JP2007107568A - Fixed constant velocity universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。 The present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and more particularly to a fixed type constant velocity joint that is used in a power transmission system of an automobile or various industrial machines and allows only angular displacement between two axes of a driving side and a driven side. It relates to a universal joint.
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型(BJ)やアンダーカットフリー型(UJ)が広く知られている。 For example, there is a fixed type constant velocity universal joint as a kind of constant velocity universal joint used as means for transmitting rotational force from an engine of an automobile to wheels at a constant speed. This fixed type constant velocity universal joint has a structure in which two shafts on the driving side and the driven side are connected and the rotational torque can be transmitted at a constant speed even if the two shafts have an operating angle. In general, as the above-mentioned fixed type constant velocity universal joint, a Barfield type (BJ) and an undercut free type (UJ) are widely known.
例えば、BJタイプの固定式等速自在継手は、図7に示すように内球面1に複数のトラック溝2が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪3と、外球面4に外輪3のトラック溝2と対をなす複数のトラック溝5が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪6と、外輪3のトラック溝2と内輪6のトラック溝5との間に介在してトルクを伝達する複数のボール7と、外輪3の内球面1と内輪6の外球面4との間に介在してボール7を保持するケージ8とを備えている。複数のボール7は、ケージ8に形成されたポケット9に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
For example, a BJ type fixed type constant velocity universal joint has an
この等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、外輪3のトラック溝2の曲率中心O1と内輪6のトラック溝5の曲率中心O2とを、ボール中心Oを含む継手中心面Pに対して等距離fだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている。このようにトラックオフセットを設けたことにより、両トラック溝2,5のそれぞれは、その軸方向中央から外輪底側で浅く、外輪開口側で深くなっており、その結果、外輪3の底側から開口側へ向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。
In this constant velocity universal joint, to a structure capable of having a large operating angle, and a curvature center O 2 of the
外輪3および内輪6の両トラック溝2,5のそれぞれは、軸方向に沿う断面が前述の曲率中心O1,O2を持つ単一の円弧面形状を有する。図8(a)は外輪3の内球面1に形成されたトラック溝2、同図(b)は内輪6の外球面4に形成されたトラック溝5をそれぞれ示す横断面図である。同図に示すようにトラック溝2,5の横断面形状は、ボール7の半径rよりも大きな曲率半径Rで機械加工または冷間鍛造などにより形成されたゴシックアーチ状であり、このゴシックアーチ状としたことにより、トラック溝2,5とボール7との接触はアンギュラ接触となっている。ボール7は、トラック溝2,5に対する接触角αをなすボール接触中心Pにて楕円形状の接触面(接触楕円M)および接触率でもってトラック溝2,5と接触している(例えば、特許文献1〜6参照)。
Each of the
ここで、ボール7のトラック溝2,5に対する接触角α(以下、ボール接触角と称す)とは、ボール7の中心Oを基準としてボール7とトラック溝2,5とが接触するボール接触中心Pとトラック溝5の溝底中心Qとのなす角度を意味する。
Here, the contact angle α of the
また、ボール接触中心Pとは、トラック溝2,5とボール7との接触により形成される楕円形状の接触面(接触楕円M)における長軸と短軸とが交わる点を意味する。この長軸は、接触楕円Mの長手方向における最も長い部分となる軸をいい、短軸は、前述の長軸と直交する短手方向における最も長い部分となる軸をいう。
The ball contact center P means a point where the major axis and the minor axis of the elliptical contact surface (contact ellipse M) formed by the contact between the
さらに、ボール7のトラック溝2,5に対する接触率(以下、ボール接触率と称す)とは、ボール7の半径rに対するゴシックアーチ状の円弧面を形成する曲率半径Rの比(R/r)であり、このボール接触率が大きくなれば、前述の接触楕円Mが小さくなり、逆に、ボール接触率が小さくなれば、接触楕円Mが大きくなる。
Further, the contact ratio of the
この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪3を従動軸に連結し、内輪6に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、図9に示すように外輪3と内輪6との間に作動角が付与されると、ケージ8に収容されたボール7は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
ところで、前述した従来の固定式等速自在継手では、外輪3および内輪6とも、ボール接触角およびボール接触率は、通常、トラック溝2,5の軸方向中央あるいはその軸方向中央から離隔した軸方向両端のいずれも同一であるため、図9に示すように外輪3と内輪6とが高作動角をとり、かつ、ある程度大きなトルクを受けた場合、トラック溝2,5の軸方向両端の浅い側あるいは深い側のいずれにおいても、トラック溝2,5とボール7の接触楕円Mがトラック溝2,5から食み出すことになる。
By the way, in the above-mentioned conventional fixed type constant velocity universal joint, the ball contact angle and the ball contact rate of the
