から極めて重要な技術であり、第一次お よび第二次産業革命中に、鉄鋼業におけ る技術革新の急増で全盛を極めました。 現在はインダストリー4.0（第四次産業 革命）のさなかにあって、これまでに なくデジタル技術やバイオテクノロジー 開発への依存が高まる中、金属は依然と して最も取引量の多い商品のひとつであ り、鉄鉱石は、砂、砂利およびセメント 成分の次に最も多く採掘されている材料 です。世界中で1年間に生産される鋼鉄 の量は、シリコン生産量の200倍を超え ます。それゆえ冶金は、世界経済にとっ て今もなお大きな存在感を示していま す。
産業冶金は鉄鋼業の独壇場であり、鉄合 金は継続的に建設、製造および電気用途 に幅広く使用されています。その一方 で、非鉄合金への関心が高まっており、 その主な要因として、製造業者がより軽 い構造の生産を目指している（例えば、 自動車や航空宇宙産業における燃費削減 のため）、または極限環境（実験的な核 融合炉心から最新のガスタービンエンジ ンまで）に耐えられる材料を追求してい ることが挙げられます。
非鉄冶金の分野は広範囲にわたってお り、アルミニウムやチタンなどの確立さ れた産業から最近になって開発された高 エントロピー合金まで、数多くの材料や プロセスを内包しています。本書では、 この技術領域が進展している状況を全体 的にイメージできるように、非鉄金属に 関する特許出願の動向を考察していきま す。
方法論 当事務所のIP分析チームは、2012年から 現在に至る共通特許分類C22C（合金）に おいて公開された欧州特許出願の調査を 行いました。その結果が、非鉄合金に関 する1/00から32/00までの各下位分類に 分けて示されました。これを踏まえて、 公開出願の合計数、各領域の上位10位の 出願人、および公開出願の経時的動向が 分析されています。
Patent Filing Trends in NonFerrous Metallurgy
Metallurgy has been of huge technological importance to humanity since the start of the Bronze Age, culminating in the explosion of innovation in the iron and steel industry during the first and second Industrial Revolutions. While we are currently living through Industry 4.0, with an ever-increasing reliance on digital technologies and biotech developments, metals remain one of the most-traded commodities and iron ore is the most-mined material after sand, gravel and cement components. The mass of steel produced globally in a year outstrips silicon production by a factor of over two hundred. Metallurgy is therefore still vitally important to the world economy.
Industrial metallurgy is dominated by the steel industry, with ferrous alloys continuing to find widespread use in construction, manufacturing and electrical applications. However, interest in non-ferrous alloys is growing, particularly as manufacturers aim to produce lighter structures (to reduce fuel consumption in the automobile or aerospace industries, for example) or seek out materials which can withstand extreme environments (from experimental fusion reactor cores to modern gas turbine engines).
Non-ferrous metallurgy is a broad field and covers a large number of materials and processes, from established industries such as aluminium and titanium to more recently developed high-entropy alloys. In this article, we look at patent filing trends for non-ferrous metals to build up a picture of how this technology area is progressing across the board.
Methodology
Our IP Analytics team carried out a search for published European patent applications in the Cooperative Patent Classification C22C (Alloys) between 2012 and the present. The results were broken down for each of the sub-classifications 1/00 to 32/00 relating to non-ferrous alloys. We then analysed the total number of applications published, the top 10 filers in each area, and the publication trends over time.
最強の技術領域
図1から分かるように、
には多数の異なる卑金属に応用可能な冶金 プロセスが含まれているため、この結果は 驚くことではないでしょう。
しかし、1/00以外の各下位分類は、特定の 卑金属または特定の種類の合金を対象と しています。そのうちアルミニウム合金 （21/00）がトップに立ち、わずかな差で 次に来るのが、下位分類19/00に一緒に分 類されるニッケルとコバルトです。この結 果は、とりわけ自動車および航空宇宙部門 に適した軽量で耐腐食性の構造材料とし て、アルミニウム合金が今も産業上重要で あることを物語っています。ニッケルとコ バルトも航空宇宙部門で特に重要です。な ぜならニッケル系とコバルト系超合金は、 ガスタービンエンジンのホットセクション で生じる高温への耐性に優れているためで す。アルミニウム、ニッケルおよびコバル トは全て、磁性合金（アルニコ合金ファミ リーなど）に使用されていますが、ニッケ ルは多くの形状記憶合金の主成分にもなっ ています。コバルト合金は、耐摩耗性と耐 腐食性に優れていることがよく知られてお り、ゆえに機械部品、義歯および人工股関 節などの整形外科用プロテーゼなど様々な 用途に使われています。
欧州における特許出願件数が比較的多い 他の領域として、銅合金（9/00）、貴金 属（5/00）、炭化物、酸化物または窒化 物などの金属化合物を主成分とする合金 （29/00と32/00）、およびチタン合金 （14/00）が挙げられます。下位分類29/00 には、セラミック材料と金属が結合した特 殊な組成物であるサーメットも含まれてい ます。
出願件数が極めて少なかった領域として
Strongest technology areas
As can be seen from Figure 1, 1/00 (Making non-ferrous alloys) was the sub-classification in which the largest number of European applications published in the past decade. This is perhaps not surprising, since the classification covers metallurgical processes which could be applied to many different base metals.
