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作者:許博爾(2008-01-05);推薦:徐業良(2009-05-06)
附註:本文為元智大學燃料電池研究中心委託計畫結案報告。

「燃料電池專利技術探勘與專利佈局」計畫結案報告

1.     計畫背景

今日使用的能源,多為石油、煤、天然氣等石化能源(Fossil Energy)或具放射性之核能,多年來由於無限制的開採利用,不僅使全球存量面臨即將用罄的時刻,其能源轉換過程所產生的有形與無形廢棄物,更嚴重影響地球生態環境,因此開發無污染之新能源,如再生能源(或稱綠色能源)已成為世界各先進國家努力的目標。本計畫將配合元智大學燃料電池研究中心於「邁向頂尖大學」計畫中,協助進行燃料電池相關之專利技術探勘與專利佈局建議,以了解國際研究發展趨勢與產業應用需求,進而針對自身燃料電池技術進行研發方向擬定、整體技術發展規劃、與增加產業利用性。

目前元智大學燃料電池研究中心於燃料電池的技術發展,包括以下項目:

(1)   次世代高溫質子交換膜燃料電池

目前膜燃料電池技術中以質子交換膜燃料電池技術的應用層面最廣,但該技術尚有價格昂貴、續航力與耐久性不足等缺陷急待克服。同時,相較於低溫(<80)之操作情況,高溫操作的質子交換膜燃料電池具有高加速陰極動力速率、降低陽極CO觸媒毒化、減少陰極水氾濫、流道設計與水熱管理較容易等優點。若將低溫電池系統直接進行高溫操作,首先會面臨的問題是以過氟璜酸為材料之質子交換膜,在低溼度環境(因為操作環境為高溫)下將大幅降低離子導性,致使電池性能遠低於低溫。因此開發低濕或無濕環境之高離子導性膜材為首要關鍵,且膜電極組的備製技術也必須隨之調整,以確保電池長久穩定操作。

(2)   直接甲醇燃料電池

應用於3C產品與攜帶式電源器而言,主要技術為直接甲醇燃料電池(DMFC)。目前的主流研究重點與技術發展關鍵,包含:觸媒用量下降,高性能之膜電極組、高效率觸媒電極設計、膜材的甲醇穿透率、提升使用壽命、與操作穩定性。

(3)   高效率中溫型固態氧化物直接燃料電池

高溫型SOFC已臻成熟穩定階段,然僅有少數材料可於高溫(~1000)下長期運轉且價格昂貴,因此美國能源部於數年前即開始要求產官學界進行中溫(600~800)固態氧化物燃料電池相關技術之開發,並省略重組單元以直接碳氫燃料(如天然氣、柴油等)為方向,以落實USD$400/kW超低成本之終極目標。

傳統高溫型SOFC中溫環境下操作皆無益於相關材料之有效運轉。以電解質而言,中溫環境操作將導致離子導性下降之缺點,因此縮減厚度與開發中低溫型高離子導性新穎材料成為電解質之兩大研究方向。

(4)   高性能複合奈米碳管儲氫材料合成技術及高效率微型儲氫系統

雖然目前氫氣來源很多(例如天然氣、媒、石油等),取得的技術也相當成熟,但其儲存及運輸為主要技術瓶頸。未來儲氫合金之主流發展趨勢為在目前已開發出之即有合金材料上,研究設計新的合金組成,以及將儲氫材料奈米化,利用奈米材料具有極高的比表面積,來改進吸氫速率,特別是CNTs在儲氫方面的應用。

(5)   功能性微結構雙極板與微感測器先進製程

以替代性金屬材料、半導體及微機電製程等精密微細加工技術,針對微小型燃料電池及其內部微感測器進行設計與開發。其中,微感測器的開發使電池運作狀況的監測更為準確,配合其他應用(如加熱),則可有效提升整體燃料電池之操作效率,同時對於其壽命及效能的管理將更便利,並可取代現有部分的監測儀器。

本計劃分為兩年進行,第一年配合燃料電池中心之五大研發主題需求,藉由專利檢索與分析,進行相關專利資料的蒐集與整理,繪製該技術領域的統計圖表與該技術演進的族譜圖,以觀察整體產業發展情形,同時概略性地了解他人相關技術之發展內容。第二年則以了解其他研發單位的技術佈局(technology focus),導入專利管理的手法來規劃燃料電池中心研發成果之專利申請與佈局策略,並協助掌握該技術領域內主要研究對手之研發技術歷程與重點研發項目。

2.     計畫目標

本計畫分成兩個階段執行,預計以兩年的時間針對燃料電池及其關鍵零組件之技術及其應用,由專利檢索與分析的角度出發,透過該項技術領域的相關統計圖表來觀察整體產業發展情形,以協助後續研發與專利申請∕佈局之參考,具體工作流程如圖1所示。

1. 計畫執行流程

第一階段

本計劃的第一階段主要針對燃料電池研究中心的微感測器、金屬雙極板、固態氧化物燃料電池、矽氧烷無機粒子質子交換複合膜、與水熱管理等相關技術,進行專利檢索與分析,圖2為其詳細執行流程。該年度所得成果以專利地圖中的「專利管理圖(Patent Management Map)」與「專利技術資訊圖(Patent Technology Map)」為主要呈現內容,其具體項目如表1所示。專利管理圖是以鳥瞰的方式針對相關領域之歷年專利產出情形、各國專利佔有比例、公司定位綜合分析等資訊,進行統計上的分析,以協助規劃研發策略、市場定位、與研發資源分配等經營面的制定。專利技術資訊圖則針對所關心之技術,分析其研發方向、研發內容、與技術擴展情形等資訊進行評估,以協助研發人員評估其研發主軸與技術領域的投入與否。其執行成果將於下一節進行說明。

2. 專利檢索與分析之執行流程

1. 專利地圖說明

專利圖表

地圖製作例

主要傳達之資訊與目的

專利管理圖

專利技術生命週期

歷年專利趨勢圖

國家別分析

競爭公司分析

專利引證率分析

衡量專利技術所處狀態,預測未來技術興衰

歷年專利產出發展情形

判別主導該技術國家

判別主導該技術之重要企業或研究機構

找出該領域內之核心技術專利

專利技術資訊圖

IPCUPC分析

技術功效矩陣表

掌握該領域內之主要技術之發展與趨勢

開發領域的選定與技術評估,尋找技術切入點

提供後續專利申請與佈局參考

第二階段

而計畫的第二階段則延續第一年的計畫執行成果,並視各技術領域需求,以進一步的專利管理手法,規劃燃料電池研究中心於整體燃料電池技術研發成果的專利申請與佈局策略。專利管理包括專利的「產出管理」與「運用管理」,所謂「產出管理」係指有效運用研發團隊(或公司)內部及外部的資源以產製專利;而「運用管理」則指運用自身的專利來防止他人侵權,或以自身專利與他人進行專利的交互授權等。專利佈局即是在某個特定技術領域或是產業,根據市場狀況與技術發展策略所擬定的專利組合策略,其功用除可藉由專利申請排除競爭公司進入該領域外,另可當成交互授權或是共同開發的談判籌碼。

3.     第一階段專利檢索與分析執行成果

本項計畫第一年度所進行的專利檢索地區定為美國之專利資料。重視全球市場的企業,在規劃其專利佈局時,皆會投入技術較為先進、市場需求性高的美國,因此美國專利資料庫收納全球最重要、完整的專利資料,藉由此區專利資料的檢索與研究,可使本計畫之專利分析成果同時掌握廣度與深度、即時性、與發展性。以下即針對微感測器、金屬雙極板、固態氧化物燃料電池、矽氧烷無機粒子質子交換複合膜、與水熱管理,進行專利檢索與分析成果說明。

