JP3657073B2 - 圧電振動ジャイロ - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ一体型VTRの手振れ防止や自動車のナビゲーションシステム等に用いられるジャイロスコープの内、圧電セラミック振動子(以下、振動子と称する)の超音波振動を用いた、いわゆる圧電振動ジャイロに関し、特に、その構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動ジャイロは、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と垂直な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用したジャイロスコープである。互いに直交する2つの方向の励振と検出が可能であるように構成した振動系において、一方の振動を励振した状態で、振動子自身を2つの振動面が交わる線と平行な軸を中心軸として回転させると、前述のコリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他方の振動が励振される。この振動の大きさは、入力側の振動の大きさ及び回転角速度に比例するため、入力電圧が一定の場合、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。
【0003】
図2に、従来の圧電振動ジャイロに用いられる円柱状の振動子の概略構造を示す。また、図3に、振動子を支持するために用いられる支持具を示す。また、図4に、従来の圧電振動ジャイロにおける圧電セラミックス振動子のホルダーへの組立前後の状態を示し、図4(a)に組立前、図4(b)に組立後の状態を示す。
【0004】
図2に示すように、振動子1には、長手方向に対して両端から22.4%の位置にある屈曲振動の節点を結ぶ線(以下、節点線と称する)4上で、かつ各帯状電極の幅方向の中央部に、信号入出力用リード線3が固定されている。この振動子1は、帯状電極2を用いて分極処理が施される。
【0005】
また、図3に示すように、支持具5は、絶縁性のゴム状弾性材料からなり、断面が三角形である環状体で、中央に振動子の外径と同じ径の貫通孔6を有する。
【0006】
また、図4(a)に示すように、ホルダー7は、樹脂製で、端部に、振動子1の長軸方向に対して直交し、節点線と同一線上になるように支持枠部17aが設けられ、この支持枠部17aの外側に、外枠部17bが設けられている。この支持枠部17aには、リード線3が接続される金属端子棒8及び支持具5の外径と同じ径を有する貫通孔が設けられている。また、外枠部17bには、振動子1の外径よりやや大きい貫通孔18が設けられている。
【0007】
また、圧電振動ジャイロは、次のように組み立てられる。図4(a)に示すように、支持具5をホルダー7の貫通孔にはめ込み接着する。この支持具5の貫通孔6に振動子1を挿入し、支持具5の縁部で振動子1の節点線4を支持し、この支持具5と振動子1の接する部分にシリコーンゴムを主成分とする接着剤を注入し接着する。
【0008】
次に、図4(b)に示すように、駆動あるいは検出用の帯状電極に接続されたリード線3を金属端子棒8に半田付けする。更に、金属端子棒8を、振動子1を駆動し、かつ、振動子1からの電気信号を処理するための回路基板11に、半田により電気的かつ機械的に接続する。なお、回路基板11には、電気信号を入出力するための金属端子棒14が半田により固定され、電気的かつ機械的に接続されている。これにより圧電振動ジャイロとして電気信号が入出力される。
【0009】
ところで、接着剤には、高温にて固形化するものを用いている。そのため、常温から高温に温度を上げていくと、接着剤は、常温時と比較して粘度が一旦低下し、更に、高温状態に放置することにより固形化する。したがって、接着剤にて接着する際、常温時では、接着面及び接着面付近のわずかな隙間には入り込まないが、高温時には、毛細管現象により接着面の全体に流れ込み接着強度が向上する。
【0010】
しかし、図4に示すように、振動子1と支持具5の接着部の付近には、リード線3が駆動あるいは検出用の帯状電極に電気的に接続されているため、接着剤がリード線3と振動子1の接合部に付着することにより、リード線3を通じて振動の漏れが生じる。
【0011】
