JP3523702B2 - シールド工法用掘削添加材 - Google Patents
シールド工法用掘削添加材Info
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Description
盤を泥土圧式シールド工法で掘削するときの堀削添加材
に関するものである。
層でも安定して掘削できる添加材に関するものである。
設方法としてシールド工法があり、各種の工法が使用さ
れているが、近年、土圧式シールド工法が比較的使用さ
れている。
準示方書(シールド編)同解説第13条に示されている
ように機械式密閉型シールドの一種である。
ーヘッドにて掘削した土砂をチャンバー内に充満させ、
このチャンバー内土圧により切羽の安定を図りながら掘
進し、チャンバー内からシールド機内へ通ずるスクリュ
ーコンベアにより排土することにより行われる。
や止水性が不足する場合があり、掘削土砂に作泥土材や
泥漿などの掘削添加材を注入し、掘削土砂を止水性と流
動性ある土砂に変換して、変換土砂の土圧によって切羽
の安定を図らなければならない。
材を添加し、シールド機カーター後部の練り混ぜ翼など
で攪拌し、塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換して
スクリューコンベアや排土管によって排土する方式が、
泥土圧式シールドあるいは泥漿シールドと呼ばれている
工法である。
定している場合は、切羽が安定に保たれ順調に掘削でき
る事例が多いが、滞水性の巨礫層や玉石層などの地盤の
場合は、きわめて透水性が高く、土の内部摩擦角も大き
いことが多いので坑内への出水や切羽崩壊の問題を生じ
ることが多い。
加材を注入して地盤を形成させることが重要な鍵となっ
ている。
や礫などの大きな土粒子を取り囲むためのバインダー効
果が不足するので、土砂が材料分離を生じやすく流動性
を失って閉塞を生じることがあるので、掘削土砂に粘性
を与えて塑性流動性を維持することも重要である。
水性のよい高吸水性樹脂を掘削添加材に使用する工法が
あり、例えば、特開昭61―211491号公報ではビ
ーズ状の100〜200ミクロン程度の大きさの高吸水
性樹脂を切羽に注入し、間隙水を吸収し掘削土砂の流動
性を改良する方法が、また、特開平4―136398号
公報では、逆相乳化重合物を主体とする作泥剤水溶液を
切羽に注入する方法、さらに、特開平4―185691
号公報では粒径が10ミクロン以下と50ミクロン以下
に分布する高吸水性樹脂を切羽に注入する方法などが開
示されている。
を使用した場合、それぞれ特徴、効果は発現するが、特
に滞水砂礫層の場合、掘削添加材の注入量を増加させて
も吸水力が足りず、スクリューコンベアからの掘削土砂
が噴発する場合がある。
度の高い地層では、ベントナイト系などの高濃度の泥漿
でないと掘削が不可能な例が多かった。
では、非泥土性の掘削土砂に掘削添加材を添加し、シー
ルド機カーター後部の練り混ぜ翼などで攪拌し、塑性流
動性と不透水性を持つ泥土に変換してスクリューコンベ
アや排土管によって排土する方式であるが、本発明は、
滞水層や地下水塩分濃度が高い地層でも安定して掘削で
きる泥土圧式シールド工法用掘削添加材を提供するもの
である。
重量%、多くは0.5〜1.0重量%のものである。
リトロで立坑まで輸送し、さらにバケットで吊り上げる
方式より、配管中をポンプ圧送や真空減圧輸送する方式
が増加しているが、その場合にも、水や礫が分離しにく
い掘削添加材を提供するものである。
性調整には主にベントナイトが使用されていた。
モンモリロナイトを主成分とする代表的な結晶性鉱物の
一つであり、通常、正および負の電荷を共有しており、
比表面積もきわめて大きい。そのため、常温で水を吸い
込んで膨れ上り、ちょっとした力学的刺激を加えると、
ゲルがゾルに変化するチキソトロピー挙動を示すもので
ある。
が掘削土砂の塑性流動化に有効であるが、滞水層や礫率
が大きい砂礫層の場合にはベントナイトの使用量を多く
しなければならない。
は、ベントナイトの膨潤力が低下して懸濁液の粘度が高
くならないので、さらに多量のベントナイトを配合しな
ければならない問題があった。
使用されることのあるカルボキシメチルセルロースなど
の半合成高分子系の増粘剤類も、やはり地下水塩分濃度
が高いと増粘の効果が得られない問題があった。
の粘性を改良する方法として、特開昭59―15476
号公報や特開昭60―106689号公報及び、特開昭
59―15409号公報が開示されているが、これらの
方法による粘土懸濁液の濃度は低く、その粘性も低いの
で、掘削土砂の含水比が大きくなり泥状土化してしまい
建設汚泥として産業廃棄物処理しなければならなくなる
などの問題があった。
使用するシールド工法が、特開昭57―108394号
公報に開示されているが、一般に、高分子電解質の一種
である高吸水性樹脂も塩類が多量に存在すると樹脂の吸
水膨潤能力が極端に低下し期待する大きさに粒子が膨潤
せず、粘土懸濁液の粘性調整効果が失われ、土砂の流動
性改良効果が得られない場合が多い。
れる水溶性高分子は、高吸水性樹脂よりも耐塩性が強い
ものがあり、泥土圧式シールド工法用の掘削添加材とし
て特開昭60―133084号公報や特開平3―131
400号公報に、凝集効果を利用して使用する方法が開
示されている。
用すると、凝集力が強すぎてフロックを形成し、粘土分
が沈降したり塊状化して、粘性を調整できない問題があ
った。
削土砂に混合した場合にも砂分や礫分、特に礫分が泥土
分から分離して、シールド機チャンバー内やスクリュー
コンベア内が不均一状態となり、連続的に排土ができず
閉塞状態を生じるなどの問題があった。
子の凝集力が強すぎるので濃度を下げると増粘能力が小
さく、粘土懸濁液の比重を粘土量で調整することができ
ず、高濃度、高比重の泥漿添加材を作ることができず、
滞水層や地下水塩分濃度が高い地層の場合に利用するこ
とができなかった。
が高い地層を泥土圧式シールド工法で掘削する場合、従
来の水溶性高分子系増粘剤や高吸水性樹脂では粘土懸濁
液の増粘効果が小さくなり掘削土砂の塑性流動化が困難
であった。
究した結果、高吸水性高分子と分子量100万以上20
00万未満のアニオン性水溶性高分子を組み合わせるこ
とにより、高濃度、高比重、高粘性の掘削添加材を作液
することができ、上記地層においても水や礫などの分離
がなく安定な掘削が可能であり、掘削土砂のポンプ圧送
等も容易に行えることを見いだし、本発明に達したもの
である。
量100万以上2000万未満のアニオン性水溶性高分
子を重量比4:1〜1:4、好ましくは3:2〜2:3
(高吸水性樹脂が80〜20重量%、好ましくは60〜
40重量%)で配合した増粘剤を粘土懸濁液(通常粘土
濃度は5〜60重量%程度)に0.05〜1.0重量%
添加してなる泥漿組成物であることを特徴とする泥土圧
式シールド工法用の掘削添加材に関するものである。
明に使用する高吸水性高分子及び分子量100万以上2
000万未満のアニオン性水溶性高分子について説明す
る。
接触せしめた場合、水を吸収して数倍から千倍近くに膨
潤するが、水には溶解しないものである。
は澱粉―メタクリレートグラフト共重合体部分加水物、
ポリアクリロニトリルやビニルエステル―エチレン系不
飽和カルボン酸共重合体の部分加水分解物、スルフォン
化スチレン等親水基を導入したオレフィン系ポリマー、
ポリスチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルピロリドン、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリ
ルアミド、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル
酸ソーダ―ポリアクリルアミド共重合体、プルラン等水
溶性高分子化合物の放射線照射物やメチレンビスアクリ
ルアミド、ジクロール酢酸、エピクロルヒドリン、アル
デヒド類等架橋剤による架橋物、親水基の一部を親油基
で置換したもの、イソブチレンと無水マレイン酸との共
重合物などを使用することができる。
例えば特開昭62―211491号公報等において紹介
されているビーズ状のものが多いが、本発明において
は、粒径10μm以下の油中水型高吸水性高分子が好ま
