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技術 ディフューザを有するターボ機械

出願人 サフラン・エアクラフト・エンジンズ
発明者 パトリス・コマレデイデイエ・エルナンデス
出願日 2008年7月31日 (11年11ヶ月経過) 出願番号 2008-197398
公開日 2009年3月26日 (11年3ヶ月経過) 公開番号 2009-062976
状態 拒絶査定
技術分野 非容積形ポンプの構造
主要キーワード ヘッド損失 内側表面部分 環状外側壁 半径面 下流縁 導管要素 膨張現象 環状中
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(2009年3月26日)のものです。
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図面 (7)

課題

従来のディフューザよりも組み立ての容易なディフューザを有するターボ機械を提案すること。

解決手段

環状燃焼チャンバ40と、遠心圧縮機10と、圧縮機を出るガス流拡散させ、このガス流を環状燃焼チャンバ40に導くことが可能であり、半径方向に配向されて圧縮機からの出口に接続された拡散通路22を有する上流部分21、エルボー形状の中間部分24、および環状に間隔を置く流れ直進化羽根26を有する下流部分25を含む環状ディフューザ20と、環状燃焼チャンバ40の外側および下流部分25を取り囲む外側ケーシング32とを含み、下流部分25における流れの外側の境界が外側ケーシング32によって定められるターボ機械。

概要

背景

本出願において、用語「上流」および「下流」はターボ機械を流れるガスの通常の流れ方向(上流から下流へ)に対して定義される。さらに、用語「ターボ機械軸」はターボ機械のロータ回転軸を指す。軸方向はターボ機械の軸方向であり、半径方向はこの軸に直角な方向である。同様に、軸面はターボ機械の軸を含む面であり半径面はこの軸に直角の面である。最後に、逆に規定されない限り、「内側」および「外側」などの形容詞は半径方向に対して用いられるので、要素の(半径方向)内側部分または面は同じ要素の(半径方向)外側部分または面よりもターボ機械の軸により近い。

本発明は、
環状燃焼チャンバと、
遠心圧縮機と、
圧縮機を出るガス流拡散させ、このガス流を燃焼チャンバに導くことが可能であり、半径方向に配向されて圧縮機からの出口に接続された拡散通路を有する上流部分、エルボー形状の中間部分、および一連の環状に間隔を置く流れ直進化羽根を有する下流部分とを含む環状ディフューザと、
燃焼チャンバの外側および下流部分を取り囲む外側ケーシングとを含む種類のターボ機械に関する。

遠心圧縮機はそこを通るガスを加速しそれによってガスの動力学エネルギーを高める遠心回転を含む。

ディフューザは圧縮機を取り囲む環状空間を有する。ディフューザは圧縮機を出るガスの速度を遅くし、その結果その静圧力を高める働きをする。ディフューザは羽根式または導管式とすることができる。

これらの両方の種類のディフューザは、半径方向に配向され圧縮機の出口に接続されて圧縮機を出る加速されたガスを捕捉する一連の拡散通路を有する環状上流部分を含む。ディフューザ通路の断面は圧縮機を出るガス流を拡散するために内側から外側へ向かって漸進的に増加する。羽根式ディフューザは環状に間隔を置いて離れ互いに拡散通路を形成する一連の拡散羽根を用いる。導管式ディフューザにおいて、拡散通路はパイプまたは導管要素によって構成される。

上記上流部分から下流へディフューザはディフューザの流路曲げるため、およびガスを燃焼チャンバに向かって流すためのエルボー形状の環状中間部分を有する。

中間部分から下流に、ディフューザは一連の環状に間隔を置いて離れる、ガス流を直進化するための直進化羽根を備える環状下流部分を有し、拡散通路を出るガス流の旋回成分を燃焼チャンバに入る前に低減する。

