KR20030083751A - 로터리 액츄에이터를 구비한 힌지구조 - Google Patents
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Abstract
폴더식 휴대전화에 적합한 힌지(hinge)구조에서, 개방초기는 조작부재의 누름 동작을, 캠/캠 폴로어(cam/cam follower) 기구에 의해 힌지(hinge)의 회전운동으로 변환한다. 그에 따라, 열리는 두 부분 사이에 작용하는 관성력에 의한 예상외의 반력을 받는 것이 회피되어, 충격이 없는 적당한 개방동작이 가능해진다. 특히, 스프링력에 의해 힌지를 열린 방향으로 가압해 두고, 통상은, 클러치를 결합상태로 함으로써, 힌지를 닫힌 상태로 유지해 두고, 조작부재의 누름 동작에 따라 클러치를 해제하며, 힌지가 열린 방향으로 스프링구동되도록 하면 된다.
Description
최근 휴대용 전화기는, 휴대시에는 접을 수 있고. 사용시에는 열 수 있도록 송화부와 수화부를 힌지장치로 연결한 것이 보급되어 있다. 이와 같은 폴더식 전화기의 편리성을 더욱 높이기 위해 닫힌 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 게다가 한 손에 의한 원터치 조작으로 열 수 있도록 구성된 개폐장치가, 일본 특개평 8-125725호 공보에 제안되어 있다. 이 개폐장치에서는 힌지 장치에 회전력을 주기 위한 구동수단으로 토션 코일 스프링이 구비되어 있다.
게다가, 토션 코일 스프링은, 송화부와 수화부 사이가 닫힌 상태일 때 최대의 회전 에너지가 축적되어 있어, 누름 버튼 등으로 열림 조작을 하면 그 에너지가 일거에 방출되어, 너무 세서 튀어오를 염려가 있었다. 또, 닫힌 상태의 유지력이 누름 버튼의 조작력과 관련되어 있어서, 닫힌 상태의 유지력을 크게 하려고 하면, 누름 버튼의 조작력이 커지고, 조작성이 악화될 수 밖에 측면이 있었다.
이와 같은 불편함이 생기지 않도록 하기 위해서는, 적당한 마찰저항을 가하기 위한 댐퍼(damper)기구를 마련하거나, 스프링력을 낮게 설정할 필요가 있는데, 어느 쪽이든 시동시의 적당한 작동속도 및 조작력과 전범위에 걸친 작동의 원활성을 양립하는 것은 곤란했다.
본 발명은, 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 그 주된 목적은 원활한 자동개(폐)동작을 간략한 구조로 실현할 수 있도록 구성된 힌지구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은, 폴더식 휴대전화에 적합한 힌지구조를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 제1부분 및 제2부분을 구비하고 양부분을 상대회전가능하게 결합하는 힌지구조로서, 상기 제1부분에 대해 축선방향으로 미끄럼 운동 가능하게 지지되며, 축선방향으로 돌출되는 바깥 단을 갖는 조작부재와, 상기 조작부재를 돌출위치를 향해 가압하는 제1스프링 부재와, 상기 조작부재에 연결되고, 상기 제1부분에 대해 축선방향으로 미끄럼 운동 가능하고 회전불가하게 지지된 캠(cam)부재와, 상기제2부분에 고정되며, 상기 캠부재와 협동하여 상기 조작부재의 축선방향운동을 상기 제1부분에 대한 상기 제2부분의 회전운동으로 변환하는 캠폴로어 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 힌지 구조가 제공된다.
이와 같이 하면, 개방초기의 구동력은 수동으로 줄 수 있으므로, 양부분 사이에 작용하는 관성력에 의한 예상외의 반력을 피할 수 있어, 충격이 없는 바람직한 개방동작이 가능해진다.
또, 상기 제1부분에 대해 상기 제2부분을 열린 방향으로 가압하는 제2스프링 부재를 마련함으로써, 개방동작이 더욱 적합하게 되는데, 본 발명의 구성에 의하면, 제2스프링 부재의 스프링력을 상대적으로 낮게 설정할 수 있다. 그에 따라, 개방동작의 충격을 더욱 저감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 조작부재를 소정 스트로크 이상 밀어넣었을 때, 상기 캠폴로어 부재를 회전가능하도록, 상기 캠폴로어 부재의 상기 캠부재를 사이에 둔 상기 제1부분에 대한 회전불능상태를 해제하는 클러치가 마련되며, 상기 클러치가 상기 조작부재를 해방한 상태에서 상기 제1부분 및 제2부분을 서로 닫힌 위치로 회동했을 때에 상기 캠폴로어 부재의 상기 캠부재를 사이에 둔 상기 제1부분에 대한 회전불능상태를 복원하도록 적합화되어 있다. 이에 따라, 마찰저항이 적은 개방이 가능해지며, 닫을 때의 절도감(節度感)을 실현할 수 있고, 알맞은 개폐동작이 가능해진다.
특히, 스프링력에 의해 힌지를 열린 방향으로 가압해 두고, 통상은 클러치를 결합상태로 함으로써 힌지를 닫힌 상태로 유지해 두며, 조작부재의 밀어넣기 동작에 의해 클러치를 해제하고, 힌지가 열린 방향으로 스프링 구동되도록 하면 된다.
본 발명은, 두 개의 부재를 접어서 연결하는 힌지에 관한 것으로, 특히 로터리 액츄에이터 및 스프링 구동기구를 구비하여 적절한 개폐동작이 가능한 힌지구조에 관한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 휴대용 전화기의 외관사시도이다.
도 2는 휴대용 전화기의 힌지의 분해사시도이다.
도 3은 닫혔을 때의 힌지의 단면도이다.
도 4는 누름 버튼을 눌러 열린 상태의 힌지의 단면도이다.
도 5는 휴대용 전화기의 개폐동작을 나타내는 모식도이다.
도 1은 본 발명이 적용된 휴대용 전화기의 외관을 나타내고 있다. 이 전화기(1)는 조작키가 마련된 송화부(2)와, 액정디스플레이가 마련된 수화부(3)를, 접을 수 있도록 힌지(4)로 연결하여 이루어진 것이다. 또한, 전화기 자체의 기본적인 구성은 이미 공지한 바과 마찬가지이므로, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.
도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 스테인레스 강(鋼) 등의 금속으로 이루어진 대략 7.4mm의 내경을 갖는 원통형을 이루는 하우징(12)의 도면 좌측의 개구단에는, 조임 가공에 의해 이탈방지용 내향 프랜지가 마련되어 있다. 캠폴로어 부재(15)가 하우징(12)의 좌단에 수용되어 있으며, 캠폴로어 부재(15)는, 좌측의 개구단에서 돌출되는 비교적 소경의 본체부(16)와, 하우징측의 내향프랜지에 결합하는 프랜지부(17)를 가지고, 실질적으로 바닥이 있는 원통상을 이루며, 그 내주면에는 중심을 사이에 둔 대칭위치에 한 쌍의 나선 캠 홈(후술)이 마련되어 있다.
환상의 지지부재(25)가 캠폴로어 부재(15)의 우단에 접촉하도록 하우징(12)내에 수용되고, 지지부재(25)의 외주에 마련된 한 쌍의 돌기부(26)가 하우징(12)에 마련된 대응개구(13)에 결합하여, 캠폴로어 부재(15)는 회전할 수 있지만 축선방향으로 움직이지 못하도록 하며, 지지부재(25)에 대해서는 회전 및 축선방향 운동을 어느 쪽도 금지하도록 하고 있다. 원통형 캠 부재(19)의 좌단이 캠폴로어 부재(15)의 우단으로부터 조금 돌입하도록, 캠 부재(19)의 우단측 부분이 지지부재(25)의 내경을 관통하여 유지되고 있다. 이 상태(힌지가 열린 상태)에서는 캠 부재(19)에 마련된 한 쌍의 캠(20)이 캠 홈(18)에 약간 결합한 상태에 있다. 후술하는 바와 같이, 캠 부재(19)가 좌측이동하면, 그 좌단이 캠폴로어 부재(15)내에 다시 돌입하고, 캠(20)과 캠 홈(18)과의 협동에 의해 캠폴로어 부재(15)가 캠 부재(19)에 대해 회전한다. 지지부재(25)의 내주에는 한 쌍의 돌기부(27)가 마련되어, 캠 부재(19)의 중간부에 마련된 축선방향 홈(21)에 결합하고 있다. 축선방향 홈(21)은 소정의길이를 가지며, 캠 부재(19)의 좌단의 캠폴로어 부재(15) 내로의 돌입 깊이가 소정값 이하인 상태에서는, 지지부재(25)의 돌기부(27)가 캠 부재(19)의 축선방향 홈(21)에 결합하여, 캠 부재(19)를 회전불능으로 유지하고 있다. 캠 부재(19)의 좌단의 캠폴로어 부재(15)로의 돌입 깊이가 소정값 이상이 되면, 돌기부(27)와 캠 부재(19)와의 결합이 해제되고, 캠 부재(19)가 자유롭게 회전할 수 있게 된다.
