米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の影響分析

米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の
影響分析
永松陽明

はじめに
2021年夏に開催された東京2020パラリンピック競技大会では，ドイツの Markus
Rehm 選手が陸上男子走り幅跳びＴ64クラス（片足の膝から下が義足）において８ｍ
18cm の記録で３連覇を達成した。その Rehm 選手の過去最高記録は８ｍ62cm であり，
東京2020オリンピック競技大会の男子走り幅跳びの優勝記録で８ｍ41cm（ギリシャ，
Miltiadis Tentoglou 選手）の記録を21cm 上回っている。
このようなスポーツ用義足を用いる夏季パラリンピックの競技を表１に示す。
表１
スポーツ名

義足を用いる夏季パラリンピック競技

クラス

解説及び対象となる障がいアーチェリー

ST

このクラスは，立位もしくはスツール（いす）を使用して実施。立位の際に義足を用いる。対象は上肢・下
肢障がい。

自転車競技

Ｃ

このクラスは通常の自転車を使用。対象は切断・まひなどの四肢の障がい。

卓球

６，７，８，
９，10

このクラスは立位で実施。障がいの種類や度合いに応じて区分けされる。

トライアスロン

PTS２，PTS３， 肢体不自由であり立位で実施。障がいの種類や度合い
PTS４，PTS５ に応じて区分けされる。

バドミントン

SL３，SL４

下肢障がいであり立位で実施。障がいの種類や度合いに応じて区分けされる。

陸上競技

Ｔ61，Ｔ62，
Ｔ63，Ｔ64，
Ｆ61，Ｆ62，
Ｆ63，Ｆ64，

Ｔは競走種目・跳躍種目，Ｆは投てき種目を示す。義足の使用が明示されているクラスであり，対象は下肢障がい。

出典：日本財団パラリンピックサポートセンターパラサポ WEB ホームページ，https://www.
parasapo.tokyo/sports（2021年12月１日）を基に作成

179パラリンピック研究会

紀要 vol.17

陸上競技以外のスポーツにおいても，海外選手や日本人選手がスポーツ用義足を装着し，好記録を出し続けている。
そうした選手たちの活躍を支えてきたスポーツ用義足は，アメリカの発明家である
Van Phillips によって開発され，進化を遂げてきた。その開発の軌跡を表２に示す。
表２

Van Phillips によるスポーツ用義足開発の軌跡

1976年

アリゾナ州立大学３年時に水上スキーをしていた際，モーターボートに衝突され，プロペラで左足の膝下を切断。

1977年

ノースウェスタン大学医用生体工学プログラムに参加。ユーザーがジャンプしてリバウンドできる義肢の概念化を開始。

1981年
以降

ノースウェスタン大学卒業後，ユタ大学の生物医学設計センターに開発エンジニ
アとして勤務。骨ではなく，靭帯と腱の復元に焦点を当て，義肢のソケット，裏地，
アタッチメントの開発に取り組む。ジャンプを可能にするアイデアに関して素材
やデザインを模索。
以降，チーターの後脚のＣ字型に触発され，プロトタイプの製作を開始。その開発過程で，エネルギーリターンが高く，かつ軽量，耐久性があるカーボングラファ
イトを採用。航空宇宙材料エンジニアの Dale Abildskov のサポートを受け，開発した数百のモデルを自身の脚を使いテスト。
最終的なデザインはＬ字型となり，この形状に「かかと」部分を付与。かかとに体重がかかることにより，バネのように機能し，踏みこみと同時に体重がエネル
ギーに変換される走行やジャンプが可能な義足が完成。

1984年

Dale Abildskov らと Flex-Foot Inc. を設立。

1988年

Flex-Foot Inc. が制作した Flex-Foot 製品がパラリンピック大会に初登場。

1992年

現在のスポーツ用義足の形状が確立（ドミナント・デザインの確立）
。

1996年

スポーツ用義足「チーター」を発売開始。

1998年

国際義肢装具学会から Brian Blatchford Memorial Prize を受賞。

1999年

Flex-Foot 製品に形状が似た安価で丈夫な義足を世界に届けるために，Second
Wind Foundation を設立。

2000年

Flex-Foot Inc. をアイスランドの義肢メーカーÖssur に売却。

出典：マサチューセッツ工科大学 Lemelson-MIT プログラムホームページ，https://lemelson.
mit.edu/resources/van-phillips; National Paralympic Heritage Trust ホ ー ム ペ ー ジ，https://www.paralympicheritage.org.uk/running-blades-and-their-evolution，（2021年
10月21日）；Hobara（2014）を基に作成