図1は、ガス流方向に、遠心圧縮機110と、拡散羽根123を有する環状ディフューザ120と、環状燃焼チャンバ140とを含む上述の種類のターボ機械の知られている実施例を示す。外側ケーシング132は燃焼チャンバ140およびディフューザ120の外側を取り囲む。

ディフューザ120は、半径方向に配向され拡散通路122を有する上流部分121と、エルボー形状の中間部分124と、一連の環状に間隔を置いて離れる流れ直進化羽根126を含む下流部分125とを含む。

流れはその中をガスが流れる空間であると定義される。

上流および中間部分121、124の流れは第1端部プレート127と第2端部プレート128によって境界が定められる。下流部分126の流れは第1端部プレート127によって内側に境界が定められ、外側シュラウド129によって外側に境界が定められる。

ディフューザの下流部分125はターボ機械の軸Aに平行に配向される。言い換えれば、ターボ機械の軸Aを含む断面において、ディフューザの下流部分125を出る流れの平均軸Mはターボ機械の軸Aに平行である。この構造において、ディフューザを出る主要ガス流は燃焼チャンバ140の周囲の外側を通る。

図示されない代替において、ディフューザ120を出る主要ガス流を燃焼チャンバ140に向かって導き、燃焼チャンバに良好にガスを供給するために、ディフューザの下流部分125は燃焼チャンバ140に向かうようにターボ機械の軸Aに対して傾斜する。言い換えれば、ターボ機械の軸Aを含む断面において、ディフューザの下流部分125を出る流れの平均軸Mは軸Aに(ゼロではない)鋭角を形成する。

概要

従来のディフューザよりも組み立ての容易なディフューザを有するターボ機械を提案すること。環状燃焼チャンバ40と、遠心圧縮機10と、圧縮機を出るガス流を拡散させ、このガス流を環状燃焼チャンバ40に導くことが可能であり、半径方向に配向されて圧縮機からの出口に接続された拡散通路22を有する上流部分21、エルボー形状の中間部分24、および環状に間隔を置く流れ直進化羽根26を有する下流部分25を含む環状ディフューザ20と、環状燃焼チャンバ40の外側および下流部分25を取り囲む外側ケーシング32とを含み、下流部分25における流れの外側の境界が外側ケーシング32によって定められるターボ機械。

目的

本発明の目的は、従来のディフューザよりも組み立ての容易なディフューザを有する、上で規定した種類のターボ機械を提案することである。

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

環状燃焼チャンバ(40)と、遠心圧縮機(10)と、圧縮機を出るガス流拡散させ、このガス流を燃焼チャンバに導くことが可能であり、半径方向に配向されて圧縮機からの出口に接続された拡散通路(22)を有する上流部分(21)、エルボー形状の中間部分(24)、および一連の環状に間隔を置く流れ直進化羽根(26)を有する下流部分(25)を含む環状ディフューザ(20)と、燃焼チャンバの外側および下流部分を取り囲む外側ケーシング(32)とを含むターボ機械であって、ターボ機械が、下流部分(25)における流れが外側ケーシング(32)によって外側で境界が定められ、外側ケーシング(32)が肩(36)を有し、それに中間部分(24)の外側下流縁部(37)が接することを特徴とする、ターボ機械。

請求項2

流れ直進化羽根(26)が、外側ケーシング(32)に固定されない、請求項1に記載のターボ機械。

請求項3

冷たいとき、流れ直進化羽根(26)と外側ケーシング(32)の間にクリアランス(J)が存在する、請求項1または2に記載のターボ機械。

請求項4

上流と中間部分の対向面(21、24)が第1端部プレート(27)および第2端部プレートによって形成され、これらの第1および第2端部プレート(27、28)がケーシング(32)とは異なり、上流および中間部分(21、24)の流れの境界を定める、請求項1から3のいずれか一項に記載のターボ機械。

請求項5

中間部分(24)の外側壁(39)が外側ケーシング(32)に接し、前記外側壁とケーシング(32)間の接触界面が円筒状表面である、請求項1から4のいずれか一項に記載のターボ機械。

