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技術 異形親子シールド掘進機

出願人 鹿島建設株式会社株式会社小松製作所
発明者 新野義仁今川勉池添勝次三谷典夫今村剛士
出願日 1997年5月22日 (23年7ヶ月経過) 出願番号 1997-131850
公開日 1998年12月2日 (22年0ヶ月経過) 公開番号 1998-317876
状態 特許登録済
技術分野 立坑・トンネルの掘削技術
主要キーワード チャンバー部内 子シールド トンネル部分 ツールビット 揺動半径 地下鉄道 面板同士 収縮側
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年12月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

簡単な構造によって、例えば地下鉄駅舎部と駅舎間トンネル掘削を、必要最小限の掘削断面構築することのできる異形親子シールド掘進機を提供する。

解決手段

略矩形断面スキンプレート2を有する親シールド機3内に円形のスキンプレート4を有する子シールド機5を内蔵し、子シールド機5は、矩形断面を掘削可能なオーバーカッタ34を有している。

概要

背景

従来、断面円形で大径の親シールド機の内部にやはり断面円形で小径子シールド機を配し、親シールド機による掘削に連続して子シールド機による掘削を行うようにした親子シールド掘進機が知られている。

ところで、例えば下水道のように流体を流すトンネルの場合には、前述のような円形同士の組み合わせよりなる親子シールド掘進機によって所要断面のトンネルを掘削することができる。しかし、例えば地下鉄道駅舎と駅舎間トンネルとを同時に親子シールド掘進機で掘削する場合に前述のような親子シールド掘進機を用いると、以下に説明するように不都合を生じることになる。すなわち、駅舎は人の乗降に支障がないように横幅の広い断面が必要であるのに対して、駅舎間のトンネルは列車が通過できるだけの最小の円形断面が確保されれば良い。ところが、前述のような従来の親子シールド掘進機では、図7に示されるように、円形同士の組み合わせにより掘削されるため、駅舎間のトンネル部分51のみならず駅舎部52も円形断面となって、この駅舎部52の上下に不要な空間53が生じてしまう。

なお、親シールド機により円形断面以外の異形断面を掘削するようにしたものとしては、例えば特開平2−210189号公報もしくは特開平4−293897号公報に記載されたものがある。このうち前者(特開平2−210189号公報)のものでは、図8に示されているように、断面円形の多数の子シールド機54a,54b,54c・・・により異形断面のトンネルを掘削し、このトンネルに連続して複数の小径のトンネルを掘削するように構成されている。また、後者(特開平4−293897号公報)のものでは、図9に示されているように、複数基の回転カッタ55a,55bを有するシールド機の背後に、これら回転カッタ55a,55bで掘削された残りの部分の地山を掘削する揺動アームカッタ56a,56b,56c,56dを配し、これら回転カッタおよび揺動アームカッタにより略楕円形状の断面を掘削するように構成されている。

一方、略矩形断面を掘削可能な異形断面シールド掘進機としては、本出願人の提案になる特願平8−296489号のものがある。この提案による異形断面シールド掘進機では、互いの掘削範囲が一部重複するように複数個カッタヘッドを配し、隣接するカッタヘッド同士が互いに干渉しないようにカッタヘッドを揺動させ、かつ各カッタヘッドに半径方向に伸縮可能なオーバーカッタを取り付けるように構成されている。

概要

簡単な構造によって、例えば地下鉄の駅舎部と駅舎間トンネルの掘削を、必要最小限の掘削断面構築することのできる異形親子シールド掘進機を提供する。

略矩形断面のスキンプレート2を有する親シールド機3内に円形のスキンプレート4を有する子シールド機5を内蔵し、子シールド機5は、矩形断面を掘削可能なオーバーカッタ34を有している。

目的

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造によって、例えば地下鉄の駅舎部と駅舎間トンネルの掘削を、必要最小限の掘削断面で構築することのできる異形親子シールド掘進機を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

親シールド機内に子シールド機を内蔵し、かつそれら親シールド機と子シールド機とがカッタヘッドおよびカッタヘッド駆動部の少なくとも一部を共用する異形親子シールド掘進機であって、前記親シールド機は略矩形断面スキンプレートを有し、この親シールド機の機内には、略矩形断面を掘削可能な矩形断面掘削手段を有することを特徴とする異形親子シールド掘進機。

