CN201331613Y - 一种发射率可调型光学太阳反射器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种发射率可调型光学太阳反射器,属于航天器热控领域。本实用新型的导热基片为方形片状结构,压电驱动模块用胶固定在导热基片的压电驱动模块安装槽内,光学太阳反射器放置到已经安装了压电驱动模块的基片上面,封装盖板通过螺丝与导热基片固定,封装盖板上边缘与光学太阳反射器之间用预紧弹簧连接。本实用新型可以实现光学太阳反射器发射率的间接主动调整,从而使得航天器能够在复杂的空间环境中依据自身的内部环境温度调整散热面的散热能力,提高了航天器热控的主动型和灵活性,使航天器能够执行复杂的任务,实现机动变轨,大大提高了其性能和功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发射率可调型光学太阳反射器,属于航天器热控领域。
背景技术
专利(专利号US6587263)提出的光学太阳反射器是在石英玻璃或者掺铈玻璃背面镀铝或者银金属层来获得对太阳光极低的吸收率和自身较高的发射率,从而实现航天器在轨受太阳直射时仍然具备一定的散热能力,保持航天器内部温度处于适宜状态。光学太阳反射器是目前航天器热控领域主要的热控器件之一,而目前的光学太阳反射器是固定发射率的被动热控器件,由于发射率不可调节,使得航天器面对深冷背景空间使由于光学太阳反射器仍然具有极高的反射率而不得不消耗航天器内部宝贵的能源来采用加热器进行温度补偿,这就对航天器的热控制和热设计以及整个航天器本身的性能带来了很大的限制,因此,发射率可以直接或间接地主动调节的光学太阳反射器是目前航天器所急需的。
本专利提出了一种采用压电材料的电致伸缩特性来控制光学太阳反射器与航天器散热面之间接触面积的大小,从而间接性的实现了对光学太阳反射器反射率的主动调节,使得基于光学太阳反射器的航天器热控方式由被动工作模式变为了可调整的主动工作模式,从而解决了传统被动式光学太阳反射器在工作性能主动调节方面存在的不足。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决传统光学太阳反射器因其发射率固定不变导致航天器在轨道变化时部分热控系统不能满足航天器热控需求的问题,提供一种发射率可调型光学太阳反射器。
本实用新型的目的是由以下技术方案实现的:
本实用新型的一种发射率可调型光学太阳反射器,包括导热基片、压电驱动模块、光学太阳反射器、预紧弹簧和封装盖板;导热基片为方形片状结构,上开有压电驱动模块安装槽、封装固定螺孔和安装槽到边缘的引线孔,压电驱动模块安装槽为回形结构,内镀有导电金属薄膜,该导电金属薄膜作为压电驱动模块的下电极,并经引线孔中引出导线用于电连接,压电驱动模块为能够正好嵌入压电驱动模块安装槽带银电极的回形压电陶瓷块,从压电驱动模块的银电极表面上经引线孔引出导线,用于电连接,压电驱动模块用胶固定在导热基片的压电驱动模块安装槽内,已经安装了压电驱动模块的导热基片表面镀有对红外线热辐射高反射的薄膜,光学太阳反射器为与压电驱动模块外边缘尺寸一致的片状结构,一面依次沉积银薄膜、镍铬合金膜、金膜,一面沉积氧化铟锡薄膜,光学太阳反射器镀有氧化铟锡薄膜一面朝上,放置到已经安装了压电驱动模块的基片上面,封装盖板为覆盖在导热基片与光学太阳反射器上的筒状结构,封装盖板上开有反射窗和与导热基片对应的封装固定螺孔,通过螺丝与导热基片固定,封装盖板上边缘与光学太阳反射器之间用预紧弹簧连接;
其中导热基片材料选用氧化铝、氮化铝或氧化铍中的任意一种,压电驱动模块材料选用锆钛酸铅、掺镧锆钛酸铅或铌镁锆钛酸铅中的任意一种,安装了压电驱动模块的导热基片表面镀有的对红外线热辐射高反射的薄膜为铝、金中的任意一种;光学太阳反射器材料选用玻璃片,封装盖板材料选用铝合金、钛或钛合金。
本实用新型的一种发射率可调型光学太阳反射器制作方法是:
步骤1,选择导热基片材料,加工成长度为20mm~100mm、宽度20mm~100mm、厚度在0.5mm~5mm之间的方形片状结构,导热基片为氧化铝、氮化铝或氧化铍中的任意一种;
步骤2,对步骤一完成的结构采用研磨加工工艺对上表面进行加工,使上表面的粗糙度在0.2um~1.0um之间、平面度在0.4um~1.0um之间;
步骤3,在步骤2完成的高导热基片上采用溶胶凝胶旋涂法制备一层光刻胶层,光刻胶层厚度在1um~15um之间,在80摄氏度~120摄氏度下保存10~30分钟后使光刻胶层固化;
步骤4,在步骤三完成的基片上加工出压电驱动模块安装槽,压电驱动模块安装槽为回形结构,外槽为10mm×10mm~90mm×90mm,槽宽为5mm~20mm,槽深为0.2mm~3mm,以基片中心对称分布;从压电驱动模块安装槽向基片边缘开引线孔,引线孔开孔位置任意,长度由驱动模块安装槽外边到基片侧面垂直距离决定,宽度在0.2mm~1mm之间,深度在0.25mm~3.5mm之间;基片上表面边缘开有封装螺丝孔,均布即可;
步骤5,在步骤4中完成的基片表面沉积一层导电金属薄膜,薄膜厚度在20nm~100nm之间;
步骤6,将步骤5中完成镀膜的基片放入光刻胶显影液中,显影1分钟~30分钟,从而去除了光刻胶和除压电驱动模块安装槽底之外的所有金属薄膜;
步骤7,将步骤6完成的压电驱动模块安装槽槽底的导电金属薄膜作为压电驱动模块的下电极,经引线孔引出导线用于电连接;
步骤8,选择压电陶瓷材料按照步骤4加工出的回形安装槽,对应加工出能够嵌入其中的带银电极回形压电驱动模块,且与回形槽有1mm的间隙,回形压电陶瓷块高度与回形槽深度一致,压电驱动模块为锆钛酸铅、掺镧锆钛酸铅或铌镁锆钛酸铅中的任意一种;
步骤9,在步骤7完成的压电驱动模块安装槽内填入步骤8完成的带银电极的回形压电驱动模块,从银电极表面上经引线孔引出导线,用于电连接,用空间用弹性胶固定槽边缘与回形侧面接触的部分;
步骤10,在步骤9完成的压电驱动模块安装后,在上面整体沉积一层对红外线热辐射高反射的薄膜,以提高器件的整体热控制性能,该薄膜为铝或金,薄膜厚度在10nm~50nm之间;
步骤11,在长度、宽度均比基底小10mm、厚度在0.15mm~0.20mm之间的玻璃片一面依次沉积银薄膜、镍铬合金膜、金膜,一面沉积氧化铟锡薄膜,其中银薄膜厚度为15nm~100nm之间、镍铬合金膜厚度为10nm~50nm之间和金膜厚度为10nm~50nm之间,氧化铟锡薄膜的厚度为20nm~50nm,该步骤完成了光学太阳反射器的制作;
步骤12,加工可覆盖在导热基片与光学太阳反射器上的筒状结构的封装盖板,封装盖板采用铝合金、钛或钛合金,封装盖板上开有反射窗和与导热基片对应的封装固定螺孔。其中,封装盖板外框长度与宽度尺寸与基片相同,内框与光学太阳反射器侧面有0.5mm~1mm的间隙,反射窗边缘厚度在1mm~3mm之间,且与光学太阳反射器有1mm~5mm的间隙,用于放置预紧弹簧;
步骤13,在步骤11完成的光学太阳反射器镀有氧化铟锡薄膜一面朝上,放置到步骤10完成的已经安装了压电驱动模块的基片上面,在上面安放好超弹性合金材料的预紧弹簧,然后盖上步骤12完成的封装盖板,用螺丝固定,本实用新型的发射率可调型光学太阳反射器的制作完成。
工作原理:在需要散热即驱动模块不加电时,光学太阳反射器在预紧弹簧的作用下与导热基片紧密接触,热源产生的热量就会通过导热基片传导到光学太阳发射器上,由于热量是通过热传导传递到光学太阳反射器上的,因此,此时光学太阳辐射器因吸收了较多的热量而温度升高,散热能力大大增强,根据热力学定义,此时具有较高的有效发射率;而当驱动模块加合适的电压时,压电驱动模块由于电致伸缩在厚度方向伸长,从而推动光学太阳反射器向上拱起并与导热基片脱离,由于在真空环境中,同时导热基片与光学太阳反射器相对的面上都镀有红外高反射薄膜,因此此时通过导热基片辐射到光学太阳反射器的热量极少,由于光学太阳反射器本身具有很高的发射率,因此其辐射的热量远大于吸收的热量,导致其温度下降,其辐射能力大幅度下降,即有效发射率降低,从而实现了对其有效发射率的调整。
本实用新型的有益效果是:
(1).本实用新型可以实现光学太阳反射器发射率的间接主动调整,从而使得航天器能够在复杂的空间环境中依据自身的内部环境温度调整散热面的散热能力,提高了航天器热控的主动型和灵活性,使航天器能够执行复杂的任务,实现机动变轨,大大提高了其性能和功能。
(2).本实用新型采用预紧弹簧使光学太阳反射器与导热基片之间保持较好的热接触,即使在驱动模块万一失效或者驱动电路故障的情况下仍然能够具备普通光学太阳反射器的功能。
(3).本实用新型采用很低的电压驱动控制,功耗极低,这对于能源有限的航天器来说至关重要。
(4).本实用新型的长度和宽度尺寸与传统光学太阳反射器一致,因此在安装方面与现有光学太阳反射器安装工艺完全兼容。
附图说明
图1-a为导热基片上压电驱动模块安装槽加工正视图,图1-b为导热基片上压电驱动模块安装槽加工剖视图;
图2-c为方框型压电驱动模块加工正视图,图2-d为方框型压电驱动模块加工剖视图;
图3-e为封装盖板加工正视图,图3-f为封装盖板加工剖视图;
图4为发射率可调型光学太阳反射器总体结构剖视图;
其中,1是压电驱动模块安装槽,2是引线孔,3是固定螺孔,4是封装盖板,5是预紧弹簧,6是固定螺丝,7是光学太阳反射器,8是压电驱动模块,9,弹性胶,10是导热基底。
具体实施方式
实施例1:
1.选用氧化铝陶瓷加工成长度为50mm、宽度50mm、厚度为2mm的方形片状结构;
2.对步骤1完成的结构采用研磨加工工艺对上表面进行加工,使上表面的粗糙度为0.2um、平面度为0.4um;
3.在步骤2完成的高导热基片上采用溶胶凝胶旋涂法制备一层(SU-8)光刻胶层,光刻胶层厚度为3um,在93摄氏度下保存30分钟后使光刻胶层固化;
4.在步骤3完成的基片上按照图1加工出压电驱动模块安装槽、引线孔和封装固定螺孔。其中,驱动模块安装槽的长度为40mm之间,宽度为10mm,深度为1.5mm;引线孔长度由驱动模块安装槽外边到基片外边尺寸决定,宽度为5mm,深度为1.55mm;封装螺丝孔均布即可;
5.在步骤4中完成的基片表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层钛薄膜,薄膜厚度为40nm;
6.选用带银电极的掺镧锆钛酸铅成品压电陶瓷材料并按照图2所示的结构加工出方框型压电陶瓷块;压电陶瓷方框的长度49mm,宽度为49mm,深度为1.4mm;
7.将步骤5中完成镀膜的基片放入光刻胶显影液中,显影3分钟,去除光刻胶和除压电驱动模块安装槽底之外的所有金属薄膜;
8.将步骤7完成的压电驱动模块安装槽槽底的铝薄膜作为压电驱动模块的下电极,从该金属上引出导线用于电连接;
9.在步骤8完成的电极制备的压电驱动模块安装槽内填入步骤6完成的方框型两面镀银膜的压电驱动模块,用空间用弹性胶固定槽边缘与方框侧面接触的部分,从安装于基片槽中的压电框上表面银膜上引出导线用于电连接,该银膜为压电驱动模块的上电极;
10.在完成步骤9的压电驱动模块安装后,采用磁控溅射薄膜沉积工艺在上面整体沉积一层对红外线热辐射高反射的薄膜,薄膜厚度为20nm,以提高器件的整体热控制性能;
11.在长度在45mm、宽度45mm、厚度0.25mm的高发射率玻璃片背面采用磁控溅射薄膜沉积工艺依次沉积银薄膜、镍铬合金膜和金膜,然后在表面沉积一层氧化铟薄膜,其中银薄膜厚度为15nm、镍铬合金膜厚度为10nm和金膜厚度为10nm;
12.采用铝合金加工出如图3所示的封装盖板5。其中,封装盖板5长度与宽度尺寸与基片相同,厚度为3mm,中间空腔的长度和宽度尺寸与压电框外边尺寸相同,厚度为1.5mm;
