JP7198379B1 - ヘリカルアンテナとヘリカルアンテナを備えるrfタグの読み取り装置 - Google Patents
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このヘリカルアンテナは、螺旋状に巻かれた螺旋コイルのピッチ長を換えて指向性を変化させている。このヘリカルアンテナは、モーターで軸方向に移動する可動部で螺旋状に巻かれた螺旋コイルの長さを変化できるが、螺旋コイルを直線状に保持して長さの調整が難しい欠点がある。それは、螺旋コイルを直線状に保持する機構を装備しないので、両端を引っ張って全長を長くする状態で、螺旋コイルの異常な変形を防止できないからである。とくに、螺旋コイルの全長を変化するヘリカルアンテナは、螺旋コイルに可撓性のある線材を使用する必要があり、さらに小型化が要求される高い周波数で使用されるヘリカルアンテナはさらに細い線材を使用する必要があるので、使用する姿勢や引き延ばす長さで正常な螺旋状を保持できない欠点がある。ヘリカルアンテナは、螺旋コイルを正確な螺旋状を保持しながら全長を変更して指向性等を調整できるが、螺旋状の正確な形状がずれると、予め設定している正確な指向性に調整できない欠点がある。
前記連結部が前記係止部に係止されて、前記スライダーが所定の位置に停止されるヘリカルアンテナ。
図1は、RFIDの情報の収集や管理を行うRFタグの読み取り装置50の一例を示す概略斜視図である。RFIDは、電波を用いてRFタグの情報を非接触で読み書きする自動認識技術で、近年では、商品の管理や無人レジ等に利用されている。この技術によると、複数のRFタグを離れた位置から一括で読み取り、瞬時に固体を識別することが可能であるため極めて便利である。RFIDは、RFIDリーダ側から送信する電波を利用することにより、商品等に取り付けられたRFタグ内にあるアンテナを介してICチップを起動し、RFIDリーダに入力された情報の書き込みを行うと共に、RFタグから送信される電波をRFIDリーダで受信してRFタグの情報を読み取るものである。図1に示すRFタグの読み取り装置50は、RFタグのデータを読み書きする端末(例えば、RFIDリーダ)である本体機器51と、本体機器51からのデータを送信し、かつRFタグからのデータを受信するアンテナ部52とを備えている。図1に示すアンテナ部52は、外観をペン型としており、内部には螺旋コイル2を内蔵しているヘリカルアンテナ1である。
図1~図6に示すヘリカルアンテナ1は、導電性のある線材が螺旋状に巻かれてなる螺旋コイル2と、螺旋コイル2の外側に配置されて、内周面を螺旋コイル2の摺動面としてなる外側ガイド筒5と、螺旋コイル2の内側に配置されて、外周面を螺旋コイル2の摺動面としてなる内側ガイドロッド4と、螺旋コイル2を、外側ガイド筒5の内周面と内側ガイドロッド4の外周面に沿って移動させて、螺旋コイル2の長さを変更するスライド部6と、スライド部6を所定の位置で停止させるストッパ部7とを備えている。このヘリカルアンテナ1は、導電性のある線材を螺旋状に巻かれた螺旋コイル2を電波の放射素子としている。このヘリカルアンテナ1は、螺旋コイル2のピッチ長(螺旋を1周した時の軸方向の距離)を変化させることにより螺旋コイル2の形状を変化させて電波の放射パターンを変化させて指向性を変化させる。
螺旋コイル2は、導電性のある線材を所定の巻き径で螺旋状に巻いたものである。導電性のある線材には、好ましくは、抵抗の小さい金属線が使用できる。金属線には、例えば、銅線や銅合金からなる単線が使用される。螺旋コイル2は、金属線を螺旋状に巻いた状態で所定の形状に保持されると共に、軸方向に長さを変更できる伸縮性を有するように形成される。このような特性を実現するために、螺旋コイル2を構成する金属製の線材には、一例として弾性金属線を使用することができる。弾性金属線を螺旋状に巻いて形成される螺旋コイル2は、金属の弾性により、コイルの軸方向に伸縮できるコイルスプリングとして、容易に軸方向に長さを変更できる特性を実現できる。このような金属として、例えばリン青銅等の弾性金属線が使用できる。コイルスプリングである螺旋コイル2は、使用線材の種類や太さ、巻き径等によりバネ常数が特定される。ここで、螺旋コイル2の巻き径とは、1巻きの直径とする。ただ、金属線には、上記以外の金属線も使用できる。
