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技術 風力タービンの塔の部分、開口部のカバー装置、及び、風力タービンの塔の部分の製造方法及びその使用

出願人 ヴェスタスウィンドシステムズエー/エス
発明者 クリステンセン,ヨナス
出願日 2004年11月10日 (14年8ヶ月経過) 出願番号 2007-540492
公開日 2008年6月12日 (11年1ヶ月経過) 公開番号 2008-519930
状態 特許登録済
技術分野 風車
主要キーワード 炎切断 開口部部分 開口部カバー フランジ式 ケーブル開口 メインケーブル 幾何学的形 張力方向
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この項目の情報は公開日時点(2008年6月12日)のものです。
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図面 (14)

課題・解決手段

本発明は、風力タービンのためのの部分に関し、少なくとも一の壁部分と、少なくとも一の開口部を具備する少なくとも一の開口部部分とを備えている。壁部分と開口部部分とは、結合手段によって結合され、開口部部分は実質的に均一な厚みを有し、壁部分の厚みに比べて厚くなっている。本発明はさらに、風力タービンの塔の部分における少なくとも一の開口部をカバーするための、開口部のカバー装置に関する。装置は、カバー板と、装置を塔の部分に取り付けるための取付手段とを備え、取付手段は塔の部分の疲労限界に影響しないようになっている。最後に、本発明は、風力タービンの塔の部分を製造する方法と、その使用に関する。

概要

背景

業者に知られている風力タービンは、代表的に、風力タービンのと、塔の頂部に配置される風力タービンナセルを備えている。3枚の風力タービンブレードを備える風力タービンロータは、図1に示すように、ナセルの前部に延びた低速シャフトを介してナセルに結合される。

風力タービンの塔は、代表的に、互いの頂部に取り付けられた多数の丸い塔の部分から構成され、それぞれの塔の部分は、円形の形状に圧延された鋼板から作られ、溶接されて閉じたリングを構成する。塔の部分は、風力タービンの製造プラントにおいて、溶接によって輸送可能な部分に組み込まれる。風力タービンの塔を構成する別の部分を、塔を建てるべき現場に輸送して、その部分がフランジ式ジョイントによって結合される。

完全に組み立てられた風力タービンの塔の頂部にあるナセルにアクセスするために、塔には、通常、塔の内部に梯子が設けられ、塔の底部又は底部付近における塔の部分には、塔の内部にアクセスすることを可能にする開口部が設けられ、この開口部はドアカバーされて密封される。また、この塔の部分又は塔におけるその他のリングには、例えば、ケーブルランプ、又はその他の物のための開口部が設けられる。開口部は、通常、炎切断によって塔の部分に孔として形成される。

ドア開口部は、開口部の内側の縁部に溶接された厚いドアフレームを備え、孔のために生じる塔の部分のいくらか強度損失補償する。しかし、溶接は、塔の部分の疲労限界およびそれによる強度を減少させるので、ドアを提供する塔の部分は、ドア開口部のない同様な塔の部分を実質的に同一の強度に作る場合に必要になるのと比べて、より厚い板から作られる。リングは、均一の厚みであるので、大部分のリングは必要以上に厚くなる。

さらに、当業者に知られている風力タービンにおいては、ドアヒンジや、換気孔、航空警告灯、ケーブル固定手段、及びその他などの、塔の部分に取り付けられるほとんどの機器は、代表的に、溶接によって取り付けられる。これは、塔の部分の疲労限界を減少させ、この強度の損失を補償するために、さらに厚い板及び/又は大きなドアフレームが要求される。

その結果、開口部を備える公知の塔の部分は、かなり重くなり、複雑になり、従って、製造が高価であるという問題点を有する。

ドア開口部を備えた同様な塔の部分を提供する方法は、特許文献1に開示されている。この出願では、標準的な風力タービンの塔のドア開口部に、鋳造されたドアフレームを溶接している。ドアヒンジやロックなど、ドアフレームに設けられるあらゆる結合部は、ドアフレームと共に鋳造される。鋳鉄は、鋼に比べて脆いので、鋳鉄のドアフレームから作られた風力タービンの塔は、塔の残りと同じ鋼で作られる場合に比べて、著しく重くなる。
国際公開第WO03/036085号パンフレット

その上、鋳造工場は、圧延工場に比べて、かなり高価である。そうした鋳鉄のドアフレームを作る設備は、塔の部分を圧延する設備に比べて、その購入及び使用が著しく高価である。

圧延に比べると、鋳造は、鋳鉄の部品の設計及びそれらの製造の両方について、はるかに専門化された知識を必要とし、一方、圧延はより一般的に使用される簡単な工程である。また、鋳鉄と普通の鋼板とを結合するために必要な溶接技術も、かなり過酷な要求をする。

その結果、特許文献1において開示された解決手段は、極めて重たく、複雑で、従って製造が高価であるという問題点を有する。

さらに、風力タービンの塔の部分の重量は、取扱い及び輸送の両方において、著しく不都合を増加させる。

概要

本発明は、風力タービンのための塔の部分に関し、少なくとも一の壁部分と、少なくとも一の開口部を具備する少なくとも一の開口部部分とを備えている。壁部分と開口部部分とは、結合手段によって結合され、開口部部分は実質的に均一な厚みを有し、壁部分の厚みに比べて厚くなっている。本発明はさらに、風力タービンの塔の部分における少なくとも一の開口部をカバーするための、開口部のカバー装置に関する。装置は、カバー板と、装置を塔の部分に取り付けるための取付手段とを備え、取付手段は塔の部分の疲労限界に影響しないようになっている。最後に、本発明は、風力タービンの塔の部分を製造する方法と、その使用に関する。

目的

本発明の目的は、ドア開口部などの開口部を備える風力タービンの塔の部分において、材料の使用を最小化することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

