JP4484332B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置では、エンジン冷却水を車内側の空調ユニット内に配設したヒータコアに供給することにより、車内を暖房できるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の高効率ディーゼルエンジン等では、エンジン自体の温度上昇を抑える構成となっているため、エンジン冷却水の温度上昇もそれ程望めない。このため、前記ヒータコアでは、特にエンジン始動直後に車内を迅速に暖房することができず、早期に快適な空調状態を得ることが困難である。
【0004】
そこで、本発明は、高効率ディーゼルエンジン等を搭載した車両であっても、車内を迅速に暖房することのできる車両用空調装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
空調ユニット内に、エンジンの冷却水が流動するヒータコアを備えた車両用空調装置において、
前記エンジンの冷却水温度を検出する水温検出手段と、
前記エンジンからの動力をコンプレッサに伝達又は遮断するクラッチと、
前記コンプレッサ、該コンプレッサから吐出された熱交換媒体流量を調整する流量調整手段、該流量調整手段を通過した熱交換媒体と周囲の空気とで熱交換する熱交換器を環状に接続し、前記流量調整手段及び熱交換器に、常時冷媒が流動可能なキャピラリーチューブからなる減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路と、
前記水温検出手段で検出されるエンジンの冷却水温度に基づいて、前記ヒータコアのみでは暖房が不十分であると判断すれば、前記クラッチを接続してコンプレッサを駆動させ、コンプレッサの始動から所定時間経過するまではコンプレッサの吐出容量を上方修正する一方、十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断する制御手段とを備えたものである。
【0006】
この構成により、コンプレッサの始動直後で、エンジン冷却水温度が低い状態であっても、車内側熱交換器に十分な量の熱交換媒体を供給して早期に車内暖房を開始することができる。
【0007】
前記制御手段により、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動からのエンジン冷却水温度の変化や、コンプレッサの始動からの経過時間に応じた値に上方修正すると、早期に車内暖房を開始できるだけでなく、ヒータコアによる暖房能力に応じて無駄なコンプレッサの駆動を抑えることができる点で好ましい。
【0008】
この場合、前記コンプレッサの吐出容量を上方修正する値を、さらに外気温度に応じて補正すると、より一層、無駄なコンプレッサの駆動を抑えることができる点で好ましい。
【0009】
また、前記制御手段により、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動から車内側熱交換器に流入する熱交換媒体の流量に応じた値に上方修正するようにしても、同様に無駄なコンプレッサの駆動を抑えることが可能となる。
【0010】
さらに、前記コンプレッサの吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか1つを検出する検出手段を備え、前記制御手段は、該検出手段からの検出信号に基づいて前記コンプレッサの吐出容量を制御すると、コンプレッサの駆動状態を安定させ、車内側熱交換器の内圧が異常に上昇することを防止することができる点で好ましい。
【0011】
なお、コンプレッサの駆動状態の安定を優先する場合、前記制御手段により、吸入圧力又は吐出温度のうち、少なくともいずれか一方を、吐出圧力よりも優先してコンプレッサの駆動制御に利用すればよい。
また、前記制御手段により、前記コンプレッサの駆動回転数に基づいて吐出容量を制御するようにすればよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。この車両用空調装置では、車内側の空調ユニット1内に、ヒータコア2及び車内側熱交換器3が配設されている。
【0013】
ヒータコア2は、エンジン4の冷却水をラジエータ5で冷却する冷却水回路Aより分岐した回路に接続され、内部をエンジン冷却水が流動するようになっている。ラジエータ5には、バイパス通路aが並列接続されている。ラジエータ5への冷却水の流動は、三方弁6によって許容又は遮断されるようになっている。また、エンジン4側から流出する冷却水の温度は、水温検出センサ7によって検出されるようになっている。
【0014】
車内側熱交換器3は、コンプレッサ8の駆動により熱交換媒体が循環する熱交換媒体回路Bの途中に接続されている。コンプレッサ8は、前記エンジン4によって駆動するようになっており、その駆動力はクラッチ9により接続又は遮断可能となっている。また、コンプレッサ8の吐出口と車内側熱交換器3の吸込口との間には第1キャピラリーチューブ13a、流量調整バルブ10及びマフラー11が接続されている。そして、コンプレッサ8の吐出口の近傍には、圧力検出センサ12が設けられ、コンプレッサ8から吐出される熱交換媒体の圧力を検出できるようになっている。前記マフラー11は、流量調整バルブ10を通過した熱交換媒体が車内側熱交換器3内で異音を発生させないようにするためのものである。前記第1キャピラリーチューブ13a、流量調整バルブ10、マフラー11及び車内側熱交換器3には、減圧手段である第2キャピラリーチューブ13bが並列接続されている。なお、14及び15は、第1逆止弁及び第2逆止弁であり、16は、コンプレッサ8に液体が流入することを防止するためのアキュムレータである。
【0015】
前記コンプレッサ8の駆動及び停止させるためのクラッチ9の接続及び遮断、コンプレッサ8からの熱交換媒体の吐出容量制御、三方弁6の切替え、流量調整バルブ10の開度の調整等は、前記水温検出センサ7での検出温度tや、圧力検出センサ12での検出圧力pに基づいて制御装置17によって行われるようになっている。
【0016】
次に、前記制御装置17による車両用空調装置の駆動制御について図2及び図3のフローチャートに従って説明する。
【0017】
エンジン4が始動され、車両用空調装置による暖房が開始されれば(ステップS1)、水温検出センサ7での検出温度tを読み込む(ステップS2)。そして、この検出温度tが第1設定温度T1よりも高いか否かを判断する(ステップS3)。第1設定温度T1は、冷却水をラジエータ5で放熱して冷却する必要がない最大値(例えば、80℃)としている。
【0018】
検出温度tが第1設定温度T1よりも高ければ、エンジン冷却水を冷却する必要があるので、三方弁6を切り替えることにより、ラジエータ5に通水させて冷却する(ステップS4)。そして、クラッチ9を遮断してコンプレッサ8の駆動を停止する(ステップS5)。
【0019】
一方、検出温度tが第1設定温度T1以下であれば、冷却水がラジエータ5に通水しないように三方弁6を切り替え(ステップS6)、さらに、検出温度tが第2設定温度T2よりも高いか否かを判断する(ステップS7)。第2設定温度T2は、ヒータコア2による空調ユニット1内を通過する空気の加熱が十分に行える最小値としている。
【0020】
検出温度tが第2設定温度T2よりも高ければ、ヒータコア2のみによって十分に車内暖房が行えると判断し、前記同様、クラッチ9を遮断してコンプレッサ8の駆動を停止する(ステップS8)。一方、検出温度tが第2設定温度T2以下であれば、ヒータコア2のみによっては十分に車内を暖房できないため、クラッチ9を接続し、コンプレッサ8を駆動して補助暖房を開始する(ステップS9)。
【0021】
補助暖房では、コンプレッサ8の始動からタイマーによるカウントを開始し(ステップS10)、このカウントがコンプレッサ8の始動から所定時間(ここでは、15分)経過するまでの間、図4のグラフに示すように、コンプレッサ8の吐出容量(ここでは、駆動回転数)を、外気温度の違いに応じて設定される、エンジン冷却水温度に応じた値に上方修正する(ステップS11及びS12)。すなわち、コンプレッサ8の吐出容量を、外気温度が低い程大きく、かつ、エンジン冷却水温度が高い程小さい値となるように上方修正する。これにより、外気温度が低くてエンジン冷却水温度を早期に上昇させることができないと想定される条件下であれば、コンプレッサ8の吐出容量を上方修正して熱交換媒体の流量を増大させることができる。したがって、車内側熱交換器3による補助暖房を、外気温度及びエンジン冷却水温度を考慮して迅速かつ的確に行うことが可能となる。
【0022】
また、前記補助暖房では、流量調整バルブ10の開度を前記圧力検出センサ12での検出圧力pに応じて調整する。
【0023】
ここでは、まず、圧力検出センサ12での検出圧力pを読み込む(ステップS13)。そして、検出圧力pが第1設定圧力P1(例えば、18kgf/cm2G)よりも高いか否かを判断する(ステップS14)。検出圧力pが第1設定圧力P1よりも高ければ、コンプレッサ8の駆動状態が良好であると判断し、流量調整バルブ10を開放することにより、車内側熱交換器3による補助暖房を開始する(ステップS15)。これにより、車内側熱交換器3による加熱が開始され、ヒータコア2による加熱が補助される。したがって、空調ユニット1内を通過する空気を早期に加熱することが可能となる。また、検出圧力pが第1設定圧力P1以下であれば、車内側熱交換器3による補助暖房は十分に行えないものと判断し、流量調整バルブ10の開度を小さくする(ステップS16)。この場合、流量調整バルブ10の開度は検出圧力pの値に応じたものとするのが好ましい。
【0024】
ところで、前記補助暖房では、熱交換媒体が車内側熱交換器3で冷却されるので、コンプレッサ8からの吐出圧力が低下し、このコンプレッサ8が異常停止又は故障に至る第2設定圧力P2(例えば、8kgf/cm2G)よりも低い値まで低下することがある。そこで、検出圧力pが、第2設定圧力P2よりも低いか否かを判断し(ステップS17)、検出圧力pが第2設定圧力P2よりも低くなれば、流量調整バルブ10を閉塞する(ステップS18)。これにより、車内側熱交換器3への流入が阻止され、キャピラリーチューブ13を通過してコンプレッサ8に還流する流量が増大する。この結果、コンプレッサ8の作動条件が満たされ、異常停止や故障等が防止される。