請求項6

外側ケーシング(32)が流れ直進化羽根(26)に面する円錐形内側表面部分(50)を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載のターボ機械。

請求項7

下流部分(25)の流れが端部プレート(27)によって内側で境界を定められ、端部プレートが上流および中間部分(21、24)の流れの境界も定める、請求項1から6のいずれか一項に記載のターボ機械。

請求項8

前記端部プレート(27)が流れ直進化羽根(26)を支持する、請求項7に記載のターボ機械。

請求項9

上流部分(21)が、一連の環状に間隔を置いて離れる拡散羽根(23)を含み、それらの間に前記拡散通路(22)を形成し、端部壁(27)が、前記拡散羽根(23)にろう付けされる、請求項7または8に記載のターボ機械。

技術分野

0001

本発明はターボ機械に関する。これは地上または航空用の任意の種類のターボ機械に適用可能であり、さらに詳細には航空機ターボジェットに関する。

背景技術

0002

本出願において、用語「上流」および「下流」はターボ機械を流れるガスの通常の流れ方向(上流から下流へ)に対して定義される。さらに、用語「ターボ機械軸」はターボ機械のロータ回転軸を指す。軸方向はターボ機械の軸方向であり、半径方向はこの軸に直角な方向である。同様に、軸面はターボ機械の軸を含む面であり半径面はこの軸に直角の面である。最後に、逆に規定されない限り、「内側」および「外側」などの形容詞は半径方向に対して用いられるので、要素の(半径方向)内側部分または面は同じ要素の(半径方向)外側部分または面よりもターボ機械の軸により近い。

0003

本発明は、
環状燃焼チャンバと、
遠心圧縮機と、
圧縮機を出るガス流拡散させ、このガス流を燃焼チャンバに導くことが可能であり、半径方向に配向されて圧縮機からの出口に接続された拡散通路を有する上流部分、エルボー形状の中間部分、および一連の環状に間隔を置く流れ直進化羽根を有する下流部分とを含む環状ディフューザと、
燃焼チャンバの外側および下流部分を取り囲む外側ケーシングとを含む種類のターボ機械に関する。

0004

遠心圧縮機はそこを通るガスを加速しそれによってガスの動力学エネルギーを高める遠心回転を含む。

0005

ディフューザは圧縮機を取り囲む環状空間を有する。ディフューザは圧縮機を出るガスの速度を遅くし、その結果その静圧力を高める働きをする。ディフューザは羽根式または導管式とすることができる。

0006

これらの両方の種類のディフューザは、半径方向に配向され圧縮機の出口に接続されて圧縮機を出る加速されたガスを捕捉する一連の拡散通路を有する環状上流部分を含む。ディフューザ通路の断面は圧縮機を出るガス流を拡散するために内側から外側へ向かって漸進的に増加する。羽根式ディフューザは環状に間隔を置いて離れ互いに拡散通路を形成する一連の拡散羽根を用いる。導管式ディフューザにおいて、拡散通路はパイプまたは導管要素によって構成される。

0007

上記上流部分から下流へディフューザはディフューザの流路曲げるため、およびガスを燃焼チャンバに向かって流すためのエルボー形状の環状中間部分を有する。

0008

中間部分から下流に、ディフューザは一連の環状に間隔を置いて離れる、ガス流を直進化するための直進化羽根を備える環状下流部分を有し、拡散通路を出るガス流の旋回成分を燃焼チャンバに入る前に低減する。

0009

図1は、ガス流方向に、遠心圧縮機110と、拡散羽根123を有する環状ディフューザ120と、環状燃焼チャンバ140とを含む上述の種類のターボ機械の知られている実施例を示す。外側ケーシング132は燃焼チャンバ140およびディフューザ120の外側を取り囲む。

0010

ディフューザ120は、半径方向に配向され拡散通路122を有する上流部分121と、エルボー形状の中間部分124と、一連の環状に間隔を置いて離れる流れ直進化羽根126を含む下流部分125とを含む。