表２の1981年以降の Van Phillips の取り組みが示すように，トライアンドエラーを繰り返すことにより素材や構造などの検討が行われ，スポーツ用義足は開発されてきた。
全く知識がない状況からの出発ではなく，現在スポーツ用義足の主材料となっている
カーボングラファイト材の利用知識は，先駆的に利用していた航空宇宙分野からの知見を得ている。本稿の例からもわかるように，製品の技術開発には様々な分野の知見，知180

米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の影響分析

識が活用される。
様々な分野の知識は，製品やサービスに組み込まれ使用されることで新しい製品やサービスを作り出すことに貢献する。そうした技術のフローは，経済学の分野では技術のスピルオーバーと呼ばれる１，２。スピルオーバーの事例は多く存在すると考えられる
が，企業にとってノウハウ開示になる等の理由により明らかになることは少なく，第三者の視点で詳細に分析することは困難である。
また，知識は論文や特許となり公知化されることも多い。それが他の論文・特許に引用されることで，論文化，特許化された知識が再利用され，新しい論文や特許が創出されている。以上のメカニズムを図１に示す。

図１

論文や特許を通じた知識の再利用・創出メカニズム

図１に示したメカニズムは，技術のスピルオーバーの一つであると言える。また，重要な特許ほど他の特許からの引用が多いことも指摘されている３，４。技術のフローは製品やサービスレベルではわかりにくいが，論文や特許では引用情報が明記されるため，第三者の視点で技術のフローを把握することが可能である。
以上の視点で，これまでのパラリンピックやパラスポーツ（障がい者スポーツ）における特許を分析対象とした研究５や技術を扱った研究６，７，８，９の調査を行ったが，論文・特許の引用を捉える視点で分析した研究は僅少であった。
そこで本稿では，論文・特許を対象としてパラスポーツ技術に関する引用を分析する
ことにより，パラリンピック関連技術の研究開発が他産業に与えた影響を明らかにしていくことをねらいとする。
181

パラリンピック研究会

紀要 vol.17

１．ス ポーツ義足技術から他技術への影響を分析するためのス
テップ（１）分析の進め方
論文・特許の引用を分析するために，図２に示すステップで研究を進める。
図２に示す「分析方法の設定」では，論文・特許の引用を分析するための方法を検討する。次に「分析対象と分析期間の設定」では対象とする論文・特許や期間を，「分析データの収集」ではデータを収集するための方法を考える。そして以上のステップを踏
まえ，「分析の実施」を行う。

図２

本研究における分析ステップ（２）分析方法の設定
論文・特許の引用を調査するためには，データベースを使用する必要がある。それらのデータベースは各国政府や関連団体が提供するもの，あるいは有償・無償で提供される商業的なものなどが完備されている。しかし，論文のデータベースに関しては本稿がねらいとする技術的なものだけでなく，社会科学や人文科学分野など直接技術を取り扱わない論文も含むため，ノイズ除去が不可欠となる。一方で特許データベースが提供する特許情報は技術が中心となっているため，技術か否かのノイズ除去が不必要となる。
そのため，本稿の分析では特許を研究対象とする。
その特許を出願する際には，日本においても米国においてもタイトルや要約，特許の内容を示す請求項を明確に伝えるための図などを作成する。併せて参考とした特許や論文などを明記する必要がある。日本の特許であれば「参考文献」，米国の特許であれば「References Cited U. S. Patent Documents / Foreign Patent Documents」（米国特許商標庁が提供するデータベースでは Referenced By と表記）と記される。この部分に着目すると引用した特許を把握することができる。米国におけるこの引用関係を図３に
整理する。
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米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の影響分析

