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技術 電動工具

出願人 工機ホールディングス株式会社
発明者 吉成拓家田所直樹
出願日 2016年3月11日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2016-048847
公開日 2017年9月14日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-159434
状態 特許登録済
技術分野 携帯用動力工具一般
主要キーワード ネジ締 オンロック 通電有無 正逆切替スイッチ PD回路 ベアリング室 電源回路ユニット サージ吸収用
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供する。

解決手段

電動工具1は、ハウジング2と、ハウジング2に収容されたモータ3と、モータ3の軸方向一方側に設けられたメイン基板20及びスイッチング素子基板30と、を備える。メイン基板20及びスイッチング素子基板30は、モータ3の出力軸3aを支持する軸受け41を挟んで出力軸3aの延出方向において相互に対向するスイッチング素子基板30に設けられた複数のスイッチング素子は、スイッチング素子基板30に倒した状態で設けられた第1スイッチング素子31と、立てた状態で設けられた第2スイッチング素子と、を含む。第1スイッチング素子31を倒してあることで生まれた空間に、ハウジング2の軸受け保持部2e及びメイン基板20に設けられたダイオードブリッジ23が延在する。

概要

背景

下記特許文献1は、AC駆動の電動工具において、電源回路ユニットを収容する収容室あるいは制御回路を、電動モータ径方向外側に設けた構成を開示する。下記特許文献2は、AC駆動のインパクトドライバにおいて、ハンドル部下方の基板収容部にダイオードブリッジを備えた電源回路基板制御回路基板を設けた構成を開示する。

概要

従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供する。電動工具1は、ハウジング2と、ハウジング2に収容されたモータ3と、モータ3の軸方向一方側に設けられたメイン基板20及びスイッチング素子基板30と、を備える。メイン基板20及びスイッチング素子基板30は、モータ3の出力軸3aを支持する軸受け41を挟んで出力軸3aの延出方向において相互に対向するスイッチング素子基板30に設けられた複数のスイッチング素子は、スイッチング素子基板30に倒した状態で設けられた第1スイッチング素子31と、立てた状態で設けられた第2スイッチング素子と、を含む。第1スイッチング素子31を倒してあることで生まれた空間に、ハウジング2の軸受け保持部2e及びメイン基板20に設けられたダイオードブリッジ23が延在する。

目的

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ハウジングと、前記ハウジングに収容されたモータと、前記モータの出力軸が延びる方向で前記モータの一方側に設けられた第1及び第2基板と、を備え、前記第1及び第2基板は、前記モータの出力軸を支持する軸受けを挟んで、前記出力軸の延出方向において相互に対向する、電動工具

請求項2

前記第1基板は、前記モータの回転検出用センサ基板、若しくは前記モータへの通電用スイッチング素子基板、又はそれらを複合した基板であり、前記第2基板は、少なくとも整流回路が設けられた電源基板、若しくは制御基板、又はそれらを複合した基板であり、前記第1基板及び前記第2基板は前記出力軸に対して略直交するように前記ハウジング内に収容され、前記第1基板が前記第2基板よりも前記モータのステータ寄りに配置されている、請求項1に記載の電動工具。

請求項3

前記第1基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、前記複数のスイッチング素子は、前記第1基板に倒した状態で設けられた第1スイッチング素子と、前記第1基板に立てた状態で設けられた第2スイッチング素子と、を含み、前記第1スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記ハウジングの前記軸受けを保持する軸受け保持部、又は前記第2基板に設けられた回路部品が延在する、請求項1又は2に記載の電動工具。

請求項4

前記モータの軸方向他方側に設けられたファンを備え、前記ハウジングの、前記モータを収容するモータ収容部は、前記第1及び第2基板の前記出力軸が延びる方向で前記モータの一方側となる位置に風窓を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の電動工具。

請求項5

交流駆動の電動工具であって、前記ハウジングは、前記モータを収容するモータ収容部と、ハンドル部と、を有し、前記ハンドル部内にフィルタ回路基板が設けられている、請求項1から4のいずれか一項に記載の電動工具。

請求項6

交流駆動の電動工具であって、モータ収容部及びハンドル部を有するハウジングと、前記モータ収容部に収容されたモータと、前記ハンドル部内に設けられたフィルタ回路基板と、を備える、電動工具。

請求項7

前記モータ収容部に収容された、前記モータへの通電用のスイッチング素子基板を備える、請求項6に記載の電動工具。

請求項8

前記ハウジングは、前記モータ収容部と前記ハンドル部とを接続する接続部を有し、前記接続部内に平滑コンデンサが設けられている、請求項5から7のいずれか一項に記載の電動工具。