0011

流れはその中をガスが流れる空間であると定義される。

0012

上流および中間部分121、124の流れは第1端部プレート127と第2端部プレート128によって境界が定められる。下流部分126の流れは第1端部プレート127によって内側に境界が定められ、外側シュラウド129によって外側に境界が定められる。

0013

ディフューザの下流部分125はターボ機械の軸Aに平行に配向される。言い換えれば、ターボ機械の軸Aを含む断面において、ディフューザの下流部分125を出る流れの平均軸Mはターボ機械の軸Aに平行である。この構造において、ディフューザを出る主要ガス流は燃焼チャンバ140の周囲の外側を通る。

0014

図示されない代替において、ディフューザ120を出る主要ガス流を燃焼チャンバ140に向かって導き、燃焼チャンバに良好にガスを供給するために、ディフューザの下流部分125は燃焼チャンバ140に向かうようにターボ機械の軸Aに対して傾斜する。言い換えれば、ターボ機械の軸Aを含む断面において、ディフューザの下流部分125を出る流れの平均軸Mは軸Aに(ゼロではない)鋭角を形成する。

発明が解決しようとする課題

0015

知られているディフューザの欠点は、それらを作る部品の互いの組み立てが困難なことである。具体的には、下流部分125の外側表面が軸Aに対して傾斜するとき、下流部分125が円錐形であり外側シュラウド129は下流部分126の自由端部に向かってスライドし易いので、外側シュラウド129をろう付けまたは締め付けによって下流部分125に固定することは特に困難である。

0016

本発明の目的は、従来のディフューザよりも組み立ての容易なディフューザを有する、上で規定した種類のターボ機械を提案することである。

課題を解決するための手段

0017

この目的を達成するために、本発明は、
環状燃焼チャンバと、
遠心圧縮機と、
圧縮機を出るガス流を拡散させ、このガス流を燃焼チャンバに導くことが可能であり、半径方向に配向されて圧縮機からの出口に接続された拡散通路を有する上流部分、エルボー形状の中間部分、および一連の環状に間隔を置く流れ直進化羽根を有する下流部分を含む環状ディフューザと、
燃焼チャンバの外側および下流部分を取り囲む外側ケーシングとを含み、
下流部分の流れが外側ケーシングによって外側で境界が定められるターボ機械を提供する。

0018

したがって、本発明は外側ケーシングを用いて下流部分の外側壁を形成することからなる。これは、通常用いられるシュラウドを省き、それらのシュラウドの固定に伴う問題を回避することが可能になる。さらに、外側シュラウドがないことによってディフューザの重量を低減することが可能になる。

0019

さらに、本発明によれば、外側ケーシングはディフューザの中間部分の外側下流端部が接する肩を有する。この肩によって、中間部分はケーシングに対して正しく容易に位置決めすることができる。これはディフューザの組み立てを容易にする。

0020

本発明の特定の実施形態において、流れ直進化羽根は外側ケーシングに固定されず、それによってディフューザの組み立てがさらに簡単になる。それらの状況下において、ターボ機械の動作中に発生する膨張現象に伴う欠点を回避するために、冷たいとき、流れ直進化羽根と外側ケーシングの間にクリアランスを設けるのが有利である。熱いとき、このクリアランスは減少し、ゼロまたはわずかに負になることが好ましい。

0021

本発明の特定の実施形態において、第1端部プレートと第2端部プレートによって上流と中間部分の対向する壁が形成され、これらの第1端部プレートおよび第2端部プレートはケーシングとは異なり、上流および中間部分の流れの境界を定める。

発明を実施するための最良の形態

0022

本発明およびその利点は非制限的な図によって与えられる以下の本発明の実施形態の詳細な説明を読み取ることによってより良好に理解することができる。説明は添付図を参照する。

