JP6833301B2 - インク供給装置 - Google Patents

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本発明は、インク供給装置に関する。
下記の特許文献1に、インクジェットヘッド(ノズルヘッド)にインク(液状の膜材料)を循環させて、ノズル孔からインクを吐出する膜形成装置が開示されている。インクの循環経路に、貯蔵タンク、供給ポンプ、インクジェットヘッド、回収ポンプが、この順番に挿入されている。供給ポンプ及び回収ポンプから吐出されるインクの脈動を吸収するために、供給ポンプとインクジェットヘッドとの間、及びインクジェットヘッドと回収ポンプとの間の少なくとも一方にバッファタンクが挿入される場合がある。
バッファタンクには、流入口及び流出口が設けられている。インクが、流入口を通ってバッファタンク内に流入し、流出口を通って外部に流出する。バッファタンク内のインクの液面が、流入口及び流出口の高さまで達すると、液面の上に、バッファタンクの内面と液面とで囲まれて外部から隔離された空間が形成される。インクの脈動に応じて、バッファタンク内の液面が上下に変位する。バッファタンク内の液面の変位によって、インクジェットヘッドに伝わるインク流量の脈動が軽減される。
特開2014−91076号公報
バッファタンク内の液面が上下に変位することによって、液面が流出口のレベルより低くなると、バッファタンク内の空気が流出口から循環経路内に進入する。その結果、インク内に気泡が混入してしまう。インク内に気泡が混入すると、インクジェットヘッドからのインクの正常な吐出が困難になる。
本発明の目的は、インクへの気泡の混入を抑制することが可能なインク供給装置を提供することである。
本発明の一観点によると、
メインタンクから出て前記メインタンクに戻るインクの循環経路と、
前記循環経路の途中に設けられ、流入したインクを流出口から流出させるバッファタンクと、
前記バッファタンク内の空気を外部に排出させる開閉バルブと、
前記循環経路に設けられ、前記循環経路にインクを循環させるポンプと、
前記ポンプの動作、及び前記開閉バルブの開閉の制御を行う制御装置と
を有し、
前記ポンプにより前記バッファタンクに流入するインクの流量が脈動し、
前記制御装置は、
前記開閉バルブが開いた状態で前記ポンプを動作させて前記バッファタンクにインクを流入させ、
前記バッファタンク内のインクの液面が前記流出口よりも高いレベルまで達した状態で前記開閉バルブを閉じ、
前記開閉バルブを閉じた状態で前記ポンプを動作させて前記バッファタンク内のインクの液面を上下に変位させて前記バッファタンクから流出するインクの流量の脈動を吸収して前記循環経路にインクを循環させるインク供給装置が提供される。
バッファタンク内のインクの液面が流出口よりも高いレベルまで達しているため、液面が上下に変位しても、空気が流出口を通って流出してしまうことを抑制できる。


図1は、実施例によるインク吐出装置の概略図である。 図2は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図3は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図4は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図5は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図6は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図7は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図8は、インクの供給から、インクの吐出までの途中段階におけるインク吐出装置の概略図である。 図9は、比較例によるインク吐出装置の概略図である。 図10は、実施例によるインク吐出装置の洗浄時における概略図である。 図11は、他の実施例によるインク吐出装置の概略図である。
図1に、実施例によるインク吐出装置の概略図を示す。メインタンク21から出てメインタンク21に戻るインクの循環経路20が形成されている。この循環経路20にインクジェットヘッド40が挿入されている。インクジェットヘッド40よりも上流側の循環経路20にポンプ22が挿入されている。インクジェットヘッド40とポンプ22との間の循環経路20に、バッファタンク30が挿入されている。インクジェットヘッド40よりも下流側の循環経路20に他のポンプ23が挿入されている。インクジェットヘッド40とポンプ23との間の循環経路20に、他のバッファタンク50が挿入されている。
インクジェットヘッド40は、複数のノズル孔41を含む。ノズル孔41は、ステージ42に保持された基板43に対向する。インクジェットヘッド40は、ノズル孔41から基板43に向けてインクの液滴を吐出する。
ポンプ22及びポンプ23は、循環経路20内のインクを同一の方向に移送する。ポンプ22、23として、例えばダイアフラムポンプを用いることができる。ポンプ22、23の各々の上流側と下流側の循環経路20を流れるインクの流量は、ポンプ22、23の動作に応じて脈動する。