請求項9

ハウジングと、前記ハウジングに収容されたモータと、前記モータの出力軸が延びる方向で前記モータの一方側において前記出力軸に対して略直交するように設けられた第1及び第2基板と、を備え、前記第1基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、前記複数のスイッチング素子は、前記第1基板に倒した状態で設けられた第1スイッチング素子と、前記第1基板に立てた状態で設けられた第2スイッチング素子と、を含み、前記第1スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記第2基板に設けられた回路部品が延在する、電動工具。

請求項10

モータと、前記モータを収容するモータ収容部と、前記モータの出力軸が延びる方向において前記モータ収容部と間隔をおいて設けられるハンドル部と、前記モータ収容部と前記ハンドル部を接続する接続部と、を有するハウジングと、前記モータ収容部に設けられ、前記モータの出力軸が延びる方向で前記モータの一方側において前記出力軸と略直交するよう設けられた第1及び第2基板と、を備え、前記第1及び第2基板は、前記モータの出力軸を支持する軸受けを挟んで、前記出力軸の延出方向において相互に対向する、電動工具。

請求項11

前記モータがブラシレスモータである、請求項1から10のいずれか一項に記載の電動工具。

技術分野

0001

本発明は、ボード用ドライバ等の電動工具に関する。

背景技術

0002

下記特許文献1は、AC駆動の電動工具において、電源回路ユニットを収容する収容室あるいは制御回路を、電動モータ径方向外側に設けた構成を開示する。下記特許文献2は、AC駆動のインパクトドライバにおいて、ハンドル部下方の基板収容部にダイオードブリッジを備えた電源回路基板制御回路基板を設けた構成を開示する。

先行技術

0003

特開2015−100887号公報
特開2015−107554号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1のように電動モータの径方向外側に回路部品を設ける構成は、ハウジングモータ収容部の大径化につながる。一方、特許文献2の構成では、2つの回路基板が基板収容部に配置されることになり、基板収容部が大型化する。

0005

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
ハウジングと、
前記ハウジングに収容されたモータと、
前記モータの出力軸が延びる方向で前記モータの一方側に設けられた第1及び第2基板と、を備え、
前記第1及び第2基板は、前記モータの出力軸を支持する軸受けを挟んで、前記出力軸の延出方向において相互に対向する。

0007

前記第1基板は、前記モータの回転検出用センサ基板、若しくは前記モータへの通電用スイッチング素子基板、又はそれらを複合した基板であり、
前記第2基板は、少なくとも整流回路が設けられた電源基板、若しくは制御基板、又はそれらを複合した基板であり、
前記第1基板及び前記第2基板は前記出力軸に対して略直交するように前記ハウジング内に収容され、
前記第1基板が前記第2基板よりも前記モータのステータ寄りに配置されてもよい。

0008

前記第1基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、
前記複数のスイッチング素子は、前記第1基板に倒した状態で設けられた第1スイッチング素子と、前記第1基板に立てた状態で設けられた第2スイッチング素子と、を含み、
前記第1スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記ハウジングの前記軸受けを保持する軸受け保持部、又は前記第2基板に設けられた回路部品が延在してもよい。

0009

前記モータの軸方向他方側に設けられたファンを備え、前記ハウジングの、前記モータを収容するモータ収容部は、前記第1及び第2基板の前記出力軸が延びる方向で前記モータの一方側となる位置に風窓を有してもよい。

0010

交流駆動の電動工具であって、前記ハウジングは、前記モータを収容するモータ収容部と、ハンドル部と、を有し、前記ハンドル部内にフィルタ回路基板が設けられてもよい。

0011

本発明のもう1つの態様は、交流駆動の電動工具であって、
モータ収容部及びハンドル部を有するハウジングと、
前記モータ収容部に収容されたモータと、
前記ハンドル部内に設けられたフィルタ回路基板と、を備える。

0012

前記モータ収容部に収容された、前記モータへの通電用のスイッチング素子基板を備えてもよい。

0013

前記ハウジングは、前記モータ収容部と前記ハンドル部とを接続する接続部を有し、前記接続部内に平滑コンデンサが設けられてもよい。

0014

本発明のもう1つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
ハウジングと、
前記ハウジングに収容されたモータと、
前記モータの出力軸が延びる方向で前記モータの一方側において前記出力軸に対して略直交するように設けられた第1及び第2基板と、を備え、
前記第1基板は、複数のスイッチング素子が設けられたスイッチング素子基板であり、
前記複数のスイッチング素子は、前記第1基板に倒した状態で設けられた第1スイッチング素子と、前記第1基板に立てた状態で設けられた第2スイッチング素子と、を含み、
前記第1スイッチング素子を倒してあることで生まれた空間に、前記第2基板に設けられた回路部品が延在する。