請求項2

前記矩形断面掘削手段は、少なくとも前記子シールド機の機内に配される請求項1に記載の異形親子シールド掘進機。

請求項3

前記矩形断面掘削手段は、カッタヘッドの半径方向に伸縮可能な複数個オーバーカッタである請求項1または2に記載の異形親子シールド掘進機。

技術分野

0001

本発明は、断面が略矩形親シールド機の内部に断面が例えば円形子シールド機を内蔵した異形親子シールド掘進機に関するものである。

背景技術

0002

従来、断面円形で大径の親シールド機の内部にやはり断面円形で小径の子シールド機を配し、親シールド機による掘削に連続して子シールド機による掘削を行うようにした親子シールド掘進機が知られている。

0003

ところで、例えば下水道のように流体を流すトンネルの場合には、前述のような円形同士の組み合わせよりなる親子シールド掘進機によって所要断面のトンネルを掘削することができる。しかし、例えば地下鉄道駅舎と駅舎間トンネルとを同時に親子シールド掘進機で掘削する場合に前述のような親子シールド掘進機を用いると、以下に説明するように不都合を生じることになる。すなわち、駅舎は人の乗降に支障がないように横幅の広い断面が必要であるのに対して、駅舎間のトンネルは列車が通過できるだけの最小の円形断面が確保されれば良い。ところが、前述のような従来の親子シールド掘進機では、図7に示されるように、円形同士の組み合わせにより掘削されるため、駅舎間のトンネル部分51のみならず駅舎部52も円形断面となって、この駅舎部52の上下に不要な空間53が生じてしまう。

0004

なお、親シールド機により円形断面以外の異形断面を掘削するようにしたものとしては、例えば特開平2−210189号公報もしくは特開平4−293897号公報に記載されたものがある。このうち前者(特開平2−210189号公報)のものでは、図8に示されているように、断面円形の多数の子シールド機54a,54b,54c・・・により異形断面のトンネルを掘削し、このトンネルに連続して複数の小径のトンネルを掘削するように構成されている。また、後者(特開平4−293897号公報)のものでは、図9に示されているように、複数基の回転カッタ55a,55bを有するシールド機の背後に、これら回転カッタ55a,55bで掘削された残りの部分の地山を掘削する揺動アームカッタ56a,56b,56c,56dを配し、これら回転カッタおよび揺動アームカッタにより略楕円形状の断面を掘削するように構成されている。

0005

一方、略矩形断面を掘削可能な異形断面シールド掘進機としては、本出願人の提案になる特願平8−296489号のものがある。この提案による異形断面シールド掘進機では、互いの掘削範囲が一部重複するように複数個カッタヘッドを配し、隣接するカッタヘッド同士が互いに干渉しないようにカッタヘッドを揺動させ、かつ各カッタヘッドに半径方向に伸縮可能なオーバーカッタを取り付けるように構成されている。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、前記各公報に開示されているような異形断面を掘削可能な親子シールド機においては、矩形断面の掘削を行うことが困難であったり、あるいは矩形に近い断面の掘削を行おうとした場合に、多数の小径の子シールド機を配することが必要となって構造が複雑化するとともに、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。

0007

一方、前述された本出願人の提案になる先願のものでは、略矩形断面の掘削を行うことが可能ではあるが、この先願のものは親子シールド掘進機ではないために、前述されたような駅舎部と駅舎間トンネルとを同時に掘削するような用途には使用することができない。

0008

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造によって、例えば地下鉄の駅舎部と駅舎間トンネルの掘削を、必要最小限の掘削断面構築することのできる異形親子シールド掘進機を提供することを目的とするものである。

0009

前述の目的を達成するために、本発明による異形親子シールド掘進機は、親シールド機内に子シールド機を内蔵し、かつそれら親シールド機と子シールド機とがカッタヘッドおよびカッタヘッド駆動部の少なくとも一部を共用する異形親子シールド掘進機であって、前記親シールド機は略矩形断面のスキンプレートを有し、この親シールド機の機内には、略矩形断面を掘削可能な矩形断面掘削手段を有することを特徴とするものである。

0010

本発明によれば、親子の各シールド機を一体で掘進させることにより略矩形断面の大口径トンネルを掘削し、この掘削の終了後に子シールド機単独で例えば円形断面等の小口径トンネルを掘削することができる。すなわち、1台のシールド掘進機により、矩形断面とその矩形に対して口径の小さな例えば円形断面のトンネルを連続して掘削することができる。したがって、例えば地下鉄の駅舎部とその駅舎部間の鉄道トンネルもしくは道路トンネルジャンクション部等のトンネルを、必要最小限の掘削断面で構築することができる。また、本発明では、親シールド機と子シールド機とがカッタヘッドおよびカッタヘッド駆動部の少なくとも一部を共用する構造とされているので、全体として構造の簡素化を図ることができる。この場合、親シールド機と子シールド機との組み合わせ、言い換えれば親シールド機内に配する子シールド機の個数もしくは配設位置等については工事条件毎に任意に設定することができる。なお、子シールド機を円形断面としたときには、この子シールド機が親シールド機から離脱発進する際の止水が容易となり、安全確実に止水して離脱発進させることが可能となる。