캠폴로어 부재(15)의 캠 홈(18)과 캠 부재(19)의 캠(20)은, 캠 부재(19)를 소정량(예를 들어, 1.6mm) 캠폴로어 부재(15)의 내부를 향해 축방향으로 이동시키면, 캠폴로어 부재(15)가 소정각도(예를 들어 10°) 회전하도록 그 비틀림 각이 설정된 캠 사면(22, 23)에 의해 서로 결합하고 있다. 또한, 캠폴로어 부재(15)의 캠 홈(18)은 상기 소정범위(1.6mm의 축방향 길이)를 넘으면 캠 부재(19)의 축방향 변위를 캠폴로어 부재(15)의 회전변위로 변환하지 않도록 도중에 직선상을 이루는 직선부(18a)에 접속되어 있다. 캠 부재(19)의 축방향의 전 스트로크는 약 2.4mm이다.
캠 부재(19)의 우단은, 중공원통형을 이루는 클러치 부재(30)의 좌단으로부터 그 내부에 돌입해 있다. 클러치 부재(30)는, 좌측의 비교적 소경인 본체부(31)와, 그 우단에 마련된 프랜지부(32)를 가진다. 캠 부재(19)의 우단에는 한쌍의 돌기부(24)가 마련되어, 클러치 부재(30)의 중공공내에 마련된 대응축선방향 홈(31a)에 결합하고, 캠 부재(19)와 클러치 부재(30)는 서로 축선방향으로 미끄럼 운동 가가능하지만, 회전방향에 대해서는 일체적으로 운동할 수 있도록 되어 있다. 축선방향 홈(31a)은 클러치 부재(30)의 좌단의 근방에서 끝나며, 내향결합부(31b)를 명확히 구분하고 있으며, 캠 부재(19)가 소정 이상 밀려들어가면, 내향결합부(31b)와 돌기부(24)의 결합에 따라 클러치 부재(30)가 캠 부재(19)를 따라서 좌측으로 이동하게 되어 있다.
클러치 부재(30)의 우단에는 뚜껑 부재(35)가 접촉해 있고, 뚜껑 부재(35)의 외주 테두리부가 하우징(12)의 축선방향단에 접촉하며, 하우징(12)의 축선방향단에 마련된 탭(14)을, 뚜껑 부재(35)의 외주에 마련된 요부(38)를 향해 코킹(caulking)함으로써, 뚜껑 부재(35)가 하우징(12)에 대해 일체적으로 고정되어 있다.
지지부재(25)와 클러치 부재(30)와의 사이에는 토션 코일 스프링(29)이 마련되어 있으며, 클러치 부재(30)에 대해 토션 방향의 가압력을 줌과 동시에, 뚜껑 부재를 향해 축선방향으로도 가압하고 있다. 토션 코일 스프링(29)의 각 축선방향단의 코일 와이어는, 축선방향으로 연장되어 지지부재(25) 및 클러치 부재(30)의 프랜지부(32)에 마련된 축선방향구멍(28, 34)에 삽입되어 있다. 뚜껑 부재(35)의 하우징내방향단부에는 축선방향으로 돌출하는 한쌍의 결합돌기부(36)가 대각위치에 마련되어 있는데, 통상(힌지 전개 및 전폐 위치) 클러치 부재(30)의 프랜지부(32)에 마련된 대응요부(33)에 돌입하여, 클러치 부재(30)의 회전을 금하도록 되어 있다.
