JP3724948B2 - モータ類の位置制御時の加重制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する利用分野】
本発明は、サーボモータなどの各種モータ類を、指令トルクにより駆動して位置制御負荷を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる位置制御時に、指令トルクによって前記位置制御負荷から作業対象へ与える加重の制御を行うモータ類の加重制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記のような位置制御および加重制御は高い位置精度および作業性が必要な、例えば電子部品を取り扱う技術分野で用いられている。
【0003】
このような位置制御には、ベアICチップを回路基板に装着したり実装したりするときの、電子部品を取り扱う吸着ノズルなどの位置制御、特に、電子部品の高さ寸法の違いに対応した装着高さの制御、あるいは、ベアICチップの電極部に金属バンプを形成するときの、ボンディングツールの位置制御、特に金属線のボンディング位置への押しつけ高さの制御などがある。
【0004】
加重制御には、コネクタ等の異形部品やそれぞれ加重の許容範囲の異なる電子部品を回路基板に装着したり、金属線をICチップの電極部に押しつけた状態で超音波振動などによってそれを溶融させて溶着させた後、金属線を前記溶着部から引きちぎって前記電極部上にバンプを形成したりするとき、これらの作業を行う部品取り扱いツールやボンディングツールを作業対象である回路基板やICチップなどに電子部品や金属線を押しつけさせる制御がある。
【0005】
従来、このような位置制御および加重制御は、部品取り扱いツールやボンディングツールないしはこれらに連結されるネジ軸などの動作部材を、図6に示すような位置制御の対象、つまり位置制御負荷1a1とし、ACサーボモータやボイスコイルモータ等のモータ1aを駆動源として行われる。モータ1aは、その時々に必要な方向および速度での移動、停止や当接、および当接時の加重を行わせるべき指令トルクTeを電流制御部としてのドライバ6aに与えて駆動制御する。
【0006】
位置制御は図7に示す位置決めコントロール部7aの制御機能によって行われる。追値制御の場合、制御負荷1a1を目標位置に向かわせる指令位置bと位置検出部2aで検出される現在位置cとの差分から位置制御部4aで指令速度dを生成し、この指令速度dと速度検出部3aで検出される現在速度eとの差分から速度制御部5aで、前記指令位置bに到達させるために必要な指令トルクTeを生成する。指令トルクTeは制御のオン、オフスイッチ10aを介してドライバ6aに与えられ、ドライバ6aは受けた指令トルクTeに対応した出力電流によりモータ1aを駆動して制御負荷1a1を位置制御し、これの連続で目標位置、例えば電子部品を装着する回路基板、あるいは金属バンプを形成するベアICなどの図6に示すような作業対象14aに当接する位置に到達させる。
【0007】
制御負荷1a1が作業対象11aに当接したときに現在速度が0になるのに対応して、速度制御部5aから出力される指令トルクTeが増大する変化によって、あたり検出部8aはその当接を検出する。あたり検出部8aは当接を検出すると位置決めコントロール部7aの制御を停止させて、加重コントロール部9aを働かせる。加重コントロール部9aは目標加重値に対応した所定の指令トルクTe′をドライバ6aに入力してモータ1aがさらに駆動力を得て、作業対象14aに当接している制御負荷1a1をさらに押しつけ所定の加重が達成されるようにする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電子部品の微細化も手伝って、前記位置制御や加重制御のさらなる高精度化が望まれるなか、上記従来のような制御では、加重制御で特に精度不足を招き、十分な信頼性が得られなくなっている。
【0009】
