JPH08226516A - ボールねじおよびボールねじの潤滑薄膜形成方法 - Google Patents
ボールねじおよびボールねじの潤滑薄膜形成方法Info
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Abstract
の向上を図り、長寿命を達成できるようにすること。 【構成】外周面に螺旋溝11を有するねじ軸1と、内周
面にねじ軸1の螺旋溝21を有するナット2と、これら
の両螺旋溝11,21の間に転動自在に介装される複数
のボール3とを備えたボールねじAにおいて、螺旋溝1
1を含むねじ軸1の外周面、ナット2の内周面およびボ
ール3の表面に、官能基を有する含フッ素重合体からな
る潤滑薄膜5が付着されている。つまり、潤滑薄膜5と
して、従来の固体潤滑剤のコーティング膜のような剥離
や欠落の他、摩耗のない流動性を有するものとしてい
る。
Description
ルねじの潤滑薄膜形成方法に係り、特に通常のグリース
やオイルの使用ができない真空環境、清浄環境および腐
食環境等で用いるのに好適なボールねじに関する。
置内部に配設される搬送系などが挙げられるが、このよ
うな環境では、ボールねじの潤滑剤としてグリースを用
いていると、グリースの油分が蒸発することにより、潤
滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不具合が発生す
る。
ナットの軌道面やボールの表面の少なくともいずれか
に、金、銀、鉛、銅などの軟質金属、カーボンや二硫化
モリブデンなどの固体潤滑剤を膜状にコーティングする
ことが行われている。
潤滑剤からなるコーティング膜では、このコーティング
膜がボールの転動動作に伴い僅かずつ剥がれるなど、発
塵状況がグリース使用時に比べると低レベルになるもの
の、特に清浄環境では不適合となるレベルである。特
に、高荷重条件においては発塵量が増大する。
系樹脂を混合した固体潤滑剤を、ねじ軸およびナットの
軌道面やボールの表面の少なくともいずれかにコーティ
ングすることを行っており、この場合には、先の従来例
よりも発塵を桁違いに減らせるようになる。しかしなが
ら、このコーティング膜でも、比較的大きなアキシャル
荷重がかかる状況において、剥離や欠落の他、摩耗によ
る発塵が著しく増加し、発塵寿命が短くなる。
離、欠落が発生すると、転動・摺接部位での潤滑作用が
低下して、金属どうしの接触となるなど凝着しやすくな
る他、各構成要素の摩耗が促進されるなど、寿命という
点において問題がある。
ようにコーティング膜の剥離、欠落箇所の軸受構成要素
が腐食されることになる。
において、発塵の抑制および潤滑性の向上を図り、長寿
命を達成できるようにすることである。
ねじ軸およびナットが金属材で、少なくとも前記ねじ軸
およびナットの軌道面に、官能基を有する含フッ素重合
体からなる潤滑薄膜が形成されている。
トが金属材で、ボールがセラミックス材で形成されてお
り、少なくともねじ軸およびナットの軌道面に、官能基
を有する含フッ素重合体からなる潤滑薄膜が形成されて
いる。
の近傍に設定するのが好ましい。この場合の薄膜は、パ
ーフルオロポリエーテル(PFPE)あるいはその誘導
体との混合物を希釈溶媒で0.25mass%にまで希
釈した潤滑油により形成することができる。
は、ねじ軸、ナットおよびボールを組み立てたボールね
じにおいてそれら各要素の少なくとも転動、摺動部位
に、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑油を膜
状に付着させる工程と、膜状とした潤滑油を加熱するこ
とにより、それに含まれる混合物を除去する工程とを含
むものである。
来の固体潤滑剤のコーティング膜のように剥離、欠落の
他、摩耗が起こらない流動性を有する潤滑薄膜としてい
る。しかも、この潤滑薄膜は、従来のようにボールねじ
内部に潤滑油を封入するといった形態でもないので、そ
れらの外部漏洩の心配もない。
大きなアキシャル荷重がかかる状況でも、各構成要素間
での摺接が金属どうしの無潤滑の接触状態とならず、常
に各構成要素の表面全面に途絶えることなく付着する状
態が維持されるから、各構成要素それぞれの転動、摺動
が常に潤滑油を介して行われるようになり、潤滑作用が
安定的に維持されるようになる。しかも、従来のコーテ
ィング膜に比べてボールの転動抵抗が小さくなるととも
に、ボールをねじ軸およびナット間にある程度、負隙間
