JP2019036481A - 電気回路遮断装置 - Google Patents
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電気回路遮断装置は、ハウジング内に点火器、発射体(ピストン)、導体などが収容されたものが知られている(特許文献1〜6)。
特許文献4では、ケーシング13はステンレスからなるものである(段落番号0011)。
特許文献5では、ケース30は、電気絶縁性を有し、かつ強度の高い材料(例えば樹脂材料)によって形成されている(段落番号0034)。
ポリマー材料(樹脂材料)を使用したときは、例えば、特許文献1、2、5のそれぞれの図1などからも理解できるとおり、必要な強度を付与する点から、ハウジング(ケーシング)を厚肉にする必要がある。
ステンレスのケーシング13を使用したときは、質量の増加が大きくなるほか、絶縁ケース14を組み合わせて配置する必要があるため、構造および組み立てが複雑になる。
特許文献6は、金属製のシリンダーを使用して樹脂製のハウジングを補強することで、特許文献1〜5にはない作用効果が得られている。
前記導体片が、両端側の第1接続部、第2接続部および中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交して配置されているものであり、
前記棒状発射体が、先端面に突起部を有しており、前記突起部が前記導体片の切断部の一部を貫通して前記絶縁空間内に位置されているものであり、
前記閉鎖されたガス充填空間のガス出口が、前記棒状発射体の先端面の突起部と同軸上に間隔をおいて前記絶縁空間に面して配置されているものである、電気回路遮断装置を提供する。
ハウジングは、点火器、発射体、シリンダー、導体片などの部品を収容したり、取り付けたりすることができる形状、構造および大きさのものである。
点火器は、点火薬を備えた点火部と通電するための導電ピンを備えたものであり、作動時には、外部電源から通電することで点火薬を燃焼させ、燃焼ガスや火炎などの燃焼生成物を発生させるものである。
導体片は、両端側の接続部(第1接続部と第2接続部)と中間部分の切断部からなる板片であり、電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成するためのものである。
導体片の形状は、ハウジングに対する取り付け部分の形状および構造に対応した形状になっている。
棒状発射体は、棒状発射体の先端面に突起部を有している。突起部は、鋭利な先端部を有している棒状突起部が好ましい。
また突起部は、鋭利な先端部を有し、周壁部に複数の貫通孔を有する筒状突起部でもよい。前記筒状突起部であると、ガスが筒状突起部の内部を通った後、前記貫通孔から流出される。
棒状発射体は、突起部が導体片の切断部の一部を貫通してハウジング軸方向に配置されている。
棒状発射体の先端面(突起部が形成されている面で、突起部を除いた面)は、切断部と当接されていてもよいし、間隔をおいて対向されていてもよい。
棒状発射体は、ハウジングと同じ合成樹脂からなるものを使用することができる。
ガス充填空間内に充填するガスは、酸素を含まないガスであればよく、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス、窒素ガスなどを使用することができる。
絶縁空間は、合成樹脂のハウジングで囲まれた空間であり、作動時には棒状発射体が移動する空間である。
閉鎖されたガス充填空間は、ガス出口が絶縁空間に面しかつ前記突起部と軸方向に対向するように配置されている。
このように切断部が切断されることで、電気的に不通となり、電気回路が遮断されると共に、絶縁空間内にガスが流出されるため、アークが発生しても速やかに消弧される。
ガスボンベを使用したとき、ガス出口を破裂板で閉塞しておくことで、作動時には棒状発射体の先端面の突起部で破壊され、ガスが流出されるようにすることができる。
前記導体片が、両端側の第1接続部、第2接続部および中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交して配置されているものであり、
前記棒状発射体が、先端面側に形成された中空部内に前記ガス充填空間を有し、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に対向して配置されているものであり、
前記絶縁空間を形成するハウジングの第2端部側が、前記棒状発射体の先端面に対向する位置に固定された突起部を有しているものである、電気回路遮断装置を提供する。
第2実施形態の電気回路遮断装置では、閉鎖されたガス充填空間が棒状発射体の先端面側の中空部内に形成されている。
このため、前記ガス充填空間を穿孔してガスを流出させるための筒状突起部は、前記棒状発射体の先端面に対向する位置(すなわち、前記ガス充填空間)に固定されている。
このように切断部が切断されることで、電気的に不通となり、電気回路が遮断されると共に、絶縁空間内にガスが流出されるため、アークが発生しても速やかに消弧される。
