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技術 直管型蛍光ランプのための発光ダイオード(LED)ランプ置換えドライバ

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 ダンコヴィッツ,ピーターノヴァク,クリスティアンザルカ,ピーター
出願日 2014年7月9日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2016-525440
公開日 2016年9月8日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2016-527677
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード 改造キット 電気工 電気照明 ランプ器具 電磁式スイッチ 取り付け型 プログラムスタート 回路経路
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図面 (6)

課題・解決手段

安定器に結合するために構成された入力ポートと入力ポートに結合された第1の側を有すると変圧器とを含むドライバ回路が提供される。また、ドライバ回路は、変圧器の第2の側に結合された入力部分、及び光源に結合するために構成された出力部分を有する整流器を含む。変圧器は、安定器の出力特性を光源の入力特性整合させるように構成される。

概要

背景

電気照明の分野では、多くの様々なタイプの光源が長年にわたって開発されてきた。最近、蛍光灯器具が、そのような明かりによってもたらされるより大きな電気効率活用するために開発されている。

自己消灯を防ぐために、従来の蛍光ランプは、ランプガラス管を通る電流の流れを調整するための安定器を使用しなければならない。しかしながら、安定器及び他の構成部品故障し、置換えを必要とする場合、蛍光灯修理は、部品及び労力の両方の点から高価になる可能性がある。また、蛍光ランプの廃棄処分は、蛍光ランプが水銀を含有するため環境問題を引き起こす。

蛍光ランプに関連付けられた問題に対処するために、LEDランプは、蛍光ランプより効率的で環境にやさしい光源として今や広く受け入れられている。LEDランプは、電流がデバイスを一方向に通過することを可能にし、一方、反対方向の電流の流れを阻止する。LEDランプは、蛍光ランプと比較して、代替照明として多くの利点を備えている。LEDランプを使用する一部の利点には、水銀のないこと、極度低温状態での動作、長寿命、及びよりよいエネルギー効率が含まれる。

要求されるUL1598C規格を満たし、蛍光灯の利点を活用するために、大部分の照明製造業者は、LED構成部品を既存の照明器具据え付けるための改造キット生産している。しかしながら、これらのキットの多くは、既存の器具に対する変更を必要とし、それでもなお潜在的に火災の危険性及び電撃を引き起こすものがある。しばしば、これらの変更を行うために高度に訓練された技能者が必要とされる。したがって、既存の蛍光灯器具を改造し、再配線することは、かなり高価で危険な場合がある。一部の製造業者は、電撃の危険性から身を守るための安全開閉器を生産している。

電撃の危険性に対処することに加えて、普通の消費者が置き換えるのに十分に簡単なLEDランプを提供するために製造業者によって努力がなされてきた。蛍光ランプの置換えに関連付けられた別の問題は、ランプを適切に始動させ、動作させるために、異なる電子式安定器によってそれぞれのタイプの蛍光ランプが設計されているということである。

既存の置換え解決策の多くは、例えば、スイッチスタート磁気式安定器によってのみ作動する。しかしながら、スイッチスタート式磁気式安定器置換えLEDの置換え解決策では、以下でさらに詳細に説明するように、器具の変更が必要である。これらの手法が最も必要である地域の多くでは、器具の変更が許容されない。

背景として、市場入手可能な異なるタイプの安定器を含む何百もの異なるタイプの蛍光ランプがあり、これにより、安定器製造業者が安定器タイプの広範な在庫を抱えることが必要となっている。最も一般的な電磁式安定器は、スイッチスタート式(予備加熱)、急速スタート式、プログラムスタート式、及び瞬時スタート式である。

スイッチスタート式(予備加熱)電磁式安定器は、初めにフィラメントを安定器と直列に接続するスタータスイッチと併せて、ランプの各端部でフィラメント一体型カソードを使用し、それによって発光管点弧する前にフィラメントを予備加熱する。スタータスイッチが閉じて、加熱電流が各電極を通って流れることができるようにする。スタータスイッチは、放電を開始するように発光管の両端間印加される電源電圧を作動させる。ランプ放電が開始した後、電極加熱電源が切られる。

