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技術 爆轟頭を無害化する方法及び爆轟保護装置

出願人 ライネマン・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー
発明者 クリストフ・ライネマン
出願日 1999年3月29日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 1999-086467
公開日 1999年11月9日 (19年10ヶ月経過) 公開番号 1999-311500
状態 特許登録済
技術分野 武器;爆破 燃焼室の構造上の細部
主要キーワード 通過ギャップ 流出口端 火炎防止器 衝撃波面 膨脹室 容器装置 早期点火 周辺条件
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(1999年11月9日)のものです。
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図面 (11)

課題

爆轟頭を防ぐ保護装置、しかも、安価に製造できる簡単な手段で実現可能であり、貫流するガスのために何等高い圧力損失を引き起こさないが、耐瞬時発火性保証する爆轟保護装置を提供する。

解決手段

爆轟頭8を、管路1に比べて大きな直径を有する火炎防止器5の付近に導いて、爆轟頭が火炎防止器の部分領域9にのみぶつかり、爆轟頭を火炎防止器の手前で膨張して、この火炎防止器の外側横断面にぶつかる爆燃が生じ、少なくとも1つの接続管4は、自由間隔を形成しつつ、火炎防止器の付近まで延びていて、接続管の中を伝播する爆轟頭が火炎防止器の部分領域のみにぶつかり、及び接続管の回りには、爆燃を形成するために十分に大きな膨張室13が設けられている。

概要

背景

概要

爆轟頭を防ぐ保護装置、しかも、安価に製造できる簡単な手段で実現可能であり、貫流するガスのために何等高い圧力損失を引き起こさないが、耐瞬時発火性保証する爆轟保護装置を提供する。

爆轟頭8を、管路1に比べて大きな直径を有する火炎防止器5の付近に導いて、爆轟頭が火炎防止器の部分領域9にのみぶつかり、爆轟頭を火炎防止器の手前で膨張して、この火炎防止器の外側横断面にぶつかる爆燃が生じ、少なくとも1つの接続管4は、自由間隔を形成しつつ、火炎防止器の付近まで延びていて、接続管の中を伝播する爆轟頭が火炎防止器の部分領域のみにぶつかり、及び接続管の回りには、爆燃を形成するために十分に大きな膨張室13が設けられている。

目的

本発明の課題は、爆轟頭を防ぐ保護装置、しかも、安価に製造できる簡単な手段で実現可能であり、貫流するガスのために何等高い圧力損失を引き起こさないが、耐瞬時発火性を保証する爆轟保護装置を提供することである。

効果

実績

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請求項1

管路(1)内を導かれる爆轟頭(8)を火炎防止器(5,5´)によって無害化する方法において、前記爆轟頭(8,8´)を、前記管路(1)に比べて大きな直径を有する前記火炎防止器(5,5´)の付近に導いて、前記爆轟頭(8,8´)が前記火炎防止器(5,5´)の部分領域(9,9´,9´´)にのみぶつかるようにすること、及び前記爆轟頭(8,8´)を前記火炎防止器(5,5´)の手前で膨張して、この火炎防止器(5,5´)の外側横断面にぶつかる爆燃が生じるようにすること、を特徴とする方法。

請求項2

前記爆轟頭(8,8´)の僅かな部分を、膨張室(3)で予燃焼するために、膨張を引き起こす前記膨張室(3)へ分岐すること、を特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

前記爆轟頭(8)を、複数の部分爆轟頭(8´)にして、前記火炎防止器(5,5´)の複数の部分領域(9´´)へ導くこと、を特徴とする請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

容器装置又は管路装置(1)への組込みに適当なハウジング(2)を有し、このハウジング(2)には、火炎の通過を阻止し、かつ管径(D)よりも著しく大きい直径を有する火炎防止器(5,5´)が設けられてなる爆轟保護装置において、少なくとも1つの接続管(4,4´)は、自由間隔を形成しつつ、前記火炎防止器(5)の付近まで延びていて、前記接続管(4,4´)の中を伝播する爆轟頭(8,8´)が前記火炎防止器(5,5´)の部分領域(9,9´)のみにぶつかること、及び前記接続管(4,4´)の回りには、爆燃を形成するために十分に大きな膨張室(13)が設けられていること、を特徴とする爆轟保護装置。

請求項5

前記接続管(4,4´)の端部と前記火炎防止器(5,5´)との間の自由間隔(L2)は前記管径(D)よりも大きくないこと、を特徴とする請求項4に記載の爆轟保護装置。

請求項6

前記接続管(4,4´)の端部と前記火炎防止器(5,5´)との間の自由間隔は前記管径(D)の3分の1よりも小さくないこと、を特徴とする請求項4又は5に記載の爆轟保護装置。

請求項7

前記ハウジング(2)の内部空間(3)はシリンダ状に形成されており、前記火炎防止器(5,5´)の横断面にほぼ対応する横断面を有すること、を特徴とする請求項4乃至6のいずれか1に記載の爆轟保護装置。

請求項8

前記火炎防止器(5,5´)までの前記内部空間(3)の長さ(L1)は、前記接続管(4,4´)の側において、前記管径(D)の0.5倍よりも小さくないこと、を特徴とする請求項7に記載の爆轟保護装置。

請求項9

前記火炎防止器(5,5´)までの前記内部空間(3)の長さ(L1 )は、前記接続管(4,4´)の側において、2倍の前記管径(D)よりも大きくないこと、を特徴とする請求項7又は8に記載の爆轟保護装置。

請求項10

前記火炎防止器(5´)の部分領域(9´)は、この部分領域(9´)を囲繞する縁部領域とは異なって形成されていること、を特徴とする請求項4乃至9のいずれか1に記載の爆轟保護装置。

請求項11

前記火炎防止器(5´)の部分領域(9´)は、前記縁部領域よりも狭いギャップの幅で形成されていること、を特徴とする請求項10に記載の爆轟保護装置。

請求項12

前記火炎防止器(5,5´)の全横断面に亘ってのギャップの長さは同じであること、を特徴とする請求項11に記載の爆轟保護装置。

請求項13

前記接続管(4)は、前記接続管(4)を囲繞する前記膨張室(13)へ向いている、管径(D)に比べて小さな複数の接続開口部(12)を有すること、を特徴とする請求項4乃至12のいずれか1に記載の爆轟保護装置。

請求項14

前記火炎防止器(5,5´)の両側に接続管(4,4´)が設けられていること、を特徴とする請求項4乃至13のいずれか1に記載の爆轟保護装置。

請求項15

複数の接続管(4´)は前記火炎防止器(5,5´)の手前に設けられていること、を特徴とする請求項4乃至14のいずれか1に記載の爆轟保護装置。

請求項16

前記複数の接続管(4´)は前記火炎防止器(5,5´)の中心軸線に対し回転対称に設けられていること、を特徴とする請求項15に記載の爆轟保護装置。

技術分野

0001

本発明は、管路内を導かれる爆轟頭を火炎防止器によって無害化する方法に関する。

0002

更に、本発明は、管路装置又は容器装置への組込みに適当なハウジングを有し、このハウジングへは、一定の管径を有する少なくとも1つの接続管突入し、ハウジングには、火炎の通過を阻止し、かつ管径よりも著しく大きい直径を有する火炎防止器が設けられてなる爆轟保護装置に関する。

0003

容器装置又は管路装置内での発火可能なガス混合物爆発は、爆轟又は爆燃として伝播され得る。爆轟の際には、火炎面と、爆発の爆風によって形成された衝撃波面とが重なり合うのに対し、爆燃の際には、衝撃波が火炎面に先行する。爆燃の火炎伝播速度が数100メートル/秒であり、(混合物所期圧力が1バールのとき)、衝撃方向での燃焼圧力最大限10バールである。これに対し、爆轟の際には、数1000メートル/秒の火炎伝播速度及び最大限100バールの衝撃方向における圧力が生じることがある。

0004

爆轟の緩和又は終了により爆轟の破壊的な作用を防止すると共に、好ましくは、爆轟頭を、火炎防止器へ打ち当たる前に、爆燃に戻すことは知られている。従って、いわゆる「爆轟ブレーキ」又は「爆轟バンパ」を火炎防止器と組み合わせることがしばしばある。火炎防止器には多数の狭くかつ長いギャップがあって、このギャップでは、火炎が消えるように、火炎が強く冷却される。

0005

爆轟ブレーキと火炎防止器とにより構成される爆轟保護装置はDE-PS 1 192 980 号から公知である。管路を通って伝播される爆轟頭は、公知の装置では、円筒状に形成された壁部の凸状の外面によって分割され、管路に比べて拡大した体積を有する膨脹室に達する。分割した爆轟頭は数回もの転向後に初めて火炎防止器の方に達することができる。火炎防止器は出口スタブに固定されており、この出口スタブは管路に対し90度折曲され、この管路内で爆轟が元々準備されていた。複数回の転向が必要なのは、第2の半円筒状の壁部がより狭い直径を具備し、互いに指向し合う自由な壁部が重なり合うように設けられているので、一種ラビリンスを形成するためである。こうした公知の装置では、互いに突進する部分爆轟頭が後爆轟(Nachdetonation)を引き起こすことがあるのは、特に、不都合混合条件が存在するときである。従って、火炎防止器がこの場合にも確実な消炎作用を有するように、火炎防止器の寸法を定める必要がある。火炎防止器の消炎ギャップの寸法は十分に長くかつ十分に狭く定められていなければならない。しかし、このことによって、通常の作動においては、作動媒体貫流する場合、かなり大きな圧力損失を甘受せざるを得ない。更に、狭くて長い通過ギャップによって、保守コストが高くなる。

0006

DE 195 36 292 C2によって、爆轟頭を主頭(Hauptfront)及び副頭(Nebenfront)に分割し、主頭が膨張室に入るとき、この膨張室が副頭の燃焼ガスを有するように、より長い通過時間をかけて、膨張室に導入することが知られている。爆轟頭が主頭及び副頭に分割され、主頭は膨張室までより長い通過時間を要し、同様に、この方法で実現化される爆轟保護装置の最小容積をもたらす複数の転向を必要とする。少なくとも主頭のためのショックアブソーバ前置しなければならないことによって、更に、かなり高い製造コストが生じる。このことが該当するのは、特に、爆轟保護装置に両側で爆轟頭によって衝撃が与えられ、従って、火炎防止器の両側で爆轟保護装置にショックアブソーバが設けられる必要があるときである。

0007

爆轟保護装置としてショックアブソーバのない火炎防止器のみを形成することは原理的には可能であるだろう。その際に十分な耐瞬間発火性(Zuenddurchschlagssicherheit) を保証するために、火炎防止器のギャップを長くかつ狭く選択する必要がある。このことによって、火炎防止器による高い圧力損失を甘受せざるを得ない。つまり、圧力損失がより少ない火炎防止器の場合、火炎防止器に進入する火炎面が未燃混合気を火炎防止器の中に比較的容易に押し込むことができるのである。このことによって、消炎ギャップには、火炎伝播の方向に、より高い流速従ってまた渦巻が生じ、これらが消炎ギャップにおいて燃焼速度を高めると共に、消火能力従ってまた耐逆火性(Flammendurchschlagssicherheit) を低下させる。しかし乍ら、高い閉塞性、つまり、狭くて長いギャップによる高い耐瞬時発火性を有する火炎防止器が実現化されるとき、高い圧力損失というかなりの操作技術上の欠点が生じる。

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の課題は、爆轟頭を防ぐ保護装置、しかも、安価に製造できる簡単な手段で実現可能であり、貫流するガスのために何等高い圧力損失を引き起こさないが、耐瞬時発火性を保証する爆轟保護装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

上記の課題は、爆轟頭を、管路に比べて大きな直径を有する火炎防止器の付近に導いて、爆轟頭が火炎防止器の部分領域にのみぶつかるようにすること、及び爆轟頭を火炎防止器の手前で膨張して、この火炎防止器の外側横断面にぶつかる爆燃が生じるようにすること、を特徴とする方法によって解決される。

0010

この方法の改善において、爆轟頭の僅かな部分を、膨張室で予燃焼するために、膨張を引き起こす膨張室へ分岐して、予燃焼されたガスによって、膨張室における爆轟頭の新たな発生を防止する。

0011

所望の非常に低い圧力損失の理由により、火炎防止器の直径を管径に比べて極端に大きく設計する必要があるとき、爆轟頭を、複数の部分爆轟頭にして、火炎防止器の複数の部分領域へ導くことは適切である。このことによって、通常の作動において、管路と火炎防止器との間の大きな直径差については、火炎防止器の全面への貫流媒体の十分に均等な流れ寄りが達成される。

0012

上記の課題は、更に、少なくとも1つの接続管が、自由間隔を形成しつつ、火炎防止器の付近まで延びていて、接続管の中を伝播する爆轟頭が火炎防止器の部分領域のみにぶつかること、及び接続管の回りには、爆燃を形成するために十分に大きな膨張室が設けられていること、を特徴とする爆轟保護装置によって解決される。

0013

本発明によって、かくして、火炎防止器が通常の作動中に大きな圧力損失をもたらすことなく、自身のショックアブソーバを有しないが火炎防止器のみを有する爆轟保護装置を形成することが可能である。本発明の核心は、1つの接続管によって爆轟頭を火炎防止器の極近くに導くことにより、爆轟頭を火炎防止器の或る部分領域のみにぶつけることにある。この場合、火炎防止器の、爆轟頭が到達する側に、膨張室が設けられているので、爆轟頭は、膨張室において、火炎防止器の手前で、爆燃を二次発火によって発生させる。爆轟頭が火炎防止器の部分領域にのみぶつかるので、火炎防止器は爆轟頭に対し高い流れ抵抗を行なう。火炎防止器全体の自由横断面が接続管の管径と同じか、それより大きいことは好ましい。

0014

本発明の好ましい実施の形態では、管路部分が火炎防止器の付近に導かれて、爆轟頭がぶつかる部分領域は実質的に管径に対応する。この場合、火炎防止器が、通常の作動中に僅かな圧力損失を達成するために、部分領域の直径の少なくとも2倍に対応する全直径を有することは好ましい。

0015

接続管の端部が火炎防止器により接近するように導かれるにつれて、本発明の装置の作用法は消炎性能に関して一層好都合になる。接続管の端部と火炎防止器との間の自由間隔を減少するための下限は、かなり遅い通常の流速であっても、通常の作動中には爆轟頭が火炎防止器の全横断面に十分に均等に押し寄せることに拠る。

0016

これらの周辺条件注意すれば、本発明に基づく爆轟保護装置の好ましい実施の形態では、接続管の端部と火炎防止器との間の自由間隔は管径の3分の1より大きいか、それより同じ及び管径より小さいか、それと同じである。

0017

好ましくはシリンダ状に形成されており、火炎防止器の横断面にほぼ対応する横断面を有する、ハウジングの内部空間に関しては、火炎防止器までの内部空間の長さは、接続管の側において、好ましくは管径の0.6倍よりも大きく、好ましくは管径の2倍より小さいかそれと同じであってもよく、特に、下記の早期点火を用いる際には、管路の半分まで縮小されることができる。

0018

火炎防止器の部分領域への爆轟頭の衝突の(この衝突によって火炎防止器が爆轟頭に対し大きな流れ抵抗を行なう)、本発明に基づく効果を、火炎防止器の部分領域が、この部分領域を囲繞する縁部領域とは異なって形成されていることによって、増大することができる。この場合、火炎防止器の部分領域が、縁部領域よりも狭いギャップの幅で形成されていることは好ましい。火炎防止器のギャップの長さが、製造技術的な理由から、横断面全体に亘って同じであることは適切である。

