JP3856638B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵輪等の操舵手段に連結された操舵軸が車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていない車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用操舵装置は、操舵輪等の操舵手段に連結される操舵軸が舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、前記操舵軸が前記舵取機構に機械的に連結されていないステアバイワイヤ式とに大別される。
【0003】
後者のステアバイワイヤ式は、例えば、特開平1−153379号公報に記載されているように、操舵軸を舵取機構から機械的に切り離して配し、舵取機構の中途に操舵アクチュエータとしての舵取モータを設け、操舵用の車輪の実舵角と目標舵角との偏差に応じてマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部が前記舵取モータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を目標舵角に調整する構成となっている。
【0004】
また、ステアバイワイヤ式として、操舵輪の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する前記舵取制御部等の駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段を備えた車両用操舵装置が知られている。
【0005】
この車両用操舵装置は、前記舵取機構と機械的に連結されたピニオン軸等の伝動軸を備え、該伝動軸と前記操舵軸との間に前記連結手段が設けられている。
【0006】
この連結手段は、電磁クラッチ、又は、摩擦板円板形の摩擦クラッチが用いられている。電磁クラッチは、前記駆動手段が正常である場合に電磁石が励磁されず、トルクの伝達が遮断されており、前記駆動手段が故障した場合に通電されてトルクを操舵軸から舵取機構へ伝達する構成となっている。
【0007】
また、摩擦クラッチは、駆動手段が故障した場合にばねの力で摩擦面を接触させ、前記駆動手段が正常である場合に電磁石が励磁され、摩擦面を離脱させる構成となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、連結手段の前記電磁クラッチ、摩擦クラッチは比較的大形であるため、この電磁クラッチ、摩擦クラッチの配置スペースを確保することが難しいという問題があった。
【0009】
さらに前記連結手段は駆動手段の故障によって舵取機構を駆動することができなくなった緊急時に操舵軸を舵取機構に機械的に連結し、車両を路側に誘導させるために必要なもので、この緊急時の短時間にだけ必要な前記連結手段として比較的大形で、比較的高価な電磁クラッチ又は摩擦クラッチが用いられているため、改善策が要望されていた。
【0010】
本発明は上記問題点を解決することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
第1発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に移動可能に保持された磁性部材と、他方に設けられ、該磁性部材の係止を可能とした係止部と、前記磁性部材を吸引移動させる電磁石とを備えていることを特徴とする。
【0012】
第1発明にあっては、駆動手段が正常である場合、電磁石への通電が禁止された状態で磁性部材と係止部とが非係止であるため、操舵手段の操舵に応じて駆動手段が舵取機構を駆動する。また、駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき、電磁石へ通電され、該電磁石が磁性部材を吸引移動させるため、磁性部材が係止部に係止され、伝動軸を介して操舵軸を舵取機構に機械的に連結することができる。また、操舵軸及び伝動軸の一方に磁性部材を保持してあり、他方に係止部を設けてあるため、従来のように電磁クラッチ又は摩擦クラッチを用いるものに比較して連結手段を小形にでき、該連結手段の車室内での占有スペースを小さくすることができる。
【0013】
第2発明に係る車両用操舵装置は、前記操舵軸と前記静止側部材との間には前記操舵手段にその操舵方向と逆向きの反力を付与するモータを備え、該モータに前記電磁石を設けてあることを特徴とする。
【0014】
第2発明にあっては、反力用のモータに前記電磁石が設けてあるため、該電磁石を簡易に配置することができる。
【0015】
第3発明に係る車両用操舵装置は、前記磁性部材は前記操舵軸又は伝動軸のラジアル方向への移動が可能なピンを用いてなり、該ピンを前記係止部に対して離間させる離間手段を備えていることを特徴とする。
【0016】
