JP3728944B2 - 無電極放電灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電源回路からの高周波出力を無電極放電灯の近傍に配置された誘導コイルに供給し高周波電磁界を誘起して、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の無電極放電灯装置は、図11に示すように、無電極放電灯1と、誘導コイル2と点灯装置3とを備えて構成されている。
【0003】
無電極放電灯1は、略球状であって、その一方側に凹部1aが形成されてなる透光性のバルブ1bの内部に、不活性ガスや金属蒸気を含む放電ガスが封入されてなり、また、誘導コイル2はバルブ1bの凹部1aに収容されるようになっている。また、 点灯装置3は、商用電源ACを整流する整流回路4と、チョッパ回路5と、マッチング回路6を含む高周波電源回路7を備えて構成されており、誘導コイル2に高周波電流を通電することができるようになっている。
【0004】
しかしながら、上述のように構成された無電極放電灯装置にあっては、誘導コイル2が空芯である場合には、図12に示すように、高周波電源回路7の共振用コンデンサC2とマッチング回路6のコンデンサC3、C4、C5の合成容量Cと始動電圧Vとの関係が、同図に示すカーブaのように、鉄芯入りの誘導コイル2を用いたカーブbと比べてかなり急峻となって、所定の始動電圧を得ようとすると、共振電圧カーブの急峻なポイントで動作させなければならなくなる。このため、始動電圧を得るための回路電流が大きくなり、始動時に高周波電源回路7のスイッチング素子Q1、Q2であるMOSFETへのストレスが大きくなるほか、高周波電源回路7と誘導コイル2及びランプ負荷とのマッチング状態が敏感に変化し、安定な動作を得ようとすると、マッチング回路6を含む高周波電源回路7に使用するL、C素子を、温度的にも経時的にも全く変化の生じないような非現実的な素子とする必要があり、さもなければ、マッチング状態の変化により例えば始動電圧が低下する等、安定した動作を得ることができないという問題があった。
【0005】
また、特開平10−22086号公報には、誘導コイル2が空芯であっても、誘導コイル2に高い電圧を印加させる必要のない無電極放電灯装置が提案されている。この本無電極放電灯装置は、図13に示すように、商用電源ACに、ダイオードブリッジからなる整流回路4を介してトランスL1、スイッチング素子Q3、ダイオードD1、コンデンサC1、制御回路CCを有するチョッパ回路5(図13の場合は、降圧チョッパ回路)が接続され、商用電源ACを整流した直流電圧を降圧した直流電圧に変換している。チョッパ回路5の出力端にはスイッチング素子Q1、Q2及びインダクタL2、コンデンサC2からなる所謂D級増幅回路である高周波電源回路7が接続されており、誘導コイル2に高周波電力を供給する。また、駆動トランスT1の1次巻線n0の両端には高周波の略正弦波電圧を発生させ高周波電源回路7のスイッチング素子Q1、Q2を駆動させるためのドライブ回路10が接続されている。誘導コイル2と高周波電源回路7の間には、両方のインピーダンスを整合し無電極放電灯1に効率良く高周波電力を伝達するためのコンデンサC3〜C5からなるマッチング回路6が接続されている。
【0006】
また、透光性のバルブ1b内部に不活性ガス、金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯1は凹部1aを有し、凹部1aに誘導コイル2を配設している。凹部1aには、無電極放電灯1の始動時において、バルブ1b内で先行放電させるためのフェライト等の材料からなる鉄芯8aを装着した補助誘導コイル8が配設されている。補助誘導コイル8はチョッパ回路5のインダクタL1の2次巻線n3と遮断手段9を介して接続されている。
【0007】
以下に、上述の無電極放電灯装置の動作を説明する。まず、チョッパ回路5のインダクタL1の2次巻線n3から遮断手段9を介して補助誘導コイル8に高周波電圧を印加させて、無電極放電灯1に先行放電を生じさせる。その後、高周波電源回路7から誘導コイル2に数百kHzから数百MHzの高周波電流を流すことにより、無電極放電灯1に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯1を点灯させる。その後、遮断手段9によりインダクタL1の2次巻線n3から補助誘導コイル8への高周波電圧の供給を遮断させる。
【0008】
従って、本従来例に係る無電極放電灯装置においては、補助誘導コイル8を用いることにより、簡単な構成で無電極放電灯1を先行放電させることができる。また、補助誘導コイル8により無電極放電灯1を先行放電させているので、無電極放電灯1の点灯状態を維持させる誘導コイル2には高い電圧を印加させる必要がなく、空芯であっても十分に電力供給が可能となる。
【0009】
しかしながら、誘導コイル2として空芯コイルを使用している限りは、所定の始動電圧を得ようとするためには図12に示すように、共振電圧カーブの急峻なポイントで動作させなければならず、高周波電源回路7に使用されるスイッチング素子にストレスがかかってしまうのである。
【0010】
そこで、誘導コイル2にフェライト等の鉄芯を装着することにより、上述の問題点を改善することが考えられる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、誘導コイル2にフェライト等の鉄芯を装着した場合には、以下のような問題が発生する。つまり、一般に、有電極の放電灯においては、点灯周波数は数十kHzから百kHz程度であるが、無電極放電灯1における点灯周波数は数百kHzから数百MHzとなり、有電極の放電灯と比べ、より高い点灯周波数が必要となる。点灯周波数が高いと点灯装置3の回路効率の低下につながる。
