形状記憶材料の特許状況分析

SMM には、形状記憶合金と形状記憶ポリマーの 2 つの主な種類があります。その構成、メカニズム、用途、および主要プレーヤー (当社の特許状況分析により特定) を以下にまとめます。

• 形状記憶合金 (SMA)

構成：
通常、ニッケルチタン (NiTi)、銅アルミニウムニッケル、銅亜鉛アルミニウムなどの金属合金から作られています。

機構：
SMA は、オーステナイトと呼ばれる高温相とマルテンサイトと呼ばれる低温相という 2 つの異なる結晶構造の間で可逆的な相変態を起こすことができます (下図、画像ソース)。

用途:
SMA は、以下を含む幅広い分野で使用されています。

• 医療機器（ステント、ガイドワイヤー）：
  • メドトロニックは、挿入時に圧縮し、所定の位置に留まった後は拡張して血管を支えることができる自己拡張型ステントに SMA を使用しています。
  • 歯科矯正の革新で有名なOrmco は、従来のブラケットやワイヤーから最先端の透明アライナーまで、さまざまな歯科矯正器具に SMA を組み込んでいます。
• ロボット工学:
  • SRI International は、 SMA を使用して形状を適応させ、物体の取り扱いを改善し、ロボット システムの汎用性を高めるロボット グリッパーを開発しました。
• 航空宇宙部品:
  • NASA は、宇宙船の展開可能な構造に SMA を統合し、ミッション中にコンポーネントがさまざまな条件に適応できるようにしています。
  • ボーイングは、燃料効率と操縦性を向上させるために調整するモーフィング翼設計などの航空機システムに SMA を活用しています。
• 家電：
  • Cambridge Mechatronics は、スマートフォンのカメラの光学式手ぶれ補正およびオートフォーカス システムに使用される SMA アクチュエーターを専門としており、さまざまなブランドで5,000 万台以上を出荷しています。
    

• 形状記憶ポリマー（SMP）

構成：
外部刺激によって元の形状に戻ることができるポリマーで作られています (下のボックスを参照)。

特許ランドスケープ分析は、技術の将来を予測するのに役立つなど、イノベーションに関する貴重な洞察を提供します。このパートでは、SMM におけるイノベーションの特許ランドスケープ分析から、これらの革新的なソリューションの背後にある主要な業界プレーヤーや主要な研究開発 (R&D) 市場など、これらの材料の次世代について何がわかるかを共有します。

方法論とデータベース

この技術におけるイノベーションと研究開発活動を理解するために、当社独自のIP インテリジェンス ソフトウェアを使用してマクロ検索を実行しました。IP IPコンサルティングサービスの専門知識を使用して収集された特許を分析することで、この分野の研究の進歩と投資に関する魅力的なグローバルな洞察を生み出すことができました。

合計すると、データベースには過去 20 年間に出願された 34,267 件の特許ファミリーが含まれています。

特許動向: 形状記憶材料に関する重要な調査結果

下のグラフが示すように、航空宇宙、自動車、ヘルスケアなどさまざまな業界でこの技術の需要が高まったことにより、2004年から2023年にかけてSMM特許出願数は明らかに増加傾向にあります。同様に、持続可能性とスマート材料の開発への注目が高まったことで、イノベーションが促進されました。

この動向は、20 年間にわたる SMM の特許の進化を示しています。特許付与件数のピークは 2020 年に 916 件で、2010 年の 534 件と比較して 71.5% の増加を示しています。

さらに、出願中の特許の数は2004年の147件から2020年の559件へと280%増​​加しており、継続的なイノベーションと強力な市場需要を裏付けています。

以下のグラフは、特許活動別に SMM 分野のトップ プレーヤーをリストしたものです。

上位5つは次のとおりです。

• (1) ハルビン工業大学（HIT）：中国の著名な研究大学であるHITは、SMM関連の特許活動をリードしており、231件の特許を取得しています。HITの研究者は、宇宙ミッションの信頼性とパフォーマンスを向上させる展開可能な構造物や適応コンポーネントなど、航空宇宙用途でのSMMの使用を研究してきました。彼らの研究には、SMMを利用したソフトロボットグリッパーの開発や、SMMの繊維への統合も含まれています。
  
• （2）GMグローバルテクノロジーオペレーションズ： GMは、取得済み特許（178件）に比べて失効特許（205件）の数が多い。GMは、機能性と性能を向上させるために、さまざまな車両部品に形状記憶合金（SMA）やポリマー（SMP）などのSMMを採用している。例としては、アダプティブコンポーネントやアクティブ車両表面への使用が挙げられる。
  
• (3) ボストン・サイエンティフィック・サイメッドと(4) メドトロニック:これらの企業は、特許のバランスの取れた配分で有名であり、取得済み特許数(それぞれ130件と142件)と出願中の特許数が多い一方で、失効した特許数(それぞれ84件と72件)も相当数あります。
  
  ボストン・サイエンティフィックの特許は、SMM に関連する幅広いイノベーションを網羅しており、その処理、組成、医療機器への応用、性能向上に重点を置いています。
  
  ほぼすべての形状記憶ポリマーを研究対象とする熱可塑性プラスチック研究のリーダーとして、メドトロニックは、ステント、アブレーション要素、耳小骨プロテーゼ、緑内障手術器具、縫合糸、椎間インプラント、心房シャントなど、幅広い医療用途で特許を保有しています。さらに、真空蒸着プロセスを使用してニッケルチタン (Ni-Ti) などの SMM の薄膜を基板上に蒸着し、マイクロアクチュエータを作成する方法も開発しました。
  