急速スタート式電子式安定器は、ランプの点灯に先立って安定器内のフィラメント電力巻線を使用してランプに低電圧を供給する。安定器は、電圧を印加し、同時にカソードを加熱する。急速スタート式電子式安定器は、ランプが始動した後でさえ、ランプ電極を加熱し続ける。

プログラムスタート式電子式安定器は、ランプの点灯前にカソードに熱を印加するランプフィラメントを予備加熱するための回路を含み、ランプが点灯した後で熱を除去する。安定器は、最初にフィラメントに電力を印加し、次いで少し遅れて、カソードを予備加熱することができるようにして、ランプに電圧を印加してアークを点弧する。

瞬時スタート式電子式安定器は、点灯を実現するためにフィラメントを使用する。これらの管の安定器は、電極を予備加熱しない。むしろ、これらの安定器は、高電圧を使用してガス及びマーキュリコラム絶縁破壊し、放電アークを起こす。これらの管は、管の各端部の単一のピン又はシャントされたランプホルダによって識別され得る。

上記の電子式安定器のいずれも、LFL置換えLEDランプの設計を可能にするための堅牢で直截的な解決策を有さない。限定された解決策は存在するが、これらの手法のそれぞれは、ランプの器具のあるレベルの変更を必要とする。そのような解決策がない場合、LFL置換えLEDのための市場は、限定されたままとなるであろう。

前述の欠陥を考慮すると、LFLLED置換えランプに対する普遍的で低コストの解決策のための方法及びシステムが必要である。より詳細には、著しく器具を変更する必要がない電子式安定器用のLFL LED置換えランプドライバのための方法及びシステムが必要である。

概要

安定器に結合するために構成された入力ポートと入力ポートに結合された第1の側を有すると変圧器とを含むドライバ回路が提供される。また、ドライバ回路は、変圧器の第2の側に結合された入力部分、及び光源に結合するために構成された出力部分を有する整流器を含む。変圧器は、安定器の出力特性を光源の入力特性整合させるように構成される。

目的

電撃の危険性に対処することに加えて、普通の消費者が置き換えるのに十分に簡単なLEDランプを提供する

効果

実績

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請求項1

安定器に結合するために構成された入力ポートと、入力ポートに結合された第1の側を有する変圧器と、変圧器の第2の側に結合された入力部分、及び光源に結合するために構成された出力部分を有する整流器とを備える回路であって、変圧器が安定器の出力特性を光源の入力特性整合させるように構成されている、回路。

請求項2

入力ポートに直列に接続された抵抗器をさらに備える、請求項1に記載の回路。

請求項3

入力ポートが差動エンドである、請求項1に記載の回路。

請求項4

入力ポートに直列に接続されたインダクタをさらに備える、請求項2に記載の回路。

請求項5

安定器が電子式である、請求項1に記載の回路。

請求項6

出力部分の両端間に接続されたコンデンサをさらに備える、請求項1に記載の回路。

請求項7

光源がLEDアレイである、請求項1に記載の回路。

請求項8

安定器に結合するために構成された第1の側を有する変圧器と、変圧器の第2の側に結合された入力部分、及び光源に結合するために構成された出力部分を有する整流器とを備える回路であって、変圧器が安定器の出力特性を光源の入力特性に整合させるように構成されている、回路。

請求項9

入力ポートに直列に接続された抵抗器をさらに備える、請求項8に記載の回路。

請求項10

入力ポートが差動エンドである、請求項8に記載の回路。

請求項11

入力ポートに直列に接続されたインダクタをさらに備える、請求項10に記載の回路。

請求項12

安定器が電子式である、請求項8に記載の回路。

請求項13

出力部分の両端間に接続されたコンデンサをさらに備える、請求項8に記載の回路。

請求項14

安定器から照明器具電力を供給するための方法であって、1つの変圧器のみの一方の側で安定器から第1のタイプの電圧出力を受け取る工程であって、受け取った電圧のレベルを調整するように変圧器が構成されている工程と、第1のタイプの電圧を第2のタイプの電圧に変換する工程とを含む方法。