これにつき、本発明者等が種々に実験し検討を重ねたところ、精度不足に影響する要因は、図8の駆動電流と加重との関係で見られるようなモータA、B、Cごとの推力のバラツキ、指令トルクに対する電流制御部、つまりドライバ6aでの出力電流のバラツキ、制御負荷1a1などの可動部の摩擦負荷のバラツキなどがある。また、前記金属バンプを形成するとき、図9に示すように、位置制御負荷1a1にて金属線を所定の加重状態で電極に当接させて加重する過程で、指令トルクTeを徐々に増大させていき、所定の加重状態で金属線の加重当接部が溶融されるのを待って、指令トルクTeを徐々に減少させていき最終的に解除する制御が行われるが、このように指令トルクを増大させていくときと、減少させていくときの加重特性の変化には図10に示すようなヒステリシス特性があり、指令トルクTeを増大させていくときの変化特性Te1nと、減少させていくときの変化特性Te2nとの差も前記精度不足に影響する。上記従来の制御ではこれらに対応できていない。
【0010】
本発明の目的は、上記のような新たな知見に基づき、実測した加重特性を制御に反映させた高精度な加重制御ができる信頼性の高いモータ類の位置制御時の加重制御方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、本発明のモータ類の加重制御方法は、モータ類を指令トルクにより駆動して、位置制御負荷を電子部品等の作業対象に当接させる際に、各種指令トルクと加重値を対応させたキャリブレーションテーブルから、目標の加重値に対応する指令トルクを選択し、選択した指令トルクにより加重制御を行うことを1つの特徴としている。
【0012】
このように、モータ類の位置制御によって位置制御負荷が、作業対象に当接して以降、加重制御を行うのに、加重制御のための指令トルクを、用いるモータ類および位置制御対象などにて実測して得た、各種指令トルクとそれによる駆動時の加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルから、目標の加重値に対応するものを選択して適用するので、モータから位置制御負荷に至るまでの、認識できる、できないに係わらないあらゆるバラツキ要素を含む実績データに基づき、目標通りの加重値が高精度に得られる。
【0013】
キャリブレーションテーブルに、指令トルクを増大させていくときの加重特性に対応する第1の変化分のデータと、指令トルクを減少させていくときの加重特性に対応する第2の変化分のデータとを備え、指令トルクが増大するときの加重制御は第1の変化分のデータによって、指令トルクが減少するときの加重制御は第2の変化分のデータによって、それぞれ加重制御を行うようにすると、指令トルクを増大させていくときと、減少させていくときとの加重特性にヒステリシス特性があっても、指令トルクを増大させていく加重制御と、指令トルクを減少させていく加重制御とをそのようなヒステリシス特性の影響に対処したより正確な加重制御を達成することができる。
【0017】
本発明のそれ以上の特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモータ類の位置制御時の加重制御方法およびその装置に係る実施の形態について、図1〜図5を参照しながら説明する。
【0019】
本実施の形態の加重制御方法につき、図1に示す位置制御および加重制御を行う加重制御装置21に基づき説明すると、ACサーボモータなどの各種のモータ1を、指令トルクTeにより駆動して目標位置へ移動させて作業対象14に位置制御負荷1bを当接させる位置制御時に、指令トルクTeによって前記位置制御負荷1bからこれが当接した作業対象14へ与える加重の制御を行うのに、用いるモータ1および位置制御負荷1bなどにつき実測して得た、表1に示すような各種指令トルクTe1〜Tenそれぞれによる駆動時の加重特性結果L1〜Lnを対応させたキャリブレーションテーブルCT(図1)から、目標の加重値Lに対応する指令トルクTeを選択し、選択した指令トルクTeによりモータ1を駆動して加重制御を行う。モータ1の位置制御は、図2に示す位置制御手段22によって従来と同様に行われればよい。しかし、別の方法であってもよい。
【0020】
【表1】
【0021】