図３

米国特許の引用関係

ここで特許の出願から登録までの日米でのフローを確認する。
特許は，まず特許を記述した発明者がおり，多くの場合弁理士のサポートを得て，国
内では特許庁，米国では米国特許商標庁に出願する。そして出願日から１年６カ月後に公開特許公報が発行され，出願された申請が公知される。また，特許出願から３年以内に審査請求を行い特許の審査が行われ，特許として拒絶されなかった場合，特許ないし登録特許と呼ばれ，特許掲載公報に掲載される。なお，米国では，審査請求は不要となっている。
本稿では，図３に示した特許間の関係性を追っていく引用分析を行うことで，特許の影響を測定する方法を採用する。
本方法は，米国特許商標庁が提供するデータベース「USPTO patent full-text andimage database」＜https://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/search-bool.html＞ に よ り
実現可能である。
（３）分析対象と分析期間の設定
次に分析対象と分析期間を設定する。
まず分析対象として，パラスポーツにおいて使用される頻度が高いスポーツ用義足に着目する。理由は，アイスランドの Össur やドイツの Otto-Bock，今仙技術製作所など
多くの企業が参入している分野であり，技術開発が活発と想定されるためである。
ただ，多くの企業の特許を網羅的に調査することはコスト的に困難であるため，絞り込みが不可欠である。ここで表２に示した Van Phillips は義足の基本的な形状を考案した発明家であると同時に，多くの特許を自身が発明者として申請していることに着目する。
加えて，スポーツ用義足が提供する機能は，走る，跳ぶことが主であるため，健常者
183パラリンピック研究会

紀要 vol.17のスポーツシューズにそうした技術が包含されると想定される。そこでグローバルに展開している大手スポーツシューズメーカーを表３に示す。表３に示す売上高は１ユーロ
を1.1ドルと換算し算出している。
表３

グローバルに展開している大手スポーツシューズメーカー一覧

メーカー名

本社所在地

売上高（最新決算値）

Nike, Inc.

米国

44,538百万ドル

Adidas AG

ドイツ

21,824百万ドル（19,844百万ユーロ）

PUMA SE

ドイツ

5,757百万ドル（5,234百万ユーロ）

出典：Nike イ ン ベ ス タ ー リ レ ー シ ョ ン ズ ホ ー ム ペ ー ジ，https://s1.q4cdn.com/806093406/
files/doc_downloads/2021/08/NIKE_CEO_Letter_-_Shareholder_Information-FinalProof-Website.pdf; Adidas アニュアルレポートホームページ，https://report.adidasgroup.com/2020/en/at-a-glance/financial-highlights-2020.html; PUMA ア ニ ュ ア ル レ
ポートホームページ，https://annual-report.puma.com/2020/en/additional-information/puma-year-on-year-comparison.html（2021年12月１日）を基に作成

米国の Nike の売上高規模は Adidas の２倍となっており，マーケットにおける存在感は大きいと判断できる。
以上より，Van Phillips と Nike との特許引用関係を分析対象とする。
両者とも米国を基盤としているため，使用するデータベースは「USPTO patent fulltext and image database」とし，分析期間は使用データベースのデータ提供期間を分析期間とする。以上，表４にこれまでの議論を整理する。
表４

本研究における使用データベース，分析対象，分析期間

使用データベース

USPTO patent full-text and image database

分析対象

Van Phillips の特許情報を引用した Nike の特許情報

分析期間

USPTO patent full-text and image database の特許データ提供期間（1976年から現在まで）

２．分析結果（１）引用分析結果「USPTO patent full-text and image database」を利用して，発明者名（Inventor
184米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の影響分析

Name）を Phillips; Van L. と入力し特許数を検索した結果，54件となった。前述したが，米国では出願された特許は全て審査されるため，特許データベースには公開された出願情報も１件として掲載される。そのため単純に検索すると，重複した結果となる。
次に，発明者を Phillips; Van L.，発明者と同様に特許に権利を持つ特許譲受人（Assignee）を Nike として入力すると３件の結果を得ることができる。以上の検索結果を表５に整理する。
表５

分析結果

Van Phillips の特許総数（重複除去無）54件

Nike における Van Phillips 特許引用数

３件（重複除去前５件）

以上の結果により，Nike は Van Phillips の特許を３件引用していることが分かった。
続いて被引用及び引用特許の詳細を表６に整理する。
表６

分析結果詳細No.

