JP2009222092A - Preload mechanism, four-point contact bearing, rotary device, and light signal transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、4点接触軸受などにおいて与圧を発生するために用いられる与圧機構に関する。本発明は、また、その与圧機構を利用した4点接触軸受、回転装置及び光信号伝送装置に関する。 The present invention relates to a pressurizing mechanism used to generate a pressurization in a four-point contact bearing or the like. The present invention also relates to a four-point contact bearing, a rotating device, and an optical signal transmission device using the pressurizing mechanism.
屋内の天井等に取り付けられる監視カメラ装置として、カメラのパン角度やチルト角度を制御して撮像方向を変えて監視を行うものが普及している。このような監視カメラ装置は、天井等に固定された固定部と、パン方向に回動可能な回転部(可動部)とが、電動式の回転台(雲台)を介して連結されている場合が多い。 2. Description of the Related Art As surveillance camera devices that are attached to an indoor ceiling or the like, those that perform surveillance by controlling the pan angle and tilt angle of a camera to change the imaging direction are widely used. In such a monitoring camera device, a fixed part fixed to a ceiling or the like and a rotating part (movable part) that can rotate in the pan direction are connected via an electric rotating table (head). There are many cases.
この場合、回転部と固定部との連結部分(回転支持部分)には、アキシャル荷重とラジアル荷重とが作用するため、通常、2組の単列深溝軸受を用いた回転支持が行われている(例えば、特許文献1参照)。 In this case, since the axial load and the radial load act on the connection portion (rotation support portion) between the rotation portion and the fixed portion, rotation support using two sets of single row deep groove bearings is usually performed. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、このような単列深溝玉軸受を用いた場合、2列構成にする必要があるため、軸方向の寸法が長くなって装置の小型化が困難となるという問題がある。 However, when such a single-row deep groove ball bearing is used, since it is necessary to have a two-row configuration, there is a problem that the size in the axial direction becomes long and it is difficult to reduce the size of the apparatus.
そこで、4点接触軸受を用いた1列構成により、軸方向の長さを短くすることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。4点接触軸受は、通常、分割された内輪又は外輪(以下、分割内輪等と称す。)の端部を軸受ナット等により軸方向に押圧することで、適正な与圧を付与している。しかしながら、近年、軽量化のために軸受部品を樹脂で構成することが多く、そのような場合には、分割内輪等(樹脂部品)の線膨張係数が大きくなる。従って、従来のように分割内輪等の位置を軸受ナットで固定して与圧を付与する構成では、温度変化に伴う与圧の変動が大きくなるという問題がある。 Thus, it has been proposed to shorten the length in the axial direction by a one-row configuration using a four-point contact bearing (see, for example, Patent Document 2). A four-point contact bearing normally applies an appropriate pressure by pressing an end portion of a divided inner ring or outer ring (hereinafter referred to as a divided inner ring) in the axial direction with a bearing nut or the like. However, in recent years, bearing parts are often made of resin for weight reduction, and in such a case, the linear expansion coefficient of a split inner ring or the like (resin part) increases. Therefore, in the conventional configuration in which the pressure is applied by fixing the position of the split inner ring or the like with the bearing nut, there is a problem that the variation in the pressure due to the temperature change becomes large.
そのため、波ワッシャを用いて分割内輪等に与圧を付与することが考えられる。しかしながら、波ワッシャは円周方向の数点でのみ与圧を付与するものであるため、小型化(薄型化)のために分割内輪等の厚みを薄くすると、分割内輪等に撓みが生じ、円滑な回転動作が得られないという問題がある。一方、Oリングのように円周方向の全体に亘って与圧を付与できる弾性部材を用いることも考えられるが、Oリングを構成するゴムは、常時負荷がかかると永久圧縮歪による弾性劣化が生じるため、与圧に経時的な変動が生じるという問題がある。 Therefore, it is conceivable to apply a pressure to the split inner ring or the like using a wave washer. However, since the wave washer applies pressure only at several points in the circumferential direction, if the thickness of the split inner ring or the like is reduced in order to reduce the size (thinning), the split inner ring or the like bends and becomes smooth. There is a problem in that it is not possible to obtain a proper rotational movement. On the other hand, it is conceivable to use an elastic member that can apply pressure over the entire circumference, such as an O-ring, but the rubber constituting the O-ring is subject to elastic deterioration due to permanent compression strain when a load is always applied. Therefore, there is a problem that the pressurization varies with time.