第3発明にあっては、離間手段がピンを係止部に対して離間させているため、駆動手段が正常である場合、ピンが係止部に係止されることを確実に防止することができる。
【0017】
第4発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に設けられた筒部と、該筒部に設けられた係止凹部と、他方に設けられ、前記筒部に挿入された軸部と、該軸部にラジアル方向への移動を可能に保持された磁性ピンと、前記静止側部材に設けられ、前記磁性ピンを吸引移動させる電磁石とを有していることを特徴とする。
【0018】
第4発明にあっては、駆動手段が正常である場合、電磁石への通電が禁止された状態で磁性ピンと係止部とが非係合であるため、操舵手段の操舵に応じて駆動手段が舵取機構を駆動する。また、駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき、電磁石へ通電され、該電磁石が磁性ピンを吸引移動させるため、磁性ピンが係止部に係止され、伝動軸を介して操舵軸を舵取機構に機械的に連結することができる。
【0019】
また、操舵軸及び伝動軸に筒部、係止凹部、軸部及び磁性ピンを設けてあり、操舵軸を支持する静止側部材に電磁石を設けてあるため、従来のように電磁クラッチ又は摩擦クラッチを用いるものに比較して連結手段を小形にでき、該連結手段の車室内での占有スペースを小さくすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態1
図1は本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式的斜視図、図2は車両用操舵装置の要部構成を示す拡大断面図、図3は図2のIII −III 線の断面図である。
【0021】
この車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪A,Aに操舵動作を行わせるための舵取機構1と、舵取機構1から機械的に切り離して軸ハウジング2等の円筒形の静止側部材に回転自在に支持される操舵軸3と、該操舵軸3の上端に連結され操舵手段である操舵輪4と、該操舵輪4に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力用のモータ5と、前記操舵輪4の操舵に応じて前記舵取機構1を駆動する駆動手段6と、駆動手段6の故障によって前記舵取機構1を駆動することができなくなったとき前記操舵軸3の下端を前記舵取機構1に連結する連結手段7とを備えた構成となっている。
【0022】
操舵軸3を支持する軸ハウジング2には、操舵輪4に操舵方向と逆向きの反力を付与する反力用のモータ5が設けられている。このモータ5は、前記駆動手段6が備える後記する舵取制御部62から与えられる動作指令信号に応じた駆動回路60からの通電により正逆両方向に駆動され、操舵輪4の操舵方向と逆方向の力(反力)を付与する動作をなす。
【0023】
モータ5は筒形の軸ハウジング2内に固定され、固定子鉄心及び固定子巻線を有する固定子51と、該固定子51内に回転可能に配置され、前記操舵軸3の下端部周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられている回転子52とを備えている。
【0024】
従って、操舵輪4の操舵には反力用のモータ5が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、この操舵トルクを検出するトルクセンサ8と、操舵輪4の操舵量及び操舵方向を検出する例えばロータリエンコーダ9とが軸ハウジング2に付設されており、これらトルクセンサ8及びロータリエンコーダ9が検出した結果はインタフェース回路10を介して舵取制御部62に与えられている。尚、ロータリエンコーダ9に代えてポテンショメータまたはレゾルバを用いてもよい。
【0025】
舵取機構1は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向へ移動する舵取軸11の両端部と、車輪A,Aを支持するナックルアーム12,12とを連結し、舵取軸11の両方向への移動によりナックルアーム12,12を押し引きし、車輪A,Aを左右に操向させるものであり、この操向は舵取軸11の中途部に同軸的に構成されたブラシレス形の舵取モータ61の回転を、適宜の運動変換機構により舵取軸11の移動に変換して行われる。
【0026】
この舵取軸11は、軸長方向一端側に螺旋溝を、また、他端側にラック歯を夫々備え、軸ハウジング13内に回転不能であり、軸長方向への移動を可能に支持されている。軸ハウジング13内には、前記ラック歯に噛合するピニオンを下端に有するピニオン軸14が回転可能に支持され、前記駆動手段6が故障した場合、ピニオン軸14を回転させることにより前記舵取軸11を移動させる構成となっている。また、軸ハウジング13にはピニオン軸14の回転量及び回転方向を検出するロータリエンコーダ20が設けられ、該ロータリエンコーダ20が検出した結果はインタフェース回路10を介して舵取制御部62に与えられている。さらに、ピニオン軸14の上端にはジョイントを介して第1軸15が連結され、該第1軸15の上端にジョイントを介して第2軸16が連結されており、該ピニオン軸14、第1軸15、第2軸16が伝動軸17を構成している。