뚜껑 부재(35) 및 클러치 부재(30)의 중심구멍내를 향해 원통형의 연결부재(39)가 삽입되고, 그 삽입단, 즉 좌단이 캠 부재(19)의 우단의 중심구멍내를 향해 삽입되며, 또한 탄발적으로 결합하여 캠 부재(19)와 연결부재(39)가 축선방향에 대해 서로 일체적으로 운동하도록 되어 있다. 조작부재로서 누름 버튼(42)의 중심돌기부(43)가 연결부재(39) 우단의 중심구멍내로 삽입되고, 누름 버튼(42)도 연결부재(39)에 대해 축선방향에 대해 서로 일체적으로 운동하도록 되어 있다.
뚜껑 부재(35)의 축선방향 외측의 내주부에 마련된 환상의 어깨면(37)과 누름 버튼(42) 사이에는 압축 코일 스프링(41)이 탄발적으로 끼워져 지지되어 있다. 연결부재(39)의 중심구멍내에는 금속제의 봉(44)이 삽입되어, 누름 버튼(42)으로부터의 가압력을 캠 부재(19)에 대해 확실하고 충분한 기계적 강도로 전달할 수 있도록 하고 있다.
다음에 본 발명에 의한 로터리 액츄에이터를 구비한 힌지의 작동요령에 대해 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
송화부(2)와 수화부(3)를 겹친 닫힌 상태에서는, 토션 코일 스프링(29)의 축력에 의해 클러치 부재(30)를 오른쪽으로 누르고 있다. 이 상태에서는 뚜껑 부재(35)의 돌기부(36)와 클러치 부재(30)의 요부(33)가 서로 결합해 있으며(클러치 접속상태), 따라서, 토션 코일 스프링(29)의 회전력이 작용하고 있음에도 불구하고, 클러치 부재(30)는 하우징(12)에 대해 회전할 수 없고 정지하고 있다. 이와 같이, 뚜껑 부재(35)의 돌기부(36), 클러치 부재(30)의 요부(32) 및 토션 코일 스프링(29)에 의해 클러치 연결이 형성되어 있다.
한편, 클러치 부재(30)와 상대회전불능하고 소정범위에서 상대축방향으로 이동가능하게 결합한 캠 부재(19)는 누름 버튼(42)에 대한 압축 코일 스프링(41)의 축력에 의해 오른쪽 끝까지 이동해 있다. 게다가 이 위치에서는, 캠 부재(19)는 지지부재(25)에 대해 축선방향 홈(21)과 돌기부(24)와의 결합에 의해 회전방지되어 있다. 따라서, 캠 부재(19)의 좌단의 캠(20)이 결합한 캠폴로어 부재(15)는 회전할 수 없다. 이에 따라, 송화부(2)와 수화부(3)의 접은 상태가 유지되어 있다.
이 상태에서, 약간(1.6mm) 누름 버튼(42)을 왼쪽으로 누르면, 누름 버튼(42)에 일체 결합된 연결부재(39)가 좌측으로 이동하고, 연결부재(39)의 내단에 연결된 캠 부재(19)가 좌측이동한다. 이 구간은, 축선방향 홈(21)과 돌기부(24)와의 결합에 의해, 캠 부재(19)는 지지부재(25)에 대해 회전방지되어 있으므로, 캠 부재(19)의 좌단의 캠(20)은 회전하지 않고 축방향으로 좌측이동한다. 따라서, 캠 홈(18)과 캠(20)과의 상호 캠 사면(22, 23)의 작용으로 캠폴로어 부재(15)가 회전한다. 이 캠폴로어 부재(15)의 회전에 의해 캠폴로어 부재(15)가 결합한 수화부(3)가 약 10°개각도로 벌어진다(도 5의 각도 Pr).
누름 버튼(42)을 다시 누르면, 캠 부재(19)의 캠(20)이 캠폴로어 부재(15)의 캠 홈(18)의 직선부(18a)에 결합하기 때문에, 캠폴로어 부재(15)는 더 이상 회전하지 않게 된다. 한편, 내향결합부(31b)와 돌기부(24)와의 결합에 의해 캠 부재(19)의 축방향 안쪽의 이동에 따라 클러치 부재(30)도 좌측이동한다. 그리고, 누름 버튼(42)을 힘껏 누른 위치에서, 클러치 부재(30)의 프랜지(28)의 돌기부(36)가 뚜껑 부재(35)의 요부로부터 빠짐(클러치 절단상태)과 동시에, 지지부재(25)의 돌기부(27)와 캠 부재(19)의 축선방향 홈(21)과의 결합에 의한 지지부재(25)와 캠 부재(19) 사이의 회전방향의 결합도 해제된다.
그러면 클러치 부재(30)에 항상 작용하고 있는 토션 코일 스프링(29)의 회전력이 해방된다. 여기서, 캠폴로어 부재(15)의 캠 홈(18)과 캠 부재(19)의 캠(20)이 회전방향에 대해 결합상태에 있으며, 게다가 캠 부재(19)와 클러치 부재(30)가 상대회전불능으로 결합해 있으므로, 클러치 부재(30)와 함께 캠 부재(19) 및 캠 폴로어 부재(15)가 일체 회전한다. 이에 따라, 송화부(2)와 수화부(3) 사이가 자동적으로 벌어진다. 또한, 최대 개각도(도 5의 Max)는 힌지(4)의 기계적인 회동범위에서 정해져 있다.
이 상태에서는, 프랜지(32)의 단면에 돌기부(36)가 얹힌 형태로 되어 있으므로, 토션 코일 스프링(29)의 축력이 작용하고 있음에도 불구하고, 클러치 부재(30)는 우측으로 이동하지 못하고, 또한 캠 부재(19)도 압축 코일 스프링(36)의 축력이 작용하고 있음에도 불구하고 지지부재(25)와의 사이의 회전방지수단(24)의 위상이 벗어나 있기 때문에 우측으로 이동하지 못하므로, 외력을 가하지 않는 한 열린 상태가 유지된다. 또, 그 동안 누름 버튼(42)은 몰입상태인 채로 유지된다.
토션 코일 스프링(29)의 회전력에 저항하여 송화부(2)와 수화부(3) 사이를 수동으로 닫으면, 우선 캠폴로어 부재(15)와 캠 부재(19)가 같이 돌고, 지지부재(25)의 돌기부(27) 및 캠 부재(19)의 축선방향 홈(21)의 위상이 서로 일치한 곳에서, 압축 코일 스프링(36)의 축력으로 돌기부(27)와 축선방향 홈(21)이 서로 정합하며, 캠 부재(19)가 우측이동한다. 이 동안은 캠(20)이 캠 홈(18)의 직선부(18a)에 결합하고 있으므로, 캠 부재(19)에는 회전력은 작용하지 않는다.