13.在步骤11完成的光学太阳反射器放置到步骤10完成的已经安装了压电驱动模块的基片上面,在上面安放好超弹性合金材料的预紧弹簧,然后盖上步骤12完成的封装盖板,用螺丝固定,就完成了发射率可调型光学太阳反射器的制作,其发射率变化范围0.32。
实施例2:
1.选用氧化铝陶瓷加工成长度为30mm、宽度30mm、厚度为1mm的方形片状结构;
2.对步骤1完成的结构采用研磨加工工艺对上表面进行加工,使上表面的粗糙度为0.2um、平面度为0.4um;
3.在步骤2完成的高导热基片上采用溶胶凝胶旋涂法制备一层(SU-8)光刻胶层,光刻胶层厚度为1um,在80摄氏度下保存30分钟后使光刻胶层固化;
4.在步骤3完成的基片上按照图1加工出压电驱动模块安装槽、引线孔和封装固定螺孔。其中,驱动模块安装槽的长度为20mm之间,宽度为10mm,深度为0.5mm;引线孔长度由驱动模块安装槽外边到基片外边尺寸决定,宽度为5mm,深度为0.55mm;封装螺丝孔均布即可;
5.在步骤4中完成的基片表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层铝薄膜,薄膜厚度为20nm;
6.选用带银电极的铌镁锆钛酸铅成品压电陶瓷材料并按照图2所示的结构加工出方框型压电陶瓷块;压电陶瓷方框的长度19mm,宽度为9mm之间,深度为0.4mm;
7.将步骤5中完成镀膜的基片放入光刻胶显影液中,显影3分钟;去除光刻胶和除压电驱动模块安装槽底之外的所有金属薄膜;
8.将步骤7完成的压电驱动模块安装槽槽底的铝薄膜作为压电驱动模块的下电极,从该金属上引出导线用于电连接;
9.在步骤8完成的电极制备的压电驱动模块安装槽内填入步骤6完成的方框型两面镀银膜的压电驱动模块,用空间用弹性胶固定槽边缘与方框侧面接触的部分,从安装于基片槽中的压电框上表面银膜上引出导线用于电连接,该银膜为压电驱动模块的上电极;
10.在完成步骤9的压电驱动模块安装后,采用磁控溅射薄膜沉积工艺在上面整体沉积一层对红外线热辐射高反射的薄膜,薄膜厚度为10nm,以提高器件的整体热控制性能;
11.在长度在25mm、宽度25mm、厚度0.15mm的高发射率玻璃片背面采用磁控溅射薄膜沉积工艺依次沉积银薄膜、镍铬合金膜和金膜,然后在表面沉积一层氧化铟薄膜,其中银薄膜厚度为15nm、镍铬合金膜厚度为10nm和金膜厚度为10nm;
12.采用铝合金加工出如图3所示的封装盖板5。其中,封装盖板5长度与宽度尺寸与基片相同,厚度为3mm,中间空腔的长度和宽度尺寸与压电框外边尺寸相同,厚度为1.5mm;
13.在步骤11完成的光学太阳反射器放置到步骤10完成的已经安装了压电驱动模块的基片上面,在上面安放好超弹性合金材料的预紧弹簧,然后盖上步骤12完成的封装盖板,用螺丝固定,就完成了发射率可调型光学太阳反射器的制作,其发射率变化范围0.53。
实施例3:
1.选用氮化铝陶瓷加工成长度为40mm、宽度40mm、厚度为2mm的方形片状结构;
2.对步骤1完成的结构采用研磨加工工艺对上表面进行加工,使上表面的粗糙度为0.3um、平面度为0.4um;
3.在步骤2完成的高导热基片上采用溶胶凝胶旋涂法制备一层(SU-8)光刻胶层,光刻胶层厚度为1.5um,在90摄氏度下保存20分钟后使光刻胶层固化;
4.在步骤3完成的基片上按照图1加工出压电驱动模块安装槽、引线孔和封装固定螺孔。其中,驱动模块安装槽的长度为30mm之间,宽度为15mm,深度为1.0mm;引线孔长度由驱动模块安装槽外边到基片外边尺寸决定,宽度为5mm,深度为1.5mm;封装螺丝孔均布即可;
5.在步骤4中完成的基片表面采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层铝薄膜,薄膜厚度为30nm;