つまり、図10(a)は外輪3と内輪6が高作動角をとった時に、外輪3から最も飛び出そうとする位相にあるボール7と外輪3のトラック溝2の位置関係を示し、この場合、ボール7は外輪3のトラック溝2の深い側に位置することになる。なお、同図に示すように外輪3の開口端には、外輪3と内輪6が高作動角をとった時に、内輪6に連結されたシャフト(図示せず)が外輪3と干渉することを防止するためにチャンファ部10が設けられている。また、同図(b)は外輪3の最も奥に入る位相にあるボール7と外輪3のトラック溝の位置関係を示し、この場合、ボール7は外輪3のトラック溝2の浅い側に位置することになる。
That is, FIG. 10A shows the positional relationship between the
このように外輪3のトラック溝2の深い側に位置するボール7は、そのトラック溝2との接触楕円Mがトラック溝2から食み出し、これと同様に、外輪3のトラック溝2の浅い側に位置するボール7についても、そのトラック溝2との接触楕円Mがトラック溝2から食み出すことになる。これは、ボール7が内輪6のトラック溝5の浅い側に位置する場合、あるいはボール7が内輪6のトラック溝5の深い側に位置する場合も同様である。
In this way, the
このような接触楕円Mの食み出しが発生すると、トラック溝2,5を損傷するおそれがあり、外輪3および内輪6の強度を維持することが困難となって継手の寿命を低下させるという問題があった。
When such protrusion of the contact ellipse M occurs, the
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、外輪と内輪が高作動角をとった時、トラック溝の浅い側に位置するボールあるいは深い側に位置するボールのいずれについても、トラック溝との接触楕円が食み出すことがないようにし得る固定式等速自在継手を提供することにある。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a ball positioned on the shallow side of the track groove or on the deep side when the outer ring and the inner ring have a high operating angle. It is an object of the present invention to provide a fixed type constant velocity universal joint that can prevent any contact ellipse with a track groove from protruding for any of the balls positioned.
前述の目的を達成するため、本発明は、内球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材と、外球面に外方部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外方部材の内球面と内方部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手において、以下の点を特徴とする。
(i)外方部材および内方部材の両トラック溝のボール接触率をトラック溝の軸方向中央(もしくは継手中心位置)から軸方向両端へ向けて漸次大きくしたこと。
(ii)外方部材および内方部材の両トラック溝の軸方向両端で、ボール接触中心を境界として、トラック溝底側と反対側のトラック溝開放側のボール接触率をトラック溝底側のボール接触率よりも大きくしたこと。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides an outer member in which a plurality of track grooves are formed on the inner spherical surface along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, and a track groove of the outer member is paired with the outer spherical surface. Torque is transmitted between an inner member in which a plurality of track grooves are formed along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, and between the track groove of the outer member and the track groove of the inner member. A fixed type constant velocity universal joint including a plurality of balls and a cage for holding the balls interposed between the inner spherical surface of the outer member and the outer spherical surface of the inner member is characterized by the following points.
(I) The ball contact rate of both track grooves of the outer member and the inner member is gradually increased from the axial center (or joint center position) of the track groove toward both axial ends.
(Ii) The ball contact rate on the track groove bottom side opposite to the track groove bottom side, with the ball contact center as a boundary, at both ends in the axial direction of both track grooves of the outer member and the inner member. The contact rate must be greater.
本発明における(i)では、外方部材および内方部材の両トラック溝のボール接触率をトラック溝の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次大きくしたことにより、外方部材と内方部材とが高作動角をとった場合、トラック溝の軸方向両端に位置するボールについて、トラック溝との接触楕円全体を従来の場合よりも小さくすることができることから、その接触楕円がトラック溝から食み出すことを未然に防止できる。 In (i) of the present invention, the outer member and the inner member are obtained by gradually increasing the ball contact ratio of both the track grooves of the outer member and the inner member from the center in the axial direction of the track groove toward both ends in the axial direction. Since the contact ellipse with the track groove can be made smaller than the conventional case for the balls positioned at both ends in the axial direction of the track groove, the contact ellipse is eroded from the track groove. It can be prevented in advance.
