JP3817974B2 - 帯電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電装置に関し、詳しくは、画像形成装置に組み込まれる帯電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像形成装置に用いられる帯電装置では、被帯電体であるドラム形状の感光体と感光体を帯電する帯電ロールに関するインピーダンスが下がったときに印加する電圧を下げて感光体に生じ得るピンホールなどのダメージを回避するよう、定電圧に制御された直流成分と定電流に制御された交流成分とを重畳して帯電ロールに印加している(例えば、特開平1−267667号公報など)。また、インピーダンスが上がったときに過大な電圧が印加されることにより生じる電荷のリークを防止するために印加電圧の振幅に上限値を設定して制御するものも提案されている(例えば、特開平4−171464号公報など)。
【0003】
さらに、感光体と帯電ロールの回転駆動の開始時、即ち立ち上げ時に、瞬間的に過大な電圧が印加されるのを防止するため、まず、必要な電圧よりも十分に低い電圧の交流成分を印加し、印加される電圧がその後徐々に必要な電圧になるよう制御する装置も提案されている(例えば、特開昭63−208876号公報など)。
【0004】
こうした帯電装置では、帯電不良を防止するために、インピーダンスの変化に対して定電流制御の応答性を鈍くしている。帯電ロールは、使用されない状態で長時間放置されると、感光体に押圧された状態で当接しているため、変形する場合がある。この変形は、回転駆動の際にインピーダンスの急激な変化として現われる。定電流の応答速度を速くすると、この変化に追従する結果、場合によっては、感光体の帯電不良を生じてしまうからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の立ち上げ時に電圧の制御を行なう装置では、電圧の振幅を制御する回路が必要となり、装置が複雑になるという問題があった。回路の追加や装置の複雑化は、装置の小型化と低コスト化を阻害する。また、インピーダンスの変化に対して定電流の応答性を低くしている帯電装置では、応答速度を上げて立ち上げ時の過大な電圧を防止するのは困難なものとなってしまう。
【0006】
本発明の帯電装置は、立ち上げ時に生じうる過大な電圧が帯電部材に印加されることなく立ち上げを行なうことを目的の一つとする。また、本発明の帯電装置は、帯電部材の変形に伴うインピーダンス変化が生じても帯電不良を防止することを目的の一つとする。さらに、本発明の帯電装置は、安価で簡易な構成により上述の目的を達成することを目的の一つとする。
【0007】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の帯電装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【0008】
本発明の帯電装置は、画像形成装置に組み込まれた被帯電体に当接して該被帯電体を帯電するための帯電装置であって、定電圧の直流成分と所定の交流成分とを重畳して前記帯電部材に印加する重畳印加手段と、該印加される電流を検出すると共にその検出した電流の変化に対して遅い応答特性をもって検出値を出力する電流検出手段と、前記電流検出手段により出力された検出値に基づいて前記交流成分を定電流に制御すると共に該交流成分が所定の周波数となるよう制御する交流成分制御手段と、始動時には前記所定の周波数より大きな初期周波数を設定し、その設定した初期周波数から周波数を段階的に小さくして所定時間経過後に前記所定の周波数の交流成分となるよう前記交流成分制御手段を制御する始動時制御手段とを備え、前記始動時制御手段は、周波数が大きい交流成分ほど長い時間に亘って印加されるよう交流成分の周波数を制御することを要旨とする。
【0009】
この本発明の帯電装置では、始動するときに、所定の周波数より大きな周波数の交流成分が定電圧の直流成分に重畳されて帯電部材に印加される。帯電部材と被帯電部材からなる系のインピーダンスは、近似的にコンデンサによるものと考えることができるから、周波数の逆数に比例することになる。したがって、周波数を大きくすれば、インピーダンスは小さくなり、定電流制御をしている場合には、電圧は小さくなる。したがって、始動時に交流成分の周波数を定常状態の周波数より大きくすることにより、過大な電圧が印加されるのを防止することができる。また、始動時に電圧を徐々に大きくするタイプの帯電装置に比してデジタル−アナログ変換出力などが不要となるから、簡易な構成とすることができると共に安価にすることができる。また、前記電流検出手段に、前記印加される電流の変化に対して遅い応答特性をもって検出値を出力させるようにしたので、帯電部材の変形に伴ってインピーダンスが急激に変化しても、印加される電圧は急激に変化しないから、帯電不良を生じるといった問題を回避することができる。
