JP6217496B2 - トーションビーム式サスペンション - Google Patents
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また、自動車の燃費向上のために更なる軽量化を実現すべく、自動車部品の材料を鉄製から軽金属合金製に置換することが行われており、足回り部品であるトーションビーム式サスペンションにも軽金属合金化が進められている。
また、特許文献2には、内側に配置するトーションビームが外側に配置するトレリングアームに挿入され、トーションビームの外周部とトレリングアームの内周部とが重ね溶接されている溶接部と、トーションビームの外周部とトレリングアームの端部とが該トーションビームの中心軸に対して所定の角度で傾斜された状態で重ね接合されている傾斜溶接部とを有するトーションビーム式サスペンションが開示されている。
そのため、トーションビームとトレリングアームとの接合体であるトーションビーム式サスペンションには、車輪などと連結されているトレリングアームから、横荷重、前後荷重及び上下荷重並びにねじり荷重(以下、単に荷重という)が繰返し入力されることとなる。
また、本願発明者らの研究により、部材同士の場合、特に鉄と軽金属合金などの異種材料同士の接合においては顕著に、さらに、フラックスコワードワイヤー(FCW)などのロウ付けにおいても顕著に、剥離強さがせん断強さに対して大幅に低くなることが分かった。このような剥離強さを向上させるためには、接合強度自体を向上させる必要があり、接合強度向上の具体的な方法としては、部材同士の接合長を長くすることなどが挙げられる。
i)トーションビームとトレリングアームとの接合部に荷重が入力されると、特にねじり荷重の場合には顕著に、接合部に応力が集中する。そのため、特許文献1または2の構成でも、トーションビームとトレリングアームとが接合部において剥離する可能性を有しているので、接合部の接合強度を高める必要がある。
特許文献1または2の構成では、トーションビームとトレリングアームとを接合する接合長を長くするには限界がある。そのため、当該接合部に生じる応力の低減にも限界がある。したがって、剥離荷重により接合部が破損するおそれがある。
しかも、特許文献1の方法により、トーションビームとトレリングアームとの接合強度を高めるためには、トーションビーム及びトレリングアームの重ね長さを大幅に増大させることが考えられる。しかし、トーションビームの形状は、周辺部品との配置関係などの理由で変えることができず、トレリングアームの長さを大きくことになるので、トレリングアームの重量が増加してしまう。その結果、トーションビーム式サスペンションの重量増加を招いてしまうという問題があった。
また、特許文献2の方法により、トーションビームとトレリングアームとの接合強度を高めるためには、傾斜溶接部の所定の角度を小さくして、当該傾斜溶接部の接合長を長くすることが考えられる。しかし、傾斜溶接部の接合長を長くすると、トレリングアームの車両上側の部位を車両内側へ延ばす必要がある。上述したように、トーションビームの形状は、周辺部品との配置関係などの理由で変えることができず、トレリングアームの長さを大きくことになるので、トレリングアームの重量が増加してしまう。
その結果、特許文献1または2の構成は共に、トーションビームとトレリングアームとの接合強度を高めると、トーションビーム式サスペンションの大幅な重量増加を招いてしまうという問題があった。
iii)さらに、特許文献2の方法は、トーションビームがトレリングアームに挿入されて接合される構造であることから、トーションビームの端部はトレリングアームの内側に入っている。そのため、トレリングアームの内側に挿入されたトーションビームの端部には溶接トーチが届かず、トレリングアームの内側に位置するトーションビームとトレリングアームとが重なる部位を溶接できない。その結果、トレリングアームに荷重が入力された場合、トーションビームとトレリングアームとの接合部が剥離するおそれがあった。また、トーションビームが回転方向及び車両幅方向へ移動するのを阻止する固定を行うことができないので、トーションビームとトレリングアームとの組付け作業時において、トーションビームとトレリングアームとの位置決めが困難であり、作業性に問題を有していた。しかも、特許文献2の方法では、トレリングアームの板厚分の段差がトーションビームとトレリングアームとの接合部に生じる構造となっているので、接合部である段差部分に応力集中が発生するおそれがある。
