JP3905396B2 - Stereolithography equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクパターンに従って光硬化性樹脂を面露光し、光造形を行う光造形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、光造形に関するデータを出力する三次元CAD等を備え、この三次元CAD等からのデータに従って、光硬化性樹脂を半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行う光造形装置が知られている。
【0003】
この種のものは、一層分の樹脂の露光及び硬化に要する時間が長くなるため、近年、高速造形を目的としてマスクを作成し、このマスクパターンに従ってUVランプにより光硬化性樹脂を面露光するものが提案されている。
【0004】
この面露光装置は、光透過性部材に静電トナーを用いてマスクを形成し、これを未硬化樹脂層の上に重ねて、マスク越しに紫外光を照射して光硬化性樹脂を一度に面露光するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、光透過性部材に静電トナーを用いてマスクを作成するため、マスク作成手段として、消磁ヘッド、トナースクレーパ、帯電ヘッド及び現像器等が必要になり、さらに、トナースクレーパを覆うカバーや、このカバーにトナー吸引ホースを介して接続された吸引機が必要になるため、マスク作成手段が大型化する等の問題がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡単な構成によって、マスクを作成し、それを消去できる光造形装置および光造形方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、光造形データに従って光不透過性材料を板状の光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、板状の光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、露光ステージとマスク消去ステージとの間に設けられた板状の光透過性部材の待機ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段と、作成ステージ、露光ステージ、待機ステージおよび消去ステージを同一面内の4隅に配列し、搬送ローラ等の移動手段を用いて、光透過性部材を、その方向に移動させる手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
請求項2記載の発明は、光造形データに従って光不透過性材料を板状の光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、板状の光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、露光ステージとマスク消去ステージとの間に設けられた板状の光透過性部材の待機ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段と、作成ステージ、露光ステージおよび待機ステージを直線的に配列し、待機ステージの位置で光透過性部材を上昇し、この光透過性部材を露光ステージの真上に搬送し、ここに消去ステージを備え、消去済みの光透過性部材を作成ステージの真上に引き出し、ここから作成ステージまで降下させる手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項3記載の発明は、光造形データに従って光不透過性材料を光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段とを備え、光透過性部材がドラム状であって、ドラムの外周部に、作成ステージ、露光ステージおよび消去ステージの各ステージが割り当てられ、ドラムを回転する手段を備えたことを特徴とする。
【0010】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか一項記載のものにおいて、光不透過性材料を拭き取って消去する手段、光不透過性材料を熱で溶融させて消去する手段、溶剤で溶融させて消去する手段のうちのいずれか一つの手段、もしくは複数の手段の組み合わせであることを特徴とする。
【0011】
請求項5記載の発明は、請求項1、2または4に記載のものにおいて、板状の光透過性部材が、ガラス板、ポリカーボネイト板、硬質塩化ビニル板、アクリル板、PET板のいずれかであることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0015】
図1において、1は光造形装置を示し、この光造形装置1は、三次元CAD等からなる制御手段(図示せず)を備えている。この光造形装置1はマスク作成手段3と、露光手段5とを備えて構成されている。
【0016】
マスク作成手段3は、作成ステージ4において、厚い板状の透明ガラス板(光透過性部材)7の上面に接触して配置される光不透過性を有した熱転写インクリボン8と、この熱転写インクリボン8の上面を矢印の方向に走査する熱プリンタヘッド(作成手段)9とを備えて構成されている。
【0017】
ここで、厚板状の透明ガラス板7は、例えば、ポリカーボネイト板、硬質塩化ビニル板、アクリル板、PET板等であってもよいが、インク(光不透過性材料)を転写し易く、それを消去し易く、しかも傷付き難い等の観点からは、ガラス板、又はポリカーボネイト板が好適である。
【0018】
図示を省略したコンピュータからの光造形データに従って、熱プリンタヘッド9を走査し、透明ガラス板7に対し、熱転写インクリボン8のインクを熱転写させてマスクを作成する。8Aは熱転写インクリボン8の供給側のローラであり、8Bはその巻取り側のローラである。
【0019】
このインク転写された透明ガラス板7は、図示を省略した、例えば、搬送ローラ等の移動手段を介して、露光ステージ10に送られる。
【0020】
この露光ステージ10においては、透明ガラス板7の上方に、光源11および集光レンズ12が配置され、透明ガラス板7の下方に、投影レンズ13が配置され、この投影レンズ13の下方には、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層15が配置されている。未硬化樹脂層15は、一対のローラ16A,16B間に巻かれたフィルム16Cの下面に形成され、ローラ16A,16Bが矢印方向に駆動されると、未硬化樹脂層15が投影レンズ13の真下に順に繰り出される。
【0021】