【0027】
舵取モータ61は、前記舵取軸11を支持する軸ハウジング13内に固定される円筒形の固定子、及び該固定子の内周面及び舵取軸11の外周面間に回転が可能に支持されており、その外周面に複数個の永久磁石が周方向に離隔して設けられている円筒状の回転子を備えている。この回転子に、前記舵取軸11に設けられる螺旋溝と係合する伝動環が連結されており、該伝動環を介して舵取モータ61の回転が舵取軸11に伝達され、該舵取軸11が軸長方向へ移動する構成となっている。
【0028】
駆動手段6は、前記舵取モータ61とマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部62とを備えている。舵取モータ61は、舵取制御部62から与えられる駆動回路63からの通電により回転し、その舵取モータ61の回転は、舵取軸11の軸長方向の摺動に変換され、舵取モータ61の回転に応じた操舵(操舵用の車輪A,Aの操向)が行われる。舵取制御部62はエンジン起動のためのキースイッチのオン操作に応じて動作を開始する。
【0029】
連結手段7は、前記操舵軸3の下端、換言すれば回転子52の下端から下向きに延出された軸部71と、該軸部71にラジアル方向への移動を可能に保持された複数本の磁性ピン72を用いてなる磁性部材と、前記第2軸16の上端から上向きに延出され、前記軸部71が挿入された筒部73と、該筒部73に穿設され、前記磁性ピン72の係止/離脱を可能とした複数の係止凹部74からなる係止部と、前記軸ハウジング2内に設けられ、前記駆動手段6の故障が発生したとき前記磁性ピン72を吸引移動させて前記係止凹部74に係止させる環状の電磁石75とを備えている。
【0030】
軸部71は周面の4等配位置に保持孔76がラジアル方向へ穿設されており、該保持孔76に前記磁性ピン72と、該磁性ピン72を前記係止凹部74に対して離間させるコイルバネ77等の離間手段とが挿入保持されている。尚、磁性ピン72は全体が磁性材料で形成されているが、その他、前記電磁石75に臨む側の一端部のみが磁性材料で形成され、他端側が非磁性材料で形成されたピンであってもよい。また、係止凹部74は筒部73のラジアル方向へ貫通した貫通孔からなるが、その他、筒部73のラジアル方向へ凹む非貫通の凹部としてもよいし、また、筒部73の端縁から軸長方向へ凹む凹部としてもよい。
【0031】
電磁石75は前記モータ5に設けてある。即ち、既存のモータ5の固定子51を軸長方向一端側で分割し、この一端側部分を電磁石75としてある。尚、前記回転子52は前記電磁石75内に臨む部分の永久磁石をなくし、前記軸部71としてある。
【0032】
また、電磁石75は前記舵取制御部62からの動作指令信号に応じて図示しないリレーを介して電源から電磁コイルへの通電が禁止されており、舵取制御部62系の故障によって駆動回路63から舵取モータ61への通電が禁止されたとき、電源から電磁コイルへ通電され、電磁石75が磁性ピン72を吸引移動させるようにしてある。
【0033】
図4は車両用操舵装置の駆動手段が故障した場合の状態を示す拡大断面図、図5は図4のV −V 線の断面図である。
以上の如く構成された車両用操舵装置は、舵取制御部62及び舵取モータ61等の駆動手段6が正常である場合、操舵輪4の操舵に応じて舵取制御部62が舵取モータ61を駆動制御し、該舵取モータ61が舵取機構1を駆動することにより、操舵用の車輪A,Aに操舵動作を行わせる。
【0034】
このとき、操舵輪4の操舵には反力用のモータ5が発生する反力に抗する操舵トルクが加えられる。この操舵トルクはトルクセンサ8により検出され、また、操舵輪4の操舵量がロータリエンコーダ9により操舵方向を含めて検出され、これらの検出結果は舵取制御部62に与えられている。さらに、電磁石75への通電は禁止されており、磁性ピン72はコイルバネ77によって係止凹部74に対して離間しており、操舵軸3と舵取機構1とは機械的に連結されていない。(図2)
【0035】
また、前記駆動手段6の例えば舵取制御部62が故障し、舵取機構1を駆動することができなくなった場合、前記リレーを介して電磁石75へ通電される。
【0036】
これに伴い磁性ピン72が吸引され、該磁性ピン72が係止凹部74に係合し、操舵軸3及び舵取機構1を、軸部71、磁性ピン72、係止凹部74、筒部73、第2軸16、第1軸15及びピニオン軸14を介して機械的に連結させることができる。
【0037】
操舵輪4に加えられる相当大きな操舵トルクは、操舵軸3、軸部71、磁性ピン72、係止凹部74、筒部73、第2軸16、第1軸15及びピニオン軸14を介して舵取機構1に確実に伝達することができ、該舵取機構1を確実に駆動することができる。
【0038】
実施の形態2
図6は実施の形態2の要部構成を示す拡大断面図である。