また、特許文献2の方法では、材質が異なるトーションビームとトレリングアームとが接触しているので、トーションビームの内周部などか水などの腐食物質が侵入すると、異種金属接触腐食が発生することになり、トーションビーム式サスペンションが破損するおそれがある。
さらに、特許文献2の構成では、特にリベットなどの重量物による接合方法を適用した場合、重なる部分における接合の点数が増えることなり、重量が増加するという問題があった。
i)本願発明者らの研究により、トーションビームとトレリングアームとの接合部においては、荷重が入力されると(特にねじり荷重の場合には顕著に)、車両上下方向の中央近傍の所定の高さにおいて応力が低くなる部位と、車両上下方向の上側及び下側の応力が高くなる部位が存在することが分かった。なお、所定の高さは、部品形状や材質などによって異なる。
そのため、車両上下方向の所定の高さにおいて応力が低くなる部位に略平行な角部もしくは端部(以下、平行部という場合がある)を配置することにより、応力の低い部位で接合長を長く稼ぐことが可能となる。これにより、荷重が入力されても(特にねじり荷重の場合には顕著に)、トーションビームとトレリングアームとの接合部が荷重の影響を受けることは殆ど無くなり、接合強度を向上させることができる。その結果、トーションビームの形状を変えることができなくても、トレリングアームにおけるトーションビームの車両上側の部位を平行部の分だけ車両内側へ延ばすのみで対応できる。したがって、本発明の構成によれば、接合強度、特に剥離強さを向上させつつ、トーションビーム式サスペンションの重量を確実に低減させることができる。特に、トーションビームが鉄製で、トレリングアームが軽金属合金製などであるような異種材料同士を接合する場合において、顕著に上記効果を得ることができる。
ii)内周側におけるトーションビームとトレリングアームとの重なる部分に溶接トーチなどの接合用機器が届くようになり、内周側におけるトーションビームとトレリングアームとを確実に接合することができる。したがって、本発明の構成によれば、トレリングアームに荷重が入力されたとしても、トーションビームとトレリングアームとの接合部において剥離が生じるおそれを無くすことができる。特に、トーションビームが鉄製で、トレリングアームが軽金属合金製などであるような異種材料同士を接合する場合において、より一層顕著に上記効果を得ることができる。
iii)トーションビームとトレリングアームとの組付け作業時に、トーションビームの車両幅方向を第1の角部もしくは端部あるいは第2の角部もしくは端部により固定することが可能となる。したがって、本発明の構成によれば、トーションビームとトレリングアームとを容易に位置決めすることができ、作業性の向上を図ることができる。
しかも、組付け作業の際に、平行部によってトーションビームが回転方向へ移動するのを阻止し、固定することが可能となるため、トーションビームとトレリングアームとの組付け作業時に、トーションビームとトレリングアームとを容易に位置決めすることができ、作業性の向上を図ることができる。
図1〜図11は本発明の実施形態に係るトーションビーム式サスペンションを示すものである。なお、図2において、矢印Iは車両内側方向、矢印Rは車両後方、矢印Uは車両上方をそれぞれ示している。
本実施形態のトーションビーム式サスペンション2は、図2及び図3に示すように、車両幅方向に延在して配置される長尺のトーションビーム5と、該トーションビーム5の左右両端部にそれぞれ連結される左右一対のトレリングアーム6を備えている。トレリングアーム6には、スプリング7及びショックアブソーバ8が取付けられ、車体4に懸架されている。
本実施形態のトレリングアーム6は、図2〜図4に示すように、軽金属合金など非鉄合金を用いたアルミニウム合金製のものであり、中空構造の閉断面形状に形成されている。このトレリングアーム6は、車両幅方向へ延びるビーム接合部6aを一端に有し、該ビーム接合部6aの他端側には車両前後方向へ延びる前側アーム部6bと後側アーム部6cが設けられている。