이어서, 토션 코일 스프링(29)에 의한 오른쪽으로의 축력이 클러치 부재(30)에 항상 작용하고 있으므로, 뚜껑 부재(35)의 돌기부(36)와 프랜지(32)의 요부(33)가 서로 일치한 위치에서 클러치 연결이 다시 접속상태로 된다. 이에 따라, 토션 코일 스프링(29)의 회전력이 잠긴다. 그리고, 압축코일 스프링(36)의 축력으로 캠 부재(19)만이 다시 우측이동하며, 캠 사면(22, 23)의 작용으로 캠폴로어 부재(15)가 회동하고, 송화부(2)와 수화부(3)가 완전히 겹쳐져 압축 코일 스프링(36)의 축력으로 닫힌 상태가 유지되고, 누름 버튼(42)이 다시 돌출상태가 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 서로 겹쳐진 두개의 부재가 누름 버튼을 일단 누르면 캠의 작용으로 조금 열리고, 누름 버튼을 다시 누르면 토션 스프링의 탄발력에 의해 전개위치까지 자동적으로 열리며, 닫힐 때는 종래의 것과 마찬가지로 닫을 수 있으므로, 이런 종류의 폴더 기기의 편리성을 눈에 띄게 높일 수 있다. 특히, 일단째는 캠에 가하는 누름 버튼 조작력(수동)으로 열리고, 이단째는 스프링의 힘으로 열리게 했으므로, 갑작스런 스프링력에 의해 열리는 것에 비해 초기 움직임의 충격이 적으면서, 초기 움직임 토오크를 스프링에 부담시키지 않으므로, 스프링력의 설정을 낮게 할 수 있다. 게다가 힌지에 회전력을 주는 액츄에이터로서 단체로 유닛화할 수 있으므로, 본체의 사양이 변해도 액츄에이터 자체는 전용가능하며, 제조공정 및 부품관리를 간략화하는 데에도 큰 효과를 얻을 수 있다.
상기는 휴대용 전화기에의 적용예에 대해서만 설명했는데, 본 발명은, 예를 들어 랩톱 컴퓨터의 키보드부와 디스플레이부를 연결하는 힌지장치나, 수납장치 등의 뚜껑을 본체에 연결하는 힌지장치 등에도 적용가능하다. 또, 상기는 닫힌 상태를 통상 상태로 했지만, 클러치 요소가 접속되는 위치의 설정 및 토션력의 작용방향에 따라 열린 상태를 통상 상태로 하고, 자동적으로 닫히도록 구성할 수도 있다. 이에 더하여, 점성유체를 봉입한 공지의 회전댐퍼를 병용함으로써 한층 더 작용의 원활화를 꾀할 수 있다.
Claims (9)
- 제1부분 및 제2부분을 가지며, 양부분을 상대회전가능하게 결합하는 힌지 구조에 있어서,상기 제1 부분에 대해, 축선방향으로 미끄럼 운동 가능하게 지지되며, 축선방향으로 돌출되는 외단을 갖는 조작부재와,상기 조작부재를 돌출위치를 향해 가압하는 제1스프링 부재와,상기 조작부재에 연결되며, 상기 제1부분에 대해 축선방향으로 미끄럼 운동 가능하고 회전불가하게 지지된 캠 부재와,상기 제2부분에 고정되며, 상기 캠 부재와 협동하여 상기 조작부재의 축선방향운동을, 상기 제1부분에 대한 상기 제2부분의 회전운동으로 변환하는 캠폴로어 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제1항에 있어서, 상기 조작부재를 소정 스트로크 이상 눌러 넣었을 때, 상기 캠폴로어 부재를 회전가능하도록 상기 캠폴로어 부재의 상기 캠 부재를 개재하는 상기 제1부분에 대한 회전불능상태를 해제하는 클러치를 더 갖는 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제2항에 있어서, 상기 클러치가 상기 조작부재를 해방한 상태에서 상기 제1부분 및 제2부분을 서로 닫힌 위치로 회동했을 때에, 상기 캠폴로어 부재의 상기캠 부재를 개재하는 상기 제1부분에 대한 회전불능상태를 복원하기에 적합한 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제3항에 있어서, 상기 제1부분에 대해 상기 제2부분을 열린 방향으로 가압하는 제2스프링 부재를 더 갖는 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제3항에 있어서, 상기 제2스프링 부재가 상기 클러치를 회전불능상태로 유지하기에 적합한 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제4항에 있어서, 상기 제2스프링 부재가 토션 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제4항에 있어서, 상기 캠폴로어 부재가 상기 제1부분 및 제2부분의 상대적인 회동운동 범위의 일부만을 일으키기에 적합한 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제1항에 있어서, 상기 제1부분에 대해 상기 제2부분을 열린 방향으로 가압하는 제2스프링 부재를 더 갖는 것을 특징으로 하는 힌지구조.
- 제8항에 있어서, 상기 제1부분이 원통형의 하우징을 가지며, 상기 제2스프링 부재가 상기 하우징에 수용된 토션 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 힌지구조.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |