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技術 押出成形体の製造方法、押出成形用口金および押出成形体

出願人 日本碍子株式会社
発明者 伊藤重則奥村清志川崎真司
出願日 2001年3月30日 (19年7ヶ月経過) 出願番号 2001-098031
公開日 2002年10月9日 (18年1ヶ月経過) 公開番号 2002-292615
状態 特許登録済
技術分野 プレス成形、コンベアを利用した成形
主要キーワード 各閉空間 プランジャー機構 横断面形 押出軸 十二角形 ジルコニア混合粉末 略平板形状 押出用材料
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (17)

課題

自己支持能力のある基体と、この基体の壁面上に形成された膜とを備える成形体を効率的に押出成形する新たな方法を提供する。

解決手段

第一の材料5からなる基体と、基体の壁面上に形成された、第二の材料6からなる膜とを備える押出成形体を製造する。押出軸Aに対して直交する断面を見たときに基体に少なくとも1つの閉空間8が形成されている。閉空間8に壁面が面している。第一の材料5を押し出すための第一の経路4と第二の材料6を押し出すための第二の経路3とが設けられた口金を使用する。経路3が、口金の上流側端面に面する入口部3A、3Bと、口金の下流側端面に面し、かつ経路4と並んで延びる出口部3Dと、入口部と出口部とを接続し、かつ押出軸Aの方向に対して交差する方向に延びる接続部15C、15Dを備える。

概要

背景

本出願人は、複雑形状の電気化学セル押出成形法によって量産し、実用化する研究を続けてきた。例えば、特開平10−286812号公報においては、2軸プランジャー機構を利用したセラミックス積層体押出成形装置が開示されている。また、特開平11−40175号公報には、電気化学セルを押出成形する装置および口金が記載されている。また、特開平10−40934号公報においては、ハニカム形状基体を備えた電気化学セルが開示されている。また、こうした電気化学セルを押出成形法によって成形すると記載されている。

概要

自己支持能力のある基体と、この基体の壁面上に形成された膜とを備える成形体を効率的に押出成形する新たな方法を提供する。

第一の材料5からなる基体と、基体の壁面上に形成された、第二の材料6からなる膜とを備える押出成形体を製造する。押出軸Aに対して直交する断面を見たときに基体に少なくとも1つの閉空間8が形成されている。閉空間8に壁面が面している。第一の材料5を押し出すための第一の経路4と第二の材料6を押し出すための第二の経路3とが設けられた口金を使用する。経路3が、口金の上流側端面に面する入口部3A、3Bと、口金の下流側端面に面し、かつ経路4と並んで延びる出口部3Dと、入口部と出口部とを接続し、かつ押出軸Aの方向に対して交差する方向に延びる接続部15C、15Dを備える。

目的

本発明の課題は、自己支持能力のある基体と、この基体の壁面上に形成された膜とを備える成形体を効率的に押出成形する新たな方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

第一の材料からなる基体と、この基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える押出成形体を製造する方法であって、前記押出成形体の押出軸に対して直交する横断面を見たときに前記基体に少なくとも1つの閉空間が形成されており、前記第一の材料を押し出すための第一の経路と前記第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、前記第二の経路が、前記口金の上流側に位置する入口部と、前記口金の下流側に位置し、かつ前記第一の経路と並んで延びる出口部と、前記入口部と前記出口部とを接続し、かつ前記押出軸の方向に対して交差する方向に延びる接続部を備えており、前記第一の経路中で前記第一の材料を押し出すことによって前記基体を形成するのと同時に、前記第二の経路中で前記第二の材料を押し出すことによって前記膜を前記基体の前記壁面上に連続的に形成することを特徴とする、押出成形体の製造方法。