このアーム接合部5aは、図2、図3、図5及び図6〜図8に示すように、車両前後方向の前側及び後側の少なくとも一方(本実施形態では両方)で車両上下方向の所定の高さに、車両幅方向に略平行な角部(もしくは端部)50を少なくとも一部に有しており、トーションビーム5とトレリングアーム6とは、略平行な角部50において少なくとも一部が突き合わされて配置され、互いに接合されるようになっている。そして、少なくとも、略平行な角部50よりもトーションビーム5の車両下側の領域には、トーションビーム5とトレリングアーム6とが重なる部分51を有し、該重なる部分51においては、トーションビーム5の車両下側が開口している。
ここで、トレリングアーム6及びトーションビーム5の略平行な角部60,50において「略平行」とは、車両上下方向に若干の凹凸形状を有していても良いという意味であり、車両上下方向への凹凸形状を有している場合には、突き合わせた角部60,50の噛み合わせ効果が得られ、トレリングアーム6とトーションビーム5との位置ズレが発生しにくくなる。また、「トーションビーム5の車両下側もしくは車両上側へ向かって」には、第1の角部53a及び第2の角部53bが最終的にトーションビーム5の車両下側もしくは車両上側へ向かえば良く、途中で一部分が反対側へ向かっていることも含んでいる。
また、トーションビーム5とトレリングアーム6とは、ろう付けまたは摩擦撹拌接合(FSW)によって線接合されており、重なる部分51,61の外周囲には、線接合のビード接合部W1が形成されている。しかも、トーションビーム5とトレリングアーム6とは、重なる部分51,61の内側でセルフピアシングリベットまたは摩擦撹拌接合によって点接合されており、重なる部分51,61には、複数個の点接合部W2が設けられている。
そのため、本実施形態のトーションビーム式サスペンション2では、ろう付けとセルフピアシングリベットという2種類の接合方法が組み合わせられることになり、トーションビーム5とトレリングアーム6との接合に時間が掛かる接着剤を使用する場合と比べて、経時変化による接合部W1,W2の接合強度の低下が生じず、作業時間が短縮されるようになっている。また、トレリングアーム6に荷重の入力があった場合、重なる部分51,61の点接合部W2により入力された荷重が分散され、線接合が行われたビード接合部W1への剥離荷重が抑制されることとなり、高い剥離強さが得られるようになっている。さらに、応力の高い車両上下方向の上側及び下側に設ける点接合部W2の点数を多く、応力の低い車両上下方向の中央近傍に設ける点接合部W2の点数を減らすことで、必要な接合強度を確保しながら重なる部分51,61の面積を減らせられ重量の増加を抑えるようになっている。
面A1と面A2は、ビーム軸Cに対して車両内側に傾けて配置されており、互いに平行であること、及び傾斜角θ1,θ2が同じであることは必要でない。ビーム軸Cと面A1との傾斜角θ1は、45°<θ1≦90°とし、アーム接合部5a及びビーム接合部6aへの応力集中を効果的に抑制するようになっている。傾斜角θ1を45°以下に設定すると、アーム接合部5a断面の両端部が鋭利な形状となり、アーム接合部5aに応力集中が生じる可能性がある。また、ビーム軸Cと面A2との傾斜角θ2は、0°<θ2≦90°とし、アーム接合部5a及びビーム接合部6aへの応力集中を効果的に抑制するようになっている。
しかも、図10に示すように、面Bで切断するトーションビーム5の略平行な角部50の水平部分の高さH2は、トーションビーム5の断面の高さH1の1/3の高さH3からトーションビーム5の断面R部の終端(ビーム外側)D2の範囲内に設定されている。D1はトーションビーム5の断面R部の終端(ビーム内側)を示している。この範囲内は、トーションビーム5に生じる応力が低いことから、略平行な角部50の水平部分の位置を当該高さH2に配置することにより、応力の低い部分で溶接長さを長くすることが可能となり、トーションビーム5の全体に生じる応力の低下と、トーションビーム式サスペンション2の耐久性能向上が図れることになる。