• （5）クックメディカル：医療機器の世界的リーダーであるクックメディカルは、SMMに関連する多数の取得済みおよび申請中の特許を保有しており、主に医療機器で使用するためのSMAとSMPの革新的な用途に重点を置いています。これには、内視鏡装置、アブレーション器具、および手術中に出血を効果的に止めるために形状記憶特性を利用する止血クリップとクランプが含まれます。

初年度の申請年別にデータを調べると（下の表を参照）、新しいプレーヤーがこの分野に参入するにつれて、この技術の焦点が変化していることがより明確になります。

これらには以下が含まれます:

• ケンブリッジ・メカトロニクスは、   2016 年に主要プレーヤーとして登場し始め、特許出願の急速な増加は 2020 年にピークに達し、その後も力強く継続しています。
• エドワーズ生命科学も、 2017年以降成長し始め、2017年と2018年には11件の特許を取得し、2023年には37件の特許を取得して活動がピークを迎えます。
• サムスンやLGなどの企業は、 2006年から2017年にかけて徐々に活動を拡大しており、これは家電部門がSMM技術への関与を深めていることを反映しています。

表が示すように、一部の企業は SMM の特許取得を停止または遅らせています。

• GM の関与は 2010 年にピークに達し、2012 年以降は劇的に減少し、2014 年以降は特許がほとんど取得されなくなりました。これは、戦略の転換または重要な研究開発段階の完了の可能性を示唆しています。
• クック氏の活動は2005年から2009年まで一貫していたが、この期間以降は特許取得が減少し、2010年以降はほとんど活動がなかった。
• パナソニックは2004年から2007年にかけて大きな存在感を示しましたが、2012年以降は特許取得活動はほとんど行われていません。

対照的に、次の項目についてはエンゲージメントが安定または増加しています。

• HIT では、特に 2017 年以降、特許取得活動が大幅に増加し、2022 年にピークを迎えることが予想されています。この成長パターンは、研究が継続的に拡大していることを示しており、中国の学術部門が将来の SMM 開発を牽引する可能性があります。
• 医療技術企業（メドトロニック、ボストン・サイエンティフィック）は、中国などの地域全体と比較すると、特許数では圧倒的に優位に立っているわけではありませんが、表の中では安定した存在感を維持しています。これは、SMM が医療用途に引き続き重点を置いていることを示唆しています。

優先国への出願は、研究開発が行われている国で最も頻繁に行われるため、このデータを見ると、どの国が最も革新的で、どの国が発明の保護に最も積極的に取り組んでいるかがわかります。

いくつかの技術分野は、SMM アプリケーションに特に関連していると思われます。

医療:赤で強調表示されているこのドメインは、医療分野の SMM に重点を置いていることを示しています。潜在的なアプリケーションには以下が含まれます。

• 制御された薬物送達や組織工学のための形状記憶機能を備えたステントとインプラント。
• 患者固有のニーズに適応する整形外科用デバイス。
• 精度を高めた低侵襲手術ツール。

材料、冶金学:この分野は、新しい SMM 材料の開発とその特性の改善に中核的な関心を示しています。研究の取り組みは、次のようなことに焦点を当てることができます。

• 望ましい形状記憶効果を得るための合金化と組成の最適化。
• SMM パフォーマンスを向上させる表面処理とコーティング。
• コスト効率が高くスケーラブルな SMM 製造プロセスの開発。

機械要素:この領域では、さまざまな機械部品における SMM の潜在的な用途を示唆しています。例としては、次のようなものが挙げられます。

• ロボット工学および自動化のための形状記憶アクチュエータ。
• 自己修復コンポーネントにより耐久性が向上し、メンテナンスの手間が軽減されます。
• 耐荷重能力を強化した適応構造。

その他の消費財:この分野は広範囲ですが、日常的な製品における SMM の可能性を示唆しています。考えられる用途としては、次のようなものがあります。

• 自動調整式の眼鏡や衣服。
• 形が変わる家具やおもちゃ。
• 機能性を強化したスマートな包装資材。

結論として、形状記憶材料 (SMM) 分野における当社の特許ランドスケープ分析では、2004 年から 2024 年にかけて明確な進化が見られました。

2004年から2012年にかけて特許は着実に増加し、2013年以降は特にヘルスケア分野で特許取得数が急増しました。メドトロニックやボストン・サイエンティフィックなどの企業が牽引する医療機器が引き続き主流を占めており、自動車部門（トヨタやGMなど）も重要な役割を果たしています。ケンブリッジ・メカトロニクスなどの企業の最近の台頭や、ハルビン工科大学などの機関からの一貫した学術的貢献は、この分野の発展における産業界と研究の両方の重要性を強調しています。

地理的に見ると、中国は主要なプレーヤーとして台頭しており、数百の企業がいくつかの関連特許を申請して特許申請で一貫してトップの座を占めている一方、米国と韓国は安定した関与を維持している。しかし、日本とドイツは近年衰退傾向にある。

家電や航空宇宙などの分野で SMM の存在が拡大していることは、これらの材料がより多用途になり、イノベーションにとって重要になっていることを示しています。同様に、ヘルスケアから自動車まで、複数の業界で SMM への関心と開発が続いていることから、これらの材料は今後も注目を集め続けることが予想されます。そのユニークな特性により、技術革新の推進に不可欠なものとなっており、継続的な特許活動は、将来の成長と新しい用途の可能性を浮き彫りにしています。

特許ランドスケープ分析は、研究とイノベーションのトレンドや市場に関する貴重な洞察を提供することができます。この SMM 分析がそれを証明してくれることを願っています。この分野の特許活動の詳細、またはその他のトピックに関する具体的なアドバイスやサポートについては、 Questel IPコンサルティングチームにお問い合わせください。