JP4388762B2 - 円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形状の被加工材料に対して成形加工を行うことにより、円筒形状の被加工材料の一部又は全周を、偏芯又は傾斜した形状に成形するための成形加工方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
成形加工を行う場合、例えば、主軸に取り付けた加工工具で円筒形状の被加工材料を円錐形に加工する場合、被加工材料を固定し、主軸に取り付けた加工工具を主軸の半径方向に移動させながら、主軸の周りを回転させて加工するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、加工工具を定置し、被加工材料を保持する保持機構を回転させ、回転させた被加工材料に加工工具を押し当てて、加工する場合もある。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−265830号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法の場合、絞り加工により、被加工材料の一部又は全周を、偏芯又は傾斜した形状に成形加工することは極めて困難で、安定した成形精度が得られず、製造コストが高くなるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記従来の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法の有する問題点を解消し、円筒形状の被加工材料の一部又は全周を、偏芯又は傾斜した形状に安定した成形精度で成形することができる成形加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法は、加工用工具を取り付けた工具取付機構と、加工用工具に対向して配備される円筒形状の被加工材料を保持する保持機構とを備えた成形加工装置によって、円筒形状の被加工材料に対して成形加工を行う成形加工方法において、被加工材料に偏芯又は傾斜して芯金を挿入し、緩衝機構を具備した加工用工具を、被加工材料に押し当てながら、被加工材料及び芯金に対して、相対回転させながら被加工材料の軸方向に相対移動させるとともに、緩衝機構によって、成形加工中に加工用工具が被加工材料を介して芯金に当接した位置で加工用工具に過剰な押圧力が働くことを加工用工具を後退移動させることにより回避するようにして、被加工材料の軸心を、被加工材料と加工用工具とを相対回転させるときの回転軸の軸心と一致させた状態で被加工材料を芯金に沿った形状に成形加工することを特徴とする。
【0008】
上記の構成からなる本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法は、芯金が被加工材料の裏当金となっている領域では加工用工具が被加工材料によって押し戻されたり後退移動して被加工材料の周りを公転し、芯金が裏当金作用しない領域では加工用工具が被加工材料を絞り作用しながら被加工材料の周りを公転するので、被加工材料を、挿入した芯金に沿った形状に精度良く成形することができる。
【0009】
また、加工用工具を取り付けた工具取付機構を定置させ、被加工材料を保持する保持機構と芯金を同期回転して成形加工を行うようにすることができる。
【0010】
これにより、緩衝機構を有する加工用工具を公転させないから安定した加工を行うことができる。
【0011】
また、第2の発明は、前記加工方法を実施する装置の発明に関し、加工用工具を取り付けた工具取付機構と、加工用工具に対向して配備される円筒形状の被加工材料を保持する保持機構とを備えた円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置において、被加工材料に挿入する偏芯又は傾斜した芯金と、被加工材料及び芯金に対して、相対回転するようにした、緩衝機構を具備した加工用工具とを備え、緩衝機構によって、成形加工中に加工用工具が被加工材料を介して芯金に当接した位置で加工用工具に過剰な押圧力が働くことを加工用工具を後退移動させることにより回避するようにするとともに、保持機構により、被加工材料の軸心を、被加工材料と加工用工具とを相対回転させるときの回転軸の軸心と一致させて保持するようにしたことを特徴とする。
【0012】
上記の構成からなる第2の発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置は、緩衝機構によって偏芯又は傾斜した芯金に沿った種々の形状の成形品を成形加工することができる。
【0013】
また、緩衝機構は、加工用工具の取付部材の後退移動を許容する弾性部材からなるようにすることができる。
【0014】
これにより、緩衝機構が簡素化される。
【0015】
また、緩衝機構は、加工用工具に配備した絞り加工用ローラの移動量を検出する検出器又は、加工用工具に係る負荷を検出する検出器又は、加工用工具の被加工材料に対する相対回転角度位置を検出する検出器のいずれかを備え、この検出器の検出信号を受けている時、工具取付機構を設定量だけ後退移動させるように構成することができる。
【0016】