上記の光源11は、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等からなっている。
【0022】
露光ステージ10に送られた透明ガラス板7には、例えば、円形14およびL字形17以外の部分に光不透過性を有したインクが転写されており、光源11からの光で露光されると、円形14およびL字形17の部分を通過した光が、投影レンズ13を介して、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層15に投影される。これによって、未硬化樹脂層15が硬化する。
【0023】
未硬化樹脂層15が硬化すると、上述したように、一対のローラ16A,16Bが矢印方向に駆動されて、次工程のため、新たな未硬化樹脂層15が投影レンズ13の真下に繰り出される。
【0024】
露光ステージ10を経た透明ガラス板7は、同じく搬送ローラ等の移動手段を介して、待機ステージ12に送られる。
【0025】
この待機ステージ12を経た透明ガラス板7は、同じく搬送ローラ等の移動手段を介して、消去ステージ18に送られる。
【0026】
この消去ステージ18では、透明ガラス板7に転写されたインクが、機械的に拭き取られる。すなわち、この消去ステージ18には、透明ガラス板7の表面上を転動可能に構成された消去装置19が配置され、この消去装置19を転動させることによって、その外周材でインクを機械的に拭き取る。この場合、透明ガラス板7は表面が堅いため、きずが付きにくい。
【0027】
インクが消去された透明ガラス板7は、上記の回転テーブル等の移動手段を介して、再び、作成ステージ4に送られる。
【0028】
そして、この作成ステージ4で、再び、図示を省略したコンピュータからの光造形データに従って、熱プリンタヘッド9を走査し、熱転写インクリボン8のインクを熱転写させてマスクを作成する。
【0029】
以降、上記各操作が繰り返され、図示を省略したコンピュータからの光造形データに従う形状を有した光造形が行われる。
【0030】
上述したインクの消去工程は重要な工程である。この工程でインクが完全に消去されず、透明ガラス板7に光不透過性を有したインクが残った場合、次工程での光造形が不完全になるからである。この消去手段としては、上述したように、インクを直接的に拭き取って消去する手段のほかに、例えば、インクを熱で溶融させた後、それを拭き取ったり、或いは水やアルコール等の溶剤でインクを溶融させた後、それを拭き取ったりしてもよい。また、インクを熱で溶融させるだけ、或いは溶剤でインクを溶融させるだけで消去してもよい。
【0031】
或いは、透明ガラス板7に対し、いわゆる超音波洗浄を行って、これにより、該インクを除去するように構成してもよい。
【0032】
本実施形態では、厚板状の透明ガラス板7に、光不透過性を有したインクを熱転写させてマスクを作成するため、例えば、静電トナーによるマスクに比べ、コントラストが明瞭になり、光透過部と光不透過部との境界が明確化し、光造形物の輪郭を精度よく仕上げることができる。
【0033】
また、上述した熱転写マスク方式に必要な、熱プリンタヘッド9の価格は安価であるために、例えば、静電トナーによるマスク方式と比べて、光造形装置を低価格で提供することができる。
【0034】
熱転写マスク方式としたため、作成ステージ4および消去ステージ18の構造が簡素化し、マスク作成手段の小型化が図れる。
【0035】
上記構成では、作成ステージ4、露光ステージ10、待機ステージ12および消去ステージ18を同一面内の4隅に配列し、搬送ローラ等の移動手段を用いて、透明ガラス板7を、その方向に移動させていたが、これに限定されず、例えば、作成ステージ4、露光ステージ10および消去ステージ18を直線的に配列してもよい。この場合、移動手段に、例えば、チェーンベルト、エアーシリンダ或いはリニアモータ等の往復動アクチュエータが採用される。
【0036】
また、例えば、作成ステージ4、露光ステージ10および待機ステージ12を直線的に配列し、待機ステージ12の位置で厚板状の透明ガラス板7を上昇し、この透明ガラス板7を露光ステージ10の真上に搬送し、ここに消去ステージ18を備え、消去済みの透明ガラス板7を作成ステージ4の真上に引き出し、ここから作成ステージ4まで降下させる構成としてもよい。
【0037】
光透過性部材(透明ガラス板)7は、平板状に限定されるものではなく、例えば、ドラム状であってもよい。この場合、ドラムの外周部に、作成ステージ4、露光ステージ10および消去ステージ18の各ステージが割り当てられ、ドラムの回転手段が移動手段を構成する。
【0038】
上記構成では、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層15と、露光ステージ10との間が所定距離離れて規定されており、投影レンズ13からなる光学系を用いてマスク越しに未硬化樹脂層15が面露光される。
【0039】
そのため、例えば、未硬化樹脂層15にマスクを密着させて面露光する場合に比べ、エッジ部の露光ぼけが抑制される等の効果が得られる。
【0040】
図2は、別の実施形態を示す。
【0041】
この実施形態では、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層15が、樹脂液槽31内に形成されている。この樹脂液槽31内にはリフタ32が配置され、このリフタ32上にはテーブル33が配置されると共に、この樹脂液槽31内には光硬化性樹脂が液状態で満たされている。ほかの構成は図1に示すものと略同じである。
【0042】
上述した透明ガラス板7が露光ステージ10に送られて、光源11からの光で露光されると、円形14およびL字形17の部分を通過した光が、投影レンズ13を介して、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層15に投影される。これによって、未硬化樹脂層15が硬化する。
【0043】
本実施形態では、未硬化樹脂層15が硬化すると、テーブル33が所定距離だけ降下されて、テーブル33上には、その所定距離に相当する厚さの未硬化樹脂層15が形成される。ほかの動作は図1に示すものと略同じである。
【0044】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【0045】
例えば、上記実施形態では、造形物を上下に積層・造形する光造形について説明したが、造形物が大型化した場合には、上下に積層せずに、横方向に積層して光造形することが可能である。この場合、光学系も同様に横向きに配置されることはいうまでもない。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、マスク作成手段が小型化すると共に、簡単な構成で、マスクを作成し、それを消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光造形装置の一実施形態を示す正面図である。
