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技術 回転翼機のモジュール式ロータハブシステム

出願人 ザ・ボーイング・カンパニー
発明者 ロバート・ティー・ロフタスジェレミー・クレイ・ヒルサウル・オピー
出願日 2015年1月5日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2015-000213
公開日 2015年11月12日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2015-199486
状態 特許登録済
技術分野 飛行船・気球・飛行機
主要キーワード 耐荷重構造 摩擦軸受 ハウジングアーム 制御ピッチ 部分組立品 ピッチ軸線 ハブシステム リードラグ
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(2015年11月12日)のものです。
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図面 (9)

課題

解決手段

回転翼機のロータハブシステムで用いるロータアームアセンブリは、ピッチシャフト及び該ピッチシャフトに連結される複数の個別の軸受を含む。複数の軸受は、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されるエラストマーの軸受である。複数の軸受のそれぞれは、単一の自由度に対応するように構成される。

概要

背景

回転翼機の主要な構成要素は、主ロータハブシステムである。主ロータハブシステムによって、動作の間中、主ロータブレードは取り付けられている。回転力は、揚力を発生させる目的でブレードに回転速度を与えるために主ロータハブシステムに供給される。主ロータハブシステムは、飛行制御能力及び動的安定性に対応するために、ブレードの根元の、ハブとの取付部の近くで垂直方向フラップ方向)、水平方向(リードラグ方向)、及び軸方向(ピッチ方向)におけるブレードの回転運動を可能にしなければならない。個別のヒンジ機構によってこれらの運動に対応する主ロータハブシステムは、全関節型ハブシステムと呼ばれている。

概要

回転翼機のモジュール式ロータハブステムを提供する。回転翼機のロータハブシステムで用いるロータアームアセンブリは、ピッチシャフト及び該ピッチシャフトに連結される複数の個別の軸受を含む。複数の軸受は、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されるエラストマーの軸受である。複数の軸受のそれぞれは、単一の自由度に対応するように構成される。

目的

したがって、例示的なロータハブシステムの一実施形態は、同様の中心体の使用を可能にするために周知のハブシステムの取付位置に一致する取付位置を有するようにロータアームアセンブリを設計することによって、本明細書で説明されているロータアームアセンブリを周知のハブシステムに後付けすることである

効果

実績

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請求項1

回転翼機(200)のロータハブステム(208)で用いるロータアームアセンブリ(226)であって、ピッチシャフト(252)と、前記ピッチシャフトに連結された複数の個別の軸受であって、前記複数の軸受が、複数の自由度に関して前記ロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受であり、前記軸受のそれぞれが、単一の自由度に対応するように構成されている、複数の個別の軸受とを備えるロータアームアセンブリ(226)。

請求項2

前記ピッチシャフト(252)が、ピッチ軸線(234)に揃えられた第1部分(254)及びフラップ軸線(236)に揃えられた直交する第2部分(256)を備え、前記複数の個別の軸受が、前記第2部分(256)に連結された一対のエラストマーのフラップ軸受(240)であって、前記フラップ軸線(236)を中心とした運動を容易にするように構成された、一対のエラストマーのフラップ軸受(240)と、前記第1部分(254)に連結された少なくとも1つのエラストマーのピッチ軸受(246)であって、前記ピッチ軸線(234)を中心とした運動を容易にするように構成された、少なくとも1つのエラストマーのピッチ軸受(246)とを備える、請求項1に記載のロータアームアセンブリ(226)。

請求項3

前記少なくとも1つのピッチ軸受(244)が、前記第2部分(256)の近傍に連結された内側ピッチ軸受(246)及び前記第1部分(254)の先端に連結された外側ピッチ軸受(248)を備え、前記外側ピッチ軸受が、前記内側ピッチ軸受と同軸である、請求項2に記載のロータアームアセンブリ(226)。

請求項4

前記内側ピッチ軸受(246)と前記外側ピッチ軸受(248)との間で前記第1部分(254)に連結されたスラスト軸受(242)をさらに備え、前記スラスト軸受が、遠心スラスト荷重対処し、かつ前記ピッチ軸線(234)を中心とした運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受である、請求項3に記載のロータアームアセンブリ(226)。

請求項5

前記ピッチシャフト(252)が、ピッチ軸線(234)に揃えられた第1部分(254)及びフラップ軸線(236)に揃えられた直交する第2部分(256)を備え、前記複数の個別のエラストマーの軸受が、前記第2部分(256)に連結された一対のフラップ軸受(240)であって、前記フラップ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、一対のフラップ軸受(240)と、前記第2部分の近傍で前記第1部分(254)に連結された内側ピッチ軸受(246)と、前記第1部分(254)の先端に連結された外側ピッチ軸受(248)であって、前記内側ピッチ軸受と同軸である、外側ピッチ軸受(248)と、前記内側ピッチ軸受と前記外側ピッチ軸受との間で前記第1部分(254)に連結されたスラスト軸受(242)であって、遠心スラスト荷重に対処し、かつ前記ピッチ軸線(234)を中心とした運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受である、スラスト軸受(242)とを備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のロータアームアセンブリ(226)。

請求項6

前記ピッチシャフト(252)の前記第1部分(254)の少なくとも一部を収容するように構成されたピッチハウジング(272)であって、前記外側ピッチ軸受(248)及び前記スラスト軸受(242)が、前記ピッチハウジングと前記ピッチシャフトとの間に連結されている、ピッチハウジング(272)と、前記ピッチハウジング(272)に連結されたリードラグリンク(282)であって、リードラグ軸線(238)を中心とした運動を容易にするように構成されたリードラグ軸受(250)を備える、リードラグリンク(282)とをさらに備える、請求項5に記載のロータアームアセンブリ(226)。