風力タービン(1)のためのの部分(6)であって、少なくとも一の壁部分(9)と、少なくとも一の開口部(7)を有する少なくとも一の開口部部分(10)とを備え、前記壁部分(9)及び前記開口部部分(10)とは、結合手段によって結合されていて、上記塔の部分において、前記開口部部分(10)は、実質的に均一の厚みを有し、前記壁部分(9)の厚みに比べて厚くなっていることを特徴とする塔の部分。

請求項2

前記開口部部分(10)と、前記壁部分(9)とは、鋼から作られていることを特徴とする請求項1に記載の塔の部分(6)。

請求項3

前記壁部分(9)と、前記開口部部分(10)とは、溶接によって結合されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の塔の部分(6)。

請求項4

前記塔の部分(6)は、実質的に丸いか、または、多角形の形状を有していることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項5

前記開口部部分(10)は、4辺を有していることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項6

前記少なくとも一の壁部分(9)と、少なくとも一の開口部部分(10)とは、リングの部分を形成しており、前記結合手段で結合されたとき、完全な360度のリングを構成することを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項7

前記開口部部分(10)は、完全な360度の塔の部分(6)における、5度と180度との間、好ましくは30度と100度との間、最も好ましくは40度と80度との間の部分を構成していることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項8

前記少なくとも一の開口部部分(10)の幅は、少なくとも一の開口部(7)が最も幅広になる箇所における開口部部分(10)の水平な断面視において、少なくとも一の開口部(7)の全幅に比べて、10パーセントと500パーセントとの間、好ましくは50パーセントと300パーセントとの間、最も好ましくは100パーセントと200パーセントとの間、幅広になっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項9

前記壁部分(9)は、1メートルと10メートルとの間、好ましくは2メートルと6メートルとの第、最も好ましくは3メートルと5メートルとの間の外径を有していることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項10

前記開口部部分(10)における少なくとも2つの縁部は、鋭利(11)になっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項11

前記開口部部分(10)の凹面側凸面側との両方における少なくとも2つの対向する縁部は、例えば、実質的に前記壁部分(9)の厚みにまで、鋭利(11)になっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項12

前記開口部部分(10)の凹面側と凸面側との両方における4辺が、鋭利(11)になっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項13

前記開口部部分(10)のピッチ円直径は、前記壁部分(9)のピッチ円直径と実質的に同一になっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項14

前記開口部部分(10)のピッチ円直径は、前記壁部分(9)のピッチ円直径に比べて小さくなっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項15

前記壁部分(9)は、5ミリメートルから120ミリメートル、好ましくは15ミリメートルから90ミリメートル、最も好ましくは20ミリメートルから70ミリメートルの厚みを有していることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項16

前記開口部部分(10)は、前記壁部分(9)の厚みに比べて、10パーセントから500パーセント、好ましくは50パーセントから250パーセント、最も好ましくは80パーセントから180パーセント、厚くなっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項17

前記壁部分(9)の高さは、1メートルから10メートル、好ましくは1.5メートルから5メートル、最も好ましくは2メートルから4メートルであることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項18

前記開口部部分(10)は、前記壁部分(9)と実質的に同一の高さになっていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項19

前記少なくとも一の開口部部分(10)における前記少なくとも一の開口部(7)は、炎切断によって形成されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項20

前記少なくとも一の開口部部分(10)における前記少なくとも一の開口部(7)はドアの開口部(7)であって、ドア(8)は、1以上の磁石ヒンジ(23)によって、前記開口部部分(10)に結合されていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項21

前記ドア開口部(7)は、実質的に長円形であって、垂直で平行な側部と、長手方向の丸い端部とを備えていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項22

前記開口部部分(10)及び/又は前記壁部分(9)には、圧延によって、実質的に円形の形状が与えられていることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項23

前記塔の部分(6)は、塔のリング(22)であることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載の塔の部分(6)。

請求項24

請求項1に記載された風力タービン(1)の塔の部分(6)における少なくとも一の開口部(7)をカバーするための開口部のカバー装置であって、1以上のカバー板と、前記装置を前記塔の部分(6)に取り付けるための1以上の取付手段と、を備え、前記取付手段は、前記塔の部分(6)の疲労限界に影響しない、ことを特徴とする開口部のカバー装置。

請求項25

前記取付手段は、磁石手段及び/又は接着手段であることを特徴とする請求項24に記載の開口部のカバー装置。

請求項26

前記開口部のカバー装置は、磁力によって前記塔の部分(6)に取り付けられたヒンジ(23)を備えるドア(8)であることを特徴とする請求項24又は25に記載の開口部のカバー装置。

請求項27

少なくとも一の開口部部分(10)と、少なくとも一の壁部分(9)とを備える、風力タービンの塔の部分(6)を製造する方法であって、前記方法が、完全な360度のリングより小さい前記少なくとも一の壁部分(9)をつくる工程と、前記開口部部分(10)に、開口部(7)をつくる工程と、固定ユニット(12,17)に少なくとも一の開口部部分(10)と少なくとも一の壁部分(9)のうちの一方を固定する工程と、他方(9,10)を、前記固定ユニット(12,17)に固定された部分(9,10)の近傍の位置へと移動させる工程と、結合手段によって、部分(9,10)を結合させる工程とを備えていることを特徴とする風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項28

前記方法が、所定の厚みの少なくとも一の壁部分(9)と、実質的に均一な厚みを有し、前記壁部分(9)の厚みに比べて厚い、少なくとも一の開口部部分(10)とを結合させる段階を含んでいることを特徴とする請求項27に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項29

前記少なくとも一の開口部部分(10)と、前記少なくとも一の壁部分(9)とは、圧延によって作られていることを特徴とする請求項27又は28に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項30

前記開口部部分(10)における少なくとも2つの縁部は、鋭利(11)になっていることを特徴とする請求項27乃至29のいずれか一項に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項31