しい。
公報、特開昭63―90510号公報等において紹介さ
れていて既知のものであり、水溶性ビニルモノマーと架
橋剤とを含む水溶液を、疎水性界面活性剤を含む有機分
散媒中に注入して乳化させたあと、ラジカル重合触媒に
より重合させ、得られたエマルジョンにさらに親水性界
面活性剤を添加することにより製造される。
高分子の貯蔵安定性が低い。粒径は10ミクロン以下、
好ましくは1〜10ミクロンである。
2000万未満のアニオン性水溶性高分子は耐塩性を高
めるために用いられ、形成する水溶性ビニルモノマーと
しては、(a)アニオン性、(b)ノニオン性でいずれ
も水溶性のものが使用できる。その具体例は次のとうり
である。
プロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスル
ホン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、アリー
ルスルホン酸およびその塩。
ルエチルエーテルなど
または2種以上を重合原料とし、ラジカル発生剤、紫外
線、放射線等により共重合した重合体が、本発明におい
て有効である。または、(メタ)アクリルアミドの単独
で重合させた後、加水分解により本発明の水溶性高分子
とする事も可能である。
合、油中水型逆相エマルション重合などがあるが、好ま
しくは油中水型逆相エマルション重合法により調製する
ものである。これらの製法は例えば特公昭52―394
17号公報において紹介されていて既知のものである。
マーの割合としては、10〜90mol%、好ましくは
20〜50mol%である。10mol%未満だと増粘
力が不足し、90mol%以上だと耐水性、耐塩性の効
果が小さくなり十分な掘削添加材を提供することができ
ない。
られる山粘土およびベントナイトが使用できる。
として用いられる山粘土であり、比重を必要としたり、
粘性を調整したりするための基本材として使用されるも
のである。
わゆる雑粘土のことを言い、他に、瓦用粘土、セメント
用粘土、建材用粘土等にも使用されているものである。
の含有粘土鉱物の種類は、例えば、市販されているカオ
リナイト及びイライトを主成分とする山粘土の例として
「木節粘土(SCP―S)」や「SCP―A」(いずれ
もベントナイト産業(株)製)がある。
びカオリナイトを主成分とする山粘土の例として「笠岡
粘土」(カサネン工業(株)製)が挙げられる。
土木基礎工事用泥水に使用されるベントナイトが使用で
きる。数多くのものが市販されているが、モンモリロナ
イト含有量が多く、水和、水膨潤性が大きいNa―モン
モリロナイトを多く含む山形産およびアメリカワイオミ
ング州産のものが好ましい。
0.05〜1.0重量%の水溶性高分子を添加してもよ
い。
塩性をさらに高めるために用いるもので、泥水添加剤と
して使用されている天然高分子、半合成高分子及び合成
高分子が使用できる。
ンタンガム、メチルセルロース、カルボキシメチルセル
ロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロ
キシエチルセルロース、ポリアニオニックセルロース、
澱粉、グアーガム、グアーガム誘導体、ポリアクリル酸
塩、アクリルアミド/アクリル酸塩共重合体、ポリエチ
レンオキサイド及び、ポリビニルアルコール等が使用で
きる。
満、好ましくは5〜100万未満、さらに好ましくは5
0万程度のものである。
上2000万未満のアニオン性水溶性高分子を重量比
4:1〜1:4で配合してなる増粘剤を粘土懸濁液に添
加した泥漿組成物である泥土圧式シールド工法用の掘削
添加材に関するものである。
場合の注入量は掘削土砂の容積に対して通常5〜150
vol%程度を用いる。
100万以上2000万未満のアニオン性水溶性高分子
の製造例について説明する。
モノマーとして100mol%アンモニア中和アクリル
酸54%水溶液683g及び架橋剤としてのN’N―メ
チレンビスアクリルアミド0.15gに、t―BHP
(t―ブチルハイドロパーオキサイド)0.02gと蒸
留水91gをあらかじめ混合して水性相を作った。
%、ナフテン35重量%、芳香族炭化水素1重量%の割