【0025】
また、これら一連の補助暖房の開始及び停止中、前記検出圧力pが第3設定圧力P3(例えば、20kgf/cm2G)よりも高いか否かを判断する(ステップS19)。検出圧力pが第3設定圧力P3よりも高ければ、コンプレッサ8内の駆動を続行すると、故障に至る恐れがあると判断し、クラッチ9によりエンジン4からの動力を遮断し、コンプレッサ8を停止する(ステップS20)。これにより、エンジン4に無理な負荷がかからず、又、消費燃料の抑制が可能となる。
【0026】
このとき、流量調整バルブ10の開度を上方修正(又は全開)することにより、熱交換媒体の冷却を促進させる。すなわち、熱交換媒体は、車内側熱交換器3側に比べてコンプレッサ8側の方が圧力(温度)が高い状態にあるため、コンプレッサ8側から車内側熱交換器3側に流入する。また、車内側熱交換器3の外部には、車内空調を行っている限り空気の流れがある。したがって、流量調整バルブ10の開度を上方修正(又は全開)すると、熱交換媒体の放熱が促進され、早期に、その温度及び圧力を降下させ、コンプレッサ8を作動条件を満足するまで復帰させることが可能となる。例えば、流量調整バルブ10として電磁開閉弁を使用し、コンプレッサ8の停止後、この電磁開閉弁を閉状態とした場合と開状態とした場合とで熱交換媒体の圧力及び温度の変化を比較した。その結果は、図5(a)のグラフに示す通り、電磁開閉弁を開状態とすることにより、コンプレッサ8の停止時間を短くすることができた。また、図5(b)のグラフに示す通り、コンプレッサ8の駆動時間が長くなるため、早期に送風温度を上昇させることが可能となった。
【0027】
その後、エンジン4の駆動が続行されると、それ自身の温度が上昇し、前記水温検出センサ7での検出温度tも上昇してくるので、前述のように、前記ステップS3で、自動的に三方弁6が切り替えられ、エンジン冷却水がラジエータ5で冷却される(ステップS4)。
【0028】
なお、前記実施形態では、三方弁6によって流路を切り替えるようにしたが、適宜開閉弁等を設けることにより、ラジエータ5のみならず、ヒータコア2への流水を停止するようにしてもよい。
【0029】
(第2実施形態)
第2実施形態では、前記第1実施形態とは、コンプレッサ8の始動から所定時間経過するまでのコンプレッサ8の吐出容量を、コンプレッサ8の始動からの経過時間に応じた値に上方修正する点で相違する。すなわち、コンプレッサ8の吐出容量は、その始動から所定時間は上方修正するが、その上方修正値(熱交換媒体の吐出容量増分)を、図6に示すように、エンジン4の駆動時間(運転時間)が長くなる程小さくする。またこのとき、外気温度が低い程、コンプレッサ8の吐出容量を上方修正する時間を長くする(ここでは、外気温度が−20℃と−10℃の場合を図示している。)。このように、第2実施形態では、コンプレッサ8の始動からの経過時間に従って上方修正値を決定するので、簡単な制御で燃費を向上させることができ、かつ、高効率ディーゼルエンジン等を搭載した車両であっても、車内を迅速に暖房することが可能となる。
【0030】
(第3実施形態)
第3実施形態では、前記第1実施形態とは、コンプレッサ8の始動から所定時間経過するまでのコンプレッサ8の吐出容量を、コンプレッサ8の始動から車内側熱交換器3に流入する熱交換媒体の流量に応じた値に上方修正する点で相違する。すなわち、図7に示すように、流量調整バルブ10が開放されている場合、コンプレッサ8の吐出容量の上方修正値(熱交換媒体の吐出容量増分)を25%とし、閉鎖されている場合、0%とする。このように、第3実施形態では、流量調整バルブ10の開度によって上方修正値を決定するので、車内側熱交換器3に熱交換媒体による過剰な圧力が作用して損傷に至ることを防止可能である。
【0031】
(第4実施形態)
第4実施形態では、前記第1実施形態とは、コンプレッサ8の吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか1つを検出し、その検出結果に基づいてコンプレッサ8の吐出容量を制御する点で相違する。例えば、コンプレッサ8の吐出容量を、その吐出圧力に基づいて制御する場合、吐出圧力が基準圧力よりも低ければ、コンプレッサ8の吐出容量の上方修正値(熱交換媒体の吐出容量増分)を大きくすればよい。
【0032】
また、前記コンプレッサ8の吐出圧力のほかに、吸入圧力又は吐出温度のうち、いずれか一方の検出結果を利用する場合、吸入圧力又は吐出温度のうち、少なくともいずれか一方を、吐出圧力に優先させて利用するのが好ましい。これによれば、コンプレッサ8への熱交換媒体の環流を適切に管理することができ、その動作特性の信頼性を高めることが可能となる。
【0033】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、コンプレッサの始動から所定時間経過するまではコンプレッサの吐出容量を上方修正するようにしたので、早期に車内暖房を開始することができる。