【0012】
しかし、点灯周波数を下げると、つまり、高周波電源回路7の動作周波数を下げると、点灯装置3の効率は向上するが、以下のような問題が発生する。高周波電源回路7の動作周波数と無電極放電灯1の始動に必要な電力の関係は図14に示すように、高周波電源回路7の動作周波数を下げていくと、無電極放電灯1の始動に必要な電力が急激に増加し、結局、点灯装置3自体が大型化し、大きな始動電力を供給できるようにする必要を生じ、コストアップにもつながるという問題があった。従って、高周波電源回路7の動作周波数の低減にも限界があることになる。
【0013】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、高周波電源回路の回路効率が高く、小型化でき、無電極放電灯を良好に始動することのできる無電極放電灯装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十kHzから数百kHzの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数MHz以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを設けたことを特徴とするものである。
【0015】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記補助誘導コイルは、前記凹部内又は凹部外で前記無電極放電灯の近傍に設けるようにしたことを特徴とするものである。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記誘導コイルに装着された鉄芯の材質をMn系フェライトコアとし、前記補助誘導コイルにNi系フェライトコアからなる鉄芯を装着するようにしたことを特徴とするものである。
【0017】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明において、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とするものである。
【0018】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発明において、前記補助誘導コイルへの電力供給を、始動用高周波電源回路を別途設けて行うようにしたことを特徴とするものである。
【0019】
請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の発明において、前記誘導コイルは、前記凹部内で無電極放電灯に密着させないように配置したことを特徴とするものである。
【0020】
請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の発明において、前記補助誘導コイルは、前記無電極放電灯に密着させるようにして配置したことを特徴とするものである。
【0021】
請求項8記載の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の発明において、記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に、インピーダンスを整合させるためのマッチング回路を設けるようにしたことを特徴とするものである。
【0022】
請求項9記載の発明は、凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十kHzから数百kHzの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数MHz以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを前記凹部内で無電極放電灯に密着して設けるとともに、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とするものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づき説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図であり、図2は部分拡大図である。本実施形態の無電極放電灯装置の基本的構成は、図13で示した無電極放電灯装置と同等であるので、同一個所には同一符号を付して説明を省略する。
【0025】
本実施形態の無電極放電灯装置は、図13で示した無電極放電灯装置において、誘導コイル2に鉄芯2aを装着し、補助誘導コイル8を空心コイルとするとともに、始動用高周波電源回路12を付加し、始動用高周波電源回路12により補助誘導コイル8に高周波電力を供給するようにしている。
【0026】
本実施形態の動作を説明する。まず、補助誘導コイル8に、始動用高周波電源回路12により高周波電圧が印加され、補助誘導コイル8によって、無電極放電灯1の内部の補助誘導コイル8の近傍で先行放電となる環状放電が生じる。この時、鉄芯2aを装着した誘導コイル2に高周波電源回路7から高周波電流を通電すると、誘導コイル2により、誘導コイル2の近傍で環状放電が維持されることになり、この環状放電によって放電ガスの励起による発光が生じて、無電極放電灯1は点灯状態になる。
【0027】
