JP2005162112A - 車体補強構造、及び車体補強部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車体補強部材9の内、バー10a、10bと、サポート部材14とは、揺動可能に連結されている。これにより、内倒れによって発生するサポート部材14を変位させる力と、車両前後方向縦断面上に発生する曲げによって発生するサポート部材14を変位させる力とが重合され、これによって、粘弾性部材15自体の単位時間当たりの変位量を増大させる。粘弾性部材15の変形に伴う単位時間当たりの変位量を増大させると、これに比例して粘弾性部材15の減衰力も増大することになり、結果的に、このような減衰力の増大により、振動の収束性を向上できる。
【選択図】 図5
Description
また、棒状の車体補強部材によって左右のサスペンションタワーにおける2ヶ所のみを固定するだけでなく、この車体補強部材の左右側のそれぞれ所定部分から後方側に向けて、それぞれ棒状の補強部材を延設させて、例えば、エンジンルームの後端部に固定する補強技術も知られている。
このように車体補強部材により、車体に対して車幅方向だけでなく、車両前後方向についても固定することになり、上述の車幅方向の略縦断面上における内倒れだけでなく、例えば前輪が押し上げられた時に発生する、車両前後方向の略縦断面上における曲げについても、強固な補強により抑制することが可能となる。
ところで、上述のように車体補強部材を、サスペンションタワーとエンジンルームの後端部とで固定する構造においては、車幅方向の縦断面上の内倒れや、車両前後方向の縦断面上の曲げとを効果的に抑制することが可能となり、車体構造の強度を極めて強化することができるが、一方で以下のような問題が生じる。
つまり、このような車体補強部材により追加的に車体を補強した場合には、強固な車体補強部材に比べて、車体自体は応力に対して変形しやすい構造であるため、車体補強部材を取付ける部分や、この部分と構造上関連する部分の強度を極めて強固にしていないと、車体に対して局所的に応力が集中してしまう虞がある。
これにより、応力が集中する部分では、車体のパネル同士を接合している一部の接合部の接合が外れてしまうなどの破損を生じてしまい、車体剛性を低下させたり、車体振動に伴って騒音を発する等の不具合を発生させる要因となる。
そこで、局所的に応力が集中する部分を強固に補強することが考えられるが、このような補強には、更なる補強部材を追加することになり、車重が増大するといった問題がある。
この技術によれば、車体の局所的な応力集中を抑制しながら、例えば車両前後方向の縦断面上において、車両内方部分を上や下に変位させるような曲げに対し、減衰部材によりこの曲げを減衰させつつ、これを低減することが可能となる。
通常、例えば、上述の内倒れや、曲げによって車体は一瞬変形するが、こうした変形後は、この変形に起因して車体の所定部分が振動し、その後収束することなる。
そして、新たな問題とは、車体のこうした振動を、車体補強部材によって収束させようとしても、振動の大きさはある程度は低減できるものの、早急には振動を収束させることができないことである。
これは、車体構造が比較的大型であるために、振動が大きな周期で行われことに起因しており、このように振動の周期が大きいことから、減衰部材による大きな減衰力が発生していないことによるものと考えられる。
具体的には、一般に、減衰部材が発生させる減衰力は、減衰部材自体の変形による単位時間当たりの変位量(つまり、変位速度)が大きければ、減衰力を増大できる。しかしながら、上述のように大きな周期での変動が行われた場合には、減衰部材の単位時間当たりの変位量は小さく、よって、減衰部材の減衰力は増大されず、振動を早急に収束させることは困難となってしまう。
一方、減衰力を増大させるためには、減衰部材自体の減衰性、例えば減衰係数を大きくすることによっても、減衰力の増大が可能であることから、従って減衰性の大きい減衰部材を使用することが考えられる。しかしながら、この場合、減衰性を大きくすることは、つまり、車体補強部材とこの車体補強部材が連結される車体の一部との間の連結を強化することになり、減衰部材を用いることで積極的に防止できていた局所的な応力集中が、再び頻発し、車体剛性の低下を再発させるといった問題が、発現することになる。つまり、減衰部材の減衰性を高めると、車体の局所的な応力集中が防止できず、減衰部材の減衰性を低下させると、車体の振動を早急に収束することができないのである。