Beyond 1/00, however, each sub-classification focuses on a particular base metal or type of alloy. Of this group, aluminium-based alloys (21/00) come out on top, closely followed by nickel and cobalt which are grouped together in sub-classification 19/00. This highlights the continued industrial importance of aluminium-based alloys as lightweight and corrosion-resistance structural materials, particularly for the automotive and aerospace sectors. Nickel and cobalt are also particularly important in aerospace, given that nickeland cobalt-based superalloys are well-suited to withstand the high temperatures achieved in the hot sections of gas turbine engines. Aluminium, nickel and cobalt all find use in magnetic alloys (such as the Alnico alloy family), while nickel also forms the base of many shape memory alloys. Cobalt-based alloys are well-known for superior wear and/or corrosion resistance, and therefore find diverse applications in machine parts, dentistry and orthopaedic prostheses such as artificial hips.
Other areas where we found significant numbers of patent filings in Europe include copper-based alloys (9/00), the noble metals (5/00), alloys based on metal compounds (29/00 and 32/00) such as carbides, oxides or nitrides, and titanium-based alloys (14/00). Sub-classification 29/00 also includes cermets, which are a special type of composite combining ceramic materials and metals.
Areas where we found very few applications include lead-based alloys (11/00), cadmiumbased alloys (20/00), manganese-based alloys (22/00), alloys based on alkali or alkaline earth metals (24/00) and berylliumbased alloys (25/00), suggesting that these alloys currently have little industrial importance or that less innovation is happening in these technical fields.
Figure 1. Number of published European patent applications per C22C sub-classification between 2012 and today.
上位出願人
欧州における非鉄合金区分は、日本製鉄、 三菱、日立金属／化成、住友およびJFEホ ールディングスなどの日本企業が占めてお り、そのうち数社は鉄鋼生産で有名です。 それ以外の大企業としては、シーメンス、 ゼネラル・エレクトリック、レイセオン・ テクノロジーズおよびコンステリウムが挙 げられます。しかし、様々な出願人の順位 は、技術分野によって大きく変わります。 例えば、表1に見られるように、日本企業 は下位分類1/00（非鉄合金の製造）と9/00 （銅合金）において上位の出願人です。対 照的に欧州と米国企業は、下位分類19/00 （ニッケルまたはコバルトを主成分とする 合金）と
Biggest filers
The non-ferrous alloys classification in Europe is dominated by Japanese corporations such as Nippon Steel, Mitsubishi, Hitachi Metals/ Chemical, Sumitomo and JFE Holdings, several of which are perhaps better known for steel production. Other big corporations include Siemens, General Electric, Raytheon Technologies and Constellium. The ranking of the various filers, however, varies quite strongly with technical fields.
For example, as can be seen in Table 1, Japanese corporations are the top filers in subclassifications 1/00 (Making non-ferrous alloys) and 9/00 (Alloys based on copper). In contrast, European and US corporations are much more active in sub-classifications 19/00 (Alloys based on nickel or cobalt) and 21/00 (Alloys based on aluminium), perhaps reflecting the greater importance of the aerospace industry in these regions. We also found that universities and research organisations only start to appear as top filers for more niche technologies such as alloys based on mercury (7/00) or cadmium (20/00).
Table 1. Top filers of European patent applications between 2012 and today in C22C CPC sub-classifications 1/00, 9/00, 19/00 and 21/00.
19/00
Filing trends
21/00
As can be seen in Figure 2, there has been a strong growth in the number of applications filed for aluminium-based alloys and alloys based on metal compounds (such as metal carbides, oxides, nitrides, etc.), as well as metallurgical processes used to make nonferrous alloys, between 2012 and today.
The increasing numbers of filings for aluminium-based alloys may well reflect the growing need for lightweight materials for the transportation, aerospace and defence industries. Many jurisdictions have implemented strict regulations to reduce CO2 emissions from cars, for example, and this had led to manufacturers seeking ever lighter materials to reduce weight and increase fuel efficiency. Reductions in weight
材を求めるようになったのです。さら
に軽量化には、電気自動車のバッテリ ー消費を改善する必要もあります。
金属化合物を主成分とする合金は、優 れた強度と硬度を示すことが多く、厳 しい環境にも耐えることができます。
例えば金属炭化物、窒化物および炭窒 化物は、切削工具、フライス盤・研削 盤、ギアおよび放射線シールドによく 用いられています。
are also necessary to improve battery power consumption in electric vehicles.
Alloys based on metal compounds often exhibit superior strength and hardness, which make them able to withstand difficult environments. Metal carbides, nitrides and carbonitrides, for example, are often used in cutting tools, milling and grinding machinery, gears, and radiation shielding.
Cermets also fall into the same classification as the compounds and combine the properties of ceramics (such as high temperature resistance and hardness) and metals (such as toughness and the ability to deform plastically). Cermets are being used increasingly in the manufacture of high-temperature electrical components (such as resistors), as well as replacements for metal carbides or nitrides in cutting tools or in automotive and aerospace applications.