0023

図1および図2は従来技術を示し、上で説明された。

0024

図3は本発明のターボ機械の実施例の一部を示す。さらに詳細にはターボ機械は航空機ターボジェットである。ターボジェットを通過するガスは空気である。

0025

ターボジェットは遠心高圧圧縮機10と、圧縮機から下流に接続された環状ディフューザ20とを含み、このディフューザは環状燃焼チャンバ40を取り囲む空間30中に開口する。空間30は外側ケーシング32とそれに同軸内側ケーシング34によって境界を定められる。燃焼チャンバ40はケーシング32および34に接続された固定フランジによって支持される。

0026

遠心圧縮機10は遠心回転翼である。回転翼は一連の回転駆動される可動ブレードを含む。これらのブレードは軸状に空気を受け取り、加速し、半径方向にディフューザ20中に放出する。

0027

ディフューザ20は圧縮機10を取り囲む環状空間を有する。ディフューザ20は圧縮機10を出る空気の速度を低減する働きをし、それによってその静圧力を高める。図のディフューザ20は羽根式である。

0028

ディフューザ20は、半径方向に配向され圧縮機10からの出口に接続されて圧縮機10を出る加速された空気を捕捉するための一連の拡散通路22を有する環状上流部分21を含む。これらの拡散通路22の断面は、圧縮機10を出るガス流を拡散するために半径方向に内側から外側に向かって進み漸進的に増加する。これらの拡散通路22は一連の環状に間隔を置いて離れる拡散羽根23によって形成される。上流部分21への入口で、これらの羽根23は互いに近づく。これらの拡散羽根23は上流部分21からの出口に接近すると互いにさらに間隔を置いて円周状に離れる。

0029

上流部分21から下流へディフューザ20はエルボー形状でディフューザの流路を曲げて空気流を燃焼チャンバ40に向かって偏向する環状中間部分24を有する。

0030

中間部分24から下流に、ディフューザ20は一連の環状に間隔を置いて離れる、流れ直進化羽根26を備える環状下流部分25を有し、拡散通路22を出るガス流の旋回成分を燃焼空間30に入る前に低減する。

0031

第1端部プレート27は下流部分25の流れが第1端部プレート27によって内側に境界を定められるように下流部分25の内側壁を形成する。端部プレート27は流れ直進化羽根26を保持する(すなわち、羽根26が端部プレート27に固定される)。

0032

上流と中間部分21、24の対向面は第1端部プレート27および第2端部プレート28によって形成される。したがって、これらの第1および第2端部プレート27、28は上流および中間部分21、24の流れの境界を定める。

0033

第2端部プレート28は拡散羽根23を保持し、ディフューザ20の組み立て中に第1端部プレート27は拡散羽根23にろう付けされる。

0034

燃焼チャンバ40は環状内側壁42、環状外側壁43、および上記チャンバ上流領域でこの内側と外側壁42、43の間に配設された環状チャンバ端部壁41を含む。チャンバ端部壁41は軸Aの周りに環状に分配された噴射オリフィス44を有する。噴射システム45は上記噴射オリフィス44を通ってチャンバ端部壁41上に搭載される(噴射オリフィス44あたり1個の噴射システム)。これらの噴射システム45は燃焼チャンバ40中で燃焼する空気と燃料の混合物噴射する働きをする。この混合物の燃料は空間30を通過するそれぞれの燃料供給パイプ46を経由して噴射システム45に送達される。

0035

燃焼チャンバ40(すなわち、チャンバの主軸P)はターボジェットの軸Aに対して(ゼロではない)鋭角度Bで傾斜する。この角度Bが大きいほど燃焼チャンバモジュール軸長は短くなる。

0036

図3の実施例において、ディフューザの下流部分25は下流部分25を出る流れの平均軸Mが軸Aに平行であるように軸状に配向される。

0037

外側ケーシング32は燃焼チャンバ40およびディフューザ20の下流部分25の外側に半径方向に配設される。

0038

本発明によれば、外側ケーシング32は、この下流部分25中の空気流の外側の境界を定めるように上記下流部分25の外側壁を構成する。さらに正確には、外側ケーシングの内側壁はこの流れの境界を定める。