前記ハウジングの第1端部側のロッド部と、前記ロッド部と接続された前記ハウジングの第2端部側の先端拡径部を有しているものであり、
前記先端拡径部の外径が前記ロッドの外径よりも大きくなっており、前記先端拡径部内部に閉鎖されたガス充填空間を有しているものである。
ハウジング内壁面とシリンダーの外周面は、互いに接触していることが好ましい。
シリンダーの内周面と棒状発射体の外周面は、互いに接触していてもよいが、作動時に移動し易くするため、僅かな隙間が形成されて配置されていることが好ましい。
シリンダーの幅方向の断面形状と棒状発射体の断面形状は、同じであることが好ましいが、部分的に異なっていてもよい。
図1、図2により本発明の電気回路遮断装置1の実施形態を説明する。
合成樹脂からなるハウジング(樹脂ハウジング)10は、第1端部11から第2端部12まで貫通された筒状空間13を有している。
ハウジング10は、組み立て作業を簡単にするため、必要に応じて厚さ方向または長さ方向に分割できるようになっていてもよい。
ガスボンベ70と導体片50の間には、閉鎖された絶縁空間60が形成されている。絶縁空間60は、作動時における棒状発射体40(先端拡径部42と突起部45)の移動空間であり、作動時に切断された導体片50の切断部53が保持される空間である。
るものである。
点火器20は、点火部21と導電ピン23を有する点火器本体の一部が樹脂で包囲された樹脂部22を有しており、樹脂部22から点火部21が突き出されたものである。
棒状発射体40は、ロッド部41と、ロッド部41の先に形成された先端拡径部42を有している。先端拡径部42の外径は、ロッド部41の外径よりも大きくなっている。
図2に示す棒状発射体40の先端拡径部42の外径(D1)と絶縁空間60の内径(d1)は、d1>D1の関係を有しており、d1−D1から求められる間隙が存在している。
ロッド部41の幅方向の断面形状は円形であり、先端拡径部42の幅方向の断面形状は四角形(好ましくは正方形)または円形であるが、正方形がより好ましい。
なお、ロッド部41には、一部の外径が小さくなったくびれ部または環状溝部を形成して、ゴム(例えばシリコーンゴム)や合成樹脂からなるOリングを嵌め込むこともできる。
棒状発射体40は、先端面(先端拡径部42の先端面)42aから突き出された先端が鋭利な形状の突起部45を有している。
突起部45は樹脂製のものであり、先端が鋭利な形状の円柱形状または角柱形状のもの、先端が鋭利な形状の円柱形状または角柱形状のもので、縦方向にガス通路となる複数の溝を有しているもの、先端が鋭利な形状の円筒状または角筒状のもの、先端が鋭利な形状の円筒状または角筒状のもので、周壁面に厚さ方向に貫通したガス通路となる複数の貫通孔を有しているものを使用することができる。
導体片50は、両端側の第1接続部51、第2接続部52と中間部分の切断部53からなる板片である。
第1接続部51と第2接続部52は、電気回路において他の導体(例えば、リードワイヤ)と接続するためのものであり、切断部53は、作動時において切断されて電気回路を遮断できるようにするためのものである。
導体片50と棒状発射体40は、棒状発射体40の先端面42aが切断部53に当接され、かつ突起部45が切断部53の一部を貫通して配置されている。突起部45は絶縁空間60内に位置している。
突起部45が一部を貫通した切断部53の幅(w1)と突起部45の幅w2(または外径)は、w2/w1が0.05〜0.1程度であることが好ましい。
第1脆弱部54a、54bは、切断部53の幅方向に形成された同じ深さ、同じ幅、同じ長さの溝である。
第2脆弱部55a、55bは、切断部53の幅方向に形成された同じ深さ、同じ幅、同じ長さの溝である。
第1脆弱部54a、54bの溝幅は、第2脆弱部55a、55bの溝幅よりも狭くなっているため、第1面54の強度よりも第2面55の強度の方が小さくなっている。
ボンベ70の閉塞されたガス出口71は絶縁空間60に面しており、突起部45と軸方向に間隔をおいて対向配置されている。
ガス出口71の内径は、切断部53(作動時の切断片53a)の長さよりも短くなっている。
図1に示す電気回路遮断装置1は、異常電流を検知するセンサーなどと組み合わせて、例えば電気回路に異常電流が流れたときに自動的に作動を開始するようにすることができるほか、人為的に作動するようにすることもできる。
電気回路に異常が生じたときには、点火器20が作動して、点火部21から燃焼ガスを含む燃焼生成物が発生する。
点火部21は筒状空間13に面しているため、発生した燃焼生成物は筒状空間13内を直進して、発射体40のロッド部41に衝突する。
その後、図1(b)に示すとおり、棒状発射体40と切断部53の切断片53aが絶縁空間60内を移動して、切断片53aは先端拡径部の先端面42aにより絶縁空間の第2開口部12側の端部面となるガス出口71に押しつけられた状態になって電気絶縁的に保持される(切断片53aの長さ>ガス出口71の内径)。なお、切断片53aは長方形、ガス出口71は円形であるから、切断片53aによりガス出口71が閉塞されることはない。