合で含有)240gにソルビタンモノオレエート18g
を加えた油性相を混合し、ホモジナイザーで乳化した。
らN2パージし脱気した。N2パージしながらメタ重亜硫
酸ナトリウム水溶液を滴下して、温度60℃で重合させ
た。
テルを27g添加して、油中水型高吸水性高分子(高分
子―A)を得た。得られた高分子の粘度は500センチ
ポアズ(cP)/25℃(B型粘度計、No.2ロー
タ、12rpm)、平均粒子径1.9μmであった。吸
水倍率は約350倍/水道水であった。
モノマーとして100mol%アンモニア中和アクリル
酸54%水溶液683g及び架橋剤としてのテトラエチ
レングリコールジメタクリレート0.07gに、t―B
HP(t―ブチルハイドロパーオキサイド)0.02g
と蒸留水91gをあらかじめ混合して水性相を作った。
%、ナフテン35重量%、芳香族炭化水素1重量%の割
合で含有)240gにソルビタンモノオレエート18g
を加えた油性相を混合し、ホモジナイザーで乳化した。
らN2パージし脱気した。N2パージしながらメタ重亜硫
酸ナトリウム水溶液を滴下して、温度60℃で重合させ
た。
テルを27g添加して、油中水型高吸水性高分子(高分
子―B)を得た。得られた高分子の粘度は420cp/
25℃(B型粘度計、No.2ロータ、12rpm)、
平均粒子径2.3μmであった。吸水倍率は約370倍
/水道水であった。
リル酸ナトリウム35%水溶液75.2g、アクリルア
ミド50%水溶液357.7gに、t―BHP(t―ブ
チルハイドロパーオキサイド)0.02gと蒸留水16
7gをあらかじめ混合して水性相を作った。
%、ナフテン35重量%、芳香族炭化水素1重量%の割
合で含有)194gにソルビタンモノオレート15gを
加えた油性相を混合し、ホモジナイザーで乳化した。乳
化後4つ口フラスコに移し、攪拌しながらN2パージし
脱気した。
ム水溶液を滴下して、温度50℃で重合させた。重合
後、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを16g添加
して、油中水型アニオン性水溶性高分子(高分子―C)
を得た。
で、平均粒子径2.1μmであった。水に溶解してウベ
ローデ粘度計により重量平均分子量を測定したところ、
約1200万であった。
リル酸ナトリウム35%水溶液228g、アクリルアミ
ド50%水溶液281gに、t―BHP(t―ブチルハ
イドロパーオキサイド)0.02gと蒸留水91gをあ
らかじめ混合して水性相を作った。
%、ナフテン35重量%、芳香族炭化水素1重量%の割
合で含有)194gにソルビタンモノオレート15gを
加えた油性相を混合し、ホモジナイザーで乳化した。
らN2パージし脱気した。N2パージしながらメタ重亜硫
酸ナトリウム水溶液を滴下して、温度50℃で重合させ
た。
テルを16g添加して、油中水型アニオン性水溶性高分
子(高分子―D)を得た。得られた高分子は固形分濃度
26.4%で、平均粒子径2.3μmであった。水に溶
解してウベローデ粘度計により重量平均分子量を測定し
たところ、約1800万であった。
分子(高分子―A及び―B)とアニオン性水溶性高分子
(高分子―C及び―D)を混合して第1表の増粘剤を得
た。
なるように各種塩濃度の溶解水に溶解し、B型粘度計/
25℃、12rpmの条件で溶解液粘度を測定し耐塩性
および増粘性を比較した。表で示されるように、アニオ
ン性水溶性高分子の割合が多い方が、高塩濃度で粘度の
低下が少なく、増粘効果の低下が少ないことがわかる。
トで、メチレンブルー吸着量:23.8meq/100
g、粒度:200メッシュ以上86〜95%、250メ
ッシュ以上90%の商品名「笠岡粘土」(カサネン工
業)で作液した懸濁液に混合し、それを掘削添加材とし
て礫率85%の試験土砂に混合してスランプを測定し
た。
mの川砂)を85wt%、細砂分(最大粒径5mmの川
砂)が12wt%、シルト・粘土分(最大粒径2mmの
珪砂を2wt%及び上記粘土を1wt%)を3wt%を
配合して用いた。
中に塩濃度が0.2%となるようにNaClを添加し
た。
テスター(VT―04型)[リオン(株)製]にて測定