で配設することが可能となるから、ボールねじの動作を
高精度にできるようになる。
潤滑性との両方に関して優れた結果が得られるようにな
る。この膜厚については、薄膜を形成するベースとなる
潤滑油を特定すれば、容易に設定できるようになる。
方法では、油膜形成対象部位に対して、官能基を有する
含フッ素重合体からなる潤滑油の薄膜を発塵性と潤滑性
との両方に優れた膜厚で、良好に形成することが可能と
なる。
づいて説明する。図1および図2は本発明の一実施例に
かかり、図1は、ボールねじの概略構成を示す縦断面
図、図2は、図1のB部拡大図である。
ナット、3はボール、4はサーキュレータチューブ、5
は潤滑薄膜である。
成されている。ナット2は、ねじ軸1に外嵌されてお
り、その内周面にねじ軸1の螺旋溝11に対応する螺旋
溝21が形成されている。複数のボール3は、ねじ軸1
の螺旋溝11と、ナット2の螺旋溝21との間に介装さ
れている。サーキュレータチューブ4は、ねじ軸1また
はナット2のいずれか一方の回転により両螺旋溝11,
21間に介装されるボール3を転動循環させるためのも
ので、ナット2に取り付けられている。
旋溝21の断面形状は、ゴチックアーチ状、すなわち二
つの曲率中心の異なる円弧の組み合わせによりほぼV字
形に形成されている。なお、両螺旋溝11,21の断面
形状は、図3に示すような円弧とすることもできる。
びサーキュレータチューブ4は、耐食性材料により形成
されている。具体的に、ねじ軸1およびナット2の素材
としては、例えばJIS規格SUS440Cなどのマル
テンサイト系ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施した
ものや、JIS規格SKH4、AISI規格M−50材
などの耐熱鋼とすることができる。また、ボール3は、
前述と同様の鋼材の他、セラミックス材とすることがで
きる。さらに、サーキュレータチューブ4は、例えばS
US304などのステンレス鋼で形成される。なお、前
述のセラミックス材としては、焼結助剤として、イット
リア(Y2O3)およびアルミナ(Al2O3)、その他、
適宜、窒化アルミ(AlN)、酸化チタン(Ti
O2)、スピネル(MgAl2O4)を用いた窒化けい素
(Si3N4)を主体とするものの他、アルミナ(Al2
O3)や炭化けい素(SiC)、ジルコニア(Zr
O2)、窒化アルミ(AlN)などが好ましい。
素を形成すれば、例えば半導体製造装置などにおいて用
いられるハロゲン系腐食性ガスに対しても、腐食せずに
済むようになる。
周面、ボール3の表面およびサーキュレータチューブ4
の内面には、潤滑薄膜5が被覆形成されている。
合体からなる。この含フッ素重合体としては、フルオロ
ポリエーテル重合体またはポリフルオロアルキル重合体
が好ましい。フルオロポリエーテル重合体は、−CXF
2X−O− という一般式(Xは1〜4の整数)で示され
る単位を主要構造単位とし、いずれも数平均分子量が1
000〜50000の重合体とするものが挙げられる。
ポリフルオロアルキル重合体は、下記化学式1に示すも
のが挙げられる。また、前述の官能基は、金属に対して
親和性の高いもの(例えばエポキシ基、アミノ基、カル
ボキシル基、水酸基、メルカプト基、イソシアネート
基、スルフォン基またはエステル基など)が好ましく、
例えば下記化学式2,3に示すものが挙げられる。この
ような含フッ素重合体は、単独で用いるか、または2種
以上を併用して用いてもよい。その場合は、より耐摩耗
性の優れた薄膜が得られるように、組み合わされた基が
互いに反応して重合体をより高分子量化させるように配
慮するのが望ましい。
フルオロポリエーテル(PFPE)あるいはその誘導体
との混合物、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名
フォンブリン(FONBLIN)Yスタンダード、フォンブリ
ンエマルジョン(FE20、EM04など)またはフォンブリン
Z誘導体(FONBLIN Z DEAL、FONBLIN Z DIAC、FONBLIN
Z DISOC、FONBLIN Z DOL、FONBLIN Z DOLTX2000、FONBL
IN Z TETRAOLなど)が好適に用いられる。これら例示し
たものは、いずれも濃度が濃く、金属に対する親和性が
きわめて悪いので、そのままでは膜状に付着させること
が困難である。そのため、薄膜5の形成は、下記するよ
