国际跑步鞋专利地图分析：基于Derwent Innovations Index

陈栋 陈金伟 钟运健 周红妹

摘 要：以德温特创新索引数据库（Derwent Innovations Index）为来源数据库检索1967—2017年跑步鞋专利信息，通过专利地图中的可视化分析法和文献计量法对跑步鞋专利的时间分布、学科领域分布、国际专利分类和德文特手工代码分类、高产专利权人、高产专利发明人、专利热点主题、核心专利技术进行分析。结果表明：近50年国际跑步鞋处于一个增长势头；专利涉及全部的17个学科领域；国际专利分类涉及全部的8个总类别，德文特手工代码分类涉及11个总类别；高产的专利权人集中在美国、日本、中国、德国；高产发明人主要集中在美国、中国和德国；热点主题集中在鞋的排水装置、弹性装置、鞋环支撑、鞋面颜色变化等方面；核心专利技术集中在可转换数据的电子芯片、具有气垫的支撑装置、移动感应装置、具有稳定和缓冲的鞋后跟等方面。

关键词：国际；跑步鞋；专利地图；可视化

中图分类号：G 818.4 学科代码：040302 文献标识码：A

Abstract：Based on Derwent Innovations Index （Derwent innovation index database） information on running shoes from 1967 to 2017， mainly through visual analysis and bibliometric method of distribution， this paper analyzes patent time field distribution， international patent classification and Derwent manual code classification， high yield of the patentee， patent inventor， patent focus theme， core patent technology on running shoes. The result shows that nearly 50 years of international running shoes are in a growth momentum； patent involves 17 disciplines； International Patent Classification involves a total of 8 categories of all； Derwent hand code classification involves 11 general categories； high production patents are concentrated in the United States， Japan， Germany， China； high inventor mainly concentrates in the United States， Germany and China； hot topics of utility model are mainly arranged in the drainage device， the elastic device， the shoe ring support， the color change of the vamp， the connection of various parts of shoes， the control device， etc.； the core patented technology is an electronic chip for converting data， a support device with an air cushion， a mobile induction device， etc.

Keywords：international；running shoes；patent map；visualization

跑步鞋作为跑步运动不可或缺的装备，它的生产企业都希望通过创新技术谋求产品优势，进而抢占市场份额。专利作为知识产权科技信息最有效的载体，具有新颖、创造和实用的特点[1]，是代表技术的合理和可靠的指标[2-3]。据世界知识产权组织统计，世界90%以上的发明创造信息是以专利信息的形式呈现，美国发明创造成果的70～90%仅出现在专利信息当中[4]。专利地图是运用收集到的专利文献进行统计分析和文本挖掘结果进行可视化呈现，对核心专利的相关信息进行识别分析，为研发者指明创造方向，为商业、技术、市场部门提供多元的洞察力[5]。2015年3月，《中共中央国务院关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》[6]颁布，对知识产权工作进行了部署，体现了知识产权对创新驱动的重要支撑作用。本文以德温特创新索引数据库（Derwent Innovations Index）近50年跑步鞋专利相关信息为研究内容，通过citespace5.0软件生成的专利地图进行情报分析，旨在研究国际跑步鞋专利的研发机构、研发人员、热点专利技术领域分布和核心专利技術，为我国跑步鞋的研发决策提供一定的参考依据。

1 研究方法

1.1 文献计量法

文献计量法是利用统计学相关理论，通过数据描述现状和预测趋势的图书情报学的方法[8]，是分析与挖掘竞争情报的方法之一[9]。以Web of Science数据库核心合集中的德温特创新索引数据库为来源数据库进行检索。德温特创新索引数据库是全面收录世界各国的专利文献数据库，覆盖了包括中国、美国、日本、德国、法国、英国、欧洲等49个专利授权机构的专利，其中同族专利覆盖超过5 000万份记录，保证了专利检索的不重复性和权威性，使用户能够综合审视全球的发明创造[7]。本研究以“running shoes”为标题检索，时间跨度为1967—2016年，收录跑步鞋专利信息1 128条（检索日期为2017年5月16日）。将检索的信息（包括标题、摘要、专利权人、专利发明人、IPC分类、DMC分布等信息）以download_.txt格式保存。