前記開口部部分(10)の凹面側と凸面側とにおける少なくとも2つの対向する縁部は、例えば、実質的に前記壁部分(9)の厚みにまで、鋭利(11)になっていることを特徴とする請求項30に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項32

前記少なくとも一の開口部部分(10)と、前記少なくとも一の壁部分(9)との間の結合部は、溶接から構成されていることを特徴とする請求項27乃至31のいずれか一項に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項33

前記固定ユニット(12,17)は、圧延機(13)又は圧延機の一部分であることを特徴とする請求項27乃至32のいずれか一項に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項34

製造が、風力タービンプラント製造プラントにおいて実行されることを特徴とする請求項27乃至33のいずれか一項に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法。

請求項35

ドア開口部、ケーブル開口部、換気又は警告灯の開口部などの1以上の開口部(7)を風力タービン(1)に確立するための請求項1乃至23のいずれか一項に記載の塔の部分(6)の使用。

請求項36

ドア開口部、ケーブル開口部、換気又は警告灯の開口部などの1以上の開口部(7)を風力タービン(1)に確立するための請求項27乃至34のいずれか一項に記載の風力タービンの塔の部分(6)の製造方法の使用。

技術分野

0001

本発明は、請求項1の前段部で特定された風力タービンの部分、請求項24の前段部で特定された開口部のカバー装置、及び、風力タービンの塔の部分の製造方法及びその使用に関する。

背景技術

0002

業者に知られている風力タービンは、代表的に、風力タービンの塔と、塔の頂部に配置される風力タービンナセルを備えている。3枚の風力タービンブレードを備える風力タービンロータは、図1に示すように、ナセルの前部に延びた低速シャフトを介してナセルに結合される。

0003

風力タービンの塔は、代表的に、互いの頂部に取り付けられた多数の丸い塔の部分から構成され、それぞれの塔の部分は、円形の形状に圧延された鋼板から作られ、溶接されて閉じたリングを構成する。塔の部分は、風力タービンの製造プラントにおいて、溶接によって輸送可能な部分に組み込まれる。風力タービンの塔を構成する別の部分を、塔を建てるべき現場に輸送して、その部分がフランジ式ジョイントによって結合される。

0004

完全に組み立てられた風力タービンの塔の頂部にあるナセルにアクセスするために、塔には、通常、塔の内部に梯子が設けられ、塔の底部又は底部付近における塔の部分には、塔の内部にアクセスすることを可能にする開口部が設けられ、この開口部はドアカバーされて密封される。また、この塔の部分又は塔におけるその他のリングには、例えば、ケーブルランプ、又はその他の物のための開口部が設けられる。開口部は、通常、炎切断によって塔の部分に孔として形成される。

0005

ドア開口部は、開口部の内側の縁部に溶接された厚いドアフレームを備え、孔のために生じる塔の部分のいくらか強度損失補償する。しかし、溶接は、塔の部分の疲労限界およびそれによる強度を減少させるので、ドアを提供する塔の部分は、ドア開口部のない同様な塔の部分を実質的に同一の強度に作る場合に必要になるのと比べて、より厚い板から作られる。リングは、均一の厚みであるので、大部分のリングは必要以上に厚くなる。

0006

さらに、当業者に知られている風力タービンにおいては、ドアヒンジや、換気孔、航空警告灯、ケーブル固定手段、及びその他などの、塔の部分に取り付けられるほとんどの機器は、代表的に、溶接によって取り付けられる。これは、塔の部分の疲労限界を減少させ、この強度の損失を補償するために、さらに厚い板及び/又は大きなドアフレームが要求される。

0007

その結果、開口部を備える公知の塔の部分は、かなり重くなり、複雑になり、従って、製造が高価であるという問題点を有する。

0008

ドア開口部を備えた同様な塔の部分を提供する方法は、特許文献1に開示されている。この出願では、標準的な風力タービンの塔のドア開口部に、鋳造されたドアフレームを溶接している。ドアヒンジやロックなど、ドアフレームに設けられるあらゆる結合部は、ドアフレームと共に鋳造される。鋳鉄は、鋼に比べて脆いので、鋳鉄のドアフレームから作られた風力タービンの塔は、塔の残りと同じ鋼で作られる場合に比べて、著しく重くなる。
国際公開第WO03/036085号パンフレット

0009

その上、鋳造工場は、圧延工場に比べて、かなり高価である。そうした鋳鉄のドアフレームを作る設備は、塔の部分を圧延する設備に比べて、その購入及び使用が著しく高価である。

0010

圧延に比べると、鋳造は、鋳鉄の部品の設計及びそれらの製造の両方について、はるかに専門化された知識を必要とし、一方、圧延はより一般的に使用される簡単な工程である。また、鋳鉄と普通の鋼板とを結合するために必要な溶接技術も、かなり過酷な要求をする。

0011

その結果、特許文献1において開示された解決手段は、極めて重たく、複雑で、従って製造が高価であるという問題点を有する。

0012

さらに、風力タービンの塔の部分の重量は、取扱い及び輸送の両方において、著しく不都合を増加させる。

発明が解決しようとする課題

0013

本発明の目的は、ドア開口部などの開口部を備える風力タービンの塔の部分において、材料の使用を最小化することである。

0014

本発明のさらに別の目的は、生産コストを減少させるために、開口部を備えた風力タービンの塔の部分を製造する方法を簡略化することである。

0015

本発明のさらに別の目的は、塔の部分の疲労限界を低下させずに、塔の部分における開口部をカバーする方法を見い出すことである。

課題を解決するための手段

0016

本発明によって提供される塔の部分においては、開口部部分は、実質的に均一な厚みを有し、壁部分に比べて厚い厚みを有する。

0017

開口部部分を実質的に均一な厚みに作ることによって、かかる部分は、普通の鋼板から作ることができる。塔の部分を作るのに通常使用される品質においては、鋼板は比較的安価に購入でき、比較的容易に、機械加工し、圧延し、及び溶接できる。