うな方法が適用される。なお、前述のフォンブリンZ誘
導体は、真空環境で用いると、真空排気系に対して害を
及ぼす可能性があるので、使用環境を考慮するのが好ま
しい。
を説明する。
ててから、このねじ軸1とナット2との間でボール3の
存在する箇所において、用意した潤滑油をスポイドなど
により数滴、注入し、数回回転させることにより、潤滑
油を膜状にねじ軸1、ナット2、ボール3およびサーキ
ュレータチューブ4の転動、摺動部位に被覆させる(供
給処理)。この潤滑油の供給はスプレーにより塗布して
もよいし、また、潤滑油の貯溜槽に浸漬してもよい。こ
こで用意した潤滑油は、例えばフォンブリンエマルジョ
ンFE20(フォンブリン濃度20mass%の)を適
当な希釈溶媒でフォンブリン濃度を0.25mass%
にまで希釈したものである。なお、前述の希釈溶媒は、
メタノール溶液、アルコール溶液や水などの揮発性のも
のとすることができる。
Aの全体を40〜50度で約3分間加熱し、潤滑油に含
むメタノール溶液など溶媒を除去する(乾燥処理)。
での雰囲気温度に応じて、例えば150〜300度で1
5〜30分間、加熱する(仕上げ乾燥処理)。
繰り返すようにしてもよく、最終的には、潤滑薄膜5の
膜厚を例えば0.2μm以下に設定する。
要素において互いに接触する部位に潤滑薄膜5を好適な
膜厚で形成することができる。そして、前述したように
溶媒を除去しておけば、ボールねじAの動作時の不要な
発塵成分がなくなる。また、潤滑薄膜5の膜厚をきわめ
て薄く設定しているから、油成分による発塵もほとんど
なくなる。さらに、最終の加熱処理により、使用環境で
の発塵をもなくせるようになる。
度とボールねじにおける回転初期の発塵量との関係、
薄膜5を形成するときの供給処理および乾燥処理の繰返
回数(ディッピング回数)とボールねじにおける回転初
期の発塵量との関係、誘導体分子の有無と発塵寿命と
の関係をそれぞれ調べているので、説明する。
中、60はボールねじAのねじ軸、61はボールねじA
のサポート軸受、62は負荷用ばね、63はパーティク
ルカウンター、64はボールねじAのナット、65は支
持板、66はナット64のハウジング、67はハウジン
グの回転止め、68はモータ、69はモータ68とねじ
軸60とのカップリングである。
の発塵粒子数 試験に用いたボールねじAは、呼び番号1404、7T
S3、5C7で、ねじ軸1の軸径を14mm、ボール3
の径を2mm(3.5巻、1列)、リードを3/16″
(4.763mm)としている。
とする。潤滑油は、フォンブリンエマルジョンFE20
のフォンブリン濃度(mass%)を、“5”、
“2”、“0.5”、“0.25”の4段階に希釈溶媒
(エチルアルコールまたは水)で希釈したものを用いて
いる。薄膜5の形成方法は、前述した方法とする。但
し、供給処理および乾燥処理を二回繰り返してから、仕
上げ乾燥(170℃、15分間)を施す。
mass%とした場合の発塵量が、他に比べて格段に少
なくなっている。
とする。供給処理および乾燥処理の繰り返し回数は、
“4”、“3”、“2”、“1”の4段階としている。
潤滑油は、前述ので述べたもの(フォンブリンエマル
ジョンFE20のフォンブリン濃度を0.25mass
%に希釈したもの)を用いる。
回数を2回以下とした場合の発塵量が、他に比べて格段
に少なくなっている。
れの膜厚について、ボール3の質量増加量に基づいて推
定した。この場合、薄膜5を得た後で、ボールねじAを
分解し、ボール3の質量増加量を測定している。結果
を、下記表3に示す。
については0.2μm以下とするのが好ましいと言え
る。但し、0.2μm以下と言えどもあまり薄くしすぎ
ると、金属材どうしの摺接部位における潤滑性が低下す
るおそれがあるので、0.2μm以下でその近傍に設定
するのが好ましいと言える。
しない。発塵寿命は、総発塵量が1000個/0.1c
f以上となる状況を、連続10回測定した時点までの時
間を計測している。なお、測定は10分間隔とする。
品を用いている。実施例品は、フォンブリンエマルジョ
ンFE20を希釈溶媒(エチルアルコールまたは水)で
フォンブリン濃度を0.25mass%にまで希釈した
潤滑油を用いており、同一仕様のものを三つ用いてい
る。比較品は、フォンブリンZ25を希釈溶媒(ガルデ
ンSV90)でフォンブリン濃度を0.25mass%
にまで希釈した潤滑油を用いている。つまり、実施例品