本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、左右のサスペンション支持部を架け渡すよう連結される車体補強部材に関し、車体補強部材と、車体補強部材が連結される車体部分とを、減衰部材を介して連結させるとともに、これにより減衰部材において発生する単位時間当たりの変位量を増大させることで、車体の局所的な応力集中を抑制しつつ、車体振動の収束性を向上させ、これにより、車両重量を増大させることなく、総合的に高い車体剛性の維持を図ることにある。
このような構成により、車体補強部材は、サスペンション支持部とは別の車体部分において、減衰部材を介して支持されているため、強固な補強構造としての車体補強部材によって、走行によって外部から車体構造に作用する力に起因する変位を、直接的に抑制するのではなく、減衰部材に吸収させながら、低減させることができる。
また、この場合において、この外部からの作用力に起因して車体は振動を生じることになるが、この振動による車体部分の変位の単位時間当たりの変位量を、変位拡大機構により増大させることで、振動を早期に収束させることが可能となる。これにより、従来のように、こうした振動を抑制するために車両重量を増大させて車体の剛性を大幅に強化しなくても、高い車体剛性を維持することが可能となる。
このような構成によれば、減衰部材により、走行中に車輪が路面から受ける力等により生じる、車両前後方向の略縦断面上における曲げを抑制できる。
このような構成によって、変位拡大機構は、少なくとも2本の連結部材と、この連結部材に連結され、且つ減衰部材を介して車体部分に接続される支持部材とから成る。そして、各連結部材が、支持部材に対して揺動可能となるよう連結されることで構成される。従って、非常に簡単な構成で、曲げによる車体部分の変位に同期させて、減衰部材自体の変位を行わせることが可能となる。
このような構成によって、少なくとも2本の連結部材の揺動が支持部材の所定位置を中心として同軸上で行われるため、連結部材や支持部材自体における設置姿勢の変動、つまり、設置姿勢のふらつきを低減でき、これによって、いわゆるガタの抑制できることで、減衰力を安定して発生させることが可能となる。
このような構成により、上述の請求項1記載の発明と同じように、走行により車体構造に発生する変位を、減衰部材に吸収させながら低減できるとともに、変位拡大機構により、振動を早急に低減可能な車体補強部材を提供できる。
これによって、従来のように、こうした振動を抑制できるよう車両重量を増大させ車体剛性を大幅に強化しなくても、高い車体剛性を維持することが可能となる。
また、この場合において、こうした上下力等に起因して車体は振動を生じることになるが、この振動による車体部分で発生する単位時間当たりの変位量を、変位拡大機構により増大させることで、振動を早期に収束させることが可能となる。これにより、従来のように、こうした振動を抑制できるよう車両重量を増大させて車体の剛性を大幅に強化しなくても、高い車体剛性を維持することが可能となる。
図1は、第1の実施形態にかかる補強された車体1を示す概略斜視図であり、車両前方部1aのエンジンルーム2に関し、このエンジンルーム2を覆うフード(図示せず)を取り除いた状態を図示している。
図1によると、車両前方部1aのフロントガラス3の前方には図示しないエンジンやエンジンの補機部品を搭載可能なエンジンルーム2が形成されており、エンジンルームの後端部のカウル部4から下方に架けてエンジンルームの後端壁5が形成されている。
また、エンジンルーム2の車幅方向における左右には、前輪のサスペンションにおけるダンパなどから成る緩衝装置6の頂部を支持するとともに各サスペンションを格納するサスペンションタワー(サスペンション支持部)7が形成されており、それぞれのサスペンションタワー7の下方側は、車両の前後方向に延設された左右のフレームの一部を形成するフロントフレーム8に構造的に接続されている。