本発明における(ii)では、外方部材および内方部材の両トラック溝の軸方向両端で、ボール接触中心を境界として、トラック溝底側と反対側のトラック溝開放側のボール接触率をトラック溝底側のボール接触率よりも大きくしたことにより、外方部材と内方部材とが高作動角をとった場合、トラック溝の軸方向両端に位置するボールについて、トラック溝との接触楕円のうち、トラック溝開放側の半楕円部分をトラック溝底側の半楕円部分よりも小さくすることができることから、その接触楕円がトラック溝から食み出すことを未然に防止できる。 In (ii) of the present invention, the ball contact rate on the track groove open side opposite to the track groove bottom side is defined as the track at both ends in the axial direction of both track grooves of the outer member and the inner member with the ball contact center as a boundary. When the outer member and the inner member have a high operating angle by increasing the ball contact rate on the groove bottom side, the ball located at both ends in the axial direction of the track groove has an elliptical contact with the track groove. Among them, since the semi-elliptical part on the track groove open side can be made smaller than the semi-elliptical part on the track groove bottom side, it is possible to prevent the contact ellipse from protruding from the track groove.
また、本発明では、外方部材および内方部材のトラック溝のボール接触角を、トラック溝の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次小さくすることが望ましい。
このように外方部材および内方部材の両トラック溝のボール接触角をトラック溝の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次小さくすれば、そのトラック溝の軸方向両端で、トラック溝とボールの接触楕円がトラック溝の底側に接近することになり、その接触楕円の食み出しをより一層抑止することができる。
In the present invention, it is desirable that the ball contact angles of the track grooves of the outer member and the inner member are gradually reduced from the center in the axial direction of the track groove toward both ends in the axial direction.
Thus, if the ball contact angles of the track grooves of the outer member and the inner member are gradually reduced from the center in the axial direction of the track groove toward the both ends in the axial direction, the track groove and the ball at both ends in the axial direction of the track groove. The contact ellipse approaches the bottom side of the track groove, and the protrusion of the contact ellipse can be further suppressed.
なお、本発明は、軸方向の断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外方部材および内方部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手や、軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝を持つ外方部材および内方部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手のいずれにも適用可能である。また、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。 Note that the present invention relates to a barfield type fixed constant velocity universal joint including an outer member and an inner member having track grooves having a single arcuate cross section in the axial direction, and parallel to the axial direction. The present invention can be applied to both an outer member having a track groove having a straight bottom and an undercut free type fixed constant velocity universal joint having an inner member. The present invention is also applicable to other fixed type constant velocity universal joints having track groove shapes other than these bar field type and undercut free type.
本発明によれば、外方部材および内方部材の両トラック溝のボール接触率をトラック溝の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次大きくしたり、あるいは、外方部材および内方部材の両トラック溝の軸方向両端で、ボール接触中心を境界として、トラック溝底側と反対側のトラック溝開放側のボール接触率をトラック溝底側のボール接触率よりも大きくしたりすることにより、外方部材と内方部材とが高作動角をとった場合、トラック溝の軸方向両端に位置するボールについて、トラック溝との接触楕円を従来の場合よりも小さくすることができることから、その接触楕円がトラック溝から食み出すことを未然に防止でき、トラック溝が損傷することなく、外方部材および内方部材の強度を確保することができて継手寿命の向上が図れる。 According to the present invention, the ball contact rate of both the track grooves of the outer member and the inner member is gradually increased from the center in the axial direction of the track groove toward both ends in the axial direction. By making the ball contact rate on the track groove open side opposite to the track groove bottom side larger than the ball contact rate on the track groove bottom side, with the ball contact center as a boundary at both axial ends of both track grooves, When the outer member and the inner member have a high operating angle, the contact ellipse with the track groove can be made smaller than in the conventional case for the balls located at both ends in the axial direction of the track groove. The oval can be prevented from protruding from the track groove, and the strength of the outer member and the inner member can be ensured without damaging the track groove, so that the joint life can be improved.
本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、バーフィールド型の固定式等速自在継手(BJ)を例示する。 An embodiment of a fixed type constant velocity universal joint according to the present invention will be described in detail. In the following embodiment, a Barfield type fixed constant velocity universal joint (BJ) is illustrated.
この等速自在継手は、図1に示すように内球面21に複数のトラック溝22が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪23と、外球面24に外輪23のトラック溝22と対をなす複数のトラック溝25が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪26と、外輪23のトラック溝22と内輪26のトラック溝25との間に介在してトルクを伝達する複数のボール27と、外輪23の内球面21と内輪26の外球面24との間に介在してボール27を保持するケージ28とを備えている。複数のボール27は、ケージ28に形成されたポケット29に収容されて円周方向等間隔に配置されている。なお、外輪23の開口端には、外輪23と内輪26が高作動角をとった時に、内輪26に連結されたシャフト(図示せず)が外輪23と干渉することを防止するためにチャンファ部30が設けられている。
As shown in FIG. 1, the constant velocity universal joint includes an
この等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、外輪23のトラック溝22の曲率中心O1と内輪26のトラック溝25の曲率中心O2とを、ボール中心Oを含む継手中心面Pに対して等距離fだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている。このようにトラックオフセットを設けたことにより、両トラック溝22,25のそれぞれは、その軸方向中央から外輪底側で浅く、外輪開口側で深くなっており、その結果、外輪23の底側から開口側へ向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。
In this constant velocity universal joint, in order to obtain a structure capable of obtaining a large operating angle, the center of curvature O 1 of the
この実施形態の等速自在継手の一部を構成する外輪23および内輪26は、内球面21および外球面24のそれぞれに、軸方向に沿う断面が前述の曲率中心O1,O2を持つ単一の円弧面形状を有するトラック溝22,25が形成された構造を具備する。図2(a)は外輪23の内球面21に形成されたトラック溝22、同図(b)は内輪26の外球面24に形成されたトラック溝25をそれぞれ示す横断面図である。同図に示すようにトラック溝22,25の横断面形状は、ボール27の半径rよりも大きな曲率半径Rで機械加工または冷間鍛造などにより形成されたゴシックアーチ状であり、このゴシックアーチ状としたことにより、トラック溝22,25とボール27との接触は、ボール接触角およびボール接触率を有するアンギュラ接触となっている。つまり、ボール27は、トラック溝22,25に対する接触角αをなすボール接触中心Pにて楕円形状の接触面(接触楕円M)および接触率でもってトラック溝22,25と接触している。
The
ここで、ボール接触角αとは、ボール27の中心Oを基準としてボール27とトラック溝22,25とが接触するボール接触中心Pとトラック溝22,25の溝底中心Qとのなす角度を意味する。
Here, the ball contact angle α is an angle formed by the ball contact center P where the
また、ボール接触中心Pとは、トラック溝22,25とボール27との接触により形成される楕円形状の接触面(接触楕円M)における長軸と短軸とが交わる点を意味する。この長軸は、接触楕円Mの長手方向における最も長い部分となる軸をいい、短軸は、前述の長軸と直交する短手方向における最も長い部分となる軸をいう。
The ball contact center P means a point where the major axis and the minor axis of the elliptical contact surface (contact ellipse M) formed by the contact between the
さらに、ボール接触率とは、ボール27の半径rに対するゴシックアーチ状の円弧面を形成する曲率半径Rの比(R/r)であり、このボール接触率が大きくなれば、前述の接触楕円Mが小さくなり、逆に、ボール接触率が小さくなれば、接触楕円Mが大きくなる。
Further, the ball contact rate is the ratio (R / r) of the radius of curvature R that forms a Gothic arch-shaped arc surface to the radius r of the
この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪23を従動軸に連結し、内輪26に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、図3に示すように外輪23と内輪26との間に作動角が付与されると、ケージ28に収容されたボール27は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
When this type of constant velocity universal joint is used for a drive shaft of an automobile, for example, an
この実施形態の等速自在継手では、外輪23および内輪25の両トラック溝22,25のボール接触率をトラック溝22,25の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次大きくしている。このように外輪23および内輪26の両トラック溝22,25のボール接触率をトラック溝22,25の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次大きくしたことにより、図3に示すように外輪23と内輪26とが高作動角をとった場合、トラック溝の軸方向両端、つまり、図4(a)に示すように外輪23ではトラック溝22の深い側に位置するボール27、同図(b)に示すように外輪23ではトラック溝22の浅い側に位置するボール27について、トラック溝22との接触楕円M1を従来の場合よりも小さくすることができることから、その接触楕円M1がトラック溝22から食み出すことを未然に防止できる。これは、ボール27が内輪26のトラック溝25の浅い側に位置する場合、あるいはボール27が内輪26のトラック溝25の深い側に位置する場合も同様である。