図2に示す位置制御手段22などによる位置制御においてその負荷1bが作業対象14に当接して以降加重制御を行うのに、加重制御のための指令トルクTeを、前記のように用いるモータ1および位置制御負荷1bなどにつき実測して得た、各種指令トルクTe1〜Tenとそれによる駆動時の加重特性結果L1〜Lnを対応させたキャリブレーションテーブルCTから、目標の加重値Lに対応するものを選択して適用するので、モータ1から位置制御負荷1bに至るまでの、認識できる、できないに係わらないあらゆるバラツキ要素を含む実績データに基づき、目標通りの加重値Lが高精度に達成される。
【0022】
一方、キャリブレーションテーブルCTは、表2に示すように、指令トルクTeをTe11〜Te1nへと増大させていくときの加重特性L1〜Lnに対応する第1の変化分と、指令トルクをTe21〜Te2nと減少させていくときの加重特性L1〜Lnに対応する第2の変化分とも備え、指令トルクが増大するときの加重制御は第1の変化分のデータTe11〜Te1nによって、指令トルクが減少するときの加重制御は第2の変化分のデータTe21〜Te2nによって、それぞれ加重制御を行うようにする。
【0023】
これにより、指令トルクを増大させていくときと、減少させていくときとの加重特性に記述したようなヒステリシス特性があっても、指令トルクを増大させていく加重制御と、指令トルクを減少させていく加重制御とをそのようなヒステリシス特性の影響に対処したより正確な加重制御を達成することができ、前記した金属バンプを形成するようなときの位置制御時の加重制御に好適である。
【0024】
【表2】
【0025】
表1、および表2に示すキャリブレーションテーブルCTの双方を備え選択使用するのが好適である。しかし、これに限られることはなくその一方を利用するだけでも有効である。
【0026】
図1に示すモータ類の位置制御時の加重制御装置21は、上記のような制御を行うため、モータ1を、指令トルクTeにより駆動して位置制御負荷1bを目標位置へ移動させて作業対象に当接させる位置制御手段22に加え、指令トルクTeによってモータ1を駆動し、前記位置制御負荷1bからこれが当接した作業対象14へ与える加重を制御する加重制御手段としての加重コントロール部9と、加重制御での目標の加重値を手入力または動作制御プログラムに従い自動で入力して設定する加重値設定手段23と、前記のように用いるモータ1および位置制御負荷1bなどにて実測して得た、あるいはさらに、ヒステリシス特性をも実測した各種指令トルクTeとそれによる駆動時の加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルCTから、設定された目標の加重値に対応する指令トルクTeを選択してこれを加重コントロール部9に与える指令トルク設定手段24と、前記位置制御負荷1bを作業対象14への当接を検出する当接検出手段であるあたり検出部8と、あたり検出部8による当接の検出があったときモータ1の制御を位置制御手段22による位置制御から加重制御手段21による加重制御に切り替える切換手段25とを備え、上記のような方法を自動的に達成することができる。
【0027】
位置制御手段22は前記した従来例通りのものであり、位置制御負荷1bを作業対象14に当接させる位置制御は位置決めコントロール部7の制御機能によって行われる。制御は追値制御である。加重値設定手段23は加重コントロール部9への設定入力手段を示しているが、操作パネルや加重コントロール部9などの制御機器の内部あるいは外部の記憶手段に記憶した動作プログラムによって設定されるものであってもよい。指令トルク設定手段24は加重コントロール部9の内部機能を利用したものでもよいが、外部機器を用いたものでもよい。切換手段25はあたり検出部8の内部機能を利用したものでもよいが、外部機器を用いたものでもよい。さらに、図2に示す各機器は、作業機の動作制御を行うマイクロコンピュータの内部機能で代替できるし、それぞれ、独立の、あるいは各種に組合せ構成した部分的な機器とすることもできる。要は必要な機能が達成されればよい。
【0028】
図1、図2に示す加重制御手段21はさらに、キャリブレーションテーブルCTを格納した記憶手段としてのキャリブレーションデータテーブル記憶部12を備え、指令トルク設定手段24は設定された目標の加重値に対応した指令トルクTeをキャリブレーションデータテーブル記憶部12に格納されたキャリブレーションテーブルCTから読みだし、指令トルクTeを設定する。これにより、その装置につき実測して得たキャリブレーションテーブルCTを一旦キャリブレーションデータテーブル記憶部12に記憶しておけば、その後何らかの変化によりデータ変更が必要になるまで、その時々に必要な加重値の設定を行うだけで自動的に対応できる。
【0029】
さらに、図1、図2に示す加重制御手段21は、前記キャリブレーションデータテーブル記憶部12に格納するキャリブレーションテーブルCTを自ら作成する機能を持つように、テーブル作成手段としてのキャリブレーションコントロール部11と、作業機の実際の加重特性を検出するための圧力センサなどよりなる加重特性検出手段13も備えている。キャリブレーションコントロール部11は、駆動されるモータ1の位置制御負荷1bを加重特性検出手段13に当接させて、そのときどきの圧力状態から前記駆動を行っている指令トルクTeに対応した加重特性Lを検出し、それらに対応する指令トルクTeと対をなしたキャリブレーションデータとしてキャリブレーションデータテーブル記憶部12に記憶していき、キャリブレーションテーブルCTを作成する。これにより、キャリブレーションテーブルCTがこれを利用する作業機そのものの動作機能によって自動的に得られるので、人がいちいち試験操作してデータを収集し、データ設定するような必要がなく便利である。また、何らかの変化があったときや、定期的に、キャリブレーションテーブルCTを作成し直すことで、ときどきの変化に対応することが自動的に行える。
【0030】
なお、加重特性検出手段13は作業機の作業対象14が位置決めされる近傍に固定的に設置しておいて、作業機のキャリブレーションテーブルCT作成動作時に、位置制御負荷1bをそれに押し当てるようにすればよい。もっとも、加重特性検出手段13は必要なときに必要な位置に移動されるようにもできる。
【0031】
以上のようなキャリブレーションテーブルCTを活かすには、先ず、エンドユーザーでの作業機の使用が始まる前に、メーカー側で、あるいはエンドユーザーでの使用開始前に、図3に示すキャリブレーションテーブルCTの作成操作を行うのが好適である。作業機の動作プログラム中に動作初期だけ、あるいはその後も所定の稼働時間経過ごとや作業機の稼働開始ごとなど定期的に、あるいは所定の判断データに基づく自動的な判定信号や人為的な入力信号によって、キャリブレーションテーブルCTの作成操作が行われるようにするのが好適である。
【0032】
キャリブレーションテーブルCTの作成操作は、図3に示すように上記のような指定トルクごとのキャリブレーション動作を必要回数行って、図4に示すような実際にモータ1を駆動したときの指令トルクTeと、そのときどきで検出された加重特性検出手段13のロードセル出力とを収集して、キャリブレーションデータテーブルを作成する。次いで、これをキャリブレーションデータテーブル記憶部12に記憶する。
【0033】
これ以降作業機の使用が開始され、図5に示すようにまず位置制御手段22により位置決め動作が行われ、目標位置に到達したかどうかのサーチ動作が行われる。具体的には、制御負荷1bを目標位置に向かわせる指令位置bと位置検出部2で検出される現在位置cとの差分から位置制御部4で速度指令dを生成し、この速度指令dと速度検出部3で検出される現在速度eとの差分から速度制御部5で、前記指令位置bに到達させるために必要な指令トルクTeを生成する。指令トルクTeは制御のオン、オフスイッチ10を介してドライバを含む電流制御部6に与えられ、電流制御部6は受けた指令トルクTeに従いモータ1を駆動して制御負荷1bを位置制御し、目標位置、例えば電子部品を装着する回路基板、あるいは金属バンプを形成するベアICなどの作業対象14に当接する位置に到達させる。
【0034】
目標位置に到達して位置制御負荷1bが作業対象14に当接した当たりが検出されると、加重制御手段21による加重制御に切り替わり、加重動作が行われる。具体的には、制御負荷1bが作業対象14に当接したときに現在速度が0になるのに対応して、速度制御部5から出力される指令トルクTeが増大する変化によって、あたり検出部8がその当接を検出する。あたり検出部8が当接を検出すると位置決めコントロール部7の制御を停止させて、加重コントロール部9を働かせる。加重コントロール部9はその後の指令位置などの信号に基づいて所定の指令トルクTe′を電流制御部6に入力しモータ1がさらなる駆動力を得て、位置制御負荷1bをそれが当接した作業対象14にさらに押しつけて所定の加重状態が得られる。加重動作の終了によってリターン動作が行われる。
【0035】
【発明の効果】
本発明のモータ類の位置制御時の加重制御方法およびその装置の1つの特徴によれば、モータから位置制御負荷に至るまでの、認識できる、できないに係わらないあらゆるバラツキ要素を含む実績データに基づき、目標通りの加重値が高精度に得られ、装置では特にそのような加重制御を自動的に達成することができる。
【0036】
また、別の特徴によれば、指令トルクを増大させていくときと、減少させていくときとの加重特性にヒステリシス特性があっても、指令トルクを増大させていく加重制御と、指令トルクを減少させていく加重制御とをそのようなヒステリシス特性の影響に対処したより正確な加重制御を達成することができる。
【0037】
また、装置のべつの特徴によれば、その装置につき実測して得たキャリブレーションテーブルCTを一旦記憶手段に記憶しておけば、その後何らかの変化によりデータ変更が必要になるまで、その時々に必要な加重値の設定を行うだけで自動的に対応できる。
【0038】
さらに、別の特徴では、キャリブレーションテーブルCTがこれを利用する実機そのものの動作機能によって自動的に得られるので、人がいちいち試験操作してデータを収集し、データ設定するような必要がなく便利である。また、何らかの変化があったときや、定期的にキャリブレーションテーブルCTを作成し直し、そのときどきの変化に対応することが自動的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の代表的な1つの実施の形態に係るモータ類の位置決め制御時の加重制御方法および装置を示す模式図である。
【図2】図1の方法および装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図3】図1の方法および装置でのキャリブレーション操作の一例を示すフローチャートである。
【図4】図3の操作において得られるキャリブレーションテーブルをグラフ化して示したグラフである。
【図5】図3の操作で得たキャリブレーションテーブルを利用した場合の位置決め制御およびそれに続く加重制御の一例を示すフローチャートである。
【図6】従来のモータ類の位置決め制御時の加重制御方法および装置を示す模式図である。
【図7】図6の方法および装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図8】モータごとの推力、および加重特性にバラツキのある状態を示すグラフである。
【図9】指令トルクを増減する加重制御状態の一例を示すグラフである。
【図10】図9に示す加重制御において生じる加重特性のヒステリシス特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 モータ
1b 位置制御負荷
4 位置制御部
5 速度制御部
6 電流制御部
7 位置決めコントロール部
8 あたり検出部
9 加重コントロール部
11 キャリブレーションコントロール部
12 キャリブレーションデータテーブル記憶部
13 加重特性検出手段
14 作業対象
21 加重制御手段
22 位置制御手段
23 加重値設定手段
24 指令トルク設定手段
25 切換手段
Te、Te′ 指令トルク
L 加重特性
Claims (1)
- モータ類を指令トルクにより駆動して、位置制御負荷を作業対象に当接させ、各種指令トルクと加重値を対応させたキャリブレーションテーブルから、目標の加重値に対応する指令トルクを選択し、選択した指令トルクにより加重制御を行うモータ類の加重制御方法において、キャリブレーションテーブルは、指令トルクを増大させていくときの加重特性に対応する第1の変化分のデータと、指令トルクを減少させていくときの加重特性に対応する第2の変化分のデータとを備え、指令トルクが増大するときの加重制御は第1の変化分のデータによって、指令トルクが減少するときの加重制御は第2の変化分のデータによって、それぞれ加重制御を行うモータ類の加重制御方法。
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