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図面 (10)

課題

簡易な構成の駆動機構により被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができ、被作動体を三次元空間内のいずれの方向にも向けることが可能な多方向駆動装置を提供する。

解決手段

凹凸2を有する球面3を備えた従動部材1と、該従動部材1の凹凸2に接触して該従動部材1に回転力を発生させる複数の回転駆動部4〜6と、該回転駆動部4〜6により回転させられる従動部材1に一端部が連結されかつ他端部に被作動体Mを支持する支持部材7とを具備し、前記従動部材1は前記球面に沿って回転可能である。

概要

背景

カメラロボットアーム等の被作動体被駆動体となるXYステージにより回転制御する技術が知られている。
例えば、特許文献1に示される多方向駆動装置では、XYステージを有する被駆動体と、該被駆動体の表面に接触して該被駆動体を第1の方向に駆動する第1駆動力伝達部と、該被駆動体の他の部分に接触して該被駆動体を第1の方向とは異なる第2の方向に駆動する第2駆動力伝達部と、を具備する。
また、上記多方向駆動装置では、被駆動体と第1駆動力伝達部とが歯車歯筋方向に相互変位であり、該被駆動体と第2駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互変位可能となっており、これにより該被駆動体に設置される被作動体の角度を自在に調整できる。

概要

簡易な構成の駆動機構により被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができ、被作動体を三次元空間内のいずれの方向にも向けることが可能な多方向駆動装置を提供する。凹凸2を有する球面3を備えた従動部材1と、該従動部材1の凹凸2に接触して該従動部材1に回転力を発生させる複数の回転駆動部4〜6と、該回転駆動部4〜6により回転させられる従動部材1に一端部が連結されかつ他端部に被作動体Mを支持する支持部材7とを具備し、前記従動部材1は前記球面に沿って回転可能である。

目的

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成の駆動機構により被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することが可能な多方向駆動装置及び自動カメラを提供する

効果

実績

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請求項1

凹凸を有する球面を備えた従動部材と、該従動部材の凹凸に接触して該従動部材に回転力を発生させる回転駆動部と、該従動部材に被作動体を支持する支持部材と、を具備し、前記従動部材は前記球面に沿って回転可能であることを特徴とする多方向駆動装置

請求項2

前記支持部材は、前記従動部材に一端部が連結され、前記被作動体に他端部が連結されたことを特徴とする請求項1に記載の多方向駆動装置。

請求項3

前記回転駆動部は複数設けられ、前記従動部材は前記複数の回転駆動部によって、互いに異なる中心軸を中心として回転駆動されることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項4

前記複数の回転駆動部は、互いに交差する方向に向けられたx軸、y軸およびz軸の三つの回転軸を中心に回転する回転駆動体を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項5

前記x軸、y軸、z軸は互いに直交する方向に向けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項6

前記回転駆動部は、前記従動部材の凹凸に接触して該従動部材に回転力を発生させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項7

前記従動部材の球面上に形成された凹凸部は、互いにリング状をなしかつ互いに平行に形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項8

前記回転駆動部の回転駆動体は歯車によって構成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項9

前記球状の従動部材を回転自在に支持する凹状球面を有するホルダーをさらに有しており、前記x軸を中心に駆動される回転駆動部の回転駆動体は、前記ホルダーの内部に配置されかつ前記従動部材の球面に形成された凹凸に接触して該従動部材に回転力を発生させ、前記y軸を中心に駆動される回転駆動部の回転駆動体は、前記従動部材の内部に配置されかつ前記ホルダーの凹状球面に形成された凹凸に接触して該従動部材に回転力を発生させ、前記z軸を中心に駆動される回転駆動部の回転駆動体は、前記ホルダーに回転力を発生させることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項10

前記従動部材の球状周面に形成される凹凸部は、ピッチ円より先がない平歯車を前記y軸に平行した軸を中心に回転させ、凹凸部が互いにリング状をなしかつ互いに平行に形成される立体構造をし、前記x軸を中心とする回転駆動体と噛合され、前記ホルダー球面に形成される凹凸部は、ピッチ円より先がない内歯車を前記x軸に平行した軸を中心に回転させ、凹凸部が互いにリング状をなしかつ互いに平行に形成される立体構造をし、前記y軸を中心とする回転駆動体と噛合していることを特徴とする請求項9に記載の多方向駆動装置。