また、傾斜型オーバルコイルばねを横臥状態で用いる緩衝機構が提案されているが(例えば、特許文献3参照)、この場合、傾斜型オーバルコイルばねが傾斜変形時に円滑に動作できるよう、当該ばねに接触するフランジ等にグリースやオイル等の潤滑剤を塗布する必要がある(特許文献3の段落0024)。樹脂製の軸受は、(金属製の軸受と異なり)金属同士の接触がないため潤滑剤を用いずに利用できるという利点があるが、上述した傾斜型オーバルコイルばねを用いた場合、潤滑剤が不要という利点を生かすことができないという問題がある。 In addition, a buffer mechanism that uses a tilted oval coil spring in a recumbent state has been proposed (see, for example, Patent Document 3). In this case, the spring is installed in the spring so that the tilted oval coil spring can operate smoothly during tilt deformation. It is necessary to apply a lubricant such as grease or oil to a flange or the like that comes into contact (paragraph 0024 of Patent Document 3). Resin bearings (unlike metal bearings) have the advantage that they can be used without using a lubricant because there is no contact between metals. However, when the above-described inclined oval coil spring is used, the lubricant is not used. There is a problem that it is not possible to take advantage of unnecessary.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、4点接触軸受の小型化及び薄型化を可能にし、且つ樹脂化にも適した与圧機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pressurizing mechanism that can reduce the size and thickness of a four-point contact bearing and is also suitable for resinization. .
本発明に係る予圧機構は、コイルばねと、前記コイルばねを、そのコイル径方向に挟み込む第1及び第2の支持部材とを備え、前記第1の支持部材と前記第2の支持部材との隙間が、前記コイルばねのコイル径よりも小さく、前記第1及び第2の支持部材が前記コイルばねをコイル径の方向に圧縮することにより予圧を発生することを特徴とする。 The preload mechanism according to the present invention includes a coil spring, and first and second support members that sandwich the coil spring in the coil radial direction, and includes the first support member and the second support member. The clearance is smaller than the coil diameter of the coil spring, and the first and second support members generate preload by compressing the coil spring in the direction of the coil diameter.
本発明によれば、コイルばねをコイル径方向に圧縮させることにより、波ワッシャを用いた場合(特許文献2)よりも均一に予圧を付与することができ、また、コイルばねを横臥状態で用いた場合(特許文献3)のような摩擦等の影響を排除することができる。そのため、この与圧機構を用いることで、4点接触軸受の小型化及び薄型化が可能となる。また、樹脂軸受に適用することで、潤滑剤が不要という利点を生かすことができる。 According to the present invention, by compressing the coil spring in the coil radial direction, the preload can be applied more uniformly than when the wave washer is used (Patent Document 2), and the coil spring is used in a lying state. In such a case, the influence of friction or the like as in (Patent Document 3) can be eliminated. Therefore, by using this pressurizing mechanism, the four-point contact bearing can be reduced in size and thickness. Moreover, the advantage that a lubricant is unnecessary can be utilized by applying to a resin bearing.