1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1
Metal
Figure
Metal
II
Making alloys
tions
Year
As can be seen in Figure 3, one area where we see a marked reduction in the number of filings is for sub-classification 26/00, which covers alloys containing diamond, as well as alloys containing fullerenes, carbon nanotubes and boron nitrides. Such nanostructured materials were a hot topic in academic research at the beginning of the 21st century, but it appears that few of these materials have found largescale industrial applications in metallurgy.
2012
We also noticed a strong peak around 2017 for filings in the 30/00 sub-classification, followed by a gradual tailing off in filing numbers, as shown in Figure 4. This classification relates to non-ferrous alloys containing less than 50% by weight of each component, and therefore covers so-called multicomponent or high-entropy alloys. Such alloys are still the focus of intense research in academia, as they can exhibit novel mechanical and electrical properties not seen in traditional alloys where one base element forms the bulk of the material. However, the reduction in patent filings suggests that significant industrial applications for these properties have not yet been identified.
No Applications/No Applications in 2012 3.4 3.1 2.8 2.5 2.2 1.9 1.6 1.3 1 Year 年 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
Figure 4. Number of published European patent applications for the C22C 30/00 subclassification per year between 2012 and 2021, normalised by the corresponding number of applications published in 2012.
図4 2012年に公開された対応する出願件数を基準とする、2012年から2021年の各年にC22C 30/00下位分類において公開された欧州特許出願の件数
Drafting Materials Related Applications Involving AI: Considerations for Success at the EPO
The use of artificial intelligence (AI) in materials science is rapidly growing. AI can be useful across a range of technical areas in the field, such as: screening databases of known materials; materials modelling; materials design; and the prediction of properties of materials.
を発揮することできます。
材料分野におけるAI発明の特許性
AI発明の特許性を考えるとき、クレー ムされた主題がEPOにより技術的と判 断されるかどうか、ゆえに特許対象か ら除外されないかどうかを検討評価す る必要があります。この要件が満たさ れるとEPOが判断するのは、そのAI発 明が具体的な技術的実施に適応されて いる場合（そのAIモデルの設計が、実
Patentability of AI inventions in materials fields
When considering the patentability of AI inventions, we need to assess whether the EPO will consider the claimed subject-matter to be technical and therefore not excluded from patentability. The EPO considers this requirement to be met if the AI invention is either: adapted to a specific technical implementation (in the sense that the design of the AI model is motivated by technical considerations of the internal functioning of the computer system on which it is run); or applied to a field of technology which the EPO has determined as being technical. For materials inventions involving AI, it is likely to be relatively straightforward to write claims that are considered to define technical subject-matter
野への応用に基づき技術的主題を定 義しているとみなされるクレームを 書くことは、比較的簡単と思われま す。しかし、ある程度AIを使用する 材料関連特許出願の明細書を作成す る前に、その発明においてAIが果た す役割を考察しておくことが重要な ポイントとなります。 発明においてAIが果たす役割は？ 明細書の作成を開始する前に、発明 の内容に関して、いくつか重要な質 問をしなければなりません。例え ば、発明のAI側面はその発明にとっ て付随的なものか、それともその発 明はAIの出現がなければ不可能なも のか？ あるいはその発明は実際に 材料科学における特定の分野だけで なく、AI自体の分野にも貢献するも のか？ これらの質問への答えが、 「AI応用発明」と「AIコア発明」を区 別する上で役に立ちます。
AI応用発明
ここで用いる「AI応用発明」という 用語は、材料科学の特定の領域にお ける問題を解決するために、既知の AIアルゴリズムを使用する発明を指 します。つまり、既知のAIアルゴリ ズムが使用される方法に発明が存在 する場合です。このような種類の発 明は、「技術分野に適応」されてい るため、EPOにより技術的とみなされ る（ゆえに特許の対象から除外され ない）のです。
AI応用発明は、大きく2つのカテゴリ ーに分けられます。即ち、AIがその発 明にとって付随的である発明と、AIの 出現によってのみ可能となる発明で す。AI発明のカテゴリーは、特許出願
based on application to a specific field of technology. However, before we draft materials related patent applications which use AI to some extent, an important point to consider is the role AI plays in the invention.
What role does AI play in the invention?
Before we start draft drafting, we have to ask some key questions about the nature of the invention. For example, is the AI aspect of the invention incidental to the invention or is the invention only possible because of the advent of AI? Or does the invention actually represent a contribution to the field of AI itself rather than just to a specific field within materials science? The answers to these questions help us distinguish between “Applied-AI inventions” and “Core-AI inventions”.
Applied-AI inventions
I’m using the term “Applied-AI inventions” here to refer to inventions which use a known AI algorithm to solve a problem in a particular area of materials science, i.e., where the invention lies in the manner in which a known AI algorithm is used. These types of inventions are considered technical (and so not excluded from patentability) by the EPO due to being “adapted to a field of technology”.
We can split Applied-AI inventions into two main categories: inventions where AI is incidental to the invention; and inventions which are only possible because of the advent of AI. The category of AI invention impacts the content that may be required in the claims and description of a patent application.