請求項11

前記z軸を中心に駆動される回転駆動部は、回転駆動体となる駆動歯車と、前記ホルダーに一体に固定されて該駆動歯車との噛合により該ホルダーを回転させる従動歯車とを有することを特徴とする9または10のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項12

前記z軸を中心に駆動される回転駆動部は、遊星歯車機構により構成されていることを特徴とする請求項9または10のいずれか1項に記載の多方向駆動装置。

請求項13

請求項1から12のいずれか1項に記載の多方向駆動装置に設けられた支持部材の他端部に被支持部材としてカメラを設けたことを特徴とする自動カメラ

技術分野

0001

本発明は、支持部材の先端に設置したカメラロボットアーム等の被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができる多方向駆動装置及び自動カメラに関する。

背景技術

0002

カメラ、ロボットアーム等の被作動体を被駆動体となるXYステージにより回転制御する技術が知られている。
例えば、特許文献1に示される多方向駆動装置では、XYステージを有する被駆動体と、該被駆動体の表面に接触して該被駆動体を第1の方向に駆動する第1駆動力伝達部と、該被駆動体の他の部分に接触して該被駆動体を第1の方向とは異なる第2の方向に駆動する第2駆動力伝達部と、を具備する。
また、上記多方向駆動装置では、被駆動体と第1駆動力伝達部とが歯車歯筋方向に相互変位であり、該被駆動体と第2駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互変位可能となっており、これにより該被駆動体に設置される被作動体の角度を自在に調整できる。

先行技術

0003

特開2011−196487号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、特許文献1に示される多方向駆動装置は、被駆動体と第1、第2駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互変位であるものの、全体としてはXYステージ上にて被駆動体を第1方向または第2方向に移動可能とするものである。
このため、特許文献1に示される多方向駆動装置では、例えば、第1方向または第2方向に直交する第3方向(z軸方向)に回転または移動させることはできず、仮に第3方向に変位させるためには、新たな機構を付加する必要があり、構成が複雑化するという問題があった。

0005

一方、特許文献1とは異なる技術として図9に示されるジンバル機構90が提供されている。
このジンバル機構90は、外枠91内にz軸を中心として回転自在に内枠92を設け、該内枠92内にy軸を中心として回転自在にカメラ支持部材93を設け、該カメラ支持部材93内にx軸方向を中心として回転自在な被作動体(図示略)を設けた構成である。
しかしながら、このようなジンバル機構90では、可動角が小さく、被作動体となるカメラで確認できる視野が狭く限られるとともに、全体の機構が大きくなり過ぎ重量も増すという問題があった。

0006

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成の駆動機構により被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することが可能な多方向駆動装置及び自動カメラを提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の多方向駆動装置は、凹凸を有する球面を備えた従動部材と、該従動部材の凹凸に接触して該従動部材に回転力を発生させる回転駆動部と、該回転駆動部により回転させられる前記従動部材に連結される支持部材と、を具備し、前記従動部材は前記球面に沿って回転可能であることを特徴とする。

発明の効果

0008

本発明によれば、従動部材から外方に延びる支持部材の先端の被作動体位置およびまたは向きを調整することが可能となる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施形態に係る多方向駆動装置の斜視図である。
本発明の第一の実施形態に係る多方向駆動装置の斜視図である。
Aは図2の多方向駆動装置をIIIから見た場合の断面図、Bは歯車の噛み合い部の拡大図である。
Aは図2の多方向駆動装置のIVから見た場合の断面図、Bは歯車の噛み合い部分の拡大図である。
図2の多方向駆動装置の従動部材を矢印A方向に回転させたことを示す斜視図である。
図2の多方向駆動装置の従動部材を矢印B方向に回転させたことを示す斜視図である。
図2の多方向駆動装置の従動部材を矢印C方向に回転させたことを示す斜視図である。
回転駆動部として用いられる遊星歯車機構を示す平面図である。
一般的なジンバル機構を示す斜視図である。