0018

開口部部分を壁部分に比べて厚く作ることによって、必要な塔の部分に、強度が得られる。これにより、壁部分は、あたかも開口部の無い完全な塔の部分を構成するのと同一の厚みを有することができ、このことは、材料の消費を最小化し、もって塔の部分の重量を最小化するために著しく貢献する。

0019

「開口部」という用語は、あらゆる形状の形態をもった孔、ギャップスリット、又は割れ目など、あらゆる種類の開口部を称することが強調されるべきである。

0020

さらに、「部分」という用語は、丸い塔の部分の幾何学的形状など、幾何学的形状から切り取られた角度部分を称することが強調されるべきである。

0021

さらに、「厚み」という用語は、例えば丸い塔の部分において、部分の半径の大きさを称することが強調されるべきである。

0022

本発明のひとつの観点においては、開口部部分と壁部分との両方が鋼板から作られる。鋼は、強くて、堅固で、比較的安価な材料であって、良好な圧延、機械加工、及び溶接の品質を備えているので、近代的な風力タービンにおいて、塔の部分のセグメント及び塔の部分を作るための好ましい材料である。さらに、鋼は、良好な磁性の品質を有していて、例えば、梯子や、ドア、ヒンジ、及びランプなどのアクセサリーを、磁石によって塔の部分に取り付けることが可能になる。

0023

本発明のひとつの観点によれば、壁部分と開口部部分とは溶接によって結合される。これにより、それらの間に強くて堅固な接続部を作ることが可能になり、同時に、材料の消費を最小限に保つことができる。

0024

本発明のひとつの観点によれば、塔の部分は、実質的に丸いか、または、多角形の形状である。塔の部分を丸く作ることで、本発明によれば、最小限の材料が使用される。風力タービンのブレードに加わる風圧は、かなりの曲げモーメントを生じさせるが、風力タービンの塔はこれに耐えなければならない。ナセルは、常に風に面するように、あらゆる方向に回転するので、塔は、すべての側面からの曲げモーメントに耐えなければならない。この観点から、丸い塔は、近代的な風力タービンの塔における好ましいデザインである。

0025

塔及び塔の部分を多角形の形状にすることで、塔の部分と、壁部分及び開口部部分を曲げ加工及びプレス加工又は両者の組合せによって形成することが可能になる。プレス加工又は曲げ加工は、塔の部分を製造する有利な方法である。

0026

「丸い」又は「多角形」という用語は、塔の部分を筒状とすることについて、なんら制限もない。本発明に係る塔の部分は、筒状でも良いし、及び、円錐形など、垂直方向において一定ではない直径を有する形状でも良い。

0027

本発明のひとつの観点においては、開口部部分は4辺を有しており、これにより、開口部部分は、好ましくは鋼板である通常の板から作ることが可能になって、さらに、開口部部分と壁部分とを比較的簡単な製造工程で製造することが可能になる。

0028

しかしながら、このことは、開口部部分が正方形又は矩形の形状を有することに制限されないことが強調されるべきである。もしも塔及び塔の部分が円錐形であるならば、開口部部分は実質的に円錐形を有し、開口部部分は、頂部に比べて底部では幅広になっている。または、材料の使用を最小限にするために、開口部部分の側部を非直線とし、例えば、角部を丸めるか、または、開口部の形状に追従させて、側部を例えば丸く又は楕円の一部分の形状にしても良い。

0029

本発明のひとつの観点によれば、少なくとも一の壁部分と、少なくとも一の開口部部分とは、リングの部分を形成し、前記結合手段によって結合されたとき、完全な360゜のリングを構成する。

0030

開口部部分と壁部分との両方が、圧延された板から作られて、生産コストを減少させるとき、両方の部分は同一の生産方法によって形成されて、生産設備への投資は減少する。圧延によって開口部部分は、壁部分と同一の品質の鋼から作られる。これは、開口部部分が例えば鋳鉄から作られた場合に比べて、溶接によって結合されたとき、開口部部分と壁部分との間に著しく強度の高い接続部を提供する。

0031

本発明のひとつの観点によれば、開口部部分は、完全な360度の塔の部分における、5度から180度、好ましくは30度から100度、最も好ましくは40゜から80゜の部分を構成している。これにより、開口部部分と壁部分とから構成された塔の部分には、強度と重量との間に有利な関係が得られる。

0032

本発明のひとつの観点によれば、少なくとも一の開口部部分の幅は、少なくとも一の開口部が最も幅広になる箇所における開口部部分の水平な断面視において、少なくとも一の開口部の全幅に比べて、10パーセントから500パーセント、好ましくは50パーセントから300パーセント、最も好ましくは100パーセントから200パーセント、幅広になっている。

0033

開口部部分の幅の範囲によって、開口部のために生じる強度の損失を補償しつつ、塔の部分に充分な材料を使用することが得られる。さらに、開口部と壁部分への結合部との間の距離は、結合部を通る著しい力線を避けるために充分である。

0034

「水平」という用語は、建てられた風力タービンの塔に取り付けられた、塔の部分における開口部部分を称している。

0035

本発明のひとつの観点によれば、壁部分は、1メートルから10メートル、好ましくは2メートルから6メートル、最も好ましくは3メートルから5メートルの外径を有している。壁部分の外径は、強くて堅固な風力タービンの塔を作るために、前記壁部分の上下において、塔の部分の外径に対応しなければならない。与えられたナセルの重量、与えられた風力タービンの重量、及び与えられた塔の最大曲げモーメントに対して、伝統的な風力タービンの塔の構造を調節するには、主として2つの要因、すなわち、塔の直径と塔の部分の厚みとがある。塔の好ましいデザインでは、最小限の材料の使用で、最も強い塔が得られるように、これらの2つの要因が調節される。

0036

本発明のひとつの観点によれば、前記開口部部分における少なくとも2つの縁部は鋭利にされる。縁部を鋭利にすることで、開口部部分と壁部分との間の接合部、及び開口部部分の上下の塔の部分への接合部を滑らかにすることが可能になる。滑らかな接合部が好ましいのは、例えば、水や、、又はゴミが集まる縁部が残されず、異なる材料の厚みの間において張力方向の有利なリンクが可能になるためである。しかしながら、鋭利な部分は、必ずしも直線的である必要はないことが強調されるべきである。異なる材料の厚みの間の接合部における応力分布を最適化するために、非直線的又は部分的に非直線的に鋭利にすることが有利である。

0037

本発明のひとつの観点によれば、前記開口部部分の凹面側凸面側との両方における少なくとも2つの対向する縁部は、例えば、実質的に前記壁部分の厚みにまで、鋭利になっている。塔の内側と外側との両方の縁部を鋭利にすることによって、開口部部分と壁部分との間における、開口部部分の上下の塔の部分への接合部を、塔の内側と外側との両方において滑らかにすることが可能になる。また、これにより、部分の結合部の内側と外側には、実質的に同一な溶接継ぎ目を形成することが可能になって、塔の部分において、溶接によって引き起こされる内部張力を極めて小さくすることができる。

0038

本発明のひとつの観点によれば、前記開口部部分の凹面側と凸面側との両方におけるすべての4辺の縁部が鋭利にされる。

0039

本発明のひとつの観点によれば、開口部部分のピッチ円直径は、壁部分のピッチ円直径と実質的に同一になっている。

0040

「ピッチ円直径」という用語は、上面図又は底面図として見たとき、部分の中間を通る円の直径として解釈され、中間とは、部分が作られている圧延板の内側へと外側への半径距離が等しいことを意味している。

0041

開口部部分を壁部分に「中心合わせ」をすることによって、壁部分と開口部部分との製造及び組立が比較的簡単になるが、というのは、開口部部分は、内側と外側とで同一のやり方で鋭利にすることができ、また、組立中に、壁部分に対して開口部部分の正しい位置を決定するのが容易になるからである。

0042

本発明のひとつの観点によれば、開口部部分のピッチ円直径は、壁部分のピッチ円直径に比べて小さくなっている。

0043

開口部部分のピッチ円直径を壁部分のピッチ円直径に比べて小さくすることによって、開口部部分は若干、塔の部分に入り込んで位置決めされる。これは、塔の部分の内側と外側との間における張力の分布を均一にするので、有利である。

0044

本発明のひとつの観点によれば、壁部分は、5ミリメートルと120ミリメートルとの間、好ましくは15ミリメートルと90ミリメートルとの間、最も好ましくは20ミリメートルと70ミリメートルとの間の厚みを有している。

0045

塔の好ましいデザイン及びこれによる壁部分では、材料の最小限の使用で最も強い塔が得られるような、部分の壁厚と塔の直径との間の関係に決定される。壁部分の厚みの範囲において、塔の部分に効率的な材料の使用を得ることが可能である。

0046

本発明のひとつの観点によれば、開口部部分は、壁部分の厚みに比べて、10パーセントよ500パーセントとの間、好ましくは50パーセントと250パーセントとの間、最も好ましくは80パーセントと180パーセントとの間の分だけ厚くなっている。この厚み範囲の開口部部分によって、開口部部分の厚みとその強度との間には有利な関係が達成される。

0047

本発明のひとつの観点によれば、壁部分の高さは、1メートルと10メートルとの間、好ましくは1.5メートルと5メートルとの間、最も好ましくは2メートルと4メートルとの間である。この高さの範囲によれば、壁部分の高さと、それを取り扱う能力と、それを生産するコストとの間に、有利な関係が得られる。

0048

本発明のひとつの観点によれば、開口部部分は、壁部分と実質的に同一の高さになっている。これにより、製造と、異なる部分を結合する工程との両方が簡単になる。

0049

本発明のひとつの観点によれば、少なくとも一の開口部部分における少なくとも一の開口部は、炎切断によって形成される。炎切断は、好ましくは鋼板である板に開口部を形成するための、安価で、迅速で、比較的簡単な工程であって、このため、伝統的に、炎切断は、比較的厚い鋼板を切断する好ましい方法になっている。

0050

「炎カッター」という用語は、あらゆる種類のプラズマカッター、レーザーカッター、又は炎カッターを称することが強調されるべきである。

0051

本発明のひとつの観点によれば、少なくとも一の開口部部分における少なくとも一の開口部はドアの開口部であって、ドアは、1以上の磁石ヒンジによって、開口部部分に結合されている。ドアのヒンジを磁力によって開口部部分に結合することによって、例えば溶接に見られるようには、内部張力によって部分が弱まることがない。開口部のまわりの脆弱化を回避することは、力線がここに集中することから、特に好ましい。

0052

本発明のひとつの観点によれば、前記ドア開口部は、実質的に長円形であって、垂直で平行な側部と、長手方向の丸い端部とを備えている。近代的な風力タービンの塔においては、これは好ましいドア開口部のデザインであるが、というのは、危険な応力集中のリスクを最小化し、それにより、材料の使用が最小化されるためである。

0053

本発明のひとつの観点によれば、少なくとも一の開口部部分及び/又は少なくとも一の壁部分には、圧延によって、実質的に円形の形状が与えられているが、というのは、圧延は、加工可能な板、特に鋼板に円形の形状を与えるための好ましい方法だからである。

0054

本発明のひとつの観点によれば、塔の部分は、塔のリングである。塔の部分を単一の塔のリングとして作ることによって、塔の部分は製造が容易になる。

0055

本発明はさらに、風力タービンの塔の部分における少なくとも一の開口部をカバーするための開口部のカバー装置を提供し、前記装置は、1以上のカバー板と、前記装置を前記塔の部分に取り付けるための1以上の取付手段とを備え、前記取付手段は、前記塔の部分の疲労限界に影響しないことを特徴とする。