本実施形態のトーションビーム式サスペンション2は、車両幅方向に延在して配置されるトーションビーム5の左右両端部に、トレリングアーム6がそれぞれ接合されるものであり、トーションビーム5及びトレリングアーム6は、車両前後方向の前側及び後側で車両上下方向の所定の高さに、車両幅方向に略平行な角部50,60を少なくとも一部に有し、トーションビーム5とトレリングアーム6とは、それぞれの略平行な角部50,60において少なくとも一部が接合され、略平行な角部50,60よりもトーションビーム5の車両下側の領域には、トーションビーム5とトレリングアーム6とが重なる部分51,61を有し、重なる部分51,61においては、トーションビーム5及びトレリングアーム6が開口しているので、車両上下方向の所定の高さにおいて応力が低くなる部位に略平行な角部50,60を配置することにより、応力の低い部位で長い接合長を確保でき、特にねじり荷重や曲げ荷重が入力されても、トーションビーム5のアーム接合部5aとトレリングアーム6のビーム接合部6aとが荷重の影響を受けず、接合強度及び剥離強さを向上させることができる。
しかも、本実施形態のトーションビーム式サスペンション2では、内周側におけるトーションビーム5とトレリングアーム6との重なる部分51,61に溶接トーチなどの接合用機器が届くようになり、トーションビーム5とトレリングアーム6とを確実に接合することができ、トレリングアーム6に荷重が入力されたとしても、トーションビーム5のアーム接合部5aとトレリングアーム6のビーム接合部6aとの剥離を防止することができる。
さらに、本実施形態のトーションビーム式サスペンション2におけるトーションビーム5及びトレリングアーム6は、略平行な角部50,60の一端からトーションビーム5の車両下側へ向かって延在する第1の角部53a,63aと、略平行な角部50,60の他端からトーションビーム5の車両上側へ向かって延在する第2の角部53b,63bを有しているので、トーションビーム5とトレリングアーム6との組付け作業時に、トーションビーム5の車両幅方向をクランク形状である第1の角部53a,63aと第2の角部53b,63bの係合作用により固定することが可能となり、トーションビーム5とトレリングアーム6とを容易に位置決めすることができ、接合強度及び組付け作業性の向上を図ることができる。
さらに、本実施形態のトーションビーム式サスペンション2では、トーションビーム5とトレリングアーム6とが重なる部分51,61の内側で接合され、かつ、ろう付け(または摩擦撹拌接合)による線接合のビード接合部W1で固定され、セルフピアシングリベット(または摩擦撹拌接合)による点接合の点接合部W2で固定されているので、重なる部分51,61の内側において点接合部W2とビード接合部W1との接合構造を得ることが可能となり、トレリングアーム6に荷重の入力があった場合、点接合部W2により入力された荷重を分散させ、ビード接合部W1が行われた部位への剥離荷重を抑制でき、接合強度、特に剥離強さを高め、接着剤を使用する場合のような経時変化に起因する接合強度の低下を招くことを防ぐことができる。しかも、応力の高い車両上下方向の上側及び下側に設ける点接合部W2の点数を多くする一方、応力の低い車両上下方向の中央近傍に設ける点接合部W2の点数を減らすことが可能となるので、不要なトーションビーム5及びトレリングアーム6の重なる部分51,61を減らすことができ、トーションビーム式サスペンション2の軽量化を図ることができる。
さらに、本実施形態のトーションビーム式サスペンション2における第1の角部53a,63a及び第2の角部53b,63bは、トーションビーム5の車両下側が車両上側よりも車両外側に位置するように、所定の傾斜角θ1,θ2で傾斜しているので、ビード接合部W1に生じる応力集中を効果的に抑制することができ、トーションビーム5のアーム接合部5a及びトレリングアーム6のビーム接合部6aの耐久性性能を高めることができる。
また、既述の実施の形態において、トレリングアーム6のトーションビーム5への接合側端部であるビーム接合部6aの段差部62には、クランク形状の略平行な角部60及び角部63a,63bが車両前後方向の前側及び後側の両方に設けられているが、図12に示すように、前側もしくは後側の片側だけにクランク形状の略平行な角部60及び角部63a,63bが設けられていても同様の効果を奏することが可能である。
さらに、既述の実施の形態では、図8に示すように、トーションビーム5のアーム接合部5aがトレリングアーム6のビーム接合部6aの上に重ねて略平坦に接合されているが、図13(a)に示すように、トレリングアーム6のビーム接合部6aがトーションビーム5のアーム接合部5aの上に重ねて略平坦に接合されても良い。あるいは、図13(b)及び(c)に示すように、トーションビーム5のアーム接合部5aとトレリングアーム6のビーム接合部6aとが段差のある構造で重ねて接合されても良い。