このような問題を極力避けるため、支持具5と振動子1との接着部を節点線4上よりわずかにずらす必要がある。その結果、振動子1の機械的品質係数Qmの低下を招き感度が低下する。また、節点線4上よりわずかにずれて支持されているため、支持具5を介して振動の漏れが生じ、振動子1を含めたホルダー7全体が振動し、また、回路基板11とホルダー7が接続されているために、支持具5を介して外乱が振動子1の屈曲振動に影響を及ぼし、特に、圧電振動ジャイロの静止時出力の特性が劣化するという欠点があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の欠点を除去し、静止時出力の安定した圧電振動ジャイロを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、屈曲振動する圧電セラミック振動子と、該圧電セラミック振動子を屈曲振動の節点線上で支持する支持具と、前記圧電セラミック振動子の信号入出力用リード線を接続する金属端子棒を備え、かつ前記支持具を挿入する貫通孔を有する支持枠部を設けたホルダーと、前記圧電セラミック振動子を駆動すると回路基板からなり、前記金属端子棒を、前記回路基板に接触しないように貫通させ、前記金属端子棒と前記回路基板をフレキシブル基板を介して接続したことを特徴とする圧電振動ジャイロである。
【0014】
本発明の圧電振動ジャイロでは、振動子を含むホルダーは、軟弾性体からなるダンパーにより軟設置され、また、ホルダーに設置されている金属端子棒と回路基板はフレキシブル基板により接続されることにより、外乱が変化しても振動子の屈曲振動に対する影響が少ない。
【0015】
また、ケースに組み込む際、振動子とホルダーにより構成される振動子ユニットの上部に回路基板、更に回路基板の上部にフレキシブル基板が配置され、ケース開放部から順番に一方向から部品を入れることが可能となり、量産及び自動化に適した構造となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0017】
図1は、本発明の圧電振動ジャイロの部分拡大断面図である。図2は、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる振動子の概略の構造を示す斜視図である。図3は、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる支持具の構造を示す斜視図である。図4(a)は、本発明の圧電振動ジャイロにおける振動子のホルダーへの組立前の状態を示す斜視図である。なお、図1では、振動子の支持の状態を詳細に説明するために振動子の軸方向の断面を示している。
【0018】
図2に示すように、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる振動子1は、円柱状で、リード線3が節点線4上に半田付けされている。
【0019】
また、図3に示すように、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる支持具5は、絶縁性のゴム状弾性材料からなり、断面が三角形である環状体で、中央に振動子の外径と同じ径の貫通孔6を有する。
【0020】
図4(a)に示すように、本発明の圧電振動ジャイロに用いられるホルダー7は、樹脂製で、端部に、振動子1の長軸方向に対して直交し、節点線と同一線上になるように支持枠部17aが設けられ、この支持枠部17aの外側に、外枠部17bが設けられている。この支持枠部17aには、リード線3が接続される金属端子棒8及び支持具5の外径と同じ径を有する貫通孔が設けられている。また、外枠部17bには、振動子1の外径よりやや大きい貫通孔18が設けられている。
【0021】
このような部品からなる圧電振動ジャイロは、次のように組み立てられる。図4(a)に示すように、まず、支持具5をホルダー7の貫通孔にはめ込み接着する。次に、ホルダー7に、振動子1を、支持具5の貫通孔6に挿入し、内縁で支持する。更に、振動子1と支持具5が接する部分に、シリコーンゴムを主成分とする熱硬化型の接着剤9を注入し、図1に示すように、支持具5を介して振動子1をホルダー7に仮接着する。次に、ホルダー7を高温雰囲気内に放置する。これにより、常温ではゲル状であった接着剤9は、粘度が下がり液化し細部に行き渡り、振動子1と支持具5は、節点線上で接着される。
【0022】
更に、金属端子棒8に、リード線3を半田にて接続して、振動子ユニットが形成される。次いで、この振動子ユニットと回路基板11を、軟弾性体からなるダンパー12を介してケース10内に固定する。また、金属端子棒8を、回路基板11と接触せずに貫通させ、ケース10の開放面でフレキシブル基板13と接続させる。
【0023】
以上のようにして得られた本発明の圧電振動ジャイロと従来の圧電振動ジャイロの各5個について、静止時出力特性を比較した。図5に、本発明による圧電振動ジャイロの静止時出力特性を、図6に、従来の圧電振動ジャイロの静止時出力特性を示した。図5及び図6に示すように、本発明の圧電振動ジャイロの方が、従来の圧電振動ジャイロよりも静止時出力のばらつきが小さく、更に、温度による静止時出力の変化が小さいことがわかる。
【0024】
【発明の効果】
