JP5825805B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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(2)現像ユニット内において回転軸を中心に回転し、前記現像ユニット内に収容される現像剤を撹拌する撹拌部材と、前記回転軸に前記撹拌部材と第一の角度をなすように設けられ、前記撹拌部材の回転に伴い回転する第一検知部材と、前記回転軸に前記第一検知部材と第二の角度をなすように設けられ、前記撹拌部材の回転に伴い回転する第二検知部材と、前記第一検知部材及び前記第二検知部材の回転方向の周上であって前記現像ユニットの壁面に設けられ、前記第一検知部材又は前記第二検知部材が及ぼす圧力を検知する検知手段と、前記撹拌部材で前記現像剤を撹拌した後、前記検知手段が前記第一検知部材による圧力を検知した時間と前記検知手段が前記第二検知部材による圧力を検知した時間との差に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、前記現像ユニットの温度を検知する温度検知手段と、を備え、前記温度検知手段は、前記検知手段と並列に接続され、前記判断手段は、前記検知手段が前記第一検知部材及び前記第二検知部材のいずれも検知していないタイミングで前記温度検知手段により温度を検知することを特徴とする画像形成装置。
図1は本実施例の構成であるカラーレーザプリンタの構成図である。図1に示すカラーレーザプリンタ(以下、本体と称す)は、本体101に対して着脱自在なプロセスカートリッジ5Y、5M、5C、5Kを備えている。これら4個のプロセスカートリッジ5Y、5M、5C、5Kは、同一構造であるものの、異なる色、すなわち、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の現像剤(以下、トナーという)による画像を形成する点で相違している。以下、特定の色の説明をする場合を除きY、M、C、Kの符号を省略する。プロセスカートリッジ5は、現像ユニットと画像形成ユニットと廃トナーユニットの3つの構成で成り立つ。現像ユニットは、現像ローラ3、トナー補給ローラ12、トナー容器23を有している。トナー容器23の詳細は後述する。また、画像形成ユニットは、像担持体である感光ドラム1、帯電ローラ2を有している。廃トナーユニットは、ドラムクリーニングブレード4、廃トナー回収容器24を有している。
図2(a)は、プロセスカートリッジ5を構成する現像ユニットの断面図である。図2(a)で示す現像ユニットは、以下の構成を備える。現像ユニットは、トナー容器23に各色に対応したトナー28と、トナー容器23内のトナー28を攪拌する攪拌マイラ34とを有する。攪拌マイラ34は、トナー容器23内を矢印に図示する回転方向に周回回転できるように、回転軸29に備えられている。回転軸29は現像ユニットの不図示の両側面に回転自在に支持されている。回転軸29には、トナー残量を検知するための、可撓性を有する検知マイラ351(第一検知部材)、352(第二検知部材)を夫々備えており、攪拌マイラ34がトナーを攪拌する動作に伴い回転する。検知マイラ352は、検知マイラ351の回転軸29に、検知マイラ351と所定の角度をなすように設けられる。所定の角度は、検知マイラ351と検知マイラ352を感圧抵抗センサ301で検知した時間差と、検知マイラ352と検知マイラ351を感圧抵抗センサ301で検知した時間差とのそれぞれの時間差に、差ができるような角度であればよい。詳細は図7のS102〜S105で説明する。また、検知マイラ351と検知マイラ352が接触しない角度であればよい。本実施例では、検知マイラ352は、検知マイラ351の回転方向90度後ろ側に配置され、検知マイラ351より柔らかい部材である。さらに、トナー容器23内のトナー残量を検知する感圧抵抗センサ301を、検知マイラ351、352の回転方向の周上であって現像ユニットの壁面(本実施例では内壁面)に備える。
