JP4211763B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
なお、以下では燃料を噴射する側(噴孔側)を燃料噴射弁の下側として説明するものであるが、燃料噴射弁の実際の搭載時における上下方向とは何ら関係ない。
燃料噴射弁の一部品である噴射ノズルの一例を図5に示す。
噴射ノズルJ1は、ノズルボディJ2とニードルJ3を備える。そして、燃料噴射装置の作動時(エンジンの運転時)には、コモンレール等の蓄圧装置から供給される高圧燃料がノズルボディJ2に形成されたノズル燃料孔J4よりノズル孔J5の内部に導かれ、ノズル孔J5の内部は常時高圧燃料で満たされる。
燃料噴射弁は、ニードルJ3の上部に連接されたコマンドピストンJ6の下向きの力を変化させることで、ニードルJ3が高圧燃料によって受ける上向きの力と、コマンドピストンJ6から受ける下向きの力のバランスを変化させて、ニードルJ3を上下方向に変位させて燃料噴射を制御している。
そして、摺動孔J7と摺動軸部J8の摺動クリアランスと、摺動孔J7と摺動軸部J8の嵌まり合い長さによって、ニードルJ3の傾斜を抑制するとともに、ノズルボディJ2内の高圧と、コマンドピストンJ6側の低圧とを区画している(例えば、特許文献1参照)。
また、摺動孔J7と摺動軸部J8の摺動クリアランスから低圧側に燃料がリークする際の圧力損失エネルギーが熱に変換されるため、摺動クリアランスから低圧側に漏れる燃料のリーク量が増えると、燃料噴射弁の温度上昇につながり、耐熱限界の低い部品(例えばゴム、樹脂など)が劣化し易くなる等の不具合が発生する。
そこで、摺動孔J7と摺動軸部J8の摺動クリアランスを非常に厳しく管理して、燃料のリーク量を低減するようにしている。
ノズルボディJ2の上端は、ロアボディJ9と当接しており、ロアボディJ9に締結されるリテーニングナットJ10によってノズルボディJ2をロアボディJ9に強く押し付けることで、ロアボディJ9とノズルボディJ2の接合部をメタルシールして燃料の漏れを防いでいる。即ち、ノズルボディJ2は、高圧燃料の漏れを防ぐために、ロアボディJ9とリテーニングナットJ10の間において軸方向に強く圧縮された状態で組み付けられる。
このように、ノズルボディJ2は、軸方向に荷重を受けることで、摺動孔J7の内径が拡径方向に変形する。その結果、摺動孔J7と摺動軸部J8の摺動クリアランスが大きくなり、摺動クリアランスから低圧側への燃料のリーク量が増加してしまう。
ノズルボディJ2の内部には、摺動孔J7の下端(ノズル孔J5の上端)に燃料溜J11が形成されている。この燃料溜J11は、ノズル燃料孔J4から供給される高圧燃料をノズル孔J5の周囲に均一に導くものである。
一方、ノズル燃料孔J4は、ノズルボディJ2内において上下方向に延びる燃料通路であり、燃料溜J11内における開口部は摺動孔J7と接近する。このため、摺動孔J7の下端と、ノズル燃料孔J4の下端は、薄肉部αを介して接近する構造になる。
そして、上述したように、ノズルボディJ2が軸方向の荷重を受け、摺動孔J7の内径が拡径方向に変形することで、薄肉部αも径方向に広がるストレスを受け、薄肉部αが破損しやすい状態になる。
本発明の第2の目的は、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることによって摺動クリアランスが大きくなる不具合を回避するとともに、薄肉部(燃料溜に面する摺動孔とノズル燃料孔との接近部分)の破損を防ぐことができる燃料噴射弁を提供することにある。
請求項1の手段を採用する燃料噴射弁におけるノズルボディの外周面には、凹部が設けられており、この凹部は、径方向において荷重を受けて拡径する摺動孔とラップしている。
ノズルボディが軸方向に荷重を受けることにより、上述したように、摺動孔の内径に拡径方向へ変形する力が発生する。
一方、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることにより、凹部の内径側(荷重を受けて拡径する摺動孔の外径方向位置の内側)に縮径方向へ変形する力が発生する。
このように、「摺動孔の内径が拡径方向に変形する力」が「凹部の内径側が縮径方向に変形する力」によって打ち消されるため、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることによって摺動クリアランスが大きくなる不具合を回避することができる。
また、凹部は、ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径している。これにより、凹部による縮径方向の変形を促進することができる。
請求項2の手段を採用する燃料噴射弁におけるノズルボディの外周面には、凹部が設けられており、この凹部は、径方向において摺動孔と燃料溜の境界部にラップしている。
ノズルボディが軸方向に荷重を受けることにより、上述したように、摺動孔の内径が拡径方向に変形する力が発生するとともに、薄肉部(燃料溜に面する摺動孔とノズル燃料孔との接近部分)にも径方向に広がる力が発生する。
一方、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることにより、凹部の内径側(薄肉部が設けられる摺動孔と燃料溜の境界部)に縮径方向へ変形する力が発生する。
このように、「摺動孔の内径が拡径方向に変形する力と薄肉部が拡径方向に変形する力」が「凹部の内径側が縮径方向に変形する力」によって打ち消されるため、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることによって摺動クリアランスが大きくなる不具合を回避することができるとともに、薄肉部の破損を防ぐことができる。
また、凹部は、ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径している。これにより、凹部による縮径方向の変形を促進することができる。
請求項3の手段を採用する燃料噴射弁は、ニードルの外周面と摺動穴との間に形成される摺動クリアランスが、摺動孔と燃料溜との境界部にまで至って設けられている。そして、ノズルボディの外周面には、凹部が設けられており、この凹部は、径方向において摺動孔と燃料溜の境界部にラップしている。
ノズルボディが軸方向に荷重を受けることにより、上述したように、摺動孔の内径が拡径方向に変形する力が発生するとともに、薄肉部(燃料溜に面する摺動孔とノズル燃料孔との接近部分)にも径方向に広がる力が発生する。
一方、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることにより、凹部の内径側(薄肉部が設けられる摺動孔と燃料溜の境界部)に縮径方向へ変形する力が発生する。
このように、「摺動孔の内径が拡径方向に変形する力と薄肉部が拡径方向に変形する力」が「凹部の内径側が縮径方向に変形する力」によって打ち消されるため、ノズルボディが軸方向に荷重を受けることによって摺動クリアランスが大きくなる不具合を回避することができるとともに、薄肉部の破損を防ぐことができる。
請求項4の手段を採用する燃料噴射弁における凹部は、ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径している。
これにより、凹部による縮径方向の変形を更に促進することができる。
[請求項5の手段]
請求項5の手段を採用する燃料噴射弁における凹部は、ノズルボディの外周面の全周に亘って設けられる。
これにより、凹部による縮径方向の変形が周方向で偏ることを防止できる。
そして、ノズルボディの外周面には凹部が設けられており、凹部は、径方向において荷重を受けて拡径する摺動孔とラップするとともに、ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径している。
そして、ノズルボディの外周面には凹部が設けられており、凹部は、径方向において摺動孔と燃料溜との境界部にラップするとともに、ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径している。
ニードルの外周面と摺動穴との間に形成される摺動クリアランスは、摺動孔と燃料溜との境界部にまで至って設けられる。
そして、ノズルボディの外周面には凹部が設けられており、凹部は、径方向において摺動孔と燃料溜との境界部にラップしている。
この実施例1では、先ず燃料噴射弁の基本構成(概略構成)を説明し、その後で実施例1の背景および特徴を説明する。
燃料噴射弁1は、例えばディーゼルエンジン等に用いられるコモンレール式燃料噴射装置に用いられるものであり、コモンレール(蓄圧装置:図示しない)から供給される高圧燃料をエンジン(図示しない)の燃焼室に噴射するものである。
燃料噴射弁1は、高圧燃料が流入通路2(インオリフィスが配置された燃料通路)を介して与えられるとともに、排出通路3(アウトオリフィスが配置された燃料通路)を介して排圧される圧力制御室4を具備し、排出通路3を電磁弁5によって開閉して、制御室圧力(圧力制御室4の内部圧力)が開弁圧力に低下するとニードル6が上昇して燃料を噴射する噴射ノズル7を備える。
なお、図1ではスプリング16を省略している。また、変形例に示すように、リニアソレノイドやピエゾスタックなどのリニアアクチュエータにより、ニードル6を直接上下方向へ駆動する燃料噴射弁1の場合など、スプリング16は他の位置に配置される場合もある。
流入通路2は、高圧燃料通路14から供給される高圧燃料を減圧する入口側の燃料絞りであるインオリフィスを有し、高圧燃料通路14と圧力制御室4は流入通路2を介して連通する。
排出通路3は、圧力制御室4の上側に形成され、圧力制御室4から排圧燃料通路15(低圧側)に排出される燃料を絞る出口側の燃料絞りであるアウトオリフィスを有し、圧力制御室4と排圧燃料通路15は排出通路3を介して連通する。
ソレノイド17がOFFの状態では、バルブ18がリターンスプリング19の付勢力によって下方へ押し付けられ、バルブ18(例えば、バルブ18の先端に設けられた図示しないボール弁)が排出通路3を塞ぐ。ソレノイド17がONの状態では、ソレノイド17の発生する電磁力によってバルブ18はリターンスプリング19の付勢力に抗して上方に移動して排出通路3が開かれる。
次に、噴射ノズル7を図1を参照して説明する。
噴射ノズル7は、ノズルボディ21とニードル6を備え、リテーニングナット22によってノズルボディ21がロアボディ11の下端面に圧縮された状態で固定されている。
ノズルボディ21の軸中心には、上方から下方へ向けて、摺動孔23、燃料溜24、ノズル孔25が穿設されており、ノズル孔25の下端に設けられた円錐状の弁座26の内側には、ノズルボディ21の先端部から高圧燃料を噴射するための複数の噴孔27が形成されている。
燃料溜24は、ニードル6の外周に環状の空間を形成するものであり、燃料溜24に供給された高圧燃料をニードル6の周囲に導く。
ノズル孔25は、ニードル6(具体的には、シャフト32)との間にノズル室(燃料通路)を形成して、燃料溜24に供給された高圧燃料を弁座26側へ導くものである。
複数の噴孔27は、弁座26の内側(下流側)の上面に入口が開口して、ノズルボディ21の先端部を貫通して設けられ、出口が先端部の外周面に開口している。
ノズル燃料孔33は、ロアボディ11に形成された高圧燃料通路14と連通して高圧燃料を燃料溜24へ導く通路であり、ノズルボディ21の上端面から燃料溜24まで穿設されている。
シャフト32は、摺動軸部31より外径が小さく、燃料溜24より下側のノズル孔25に挿通され、ノズル孔25との間にノズル室を形成する。
なお、摺動軸部31とシャフト32の間の受圧面35は、燃料溜24に面して配置される。
リテーニングナット22の下側の内側には、ノズルボディ21の段差36と軸方向に当接する小径部22aが設けられている。
リテーニングナット22の上側の内側には、ロアボディ11の下側外周に形成された雄ネジに螺合する雌ネジが形成されている。
そして、ニードル6を組み付けたノズルボディ21をリテーニングナット22の内側に装着し、リテーニングナット22をロアボディ11の下部に強固に螺合することで、ノズルボディ21の上端面がロアボディ11の下端面に強く押し付けられ、ロアボディ11とノズルボディ21の接合部がメタルシールされた状態で、ノズルボディ21がロアボディ11に固定される。
ソレノイド17の通電が開始されると、ソレノイド17がバルブ18を吸引し、そのバルブ18がリフトアップを開始すると、排出通路3が開いて、流入通路2で減圧された圧力制御室4の圧力が低下を開始する。
圧力制御室4の圧力が低下してコマンドピストン12の下向きの力が低下し、燃料溜24において受圧面35に加わる上向きの力が上回ると、ニードル6が上昇を開始する。ニードル6が弁座26から離座すると、ノズル室と噴孔27とが連通し、ノズル室に供給された高圧燃料が噴孔27から噴射する。
ニードル6が下降して弁座26に着座すると、ノズル室と噴孔27の連通が遮断されて、噴孔27からの燃料噴射が停止する。
ノズル孔25の内部に満たされる高圧燃料は、摺動孔23と摺動軸部31の摺動クリアランスから低圧側にリークする。摺動クリアランスから低圧側へ漏れるリーク量が増えると、エネルギー損失が発生するとともに、燃料噴射弁1の温度が上昇する不具合が発生するため、摺動孔23と摺動軸部31の摺動クリアランスから低圧側にリークする燃料のリーク量を低減することが望まれる。
ここで、摺動孔23と摺動軸部31の嵌まり合い長さは、燃料噴射弁1の構造的な制約があるため、摺動孔23と摺動軸部31の嵌まり合いを長くしてリーク量を低減するのは困難である。そこで、摺動孔23と摺動軸部31の摺動クリアランスを非常に厳しく管理して、燃料のリーク量を低減するようにしている。
このように、ノズルボディ21の上端と段差36の間が、軸方向に大きな圧縮荷重を受けることで、摺動孔23の内径が拡径方向に変形し、その結果、摺動クリアランスが大きくなり、燃料のリーク量が増加する不具合が発生する。
そして、上記の如く、ノズルボディ21が軸方向の圧縮荷重を受け、摺動孔23の内径が拡径方向に変形することで、薄肉部αも径方向に広がるストレスを受け、薄肉部αが破損しやすい状態になる。
上記の不具合を解決するために、実施例1のノズルボディ21の外周面には、凹部37が設けられている。この凹部37は、摺動孔23と燃料溜24の境界部と径方向においてラップしている。凹部37は、内径方向への窪みあるいは溝であり、ノズルボディ21の外周面の全周に亘って、連続的あるいは等間隔で部分的に設けられている。
この実施例における凹部37は、ノズルボディ21の内周側に向かって徐々に縮径する環状溝、具体的には断面円弧形状の環状溝であり、凹部37の最底部(凹部37によってノズルボディ21の径方向厚みが最も薄くなる部分)は、摺動孔23と燃料溜24の境部β(図1中、破線参照)の外径方向位置に設けられている。
(1)ノズルボディ21がリテーニングナット22の締め付け力による軸方向の圧縮荷重を受けることにより、摺動孔23の内径に拡径方向へ変形する力が発生する。
(2)一方、ノズルボディ21がリテーニングナット22の締め付け力による軸方向の圧縮荷重を受けることにより、凹部37の内径側に縮径方向へ変形する力が発生する。即ち、摺動孔23と燃料溜24の境部βに縮径方向へ変形する力が発生する。
これによって、燃料溜24に近い側(高圧側)の摺動孔23の拡径が防がれる。即ち、摺動クリアランスのうち、高圧側の摺動クリアランスの広がりを防ぐことができる。このように、高圧側の摺動クリアランスの広がりが防がれることにより、リーク量が増える不具合を回避することができる。
また、摺動孔23に近い側の燃料溜24の拡径も同時に防がれるため、薄肉部αが径方向に広がるストレスも抑えることができ、薄肉部αの破損を防ぐことができる。
即ち、ノズルボディ21が軸方向に圧縮荷重を受けることによって生じていた、摺動クリアランスが大きくなる不具合と、薄肉部αの破損とを、両方とも防ぐことができる。
さらに、ノズルボディ21の外周に凹部37を設けるだけで、上記の効果が得られるため、コスト上昇を抑えて高い効果を得ることができる。
なお、ノズルボディ21の外周に形成される凹部37の深さは、軸方向の圧縮による拡径力を少なくとも一部でも消すことができる深さであれば良い。即ち、凹部37の深さは、拡径力を打ち消す縮径力に応じて適宜設定されるものであり、例えば摺動孔23〜ノズルボディ21の径方向厚み(半径方向厚み)の10%以上であることが望ましい。
上記の実施例1では、凹部37を断面円弧形状の環状溝(円弧溝)に設けた例を示した。
これに対し、この実施例2は、凹部37を断面三角形状の円環溝(三角溝)に設けたものである。
このように、凹部37の溝形状を略く字形に設けたことにより、軸方向に圧縮された際に「縮径力」が発生する部位を集中させることができ、予め意図する部位の拡径を確実に防ぐことができる。
そして、この実施例2では、凹部37の溝頂部(凹部37の最底部)を摺動孔23と燃料溜24の境部βの外径方向位置に設け、摺動孔23と燃料溜24の境部βの拡径を確実に防ぐものである。