以上示したように、本発明によれば、静止時出力の安定した圧電振動ジャイロを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電振動ジャイロの部分拡大断面図。
【図2】圧電振動ジャイロに用いられる圧電セラミックス振動子の概略の構造を示す斜視図。
【図3】圧電振動ジャイロに用いられる支持具の構造を示す斜視図。
【図4】従来の圧電振動ジャイロにおける圧電セラミックス振動子のホルダーへの組立前後の状態を示す斜視図。図4(a)は組立前の斜視図。図4(b)は組立後の斜視図。
【図5】本発明による圧電振動ジャイロの静止時出力特性を示す図。
【図6】従来の圧電振動ジャイロの静止時出力特性を示す図。
【符号の説明】
1 (圧電セラミックス)振動子
2 帯状電極
3 (信号入出力用)リード線
4 節点線
5 支持具
6 (支持具の)貫通孔
7 ホルダー
8,14 金属端子棒
9 接着剤
10 ケース
11 回路基板
12 ダンパー
13 フレキシブル基板
17a 支持枠部
17b 外枠部
18 (外枠部の)貫通孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ一体型VTRの手振れ防止や自動車のナビゲーションシステム等に用いられるジャイロスコープの内、圧電セラミック振動子(以下、振動子と称する)の超音波振動を用いた、いわゆる圧電振動ジャイロに関し、特に、その構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動ジャイロは、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と垂直な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用したジャイロスコープである。互いに直交する2つの方向の励振と検出が可能であるように構成した振動系において、一方の振動を励振した状態で、振動子自身を2つの振動面が交わる線と平行な軸を中心軸として回転させると、前述のコリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他方の振動が励振される。この振動の大きさは、入力側の振動の大きさ及び回転角速度に比例するため、入力電圧が一定の場合、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。
【0003】
図2に、従来の圧電振動ジャイロに用いられる円柱状の振動子の概略構造を示す。また、図3に、振動子を支持するために用いられる支持具を示す。また、図4に、従来の圧電振動ジャイロにおける圧電セラミックス振動子のホルダーへの組立前後の状態を示し、図4(a)に組立前、図4(b)に組立後の状態を示す。
【0004】
図2に示すように、振動子1には、長手方向に対して両端から22.4%の位置にある屈曲振動の節点を結ぶ線(以下、節点線と称する)4上で、かつ各帯状電極の幅方向の中央部に、信号入出力用リード線3が固定されている。この振動子1は、帯状電極2を用いて分極処理が施される。
【0005】
また、図3に示すように、支持具5は、絶縁性のゴム状弾性材料からなり、断面が三角形である環状体で、中央に振動子の外径と同じ径の貫通孔6を有する。
【0006】
また、図4(a)に示すように、ホルダー7は、樹脂製で、端部に、振動子1の長軸方向に対して直交し、節点線と同一線上になるように支持枠部17aが設けられ、この支持枠部17aの外側に、外枠部17bが設けられている。この支持枠部17aには、リード線3が接続される金属端子棒8及び支持具5の外径と同じ径を有する貫通孔が設けられている。また、外枠部17bには、振動子1の外径よりやや大きい貫通孔18が設けられている。
【0007】
また、圧電振動ジャイロは、次のように組み立てられる。図4(a)に示すように、支持具5をホルダー7の貫通孔にはめ込み接着する。この支持具5の貫通孔6に振動子1を挿入し、支持具5の縁部で振動子1の節点線4を支持し、この支持具5と振動子1の接する部分にシリコーンゴムを主成分とする接着剤を注入し接着する。
【0008】
次に、図4(b)に示すように、駆動あるいは検出用の帯状電極に接続されたリード線3を金属端子棒8に半田付けする。更に、金属端子棒8を、振動子1を駆動し、かつ、振動子1からの電気信号を処理するための回路基板11に、半田により電気的かつ機械的に接続する。なお、回路基板11には、電気信号を入出力するための金属端子棒14が半田により固定され、電気的かつ機械的に接続されている。これにより圧電振動ジャイロとして電気信号が入出力される。
【0009】
ところで、接着剤には、高温にて固形化するものを用いている。そのため、常温から高温に温度を上げていくと、接着剤は、常温時と比較して粘度が一旦低下し、更に、高温状態に放置することにより固形化する。したがって、接着剤にて接着する際、常温時では、接着面及び接着面付近のわずかな隙間には入り込まないが、高温時には、毛細管現象により接着面の全体に流れ込み接着強度が向上する。