0019

本発明に基づく爆轟保護装置が、接続管において、接続管を囲繞する膨張室へ向いている、管径に比較して小さな複数の接続開口部を、有することができるのは、爆轟頭による早期点火によって、膨張室に予燃焼を引き起こすためである。それ故に、膨張室における爆轟頭の新たな形成への傾向に対し、予燃焼されたガスによって、特に、膨張室の、火炎防止器から離隔した端壁における、跳ね返りによって、効果的な対処が行なわれるので、膨張室の長さは減少されることができる。

0020

爆轟頭を複数の部分爆轟頭に分割するために、本発明による爆轟保護装置は火炎防止器の手前に複数の接続管を有することができる。複数の接続管は火炎防止器の中心軸線に対し回転対称に設けられている。

発明を実施するための最良の形態

0021

図1は、破線で示すように管路1に装着可能なハウジング2によって形成されている爆轟保護装置を略示している。ハウジング2は、両端において、フランジを介して管路1に接合されており、ハウジング2の内部空間3を形成している。管路1に連なる接続管4は一側から内部空間3に突入しており、ハウジング2の中央に設けられた火炎防止器5の手前まで延びている。図示した実施の形態では、火炎防止器5は、複数のフランジ結合手段7によって、ハウジング2の2つの半体6の間に保たれている。

0022

図1は、接続管4を通って急速接近する爆轟頭8が、火炎防止器5の部分領域9にぶつかる様を示している。

0023

図2は、管路1に連なる接続管4が直径Dを示していること、及び爆轟頭8が実際に直径Dで火炎防止器5の部分領域9にぶつかり、かくて、この部分領域9がほぼ直径Dを有すること、を明示している。爆轟頭8の衝撃波は、僅かな直径において、火炎防止器5のかなり高い流れ抵抗に会うので、爆轟頭8は火炎防止器5から部分的に跳ね返され、火炎防止器5の部分領域9への突入の際に、消滅される。接続管4の端部と、火炎防止器5との間の開いた領域では、爆轟頭8がハウジング6の膨張室13で二次点火を引き起こす。膨張室13は、接続管4の接合点から火炎防止器5の手前へ長さL1 に亘って延びている。二次点火の故に、膨張室13内で爆燃が生じ、著しく低い火炎伝播速度及び低い燃焼圧力で、火炎防止器5の外側領域にぶつかる。膨張室13の壁における、特に、接続管4を囲繞する環状の端壁10における跳ね返りによって、爆燃は再度爆轟頭へと形成されるだろう。この形成は十分な最小長L1 によって阻止される。何故ならば、跳ね返されて爆轟頭に移行された爆燃頭(Deflagrationsfront)が、そのとき、火炎防止器5の手前で既に燃焼した混合気にぶつかって、かくして、作用を及ぼさないからである。

0024

火炎防止器5の自由横断面は、管径Dを有する接続管4の少なくとも横断面に対応しているか、それより大きいので、図3に示すように爆轟頭8としてでなく通常の流れ11として横断するガスについては、火炎防止器5による著しい圧力損失は全然生じない。

0025

図3に示すように、接続管4の流出口端部と、火炎防止器5の、接続管4に向いた表面との間の自由間隔L2 は、通常の作動では貫通媒体(Durchflussmedium)が火炎防止器5に均等に流れ寄せるように、選択されている。このことは、間隔L2 の長さが内径Dの3分の1より大きいかそれと同じであり、内径Dより小さいかそれと同じである場合に当て嵌まる。

0026

図4に示した実施の形態は、図1に示した実施の形態に対応しているが、ただ違う点は、火炎防止器5の両側に夫々接続管4が設けられているので、図4に示した爆轟保護装置が、両側から突進する爆轟頭8に適合していることである。

0027

本発明の、図5に示した他の実施の形態は、図1に示した実施の形態とは、火炎防止器5´の部分領域9´がより狭い間隔で製造されているので、火炎防止器5´が狭くなった部分領域9´によって、爆轟頭8により強い流れ抵抗を行なう点で、異なっている。

