JPH0726658B2 - セラミックス材料等からなる板ばね - Google Patents
セラミックス材料等からなる板ばねInfo
- Publication number
- JPH0726658B2 JPH0726658B2 JP61188051A JP18805186A JPH0726658B2 JP H0726658 B2 JPH0726658 B2 JP H0726658B2 JP 61188051 A JP61188051 A JP 61188051A JP 18805186 A JP18805186 A JP 18805186A JP H0726658 B2 JPH0726658 B2 JP H0726658B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- leaf spring
- stress
- side edge
- fixed end
- load
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/021—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
- F16F1/022—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties made of ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/18—Leaf springs
- F16F1/185—Leaf springs characterised by shape or design of individual leaves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、セラミックス材料(例えばアルミナ、ジルコ
ニア、窒化硅素、炭化硅素など)、ガラス、特殊セメン
ト、金属間化合物(例えばTiAl、Ti3Al、Ni3Alなど)な
どの脆性材料からなる板ばねに関するものである。
ニア、窒化硅素、炭化硅素など)、ガラス、特殊セメン
ト、金属間化合物(例えばTiAl、Ti3Al、Ni3Alなど)な
どの脆性材料からなる板ばねに関するものである。
〈従来の技術〉 耐熱性、対蝕性、耐摩耗性などを必要とする特殊環境下
に於て使用さる板ばねとして、セラミックス、金属間化
合物、ガラス、特殊セメントなどからなる板ばねを用い
ることができるが、いずれも脆くて切欠感受性が高いた
め、応力集中によりクラックが生じると、それを起点と
して亀裂が成長し、早期に折損する場合が多かった。例
えば窒化硅素からなる長方形の板ばね1を、第1図及び
第2図に示したように、支持部分2にその一端を固定す
ることによって片持ち支持し、その遊端部に荷重部材3
を介して負荷を加えるような片持ち方式にて使用した場
合には、特に板ばね1の両側縁11の固定端にクラックが
生じ易い。この傾向は、所謂セラミックス材料(例えば
アルミナ、ジルコニア、窒化硅素、炭化硅素など)、ガ
ラス、特殊セメント、金属間化合物(例えばTiAl、Ti3A
l、Ni3Alなど)の脆性材料に等しく見られる傾向であ
る。
に於て使用さる板ばねとして、セラミックス、金属間化
合物、ガラス、特殊セメントなどからなる板ばねを用い
ることができるが、いずれも脆くて切欠感受性が高いた
め、応力集中によりクラックが生じると、それを起点と
して亀裂が成長し、早期に折損する場合が多かった。例
えば窒化硅素からなる長方形の板ばね1を、第1図及び
第2図に示したように、支持部分2にその一端を固定す
ることによって片持ち支持し、その遊端部に荷重部材3
を介して負荷を加えるような片持ち方式にて使用した場
合には、特に板ばね1の両側縁11の固定端にクラックが
生じ易い。この傾向は、所謂セラミックス材料(例えば
アルミナ、ジルコニア、窒化硅素、炭化硅素など)、ガ
ラス、特殊セメント、金属間化合物(例えばTiAl、Ti3A
l、Ni3Alなど)の脆性材料に等しく見られる傾向であ
る。
そこで従来は、板ばね1の側縁11の固定端側を平面或い
は曲面により面取りし、しかも面取り部の粗さを極力小
さくすることによってこのような応力集中が生じること
を回避するようにしていた。しかしながら、このような
面取りを施しても、固定端の応力がかなり高くなること
から、引張り応力が作用する側の隅部が破壊の起点とな
り易い。
は曲面により面取りし、しかも面取り部の粗さを極力小