【0034】
コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を種々の方法により制御するようにしたので、早期に車内暖房を開始すると共に、無駄なコンプレッサの駆動を抑えて燃費を向上させることができる。
【0035】
特に、コンプレッサの吐出容量を上方修正する値を、さらに外気温度に応じて補正するようにしたので、より一層燃費を向上させることが可能となる。
【0036】
コンプレッサの吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか1つに基づいてコンプレッサの吐出容量を制御するので、コンプレッサの駆動状態を安定させて信頼性を向上させることができると共に、車内側熱交換器の破損を的確に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図2】 図1の制御装置による空調制御を示すフローチャートである。
【図3】 図1の制御装置による空調制御を示すフローチャートである。
【図4】 エンジン冷却水温度とコンプレッサからの吐出容量の増分との関係を示すグラフである。
【図5】 図1の流量調整バルブを開状態又は閉状態とした場合で比較した熱交換媒体の圧力の変化(a)及び温度の変化(b)を示すグラフである。
【図6】 コンプレッサの運転時間と、そこからの吐出容量の増分との関係を示すグラフである。
【図7】 流量調整バルブの開閉とコンプレッサからの吐出容量の増分との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…空調ユニット
2…ヒータコア
3…車内側熱交換器
4…エンジン
7…水温検出センサ
8…コンプレッサ
9…クラッチ
10…流量調整バルブ
12…圧力検出センサ
14…第1逆止弁
15…第2逆止弁
Claims (8)
- 空調ユニット内に、エンジンの冷却水が流動するヒータコアを備えた車両用空調装置において、
前記エンジンの冷却水温度を検出する水温検出手段と、
前記エンジンからの動力をコンプレッサに伝達又は遮断するクラッチと、
前記コンプレッサ、該コンプレッサから吐出された熱交換媒体流量を調整する流量調整手段、該流量調整手段を通過した熱交換媒体と周囲の空気とで熱交換する熱交換器を環状に接続し、前記流量調整手段及び熱交換器に、常時冷媒が流動可能なキャピラリーチューブからなる減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路と、
前記水温検出手段で検出されるエンジンの冷却水温度に基づいて、前記ヒータコアのみでは暖房が不十分であると判断すれば、前記クラッチを接続してコンプレッサを駆動させ、コンプレッサの始動から所定時間経過するまではコンプレッサの吐出容量を上方修正する一方、十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断する制御手段とを備えたことを特徴とする車両用空調装置。 - 前記制御手段は、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動からのエンジン冷却水温度の変化に応じた値に上方修正することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動からの経過時間に応じた値に上方修正することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、前記コンプレッサの吐出容量を上方修正する値を、さらに外気温度に応じて補正することを特徴とする請求項2又は3に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動から車内側熱交換器に流入する熱交換媒体の流量に応じた値に上方修正することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記コンプレッサの吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか1つを検出する検出手段を備え、前記制御手段は、該検出手段からの検出信号に基づいて前記コンプレッサの吐出容量を制御することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、吸入圧力又は吐出温度のうち、少なくともいずれか一方を、吐出圧力に優先することを特徴とする請求項6に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、前記コンプレッサの駆動回転数に基づいて吐出容量を制御することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の車両用空調装置。
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