請求項2

前記基体が管状をなしていることを特徴とする、請求項1記載の方法。

請求項3

前記基体がハニカム形状をなしていることを特徴とする、請求項1記載の方法。

請求項4

一つの前記閉空間に面する前記壁面に対して前記接続部が複数設けられていることを特徴とする、請求項1−3のいずれか一つの請求項に記載の方法。

請求項5

前記押出軸に対して直交する横断面から見たときに、前記閉空間に面する前記壁面が、互いに所定角度をもって交差する複数の平坦面に分かれており、前記各平坦面に対してそれぞれ別個の前記接続部が設けられていることを特徴とする、請求項4記載の方法。

請求項6

前記接続部が前記押出軸に対して略垂直な方向に向かって延びていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の方法。

請求項7

前記第一の材料と前記第二の材料との少なくとも一方が、複数種の材料からなることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の方法。

請求項8

第一の材料からなる基体と、この基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える押出成形体であって、前記押出成形体の押出軸に対して直交する横断面を見たときに前記基体に少なくとも1つの閉空間が形成されている押出成形体を成形するための口金であって、前記口金に、前記第一の材料を押し出すための第一の経路と前記第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられており、前記第二の経路が、前記口金の上流側に位置する入口部と、前記口金の下流側に位置し、かつ前記第一の経路と並んで延びる出口部と、前記入口部と前記出口部とを接続し、かつ前記押出軸の方向に対して交差する方向に延びる接続部とを備えていることを特徴とする、押出成形用口金

請求項9

前記第一の経路が管状をなしていることを特徴とする、請求項8記載の口金。

請求項10

前記第一の経路がハニカム形状をなしていることを特徴とする、請求項8記載の口金。

請求項11

一つの前記閉空間に面する前記壁面に対して前記接続部が複数設けられていることを特徴とする、請求項8〜10のいずれか一つの請求項に記載の口金。

請求項12

前記押出軸に対して直交する断面から見たときに、前記閉空間に面する前記壁面が、互いに所定角度をもって交差する複数の平坦面に分かれており、前記各平坦面に対してそれぞれ別個の前記接続部が設けられていることを特徴とする、請求項11記載の口金。

請求項13

前記接続部が前記押出軸に対して略垂直な方向に向かって延びていることを特徴とする、請求項8〜12のいずれか一つの請求項に記載の口金。

請求項14

第一の材料からなる基体と、この基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備えており、押出軸に対して直交する断面を見たときに前記基体に少なくとも1つの閉空間が形成されている押出成形体であって、前記第一の材料を押し出すための第一の経路と前記第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、前記第二の経路が、前記口金の上流側に位置する入口部と、前記口金の下流側に位置しており、前記第一の経路と並んで延びる出口部と、前記入口部と前記出口部とを接続しており、前記押出軸の方向に対して交差する方向に延びる接続部を備えており、前記第一の材料を前記第一の経路中を押し出すことによって前記基体を形成するのと同時に、前記第二の材料を前記第二の経路中を押し出すことによって前記膜を前記基体の前記壁面上に連続的に形成することによって形成されたことを特徴とする、押出成形体。

請求項15

前記前記基体が管状をなしていることを特徴とする、請求項14記載の押出成形体。

請求項16

前記基体がハニカム形状をなしていることを特徴とする、請求項14記載の押出成形体。

請求項17

前記第一の材料と前記第二の材料との少なくとも一方が、複数種の材料からなることを特徴とする、請求項14〜16のいずれか一つの請求項に記載の押出成形体。

請求項18

第一の材料からなる基体と、各基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える複数個の押出成形体を製造する方法であって、前記第一の材料を押し出すための複数の第一の経路と前記第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、前記第二の経路が、前記口金の上流側に位置する入口部と、前記口金の下流側に位置し、かつ前記の各第一の経路と並んで延びる複数の出口部と、前記入口部と複数の前記出口部とを接続し、かつ前記押出軸の方向に対して交差する方向に延びる複数の接続部とを備えており、前記第一の経路中で前記第一の材料を押し出すことによって前記基体を形成するのと同時に、前記第二の経路中で前記第二の材料を押し出すことによって前記膜を前記各基体の各壁面上に連続的に形成することを特徴とする、押出成形体の製造方法。