さくすることによってこのような応力集中が生じること
を回避するようにしていた。しかしながら、このような
面取りを施しても、固定端の応力がかなり高くなること
から、引張り応力が作用する側の隅部が破壊の起点とな
り易い。
ところで、従来はこのような片持ち支持方式に於ては、
その応力分布が幅方向に沿って概ね均一であると考えら
れていたが、発明者の実験によると、第2図に示したよ
うに、長方形の片持ち板ばね1の符号Lで示した線上に
荷重を加えた場合、当然固定端に最大応力が発生する
が、特に幅方向についての中央部及び側縁11の近傍(符
号8の領域)の応力が比較的高くなることが見出され
た。なお、この場合の板ばね1の材料は窒化硅素であ
り、そのヤング率は28,000kgf/mm2であり、その寸法
は、厚さ1.0mm、幅28.2mm、支持部分2(固定端)と荷
重作用線L(荷重端)間の距離は31.2mmであり、荷重作
用線L上に加えられた荷重は7.5kgfであり、具体的な応
力値は、領域5は20kgf/mm2以下、領域6は20〜25kgf/m
m2、領域7は25〜30kgf/mm2、領域8は30kgf/mm2以上で
あり、中央部の最大応力値は33kgf/mm2であった。
その応力分布が幅方向に沿って概ね均一であると考えら
れていたが、発明者の実験によると、第2図に示したよ
うに、長方形の片持ち板ばね1の符号Lで示した線上に
荷重を加えた場合、当然固定端に最大応力が発生する
が、特に幅方向についての中央部及び側縁11の近傍(符
号8の領域)の応力が比較的高くなることが見出され
た。なお、この場合の板ばね1の材料は窒化硅素であ
り、そのヤング率は28,000kgf/mm2であり、その寸法
は、厚さ1.0mm、幅28.2mm、支持部分2(固定端)と荷
重作用線L(荷重端)間の距離は31.2mmであり、荷重作
用線L上に加えられた荷重は7.5kgfであり、具体的な応
力値は、領域5は20kgf/mm2以下、領域6は20〜25kgf/m
m2、領域7は25〜30kgf/mm2、領域8は30kgf/mm2以上で
あり、中央部の最大応力値は33kgf/mm2であった。
〈発明が解決しようとする問題点〉 このような長方形の板ばねに於ては、固定端の側縁11の
応力が中央部の応力と同等に高くなるため、固定端の側
縁11にクラックが生じると、中央部へ向けて亀裂が成長
し、早期に折損へと繋がる。
応力が中央部の応力と同等に高くなるため、固定端の側
縁11にクラックが生じると、中央部へ向けて亀裂が成長
し、早期に折損へと繋がる。
このような従来技術の問題点及び発明者の知見に鑑み、
本発明の主な目的は、改善された強度を有する脆性材料
からなる板ばねを提供することにある。
本発明の主な目的は、改善された強度を有する脆性材料
からなる板ばねを提供することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、固定された一端
と、荷重が作用する遊端とを有するセラミックス、ガラ
ス、セメント又は金属間化合物の材料からなる板ばねで
あって、当該板ばねの荷重作用端の幅が固定端の幅より
狭くされると共に、前記固定端の側縁と前記荷重作用端
の側縁とを結ぶ直線が、当該板ばねの幅方向中心線に対
し、5゜〜45゜の角度をなしていることを特徴とするセ
ラミックス、ガラス、セメント又は金属間化合物の材料
からなる板ばねを提供することにより達成される。
と、荷重が作用する遊端とを有するセラミックス、ガラ
ス、セメント又は金属間化合物の材料からなる板ばねで
あって、当該板ばねの荷重作用端の幅が固定端の幅より
狭くされると共に、前記固定端の側縁と前記荷重作用端
の側縁とを結ぶ直線が、当該板ばねの幅方向中心線に対
し、5゜〜45゜の角度をなしていることを特徴とするセ
ラミックス、ガラス、セメント又は金属間化合物の材料
からなる板ばねを提供することにより達成される。
〈作用〉 このようにすれば、片持ち支持された板ばねの固定端の
側縁に発生する応力が固定端の中央部に発生する応力よ
りも小さくなり、側縁にクラックが生じ難くなる。
側縁に発生する応力が固定端の中央部に発生する応力よ
りも小さくなり、側縁にクラックが生じ難くなる。
〈実施例〉 以下に添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第3図は、本発明に基づく板ばねの平面図である。この
板ばね4は、第2図に示した板ばね1と同様に窒化硅素
からなるものであり、第2図の板ばね1と同一のばね定
数となるように各寸法を設定し、幅方向中心線に対する