実施の形態2の車両用操舵装置は、操舵軸3に磁性ピン72を保持し、第2軸16に係止凹部74を設ける代わりに、第2軸16の上端に保持孔76aを有する軸部71aを設け、該軸部71aの保持孔76aに磁性ピン72を移動可能に保持し、操舵軸3の下端に係止凹部74aを有する筒部73aを設けたものである。
【0039】
その他の構成及び作用は実施の形態1と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用の説明を省略する。
【0040】
尚、以上説明した実施の形態では、第2軸16、第1軸15及びピニオン軸14を伝動軸17としたが、その他、前記軸ハウジング2が支持する前記操舵軸3と前記第2軸16とを一体に形成し、前記第1軸15を軸長方向中間で2分割し、上側の分割軸及び前記第2軸16側を操舵軸とし、下側の分割軸及び前記ピニオン軸14を伝動軸としてもよいし、また、前記ピニオン軸14を軸長方向中間で2分割し、上側の分割軸及び前記第1軸16側を操舵軸とし、ピニオンを有する下側の分割軸を伝動軸としてもよい。この場合、操舵軸及び伝動軸の一方に前記磁性ピン72を保持し、他方に前記係止凹部74を設け、さらに前記電磁石75を配置する。
【0041】
また、以上説明した実施の形態では、反力用のモータ5が電磁石75を備え、該電磁石75の内側に磁性ピン72及び係止凹部74を配置したが、その他、この電磁石75は前記モータ5と別の位置に設け、該電磁石75の内側に磁性ピン72及び係止凹部74を配置してもよい。
【0042】
また、以上説明した実施の形態では、軸部71,71aに磁性ピン72を保持し、筒部73,73aに係止凹部74,74aを設けたが、その他、軸部71,71aに係止凹部74,74aを設け、筒部73,73aに磁性ピン72及び該磁性ピン72を前記係止凹部74,74aに向けて付勢するコイルバネ等の付勢手段を設け、駆動手段6が正常であるとき前記磁性ピン72を吸引移動させて前記係止凹部74,74aに対して離間させ、駆動手段6に故障が発生したとき電磁石75への通電を禁止し、前記磁性ピン72の吸引を解除して、該磁性ピン72を付勢手段の力で移動させ、係止凹部74,74aに係合させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式的斜視図である。
【図2】本発明に係る車両用操舵装置の要部構成を示す拡大断面図である。
【図3】図2のIII −III 線の断面図である。
【図4】本発明に係る車両用操舵装置の駆動手段が故障した場合の状態を示す拡大断面図である。
【図5】図4のV −V 線の断面図である。
【図6】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態2の要部構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 舵取機構
2 静止側部材(軸ハウジング)
3 操舵軸
4 操舵手段(操舵輪)
5 モータ
6 駆動手段
17 伝動軸
7 連結手段
71 軸部
72 磁性ピン(磁性部材)
73 筒部
74 係止凹部(係止部)
75 電磁石
77 コイルバネ(離間手段)
Claims (4)
- 車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に移動可能に保持された磁性部材と、他方に設けられ、該磁性部材の係止を可能とした係止部と、前記磁性部材を吸引移動させる電磁石とを備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
- 前記操舵軸と前記静止側部材との間には前記操舵手段にその操舵方向と逆向きの反力を付与するモータを備え、該モータに前記電磁石を設けてある請求項1記載の車両用操舵装置。
- 前記磁性部材は前記操舵軸又は伝動軸のラジアル方向への移動が可能なピンを用いてなり、該ピンを前記係止部に対して離間させる離間手段を備えている請求項1又は請求項2記載の車両用操舵装置。
- 車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されることなく静止側部材に支持される操舵軸と、該操舵軸に連結されている操舵手段と、該操舵手段の操舵に応じて前記舵取機構を駆動する駆動手段と、該駆動手段の故障によって前記舵取機構を駆動することができなくなったとき前記操舵軸を前記舵取機構に機械的に連結する連結手段とを備えた車両用操舵装置において、前記舵取機構に機械的に連結された伝動軸を有しており、前記連結手段は、前記操舵軸及び伝動軸の一方に設けられた筒部と、該筒部に設けられた係止凹部と、他方に設けられ、前記筒部に挿入された軸部と、該軸部にラジアル方向への移動を可能に保持された磁性ピンと、前記静止側部材に設けられ、前記磁性ピンを吸引移動させる電磁石とを有していることを特徴とする車両用操舵装置。
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