バッファタンク30に、流入管33、流出管34、開閉バルブ35、及びドレンバルブ37が取付けられている。流入管33及び流出管34は、バッファタンク30の上部からバッファタンク30内に挿入されている。流入管33は、ポンプ22の吐出口に接続されている。流出管34は、インクジェットヘッド40に接続されている。ポンプ22から吐出されたインクが、流入管33の下端の流入口31を通ってバッファタンク30内に流入する。バッファタンク30内のインクは、流出管34の下端の流出口32を通ってバッファタンク30から流出する。
開閉バルブ35は、流出口32のレベルよりも高い位置から、バッファタンク30内の空気を外部に排出するように構成されている。図1では、開閉バルブ35がバッファタンク30の上面に取付けられた例を示したが、開閉バルブ35をバッファタンク30の側面に取り付けてもよい。流入口31のレベルと流出口32のレベルとは、ほぼ等しい。ここで、「流入口31のレベル」は、流入口31が位置する水平面の高さを意味し、「流出口32のレベル」は、流出口32が位置する水平面の高さを意味する。
バッファタンク30にインクが流入すると、インクの液面が上昇する。継続してインクが流入すると、インクの液面が、流出口32のレベルまで達する。この状態で、液面の上に、バッファタンク30の内面と液面とで囲まれた閉じた空間が形成される。開閉バルブ35を開けた状態でバッファタンク30内にインクが流入すると、液面が上昇するとともに、この閉じた空間の空気が開閉バルブ35を通って外部に排出される。
バッファタンク30内にレベルセンサ36が配置されている。レベルセンサ36は、バッファタンク30内の液面のレベルを計測する。計測結果が制御装置60に入力される。レベルセンサ36として、超音波方式の液面レベルセンサ、フロート式液面レベルセンサ等を用いることができる。
他方のバッファタンク50も、バッファタンク30と同様に、流入管53、流入口51、流出管54、流出口52、開閉バルブ55、レベルセンサ56、及びドレンバルブ57を含む。流入管53がインクジェットヘッド40に接続されている。流出管54がポンプ23の吸込口に接続されている。
メインタンク21内にヒータ25が収容されている。ヒータ25は、メインタンク21
内のインクを加温する。循環経路20を循環するインクの温度を一定に保つために、メインタンク21内のヒータ25に加えて、循環経路20の途中にヒータを配置してもよい。
制御装置60が、ポンプ22、23の動作、開閉バルブ35、55の開閉を制御する。さらに、制御装置60は、インクジェットヘッド40からのインクの液滴の吐出を制御する。
図2〜図7を参照して、インク吐出装置へのインクの供給から、インクの吐出までの手順について説明する。
図2に示すように、メインタンク21内にインク70が貯蔵されている。制御装置60が開閉バルブ35、55を閉状態にする。この時点でインクジェットヘッド40は停止状態である。制御装置60がポンプ22、23を動作させる。これにより、メインタンク21内のインク70が、ポンプ22を経由してバッファタンク30に流入する。バッファタンク30へのインク70の流入が継続すると、バッファタンク30内の液面が徐々に上昇する。
図3に示すように、バッファタンク30内の液面が流出口32のレベルまで達した後、開閉バルブ35を開く。液面が流出口32のレベルまで達したか否かは、レベルセンサ36の計測結果から判定することができる。
開閉バルブ35が閉じたままであれば、液面が流出口32のレベルまで到達した後、インク70は流出口32を通ってバッファタンク30から流出し、インクジェットヘッド40に供給される。ところが、開閉バルブ35が開かれていると、インク70が流出することなく、液面が流出口32のレベルを超えてさらに上昇する。
図4に示すように、バッファタンク30内の液面が流出口32よりも高いレベルまで到達すると、制御装置60は開閉バルブ35を閉じる。液面が、流出口32よりも高いレベルまで到達したことは、レベルセンサ36の計測結果に基づいて検出することができる。開閉バルブ35を閉じると、バッファタンク30内の液面の上昇が停止し、インク70が流出口32を通って流出し始める。
図5に示すように、開閉バルブ35を閉じると、バッファタンク30を経由して、インクジェットヘッド40にインク70が供給される。インクジェットヘッド40がインク70で満たされると、インクジェットヘッド40から流出したインク70が、流入口51を通ってバッファタンク50に流入する。
図6に示すように、バッファタンク50内の液面が流出口52のレベルまで到達した後、制御装置60が開閉バルブ55を開く。液面が流出口52のレベルまで到達したか否かは、レベルセンサ56の計測結果から判定することができる。開閉バルブ55を開くと、バッファタンク50内の液面が、流出口52のレベルを超えてさらに上昇する。
図7に示すように、バッファタンク50内の液面が流出口52よりも高いレベルまで到達すると、制御装置60は開閉バルブ55を閉じる。開閉バルブ55を閉じた後は、バッファタンク50内のインク70が流出口52を通って流出する。バッファタンク50から流出したインク70は、ポンプ23を経由してメインタンク21に回収される。