【0010】
しかし、図4に示すように、振動子1と支持具5の接着部の付近には、リード線3が駆動あるいは検出用の帯状電極に電気的に接続されているため、接着剤がリード線3と振動子1の接合部に付着することにより、リード線3を通じて振動の漏れが生じる。
【0011】
このような問題を極力避けるため、支持具5と振動子1との接着部を節点線4上よりわずかにずらす必要がある。その結果、振動子1の機械的品質係数Qmの低下を招き感度が低下する。また、節点線4上よりわずかにずれて支持されているため、支持具5を介して振動の漏れが生じ、振動子1を含めたホルダー7全体が振動し、また、回路基板11とホルダー7が接続されているために、支持具5を介して外乱が振動子1の屈曲振動に影響を及ぼし、特に、圧電振動ジャイロの静止時出力の特性が劣化するという欠点があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の欠点を除去し、静止時出力の安定した圧電振動ジャイロを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、屈曲振動する圧電セラミック振動子と、該圧電セラミック振動子を屈曲振動の節点線上で支持する支持具と、前記圧電セラミック振動子の信号入出力用リード線を接続する金属端子棒を備え、かつ前記支持具を挿入する貫通孔を有する支持枠部を設けたホルダーと、前記圧電セラミック振動子を駆動すると回路基板からなり、前記金属端子棒を、前記回路基板に接触しないように貫通させ、前記金属端子棒と前記回路基板をフレキシブル基板を介して接続したことを特徴とする圧電振動ジャイロである。
【0014】
本発明の圧電振動ジャイロでは、振動子を含むホルダーは、軟弾性体からなるダンパーにより軟設置され、また、ホルダーに設置されている金属端子棒と回路基板はフレキシブル基板により接続されることにより、外乱が変化しても振動子の屈曲振動に対する影響が少ない。
【0015】
また、ケースに組み込む際、振動子とホルダーにより構成される振動子ユニットの上部に回路基板、更に回路基板の上部にフレキシブル基板が配置され、ケース開放部から順番に一方向から部品を入れることが可能となり、量産及び自動化に適した構造となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0017】
図1は、本発明の圧電振動ジャイロの部分拡大断面図である。図2は、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる振動子の概略の構造を示す斜視図である。図3は、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる支持具の構造を示す斜視図である。図4(a)は、本発明の圧電振動ジャイロにおける振動子のホルダーへの組立前の状態を示す斜視図である。なお、図1では、振動子の支持の状態を詳細に説明するために振動子の軸方向の断面を示している。
【0018】
図2に示すように、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる振動子1は、円柱状で、リード線3が節点線4上に半田付けされている。
【0019】
また、図3に示すように、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる支持具5は、絶縁性のゴム状弾性材料からなり、断面が三角形である環状体で、中央に振動子の外径と同じ径の貫通孔6を有する。
【0020】
図4(a)に示すように、本発明の圧電振動ジャイロに用いられるホルダー7は、樹脂製で、端部に、振動子1の長軸方向に対して直交し、節点線と同一線上になるように支持枠部17aが設けられ、この支持枠部17aの外側に、外枠部17bが設けられている。この支持枠部17aには、リード線3が接続される金属端子棒8及び支持具5の外径と同じ径を有する貫通孔が設けられている。また、外枠部17bには、振動子1の外径よりやや大きい貫通孔18が設けられている。
【0021】
このような部品からなる圧電振動ジャイロは、次のように組み立てられる。図4(a)に示すように、まず、支持具5をホルダー7の貫通孔にはめ込み接着する。次に、ホルダー7に、振動子1を、支持具5の貫通孔6に挿入し、内縁で支持する。更に、振動子1と支持具5が接する部分に、シリコーンゴムを主成分とする熱硬化型の接着剤9を注入し、図1に示すように、支持具5を介して振動子1をホルダー7に仮接着する。次に、ホルダー7を高温雰囲気内に放置する。これにより、常温ではゲル状であった接着剤9は、粘度が下がり液化し細部に行き渡り、振動子1と支持具5は、節点線上で接着される。
【0022】