の潤滑油は誘導体を含み、比較品の潤滑油は誘導体を含
まない。従来品は、内・外輪および保持器全面にコーテ
ィング膜を形成したものとする。このコーティング膜
は、熱硬化性合成樹脂からなるバインダー中にポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)を分散混合したもので
ある。
ル荷重を100Nとした場合、実施例品が比較品および
従来品に比べ、約10倍と耐荷重性が大幅に向上してお
り、特に高荷重条件下で用いる場合に優位であると言え
る。ちなみに、従来品のコーティング膜でも、他の一般
的な固体潤滑剤のコーティング膜に比べると発塵量が格
段に少ない。このような結果が得られる理由は、本実施
例品である潤滑薄膜5が流動性を有していて、ねじ軸、
ナットおよびボールの摺接が常に潤滑油を介する状態と
なり、従来品である固体潤滑剤のコーティング膜のよう
な剥離や欠落の他、摩耗が発生しないからと言える。
期10時間の発塵量は、下記表5に示すように、ほとん
ど差がなかった。
油としても、誘導体分子を含むものとするのが特に耐荷
重性において優れることが判った。
うに、薄膜5としては、使用潤滑油の性状、薄膜形成方
法や生成後の膜厚などを、ある程度、特定することが、
発塵性、耐荷重性において重要となることが判るであろ
う。
エマルジョンFE20を希釈したもの)からなる薄膜5
を形成したボールねじAにおいて、ねじ軸1、ナット
2、ボール3およびサーキュレータチューブ4を金属材
料としたものの場合、偏荷重などが作用したりすると、
はなはだしい場合に摺接部位において腐食が発生する可
能性があると考えられる。というのは、偏荷重などが作
用したときに、薄膜5の一部がかきとられてしまうと、
ねじ軸1、ナット2、ボール3およびサーキュレータチ
ューブ4の表面(金属面上の酸化面)が露出することに
なって、ここで金属材どうしの凝着摩耗が発生するよう
になるが、このような凝着摩耗が発生すると、ねじ軸
1、ナット2、ボール3およびサーキュレータチューブ
4の表面でも新生面(酸化されていない純粋の金属面)
が露出することになるため、この新生面が潤滑油の成分
中のフッ素と反応し、腐食されることが起こりうるので
ある。また、凝着摩耗時の触媒作用によりフッ素成分の
ガスを発生することも起こりうる。これに対して、ボー
ルねじAにおいて少なくともボール3をセラミックス材
とすれば、前述したような凝着摩耗が発生せずに済むの
で、前述したような腐食やガス発生といった心配がなく
なる。したがって、ボールねじAの構成を、少なくとも
ボール3についてセラミックス材で形成したものの方が
すべて金属材とするものに比べて優れていると言える。
るものでなく、種々な応用や変形が考えられる。
向両端には、必要に応じねじ軸1の螺旋溝11に対して
近接する非接触タイプのシールを設けてもよく、この場
合には低発塵性により貢献できる。このシールとして
は、合成ゴムなどの弾性体により円筒形に形成されてお
り、内周面の所要角度範囲にねじ軸1の螺旋溝11に近
似する断面形状の凸部を有するものが考えられる。
境のみに限定されず、大気環境でも使用することができ
る。
滑剤のコーティング膜のような剥離や欠落の他、摩耗が
ない流動性を有する潤滑薄膜を用いるから、比較的大き
なアキシャル荷重がかかる状況でも、各構成要素間での
摺接が金属どうしの無潤滑の接触状態とならず、常に潤
滑油を介して摺接する状態となり、発塵が格段に少なく
なって潤滑性が格段に向上するようになる。このよう
に、潤滑薄膜からの発塵だけでなく、各構成要素からの
発塵を抑制できるとともに、動作安定性の向上に貢献で
きる。しかも、従来のコーティング膜に比べてボールの
転動抵抗が小さくなるとともに、ボールをねじ軸および
ナット間にある程度、負隙間で配設することが可能とな
るから、ボールねじの高精度化に寄与できる。
に高精度な加工が要求されるところに本発明のボールね
じを用いると、清浄雰囲気を阻害しにくくなるので、半
導体製造品の歩留まり向上に貢献できる。
潤滑性との両方に関して優れた結果が得られるようにな
る。この膜厚については、薄膜を形成するベースとなる
潤滑油を特定すれば、容易に設定できるようになる。
方法では、油膜形成対象部位に、官能基を有する含フッ
素重合体からなる潤滑油の薄膜を発塵とならない量でか
つ潤滑作用を妨げない量として良好に付着させることが
できるから、発塵がほとんどなくて、しかも各構成要素
