“摩磨擦”筆成功的背后
——對日本百樂公司“可逆熱變色”系列專利的分析

姚鶴忠

（上海制筆技術服務有限公司 上海 201612）

在知識經濟背景下，全球日益激烈的科技話語權和產業(yè)控制權的競爭都包含專利的競爭。專利的生產力、持有量、對專利的經營能力、專利競爭力以及盈利能力，在國家、區(qū)域、產業(yè)以及企業(yè)的競爭實力中占據越來越重要的地位。

這些年來，日本百樂公司研發(fā)的“摩磨擦”筆無疑是很成功的，據nippon.com“走進日本”2017年1月報導，百樂文具“摩磨擦”筆系列全球累計銷量突破15億支[1]。在成功的背后，是數十年的研發(fā)投入，數十年的堅持不懈。本文試圖以專利視角來對“可逆熱變色”系列產品研發(fā)的全過程進行梳理與分析，以期得到一些可以學習借鑒的東西。

一、發(fā)展由來

據說“可逆熱變色”墨水的問世，源于百樂公司一位研究人員的靈感。他看到一夜變紅的楓葉，便產生了“想在燒杯中再現這種魔法般的變化”的念頭。從1973年申請第一個“熱致變色材料”專利開始，至今百樂公司已先后申請了數百項相關專利，其中在日本本國申請的專利數量已超過280項（見圖1）。

從圖1可以看到，自1973年申請第一個“熱致變色材料”專利以后，經歷了漫長時間的蟄伏，到2007年才迎來第一個高潮，緊接著2010年又爆發(fā)了新的高潮，2013年更是達到了頂峰，這些年開始減緩下降，而“可逆熱變色”系列產品的銷量則持續(xù)上升。

圖1 百樂公司本國申請“摩磨擦”系列專利數量分布

二、研發(fā)歷程

在眾多的專利中，通過分析梳理主要專利的內容及其申請的時間，大致可以勾勒出研發(fā)過程的脈絡，其技術發(fā)展路線（見圖2）大致可以分為以下四個階段：

1.探索方向（1973～1993）

最早的熱致變色材料的變色溫度范圍很小，需要的溫度亦較高，并且著色劑的顆粒較大，開始只能在記錄媒體和印刷等方面嘗試，例如，采用熱致變色材料印刷在杯子上，倒入熱水或者冷水時，杯子上的圖案和顏色會發(fā)生不同的變化。熱致變色材料還可以用于開發(fā)熱變色玩具、熱變色薄膜、熱變色玻璃等。但是，百樂公司畢竟是一個文具制造企業(yè)，無論如何一定要能夠用在文具上，尤其是筆上面。因此，他們堅持不懈地探索熱致變色材料在文具，特別是筆上面的應用，尋找到發(fā)展的方向。

2.確定目標（1993～2002）

以1993年申請的第一個“熱變色性筆記具”專利為標志，百樂公司正式進入了“摩磨擦”筆的研發(fā)階段。要讓“可逆熱變色”墨水在圓珠筆筆頭或者記號筆的纖維筆頭的間隙中流動，其著色劑的微膠囊顆粒必須要小，開始時微膠囊顆粒直徑都在10μm以上，根本無法在筆中使用，因此，該專利要求“粒子直徑10μm以下，更優(yōu)選5μm以下，最優(yōu)選3μm以下”[2]。2002年百樂公司成功地將微膠囊顆粒直徑縮小至2～3μm，同時申請了“摩擦體及び筆記具”專利，提出了由硅酮橡膠構成的摩擦體，要求材料在25℃～65℃的范圍內具有最大高溫側變色點[3]，為“摩磨擦”筆的問世奠定了基礎。

圖2 “可逆熱變色”系列專利技術發(fā)展路線

3.改進完善（2002～2010）

“可逆熱變色”墨水的變色溫度是比較關鍵的，早期“可逆熱變色”墨水的變色溫度范圍比較?。ㄒ妶D3），即使在常溫條件下亦可能會自動產生變色的現象；2005年成功將變色溫度范圍擴大到-20℃～65℃之間（見圖4），“完全脫色溫度（t4）在45℃以上，優(yōu)選為50℃以上，且開始顯色溫度（t2）在0℃以下，優(yōu)選在-5℃以下”[4]。這樣既不會在常溫條件下自動產生變色的現象，又能夠采用摩擦體通過摩擦產生熱量，使得原來有顏色的線跡變成其他顏色，或者變?yōu)闊o色就會比較容易一些。

圖3 變色溫度范圍小

圖4變色溫度范圍大

作為書寫墨水，“可逆熱變色”墨水的書寫性能和長期穩(wěn)定性同樣重要，微膠囊顆粒直徑相對較大，在水性墨水體系中如何保持均勻分散的穩(wěn)定狀態(tài)是有較大難度的。因此，“可逆熱變色”墨水最先成功的產品是凝膠狀墨水（gel ink），通過添加剪切減黏性賦予劑，能夠抑制微膠囊顏料的凝集、沉淀，并且能夠抑制筆跡的滲透，不僅是紙面，即使書寫滲透性高的布帛等纖維材料也不會滲透筆跡，可以形成良好的筆跡[5]。

2006年“摩磨擦”筆開始上市銷售，早期的“摩磨擦”筆書寫性能還是存在一些問題的，線跡顏色偏淡，存放時間稍長一些就容易出現初寫性能不良，嚴重的甚至寫不出了。經過不斷的改進提升，這些問題都得到了逐步改進與完善。

4.爆發(fā)增長（2010～2020）

進入2010年后開始了爆發(fā)性增長，具體表現在專利申請量大幅度增加，專利所涉及的產品種類明顯增加，幾乎延伸到所有筆類產品，還擴展到可擦油畫棒、可擦橡皮、可擦印章等相關產品，開始呈現比較清晰的專利布局；同時，“可逆熱變色”系列產品的隊伍不斷擴大，不僅有“摩磨擦”的中性墨水圓珠筆，還有水性的記號筆；不僅有插套式“摩磨擦”筆，還有按動式“摩磨擦”筆、多色按動式“摩磨擦”筆；不僅有常規(guī)的黑藍紅顏色，還有色彩繽紛的彩色墨水?！翱赡鏌嶙兩毕盗挟a品市場銷量快速增長，其中中國市場開始成為新的、最主要的增長點之一。

三、核心專利分析

在“可逆熱變色”系列專利中，構成其核心專利內容的有以下三個方面：

1.“可逆熱變色”墨水配方

“可逆熱變色”墨水的著色劑采用微膠囊包覆技術制成，微膠囊中包含成色劑、顯色劑、變色溫度調節(jié)劑三種成分，并按照一定比例混合之后裝入微膠囊中（見圖5）。微膠囊包覆技術有界面聚合法、界面縮合法、循環(huán)聚合法、液中硬化涂覆法、水溶液的相分離法、噴霧噴涂法等，特別適用界面聚合法、嵌入式聚合法。

圖5 “摩磨擦”墨水變色原理示意圖

成色劑在單體情況下是不會呈現顏色的，要呈現顏色必須與顯色劑進行化學反應，并且由變色溫度調節(jié)劑來控制溫度與顏色的關系，即溫度升高到什么程度，顏色消失；溫度下降什么程度，顏色顯現。通過選擇不同種類的變色溫度調節(jié)劑，就可以決定“可逆熱變色”墨水的變色溫度。作為日常用品，“摩磨擦”筆書寫的字跡應該在一年四季的正常溫度條件下不會自動變色，需要超過日常溫度的條件下才會變色。百樂公司經過長期的研發(fā)和不斷完善，“可逆熱變色”墨水的變色溫度基本為-20℃～65℃。從55℃開始出現消色現象，到65℃完全消色；溫度降低到-5℃開始出現顯色現象，到-20℃完全顯色（見圖6）。

圖6 “摩磨擦”墨水的變色溫度范圍

此外，作為書寫墨水，無論是用于圓珠筆還是記號筆，其書寫性能必須得到保證。“可逆熱變色”墨水中的微膠囊粒徑大小很重要，粒徑大于5μm就很難在筆頭的間隙中自由流動，容易堵塞細小的間隙；而粒徑小于0.5μm則難以顯示高濃度的發(fā)色性?！翱赡鏌嶙兩蹦难邪l(fā)方向包括圓珠筆和記號筆等，重點是圓珠筆，特別是采用凝膠墨水的圓珠筆。特開2003-206432專利提出了剪切減黏類可逆熱變色性墨水，通過EMD型黏度計在25℃下測量所述墨水的黏度，結果顯示測定轉速為1 rpm時表觀黏度為1020mPa·s；轉速為100rpm時表觀黏度為84mPa·s，剪切減黏度指數n為0.48[6]。

2.摩擦體

“摩磨擦”筆依靠摩擦產生熱量的原理來消色，理論上所有具有一定硬度且表面光滑的物體都可以在紙面上摩擦產生熱量，只不過產生熱量的效率不同，對紙張表面的影響大小不同而已?？紤]到使用“摩磨擦”筆的男女老幼都有，應該采用最適合的材料來制作摩擦體，讓摩擦生熱消色更容易更方便。

百樂公司開始選擇了硅酮橡膠，硅酮橡膠不僅熱的產生效率好，摩擦阻力小，而且自身不容易被磨損，摩擦過程中產生的碎屑量相對較少，所以不需要多次摩擦而容易使“摩磨擦”筆所寫字跡變色[7]。但是，硅酮橡膠在摩擦過程中還是會有少量碎屑粘附的紙面上，再次書寫時會出現字跡斷線的情況。因此，更優(yōu)選的材料是SEBS樹脂（苯乙烯－乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物），采用這種材料制作的摩擦體在摩擦過程中生熱效率更佳，幾乎不會產生碎屑，自身基本沒有什么磨損。

除了材料之外，摩擦體的硬度、表面狀況以及形狀等同樣重要，特別是外形圓弧半徑R的大小設計，不要接觸面積過大，又能恰到好處地覆蓋所需要擦除的線跡，達到最好的使用效果（見圖7）。

圖7 摩擦體在筆套上示意圖

3.“摩磨擦”筆

將“可逆熱變色”墨水、摩擦體與書寫工具組成一體，成為消費者喜愛的“摩磨擦”筆，這是百樂公司追求的目標。他們以“熱變色性筆記具”的名稱申請了為數眾多的專利，將“可逆熱變色”墨水和摩擦體運用于各式各樣的書寫工具，并且最終研發(fā)出產品上市銷售。

百樂公司最經典一款“摩磨擦”筆是 FRIXION熱可擦中性筆，采用可逆熱變色凝膠墨水和圓珠筆彈簧筆頭，筆頭球珠直徑有0.4mm、0.5mm、0.7mm等不同規(guī)格，插套式結構，摩擦體安裝在筆桿的尾部。之后，百樂公司還研發(fā)出按動式熱可擦中性筆、熱可擦熒光筆、多功能熱可擦筆等多款“摩磨擦”筆，并且還在研發(fā)熱可擦彩色鉛筆、直液式水性圓珠筆、直液式鋼筆等更多的“摩磨擦”筆。

四、專利布局分析

專利布局應當在空間布局、地域布局、時間布局、技術布局等多個維度有所體現，是一個立體的專利網絡的概念。好的專利組合（patent portfolio）是指圍繞某一特定技術形成的彼此聯系、相互配套的技術，經過申請獲得授權的專利權集合。從系統(tǒng)論的角度來看，系統(tǒng)的作用在于整體大于部分之和，將該原理延伸到專利領域也是同樣適用的[8]。百樂公司的“摩磨擦”系列專利的布局策略既有跟隨技術研發(fā)水平提升的步伐與節(jié)奏，又有前瞻性安排的考慮，歸納起來有以下幾個方面：

1.圍繞核心技術不斷申請新的專利

由于時間跨度大，早期申請的專利隨著有效期結束將失效，個別沒有價值的專利會自動放棄，少數專利可能會被無效，因此，百樂公司圍繞“摩磨擦”筆的核心技術，不斷研發(fā)新的創(chuàng)新性技術，申請新的專利，使得核心技術始終能得到有效專利的保護。例如表1所示的專利[9，10，11]分別于1993年、2004年和2018年申請，對“可逆熱變色”墨水中微膠囊所含材料、消色溫度控制，以及摩擦體的變化等提出了新的創(chuàng)新內容。

表1 不同時期專利的創(chuàng)新內容

此外，特開2016-107521專利還提出了“電動旋轉式摩擦體”[12]的設想（見圖8）。

圖8 電動旋轉式摩擦體示意圖

2.大量密集申請相關的系列專利

百樂公司的“可逆熱變色”系列專利采用了大量密集申請的方法，這就是所謂的“地毯式”布局（見圖9），讓競爭對手難以進入，一旦進入就像進入陷阱陣，稍不留神就會踏入陷阱。

圖9 “地毯式”專利布局

3.以基礎專利為核心形成專利群

百樂公司“可逆熱變色”系列專利的布局可以理解為多個主+衛(wèi)星式專利布局（見圖10），針對多個基礎技術點申請多個基礎專利，在這些基礎專利的周圍申請更多的衛(wèi)星專利。這樣就形成了一個強大的專利網，讓競爭對手無法從這個專利網中破網而出。例如，不同類型的“摩磨擦”筆，以及摩擦體在筆的不同部位就申請了很多專利，其中比較有代表性的見表2及其圖11至圖18。