1.2 可视化分析法

本研究使用由美国德雷赛尔大学计算机与情报学院的陈超美教授研发的citespace5.0.R5 SE（64-Bit）可视化应用软件，该软件可直接把抽象信息转化为直观的空间结构与知识图谱的专利地图[10]。

2 研究结果与分析

2.1 国际跑步鞋专利的时间分布

通过对国际跑步鞋专利文献计量分析（如图1所示），可以揭示授权专利文献的变化情况。以5年为1个时间段，划分为10个时间段。1967—2016年专利授权量总体呈逐年增长态势，授权专利均值为112.8个，但只有2002—2016年3个时间段超过授权均值。在1967—2006年的40年里跑步鞋专利授权大致呈缓慢增长的态势，在1977—1991年的3个时间段授权数量基本持平，其他阶段的增长幅度从10多项到40多项不等。而在2006—2016年的2个时间段授权数量呈现较大幅度的增长，分别由2002—2006年的121项增加到2007—2011年的248项，再到2012—2016年的451項。显示近10年来，国际上跑步鞋相关企业和科研机构对跑步鞋专利技术的研发十分重视。

2.2 学科领域的分布

国际跑步鞋专利涉及了17个学科领域（部分单个专利横跨几个学科领域）见表1，主要涉及工具、化学、工程学、材料科学、高分子科学等，其中工具学科领域最多，达到了1 020个，占比90.426 %，上述5个学科领域的申请量均超过250次，共计达到了2 185次，占总申请次数的87.37%。同时，跑步鞋专利还涉及运动科学、运输、计算机科学、综合内科医学、能源和燃料领域结构工程学、采矿和矿物加工领域、通讯领域、冶金及冶金工程学领域、成像科学及摄影技术领域、农学领域、光学领域等学科领域。这些表明国际跑步鞋专利的科学技术涉及到多个学科领域，并且有的一项专利出现在了几个学科领域，表现出学科交叉、整合的现象，这不仅符合当代科学技术研究的发展特征，也反映了跑步鞋专利研发在学科领域上的发展趋势。

2.3 专利权人分布

专利权人的分布呈现出个别集中和广泛分布共存的两极分化的现象（见表2）。在专利权人拥有5个以上专利的有20个公司/个人/大学。美国的耐克集团作为耐克旗下的各个公司的母公司，专利权人占了274项（耐克股份有限公司131项，耐克创新公司52项，耐克国际有限公司45项， 耐克创新有限公司37项，耐克国际股份有限公司9项），达到了24.29%。德国的阿迪达斯集团作为阿迪达斯母公司，排名第二，但只有15项（阿迪达斯体育公司9项，阿迪达斯股份公司6项），占1.331%。日本的爱斯克斯公司排名第三，有14项，占1.241%。中国的361°有限公司和创建不久的奇尔特有限公司都有9项专利，燕山大学有6项专利。而其他888个专利发明分属不同的专利权人。以上反映专利权人广泛分布，少数集中的现象，美国的耐克集团在跑步鞋专利上占有举足轻重的地位。