以下、本発明の各実施の形態における4点接触軸受を搭載した回転装置の構成について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the configuration of a rotating device equipped with a four-point contact bearing in each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における4点接触軸受を採用した回転装置100を備えた光信号伝送装置の構成を示す断面図である。図2は、回転装置100の分解斜視図である。図1に示すように、回転装置100は、天井等に固定された固定ベース1aと、例えばカメラ(撮像手段)が取り付けられた回転ベース1bとを有している。回転ベース1bは、軸受5を介して、例えば鉛直方向の回転軸Rを中心として回転可能に、固定ベース1aに支持されている。ここでは、固定ベース1aとこれに搭載された各構成部品とを合わせて「固定部」と称し、回転ベース1bとこれに搭載された各構成部品とを合わせて「回転部」と称する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical signal transmission device including a
固定ベース1a及び回転ベース1bには、電力を伝送するトランス用の固定側のコア2aと回転側のコア2bとがそれぞれ固定されている。コア2a,2bは、それぞれの中心軸が、回転装置100の回転軸R(すなわち回転ベース1bの回転中心)と同一になるように、それぞれベース1a,1bに固定されている。コア2a,2bの内側には、電力伝送用の巻き線が巻かれた固定側のボビン21a及び回転側のボビン21bがそれぞれ収納されている。
A fixed-
回転装置100の回転軸R上には、回転部に取り付けられたカメラ(図示せず)からの画像信号を固定部に伝送するための、固定側の光素子3a及び回転側の光素子3bが配置されている。回転側の光素子3bは、上記カメラの画像信号を光(光信号)として発する発光素子であり、固定側の光素子3aは、回転側の光素子3bから発せられた光を(コア2a,2bに形成された貫通孔20a,20bを介して)受光する受光素子である。各光素子3a,3bは、各ベース1a,1bにそれぞれ固定された固定側の電子基板9a及び回転側の電子基板9bに半田接続等により電気的に接続されると共に、各電子基板9a,9bに機械的に固定されている。
On the rotation axis R of the
固定側の電子基板9aには、上記カメラ(図示せず)を制御する制御信号を固定側から送信するための発光素子4aが半田接続等により電気的に接続され、且つ機械的に固定されている。発光素子4aは、例えば近赤外の発光ダイオード等で構成されている。また、回転側の電子基板9bには、発光素子4aから発せられた光を受光する受光素子4bが半田接続等により電気的に接続され、且つ機械的に固定されている。
A light-emitting
発光素子4aから発せられた光を受光素子4bに導くため、固定ベース1aには、固定側のコア2aの外周に沿って、光を透過する環状部材である導光リング6が配設されている。発光素子4aから発せられた光は、この導光リング6を介して受光素子4bに導かれ、受光素子4bに受光される。これにより、図示しないカメラを制御するための制御信号が、固定部から回転部に伝送される。
In order to guide the light emitted from the
固定ベース1aの外周には、軸受5の内輪5aが固定されている。一方、回転ベース1bには、内輪5aを外側から囲むように、外輪5bが固定されている。外輪5bの外周面54bには、外輪5bを回転させるためのギアが形成されており、モータ7のモータギア71に係合している。モータ7が回転すると、モータギア71及び外周面のギアを介して外輪5bに回転が伝達され、外輪5bが取り付けられた回転ベース1b(及び回転部)が回転軸Rを中心として回転する。
An
内輪5aは外周側にV溝状の軌道面を有し、外輪5bは内周側にV溝状の軌道面を有し、両軌道面の間には複数の玉(転動体)51が配置されている。外輪5bは、軌道面を含む内周側部分が軸方向に2分割されており、その一方(回転ベース1b側)が与圧リング52を構成している。予圧リング52は、この与圧リング52と回転ベース1bとの間に配設された与圧ばね53aの弾性力により玉51に押圧されている。なお、図2では、簡略化のため、与圧ばね53aがチューブ状に描かれているが、実際には、予圧リング52とほぼ同等の周方向長さを有するコイルばねを、環状に配設している。
The
次に、軸受5の構成について詳細に説明する。図1に示した軸受5は、玉51と内輪5aとが2点で接触し、玉51と外輪5bとが1点で接触し、玉51と与圧リング52とが1点で接触する、4点接触軸受である。4点接触軸受は、ラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持し、内輪5a及び外輪5bに作用するモーメント荷重を支持することができる。玉が2点で接触する単列深溝軸受で構成した場合には、軸受が2列必要となるため、回転装置の軸方向寸法が大きくなり、装置構成も複雑になるのに対し、本実施の形態では4点接触軸受を採用することにより、回転装置100の小型化及び薄型化(低背化)を実現している。
Next, the configuration of the