両側縁11の角度が45゜をなすような三角形としてある。
板ばね4は、第2図に示した板ばね1と同様に窒化硅素
からなるものであり、第2図の板ばね1と同一のばね定
数となるように各寸法を設定し、幅方向中心線に対する
両側縁11の角度が45゜をなすような三角形としてある。
この板ばね4に対して前記と同様に荷重作用線L上に荷
重を加えたところ、第3図に示したような応力分布が得
られた。即ち、最大応力は固定端の幅方向中央部に発生
するが、固定端の両側縁11近傍の応力は、前記した長方
形ばね(幅方向中心線に対する両側縁11の角度が0゜)
より低くなっている。具体的な応力値は、領域5は20kg
f/mm2以下、領域6は20〜25kgf/mm2、領域7は25〜30kg
f/mm2、領域8は30〜35kgf/mm2、領域9は35kgf/mm2以
上であり、中央部の最大応力値は40.8kgf/mm2であっ
た、従って、板ばね4の側縁11の固定端を起点とする破
壊が発生し難くなっている。
重を加えたところ、第3図に示したような応力分布が得
られた。即ち、最大応力は固定端の幅方向中央部に発生
するが、固定端の両側縁11近傍の応力は、前記した長方
形ばね(幅方向中心線に対する両側縁11の角度が0゜)
より低くなっている。具体的な応力値は、領域5は20kg
f/mm2以下、領域6は20〜25kgf/mm2、領域7は25〜30kg
f/mm2、領域8は30〜35kgf/mm2、領域9は35kgf/mm2以
上であり、中央部の最大応力値は40.8kgf/mm2であっ
た、従って、板ばね4の側縁11の固定端を起点とする破
壊が発生し難くなっている。
第4図は、幅方向中心線に対する両側縁11の角度が10゜
をなすよう構成した場合の応力分布であり、固定端の中
央部の最大応力値は33.9kgf/mm2であり、側縁11近傍の
応力は30kgf/mm2以下であった。この場合も固定端に於
ける側縁11の応力が中央部の応力に比して小さくなって
いるので、側縁11から先にクラックが生じることがな
い。
をなすよう構成した場合の応力分布であり、固定端の中
央部の最大応力値は33.9kgf/mm2であり、側縁11近傍の
応力は30kgf/mm2以下であった。この場合も固定端に於
ける側縁11の応力が中央部の応力に比して小さくなって
いるので、側縁11から先にクラックが生じることがな
い。
第1表は、幅方向中心線に対する両側縁11の角度θが異
なる板ばねに対して固定端にクラックが発生するまで荷
重を加えた際の個体数を示している。これによると、角
度θが0であると、側縁から先にクラックを生じ、これ
をきっかけにして直ちに折損する。角度θを増大するに
従って固定端の側縁と中央部との応力差が増大するの
で、θが3゜では、中央部と側縁とに殆ど同時にクラッ
クが生じ、5゜以上では、中央から先にクラックが生じ
るが、側縁部の応力が低いため、直ちに亀裂が成長する
ことはない。中央部と側縁部との応力差を見ると(第2
表参照)、角度θが増大するに従って側縁部の応力が相
対的に減少しており、このことが裏付けられている。
なる板ばねに対して固定端にクラックが発生するまで荷
重を加えた際の個体数を示している。これによると、角
度θが0であると、側縁から先にクラックを生じ、これ
をきっかけにして直ちに折損する。角度θを増大するに
従って固定端の側縁と中央部との応力差が増大するの
で、θが3゜では、中央部と側縁とに殆ど同時にクラッ
クが生じ、5゜以上では、中央から先にクラックが生じ
るが、側縁部の応力が低いため、直ちに亀裂が成長する
ことはない。中央部と側縁部との応力差を見ると(第2
表参照)、角度θが増大するに従って側縁部の応力が相
対的に減少しており、このことが裏付けられている。
一方、角度θが45゜以上になると、固定端の幅寸法とば
ねとしての有効寸法比の関係から、ばね定数の設定が実
用的でなくなる。そこで一般的には、角度θを5゜〜45
゜の範囲とすることが好ましく、特に実用上は10゜〜30
゜の範囲が最適と言える。
ねとしての有効寸法比の関係から、ばね定数の設定が実
用的でなくなる。そこで一般的には、角度θを5゜〜45
゜の範囲とすることが好ましく、特に実用上は10゜〜30
゜の範囲が最適と言える。
このようにして、板ばねを、その荷重作用端よりも固定
端が広幅となるように形成することにより、固定端の側
縁11に発生する応力が中央部に発生する応力に比して小
さくなるので、応力集中に基因する折損を防止し得るば
かりでなく、高応力部分の面積が小さくなり、それによ
