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図面 (4)

課題

有利な特性を有し、とくに簡単な構成及びわずかなコスト、高い信頼性及び簡単な製造を有する、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットを提供する。

解決手段

1.電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニット。2.1.電動機が、二重壁電動機ハウジング及び回りに延びた冷却回路を有し電子モジュールが、少なくとも1つの冷却すべき機能ユニットを有し、簡単な構成及び高い信頼度を有し、かつ簡単な様式及び方法で、かつわずかなコストで製造される、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットを記載する。2.2.電動機と電子モジュールの冷却回路を共通に利用するために、電子モジュールの冷却すべき機能ユニットが、冷却器挿入部分上に装着されており、この冷却器挿入部分が、電子モジュールハウジング内及び電動機ハウジングの外壁内に設けられた切り欠き内に、電動機ハウジングの内壁に接するように挿入されている。2.3.自動車駆動装置及び/又は補助駆動装置のための電気エネルギーを準備する電気駆動ユニット。

概要

背景

電気駆動ユニットは、多様な適用分野において使用され;例えば自動車の分野において、放射の少ない自動車の利用が、強力に普及し、これらの自動車は、駆動エネルギー及び/又は補助駆動のためのエネルギーの少なくとも一部を、電気的な方法でカバーする。電気駆動ユニットは、電気駆動出力を発生しかつ準備する電動機、及び電動機を制御しかつ監視する、例えば電動機を回転速度及び出力調整する電子モジュールからなる。

電動機は、その大きな電力密度に基づいて、冷却しなければならず、かつそれ故に冷却回路装備しており(ほとんどの場合、そのために冷却回路の冷却媒体として水による水冷が利用される);そのために二重壁電動機ハウジングにおいて、冷却水送りのために設けられた水ジャケットが、電動機ハウジングの外壁内壁との間に配置されている。電動機に対して間隔を置いて、自立したユニットとして複数の機能ユニット(とくに電力ユニット及び制御ユニット)を含む電子モジュールが配置されており、これらの機能ユニットのうち通常少なくとも1つの機能ユニットは、大きな損失電力を有し、かつそれに相応して冷却しなければならず、−この損失電力を放出するために(とくに電力ユニットの損失電力を放出するために)、電子モジュールは、独自の冷却回路を有し、この冷却回路は、電動機の冷却回路に対して直列に接続されており、かつこれに接続ホースを介して接続されている。電子モジュールと電動機との間に、センサ信号及び制御信号転送しかつ電圧を供給するために、外部信号線及び給電線が設けられており;これらのケーブルとして構成された接続線は、接続プラグによって、電子モジュールハウジング及び電動機ハウジングのそのために設けられたプラグ端子に接続されている。

電動機と電子モジュールの分離部を有する、とくに電動機と電子モジュールの切離された冷却回路を有する電気駆動ユニットのこの構成は、次の欠点を引起こす:
・電気駆動ユニットを実現するために電動機と電子モジュールとの間に不可欠の接続は、高価であり、かつ信頼性、老化等に関する問題を、例えば電動機と電子モジュールとの間の接続ホースにおける密閉の問題を引起こし、
・電気駆動ユニットの面積需要及びそれ故に組込み容積も、大きい。
・電気駆動ユニットの製造は、比較的多くのコストに結び付いている。

概要

有利な特性を有し、とくに簡単な構成及びわずかなコスト、高い信頼性及び簡単な製造を有する、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットを提供する。

1.電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニット。2.1.電動機が、二重壁電動機ハウジング及び回りに延びた冷却回路を有し電子モジュールが、少なくとも1つの冷却すべき機能ユニットを有し、簡単な構成及び高い信頼度を有し、かつ簡単な様式及び方法で、かつわずかなコストで製造される、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットを記載する。2.2.電動機と電子モジュールの冷却回路を共通に利用するために、電子モジュールの冷却すべき機能ユニットが、冷却器挿入部分上に装着されており、この冷却器挿入部分が、電子モジュールハウジング内及び電動機ハウジングの外壁内に設けられた切り欠き内に、電動機ハウジングの内壁に接するように挿入されている。2.3.自動車の駆動装置及び/又は補助駆動装置のための電気エネルギーを準備する電気駆動ユニット。

目的

本発明の課題は、それに対して有利な特性を有し、とくに簡単な構成及びわずかなコスト、高い信頼性及び簡単な製造を有する、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
7件