玉51は、通常ステンレス製のものを用いるが、フェノール樹脂、PPS(ポリフェニルサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等の樹脂材料で構成されていてもよい。内輪5a、外輪5b及び与圧リング52は、ステンレス等の金属で構成してもよいが、軽量化と加工性を考慮してPOM(ポリアセタール)等の自己潤滑性を有する樹脂材料で構成することが好ましい。また、内輪5a、外輪5b及び与圧リング52は、金属製であってもよいが、樹脂で構成することにより、金属軸受と比較した利点(潤滑が不要)を生かすことができる。
The
図2に示すように、与圧リング52は、回転ベース1bとの間に配設された与圧ばね53aの弾性力により、回転軸R(図1)方向に玉51を押圧している。これにより、与圧リング52は、その全周に亘って、玉51に均一な圧力を加えることができる。
As shown in FIG. 2, the pressurizing
図3は、与圧ばね53aと当該ばねを固定する与圧リング52及び回転ベース1bの構造を拡大して示す図である。予圧ばね53aは、上述したようにコイルばねであり、その巻き軸Xが、予圧リング52に沿って回転軸Rの周囲を一周するように配設されている。
FIG. 3 is an enlarged view showing the structure of the pressurizing
与圧ばね53aは、与圧リング52(第1の支持部材)と回転ベース1b(第2の支持部材)との間に、回転軸Rの方向に挟まれた状態で保持されている。与圧リング52と回転ベース1bの隙間Aは、与圧ばね53aのコイル径(予圧ばね53aの巻き軸Xに直交する方向の寸法)より小さな値に設定されている。そのため、与圧ばね53aの断面形状(巻き軸Xに直交する断面形状)が円形である場合、与圧リング52と回転ベース1bとの間で圧縮されて楕円形状になる。与圧ばね53aの弾性変形により与圧が発生し、与圧リング52に対して回転軸R方向の与圧が付与される。
The pressurizing
ここで、与圧ばね53aが上記のようにコイル径方向に圧縮されると、そのコイル線材がコイル径方向に対して傾く(倒れる)ことが考えられる。このような場合に、予圧ばね53aのコイル線材と与圧リング52あるいは回転ベース1bとの接触面で摩擦が発生すると、予圧ばね53aが発生する予圧力にコイル線材の弾性変形以外の要素が加わることになるため、与圧力が変動し、あるいはヒステリシス等の影響を受ける可能性がある。コイル線材の弾性変形のみによって予圧を発生させるためには、コイル線材の傾きを防止することが必要である。
Here, when the pressurizing
そこで、本実施の形態では、図3に示すように、与圧リング52の下面の予圧ばね53aが接触する部分に凹凸部52aを形成し、回転ベース1bの上面の予圧ばね53aが接触する部分にも凹凸部1cを形成している。凹凸部52a及び凹凸部1cは、与圧ばね53aのコイル線材の滑りを防止できるような凹凸形状であれば、どのような凹凸形状であってもよい。例えば、図3に示したように、与圧ばね53aのコイルピッチPと同じピッチでV字溝を連続的に形成したものが好ましい。このように構成すれば、予圧ばね53aのコイル線材が凹凸部52a及び凹凸部1cの各溝部に係合し、与圧ばね53aを構成するコイル線材を傾かない(倒れない)ように規制することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
以上説明したように、この実施の形態1によれば、予圧ばね53aをコイル径方向(巻き軸Xに直交する方向)に弾性変形させて予圧を発生させるようにしたため、与圧リング52の円周方向の全体に亘って均一に与圧を発生させることができる。そのため、与圧リング52を薄くしても撓みが生じることがなく、装置の小型化、薄型化に資することができる。また、予圧ばね53aのコイル線材の傾きを抑制することにより、予圧ばね53aと与圧リング52又は回転ベース1bとの接触面で発生する摩擦力や、それに伴う予圧力のヒステリシスの影響を排除することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、予圧ばね53aと与圧リング52又は回転ベース1bとの接触面での摩擦を抑えるための潤滑剤が不要であるため、軸受5を樹脂で構成した場合の利点(潤滑が不要)を生かすことができる。また、軸受5を長期間使用しても、潤滑剤を補給する必要がないため、軸受5の長寿命化を図ることができる。
Further, since a lubricant for suppressing friction at the contact surface between the
また、与圧リング52及び回転ベース1bの予圧ばね53aが接触する部分に、それぞれ凹凸部52a及び凹凸部1cを形成したことにより、確実に、予圧ばね53aのコイル線材の傾きを抑制し、コイル径方向に弾性変形させることができる。なお、凹凸部は、与圧リング52及び回転ベース1bのいずれか一方のみに形成されていてもよく、コイル線材の傾きを抑制する上で一定の効果を奏することができる。
Further, by forming the concave and
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1では、コイル線材で構成した与圧ばね53aを用いていたが、この実施の形態2では、コイル状の帯状板材で構成した予圧ばね53bを用いる。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the pressurizing
図4は、本実施の形態における与圧ばね53bと当該ばねを固定する与圧リング52と回転ベース1bの構造を拡大して示した図である。図4において、実施の形態1で説明した回転装置100の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付す。
FIG. 4 is an enlarged view showing the structure of the pressurizing
実施の形態1では、予圧ばね53aをコイル線材で構成していたため、与圧リング52及び回転ベース1bにおいて与圧ばね53aと接触する部分に凹凸部52a,1c(図3)を設け、予圧ばね53aのコイル線材の傾きを抑制する必要があった。しかしながら、予圧ばねが傾くことがなければ、凹凸部52a,1c(図3)を設ける必要は無い。
In the first embodiment, since the
そこで、本実施の形態では、図4に示すように、予圧ばね53bを、コイル状に巻かれた帯状板材により構成している。与圧リング52と回転ベース1bとの隙間Aは、与圧ばね53bのコイル径よりも狭く設定されている。予圧ばね53bの断面形状(巻き軸方向に直交する断面形状)が円形である場合、与圧リング52と回転ベース1bとにより圧縮されることで楕円形状になる。この与圧ばね53aの弾性変形により与圧が発生し、与圧リング52に対して与圧が付与される。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
帯状板材により形成された予圧ばね53bの場合は、上記のようにコイル径方向に圧縮されても、実施の形態1の予圧ばね53aのように傾くことはない。これは、与圧ばね53bを帯状板材で構成した場合、実施の形態1で説明した線材で構成された予圧ばね53aと比較して、傾きに対するより大きな抗力が生じるためと考えられる。
In the case of the
以上説明したように、この実施の形態2では、実施の形態1と同様、与圧リング52の円周方向の全体に亘って均一に与圧を発生させることができるため、与圧リング52を薄くしても撓みが生じることがなく、装置の小型化、薄型化に資することができる。また、与圧ばね53bが与圧リング52と回転ベース1bとの間で圧縮されても傾くことがないため、与圧リング52や回転ベース1bとの接触面で発生する摩擦力や、それに伴う予圧力のヒステリシスの影響を排除することができ、予圧ばね53bの弾性変形のみにより発生する与圧を、与圧リング52に対して付与することができる。
As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
また、上述した実施の形態1と比較して、予圧リング52や回転ベース1bに凹凸部を設ける必要がなく、予圧リング52及び回転ベース1bの予圧ばね53bに接する面を、例えば平滑面とすることができるため、装置構成及び製造工程を簡単化することができる。また、実施の形態1でも説明したように、軸受5の長寿命化を図ることができる。
Further, as compared with the first embodiment described above, it is not necessary to provide an uneven portion on the
なお、上述した各実施の形態では、与圧ばね53a(53b)をリング状に配設していたが、特にリング状に限るものではなく、四角形、六角形等、必要に応じた形態で配設することができる。
In each of the embodiments described above, the pressurizing
また、与圧ばね53a(53b)は、その両端を溶接等で接続しても良い。また、予圧ばね53a(53b)を、例えば回転ベース1bに設けた円周方向の溝等に配設してもよく、この場合には、与圧ばね53a(53b)の両端を接続する必要はない。このように構成すれば、より廉価で製造することが可能になり、また、輸送、保管等の取扱いも容易になる。
Further, both ends of the pressurizing
また、上述した各実施の形態では、軸受5の外輪5bを分割構造として予圧リング52を設けていたが、内輪5aを分割構造としてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the
1a 固定ベース、 1b 回転ベース、 1c 凹凸部、 2a,2b コア、 3a,3b 光素子、 4a 発光素子、 4b 受光素子、 5a 内輪、 5b 外輪、 51 玉、 52 与圧リング、 52a 凹凸部、 53a,53b 与圧ばね、 6 導光リング、 7 モータ、 100 回転装置。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記コイルばねを、そのコイル径方向に挟み込む第1及び第2の支持部材と
を備え、
前記第1の支持部材と前記第2の支持部材との隙間が、前記コイルばねのコイル径よりも小さく、前記第1及び第2の支持部材が前記コイルばねをコイル径の方向に圧縮することにより予圧を発生すること
を特徴とする与圧機構。 A coil spring;
A first support member and a second support member sandwiching the coil spring in the coil radial direction;
The gap between the first support member and the second support member is smaller than the coil diameter of the coil spring, and the first and second support members compress the coil spring in the direction of the coil diameter. A pressurizing mechanism characterized by generating preload by means of