被引用特許（Van Phillips が発明した特許の情報）

引用特許（Nike が譲り受けている特許情報）

１

特許番号
発明者名
出願日
登録日
タイトル

4,822,363
Phillips
March 26, 1987
April 18, 1989
Modular composite prosthetic
foot and leg

特許番号
発明者名
出願日
登録日
タイトル

6,925,732
ClarkeJune 19, 2003
August 9, 2005
Footwear with separated
upper and sole structure

２

特許番号
発明者名
出願日
登録日
タイトル

5,443,529
Phillips
February 19, 1993
August 22, 1995
Prosthetic device
incorporating multiple sole
bladders

特許番号
発明者名
出願日
登録日
タイトル

Ｄ376,902
Avar
November 20, 1995
December 31, 1996
Element of a shoe midsole

３

特許番号
発明者名
出願日
登録日
タイトル

5,443,529
Phillips
February 19, 1993
August 22, 1995
Prosthetic device
incorporating multiple sole
bladders

特許番号
発明者名
出願日
登録日
タイトル

10,226,101
Swigart, et al.
June 16, 2017
March 12, 2019
Strand-wound bladder

表６より，No.２と No.３の被引用特許が同一であることが分かるため，Nike が引用
185

パラリンピック研究会

紀要 vol.17

した特許は２件であることが分かる。
次に表６のそれぞれの特許情報内容を検討する。
表６の No.１では，Nike の引用特許は下部のソールと上部の足を覆う部分が分かれた靴の構造の特許である。一方，Van Phillips の被引用特許は，利用者自身の脚を包むソケット及び足部分がＬ字にかかとを付与した形状のもので構成されている義足であった。
続いて，表６の No.２では，Nike の引用特許はシューズの靴底（ソール）部分の外側に装飾的なデザインを施したものであった。Van Phillips の被引用特許は，義足の足部分に負荷がかかる際にそのエネルギーを吸収する複数の空洞を備えた袋（bladder）を組み込んだ義足の特許である。
表６の No.３では，Nike の引用特許は，加圧された流体が密封された袋（bladder）などがソールに組み込まれる構造の履物を対象としたものであり，Van Phillips の被引用特許は No.２と同じものが引用されている。
以上のことから，Nike は Van Phillips の義足の特許を参考にしてシューズの特許を作成していることが分かった。特に足が地面から受ける衝撃を和らげるためのソールの内部構造に影響を与えていると考えられる。
しかし，これまでに Nike が譲り受けている保有特許は，重複もあるが10,849件ある。
その１万件程度ある中で，３件の影響は限定的なものであると言わざるを得ない。
（２）追加分析
続いて，引用分析結果で Nike に２回（表６No.２及び No.３）引用されていた特許について着目する。他特許からの特許「特許番号5,443,529」の引用件数を表７に示す。
表７

追加分析の結果

対象特許（特許番号5,443,529）引用総数

100件

重複除去後の引用件数

53件

表７における重複除去については，同一特許譲受人の同一タイトルの特許は同一特許として処理を行った。これにより53件の特許に引用されていることが明らかとなった。
それらの特許の特許譲受人を見ることでどの分野に引用されているのかの傾向が確認できる。図４にその結果を示す。

186

米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の影響分析

図４

特許番号5,443,529を引用した特許の譲受人（Assignee）の傾向

図４より，最も多く引用している企業は，Van Phillips が設立した Flex-Foot を買収した Össur（12件）である。義肢メーカーの Freedom Innovations（８件）が続き，義肢関連メーカー群がその特許を引用している。また，健常者用スポーツシューズメー
カーの Reebok（Adidas グループ企業）及び Nike も合計で８件引用していることも確認できる。シューズの内部に入れる中敷き，インソールのメーカーである Implus
Footcare 及び Sperco Medical も引用していることが確認できた。
次に，図４に示した特許譲受人の主なビジネスのフィールド，つまり業種に着目して，「特許番号5,443,529」の引用の傾向を図５に示す。