この動作により導体片50の両端にある第1接続部51と第2接続部52は電気的に不通状態となるため、装置1を配置した電気回路は遮断される。
さらにこのような動作過程において、ガスボンベ70の閉塞されたガス出口71は突起部45に破壊されて開口し、内部から高圧ガスが噴出される。このとき、棒状発射体40の先端拡径部42と絶縁空間60の間に存在する隙間(例えば、d1−D1から求められる隙間)を通ってガスが移動するため、アークが発生した場合でも直ちに消弧される。
従来、十分な消弧効果を得るためには、作動前の切断部53から絶縁空間60の第2開口部12側の端部面となるガス出口71までの距離(以下「消弧距離」という)を長くする必要があるが、本発明ではガスにより消弧することができるため、前記消弧距離を短くすることができ、それにより電流回路遮断装置1自体をより小さく、かつ軽量にすることができる。
図3により本発明の電気回路遮断装置100の実施形態を説明する。
合成樹脂からなるハウジング(樹脂ハウジング)100内には、第1端部111側が開口され、第2端部112側が閉塞された筒状空間113が存在している。
ハウジング100は、組み立て作業を簡単にするため、必要に応じて厚さ方向または長さ方向に分割できるようになっていてもよい。
ハウジング100の筒状空間113内には第1端部111から軸方向反対側の第2端部112に向かって順に、点火器120、合成樹脂からなる棒状発射体140、電気回路の一部を形成させるための導体片150、ハウジングの第2端部112と導体片150の間に閉鎖された絶縁空間160が配置されている。
点火器120と第1端部111の開口部の間には、使用時において電源とリードワイヤで接続されたコネクタ嵌め込み部115が形成されている。
点火器120は、点火部121と導電ピン123を有する点火器本体の一部が樹脂で包囲された樹脂部122を有しており、樹脂部122から点火部121が突き出されたものである。
棒状発射体140は、ロッド部141と、ロッド部141の先に形成された先端拡径部142を有している。先端拡径部142の外径は、ロッド部141の外径よりも大きくなっている。
棒状発射体140は、先端拡径部142の先端面142a側にガス充填空間130を有している。ガス充填空間130は、棒状発射体140の先端拡径部142内に形成された閉鎖空間内にガスが充填された空間であり、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス、窒素ガスなどが充填されている。
ガス充填空間130にガスを充填する方法は、予め形成されているガス充填孔を介してガスを充填した後、充填孔に差し込んだ樹脂製のピンと共に先端拡径部142を溶融させて閉塞する方法を適用することができる。
なお、ガス充填空間130に代えて、ガス充填空間130内に小型ガスボンベを配置することもできる。
棒状発射体140の先端拡径部142の外径(D1)と絶縁空間160の内径(d1)は、d1>D1の関係を有しており、d1−D1から求められるガスが通過できる間隙が存在している。
ロッド部141の幅方向の断面形状は円形であり、先端拡径部142の幅方向の断面形状は四角形(好ましくは正方形)または円形であるが、正方形がより好ましい。
なお、ロッド部141には、一部の外径が小さくなったくびれ部または環状溝部を形成して、ゴム(例えばシリコーンゴム)や合成樹脂からなるOリングを嵌め込むこともできる。
導体片150は、両端側の第1接続部151、第2接続部152と中間部分の切断部153からなる板片である。切断部153は、図2と同じ脆弱部を有している。
第1接続部151と第2接続部152は、電気回路において他の導体(例えば、リードワイヤ)と接続するためのものであり、切断部153は、作動時において切断されて電気回路を遮断できるようにするためのものである。
導体片150と棒状発射体140は、棒状発射体140の先端面142aが切断部153にハウジング軸方向に対向して当接されている。
突起部145は樹脂製のものであり、先端が鋭利な形状の円柱形状または角柱形状のもの、先端が鋭利な形状の円柱形状または角柱形状のもので、縦方向にガス通路となる複数の溝を有しているもの、先端が鋭利な形状の円筒状または角筒状のもの、先端が鋭利な形状の円筒状または角筒状のもので、周壁面に厚さ方向に貫通したガス通路となる複数の貫通孔を有しているものを使用することができる。
図3(a)に示す電気回路遮断装置100は、異常電流を検知するセンサーなどと組み合わせて、例えば電気回路に異常電流が流れたときに自動的に作動を開始するようにすることができるほか、人為的に作動するようにすることもできる。
電気回路に異常が生じたときには、点火器120が作動して、点火部121から燃焼ガスを含む燃焼生成物が発生する。
点火部121は、筒状空間113に面しているため、発生した燃焼生成物は筒状空間113内を直進して、発射体140のロッド部141に衝突する。