表2 有關摩擦體的代表性專利

圖10 主+衛(wèi)星式專利布局

圖11 特開2009-023271

圖12 特開2009-107237

圖13 特開2009-208313

圖14 特開2010-260218

圖15 特開2011-037087

圖16 特開2011-230439

圖17 特開2015-044418

圖18 特開2015-051615

4.區(qū)域布局

百樂公司“可逆熱變色”系列專利在本國申請量是最多的，同時根據市場銷售的需要，分別在歐洲、美國、中國、韓國、臺灣、香港、新加坡等國家和地區(qū)申請了“可逆熱變色”系列專利（見圖19）。

圖19 “可逆熱變色”系列專利在其他主要國家和地區(qū)申請量分布

中國市場是“可逆熱變色”系列產品的重要市場，百樂公司對中國市場非常重視并提前布局，從2007年開始百樂公司在中國申請“可逆熱變色”系列專利，2008年“摩磨擦”筆開始進入中國市場，歷年申請的“可逆熱變色”系列專利累計數量達到37項之多，僅次于日本和美國（見圖20）。

圖20 “可逆熱變色”系列專利歷年在中國申請數量

五、成果與效益

百樂公司對“可逆熱變色”系列產品的研發(fā)投入是巨大的，取得的成果與效益亦是顯著的，最具代表性的是“摩磨擦”筆在市場上銷售業(yè)績。從2006年開始上市銷售，2010年銷數量達到了2億支，2014年累計銷數量達到10億支，2017年累計全球銷數量突破15億支。得益于“可逆熱變色”系列產品的成功，百樂公司的年營業(yè)額已突破1000億日元，銷售利潤率保持在18.5%以上（見圖21），進一步拉開了與同行競爭對手的差距。

圖21 百樂公司經營情況

專利為專利權人提供有效的競爭手段，隨著專利價值的日益提升，專利權人將專利作為競爭武器和牟利工具。通過布置專利陷阱，使競爭對手無法繞過密集布置的專利叢林，或是無意識踏入專利人的專利地理范圍，從而使競爭對手構成專利侵權[13]。

在“可逆熱變色”系列產品方面，百樂公司通過知識產權訴訟的手段，有效地保護了自身利益，維護了其在市場上的霸主地位。2010年，三菱鉛筆公司推出類似產品 FANTHOM 熱可擦中性筆，次年百樂公司就三菱鉛筆侵犯其專利而提出上訴，要求三菱停止相關生產銷售；2017年，三菱鉛筆更新技術，推出 R:E 系列新一代熱可擦筆，同年，三菱鉛筆對百樂公司提起的相關專利無效訴訟被駁回；雙方持續(xù)多年的專利糾紛最終以和解告終，2018年2月14日雙方達成和解[14]。

國內有一家制筆企業(yè)由于盲目推出了可逆熱變色筆，被百樂公司告上法庭，最終被上海市知識產權法院認定侵犯了百樂多項專利，需要賠償近百萬元人民幣[15]。

另外，據北京市東城區(qū)人民法院民事判決書（2016）京0101民初5696號，百樂公司訴浙江美嘉達文具有限公司等三被告的著作權權屬、侵權糾紛也與“摩磨擦”筆有關，一審判決三被告賠償原告40萬元人民幣[16]。

六、結 語

通過對百樂公司“可逆熱變色”系列專利的分析研究，可以看到有不少值得我們學習借鑒的地方。首先，在技術研發(fā)領域只要找準方向，就應該專注堅持，對于企業(yè)決策層來說要保持對技術研發(fā)的持續(xù)投入，對于技術人員來說要心無旁騖地專心研發(fā)，只有通過大量的積累，才能實現厚積薄發(fā)取得成功。

其次，制造業(yè)企業(yè)發(fā)展到一定階段，或者到一定的規(guī)模，應該重視專利戰(zhàn)略的規(guī)劃，使之成為整個企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的先導部分。這方面發(fā)達國家的一些著名企業(yè)的發(fā)展軌跡和做法，值得我們研究借鑒。

最后，則是技術研發(fā)團隊建設，有了方向保證了資源，人才是最重要的。技術研發(fā)團隊要有好的技術帶頭人，還要有不同技術領域和梯隊的配備，能夠相互協調配合，持續(xù)向前沖鋒。