An example of a materials invention where AI is incidental to the invention and merely one way that the invention might be realised could be an invention involving a step of simulating the behaviour of materials under different conditions, in which the behaviour is simulated using a machine learning model (but might also be performed using other methods). For inventions of this type, AI is an implementation detail, but not the main invention. Therefore, when drafting a patent application for this type of invention, AI embodiments would be unlikely to be useful in the independent claims, possibly even the dependent claims. It may, nevertheless, be helpful to include details of the AI implementation in the description in order to
能かもしれません）、材料の挙動がシミ ュレートされます。このタイプの発明の 場合、AIは実施詳細であって、主要な発 明ではありません。そのため、このタイ プの発明の特許出願の明細書を作成する 際は、独立クレームにおいて、おそらく は従属クレームにおいても、AI実施態様 は有用ではないでしょう。しかしなが ら、その発明を実施する方法の詳細を示 すために、明細書にAI実施詳細を含める ことは有用と思われます。
その一方で、AIは材料分野において、多 くの可能性の扉も開いています。AI応用 発明の2つ目のカテゴリーは、基本AIア ルゴリズムの改良を示すものではないも のの、AIの出現によってのみ可能となる 発明です。材料科学におけるこのような 発明の一例として、AIを用いて、望まし い特性を有する構造を形成する元素の組 合せを予測することが挙げられます。例 えば、多くの異なる元素から新種の合金 を生産して、特定の特性を持つ材料を生 み出すことは、AIが出現する前は考えら れなかった、または実際に不可能だった でしょう。それゆえこのような方法は、 進歩性があると言えます。このような2 つ目のタイプのAI応用／材料発明の別の 例として、一見すると無関係な他の特 性の測定値から、材料の特性（結晶構造 など）を明らかにする発明が挙げられま す。AIがなければ、このようなタイプの 発明の技術的効果を合理的に得ること はできないため、明細書を作成する上 で、AIは特許出願の独立クレームにおけ る主役となるでしょう。また、開示の十 分性と進歩性（以下に詳述される）のた め、AI実施態様に関する追加の詳細を明 細書に含めることをお勧めします。
注意すべき点として、既知の機械学習方 法を用いて回析図形から結晶構造を解明 する場合など、既知のAIアルゴリズムが 既知の方法の改良または自動化のみに用 いられる場合、欧州で進歩性を証明する のは難しいかもしれません。このような 主題に関する出願明細書の作成を進める 前に、既知のAIアルゴリズムの使用が予 測しない技術的効果をもたらすかどう
provide details of how to work the invention.
AI has, however, also opened up many possibilities in materials fields. The second category of Applied-AI inventions are those which, whilst not representing improvements to fundamental AI algorithms, are only possible because of the advent of AI. In materials science, an example of such an invention could be using AI to predict combinations of elements which will form structures having desired properties. For example, it may be that producing a new type of alloy from many different elements to provide a material having a particular property would not have been contemplated, or indeed possible, before the advent of AI and so such a method could be considered inventive. Another example of this second type of Applied-AI/ materials invention could be one that involves identifying a property (e.g. crystal structure) of a material from measurements of other seemingly unrelated properties. For drafting purposes, as the technical effect of these types of invention can’t reasonably be obtained without AI, the AI will likely feature in the independent claims of a patent application. We would also expect the description to include further details regarding the AI embodiments for the purposes of sufficiency and inventive step (see below for further details).
It is worth noting that if a known AI algorithm is simply used to improve or automate a known process, for example, solving crystal structures from diffraction patterns using known machine learning methods, it may be difficult to demonstrate inventiveness in Europe. Before proceeding with drafting an application directed to such subject-matter, it should be considered whether the use of the known AI algorithm produces an unexpected technical effect, or if there are any other merits which would demonstrate the presence of an inventive step.
Core-AI
Here the term “Core-AI” is used to refer to inventions which represent a contribution to the field of AI itself. For example, better models, improved pre-processing of data, improved methods of training. These inventions can generally be applied to a wide range of problems across a wide range of fields.
It may be initially assumed that inventions in
利点があるかどうかについて考察すべ きです。
AIコア
ここで用いる「AIコア」という用語
は、AI自体の分野に貢献する発明を指 します。例えば、改良されたモデル、 改善されたデータ前処理、改善された 訓練方法などです。このような発明は 通常、広範囲の分野にわたる多種多様 な問題に適用可能です。
材料分野においてAIを使用する発明
は、一見したところ「AI応用」のカテ ゴリーであって、「AIコア」発明には なりそうにないと思われるかもしれま せん。しかし、当事務所はこの思い込 みに警鐘を鳴らしたいと思います。な ぜならAIの基本的側面に関する多くの 発明は、発明者が既知の技術を特定の データに適用しようとする際に遭遇す る、現実世界の問題から生まれている からです。
例を挙げると、発明者はそのモデルが うまく機能するにはデータセットが小 さすぎたことを発見した後、そのデー タを再フォーマットする方法を見出す かもしれません。その同じ技術が他の 小さなデータセットに使用できれば、 これはAIコア発明です。
もう1つの実際的な例が、連合学習の 進展です。連合学習とは、実際に基礎 データを直接共有したくない複数の組 織が、モデルを訓練するために各自の データセットをプールする必要があっ たために生まれた技術です。
AIコアに関する発明は、EPOにおい て、とりわけ数学的方法拒絶という 特許性の問題にぶつかる可能性が高い のですが、その発明が材料分野で遭遇 する問題に基づいて開発された場合、 使用例を提示することにより、その発
materials fields that use AI will usually fall into the category of “Applied-AI” and are unlikely to ever make a “Core-AI” invention. However, we would caution against this assumption, as many inventions in fundamental aspects of AI arise from real-world problems that inventors encounter when trying to apply known techniques to their particular data.