る強度上の信頼性の向上の効果も得られる。また、第2
図に示した長方形の板ばねに比して面積が小さくて済
み、材料費を節約することができることは言うまでもな
い。特に、セラミックスのような脆性材料に於ては、有
効体積、有効面積が大きいほど強度上の信頼性が低下す
る傾向があるので、有効体積、有効面積の低減は強度信
頼性の向上につながる。
端が広幅となるように形成することにより、固定端の側
縁11に発生する応力が中央部に発生する応力に比して小
さくなるので、応力集中に基因する折損を防止し得るば
かりでなく、高応力部分の面積が小さくなり、それによ
る強度上の信頼性の向上の効果も得られる。また、第2
図に示した長方形の板ばねに比して面積が小さくて済
み、材料費を節約することができることは言うまでもな
い。特に、セラミックスのような脆性材料に於ては、有
効体積、有効面積が大きいほど強度上の信頼性が低下す
る傾向があるので、有効体積、有効面積の低減は強度信
頼性の向上につながる。
第5図並びに第6図は、本発明の変形実施例を示すもの
である。第5図に示した実施例に於ては、遊端12の荷重
の加わらない部分が切除されており、第6図に示した実
施例に於ては、荷重作用線Lから先に平行部13が設けら
れており、それぞれ荷重の支持安定性が高められてい
る。
である。第5図に示した実施例に於ては、遊端12の荷重
の加わらない部分が切除されており、第6図に示した実
施例に於ては、荷重作用線Lから先に平行部13が設けら
れており、それぞれ荷重の支持安定性が高められてい
る。
また三角形の形状は、固定端の側縁と荷重作用端の側縁
とを結ぶ直線14の角度θが、板ばねの幅方向中心線15に
対して所定角度であれば多少凹凸があっても良く、第7
図並びに第18図に示したように、側縁11は必ずしも直線
でなくても良い。
とを結ぶ直線14の角度θが、板ばねの幅方向中心線15に
対して所定角度であれば多少凹凸があっても良く、第7
図並びに第18図に示したように、側縁11は必ずしも直線
でなくても良い。
〈発明の効果〉 このように本発明によれば、脆性材料の板ばねの形状を
好適に定めることで、応力集中に基因して発生するクラ
ックをきっかけとする破壊を防止し得るばかりでなく、
全体的な強度を高め、しかも材料を節約することができ
るので、その効果は極めて大である。
好適に定めることで、応力集中に基因して発生するクラ
ックをきっかけとする破壊を防止し得るばかりでなく、
全体的な強度を高め、しかも材料を節約することができ
るので、その効果は極めて大である。
第1図は、片持ち荷重方式の荷重要領を示す側面図であ
る。 第2図は、従来形式の長方形板ばね及びその片持ち支持
方式下に於ける応力分布を示す平面図である。 第3図は、本発明に基づく三角形板ばね及びその片持ち
支持方式下に於ける応力分布を示す平面図である。 第4図は、別の角度の板ばね及びその片持ち支持方式下
に於ける応力分布を示す平面図である。 第5図並びに第6図は、本発明の変形実施例を示す平面
図である。 第7図並びに第8図は、片持ち支持方式下にある2種類
の板ばねの形状と角度θとの関係を説明する平面図であ
る。 1……板ばね、2……支持部分、3……荷重部材、4…
…板ばね、5〜9……領域、 11……側縁、12……遊端、13……平行部、14……直線、
15……中心線、
る。 第2図は、従来形式の長方形板ばね及びその片持ち支持
方式下に於ける応力分布を示す平面図である。 第3図は、本発明に基づく三角形板ばね及びその片持ち
支持方式下に於ける応力分布を示す平面図である。 第4図は、別の角度の板ばね及びその片持ち支持方式下
に於ける応力分布を示す平面図である。 第5図並びに第6図は、本発明の変形実施例を示す平面
図である。 第7図並びに第8図は、片持ち支持方式下にある2種類
の板ばねの形状と角度θとの関係を説明する平面図であ
る。 1……板ばね、2……支持部分、3……荷重部材、4…
…板ばね、5〜9……領域、 11……側縁、12……遊端、13……平行部、14……直線、
15……中心線、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東野 豊之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町1番地 株 式会社日発グループ中央研究所内 (72)発明者 安達 隆介 神奈川県横浜市磯子区新磯子町1番地 株 式会社日発グループ中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−35735(JP,A) 特開 昭58−178032(JP,A) 特開 昭61−88033(JP,A) 日本バネ協会編集「ばね」第3版昭和38 年8月20日丸善株式会社発行 (第201− 202頁)
