JP2008034115A - Vehicle equipped with fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池搭載車両に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell vehicle.
従来、燃料電池を搭載した車両、すなわち、燃料電池搭載車両においては、積層型の燃料電池、すなわち、燃料電池スタックによって発生させられた電力を電流として駆動モータに供給し、該駆動モータを駆動することによってトルクを発生させるようにしている。 Conventionally, in a vehicle equipped with a fuel cell, that is, a fuel cell-equipped vehicle, electric power generated by a stacked fuel cell, that is, a fuel cell stack is supplied to a drive motor as a current to drive the drive motor. Thus, torque is generated.
そのために、前記車両に車載燃料電池システムが配設され、該車載燃料電池システムは、高圧の燃料としての水素ガスが貯蔵された燃料タンク、該燃料タンクから水素ガスが供給されるとともに空気が供給される燃料電池スタック等を備える。前記燃料電池スタックは、上端部に空気を供給するための供給マニホルドを、下端部に混合流を排出するための排出マニホルドを備える。 For this purpose, an in-vehicle fuel cell system is provided in the vehicle, and the in-vehicle fuel cell system is a fuel tank in which hydrogen gas as high-pressure fuel is stored, hydrogen gas is supplied from the fuel tank, and air is supplied. The fuel cell stack is provided. The fuel cell stack includes a supply manifold for supplying air to the upper end portion and a discharge manifold for discharging the mixed flow to the lower end portion.
そして、前記燃料電池スタックにおいては、スタックケース内にモジュールが収容され、該モジュールにおいて、前記水素ガスの水素と空気中の酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池の要素を構成する複数の単位セルを積層し、互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成り、前記各単位セルは、電解質膜を挟んで空気極及び燃料極を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ(MEA)、並びに隣接する単位セルのメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ間を分離し、前記空気極に臨ませて空気流路を、前記燃料極に臨ませて燃料流路を形成するセパレータを備える。 In the fuel cell stack, a module is accommodated in a stack case. In the module, hydrogen of the hydrogen gas and oxygen in the air are reacted to generate water, and current is generated along with the reaction. Is generated. For this purpose, the module is composed of an assembly formed by stacking a plurality of unit cells constituting elements of a fuel cell and electrically connecting them in series, and each unit cell sandwiches an electrolyte membrane. The membrane electrode assembly (MEA) formed by disposing the air electrode and the fuel electrode at the same time, and the membrane electrode assembly of the adjacent unit cell are separated from each other, facing the air electrode and air. A separator is provided that forms a fuel flow path with the flow path facing the fuel electrode.
また、前記燃料電池搭載車両に燃料電池システムを搭載するに当たり、前記燃料電池スタック及び燃料タンクを車両の床下領域に配置することによって、車室内の居住空間を確保するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、前記従来の燃料電池搭載車両において、燃料電池スタックは、必要な電力を発生させることができるだけの数の単位セルを積層することによって形成されるようになっているので、床下領域のかなりの部分を占有し、居住空間がその分狭くなってしまうだけでなく、他の部品の配置等に制約が生じてしまう。 However, in the conventional vehicle equipped with a fuel cell, the fuel cell stack is formed by stacking as many unit cells as possible to generate the necessary power, so that a considerable amount of the underfloor region is obtained. Not only does this occupy a part and the living space is reduced accordingly, but there are restrictions on the arrangement of other parts.
また、燃料電池スタック及び燃料タンクは、相当の重量を有するので、床下領域の所定の箇所に配設されると、燃料電池搭載車両の全体の重量バランスを採るのが困難になってしまう。 In addition, since the fuel cell stack and the fuel tank have a considerable weight, it is difficult to balance the overall weight of the fuel cell-equipped vehicle when the fuel cell stack and the fuel tank are disposed at predetermined positions in the underfloor region.
本発明は、前記従来の燃料電池搭載車両の問題点を解決して、十分な居住空間を確保することができるとともに、部品の配置等に制約が生じることがなく、重量バランスを採ることができる燃料電池搭載車両を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional fuel cell-equipped vehicle, can secure a sufficient living space, and can take a weight balance without any restrictions on the arrangement of components. An object is to provide a fuel cell vehicle.
