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技術 整流子電動機

出願人 東芝ライフスタイル株式会社
発明者 押切剛
出願日 2012年12月3日 (8年8ヶ月経過) 出願番号 2012-264467
公開日 2014年6月12日 (7年2ヶ月経過) 公開番号 2014-110703
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の集電
主要キーワード 通気用間隙 張り出し縁 端壁側 電気的絶縁性能 根元部位 フック式 内側空 上流側風路
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(2014年6月12日)のものです。
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図面 (11)

課題

電機子巻線フック巻付け部位間の電気的絶縁信頼性を、簡単な工夫で確保することが可能な整流子電動機を提供する。

解決手段

電機子整流子が有する複数の整流子バー33を、これらバー33が周方向に並べられた絶縁ベース32の外周に露出されたブラシ接触部34と、このブラシ接触部34より幅が狭くかつブラシ接触部34の表面に接するように折り返されたフック部35とで形成する。電機子巻線のフック部巻付け部位16aを各フック部35の根元部位35aに夫々巻付け、これらフック部巻付け部位16aをブラシ接触部34とフック部35とで挟んで整流子バー33に電気的に接続する。各フック部35の根元部位35aに、この根元部位35aの幅を細くしかつフック部巻付け部位16aが入り込む巻線合溝36を形成する。これによって、絶縁ベース32の周方向に隣接したフック部巻付け部位16a間に所定の絶縁距離Lを確保した。

概要

背景

整流子電動機電機子は、回転軸電機子コア整流子とが固定され、電機子コアに巻付けられた電機子巻線と整流子が有した整流子バーとが接続された構造を備えている。整流子バーと電機子巻線とは、整流子バーの電機子コア側の端部を折り曲げフック部に電機子巻線を巻付けた状態で、フック部をヒュージングすることで、接続されている。こうしたフック部を有する整流子はフック式整流子通称されている。

整流子の周方向に整流子バーが並べられているので、隣接した整流子バーのフック部に巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位間を電気的に絶縁する必要がある。そのため、整流子バーのフック部の幅は、それ以外の部分、つまり、カーボンブラシが接するブラシ接触部の幅より細く形成されている。

しかし、電機子巻線のフック部巻付け部位は前記ヒュージングによって広がることがある。それに伴い隣接した整流子バーに巻付けられたフック部巻付け部位間の絶縁距離が狭められて、隣接したフック部巻付け部位間の電気的絶縁性が低下することがある。

こうした事情対処するために、フック部全体を更に細くすることが考えられる。しかし、このようにすることは、ヒュージングの際に、フック部を介してフック部巻付け部位に加えられる加圧力が上がる。したがって、フック部巻付け部位が断線する虞が高くなるので、実際的な対策でない。
又、隣接したフック部巻付け部位間にブレードを挿入した状態でヒュージングをすることで、フック部に巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位が広がらないようにする接合方法も提案されている。しかし、この方法では、ヒュージングの前後においてブレードを着脱する手間が必要であるので、電機子の製造性が低下する。それだけではなく、ブレードの着脱に伴って電機子巻線のフック部巻付け部位の絶縁層エナメル層)が傷付けられる虞があり、そのような事態になった場合、隣接したフック部巻付け部位間の電気的絶縁性が低下する可能性がある。

概要

電機子巻線のフック部巻付け部位間の電気的絶縁信頼性を、簡単な工夫で確保することが可能な整流子電動機を提供する。電機子の整流子が有する複数の整流子バー33を、これらバー33が周方向に並べられた絶縁ベース32の外周に露出されたブラシ接触部34と、このブラシ接触部34より幅が狭くかつブラシ接触部34の表面に接するように折り返されたフック部35とで形成する。電機子巻線のフック部巻付け部位16aを各フック部35の根元部位35aに夫々巻付け、これらフック部巻付け部位16aをブラシ接触部34とフック部35とで挟んで整流子バー33に電気的に接続する。各フック部35の根元部位35aに、この根元部位35aの幅を細くしかつフック部巻付け部位16aが入り込む巻線合溝36を形成する。これによって、絶縁ベース32の周方向に隣接したフック部巻付け部位16a間に所定の絶縁距離Lを確保した。

目的

特開2007−185036号公報






実施形態は、各整流子バーのフック部に夫々巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位間の電気的絶縁の信頼性を、簡単な工夫で確保することが可能な整流子電動機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