0011

本発明において、前記矩形断面掘削手段は、少なくとも前記子シールド機の機内に配されるのが好ましい。また、この矩形断面掘削手段は、カッタヘッドの半径方向に伸縮可能な複数個のオーバーカッタであるのが良い。このようなオーバカッタを設けると、このオーバカッタを所要位置で伸長させることで、単に円形を並列に重ねた形状のみならず、更に広範囲な矩形断面等の異形断面を掘削することが可能となる。また、隣接するカッタヘッドの中心間距離の変更もしくはオーバーカッタの伸長長さの変更によって工事条件毎に最適な矩形断面を設定することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0012

次に、本発明による異形親子シールド掘進機の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。

0013

本発明の一実施の形態に係る異形親子シールド掘進機の正面図(図3のC矢視図)が図1に、同シールド掘進機のカッタヘッド駆動機構図3のB−B線断面図)が図2に、同シールド掘進機の縦断面図(図1のA−A線断面図)が図3にそれぞれ示されている。

0014

本実施の形態の異形親子シールド掘進機1は、泥水式のシールド掘進機に適用したものであって、断面略矩形形状のスキンプレート2を有する親シールド機3と、この親シールド機3の機内の一側寄り収納された断面円形のスキンプレート4を有する子シールド機5とを備える構成とされている。

0015

前記親シールド機3のスキンプレート2の前方には、親シールド機3用の第1のカッタヘッド6と、親シールド機3と子シールド機5とで兼用する第2のカッタヘッド7とが左右に並列状に配設されている。また、これらカッタヘッド6,7の後方にはチャンバー部9,42が区画形成され、これらチャンバー部内に先端部が開口するように送泥管10および排泥管11が設けられている。また、前記スキンプレート2の内壁面にはリングガーダ12が固定され、このリングガーダ12に装着されるフランジ部には多数本の親シールドジャッキ13が固定されている。親シールド機3は、これら親シールドジャッキ13によりセグメント14に反力を得つつ地中を掘進するようにされている。なお、図3において符号15で示されるのはデッキ、符号16で示されるのはエレクタである。

0016

この親シールド機3に設けられる第1のカッタヘッド6は、スポーク式カッタヘッドであって、4本のスポーク17,18,19,20が、互いに隣接するスポーク同士のなす角度が90°になるように配置されるとともに、内側の1本のスポーク20の長さが他の3本のスポーク17〜19の長さより短く形成され、かつそれら長さの短いスポーク20の先端部が第2のカッタヘッド7に干渉しないように配置されてなるものである。

0017

各スポーク17〜20には、中央部に先行ビット21が、両側部にツールビット22がそれぞれ設けられ、これら各ビット21,22により切羽が掘削されるようになっている。また、内側のスポーク20を除く他の3本のスポーク17〜19にはオーバカッタ装置が内蔵され、このオーバカッタ装置の先端部に設けられるオーバーカッタ23がそれらスポーク17〜19の先端部から外方へ突出することで、外周部の地山が掘削できるようにされている。

0018

前記第1のカッタヘッド6の主軸24は、前部がブッシュにより、後部がベアリングによりそれぞれ軸芯回り回動自在に支持されている。また、この主軸24には中央部の外周面に4個のブラケット25a,25b,25c,25dが固着され、これら各ブラケット25a〜25dとスキンプレート2の内壁面に固着される各ブラケット26a,26b,26c,26dとの間にはそれぞれ揺動ジャッキ27a,27b,27c,27dが装着されている。こうして、互いに対角線の位置にある一対の揺動ジャッキ27a,27cを伸長方向に作動させると同時に、他の一対の揺動ジャッキ27b,27dを収縮方向に作動させることで、第1のカッタヘッド6を所定角度回動させ、この回動の後に、前記一対の揺動ジャッキ27a,27cを収縮方向に作動させると同時に、他の一対の揺動ジャッキ27b,27dを伸長方向に作動させることで、第1のカッタヘッド6を逆方向に所定角度回動させ、これら各作動を交互に繰り返し行うことで前記カッタヘッド6に所定の角度範囲(本実施の形態の場合100°)内での揺動運動を行わせるようにされている。