その後、図3(b)に示すとおり、棒状発射体140と切断部153の切断片153aが絶縁空間160内を移動した後、絶縁空間160の閉塞面161に固定された突起部145に衝突する。衝突により突起部145は切断片153aに突き刺さって貫通した後、先端拡径部142にも突き刺さってガス充填空間130を開口するため、内部のガスが放出される。
切断片153aは先端拡径部の先端面142aにより絶縁空間の閉塞面161に押しつけられた状態になって電気絶縁的に保持される。
この動作により導体片150の両端にある第1接続部151と第2接続部152は電気的に不通状態となるため、装置100を配置した電気回路は遮断される。
さらにこのような動作過程において、ガス充填空間130は突起部145に破壊されて開口し、内部のガスが噴出される。このとき、棒状発射体140の先端拡径部142と絶縁空間160の間に存在する隙間(例えば、d1−D1から求められる隙間)を通ってガスが移動するため、アークが発生した場合でも直ちに消弧される。
従来、十分な消弧効果を得るためには、作動前の切断部153から絶縁空間160の第2開口部112側の端部面161までの距離(以下「消弧距離」という)を長くする必要があるが、本発明ではガスにより消弧することができるため、前記消弧距離を短くすることができ、それにより電流回路遮断装置1自体をより小さく、かつ軽量にすることができる。
10、110 ハウジング
20、120 点火器
45、145 突起部
50、150 導体片
60、160 絶縁空間
70 ガスボンベ
130 ガス充填空間
Claims (7)
- 合成樹脂からなるハウジング内において、前記ハウジングの第1端部側からハウジング軸方向反対側の第2端部側に向かって順に、点火器、合成樹脂からなる棒状発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片および閉鎖されたガス充填空間が配置され、前記閉鎖されたガス充填空間のガス出口と前記導体片の間に閉鎖された絶縁空間を有しており、
前記導体片が、両端側の第1接続部、第2接続部および中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交して配置されているものであり、
前記棒状発射体が、先端面に突起部を有しており、前記突起部が前記導体片の切断部の一部を貫通して前記絶縁空間内に位置されているものであり、
前記閉鎖されたガス充填空間のガス出口が、前記棒状発射体の先端面の突起部と同軸上に間隔をおいて前記絶縁空間に面して配置されているものである、電気回路遮断装置。 - 前記閉鎖されたガス充填空間が、前記ガス出口が前記絶縁空間に面するように配置されたガスボンベである、請求項1記載の電気回路遮断装置。
- 合成樹脂からなるハウジング内において、前記ハウジングの第1端部側からハウジング軸方向反対側の第2端部側向かって順に、点火器、閉鎖されたガス充填空間を備えた、合成樹脂からなる棒状発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第2端部と前記導体片の間に閉鎖された絶縁空間を有しており、
前記導体片が、両端側の第1接続部、第2接続部および中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交して配置されているものであり、
前記棒状発射体が、先端面側に形成された中空部内に前記ガス充填空間を有し、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に対向して配置されているものであり、
前記絶縁空間を形成するハウジングの第2端部側が、前記棒状発射体の先端面に対向する位置に固定された突起部を有しているものである、電気回路遮断装置。 - 前記閉鎖されたガス充填空間を備えた、合成樹脂からなる棒状発射体が、
前記ハウジングの第1端部側のロッド部と、前記ロッド部と接続された前記ハウジングの第2端部側の先端拡径部を有しているものであり、
前記先端拡径部の外径が前記ロッドの外径よりも大きくなっており、前記先端拡径部内部に閉鎖されたガス充填空間を有しているものである、請求項3記載の電気回路遮断装置。 - 前記棒状発射体の先端面側の外径(D1)と前記絶縁空間の内径(d1)が、d1>D1の関係を有しており、d1−D1から求められる間隙の大きさが、ガスが移動できる最小間隔である、請求項1〜4のいずれか1項記載の電気回路遮断装置。
- 前記棒状発射体と前記ハウジング内壁面の間に金属からなるシリンダーが配置されているものである、請求項1〜5のいずれか1項記載の電気回路遮断装置。
- 前記導体片の切断部が、前記棒状発射体の先端面に対向する位置に脆弱部を有しているものである、請求項1〜6のいずれか1項記載の電気回路遮断装置。
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