本実施例ではIEE社の感圧抵抗センサ(CP1642)(感圧素子)を用いている。図3は、本実施例の感圧抵抗センサ301の断面図である。シート305及びシート306は、シート状の部材である。スペーサ307は、シート305とシート306との間の周囲に空間(ギャップ)を形成する。導電性インク308は、シート305の下面にある。電極パターン309は、シート306上に形成されている。シート305の上面が検知面である。検知面が押されると、シート305の上面が変形し、その下の電極パターン309と接触する。図3(a)は、感圧抵抗センサ301の検知面に圧力を与えていない様子を示す。どの電極パターンも導電性インク308と接触していない。図3(b)は、感圧抵抗センサ301の検知面に小さい圧力を与えている様子を示す。中央の1箇所の電極パターンが導電性インク308と接触している。一方で図3(c)は、感圧抵抗センサ301の検知面に大きい圧力を与えている様子を示す。3箇所の電極パターンが導電性インク308と接触している。さらに電極パターン309の長手方向(図の紙面に垂直な方向)にも接触面積が増える。このような構成で、感圧抵抗センサ301は、圧力の大きさと抵抗値が反比例の特性を示す。
検知マイラ351、352は、汎用のマイラフィルムを使用している。本実施例では、検知マイラ351と352の厚さを、例えば、夫々150μm、75μmとする。本実施例では、検知マイラ351と検知マイラ352の厚さを変えることで撓み量の差を実現している。しかし、この構成に限定するものではなく、例えば同じ厚さでも異なる材質で撓み量の差を実現してもよく、その他、検知マイラ351と検知マイラ352とで撓み量に差が生じる構成であればよい。このように検知マイラ351、352の厚みや材質は、検知マイラ351、352の撓み量を設定するためのパラメータであり、例えば厚み及び材質の両方を適宜設定することにより撓み量の設定の自由度を高くすることができる。
図4は、感圧抵抗センサ301の抵抗値の変化を検知する回路図である。図3で説明したように、感圧抵抗センサ301の抵抗値は、圧力の変化に応じて変化する。制御基板80のCPU40のA/Dポートには、DC 3.3Vの電源電圧を感圧抵抗センサ301と固定抵抗37で分圧した電圧が入力される。
図5を用いて本実施例におけるトナー残量の検知特性を説明する。図5(a)は、トナー残量(%)と感圧抵抗センサ301で検知した検知マイラ351と352の時間差の特性グラフであり、トナー残量[%]が多いほど時間差が大きいことを示す。図5(b)は、トナー残量が40%のときのCPU40のA/Dポートに入力される電圧[V]の波形データである。検知マイラ351(検知開始:0msec)と検知マイラ352(検知開始:320msec)の時間差が320msecであることがわかる。図5(c)は、時間差[msec]とトナー残量[%]とを対応付けたテーブルTである。テーブルTの各数値の間のトナー残量は、既知の線形補間を行い算出する。ここで、算出された時間は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される時間も変わる。トナー残量を判断するテーブルTの数値も同様である。尚、テーブルTは制御基板80の例えば不図示のROMに予め記憶しておく(以降の実施例においても同様とする)。
本実施例のトナー残量を検知するシーケンスを図6のフローチャートを用いて説明する。以降の実施例におけるフローチャートも同様に、これらのフローの処理は、CPU40により行われる。しかしながら、これに限定されず、例えば特性用途向けの集積回路(ASIC)が画像形成装置に実装されている場合には、それにいずれかのステップの機能を持たせても良い。
図7を用いて本実施例の構成であるプロセスカートリッジについて説明する。図7は、本実施例のプロセスカートリッジの断面図である。尚、実施例1と同一の構成には同一の記号を付し詳しい説明は省略する。トナー容器23は各色に対応したトナー28を収納している。また、プロセスカートリッジ5は、トナー補給ローラ12へトナー28を供給する攪拌棒26を備える。攪拌棒26は、回転軸を中心として回転運動し、トナー28を攪拌する。別の回転軸には、トナー残量を検知するための検知マイラ351、352を夫々備える。検知マイラ351は、高い剛性を有し、トナー28の抵抗によらず、一定に回転動作を行うものであり、周方向先端に柔らかい部材を付属している。検知マイラ352は、検知マイラ351の回転方向90度後ろ側に配置され、可撓性を有し、柔らかい部材である。さらに、プロセスカートリッジ5は、トナー容器23内のトナー残量を検知する感圧抵抗センサ301を、検知マイラ351、352の周方向の現像ユニットの内壁面に備える。