0039

図4に詳細を示すように、流れ直進化羽根26は外側ケーシング32に固定されない。

0040

冷たいとき、流れ直進化羽根26と外側ケーシング32の間にはクリアランスJが残る。このクリアランスJは、外側ケーシング32と羽根26を備える第1端部プレート27の間の膨張差のためターボジェットが熱くなると減少する。熱いとき、羽根26が外側ケーシング32と面一または軽く押圧されるように、クリアランスJはゼロまたはわずかに負とすることができる。この接触は羽根26またはケーシング32の損傷を避けるため強く押圧すべきではない。

0041

外側ケーシング32は肩36を有し、中間部分24の外側下流端部37がディフューザの組み立て中に接する。したがって、肩36は中間部分24の適切な位置決めのための基準および案内として用いられる。

0042

さらに、中間部分24の位置決めを容易にする目的のために、中間位置24の外側壁39は外側ケーシング32に接し、外側壁39とケーシング間の接触界面35は大きな軸方向の幅を有する回転の円筒状表面である。

0043

図5および図6を参照して、本発明のターボジェットの他の実施例の説明が以下に続く。この実施例と図3および4の実施例間の類似要素は同じ数字参照番号が与えられる。

0044

このターボジェットは、ディフューザの下流部分25がターボ機械の軸Aに対して燃焼チャンバ40に向かって傾斜する点で図3および4のものとは異なり、ターボ機械の軸Aを含む断面において、ディフューザの下流部分25を出る流れの平均軸Mは軸Aとゼロではない鋭角度を形成し、上記軸Mはチャンバ端部壁41と交差することが好ましい。

0045

ターボ機械の軸Aに対するディフューザ20の下流部分25のそれらの傾斜角度はディフューザからの出口と燃焼チャンバ40の間のガスのヘッド損失を低減する働きをする。また、ガスがより対称的にチャンバ40の周りの外側および内側を進む迂回ゾーンに供給されることを可能にし、また、ガスを内側迂回ゾーンにより良好に供給する働きをする。さらに、噴射システム45へのガス供給もより対称的である。

0046

この実施例において、外側ケーシング32は、この円錐表面部分50が流れ直進化羽根26によって画定される輪郭の周囲に緊密に嵌合するように(クリアランスJを無視して)流れ直進化羽根26に面する円錐形内側表面部分50を有する。この実施例において、円錐表面部分50は外側ケーシング32の特に厚い部分52として作られる。

図面の簡単な説明

0047

航空機ターボジェットの従来技術実施例における圧縮機、ディフューザ、および燃焼チャンバモジュールの軸状断面の半分を示す概要図である。
図1のディフューザの俯瞰図である。
本発明による航空機ターボジェットの実施例の圧縮機、ディフューザ、および燃焼チャンバモジュールの軸状半断面を示す概要図である。
図3のディフューザの詳細を示す図である。
本発明による航空機ターボジェットの他の実施例の圧縮機、ディフューザ、および燃焼チャンバモジュールの軸状断面の半分を示す概要図である。
図5のディフューザの詳細を示す図である。

符号の説明

0048

10、110遠心高圧圧縮機
20、120環状ディフューザ
21、121 環状上流部分
22、122拡散通路
23、123拡散羽根
24、124環状中間部分
25、125、126 環状下流部分
26流れ直進化羽根
27、127 第1端部プレート
28、128 第2端部プレート
30 空間
32、132外側ケーシング
34内側ケーシング
36 肩
37 外側下流端部
39外側壁
40、140環状燃焼チャンバ
41環状チャンバ端部壁
42環状内側壁
43環状外側壁
44噴射オリフィス
45噴射システム
46燃料供給パイプ
50円錐表面部分
52 厚い部分
129 外側シュラウド

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