3.1  微感測器

利用關鍵字“sensor”與國際專利分類號“H01M8,於美國專利資料庫USPTO中的專利摘要(Abstract)進行專利檢索,並經由人工篩選後得到微感測器技術之美國公告專利共計165件,後續分析皆以已確認之美國公告專利為專利分析範圍。以下即針對此165件,微感測器技術之美國公告專利製作專利管理圖表。圖3為微感測器技術歷年專利件數分佈,其中橫軸為申請日與公告日之時間軸,縱軸為專利件數。圖中藍色線代表以專利申請日分析,藉由申請日作分析,可以瞭解技術的萌芽時間;暗紅色線代表以專利公開日作分析,藉由公開日作分析可以得知最新的發展現況。

3. 微感測器技術歷年專利件數

微感測器技術專利申請從1976年開始,1976~1999年間,專利申請數呈零星的狀況;但在2000年、2001年、與2002年間,為申請量最多且成長較高的三年,申請量最高達30件;而從2002年後,申請量又開始逐漸萎縮,2005年的申請量僅剩3件的水準,惟2006年以後申請案件許多尚未核准公告,因此無法被檢索出來。

微感測器技術專利公告件數的趨勢與申請趨勢相當(約晚2~3年),2002年前的專利公告數量較少,最多為1980年與1981年的7件公告;但在2002年後,專利公告的數量持續地穩定成長,其中又以2004年的23件相關專利被公告為最高峰。

4與表2說明專利技術生命週期圖之意義,比對專利件數與專利權人數,可以推論此專利技術是處於萌芽期、成長期、成熟期、或技術瓶頸期。圖5為微感測器技術生命週期圖(以三年為計算單位),比對圖4與圖5,微感測器專利技術於1997年開始,專利數量與專利權人數開始急遽增加,顯示此技術仍處於技術成長期,惟後續趨勢是否會繼續成長仍有待觀察。

4. 技術生命週期圖示

2. 技術生命週期圖簡介

階段

階段名稱

代表意義

第一階段

技術萌芽

廠商投入意願低,專利申請件數與專利權人數皆少

第二階段

技術成長

產業技術有突破或廠商對於市場價值有了認知,競相投入發展,專利申請量與專利權人數急遽上升

第三階段

技術成熟

廠商投資於研發的資源不再擴張,只剩少數繼續發展此類技術,且其他廠商進入此市場意願低,專利申請量與專利權人數成長逐漸減緩

第四、五階段

技術瓶頸

產業技術研發遇瓶頸難以突破或此類產業已過於成熟,專利申請量與專利權人數呈現負成長

\\140.138.138.110\upload\Sam\未命名.JPG

5. 微感測器專利技術生命週期圖

3為利用專利件數、活動年期、發明人數、以及平均專利年齡等競爭指標,分析重要公司投入微感測器技術發展狀況,藉以顯示競爭公司之投入資源及有效掌握競爭環境之重要資訊。

3. 相對研發能力前5名競爭公司之研發詳細數據

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

自我引證次數

被其他人引證次數

總引證次數

引證率

技術獨立性

Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha

9

5

10

9

1

28

29

3.222

0.034

General Motors Corporation

21

8

49

10

4

14

18

0.857

0.222

Ballard Power System, Inc.

13

5

30

6

3

4

7

0.538

0.429

Bendix Autolite Corporation

5

3

7

29

2

9

11

2.2

0.182

Nissan Motor Company, Limited

12

6

16

10

3

1

4

0.333

0.75

註:引證率及技術獨立性之平均值分別為 0.50.09

由表3可以得知General Motors Corporation公司專利件數21件,活動年期8年、發明人數49位,顯示該公司投入相當之研發資源於微感測器上,其平均專利年齡10年,仍具有相當的保護期限可供其策略佈局與持續研發上。而由整體引證次數(自我引證4次、被他人引證次數為14次),可得知該公司已具有相當的研發品質。

General Motors Corporation公司相似的是Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha公司,其專利件數9件,活動年期5年、發明人數10位,平均專利年齡9年。而該公司之引證率為3.222、技術獨立性0.034,顯示Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha公司於此領域的研發品質頗佳,且因技術獨立性遠高於平均值,表示其技術內容與市場技術有相當之差異性。

4列出微感測器專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容,可以得知H01M8/04H01M8/12H01M8/00三項分類為微感測器專利的重點領域,其中又以H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)專利件數明顯較多。

4. 微感測器專利五階IPC分析前5名的技術分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件數

H01M8/04

輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者

81

H01M8/12

高溫工作者,例如具有穩定ZrO2電解質者

32

H01M8/00

燃料電池;及其製造

25

H01M8/10

固體電解質之燃料電池

8

C04B35/48

以鋯或鉿氧化物或鋯酸鹽或鉿酸鹽為基料者

8

6為競爭公司重要IPC專利件次分析,圖中顯示相對研發能力前五名之重要公司在上述主要五階IPC專利五項分類的專利分布情形。大部分重要競爭公司皆於H01M8/04分類中進行發展,其中以Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha公司位居領先地位,而巴拉德動力公司則居次。但在H01M8/00分類中,巴拉德動力公司明顯處於領先地位,值得注意的是所有重要競爭公司,皆對H01M8/10C04B35/48分類無所涉獵。

6. 競爭公司重要IPC專利件次分析

此部分完成了微感測器技術領域之美國公告專利檢索與分析,並繪製完成基本管理圖表。其重要競爭公司為日本的Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha公司、美國的General Motors Corporation公司與加拿大的巴拉德動力公司。以應用領域而言,經由五階IPC分類分析可發現,H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)為本研究之技術密集區(81件次),其次為H01M8/12(燃料電池及其製造方式中具有固體且穩定ZrO2電解質者)有32件次。

3.2  金屬雙極板

利用關鍵字“bipolar”“electrode”“flow field”、與“metal”,在USPTO中的專利摘要與專利申請範圍進行檢索,得到共計1508件相關專利,後續分析皆以已確認之美國公告專利為專利分析範圍。以下即針對此1508件,金屬雙極板技術之美國公告專利製作專利管理圖表。

7為燃料電池雙極板技術歷年專利件數分佈,燃料電池雙極板技術專利申請從1977年開始,到1984年間,期間只有零星的申請案,該年後一直呈現大幅度的成長,並於後2001年達到申請量的最高峰210件,隔年並依舊保有205件的申請數量。惟2004年以後申請案件許多尚未核准公告,因此無法被檢索出來。

燃料電池雙極板技術專利公告件數的趨勢與申請趨勢相當(約晚2~3年),自1979年起,整體專利公告數趨勢呈大幅度的成長,2005年為公告數的高峰,共有184件。

1

7. 燃料電池雙極板技術歷年專利件數

4與表2說明專利技術生命週期圖之意義,比對專利件數與專利權人數,可以推論此專利技術是處於萌芽期、成長期、成熟期、或技術瓶頸期。圖8為燃料電池雙極板技術生命週期圖(以三年為計算單位),比對圖4與圖8,燃料電池雙極板專利技術截至目前為止仍處於成長的階段,惟後續趨勢是否會繼續成長仍有待觀察。

未命名

5. 燃料電池雙極板技術生命週期圖

5為利用專利件數、活動年期、發明人數、以及平均專利年齡等競爭指標,分析重要公司投入燃料電池雙極板之技術發展狀況,藉以顯示競爭公司之投入資源及有效掌握競爭環境之重要資訊。