請求項19

第一の材料からなる基体と、各基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える複数個の押出成形体を成形するための口金であって、前記口金に、前記第一の材料を押し出すための複数の第一の経路と前記第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられており、前記第二の経路が、前記口金の上流側に位置する入口部と、前記口金の下流側に位置し、かつ前記の各第一の経路と並んで延びる複数の出口部と、前記入口部と前記複数の出口部とを接続し、かつ前記押出軸の方向に対して交差する方向に延びる複数の接続部とを備えていることを特徴とする、押出成形用口金。

技術分野

0001

本発明は、押出成形体の製造方法、押出成形用口金および押出成形体に関するものである。

背景技術

0002

本出願人は、複雑形状の電気化学セル押出成形法によって量産し、実用化する研究を続けてきた。例えば、特開平10−286812号公報においては、2軸プランジャー機構を利用したセラミックス積層体押出成形装置が開示されている。また、特開平11−40175号公報には、電気化学セルを押出成形する装置および口金が記載されている。また、特開平10−40934号公報においては、ハニカム形状基体を備えた電気化学セルが開示されている。また、こうした電気化学セルを押出成形法によって成形すると記載されている。

発明が解決しようとする課題

0003

特開平10−40934号公報においては、ハニカム形状の基体を備えた電気化学セルの形態は開示されており、かつこうしたセルを押出成形法によって成形するとの言明はあるが、このような複雑形状の成形体を効率的に押出成形することは難しい。特開平11−40175号公報においては、複数種類性質の異なる材質(即ち基体の材料と膜の材料)を口金中で合流させ、積層することは記載されているが、ハニカム形状の電気化学セルのような特に複雑形状の成形体を効率的に押出成形するのに適した押出成形装置を開示するには至っていない。

0004

本発明の課題は、自己支持能力のある基体と、この基体の壁面上に形成された膜とを備える成形体を効率的に押出成形する新たな方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

第一の発明は、第一の材料からなる基体と、この基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える押出成形体を製造する方法に係るものであり、押出成形体の押出軸に対して直交する断面を見たときに基体に少なくとも1つの閉空間が形成されており、第一の材料を押し出すための第一の経路と第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、第二の経路が、口金の上流側に位置する入口部と、口金の下流側に位置し、かつ第一の経路と並んで延びる出口部と、入口部と出口部とを接続し、かつ口金の押出軸の方向に対して交差する方向に延びる接続部とを備えており、第一の経路中で第一の材料を押し出すことによって基体を形成するのと同時に、第二の経路中で第二の材料を押し出すことによって膜を基体の壁面上に連続的に形成することを特徴とする。また、本発明は、これによって得られた押出成形体に係るものである。

0006

こうした口金を利用することによって、基体と膜とを同時に押出成形するのに際して、基体の閉空間に面する内壁面上に膜を効率的に押出成形することができる。このような押出成形法によって基体と同時成形された膜は、膜厚コントロールを正確に行うことができ、特に一般的にディップ塗布法に比べて厚い膜を形成できる。また、ディップ塗布法の場合には、基体の長手方向に向かって膜の厚さに分布ないし偏差が必然的に生ずるが、本発明によって基体と同時に押出成形される膜には、このような基体の長手方向の厚さの偏差が生じない。

0007

また、第二の発明は、第一の材料からなる基体と、各基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える複数個の押出成形体を製造する方法に係るものであり、第一の材料を押し出すための複数の第一の経路と第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、第二の経路が、口金の上流側に位置する入口部と、口金の下流側に位置し、かつ各第一の経路と並んで延びる複数の出口部と、入口部と複数の出口部とを接続し、かつ口金の押出軸の方向に対して交差する方向に延びる複数の接続部とを備えており、第一の経路中で第一の材料を押し出すことによって基体を形成するのと同時に、第二の経路中で第二の材料を押し出すことによって膜を各基体の各壁面上に連続的に形成することを特徴とする。