0056

力線は開口部のまわりに集中し、カバーを例えば溶接によって取り付けると、強度が特に必要な塔の部分が弱くなる。この問題点を解決するために、疲労限界に影響せず、従って、塔の部分の強度に影響しない方法で開口部のカバーを取り付ける。

0057

本発明のひとつの観点によれば、取付手段は、磁石手段及び/又は接着手段である。磁石及び/又は接着は、開口部カバーなどのアクセサリーを塔の部分に取り付けるための、比較的簡単で、確実で、安価な方法である。

0058

本発明のひとつの観点によれば、前記開口部のカバー装置は、磁力によって前記塔の部分に取り付けられたヒンジを備えるドアである。塔の部分の疲労限界を減少させずに開口部をカバーするという問題は、特に開口部がドア開口部である場合に言明されるが、というのは、ドア開口部は、しばしば塔における最大の開口部であり、かつ、ドアは、応力集中が最も高い、塔の底部に配置されるためである。従って、磁石のヒンジによってドアを塔の部分に結合するような、開口部のカバー装置を使用することによる効果は、特に言明される。

0059

本発明はさらに、少なくとも一の開口部部分と、少なくとも一の壁部分とを備える、風力タービンの塔の部分を製造する方法を提供し、前記方法は、前記少なくとも一の壁部分を、完全な360度のリングに比べて小さく確立する段階と、前記開口部部分に、開口部を確立する段階と、固定ユニットに前記部分のうちの一方を固定する段階と、他方の部分を、前記固定ユニットに固定された部分の近傍の位置へと移動させる段階と、結合手段によって、部分を結合させる段階と、を備えている。この方法によれば、開口部をもった塔の部分を製造するための有利な手順が得られる。

0060

壁部分か、開口部部分かを固定するために、固定ユニットを使用し、次に、他方の部分を、固定された部分に結合できる所定の位置に位置決めすることによって、結合中に部分を安定化させるための比較的簡単な方法が提供され、これにより、特に結合が溶接によって行われる場合に、良好な品質にて部分間を結合するための有利な状況が得られる。

0061

本発明のひとつの観点によれば、風力タービンの塔の製造方法であって、所定の厚みの少なくとも一の壁部分と、実質的に均一な厚みを有し、前記壁部分の厚みに比べて厚い、少なくとも一の開口部部分とを結合させる段階を含んでいる方法が提供される。これにより、本発明の有利な実施形態が達成される。

0062

本発明のひとつの観点によれば前記少なくとも一の開口部部分と、前記少なくとも一の壁部分とは、圧延によって作られているような、風力タービンの塔の部分の製造方法が提供される。

0063

本発明のひとつの観点によれば、前記開口部部分における少なくとも2つの縁部は、鋭利になっているような、風力タービンの塔の部分の製造方法が提供される。

0064

本発明のひとつの観点によれば、前記開口部部分の凹面側と凸面側とにおける少なくとも2つの対向する縁部は、例えば、実質的に前記壁部分の厚みにまで、鋭利になっているような、風力タービンの塔の部分の製造方法が提供される。

0065

本発明のひとつの観点によれば、前記少なくとも一の開口部部分と、前記少なくとも一の壁部分との間の結合部は、溶接から構成されているような、風力タービンの塔の部分の製造方法が提供される。

0066

本発明のひとつの観点によれば、固定ユニットは、圧延機又は圧延機の一部分であるような、風力タービンの塔の部分の製造方法が提供される。部分を結合するとき、壁部分又は開口部部分を固定するために圧延機を使用することで、別個の固定ユニットと、そのためのコストとを必要としない方法が提供される。

0067

本発明のひとつの観点によれば、製造が、風力タービンプラントの製造プラントにおいて実行されるような、風力タービンの塔の部分の製造方法が提供される。風力タービンを製造プラントにおいて製造することによって、風力タービンの異なる部品の輸送及び取扱いが減少する。

0068

本発明のひとつの観点によれば、ドア開口部、ケーブル開口部、換気又は警告灯の開口部などの1以上の開口部を風力タービンに確立するための、塔の部分の使用が提供される。これにより、本発明の有利な実施形態が達成される。

0069

本発明のひとつの観点によれば、ドア開口部、ケーブル開口部、換気又は警告灯の開口部などの1以上の開口部を風力タービンに確立するための、風力タービンの塔の部分の製造方法の使用が提供される。これにより、本発明の有利な実施形態が達成される。
以下、本発明について、添付図面を参照して説明する。

発明を実施するための最良の形態

0070

図1は、基礎18に取り付けられた近代的な風力タービン1であって、ヒンジ23によって塔2に取り付けられたドア8と、塔2の頂部に配置された風力タービンナセル3とを備える、塔2から構成されている。風力タービンのローター4は、3枚の風力タービンブレード5を備え、ナセル3から前方に延びた低速シャフトを介して、ナセル3に結合されている。

0071

風力タービン1の異なる構成要素は、通常、取り付け及び組み立ての現場に別々に輸送されて、例えば、異なる塔の部分と、ナセル3と、風力タービンブレード5とに組立てられる。