觀察投入燃料電池雙極板技術之重要公司專利詳細資料表(表5),可得知在本專利技術相關領域中,以「Ballard Power Systems Inc.(巴拉德動力)」公司專利之相關引證量最多(其中自我引證次數37次,被其他人引證次數141),高達178次,同時其引證率與技術獨立性亦高於平均值甚多,顯示其研發品質良好;而其專利件數共有47件,為重要競爭公司中次多的專利產出公司,且該公司的專利活動年期有12年,發明人數為最高的111位,顯示此公司投入相當的資源於雙極板的相關技術上,配合其平均專利年齡可以發現該公司除了質與量並重外,其專利的平均年齡為7年,為中期的專利。

Westinghouse Electric Corporation(西屋)」公司之專利產出共計26件,專利活動年期有11年,投入之發明人數達30位,平均專利年齡15年,屬於較早期的專

利,雖然上述相關研發數據並無大幅領先其他公司,但其引證率為所有競爭公司中最高者,且自我引證次數16次,被其他人引證次數154次,總引證次數達170次,顯示該公司的技術値得他人參考。

Mitsubishi Materials Corporation(三菱材料)」公司之專利產出共計44件,專利產出數量位居第三,專利活動年期有16年,投入之發明人數91位。該公司的平均專利年齡12年,屬於中期的專利。該公司的44件專利被引證總次數達121次(其中自我引證次數19次,被其他人引證次數102次),引證率為2.75,高於本研究平均引證率1.82,顯示該群專利品質不錯;技術獨立性則為0.157,亦高於本研究平均技術獨立性0.05,表示其研發之技術具獨立性,與市場技術差異性大。

5. 重要競爭公司相對研發能力詳細數據

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

自我引證次數

被其他人引證次數

總引證次數

引證率

技術獨立性

Ballard Power Systems Corporation

47

12

111

7

37

141

178

3.76

0.209

Westinghouse Electric Corporation

26

11

30

15

16

154

170

6.53

0.094

Mitsubishi Materials Corporation

44

16

91

12

19

102

121

2.75

0.157

International Fuel Cell Corporation

31

12

42

16

11

115

126

4.06

0.087

NGK Insulators, Ltd.

33

6

20

14

10

92

93

3.91

0.098

California Institute of Technology

26

9

31

8

8

81

89

3.385

0.09

The Regents of the University of California Office of Technology Transfer

22

8

29

6

6

82

88

3.95

0.069

General Motors Corporation

18

8

36

6

36

60

96

5.33

0.375

Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha

58

8

97

5

11

35

46

0.793

0.239

The Dow Chemical Company

18

8

15

12

15

65

80

4.44

0.188

註:引證率及技術獨立性之平均值分別為1.820.05

6列出燃料電池雙極板專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容,可以得知H01M8/10H01M8/04H01M4/86H01M8/02、與H01M8/12此五項分類為燃料電池雙極板專利的重點領域,其中又以H01M8/10(固體電解質之燃料電池)專利件數明顯較多。

6. 燃料電池雙極板專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件數

H01M8/10

固體電解質之燃料電池

333

H01M8/04

輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者

251

H01M4/86

用催化劑活化之惰性電極,例如用於燃料電池

173

H01M8/02

零部件

109

H01M8/12

高溫工作者,例如具有穩定ZrO2電解質者

97

藉由競爭競爭公司重要IPC專利件次分析,可瞭解各國(各公司)之技術差異性與研發重點方向。圖9為競爭公司重要IPC專利件次分析,圖中顯示相對研發能力較為優異的公司在重要五階IPC的分布情形。絕大部分的公司的專利皆在H01M8/10(固體電解質之燃料電池)H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)此兩項分類技術上多所著墨;而巴拉德動力公司所發展的技術除H01M8/12(高溫工作者,例如具有穩定ZrO2電解質者)外,發展較為平均。三菱材料公司則較集中於H01M8/10(固體電解質之燃料電池)技術上。

6

9. 主要競爭公司重要IPC專利件次分析

此部分完成了燃料電池雙極板技術之美國公告專利檢索與分析,並繪製完成基本管理圖表。燃料電池雙極板技術中,重要競爭公司為加拿大的巴拉德動力公司、美國的西屋公司與日本的三菱材料公司。以應用領域而言,經由五階IPC專利分類分析可發現燃料電池雙極板專利技術重點呈現四路並進的趨勢,即固體電解質之燃料電池、輔助裝置或方法、用催化劑活化之惰性電極與零部件共四項技術為目前發展較為明顯的主流技術。

3.3  固態氧化物燃料電池

“solid oxide fuel cell”“SOFC”為固態氧化物燃料電池的主要關鍵字,同時配合國際專利分類號“H01M”,在USPTO中的專利名稱(Title)、摘要(Abstract)與專利申請範圍(Claim)中檢索,檢索日期至2006824止,得到SOFC之美國公告專利共計503件,後續分析皆以已確認之美國公告專利為專利分析範圍。

10SOFC歷年專利分佈,由圖可知SOFC專利申請件數自1996年開始穩定成長,2001年申請件數達66件,藉由申請日與公告日的比對可以看出,SOFC專利與一般專利相似,其申請時間與核准公告時間約有3年的差距。SOFC專利核准件數則每年持續增加,2003~2005年每年至少核准41件,而在2005年之核准件數也達34件。

10. 固態氧化物燃料電池歷年專利件數分佈

11SOFC專利技術生命週期圖(以三年為計算單位),由該圖能夠得知SOFC專利技術仍處於技術成長期。

11. SOFC專利技術生命週期圖

7為利用專利件數、活動年期、發明人數、以及平均專利年齡等競爭指標,分析重要公司投入SOFC之技術發展狀況,藉以顯示競爭公司之投入資源及有效掌握競爭環境之重要資訊。

7. 相對研發能力前5名競爭公司之研發詳細數據

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

自我引證次數

被其他人引證次數

總引證次數

引證率

技術獨立性

Siemens Westinghouse Power Corporation

91

21

80

13

402

347

749

8.231

0.537

The United States Department of Energy

22

12

32

15

15

157

172

7.818

0.087

NGK Insulators, Ltd.

27

6

20

14

6

97

103

3.815

0.058

Allied Signal Inc.

20

10

23

12

25

90

115

5.75

0.217

Delphi Technologies, Inc.

31

5

56

5

96

4

100

3.226

0.96

Gas Research Institute, Inc.

13

7

17

11

0

56

56

4.308

0

Hsu; Michael S.

6

5

1

18

8

53

61

10.17

0.131

The Dow Chemical Company

10

4

3

8

2

43

45

4.5

0.044

Northwestern University

7

6

5

9

3

36

39

5.571

0.077

Massachusetts Institute of Technology

5

4

8

19

0

38

38

7.6

0

Ceramatec, Inc.