本実施形態によれば、誘導コイル2には鉄芯2aを装着しているので、空芯コイルの場合のように所定の始動電圧を得るために共振電圧カーブの急峻なポイントで動作させる必要がなくなり、高周波電源回路7に使用されるスイッチイング素子Q1、Q2にストレスがかかることがなくなる。また、無電極放電灯1の始動時において、高周波電源回路7の動作周波数を下げても、補助誘導コイル8には始動用高周波電源回路12により高周波電圧が印加され先行放電しているので、高周波電源回路7自体には多大な始動電力を必要としない。
【0028】
従って、高周波電源回路7の回路効率を向上し、小型化でき、無電極放電灯を良好に始動することができるのである。
【0029】
図3は本発明の第1の参考例に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図4は部分拡大図である。本参考例では、第1の実施形態の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル8に鉄芯8aを装着し、始動用高周波電源回路12から補助誘導コイル8への電力供給を遮断するスイッチ等の遮断手段13を付加し、インダクタやコンデンサからなるフィルタ回路11を商用電源ACと整流回路4との間に付加し、さらに、チョッパ回路5の回路構成を降圧チョッパ回路から昇圧チョッパ回路に変更したものである。
【0030】
本実施形態の点灯動作は第1の実施形態の場合と同等であるが、無電極放電灯1が点灯移行後は、遮断手段13により補助誘導コイル8への電力供給を停止するようにしている。補助誘導コイル8に鉄芯8aを装着しているので、始動用高周波電源回路12の回路効率も向上でき、小型化可能となる。また、フィルタ回路11により、他の機器からAC電源ラインを介して入り込む高周波ノイズや無電極放電灯装置側からAC電源側へ高周波ノイズが漏れるのを防止するようにしている。
【0031】
図5は本発明の第2の実施形態に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図6は部分拡大図である。本実施形態では、第1の参考例の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル8を空芯コイルとし、無電極放電灯1のバルブ1bの外周近傍に配置するとともに、高周波電源回路7にコンデンサC6を付加しマッチング回路6を除去した構成になっている。
【0032】
本実施形態では、補助誘導コイル8を空芯コイルとし、無電極放電灯1のバルブ1bの外周近傍に配置しているが、補助誘導コイル8を凹部1a内に配置した場合と同様に、先行放電となる環状放電を生じさせることができるのである。また、コンデンサC6により、マッチング回路6での整合作用を代用している。
【0033】
図7は本発明の第3の実施形態に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図8は部分拡大図である。本実施形態では、第1の参考例の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル8を空芯コイルとし、無電極放電灯1のバルブ1bの凹部1aに密着するように配置するとともに、補助誘導コイル8に対して、チョッパ回路5のインダクタL3の2次巻線の出力から高周波電圧を印加するようにしている。
【0034】
本実施形態では、補助誘導コイル8を無電極放電灯1のバルブ1bの凹部1aに密着するように配置したので、無電極放電灯1のバルブ1bと補助誘導コイル8間の電界が強まり、始動性がさらに向上するという効果がある。また、誘導コイル2を無電極放電灯1の凹部1aでバルブ1bと密着させないようにしておけば、誘導コイル2とバルブ1bとの電界が弱まり、無電極放電灯1の寿命が長くなるという効果がある。
【0035】
図9は本発明の第2の参考例に係る無電極放電灯装置の概略構成図であり、図10は部分拡大図である。本実施形態では、第3の実施形態の無電極放電灯装置において、補助誘導コイル8に鉄芯8aを装着した構成になっている。
【0036】
本実施形態でも第3の実施形態と同様の効果が奏される。なお、本実施形態と第1の参考例においては、誘導コイル2に装着された鉄芯2aと補助誘導コイル8に装着された鉄芯8aに用いられるフェライトの材質は、各々高周波電源回路7と始動用高周波電源回路12の動作周波数に適した損失の少ないものを選択すれば良い。例えば、高周波電源回路7の動作周波数を数十kHzから数百kHzに設定し、鉄芯2aにはMn系のフェライトを用い、始動用高周波電源回路12の動作周波数を数MHz程度に設定し、鉄芯8aにはNi系のフェライトを用いれば、各々のフェライトの損失を低減できるという効果を奏する。
【0037】
以上の実施形態において、高周波電源回路7と始動用高周波電源回路12の動作周波数の関係は特に述べていないが、図14に示した点灯周波数と無電極放電灯1の始動に必要な電力の関係から、始動用高周波電源回路12の動作周波数を高く設定すれば、始動に必要な電力は少なくて良いことは言うまでもない。
【0038】
また、高周波電源回路7はD級増幅回路に限定されるものではなく、C級増幅回路やE級増幅回路でも良い。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、請求項1記載の発明によれば、凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に無電極放電灯を先行放電させる補助誘導コイルを設けたので、高周波電源回路の回路効率が高く、小型化でき、無電極放電灯を良好に始動することのできる無電極放電灯装置が提供できた。
【0040】