0072

図2は、風力タービンの塔2の下部部分を示していて、ドア(図示せず)に適応するためのドア開口部7を備える塔の部分6から構成されている。本発明のこの実施形態においては、塔の部分6は、壁部分9と開口部部分10とから構成され、これらが、この事例では、塔のリング22を構成する塔の部分6になっている。ドア開口部7を備えた塔の部分6は、ネジボルトリベット接着剤、又は溶接などの結合手段によって、隣接する塔のリング22に結合されている。風力タービンの塔の通常の使用時には、塔の部分6は上下において塔のリング22に溶接される。他の実施形態においては、塔の部分6の頂部及び/又は底部には、フランジが設けられ、ネジや、ボルト、リベットその他の取付具を用いて、塔の部分6を、塔のリング22の上部、及び/又は、塔のリング22又は基礎の下部に結合する。さらに、図示の如く、本発明のこの実施形態においては、開口部部分10は、壁部分9と実質的に同一の高さを有している。寸法Hに示すように、高さという用語は、完全に建てられた風力タービンの塔2において、垂直方向に延びた対象物に関連して解釈される。

0073

本発明のひとつの実施形態においては、ドア開口部7には、例えば磁石ヒンジによって開口部部分10に結合されたドア(図示せず)が設けられる。

0074

図2は、風力タービンの塔2の部分について、円形の実施形態を示しているけれども、他の実施形態においては、リング及び塔2は、上方に向けて直径が減少するような円錐形でも良い。

0075

本発明の実施形態においては、壁部分9は、比較的薄い板から作られており、板は、塔の部分6従って塔2が使用される、風力タービン1のサイズによって定まる直径を有するような円形に圧延される。圧延された壁部分9は、塔の部分6の完全な360度を構成せず、少なくとも一の開口部部分10に適応するための開口部を有している。

0076

開口部部分10は、壁部分9が作られている板よりも厚い板から作られ、壁部分9と実質的に同一の直径をもつ円形に圧延されている。開口部部分10を圧延する前又は後に、前記部分から、炎カッター又はその他の金属切断装置を用いて、少なくとも一の開口部7を切り取る。

0077

もしも、塔の部分6に1つを越える開口部7が必要ならば、1つを越える開口部部分10を少なくとも一の壁部分9に溶接し、3つ以上の部分を一緒にさせて、完全な塔の部分6を構成しても良い。例えば、ドア部分とケーブル部分などの、2つの開口部部分を水平に隣接させて配置し、これらの両方を壁部分に結合させる。

0078

本発明の他の実施形態においては、開口部部分10には、1つを越える開口部7が設けられる。これは、例えば、塔の部分6に、ドアと共に、メインケーブルや、換気口などの(図示せず)開口部を設けることが必要な場合である。

0079

また、風力タービンの塔2には、開口部7を備えた1つを越える塔の部分6が設けられる。これは例えば、塔の底部又は底部に近い塔の部分6には、例えばドア開口部7が設けられ、塔2の頂部又は頂部に近い塔の別の部分6には、例えば航空警告灯(図示せず)などの1以上の開口部7が設けられる場合である。

0080

本発明のこの実施形態においては、図示の如く、ネジや、ボルト、リベット、接着、又は好ましくは溶接(図示せず)などの何らかの種類の結合手段によって、壁部分9と開口部部分10とが結合されたとき、それらは一緒になって、完全な360度の実質的に丸い塔の部分6を構成する。本発明の他の実施形態においては、塔の部分は、少なくとも3つの側面をもった多角形の形状を有していても良い。

0081

図3は、ドア開口部7を備え、壁部分9と開口部部分10とから構成された塔の部分6を、ドア開口部7の中間を通る垂直な断面図にて示している。

0082

本発明の実施形態においては、開口部部分10の凹面側と凸面側とにおけるすべての4辺が鋭利11にされている。本発明の実施形態においては、開口部部分10の頂部及び底部の縁部を鋭利11にすることで、開口部部分10は、上下に隣接する塔のリング22と同じ厚みになる。頂部及び底部の縁部を鋭利11にすることは、開口部部分10が円形の形状に圧延される前に行うのが有利である。本発明の他の実施形態においては、非直線的、例えば、楕円の一部分の形状になるように鋭利11にしたり、及び/又は、鋭利11な部分と、開口部部分10の完全な材料の厚みの部分との間の縁部を丸めたりしても良い。

0083

ドア開口部7及びドア8を備えた、壁部分9と開口部部分10とから構成されてなる塔の部分6を、ドア開口部7の中間を通る水平な断面図にて示している。

0084

本発明の実施形態においては、開口部部分10の凹面側と凸面側とにおけるすべての4辺が鋭利11にされている。本発明の実施形態においては、開口部部分10の側部を鋭利11にすることで、開口部部分10の端部は、壁部分6と同じ厚みになっている。当業者に知られている伝統的な圧延機の機能のために、開口部部分10の側縁を鋭利11にするのは、開口部部分10が円形の形状に圧延された後に行うことが好ましい。

0085

図示の開口部部分10は、1枚のドアに適応するためのものであり、従って、開口部部分10には、ひとつだけの開口部7が設けられている。本発明のこの実施形態においては、開口部部分10の幅は、開口部7の幅のおよそ3倍になっていて、開口部は、開口部部分10において対称的に配置されている。寸法Wは、幅という用語が、部分の周辺に延びるものとして解釈されることを示している。もしも、開口部部分10における開口部7が、0.7メートルの幅のドア開口部7であるならば、塔の部分6は、例えば4メートルの外径を有し、開口部部分10は、およそ2.1メートルの幅を有することになり、この場合、完全な360度の塔の部分に対して約60度を構成する。

0086

本発明のこの実施形態においては、図4に示すように、壁部分9と開口部部分10とのピッチ円直径は一致している。寸法Pは、この一致したピッチ円直径を示している。本発明の他の実施形態においては、開口部部分のピッチ円直径は、壁部分のピッチ円直径に比べて小さく作られる。

0087

開口部部分10の幅は、開口部部分10に設けられる開口部7のサイズ及び数に従って定められる。本発明の実施形態においては、もしも、開口部部分10にひとつの開口部7を設けるならば、開口部部分10の幅は、開口部7の幅のおよそ3倍になるが、というのは、水平に見て、開口部7は開口部部分10の実質的に中間に配置され、開口部部分10の部分は開口部の両側において、開口部7と概略同一の幅を有するためである。もしも、開口部部分10に1つを越える開口部7が設けられるならば、開口部部分10の幅は、それらの開口部7のサイズと、それらがどのように開口部部分10に配置されるかとによって定められる。