5

3

6

13

1

36

37

7.4

0.027

註:引證率及技術獨立性之平均值分別為2.070.07

觀察投入SOFC技術之重要公司專利詳細資料表(表7),可得知在本專利技術相關領域中,以Siemens Westinghouse Power Corporation(西門子西屋動力公司)專利之產出最多(91件),佔專利總數之18%,為投入SOFC專利技術研發最活躍的公司。該公司係由德國西門子 (Siemens AG)公司1997年底併購美國西屋電氣公司(Westinghouse Electric Corporation) 發電事業部門在北美所成立,同時其研發重點從平板式SOFC轉向圓管式SOFC技術之開發。

Siemens Westinghouse Power Corporation公司在SOFC之技術研發共計有21個活動年期,投入之發明人高達80位,也是投入研發團隊最多的公司;平均專利年齡13年,多為中、長期專利,顯示對此產業耕耘已久。在技術研發能力方面,Siemens Westinghouse Power Corporation公司91件專利被引證總次數高達749次(其中自我引證次數402次,被其他人引證次數347次),引證率為8.231,高於本研究平均引證率2.07甚多;技術獨立性則為0.537,亦高於本研究平均技術獨立性0.07甚多,表示其研發之技術較具獨立性,與市場技術差異性較大。由該公司積極投入本產業技術之發展,可以預測Siemens Westinghouse Power Corporation公司對SOFC技術發展極具企圖心,是未來投入本技術研發者不可輕忽之重要競爭對象。

美國能源部(The United States Department of Energy, DOE)之專利產出共計22件,專利產出數量位居第四,專利活動年期有12年,投入之發明人數達32位,平均專利年齡15年,與Siemens Westinghouse Power Corporation公司同屬為中、長期專利。在技術研發能力方面,DOE22件專利被引證總次數達172次(其中自我引證次數15次,被其他人引證次數156次),引證率為7.8,高於本研究平均引證率2.07甚多;技術獨立性則為0.087,亦高於本研究平均技術獨立性0.07,表示其研發之技術獨立性與市場技術差異性較大。

另外值得注意的公司包括Delphi Technologies, Inc.,雖然專利件數不多(31件),但其平均專利年齡相當年輕(5年),多為近期專利;同時技術獨立性高達0.96,顯示其技術研發內容與市場現有技術差異性相當高,值得詳細研究其所屬專利。Hsu; Michael S.為獨立發明人,專利件數不多(6件),但其專利被引證總次數達61次(其中自我引證次數8次,被其他人引證次數53次),引證率高達10.17,顯示其專利品質相當高,亦值得詳細研究其所屬專利。Ceramatec, Inc.(美國精密陶瓷研究發展部門),專利件數不多(5件),但其專利被引證總次數達37次(其中自我引證次數1次,被其他人引證次數36次),引證率高達7.4,顯示其技術研發品質不錯,值得研讀其所屬專利。

8列出SOFC專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容,可以得知H01M8/10H01M8/12H01M8/4等四項分類為SOFC專利的重點領域,其中又以H01M8/10(燃料電池其製造方式中之固體電解質燃料電池)、H01M8/12(燃料電池及其製造方式中具有固體且穩定ZrO2電解質者)專利件數明顯較多。

8. SOFC專利五階IPC分析前5名的技術分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件數

H01M8/10

燃料電池及其製造方式中之固體電解質燃料電池

156

H01M8/12

燃料電池及其製造方式中具有固體且穩定ZrO2電解質者

93

H01M8/4

燃料電池及其製造方式中之輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者

73

H01M8/00

燃料電池及其製造方式

33

H01M8/06

燃料電池與製造反應劑或處理殘物裝置的結合

31

12為競爭公司重要IPC專利件次分析,圖中顯示相對研發能力前九名之重要公司在上述主要五階IPC專利五項分類的專利分布情形。Siemens Westinghouse Power Corporation公司在H01M8/10H01M8/12此兩項分類之研發成果大幅度領先其他公司,顯示其研發較集中於SOFC整體構造之設計,相關專利分別各有34件與26件。DOE在主要五階IPC分類中,較集中於H01M8/10此項技術,而H01M8/6的研究成果較少。NGK的研究成果表現於H01M8/10H01M8/12項分類,經瀏覽該公司之專利發現其技術主題多集中於金屬陶瓷電極之研發。近年來專利數量產出快速的Delphi Technologies公司,其專利技術之產出內容有別於上述公司,較集中於H01M8/4之研發,且領先其餘公司。

12. 競爭公司重要IPC專利件次分析

此部分完成了SOFC技術領域之美國公告專利檢索與分析,並繪製完成基本管理圖表。其重要競爭公司為美國的Siemens Westinghouse Power Corporation公司、美國的DOE與日本的NGK。以應用領域而言,經由五階IPC分類分析可發現,H01M8/10(燃料電池及其製造方式中之固體電解質燃料電池)為本研究之技術密集區(156件次),其次為H01M8/12(燃料電池及其製造方式中具有固體且穩定ZrO2電解質者)有93件次。

3.4  矽氧烷無機粒子質子交換複合膜

在矽氧烷無機粒子質子交換複合膜的技術領域中,"membrane""direct methanol fuel cell"等詞彙為描繪為感測器時最常使用的英文名稱,因此本研究將以這兩組關鍵字及其他相關變化詞,在專利摘要(Abstract)、專利申請範圍(Claim)中檢索,檢索日期至2007227止。

13為矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術歷年專利件數分佈。矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術最早一篇專利申請於1999年,初步分析其書目資料,可發現該專利名稱為Membranes containing sulfonated polyetherketone and another polymer, method for the production and use thereof,專利權人為德國的Celanese Ventures GmbH。檢視此篇專利可以發現,其技術目標為質子交換膜中鍍膜的方法與製程,該技術利用sulfonated polyetherketone等聚合物鍍在質子交換膜上,促進其效率。藉由申請日與公告日的比對,可發現矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術專利之申請時間與核准公告時間約有4~5年的差距,時間較一般專利為長,所有公告件數皆集中在2005年與2006年。

13. 矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術歷年專利件數分佈

9為矽氧烷無機粒子質子交換複合膜專利技術所屬國件數分析表。由表x可看出,投入矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術發展並在美國獲得專利之國家共有6國,總專利件數27件,專利權人共28位,其中美國所獲得專利件數佔總專利件數之60%,是投入研發矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術重要國家之ㄧ。

9. 專利所屬國件數分析表

所屬國

專利所屬國(中)

專利件數

專利權人數

件數百分比

US

美國

15

15

60%

DE

德國

8

9

32%

KR

南韓

1

1

4%

JP

日本

1

1

4%

FR

法國

1

1

4%

CA

加拿大

1

1

4%

合計

27

28

100%

10列出二階UPC分析前三名的技術分類及內容,可以得知燃料電池中,固態電解質其組成、與離子交換膜之薄膜或製造的準備,此三項分類為矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術專利的重點領域。

10. 矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術專利主要UPC二階分類及內容

UPC分類

技術分類意義

專利件數

429/33

燃料電池中,固態電解質其組成

13

429/30

電流產生裝置中,燃料電池電氣特性輸出的決定

8

521/27

離子交換膜之薄膜或製造的準備

7

此部分完成了矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術之美國公告專利檢索與分析,並繪製完成專利管理圖表。矽氧烷無機粒子質子交換複合膜技術專利件數前兩名國家為美國與德國,合計佔總件數之92%(美國佔全體專利件數之60%)。以應用領域而言,經由二階UPC專利分類分析可發現,429/33燃料電池中,固態電解質其組成)、521/27離子交換膜之薄膜或製造的準備)和429/30電流產生裝置中,燃料電池電氣特性輸出的決定)為本研究之技術發展較多的領域。

3.5  水熱管理

在燃料電池水熱管理的技術領域中,”thermal”“humidify”“proton exchange membrane””flow field”以及“diffuse”等詞彙為描繪燃料電池水熱管理時較常使用的關鍵字,因此本研究將以這5組關鍵字及其他相關變化詞,在美國專利資料庫USPTO中的專利摘要(Abstract)、習知技術與發明概要(SPEC)與專利申請範圍(Claim)中檢索,檢索日期至2006921止,得到燃料電池水熱管理技術之美國公告專利共計407件,後續分析皆以已確認之美國公告專利為專利分析範圍。

14為燃料電池水熱管理技術歷年專利件數分佈。燃料電池水熱管理技術專利申請從1976年開始,1977~1994年間,專利申請數於這段期間內穩定且維持少量的發展,其中1989年申請數量達9件。1995年開始,專利申請數量開始逐漸成長,每年至少有10件以上的專利申請,其中2001年更有高達65件的申請數量。