2 トーションビーム式サスペンション
3 車輪
4 車体
5 トーションビーム
5a アーム接合部
6 トレリングアーム
6a ビーム接合部
50 略平行な角部(もしくは端部)
51 重なる部分
53a 第1の角部
53b 第2の角部
60 略平行な角部(もしくは端部)
61 重なる部分
62 段差部
63a 第1の角部
63b 第2の角部
A1,A2 面
B ビーム軸と平行な面
C ビーム軸
H1 トレリングアームの断面の高さ
H2 トレリングアームの略平行な角部の水平部分の高さ
W1 ビード接合部
W2 点接合部
θ1,θ2 傾斜角
Claims (8)
- 車両幅方向に延在して配置されるトーションビームの左右両端部に、トレリングアームがそれぞれ接合されているトーションビーム式サスペンションにおいて、
前記トーションビーム及び前記トレリングアームは、車両前後方向の前側及び後側の少なくとも一方で車両上下方向の所定の高さに、車両幅方向に略平行な角部もしくは端部を少なくとも一部に有し、
前記トーションビームと前記トレリングアームとは、それぞれの前記略平行な角部もしくは端部において少なくとも一部が接合され、
少なくとも、前記略平行な角部もしくは端部よりも前記トーションビームの車両下側の領域には、前記トーションビームと前記トレリングアームとが重なる部分を有し、該重なる部分においては、前記トーションビーム及び前記トレリングアームが開口し、
前記トーションビーム及び前記トレリングアームの少なくとも一方は、前記略平行な角部もしくは端部の一端から前記トーションビームの車両下側へ向かってのみ延在する第1の角部もしくは端部と、前記略平行な角部もしくは端部の他端から前記トーションビームの車両上側へ向かってのみ延在する第2の角部もしくは端部を有しており、前記第1の角部もしくは端部と前記第2の角部もしくは端部は、クランク形状に形成されていることを特徴とするトーションビーム式サスペンション。 - 前記トーションビームと前記トレリングアームとは、前記略平行な角部もしくは端部において少なくとも一部が突き合わされて配置されていることを特徴とする請求項1に記載のトーションビーム式サスペンション。
- 前記トーションビームと前記トレリングアームとは、前記重なる部分の外周囲の一部もしくは全周囲が接合されることによって一体に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のトーションビーム式サスペンション。
- 前記トーションビームと前記トレリングアームとは、前記重なる部分の内側で接合されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション。
- 前記トーションビームと前記トレリングアームとは、ろう付けまたは摩擦撹拌接合によって線接合されていることを特徴とする請求項3に記載のトーションビーム式サスペンション。
- 前記トーションビームと前記トレリングアームとは、セルフピアシングリベットまたは摩擦撹拌接合によって点接合されていることを特徴とする請求項4に記載のトーションビーム式サスペンション。
- 前記重なる部分における前記トーションビームまたは前記トレリングアームは、前記重なる部分以外の領域から前記重なる部分の領域にかけて段差部が設けられ、該段差部の端部において、前記トーションビームもしくは前記トレリングアームの端部もしくは角部が突き合わされることにより、前記トーションビーム及び前記トレリングアームの外周部が略平坦になっていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のトーションビーム式サスペンション。
- 前記第1の角部もしくは端部、及び前記第2の角部もしくは端部は、前記トーションビームの車両下側が車両上側よりも車両外側に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項1に記載のトーションビーム式サスペンション。
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