この実施例3は、上記の実施例2と同様、凹部37を断面三角形状の円環溝(三角溝)に設けたものである。
そして、この実施例3では、凹部37の溝頂部(凹部37の最底部)を摺動孔23の燃料溜24側の外径方向位置に設け、摺動孔23の燃料溜24側の拡径を確実に防ぐものである。即ち、摺動クリアランスのうち、高圧側の摺動クリアランスが広がることを確実に防ぐものである。
上記の実施例では、圧力制御室4の圧力を変化させることにより、コマンドピストン12の下側の押し付け力を可変させる例を示したが、摺動孔23と摺動軸部31の間からリークが生じる燃料噴射弁1であれば、本発明を適用しても良い。即ち、例えばピエゾスタックによる軸方向の変位力や、リニアソレノイドの軸方向の変位力によってニードル6を直接駆動するタイプの燃料噴射弁1であっても、摺動孔23と摺動軸部31の間からリークが生じる燃料噴射弁1であれば、本発明を適用しても良い。
6 ニードル
11 ロアボディ
21 ノズルボディ
22 リテーニングナット
23 摺動孔
24 燃料溜
31 摺動軸部
33 ノズル燃料孔
37 凹部
α 薄肉部
β 摺動孔と燃料溜の境部
Claims (5)
- 軸方向に摺動孔が穿設され、当該摺動孔の一端側に高圧燃料が供給され、前記摺動孔の他端側が低圧側に連通するノズルボディと、
前記摺動孔との間に摺動クリアランスを介して前記摺動孔の内部で摺動自在に支持される摺動軸部を備えるニードルとを具備し、
前記ノズルボディのうち、少なくとも前記摺動孔の軸方向の両端間が、軸方向の荷重を受けた状態で固定される燃料噴射弁において、
前記ノズルボディの外周面には凹部が設けられており、
前記凹部は、径方向において前記荷重を受けて拡径する前記摺動孔とラップするとともに、前記ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径していることを特徴とする燃料噴射弁。 - 軸方向に摺動孔が穿設され、当該摺動孔の一端側に高圧燃料が供給される燃料溜が形成され、前記摺動孔の他端側が低圧側に連通するとともに、前記燃料溜へ高圧燃料を供給するノズル燃料孔が穿設されたノズルボディと、
前記摺動孔との間に摺動クリアランスを介して前記摺動孔の内部で摺動自在に支持される摺動軸部を備えるニードルとを具備し、
前記ノズルボディのうち、少なくとも前記摺動孔の軸方向の両端間が、軸方向の荷重を受けた状態で固定される燃料噴射弁において、
前記ノズルボディの外周面には凹部が設けられており、
前記凹部は、径方向において前記摺動孔と前記燃料溜との境界部にラップするとともに、前記ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径していることを特徴とする燃料噴射弁。 - 軸方向に摺動孔が穿設され、当該摺動孔の一端側に高圧燃料が供給される燃料溜が形成され、前記摺動孔の他端側が低圧側に連通するとともに、前記燃料溜へ高圧燃料を供給するノズル燃料孔が穿設されたノズルボディと、
前記摺動孔との間に摺動クリアランスを介して前記摺動孔の内部で摺動自在に支持される摺動軸部を備えるニードルとを具備し、
前記ノズルボディのうち、少なくとも前記摺動孔の軸方向の両端間が、軸方向の荷重を受けた状態で固定される燃料噴射弁において、
前記ニードルの外周面と前記摺動穴との間に形成される前記摺動クリアランスは、前記摺動孔と前記燃料溜との境界部にまで至って設けられ、
前記ノズルボディの外周面には凹部が設けられており、
前記凹部は、径方向において前記摺動孔と前記燃料溜との前記境界部にラップしていることを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項3に記載の燃料噴射弁において、
前記凹部は、前記ノズルボディの内周側に向かって徐々に縮径していることを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載の燃料噴射弁において、
前記凹部は、前記ノズルボディの外周面の全周に亘って設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
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