0028

図6に示した実施の形態は、図5に示した実施の形態と他の点では同じであって、この実施の形態では、接続管4は複数の小さな接続開口部12を有し、これらの接続開口部12を通って、ハウジングの始まりの直後で、到来する爆轟頭8のうちの1部が分かれ、直接に膨張室13へ導かれ、そこでは、爆轟頭8の分かれた部分の点火によって、予燃焼が生じるので、膨張室13内での燃焼したガスがハウジング2の後壁10における爆燃の跳ね返りによる二次爆轟の形成を阻み、これによって、長さL1を短くすることができる。

0029

図7及び8に示された第5の実施の形態は、火炎防止器5を管路1の直径Dに比べて極端に大きく設計して、通常の作動では、火炎防止器5による非常に少ない圧力損失を獲得することを規定している。通常の作動において、効果的な間隔L2を維持しつつ、貫流媒体の、火炎防止器5の全面への十分に均等な流れ寄りを調整するために、複数の接続管4´が火炎防止器5の横断面に亘って配設されている。図7は、管路1内を急速接近する爆轟頭が、複数の接続管によって(dadurch) 複数の部分爆轟頭8´に分けられ、部分爆轟頭8´は火炎防止器5の、これらの部分爆轟頭に対応する部分領域9´´にぶつかること、を明示している。膨張室13´の長さL1を限定する後方の端壁10´は、壁部分によって形成されている。これらの壁部分は、火炎防止器5の流れ方向手前で、分配室14を区画しており、この分配室14は管路1の直径Dから始まって、火炎防止器5の有効な直径へと拡張し、複数の接続管4へと移行している。図7に示すような複数の接続管4´の配列は中央の接続管4´を有する。この中央の接続管4´は管路1´と整列しているが、管路1よりも幾らか小さな直径を有する。4つの他の接続管4´は中央の接続管4´の回りに、同一半径上に(auf einem Radius)、同一の間隔をあけて周設されている。図8は、通常の部分流(Teilstroemungen) 11´が接続管4´を通過し、火炎防止器5の横断面へ均等に分配されてなる通常の作動を明示している。

0030

図9及び10に示した第6の実施の形態では、第5の実施の形態と比べて、中央の接続管4´がない。むしろ、2つの接続管4´のみが示されており、双方はハウジング2の従ってまた火炎防止器5の中心軸線に対し同一間隔をあけて設けられている。このような配列によっても、部分爆轟頭8´(図9)又は通常の部分流11´(図10)が形成される。

0031

示された好ましい寸法入れでは、長さL1が≧0.5D及び≦2Dであり、長さL2は≧1/3Dと≦1Dの間である。長さL1及びL2の最適化は火炎防止器5による圧力損失に拠る。

図面の簡単な説明

0032

図1図1は、火炎防止器へ急速接近する爆轟頭を有する本発明の、第1の実施の形態の略図である。
図2図2は、爆轟頭によって引き起こされた二次点火により生じた爆燃の伝播を示す、図1に基づく図である。
図3図3は、接続管から流出する貫流媒体を火炎防止器の全面に分配するのを示す、通常の作動についての図1に示した実施の形態の図である。
図4図4は、図1に示す実施の形態に類似しているが、両側から急速接近する爆轟頭のために形成されている本発明の、第2の実施の形態を示す図である。
図5図5は、本発明の第3の実施の形態に関する、図1に示した描写を示す図である。
図6図6は、本発明の第4の実施の形態に関する、図2に示した描写を示す図である。
図7図7は、本発明の第5の実施の形態に関する、図1に示した描写を示す図である。
図8図8は、本発明の第5の実施の形態に関する、図3に示した描写を示す図である。
図9図9は、本発明の第6の実施の形態に関する、図1に示した描写を示す図である。
図10図10は、本発明の第6の実施の形態に関する、図3に示した描写を示す図である。

--

0033

1管路
2ハウジング
3膨張室
4接続管
4´ 接続管
5火炎防止器
5´ 火炎防止器
8爆轟頭
8´ 爆轟頭
9 部分領域
9´ 部分領域
9´´ 部分領域
12接続開口部
13 膨張室
D管径
LI 長さ
L2 自由空間

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