内側ガイドロッド4は、螺旋コイル2の内側に挿入された柱状のロッドで、螺旋コイル2と同軸に配置されている。内側ガイドロッド4は、所定の巻き径の螺旋状に巻かれた螺旋コイル2の内径に等しい外径としている。図2~図5に示す内側ガイドロッド4は、外形を円柱状としており、この外周面を、伸縮する螺旋コイル2の摺動面としている。内側ガイドロッド4は、螺旋コイル2と同軸に設置することにより、螺旋コイル2の螺旋形状を維持して所定の形状に保形する保持部材としている。また、内側ガイドロッド4は、螺旋コイル2の長さを変更させてアンテナ1の指向性を調整する際には、軸方向に伸縮される螺旋コイル2のガイド部材としても機能する。
外側ガイド筒5は、螺旋コイル2を損傷等から保護するために設置する。外側ガイド筒5は、螺旋コイル2の外側に配置された筒体で、螺旋コイル2と同軸に配置されている。外側ガイド筒5は、所定の巻き径の螺旋状に巻かれた螺旋コイル2の外径に等しい内径としている。図2~図5に示す外側ガイド筒5は、内形を円柱状とする円筒状としており、この内周面を、伸縮する螺旋コイル2の摺動面としている。外側ガイド筒5は、螺旋コイル2と同軸に設置することにより、螺旋コイル2の螺旋形状を維持して所定の形状に保形する保持部材としている。また、外側ガイド筒5は、螺旋コイル2の長さを変更させてアンテナ1の指向性を調整する際には、軸方向に伸縮される螺旋コイル2のガイド部としても機能する。外側ガイド筒5は、螺旋コイル2からの電波の放射の妨げとならないよう、電波の透過率が高い材料で成形される。外側ガイド筒5は、例えば、硬質のプラスチックで成形することで、安価で軽量にしながら優れた強度にできる。
スライド部6は、螺旋コイル2を、外側ガイド筒5の内周面または内側ガイドロッド4の外周面に沿って移動させて、螺旋コイル2の長さを変更する。ヘリカルアンテナ1は、スライド部6によって螺旋コイル2の全長を変化させて、螺旋コイル2のピッチ長(p)を変化させることで螺旋コイル2の形状を変化させて指向性を変化させる。図2と図3に示すヘリカルアンテナ1は、負荷がかからない状態での自然長(L0)が伸長長さ(L1)と等しく、あるいはやや大きい(図2参照)螺旋コイル2を使用し、この螺旋コイル2を収縮させることで螺旋コイル2の全長を収縮長さ(L2)まで変化させて(図3参照)アンテナのピッチ長(p)が小さくなるように螺旋コイル2の全長を変化させる構造としている。
ストッパ部7は、スライド部6を螺旋コイル2を所定の位置で停止させる。ストッパ部7は、長さが変更される螺旋コイル2の伸長状態と収縮状態においてスライド部6を停止させて、螺旋コイル2を所定の長さに保持する。図2においては、伸長状態の螺旋コイル2で押圧されるスライダー11が当接する当接部24をストッパ部7とし、図3においては、収縮状態の螺旋コイル2で押圧されるスライダー11を係止状態で定位置に停止させる係止凸部16と係止穴23をストッパ部7としている。
さらに、図1に示すヘリカルアンテナ1は、螺旋コイル2を収納する外装ケース9を備えている。図1のヘリカルアンテナ1の外装ケース9は、螺旋コイル2の軸方向に延長された柱状であって、全体の外観をペン型としている。外装ケース9を細長い棒状として外観をペン型とするヘリカルアンテナ1は、ペンを持つ感覚で棒状の外装ケース9を把持することができる。図の外装ケース9は、外形を円柱状のペン型としているが、外装ケース9は、外形を多角柱状のペン型とすることもできる。外装ケース9をペン型とするヘリカルアンテナ1は、図1に示すように、その先端に接触部53を設けて、タッチペンの機能を持たせることができる。この接触部53は、ヘリカルアンテナ1による電波の送受信に影響を与えないような材質であって、本体機器51等に設けたタッチパネル54を操作する際に、接触状態でタッチパネル54が反応する材質が使用される。この読み取り装置50は、アンテナ部52をタッチペンに兼用することで便利に使用できる。特に、RFタグを読み取った後に、そのままタッチパネルの操作が可能となり作業効率が上がる。さらに、ペン型のヘリカルアンテナ1は、先端部に筆記具を装着することもでき、アンテナを筆記用のペンに兼用することで、備品管理等の作業時において効率化を図ることができる。このような筆記具にも、アンテナによる電波の送受信に悪影響を与えないような材質のものが使用できる。