前記第1及び第2の支持部材の前記コイルばねと接触する部分に、前記コイルばねの線材に対応した凹凸形状を有すること
を特徴とする請求項1に記載の予圧機構。 The coil spring is formed of a wire material,
2. The preload mechanism according to claim 1, wherein portions of the first and second support members that come into contact with the coil spring have an uneven shape corresponding to a wire material of the coil spring.
前記軸方向に分割された前記外輪又は前記内輪に対して予圧を付与する請求項1から3までのいずれか1項に記載の与圧機構を備えたことを特徴とする4点接触軸受。 A four-point contact bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a rolling element arranged to contact the outer ring and the inner ring at two locations, wherein the outer ring or the inner ring is divided in the axial direction;
4. The four-point contact bearing comprising the pressurizing mechanism according to claim 1, wherein a preload is applied to the outer ring or the inner ring divided in the axial direction.
回転部と、
前記固定部に対して前記回転部を回転可能に支持する請求項4から6までのいずれか1項に記載の4点接触軸受と
を備えた回転装置。 A fixed part;
A rotating part;
A rotating device comprising: the four-point contact bearing according to any one of claims 4 to 6, wherein the rotating portion is rotatably supported with respect to the fixed portion.
光信号としての光を発する発光素子と、
前記発光素子から発せられた光を伝播される環状の導光リングと、
前記導光リング内を伝播した光を受光する受光素子と
を備えた光信号伝送装置。
An optical signal transmission device that is provided in the rotation device according to claim 7 and transmits an optical signal between the rotation unit and the fixed unit,
A light emitting element that emits light as an optical signal;
An annular light guide ring that propagates light emitted from the light emitting element;
An optical signal transmission device comprising: a light receiving element that receives light propagating through the light guide ring.
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JP2008065173A JP2009222092A (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Preload mechanism, four-point contact bearing, rotary device, and light signal transmission device |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2013210059A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Rotary shaft supporting mechanism and rotation introducing mechanism |
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2008
- 2008-03-14 JP JP2008065173A patent/JP2009222092A/en not_active Withdrawn
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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: 20110607 |