【0010】
また、前記交流成分の周波数が前記所定の周波数に向けて段階的に小さくなるよう制御することで、周波数の変更を簡易に行なうことができる。
【0013】
また、段階的または連続的に周波数を変更する態様の本発明の帯電装置において、前記始動時制御手段は、前記交流成分の周波数を予め設定された周波数に順次切り換えながら小さくすることもできる。こうすれば、周波数や電圧が許容の値を超えないようにすることができる。したがって、被帯電体にダメージを与えることもない。
【0014】
本発明の帯電装置において、前記始動時制御手段は周波数を設定する信号を出力する手段であり、前記交流成分制御手段は前記始動時制御手段から出力される信号に基づいて前記交流成分の周波数を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、周波数を設定する信号を変更するだけで交流成分を制御することができる。この結果、装置を簡易で安価なものにすることができる。
【0015】
本発明の帯電装置において、前記画像形成装置は、該装置をコントロールする制御部を備え、該制御部が前記始動時制御手段を兼ねるものとすることもできる。この場合、画像形成装置の制御部には、始動時制御手段のみを兼ねるものの他、交流成分制御手段をも兼ねるものも含まれる。こうすれば、画像形成装置全体として簡易な構成とすることができる。この態様の本発明の帯電装置において、前記始動時制御手段は交流成分の周波数と同一の周波数でハイ・ローを切り換えてなる1ビット信号を出力する手段であり、前記交流成分制御手段は、前記始動制御手段から出力される1ビット信号をベース入力するトランジスタと、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて該トランジスタの出力に制限を加える回路とから構成されてなるものとすることもできる。こうすれば、装置を簡易で安価なものとすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は本発明の一実施例である帯電装置20の構成の概略を示す構成図であり、図2は実施例の帯電装置20が組み込まれた画像形成装置40の構成の概略を示す構成図である。説明の都合上、まず図2を用いて実施例の帯電装置20が組み込まれた画像形成装置40の構成について簡単に説明し、その後、図1を用いて実施例の帯電装置20の構成について詳述する。
【0018】
画像形成装置40は、図2に示すように、用紙トレイ41,42から供給される用紙43に画像を現像する画像現像部50と、現像された画像を用紙43に定着する定着部60と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット70とを備える。実施例の帯電装置20は、画像現像部50に組み込まれている。図2中破線は、用紙の搬送通路である。用紙43は、給紙コロ44により用紙トレイ41,42から一枚ずつ搬送通路に送り出され、一対のローラからなる搬送ローラ46,48により画像現像部50に供給されるようになっている。なお、搬送ローラ48と画像現像部50の間の通路には、用紙43の供給を確認する給紙センサ68が取り付けられている。
【0019】
画像現像部50は、画像の担持体としての円筒形の感光体ドラム22と、この感光体ドラム22と接触して回転し感光体ドラム22の表面を一様に帯電させる帯電ローラ24と、露光により一様に帯電した感光体ドラム22の表面に静電潜像を形成する露光装置52と、感光体ドラム22の表面に形成された静電潜像に対応したトナー像を現像する現像ローラ54と、感光体ドラム22とにより用紙43を挟持しながら搬送すると共に感光体ドラム22の表面に現像されたトナー像を用紙43に転写する転写ローラ56とを備え、供給された用紙43の表面に未定着のトナー像を形成し、定着部60に用紙43を送り出す。現像ローラ54は、感光体ドラム22の表面に形成された静電潜像の電荷と逆極性の電荷を帯びるトナーを静電潜像に供給して付着させることによりトナー像を現像する。トナーはトナータンク55から現像ローラ54に供給されるようになっている。帯電ローラ24や現像ローラ54や転写ローラ56は、感光体ドラム22に連れ回されることにより回転するようになっている。実施例の帯電装置20は、感光体ドラム22と帯電ローラ24とを中心として構成されている。
【0020】
定着部60は、加熱ローラ62および加圧ローラ64からなり熱と圧力とにより未定着のトナー像を用紙43に定着させる一対のローラと、用紙43を搬送する複数対の搬送ローラ66とを備え、未定着のトナー像が表面に形成された用紙43のトナー像を定着させて装置外に送り出す。この定着部60の一対のローラ62,64の後段には、用紙43の有無を検出する排紙センサ69も取り付けられている。
【0021】
電子制御ユニット70は、前述したように画像形成装置40全体をコントロールする制御装置であり、図1に示すように、CPU72を中心として構成されたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM74と、一時的にデータを記憶するRAM76と、入出力ポート(図示せず)とを備える。電子制御ユニット70は、画像形成装置40が備える各種センサからの信号を入力ポートを介して入力すると共に、処理プログラムに沿って各処理を行ない、各駆動部、例えば感光体ドラム22の回転や給紙コロ44による給紙タイミング,露光装置52からの露光タイミングなどを制御している。また電子制御ユニット70は、実施例の帯電装置20に用いる交流成分の周波数を設定するための信号を出力ポートから出力している。実施例では、この信号は、設定する交流成分の周波数でハイレベルとローレベルとを切り換える1ビットの信号である。
【0022】
図1に示すように、実施例の帯電装置20は、被帯電体としての感光体ドラム22と、帯電部材としての帯電ローラ24と、帯電ローラ24に印加する電圧を出力するトランス26と、方形波を正弦波に変形するローパスフィルタ28と、帯電ローラ24に印加する電流を検出する電流検出回路30と、電子制御ユニット70からの交流成分の周波数を設定する信号と電流検出回路30からの信号を入力して帯電ローラ24に低電流の交流成分が印加されるよう印加される交流成分に相当する方形波信号を出力する制御回路32と、電子制御ユニット70とを備える。
【0023】
図示するように、電流検出回路30は、帯電ローラ24に印加される電流のうちコンデンサC1,C2を用いることにより交流成分のみを取り出し、それを比較器Aの一方の入力端子に入力している。比較器Aの他方の入力端子には比較用の電圧Vrefを生じる電源が接続されている。また、比較器Aの交流成分の入力側と出力側は、抵抗と容量の比較的大きなコンデンサC3とを介して接続されている。このコンデンサC3の容量を大きくしているのは、交流成分の変化に対する感度を低くするためである。したがって、電流検出回路30からは、交流成分の電流の変化がなまされて出力されることになる。
【0024】
制御回路32は、電子制御ユニット70からの信号をベース入力するnpn型のトランジスタTと、電流検出回路30からの出力を逆バイアスで入力するダイオードD1とを備える。トランジスタTのコレクタは、抵抗R1を介して12V電源に接続されており、エミッタは接地されている。トランジスタTのコレクタの電位は、電子制御ユニット70からの信号がハイレベルのときにはトランジスタTはオンとなるから低くなり、電子制御ユニット70からの信号がローレベルのときにはトランジスタTはオフとなるから高くなる。したがって、電子制御ユニット70により信号のハイ−ローの切り換え制御を行なうことにより、所望の周波数の方形波を制御回路32から出力することができる。なお、制御回路32の出力には、電流検出回路30からの出力を逆バイアスで入力するダイオードD1を備えるから、方形波の波高は、電流検出回路30からの出力によって制限されることになる。電流検出回路30は、帯電ローラ24に印加する交流成分の電流の大きさに基づいて出力を変化させるから、制御回路32から出力される方形波の波高は、交流成分の電流を打ち消す方向に変化するよう制限を受けることになる。
【0025】
次に、こうして構成された帯電装置20の動作、特に始動する際の動作について説明する。図3は、始動時に電子制御ユニット70により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、画像形成装置40が始動されたときに実行される。
【0026】
始動時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット70のCPU72は、まず、ハイレベルとローレベルとを切り換える周波数Fを初期周波数F0に設定する(ステップS100)。この初期周波数F0は、定常状態における周波数より2〜5倍程度高い周波数として設定されている。そして、第1の所定時間が経過するのを待って(ステップS102)、切り換える周波数Fを初期周波数F0より小さい第1の周波数F1に設定する(ステップS104)。更に、第2の所定時間が経過するのを待って(ステップS106)、切り換える周波数Fを第1の周波数F1より更に小さい第2の周波数F2に設定する(ステップS108)。このように順次周波数を小さくし、最後に第nの所定時間が経過するのを待って(ステップS110)、切り換える周波数Fを定常状態における周波数Fsetに設定して(ステップS112)、本ルーチンを終了する。各周波数は、F0>F1>F2>・・・>Fsetの関係を有している。また、実施例では、各周波数で継続される時間は周波数が高いほど長い時間継続されるようになっている。なお、図3の始動時制御ルーチンが起動されてから終了するまでの時間は、帯電装置の仕様にもよるが、実施例では、50〜200msec程度とした。
【0027】
こうした図3の始動時制御ルーチンを実行することにより電子制御ユニット70から制御回路32に向けて出力される信号は、図4に例示するように、順次周波数が低くなって定常状態の周波数に移行する矩形波となる。そして、帯電ローラ24に印加される交流成分は、図5に示すように、順次周波数が低くなって定常状態の周波数に移行する正弦波になる。なお、帯電ローラ24に印加される交流成分の波高は、前述したように定電流となるよう制御されている。
【0028】
このように始動時に交流成分の周波数を大きくするのは、瞬間的に過大な電圧が印加されるのを防止するためである。感光体ドラム22と帯電ローラ24とからなる系のインピーダンスは、近似的にコンデンサによるものと考えることができ、次式(1)に示すことができる。したがって、インピーダンスは周波数の逆数に比例することになる。いま、周波数を大きくすれば、インピーダンスは小さくなるから、定電流を流すものとすれば電圧は低いものとなる。したがって、始動時に交流成分の周波数を定常状態の周波数より大きくすることにより、過大な電圧が印加されるのを防止することができるのである。
【0029】
z=1/jωC=1/j2πfC (1)
【0030】
また、実施例では、図1に示すように、電流検出回路30の比較器Aの応答速度を遅くするために、比較的容量の大きなコンデンサC3を介して電流を入力する端子と出力端子とを接続している。そして、この構成により、帯電装置20が使用されない状態で長時間放置されたときに生じ得るインピーダンスの急激な変化に伴う帯電不良を防止している。即ち、帯電装置20が長時間使用されないと、帯電ローラ24は感光体ドラム22に押圧された状態で当接しているため、変形する場合がある。この変形は、感光体ドラム22と帯電ローラ24とを回転駆動した際にインピーダンスの急激な変化として現われる。図6にこの場合の感光体ドラム22と帯電ローラ24の回転の様子を示す。帯電ローラ24には、長時間の放置によりへこみ25が形成されている。帯電ローラ24が感光体ドラム22と当接した状態で回転駆動すると、このへこみ25が感光体ドラム22に接触する際に、回転駆動の滑らかさが失われ、インピーダンスの急激な変化を生じる。コンデンサC3の容量を小さくして比較器Aの応答速度を速くすると、このインピーダンスの急激な変化に追従する結果、良好な帯電を行なうことができない場合が生じる。実施例では、こうした帯電不良を防止するために比較的容量の大きなコンデンサC3を用いて比較器Aの応答速度を遅くしているのである。
【0031】
このように、実施例の帯電装置20では、定電流制御における応答速度を低くして帯電不良などの弊害を防止するが、始動時の交流成分の周波数を大きくすることにより始動時の応答速度を速くしているのである。
【0032】
以上説明した実施例の帯電装置20によれば、瞬間的に過大な電圧を印加することなく始動することができる。しかも、周波数を変更するだけであるから、電圧を順次大きくしていくものに比して簡易な構成とすることができ、安価なものとすることができる。また、定電流制御における応答速度を十分に遅くしたので、帯電装置20が使用されない状態で長時間放置されたときに生じ得るインピーダンスの急激な変化に伴う帯電不良を防止することができる。
【0033】
実施例の帯電装置20では、始動時の交流の周波数を段階的に小さくして定常状態の周波数としたが、周波数を連続的に小さくして定常状態の周波数とするものとしてもよい。また、実施例の帯電装置20では、周波数の大きいときほど長い時間となるようにしたが、同じ時間となるようにしても差し支えない。
【0034】
実施例の帯電装置20では、制御回路32や電流検出回路30をハードウエアで構成したが、マイクロプロセッサを用いてハードウエアとソフトウエアとにより構成するものとしてもよい。この場合、電子制御ユニット70がその一部を兼ねるように構成してもよい。例えば、電流センサにより検出された信号を電子制御ユニット70が受け取り、その信号に対してなまし処理を行なってローパスフィルタ28に対して直接交流成分に相当する方形波を出力するものとしてもよい。
【0035】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である帯電装置20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】 実施例の帯電装置20が組み込まれた画像形成装置40の構成の概略を示す構成図である。
【図3】 始動時に電子制御ユニット70により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図4】 始動時に電子制御ユニット70から制御回路32に出力される信号の一例を示す説明図である。
【図5】 始動時に帯電ローラ24に印加される交流成分を例示する説明図である。
【図6】 長時間放置されたときの感光体ドラム22と帯電ローラ24との動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
20 帯電装置、22 感光体ドラム、24 帯電ローラ、25 へこみ、26 トランス、28 ローパスフィルタ、30 電流検出回路、32 制御回路、40 画像形成装置、41,42 用紙トレイ、43 用紙、44 給紙コロ、46,48 搬送ローラ、50 画像現像部、52 露光装置、54 現像ローラ、55 トナータンク、56 転写ローラ、60 定着部、62 加熱ローラ、64 加圧ローラ、66 搬送ローラ、68 給紙センサ、69 排紙センサ、A 比較器、C1,C2,C3 コンデンサ、R1 抵抗、D1 ダイオード、T トランジスタ。
Claims (5)
- 画像形成装置に組み込まれた被帯電体に当接して該被帯電体を帯電するための帯電装置であって、
定電圧の直流成分と所定の交流成分とを重畳して前記帯電部材に印加する重畳印加手段と、
該印加される電流を検出すると共にその検出した電流の変化に対して遅い応答特性をもって検出値を出力する電流検出手段と、
前記電流検出手段により出力された検出値に基づいて前記交流成分を定電流に制御すると共に該交流成分が所定の周波数となるよう制御する交流成分制御手段と、
始動時には前記所定の周波数より大きな初期周波数を設定し、その設定した初期周波数から周波数を段階的に小さくして所定時間経過後に前記所定の周波数の交流成分となるよう前記交流成分制御手段を制御する始動時制御手段と、
を備え、
前記始動時制御手段は、周波数が大きい交流成分ほど長い時間に亘って印加されるよう交流成分の周波数を制御する帯電装置。 - 前記始動時制御手段は、前記交流成分の周波数を予め設定された周波数に順次切り換えながら小さくする請求項1に記載の帯電装置。
- 前記始動時制御手段は、周波数を設定する信号を出力する手段であり、
前記交流成分制御手段は、前記始動時制御手段から出力される信号に基づいて前記交流成分の周波数を設定する手段である請求項1または2に記載の帯電装置。 - 前記画像形成装置は、該装置をコントロールする制御部を備え、該制御部が前記始動時制御手段を兼ねる請求項1ないし3のいずれか1項に記載の帯電装置。
- 前記始動時制御手段は、交流成分の周波数と同一の周波数でハイ・ローを切り換えてなる1ビット信号を出力する手段であり、
前記交流成分制御手段は、前記始動制御手段から出力される1ビット信号をベース入力するトランジスタと、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて該トランジスタの出力に制限を加える回路とから構成されてなる請求項4記載の帯電装置。
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