図５

特許番号5,443,529を引用した特許の譲受人（Assignee）の業種

図５中の義肢関連業種の引用比率は38％（20件），スポーツシューズを含むスポーツ
関連業種は17％（９件），インソール関連業種は13％（７件）となっている。つまり３割の引用は義足以外の業種となっており，影響を与えていると考えられる。具体的には，
187

パラリンピック研究会

紀要 vol.17

先述したが足が地面から受ける衝撃を和らげるための義足の技術が，健常者用スポーツ
シューズ及びインソール技術に対してある程度影響を与えていると考えられる。
また，Nike や Reebok のスポーツシューズにはソールにクッションが組み込まれている製品がある。表３で示したようにスポーツシューズメーカーの売上高は大きく，スポーツシューズは日本市場だけでも4,000億円を超える10。こうした製品に Van Phillipsの特許を参考とした技術が使われているならば，金銭的大きなインパクトを創出している可能性がある。

３．結論
2021年夏に開催された東京2020パラリンピック競技大会では，スポーツ用義足を装着した多くの選手が活躍をした。そのスポーツ用義足開発に大きな貢献をした技術は，米国の Van Phillips の様々な発明に依る。そして，それらの発明・技術は直接的にはパラスポーツの支援を実現するものであるが，生み出される過程で行われた高度な構造や素材の研究開発は他の産業に対して何らかの影響を与えていると想定する。そこで，VanPhillips が発明者となっている特許について，スポーツシューズを開発・販売している
世界最大のスポーツメーカーの Nike の特許への引用状況を調査した。結果，Van
Phillips の特許のうち２件が Nike の３件の特許に引用されていた。具体的には，上下が分かれた靴の構造やソールの内部構造に関する特許である。1976年以降，Nike が保有する特許は重複も含め１万件程度あるため影響は定量的には限られたものと判断されるが，引用が行われていることを確認できた。
また，Nike に２回引用された特許（特許番号5,443,529）に着目し追加分析を行った。
その結果，義肢メーカーだけでなく，Nike を含めた健常者用シューズメーカーやImplus Footcare などのインソールメーカーにも引用されていたことがわかった。以上の結果から足が地面から受ける衝撃を和らげるための健常者用スポーツシューズ及びインソール技術に対してある程度影響を与えていると考えられる。Nike や Reebok のス
ポーツシューズにはソールにクッションが組み込まれている製品があり，このマーケッ
トの市場規模は非常に大きい。こうした製品に Van Phillips の特許を参考とした技術が使われているならば，金銭的にも大きなインパクトを創出している可能性がある。
本研究の課題としては，スポーツ用義足から一般のスポーツシューズへの技術の影響に対して，特許の直接的な引用だけではなく間接的な引用や論文も考慮する必要がある。また，今回の調査はコスト的に限界があり，Van Phillips と Nike との引用分析を行うだけにとどまっているため，その結果は限定的なものであることに留意いただきた
188米国特許データを用いたスポーツ用義足技術の影響分析

い。
パラリンピック・ムーブメントは，パラスポーツの振興や健常者の障がい者に対する意識改革だけではなく，パラスポーツ技術による健常者を対象とした技術へのポジティ
ブインパクトも含まれると考える。しかし，障がい者・パラスポーツの市場は大きくな
く，企業にとって魅力的であるとは言えないため，研究開発が活発化しにくい状況にある。ただし，本稿で対象としたスポーツ用義足のように，過酷な状況下で身に付ける負荷の大きい用具の開発は，構造や素材などの高度化に大きく貢献し，他分野への技術のスピルオーバーにも効果的と判断できる。企業は技術のブレークスルーのヒントとなる市場として，パラスポーツを認識すべきと考える。
参考引用文献１

Griliches, Z., 1979, “Issues in Assessing the Contribution of Research and Development to
Productivity Growth,” Bell Journal of Economics, 10（１）,92-116.

２

小田切宏之，後藤晃，1998，『日本の企業進化─革新と共創のダイナミック・プロセス─』，東洋経済新報社．

３

Carpenter, M. P., Narin F. and Woolf, P., 1981, “Citation Rates to Technologically Important
Patents,” World Patent Information, ３（４）, 160-163.