整流子が有した絶縁ベース周方向に並べられた複数の整流子バーの夫々が、前記絶縁ベースの外周に露出されたブラシ接触部とこの接触部より幅が狭くかつ前記ブラシ接触部の表面に接するように折り返されたフック部とからなり、これらフック部の根元部位に夫々巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位が、前記ブラシ接触部と前記フック部とで挟まれて前記整流子バーと電気的に接続され、前記周方向に隣接した前記フック部巻付け部位間に絶縁距離が確保された電機子を備える整流子電動機において、前記各フック部の根元部位に、この根元部位の幅を細くしかつ前記フック部巻付け部位が入り込む巻線合溝を形成したことを特徴とする整流子電動機。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、例えば電動送風機電動機部等に用いられる整流子電動機に関する。

背景技術

0002

整流子電動機の電機子は、回転軸電機子コア整流子とが固定され、電機子コアに巻付けられた電機子巻線と整流子が有した整流子バーとが接続された構造を備えている。整流子バーと電機子巻線とは、整流子バーの電機子コア側の端部を折り曲げフック部に電機子巻線を巻付けた状態で、フック部をヒュージングすることで、接続されている。こうしたフック部を有する整流子はフック式整流子通称されている。

0003

整流子の周方向に整流子バーが並べられているので、隣接した整流子バーのフック部に巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位間を電気的に絶縁する必要がある。そのため、整流子バーのフック部の幅は、それ以外の部分、つまり、カーボンブラシが接するブラシ接触部の幅より細く形成されている。

0004

しかし、電機子巻線のフック部巻付け部位は前記ヒュージングによって広がることがある。それに伴い隣接した整流子バーに巻付けられたフック部巻付け部位間の絶縁距離が狭められて、隣接したフック部巻付け部位間の電気的絶縁性が低下することがある。

0005

こうした事情対処するために、フック部全体を更に細くすることが考えられる。しかし、このようにすることは、ヒュージングの際に、フック部を介してフック部巻付け部位に加えられる加圧力が上がる。したがって、フック部巻付け部位が断線する虞が高くなるので、実際的な対策でない。
又、隣接したフック部巻付け部位間にブレードを挿入した状態でヒュージングをすることで、フック部に巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位が広がらないようにする接合方法も提案されている。しかし、この方法では、ヒュージングの前後においてブレードを着脱する手間が必要であるので、電機子の製造性が低下する。それだけではなく、ブレードの着脱に伴って電機子巻線のフック部巻付け部位の絶縁層エナメル層)が傷付けられる虞があり、そのような事態になった場合、隣接したフック部巻付け部位間の電気的絶縁性が低下する可能性がある。

先行技術

0006

特開2007−185036号公報

発明が解決しようとする課題

0007

実施形態は、各整流子バーのフック部に夫々巻付けられた電機子巻線のフック部巻付け部位間の電気的絶縁信頼性を、簡単な工夫で確保することが可能な整流子電動機を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

前記課題を解決するために、実施形態の整流子電動機は、電機子の整流子が有する複数の整流子バーを、これらのバーが周方向に並べられた絶縁ベースの外周に露出されたブラシ接触部と、この接触部より幅が狭くかつブラシ接触部の表面に接するように折り返されたフック部とで形成する。電機子が有する電機子巻線のフック部巻付け部位を各フック部の根元部位に夫々巻付け、これらフック部巻付け部位をブラシ接触部とフック部とで挟んで整流子バーに電気的に接続する。各フック部の根元部位に、この根元部位の幅を細くしかつフック部巻付け部位が入り込む巻線合溝を形成する。これによって、絶縁ベースの周方向に隣接したフック部巻付け部位間に所定の絶縁距離を確保したことを特徴としている。

図面の簡単な説明

0009

一実施の形態に係る整流子電動機を備える電動送風機を一部断面した状態で示す側面図である。
図1の整流子電動機の電機子をこれにフレーム端面板が連結された状態で示す斜視図である。
図2の電機子の一部を拡大して示す斜視図である。
図2の電機子が備える整流子をその中央部の筒を省略して示す正面図である。
図4の整流子を断面した状態で示す斜視図である。
図5中F6部を示す拡大図である。
図2の電機子が備える電機子巻線と整流子との接続部の一部を示す平面図である。
図7中F8−F8線に沿って示す断面図である。
図4の整流子の整流子バーを展開した状態で示す平面図である。
図4の整流子の一部を電機子巻線が接続される前の状態で示す断面図である。