For example, an inventor may have found a way of reformatting their data after finding the data set was too small for the model to successfully operate. If the same technique can be used on other small datasets, then this is a Core-AI invention.
Another practical example is advancements in federated learning which arise due to organisations needing to pool their datasets in order to train a model, without wanting to actually share the underlying data directly.
While inventions relating to Core-AI are generally more likely to encounter patentability issues at the EPO, in particular mathematical method objections, when these inventions are developed based on problems encountered in materials fields it will be possible to clearly describe how the invention is adapted to a field of technology, by providing use-cases. In Europe, even Core-AI inventions may need to be limited to a use-case to ensure the claims are considered technical (and so not excluded from patentability) due to being “adapted to a field of technology”.
In the first instance, inventions relating to CoreAI may be defined usefully by independent claims directed to the mathematical method itself, irrespective of any field restrictions. This ensures that the application offers the applicant the widest number of options in prosecution, particularly if the application will also be prosecuted in other jurisdictions having different patent eligibility requirements to the EPO.
However, with the EPO in mind, the dependent claims should contain specific use-cases of different, and preferably graded, scopes. Importantly, a conversation should be had about the realistic scope that may be obtained for Core-AI inventions in Europe and the commercial usefulness of such claims.
With this in mind, use-cases might be chosen that detail how the Core-AI invention could be applied to the applicant’s most commercially
における最も広い選択肢を与えられる のです。
ただしEPOに提出する場合は、従属ク レームにおいて、好ましくは程度や 範囲が異なる具体的な使用例を含めな ければなりません。また、欧州にお いてAIコア発明に関して獲得できる現 実的な範囲と、そのクレームの商業上 の有用性について話し合うことが大切 です。
この点を念頭に置いて、出願人にと って商業上最も重要なAIモデルと製品 に、そのAIコア発明を適用可能な方法 について詳述する使用例を選択しま す。そのため、発明者自身から提示さ れた使用例に依拠するだけでなく、戦 略的な方法で使用例を選択すべきで す。このような方法でクレームセット を構築すれば、AIコア出願に関して商 業上適切な欧州特許を獲得する最良の 機会がもたらされます。 開示の十分性と進歩性の検討事項 材料分野において、特許出願がEPOに おける開示の十分性要件を満たし、 進歩性を証明できるように実験データ
important AI models and products. They should therefore be chosen in a strategic manner, as opposed to merely relying on the use-cases provided by the inventors themselves. Building up a claim set in this way provides the best opportunity to obtain granted European patents that are commercially relevant for Core-AI applications.
Sufficiency and Inventive Step Considerations
In materials fields, providing experimental data to ensure that patent applications meet the requirements of sufficiency at the EPO and demonstrate an inventive step is usually a fairly major consideration when drafting. However, it should be noted that for inventions in materials fields in which AI is a key aspect, the provision of examples is also important in terms of sufficiency and inventive step of the AI aspects.
Researchers in the field of AI understand that the design of a training data set can be critical to success of an algorithm, as well as the possible effects of model assumptions and design. Therefore, if AI embodiments are to be included in the claims, the patent application should provide information in relation to the training data set (e.g., size, how outliers are handled, selection), the model used to derive the AI (including the type of model, e.g. neural
モデルの構成方法を含む）、さらにそ のモデルにより行われたあらゆる仮定 に関する情報を特許出願に提示すべき です。
また、上記に示唆されたように、欧州 における主題の適格性要件を満たすた めに、クレームにおいて「使用例」を 定義する必要がある場合、そうするこ とで技術的効果がクレームにおいて有 効に定義されることになります。技術 的効果がクレームに定義される場合、 欧州において開示の十分性要件を満た すには、出願時の明細書に提示された 情報と当業者の共通の常識に基づき、 出願日における当業者にとって技術的 効果が説得力のあるものでなければな りません。そのためAIコア発明であっ ても、出願に記載された「使用例」に 説得力を持たせる十分な証拠（クレー ムされた発明によりその技術的効果が 達成される証拠など）を提示する必要 があるでしょう。このような証拠がな ければ、その出願は開示が不十分であ り修正不能と判断されるか、あるいは 出願に提示された証拠または出願日に おける当業者の共通の常識に基づき説 得力があると認められた、出願に記載 の具体的な「使用例」（より狭義に定 義された技術的効果など）にクレーム を限定する必要があるでしょう。
結論
AIが関与する材料発明は、既知の方法 を改良または自動化するためだけに既
network, genetic algorithm, a decision tree, etc. and how the model is structured), as well as any assumptions made by the model.