４

六車正道，2006，「引用特許分析の有効性とその活用例」，『情報の科学と技術』，56（３），114119．

５

特許庁，2020，『令和元年度特許出願技術動向調査 結果概要

スポーツ関連技術』，https://www.jpo.go.jp/resources/report/gidou-houkoku/tokkyo/document/index/2019_02.pdf，（2021
年10月31日）．
６

Hobara, H., 2014，”Running-Specific Prostheses: The History, Mechanics, and Controversy,”『バイオメカニズム学会誌』，38（２），105-110．

７沖川悦三，2014，「スポーツ用具としてのチェアスキー開発」，『バイオメカニズム学会誌』，38（２），93-98．

８

相馬りか，2015，「科学技術動向研究

障害者スポーツ用具の技術動向」，『科学技術動向』，

151，16-22．
９

永松陽明，2019，「パラスポーツにおける用具の技術開発の現状と課題」，『日本財団パラリン
ピックサポートセンターパラリンピック研究会紀要』，12，69-82．

10矢野経済研究所，2020，「スポーツシューズ市場に関する調査を実施（2020年）」，https://www.yano.co.jp/press-release/show/press_id/2496，（2021年12月１日）．

189

Journal of Paralympic Research Group vol.17

Impact Analysis of Sports Prosthesis
Technology Using U.S. Patent Data
NAGAMATSU Akira

At the Tokyo 2020 Paralympic Games held in the summer of 2021, many athletes
wearing sports prosthesis, including German Markus Rehm, gave outstanding
performances. The technology that contributed significantly to the development ofthese sports prostheses was based on various inventions by Van Phillips in the
United States. While these inventions and technologies are directly aimed to support
Para sports, it can be assumed that research and development of the advanced
structures and materials undertaken in the process also has an impact on otherindustries. This paper examines patents for inventions by Van Phillips through theircitations within patents of Nike, the world’s largest sports supplier and manufacturer,
which develops and sells sports shoes for able-bodied persons. The results of thisresearch showed that two Van Phillips patents were cited in three Nike patents.
Specifically, patents relating to shoe structure with separate upper and lower parts
and the internal structure of the sole were cited. Nike has held approximately 10,000
patents since 1976, including overlapping patents, and the impact of Van Phillips
patents can be considered limited in quantitative terms, but research for this paper
was able to confirm the existence of citations.
The paper includes additional analysis focusing on the Van Phillips patent that was
twice cited by Nike（Patent No. 5,443,529）. The results show that the same patent
was cited not only by prostheses manufacturers but also by manufacturers of shoes
for able-bodied persons, including Nike, as well as by insole manufacturers such as
Implus Footcare. In view of these results, it can be assumed that this patent has had
some impact on technology for shoes and insoles for able-bodied persons in reducing
the impact of the ground on the feet. Some Nike and Reebok sports shoes havecushions built into the soles, and the size of the market for these products is
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Impact Analysis of Sports Prosthesis Technology Using U.S. Patent Datasignificant. If technology based on Van Phillips’ patents are used in these products, it
could also have a notable financial impact.
For further research on the influence of sports prostheses on sports shoes for ablebodied persons, it is necessary to consider not only direct citations of patents but also
indirect citations and research papers. Furthermore, it must be noted that due to cost
constraints, this particular study is limited to the analysis of Van Phillips and Nike
patent citations.
The Paralympic Movement includes not only the promotion of Para sports and achange in awareness of able-bodied persons toward persons with disabilities, but also
the positive impact of Para sports technology on technology for able-bodied persons.
However, the market for persons with disabilities and Para sports is limited in scale,and does not easily attract companies. This makes it difficult for research anddevelopment in these areas to become energized. Nevertheless, as with the sports
prostheses discussed in this paper, the development of heavy-duty equipment thatcan be worn under harsh conditions can contribute substantially to the advancementof structures and materials, and can be effective as technology for other areas. Thus,
it is in the interest of companies to recognize Para sports as a market that can
provide an indication of technological breakthroughs.

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