実施例

0010

(実施形態)
本発明に係る多方向駆動装置100の実施形態について図1を参照して説明する。
図1において、符号1で示されるものは回転自在な従動部材であって、凹凸部2を有する球面3を備えている。
この従動部材1の周囲には、該従動部材1の凹凸部2に接触して該従動部材1に回転力を発生させる回転駆動部4〜6が設けられている。この実施形態において、前記回転駆動部4〜6は複数設けられていて、x軸、y軸、z軸のそれぞれを中心に回転する。
これら回転駆動部4〜6は、互いに異なる方向(図示例では互いに直交するx軸、y軸、z軸)に向けられた回転軸4A〜6Aを中心に従動部材1を回転させる回転駆動体4B〜6B(例えば、歯車)を有する。
具体的には、回転駆動部4はx軸に沿う回転軸4Aを中心に従動部材1を回転させる回転駆動体4Bと、該回転駆動体4Bを駆動するための駆動モータ4Cとを具備する。また、回転駆動部5はy軸に沿う回転軸5Aを中心に従動部材1を回転させる回転駆動体5Bと、該回転駆動体5Bを駆動するための駆動モータ5Cとを具備する。また、回転駆動部6はz軸に沿う回転軸6Aを中心に従動部材1を回転させる回転駆動体6Bと、該回転駆動体6Bを駆動するための駆動モータ6Cとを具備する。

0011

また、これら回転駆動部4〜6により回転させられる従動部材1には支持部材7が連結されて一体に回転するようになっている。
この実施形態における支持部材7は、一端部が従動部材1に連結されかつ他端部にカメラ、ロボットアーム等の被作動体Mが連結されるものであって、回転駆動部4〜6により従動部材1が回転駆動された場合に、該従動部材1に追従して、回転軸4A〜6Aを中心として他端部側の被作動体Mを動作させることができる。
これにより被作動体Mとなるカメラ、ロボットアームが、回転駆動部4〜6の回転軸4A〜6Aを中心に三次元空間内にてその位置およびまたは向きを自由に調整することが可能となる。

0012

以上詳細に説明したように、本実施形態に示される多方向駆動装置100によれば、従動部材1の凹凸部2に接触して該従動部材1に回転力を発生させる複数の回転駆動部4〜6を具備し、かつこれら回転駆動部4〜6により、互いに異なる方向(x軸、y軸、z軸)に向けられた回転軸4A〜6Aを中心に該従動部材1を回転させるようにした。
そして、これら各回転駆動部4〜6を個別に駆動することにより、従動部材1一端部が連結された支持部材7の先端の被作動体Mの位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することが可能となる。
すなわち、本実施形態に示される多方向駆動装置100では、互いに異なる方向の回転軸4A〜6Aを中心として、球面状の従動部材1を回転させる複数の回転駆動部4〜6を設けた簡易な構成により、従動部材1から外方に延びる支持部材7の先端の被作動体M位置およびまたは向きを、三次元空間内にて複数の自由度で調整することが可能となる。

0013

なお、上述した複数の回転駆動部4〜6は、互いに交差する方向に向けられたx軸、y軸およびz軸からなる三つの回転軸4A〜6Aを中心に回転する回転駆動体4B〜6Bを有するものであるが、これらx軸、y軸、z軸は互いに直交する方向に向けられることが好ましい。
また、従動部材1の球面3上に形成された凹凸部2の凸部2Aは、互いに交差または直交する方向に沿って互いに間隔をおきかつ正面視格子状に形成することで、回転駆動部4〜6の回転駆動体が、従動部材1に噛合して該従動部材1に回転力を発生させることが好ましい。

0014

<第一の実施形態>
本発明の第一の実施形態に係る多方向駆動装置101について、図2図7を参照して説明する。
図2において符号10で示されるものは全体として球状に形成された従動部材であって、ホルダー11の凹状球面12内に回転自在に配置されている。

0015

従動部材10の周囲には、該従動部材10に回転力を発生させる複数の回転駆動部13〜15が設けられている。
これら回転駆動部13〜15は、互いに異なる方向(x軸、y軸、z軸)に向けられた回転軸13A〜15Aを中心に従動部材10を回転させる回転駆動体13B〜15Bを有するものであって、これらx軸、y軸、z軸は互いに交差するまたは直交する方向に向けられている。

0016

具体的には、回転駆動部13は、図3に示されるように、ホルダー11の内部(図面では下部)に配置されるものであって、従動部材10の球面20に形成された凹凸部21に噛合しかつ回転軸13A(x軸に沿う)を中心として回転する一対の歯車22が、回転駆動体13Bとして設けられている。
また、この回転駆動体13Bには、歯車22に噛合して該歯車22を回転駆動する駆動歯車23も含まれる。