図8に示すように、開閉バルブ35、55が閉じた状態で、インク70が循環経路20を循環する。この状態で、制御装置60がインクジェットヘッド40を動作させる。これにより、インクジェットヘッド40のノズル孔41から基板43に向かって、インクの液滴が吐出される。
ポンプ22から吐出されるインクの流量の脈動に応じて、バッファタンク30内の液面が上下に変位する。同様に、ポンプ23に吸引されるインクの流量の脈動に応じて、バッファタンク50内の液面が上下に変位する。バッファタンク30及び50内の液面が上下に変位することより、ポンプ22、23で発生したインクの流量の脈動が吸収される。このため、インクジェットヘッド40に流入し、インクジェットヘッド40から流出するインクの流量の脈動が低減される。その結果、インクジェットヘッド40からインクを安定して吐出することが可能になる。
次に、図9に示した比較例と比較して、上記実施例の優れた効果について説明する。
図9に、比較例によるインク吐出装置の概略図を示す。比較例においては、バッファタンク30、50に、開閉バルブ35、55(図1)及びレベルセンサ36、56(図1)が取付けられていない。
比較例では、バッファタンク30内の液面が流出口32のレベルまで到達した後、インクがバッファタンク30に流入すると、流入した量に相当するインクが流出口32を通って流出する。同様に、バッファタンク50内の液面が流出口52のレベルまで到達した後、インクがバッファタンク50に流入すると、流入した量に相当するインクが流出口52を通って流出する。
このため、バッファタンク30内の液面のレベルは、流出口32のレベルとほぼ同一に維持され、このレベルの近傍で上下に変位する。液面が流出口32のレベルより低くなると、バッファタンク30内の空気が流出口32を通ってインクジェットヘッド40に供給されてしまう。その結果、インクジェットヘッド40からのインクの吐出が不安定になる。
同様に、バッファタンク50内の液面のレベルは、流出口52のレベルとほぼ同一に維持され、このレベルの近傍で上下に変位する。液面のレベルの変位により、バッファタンク50内の空気が流出口52を通ってインクと共に流出する。これにより、循環経路20を循環するインクに気泡が混入される。インクに混入された気泡が、循環経路20を通ってインクジェットヘッド40まで達すると、インクジェットヘッド40からのインクの吐出が不安定になる。
上記実施例では、図8に示したように、バッファタンク30内の液面が、流出口32よりも高いレベルに維持される。流出口32よりも高いレベルの近傍で液面が上下に変位するため、流出口32は、常に液面よりも下方に位置する。従って、バッファタンク30内の空気が流出口32を通って循環経路20に進入してしまうことが防止される。同様に、バッファタンク50内の空気が流出口52を通って循環経路20内に進入してしまうことが防止される。
循環経路20への空気の進入の防止効果を高めるために、流出口32のレベルから、液面が最も下がったときの液面のレベルまで高さを、液面の変位の振幅に比べて十分大きくすることが好ましい。例えば、流出口32のレベルから、液面が最も下がったときの液面のレベルまでの高さを、液面の変位の振幅の2倍以上にすることが好ましい。
インクジェットヘッド40の動作中に、流入口31が液面の上方に露出していると、流入口31からインクが液面に向けて落下するときに、インク内に気泡が発生し易い。気泡の発生を防止するために、流入口31のレベルを、流出口32のレベルと同一か、それよりも低くすることが好ましい。同様に、バッファタンク50においても、流入口51のレベルを流出口52のレベルと同一か、それよりも低くすることが好ましい。
上記実施例では、図2に示したように、インク供給開始時に開閉バルブ35を閉じていた。その後、図3に示したように、バッファタンク30内の液面が流出口32のレベルに達した後に、開閉バルブ35を開いた。その他の方法として、インク供給開始時から開閉バルブ35を開いておいてもよい。この場合、図4に示したように、バッファタンク30内の液面のレベルが流出口32のレベルを超えた時点で開閉バルブ35を閉じればよい。同様に、インク供給開始時から開閉バルブ55を開いておいてもよい。
次に、図10を参照して、循環経路20、ポンプ22、23、バッファタンク30、50、及びインクジェットヘッド40の洗浄方法について説明する。
図10に、洗浄時におけるインク吐出装置の概略図を示す。洗浄前に、メインタンク21内のインクを廃棄する。さらに、ポンプ22、23を動作させることにより、循環経路20内のインクをメインタンク21に回収するとともに、廃棄する。バッファタンク30、50内に残ったインクは、それぞれドレンバルブ37、57を開くことにより廃棄される。
メインタンク21及び循環経路20内のインクを廃棄した後、メインタンク21内に洗浄液71を充填する。メインタンク21内に洗浄液71を充填した後、ポンプ22、23を動作させる。これにより、洗浄液71が循環経路20を循環する。バッファタンク30内の洗浄液71の液面のレベルは、図8に示したインク吐出時におけるインク70の液面のレベルより高く維持されている。このような状態は、図4に示した開閉バルブ35を閉じるタイミングを遅らせることにより実現可能である。同様に、バッファタンク50内の洗浄液71の液面のレベルも、図8に示したインク吐出時におけるインク70の液面のレベルより高く維持されている。