請求項7

前記回転翼機(200)が、ヘリコプターティルトロータ機、サイクロプター、及びジャイロダインを含む群から選択される、請求項1から6のいずれか一項に記載のロータアームアセンブリ(226)。

請求項8

回転翼機(200)で用いるロータアームアセンブリ(226)を組み立てる方法であって、第1部分(254)及び該第1部分に対して垂直な第2部分(256)を含むピッチシャフト(252)を用意するステップと、前記第2部分に一対のフラップ軸受(240)を連結するステップと、前記第2部分(256)の近傍で前記第1部分(254)に内側ピッチ軸受(246)を連結するステップと、前記第1部分(254)の先端に外側ピッチ軸受(248)を連結するステップであって、前記一対のフラップ軸受(240)、前記内側ピッチ軸受(246)、及び前記外側ピッチ軸受(248)が、複数の自由度に関して前記ロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成された個別のエラストマーの軸受である、ステップとを含む方法。

請求項9

一対のフラップ軸受(240)を連結する前記ステップが、フラップ軸線(236)のみを中心とした前記ロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成された一対のフラップ軸受を連結することをさらに含み、内側ピッチ軸受(246)及び外側ピッチ軸受(248)を連結する前記ステップが、ピッチ軸線(234)のみを中心とした前記ロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成された内側ピッチ軸受及び外側ピッチ軸受を連結することをさらに含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記内側ピッチ軸受(246)と前記外側ピッチ軸受(248)との間で前記ピッチシャフト(252)にスラスト軸受(242)を連結するステップであって、前記スラスト軸受が、遠心スラスト荷重に対処し、かつピッチ軸線(234)を中心とした前記ロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受であるステップ、をさらに含む、請求項8又は9に記載の方法。

請求項11

前記ピッチシャフト(252)の前記第1部分(254)の少なくとも一部の周囲にピッチハウジング(272)を連結するステップであって、前記外側ピッチ軸受(248)及び前記スラスト軸受(242)が、前記ピッチハウジングと前記ピッチシャフトとの間に連結される、ステップと、前記ピッチハウジング(272)にリードラグリンク(282)を連結するステップであって、前記リードラグリンクが、リードラグ軸線(238)を中心とした運動を容易にするように構成されたリードラグ軸受(250)を含む、ステップとをさらに含む、請求項10に記載の方法。

請求項12

リードラグリンク(282)、ピッチハウジング(272)、前記スラスト軸受(242)、前記外側ピッチ軸受(248)、前記ピッチシャフト(252)、及び前記一対のフラップ軸受(240)を連続的に通る荷重経路を形成するステップをさらに含む、請求項10又は11に記載の方法。

請求項13

前記内側ピッチ軸受(246)の周囲にピッチ軸受ハウジング(260)を連結するステップであって、前記ピッチ軸受ハウジングが、外側に延在する一対のアーム(262)を含むU字形状のハウジングであるステップ、をさらに含む、請求項8から12のいずれか一項に記載の方法。

技術分野

0001

本開示は、回転翼機モジュール式ロータハブステム及びその組立方法に関し、より具体的には、それぞれの自由度のための個別の軸受を有する全関節型ロータアームアセンブリを含む、回転翼機のモジュール式ロータハブシステムに関する。

背景技術

0002

回転翼機の主要な構成要素は、主ロータハブシステムである。主ロータハブシステムによって、動作の間中、主ロータブレードは取り付けられている。回転力は、揚力を発生させる目的でブレードに回転速度を与えるために主ロータハブシステムに供給される。主ロータハブシステムは、飛行制御能力及び動的安定性に対応するために、ブレードの根元の、ハブとの取付部の近くで垂直方向フラップ方向)、水平方向(リードラグ方向)、及び軸方向(ピッチ方向)におけるブレードの回転運動を可能にしなければならない。個別のヒンジ機構によってこれらの運動に対応する主ロータハブシステムは、全関節型ハブシステムと呼ばれている。

発明が解決しようとする課題

0003

少なくとも一部の周知の全関節型ロータハブシステムは、有益な運動学的設計を実現しているが、回転ブレード遠心力によって発生する高スラスト荷重下での高振動数かつ高振幅振動運動に対応し得る軸受システムによってこれらの回転の自由を実現するには労力を要する。1つの周知のハブシステムは、転がり軸受又はころ軸受システムなどの非摩擦軸受システムである。これらの種類の軸受システムの潤滑剤及びシールは、水分の流出及び漏れの影響を受けやすく、したがって、保守点検を行うためにロータハブ全体の取外し及び分解を多くの場合に必要とする頻繁な整備を必要とする。別の周知のハブシステムは、高価な特殊な鋼から形成される伸縮性のあるストラップを含むストラップパックハブシステムである。少なくとも一部の周知のストラップパックハブシステムは、激しい複雑な荷重を受け、したがって、応力状態になり、その結果、厳しい損傷基準及びハブの取外し及び分解を多くの場合に必要とする頻繁な交換をもたらす。さらに、非摩擦式かつストラップパック式のハブシステムの不具合は、検出が困難である場合があり、また、その低い損傷許容性は、すぐに航空機の損傷又は不具合につながる場合がある。さらに、多くの周知の非摩擦のストラップパックハブシステムは現在、最大の力限度で機能しており、不具合を起こさずに、その現在の物理外被(physical envelop)内に発生する荷重の増加に対処することができない。