請求項15

第2のタイプの電圧を照明器具への入力として、照明器具の入力特性に応じたやり方で供給する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項16

第1のタイプの電圧が交流(AC)電圧であり、第2のタイプの電圧が直流(DC)電圧である、請求項14に記載の方法。

請求項17

照明器具が発光ダイオードLED)アレイである、請求項14に記載の方法。

請求項18

第1のタイプの電圧が差動エンド入力ポートを介して受け取られる、請求項17に記載の方法。

請求項19

入力ポートに直列に接続されたインダクタをさらに備える、請求項18に記載の方法。

請求項20

安定器が電子式である、請求項14に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、一般にLEDランプのための置換え解決策に関する。より詳細には、本発明は、直管型蛍光ランプLFL)における電子式安定器のためのLED置換えドライバに関する。

背景技術

0002

電気照明の分野では、多くの様々なタイプの光源が長年にわたって開発されてきた。最近、蛍光灯器具が、そのような明かりによってもたらされるより大きな電気効率活用するために開発されている。

0003

自己消灯を防ぐために、従来の蛍光ランプは、ランプガラス管を通る電流の流れを調整するための安定器を使用しなければならない。しかしながら、安定器及び他の構成部品故障し、置換えを必要とする場合、蛍光灯修理は、部品及び労力の両方の点から高価になる可能性がある。また、蛍光ランプの廃棄処分は、蛍光ランプが水銀を含有するため環境問題を引き起こす。

0004

蛍光ランプに関連付けられた問題に対処するために、LEDランプは、蛍光ランプより効率的で環境にやさしい光源として今や広く受け入れられている。LEDランプは、電流がデバイスを一方向に通過することを可能にし、一方、反対方向の電流の流れを阻止する。LEDランプは、蛍光ランプと比較して、代替照明として多くの利点を備えている。LEDランプを使用する一部の利点には、水銀のないこと、極度低温状態での動作、長寿命、及びよりよいエネルギー効率が含まれる。

0005

要求されるUL1598C規格を満たし、蛍光灯の利点を活用するために、大部分の照明製造業者は、LED構成部品を既存の照明器具据え付けるための改造キット生産している。しかしながら、これらのキットの多くは、既存の器具に対する変更を必要とし、それでもなお潜在的に火災の危険性及び電撃を引き起こすものがある。しばしば、これらの変更を行うために高度に訓練された技能者が必要とされる。したがって、既存の蛍光灯器具を改造し、再配線することは、かなり高価で危険な場合がある。一部の製造業者は、電撃の危険性から身を守るための安全開閉器を生産している。

0006

電撃の危険性に対処することに加えて、普通の消費者が置き換えるのに十分に簡単なLEDランプを提供するために製造業者によって努力がなされてきた。蛍光ランプの置換えに関連付けられた別の問題は、ランプを適切に始動させ、動作させるために、異なる電子式安定器によってそれぞれのタイプの蛍光ランプが設計されているということである。

0007

既存の置換え解決策の多くは、例えば、スイッチスタート磁気式安定器によってのみ作動する。しかしながら、スイッチスタート式磁気式安定器置換えLEDの置換え解決策では、以下でさらに詳細に説明するように、器具の変更が必要である。これらの手法が最も必要である地域の多くでは、器具の変更が許容されない。

0008

背景として、市場入手可能な異なるタイプの安定器を含む何百もの異なるタイプの蛍光ランプがあり、これにより、安定器製造業者が安定器タイプの広範な在庫を抱えることが必要となっている。最も一般的な電磁式安定器は、スイッチスタート式(予備加熱)、急速スタート式、プログラムスタート式、及び瞬時スタート式である。