これにより、検出信号を受けている時工具取付機構そのものを後退移動して、成形品が受ける圧延作用の抑制、加工用工具の復元応答速度を早めて生産性の良い成形加工をすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法及びその装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1は、本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置の一実施例を示す。
従来例と同様の構成については同様の符号を付し説明を省略する。
【0019】
この成形加工装置1は、回転軸22の先端に円筒形状の被加工材料Wを保持する保持機構21と、被加工材料に対向して配備される加工用工具Rを取り付けた工具取付機構3とを備え、工具取付機構3を回転軸22の軸方向に相対的に移行させる軸方向移行手段24と、工具取付機構3を所定の移行運動させるモータなどからなる移行運動手段36と、軸方向移行手段24及び移行運動手段36を相互に関連駆動させる制御機構10とを備えるようにしている。
【0020】
このうち、円筒形状の被加工材料Wを保持する保持機構21は、回転軸22の先端に被加工材料Wを固定する把持機構20を備える(図2参照)。
回転軸22は、筐体23にベアリング等(図示しない)を介して回転可能に支持され、駆動モータMにより回転駆動される。
把持機構20は、被加工材料Wを挟持固定するもので、被加工材料Wの軸心を回転軸22の軸心と一致させるように取り付ける。
そして、工具取付機構3を回転軸22の軸方向に相対的に移行させる軸方向移行手段24として、本実施例においては、回転軸22の軸方向に沿って固定台35に配設した案内レール25に沿って支持枠34を左右方向に移行させる左右移行用モータ24Aを配設するようにしている。
【0021】
また、工具取付機構3を所定の移行運動させる移行運動手段36として、昇降枠33をガイド37に沿って昇降させる昇降用モータ36A及び支持枠34をレール25に沿って左右方向(回転軸22の軸方向)に移行させる左右移行用モータ24Aを配設し、両モータを制御機構10により互に関連駆動させており、これにより、工具取付機構3を所定の2次元の移行運動を行わせることができるようにしている。
【0022】
加工用工具4は、絞り加工用のローラRと該ローラRを取り付けた平板状の取付部材42を1平面とした筐体状の緩衝機構40からなり、該緩衝機構40は、筐体41の1平面となる取付部材42の対面に固定した1本以上のガイドロッド43に摺動可能に取付部材42を配備し、ガイドロッド43を嵌入するように弾性部材44(図例ではスプリング)を取り付け、取付部材42の脱落を防止するための固定部材45をもって筐体41に固定する。
【0023】
図8に示す緩衝機構40は、絞り加工用のローラRを取り付ける取付部材42と該取付部材42の対面にあたる緩衝機構40の筐体41に検出器46を配備し、絞り加工用のローラRの移動量又はローラRに係る負荷を検出するように構成した例を示し、検出信号を制御器10(図1参照)に印加し、工具取付機構3の後退移動を制御するようにしたものである。
検出器46は、例えばポテンショメータ、作動トランス、エンコーダ等によって構成することが好ましい。
また、検出器を、回転軸22の回転角度位置信号を検出する検出器(図示しない)とする場合には、図3(c)のA−1の領域を角度位置で検出することになり、この角度位置信号を受けて設定器3Aに設定された量だけ工具取付機構3を後退移動させる制御信号が制御器10から昇降用モータ36Aに出力される。
ローラRがA−1の領域を通り過ぎると工具取付機構3に対する制御動作が解放され自動的に復元動作される。
図1に示す3Aは、工具取付機構3が回転軸22の半径方向外方に後退する量を設定する後退量設定器で、筐体23内部に配備する回転軸22の回転角度位置検出器(図示しない)や緩衝機構40内部に配備する検出器46から出力された信号を受けて工具取付機構3を設定量だけ後退移動させるように制御器10から昇降用モータ36Aにその進退信号を送出するものである。
【0024】
5は、被加工材料Wに偏芯(又は傾斜)して挿入された芯金を示し、支持枠34に回転支持されており、駆動モータM’により回転駆動される。そして、駆動モータMと駆動モータM’とが制御機構11によって同期制御され、芯金5及び回転軸22を同期回転するようにしている。
また、芯金5は進退機構(図示しない)によって被加工材料Wを把持機構20によって把持固定した後に、被加工材料Wの開口端から芯金5を進入させるようにしている。
また、支持枠34内における芯金5の支持機構が、芯金5の被加工材料Wの軸芯に対する支持位置を可変としておくと共通の芯金を利用して被加工材料Wに対して偏芯量を異ならせた成形加工をすることができる。
【0025】
なお、進退機構は、傾斜した芯金の場合には芯金が被加工材料Wと干渉しないで進退できるようにするために、回転軸22の軸心に平行移動運動するのみならず、回転軸22の軸心に対して、芯金の傾斜角度と平行に傾斜した角度の進退を可能にするように構成することが好ましい。