Furthermore, if, as suggested above, it is necessary for a “use-case(s)” to be defined in the claims in order to meet the subject-matter eligibility requirements in Europe, this will effectively result in a technical effect being defined in the claims. When a technical effect is defined in a claim, in order for the requirement of sufficiency of disclosure to be satisfied in Europe, it is necessary for the technical effect to be made plausible to the skilled person at the filing date, based on the information provided in the application as filed and their common general knowledge. Therefore, even for Core AI inventions, it is likely to be necessary to provide enough evidence in the application to make the “use-cases” described in the application plausible (e.g., evidence that this technical effect is achieved by the claimed invention). Without such evidence, the application could be considered to be incurably insufficient, or it may be necessary to limit the claims to a more specific “use-case” described in the application (e.g. a more narrowly defined technical effect) that is considered to be made plausible by the evidence provided in the application or the skilled person’s common general knowledge at the filing date.
Conclusion
Materials inventions involving AI can be patentable in Europe unless the invention is purely directed to using a known AI algorithm to straightforwardly improve or automate a known process. However, it is important to consider the role AI plays in the invention when drafting the application in order to formulate a suitable breadth of claim and provide suitable evidence for the purposes of sufficiency and inventive step in Europe.
核融合は長い間、地球に豊富に存在する出 発原料を用いる、安全で効率的な低炭素エ ネルギー源であると言われてきました。核 融合により、軽い原子核が融合して重い原 子核を形成し、エネルギーが放出されま す。これは太陽でエネルギーを生み出して いる反応と同じです。
地球上で核融合を行う1つの方法が、強力な 磁石が用いられる「トカマク」と呼ばれる ドーナツ状の真空容器に、水素同位体（重 水素とトリチウム）を含む熱いプラズマを 閉じ込めることです。プラズマが加熱され ると、原子核が融合してヘリウムと中性子 を生成し、その過程でエネルギーを放出し ます。放出されたエネルギーを用いて、水 を加熱し、タービンを動かして電気を発生 させることができます。
2022年2月、英国のカラム核融合エネルギ ーセンターにあるJET（欧州トーラス共同 研究施設）は、同施設のトカマクが5秒間 で59メガジュールのエネルギーを生成し、 核融合反応から得られたエネルギー量とし て新しい世界記録を樹立したと発表しまし た。大したことではないと思われるかもし れませんが、これは実用的な核融合エネル ギープラントの未来図を描くための重要な 一歩なのです。
トカマクにおいて求められる条件には、超 高温と磁場が含まれます。さらにこの反応 による高エネルギー中性子の放出は、核融 合炉材料に放射線損傷を引き起こす可能性 があります。では、地球上でこのような極 限環境を可能にする、核融合炉を支える材 料とはどのようなものでしょうか？
この質問に答えるため、当事務所はこのテ ーマを取り扱っている特許を考察しまし た。原子核研究（融合と分裂）は、これま では政府機関の領域でした。しかし現在 は、原子核研究にも投資する民間企業が増 えてきています。次世代核融合炉の開発に 商業的関心が高まる中、民間企業と公的機 関はますます各自の研究結果を特許で保護 しようとしています。どのような研究が行 われているかを突き止める1つの方法は、 当事務所が本書でやっているように、発明 を記載した技術開示である特許文献を通し
Nuclear fusion has long been heralded as a safe, efficient, low-carbon source of energy, which uses starting materials which are abundant on Earth. In nuclear fusion, light nuclei are fused to form a heavier nucleus, releasing energy – in the same reaction as is used to power the Sun.
On Earth, one way to perform nuclear fusion is in a doughnut-shaped vacuum chamber known as a “tokamak”, where powerful magnets are used to contain a hot plasma containing hydrogen isotopes (deuterium and tritium). When the plasma is heated, the nuclei fuse together to form helium and a neutron and release energy in the process. The released energy can be used to heat water and power turbines to generate electricity.
In February 2022, the JET (“Joint European Torus”) laboratory located at the Culham Centre for Fusion Energy in the UK announced that their tokamak had set a new world record for the amount of energy extracted from a nuclear fusion reaction, producing 59 megajoules of energy over a five second period. This may not sound like much, but it is an important step in the journey to designing a viable nuclear fusion power plant for the future.
The conditions required in the tokamak involve very high temperatures and magnetic fields. Furthermore, the release of high-energy neutrons from the reaction can cause radiation damage to the reactor materials. So what are the materials behind these reactors which allow us to achieve these extreme conditions here on Earth?