【図2】別の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
1 光造形装置
3 マスク作成手段
4 作成ステージ
5 露光手段
7 透明ガラス板(光透過性部材)
8 熱転写インクリボン
9 熱プリンタヘッド(作成手段)
10 露光ステージ
11 光源
12 集光レンズ
13 投影レンズ
15 未硬化樹脂層
18 消去ステージ
19 消去装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical modeling apparatus that performs surface modeling of a photocurable resin according to a mask pattern and performs optical modeling.
[0002]
[Prior art]
In general, an optical modeling apparatus that includes a three-dimensional CAD or the like that outputs data relating to optical modeling, and that performs optical modeling by exposing a photocurable resin with a laser beam such as a semiconductor laser in accordance with the data from the three-dimensional CAD or the like. Are known.
[0003]
Since this type of resin takes a long time to expose and cure a single layer of resin, in recent years, a mask has been created for the purpose of high-speed modeling, and a photocurable resin is surface-exposed with a UV lamp in accordance with this mask pattern. Has been proposed.
[0004]
This surface exposure apparatus forms a mask using an electrostatic toner on a light transmissive member, superimposes it on an uncured resin layer, and irradiates ultraviolet light through the mask to apply the photocurable resin at once. Surface exposure is performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, since a mask is formed using electrostatic toner on the light transmissive member, a demagnetizing head, a toner scraper, a charging head, a developing device, and the like are required as a mask forming unit, and further, the toner scraper is covered. Since a cover and a suction device connected to the cover via a toner suction hose are required, there is a problem that the mask creating means is enlarged.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical modeling apparatus and an optical modeling method capable of solving the problems of the conventional techniques described above and creating a mask with a simple configuration and erasing the mask.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a creation stage for creating a mask by transferring a light-impermeable material to a plate-like light-transmissive member according to the optical modeling data, and an uncured resin layer of a photocurable resin over the mask are provided. An exposure stage for exposure, an erase stage for erasing the light-impermeable material formed on the plate-like light transmissive member, and a plate-like light transmissive member provided between the exposure stage and the mask erase stage. A light transmitting member using a standby stage, a control means for repeatedly operating each stage , a creation stage, an exposure stage, a standby stage, and an erasing stage arranged at four corners in the same plane, and using a moving means such as a transport roller And a means for moving in the direction .
[0008]
According to a second aspect of the invention, the creation stage to create a mask a light impermeable material is transferred to a plate-like light transmitting member according to the optical shaping data, the uncured resin layer of the photocurable resin through the mask An exposure stage for exposure, an erase stage for erasing the light-impermeable material formed on the plate-like light transmissive member, and a plate-like light transmissive member provided between the exposure stage and the mask erase stage. The standby stage, the control means for repeatedly operating each stage, the creation stage, the exposure stage, and the standby stage are linearly arranged, the light transmitting member is raised at the position of the standby stage, and the light transmitting member is exposed to the exposure stage. conveying the right above, here comprising a erasure stage, drawer immediately above the creation stage erased light transmitting member, especially in that it comprises a means for lowering to create stage from here To.
[0009]
The invention described in claim 3 is a stage for creating a mask by transferring a light-impermeable material to a light-transmissive member in accordance with stereolithography data, and an exposure for exposing an uncured resin layer of a photocurable resin through the mask. A stage, an erasing stage for erasing the light-impermeable material created on the light-transmissive member, and a control means for repeatedly operating each stage, wherein the light-transmissive member is in the form of a drum, and the outer periphery of the drum Further, each of a creation stage, an exposure stage, and an erasing stage is assigned, and a means for rotating the drum is provided .
[0010]
The invention according to claim 4 is the device according to any one of claims 1 to 3, wherein means for wiping and erasing the light-impermeable material, means for erasing by melting the light-impermeable material with heat, Any one of the means for erasing by melting with a solvent, or a combination of a plurality of means.
[0011]
The invention according to
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an optical modeling apparatus, and the optical modeling apparatus 1 includes a control means (not shown) including a three-dimensional CAD or the like. This stereolithography apparatus 1 includes a mask creating means 3 and an exposure means 5.
[0016]
The mask creating means 3 includes a thermal transfer ink ribbon 8 having light impermeability disposed in contact with the upper surface of a thick plate-like transparent glass plate (light transmissive member) 7 in the creation stage 4, and the thermal transfer ink. A thermal printer head (creating means) 9 that scans the upper surface of the ribbon 8 in the direction of the arrow is configured.
[0017]
Here, the thick
[0018]
The thermal printer head 9 is scanned in accordance with the optical modeling data from a computer (not shown), and the ink on the thermal transfer ink ribbon 8 is thermally transferred to the
[0019]
The ink-transferred
[0020]
In this
[0021]
The
[0022]
On the
[0023]
When the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
In the erasing
[0027]
The
[0028]
Then, at this creation stage 4, the thermal printer head 9 is scanned again according to the optical modeling data from a computer (not shown), and the ink of the thermal transfer ink ribbon 8 is thermally transferred to create a mask.
[0029]
Thereafter, the above operations are repeated, and optical modeling having a shape according to optical modeling data from a computer (not shown) is performed.
[0030]
The ink erasing process described above is an important process. This is because if the ink is not completely erased in this step and the light-opaque ink remains on the
[0031]
Alternatively, so-called ultrasonic cleaning may be performed on the
[0032]
In the present embodiment, the mask is formed by thermally transferring the light-impermeable ink to the thick
[0033]
Further, since the price of the thermal printer head 9 necessary for the above-described thermal transfer mask method is low, for example, the optical modeling apparatus can be provided at a lower price than the mask method using electrostatic toner.
[0034]
Since the thermal transfer mask system is adopted, the structure of the creation stage 4 and the erase
[0035]
In the above configuration, the creation stage 4, the
[0036]
Further, for example, the creation stage 4, the
[0037]
The light transmissive member (transparent glass plate) 7 is not limited to a flat plate shape, and may be a drum shape, for example. In this case, the production stage 4, the
[0038]
In the above configuration, the
[0039]
Therefore, for example, the effect of suppressing exposure blur at the edge portion can be obtained as compared with the case where the mask is attached to the
[0040]
FIG. 2 shows another embodiment.
[0041]
In this embodiment, an
[0042]
When the
[0043]
In this embodiment, when the
[0044]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, it is clear that this invention is not limited to this.
[0045]
For example, in the above-described embodiment, the optical modeling in which the modeled object is stacked and modeled up and down has been described. However, when the modeled object is enlarged, the model is stacked in the horizontal direction and optically modeled without being stacked up and down. Is possible. In this case, it goes without saying that the optical system is also arranged in the horizontal direction.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, the mask creating means can be reduced in size, and a mask can be created and erased with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of an optical modeling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stereolithography apparatus 3 Mask preparation means 4
8 Thermal transfer ink ribbon 9 Thermal printer head (creating means)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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