0088

図4はさらに、開口部7をカバーするドア8を示している。本発明のこの実施形態においては、ドア8は、1以上のヒンジによって、塔の部分6に結合される。ヒンジは、例えば、ネジや、ボルト、リベット、溶接などの手段によって塔の部分に取り付けることもできるが、より好ましくは、ヒンジは、塔の部分6を弱めないような非破壊的なやり方で結合される。非破壊的な取付方法は、磁石や、グルーなどの接着手段、又はこれら2つの組合せである。

0089

図5は、2つの壁部分9と2つの開口部部分10とから構成されてなる塔の部分6の実施形態を示している。開口部7のサイズが、塔のリング22に比べて高い場合には、開口部7は、例えば、2つの塔のリング22を一緒に溶接することによって作られ、それぞれの塔のリングは、合わせると開口部7になるような部分を構成する切り取り部が設けられた開口部部分10から構成される。

0090

図6は、2つの壁部分9とひとつの開口部部分10とから構成された塔の部分6の実施形態を示している。もしも、開口部7のサイズが、塔のリング22に比べて高いならば、開口部7は、例えば、2つの壁部分9を、2つの壁部分9と同じ高さをもったひとつの開口部部分10に溶接することによって作られる。

0091

図7は、円錐形の塔の部分6の実施形態を示していて、開口部部分10の側部は直線的ではあるが、非平行になっている。本発明の他の実施形態においては、開口部部分10の角部は丸められ、または、側部は開口部7の形状に従い、この場合には、側部は、楕円の一部分の形状を有することになる。壁部分9は、開口部部分10に与えられた形状に対応するような形状を有する。

0092

図8は、風力タービンの塔の部分の製造方法を示した斜視図であって、開口部部分を支持した運搬車が、壁部分を支持した固定ユニットの近傍の位置に移動されている。図にはさらに、既成の壁部分9を支持している圧延機13が示されている。

0093

本発明のこの実施形態においては、圧延機13は、固定ユニット12として機能する。開口部部分10は、ドア開口部7において、保持手段15によって、運搬車14に搭載されて固定される。本発明のこの実施形態においては、運搬車14にはホイール16が設けられ、運搬車14を押したり引いたりすることで、または、運搬車14に電気モータ(図示せず)やその他の種類のモータなどの駆動手段を設けることで、運搬車は可動になっている。

0094

図9は、固定された開口部部分10が傾動した位置にされた運搬車14を示している。本発明のこの実施形態においては、搭載された開口部部分10は、例えば、液圧や、空気圧、又は電気モータ又はその他の種類のモータ(図示せず)によって傾動される。

0095

図10は、傾動位置にある開口部部分10を支持した運搬車14が、壁部分9と開口部部分10とを好ましくは溶接によって結合可能な位置に持ち込まれた様子を示している。

0096

図11は、依然として固定ユニット12に搭載された壁部分9が開口部部分10に結合されて、これらが一緒になって、本発明のこの実施形態による、完全な360度の塔の部分6を構成した様子を示している。

0097

図12は、風力タービンの塔の部分6を製造する他の方法を示した斜視図であって、開口部部分10は固定ユニット17に配置されている。

0098

開口部部分10が配置される固定板19には、頂部に弓形の縁部20が設けられ、この縁部は、特定の塔の部分6の外径に対応している。

0099

図13は、更なる方法の段階を示していて、開口部部分を支持した固定ユニットへと、壁部分を下降させて、部分を結合する様子を示している。

0100

壁部分9は、何かの種類の昇降手段21によって、固定ユニット17上の結合位置にまで下降され、その位置には、開口部部分10が既に配置されている。完全な360度の塔の部分6を構成する部分を結合したとき、これは、ひとつの部品として、固定ユニット17から持ち上げられる。

図面の簡単な説明

0101

近代的な風力タービンを示した図である。
実施形態による風力タービンの塔における塔の部分であって、ドア開口部をもった風力タービンの塔の部分を斜視図にて示している。
ドア開口部をもった風力タービンの塔の部分であって、ドア開口部の中間を通る垂直な横断面を側部から見た図である。
ドア開口部及びドアをもった風力タービンの塔の部分であって、ドア開口部の中間を通る水平な横断面を頂部から見た図である。
2つの壁部分と2つの開口部部分とを備える、塔の部分の実施形態を示している。
2つの壁部分と1つの開口部部分とを備える、塔の部分の実施形態を示している。
円錐形である塔の部分の実施形態を示している。
風力タービンの塔の部分の製造方法を示した斜視図であって、開口部部分を支持した運搬車が、壁部分を支持した固定ユニットの近傍の位置へ移動している。
方法の段階であって、開口部部分を支持した運搬車が傾動位置になっている。
方法の段階であって、開口部部分を支持して傾動位置にされた運搬車が、固定ユニットに支持された壁部分に結合するための位置にもたらされている。
方法の更なる段階であって、壁部分が開口部部分に結合されている。
風力タービンの塔の部分の別の製造方法を示した斜視図であって、開口部部分は固定ユニットに配置されている。
方法の更なる段階を示していて、開口部部分を支持した固定ユニットに、壁部分を下降させて、部分を結合している。

符号の説明

0102

1風力タービン
2塔
3ナセル
4ローター
5ブレード
6 塔の部分
7 開口部
8ドア
9 壁部分
10開口部部分
11鋭利な部分
12固定ユニット
13圧延機
14運搬車
15保持手段
16ホイール
17 固定ユニット
18基礎
19固定板
20弓形の縁部
21昇降手段
22 塔のリング
23 ヒンジ

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