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請求項1

電動機(2)が、外壁(22)及び内壁(23)を備えた二重壁電動機ハウジング(21)を有し、これらの壁の間に、冷却媒体(44)が流通する冷却回路(24)が配置されており、・電子モジュール(3)が、少なくとも1つの冷却すべき機能ユニット(31)及び電子モジュールハウジング(34)を有する、電動機(2)と電子モジュール(3)からなる電気駆動ユニット(1)において、・電子モジュール(3)の冷却すべき機能ユニット(31)が、冷却器挿入部分(4)上に配置されており、・電子モジュールハウジング(34)内に、冷却器挿入部分(4)を収容するために使われる切り欠きが設けられており、・電動機ハウジング(21)の外壁(22)に、電子モジュールハウジング(34)における切り欠きに対応する切り欠きが設けられており、この切り欠き内に冷却器挿入部分(4)が、電動機ハウジング(21)の内壁(23)に接するように挿入されていることを特徴とする、電動機(2)と電子モジュール(3)からなる電気駆動ユニット(1)。

請求項2

冷却器挿入部分(4)の下側(41)が、冷却媒体(44)が流れる表面を拡大するために、幾何学構造要素(42)を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の電気駆動ユニット。

請求項3

冷却器挿入部分(4)の下側(41)に、断熱層(7)が装着されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電気駆動ユニット。ット。

請求項5

電子モジュールハウジング(34)が、電圧供給用の接続線及び制御線を接続するプラグ端子(36,37)のための切り欠きを有することを特徴とする、請求項1ないし4の1つに記載の電気駆動ユニット。

請求項6

電動機(2)及び電子モジュール(3)の電気的接続が、内部接続線を介して行なわれることを特徴とする、請求項1ないし5の1つに記載の電気駆動ユニット。

請求項7

電子モジュール(3)が、複数の機能ユニット(31;32;33)を有し、これらの機能ユニットが、それぞれ1つの支持体部材(311;321;331)上において、互いに間隔を置いて異なった回路平面内に配置されていることを特徴とする、請求項1ないし6の1つに記載の電気駆動ユニット。

請求項8

電子モジュール(3)が、互いに間隔を置いて配置された次の機能ユニット(31;32;33)を有し:すなわち・冷却器挿入部分(4)上に配置された支持体部材(311)として基板を有する電力ユニット(31)、・電圧供給、位相シフト及び構成要素の接触のために支持体部材(321)として大電流プリント板上に配置された接続ユニット(32)、・支持体部材(331)としてプリント板を有する制御ユニット(33)を有することを特徴とする、請求項7に記載の電気駆動ユニット。

請求項9

大電流プリント板(331)の上側及び/又は下側に、補償補強部を備えた接続要素が設けられていることを特徴とする、請求項8に記載の電気駆動ユニット。

技術分野

0001

本発明は、電動機が、外壁及び内壁を備えた二重壁電動機ハウジングを有し、これらの壁の間に、冷却媒体流通する冷却回路が配置されており、電子モジュールが、少なくとも1つの冷却すべき機能ユニット及び電子モジュールハウジングを有する、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットに関する。

背景技術

0002

電気駆動ユニットは、多様な適用分野において使用され;例えば自動車の分野において、放射の少ない自動車の利用が、強力に普及し、これらの自動車は、駆動エネルギー及び/又は補助駆動のためのエネルギーの少なくとも一部を、電気的な方法でカバーする。電気駆動ユニットは、電気駆動出力を発生しかつ準備する電動機、及び電動機を制御しかつ監視する、例えば電動機を回転速度及び出力調整する電子モジュールからなる。

0003

電動機は、その大きな電力密度に基づいて、冷却しなければならず、かつそれ故に冷却回路を装備しており(ほとんどの場合、そのために冷却回路の冷却媒体として水による水冷が利用される);そのために二重壁の電動機ハウジングにおいて、冷却水送りのために設けられた水ジャケットが、電動機ハウジングの外壁と内壁との間に配置されている。電動機に対して間隔を置いて、自立したユニットとして複数の機能ユニット(とくに電力ユニット及び制御ユニット)を含む電子モジュールが配置されており、これらの機能ユニットのうち通常少なくとも1つの機能ユニットは、大きな損失電力を有し、かつそれに相応して冷却しなければならず、−この損失電力を放出するために(とくに電力ユニットの損失電力を放出するために)、電子モジュールは、独自の冷却回路を有し、この冷却回路は、電動機の冷却回路に対して直列に接続されており、かつこれに接続ホースを介して接続されている。電子モジュールと電動機との間に、センサ信号及び制御信号転送しかつ電圧を供給するために、外部信号線及び給電線が設けられており;これらのケーブルとして構成された接続線は、接続プラグによって、電子モジュールハウジング及び電動機ハウジングのそのために設けられたプラグ端子に接続されている。

0004

電動機と電子モジュールの分離部を有する、とくに電動機と電子モジュールの切離された冷却回路を有する電気駆動ユニットのこの構成は、次の欠点を引起こす:
・電気駆動ユニットを実現するために電動機と電子モジュールとの間に不可欠の接続は、高価であり、かつ信頼性、老化等に関する問題を、例えば電動機と電子モジュールとの間の接続ホースにおける密閉の問題を引起こし、
・電気駆動ユニットの面積需要及びそれ故に組込み容積も、大きい。
・電気駆動ユニットの製造は、比較的多くのコストに結び付いている。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の課題は、それに対して有利な特性を有し、とくに簡単な構成及びわずかなコスト、高い信頼性及び簡単な製造を有する、電動機と電子モジュールからなる電気駆動ユニットを提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明によれば、この課題は、特許請求の範囲第1項の特徴部分における特徴によって、次のようにして解決される。すなわち電子モジュールの冷却すべき機能ユニットが、冷却器挿入部分上に配置されており、電子モジュールハウジング内に、冷却器挿入部分を収容するために使われる切り欠きが設けられており、電動機ハウジングの外壁に、電子モジュールハウジングにおける切り欠きに対応する切り欠きが設けられており、この切り欠き内に冷却器挿入部分が、電動機ハウジングの内壁に接するように挿入されている。

0007

電気駆動ユニットの有利な構成は、その他の特許請求の範囲の要素である。

0008

電動機と電子モジュールは、統合された電気駆動ユニットを形成し、とくに電動機と電子モジュールの冷却機能は、一緒に実現される(冷却回路は、一緒に利用される)。そのために電子モジュールハウジング内に、冷却器挿入部分を収容する切り欠きが、かつ電動機ハウジングの外壁に、それに対応する切り欠きが設けられており;電動機と電子モジュールをまとめる前に、冷却器挿入部分は、電子モジュールハウジングにおける切り欠き内に挿入され、電動機と電子モジュールをまとめる際に、冷却器挿入部分は、電動機ハウジングの外壁に(とくに同列になるように)接触し、かつそれにより電動機の冷却媒体が流通する冷却回路内に(例えば水ジャケット内に)完全に統合され−それにより電動機と電子モジュール(とくに電子モジュールの電力ユニット)は、同時に冷却される。その結果、電気駆動ユニットの冷却機能を実現するために、電動機と電子モジュールとの間の接続ホースは必要ないので、これに結び付いた問題(接続ホースの密閉等)はなくなる。電動機ハウジングの外壁に対してさらに強力な内壁の加熱が、電子モジュールの冷却を、したがってその動作能力を害することはないので、冷却器挿入部分は、電動機ハウジングの内壁に向かって冷却器挿入部分の下側に装着された断熱層によって断熱されている。この断熱層は、例えば冷却器挿入部分の下側に装着された高温に耐える合成物質フィルムによって実現され、例えば片側において接着するポリイミドフィルム又はテフロンフィルムによって実現され−例えばそれにより180°Cまでの耐熱性が達成される。冷却器挿入部分の形は、電動機及び電子モジュールの形に、又は電動機ハウジング及び電子モジュールハウジングのハウジングの形に整合されており;冷却器挿入部分の大きさは、放出すべき損失電力に従い、すなわち必要な冷却機能は、冷却器挿入部分によって保証されなければならない。電動機ハウジングの内壁に接する冷却器挿入部分の下側は、表面積を拡大するため及び冷却器媒体のための“流れ通路”をあらかじめ与えるために、幾何学構造要素を備え、例えばひし形角すい台、又はレンズを備えることができる。冷却器挿入部分は、なるべく大きな熱伝導度を有する材料から、例えば銅、アルミニウム圧力鋳造品、AlSiC又はAINからなる。電動機と電子モジュールの間の機械的な接続は、適当な取付け要素によって、例えばねじによって取付けられた金具を介して行なわれる。電動機と電子モジュールとの間の電気的な接続は、電動機ハウジングと電子モジュールハウジングにおける切り欠きを介して(例えば電動機の軸受シールドの範囲に設けられた切り欠きを介して)、電気駆動ユニットの全ハウジング内における内部接続線によって行なわれるので、そのために外部プラグ端子及び外部接続線は、必要ない。

0009

電子モジュールにおいて、それぞれ1つの回路支持体上に配置された複数の機能ユニットは、複数の回路平面を含むコンパクトな構成に統合されており:例えば第1の回路平面に、電動機のためのクロック制御された相電流を発生する電力半導体構成要素を含む電力ユニットが、電力ユニットの上の第2の回路平面に、位相シフト、DC給電及び接触を行なう端子面及び導体路を有する大電流プリント板上に配置された接続ユニットが、かつ接続ユニットの上の別の回路平面に、電力ユニットの電力半導体構成要素を制御しかつ監視する制御ユニットが統合されている。種々の回路平面の回路支持体の間に、すなわち電力ユニットの回路支持体と接続ユニットの回路支持体(大電流プリント板)との間、及び制御ユニットの回路支持体と接続ユニットの回路支持体(大電流プリント板)との間に、種々の回路平面の機械的なデカップリングを行なう平行補強部を含む接続要素(例えば銅又は銅合金からなる)が設けられている。

0010

コンパクトな電気駆動ユニットにおける電動機と電子モジュールの統合、及び冷却機能の同時の利用は、有利にも電気駆動ユニットの小さな組込み容積、外部接続線の省略による又はきわめて短い内部接続線の実現による良好な電気的特性、高い信頼度寿命、及び電気駆動ユニットを実現する際のわずかなコストに結び付いている。

発明を実施するための最良の形態

0011

図面(図1ないし3)に関連して実施例により電気駆動ユニットについて説明する。

0012

電動機2と電子モジュール3からなる電気駆動ユニット1は、例えば燃料電池によって駆動される自動車の補助駆動装置のために電気出力を準備するために利用されるようにする。

0013

電気駆動装置1の電動機2は、例えば8kWの定格出力を有する例えば水冷のリラクタンスモータ(“SRモータ”“シフトリラクタンス”)であり;電動機2のステータを囲む電動機ハウジング21の内壁23と外壁22との間に、冷却媒体(冷却水44)を収容するために外側にある回りを囲む冷却回路(水ジャケット24)が配置されている。電動機2は、対向する端面27、28に軸線方向に装着された2つの軸受シールド25、26を有し:電動機2の端面28にある第1の軸受シールド26は、作業軸駆動軸)に接続されており、電動機2の端面27にある第2の軸受シールド25は、冷却水44の入口及び出口として、水ジャケット24に接続されている。

0014

電気駆動装置1の電子モジュール3は、次のものからなる。すなわち
・第1の回路平面に配置された電力ユニット31:この電力ユニットの構成要素は、大電流に及び損失電力の十分な放出に適した支持体部材311上に装着されており;例えば電力ユニット31の半導体構成要素は、DCB基板(“ダイレクトカッパボンディング”:2つの銅層の間のセラミック支持体)上に装着されており、その際、電力ユニット31の必要な電流負荷能力は、例えば3つのDCB基板311の並列接続によって達成される。DCB基板311は、例えば35mm×49mmの寸法を有し、その際、両方の銅層は、例えばそれぞれ300μmの厚さを有し、その間に配置された例えばAINからなるセラミック支持体は、例えば0.635mmの厚さを有する。DCB基板311は、良好に熱伝導する材料からなりかつ電力ユニット31のために冷却部材として動作する冷却器挿入部分4上に直接装着されており、かつこれに例えばはんだ付けによって接続されている。
・接続ユニット32:この接続ユニットは、電力ユニット31の上における第2の回路平面において大電流プリント板321上に配置されており;接続ユニット32は、直流電圧分配(DC分配)、電動機2の電動機位相の位相シフト、制御ユニット33のための制御線の実現、及び電力ユニット31及び制御ユニット33の構成要素の及び電子モジュール3の別の構成要素の接触のために使われる。例えば大電流プリント板321は、FR4材料からなり、かつ100mm×100mmの基礎面を有し;多層構成(4つの個別層)の際に、大電流プリント板321は、例えば2.5mmの総合厚さを有する。例えば4つの導体路平面として実現された導体路構造(大電流プリント板321の4層構成)において、かつほぼ500μmの導体路構造(例えば銅からなる導体路)の総合厚さにおいて、大電流プリント板321の内側にある両方の導体路平面(両方の内側層)の導体路は、それぞれ110μmの層厚を有し、かつ大電流プリント板321の外側にある両方の導体路平面(両方の外側層)の導体路は、それぞれ140μmの層厚を有する。
・制御ユニット33:この制御ユニットは、接続ユニット32の大電流プリント板321の上における第3の回路平面において最小の垂直間隔を置いて支持体部材331上に配置されており;制御ユニット33の構成要素は、例えば両側において支持体部材331としてのプリント板上に装着される。例えばこのプリント板331は、FR4材料から形成されており、かつ100mm×100mmの基礎面を有し;6つの導体路平面において実現された導体路構造(支持体部材331の6層構成)において、プリント板331は、例えば2mmの総合厚さを有する。
・接続線の接続のために統合された自動車に適した統合されたプラグ端子36、37を有する電子モジュールハウジング34:例えば2つのプラグ端子36、37が設けられており、燃料電池の直流電圧入力端子としてプラグ端子37が、かつ自動車への信号線又は制御線を接続するために(例えば自動車のデータバスに、例えばCANバスに接続するため)プラグ端子36が設けられている。電子モジュールハウジング34は、例えば二分割されており、かつ例えばハウジング側方部分341、及びハウジング側方部分341に載せられかつこれに接着されたハウジング蓋342からなる。
EM入射電流波動リプル)又は不足電圧等のような外部妨害作用を防止する別の構成要素、例えばコンデンサ及びフェライトリングのようなとくに妨害防止要素:これらの別の構成要素は、接続ユニット32の大電流プリント板321に、又は電子モジュールハウジング34に、電気的にかつ/又は機械的に接続されている。

0015

冷却器挿入部分4は、例えば充填材料を備えたアルミニウム圧力鋳造品からなり、かつ例えば120mm×76mmの寸法、及び10mmの厚さを有する。図3に示すように、冷却器挿入部分4の下側41に、幾何学構造要素42として冷却表面を増加するために及び冷却水44のための流れ通路43をあらかじめ与えるために、例えばひし形が装着されており;その結果、冷却水44は、ひし形42の間の流れ通路43内において流通しなければならないので、強制的な対流に基づいて、冷却器挿入部分4による良好な冷却作用が保証される。電動機2と電子モジュール3をまとめる前に、冷却器挿入部分4は、ここに直接装着された電力ユニット31とともに、冷却器挿入部分4の大きさに合わされた電子モジュールハウジング34における切り欠き内に挿入される。電動機2と電子モジュール3をまとめる際に、冷却器挿入部分4は、電動機ハウジング21の外壁22における切り欠き内に形状結合して挿入され、かつ幾何学構造要素42(ひし形)と同列に電動機ハウジング21の内壁23上に載せられ;それにより冷却器挿入部分4は、電動機1の水ジャケット24内に統合され、電子モジュール3の冷却は、電動機2の冷却に直接連結される。電動機2への冷却器挿入部分4の密閉(すなわち冷却回路としての水ジャケット24の区画)は、例えば成形要素6又は合成ゴムからなる(例えばNBRからなる)成形要素によって、例えば成形パッキン6によって行なうことができ;そのために成形パッキン6は、冷却器挿入部分4の周縁において回りに延びた溝45(図3参照)内に挿入される。電動機ハウジング21の冷却器挿入部分4及び内壁23の熱的デカップリングは、冷却器挿入部分4の下側41に(冷却器挿入部分4の幾何学構造要素42に)装着された断熱層7によって、例えば(例えば接着された)断熱フィルム7によって実現され;断熱フィルム7は、例えば比較的粗悪な熱伝導を有する合成物質フィルムとして構成され、例えば片面において接着する合成物質として、ポリエステル又はカプトンから構成されている。

0016

電動機2と電子モジュール3をまとめた際の電動機2と電子モジュール3の間の電気的接続は、内部接続線によって行なわれ、これらの接続線は、電動機ハウジング21及び電子モジュールハウジング34における切り欠きを通って案内され;切り欠きは、例えば第1の軸受シールド26の範囲にあり、接続線として、例えば相端部が考慮されている。電動機2と電子モジュール3をまとめる際の電動機2と電子モジュール3の機械的な固定は、取付け要素51とねじ52による電動機ハウジング21と電子モジュールハウジング34のねじ止めによって行なわれ、それにより統合されたコンパクトな電気駆動ユニット1が形成される。

図面の簡単な説明

0017

図1電気駆動ユニットの斜視図である。
図2電気駆動ユニットの断面図である。
図3冷却器挿入部分の詳細図である。

--

0018

1電気駆動ユニット
2電動機
3電子モジュール
4冷却器挿入部分
7断熱層
21電動機ハウジング
22外壁
23内壁
24冷却回路
31機能ユニット
32 機能ユニット
33 機能ユニット
34電子モジュールハウジング
36プラグ端子
37 プラグ端子
41 下側
42幾何学構造要素
44冷却媒体
311支持体部材
321 支持体部材
331 支持体部材

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