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記誘導コイルに装着された鉄芯の材質をMn系フェライトコアとし、前記補助誘導コイルにNi系フェライトコアからなる鉄芯を装着するようにしたので、各々のフェライトコアの損失を低減できる。
【0041】
請求項4記載の発明によれば、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明において、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたので、無電極放電灯が点灯後、遮断手段により補助誘導コイルへの電力供給を遮断すれば、省電力化が図れる。
【0042】
請求項6記載の発明によれば、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の発明において、前記誘導コイルは、前記凹部内で無電極放電灯に密着させないように配置したので、誘導コイルと無電極放電灯との間の電界が弱まり、無電極放電灯の寿命が長くなる。
【0043】
請求項7記載の発明によれば、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の発明において、前記補助誘導コイルは、前記無電極放電灯に密着させるようにして配置したので、無電極放電灯と補助誘導コイル間の電界が強まり、始動性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図2】同上の部分拡大図である。
【図3】本発明の第1の参考例に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図4】同上の部分拡大図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図6】同上の部分拡大図である。
【図7】本発明の第3の実施形態に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図8】同上の部分拡大図である。
【図9】本発明の第2の参考例に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図10】同上の部分拡大図である。
【図11】従来例に係る無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図12】同上に係る合成容量と始動電圧との関係を示す特性図である。
【図13】従来例に係る他の無電極放電灯装置を示す概略構成図である。
【図14】同上に係る点灯周波数と始動に必要な電力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 無電極放電灯
1a 凹部
1b バルブ
2 誘導コイル
2a 鉄芯
3 点灯装置
4 整流回路
5 チョッパ回路
6 マッチング回路
7 高周波電源回路
8 補助誘導コイル
9 遮断手段
10 ドライブ回路
11 フィルタ回路
12 始動用高周波電源回路
13 遮断手段
CC 制御回路
Claims (9)
- 凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十kHzから数百kHzの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数MHz以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを設けたことを特徴とする無電極放電灯装置。
- 前記補助誘導コイルは、前記凹部内又は凹部外で前記無電極放電灯の近傍に設けるようにしたことを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯装置。
- 前記誘導コイルに装着された鉄芯の材質をMn系フェライトコアとし、前記補助誘導コイルにNi系フェライトコアからなる鉄芯を装着するようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の無電極放電灯装置。
- 前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
- 前記補助誘導コイルへの電力供給を、始動用高周波電源回路を別途設けて行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
- 前記誘導コイルは、前記凹部内で無電極放電灯に密着させないように配置したことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
- 前記補助誘導コイルは、前記無電極放電灯に密着させるようにして配置したことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
- 前記高周波電源回路と前記誘導コイルとの間に、インピーダンスを整合させるためのマッチング回路を設けるようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の無電極放電灯装置。
- 凹部を有した無電極放電灯と、前記凹部に配置される鉄芯を装着した誘導コイルと、該誘導コイルに数十kHzから数百kHzの高周波電力を供給する高周波電源回路とを備えた無電極放電灯装置において、前記無電極放電灯の始動時に数MHz以上の動作周波数で無電極放電灯を先行放電させる空芯の補助誘導コイルを前記凹部内で無電極放電灯に密着して設けるとともに、前記無電極放電灯が点灯後、前記補助誘導コイルへの電力供給を遮断する手段を設けたことを特徴とする無電極放電灯装置。
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