図2は、この減衰部11付近の構造を詳細に示した概略平面図であり、また図3は、図1において減衰部11近傍に関するA−A断面である。
尚、本実施形態では、減衰部材として、粘弾性材料であるビスコエラスティックマテリアルを用いるが、これに限定されるものではなく、合成ゴムなど、入力された力に対して減衰作用を備えた弾性部材であってもよい。また、粘弾性材料を用いるのであれば、ビスコエラスティックマテリアルに限定されず、剛性Kが、50から4000[N/mm]で、減衰係数Cが、0.5から30[N・sec/mm]の特性を持つ粘弾性材料であってもよい。
また、サポート部材13、14と、粘弾性部材15とは略水平方向と平行になるよう配置されており、これにより、バー10a、10bは後端壁5に対して、水平方向上における比較的大きな変位を許容可能となっている。
図4に示すように、サポート部材14の貫通孔14cの内周側には、円筒状のスリーブ14dが、貫通孔14cに対して回転可能に嵌合されており、スリーブ14dの長手方向の長さは、サポート部材14の厚さよりも長いものが用いられる。一方、各バー10a、10bには、貫通孔10ccが形成されている。ボルト14aは、このスリーブ14d内の孔部と、バー10a、10bの貫通孔10ccとを貫通し、ナット14bにより締結される。これにより、サポート部材14と、各バー10a、10bとは、それぞれ、略水平面上で、車幅方向あるいは前後方向に揺動可能となる。
また、図3にて示すように、サポート部材13、14と、粘弾性部材15とは、車幅方向から見て、全体的に緩やかに上方に凸となるよう形成されており、更に、図3のC−C断面を示す図6にて示すように、車両前後方向から見ても、全体的に緩やかに上方に凸となるよう形成されている。
一方、各サスペンションタワー7に固定されたそれぞれバー10a、10bは、エンジンルーム2の後端壁5に対する、水平方向の変位を許容するように粘弾性部材15を介して配置されることになる。これによって、車両の走行中、車輪が路面から受ける上下力や旋回中に受ける横力等により発生する、車両前後方向の略縦断面において車両内方部を上や下に変位させるよう発生する車体の曲げ(以下、車両前後方向の縦断面上の曲げと称す)や、車両内方側において車両前後方向に延びる前後軸を略中心とする車体の捩れを低減可能となる。
つまり、こうした車両前後方向の略縦断面上の曲げや、捩れに対しては、強固な構造によって抑制するよりも、寧ろ、粘弾性部材15によって、変位を許容しつつ、粘弾性部材15の減衰作用を利用して、これを低減することになる。従って、曲げや捩れにより、粘弾性部材15には、後端壁5に対して、水平方向で変位する変形が生じることから、この後端壁5を利用して、曲げや捩れによりにより局所的に集中する応力を、粘弾性部材15に吸収させながら確実に抑制することが可能となる。
この場合において、本実施形態では、フロントフレーム8とサスペンションタワー7とは接続状態にあり、フロントフレーム8に固定されたバー10a、10bがサポート部材14に対して、車両前後方向あるいは車幅方向に揺動可能となるよう構成することにより、フロントフレーム1の振動による単位時間当たりの変位量を増大させ、これにより減衰力を増大させて、こうした振動の収束性を向上させている。
今、前輪の左右の一方輪が石の上の乗り越えるなどした場合、この一方輪を支持するサスペンションの緩衝装置6には、この緩衝装置6を中心として上方に指向する力が発生する。こうした力により、エンジンルーム2の下方側に位置するフロントフレーム8の前方側先端は、フロントフレーム8の後端壁5が接続する部分周辺8aにおいて比較的強度が若干低下していることにより、この周辺8aを中心として、車幅方向から見て上方且つ斜め後方に曲げられるよう変位することになる。この変位により、サスペンションタワー7も上方且つ斜め後方に変位することになり(図5のDl)、よって、サスペンションタワー7に固定されたバー10a、10bに連結されたサポート部材14は後方側に変位する(Dlr)。その後、このような曲げに対する復元力が発生して、各部位がそれぞれ逆方向に変位し、これを繰り返すことで振動が行われることになる。
