JP4253370B2 - 充填レベル検出方法及び充填レベル検出装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
この発明は、充填レベル検出方法および充填レベル検出装置に関し、さらに詳しくは、吐出する流体を利用して容器内の例えば液体などの内容物の充填レベルを容器の外側から測定する方法及び容器の内容物充填工程に用いられる充填レベル検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の充填レベル検出方法としては、図5に示すように、例えば主に紙材にアルミ箔をラミネートしてなる包材を筒状に加工して包装用チューブ1を形成し、この包装用チューブ1の下部を横シールした後、包装用チューブ1の所定のレベルまで飲料2を充填する場合に用いられる方法がある。この方法では、同図に示すように、液面センサ3を包装用チューブ1内に挿入・配置して液面レベルを検出することが行われている。この他のレベル検出方法としては、液面センサの代わりにフロートを用いて液面レベルを検出する方法などがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、包装用チューブ1内に可動部分がある場合、摩耗による誤動作、部品の落下、衛生上の問題などの発生が危惧される。また、可動部分のないセンサ類でも、これを包装用チューブ1に入れることにより、センサ回りの洗浄不良による衛生上の問題や、洗浄によるセンサ性能の低下などを惹起する問題があった。そこで、包装用チューブ1の外側から液面レベルを検出する方法が模索されている。例えば、電磁波を用いて内容液のレベルを検出しようとする場合、包材にラミネートされたアルミ箔が電磁シールドとなるためレベル検出を行うことが困難であった。また、包装用チューブ1の外側から超音波を当てて反射する帰還超音波から液面レベルを検出しようとする場合にも、包材にラミネートされたアルミ箔の影響で、レベル検出がうまく行えないという問題があった。
【0004】
この発明が解決しようとする課題は、容器の外側から内容充填物のレベル検出が容易に行えるレベル検出方法と、充填レベル検出装置を得るにはどのような手段を講じればよいかという点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する方法であって、前記収納壁部の外側面に所定の圧力で流体を吹き付け該収納壁部を変位させると共に、前記流体が吹き付けられた箇所の前記収納壁部外側面の変位量を検知して前記変位量から前記充填レベルを検出することを特徴としている。さらに、前記流体を、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の2箇所に吹き付け、この2箇所からの前記変位量の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴としている。
【0006】
従って、請求項1記載の発明では、収納壁部へ流体を所定圧力で吹き付けることにより収納壁部を変位させる。容器内へ内容物が充填されるに伴い、容器内部の圧力が変化して、収納壁部の変位量が変化する。この変位量から容器内の内容物が充填されたレベルを検知・判定することができる。このため、内容物の充填予定レベル又はこのレベル近傍に、流体の吹き付け位置を設定することで、内容物の充填レベルを充填予定レベルと一致又は近似させることが可能となる。
さらに、2箇所から吐出された流体は、充填予定レベルの上と下の収納壁部を押圧する。この2箇所の収納壁部の変位量を比較することにより、下の位置にある収納壁部の容器内側に内容物の充填レベルが達し、上の位置にある収納壁部の容器内側に内容物が達していない場合に、2箇所の間の位置に充填レベルがあることが判定できる。このため、2箇所の間の上下距離を適宜設定することにより、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることが可能となる。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の充填レベル検出方法であって、前記変位量は、前記収納壁部の外側に対向するように配置された距離センサで測定された、前記収納壁部の外側面までの距離に基づいて決定されることを特徴としている。
【0008】
従って、請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の作用に加えて、距離センサにより、センサから収納壁部の外側面までの距離を測定することで、収納壁部の変位量を検知することができる。
【0009】
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の充填レベル検出装置であって、前記変位量は、前記収納壁部の外側面の、前記容器内側に向けた湾曲寸法であることを特徴としている。
【0010】
従って、請求項3記載の発明では、請求項1及び請求項2に記載の発明の作用に加えて、収納壁部の湾曲寸法を測定することで収納壁部の変位量を検知することができる。
【0011】
請求項4記載の発明は、可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する充填レベル検出装置であって、前記収納壁部の外側面の所定高さ位置に配置され、所定の圧力で流体を吐出する流体吐出部と、前記流体吐出部から吐出された流体が吹き付けられる収納壁部の外側面に対向して配置された変位センサと、前記変位センサで検知された値に基づいて充填レベルを判定する演算部と、を備えることを特徴としている。さらに、前記流体吐出部は、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の2箇所に配置され、前記変位センサは前記流体吐出部のそれぞれが吐出する流体が吹き付けられる位置に対応して2つ配置され、前記演算部は前記2つの変位センサからの出力値の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴としている。
【0012】
従って、請求項4記載の発明では、流体吐出部から吐出される流体が所定の圧力で収納壁部を押圧して収納壁部を変位させる。この変位量を変位センサで検知して、この検知された値に基づいて演算部で内容物の充填レベルを判定することができる。さらに、2箇所に配置された流体吐出部から吐出された流体は、充填予定レベルの上と下の収納壁部を押圧する。この2箇所の収納壁部の変位量を比較することにより、下の位置にある収納壁部の容器内側に内容物の充填レベルが達し、上の位置にある収納壁部の容器内側に内容物が達していない場合に、2箇所の間の位置に充填レベルがあることが判定できる。このため、2箇所の間の上下距離を適宜設定することにより、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることが可能となる。
【0013】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の充填レベル検出装置であって、前記容器は主に紙でなるシートにアルミ箔が積層された包材を筒状に加工されてなり、前記流体は空気もしくは水であり、前記内容物は飲料であることを特徴としている。
【0014】
従って、請求項5記載の発明では、請求項4記載の発明の作用に加えて、アルミ箔が積層された紙シートでなる包材でなる容器の中にレベルセンサやフロートなどを入れることなく、容器内の内容物の充填レベル検出を容器の外側から行うことができる。このため、内容物を汚損することを回避することができる。
【0015】
請求項6記載の発明は、請求項4又は請求項5に記載の充填レベル検出装置であって、前記変位センサは、該センサから前記収納壁部の外側面までの距離を測定する距離センサであることを特徴としている。
【0016】
従って、請求項6記載の発明では、請求項4及び請求項5に記載の発明の作用に加えて、距離センサで収納壁部の変位量を得ることができる。
【0017】
請求項7記載の発明は、請求項4〜請求項6のいずれかに記載の充填レベル検出装置であって、前記演算部は、前記変位センサで検知された値の変化に基づいて充填レベルを判定することを特徴としている。
【0018】
従って、請求項7記載の発明では、請求項4〜請求項6に記載の発明の作用に加えて、演算部が変位センサの検知した値の変位により、内容物が容器の充填予定レベルに達したか否かの判定を行うことができる。
【0021】
請求項8記載の発明は、請求項4〜請求項7のいずれかに記載の充填レベル検出装置であって、前記演算部は、前記内容物を供給する供給装置の駆動制御部に接続され、前記充填レベルの判定結果に応じて前記駆動制御部へ供給もしくは停止信号を出力することを特徴としている。
【0022】
従って、請求項8記載の発明では、請求項4〜請求項7に記載の発明の作用に加えて、演算部で充填レベルが充填予定レベルと近似又は一致している場合に駆動制御部を介して内容物の供給を停止させることが可能となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る充填レベル検出方法および充填レベル検出装置の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0024】
(実施形態)
図1は本発明に係る充填レベル検出方法および充填レベル検出装置を、飲料の包材を包装機にて筒状に加工し、逐次、飲料を充填する工程に、適用した実施形態を示する斜視説明図、図2は本実施形態におけるレベル検出の原理を示す説明図、図3及び図4は本実施形態の空気圧パルスと距離センサの検出結果に基づいた出力波形図である。
【0025】
まず、本実施形態が適用される背景として、包装機について図1を用いて簡単に説明する。包装機10は、同図に示すように、長尺帯状の、収納壁部となる包材11が巻き取られたマガジン12と、多数のガイドローラ13と、筒状形成機構14と、縦シール機構15と、飲料充填パイプ16と、横シール切断機構17とを備えている。
【0026】
包材11は、形成する容器の内側面となる表面側から順に、例えばポリエチレン樹脂、アルミ箔、紙基材、およびポリエチレン樹脂が積層されて形成されている。包材11には、後工程で屈曲を容易とするための折り線が予め付けられている。マガジン12から引き出された包材11は、ガイドローラ13によって案内されて、包装機10の最上部まで導かれた後、略垂直下方に搬送される。略垂直下方へ搬送される包材11は、筒状形成機構14によって筒状に湾曲され、縦シール機構15によってその幅方向両端部どうしが熱溶着されて円筒状とされる。
【0027】
次に、横シール切断機構17によって、円筒状に加工された包材11に幅方向に沿った帯状の横シールが施され、横シールの上方の飲料充填パイプ16から包材11の内部に例えばジュースやお茶などの飲料が充填され、横シールよりも所定距離だけ上方位置にさらに帯状の横シールが施され、上下の横シールがそれぞれ略中央位置で切断される。これにより、上下横シール間に飲料が密封されたセミパッケージが連続的に形成される。その後、セミパッケージは図示しない成形機へ搬送されて所定の形状のファイナルパッケージに成形される。
【0028】
本実施形態では、筒状に縦シールされ下部が横シールされた包材11に飲料充填パイプ16から飲料が供給される際に、充填レベル検出方法および充填レベル検出装置20を適用している。
【0029】
次に、図1を用いて本実施形態の充填レベル検出方法を適用した充填レベル検出装置20の構成を説明する。