更に、金属端子棒8に、リード線3を半田にて接続して、振動子ユニットが形成される。次いで、この振動子ユニットと回路基板11を、軟弾性体からなるダンパー12を介してケース10内に固定する。また、金属端子棒8を、回路基板11と接触せずに貫通させ、ケース10の開放面でフレキシブル基板13と接続させる。
【0023】
以上のようにして得られた本発明の圧電振動ジャイロと従来の圧電振動ジャイロの各5個について、静止時出力特性を比較した。図5に、本発明による圧電振動ジャイロの静止時出力特性を、図6に、従来の圧電振動ジャイロの静止時出力特性を示した。図5及び図6に示すように、本発明の圧電振動ジャイロの方が、従来の圧電振動ジャイロよりも静止時出力のばらつきが小さく、更に、温度による静止時出力の変化が小さいことがわかる。
【0024】
【発明の効果】
以上示したように、本発明によれば、静止時出力の安定した圧電振動ジャイロを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電振動ジャイロの部分拡大断面図。
【図2】圧電振動ジャイロに用いられる圧電セラミックス振動子の概略の構造を示す斜視図。
【図3】圧電振動ジャイロに用いられる支持具の構造を示す斜視図。
【図4】従来の圧電振動ジャイロにおける圧電セラミックス振動子のホルダーへの組立前後の状態を示す斜視図。図4(a)は組立前の斜視図。図4(b)は組立後の斜視図。
【図5】本発明による圧電振動ジャイロの静止時出力特性を示す図。
【図6】従来の圧電振動ジャイロの静止時出力特性を示す図。
【符号の説明】
1 (圧電セラミックス)振動子
2 帯状電極
3 (信号入出力用)リード線
4 節点線
5 支持具
6 (支持具の)貫通孔
7 ホルダー
8,14 金属端子棒
9 接着剤
10 ケース
11 回路基板
12 ダンパー
13 フレキシブル基板
17a 支持枠部
17b 外枠部
18 (外枠部の)貫通孔
Claims (1)
- 屈曲振動する圧電セラミック振動子と、該圧電セラミック振動子を屈曲振動の節点線上で支持する支持具と、前記圧電セラミック振動子の信号入出力用リード線を接続する金属端子棒を備え、かつ前記支持具を挿入する貫通孔を有する支持枠部を設けたホルダーと、前記圧電セラミック振動子を駆動する回路基板とからなり、前記金属端子棒を、前記回路基板に接触しないように貫通させ、前記金属端子棒と前記回路基板をフレキシブル基板を介して接続したことを特徴とする圧電振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35517896A JP3657073B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 圧電振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35517896A JP3657073B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 圧電振動ジャイロ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10185583A JPH10185583A (ja) | 1998-07-14 |
JP3657073B2 true JP3657073B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=18442406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP35517896A Expired - Fee Related JP3657073B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 圧電振動ジャイロ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3657073B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003046479A1 (en) | 2001-11-29 | 2003-06-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
-
1996
- 1996-12-19 JP JP35517896A patent/JP3657073B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10185583A (ja) | 1998-07-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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