この場合、後端壁5に対するこうした車両前後方向の縦断面上の曲げや内倒れによる影響は小さいため、後端壁5、延いては後端壁に直接的に固定されたサポート部材13の変位は小さく、よって、後端壁5とサポート部材14とを粘弾性部材15を介して接続することで、粘弾性部材15自体に減衰力が発生し、これらの振動の低減が可能となる。
つまり、車輪等からの外力により、上述の車両前後方向で縦断面上の曲げの振動と、内倒れによる振動とは同時に発生することになるが、こうした振動は、高い頻度で、略同じ方向を指向して行われることになる。つまり、内倒れによりサポート部材14を後方側に変位させている時には、これに同期して車両前後方向の曲げによりサポート部材14が後方側に変位されており、逆に、内倒れによりサポート部材14が前方側に変位されている時には、これに同期して車両前後方向の曲げによりサポート部材14が前方側に変位されているような状態になる。
これらの変位状態により、粘弾性部材15自体が変形することによる単位時間当たりの変位量は、増大されることになる。
これに対し、減衰部材の減衰係数を大きくすることを考えた場合、減衰係数を増大すると、一般に弾性が高くなって減衰部材の硬度が大きくなるとされ、サポート部材14と、後端壁5との間の連結を強化することになる。その結果、このような連結強化により、局所的な応力集中が再発することになり、よって、車体剛性の強化と、車重軽減との両立を図ることは困難となる。
従って、粘弾性部材15による大きな減衰力によって、車両前後方向の縦断面上における曲げと、内倒れとが積極的に抑制されることになり、早急に振動が減衰され、車体振動の収束性の向上が図れるのである。
これは、車両内方側において車両前後方向に延びる前後軸を略中心として発生する車体の捩れを効果的に抑制するためである。つまり、この捩れにより、減衰部11が設置される後端壁5は、前後軸を中心とする略円周上の車幅方向に変位する。従って、粘弾性部材15および、サポート部材13、14は、粘弾性部材15の弾性力がこのような変位方向に合わせて作用し易いように、前後軸を中心とする略円弧となるよう湾曲形成されるものであり、これにより、捩りをより確実に粘弾性部材15に吸収させてこれを抑制できる。
これは、車両前後方向の縦断面上における曲げを積極的に抑制するためである。
つまり、このような曲げは、車体全体を緩やかに撓らすように発生するが、これにより減衰部11が設置される後端壁5は、車幅方向から見て、サポート部材14に対し、車体1より下方側を中心として円弧を描くように変位することになる。従って、粘弾性部材15および、サポート部材13、14は、粘弾性部材15の弾性力がこのような変位方向に合わせて作用し易いように、全体的に緩やかに上方に凸となるよう形成される。これにより、前後方向の縦断面上における曲げをより確実に粘弾性部材15に吸収させて、これを抑制できる。
尚、粘弾性部材15および、サポート部材13、14における車幅方向上の湾曲の曲率は、車両前後方向上の湾曲の曲率よりも大きく設定されている。これは、車両前後方向の縦断面上の撓りに起因する変位に関する、その変位の曲率の中心と粘弾性部材15との距離よりも、車体の捩れに起因する変位に関する、その変位の曲率の中心(つまり、捩れの前後軸上の点)と粘弾性部材15との距離の方が、短いためである。
また、粘弾性部材15および、サポート部材13、14における、このような緩やかな凸形状は、必ずしも必要ではなく、粘弾性部材15および、サポート部材13、14は平坦面を有する形状であってもよい。
図7は、第1の実施形態を変形した第2の実施形態を示しており、この図のように、ブラケット12を、後端壁5のカウル4の裏面に固定してもよく、このような構成により、第1の実施形態と同様な効果を有す。
図8は、本発明を車体後部に適用した第3の実施形態を示している。
図8にて図示するように、車両後部16のトランクルーム17の左右には、後輪のサスペンションの緩衝装置18の頂部を支持するとともに、後輪のサスペンションを格納するサスペンションタワー19が形成されており、トランクルーム17の中心部分のフロア20には、図示しないスペアタイヤを格納可能なスペアタイヤ格納部21が凹状に形成させている。