0015

本発明のもう1つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
モータと、
前記モータを収容するモータ収容部と、前記モータの出力軸が延びる方向において前記モータ収容部と間隔をおいて設けられるハンドル部と、前記モータ収容部と前記ハンドル部を接続する接続部と、を有するハウジングと、
前記モータ収容部に設けられ、前記モータの出力軸が延びる方向で前記モータの一方側において前記出力軸と略直交するよう設けられた第1及び第2基板と、を備え、
前記第1及び第2基板は、前記モータの出力軸を支持する軸受けを挟んで、前記出力軸の延出方向において相互に対向する。

0016

前記モータがブラシレスモータであってもよい。

0017

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

発明の効果

0018

本発明によれば、従来と比較して小型化に有利な構成の電動工具を提供することができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の実施の形態に係る電動工具1の左側断面図。
電動工具1の左側面図。
電動工具1の右側面図。
電動工具1のハウジング2内の、モータ3、メイン基板20、及びスイッチング素子基板30の近傍の拡大左側面図。
スイッチング素子基板30側から見たメイン基板20の拡大図。
メイン基板20側から見たスイッチング素子基板30の拡大図。
電動工具1の回路図。

実施例

0020

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。図1により、前後、上下の各方向を定義する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

0021

本実施の形態の電動工具1は、交流駆動のボード用ドライバ(スクリュードライバ)であって、図1に示すように、ハウジング2と、モータ(電動モータ)3と、多板摩擦クラッチ4と、先端工具装着部5と、フィルタ基板10と、第2基板としてのメイン基板20と、第1基板としてのスイッチング素子基板(IGBT基板)30と、を備える。

0022

ハウジング2は、例えば樹脂成形体であり、モータ収容部2aと、ハンドル部2bと、下側接続部2cと、上側接続部2dと、を含む。モータ収容部2aは、モータ3を内部に収容する。ハンドル部2bは、モータ収容部2aの後方に設けられる。ハンドル部2bには、使用者がモータ3への通電有無切り替えるためのトリガスイッチ(操作スイッチ)7が設けられる。ハンドル部2bには、また、図3に示すように、オンロックスイッチ43が設けられる。オンロックスイッチ43は、トリガスイッチ7から手を離してもトリガスイッチ7がオン状態を維持するように固定(ロック)するオンロックの有効、無効を使用者が切り替えるためのスイッチである。ハンドル部2bの下端部からは、図7に示す外部交流電源50に接続するための電源コード9が延びる。下側接続部2cは、モータ収容部2aとハンドル部2bの下端部とを接続する。上側接続部2dは、モータ収容部2aとハンドル部2bの上端部とを接続する。下側接続部2c内には、平滑コンデンサ25が設けられる。下側接続部2cには、使用者がモータ3の正転逆転を切り替えるための正逆切替スイッチ8が設けられる。図2及び図3に示すように、モータ収容部2aの後端部両側面には、メイン基板20の近傍かつ後方となる位置に吸気口(風窓)2fが設けられる。モータ収容部2aの前端部両側面には、ファン44の近傍となる位置に排気口(風窓)2gが設けられる。

0023

モータ3は、ここではブラシレスモータであり、ハウジング2のモータ収容部2aに収容される。モータ3の出力軸3aは、ハウジング2に支持された軸受け(ベアリング)41,42により、ハウジング2に対して回転可能に支持される。図4に示すように、モータ3は、ロータ3b及びステータ3cを含む。モータ3の出力軸3aには、ステータ3cの前方となる位置にファン44が設けられる。ファン44は、ここでは遠心ファンラジアルファン)である。

0024

多板摩擦クラッチ4は、特許文献1のねじ締め機における多板摩擦クラッチと同様の構成であり、モータ3の回転を先端工具装着部5に伝達する。先端工具装着部5は、特許文献1のねじ締め機における先端工具装着部と同様の構成であり、先端工具としてのビット6を装着保持する。先端工具装着部5には、前方から着脱可能なカバー45が取り付けられる。先端工具装着部5に装着されたビット6は、カバー45の前面(先端面)から僅かに突出する。電動工具1におけるネジ締め、ネジ外しの作業は、特許文献1のねじ締め機と同様に行うことができる。