【0030】
本実施形態では、筒状の包材11の充填予定レベル(予め設定された飲料30が充填されるべき高さ位置)Aを上下に挟む位置に、流体としての空気を所定の圧力で吐出する、流体吐出部としての空気吐出ノズル21、22が配置されている。本実施形態では、これら空気吐出ノズル21、22へ送られる空気は、図1に示すように、空気供給手段25から空気供給管26を介して搬送され途中でこの空気供給管26が分岐して均等な空気圧力で両ノズル21、22へ供給されるようになっている。これらノズル21、22から吐出される空気の流れは、収納壁部である包材11に対して直角をなすように設定してある。また、両ノズル21、22から吐出される風量は同一に設定されている。空気吐出ノズル21、22のそれぞれの近傍には、変位センサとしての距離センサ23、24が配置されており、これら距離センサ23、24で空気吐出ノズル21、22から吐出された空気が当たる包材11の部分までの距離を測定するようになっている。なお、本実施形態では、距離センサ23、24が赤外線の出射及び反射光の入射により距離測定を行うようになっている。
【0031】
上記した距離センサ23、24は、演算部27へ接続され、測定された値に対応する例えば電圧値又は電流値を演算部27へ出力するようになっている。なお、本実施形態では、空気供給手段25の駆動は常に供給駆動させる訳ではなく、間欠的に駆動させ、この駆動電圧パルスに同期させて距離センサ23、24も駆動するように設定している。
【0032】
また、演算部27は、図1に示すように、飲料充填パイプ16の開閉を行う例えば電磁バルブ29の駆動制御部28へ、充填レベルの判定信号を出力できるように接続されている。
【0033】
ここで、本実施形態の充填レベル検出装置20の作用・動作の説明に先駆けて、図2を用いて充填レベルの検出原理を説明する。
【0034】
同図に示すように、包材11内に内容物である飲料30を充填した状態で、飲料30の液面より下の位置と、液面より上の位置と、に同一の風量で同一の圧力の空気を吹き付けると、それぞれの位置で包材11は内側へ湾曲する。このとき、内側へ湾曲する寸法を測定すると、液面より下の位置での湾曲寸法ε1は、液面より上の位置での湾曲寸法ε2より小さくなる。これは、飲料30が充填されている位置では内部圧力が高いためである。このため、両センサ23、24での測定値が異なることが検知されれば液面は下の位置から上の位置の間に存在することが判る。このような原理で包材11の外側からの液面レベルの検出が可能となる。
【0035】
このため、包材11の充填予定レベルAの上下に配置した距離センサ23、24で包材11までの距離を測定し、両者の距離に基づく検出値を比較して所定以上の差が発生していることを検出すれば、上下の位置の間に飲料30の液面が存在することが判る。本実施形態では、この検出値の比較・判定は、演算部27で行う。図3は、空気供給手段25が駆動されて吐出空気の圧力が立ち上げられたときのタイミングで測定された距離センサ23、24の検出値を示している。同図は、両センサ23、24での検出値のピークの高さh1が同一であり、両位置間には液面が存在しないことを表している。あるいは、h2が同一ならば液面が上距離センサ23の上部まで存在する事を表している。図4は、両センサ23、24での検出値のピークの高さが、上の距離センサ23でh1であり下の距離センサ24でh2であり、h2<h1となり下のセンサ位置では飲料30が充填されており、上のセンサ位置では飲料30が充填されていないことを表している。
【0036】
距離センサ23、24での検出値から演算部27が飲料30の液面が上距離センサ23の位置を越えたことを判定すると、演算部27から駆動制御部28へ判定信号を出力し、駆動制御部28は電磁バルブ29に閉める動作を行わせる制御信号を出力する。あるいは、液面が下距離センサ24の位置を下まわったと判定すると電磁バルブ29は開く。さらに、上距離センサ23から下距離センサ24の間では電磁バルブ29は開いたままとなる。
【0037】
なお、本実施形態では、空気供給手段25を間欠的に駆動させたが、充填を行っていする間常に空気を供給するように動作させるようにしてもよい。
【0038】
以上、実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、筒状の包材11に飲料25を充填する場合に本発明を適用したが、各種形状の容器に液体を充填する場合にも適用可能である。また、容器に充填する内容物としては液体に限定されるものではなく、ヨーグルトやゼリー状の食品や、粉状の物でも充填レベルを検出することが可能である。また、上記した実施形態では、流体として空気を用いたが、水などの包材11に悪影響を与えない流体を用いることも可能である。さらに、上記した実施形態では、2つの空気吐出ノズル21、22を上下に配置したが、1つのノズルを配置して常にセンサからの距離を検出することにより、包材11の変位量に変化があった時点で充填レベルに達したことを検出するようにしてもよい。
【0039】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1記載の発明によれば、容器の外側から内容物を汚損することなく充填レベルの検出を可能にする効果がある。さらに、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることができる。
【0040】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、センサから収納壁部の外側面までの距離を測定することが容易であるため、充填レベルを容易に検出することができる。
【0041】
請求項3記載の発明によれば、請求項1及び請求項2に記載の効果に加えて、収納壁部の湾曲寸法を測定することで充填レベルを容易に検出できるという効果がある。
【0042】
請求項4記載の発明によれば、充填予定レベルに変位センサを配置することで内容物を充填予定レベルまで充填することが可能になる。さらに、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることができる。
【0043】
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載の発明の効果に加えて、アルミ箔が積層された紙包材でなる容器の中にレベルセンサやフロートなどを入れることなく、容器内の内容物の充填レベル検出を容器の外側から行うことができ、内容物を汚損することを回避することができ、飲料充填工程を衛生的に行えるという効果がある。
【0044】
請求項6記載の発明によれば、請求項4及び請求項5に記載の発明の効果に加えて、距離センサで収納壁部の変位量を得ることで容易に充填レベルを検出できる。
【0045】
請求項7記載の発明によれば、請求項4〜請求項6に記載の発明の効果に加えて、内容物が容器の充填予定レベルに達したか否かの判定を行えるという効果がある。
【0047】
請求項8記載の発明によれば、請求項4〜請求項7に記載の発明の効果に加えて、演算部で充填レベルが空気吐出ノズル21の上にあるときは内容物の供給を停止し、上距離センサ23以下のレベルのときには供給し、上距離センサ23から下距離センサ24の間では供給続行させることにより、充填レベルの制御が可能になり、容器内の内容物のレベル検出並びに内容物の適切な充填作業を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る充填レベル検出方法および液面レベル検出装置の実施形態を示す斜視説明図である。
【図2】実施形態の充填レベル検出方法装置の検出原理を示す説明図である。
【図3】実施形態における2つの距離センサの検出値が同一の場合(充填予定レベルに達していない場合)の波形図である。
【図4】実施形態における2つの距離センサの検出値が異なる場合(充填予定レベルに達している場合)の波形図である。
【図5】実施形態における2つの距離センサの検出値が同一の場合(充填予定レベルに達している場合)の波形図である。
【図6】従来のレベル検出方法を示す断面図である。
【符号の説明】
A 充填予定レベル
11 包材
20 充填レベル検出装置
21、22 空気吐出ノズル
23、24 距離センサ
27 演算部
28 駆動制御部
29 電磁バルブ
30 飲料
Claims (8)
- 可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する方法であって、
前記収納壁部の外側面に所定の圧力で流体を吹き付け該収納壁部を変位させると共に、前記流体が吹き付けられた箇所の前記収納壁部外側面の変位量を検知して前記変位量から前記充填レベルを検出するに、
前記流体を、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の2箇所に吹き付け、この2箇所からの前記変位量の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴とする充填レベル検出方法。 - 前記変位量は、前記収納壁部の外側に対向するように配置された距離センサで測定された、前記収納壁部の外側面までの距離に基づいて決定されることを特徴とする請求項1記載の充填レベル検出方法。
- 前記変位量は、前記収納壁部の外側面の、前記容器内側に向けた湾曲寸法であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の充填レベル検出方法。
- 可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する充填レベル検出装置であって、
前記収納壁部の外側面の所定高さ位置に配置され、所定の圧力で流体を吐出する流体吐出部と、
前記流体吐出部から吐出された流体が吹き付けられる収納壁部の外側面に対向して配置された変位センサと、
前記変位センサで検知された値に基づいて充填レベルを判定する演算部と、
を備え、
前記流体吐出部は、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の2箇所に配置され、前記変位センサは前記流体吐出部のそれぞれが吐出する流体が吹き付けられる位置に対応して2つ配置され、前記演算部は前記2つの変位センサからの出力値の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴とする充填レベル検出装置。 - 前記容器は主に紙でなる包材を筒状に加工されてなり、前記流体は空気もしくは水であり、前記内容物は飲料であることを特徴とする請求項4記載の充填レベル検出装置。
- 前記変位センサは、該センサから前記収納壁部の外側面までの距離を測定する距離センサであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の充填レベル検出装置。
- 前記演算部は、前記変位センサで検出された値の変化に基づいて充填レベルを判定することを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれかに記載の充填レベル検出装置。
- 前記演算部は、前記内容物を供給する供給装置の駆動制御部に接続され、前記充填レベルの判定結果に応じて前記駆動制御部へ供給もしくは停止信号を出力することを特徴とする請求項4〜請求項7のいずれかに記載の充填レベル検出装置。
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