0009

スイッチスタート式(予備加熱)電磁式安定器は、初めにフィラメントを安定器と直列に接続するスタータスイッチと併せて、ランプの各端部でフィラメント一体型カソードを使用し、それによって発光管点弧する前にフィラメントを予備加熱する。スタータスイッチが閉じて、加熱電流が各電極を通って流れることができるようにする。スタータスイッチは、放電を開始するように発光管の両端間印加される電源電圧を作動させる。ランプ放電が開始した後、電極加熱電源が切られる。

0010

急速スタート式電子式安定器は、ランプの点灯に先立って安定器内のフィラメント電力巻線を使用してランプに低電圧を供給する。安定器は、電圧を印加し、同時にカソードを加熱する。急速スタート式電子式安定器は、ランプが始動した後でさえ、ランプ電極を加熱し続ける。

0011

プログラムスタート式電子式安定器は、ランプの点灯前にカソードに熱を印加するランプフィラメントを予備加熱するための回路を含み、ランプが点灯した後で熱を除去する。安定器は、最初にフィラメントに電力を印加し、次いで少し遅れて、カソードを予備加熱することができるようにして、ランプに電圧を印加してアークを点弧する。

0012

瞬時スタート式電子式安定器は、点灯を実現するためにフィラメントを使用する。これらの管の安定器は、電極を予備加熱しない。むしろ、これらの安定器は、高電圧を使用してガス及びマーキュリコラム絶縁破壊し、放電アークを起こす。これらの管は、管の各端部の単一のピン又はシャントされたランプホルダによって識別され得る。

0013

上記の電子式安定器のいずれも、LFL置換えLEDランプの設計を可能にするための堅牢で直截的な解決策を有さない。限定された解決策は存在するが、これらの手法のそれぞれは、ランプの器具のあるレベルの変更を必要とする。そのような解決策がない場合、LFL置換えLEDのための市場は、限定されたままとなるであろう。

0014

前述の欠陥を考慮すると、LFLLED置換えランプに対する普遍的で低コストの解決策のための方法及びシステムが必要である。より詳細には、著しく器具を変更する必要がない電子式安定器用のLFL LED置換えランプドライバのための方法及びシステムが必要である。

先行技術

0015

国際公開第2010/069983号

課題を解決するための手段

0016

本発明の実施形態は、置換えドライバ回路を提供する。ドライバ回路は、安定器に結合するために構成された入力ポートと、入力ポートに結合された第1の側を有する変圧器とを含む。また、ドライバ回路は、変圧器の第2の側に結合された入力部分、及び光源に結合するために構成された出力部分を有する整流器を含む。変圧器は、安定器の出力特性を光源の入力特性整合させるように構成される。

0017

上記のように、本発明の例示的な実施形態は、ランプの器具に対して著しい変更をする必要がない電子式安定器用のLFLLED置換えランプのための低コストのドライバ解決策を提供する。各実施形態によって、LFL置換えLEDランプ、特に急速スタート式、及びプログラムスタート式安定器を有するLFL置換えLEDランプの設計が可能となり、LFL置換え解決策のためのニッチマーケットを拡大する。

0018

また、例示的な実施形態の態様は、直列に接続されたLFL管(例えば、4管のオフィス器具における2フィートのLFL管)用に特に適合している。直列に接続された器具は、世界中のオフィスビルで普通に使用されている。

0019

本発明のさらなる特徴及び利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作について、添付図面を参照して以下で詳細に説明する。本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。そのような実施形態は、本明細書では例示的な目的のためにのみ提示される。さらなる実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて当業者には明らかになるであろう。

0020

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を例示すること、並びに記述とともに、本発明の原理について説明すること、及び当業者が本発明を作製して使用できるようにすることにさらに役立つ。本発明の各実施形態は、各添付図面に例示され、これらの図面を通して、同様の参照数字が様々な図において対応する又は同様の部分を示すことがある。

図面の簡単な説明

0021

従来の磁気式安定器用途におけるLED置換え解決策のブロック図である。
従来の磁気式安定器用途における別のLED置換え解決策のブロック図である。
本発明の実施形態により構築され構成されたLED置換え解決策のブロック図である。
各実施形態により構築され構成された図3の回路におけるLEDドライバの概略図である。
本発明の実施形態を実行する例示的な方法の流れ図である。