燃料電池水熱管理技術專利公告件數的趨勢與申請趨勢相當(約晚2~3年),1976~1996年間專利公告數量較少,這段期間的專利公告基本上是屬於一個穩定的狀態,平均每年有2件的專利被核准公告。直至2000年專利公告數量開始大幅提升,2000年公告件數達33件,其後每年的公告件數皆達14件以上,2004年更有61篇的專利公告,而2005年也有80件專利被公告。

14. 燃料電池水熱管理歷年專利件數分佈

11為利用專利件數、活動年期、發明人數、以及平均專利年齡等競爭指標。觀察投入燃料電池水熱管理技術之重要公司專利詳細資料表(表11),可得知在本專利技術相關領域中,以International Fuel Cell Corporation公司專利之產出最多(24件),佔專利總數之5.89%,為發展燃料電池水熱管理技術專利技術研發最活躍的公司之ㄧ。

International Fuel Cell Corporation公司之專利產出共計24件,專利出產量高居第一,專利活動年期有10年,投入之發名人數43位,在本研究中其投入之研發人員數位居第一,且其專利平均年齡為7年,屬於中期專利,而總引證次數為最高的124(其中自我引證次數25次,被其他人引證次99次),引證率為5.167,遠高於本研究平均引證率0.78甚多,顯示該群專利極有可能為所謂的核心技術專利;技術獨立性則為0.202,高於本研究平均技術獨立性0.04,表示該公司技術研發方向與其他市場研發方向差異性頗大。

巴拉德動力公司之專利產出共計22件,專利產出數量居於第二,專利活動年期有10年,投入之發明人數達43位,為目前投入較多資源研發此技術之公司之一,平均專利年齡7年,屬於早期的專利。在技術研發能力方面,巴拉德動力公司的22件專利被引證總次數高達47次(其中自我引證次數12次,被其他人引證次數35次),引證率為2.136,遠高於本研究平均引證率0.78甚多;技術獨立性則為0.255,高於本研究平均技術獨立性0.04,表示該公司技術研發內容與其他競爭公司的技術有較明顯的差異。

California Instituite of Technology公司其專利件數共6件,活動年期5年,發明人數10位,專利年齡為8年,亦屬於早期的專利;而在技術研發能力上,California Instituite of Technology公司6件專利被引證總次數達32次(其中自我引證次數4次,被其他人引證次數28次),引證率為5.333,高於平均引證率0.78;技術獨立性則為0.125遠高於平均值的0.04,這兩項數値顯示California Instituite of Technology充分利用其學術上的資源,研發出相當不錯的專利技術。

H Power Corp公司之專利產出共計6件,專利產出數量雖不多,但專利活動年期4年,投入之發明人數10位。該公司的平均專利年齡10年,屬於中期的專利。該公司的6件專利被引證總次數17次(其中自我引證次數2次,被其他人引證次數15次),引證率為2.833,高於本研究平均引證率0.78;技術獨立性則為0.118,高於本研究平均技術獨立性0.04為表列機構中排名第四,表示其研發之技術與市場主流技術差異性大;以上數據雖非名列前茅,卻可顯示該公司投入燃料電池水熱管理術發展之快速與具有進展。

11. 重要競爭公司相對研發能力詳細數據

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

自我引證次數

被其他人引證次數

總引證次數

引證率

技術獨立性

International Fuel Cell Corporation

24

8

39

10

25

99

124

5.167

0.202

Ballard Power Systems AG

22

10

43

7

12

35

47

2.136

0.255

California Instituite of Technology

6

5

10

8

4

28

32

5.333

0.125

H Power Corp.

6

4

10

10

2

15

17

2.833

0.118

Siemens AG

6

4

19

12

0

16

16

2.667

0.000

註:引證率及技術獨立性之平均值分別為 0.780.04

12列出燃料電池水熱管理技術專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容,可以得知H01M8/00H01M8/02H01M8/04H01M8/10H01M2/00此五項分類為燃料電池水熱管理技術專利的重點領域,其中又以H01M8/04(燃料電的輔助裝置或方法,以及其製造。例如用於壓力控制者,用於流體循環者)專利件數較多一些。

12. 燃料電池水熱管理技術專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件次

H01M8/04

燃料電的輔助裝置或方法,以及其製造。例如用於壓力控制者,用於流體循環者

123

H01M8/10

固態電解質的燃料電池,及以其製造

81

H01M2/00

將化學能直接轉換成電能的裝中,非活性部件之結構零部件或製造方法

37

H01M8/00

燃料電池;及其製造

29

H01M8/02

燃料電池的零部件及其製造

28

15為競爭公司重要IPC專利件次分析,圖中顯示相對研發能力較為優異的公司在重要五階IPC的分布情形。巴拉德動力公司的專利技術有12件次座落於H01M8/046件座落於H01M8/10;而相對研發能力最高的International Fuel Cell Corporation公司,所著重的技術類別同為H01M8/04(共11件次H01M8/10(共5件次;而UTC Fuel Cells, LLC公司則是著重在H01M8/04以及H01M8/00 的技術發展。整體而言,巴拉德動力公司在這五項技術領域中均呈現領先的態勢。

15. 主要競爭公司重要IPC專利件次分析

此部分完成了燃料電池水熱管理技術領域之美國公告專利檢索與分析,並繪製完成基本管理圖表。在燃料電池水熱管理技術中,重要競爭公司為美國的International Fuel Cell Corporation公司與加拿大的巴拉德動力公司。以應用領域而言,經由五階IPC分類分析可發現,H01M8/04燃料電的輔助裝置或方法,以及其製造。例如用於壓力控制者,用於流體循環者)為本研究之技術密集區(123件次),其次為H01M8/10固態電解質的燃料電池,及以其製造)有81件次。

4. 第二階段專利申請與佈局建議

當各分項計劃研發成果初步產生之後,本階段即導入專利管理的手法來規劃整體燃料電池技術的專利申請與佈局策略。專利管理大致可依具體的實行步驟分為四個階段,分別為專利申請階段、專利資訊管理階段、專利分析階段、與專利佈局階段。其中專利申請與專利資訊管理階段皆為專利產出管理的範疇;而專利分析與專利佈局階段則屬於專利運用管理的範圍。以下將針專利申請建議與專利佈局建議進行說明。

4.1 專利申請建議

專利申請為專利管理的第一步,其工作重點包含專利資訊的搜集與整理以及擬訂專利申請策略。搜集專利資訊的目的,在於確實了解該項產品或技術領域的先前專利全盤概況,藉此掌握最新技術發展動態,如本計畫第一階段之執行成果。在蒐集足夠的專利資訊後,應針對該產品或技術擬定專利申請策略。專利申請的策略可因本身規模與專利申請目的不同,而有所不同,針對於元智大學燃料電池研究中心之營運方式與其掌握之資源,專利申請策略將包含兩個面向,分別是研究者與發明人的專利策略(patent strategy for researcher and inventor)與中型規模公司的專利策略(patent strategy for small to medium business)

在研究者與發明人的部分,主要是因應此面向之申請案常就特定的研發成果進行專利申請,因此申請策略的思考重點是專利申請與否以及如何讓個別的專利獲准。而從燃料電池研究中心的角度,專利申請策略所思考的重點,是在如何申請一系列的專利案以及如何與大公司或其他研究機構進行競爭或合作,加上其資源有限,所以可選擇中型規模公司的專利策略。