6.选用带银电极的锆钛酸铅成品压电陶瓷材料并按照图2所示的结构加工出方框型压电陶瓷块;压电陶瓷方框的长度29mm,宽度为19mm之间,深度为0.9mm;
7.将步骤5中完成镀膜的基片放入光刻胶显影液中,显影3分钟;去除光刻胶和除压电驱动模块安装槽底之外的所有金属薄膜;
8.将步骤7完成的压电驱动模块安装槽槽底的铝薄膜作为压电驱动模块的下电极,从该金属上引出导线用于电连接;
9.在步骤8完成的电极制备的压电驱动模块安装槽内填入步骤6完成的方框型两面镀银膜的压电驱动模块,用空间用弹性胶固定槽边缘与方框侧面接触的部分,从安装于基片槽中的压电框上表面银膜上引出导线用于电连接,该银膜为压电驱动模块的上电极;
10.在完成步骤9的压电驱动模块安装后,采用磁控溅射薄膜沉积工艺在上面整体沉积一层对红外线热辐射高反射的薄膜,薄膜厚度为20nm,以提高器件的整体热控制性能;
11.在长度在35mm、宽度35mm、厚度0.25mm的高发射率玻璃片背面采用磁控溅射薄膜沉积工艺依次沉积银薄膜、镍铬合金膜和金膜,然后在表面沉积一层氧化铟薄膜,其中银薄膜厚度为20nm、镍铬合金膜厚度为20nm和金膜厚度为20nm;
12.采用铝合金加工出如图3所示的封装盖板5。其中,封装盖板5长度与宽度尺寸与基片相同,厚度为2mm,中间空腔的长度和宽度尺寸与压电框外边尺寸相同,厚度为1.0mm;
13.在步骤11完成的光学太阳反射器放置到步骤10完成的已经安装了压电驱动模块的基片上面,在上面安放好超弹性合金材料的预紧弹簧,然后盖上步骤12完成的封装盖板,用螺丝固定,就完成了发射率可调型光学太阳反射器的制作,其发射率变化范围0.68。
Claims (9)
1.一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:包括导热基片、压电驱动模块、光学太阳反射器、预紧弹簧和封装盖板;导热基片为方形片状结构,上开有压电驱动模块安装槽、封装固定螺孔和安装槽到边缘的引线孔,压电驱动模块安装槽为回形结构,内镀有导电金属薄膜,该导电金属薄膜作为压电驱动模块的下电极,并经引线孔中引出导线用于电连接,压电驱动模块为能够正好嵌入压电驱动模块安装槽带银电极的回形压电陶瓷块,从压电驱动模块的银电极表面上经引线孔引出导线,用于电连接,压电驱动模块用胶固定在导热基片的压电驱动模块安装槽内,已经安装了压电驱动模块的导热基片表面镀有对红外线热辐射高反射的薄膜,光学太阳反射器为与压电驱动模块外边缘尺寸一致的片状结构,一面依次沉积银薄膜、镍铬合金膜、金膜,一面沉积氧化铟锡薄膜,光学太阳反射器镀有氧化铟锡薄膜一面朝上,放置到已经安装了压电驱动模块的基片上面,封装盖板为覆盖在导热基片与光学太阳反射器上的筒状结构,封装盖板上开有反射窗和与导热基片对应的封装固定螺孔,通过螺丝与导热基片固定,封装盖板上边缘与光学太阳反射器之间用预紧弹簧连接;
其中导热基片材料选用氧化铝、氮化铝或氧化铍中的任意一种,压电驱动模块材料选用锆钛酸铅、掺镧锆钛酸铅或铌镁锆钛酸铅中的任意一种,安装了压电驱动模块的导热基片表面镀有的对红外线热辐射高反射的薄膜为铝、金中的任意一种;光学太阳反射器材料选用玻璃片,封装盖板材料选用铝合金、钛或钛合金。
2.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:导热基片的长度为20mm~100mm、宽度20mm~100mm、厚度在0.5mm~5mm,上表面的粗糙度在0.2um~1.0um之间、平面度在0.4um~1.0um之间。
3.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:压电驱动模块安装槽的外槽为10mm×10mm~90mm×90mm,槽宽为5mm~20mm,槽深为0.2mm~3mm,以基片中心对称分布。
