JP3992611B2 - バックホウの油圧回路構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出負荷に応じてポンプ流量を制御するロードセンシングシステムを備えたバックホウの油圧回路構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
ロードセンシングシステムを備えたバックホウの油圧回路構造としては、走行のみを行う時には、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を左右走行モータのセクションに独立供給し、走行を停止して掘削用のフロント作業装置のみを作動させる時には、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を合流してフロント作業装置のセクションに供給するとともに、検出した作業負荷に応じて第1ポンプおよび第2ポンプの流量制御を行い、また、走行しながらフロント作業装置を作動させる時には、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を左右走行用のセクションに独立供給するとともに、旋回およびドーザ用に備えられた第3ポンプからの圧油をフロント作業装置のセクションに供給するよう構成したものが提案されている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−206256号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の油圧回路構造によると、第1ポンプおよび第2ポンプを合流した流量がフロント作業用に供給されるので、第1ポンプおよび第2ポンプ各々の最大流量は通常のフロント作業に必要な最大流量の半分となる。例えば、5トンクラスのバックホウでは、フロント作業に要求される最大流量は130(リットル/分)程度であるので、第1ポンプおよび第2ポンプ各々の最大流量は65(リットル/分)となり、このクラスでの走行用に必要とされる流量〔一般に45〜50(リットル/分)〕より多くなる。
【0005】
従って、走行のみが行われる場合に、第1ポンプおよび第2ポンプが馬力制御に基づく流量制御によって必要以上の流量を吐出することになり、オーバーヒートや作動油の温度上昇が発生しやすくなるものであった。また、走行しながらフロント作業装置を作動させる時に第3ポンプからの圧油をフロント作業装置のセクションに合流供給するためのパイロット式の切換えバルブを必要とし、コスト高になるきらいがあった。
【0006】
また、上記従来の油圧回路構造では、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を走行用のセクションの上流に流路切換えバルブを配備し、この流路切換えバルブに切換え作動によって、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を独立して左右走行用のセクションに供給する状態と、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を合流してフロント作業装置のセクションに供給する状態とに切換えるよう構成されており、走行時に第1ポンプおよび第2ポンプの吐出量を最大にするために、ロードセンシングシステムにおけるポンプ吐出圧(PPS)を零にするための回路を構成しておく必要があり、このため、回路構成が複雑になるとともに、流路切換えバルブ自体もポンプ吐出圧(PPS)を伝達するための回路に関係したポート数の多いものになり、コストアップの一因となるものであった。
【0007】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、流量制御される第1ポンプおよび第2ポンプと、旋回用の第3ポンプとを用いるとともに、フロント作業をロードセンシングシステムの下で作動させる構成において、第1ポンプおよび第2ポンプの小型化を可能にするとともに、走行用の流量を適量にすることができ、しかも、第3ポンプ合流用の切換えバルブを省略できるとともに、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油をフロント作業用のセクションに供給するための流路切換えバルブおよび回路構成を簡素化してコスト低減を図ることのできる油圧回路構造を提供することを主たる目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1に係る発明の構成、作用、および効果〕
【0009】
請求項1に係る発明のバックホウの油圧回路構造は、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を左右走行用のセクションに独立供給するとともに、左右走行用のセクションを制御する制御バルブのセンターバイパスを通過する油を合流して、フロント作業装置用のセクションに供給可能に構成するとともに、左右走行用のセクションを経た圧油をフロント作業装置用のセクション群に供給する圧油供給状態と、圧油をドレンする排油状態とに切換え可能な流路切換えバルブを設け、
第3ポンプからの圧油を、旋回用のセクションを経てフロント作業装置用のセクションに、旋回用のセクションを使用していない状態で常時供給するよう構成し、
フロント作業系の検出負荷に応じて前記第1ポンプおよび第2ポンプを流量制御するロードセンシングシステムを備えるとともに、前記流路切換えバルブの上流部位の回路圧をロードセンシングシステムの吐出圧として検出するよう構成してあることを特徴とする。
【0010】
上記構成によると、フロント作業装置用のセクション群が作動操作される時には、第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油と第3ポンプからの圧油が合流供給されることになり、この合流された圧油の最大流量をフロント作業に必要な最大流量に設定しておけばよい。例えば、フロント作業に必要な最大流量が130(リットル/分)である場合、第3ポンプの流量を30(リットル/分)とすると、第1ポンプおよび第2ポンプの最大流量はそれぞれ50(リットル/分)でよいことになる。
【0011】
また、走行時に流路切換えバルブを排油状態に切換えると、このバルブの上流がドレンされて回路圧が零となり、これがロードセンシングシステムのポンプ吐出圧(PPS)として伝達され、第1ポンプおよび第2ポンプは最大流量まで制御される。
【0012】
従って、請求項1の発明によると、第1ポンプおよび第2ポンプの小型化を可能にするとともに、走行用の流量を適量にすることができる。また、第3ポンプからの圧油をフロント作業装置用のセクションに、旋回用のセクションを使用していない状態で常時供給するので、従来のように、第3ポンプ合流用の切換えバルブが不要となり、回路構造の簡素化およびコスト低減を図ることができる。
【0013】
また、走行を行う際にロードセンシングシステムにおけるポンプ吐出圧(PPS)を零にする回路を、流路切換えバルブの上流において簡単に得ることができ、流路切換えバルブおよびポンプ吐出圧取り出し用の回路が簡素化されるのみならず、流路切換えバルブ自体もポート数の少ない簡単なものとなり、コストの節減に有効となる。
【0014】
〔請求項2に係る発明の構成、作用、および効果〕
【0015】
請求項2に係る発明のバックホウの油圧回路構造は、請求項1の発明において、前記流路切換えバルブを、左右走行用セクションが共に作動していない状態が検知されると前記圧油供給状態に切換えられ、左右走行用セクションの少なくとも一方が作動状態になったことが検知されると前記排油状態に切換えられるよう構成してあるものである。
【0016】
上記構成によると、左右走行用セクションが共に作動される状態はもちろんのこと、片側の走行用セクションのみが操作された場合にも流路切換えバルブが排油状態に切換えられて、上記のようにロードセンシングシステムにおけるポンプ吐出圧(PPS)が零となって、第1ポンプおよび第2ポンプは最大流量まで制御される。
【0017】
従って、請求項2の発明によると、片側走行装置だけでの旋回能力を高いものに維持することができ、機動性の向上に有効となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1に、バックホウの全体側面図が示されている。このバックホウは、左右一対のクローラ型走行装置1L,1Rを装備した走行機台2の上部に、エンジン3および運転部4が装備された旋回台5が縦軸心X1周りに全旋回可能に搭載され、この旋回台5の前部に、ブーム6、アーム7、および、バケット8を順次連結してなるフロント装置9が装備されるとともに、走行機台2の前部にドーザ作業用の排土板10が装備されている。
【0019】
左右の走行装置1L,1Rは、それぞれ走行用の油圧モータML,MRによって正逆転駆動されるとともに、旋回台3は旋回用の油圧モータMTによって左右に旋回駆動されるようになっている。フロント装置6のブーム6、アーム7、および、バケット8は、それぞれブームシリンダC1、アームシリンダC2、および、バケットシリンダC3によって駆動されるとともに、フロント装置9全体がスイングシリンダC4によって縦軸心X2周りに左右にスイング(揺動)駆動されるようになっている。また、排土板10が、ドーザシリンダC5によって上下駆動されるようになっている。
【0020】
図2に、上記した各種の油圧アクチュエータを駆動する油圧回路が示されている。図において、V1は走行(左)用の制御バルブ、V2は走行(右)用の制御バルブ、V3はブーム用の制御バルブ、V4はアーム用の制御バルブ、V5はバケット用の制御バルブ、V6はスイング用の制御バルブ、V7はサービスポート用の制御バルブ、V8は旋回用の制御バルブ、V9はドーザ用の制御バルブであり、左右の走行用の制御バルブV1,V2は操縦座席11前方の操縦塔12に備えられた左右の走行レバー13によってそれぞれ直接にスプールを切換え操作する人為操作式のものが採用されるとともに、スイング用、サービスポート用、および、ドーザ用の各制御バルブV6,V7,V9はレバー操作やペダル操作によって直接にスプールを操作する人為操作式のものが採用され、また、ブーム用、アーム用、バケット用、および、旋回用の各制御バルブV3,V4,V5,V8は、油圧パイロット操作式のものが採用され、操縦塔12に十字操作可能に配備された左右一対の作業用レバー14によって操作されるパイロットバルブ(図示せず)から供給されるパイロット圧によって、レバー操作量に応じた開度に操作されるようになっている。
【0021】
この油圧回路における圧油供給源としては、エンジン3によって駆動される第1ポンプP1,第2ポンプP2,第3ポンプP3、および、パイロットポンプP4が備えられており、第1ポンプP1および第2ポンプP2は主として走行系とフロント作業系に使用されるものであり、斜板の角度変更によって吐出量を変更可能な可変容量型のアキシャルプランジャポンプで構成されて、後述するロードセンシングシステムによって流量制御されるようになっている。第3油圧ポンプP3は主として旋回用およびドーザ作業用に使用されるものであり、定容量のギヤポンプが使用されている。また、パイロットポンプP4は定容量のギヤポンプからなるパイロット圧供給用ポンプであり、図示しないパイロットバルブにパイロット元圧を供給するとともに、バルブ操作検知用の3本のパイロット油路a1,a2,a3にパイロット圧を供給している。
【0022】
ロードセンシングシステムは、作業負荷圧に応じてポンプ吐出量を制御して、負荷に必要とされる油圧動力をポンプから吐出させることで、動力の節約と操作性を向上することができるシステムであり、ブームセクション、アームセクション、バケットセクション、スイングセクション、および、サービスポートのフロント作業セクションに対して機能するよう構成されている。そして、ここでは、各セクションにおける各制御バルブV3〜V7のスプールの後に圧力補償弁CVがそれぞれ接続されたアフターオリフィス型のロードセンシングシステムが利用されている。また、このロードセンシング系に属するフロント作業セクションの圧油供給油路bの終端にアンロードバルブV10とシステムリリーフバルブV11が接続されている。
【0023】
第1ポンプP1および第2ポンプP2の流量制御用として流量補償用バルブV12が装備されるとともに、第1ポンプP1,第2ポンプP2の斜板角度を調節するための流量補償用ピストンAcと馬力制御用ピストンApが備えられており、各セクションにおける負荷検出ラインのうちの最大の負加圧が制御用の信号圧PLSとして流量補償用バルブV12に伝達され、信号圧PLSと第1ポンプP1および第2ポンプP2の吐出圧PPSとの差が流量補償用バルブV12に与えられた制御差圧に維持されるように第1ポンプP1および第2ポンプP2の吐出流量が制御されるようになっている。なお、第1ポンプP1および第2ポンプP2の吐出圧PPSは、後述するように、左右の走行セクションのセンター排油路e1,e2を合流した油路fの圧力として検知される。
【0024】
ここで、前記流量補償用バルブV12にかけられる制御差圧は、図1中に示すように、バネ15と差圧ピストン16とによって与えられるようになっており、エンジン3の回転速度が高くなってパイロットポンプP4の吐出量が多くなると、差圧ピストン16によって与えられる制御差圧成分が大きくなって、その分だけ第1ポンプP1,第2ポンプP2の吐出流量が多くなるように制御され、逆に、エンジン3の回転速度が低くなってパイロットポンプP4の吐出量が少なくなると、差圧ピストン16によって与えられる制御差圧成分が小さくなって、その分だけ第1ポンプP1,第2ポンプP2の吐出流量が少なくなるように制御されるようになっている。
【0025】
また、上記のように、フロント作業装置9の各セクションがロードセンシング系に属しているのに対して、走行、旋回、および、ドーザの各セクションは、オープン回路で構成されており、左右の走行セクションのセンター排油路e1,e2が油路fに合流されるとともに、この油路fがフロント作業セクションの圧油供給油路bにパイロット式の流路切換えバルブV13を介して接続されている。さらに、旋回およびドーザセクション(旋回用のセクションに相当)のセンター排油路gがフロント作業セクションの圧油供給油路bに接続されている。
【0026】
前記流路切換えバルブV13が走行状態に応じて切換えられることで、以下のような圧油供給状態が現出される。
【0027】
〔定置作業〕
走行していない状態では、図3に示すように、パイロット油路a1に圧が立たないために、流路切換えバルブV13は圧油供給状態にあり、第1ポンプP1および第2ポンプP2からのセンター排油は合流油路fおよび流路切換えバルブV13を介してロードセンシング系である作業用セクションの圧油供給油路bに供給される。また、第3ポンプP3からの圧油も旋回およびドーザセクションのセンター排油路gを経て作業用セクションの圧油供給油路bに合流供給される。つまり、走行していない状態では、第1〜第3ポンプP1,P2,P3からの全油量がフロント作業セクションの圧油供給油路bに供給されることになる。
【0028】
従って、例えば、フロント作業に必要な最大流量が130(リットル/分)である場合、第3ポンプP3の流量を30(リットル/分)とすると、第1ポンプP1と第2ポンプP2の合流油量は100(リットル/分)必要となり、第1ポンプP1と第2ポンプP2の最大流量はそれぞれ50(リットル/分)でよいことになる。
【0029】
そして、フロント作業装置9が作動操作されると、ロードセンシングシステムによって第1ポンプP1および第2ポンプP2の流量制御がなされ、負荷に応じた流量での圧油供給が行われる。
【0030】
ここで、第3ポンプP3の吐出油路に接続されたリリーフバルブV14のリリーフ圧は、第1ポンプP1および第2ポンプP2の吐出油路に接続されたリリーフバルブV15のリリーフ圧以上に設定されている。これによると、第3ポンプP3からの圧油をリリーフさせることなく第1ポンプP1および第2ポンプP2からの圧油に合流して、フロント作業セクションに供給することができる。
【0031】
因みに、第3ポンプP3のリリーフ圧が、第1ポンプP1および第2ポンプP2のリリーフ圧より低く設定されていると、第1〜第3ポンプP1,P2,P3からの全油量でフロント作業セクションを作動させている際に、第3ポンプP3のリリーフ圧よりも高く、かつ、第1ポンプP1および第2ポンプP2のリリーフ圧より低い負荷圧で作業する場合、第3ポンプP3からの圧油がリリーフ流出してしまって作動速度が遅くなってしまうが、上記のような設定によって、このような不具合を未然に回避することができるのである。
【0032】
〔走行〕
フロント作業用のセクションを使用することなく走行セクションを使用すると、図5に示すように、パイロット油路a1に圧が立って流路切換えバルブV13が切換えられて油路fと圧油供給油路bとの連通が断たれるとともに、油路fがドレン油路dに連通する排油状態となり、第1ポンプP1および第2ポンプP2からの圧油はそれぞれ独立して右走行用の油圧モータMRのセクションと左走行用の油圧モータMLのセクションにのみ供給される。
【0033】
この場合、流路切換えバルブV13の上流に位置する油路fの圧が、この時のポンプ吐出圧PPSとして検知されているので、流路切換えバルブV13が排油状態に切換えられると油路fの圧、つまり、ロードセンシングシステムにおけるポンプ吐出圧PPSは零となり、第1ポンプP1および第2ポンプP2は最大流量を吐出するよう斜板角が制御される。
【0034】
〔走行・作業〕
【0035】
走行しながらフロント作業装置9を作動操作すると、パイロット油路a1に圧が立って流路切換えバルブV13が排油状態に切換えられ、走行用セクションからフロント作業用のセクションへの圧油供給が阻止され、第3ポンプP3からの圧油のみがフロント作業用のセクションに供給される。
【0036】
なお、この例では、エンジン3のアクセル装置を自動的に操作するオートアイドリング制御システムが備えられている。すなわち、図1中に示すように、エンジン3のガバナ21は、電気アクチュエータ22によって操作されるようになっており、この電気アクチュエータ22を作動制御する制御装置23に、操縦部4に備えたポテンショメータを利用したアクセル設定器24と、前記パイロット油路a1,a2,a3のいずれかの昇圧を検知するよう配備した圧力スイッチ25とが接続されており、運転者がアクセル設定器24を任意に設定することで作業時のアクセル設定がなされる。そして、制御バルブV1〜V9の全てが中立にある状態では、前記パイロット油路a1,a2,a3の全てがドレンされているために圧力スイッチ25は感圧作動することがなく、この状態では、ガバナ21は予め設定されているアイドリング位置にまで電気アクチュエータ22によって自動的にアクセルダウン制御される。そして、制御バルブV1〜V9のうちのいずれか一つでも操作されると、パイロット油路a1,a2,a3のいずれかに圧が立ち、これが圧力スイッチ25で検知される。圧力スイッチ25が感圧作動すると、ガバナ21はアクセル設定器24で設定されたアクセル位置まで電気アクチュエータ22によって自動的にアクセルアップ制御される。つまり、フロント作業あるいは走行が行われていない非作業時には、エンジン3の回転数を自動的に所定のアイドリング回転にまで落として騒音の低減および燃費の向上を図り、作業あるいは走行の少なくともいずれかが行われるとエンジン3の回転速度を設定した回転数にまで自動的に上げて、必要な油圧動力を供給して所望の作業あるいは走行を効率よく行うことができるようになっている。
【0037】
〔別の実施形態〕
【0038】
上記実施例では、走行用セクションの作動状態に応じてパイロット操作式の流路切換えバルブV13をオア論理で切換える手段として、制御バルブ内に形成した作動検知用油路a1の圧を利用しているが、走行用の制御バルブにパイロット操作式のものが利用される場合には、パイロットバルブを介して制御バルブに印加されるパイロット圧自体で流路切換えバルブV13をオア論理で切換え作動させるように構成することもできる。また、流路切換えバルブV13に電磁バルブを利用すれば、電気回路でオア論理を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バックホウの全体側面図
【図2】全体の油圧回路図
【図3】一部を省略した油圧回路図
【図4】ロードセンシング系の油圧回路図
【図5】走行のみを行っている状態の油圧回路図
【符号の説明】
P1 第1ポンプ
P2 第2ポンプ
P3 第3ポンプ
V13 流路切換えバルブ
Claims (2)
- 第1ポンプおよび第2ポンプからの圧油を左右走行用のセクションに独立供給するとともに、左右走行用のセクションを制御する制御バルブのセンターバイパスを通過する油を合流して、フロント作業装置用のセクションに供給可能に構成するとともに、左右走行用のセクションを経た圧油をフロント作業装置用のセクションに供給する圧油供給状態と、圧油をドレンする排油状態とに切換え可能な流路切換えバルブを設け、
第3ポンプからの圧油を、旋回用のセクションを経てフロント作業装置用のセクションに、旋回用のセクションを使用していない状態で常時供給するよう構成し、
フロント作業系の検出負荷に応じて前記第1ポンプおよび第2ポンプを流量制御するロードセンシングシステムを備えるとともに、前記流路切換えバルブの上流部位の回路圧をロードセンシングシステムの吐出圧として検出するよう構成してあることを特徴とするバックホウの油圧回路構造。 - 前記流路切換えバルブを、左右走行用セクションが共に作動していない状態が検知されると前記圧油供給状態に切換えられ、左右走行用セクションの少なくとも一方が作動状態になったことが検知されると前記排油状態に切換えられるよう構成してある請求項1記載のバックホウの油圧回路構造。
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