バッファタンク30、50内の洗浄液71の液面のレベルを高くすると、流量の脈動の伝搬を抑制するというバッファタンク30、50の機能が低下する。このため、ポンプ22、23で発生した洗浄液の流量の脈動が、インクジェットヘッド40まで伝わる。洗浄液の流量が脈動することにより、インクジェットヘッド40の洗浄効果を高めることができる。
さらに、バッファタンク30、50内の洗浄液71の液面のレベルが、インク吐出時のインク70(図8)の液面のレベルよりも高い。このため、インク70の液面のレベルの近傍の壁面に付着したインクの残渣を効率的に除去することができる。
上記実施例では、レベルセンサ36(図1)でバッファタンク30内の液面のレベルが計測される。この計測結果に基づいて、図3に示した開閉バルブ35を開くタイミング、及び図4に示した開閉バルブ35を閉じるタイミングが決定される。レベルセンサ36で液面のレベルを計測する代わりに、ポンプ22、23の動作開始からの経過時間に基づいて、液面の高さを推定することも可能である。
例えば、バッファタンク30へのインク70の流入開始から、予め設定された第1の時間が経過した時点で、図3に示した開閉バルブ35を開く制御を行ってもよい。さらに、開閉バルブ35を開いた時点から、予め設定された第2の時間が経過した時点で、図4に示した開閉バルブ35を閉じる制御を行ってもよい。経過時間に基づいて開閉バルブ35の開閉制御のタイミングを決定する場合には、レベルセンサ36を省略することが可能である。
バッファタンク50の液面のレベルも、ポンプ22、23の動作開始からの経過時間に基づいて推定することが可能である。従って、ポンプ22、23の動作開始からの経過時間に基づいて、開閉バルブ55の開閉制御を行うことも可能である。
次に、図11を参照して、他の実施例によるインク吐出装置について説明する。以下、図1に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
図11に、他の実施例によるインク吐出装置の概略図を示す。本実施例においては、開閉バルブ35、55が排気ポンプ65に接続されている。開閉バルブ35を開くと、バッファタンク30内が排気ポンプ65によって排気される。同様に、開閉バルブ55を開くと、バッファタンク50内が排気ポンプ65によって排気される。
バッファタンク30内を強制的に排気することにより、図3に示した開閉バルブ35を開いた状態で、バッファタンク30内の液面をより高いレベルまで到達させることが可能になる。同様に、図6に示した開閉バルブ55を開いた状態で、バッファタンク50内の液面をより高いレベルまで到達させることが可能になる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
20 循環経路
21 メインタンク
22、23 ポンプ
25 ヒータ
30 バッファタンク
31 流入口
32 流出口
33 流入管
34 流出管
35 開閉バルブ
36 レベルセンサ
37 ドレンバルブ
40 インクジェットヘッド
41 ノズル孔
42 ステージ
43 基板
50 バッファタンク
51 流入口
52 流出口
53 流入管
54 流出管
55 開閉バルブ
56 レベルセンサ
57 ドレンバルブ
60 制御装置
65 排気ポンプ
70 インク
71 洗浄液

Claims (2)

  1. メインタンクから出て前記メインタンクに戻るインクの循環経路と、
    前記循環経路の途中に設けられ、流入したインクを流出口から流出させるバッファタンクと、
    前記バッファタンク内の空気を外部に排出させる開閉バルブと、
    前記循環経路に設けられ、前記循環経路にインクを循環させるポンプと、
    前記ポンプの動作、及び前記開閉バルブの開閉の制御を行う制御装置と
    を有し、
    前記ポンプにより前記バッファタンクに流入するインクの流量が脈動し、
    前記制御装置は、
    前記開閉バルブが開いた状態で前記ポンプを動作させて前記バッファタンクにインクを流入させ、
    前記バッファタンク内のインクの液面が前記流出口よりも高いレベルまで達した状態で前記開閉バルブを閉じ、
    前記開閉バルブを閉じた状態で前記ポンプを動作させて前記バッファタンク内のインクの液面を上下に変位させて前記バッファタンクから流出するインクの流量の脈動を吸収して前記循環経路にインクを循環させるインク供給装置。
  2. 前記制御装置は、
    前記開閉バルブが開いた状態で前記ポンプを動作させて前記バッファタンクにインクを流入させる前に、
    前記開閉バルブを閉じた状態で前記ポンプを動作させ、
    前記バッファタンクに貯蔵されたインクの液面が、前記流出口のレベルまで達した後に、前記開閉バルブを開く請求項1に記載のインク供給装置。
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