To answer this question, we have looked at patents covering this topic. Nuclear research (fusion and fission) was historically the domain of governmental bodies. However, there is a growing number of private companies also investing in nuclear research. With a more commercial focus on developing the next generation of reactors, private companies and public bodies are increasingly also seeking to protect their research outputs by way of patent protection. One way to find out what research is being undertaken, which we have done for this article, is to look at the patent landscape, as patent documents are technical disclosures
第1壁
トカマクの中心では、プラズマが1億℃ 以上の温度に加熱されます。この熱いプ ラズマをトカマクの壁から遠ざけるため に磁場が配置されていますが、時にはプ ラズマが壁に接触することもあります。
最も内側にある第1壁の設計には、損傷 またはプラズマの汚染を防ぎつつプラズ マ衝撃に耐えることに焦点を絞っている ものもあります。当初はカーボン内壁が 使われていました。しかし2009/2010年 以降、JETトカマクの第1壁はベリリウム とタングステンタイルで出来ています。
これはカーボンほどプラズマを汚染しな いためです。さらに第1壁コンポーネン トの設計開発も継続されており、複数の 発明が特許で保護されています。
フランスの原子力・代替エネルギー 庁（CEA）により2012年に出願された
EP2740125Aは、銅合金要素、中間ニオブ 層および前記ニオブ層に直接接触する
ベリリウム要素を含むスタックを備え た、第1壁コンポーネントを記載してい ます。このコンポーネントはさらに、ニ オブ層と銅合金要素の間に応力低減層を 含んでおり、この応力低減層は銅または ニッケルで形成されています。この構成 は改善された熱疲労挙動をもたらし、金 属間化合物の存在を防いで構造における 機械的応力を制限すると記載されていま す。
Tokamak Energy Ltdにより出願された WO2021110969は、下記の図1に示される ように、トカマクの第1壁構造を記載し ています。この構造は、耐火金属または 合金（上記に説明したベリリウムやタン グステンなど）で形成された内壁201を 含み、この内壁に通路をもたらす気孔を 有しています。内壁の外側には、追加材 料202が蒸着されています。蒸着された 材料は、第1壁の材料より低い沸点を有 し、通常運転中の第1壁の温度より高い 融点を有しています。このように蒸着さ れた材料は、プラズマ容器の通常の使用 時は固体であり、内壁の金属が融解する 前に沸騰します。
that describe inventions.
First Wall
At the heart of a tokamak, the plasma is heated to temperatures of over 100 million degrees Celsius. Although the magnetic fields are arranged to keep this hot plasma away from the walls of the tokamak, sometimes the plasma does touch the walls. Some designs of the first wall, which is the innermost wall, focus on withstanding plasma impact without damage or contaminating the plasma. Originally, carbon inner walls were employed. However, since 2009/2010, the first wall of the JET tokamak has been made of beryllium and tungsten tiles, which do not contaminate the plasma as much as carbon. Moreover, developments in the design of the first wall components are continually being made, and inventions are being protected by patents.
EP2740125A , filed in 2012 by The French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), describes a first wall component provided with a stack comprising a copper alloy component, an intermediate niobium layer, and a beryllium element directly in contact with the niobium layer. The component further comprises a stress-reducing layer between the niobium layer and the copper alloy element, the stress-reducing layer being formed from copper or nickel. This arrangement is described as providing improved thermal fatigue behavior, and avoiding the presence of intermetallic compounds limits the mechanical stresses in the structure.
WO2021110969, filed by Tokamak Energy Ltd, describes a first wall structure for a tokamak, as shown in Figure 1 below. The structure comprises an inner wall 201 formed from a refractory metal or alloy (such as beryllium or tungsten as described above), having pores which provide a passage through the inner wall. Upon an outer side of the inner wall there is an additional material 202 deposited. The deposited material has a boiling point lower than the material of the first wall, and a melting point greater than the temperature of the first wall during normal operation. In this way, the deposited material is solid during general use of the plasma chamber and will boil before the inner wall metal melts.
場合、大量の熱が内壁に移動し、内壁 を通して、蒸着された材料を溶かしま す。融解した材料は気孔から押し出さ れ、内壁の内面に被膜305を形成し、 熱により蒸発または沸騰します。この 融解または蒸発の間、潜熱が吸収され ます。これにより内壁の融解が阻止さ れると、この出願は述べています。
In the case of an unstable event in the plasma chamber, a large amount of heat is transferred to the inner wall, which is conducted through the inner wall, melting the deposited material. The molten material is forced out of the pores and forms a coating 305 on the inner surface of the inner wall, which may evaporate or boil due to the heat. During the melting and vaporization, latent heat is absorbed. The application states that this inhibits melting of the inner wall.
Figure 1: Image taken from WO2021110969 図1: WO2021110969からの画像
ダイバータ
トカマクの上部や下部領域に設けられる ダイバータは、運転中に熱や不要な生成 物の制御された除去を可能にする排気機 構として機能します。閉じ込め領域の端 における磁場は、プラズマ不純物とヘリ ウム灰を核融合炉から遠ざけるように設 計されています。ダイバータを形成する 材料は、上記の第1壁とは異なる応力にさ らされます。JETのダイバータは、タング ステン製です。 ダイバータの設計改良は現在も進行中で す。Euratom（欧州原子力共同体）により 出願されたEP0280940は、放熱板と前記 放熱板を覆うイオン保護層とを有するダ イバータを記載しています。このイオン 保護層は、核融合炉におけるイオン流出 から放熱板を保護すると記載されていま す。イオン保護層は、耐火材料で形成さ れた複数の平行繊維を含んでおり、図2に 示されるように、前記繊維は放熱板から 伸長するブラシ状に配置されています。
Divertor
A divertor provided at the upper and/or lower region of the tokamak acts as an exhaust to allow the controlled removal of heat and unwanted products during operation. The magnetic field at the edge of the confinement region is designed so as to divert plasma impurities and helium ash away from the reactor. The material forming the divertor is subjected to different stresses than those in the first wall described above. In JET, the divertor is made from tungsten.