0008

こうした方法によって、基体と、基体の壁面上の膜とを備えた押出成形体を、複数個同時に成形することが可能となった。

発明を実施するための最良の形態

0009

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。第一の発明において好ましくは、基体が管状をなしており、あるいは、基体に複数個の閉空間が形成されている。特に好ましくは、基体がハニカム形状をなしている。また、好適な実施形態においては、一つの閉空間に面する壁面に対して、口金内で接続部が複数設けられている。特に好適な実施形態においては、押出軸に対して直交する断面から見たときに、閉空間に面する基体壁面が、互いに所定角度をもって交差する複数の平坦面に分かれており、各平坦面に対してそれぞれ別個の接続部が設けられている。これによって、各平坦面に対してそれぞれ適当な分量の第二の材料を供給できる。

0010

また、好適な実施形態においては、接続部が押出軸に対して略垂直な方向に向かって延びている。こうした形態は、口金の出口端部を目封じし、かつ口金に押出軸に略垂直な方向に貫通孔を形成することによって容易に形成できるので、特に好ましい。

0011

図1図11は、第一の発明の好適な実施形態に係るものである。図11は、口金1を概略的に示す斜視図である。図1図6は、口金1を、その長手方向Aに対して垂直な断面に沿って切って見た断面図(横断面図)であり、それぞれ、図11におけるI−I線、II−II線、III−III線、IV−IV線、V−V線、VI−VI線に沿って切ってみた断面に相当する。図7図8は、口金1を長手方向Aに対して水平な方向に切ってみた断面図(縦断面図)であり、それぞれVII−VII線、VIII−VIII線に沿って切ってみた断面に相当する。図9図10は、口金1を長手方向Aに対して水平な方向に切ってみた断面図(縦断面図)であり、それぞれIX−IX線、X−X線に沿って切ってみた断面に相当する。口金1の長手方向Aは、押出軸でもある。

0012

図12は、この口金1によって成形される典型的な押出成形体11を示す横断面図である。成形体11は、ハニカム形状の基体9を備えている。基体9は、複数個、例えば本例では9個の閉空間8を備えている。

0013

本例では、閉空間8の個数は9個であるが、むろんこの個数は限定されない。また、本例では、各閉空間8の形状(横断面形状)は略正方形ないし長方形であるが、三角形五角形六角形八角形十二角形、20角形円形楕円形等、種々の形状であってよい。基体9の各閉空間8側の壁面(内壁面)7には、全周にわたって膜6が形成されており、膜6の内側に閉空間10が形成されている。基体9は第一の材料からなっており、膜6は第二の材料からなっている。なお、膜6は、各内壁面7の全周にわたって設けられている必要はなく、各閉空間8において、内壁面7の一部のみに設けられていて良い。

0014

基体9を構成する第一の材料は、基体9の全体にわたって一種類であってよく、あるいは二種類以上であってよい。膜6を構成する第二の材料は、膜6の全体にわたって一種類であってよく、あるいは二種類以上であってよい。また、膜6は、閉空間10ごとに異なる材質からなっていてよい。

0015

以下、口金1の形態と各材料の流れとを説明する。口金1の手前ないし上流側には、図示しない材供給装置が設置されている。例えば、特開平10−286812号公報に記載されているように、各材料をそれぞれ油圧シリンダーを用いたプランジャーによって独立して口金1へと供給できるようになっている。口金1内には、第一の材料5を押し出すための第一の経路4と、第二の材料6を押し出すための第二の経路3とが形成されている。第一の材料5は、まず図1に示す断面円形の経路4Aに入る。経路4Aは例えば縦方向に配列されている。この材料5は、図2図3図8図9に示すように下流側へと進み、次いで図4図8図10に示すように経路4Bに広がる。経路4Bの横断面の形状は、図4に示されるようにハニカム形状をしており、図12に示す基体9の横断面形状に対応している。第一の材料5は、図5図6に示すようにほぼこの形状を維持しながら進み、口金1の下流側端面から排出される。