また、図4に示すように、芯金5を被加工材料Wに挿入する傾斜部分5aと芯金本体5bに分割形成し、これらをネジなどの取付部材5cによって取り外し自在に構成し、被加工材料Wが成形された後、芯金5を分割し、被加工材料W側にとり残されている傾斜部材5aを手作業で抜き取るようにする時は、進退機構は、回転軸22の軸心に平行移動運動するのみで足りる。
【0026】
上記構成において、円筒形状の被加工材料Wに対して被加工材料Wの一部又は全周を、偏芯又は傾斜した形状に成形加工する手順を説明する。
【0027】
締結ボルト等の締付作用を受けた把持機構20によって被加工材料Wを把持固定し、駆動モータMによって回転軸22を回転させ、被加工材料Wを回転させる。
【0028】
次いで、軸方向移行手段24によって工具取付機構3を回転軸22の軸方向に移行させ、被加工材料Wの開放端に芯金5を偏心して挿入させる。
芯金5の被加工材料W内への挿入時期は、被加工材料Wを回転させる前に行うようにしてもよい。
【0029】
芯金5を挿入しこの芯金5と同期回転状態とした被加工材料Wの外周に向けて加工用工具4に設けたローラRを加工開始点まで昇降用モータ36によって下降せしめ(図3(a)矢印E方向)、次いで軸方向移行手段24によってローラRを被加工材料Wの開放端側に移行(図3(a)矢印F方向)させつつ、昇降用モータ36AによりローラRを被加工材料Wに押し当てて(送り移動(E−1)し)図3(b)に示す、先端が半径Pとなる段付き円筒形状に加工する。
この時、先端の小円筒に芯金5が内接している(芯金5が裏当金となった状態。)。
【0030】
この後、さらに、軸方向移行手段24によってローラRを被加工材料Wの開放端側に移行させつつ、昇降用モータ36によりローラRを被加工材料Wに押し当てる(送り移動する)。この時ローラRは緩衝機構40内の弾性部材44の撓みと復元によって、被加工材料Wが1回転する間に後退移動、送り移動が繰り返され(E−2)、回転軸22の軸心からeだけ偏芯した半径p−eの芯金に沿った絞り加工動作をする。
図3(c)のA−1の領域は圧延加工動作、A−2の領域は絞り加工動作となる。
【0031】
弾性部材44によるローラRの逃げ量は、被加工材料Wを図3(c)の形状に成形する場合は、偏芯量eの2倍だけ、ローラRが昇降用モータ36による押圧力に抗う弾性力があればよく、また、弾性部材44は、絞り加工されて被加工材料Wが芯金5に内接する半径Pの位置までは十分な押圧力をもって被加工材料Wに当接するように弾性部材44の弾性力を調整するための適宜調節手段(油圧シリンダやモートルシリンダ等)を設けることが好ましい。
【0032】
また、円筒形の被加工材料Wを予めプレス成形や他の成形手段によって段付き管に成形しておき、この段付き管を素管としてローラRで絞り成形加工を施すようにすれば、加工時間が短縮されることとなる。
【0033】
また、図4に示す如く、被加工材料W内に芯金5を傾斜して配置する時も上述した方法と同様の作業工程によって、被加工材料Wの一部又は全周を、芯金5に沿った、傾斜した形状に成形することができるものである。
【0034】
図5は、加工用工具4と対向した位置に被加工材料WをクランプシリンダC−Cy1で固定されており、クランプシリンダC−Cy2によって固定された芯金5が被加工材料Wの開口端から偏芯して挿入された例を示し、被加工材料Wに対してローラRが相対的な(回転軸方向にF、回転軸半径方向にE−1、被加工材料Wの周りをR’)動きをしながら当接されることによって、被加工材料Wは芯金に沿った形状に成形される。
【0035】
また、図6は、加工用工具4を取り付ける主軸内の空間を利用して被加工材料Wを固定する方法を示すもので、芯金5を固定するクランプシリンダC−Cy2を取り付けた円筒形状の内筒Nに、クランプシリンダC−Cy3によって被加工材料Wを固定するもので、芯金5はクランプシリンダC−Cy2をアンクランプしている時にシリンダCyによって進退自在に取り付けられる。
被加工材料Wの成形方法は、被加工材料Wに対してローラRが公転的な(回転軸方向にF、回転軸半径方向にE−1、被加工材料Wの周りをR’)動きをしながら当接されることによって、被加工材料Wは芯金に沿った形状に成形されるものである。
そして、加工用工具4を取り付ける主軸内の空間を利用して、被加工材料Wを固定するものであり、装置全体をコンパクトに収めることができる。
【0036】
さらに、図7は、被加工材料Wと芯金5を同じ側で支持させかつ同期回転させる例を示し、芯金5、被加工材料Wをそれぞれベアリング等で定位置で回動自在に支持し、芯金5に備えたクランプシリンダC−Cyによって芯金5と被加工材料Wを一体化し、被加工材料Wの円周面に適宜手段で固定したギヤG1に、モータMに連動されるギヤG2を噛合せしめ、モータMの駆動力を伝達し、芯金5と被加工材料Wを同期回転させるものである。
被加工材料Wの成形方法は、被加工材料W及び芯金5を回転させておき被加工材料Wに対して、ローラRを回転軸方向にF、回転軸半径方向にE−1の動きをしながら当接させることによって、被加工材料Wは芯金に沿った形状に成形されるものである点で図1、2、3の例と同一である。
【0037】