情報伝達部55は、同軸ケーブル等であり、送信する電波を本体機器51からアンテナ部52に伝送し、また、受信した電波をアンテナ部52から本体機器51に伝送するためのものである。また、情報伝達部55はケーブルとせず、Bluetooth等の無線で本体機器51と通信する機構としてもよく、この場合はBluetooth等の電源やヘリカルアンテナ1への給電が独立して必要となるため、アンテナ部52にバッテリーが搭載される。
本体機器51は、ヘリカルアンテナ1で送受信する電波の復調や処理を行う。本体機器51は、ヘリカルアンテナ1で送受信する電波をデジタル変調により微調整することもできる。
さらに、ヘリカルアンテナ1は、スライド部6を図10と図11に示す構造とすることもできる。図に示すスライド部6は、外側ガイド筒5の内周面を摺動するスライダー11を備えている。図のスライダー11は、外側ガイド筒5と内側ガイドロッド4の間に配置された筒体としている。このスライダー11は、外側ガイド筒5と内側ガイドロッド4の間に配置された螺旋コイル2の先端を固定している。さらに、スライダー11は、外側ガイド筒5を貫通する連結部15を介して配置された操作部14を備えている。スライド部6は、操作部14とスライダー11の連結部15を外側ガイド筒5のガイドスリット22に配置しており、連結部15をガイドスリット22に沿って移動させることで、スライダー11を外側ガイド筒5に沿って軸方向に移動できるようにしている。図に示すスライダー11は、外側ガイド筒5の対向する両側(図において上下)を貫通する連結部15を介して操作部14を連結している。操作部14は、外側ガイド筒5の両側に突出する連結部15を連結する形状であって、図に示す操作部14は、外側ガイド筒5の外周面に沿うリング状としている。
以上のヘリカルアンテナ1は、螺旋コイル2の内側に配置された内側ガイドロッド4と螺旋コイル2の外側に配置された外側ガイド筒5とを備えているが、ヘリカルアンテナ1は、内側ガイドロッドを省略して外側ガイド筒5のみを備えることもできる。このヘリカルアンテナ1は、外側ガイド筒5の内周面を螺旋コイル2の摺動面として螺旋コイル2を外側ガイド筒5の内周面に沿って移動させて、螺旋コイル2の長さを変更させる。このヘリカルアンテナ1は、例えば、螺旋コイル2として、負荷がかからない状態での自然長(L0)が伸長長さ(L1)と等しく、あるいはやや大きく、かつ伸長長さ(L1)における外径が外側ガイド筒5の内径とほぼ等しい螺旋コイル2を使用し、この螺旋コイル2を収縮させることで螺旋コイル2の全長を収縮長さ(L2)まで変化させてアンテナのピッチ長(p)を調整する構造とする。このヘリカルアンテナ1は、螺旋コイル2を縮める方向にスライド部6を移動させる状態では、前述のように収縮しようとする螺旋コイル2が太短く変化しようとするが、この状態で、螺旋コイル2は、外周縁が外側ガイド筒5の内周面に接近して変形が抑制されることで所定の巻き径に保持されながら収縮する。したがって、螺旋コイル2は、伸長状態と収縮状態の両方において、外周縁が外側ガイド筒5の内周面に沿って移動することで所定の形状に保持されながら伸縮される。このヘリカルアンテナ1は、内側ガイドロッド4を省略することで、構造を簡単にして安価に製造できる。
さらに、ヘリカルアンテナ1は、外側ガイド筒5を省略して内側ガイドロッドのみを備えることもできる。このヘリカルアンテナは、内側ガイドロッド4の外周面を螺旋コイル2の摺動面として螺旋コイル2を内側ガイド筒4の外周面に沿って移動させて、螺旋コイル2の長さを変更させる。このヘリカルアンテナ1は、例えば、螺旋コイル2として、負荷がかからない状態での自然長(L0)が収縮長さ(L2)と等しく、あるいはやや小さく、かつ収縮長さ(L2)における内径が内側ガイドロッド4の外径とほぼ等しい螺旋コイル2を使用し、この螺旋コイル2を伸長させることで螺旋コイル2の全長を伸長長さ(L1)まで変化させてアンテナのピッチ長(p)を調整する構造とする。このヘリカルアンテナ1は、螺旋コイル2を伸ばす方向にスライド部6を移動させる状態では、前述のように伸長しようとする螺旋コイル2が細長く変化しようとするが、この状態で、螺旋コイル2は、内周縁が内側ガイドロッド4の外周面に接近して変形が抑制されることで所定の巻き径に保持されながら伸長する。したがって、螺旋コイル2は、伸長状態と収縮状態の両方において、内周縁が内側ガイドロッド4の外周面に沿って移動することで所定の形状に保持されながら伸縮される。このヘリカルアンテナ1は、外側ガイド筒5を省略することで、構造を簡単にして安価に製造できる。このヘリカルアンテナ1は、例えば、外装ケース9に収納することで、螺旋コイル2を保護できる。
さらに、外側ガイド筒5を省略して内側ガイドロッド4のみを備えるヘリカルアンテナ1は、図12に示す構造とすることもできる。図12に示すスライド部6は、内側ガイドロッド4の外周面を摺動するスライダー11を備えている。図のスライダー11は、内側ガイドロッド4の外周面に沿って配置されたスライド筒33としている。このスライド筒33は、内側ガイドロッド4の外周面に沿って配置された螺旋コイル2の先端を固定している。さらに、スライド筒33は、内側ガイドロッド4を貫通してなる連結ロッド35と、スライド筒33を外部から操作するための操作部34が連結されている。図に示す操作部34は、外装ケース9を貫通する状態で配置されて、外装ケース9の外部から操作できるようにしている。
図1に示すRFタグの読み取り装置50は、機器本体51とアンテナ部52とを別部材としているが、RFタグの読み取り装置50は、図13に示すように、機器本体51の内部にヘリカルアンテナ1を内蔵することもできる。図13に示すRFタグの読み取り装置50は、機器本体51が、タッチパネル54の両側に、円柱状の握り部56を設けており、一方の握り部56にヘリカルアンテナ1を内蔵している。このヘリカルアンテナ1も握り部56を形成するケーシングから表出する操作部14を操作することで内蔵する螺旋コイル2の長さを変更して指向性を調整しながら便利に使用できる。
2…螺旋コイル
4…内側ガイドロッド
5…外側ガイド筒
6…スライド部
7…ストッパ部
9…外装ケース
11…スライダー
11A…開口部
12…弾性アーム部
13…リセット部
14…操作部
15…連結部
16…係止凸部
17…アーム部
18…解除凸部
20…給電部
21…反射板
22…ガイドスリット
23…係止穴
24…当接部
25…本体部
26…先端キャップ部
27…握り部
28…連結筒部
30…対象物
31…係止部
33…スライド筒
34…操作部
35…連結ロッド
36…ガイドスリット
37…係止部
50…読み取り装置
51…本体機器
52…アンテナ部
53…接触部
54…タッチパネル
55…情報伝達部
56…握り部
Claims (8)
- 導電性のある線材が螺旋状に巻かれてなる螺旋コイルと、
前記螺旋コイルの外側に配置されて、内周面を前記螺旋コイルの摺動面としてなる外側ガイド筒と、
前記螺旋コイルを前記外側ガイド筒の内周面に沿って移動させて、前記螺旋コイルの長さを変更するスライド部と、
前記スライド部を所定の位置で停止させるストッパ部とを備えるヘリカルアンテナ。 - 導電性のある線材が螺旋状に巻かれてなる螺旋コイルと、
前記螺旋コイルの内側に配置されて、外周面を前記螺旋コイルの摺動面としてなる内側ガイドロッドと、
前記螺旋コイルを前記内側ガイドロッドの外周面に沿って移動させて、前記螺旋コイルの長さを変更するスライド部と、
前記スライド部を所定の位置で停止させるストッパ部とを備えるヘリカルアンテナ。 - 導電性のある線材が螺旋状に巻かれてなる螺旋コイルと、
前記螺旋コイルの外側に配置されて、内周面を前記螺旋コイルの摺動面としてなる外側ガイド筒と、
前記螺旋コイルの内側に配置されて、外周面を前記螺旋コイルの摺動面としてなる内側ガイドロッドと、
前記螺旋コイルを、前記外側ガイド筒の内周面と前記内側ガイドロッドの外周面に沿って移動させて、前記螺旋コイルの長さを変更するスライド部と、
前記スライド部を所定の位置で停止させるストッパ部とを備えるヘリカルアンテナ。 - 請求項1または3に記載のヘリカルアンテナであって、
前記スライド部が、
前記外側ガイド筒の内周面を摺動するスライダーと、
前記外側ガイド筒に係止される弾性アーム部と、
前記弾性アーム部の係止状態を解除するリセット部とを備え、
前記スライダーは、前記外側ガイド筒を貫通して表面に突出してなる操作部を備え、
前記外側ガイド筒は、
前記操作部と前記スライダーとの連結部を長手方向に移動させるガイドスリットと、
前記弾性アーム部の先端に設けてなる係止凸部を係止する係止穴とを備え、
前記係止凸部と前記係止穴とで前記ストッパ部を構成しており、
前記操作部が操作されて、前記連結部が前記外側ガイド筒の前記ガイドスリットに沿って移動されて、前記外側ガイド筒に沿って移動する前記スライダーを介して前記螺旋コイルの長さが変更され、
前記弾性アーム部の前記係止凸部が前記係止穴に係止されて、前記スライダーが所定の位置に停止されるヘリカルアンテナ。 - 請求項1または3に記載のヘリカルアンテナであって、
前記スライド部が、前記外側ガイド筒の内周面を摺動するスライダーを備え、
前記スライダーは、前記外側ガイド筒を貫通する連結部を介して配置された操作部を備えており、
前記外側ガイド筒は、前記連結部を長手方向に移動させるガイドスリットを備えると共に、前記ガイドスリットの端部に前記連結部を係止する係止部を設けて前記ストッパ部としており、
前記操作部が操作されて、前記連結部が前記外側ガイド筒の前記ガイドスリットに沿って移動されて、前記外側ガイド筒に沿って移動する前記スライダーを介して前記螺旋コイルの長さが変更され、
前記連結部が前記係止部に係止されて、前記スライダーが所定の位置に停止されるヘリカルアンテナ。 - 請求項2または3に記載のヘリカルアンテナであって、
前記スライド部が、前記内側ガイドロッドの外周面を摺動するスライド筒を備え、
前記スライド筒は、前記内側ガイドロッドを貫通してなる連結ロッドと、前記スライド筒を外部から操作するための操作部が連結されており、
前記内側ガイドロッドは、前記スライド筒に連結された前記連結ロッドを長手方向に移動させるガイドスリットを備えると共に、前記ガイドスリットの端部に前記連結部を係止する係止部を設けて前記ストッパ部としており、
前記操作部が操作されて、前記連結ロッドが前記内側ガイドロッドの前記ガイドスリットに沿って移動されて、前記内側ガイドロッドに沿って移動する前記スライド筒を介して前記螺旋コイルの長さが変更され、
前記連結ロッドが前記係止部に係止されて、前記スライド筒が所定の位置に停止されるヘリカルアンテナ。 - 請求項1ないし6のいずれか一項に記載のヘリカルアンテナであって、さらに、
前記螺旋コイルを内蔵する外装ケースを備えており、
前記外装ケースが、前記螺旋コイルの軸方向に延長された柱状で、外形をペン型としてなるヘリカルアンテナ。 - 請求項1ないし7のいずれか一項に記載のヘリカルアンテナを備えるRFタグの読み取り装置。
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JP2022057465A JP7198379B1 (ja) | 2022-03-12 | 2022-03-12 | ヘリカルアンテナとヘリカルアンテナを備えるrfタグの読み取り装置 |
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JP2022057465A JP7198379B1 (ja) | 2022-03-12 | 2022-03-12 | ヘリカルアンテナとヘリカルアンテナを備えるrfタグの読み取り装置 |
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JP2022057465A Active JP7198379B1 (ja) | 2022-03-12 | 2022-03-12 | ヘリカルアンテナとヘリカルアンテナを備えるrfタグの読み取り装置 |
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JP2777978B2 (ja) * | 1995-03-22 | 1998-07-23 | 防衛庁技術研究本部長 | コニカルスパイラルアンテナ |
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