0016

一方、第二の材料6は、図1図7図9図10に示すように、口金1の上流側に開いた入口部3Aから供給される。入口部3Aは、図1に示すように端面では細長い形状をしているが、図2図7に示すように、途中から3Bに示すように断面円形になる。そして、図3図4に示すように断面円形の経路3Bが続く。次いで、図5に示すように、各閉空間8ごとに、例えば四つの接続部15A−15Dを形成する。

0017

本例では、各閉空間8ごとに、壁面7に4つの互いに交差する、好ましくは直交する平坦面7a−7dが形成されている。そして、各平坦面7a,7b、7c、7dに対して、各接続部15A、15B、15C、15Dを通してそれぞれ第二の材料6を供給する。本例では、各接続部の末端において、口金本体2と第一の経路4Bの内側との間に、予め材料6を流して成形するための細長い空隙20が設けられている。このため、材料6は、空隙20へと向かって流入し、空隙20中で、経路4B内を流れる材料5と口金1との間で挟まれた状態で成形される。この結果、第一の材料と第二の材料とが合流し、積層される。

0018

このように、本発明において、接続部の下流側末端において、口金と第一の経路との間に空隙を設けておくことによって、各材料の流れが安定し、特に基体の肉厚の変動を抑制できる。

0019

次いで、図6図7図9に示すように、第二の材料6はそれぞれ一定膜厚に制御され、膜状に成形され、ハニカム形状の基体9と共に口金の下流側に押し出される。なお、本例においては、図7に示すように、各第二の経路3の下流側末端に目封じ部分21を形成し、これによって入口部3Aを直進してきた材料6の流れを停止させ、接続部15A−15Dの方へと流すようにしている。こうした目封じ部分それ自体は、いったん第二の経路3を押出軸A方向に貫通させた後に、公知の方法で形成できる。

0020

次に、本発明の口金を、管状の成形体に対して適用した例について述べる。図13(a)−(c)は、口金13内を第一の材料5および第二の材料6が流れている状態を示す横断面図であり、それぞれ図14の縦断面図のXIIIa−XIIIa、XIIIb−XIIIb、XIIIc−XIIIc断面に相当する。

0021

本例では管状の基体の内壁面に膜が形成された成形体を押出成形する。口金13の本体14には、第一の材料5を押し出すための第一の経路4Eが形成されている。第一の経路4Eは略管状をしている。また、第一の経路4Eの内側には、第二の材料6を押し出すための第二の経路3が形成されている。第二の経路3の上流側には入口部3Eが形成されている。入口部3Eの横断面形状は略円形である。入口部3Eの下流側末端は、横断面形状が環状である接続部15Eにつながっている。下流側に進むのに従って、接続部15Eの外径内径とが共に拡大する。接続部15Eの下流側末端は空隙20につながっている。従って、接続部15Eを流れてきた材料6は、空隙20に入り、第一の材料5と口金本体14との間に挟まれた状態で進む。次いで、第二の材料6は出口部3Fを下流側へと進行し、環状の基体の内側に付着する膜として成形される。

0022

次に、第二の発明の口金を、2つの平板形状の成形体に対して適用した例について述べる。図15(a)−(c)は、口金23の本体24内を第一の材料5および第二の材料6が流れている状態を示す横断面図であり、それぞれ図16の縦断面図のXVa−XVa、XVb−XVb、XVc−XVc断面に相当する。

0023

口金23の本体24には、第一の材料5を押し出すための第一の経路4Fが2つ形成されている。第一の経路4Fは略平板形状をしている。2つの第一の経路4Fの間には、第二の材料6を押し出すための第二の経路3が形成されている。第二の経路の上流側には入口部3Gが形成されている。入口部3Gの横断面形状は略平板形状である。入口部3Gの下流側末端は、図15(b)および図16に示すように2つに分岐し、2つの接続部15F、15Gにつながる。下流側に進むのに従って、各接続部15F、15Gは互いに離れ、各第一の経路4Fに接近していく。そして、図15(c)、図16に示すように、各接続部15F、15Gの末端が空隙20につながる。この結果、各接続部内を押し出されてきた材料6は、空隙20に流入し、ここで材料5と合流する。そして、材料6は、材料5と口金とによって挟まれた形で、出口部3H内を進み、押し出される。この結果、口金の出口においては、2枚の平板形状の基体と、各基体の壁面に形成された膜とからなる押出成形体が得られる。