从国家的角度分析，排名前20位的专利权人，美国占有了9个，其中有1个个人作为专利权人，其他都是以公司作为专利权人。美国占有专利308项，占总专利的27.305%。德国有4个，其中2个专利权人为个人，专利30项，占2.76%。中国有3个，其中一个专利权人是大学。日本和法国都有2个专利权人。根据汤浅现象理论[11]，国家科技成果占某时期世界科技成果的总量25%以上的国家可称为该时期的世界科学中心，根据以上计量数据，美国作为研发跑步鞋的主要国家，研究量超过总量的1/4，无疑是跑步鞋研发中心，其在这一领域的强势与该国在世界科学领域一直占据主导地位相一致[12]。从国外跑步鞋专利高产的专利权人（以公司/机构聚类）分析图谱（如图2所示）可以看出，作为保密性很强的专利研发，专利权人之间的合作仅限于同一个集团或公司，而不同集团、公司之间的合作几乎不存在。综合性体育运动产品集团，例如耐克集团、阿迪达斯集团利用集团优势，加强集团下子公司的合作，凭借综合科技研究发展能力，发挥大型企业技术的研发比较优势，维持着跑步鞋技术上的创新。生产相对单一的鞋类公司——爱斯克斯也加强子公司的研发团队的合作，进行更为专一的、深度的跑步鞋科技探索，从而让旗下的跑步鞋在跑友中拥有较好的口碑。

2.4 高产专利发明人分析

通过专利文献计量分析，1967—2016年国际跑步鞋专利发明人共计1 548位，说明在跑步鞋研发领域的研究者人数众多，研发水平高，引领着跑步鞋领域的前沿。多名发明人在同一个产品中合作，说明跑步鞋专利研究涉及专业领域人才多、设计的多元化。根据普赖斯定律来确定高产发明者的选取标准[13-14]，核心发明人计算公式M=0.749（Nmax）1/2，其中Nmax为14，计算出M=2.802，取整，即专利发明3件以上的设计者定义为核心发明者，共计309人。因为其人数众多，故参考普赖斯定律标准基础上，仅选取前20位高产发明人进行分析研究，见表3。国际跑步鞋专利排名前20位的发明人主要集中在美国、中国和德国3个国家，其中美国占了13位、中国占了5位、德国占了2位，美国的发明者占了前20位的65%，显示出在跑步鞋研发方面，美国拥有大量人才。从供职公司来看，这些美国的发明者都为耐克集团工作，中国、德国发明者也都供职于各自国家的知名公司。这也充分说明，高水平的跑步鞋设计者汇集于高水平的知名公司，两者之间有极强的互相促进关系，发挥各自优势，引领跑步鞋的发展。高产专利发明者之间的合作关系知识图谱如图3所示，存在高产设计者高度集中和少产设计者高度离散的分布规律，并且大多数的高产设计者都会与其他研究者进行不同程度的合作，形成合作网络，群策群力，发挥各自的研发优势。这点在耐克集团下的设计者表现尤为明显，以F.J.DOJAN 、 J.C.MESCHTER、 S.S.KOHATSU、 M.A.AVENI为成员组成的合作团队和 F. G.FAGERGREN、D.A.PODHAJNY、J.MOLYNEUX、A.MEIR、D.A.BEYE 为成员的合作团队构成了耐克集团的跑步鞋研究核心团队。

2.5 国际跑步鞋专利的国际专利分类（IPC）分布和德文特手工代码（DMC）分类

國际专利分类使各国工业产权局获得了统一的分类，顺序是部、分部、大类、小类、大组、小组，以反映专利技术的领域[15]。国际专利分类把全部的专利技术分成用大写英文字母A-H表示的8个部的类别。国际跑步鞋专利涉及全部8个部的类别，分别为生活必需，作业、运输，化学、冶金，纺织、造纸，固定建筑物，机械工程、照明、加热、武器、爆破，物理，电学。当一个专利对应多个IPC的部的类别时，称为IPC共生现象[16]。同一专利的不同IPC提示了跨部门的知识溢出[17]。跑步鞋的IPC共生现象揭示了在设计过程中，不同领域的关联，说明了多项技术在跑步鞋专利中交叉性应用，可见，跑步鞋专利研发的涵盖面非常广泛，见表4，跑步鞋IPC前20位的都是A43，即鞋类，在小类上分布在B（鞋类的特征、鞋类的部件）和C（鞋类的坚固物或附件、一般的鞋带），其中B小类占了19个。A43B-005/06出现频率是232次，占20.567 %，代表是跑鞋。A43B-013/18排在第2位，出现频率是210，代表着弹性鞋底。接下来是A43B-013/14（鞋底的结构形状）、A43B-005/00（运动鞋的防滑装置）、A43B-023/02（鞋帮、靴腿）、A43B-013/12（多种不同材料的鞋底）等。