Claims (1)
- 【請求項1】固定された一端と、荷重が作用する遊端と
を有するセラミックス、ガラス、セメント又は金属間化
合物の材料からなる板ばねであって、 当該板ばねの荷重作用端の幅が固定端の幅より狭くされ
ると共に、前記固定端の側縁と前記荷重作用端の側縁と
を結ぶ直線が、当該板ばねの幅方向中心線に対し、5゜
〜45゜の角度をなしていることを特徴とするセラミック
ス、ガラス、セメント又は金属間化合物の材料からなる
板ばね。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61188051A JPH0726658B2 (ja) | 1986-08-11 | 1986-08-11 | セラミックス材料等からなる板ばね |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61188051A JPH0726658B2 (ja) | 1986-08-11 | 1986-08-11 | セラミックス材料等からなる板ばね |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6347534A JPS6347534A (ja) | 1988-02-29 |
| JPH0726658B2 true JPH0726658B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=16216825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61188051A Expired - Lifetime JPH0726658B2 (ja) | 1986-08-11 | 1986-08-11 | セラミックス材料等からなる板ばね |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0726658B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5073894B2 (ja) * | 2001-09-20 | 2012-11-14 | 電気化学工業株式会社 | 窒化珪素製板バネ材、その製造方法及び用途 |
| JP2006132548A (ja) | 2004-10-05 | 2006-05-25 | Nok Corp | 密封装置 |
| DE102007061745A1 (de) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Halteelement für einen Kommutatorschleifkontakt eines Elektromotors sowie Elektromotor |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635735A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-08 | Sumitomo Chem Co Ltd | Heat resistant spring |
| JPS58178032A (ja) * | 1982-04-12 | 1983-10-18 | Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd | さらばね |
| JPS6188033A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-06 | Kyocera Corp | セラミツク製弾条体 |
-
1986
- 1986-08-11 JP JP61188051A patent/JPH0726658B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本バネ協会編集「ばね」第3版昭和38年8月20日丸善株式会社発行(第201−202頁) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6347534A (ja) | 1988-02-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |