JP4289261B2 - マグネットカップリング - Google Patents

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本発明は、非接触状態で回転力を伝達するためのマグネットカップリングに関するものである。
一般的なマグネットカップリングにおいて、駆動軸の先端部には内側マグネットが固定される一方、この駆動軸と同心上に設けられた従動軸の基端部には外側マグネットが固定されており、この内側マグネットに対して所定間隔をもって外側マグネットが配置されており、両者の間には隔壁が非接触状態で設けられている。従って、駆動軸の回転力は内側マグネットの磁力として隔壁を通して外側マグネットに伝達され、この外側マグネットを介して従動軸に伝達され、この従動軸が回転することができる。
このようなマグネットカップリングでは、磁力による各マグネットと隔壁との接着を防止すると共に、隔壁により従動軸側を適正にシールすることが重要である。そのため、隔壁は、非磁性体であって、高強度、高剛性、高精度で、且つ、薄肉構造であることが必須の要件である。
従来のマグネットカップリングを用いた技術としては、例えば、下記引用文献1に記載されたものがある。この引用文献1に記載された「真空脱気装置の冷却装置」では、モータの軸端に取付けられたヨークの第1に駆動側マグネットが固定される一方、主軸には駆動側マグネットの第1に対向して従動側マグネットが固定され、駆動側マグネットと従動側マグネットとの間に隙間を保って仕切りの隔壁が取付けられている。
実開昭63−118906号公報
上述した従来のマグネットカップリングでは、一般に、隔壁が金属製である。ところが、隔壁を金属で形成すると、駆動側マグネットと従動側マグネットとの間に、従動軸の回転方向とは逆方向の渦電流が発生し、駆動軸に伝達する回転力が損失してしまい、回転伝達効率が低下してしまうという問題がある。
なお、隔壁を、非磁性体及び非導電体であると共に、高強度、高剛性、高精度、薄肉構造である繊維強化樹脂で形成することが考えられるが、この隔壁はカップ形状をなしており、繊維強化樹脂によりカップ形状をなす隔壁を製造することは困難であり、製造コストが大幅に増加してしまうという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、十分な強度を確保すると共に駆動伝達力の損失を抑制する一方で、製造コストの増加を抑制したマグネットカップリングを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のマグネットカップリングは、駆動軸に固着された第1マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第1マグネットに近接して位置する第2マグネットと、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置して基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部を有し、フランジ部材が前記第2スリーブに係止した状態でハウジングに固定されることを特徴とするものである。
本発明のマグネットカップリングは、駆動軸に固着された第1マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第1マグネットに近接して位置する第2マグネットと、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置して基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部を有し、該第2スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合した状態で、前記円筒部が前記ハウジングに固定されることを特徴とするものである。
本発明のマグネットカップリングでは、前記円筒部は繊維強化樹脂により構成され、前記第1スリーブまたは前記第2スリーブは前記繊維強化樹脂と膨張係数がほぼ同様の材料により構成されたことを特徴としている。
本発明のマグネットカップリングは、駆動軸に固着された第1マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第1マグネットに近接して位置する第2マグネットと、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置して内周部に第1スリーブが設けられると共に基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部と、該円筒部における先端部の内周面に嵌合して内圧により外周部が前記第1スリーブに係止可能な蓋部とを有し、前記第2スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合し、且つ、フランジ部材が前記第2スリーブに係止した状態で前記ハウジングに固定されることを特徴とするものである。
発明のマグネットカップリングによれば、隔壁部を、第1マグネットと第2マグネットとの間に位置して基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部により構成し、フランジ部材が第2スリーブに係止した状態でハウジングに固定したので、内圧により円筒部が膨張しても、フランジ部材が第2スリーブを係止しているため、円筒部を確実に支持することができ、その結果、円筒部の素材に拘らず、円筒部を確実にハウジングに支持することが可能となり、隔壁部に十分な強度を確保することができると共に駆動伝達力の損失を抑制することができる一方で、製造コストの増加を抑制することができる。
また、本発明のマグネットカップリングによれば、隔壁部を、第1マグネットと第2マグネットとの間に位置して基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部により構成し、第2スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合した状態で円筒部をハウジングに固定したので、内圧により円筒部が膨張しても、第2スリーブがハウジングの縦壁部の外周面に嵌合しているため、円筒部を確実に支持して内方への変形を抑制することができ、その結果、円筒部の素材に拘らず、円筒部を確実にハウジングに支持することが可能となり、隔壁部に十分な強度を確保することができると共に駆動伝達力の損失を抑制することができる一方で、製造コストの増加を抑制することができる。
以下に、本発明に係るマグネットカップリングの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、本発明の一実施例に係るマグネットカップリングの隔壁部の取付状態を表す断面図、図2は、本実施例のマグネットカップリングが適用された駆動装置の概略構成図である。
本実施例のマグネットカップリングが適用された駆動装置において、図2に示すように、駆動部から延出された駆動軸11は、ハウジング12により回転自在に支持されており、この駆動軸11の先端部には内側旋回部材(第1旋回部材)13が固結され、この内側旋回部材13の外周部に内側マグネット(第1マグネット)14が固着されている。一方、従動軸15は、駆動軸11と同心上をなして図示しない支持機構によりハウジング12に回転自在に支持されている。この従動軸15は、基端部に外側旋回部材(第2旋回部材)16が固結され、この外側旋回部材16の内周部に外側マグネット(第2マグネット)17が固着されている。
この場合、内側旋回部材13の外側に近接して外側旋回部材16が位置しており、内側マグネット14の外周側に所定間隔をあけて外側マグネット17が位置している。そして、この内側マグネット14と外側マグネット17との間に所定隙間をもって隔壁部18が配置されており、この隔壁部18はカップ形状をなし、基端部がハウジング12に固定されることで、駆動軸11側の空間を封止して隔離することで、従動軸15側の空間と区画してシールしている。
この隔壁部18は、図1及び図2に示すように、内側マグネット14と外側マグネット17との間に位置する円筒部21と、この円筒部21における先端部(ハウジング12の反対側)の内周面に嵌合する蓋部22とから構成されている。円筒部21は、繊維強化樹脂としてのCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)により構成されている。この場合、多数のカーボン繊維を網状に裁縫してシート状のCFRPを形成し、これを円筒形状に成形することで、容易に低コストで隔壁部18の円筒部21を製造することができる。そして、この円筒部21の先端部には、その内周面に内側スリーブ(第1スリーブ)23が接着剤により固定されている。この場合、内側スリーブ23は、円筒部21の材料となる繊維強化樹脂と物性値、即ち、同様の膨張係数を有する材料により構成する必要があり、できれば、同じ材料である繊維強化樹脂で製造することが望ましい。
一方、蓋部22は、ステンレス製であって、円筒部21の内径より若干大きい外径を有する円盤形状をなしている。即ち、蓋部22は、上方へ湾曲するドーム形状をなす本体24と、この本体24の外周縁がほぼ鉛直をなすように屈曲したシール部25と、このシール部25から外方に屈曲して延出した係止部26とから構成されている。
そして、先端部に内側スリーブ23が固着された円筒部21に対して、蓋部22を基端部側から先端部まで挿入し、外周部が円筒部21の先端部における内側スリーブ23に接触する位置に嵌合させ、内側スリーブ23の内周面と蓋部22のシール部25の外周面との間にシール部材27を介装する。従って、隔壁部18の組付状態では、内部に所定の圧力(正圧)が作用するが、この圧力により蓋部22が膨張するように変形し、係止部26が上方に移動しようとして内側スリーブ23の端部に係止すると共に、シール部25が径方向外側に移動しようとしてシール部材(例えば、Oリング)27を介して内側スリーブ23に密着することとなり、内部が確実にシールされることとなる。
また、円筒部21の基端部には、その外周面に若干下方にずれた状態で外側スリーブ(第2スリーブ)28が接着剤により固定されている。この場合、外側スリーブ28は、円筒部21の材料となる繊維強化樹脂と物性値、即ち、同様の膨張係数を有する材料により構成する必要があり、できれば、同じ材料である繊維強化樹脂で製造することが望ましい。一方、ハウジング12には、隔壁部18の内径とほぼ同様の内径を有する開口部29が形成されており、この開口部29の縁部には、リング状をなす縦壁部30が形成されており、この縦壁部30の外径は円筒部21の外径とほぼ同様の大きさに設定されている。
そして、円筒部21の外側スリーブ28がハウジング12の縦壁部30の外周面に嵌合することで、円筒部21の基端部が所定の位置に支持される。この状態で、フランジ部材31の内周部が円筒部21の外周部に嵌合し、拘束部32が外側スリーブ28の端部に係止すると共に、取付部33がハウジング12に密着した状態で、複数の固定ボルト34によってフランジ部材31がハウジング12に固定されている。この場合、外側スリーブ28の外周面とフランジ部材31のシール部35との間に介装されたシール部材(例えば、Oリング)36により両者が密着するため、内部が確実にシールされることとなる。なお、必要に応じて、フランジ部材31の内周部と円筒部21の外周部との間、取付部33とハウジング12との間にシール部材を介装することで、シール性能を向上することができる。
このように構成されたマグネットカップリングにて、駆動軸11が回転すると内側旋回部材13が回転し、その回転力が内側マグネット14の磁力として隔壁部18を通して外側マグネット17に伝達され、この外側旋回部材16を介して従動軸15に伝達され、この従動軸15が回転することができる。
このとき、駆動部側からハウジング12を通して隔壁部18内に所定の圧力が作用することとなり、この圧力により蓋部22に作用して外側に膨張し、係止部26が上方への力を受けて内側スリーブ23の端部に強固に係止すると共に、シール部25が径方向外側への力を受けてシール部材27を介して内側スリーブ23に強固に密着することとなり、駆動軸11側が確実にシールされる。また、隔壁部18に作用する圧力により円筒部21の中央部が径方向外側に変形する力が作用し、この円筒部21は、フランジ部材31の嵌合部を支点として基端部が径方向内側へ変形しようとする力を受ける。しかし、円筒部21は、基端部に固着された外側スリーブ28がハウジング12の縦壁部30の外側から嵌合して固定されており、円筒部21の基端部の内側変形を抑制し、駆動軸11側を確実にシールできる。
このように本実施例のマグネットカップリングにあっては、駆動軸11に固着された内側マグネットと、従動軸15に固着された外側マグネット17との間に所定隙間をあけて隔壁部18を設けることで、駆動軸11側の空間と従動軸15側の空間とを区画するように空間的にシールし、この隔壁部18を、内側マグネット14と外側マグネット17との間に位置して内周部に内側スリーブ23が設けられた円筒部21と、この円筒部21における先端部の内周面に嵌合して内圧により外周部が内側スリーブ23に係止可能な蓋部22とにより構成している。
従って、内圧が作用しても、この内圧により蓋部22の外周部が内側スリーブ23に係止する方向に付勢され、この蓋部22の移動を防止することができると共に、蓋部22が内側スリーブ23を介して円筒部21に密着して両者の隙間をなくして確実にシールすることができる。
この場合、蓋部22を、ドーム形状をなす本体24と、内圧によりシール部材27を介して内側スリーブ23の内周面に密着するシール部25と、この内側スリーブ23の端部に係止可能な係止部26とから構成している。従って、蓋部22が隔壁部18の内圧を受けたとき、シール部25は、径方向外側に変形してシール部材27を圧縮して確実に内側スリーブ23の内周面に密着することができ、係止部26は、上方への力を受けて内側スリーブ23の端部に強固に係止することができ、円筒部21と蓋部22とを強固に、且つ、隙間のない接合状態に維持することができる。
また、本実施例にあっては、円筒部21の基端外周部に外側スリーブ28を設け、フランジ部材31がこの外側スリーブ28の端部に係止した状態で、固定ボルト34によりハウジング12に固定している。従って、内圧により円筒部21が膨張しても、フランジ部材31が外側スリーブ28を拘束しているため、円筒部21をハウジング12に確実に支持することができる。
この場合、外側スリーブ28がハウジング12に形成されたリング状をなす縦壁部30の外周面に嵌合した状態で円筒部21をハウジング12に固定している。従って、内圧により円筒部21が膨張しても、外側スリーブ28が円筒部21の基端部の内方への移動を阻止しているため、円筒部21を確実に支持して内方への変形を抑制することができる。
また、隔壁部18にて、円筒部21の先端部の内周面に内周スリーブ23を固着し、基端外周部に外側スリーブ28を固着するだけで、円筒部21のその他の突起部を形成しないため、円筒部21の内周部に容易に蓋部22を嵌合することができると共に、円筒部21の外周部に容易にフランジ部材31を嵌合することができ、隔壁部18の組付性を向上することができる。
その結果、隔壁部18における円筒部21と蓋部22とを別部材で構成することができ、円筒部21をCFRPにより構成することで、非磁性体及び非導電体とすると共に、高強度、高剛性、高精度、薄肉構造を可能とすることができ、隔壁部18に十分な強度を確保することができると共に、渦電流の発生を防止して駆動伝達力の損失を抑制することができる。また、円筒部21をCFRPにより構成し、蓋部22をステンレスにより構成することで、CFRPを用いた複雑形状の下降を不要として製造コストの増加を抑制することができる。