为了多维度地研究国际跑步鞋的专利技术领域分布，本研究又采用了德文特手工代码作为分类标准进行探讨。德温特手工代码[18]是德温特专利数据库的特色，由德温特标引人员进行分类标识。手工代码是按层次结构进行排列，其顶层为部，接下来是细分为具体类别的子部分。德文特手工代码总共有21个部的类别，国际跑步鞋涉及其中的11个，分别是A（塑料）、P（一般工程）、T（计算和控制）、X（电力工程）、W（通信）、S（仪器仪表、测量和测试）Q（车辆）、F（纺织物与造纸、纤维素）、H（石油）、U（半导体和电子电路）、D（食品、发酵、消毒剂、清洁剂）。其中，A12-C04、P22-A、P22-F03数量居前3位，另外A部的A12-F01、 A05-G01E、A04-G07、A05-F01E、A11-C01C，P部的P22-T01、 P22-T03、P22-F05、P22-T05，X部的 X27-A02B1B，T部的T01-J30D，F部的 F05-A04C也是申请数量较高的专利技术领域。

国际专利分类以应用分类和功能分类相结合，但侧重于功能分类，而德温特手工代码是以应用性分类为基础。结合以上2种专利分类方法，可以看出，国际跑步鞋技术设计立足于运动鞋的作用，功能上通过所用材料，加入电子科技，按鞋的各个组成部分分别展开设计。有学者的研究表明，在鞋的设计研发方面，鞋底的研究位列第一，鞋帮、鞋腿的研究仅次于鞋底的研究，然后是鞋的附件研究[19]。这与本次从国际专利分类角度进行分析的结果相一致。另外，国际跑步鞋专利的研发中心领域的鞋底设计，多数是围绕材质、功能、作用、结构、与鞋面的衔接等方面。研究显示，运动鞋的避震、能量输出、抓地性是其3大功能，也是人体工程学、材料学研究的重点[20]，本研究中的跑步鞋专利技术分类也反映了相似情况。

2.6 国际跑步鞋专利技术热点主题可视化分析

专利技术热点主题是对具有共性的专利技术进行高度归纳[21]。本研究利用citespace 5.0软件，选择“title”为聚类词来源，以“category”为聚类点类型，其他值均为系统默认值，生成国际跑步鞋专利技术热点图谱，如图4所示，其中289个节点，698条连线。节点代表专利技术，连线代表各专利技术之间的联系。由于是通过专利标题进行专利技术聚类，软件会产生“running shoe”“shoes”“footwear”与“鞋”意思相近的聚类，故要排除，最终国际跑步鞋前10个专利热点从高到低依次为：排水装置（water drain）、弹性装置（spring）、鞋跟的鞋环（stator pole shoe ring）、鞋面颜色变化（color change portion）、鞋子连接部分（connection part）、控制装置（control device）、支撑构件（support member）、避免鞋面塌陷的设计（rolling method avoiding surface defects）、鞋面动力传递装置、可装电子设备跑步鞋。通过对国际上跑步鞋专利技术的热点领域进行分析，可以掌握国际跑步鞋专利技术的涵盖领域，也可以预测未来技术的发展趋势，进而为研发机构提供跑步鞋研发方向的思路。