0004

いつからか、ロータハブシステムにおいてエラストマーの軸受を使用することが、重量、潤滑剤の必要性を削減し、整備を最小限に抑えることが知られている。このように、少なくとも一部の周知のロータハブシステムは、フラップ及びピッチの自由度に対応するためにエラストマーの球面軸受を含むが、フラップ及びピッチの自由度は、個別の軸受によって対処されておらず、単一の球面軸受によって対処されている。これらの運動を統合している結果、ロータハブシステムの動的品質は、航空機の安定性を確保するために注意深く考慮され、モデル化され、及び制御される必要がある。このため、非摩擦のストラップパックハブシステムなどの多くの旧来のハブを、フラップ適合のために球面軸受を利用したエラストマーのハブシステムに交換することは、大きな設計及び解析努力(多くの場合に費用が桁違いな)を伴う。より具体的には、エラストマーの球面軸受は、非摩擦のストラップパックハブと同様の設置面積を有するが、力学的・運動学的特性に関しては非常に異なっており、ストラップパック又はころ軸受に基づく旧来のハブを有する航空機にエラストマーの球面軸受ハブシステムを実装するためには多大な調査及び開発の費用を必要とする。

課題を解決するための手段

0005

一態様において、回転翼機のロータハブシステムで用いるロータアームアセンブリが提供される。ロータアームアセンブリは、ピッチシャフト及び該ピッチシャフトに連結される複数の個別の軸受を含む。複数の軸受は、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されるエラストマーの軸受である。複数の軸受のそれぞれは、単一の自由度に対応するように構成される。

0006

別の態様において、回転翼機で用いるロータハブシステムが提供される。ロータハブシステムは、回転軸線を中心に回転するように構成される中心体及び該中心体に連結されるように構成される複数のモジュール式ロータアームを含む。複数のロータアームアセンブリのそれぞれは、ピッチシャフト及び該ピッチシャフトに連結される複数の個別の軸受を含む。複数の軸受は、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されるエラストマーの軸受である。軸受のそれぞれは、単一の自由度に対応するように構成される。

0007

さらに別の態様において、回転翼機で用いるロータアームアセンブリを組み立てる方法が提供される。本方法は、第1部分及び該第1部分に対して垂直な第2部分を含むピッチシャフトを用意することを含む。一対のフラップ軸受は、第2部分に連結される。また、本方法は、第2部分の近傍で第1部分に内側ピッチ軸受を連結すること及び第1部分の先端に外側ピッチ軸受を連結することを含む。一対のフラップ軸受、内側ピッチ軸受、及び外側ピッチ軸受は、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成される個別のエラストマーの軸受である。

0008

述べられている特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において単独で達成されてもよいし、又はさらに他の実施形態(そのさらなる詳細は、以下の説明及び図面を参照しながら理解され得る)において組み合わされてもよい。

図面の簡単な説明

0009

例示的な、航空機の生産及び保守点検方法フロー図である。
例示的な航空機のブロック図である。
複数のロータブレード及び例示的なロータハブシステムを示す、航空機の上面図である。
中心体及び複数のロータアームアセンブリを有する、図3に示されているロータハブシステムの斜視図である。
図4に示されている中心体及び単一のロータアームアセンブリの斜視図である。
図5に示されている中心体及びロータアームアセンブリの側断面図である。
図5に示されている中心体及びロータアームアセンブリの上断面図であり、中心体が、ロータアームアセンブリから分離されて示されている。
図5に示されている中心体及びロータアームアセンブリの分解図である。

実施例

0010

本明細書で説明されている実施態様は、回転翼機と共に使用するためのモジュール式ロータハブシステムに関する。より具体的には、回転翼機のモジュール式ロータハブシステムは、それぞれの自由度に関して個別の軸受を有する全関節型のロータアームアセンブリを含む。本明細書で使用されるとき、用語「個別の」は、ロータアームアセンブリの自由度のそれぞれが、単一の軸受要素によって2つ以上の自由度が補助されないように独立した別個の軸受によって補助されていることを説明するためのものである。例示的な実施態様において、ロータアームアセンブリのそれぞれは、第1部分及び該第1部分に対して垂直な第2部分を有するピッチシャフト含む。一対のフラップ軸受は、第2部分に連結される。内側ピッチ軸受は、第2部分の近傍で第1部分に連結され、外側ピッチ軸受は、第1部分の先端に連結される。一対のフラップ軸受、内側ピッチ軸受、及び外側ピッチ軸受は、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成される個別のエラストマーの軸受であり、この場合、単一の軸受は、2つ以上の自由度に対応しない。

0011

図1を参照すると、本開示の実施態様は、航空機の製造及び保守点検方法100との関連で、及び航空機102(図2に示されている)を用いて説明され得る。試作の間に、航空機102の仕様及び設計104のデータが、製造工程中に使用されてもよく、また、機体に関連する他の材料が調達されてもよい(ステップ106)。生産の間に、構成要素及び部分組立品の製造108並びに航空機102のシステム統合110が行われ、その後、航空機102は、その認証及び搬送工程112に入る。機体認証が成功し、完了すると、航空機102は、就航されてもよい(ステップ114)。顧客によって就航されている間に、航空機102は、定期的、日常的、及び計画的な整備及び保守点検116(例えば改良、再構成、及び/又は改修を含む)を予定される。代替的な実施態様において、製造及び保守点検方法100は、航空機以外の乗り物に実施されてもよい。

0012

航空機の製造及び/又は保守点検100に関連する部分及び工程のそれぞれは、システムインテグレータサードパーティー、及び/又は運営者(例えば、顧客)によって実行又は遂行されてもよい。本発明の説明のために、システムインテグレータは、任意の数の航空機の製造業者及び主システム下請業者を含んでもよいが、これらに限定されず、サードパーティーは、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給者を含んでもよいが、これらに限定されず、運営者は、航空会社リース会社隊、及び保守点検業者などであってもよい。

0013

図2に示されているように、方法100によって生産される航空機102は、複数のシステム120及び内部122を有する機体118を含んでもよい。高レベルシステム120の例は、推進システム124、電気システム126、油圧システム128、及び/又は環境システム130のうちの1つ以上を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。

0014

本明細書で実施されている装置及び方法は、方法100の複数の段階のうちの任意の1つ以上の間に用いられてもよい。例えば、構成要素の製造工程108に対応する構成要素又は部分組立品は、生産された構成要素又は部分組立品と同様の方法で、航空機102の就航中に作製又は製造されてもよい。また、1つ以上の装置の実施態様、方法の実施態様、又はこれらの組み合わせは、航空機102の組み立てを大幅に迅速化し、及び/又は航空機102の組み立ての費用を低減することによって、例えば生産段階108及び110の間に利用されてもよい。同様に、1つ以上の装置の実施態様、方法の実施態様、又はこれらの組み合わせは、航空機102の保守点検又は整備(例えば、計画的な整備及び保守点検116)の間に利用されてもよい。

0015

本明細書で使用されるとき、用語「航空機」は、飛行機無人航空機UAV)、グライダーヘリコプター、回転翼機、及び/又は空中を移動する任意の他の物体を含んでもよいが、これらに限定されない。さらに、代替的な実施態様において、本明細書で説明されている、航空機の製造及び保守点検方法は、任意の製造及び/又は保守点検の作業に使用されてもよい。

0016

図3は、航空機102とほぼ同様であり得る航空機200を示している。例示的な実施態様において、航空機200は、胴体202を含む回転翼機であり、胴体202は、前部204及び前部204の後方にある後部206(例えば、尾部)を含む。本明細書で使用されるとき、用語「回転翼機」は、揚力を発生させ、維持するためにマストを中心に回転するロータブレードを使用する任意の重航空機を含んでもよい。回転翼機の例は、ヘリコプター、ティルトロータ機、サイクロプター、及びジャイロダインを含んでもよいが、これらに限定されない。また、回転翼機200は、胴体202の前部204から上方に延在するロータハブシステム208及びロータ軸線212を中心に回転するように構成されたロータハブシステム208に連結された複数のロータブレード210を含む。一部の実施態様において、回転翼機200は、1つより多くのロータハブシステム208を含んでもよい。例示的な実施態様において、ロータハブシステム208は、4つのロータブレード(例えば、第1ロータブレード214、第2ロータブレード216、第3ロータブレード218、及び第4ロータブレード220)を含む。しかしながら、より少ない又はさらなるロータブレードを採用した実施形態も考えられる。一般に、飛行動作のために展開されるとき、ロータブレードは、均等に離間される。例えば、上述した図示の実施形態において、ブレードは、90度の間隔をおいて離間されている。6つのブレードの構成の場合、間隔は、60度であってもよい。

0017

図4は、中心体222及び複数のロータアームアセンブリ224を含むロータハブシステム208の斜視図である。例示的な実施形態において、複数のロータアームアセンブリ224は、第1ロータブレード214をハブシステム208に連結するように構成された第1ロータアームアセンブリ226と、第2ロータブレード216をハブシステム208に連結するように構成された第2ロータアームアセンブリ228と、第3ロータブレード218をハブシステム208に連結するように構成された第3ロータアームアセンブリ230と、第4ロータブレード220をハブシステム208に連結するように構成された第4ロータアームアセンブリ232と、を含む。しかしながら、より少ない又はさらなるロータアームアセンブリ224を採用した実施形態も考えられる。図5は、中心体222及び第1ロータアームアセンブリ226の斜視図である。図6は、中心体222及び第1ロータアームアセンブリ226の側断面図である。図7は、中心体222及び第1ロータアームアセンブリ226の上断面図である。図8は、中心体222及び第1ロータアームアセンブリ226の分解図である。例示的な実施形態において、ロータハブシステム208は、全関節型ロータシステム、すなわち、軸線212を中心に回転するシステムであって、ロータブレード210のそれぞれが、ピッチ軸線234、フラップ軸線236、及びリードラグ軸線238のそれぞれを中心としたピッチング運動フラッピング運動、及びリードラグ運動を行うことが可能なシステムである。より具体的には、ロータアームアセンブリ224は、それぞれのロータブレード210が、ピッチ軸線234を中心とした垂線から約+/−40°の範囲のピッチ運動、フラップ軸線236を中心とした垂線から約−10°〜30°の範囲のフラッピング運動、及びリードラグ軸線238を中心とした垂線から約+/−10°の範囲のリードラグ運動を行うことを可能にする。或いは、ロータアームアセンブリは、本明細書で説明されているようなロータアームアセンブリ224の動作を容易にする任意の範囲内の、それぞれの軸線を中心としたピッチ運動、フラッピング運動、及びリードラグ運動を可能にしてもよい。

0018

例示的な実施態様において、ロータアームアセンブリ224のそれぞれは、単一の軸受によって2つ以上の自由度が補助されないように複数の個別のエラストマーの軸受を含む。より具体的には、第1ロータアームアセンブリ226は、一対のエラストマーのフラップ軸受240と、エラストマーのスラスト軸受242と、内側ピッチ軸受246及び外側ピッチ軸受248を含む複数の同軸のエラストマーのピッチ軸受244とを含む。本明細書で使用されるとき、用語「内側」は、中心体222及び回転軸線212のより近くにあることを説明するためのものであり、用語「外側」は、リードラグ軸線238及び複数のロータブレード210のそれぞれのより近くにあることを説明するためのものである。また、第1ロータアームアセンブリ226は、従来のリードラグ軸受250を含み、リードラグ軸受250は、滑り軸受又はころ軸受のいずれかであってもよい。以下でさらに詳細に説明されるように、軸受240、242、246、248、及び250は、金属製のころ軸受及びストラップパックシステムを利用した周知のロータハブシステムと交換されるように設計された全関節型のモジュール式ロータハブシステムの実現を容易にする。

0019

例示的な実施形態において、第1ロータアームアセンブリ226は、中心体222に連結されたT字形状のピッチシャフト252を含む。より具体的には、ピッチシャフト252は、ピッチ軸線234にほぼ揃えられた第1部分254及びフラップ軸線236にほぼ揃えられた第2部分256を含む。円錐形又は円筒形のエラストマーのフラップ軸受240は、第2部分256の両端に摺動可能に連結され、次に、中心体222から延在する一対の取付けブラケット258に連結される。このように、フラップ軸受240及びピッチシャフト252は、フラップ軸線236を中心に回転するが、フラップ軸受240によって、ピッチシャフト252の運動が、単一の自由度(フラッピング運動)に制限されるようになっている。

0020

また、ロータアームアセンブリ226は、エラストマーの内側ピッチ軸受246を含み、内側ピッチ軸受246は、内側ピッチ軸受246が中心体222に近接するように第2部分256の内側でピッチシャフトの第1部分254に連結されている。内側ピッチ軸受246は、ピッチシャフトの第2部分256を囲むように外側に向かって延在する一対のアーム262を含むU字形状ハウジング260内に連結されている。ピッチ軸受のハウジングアーム262の先端は、それぞれピッチシャフトカバー264に連結されており、ピッチシャフトカバー264は、ピッチシャフト252の第1部分254を少なくとも部分的に覆っており、また、ピッチシャフト252を保護するように、及び動作中にロータアームアセンブリ226に発生する遠心(すなわち、スラスト)荷重のいずれも支えずにねじり荷重翼弦方向荷重(chord load)、及びフラップ荷重を伝えるように構成されている。ピッチシャフトカバー264は、ピッチアーム266を含み、ピッチアーム266は、フラップ軸線236に対して垂直に揃えられており、ピッチ運動及びトルクの供給は、ピッチアーム266に接続された制御ピッチリンク(図示せず)によって行われる。例示的な実施態様において、ピッチシャフトカバー264の外側端部は、ピッチハウジング272の内側端部270を受け入れるように構成された開口部268を含む。或いは、ピッチハウジング272は、ピッチシャフトカバー264と一体的に形成されてもよい。

0021

例示的な実施態様において、ピッチハウジング272は、以下でさらに詳細に説明されるように耐荷重構造であり、ピッチシャフトカバー264の開口部268を越えて延在する、ピッチシャフト252の第1部分254の先端274を覆うように構成されている。先端274は、スラストボルト276を受け入れるように構成された開口部を含む。エラストマーの外側ピッチ軸受248は、先端274とピッチハウジング272との間でピッチシャフトの第1部分254の周囲に連結されている。ピッチ軸受248は、ピッチ軸受248が対処しなければならない荷重を最適化(低減)するために可能な限り外側でピッチシャフト252に連結されている。さらに、エラストマーのスラスト軸受242が、同軸の内側ピッチ軸受246と外側ピッチ軸受248との間でピッチシャフト252に連結されている。より具体的には、スラスト軸受242は、軸受242、246、及び248のそれぞれが、ピッチ軸線234に揃うように外側ピッチ軸受248のわずかに内側でピッチシャフトの第1部分254に連結されている。例示的な実施態様において、同軸の内側ピッチ軸受246及び外側ピッチ軸受248並びにスラスト軸受242は、協働して、ピッチ軸線234を中心としたピッチシャフトカバー264及びピッチハウジング272のねじり運動又はフェザリング運動を容易にする。さらに、フラップ軸受240は、フラップ軸線236を中心としたピッチシャフトカバー264及びピッチハウジング272の運動を容易にする。このように、ピッチシャフトカバー264及びピッチハウジング272は、2つの自由度の運動(ピッチ運動及びフラッピング運動)に限定されている。

0022

また、ピッチハウジング272は、外側端部278を含み、外側端部278は、リードラグリンク282の少なくとも一部を間に受け入れるように構成された一対の対向するフランジ280を含む。リードラグリンク282は、第1ロータアームアセンブリ226への第1ロータブレード214の連結を容易にするように構成されている。また、ロータアームアセンブリ226は、ピッチシャフトカバー264の内側端部とリードラグリンク282との間に連結された一対のダンパ284を含む。ダンパ284は、リードラグ軸線238を中心としたリードラグリンク282の運動を安定させるように構成されている。例示的な実施態様において、ピッチハウジングのフランジ280のそれぞれは、リードラグリンク282を貫通する開口部288と同軸の開口部286を含む。開口部286及び288は、リードラグ軸線238に揃えられており、リードラグ軸受250を受け入れるように構成されている。例示的な実施態様において、リードラグ軸受250は、従来のころ軸受である。或いは、リードラグ軸受250は、本明細書で説明されているようなロータアームアセンブリ224の動作を容易にする任意の種類の軸受であってもよい。例示的な実施態様において、エラストマーの同軸の軸受242、246、及び248は、協働して、ピッチ軸線234を中心としたリードラグリンク282のねじり運動又はフェザリング運動を容易にする。さらに、エラストマーのフラップ軸受240は、フラップ軸線236を中心としたリードラグリンク282の運動を容易にする。さらに、リードラグころ軸受250は、リードラグ軸線238を中心としたリードラグリンク282の運動を容易にする。このように、リードラグリンク282は、3つの自由度のすべての運動(ピッチ運動、フラッピング運動、及びリードラグ運動)を自由に行う。

0023

本明細書で説明されているように、ロータハブシステム208のロータアームアセンブリ224のそれぞれは、単一のエラストマーの軸受要素によって2つ以上の自由度が補助されないように個別のエラストマーのフラップ軸受240並びにエラストマーのピッチ軸受246及び248を含む。より具体的には、第1ロータアームアセンブリ226は、フラップ軸線のみを中心としたフラッピング運動を容易にするフラップ軸受240並びにエラストマーのスラスト軸受242と協働して、ピッチ軸線234のみを中心としたフェザリング運動を容易にする内側ピッチ軸受246及び外側ピッチ軸受248を含む。さらに、個別のリードラグ軸受250は、リードラグ軸線238のみを中心としたリードラグ運動を容易にする。このように、軸受240、242、246、248、及び250のそれぞれは、単一の自由度のみに対応し、これにより、全関節型の動的に安定したロータハブシステム208を実現する。より具体的には、本明細書で説明されているようなロータアームアセンブリ224のそれぞれにおける軸受の種類及び位置は、能動減衰を必要としない動的に安定したロータハブシステム208を実現し、これにより、ロータハブシステム208の複雑さ、重量、及び費用を低減する。

0024

例示的な実施態様において、ロータアームアセンブリ224のそれぞれは、ロータアームアセンブリ224に作用する少なくとも3つの力に対処する。第1力は、フラップ軸線236と略平行に作用する、矢印290(図7に示されている)によって示されている翼弦方向の剪断荷重である。第1ロータアームアセンブリ226によって対処される別の力は、リードラグ軸線238と略平行に作用する、矢印292によって示されているフラップ剪断荷重である。第1アームアセンブリ226によって対処されるさらに別の力は、ピッチ軸線234と略平行に作用する、矢印294によって示されている遠心力荷重である。例示的な実施態様において、荷重294は、唯一荷重経路296に沿って第1ロータアームアセンブリ226の構成要素中を伝わる。より具体的には、リードラグリンク282は、第1ロータブレード214(図3に示されている)からピッチハウジング272に荷重294を伝達する。荷重経路296は、ピッチハウジング272を経由してスラスト軸受242及び外側ピッチ軸受248まで連続的に続いており、これにより、ピッチシャフトカバー264が、荷重294を伝えないようになっている。この結果、荷重294は、スラストボルト276を経由してピッチ軸受248からピッチシャフト252の第1部分254に伝達される。次に、荷重294は、第1部分254に沿ってピッチシャフト252の第2部分256に伝わり、これにより、ピッチシャフト252は、フラップ軸受240に荷重294を伝達する。荷重経路296は、フラップ軸受240が荷重294を中心体222に伝達するところで終わる。リードラグリンク282に発生する翼弦方向の剪断荷重290及びフラップ剪断荷重292は、ピッチシャフトカバー264及びピッチハウジング272に曲げモーメント及び剪断力を発生させる。これらのモーメント及び力は、内側ピッチ軸受246及び外側ピッチ軸受248によって形成された連結部によって対処される。最終的に、ピッチ軸受の連結部は、ピッチシャフトの先端274及びピッチシャフト部分256の近くの、ピッチシャフトの内側端部に対して動かされる。最後に、この結果として、ピッチシャフトの連結部は、ピッチシャフト部分256に対して動かされ、中心体222によって支持されたフラップ軸受240によって対処される。

0025

さらに、ロータハブシステム208は、様々な多数のブレード付きハブシステムが単一のロータアームアセンブリの設計(第1ロータアームアセンブリ226など)及び対応する中心ハブ要素(中心体222など)を使用して構成され得るようなモジュール式ハブシステムである。例えば、図4は、4つのロータアームアセンブリ224及びアセンブリ224のそれぞれに連結されるように構成された対応する中心体222を有するロータハブシステム208を示している。しかしながら、ロータハブシステム208は、3つ又は5つのロータアームのシステムであってもよく、この場合、3つ又は5つのアームのロータハブシステムのすべてのロータアームアセンブリの設計のそれぞれは、実質的に同様である。このようにして、いずれかのアームアセンブリが損傷したか、又は保守点検を必要とする場合に、ハブシステムから取り外す必要があるのは、損傷したアームアセンブリのみとなる。このような場合、予備のアームアセンブリは、損傷していないロータアームアセンブリのいずれも中心体から取り外すことなく、及び回転翼機からロータハブシステムを取り外すことなく迅速かつ容易に中心体に取り付けることができ、これにより、損傷したアームアセンブリの保守点検中に回転翼機を動作可能なままにすることが可能になる。このようなモジュール設計は、ハブシステムの保守点検の時間及び費用を低減するのと同時に回転翼機の非稼働時間を低減する。

0026

以上から、いくつかの利点を実現する、回転翼機のロータハブシステム及びその組立方法が示され、説明されていることが理解されるであろう。本明細書で説明されているようなロータハブシステムは、ロータハブシステムの複数のロータアームアセンブリのそれぞれが、ピッチ及びフラップの自由度のそれぞれを補助する個別のエラストマーのピッチ軸受及びフラップ軸受を含む点で、上述した他の周知のハブシステムとは異なっている。さらに、遠心荷重は、耐荷重ピッチハウジング及び個別のエラストマーのスラスト軸受を含む唯一の荷重経路に沿って伝達される。本明細書で説明されているロータハブシステムは、周知のころ軸受ハブシステム及びストラップパックハブシステムとほぼ同様の設置面積及び運動学的特性を有するが、特に現場の保守点検状況での保守点検がより容易なものである。したがって、例示的なロータハブシステムの一実施形態は、同様の中心体の使用を可能にするために周知のハブシステムの取付位置に一致する取付位置を有するようにロータアームアセンブリを設計することによって、本明細書で説明されているロータアームアセンブリを周知のハブシステムに後付けすることである。より具体的には、例示的なロータハブシステムは、ピッチシャフト、個別のエラストマーのスラスト軸受、及び個別のエラストマーのピッチ軸受の組み合わせによって、周知の非摩擦ハブシステム及びストラップパックハブシステムのストラップパックに見られるねじりシャフト(torsion shaft)及び金属製のころ軸受と交換され得る。

0027

金属製のころ軸受及びストラップパックをピッチシャフト及びエラストマーの軸受に交換することにより、周知の設計とほぼ同様の運動学的特性及び設置面積が維持され、さらに、より単純で安価なハブシステムが実現される。より具体的には、周知のストラップパックハブと異なり、本明細書で説明されているロータハブシステムは、共通の航空宇宙用材料を使用するため、製造費用が低減される。さらに、エラストマーの軸受の1つが不具合(エラストマーの層の完全断裂のような)を起こした場合、エラストマーの軸受は、それでも一応は機能するものであり、また、振動が増加すること及び目視検査を容易に実行することができることから、比較的検出の容易なものである。本開示の特定の実施形態について示し、説明してきたが、修正が、特に前述の教示を踏まえて当業者によって行われ得ることから、本開示が、それに限定されないことが理解される。したがって、以下の特許請求の範囲が、本開示の精神及び範囲内で任意のこのような修正を包含し、これらの改善の本質的な特徴を構成する特徴を含むことが考えられる。

0028

さらに、本開示は、以下の付記項に記載の実施形態を含む。

0029

(付記項1)回転翼機のロータハブシステムで用いるロータアームアセンブリであって、
ピッチシャフトと、
前記ピッチシャフトに連結された複数の個別の軸受であって、前記複数の軸受が、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受であり、前記軸受のそれぞれが、単一の自由度に対応するように構成されている、複数の個別の軸受と
を備えるロータアームアセンブリ。

0030

(付記項2)前記ピッチシャフトが、ピッチ軸線に揃えられた第1部分及びフラップ軸線に揃えられた直交する第2部分を備え、前記複数の個別の軸受が、
前記第2部分に連結された一対のエラストマーのフラップ軸受であって、フラップ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、一対のエラストマーのフラップ軸受と、
前記第1部分に連結された少なくとも1つのエラストマーのピッチ軸受であって、ピッチ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、少なくとも1つのエラストマーのピッチ軸受と
を備える、付記項1に記載のロータアームアセンブリ。

0031

(付記項3)前記少なくとも1つのピッチ軸受が、前記第2部分の近傍に連結された内側ピッチ軸受及び前記第1部分の先端に連結された外側ピッチ軸受を備え、前記外側ピッチ軸受が、前記内側ピッチ軸受と同軸である、付記項2に記載のロータアームアセンブリ。

0032

(付記項4)前記内側ピッチ軸受と前記外側ピッチ軸受との間で前記第1部分に連結されたスラスト軸受をさらに備え、該スラスト軸受が、遠心スラスト荷重に対処し、かつピッチ軸線を中心とした運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受である、付記項3に記載のロータアームアセンブリ。

0033

(付記項5)前記ピッチシャフトが、ピッチ軸線に揃えられた第1部分及びフラップ軸線に揃えられた直交する第2部分を備え、前記複数の個別のエラストマーの軸受が、
前記第2部分に連結された一対のフラップ軸受であって、フラップ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、一対のフラップ軸受と、
前記第2部分の近傍で前記第1部分に連結された内側ピッチ軸受と、
前記第1部分の先端に連結された外側ピッチ軸受であって、前記内側ピッチ軸受と同軸である、外側ピッチ軸受と、
前記内側ピッチ軸受と前記外側ピッチ軸受との間で前記第1部分に連結されたスラスト軸受であって、遠心スラスト荷重に対処し、かつピッチ軸線を中心とした運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受である、スラスト軸受と
を備える、付記項1に記載のロータアームアセンブリ。

0034

(付記項6)前記ピッチシャフトの前記第1部分の少なくとも一部を収容するように構成されたピッチハウジングであって、前記外側ピッチ軸受及び前記スラスト軸受が、前記ピッチハウジングと前記ピッチシャフトとの間に連結されている、ピッチハウジングと、
前記ピッチハウジングに連結されたリードラグリンクであって、リードラグ軸線を中心とした運動を容易にするように構成されたリードラグ軸受を備える、リードラグリンクと
をさらに備える、付記項5に記載のロータアームアセンブリ。

0035

(付記項7)回転翼機が、ヘリコプター、ティルトロータ機、サイクロコプター、及びジャイロダインを含む群から選択される、付記項1に記載のロータアームアセンブリ。

0036

(付記項8)回転翼機のためのロータハブシステムであって、
回転軸線を中心に回転するように構成された中心体と、
前記中心体に連結されるように構成された複数のモジュール式ロータアームであって、前記複数のロータアームアセンブリのそれぞれが、
ピッチシャフトと、
前記ピッチシャフトに連結された複数の個別の軸受であって、前記複数の軸受が、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受であり、前記軸受のそれぞれが、単一の自由度に対応するように構成されている複数の個別の軸受と
を備えるロータハブシステム。

0037

(付記項9)前記ピッチシャフトが、ピッチ軸線に揃えられた第1部分及びフラップ軸線に揃えられた直交する第2部分を備え、前記複数の個別の軸受が、
前記第2部分に連結された一対のエラストマーのフラップ軸受であって、フラップ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、一対のエラストマーのフラップ軸受と、
前記第1部分に連結された少なくとも1つのエラストマーのピッチ軸受であって、ピッチ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、少なくとも1つのエラストマーのピッチ軸受と
を備える、付記項8に記載のロータハブシステム。

0038

(付記項10)前記少なくとも1つのピッチ軸受が、前記第2部分の近傍に連結された内側ピッチ軸受及び前記第1部分の先端に連結された外側ピッチ軸受を備え、前記外側ピッチ軸受が、前記内側ピッチ軸受と同軸である、付記項9に記載のロータハブシステム。

0039

(付記項11)前記ピッチシャフトが、ピッチ軸線に揃えられた第1部分及びフラップ軸線に揃えられた直交する第2部分を備え、前記複数の個別のエラストマーの軸受が、
前記第2部分に連結された一対のフラップ軸受であって、フラップ軸線を中心とした運動を容易にするように構成された、一対のフラップ軸受と、
前記第2部分の近傍で前記第1部分に連結された内側ピッチ軸受と、
前記第1部分の先端に連結された外側ピッチ軸受であって、前記内側ピッチ軸受と同軸である、外側ピッチ軸受と、
前記内側ピッチ軸受と前記外側ピッチ軸受との間で前記第1部分に連結されたスラスト軸受であって、遠心スラスト荷重に対処し、かつピッチ軸線を中心とした運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受である、スラスト軸受と
を備える、付記項8に記載のロータハブシステム。

0040

(付記項12)前記ピッチシャフトの前記第1部分の少なくとも一部を収容するように構成されたピッチハウジングであって、前記外側ピッチ軸受及び前記スラスト軸受が、前記ピッチハウジングと前記ピッチシャフトとの間に連結されている、ピッチハウジングと、
前記ピッチハウジングに連結されたリードラグリンクであって、リードラグ軸線を中心とした運動を容易にするように構成されたリードラグ軸受を備える、リードラグリンクと
をさらに備える、付記項11に記載のロータハブシステム。

0041

(付記項13)荷重経路が、前記リードラグリンク、前記ピッチハウジング、前記スラスト軸受、前記外側ピッチ軸受、前記ピッチシャフト、及び前記一対のフラップ軸受を連続的に通るように形成されている、付記項11に記載のロータハブシステム。

0042

(付記項14)複数のモジュール式ロータアームアセンブリが、複数の使用中のロータアームアセンブリ及び少なくとも1つの予備のロータアームアセンブリを備え、前記使用中のロータアームアセンブリのいずれも、残りの複数の使用中のロータアームアセンブリを前記中心体から取り外すことなく前記中心体において前記予備のロータアームアセンブリと交換可能である、付記項8に記載のロータハブシステム。

0043

(付記項15)回転翼機で用いるロータアームアセンブリを組み立てる方法であって、
第1部分及び該第1部分に対して垂直な第2部分を含むピッチシャフトを用意するステップと、
第2部分に一対のフラップ軸受を連結するステップと、
第2部分の近傍で第1部分に内側ピッチ軸受を連結するステップと、
第1部分の先端に外側ピッチ軸受を連結するステップであって、一対のフラップ軸受、内側ピッチ軸受、及び外側ピッチ軸受が、複数の自由度に関してロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成された個別のエラストマーの軸受である、ステップと
を含む方法。

0044

(付記項16)一対のフラップ軸受を連結するステップが、フラップ軸線のみを中心としたロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成された一対のフラップ軸受を連結することをさらに含み、内側ピッチ軸受及び外側ピッチ軸受を連結するステップが、ピッチ軸線のみを中心としたロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成された内側ピッチ軸受及び外側ピッチ軸受を連結することをさらに含む、付記項15に記載の方法。

0045

(付記項17)内側ピッチ軸受と外側ピッチ軸受との間でピッチシャフトにスラスト軸受を連結するステップであって、スラスト軸受が、遠心スラスト荷重に対処し、かつピッチ軸線を中心としたロータアームアセンブリの運動を容易にするように構成されたエラストマーの軸受である、ステップをさらに含む、付記項15に記載の方法。

0046

(付記項18)ピッチシャフトの第1部分の少なくとも一部の周囲にピッチハウジングを連結するステップであって、外側ピッチ軸受及びスラスト軸受が、ピッチハウジングとピッチシャフトとの間に連結される、ステップと、
ピッチハウジングにリードラグリンクを連結するステップであって、リードラグリンクが、リードラグ軸線を中心とした運動を容易にするように構成されたリードラグ軸受を含む、ステップと
をさらに含む、付記項17に記載の方法。

0047

(付記項19)リードラグリンク、ピッチハウジング、スラスト軸受、外側ピッチ軸受、ピッチシャフト、及び一対のフラップ軸受を連続的に通る荷重経路を形成するステップをさらに含む、付記項17に記載の方法。

0048

(付記項20)内側ピッチ軸受の周囲にピッチ軸受ハウジングを連結するステップであって、ピッチ軸受ハウジングが、外側に延在する一対のアームを含むU字形状のハウジングである、ステップをさらに含む、付記項15に記載の方法。

0049

この記載された説明では、最良の態様を含めて様々な実施態様を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置又はシステムの作製及び使用並びに任意の組み込み方法の実行を含めて様々な実施態様を実施することを可能にするために、例が使用されている。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

0050

100 製造及び保守点検方法、102航空機、118機体、120 システム、122 内部、124推進システム、126電気システム、128油圧システム、130環境システム、200 航空機、回転翼機、202胴体、204 前部、206 後部、208ロータハブシステム、210ロータブレード、212回転軸線、214 第1ロータブレード、216 第2ロータブレード、218 第3ロータブレード、220 第4ロータブレード、222中心体、224ロータアームアセンブリ、226 第1ロータアームアセンブリ、228 第2ロータアームアセンブリ、230 第3ロータアームアセンブリ、232 第4ロータアームアセンブリ、234ピッチ軸線、236フラップ軸線、238リードラグ軸線、240 フラップ軸受、242スラスト軸受、244ピッチ軸受、246 内側ピッチ軸受、248 外側ピッチ軸受、250リードラグ軸受、252ピッチシャフト、254 第1部分、256 第2部分、258取付けブラケット、260 ピッチ軸受ハウジング、262 ピッチ軸受のハウジングアーム、264 ピッチシャフトカバー、266ピッチアーム、268 ピッチシャフトカバーの開口部、270 ピッチハウジングの内側端部、272 ピッチハウジング、274 ピッチシャフトの第1部分の先端、276スラストボルト、278外側端部、280 ピッチハウジングのフランジ、282 リードラグリンク、284ダンパ、286 ピッチハウジングのフランジの開口部、288 リードラグリンクを貫通する開口部、290翼弦方向の剪断荷重、292フラップ剪断荷重、294遠心力荷重、296 荷重経路

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