0025

フィルタ基板10は、ハウジング2のハンドル部2bに収容される。フィルタ基板10には、図7に示すように、フィルタ回路を構成する各部品、すなわちヒューズ11、バリスタ12、パターンヒューズ13、コンデンサ14、抵抗15、及びチョークコイル16が設けられる。ヒューズ11は、スイッチング素子基板30に設けられた図7のスイッチング素子Q1〜Q6が短絡した場合の保護用である。バリスタ12は、サージ電圧吸収用である。パターンヒューズ13は、バリスタ12が働いた場合に線間ショートするのを防止する役割を持つ。コンデンサ14及びチョークコイル16は、線間のノイズ除去用である。抵抗15は、コンデンサ14の放電抵抗である。

0026

図4に示すように、メイン基板20は、モータ3の出力軸3aの後端側を支持する軸受け41の後方において、モータ3の出力軸3aと略垂直になるように設けられる。メイン基板20は、電源基板及び制御基板を複合した基板であり、電源基板としての機能、及び制御基板としての機能を併せ持つ。メイン基板20のスイッチング素子基板30側の面には、図5に示すように、制御部としての演算部(マイコン)21、IPD回路補助電源生成回路)22、整流回路としてのダイオードブリッジ23、及び電解コンデンサ24が設けられると共に、図7においてメイン基板20の枠内に示される他の各素子が設けられる。

0027

演算部21は、図7に示すように、トリガスイッチ7のオンオフ、正逆切替スイッチ8の状態、ホール素子33の出力電圧(モータ3の回転位置情報)、抵抗34の電圧(モータ3に流れる電流)等に応じて、スイッチング素子Q1〜Q6のオンオフを制御(例えばPWM制御)し、モータ3の動作(駆動、停止)を制御する。IPD回路22は、インテリジェントパワーデバイス(Intelligent Power Device)であるIPD素子22aやコンデンサ22b等により構成された回路であり、ダイオードブリッジ23及び電解コンデンサ24によって整流、平滑された電圧を例えば約18Vに降圧するDC−DCスイッチング電源回路である。IPD回路22は、集積回路であり、消費電力が小さく省エネルギーであるというメリットがある。IPD回路22の出力電圧は、図7に示すレギュレータ26によって例えば約5Vに更に降圧され、演算部21に動作電圧電源電圧)として供給される。ダイオードブリッジ23は、フィルタ基板10のフィルタ回路からの出力電圧を全波整流する。電解コンデンサ24は、サージ吸収用である。平滑コンデンサ25は、ダイオードブリッジ23の出力電圧を平滑する。

0028

図4に示すように、スイッチング素子基板30は、軸受け41の前方かつステータ3cの後方において、モータ3の出力軸3aと略垂直になるように設けられる。すなわち、メイン基板20及びスイッチング素子基板30は、軸受け41(及びそれを保持するハウジング2の軸受け保持部2e)を挟んで出力軸3aの延出方向において相互に対向する。図6に示すように、スイッチング素子基板30のメイン基板20側の面には、IGBTやFET等の複数のスイッチング素子が設けられる。この複数のスイッチング素子は、スイッチング素子基板30に倒した状態(スイッチング素子の長手方向が基板30に対して略平行)で設けられた第1スイッチング素子31と、スイッチング素子基板30に立てた状態(スイッチング素子の長手方向が基板に対して略垂直)で設けられた第2スイッチング素子32と、を含む。ここでは、図6に示すように、第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32をそれぞれ3個としている。なお、図1及び図6に示す第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32(合計6個)は、図7のスイッチング素子Q1〜Q6に対応する。なお、スイッチング素子基板30はステータ3cの後端に接続(固定)されている。

0029

図4に示すように、スイッチング素子基板30に対して第1スイッチング素子31を倒してあることで生まれた空間、すなわちスイッチング素子基板30に対して第1スイッチング素子31を立たせたら第1スイッチング素子31が存在していた空間に、ハウジング2の軸受け保持部(ベアリング室)2e、及びメイン基板20に設けられたダイオードブリッジ23等の回路部品が延在する。なお、図4において、ファン44の図示は省略している。スイッチング素子基板30には、第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32の他に、図7に示す、モータ3の回転位置を検出するためのホール素子(磁気センサ)33及びモータ3に流れる電流を検出するための抵抗34が設けられる。すなわち、スイッチング素子基板30は、モータ3の回転検出用のセンサ基板としての機能を併せ持つ。

0030

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

0031

(1)メイン基板20及びスイッチング素子基板30が、モータ3の出力軸3aの延出方向において相互に対向するように配置されるため、モータ3の径方向外側に電源回路や制御回路を設ける構成と比較して、ハウジング2のモータ収容部2aを小径化でき、電動工具1の小型化に有利である。