專利申請的策略除了上述的建議外,同時又需配合該專利技術所處的「技術生命週期」位置,在「技術萌芽期」、「技術成長期」、或「技術成熟期」中,其申請的策略上又有所不同。若該項專利是一種新興技術,尚處於技術萌芽期,則專利應多申請,尤其在申請專利範圍(claim)方面應儘量放大,使專利能先卡位在最有利的位置。若是處於技術成長期,則應儘量尋求核心技術之改良(迴避設計)及調查清楚當前他人的專利技術發展情況,以避免重複研發或誤踩專利地雷。若是已經處於技術成熟期時,除尋求核心技術之改良及調查清楚當前他人的專利技術發展情況之外,應儘快尋求新的替代技術。在了解各專利技術於技術生命週期不同時,所採取的不同策略後,接下來即進行本階段核心工作之介紹。

4.2 專利佈局建議

如前所述,專利申請應有系統地匯集各項研發技術,以逐漸形成重要相關技術之專利組合(patent portfolio)。本階段計畫乃針對各領域之需求,配合上一階段所完成之專利檢索與分析,進行重要競爭對手或技術領先者的專利技術佈局了解,同時確立其技術生命週期之位置,以有效地進行燃料電池研究中心的專利佈局建議。

4.3 微感測器

此部分主要針對微感測器之專利技術佈局進行解析,同時配合圖表的呈現以具體建議與說明專利技術佈局方式,使相關人員能進一步了解整體技術發展動向與自身研發方向之差異,協助擬定專利佈局方式。表13165件關於感測器的專利中,IPC五階分類中的前五名分類項,由表中可以得知主要的IPC集中趨勢。

13. 微感測器專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件數

H01M8/04

輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者

81

H01M8/12

高溫工作者,例如具有穩定ZrO2電解質者

32

H01M8/00

燃料電池;及其製造

25

H01M8/10

固體電解質之燃料電池

8

C04B35/48

以鋯或鉿氧化物或鋯酸鹽或鉿酸鹽為基料者

8

13為微感測器技術專利交互引證前三名之列表,所謂「交互引證數」的定義即為165件專利中引證此篇專利的專利數。例如US5763113的交互引證數為11,即是165件專利中有11件專利引證此件專利。需要強調的是交互引證數的比較並不一定公平,因為越早公告之專利,被引證的機率就越高,但是在客觀上仍可初步瞭解哪些專利是相對重要的。

13. 微感測器專利技術交互引證前三名

專利號

交互引證數

自我引證

被他人引證

專利權人

申請日

公告日

US5763113

11

2

7

General Motors Corporation

1996/8/26

1998/6/9

US5712052

8

0

8

Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha

1995/11/2

1998/1/27

US5925476

8

0

8

Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha

1997/9/5

1999/7/20

經由專利引證率分析,選出被引用率最高的前三名專利,並經由人工篩選後與本研究主題極為相關的專利,透過其引用關係繪製專利引用族譜圖(以專利為節點,引用關係為箭號)如圖16。從圖16可以觀察出該族譜圖具有某些特性,說明如下:

技術相依性

由圖16可發現,從前三名被引用率最高的專利出發,在所畫出的族譜圖中各專利與專利之間(節點與節點間),可以找到至少一個或一組箭號所聯集而成的箭頭組,也就是說這些微感測器技術專利間具有相當程度的相依性。

技術群聚性

微感測器技術專利間雖然具有相當程度的相依性,但仍可以由圖1觀察到某些專利具有源頭性,如US5763113US5712052US5925476專利均分別帶領著不同的技術專利。透過此方式可將此微感測器技術高引用專利所形成的專利引用網路,分成如圖16三個大小不同的技術群聚。

16. 微感測器技術重要引證專利族譜圖

由觀察重要競爭公司前三名(分別為Toyota Jidosa Kabushiki Kaisha公司、General Motors Corporation公司、與巴拉德動力公司)所產出的專利群中,可了解此三家公司的發展技術類別,與了解其大致佈局方式。圖17即為微感測器專利技術佈局圖,其橫軸為IPC四階分類、縱軸為IPC五階分類。透過該圖可以瞭解H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)與H01M8/06(燃料電池與製造反應劑或處理殘物裝置的結合)兩項分類為主要的技術分佈區。

17. 微感測器專利技術分類圖

18為微感測器技術生命週期圖(以三年為計算單位),微感測器專利技術於1997年開始,專利數量與專利權人數開始急遽增加(目前2007年剛結束,仍未統計2008年之相關資料),但整體專利數量仍未大幅成長,顯示此技術可能處於技術萌芽與成長期間。

根據技術生命週期的判斷後,本計劃建議該領域之專利應多申請,尤其在申請專利範圍(claim)方面應儘量放大,以便使專利能先卡位在最有利的位置。而專利佈局策略上,則可參考地毯式專利佈局模式,因該模式可用於不確定性高的新興技術、各種研發方向都能夠產出結果、或是專利的重要性尚未明朗化時期。不過此種佈局模式一定要有足夠的資金以及研發能量加以配合,且沒有系統性的專利佈局容易演變為專利而專利,淪為專利氾濫,卻無法發揮預期的效果。

為節省成本,企業或研究單位單純地從技術的觀點來看,會考量剔除次要的專利來降低申請與維護成本以及維持專利整體品質。但是這些研發人員眼中的小專利或垃圾專利,有時卻可能成為競爭對手之麻煩專利(nuisance patent),能夠阻礙其研發與專利權的取得。同時由於整體專利數量達到一定規模,因此在專利授權談判時能擁有較優勢的談判籌碼。

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18. 微感測器專利技術生命週期圖

4.4  金屬雙極板

此部分經過再一次的專利檢索,並加以篩選後,截至200781止,共計有302件與該領域研發目標相似之專利技術,表19為利用專利件數、活動年期、發明人數、以及平均專利年齡等競爭指標,分析此302件專利中,重要公司投入金屬雙極板之技術發展狀況,藉以顯示競爭公司之投入資源及有效掌握競爭環境之重要資訊。

由表14可以得知Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.(松下)公司是專利件數最多(為16件專利)的公司。西屋電子的專利件數11件,活動年期6年、發明人數12位,顯示該公司投入相當之研發資源於金屬雙極板上,而平均專利年齡16年,屬於早期專利,保護期限即將屆滿。在自我引證次數部分,占有3件,而其引證率1.82、技術獨立性0.15皆遠高於平均值0.650.06,顯示該公司的研發品質與市場技術區隔俱佳。

14. 燃料電池金屬雙極板技術相對研發能力前五名競爭公司之研發詳細數據

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

自我引證次數

被其他人引證次數

總引證次數

引證率

技術獨立性

General Motors Corporation

8

6

20

7

3

23

26

3.25

0.12

Westinghouse Electric Corp.

11

6

12

16

3

17

20

1.82

0.15

NGK Insulators, Ltd.

11

6

12

15

2

12

14

1.27

0.14

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

16

10

42

9

4

4

8

0.5

0.5

California Institute of Technology

6

4

14

10

3

6

9

1.5

0.33

註:所有專利引證率及技術獨立性之平均值分別為0.670.06

15為燃料電池金屬雙極板技術專利交互引證前五名之列表,所謂「交互引證數」的定義即為302件專利中引證此篇專利的專利數。例如US5776624的交互引證數為14,即是302件專利中有14件專利引證此件專利。需要強調的是交互引證數的比較並不一定公平,因為越早公告之專利,被引證的機率就越高,但是在客觀上仍可初步瞭解哪些專利是相對重要的。

15. 燃料電池金屬雙極板技術專利交互引證前五名

專利號

交互引證數

自我引證

被他人引證

專利權人

申請日

公告日

US5776624

16

2

14

General Motors Corporation

1996/12/23

1998/07/07

US6022634

10

0

10

De Nora S.p.A.