間での潤滑作用を安定的に得ることができて、ボールね
じの長寿命化を達成できるようになる。
図。
Claims (5)
- 【請求項1】 ねじ軸およびナットが金属材で、少なく
とも前記ねじ軸およびナットの軌道面に、官能基を有す
る含フッ素重合体からなる潤滑薄膜が形成されている、
ことを特徴とするボールねじ。 - 【請求項2】 ねじ軸およびナットが金属材で、ボール
がセラミックス材で形成されており、少なくともねじ軸
およびナットの軌道面に、官能基を有する含フッ素重合
体からなる潤滑薄膜が形成されている、ことを特徴とす
るボールねじ。 - 【請求項3】 前記薄膜の膜厚が、0.2μm以下でそ
の近傍に設定されている、ことを特徴とする請求項1ま
たは2のボールねじ。 - 【請求項4】 前記薄膜が、パーフルオロポリエーテル
(PFPE)あるいはその誘導体との混合物を希釈溶媒
で0.25mass%にまで希釈した潤滑油により形成
されてなる、ことを特徴とする請求項3のボールねじ。 - 【請求項5】 ねじ軸、ナットおよびボールを組み立て
たボールねじにおいてそれら各要素の少なくとも転動、
摺動部位に、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤
滑油を膜状に付着させる工程と、 膜状とした潤滑油を加熱することにより、それに含まれ
る混合物を除去する工程と、 を含むことを特徴とするボールねじの潤滑薄膜形成方
法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP03079995A JP3903151B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | ボールねじおよびボールねじの潤滑薄膜形成方法 |
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JP03079995A JP3903151B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | ボールねじおよびボールねじの潤滑薄膜形成方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08226516A true JPH08226516A (ja) | 1996-09-03 |
JP3903151B2 JP3903151B2 (ja) | 2007-04-11 |
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JP (1) | JP3903151B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6854351B2 (en) | 2001-11-14 | 2005-02-15 | Nsk Ltd. | Linear motion device, rolling device and separator for rolling device |
US7619854B2 (en) | 2006-04-26 | 2009-11-17 | Fujitsu Limited | Product including filmed screw |
-
1995
- 1995-02-20 JP JP03079995A patent/JP3903151B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6854351B2 (en) | 2001-11-14 | 2005-02-15 | Nsk Ltd. | Linear motion device, rolling device and separator for rolling device |
US7188542B2 (en) | 2001-11-14 | 2007-03-13 | Nsk Ltd. | Liner motion device, rolling device and separator for rolling device |
US7619854B2 (en) | 2006-04-26 | 2009-11-17 | Fujitsu Limited | Product including filmed screw |
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