0017

従動部材10に形成された凹凸部21は、ホルダー11凹凸部に滑らかに接触する歯形をしており、該従動部材10は、ピッチ円より先が無い歯車をy軸中心に回転させた立体構造をしている。また、従動部材10は、噛合する回転駆動体13Bの歯車22によってx軸回りの矢印A方向(図2および図3参照)に回転駆動される。また、回転駆動体13Bを駆動する駆動歯車23は、図2に示されるように駆動源となる駆動モータ24に接続されている。すなわちこの実施形態における前記凹凸部21は、前記球面20の一つの軸(y軸)を中心とする複数の同心円状の突条(若しくは溝)を前記一つの軸の方向に回転駆動部13、14の歯車22のピッチに応じた相互間隔で設けた構成となっている。
そして、以上のような構成により、駆動モータ24により駆動歯車23が駆動されて、該駆動歯車23とともに従動歯車22が回転駆動された場合に、ホルダー11内の従動部材10が矢印A方向(図2および図3AおよびB参照)に回転される。

0018

また、回転駆動部14は、図4AおよびBに示されるように、球状の従動部材10の内部に配置されるものであって、ホルダー11の凹状球面12内に形成された凹凸部30に噛合しかつ回転軸14A(y軸に沿う)を中心として回転する一対の歯車31が、回転駆動体14Bとして設けられている。
また、この回転駆動体14Bには、歯車31に噛合して該歯車31を回転駆動する駆動歯車32が含まれる。
ホルダー11の凹状球面12内に形成された凹凸部30は、内歯車を歯のピッチ円弧上でカットしたものをx軸中心に回転させた立体構造をしている。また、ホルダー11に噛合する回転駆動体14Bの歯車31によって、従動部材10は、ホルダー11に対して、y軸回りの矢印B方向(図2及び図4AおよびB参照)に回転される。また、回転駆動体14Bを駆動する駆動歯車32は駆動源となる駆動モータに接続されているが、図面では省略されている。
そして、以上のような構成により、駆動モータにより駆動歯車32が駆動されて、該駆動歯車32とともに従動歯車31が回転駆動された場合に、ホルダー11内の従動部材10が矢印B方向(図2図4AおよびB参照)に回転される。

0019

また、回転駆動部15は、図2に示されるように、ホルダー11の下方に配置されるものであって、回転軸15A(z軸に沿う)を中心として回転する一対の歯車40が、回転駆動体15Bとして設けられている。
この回転駆動体15Bには、歯車40に噛合して該歯車40を回転駆動する駆動歯車41が含まれている。
また、駆動歯車41には、動力源となる駆動モータ(図示略)が接続されているが、図面では省略されている。
そして、以上のような構成により、図示しない駆動モータにより駆動歯車41とともに歯車40が駆動された場合に、ホルダー11内の従動部材10が、該ホルダー11とともに矢印C方向(図2図4AおよびB参照)に回転される。

0020

また、従動部材10には図5図7に示されるように支持部材16が連結されている。
この支持部材16は、一端部が従動部材10に連結され、かつ他端部にカメラ、ロボットアーム等の被作動体Mが連結されるものであって、回転駆動部13〜15により従動部材10が回転駆動された場合、該従動部材10に追従して、回転軸(x軸、y軸、z軸)を中心として他端部側の被作動体Mを動作させる。
また、この支持部材16が配置される従動部材10の取付け箇所は、ホルダー11の一部が切り欠かれて(符号11Aで示す)該従動部材10の表面が露出した部分であり、このホルダー11の切欠部11Aを通じて支持部材16先端の被作動体Mが動作される。

0021

そして、上記多方向駆動装置101では、回転駆動部13により回転駆動体13Bがx軸を中心として駆動された場合には、該回転駆動体13Bに噛合された従動部材10が矢印A方向に回転駆動され、これに連動して該従動部材10に連結された被作動体Mも同じく矢印A方向に回転駆動される(図5参照)。ここで、矢印A方向に回転した後の回転駆動部14の軸線をy´で示す。
また、回転駆動部14により回転駆動体14Bがy軸を中心として駆動された場合には、該回転駆動体14Bに噛合された従動部材10が矢印B方向に回転駆動され、これに連動して該従動部材10に連結された被作動体Mも同じく矢印B方向に回転駆動される(図6参照)。
また、回転駆動部15により回転駆動体15Bがz軸を中心として駆動された場合には、該回転駆動体15Bに噛合されたホルダー11が矢印C方向に回転駆動され、これに連動して該ホルダー11内の従動部材10に連結された被作動体Mも同じく矢印C方向に回転駆動される(図7参照)。