実施例

0022

各図面は、好ましい実施形態を例示することのみを目的としており、本開示を限定すると解釈されるべきではない。以下の各図面を実施可能にする説明を考慮することで、本発明の新奇な態様が当業者には明らかになるはずである。

0023

以下の詳細な説明は、性質上単に例示であって、本明細書に開示された用途及び使用法を限定することは意図されていない。さらに、前述の背景若しくは概要、又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる理論によっても拘束される意図はない。本技術の実施形態は、本明細書では主として蛍光照明器具に関連して記載されているが、各概念は、他のタイプの取り付け型照明器具にも適用可能でもある。

0024

背景として、図1〜2は、LFLLED置換え回路の従来の実施態様である。例えば、図1は、従来の磁気式安定器用途のためのLFL LED置換え回路100のブロック図である。より詳細には、回路100は、T8管などのLFL LEDの置換えのための物理的な解決策である。

0025

回路100では、LED管104の一方の端部で、シングルエンド電源入力部102が、回路100に電力を供給する。管104の反対側の端部105は、シャントされている。また、回路100を短絡させる、シャントされた又はダミースタータ106が使用されている。また、位相シフトコンデンサ108が含まれている。LEDドライバ110は、LEDドライバ110に接続されたLED(図示せず)への駆動電流を調整する。一般に、LEDドライバ110などのLEDドライバは、それらの関連付けられたLEDの所望の出力性能パラメータに整合させた出力特性を有する。

0026

しかしながら、回路100では、ランプ器具を使用できるようにする前に新規のユーザは、ランプ器具を変更する必要がある。具体的には、スタータ(図示せず)を置き換えなければならない。回路100は、主として、磁気式/スイッチスタート式安定器とともに使用される。さらに、回路100は、従来の電磁式スイッチスタート式用途でのみ使用することができる。この限定された適用可能性を考慮すると、回路100は、LFLLED置換え市場のわずかな部分でしか有用でない。

0027

図2は、従来の磁気式安定器用途に使用することができる別のLFLLED置換え回路200のブロック図である。また、置換え回路200は、LED管204の一方の端部に単一のダブルエンドの電源入力部202を含む。LED置換え回路200では、反対側の端部206は、開いている。LEDドライバ208は、電源調整及びパラメータ整合を行う。

0028

しかしながら、LED置換え回路200は、使用に先立ってかなりの配線のし直しが必要である。そのような配線のし直しは、典型的なユーザには容易に安全に行うことができず、通常、経験を積んだ電気工が置換えを行う必要がある。さらに、多くの国々の電気的な規制により、このタイプの回路の使用が制限されており、そのため、その適用可能性が主として米国の市場に限定されている。

0029

図1に戻ると、LFLLED置換え回路100及び200はともに、一般にダブルエンドの電源用に構成されている。しかしながら、電源の二重化(doubling)は、一般に危険であると考えられている。この安全面での危険性は、置換え中の電撃の可能性に起因する。

0030

図3は、本発明の実施形態により構築されたLED置換え回路300のブロック図である。回路300は、電子式安定器によって作動し、既存の安定器器具の電流制限能力に影響を及ぼす。さらに、回路300では、使用に先立ってユーザ又は他の人がランプ器具を変更する必要がない。さらに、回路300は、直列に接続するためのダブルエンドの電力入力部構成を含む管である。このタイプの器具は、オフィスで、例えば、2×2フィートの器具及び様々な他の既存の既製のランプ器具で広く使用されている。

0031

回路300は、LFL管303を作動させるために電源の出力端子(例えば、電子式安定器出力部)から電力を受け取るための第1の入力端子302を含む。また、別の電源に接続するために構成された第2の入力端子304が含まれている。LEDドライバ305は、LEDなどの光源を駆動するのに必要な電力調整、及び安定器出力と入力パラメータ間のパラメータ整合を行う。