0019

一方、子シールド機5に設けられる第2のカッタヘッド7は、第1のカッタヘッド6と同様スポーク式カッタヘッドであって、4本のスポーク28,29,30,31が、互いに隣接するスポーク同士のなす角度が90°になるように配置されるとともに、各スポーク28〜31の長さが同じ長さとされてなるものである。また、第1のカッタヘッド6と同様、各スポーク28〜31には、中央部に先行ビット32が、両側部にツールビット33がそれぞれ設けられ、これら各ビット32,33により切羽が掘削されるようになっている。また、内側のスポーク29を除く他の3本のスポーク28,30,31にはオーバカッタ装置が内蔵され、このオーバカッタ装置の先端部に設けられるオーバーカッタ34がそれらスポーク28,30,31の先端部から外方へ突出することで、外周部の地山が掘削できるようにされている。

0020

子シールド機5においては、油圧モータ35を含むカッタヘッド駆動部を支持するフレーム部36が設けられ、このフレーム部36の外周側に前記スキンプレート4が設けられている。このスキンプレート4は、ガータ部37とそのガータ部37の前部に一体形成されるフード部38とを備えてなり、このスキンプレート4が、親シールド機3の内周面もしくはその内周面に配されるガイド筒39の内周面と前記フレーム部36の外周面とに沿って前方へ摺動できるようにされている。前記ガータ部37は、親子一体での掘進時には後端部が親シールド機本体にボルト締結されている。また、前記ガータ部37と前記フレーム部36との間にはスペーサ40が取り外し可能に設けられている。このスペーサ40は、親子一体での掘進時には、前部がフレーム部36に後部がガータ部37にそれぞれボルト締結され、それによってフード部38の先端が親シールド機3の隔壁41とほぼ同一面状に位置するようにされている。一方、子シールド機5の単独掘進時には、前記スペーサ40が取り去られてスキンプレート4が前方へ(図3二点鎖線位置まで)摺動され、それによって親シールド機3のチャンバー部42と子シールド機5のチャンバー部9とが区画される。

0021

前記第2のカッタヘッド7の主軸43は、前部がブッシュ44により、後部がベアリング45によりそれぞれ軸芯回りに回動自在に支持されている。この主軸43は、親シールド機3と子シールド機5とを一体で掘進させる際には、前記油圧モータ35を正逆切り換え駆動することにより、第2のカッタヘッド7に所定の角度範囲(本実施の形態の場合100°)内での揺動運動を行わせ、子シールド機5を単独で掘進させる際には、前記油圧モータ35を一定方向に駆動することにより、第2のカッタヘッド7に回転運動を行わせる。なお、前記各カッタヘッド6,7の揺動運動は、一方のカッタヘッド6が図1において左方へ揺動している時には他方のカッタヘッド7も左方へ揺動するというように、左右のカッタヘッド6,7の揺動方向が一致するようにそれらカッタヘッド6,7が同期駆動され、これによって互いのスポークもしくはオーバーカッタ同士が干渉しないようにされている。

0022

また、本実施の形態においては、スポーク17〜20,28〜31の揺動半径外側領域である隅部近傍領域Dおよび両カッタヘッド6,7間の上部および下部領域Eを掘削するために、これら領域D,Eにおいては、スキンプレート2の前端面形状に沿うようにオーバーカッタ23,34がそれらスポーク17〜20,28〜31の先端部から外方へ突出するようにされている。これによって、単に円形を並列に重ねた形状だけでなく、矩形形状を初めとする広範囲な異形断面を掘削することができるようになっている。

0023

このように構成されている異形親子シールド掘進機において、親子一体での掘進時には、図4(a)に示されるように、第1のカッタヘッド6および第2のカッタヘッド7を揺動させるとともに、親シールドジャッキ13によりセグメント14に反力を得つつ掘進が行われる。このとき、各カッタヘッド6,7のオーバーカッタ23,34を適宜伸縮作動することにより、例えば地下鉄の駅舎部に相当する略矩形断面トンネルの掘削が行われる。

0024

この矩形断面トンネルの掘削に連続して小口径の円形断面トンネルを掘削する際には、親シールド機3のエレクタ16および付帯設備が取り外されるとともに、子シールド機5側にテール部,エレクタおよび付帯設備などが取り付けられ、さらに子シールド機5のスキンプレート4を前進させるために、次の手順が採られる。
(1)第2のカッタヘッド7とフレーム部36とを子シールド機本体に固定する。
(2)スペーサ40をフレーム部36およびガータ部37にそれぞれ固定しているボルトを外してそれらスペーサ40を取り去る。
(3)スキンプレート4と親シールド機本体との締結解除する。
(4)スキンプレート4を前方へ摺動させる。
(5)フレーム部36とスキンプレート4とをボルト締結する。