0022

そして、以上のように回転駆動部13〜15によって従動部材10がx軸、y軸、z軸を中心に個別に回転駆動されることによって、該従動部材10に連結された被作動体Mの位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができる。

0023

以上詳細に説明したように本実施形態に係る多方向駆動装置101によれば、従動部材10の凹凸部21に接触して該従動部材10に回転力を発生させる複数の回転駆動部13〜15を具備し、かつこれら回転駆動部13〜15により、互いに異なる方向に向けられた回転軸(x軸、y軸、z軸)を中心に該従動部材10を回転させるようにした。
そして、これら各回転駆動部13〜15を個別に駆動することにより、従動部材10に一端部が連結された支持部材16の先端の被作動体M位置およびまたは向きを、複数の自由度で調整することが可能となる。
すなわち、本実施形態に係る多方向駆動装置101は、互いに異なる方向の回転軸(x軸、y軸、z軸)を中心として、球面状の従動部材10を回転させる複数の回転駆動部13〜15を設けた簡易な構成により、従動部材10から外方に延びる支持部材16先端の被作動体M位置およびまたは向きを、三次元空間内にて複数の自由度で調整することが可能となる。被作動体Mとして、カメラをその光軸をy軸と一致させて設けた場合、カメラの撮影方向をx軸、z軸を中心とする2自由度で操作するとともに、y軸を中心とした回転によって画像の向き(天地)を自在に調整することができる。

0024

なお、上述した複数の回転駆動部13〜15は、互いに交差する方向に向けられたx軸、y軸およびz軸からなる三つの回転軸13A〜15Aを中心に回転する回転駆動体13B〜15Bを有するものであるが、これらx軸、y軸、z軸は互いに直交する方向に向けられることが好ましい。

0025

また、z軸を中心として従動部材10を回転駆動する回転駆動部15は、駆動歯車41と従動歯車40により構成した。しかし、当該構成について、図8に示されるように、駆動歯車41の筒状体内周面にリング状となる従動歯車40´を一体設けるとともに、これら歯車40´・41の間に複数の遊星歯車42を介在させた遊星歯車機構50としても良い。

0026

また、本発明は、従動部材10の球面20に形成された凹凸部21に噛合して該従動部材10を駆動する回転駆動体13を含む、3個の回転駆動体13〜15を有する構成である。
そして、図2図7に示される実施形態では、回転駆動体13のみが従動部材10の球面20の全面に形成された凹凸部21に噛合している。しかし、これに限定されず、本実施形態においては、例えば、x軸回転用の凹凸部21、y軸回転用の凹凸部21、z軸回転用の凹凸部21というように方向別に複数の凹凸部を適宜設け、これに噛合する回転駆動部を設けても良い。
その際、凹凸部に噛合する回転駆動部以外の回転駆動部は、回転駆動体14、15に示される構成を適宜採用すると良い。また支持部材16の長さ、取り付け角度、取り付け位置は実施形態に限定されるものではなく、被作動体Mの機能、用途に応じて異なる態様としても良い。

0027

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

0028

本発明は、簡易な方式により、支持部材の先端に設置したカメラ、ロボットアーム等の被作動体の位置およびまたは向きを複数の自由度で調整することができる多方向駆動装置に関する。

0029

1従動部材
2凹凸部
3 球面
4回転駆動部
4A回転軸
4B回転駆動体
5 回転駆動部
5A 回転軸
5B 回転駆動体
6 回転駆動部
6A 回転軸
6B 回転駆動体
7支持部材
10 従動部材
11ホルダー
12凹状球面
13 回転駆動部
13A 回転軸
13B 回転駆動体
14 回転駆動部
14A 回転軸
14B 回転駆動体
15 回転駆動部
15A 回転軸
15B 回転駆動体
16 支持部材
20 球面
21 凹凸部
22歯車
23駆動歯車
30 凹凸部
31 歯車
32 駆動歯車
40 歯車
41 駆動歯車
50遊星歯車機構
100多方向駆動装置
101 多方向駆動装置
M 被作動体

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