1997/06/24

2000/02/08

US5599638

9

3

6

California Institute of Technology & University of Southern California

1993/10/12

1997/02/2

US5084144

7

0

7

Physical Sciences Inc.

1990/07/31

1992/01/28

US5624769

7

0

7

General Motors Corporation

1995/12/22

1997/04/29

透過專利管理圖的重要專利權人(公司)與重要引證專利分析後,以下即針對燃料電池金屬雙極板之專利佈局概況進行簡介。針對重要引證專利進行專利家族的查詢,可以明瞭在此領域較為重要的引證母專利群中的相對價值,與公司對該專利技術的重視程度。越關鍵或越具價值之專利往往擁有龐大的專利家族,藉由專利家族可獲得公司對於專利技術上基本的佈局策略與其他相對重要的專利技術。

16為重要引證專利的專利家族,由表中可以得知各項重要的引證專利皆在各國有相關專利的申請,尤其是De Nora S.p.A.公司所研發的專利US6022634,其家族數目達25件,申請國家數為最多的18國,為涵蓋國家數最廣的相關專利。但該專利於各國中所獲得之專利數較少,顯示該專利極可能為基本的核心技術、與該公司於這些國家中有其市場或研發上的需求。此外,亦能推斷該公司的佈局方式是採用策略型專利(strategic patent)進行

而專利家族數目最為龐大的US5599638(家族數達44件),是由加州理工學院所研發,雖然該專利群所申請的國家包含加拿大、歐洲、美國、日本等,但主要佈局國家仍是以美國、日本、歐洲為主,尤以美國為主要的佈局國家。

16. 重要引證專利之專利家族

專利號碼

專利權人

專利家族所含之專利數

專利家族清單

US5776624

General Motors Corporation

5

1.          DE69705016D1(共2件)

2.          EP0851518A1(共2件)

3.          US5776624

US6022634

De Nora S.p.A.

25

1.          AU725060B2(共2件)

2.          BR9703725A(共1件)

3.          CA2207425A1(共1件)

4.          CZ9701998A3(共1件)

5.          DE69716351D1(共2件)

6.          DK817297T3(共1件)

7.          EP0817297A2(共3件)

8.          ES2184928T3(共1件)

9.          ID17514A(共1件)

10.      IN192435A1(共1件)

11.      IT1284072B1(共3件)

12.      JP10055805A(共1件)

13.      NO972774A(共2件)

14.      RU97111178A(共1件)

15.      SG63718A1(共1件)

16.      SK87097A3(共1件)

17.      TR9700540A2(共1件)

18.      US6022634A(共1件)

US5599638

California Institute of Technology & University of Southern California

44

1.          AU721401B2(共2件)

2.          CA2240019A1(共2件)

3.          EP0876685A1(共8件)

4.          JP3487308B2(共10件)

5.          US5773162A (共21件)

6.          WO9721256A1(共1件)

US5084144

Physical Sciences Inc.

7

1.          DE69129501D1(共2件)

2.          EP0603175A1(共3件)

3.          US5084144A

4.          WO9304222A1

US5624769

General Motors Corporation

6

1        DE69603938D1(共2件)

2        EP0780916A1(共2件)

3        US5624769A

由於重要競爭公司中的西屋電子與NGK Insulators, Ltd.公司所擁有之專利絕大部分屬於晚期專利,且近期內並未產出相關專利,因此本文將以投入最多研發資源且技術獨立性較高的松下公司為例,以日本F-term分類的方式呈現該公司於專利技術上的佈局方式。

透過表16可瞭解松下公司於技術佈局上之方法與技術核心(圖19),比對圖16與表16能夠清楚得知該公司於金屬雙極板技術的佈局方式與研發方向。從圖16能了解松下公司運用金屬雙極板之技術主要是在固態電解質這類型的燃料電池上(AA分類),且該公司之製造方法(BB分類)集中於塗佈之技術上,少數利用衝壓、粉末等方式,同時大部分的金屬雙極板上刻有流道(CC分類)。元件的部分(CX分類)有發泡材料、離子交換膜、與薄膜等,但主要仍集中於薄膜的技術上,元件的主要材料(EE分類)則明顯分成兩類,分別為金屬與合金,另有少部分以carbon為材料。最後,在一些重要的尺寸(或製程、材料比例等)特徵上(HH分類),大部分是以濃度或密度的百分比進行表示,活性物質的再生方法(RR分類)則以化學方法為唯一方式。

綜合上述,即能對松下公司於金屬雙極板之專利技術發展模式有一認識,同時利用其專利技術分類圖進而了解其技術可能的發展、組合方式與其技術密集的區域,同時經過此案例的探討,亦可成為佈局策略之參考。

19. 松下公司之金屬雙極板專利技術分類圖

以松下公司的佈局方式為例,該公司以組合式專利佈局為主,將製造方式、元件、元件材料、與尺寸(或製程、材料比例等)等技術專利進行組合,以增加其專利強度同時能有更為多元的研發方向可供進行。

元智大學燃料電池研究中心在燃料電池金屬雙極板的相關專利佈局亦可仿照其模式,將特定之金屬雙極板技術,從製程、材料、甚至形狀等方向進行專利組合。因目前中心於此領域耕耘已久,透過此佈局方式將更能針對其研發深度進行表現,同時因他種配套技術的組合更可兼顧基本技術的廣度。

4.5 固態氧化物燃料電池之密封材料

此部分主要針對SOFC密封材料之專利技術佈局進行解析,同時配合圖表的呈現以具體建議與說明專利技術佈局的方式,使相關人員能進一步了解整體技術發展動向與自身研發方向之差異,協助擬定佈局方式。表1796件關於SOFC密封材料的專利中,IPC四階分類中超過10件次以上之分類項,由表中可以得知主要的IPC集中趨勢。

17. SOFC密封材料專利IPC四階分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件次

H01M8

固體氧化物燃料電池;及其製造

146

C03C8

含有非熔塊添加劑之玻璃料熔封成分

24

H01M2

非活性部件之結構零部件或製造方法

31

20即為SOFC密封材料專利技術佈局圖,其橫軸為IPC四階分類、縱軸為IPC五階分類。透過該圖可以瞭解H01M8/02(零部件之結構零部件或製造方法)分類為主要的技術分佈區,其有70件次的相關專利技術屬於該分類。

若以橫軸的四階IPC分類為依據,進行技術密集區之搜索,可發現由H01M8所帶領之技術為其發展主流,包含於H01M8技術分類中的H01M8/02(零部件之結構零部件或製造方法)、H01M8/24(將燃料電池組合成電池組,例如組合電池)、H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)、與H01M8/10(固體電解質之燃料電池)分類,皆為技術稠密區。

20. SOFC密封材料專利技術佈局圖

18為主要技術發展分類中,重要競爭公司於其之發展狀況,比對表18與圖17可較為清楚地了解技術發展中,可能面臨的競爭對手與其專利技術為何。由表18可發現技術密集區中的H01M8/02(零部件之結構零部件或製造方法)與H01M8/24(將燃料電池組合成電池組,例如組合電池)兩項技術領域中,巴拉德動力公司皆為專利件數掌握較多者,而H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)分類技術則由巴拉德動力公司、本田、與國際燃料電池等公司掌握。

18. 重要競爭公司於五階IPC技術分類之發展現況

IPC分類

技術分類意義

總件次

重要競爭公司

H01M8/02

零部件之結構零部件或製造方法

70

Ballard Power Systems, Inc.12件)

H01M8/24

將燃料電池組合成電池組,例如組合電池

36

Ballard Power Systems, Inc. 10件)

H01M2/08

非活性部件之結構零部件或製造方法之封裝材料

19

Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha3件)、International Fuel Cells Corporation4件)

H01M8/04

輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者

12

Ballard Power Systems, Inc.2件)、Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha2件)、International Fuel Cells Corporation2件)

H01M8/10

固體電解質之燃料電池

10

Ballard Power Systems, Inc3件)

19SOFC密封材料技術領域中,引證次數前3名之專利列表。其中US5176966總引證數高達16次(自我引證次數5次,被其他人引證次數11次)、US5284718總引證數為8次(被其他人引證次數8次)與 US6155634總引證數為7次(被其他人引證次數7次)。顯示此3件專利有可能為該領域內的“核心技術專利”。

19. SOFC密封材料重要引證專利

專利號碼

總引證次數

自我引證次數

被其他人引證次數

專利名稱

專利權人

US5176966.