2.7 国际跑步鞋的核心专利分析

依据专利的被引频次可预见专利价值的相对高低，被引频次越高，专利价值越高，其核心地位越突出[22]。表6所列是被引频次超过65次的前20项核心专利分布情况，其中核心技术中，美国占了11项，说明美国不仅是拥有高产发明人最多的国家，还是拥有核心技术最多的国家。这些都奠定了美国在国际跑步鞋中的引领者的地位。随后是德国，它拥有4项。核心技术是企业产品技术平台，是产品平台的支撑，产品平台往往是众多核心技术的合成体，通过产品实现了核心技术的商业价值；因此，美国和德国凭借所拥有的核心专利技术奠定了它们在跑步鞋市场的高占有率。日本和比利时各有2个核心科技，澳大利亚拥有1项核心科技。在核心专利的发明权人中，有14项属于大型公司，另外6项属于个人。这说明跑步鞋专利技术发展虽以企业为主导，但个人能力也起到了一定的推动作用，如排名第1位的核心技术专利权人J.ALBRECHT，他本人就是路跑的爱好者，经常参加各种马拉松赛事，同时他的专业是计算机，对芯片设计有一定的专业基础。这提示了在跑步鞋专利设计中，一些个人凭借自己的路跑体会、设计专业基础及对设计的兴趣，进行着跑步鞋专利的设计研究，他们是跑步鞋科技发展不可或缺的力量；因此，大型跑步鞋设计团队也要关注某些个人的设计理念与思想。从核心技术分析，跑步鞋的电子产品占了6项，它们分别排名第1、3、5、6、9、18位。这些技术立足于跑步的科学性，对奔跑者在跑步过程中的跑步数据进行收集、整理、分析，最终通过终端反馈给跑者，让他们根据自己的运动目的，调整跑步的步幅、步频、脚掌落地姿势等。其次，是以跑者足部健康为出发点的设计，主要是立足于脚部的缓冲和稳定方面，第2、4、7、10、13、14、19、20项都体现了这样的理念，而其中的气垫支撑装置设计是许多品牌跑步鞋的基本技术之一。再次是出于美观的设计理念，例如第12、15、16项，通过纺织工艺、鞋面材质等来提高鞋的外观美感。另外，还有从提高跑步效率理念出发，例如第8、11、17项，通过鞋底各部分衔接和槽孔的动力传输，提高跑步速度。

3 结论

1）在1967—2016年的50年中，跑步鞋的專利研发数量一直呈增长趋势，特别是近10年，每5年的跑步鞋专利发明基本上以1倍的增量在发展。跑步鞋专利涉及17个学科领域，甚至有的跑步鞋专利设计包含了多个学科领域，表明了设计过程中学科的交叉融合。

2）高产的专利权人集中在美国、日本、中国、德国，其中美国的优势非常明显，在专利权人合作方面，各大型集团利用整体优势，加强集团下子公司的合作，促进本集团在跑步鞋专利技术研发领域的领先地位。高产发明人主要集中在美国、中国和德国，部分高产发明者之间会进行不同程度的合作，其中耐克集团的发明者组成了多个研发团队。另外，多数高产发明者供职于高产的知名公司，两者之间互相促进。

3）国际跑步鞋的专利热点主题主要是鞋的排水装置、弹性装置、鞋环支撑、鞋面颜色变化、鞋各部分的连接、控制装置等。在拥有核心技术国家方面，美国、德国、日本、比利时等国处于核心地位。核心技术以居于首位的可转换数据的电子芯片为代表，可穿戴系列电子设计在核心技术中占有很大比重，其次是以气垫支撑为代表的足部缓冲和稳定性设计，再次是外观美感和提高跑速的相关设计。跑步鞋的设计主要是立足于健康的理念，从多学科知识体系进行设计，借鉴当代科技的发展成果，同时跑步鞋研发针对不同跑步者的需求，注重跑步鞋舒适度的同时，也加入了提高跑速和美观、时尚的考量。

4）随着我国科学技术的不断进步，企业和个人的研发水平提高，研发和知识产权保护意识加强，我国跑步鞋专利研发已经在国际上逐渐崭露头角，高产发明专利权人与高产发明人方面均占有一席之地，但同时我国在跑步鞋的核心科技方面还与美国、德国、日本等存在一定差距，有待进一步提高。

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