実施例

0010

以下、一実施の形態に係る整流子電動機を電動機部として備えた電動送風機について、図1図10を参照して詳細に説明する。

0011

図1中符号1は電動送風機を示している。この電動送風機1は、例えば電気掃除機吸塵用として、或いは産業用ブロア等に用いられる。

0012

電動送風機1は、この電動送風機1の電動機部をなす整流子電動機2と、例えば遠心型ファン41と、ディフューザ45と、ファンカバー51を備えている。

0013

整流子電動機2は、電動機ケース3と、固定子11と、回転子である電機子13と、例えば二個のカーボンブラシ組立21を備えている。

0014

電動機ケース3は、鋼板製のケース本体4とケース端面板5とからなる。ケース本体4は、その軸方向の一端が開口されると共に、軸方向の他端が閉じた略有底円筒状に形成されている。

0015

ケース端面板5は、図2に示すように長手を有した板状をなし、ケース本体4の軸方向一端の開口を横切って配設されている。このケース端面板5の長手方向両端部は、前記開口を囲んで設けられたケース本体4の張り出し縁部4aにねじ止めされている。

0016

前記開口においてケース端面板5で覆われていない開口領域は、電動機ケース3の通気用入口として使用される。ケース本体4にはその閉じられた端壁側に通気用出口7が複数(一つのみ図示する)形成されている。

0017

図1に示すようにケース本体4の閉じられた端壁の中央部に軸受ハウジング部4bが形成されている。この軸受ハウジング部4bと対をなす軸受ハウジング部5bが、図1及び図2に示すようにケース端面板5の中央部に形成されている。

0018

固定子11は、その外形略四角形状をなした複数枚電磁鋼板を積層してなる固定子コアに、固定子巻線取付けて形成されている。固定子11は、そのコア四隅をケース本体4の内周面圧接させて電動機ケース3内に固定されている。固定子コアの外面とケース本体4の内周面との間に、前記通気用入口と通気用出口7とを連通する通気用間隙gが形成されている。

0019

図1及び図2に示すように電機子13は、回転軸14と、電機子コア15と、電機子巻線16と、整流子17と、第1玉軸受18と、第2玉軸受19を備えている。

0020

電機子コア15は回転軸14に固定されており、回転軸14は電機子コア15を貫通している。電機子巻線16は、エナメル層で被覆された銅線からなり、電機子コア15に巻付けられている。整流子17は回転軸14に固定されており、回転軸14は整流子17を貫通している。整流子17と電機子巻線16とは後述する形態で電気的に接続されている。第1玉軸受18は整流子17の軸方向に隣接して回転軸14の一端に取付けられている。第2玉軸受19は、第1玉軸受18との間に電機子コア15及び整流子17を配して回転軸14の軸方向他端部に取付けられ、回転軸14は第2玉軸受19を貫通している。

0021

図4及び図5に示すように整流子17はフック式の構成である。即ち、整流子17は、金属製の管31(図1参照)が中央部にインサートされた電気絶縁材料例えば合成樹脂製の絶縁ベース32の外周部に、複数の整流子バー33を取付けて形成されている。各整流子バー33は絶縁ベース32の周方向に並んで配設されている。整流子17は、その管31を回転軸14の外周に圧入して回転軸14に固定されている。この場合、整流子17は次に説明するフック部を電機子コア15に向けて回転軸14に固定される。

0022

整流子17の各整流子バー33は、導電性が良好な金属材料製で、ブラシ接触部34とフック部35とからなる。図9の展開図等で示すようにブラシ接触部34の幅W1よりフック部35の幅W2は狭い。フック部35の幅W2は、このフック部35に巻付けられた後述する電機子巻線のフック部巻付け部位が後述のヒュージングに伴う加圧力で断線しないように加圧力を分散させることが可能な幅に設定されている。

0023

図8図10に示すようにフック部35の根元部位35aに巻線嵌合溝36が形成されている。本実施形態では、巻線嵌合溝36を根元部位35aの幅方向両側縁開放して夫々形成したが、これに限らず、根元部位35aの幅方向片側の縁のみに開放して形成することも可能である。この巻線嵌合溝36によって根元部位35aの幅W3は、根元部位35a以外のフック部35の幅W2より細くなっている。巻線嵌合溝36の深さは電機子巻線16の線径に相当する深さより浅い。

0024

フック部35はブラシ接触部34の表面に対向する形態に折り返された状態で、絶縁ベース32の外周部にインサート成形により取付けられている。この取付けによって、整流子バー33のブラシ接触部34の表面部が絶縁ベース32の外周に露出されるとともに、フック部35が絶縁ベース32から外れた形態で、整流子バー33が絶縁ベース32に埋設される。

0025

図3図4図7図8中符号37は絶縁ベース32にこのベースの軸方向に延びて形成された絶縁溝を示している。各絶縁溝37は、絶縁ベース32の周方向に隣接した整流子バー33間にこれらを電気的に絶縁するのに必要な沿面距離を確保するために、これら整流子バー33間に設けられていて、絶縁ベース32の周面に開放されている。

0026

前記電機子巻線16と各整流子バー33とは以下のように電気的に接続されている。

0027

詳しくは、電機子巻線16は、各整流子バー33のフック部35の根元部位35aに少なくとも一回巻付けられている。根元部位35aに巻付けられた電機子巻線16の部位を、本明細書ではフック部巻付け部位16a(図7図8等参照)と称する。図8等に示すようにフック部巻付け部位16aの断面の一部が巻線嵌合溝36に入り込んでいる。

0028

こうしてフック部巻付け部位16aがフック部35の根元部位35aに巻付けられた状態で、ヒュージング加工を施すことによって、フック部巻付け部位16aと各整流子バー33とが電気的に接続される。この接続状態図3図7図8に示す。

0029

ヒュージング加工は、まず、図示しないヒュージング加工機が有する電極で、フック部35を図10中矢印F方向に加圧することにより、図10二点鎖線で示すようにフック部35を塑性変形させる。これによって、フック部35がブラシ接触部34の表面に好ましくは密接するように変形されるとともに、これらフック部35とブラシ接触部34とでフック部巻付け部位16aが挟持される。

0030

次に、この状態で、電極と図示しない他の電極(いずれもヒュージング加工機の電極)との間に高電流印加される。それにより、フック部巻付け部位16aのフック部35及びブラシ接触部34に接した箇所のエナメル層が溶かされて、フック部巻付け部位16aと整流子バー33とが電気的に接続される。こうして整流子バー33に接続されて絶縁ベース32の周方向に隣接したフック部巻付け部位16a間には絶縁距離L(図7参照)が確保される。

0031

前記第1玉軸受18は軸受ハウジング部4b内に取付けられているとともに、第2玉軸受19は軸受ハウジング部5b内に取付けられている。それによって、電機子13は、固定子11の内側空間を貫通して電動機ケース3に回転自在に支持されている。電機子13の回転軸14は、第2玉軸受19及び軸受ハウジング部5bを貫通して電動機ケース3外に突出されている。

0032

図1に示すように一対のカーボンブラシ組立21は、カーボンブラシ22と、このカーボンブラシ22を支持するブラシ保持器23と、この保持器に収容されてカーボンブラシ22を付勢するばね24と、ばね受けを兼ねる端子25等を有している。

0033

これらカーボンブラシ組立21は電動機ケース3にねじ止めされている。ブラシ保持器23はケース本体4を貫通してこのケース本体4内の整流子17に向けて突出されている。カーボンブラシ22は整流子バー33のブラシ接触部34にばね24で押付けられている。それにより、カーボンブラシ22と整流子17とが電気的に導通される。端子25は、カーボンブラシ22及び固定子巻線に電気的に接続されているとともに、図示しない電源部(商用交流電源又は電池等)に電気的に接続される。

0034

ファン41は、電動機ケース3の外に突出された回転軸14の端部に螺合されたナット44等で回転軸14に連結されている。ファン41は、その周面に吐出し口43を有している。

0035

ディフューザ45は、ファン41から吐出された空気を整流しつ電動機ケース3内に導くために用いられていて、相互間に上流整流風路を形成する複数の上流側案内羽根46と相互間に下流側整流風路を形成する複数の下流側案内羽根47を有している。このディフューザ45は、ケース本体4の張り出し縁部4a、ケース端面板5、及びケース端面板5で覆われていないケース本体4の開口領域(電動機ケース3の通気用入口)を覆って、電動機ケース3とファン41との間に配設されている。

0036

図1に示すようにファンカバー51は、円筒形周壁52と、この周壁52の一端に連続した端壁53とからなる。端壁53の中央部に空気入口54が形成されている。

0037

ファンカバー51は、その周壁52の内周を、張り出し縁部4aに嵌合して、ファン41及びディフューザ45を覆って電動機ケース3に取付け保持されている。取付けられたファンカバー51は、張り出し縁部4aとの間にディフューザ45を挟持している。取付けられたファンカバー51の空気入口54はファン41の吸気口42に対向されている。又、取付けられたファンカバー51の周壁52とこれによって覆われたディフューザ45の外周との間に空隙Sが形成され、この空隙Sを介してディフューザ45の上流側整流風路と下流側整流風路とが連通されている。