以上、本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法及びその装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成、例えば図5、6に示す様に、緩衝機構40を備えた加工用工具40’を回転軸22の先端に取り付けた工具取付台8に回転軸22の半径方向に移行可能に取り付けるようにする等の変更をすることができるものである。
図7の例では被加工材料Wと芯金とを一体化させて回転させることができるため、回転する芯金5と回転する被加工材料Wの同期化が容易である。
【0038】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法及びその装置によれば、加工用工具に緩衝機構を設けるようにしたから、被加工材料に挿入した偏芯又は傾斜した芯金に対して、加工用工具を押し付ける力に過剰分が働いた時に逃げが生じ、偏芯又は傾斜した芯金に沿った成形品の加工をすることができる。
【0039】
また、緩衝機構として、弾性部材例えばスプリングやバネを利用する時は、簡単な手段で弾性力を調整することができ、成形加工する材質や加工後の形状に合わせた弾性力にすることができる。
【0040】
さらに、スプリングやバネ等による緩衝機構を具備する工具取付機構に加工用工具の移動量又は加工用工具に係る負荷を検出する検出器を付加し、芯金が裏当金作用している領域においてこの検出器の検出信号を受けて加工用工具を被加工材料から退避させる場合、上記領域でのローラによる圧延作用を抑制し、上記領域以外でのローラの復元応答速度を早めて公転速度の増加により生産性の良い成形加工をすることができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置の側面図である。
【図2】 緩衝機構の構造を示す一部断面図である。
【図3】 本発明の成形加工装置による加工手順を示す一部断面図である。
【図4】 傾斜した芯金の構造を示す一部断面図である。
【図5】 本発明の円筒形状の被加工材料に対する別の成形加工装置の要部側断面図である。
【図6】 本発明の円筒形状の被加工材料に対する別の成形加工装置の要部側断面図である。
【図7】 本発明の円筒形状の被加工材料に対する別の成形加工装置の要部側断面図である。
【図8】 緩衝機構の別の構造を示す一部断面図である。
【符号の説明】
1 成形加工装置
21 保持機構
3 工具取付機構
4 加工用工具
40 緩衝機構
44 弾性部材
W 被加工材料
Claims (5)
- 加工用工具を取り付けた工具取付機構と、加工用工具に対向して配備される円筒形状の被加工材料を保持する保持機構とを備えた成形加工装置によって、円筒形状の被加工材料に対して成形加工を行う成形加工方法において、被加工材料に偏芯又は傾斜して芯金を挿入し、緩衝機構を具備した加工用工具を、被加工材料に押し当てながら、被加工材料及び芯金に対して、相対回転させながら被加工材料の軸方向に相対移動させるとともに、緩衝機構によって、成形加工中に加工用工具が被加工材料を介して芯金に当接した位置で加工用工具に過剰な押圧力が働くことを加工用工具を後退移動させることにより回避するようにして、被加工材料の軸心を、被加工材料と加工用工具とを相対回転させるときの回転軸の軸心と一致させた状態で被加工材料を芯金に沿った形状に成形加工することを特徴とする円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法。
- 加工用工具を取り付けた工具取付機構を定置させ、被加工材料を保持する保持機構と芯金を同期回転させることを特徴とする請求項1記載の円筒形状の被加工材料に対する成形加工方法。
- 加工用工具を取り付けた工具取付機構と、加工用工具に対向して配備される円筒形状の被加工材料を保持する保持機構とを備えた円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置において、被加工材料に挿入する偏芯又は傾斜した芯金と、被加工材料及び芯金に対して、相対回転するようにした、緩衝機構を具備した加工用工具とを備え、緩衝機構によって、成形加工中に加工用工具が被加工材料を介して芯金に当接した位置で加工用工具に過剰な押圧力が働くことを加工用工具を後退移動させることにより回避するようにするとともに、保持機構により、被加工材料の軸心を、被加工材料と加工用工具とを相対回転させるときの回転軸の軸心と一致させて保持するようにしたことを特徴とする円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置。
- 緩衝機構は、加工用工具の取付部材の後退移動を許容する弾性部材からなるようにしたことを特徴とする請求項3記載の円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置。
- 緩衝機構は、加工用工具に配備した絞り加工用ローラの移動量を検出する検出器又は、加工用工具に係る負荷を検出する検出器又は、加工用工具の被加工材料に対する相対回転角度位置を検出する検出器のいずれかを備え、この検出器の検出信号を受けている時、工具取付機構を設定量だけ後退移動させるようにしたことを特徴とする請求項3記載の円筒形状の被加工材料に対する成形加工装置。
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