0025

こうして、図4(b)に示されているように、子シールド機3のスキンプレート4が前進されて、フード部38が親シールド機3のチャンバー部42と子シールド機5のチャンバー部9とを区画する位置まで前進されると、子シールド機5の油圧モータ35が正逆駆動から回転駆動に切り換えられる。これによって、子シールド機5は、第2のカッタヘッド7を回転させながら、子シールド機5の後方に組み立てられる子シールド機用のセグメント(図示せず)を反力受けにしつつ子シールドジャッキ47により掘進され、これによって例えば駅舎間トンネルのような円形断面トンネルが掘削される。なお、この掘進時にはチャンバー部9はフード部38により覆われているので、上方の地山が崩落するのを防いで土砂がそのチャンバー部9内に過剰流入するのを確実に防ぐことができる。

0026

本実施の形態においては、親シールド機内に配設される2基のカッタヘッドの回転(もしくは揺動)中心間の距離またはオーバーカッタの伸縮長さを変更することにより、図5に示されているように、工事条件毎に最適な矩形断面を設定することが可能である。

0027

本実施の形態においては、親シールド機3内に2基のカッタヘッドを内蔵させ、そのうちの1基のカッタヘッドが発進していくものを説明したが、矩形断面トンネルを掘削可能な親シールド機(矩形シールド)の機内に、円形断面トンネルを掘削可能な1基の子シールド機(円形シールド)を内蔵させる実施の形態も可能である。この場合、図6(a)に示されるように、円形シールド48の配設位置は、矩形シールド49の一側寄りであっても良いし、勿論矩形シールド49の中央部であっても良い。また、図6(b)に示されるように、矩形シールド49’に対して円形シールド48’を2基もしくは3基以上設けるようにすることができる。さらに、2個のカッタヘッドは縦に並べて配置するようにしても良い。

0028

本実施の形態においては、子シールド機の発進後においては円形断面を掘削するものとしたが、この子シールド機においても、オーバーカッタを適宜伸縮させるとともに、スキンプレートを矩形又は異形とすることにより矩形断面その他の異形断面を掘削するようにすることもできる。

0029

本実施の形態においては、スポーク式のカッタヘッドを例示して説明したが、このカッタヘッドの形式としては、面板式であっても良い。ただし、この面板式とする場合には、隣接するカッタヘッド間において面板同士の干渉を避けるために、その面板の一部を切り欠くことが必要となる。

0030

また、本実施の形態においては、カッタヘッドを揺動機構により揺動させる際伸長側揺動ジャッキと収縮側揺動ジャッキとを同期駆動させるものとしたが、例えば伸長側のみを作動させて他の一対のジャッキをフリー状態にする等の変形も可能である。また、これら揺動ジャッキの本数は4本に限定されることはない。

0031

本実施の形態においては、泥水式シールドについて説明したが、本発明は、土圧式シールドに対しても適用することができる。

図面の簡単な説明

0032

図1図1は、一実施の形態に係る異形親子シールド掘進機の正面図(図3のC矢視図)である。
図2図2は、異形親子シールド掘進機のカッタヘッド駆動機構(図3のB−B線断面図)を示す図である。
図3図3は、異形親子シールド掘進機の縦断面図(図1のA−A線断面図)である。
図4図4(a)は、親子一体での掘進時の態様を示す斜視図、図4(b)は子シールド機単独掘進時の態様を示す斜視図である。
図5図5は、矩形断面の形状例を示す図である。
図6図6(a)(b)は、矩形シールドに対する円形シールドの配設例を示す図である。
図7図7は、従来例における鉄道トンネルの掘削態様を説明する図である。
図8図8は、従来の異形断面掘削用トンネル掘進機の一例を示す説明図である。
図9図9は、従来の異形断面掘削用のトンネル掘進機の他の例を示す説明図である。

--

0033

1異形親子シールド掘進機
2スキンプレート
3親シールド機
4 スキンプレート
5子シールド機
6 第1のカッタヘッド
7 第2のカッタヘッド
9チャンバー部
13親シールドジャッキ
14セグメント
17,18,19,20スポーク
23オーバーカッタ
27a,27b,27c,27d揺動ジャッキ
28,29,30,31 スポーク
34 オーバーカッタ
35油圧モータ
36フレーム部
37ガータ部
38フード部
39ガイド筒
40スペーサ
41隔壁
42 チャンバー部
47子シールドジャッキ

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