図8を用いて本実施例におけるトナー残量の検知特性を説明する。図8(a)は、トナー残量(%)と感圧抵抗センサ301と固定抵抗37とで分圧される検知マイラ351と352の夫々の電圧の電圧差の特性グラフであり、トナー残量[%]が多いほど電圧差[V]が小さいことを示す。図8(b)は、トナー残量が40%のときの波形データである。検知マイラ351の検知開始後のCPU40のA/Dポートの入力電圧が0.4V、検知マイラ352の検知開始後の入力電圧が1.2Vであり、電圧差が0.8Vであることがわかる。図8(c)は、CPU40の不図示のROM等に格納される、電圧差[V]とトナー残量[%]とを対応付けたテーブルNである。テーブルNの数値の間のトナー残量は、既知の線形補間を行い算出する。ここで、算出された電圧値は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される電圧値も変わる。トナー残量を判断するテーブルNの数値も同様である。
本実施例のトナー残量を検知するシーケンスを図9のフローチャートを用いて説明する。S201〜S205の処理は図6のS101〜S105の処理と同じであるため説明を省略する。また検知マイラ351を必ず検知する方法も図6で説明した方法と同じであるため説明を省略する。S206からS209でCPU40は、検知マイラ351の通過を検知する。S206でCPU40は、検知マイラ351が感圧抵抗センサ301に圧力を及ぼし始めたタイミングから電圧値のモニタをスタートさせる。S207でCPU40は、検知マイラ351が感圧抵抗センサ301の検知面に及ぼしている圧力に応じた電圧値を複数回測定する。CPU40は、CPU40のA/Dポートでモニタをしている電圧値について、A/Dポートの測定間隔における変化率が0.1V以下となる状態の値を有効とし、この状態の電圧値の平均値Aを算出する。
図10(a)は、感圧抵抗センサ301の抵抗値の変化を検知する回路図である。CPU40のデジタル出力ポートであるDOポートからアナログスイッチ39をオン/オフする制御信号を出力する構成である。アナログスイッチ39は、オンすると固定抵抗38が固定抵抗37と並列接続され、感圧抵抗センサ301との分圧比が変わる。
図10(b)を用いて本実施例におけるトナー残量の検知特性を説明する。図10(b)の電圧差G1(実線)は、トナー残量(%)と、感圧抵抗センサ301と固定抵抗37とで分圧される検知マイラ351と352の夫々の電圧の電圧差の特性グラフである。また、電圧差G2(破線)は、トナー残量(%)と、感圧抵抗センサ301と、固定抵抗37と固定抵抗38の並列接続とで分圧される検知マイラ351と352の夫々の電圧の電圧差の特性グラフである。図10(b)に示すように、電圧差G2の場合は、トナー残量が少なくなると(例えば45%以下)、電圧差の変化がほとんど見られずこの範囲でのトナー残量の判断の精度が低下する。一方、電圧差G1の場合は、トナー残量が少なくなった範囲でも電圧差が変化するため、トナー残量の判断を精度よく行うことができる。このように電圧差G1とG2ではトナー残量を判断するための電圧差の変化量が異なる、いいかえれば感度が異なる。図10(c)は、テーブルXである。テーブルXの数値の間のトナー残量は、既知の線形補間を行い算出する。ここで、算出された電圧値は、本実施例における値であるため、条件が変われば算出される電圧値も変わる。トナー残量を判断するテーブルXの電圧差の値も同様である。
図11は、本実施例のフローチャートである。このシーケンスは、本体101に新品のプロセスカートリッジ5が挿入されてから、トナー残量を検知し、トナー残量がなし(0[%])と判断するまでのシーケンスを示す。本体101に新品のプロセスカートリッジ5が挿入されると、S301でCPU40は、トナー28が100%の状態であるので、アナログスイッチ39をオンする。上述した通りこの状態で固定抵抗37と固定抵抗38は並列接続され、CPU40は電圧差が電圧差G2であるとしトナー残量を判断することとなる。S302でCPU40は、アナログスイッチ39がオンした状態で、図9で説明したフローチャートでトナー残量検知シーケンスを実行する。但し、図9のS216の処理では図10(c)のテーブルXの電圧差G2を参照する。S303でCPU40は、S302のトナー残量検知シーケンスにおける図9のS216で判断したトナー残量が45%以下かどうかを判断する。S303でCPU40はトナー残量が45%以下ではない、すなわち45%より多いと判断した場合は、S305で検知したトナー残量をビデオコントローラ42へ報知して、S302の処理に戻る。