0024

本発明によって得られた押出成形体の用途は特に限定されないが、例えば電気化学セルを例示できる。電気化学セルとしては、酸素ポンプ高温水蒸気電解セル水素発生装置水蒸気除去装置固体電解質型燃料電池、NOxの分解セルを例示できる。

0025

電気化学セルの場合には、例えば、図12において、基体9を固体電解質材料および緻密質導電性材料によって形成し、膜6を電極材料によって形成できる。

0026

固体電解質材料としては、酸化セリウム系セラミックスイットリア安定化ジルコニア、イットリア部分安定化ジルコニアが好ましいが、他の材料を使用することもできる。緻密質の導電性材料は、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンクロマイトであることが更に好ましい。耐熱性耐酸化性耐還元性を有しているからである。

0027

電極材料としては、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物が好ましく、ランタンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。ランタンクロマイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウムカルシウムクロム(ランタンマンガナイトの場合)、コバルト、鉄、ニッケルアルミニウム等をドープしたものであってよい。また、ニッケル、ニッケル−ジルコニア混合粉末パラジウム、ニッケル−ジルコニアサーメットが好ましい。

0028

押出用材料水系バインダーを使用すると、有機溶剤を使用した場合のように排気処理を行う必要がないので、設備を簡単にできるし、口金から押し出された積層成形体が曲がりにくくなる。この場合には、水分量を10〜20重量%とすることが一層好ましい。また、水系バインダーとしては、ポリビニルアルコールメチルセルロースエチルセルロースを例示できる。

0029

また、有機バインダーとしては、ポリメチルアクリレートニトロセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、スターチワックスアクリル酸ポリマーメタクリル酸ポリマーを例示することができる。

発明の効果

0030

以上述べたように、本発明によれば、自己支持能力のある基体と、この基体の壁面上に形成された膜とを備える成形体を効率的に押出成形する新たな方法を提供できる。

図面の簡単な説明

0031

図1口金1の入口付近の形状を示す横断面図であり、図11のI−I断面に相当する。
図2口金1の横断面図であり、図11のII−II断面に相当する。
図3口金1の横断面図であり、図11のIII−III断面に相当する。
図4口金1の横断面図であり、図11のIV−IV断面に相当する。
図5口金1の横断面図であり、図11のV−V断面に相当する。
図6口金1の横断面図であり、図11のVI−VI断面に相当する。
図7口金1の縦断面図であり、図11のVII−VII断面に相当する。
図8口金1の縦断面図であり、図11のVIII−VIII断面に相当する。
図9口金1の縦断面図であり、図11のIX−IX断面に相当する。
図10口金1の縦断面図であり、図11のX−X断面に相当する。
図11口金1を概略的に示す斜視図である。
図12押出成形体11を概略的に示す横断面図である。
図13(a)、(b)および(c)は、それぞれ、口金13内を第一の材料5および第二の材料6が流れている状態を示す横断面図であり、それぞれ、図14のXIIIa−XIIIa線、XIIIb−XIIIb線およびXIIIc−XIIIc線で切ってみた断面に相当する。
図14口金13の縦断面図である。
図15(a)、(b)および(c)は、それぞれ、口金23内を第一の材料5および第二の材料6が流れている状態を示す横断面図であり、それぞれ、図16のXVa−XVa線、XVb−XVb線およびXVc−XVc線で切ってみた断面に相当する。
図16口金23の縦断面図である。

--

0032

1、13、23口金2、14、24 口金本体
3 第二の経路3A、3B、3E、3G 入口部 3C、3D、3F、3H出口部 4 第一の経路 5 第一の材料
6 第二の材料 7基体の閉空間に面する壁面 7a、7b、7c、7d 壁面の平坦面 8 閉空間 15A、15B、15C、15D、15E、15F、15G 接続部 20 空隙
A 押出軸

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