16

5

11

Fuel cell membrane electrode and seal assembly

Ballard Power Systems, Inc.

US5284718

8

0

8

Fuel cell membrane electrode and seal assembly

The portion of the term of this patent subsequent to January 5, 2010 has been disclaimed.

US6155634

7

0

7

Fuel cell with improved sealing between individual membrane assemblies and plate assemblies

International Fuel Cells Corporation

21為密封材料技術生命週期圖(以二年為計算單位),可以得知整體技術於2005年時處於技術成長期,但由於2007年尚未結束,專利數量還未能完全統計,因此後續發展還須加以注意。

21. 密封材料專利技術生命週期圖

由於目前SOFC密封材料之技術仍處於技術成長期,應儘量尋求核心技術之改良(迴避設計)及調查清楚當前他人的專利技術發展情況,因此針對於該技術領域之專利佈局模式,本計劃建議以策略型專利與專利圍牆的組合,進行專利申請與佈局模式。

為避免競爭對手有進行迴避設計的機會,降低專利失去價值的風險,策略型專利即是一種具有較為明顯阻絕功效的專利,如圖22所示。像是某特定產品領域所必須之技術或是路障型專利等,其特點為阻礙性高,要進行迴避設計必須投入大量研發資源。

22. 策略型專利模式

專利圍牆是利用一系列的專利來形成競爭對手研發進行的阻礙,例如在SOFC密封材料的領域中,將其材料、結構設計、幾何形狀、溫度或壓力條件等範圍之變化都利用專利加以保護,藉以形成像一道圍牆(如圖23),以防止競爭對手有任何的縫隙可以迴避。當許多不同的技術解決方案都可達到類似功能的結果時,就可以考慮專利圍牆的佈局模式。

23. 專利圍牆模式

綜合以上兩種專利佈局策略的應用,即可在針對核心專利技術改良的同時兼具完整的專利保護效果,同時兩者策略的配合應用更可降低專利維護成本,以符合研發上的效益。

4.6 水熱管理

此部分主要針對PEMFC之水熱管理的專利技術佈局進行解析,表20列出質子交換模型燃料電池水熱管理專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容,從中可以得知H01M8/04(輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者)、H01M8/10(固體電解質之燃料電池)、H01M8/02(零部件)、H01M8/24(將燃料電池組合成電池組,例如組合電池)、與H01M8/00(燃料電池;及其製造)此五項分類為質子交換模型燃料電池水熱管理技術專利的重點領域。

20. 風力發電機專利五階IPC分析前五名的技術分類及內容

IPC分類

技術分類意義

專利件數

H01M8/04

輔助裝置或方法,例如用於壓力控制者,用於流體循環者

58

H01M8/10

固體電解質之燃料電池

33

H01M8/02

零部件

23

H01M8/24

將燃料電池組合成電池組,例如組合電池

17

H01M8/00

燃料電池;及其製造

17

以各重要競爭公司中,交互引證數較之專利進行技術分類(如圖24),其中US5683828(黃底)與US5858567(灰底)兩件為H Power Corporation公司之專利;US6280870(粉底)為 Plug Power公司之專利;US6514635(紅框)與US6399231(紫框)則由UTC Fuel Cells公司所產出

5項專利主要是由不同之製造方法(BB分類),如使用雷射蝕刻、切削等技術,且大部分的雙極板上皆刻有流道(CC分類)。元件的部分(CX分類)則包含發泡材料、離子交換膜、與薄膜等,但主要仍集中於薄膜的技術上。元件的主要材料(EE分類)則明顯分成兩類,分別為金屬與合金,另有少部分以carbon為材料。最後,在一些重要的尺寸(或製程、材料比例等)特徵上(HH分類)。

24. 各公司質子交換模型燃料電池水熱管理專利技術分類圖

22為燃料電池水熱管理技術生命週期圖(以三年為計算單位)。燃料電池水熱管理專利技術於1992年開始,專利數量與專利權人數開始急遽增加,由該圖的趨勢研判,此技術仍處於技術成長期。

22. 燃料電池水熱管理專利技術生命週期圖

由於目前燃料電池水熱管理技術發展狀況與SOFC密封材料相似,同處於技術成長期,所以本計劃建議的專利佈局模式,與SOFC密封材料相似,除尋求核心技術改良(迴避設計)及調查清楚當前他人的專利技術發展情況外,以策略型專利或專利圍牆作為其專利佈局模式,為符合目前技術發展狀況與燃料電池研究中心資源之方法。

4.     未來研究規劃

當專利佈局逐漸成形後,便可規劃後續的專利運用,即專利價值策略的運用階段。一般而言,專利運用策略可分為消極面(防守)與積極面(保護傘)兩方面的運用,分述如下:

消極運用

消極運用為被動、保守型的專利運用策略,意即不採取主動出擊方式,而以保護或防守的策略來維護自身利益。該類運用策略又可分為專利網佈置與專利侵權分析與糾紛處理兩項;前者係指搜羅該技術領域所有的相關專利,組合佈局如網,藉以嚇阻競爭對手進入該領域發展;而後者係指當自身之研發技術遭他人侵害時,所採取的法律訴訟行為藉以獲取權利金以及驅逐競爭對手退出該技術市場。

積極運用

除消極運用外,公司企業或研究單位亦可採取積極主動的態度,以授權、聯盟及技術移轉等方式運用專利,使雙方互蒙其利,發揮專利的最大效益。具體而言,公司企業或研究單位積極運用專利的方式有策略性授權、交互授權、專利聯盟、技術移轉或合作等。策略性授權適用於欲擴大市場佔有率的新開發產品,公司為了讓產品迅速打入市場,可運用此經營戰略,將自身之技術產品授權予他人製造,以增加產品產量與市場通路,達到擴大市場佔有率的目的。交互授權是指當公司的技術發展達到一定成熟度後,可考慮採取與其他公司相互授予專利權,以提昇公司的研發水準與成長指標。專利聯盟則是由若干公司所組成,彼此共享專利與專利資源,由於專利聯盟可能造成市場壟斷的情形,因此在所有專利運用策略中,最具有侵略性與主動性。而技術移轉或合作係指授權單位願意將其技術與被授權單位分享,公司企業可在適當時機,藉由技術移轉節省研發經費與時間,達成資源共享的目標,故在科技發展迅速的競爭環境中,技術移轉是經營策略上相當重要的運用工具。

參考文獻

Granstrand, Ove, ” The Economics and Management of Intellectual Property”, Edward Elgar, Cheltenham, 1999.

黃鎮江,燃料電池,民92,全華科技圖書。

黃秉鈞、葉忠福,創新管理:創意發明與專利保護實務,民94,揚智文化。

王世仁、王世堯,智慧財產權剖析:論生物科技專利策略與實務,民92,全華科技圖書股份有限公司。

專利申請策略與規劃,http://www.taie.com.tw/1373.htm