Improvements in the design of divertors are ongoing. EP0280940, filed by Euratom, describes a divertor having a heat dissipation plate and an ion protection layer covering the plate. The ion protection layer is described as protecting the plate from the ion flux in the reactor. The ion protection layer comprises a plurality of parallel fibres formed from a refractory material, the fibres forming a brush like arrangement which extends from the heat dissipation plate, as shown in Figure 2.
Figure 2: Image take from EPO280940 図2：EPO280940 からの画像
さらにTokamak Energy Ltdにより出願され たEP3170181B1は、ダイバータに使用でき る、核融合炉用の中性子シールドの一形 態を記載しています。この中性子シール ドには、結合剤を含む凝集した炭化物ま たはホウ化物と、炭化物またはホウ化物 化合物の粒子を含む集合体とが含まれて います。凝集した炭化物またはホウ化物 の組成は、厚さによって変わり、シール ドのプラズマ対抗側は、非プラズマ対抗 側より中性子吸収材料の割合が低くなっ ています。中性子が最も遅くなる場所に 中性子吸収材料がより多く配置され、こ れにより吸収効果が上がると、この出願 は述べています。
ブランケット
核融合炉において、プラズマ容器を取り 囲むシステムであるブランケットは、1 つまたは2つの機能を果たすことができ ます。即ち、中性子のエネルギーを吸収 して水を加熱し、電気を発生させる機能 と、核融合炉における燃料として使用さ れるトリチウムを生成する機能です。ト リチウムは、「増殖作用」と呼ばれるプ ロセスにおいて、ブランケットに埋め込 まれているリチウムと中性子が反応して 生成されます。トリチウムは、短い半減 期を持つ放射性同位体で、外部の供給源 から得るのは難しい上に高額です。反応 プロセス中にトリチウム燃料を増殖する ことで、こういった問題が軽減されま す。
Korea Atomic Energy Research Institute（
EP3170181B1, also filed by Tokamak Energy Ltd, describes a form of neutron shielding for a fusion reactor, which can be used in a divertor. The neutron shielding includes a cemented carbide or boride comprising a binder and an aggregate which comprises particles of a carbide or boride compound. The composition of the cemented carbide or boride varies through the thickness, such that a plasma facing side of the shielding comprises a lower proportion of neutron absorbing material than a non-plasma facing side. The application states that more of the neutron absorbing material is placed where the neutrons will be slowest and states that this results in the absorbers being more effective.
Blanket
In fusion reactors, the system surrounding the plasma vessel, the blanket, can have one or two functions – to absorb the energy of the neutron to heat water for electricity generation and/or to produce tritium for use as fuel in the reactor. The tritium is produced by the reaction of the neutron with lithium, which is embedded in the blanket, in a process referred to as “breeding”. Tritium is a radioactive isotope having a short half-life, and so is difficult and expensive to obtain from outside sources. By breeding tritium fuel during the reaction process, these difficulties are reduced.
In one design, described in US2010150291, filed by Korea Atomic Energy Research Institute, there is a lithium nanofluid blanket, comprising nanoparticles of a metal or metal oxide which are dispersed in liquid lithium.
US2010150291に記載の設計には、 液体リチウムに分散した金属または金 属酸化物のナノ粒子を含む、リチウム ナノ流体ブランケットが存在します。
この構成は、冷却水との反応性を軽減 し、安定性と信頼性を高める効果があ ると記載されています。
Lawrence Livermore National Security LLC により出願されたEP2668831A1は、複数 のセグメントで形成される融合チャン バーを記載しており、図3に示される ように、各セグメントは第1壁と第1壁 背後のブランケット領域とを含んでい ます。少なくとも1つのセグメントが、 ブランケット領域に高温耐性材料（ス ズやベリリウムなど）を含む区画を有 しています。この材料をブランケット に出し入れすることにより、追加の中
This arrangement is described as having the effect of reducing the reactivity with cooling water and increasing stability and reliability.
EP2668831A1, filed by Lawrence Livermore National Security LLC, describes a fusion chamber which is formed from a plurality of segments, each segment including a first wall and a blanket region behind the first wall, as shown in Figure 3. At least one of the segments has a compartment in the blanket region containing a high-temperature resistant material (such as tin or beryllium). The application describes that this material can be inserted into and removed from the blanket, to capture additional neutrons and control the thermal power output and rate of tritium breeding in the blanket.
These are merely a handful of examples of patent applications being filed on technology relating to fusion reactors. Indeed, there have
been over 3500 patent applications broadly relating to fusion reactors (as classified using the general G21B/ classification) filed worldwide since 2011. Therefore, it can be seen that there is a vast amount of research being carried out into all aspects of nuclear reactor materials and design. With the help of the inventions above, along with many others, we look forward to seeing even more progress towards a viable nuclear fusion power plant in the future.
Michael Ford
シニアアソシエイト mford@hlk-ip.com
David Hammond
パートナー dhammond@hlk-ip.com
Joanne Addison
シニアアソシエイト jaddison@hlk-ip.com
Chloe Farrar 特許弁理士 cfarrar@hlk-ip.com
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