また、CFRP製の円筒部21を、外側スリーブ28や縦壁部30を用いて容易に、且つ、強固にハウジング12に固定することができ、隔壁部18の組付性を向上して製造コストの増加を抑制することができる。
なお、上述した実施例では、円筒部21及び各スリーブ23,28をCFRPにより構成したが、繊維強化樹脂であれば、この素材に限定されるものではなく、また、非磁性体、非導電体であって、高強度、高剛性、高精度、薄肉構造を可能とする材料であれば、これに限るものではない。また、円筒部21と各スリーブ23,28とを同じ材料にする必要はなく、両者が同様の物性値であり、両者を強固に接合することができれば、異なる材料であっても良い。一方、この円筒部21と各スリーブ23,28とを同材料で一体に成形しても良い。
また、マグネットカップリングにて、円筒部21の先端部の内周面に内側スリーブ23を固着してこの内側スリーブに蓋部22を係止可能としたが、内側スリーブ23の固着位置は先端部に限らず、適正位置に適宜固着すればよい。また、マグネットカップリングにて、隔壁部18内に正圧が作用する構造として説明したが、負圧が作用する場合であっても上述したものと同様の構成をとることができ、この場合、円筒部21の先端部に内側スリーブ23を固着し、蓋部22をこの円筒部21の内周部に先端部から嵌合させて外周部が内側スリーブ23に係止するように構成すればよい。
以上のように、本発明に係るマグネットカップリングは、蓋部を円筒部内に嵌合して内圧により外周部を内側スリーブ係止可能として隔壁部を構成したものであり、非接触で駆動力を伝達するための装置であれば、いずれのマグネットカップリングに適用しても有用である。
本発明の一実施例に係るマグネットカップリングの隔壁部の取付状態を表す断面図である。 本実施例のマグネットカップリングが適用された駆動装置の概略構成図である。
符号の説明
11 駆動軸
12 ハウジング
14 内側マグネット(第1マグネット)
15 従動軸
17 外側マグネット(第2マグネット)
18 隔壁部
21 円筒部
22 蓋部
23 内側スリーブ(第1スリーブ)
28 外側スリーブ(第2スリーブ)
30 縦壁部
31 フランジ部材

Claims (5)

  1. 駆動軸に固着された第1マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第1マグネットに近接して位置する第2マグネットと、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置して基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部を有し、フランジ部材が前記第2スリーブに係止した状態でハウジングに固定されることを特徴とするマグネットカップリング。
  2. 駆動軸に固着された第1マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第1マグネットに近接して位置する第2マグネットと、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置して基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部を有し、該第2スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合した状態で、前記円筒部が前記ハウジングに固定されることを特徴とするマグネットカップリング。
  3. 請求項1または2に記載のマグネットカップリングにおいて、前記円筒部は繊維強化樹脂により構成され、前記第1スリーブまたは前記第2スリーブは前記繊維強化樹脂と膨張係数がほぼ同様の材料により構成されたことを特徴とするマグネットカップリング。
  4. 駆動軸に固着された第1マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第1マグネットに近接して位置する第2マグネットと、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置して内周部に第1スリーブが設けられると共に基端外周部に第2スリーブが設けられた円筒部と、該円筒部における先端部の内周面に嵌合して内圧により外周部が前記第1スリーブに係止可能な蓋部とを有し、前記第2スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合し、且つ、フランジ部材が前記第2スリーブに係止した状態で前記ハウジングに固定されることを特徴とするマグネットカップリング。
  5. 請求項4記載のマグネットカップリングにおいて、前記円筒部と前記蓋部と前記フランジ部材が別の部材により構成され、前記円筒部が繊維強化樹脂により構成されることを特徴とするマグネットカップリング。
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