4.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:引线孔开孔位置任意,长度由驱动模块安装槽外边到基片侧面垂直距离决定,宽度在0.2mm~1mm之间,深度在0.25mm~3.5mm之间。
5.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:压电驱动模块安装槽底沉积的导电金属薄膜,薄膜厚度在20nm~100nm之间。
6.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:压电驱动模块高度与与压电驱动模块安装槽深度一致,四周有1mm的间隙。
7.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:已经安装了压电驱动模块的导热基片表面镀有对红外线热辐射高反射的薄膜,薄膜厚度在10nm~50nm之间。
8.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:光学太阳反射器的长度、宽度均比导热基片小10mm、厚度在0.15mm~0.20mm,其一面沉积银薄膜,薄膜厚度为15nm~100nm,镍铬合金膜,薄膜厚度为10nm~50nm,金膜,薄膜厚度为10nm~50nm,另一面沉积的氧化铟锡薄膜,薄膜厚度为20nm~50nm。
9.如权利要求1所述的一种发射率可调型光学太阳反射器,其特征在于:封装盖板外框长度与宽度尺寸与导热基片相同,内框与光学太阳反射器侧面有0.5mm~1mm的间隙,反射窗边缘厚度在1mm~3mm,且与光学太阳反射器有1mm~5mm的间隙。
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CNU2008201829074U CN201331613Y (zh) | 2008-12-22 | 2008-12-22 | 一种发射率可调型光学太阳反射器 |
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Cited By (2)
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CN101458349B (zh) * | 2008-12-22 | 2010-12-22 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 | 一种发射率可调型光学太阳反射器 |
CN110531483A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-12-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种快速反射镜装置 |
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2008
- 2008-12-22 CN CNU2008201829074U patent/CN201331613Y/zh not_active Expired - Lifetime
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CN101458349B (zh) * | 2008-12-22 | 2010-12-22 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 | 一种发射率可调型光学太阳反射器 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20091021 Effective date of abandoning: 20081222 |