0032

例示的な回路300では、電力は、第1の端子302及び第2の端子304を介してLEDドライバ305に流れる。各実施形態では、LEDへの電力を調整するために単一の変圧器が使用されている。

0033

図4は、例示的なドライバ回路400の詳細な概略図である。ドライバ回路400は、図3のLFL管303におけるLEDドライバ305のより詳細な図を含む。以下でより詳細に説明するように、ドライバ回路400は、電子式安定器403の出力特性を、LEDアレイ404を動作させるのに必要なパラメータに整合させるために単一の変圧器402を使用する。

0034

例として、ドライバ回路400は、直列に接続されたLFL管、例えば、4管のオフィス器具で通常使用される2フィートのLFL管などとともに使用され得る。抵抗器406は、ドライバ回路400のための入力ポートを形成し、電子式安定器403から交流(AC)電圧出力を受け取る。インダクタ407は、電流を制限し、変圧器402に伝える前にAC電圧に対して必要な他の調整を行う。変圧器402は、安定器403から受け取ったAC電圧をLEDアレイ404のための電源として使用するのに最終的に適したレベルに低減させる。

0035

例示的なドライバ回路400では、整流器408は、安定器403からAC電圧をLEDアレイ404に入力するための直流(DC)電圧に変換する。ドライバ回路400では、整流器408は、整流器408を流れる電圧が回路経路に沿ってLEDへ一方向にのみ流れるようにすることができる。整流器408は、ダイオードブリッジ、又は他のなんらかの適切な構成部品として実施されてもよい。例示的なドライバ回路400では、コンデンサ410は、LEDを駆動するDC電圧のためにスパイクフィルター除去し、平滑化することによって、LEDアレイ404の性能を向上させる。

0036

例示的なドライバ回路400は、特定の構成部品を含んでいるが、ドライバ回路400は、安定器403などの電子式安定器の出力特性を、LEDアレイ404などのLEDアレイを動作させるのに必要なパラメータに整合させる一手法に過ぎない。他の手法は、当業者に容易に明らかであり、本発明の趣旨及び範囲内にある。

0037

図4の例示的な実施形態では、例示的なドライバ回路400は、LEDアレイ404への入力と安定器403からの出力との間を整合する及び分離するために使用される。別の実施形態では、単一の変圧器は、安定器とLEDアレイ間のドライバ回路の2つの側(安定器出力部及びLED入力部)を分離し完全に絶縁することができる。

0038

さらに別の実施形態では、分離機能を行うために1つの変圧器を使用することができ、一方でパルス符号変調PCM)、パルス幅変調(PWM)及び周波数変調などの変調技術を使用して、パラメータの整合を実現することができる。

0039

図5は、本発明の実施形態を実行する例示的な方法500の流れ図である。ステップ502で、1つの変圧器のみの一方の側で第1のタイプの電圧が安定器からの出力として受け取られ、この変圧器が受け取った電圧のレベルを調整するように構成されている。ステップ504で、第1のタイプの電圧は、第2のタイプの電圧に変換される。ステップ506で、第2のタイプの電圧は、LEDアレイへの入力として、その入力特性に応じた任意のやり方で提供される。

0040

依然として本開示によって包含される代替の実施形態、例、及び変更形態が特に前述の教示に照らして当業者によってなされてもよい。さらに、本開示を説明するために使用された述語は、限定ではなく、性質上説明の用語であることが意図されていることを理解されたい。

0041

また、当業者は、上記の好ましい、代替の実施形態の様々な適応形態及び変更形態が本開示の範囲及び趣旨から逸脱せずに構成され得ることを理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、本開示は、本明細書に特に記載される通りではなく実行され得ることを理解されたい。

0042

100回路
102電源入力部
104LED管
105 端部
106スタータ
108コンデンサ
110LEDドライバ
200 回路
202 電源入力部
204 LED管
206 端部
208 LEDドライバ
300 回路
302端子
303LFL管
304 端子
305 LEDドライバ
400ドライバ回路
402変圧器
403安定器
404LEDアレイ
406抵抗器
407インダクタ
408整流器
410 コンデンサ
500 方法

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