本実施例のシートスイッチ311は、2層の配線パターンを有し、各層の間の周囲にスペーサを用いて、空間(ギャップ)を形成しているものである。検知面の上面において、検知面が押されると、上面の配線パターン面が変形し、下面の配線パターンと接触するような構成である。このような構成で一定以上の圧力が検知面の上面にかかると、圧力の大小にかかわらず、抵抗値がほぼ0オームとなる。このように、シートスイッチ311は、圧力に応じてオン・オフする。
図12は、シートスイッチ311の抵抗値の変化を検知する回路図である。シートスイッチ311は、トナー容器23内のトナー残量を検知するためのものであり、サーミスタ41は、プロセスカートリッジ5の温度を検知するためのものである。CPU40のA/Dポートには、シートスイッチ311がオン状態では、サーミスタ41と固定抵抗37とで分圧された電圧が入力され、実施例1と同様に時間差からトナー残量を判断し、さらに本実施例ではCPUのA/Dポートの入力電圧から温度を検知する。
図13(a)は、CPU40のA/Dポートに入力されるサーミスタ41と固定抵抗37とで分圧されるA/Dポートの入力電圧と温度の特性グラフであり、温度[℃]が高いほどA/Dポートの入力電圧[V]が低くなることを示す。図13(b)は、カラーレーザプリンタのプリント中であって温度が25℃のときにCPU40のA/Dポートへ入力される電圧の波形である。図13(c)は、サーミスタ41と固定抵抗37とで分圧されるA/Dポートの入力電圧と温度の特性グラフを表にしたテーブルQである。テーブルQの数値の間のトナー残量は、既知の線形補間を行い算出する。図13(b)に示すように、検知マイラ351と検知マイラ352の検知開始時間の時間差は、350msecである。ここで、CPU40は、図5(c)のテーブルTを参照し、時間差350msecの場合のトナー残量が100%であると判断する。サーミスタ41の検知結果と温度の関係は、図13(c)のテーブルQを参照する。図13(b)の場合、シートスイッチ311がオフ状態でA/Dポートの入力電圧は2.42Vであるので、CPU40は、テーブルQからプロセスカートリッジ5の温度は25℃であると判断する。
実施例1乃至6では、基準電位の信号ラインを単独で備える形態を説明した。しかしながらプロセスカートリッジ5と、画像形成装置本体101の基準となる電位は、同電位となるように接続されているので、その基準電位となる信号ラインと感圧抵抗センサ301やシートスイッチ311の基準電位は、共通にすることもできる。これにより、信号ラインを1本削減することができるので、電線とコネクタが削減でき、その分のコストが安くできる。
また、実施例1乃至6では、圧力を電圧に変換する例を挙げた。しかしながら、その他の電流、抵抗値、周波数に変換する圧力センサでも代用可能である。
さらに実施例1乃至6では、理解し易いように1回の検知でテーブルを参照するような説明をしている。しかし、複数回のデータを平均化した後に、夫々のテーブルを参照するような制御にすると、さらに検知精度をあげることが期待できる。
また、実施例1乃至6では、現像ユニット内に2つの検知マイラを配置する構成を示した。しかし、3つ以上の検知マイラを配置することで、より高精度にトナー残量を検知することができる。
また、実施例1乃至6では、現像ユニットが一体構成の例を挙げた。しかし、現像ローラとトナー容器が別体となった補給系のトナー容器においても、トナー容器の内部に圧力センサと検知マイラを設けることにより、本発明が適用可能である。
以上その他の実施例においても、トナーが満載状態から空になるまで逐次トナーの残量を検知でき、かつ高速で攪拌部材が動作しているときでも、トナーの残量を精度良く検知することができる。
40 CPU
301 感圧抵抗センサ
351 検知マイラ
352 検知マイラ
Claims (12)
- 現像ユニット内の現像剤を攪拌する動作に伴い回転する第一検知部材と、
前記第一検知部材の回転軸に前記第一検知部材と所定の角度をなすように設けられた第二検知部材と、
前記第一検知部材及び前記第二検知部材の回転方向の周上であって前記現像ユニットの壁面に設けられ、前記第一検知部材又は前記第二検知部材が及ぼす圧力を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知した圧力に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、
を備え、
前記判断手段は、前記検知手段が検知した前記第一検知部材による圧力と前記検知手段が検知した前記第二検知部材による圧力との差に基づき現像剤の量を判断することを特徴とする画像形成装置。 - 前記判断手段は、判断した現像剤の量に応じて、前記検知手段の感度を切り換えることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記検知手段は、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記現像ユニットの温度を検知する温度検知手段を備え、
前記温度検知手段は、前記検知手段と並列に接続され、
前記判断手段は、前記検知手段が前記第一検知部材及び前記第二検知部材のいずれも検知していないタイミングで前記温度検知手段により温度を検知することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記第一検知部材及び前記第二検知部材は、可撓性を有し、
前記第二検知部材は、前記第一検知部材に比べて撓み量が大きいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記第二検知部材は、可撓性を有し、
前記第一検知部材は、前記第二検知部材に比べて剛性が高いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記第一検知部材は、前記現像ユニット内の現像剤を攪拌する動作を行う攪拌部材であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 現像ユニット内において回転軸を中心に回転し、前記現像ユニット内に収容される現像剤を撹拌する撹拌部材と、
前記回転軸に前記撹拌部材と第一の角度をなすように設けられ、前記撹拌部材の回転に伴い回転する第一検知部材と、
前記回転軸に前記第一検知部材と第二の角度をなすように設けられ、前記撹拌部材の回転に伴い回転する第二検知部材と、
前記第一検知部材及び前記第二検知部材の回転方向の周上であって前記現像ユニットの壁面に設けられ、前記第一検知部材又は前記第二検知部材が及ぼす圧力を検知する検知手段と、
前記撹拌部材で前記現像剤を撹拌した後、前記検知手段が前記第一検知部材による圧力を検知した時間と前記検知手段が前記第二検知部材による圧力を検知した時間との差に基づき現像剤の量を判断する判断手段と、
前記現像ユニットの温度を検知する温度検知手段と、
を備え、
前記温度検知手段は、前記検知手段と並列に接続され、
前記判断手段は、前記検知手段が前記第一検知部材及び前記第二検知部材のいずれも検知していないタイミングで前記温度検知手段により温度を検知することを特徴とする画像形成装置。 - 前記検知手段は、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧素子であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
- 前記検知手段は、圧力に応じてオン・オフするスイッチ素子であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
- 前記第一検知部材及び前記第二検知部材は、可撓性を有し、
前記第二検知部材は、前記第一検知部材に比べて撓み量が大きいことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記第二検知部材は、可撓性を有し、
前記第一検知部材は、前記第二検知部材に比べて剛性が高いことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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