200773A 一种卫生口罩(公开日为 1920 年),给出了口罩的一种改进设计,如下图所示:


通过过滤 方式,口罩可如下分类,其代表性专利如下表所示:

主要过滤方式

常规类别

作用

代表性专利

纤维层过滤

一般纱布口罩,一次性口罩

能过滤较大颗粒、粉尘,常用于清洁工作使用

CN88211397 (中国科学院上海有机化学研究所)

CN207285294U (泉州亚林新材料科技有限公司)

纤维层过滤、化学吸附过滤、溶液吸附过滤

活性炭口罩

可吸附有机气体及毒性粉尘,不具有杀菌功能,能很好过滤细菌、病毒,可吸附臭味、甲醛或轻微毒气

CN102697209A (苏州新纶超净技术有限公司)

CN1177929A (美国 3M 公司)

电吸附过滤、磁偏离过滤

医用无纺布口罩

能阻挡 90% 以上 5 μ m 颗粒,目前市面上最多的,常用于感冒发烧咳嗽等有呼吸道症状

CN92201742 (海拉尔市针织厂)

RU93028598A NOVOPOR ENTERP

US2011/0290119A1 (美国3M 创新有限公司)

N95 口罩,特殊类型口罩等

可阻挡 95% 以上次微米颗粒,能有效防止 PM2.5 ,但密封性较好,容易引起呼吸不畅

将得到的数据进行统计分类,分析最近10年申请量的变化,如图1所示,通过申请趋势可以从宏观层面把握口罩在各时期的专利申请热度变化。申请数量的统计范围是目前已公开的专利。一般发明专利在申请后3~18个月公开,实用新型专利和外观设计专利在申请后6个月左右公开,由于今年刚开始并且存在未公开的情况,故2020年申请量最少。在2013-2018年,申请人逐渐上升,在2017年达到峰值,分析其原因,主要是由于全球环境的变化,城市发展加速,城市雾霾加重,导致对口罩的需求量上升,相应企业的申请量也逐渐上升。



图1  申请量趋势图


表格展示的是口罩在部分国家或地区的专利数量分布情况。通过该分析可以了解在不同国家技术创新的活跃情况,从而发现主要的技术创新来源国和重要的目标市场。在中国申请量10911件中,其中发明申请为2500余件,而发明的授权仅仅为460余件。而美国虽然申请量相对较少,但却把握着该行业最核心的技术,再进一步统计美国专利目前相关情况,其中45.8%左右的专利已经失效,有效专利在18.7%左右。这些失效的美国专利,也是我国企业在生产制造时可以考虑的自由技术来源。

专利公开地区

专利数量(件)

中国

10939

韩国

1123

中国台湾

1039

日本

1004

美国

978

德国

696


申请人的情况如图2所示,可以发现创新成果积累较多的专利申请人,并据此进一步分析其专利竞争实力。3M公司是口罩生产的老牌企业,3M中国公司至1984年成立以来,已发展30余年,其创新能力和品牌影响力深入人心。就申请人国别而言,中、美、日三国作为口罩生产大国,也是专利申请大国。

图2  申请人趋势图

针对3M公司,做进一步分析,最早于1994年申请的专利号US6854463(具有新型呼气阀的过滤口罩),该专利经历授权、转让、诉讼,在2005年,3M作为原告,诉讼公司:LouisM. GersonCo.Inc、Moldex-Metric, Inc,并在11个国家进行了专利布局,也奠定了3M在口罩行业的龙头位置。在最近2019年申请的US20190143153A1(壳体结构及包括该壳体结构的面罩),US20190143152A1(内壳及包括该内壳的面罩),US10238158B2(带飞镖面罩体的过滤面罩呼吸器);在国内如CN209300307U(一种过滤口罩,主要采用静电吸附的方式)、CN206547926U(折叠式口罩,主要采用活性炭吸附)、CN205903538U(一种带呼气阀的口罩,主要采用功能性颗粒吸附),3M公司针对各个不同的过滤方式均作了一定的申请布局。特别的是,3M公司在中国的申请大多在口罩的外观或实用新型上,而对于口罩的生产线、设备等其涉及专利较少。


转向我国的相关公司,如最近2020年公开的CN210076639U(新型多功能口罩)、CN110801062A(一种高过滤复合型医用口罩)、CN210063587U(一种口罩生产用压缩包装机)、CN210051503U(一种用于生产防护口罩的呼气阀泄漏测试装置)等等,涉及产品种类更丰富些,包括口罩的外观、检测、消毒等方面,还包括对口罩的生产制备、生产线的调试、消毒、回收等等方面均作出了一定量的申请,三种专利类型也均有较大的量。如建德市朝美日化有限公司,在最近几年里,先后申请了70件左右的专利,其中不仅包括对口罩自身的改进,而且还包括对口罩的加工工艺中所使用的如包装、热压、成型、密封、输送等等生产线结构做了一定的改造;上海大胜卫生用品制造有限公司,先后大约60余件专利,其中实用新型41件,发明9件。相对申请量较少却发展很迅速的,如北京小米移动软件有限公司,在最近几年里,小米公司发展迅速,除了移动通信之外,也先后申请大约30余件口罩专利,其中包括对口罩的滤芯立体结构的改造、口罩的收纳、口罩的检测等等方面。前述三个主要国内申请公司,对于口罩的过滤方式,如静电吸附或者磁偏离吸附或纤维层吸附,并未作出限定,即过滤方式的区分并不明显,主要创新点还在于口罩的形状结构与生产线上。

对获取的数据进行主要技术分支分析,图3展示的是对口罩分析在各技术方向的数量分布情况。通过该分析可以了解分析对象覆盖的技术类别,以及各技术分支的创新热度。主要集中在A41D(外衣;防护服;衣饰配件),A62B(救生设备、救生装置或救生方法),尤其以A41D13/00(职业、工业或运动防护衣,如能防护冲击或戳刺的服装、外科医生服装),A41D31/00(外衣用特种材料的选择),A62B18/00(呼吸面具或防护帽,如化学药剂或高空使用的)占绝大部分申请量。A41D13分类号的申请量占据绝对的优势,其远远超出其他分类号,在A41D13中主要对口罩的功能,结构作了限定:如可对口罩进行加湿,包括芳香性口罩,杀菌消毒口罩,如碗装结构,纳米碳吸附性口罩,包括对口罩的功能限定,如可测温、可风扇类型;同时,对口罩的生产线、生产工艺,也作出了一定贡献。对于口罩过滤的方式,IPC中区分并不明显,分析其原因,可能在于目前口罩过滤方式相对成熟,在过滤方式上的创新程度相对较弱,且最早一批专利已经到期,企业可少花经费在过滤方式上,主要集中在口罩结构或生产线上的创新,这也是目前发展的重要方向。


图3  各技术分支

如图4所示,对有关口罩的中国专利申请进行分析发现,发明专利申请仅仅为全部申请量的24%左右,而其中授权量则仅为18.4% [1] ,可见,其中高价值专利相对较少,一方面可以说是个“蓝海”,另一方面也为企业的研发、以及专利申请提出了较高的要求。


[1] 此数据未考虑近两年的大量申请尚没有审查结论这个因素。


图4  涉口罩专利申请类型分布图


专利的法律状态在侵权诉讼、产品引进、产品出口、技术转让、企业并购、新产品开发、新项目申报等方面都有重要作用。通过分析当前法律状态的分布情况,可以了解分析目标专利的权利状态及失效原因,以作为专利价值或管理能力评估、风险分析、技术引进或专利运营等决策行动的参考依据。目前有关口罩的中国专利中,有效专利仅占38%左右。

建议: 总之从申请量、主要申请人、技术构成、主要技术国、目前有效专利量等多个方面全面介绍了目前口罩的相关技术专利,中国处于申请量、申请人的大国,在涉及核心技术方案,重要的专利申请上,仍然由美国的3M公司把控,在核心技术方向上,我国还需要继续走自主创新的道路。 在产业布局上,中国专利涉及面包括: 对口罩的生产制备、生产线的调试、消毒、回收等等方面均作出了大量的申请; 根据目前网络报道,如富士康、比亚迪、品胜等等大公司也参与口罩行业中,在它们的引领下,力争在新形势下做出一定突破,实现弯道超车,作出具有中国核心技术的产业链,实现新的产业布局。 在过滤方式上,如静电吸附或磁吸附,技术已经趋于成熟,企业的重点方向建议还是在如何提高产能,针对生产线的设计,比如在紧急情况下如何短时间内提升效能。 经历这次新冠肺炎,在口罩的产能、质量等方面,我国企业应当提升一个台阶,实现“战略物资”的储备,形成一条全新的产业链,对生产线全线升级,在基础制造业上,帮助我国由“制造”真正提升为“智造”的一流大国。 相关企业也要注意同步甚至提前进行专利布局,让专利制度为产业发展保驾护航。


转载自国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心
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