0032

(2)メイン基板20及びスイッチング素子基板30が、軸受け41を挟んで相互に対向するように配置され、メイン基板20に設けられたダイオードブリッジ23等の回路部品、スイッチング素子基板30に立てた状態で設けられた第2スイッチング素子32、及び軸受け41の、モータ3の出力軸3aの方向における位置が相互に重複するため、ハウジング2のモータ収容部2aの長さ増大を抑制でき、電動工具1の小型化に有利である。

0033

(3) 第1スイッチング素子31がスイッチング素子基板30に倒した状態で設けられ、第1スイッチング素子31が倒してあることで生まれた空間に、ハウジング2の軸受け保持部2e、及びメイン基板20に設けられたダイオードブリッジ23等の回路部品が延在するため、全てのスイッチング素子がスイッチング素子基板30上に立てた状態で設けられる場合と比較して、メイン基板20及びスイッチング素子基板30の対向距離縮めることができ、ハウジング2のモータ収容部2aの長さ増大を抑制でき、電動工具1の小型化に有利である。

0034

(4)スイッチング素子基板30に第2スイッチング素子32を立ててあることで、全てのスイッチング素子がスイッチング素子基板30上に倒した状態で設けられる場合と比較して、スイッチング素子基板30の面積を小さくすることができ、電動工具1の小型化に有利である。

0035

(5)モータ3のステータ3cの後方においてメイン基板20及びスイッチング素子基板30を出力軸3aの延出方向に相互に対向させ、ハウジング2の両側面にはメイン基板20及びスイッチング素子基板30の後方となる位置に吸気口2fを設けているため、ファン44の働きによって吸気口2fから取り入れられた冷却風は、メイン基板20、スイッチング素子基板30、及びモータ3を冷却して排気口2gから排気されることになり、ダイオードブリッジ23やスイッチング素子31,32等の発熱部品をモータ3と共に効率よく冷却できる。

0036

(6)フィルタ基板10がハウジング2のハンドル部2b内に設けられるため、フィルタ基板10をモータ3の径方向外側に設ける構成と比較してハウジング2のモータ収容部2aを小径化でき、電動工具1の小型化に有利であると共に、フィルタ基板10をモータ収容部2a内に設けられたスイッチング素子基板30から離間させることができ、スイッチング素子基板30が発生するノイズのフィルタ基板10への影響を抑制できる。

0037

(7)平滑コンデンサ25をメイン基板20から出してハウジング2の下側接続部2c内に設けているため、メイン基板20の面積を抑制でき、電動工具1の小型化に有利である。

0038

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

0039

電動工具1は、実施の形態で例示したボード用ドライバに限定されず、インパクトドライバ等の他の種類のものであってもよい。電動工具1は、交流駆動に限定されず、バッテリ電源とする直流駆動コードレスタイプ)であってもよい。ハウジング2は、実施の形態のようにモータ収容部2aとハンドル部2bとを下側接続部2c及び上側接続部2dによって相互に接続するD型ハウジングに限定されず、筒状のモータ収容部からハンドル部が下方に突出するT型ハウジングであってもよい。この場合、フィルタ基板10をハンドル部内に配置することで、ハンドル部下方の基板収容部を小型化できる。モータ3は、ブラシ付きモータ整流子モータ)であってもよい。

0040

1電動工具、2ハウジング、2aモータ収容部、2bハンドル部、2c 下側接続部、2d 上側接続部、2e軸受け保持部(ベアリング室)、2f吸気口(風窓)、2g排気口(風窓)、3 モータ、3a出力軸、3bロータ、3cステータ、4多板摩擦クラッチ、5先端工具装着部、6ビット(先端工具)、7トリガスイッチ(操作スイッチ)、8正逆切替スイッチ、9電源コード、10フィルタ基板、11ヒューズ、12バリスタ、13パターンヒューズ、14コンデンサ、15抵抗、16チョークコイル、20メイン基板、21演算部(マイコン)、22 IPD回路(補助電源生成回路)、22a IPD素子、22b コンデンサ、23ダイオードブリッジ、24電解コンデンサ、25平滑コンデンサ、26レギュレータ、30スイッチング素子基板(IGBT基板)、31 第1スイッチング素子、32 第2スイッチング素子、33ホール素子(磁気センサ)、34 抵抗、41,42 軸受け(ベアリング)、43オンロックスイッチ、44ファン、45カバー、50 外部交流電源

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