そのために、本発明の燃料電池搭載車両においては、外気と直接接触し、燃料電池搭載車両の外表面を構成し、空気を取り込むための外装体と、燃料を供給するための燃料タンクと、前記外装体より内側において、外装体に沿って延在させて配設され、取り込まれた空気、及び燃料タンクから供給された燃料を反応させて発電を行うメンブレン・エレクトロード・アッセンブリとを有する。 Therefore, in the fuel cell-equipped vehicle of the present invention, the outer surface of the fuel cell-equipped vehicle is in direct contact with the outside air, constitutes the outer surface, takes in the air, the fuel tank for supplying the fuel, Inside the exterior body, it is provided extending along the exterior body, and has a membrane electrode assembly that generates electricity by reacting the air taken in and the fuel supplied from the fuel tank.
本発明によれば、燃料電池搭載車両においては、外気と直接接触し、燃料電池搭載車両の外表面を構成し、空気を取り込むための外装体と、燃料を供給するための燃料タンクと、前記外装体より内側において、外装体に沿って延在させて配設され、取り込まれた空気、及び燃料タンクから供給された燃料を反応させて発電を行うメンブレン・エレクトロード・アッセンブリとを有する。 According to the present invention, in the fuel cell-equipped vehicle, the outer surface of the vehicle equipped with the fuel cell is in direct contact with the outside air, the exterior body for taking in the air, the fuel tank for supplying the fuel, A membrane electrode assembly is provided inside the exterior body so as to extend along the exterior body and reacts with the air taken in and the fuel supplied from the fuel tank to generate power.
この場合、メンブレン・エレクトロード・アッセンブリは、外装体より内側において、外装体に沿って延在させて配設され、取り込まれた空気、及び燃料タンクから供給された燃料を反応させることによって発電を行う。 In this case, the membrane electrode assembly is disposed inside the exterior body so as to extend along the exterior body, and generates electric power by reacting the taken-in air and the fuel supplied from the fuel tank. Do.
したがって、燃料電池によって燃料電池搭載車両のボディの少なくとも一部が構成されるので、燃料電池を、単位セルを積層したスタック構造にする必要がなくなるとともに、空気を燃料電池に供給するためのポンプが不要になる。また、ボディ自体の一部が燃料電池として構成されるので、燃料電池搭載車両を軽量化することができるだけでなく、居住空間をその分広くすることができ、他の部品の配置等に制約が生じるのを防止することができる。 Therefore, since at least a part of the body of the fuel cell-equipped vehicle is configured by the fuel cell, it is not necessary to make the fuel cell a stack structure in which unit cells are stacked, and a pump for supplying air to the fuel cell is provided. It becomes unnecessary. Moreover, since a part of the body itself is configured as a fuel cell, not only can the weight of the fuel cell-equipped vehicle be reduced, but the living space can be increased accordingly, and there are restrictions on the arrangement of other components. It can be prevented from occurring.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は本発明の第1の実施の形態における燃料電池搭載車両の斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell vehicle according to the first embodiment of the present invention.
図において、13は乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両としての燃料電池搭載車両の床面を構成するプラットフォーム、15、16はドア、19はルーフ、21はボンネットフード、23はトランクリッド、24はフェンダーであり、前記プラットフォーム13、ルーフ19、ドア15、16、ボンネットフード21、トランクリッド23、フェンダー24等の各ボディは、それぞれ、燃料電池構造体mi(i=1、2、…)を構成し、該各燃料電池構造体miは燃料電池システムを構成する。また、whj(j=1〜4)は車輪である(図においては、4個の車輪whjのうちの2個の車輪whj(j=1、3)だけが示される。)。
In the figure, 13 is a platform constituting the floor surface of a vehicle equipped with a fuel cell as a vehicle such as a passenger car, bus, truck, passenger cart, luggage cart, etc., 15 and 16 are doors, 19 is a roof, 21 is a bonnet hood, 23 Is a trunk lid, and 24 is a fender. Each body of the
次に、前記各燃料電池構造体miについて説明する。 Next, each fuel cell structure mi will be described.
図1は本発明の第1の実施の形態における燃料電池構造体の分解斜視図、図3は本発明の第1の実施の形態における燃料電池構造体の断面図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of the fuel cell structure according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell structure according to the first embodiment of the present invention.
図において、miは燃料電池構造体であり、本実施の形態においては、ドア15を構成する。また、11は、ドア15の全体にわたって形成され、固体高分子型燃料電池(PEFC)を構成する燃料電池であり、該燃料電池11は燃料電池搭載車両にエネルギー供給源として搭載され、燃料電池11によって発生させられた電流は、図示されない駆動モータに供給され、該駆動モータを駆動することによって、各車輪whjが回転させられる。
In the figure, mi is a fuel cell structure, and constitutes a
また、41は液体水素が貯蔵された燃料供給装置としての、かつ、水素供給装置としての燃料タンクであり、該燃料タンク41は、前記燃料電池11の内側の面の全体にわたって密着させて形成され、燃料電池11に燃料としての、かつ、燃料ガスとしての水素ガスを供給する。
前記燃料タンク41は、燃料電池構造体miに内蔵されるので、内容積を大きくすることができる。したがって、内圧は20気圧程度で十分であるが、航続距離を長くする場合は、50気圧程度まで高くするのが好ましい。
Since the
本実施の形態においては、燃料電池として前記固体高分子型燃料電池(PEFC)を使用しているが、固体高分子型燃料電池に代えて、アルカリ水溶液型燃料電池(AFC)、リン酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、固体酸化物型燃料電池(SOFC)、ヒドラジン型燃料電池、直接メタノール型燃料電池(DMFC)等を使用することもできる。 In the present embodiment, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is used as a fuel cell, but instead of the polymer electrolyte fuel cell, an alkaline aqueous fuel cell (AFC), phosphoric acid fuel A battery (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a hydrazine fuel cell, a direct methanol fuel cell (DMFC), or the like can also be used.
ところで、前記燃料電池11においては、前記燃料タンク41から供給された水素ガスと、外気から取り込んだ空気に含まれる酸化剤としての酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記燃料電池11は、燃料電池搭載車両の外側から内側にかけて各要素を積層させて形成された積層構造を有し、外気と直接接触し、空気を取り込むための金属製の多孔体から成り、燃料電池搭載車両の外表面を構成する外装体としての多孔質外板26、第1の拡散層としての空気極側拡散層27、メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ28、及び第2の拡散層としての燃料極側拡散層29を備え、該燃料極側拡散層29に前記燃料タンク41が取り付けられる。前記メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ28は、多孔質外板26、空気極側拡散層27、燃料極側拡散層29及び燃料タンク41に沿って延在させられ、積層させられる。
By the way, in the
前記燃料タンク41における燃料極側拡散層29と接触する壁は水素ガスを透過する透過壁を構成し、燃料タンク41から燃料電池11に水素ガスが直接供給される。なお、多孔質外板26及び空気極側拡散層27によって空気極(酸素極)が構成され、燃料極側拡散層29によって燃料極が構成される。また、空気極側拡散層27及び燃料極側拡散層29は、カーボンクロス、カーボンペーパー、金属多孔体等によって形成され、ネットワーク構造を有する。
A wall in contact with the fuel electrode
そして、前記メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ28は、固体高分子から成り、イオン、本実施の形態においては、水素イオンを透過する固体電解質としての電解質膜31を挟んで、前記空気極側拡散層27側に空気極側触媒層32が配設され、前記燃料極側拡散層29側に燃料極側触媒層33が配設される。前記空気極側触媒層32及び燃料極側触媒層33は、カーボンに、白金系触媒及び固体高分子を混合してペースト状とした物質を所定の厚さで均一に分散させることによって形成される。
The
ところで、前記空気極はカソードとして、燃料極はアノードとして機能し、空気極に空気を、燃料極に水素ガスを供給し、空気極及び燃料極に図示されない負荷装置、例えば、インバータを接続すると、燃料極において触媒反応が起こり、水素が水素イオンと電子とに分解され、水素イオンが、プロトンの形態で水分を含んだ電解質膜31内を空気極側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極で発生した電子がインバータを介して空気極側に移動し、これに伴って電流が発生し、発電が行われる。すなわち、水素と酸素とを反応させることによって電流が発生させられ、該電流をインバータに供給することができる。そして、該インバータは前記駆動モータに接続される。したがって、インバータによってU相、V相及びW相の相電流を発生させ、該相電流を駆動モータに供給することによって駆動モータを駆動することができる。
By the way, when the air electrode functions as a cathode, the fuel electrode functions as an anode, air is supplied to the air electrode, hydrogen gas is supplied to the fuel electrode, and a load device (not shown) such as an inverter is connected to the air electrode and the fuel electrode, Catalytic reaction takes place at the fuel electrode, hydrogen is decomposed into hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions move to the air electrode side in the
前記構成の燃料電池11において、燃料電池搭載車両が停止しているときは、自然吸気によって多孔質外板26を介して空気が燃料電池11内に供給され、燃料電池搭載車両が走行しているときは、ラム流によって多孔質外板26を介して空気が燃料電池11内に供給される。
In the
また、生成された水は、燃料電池搭載車両が停止しているときは、外気によって除去され、燃料電池搭載車両が走行しているときは、走行風によって除去されたり、蒸発させられたりする。 The generated water is removed by the outside air when the fuel cell vehicle is stopped, and is removed or evaporated by the traveling wind when the fuel cell vehicle is traveling.