In the constant velocity universal joint of this embodiment, the ball contact ratios of the
また、他の実施形態として、外輪23および内輪26のトラック溝22,25の軸方向両端で、ボール接触中心Pを境界として、トラック溝底側と反対側のトラック溝開放側のボール接触率をトラック溝底側のボール接触率よりも大きくする手段がある。このようにすれば、外輪23と内輪26とが高作動角をとった場合(図3参照)、図5(a)に示すように外輪23のトラック溝22の深い側に位置するボール27、および同図(b)に示すように外輪23のトラック溝22の浅い側に位置するボール27のいずれについても、ボール接触中心Pを境界として、トラック溝底側とトラック溝開放側で非対称な接触楕円M2、つまり、トラック溝開放側の半楕円部分をトラック溝底側の半楕円部分よりも小さい接触楕円M2とすることができることから、その接触楕円M2がトラック溝22から食み出すことを未然に防止できる。これは、ボール27が内輪26のトラック溝25の浅い側に位置する場合、あるいはボール27が内輪26のトラック溝25の深い側に位置する場合も同様である。なお、トラック溝22,25の軸方向両端以外、例えば軸方向中央では、トラック溝底側とトラック溝開放側のボール接触率を同一にしておけば、ボール接触中心Pを中心として、トラック溝底側とトラック溝開放側で対称な接触楕円Mが得られる。
As another embodiment, the ball contact ratio on the track groove open side opposite to the track groove bottom side is defined with the ball contact center P as a boundary at both ends in the axial direction of the
なお、前述した実施形態(図4参照)とこの実施形態(図5参照)を組み合わせて、外輪23および内輪26の両トラック溝22,25のボール接触率をトラック溝22,25の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次大きくすると共に、トラック溝22,25の軸方向両端で、ボール接触中心Pを境界として、トラック溝底側と反対側のトラック溝開放側のボール接触率をトラック溝底側のボール接触率よりも大きくすることも可能である。
In addition, by combining the above-described embodiment (see FIG. 4) and this embodiment (see FIG. 5), the ball contact ratio of both the
このようにすれば、外輪23と内輪26とが高作動角をとった場合、トラック溝22の深い側に位置するボール27あるいはトラック溝22の浅い側に位置するボール27のいずれについても、トラック溝22との接触楕円全体を小さくすることができると共に、ボール接触中心Pを境界として、トラック溝底側とトラック溝開放側で非対称な接触楕円、つまり、トラック溝開放側の半楕円部分をトラック溝底側の半楕円部分よりも小さい接触楕円とすることができることから、その接触楕円がトラック溝22から食み出すことをより一層確実に防止できる。これは、ボール27が内輪26のトラック溝25の浅い側に位置する場合、あるいはボール27が内輪26のトラック溝25の深い側に位置する場合も同様である。
In this way, when the
また、外輪23および内輪26の両トラック溝22,25のボール接触角α〔図2(a)(b)参照〕をトラック溝22,25の軸方向中央から軸方向両端へ向けて漸次小さくすれば、そのトラック溝22,25の軸方向両端、つまり外輪23のトラック溝22の深い側および内輪26のトラック溝25の浅い側で、トラック溝22,25とボール27の接触楕円M1,M2がトラック溝22,25の底側に接近することになり、その接触楕円M1,M2の食み出しをより一層抑止することができる。これは、ボール27が外輪23のトラック溝22の浅い側に位置する場合、あるいはボール27が内輪26のトラック溝25の深い側に位置する場合も同様である。
Further, the ball contact angle α (see FIGS. 2A and 2B) of both the
なお、前述の実施形態では、軸方向の断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝22,25を持つ外輪23および内輪26を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手について適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、図6に示すように軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝22’,25’を持つ外輪23’および内輪26’を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a Barfield type fixed constant velocity universal joint including an
21 内球面
22 トラック溝
23 外方部材(外輪)
24 外球面
25 トラック溝
26 内方部材(内輪)
27 ボール
28 ケージ
α ボール接触角
21 inner
24 outer
27
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090106 |