0038

なお、図1中符号55は、空気入口54の周りに取付けられたリング形シール部材を示している。このシール部材55に吸気口42の縁部が食い込むように接触している。

0039

前記構成の整流子電動機2を備えた電動送風機1がその端子25への給電により駆動されると、電機子13とともにファン41が回転される。このファン41の回転により生じる吸気負圧で、ファンカバー51の空気入口54からファン41の吸気口42に空気が吸込まれる。吸込まれた空気はファン41の内部を通って吐出し口43から吐出されて、ディフューザ45の上流側整流風路をディフューザ45の外周側に向けて流通静圧化される。

0040

更に、上流側風路から流出した空気は、ファンカバー51の周壁52とディフューザ45の外周との間の空隙Sを経由して、ディフューザ45の下流側整流風路に導入され、この下流側整流風路をディフューザ45の中心側に向けて流通し静圧化されて、電動機ケース3内に導入される。こうして電動機ケース3内に流入した空気は、主に固定子11に吹き付けられてこれを冷却しつつ通気用間隙gを流通し、更に、カーボンブラシ組立21に吹き付けられてこれを冷却した後、通気用出口7を通って電動機ケース3の外部へと排出される。

0041

この電動送風機1が備えた整流子電動機2の電機子13においては、その整流子バー33のブラシ接触部34から折り返されたフック部35の根元部位35aに、この根元部位35aの幅W3を細くする巻線嵌合溝36が形成され、この巻線嵌合溝36に電機子巻線16のフック部巻付け部位16aの一部が入り込んだ状態で、フック部35の根元部位35aに巻付けられて、電機子巻線16と各整流子バー33とが電気的に接続されている。

0042

このように巻線嵌合溝36にフック部巻付け部位16aが入り込んだ状態で、整流子バー33の最も細いフック部35の根元部位35aにフック部巻付け部位16aが巻付けられているので、フック部巻付け部位16aの巻径R(図7参照)は小さい。これにより、整流子17が有した絶縁ベース32の周方向に隣接したフック部巻付け部位16a間に確保される絶縁距離Lを広くできる。

0043

したがって、ヒュージング加工に伴ってフック部巻付け部位16aの巻き径が広がることがあっても、周方向に隣接したフック部巻付け部位16a間の絶縁距離Lに必要十分に確保できる。これにより、線径が太い電機子巻線16を用いても、そのフック部巻付け部位16a間に所定の絶縁距離L、即ち、電気絶縁上において必要十分な絶縁距離を確保することが可能である。そして、このように線径が太い電機子巻線16を用いた場合は、電機子巻線16の銅損を低減できるに伴い整流子電動機2の効率を向上することができる。

0044

更に、隣接したフック部巻付け部位16a間の電気的絶縁性能を確保するために、ヒュージング加工の前後にフック部巻付け部位16aが広がらないようにするブレードを、隣接したフック部巻付け部位16a間に着脱する手間を必要としない。これにより、電機子13の製造性が低下することがない。これとともに、ブレードを着脱することがないので、フック部巻付け部位16aのエナメル層がブレードの着脱を原因として傷付けられることもない。このため、隣接したフック部巻付け部位16a間の電気的絶縁性が低下する可能性もなく、隣接したフック部巻付け部位16a間の電気的絶縁の信頼性を確保できる。

0045

そして、以上のように電気的絶縁性能を確保する上で、特別な絶縁部材を要することもなく、しかも、製造的にも特別な手間を要することがなく、フック部35の根元部位35aを他より細くして、そこにフック部巻付け部位16aを入り込ませて巻付けるという、単純な工夫で実現することができる。

0046

しかも、整流子バー33のフック部35は、その全体が根元部位35aと同じに細くないので、整流子バー33に電機子巻線16のフック部巻付け部位16aを電気的に接続するヒュージングの際に、フック部35を介してフック部巻付け部位16aに加えられる加圧力が過大に上がることがない。そのため、ヒュージング加工に伴ってフック部巻付け部位16aが断線する虞がない。

0047

したがって、以上説明した構成の整流子電動機2によれば、各整流子バー33のフック部35に夫々巻付けられた電機子巻線16のフック部巻付け部位16a間の電気的絶縁の信頼性を、簡単な工夫で確保することが可能である。

0048

以上のように本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。この新規な実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であるとともに、発明の要旨を逸脱しない限り、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形などは、発明の範囲に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0049

2…整流子電動機、13…電機子、16…電機子巻線、16a…フック部巻付け部位、17…整流子、32…絶縁ベース、33…整流子バー、34…ブラシ接触部、35…フック部、35a…フック部の根元部位、36…巻線嵌合溝、W2…フック部の幅、W3…根元部位35aの幅、L…絶縁距離

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