尚、車体補強部材22は、車幅方向から見て、減衰部24からバー23a、23bが斜め前方の上方に傾斜するよう延設されている。
この減衰部24の構成は、第2の実施形態にて上述し、図5にて図示する減衰部11と基本的に同じであるが、ブラケット12において、サポート部13が前端壁21aと略面一であって、サポート部13に固定される面が前端壁21aに接触し、ボルト12bにより固定される点で相異する。
このような構成によっても、バー23a、23bと、サポート部材14とは、左右のサスペンションタワー19を連結しているため、後輪側における車幅方向の縦断面上において発生する曲げ(内倒れ)を、抑制することが可能であり、車体剛性を高めることができる。
一方、車幅方向の略縦断面上において発生する内倒れによっても、第1の実施形態と同様に、車体後部構造が変形して振動し、その後収束するが、このような振動によってもサスペンションタワー19に間接的に接続されたサポート部材14は、車幅方向から見て、バー23a、23bが延設する方向である斜め前後方向に変位することになる。
そして、曲げによる振動の変位と内倒れによる振動の変位とは、高い頻度で同じ方向となるため、第2実施形態においても、粘弾性部材15自体の変形による単位時間当たりの変位量を向上でき、これにより、粘弾性部材15による減衰力を増大させることで、車体振動の収束性を向上できる。
例えば、サポート部材14に1つの貫通孔14を形成し、それぞれのバー10a、10bを、ボルト14sとこれに対応するナットによって、連結させても良い。(図2のボルト14s参照)このような構成により、バー10a、10bは、1つの貫通孔を同軸として揺動可能となるため、各バー10a、10bのそれぞれが揺動した場合における、サポート部材14の姿勢の変位が抑制され、振動のガタを防止できる。
2:エンジンルーム
5:後端壁
7、19:サスペンションタワー(サスペンション支持部)
8:フロントフレーム
9、22:車体補強部材
10a、10b、23a、23b:バー(連結部材)
10cc:貫通孔
11:減衰部
14:サポート部材(支持部材)
14c:貫通孔
14d:スリーブ
15:粘弾性部材(減衰部材)
21:スペアタイヤ格納部
Claims (5)
- 左右のサスペンションの緩衝装置を支持する各サスペンション支持部近傍の車体に対して架け渡されるように固定される車体補強部材において、
上記車体補強部材は、上記サスペンション支持部近傍以外の車両内方側の車体部分に対して、該車体部分と該車体補強部材との間に発生する変位を抑制する減衰部材を備えているとともに、
該減衰部材に対する単位時間当たりの変位量を増大させる変位拡大機構を備えていることを特徴とする車体補強構造。 -
上記減衰部材は、車両前後方向の略縦断面上において、車両内方部を上方向あるいは下方向に変位させるような車体の曲げを減衰可能となるように設けられることを特徴とする請求項1記載の車体補強構造。 -
上記車体補強部材は、上記減衰部材を介して上記車体部分に支持される支持部材と、該支持部材と上記左右のサスペンション支持部近傍の車体とを連結する少なくとも2本の連結部材とから構成されるとともに、
上記変位拡大機構は、この各連結部材が、該支持部材に対して車両前後方向あるいは車幅方向に揺動可能となるよう連結されることを特徴とする請求項1記載の車体補強構造。 - 上記各連結部材は、各連結部材の揺動が上記支持部材の所定位置において同軸で行われるように、該支持部材の1箇所の所定位置において連結されることを特徴とする請求項3記載の車体補強構造。
- 車両に設けられた左右のサスペンションの緩衝装置を支持する各サスペンション支持部近傍の車体に対して、架け渡されるように固定される車体補強部材において、
上記サスペンション支持部近傍以外の車両内方側の車体部分に対して連結される該車体補強部材の一部に、該車体部分と該車体補強部材との間に発生する変位を減衰するように設けられる減衰部材と、
該減衰部材に対する単位時間当たりの変位量を増大させる変位拡大機構とを備えたことを特徴とする車体補強部材。
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