このように、燃料電池11及び燃料タンク41によって燃料電池搭載車両のボディの少なくとも一部が構成されるので、燃料電池11を、単位セルを積層したスタック構造にする必要がなくなるとともに、空気を燃料電池11に供給するためのポンプ、水を燃料電池11から排出するためのポンプ等を配設する必要がなくなる。したがって、燃料電池搭載車両を軽量化することができるだけでなく、居住空間をその分広くすることができ、他の部品の配置等に制約が生じるのを防止することができる。
As described above, since the
また、燃料電池搭載車両のボディの強度が多孔質外板26によって得られ、燃料電池11の電極が発電に寄与しない多孔質外板26によって形成されるので、燃料電池11の電極の設計の自由度を高くすることができる。
Further, the strength of the body of the vehicle equipped with the fuel cell is obtained by the porous
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is provided and the effect of the same embodiment is used about the effect of the invention by having the same structure.
図4は本発明の第2の実施の形態における燃料電池構造体の断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell structure according to the second embodiment of the present invention.
図において、35は外装体としての外板ユニットであり、該外板ユニット35は、外気と接触する外板36、及び該外板36と空気極側拡散層27との間に形成された空気流路部37を備える。該空気流路部37には、平行に配設された複数の隔壁38によって上下方向に延びる複数の溝39が形成される。該各溝39は、前記外板36によって閉鎖され、複数の空気流路を構成する。また、前記外板36における所定の箇所には、空気を取り込み、前記空気流路に供給するための空気導入口48が形成される。
In the figure,
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is provided and the effect of the same embodiment is used about the effect of the invention by having the same structure.
図5は本発明の第3の実施の形態における燃料電池構造体の断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a fuel cell structure according to the third embodiment of the present invention.
図において、43は金属製の多孔体から成る外装体としての多孔質外板、44は第1の拡散層としての空気極側拡散層であり、前記多孔質外板43及び空気極側拡散層44によって空気極(酸素極)が構成される。 In the figure, 43 is a porous outer plate as an outer package made of a metal porous body, 44 is an air electrode side diffusion layer as a first diffusion layer, the porous outer plate 43 and the air electrode side diffusion layer. 44 constitutes an air electrode (oxygen electrode).
前記空気極側拡散層44は、カーボンクロス、カーボンペーパー、金属多孔体等によって形成され、ネットワーク構造を有する。また、多孔質外板43及び空気極側拡散層44は、一体化され、外装体・拡散層ユニット45を形成する。
The air electrode side diffusion layer 44 is formed of carbon cloth, carbon paper, a metal porous body, or the like, and has a network structure. Further, the porous outer plate 43 and the air electrode side diffusion layer 44 are integrated to form an exterior body /
このように、多孔質外板43及び空気極側拡散層44が一体化されることによって、多孔質外板43と空気極側拡散層44との間に複合材料から成る接合部が形成される。したがって、燃料電池11の強度を大きくすることができる。
As described above, the porous outer plate 43 and the air electrode side diffusion layer 44 are integrated to form a joint made of a composite material between the porous outer plate 43 and the air electrode side diffusion layer 44. . Therefore, the strength of the
なお、多孔質外板43及び空気極側拡散層44を一体化するに当たり、多孔質外板43と空気極側拡散層44との間の接着面積を大きく取るために、多孔質外板43と空気極側拡散層44との間に複数の空気流路を形成しないのが好ましい。 In integrating the porous outer plate 43 and the air electrode side diffusion layer 44, in order to increase the bonding area between the porous outer plate 43 and the air electrode side diffusion layer 44, It is preferable not to form a plurality of air flow paths with the air electrode side diffusion layer 44.
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is provided and the effect of the same embodiment is used about the effect of the invention by having the same structure.
図6は本発明の第4の実施の形態における燃料電池構造体の断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the fuel cell structure according to the fourth embodiment of the present invention.
この場合、47は強度が大きくなるように形成された強化拡散層としての空気極側拡散層であり、該空気極側拡散層47は外装体として機能する。そのために、前記空気極側拡散層47は、カーボンクロス、カーボンペーパー、金属多孔体等のベース材料に、樹脂等の含浸材料を含浸させることによって形成された複合材料から成る。したがって、空気極側拡散層47の強度を通常の鋼板より大きくするとともに、弾力性を高くすることができる。なお、樹脂等の材料の含浸量は、空気の透過を妨げない程度の量に設定するのが好ましい。
In this case,
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is provided and the effect of the same embodiment is used about the effect of the invention by having the same structure.
図7は本発明の第5の実施の形態における燃料電池構造体の断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a fuel cell structure according to the fifth embodiment of the present invention.
この場合、27は、第1の拡散層としての空気極側拡散層であり、外装体としても機能する。また、燃料タンク41の壁の強度が大きくされ、かつ、燃料極側拡散層29と燃料タンク41とは強固に接合される。したがって、前記空気極側拡散層27は通常の空気極側拡散層の構造を有する。
In this case, 27 is an air electrode side diffusion layer as a first diffusion layer, and also functions as an exterior body. Further, the strength of the wall of the
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is provided and the effect of the same embodiment is used about the effect of the invention by having the same structure.
図8は本発明の第6の実施の形態における燃料電池システムを示す図である。 FIG. 8 shows a fuel cell system according to the sixth embodiment of the present invention.
図において、50は燃料供給系であり、該燃料供給系50は、燃料タンク41、該燃料タンク41から排出された水素ガスの圧力及び流量を調整するレギュレータ53、燃料タンク41とレギュレータ53とを連結する燃料供給路55、レギュレータ53と燃料電池11とを連結する燃料供給路56等を備える。
In the figure, reference numeral 50 denotes a fuel supply system. The fuel supply system 50 includes a
また、燃料電池11と燃料タンク41との間には、燃料流路部61が形成され、該燃料流路部61には、平行に配設された複数の隔壁63によって、水平方向に延びる複数の溝64が形成される。該各溝64は複数の燃料流路を構成し、水素ガスが燃料供給路56を介して燃料流路に供給される。
Further, a fuel flow path portion 61 is formed between the
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。なお、第1、第6の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st, 6th embodiment, the same code | symbol is provided and the effect of the embodiment is used about the effect of the invention by having the same structure.
図9は本発明の第7の実施の形態における燃料電池システムを示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a fuel cell system according to a seventh embodiment of the present invention.
この場合、水素ガスは、燃料供給路56を介して燃料極側拡散層29に供給される。なお、燃料極側拡散層29は水素ガスが逃げないようにシールされる。
In this case, the hydrogen gas is supplied to the fuel electrode
前記各実施の形態においては、燃料供給装置及び水素供給装置として液体水素が貯蔵された燃料タンク41が使用されるようになっているが、燃料タンク41に代えて、水素ガスが充填(てん)された水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクを使用することができる。その場合、水素ガスを放出するときに、周囲から熱を吸収することによって車室内を冷却することができる。
In each of the above-described embodiments, the
26、43 多孔質外板
27、47 空気極側拡散層
28 メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ
35 外板ユニット
41 燃料タンク
26, 43 Porous
Claims (6)
The fuel cell vehicle according to claim 2, wherein a fuel flow path is formed between the fuel tank and the second diffusion layer.
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CN102529736A (en) * | 2010-11-18 | 2012-07-04 | 精工爱普生株式会社 | Fuel-cell-mounted vehicle and liquid ejection method |
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- 2006-07-26 JP JP2006203001A patent/JP2008034115A/en not_active Withdrawn
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CN102529736A (en) * | 2010-11-18 | 2012-07-04 | 精工爱普生株式会社 | Fuel-cell-mounted vehicle and liquid ejection method |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20091006 |