した。また、比重は泥水比重試験器(マッドバランス)
で測定した。
率(土砂に対する泥漿混合割合で容積百分率で示す)で
混合した時の混合土砂の性状評価は、JIS A 11
01のコンクリートのスランプ試験方法に従って行っ
た。
第2表に示した。増粘剤―3および―4は土砂の分離が
少なく、注入率に応じて土砂の軟らかさや流動性を調整
することができることがわかる。
ルド外径2600mmの泥土圧式シールド工法工事現場
において管渠延長150mの掘削を行った。掘削した地
盤は玉石混じりの礫率66%の滞水砂礫層であった。
を圧送ポンプ(チューブポンプ)によりシールド機に送
り、吐出口から切羽に注入しながら掘削した。
リューコンベア内をこの混合掘削土砂によって充満し、
混合掘削土砂の泥土圧により切羽の緩み土圧及び地下水
圧と対抗させて掘進した。
注入を行ったところ、排出時のスランプ値は平均15c
mであり礫の分離もなく初期掘進を終了した。
ンポンプ、シリンダー径:φ180)を設置し、坑外ま
で連続的に搬出した。
盤の区間が約50mあったので、増粘剤No.3にキサ
ンタンガムを1kg添加して掘削を行った。排出作業は
管内閉塞もなく順調にトンネル掘削が終了し、排出土砂
は非産業廃棄物の残土として埋め立てように再利用し
た。
0、(ベントナイト産業(株))真比重:2.65、p
H:5.9、主要粘土鉱物:カオリナイトとイライト、
メチレンブルー吸着量:9.4meq/100g *2)クニゲルV1、(クニミネ工業(株))山形産ベ
ントナイト、粒度250メッシュ、pH:9.5、主成
分:SiO2 65〜75%、Al2O3 14〜17% *3)ビスコテスターVT―04型、回転数62.5r
pm *4)掘削添加材の土砂に対する混合割合(容量百分
率) *5)混合土砂の塑性流動状態(目視判断、×:不均一
で流動性ない、△:やや不均一だが流動性ある、○:均
一で流動性よい)
滞水層や地下水塩分濃度が高い地層を泥土圧式シールド
工法で掘削する場合、従来の水溶性高分子系増粘剤や高
吸水性樹脂では粘土懸濁液の増粘効果が小さくなり掘削
土砂の塑性流動化が困難であったが、本発明を使用する
ことにより増粘剤の増粘効果の低下を抑えたまま、耐塩
性を向上して掘削土砂を塑性流動化させて安定に掘削を
進めるため高濃慶、高比重、高粘性の掘削添加材を作液
することができ、閉塞や粉発などの問題を生じることな
く掘削することが可能である。
Claims (3)
- 【請求項1】粒径10ミクロン以下の油中水型エマルシ
ョンからなる高吸水性高分子と粒径10ミクロン以下の
油中水型エマルションからなる分子量100万以上20
00万未満のアニオン性水溶性高分子を重量比4:1〜
1:4で配合してなる増粘剤を粘土懸濁液に0.05〜
1.0重量%添加した泥漿組成物である泥土圧式シール
ド工法用の掘削添加材。 - 【請求項2】高吸水性高分子と分子量100万以上20
00万未満のアニオン性水溶性高分子を重量比3:2〜
2:3で配合してなる増粘剤を粘土懸濁液に0.05〜
1.0重量%添加した泥漿組成物である請求項1記載の
泥土圧式シールド工法用の掘削添加材。 - 【請求項3】請求項1記載の粘土が山粘土及び/または
ベントナイトである請求項1又は2の泥土圧式シールド
工法用の掘削添加材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3019195A JP3523702B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | シールド工法用掘削添加材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3019195A JP3523702B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | シールド工法用掘削添加材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08199159A JPH08199159A (ja) | 1996-08-06 |
JP3523702B2 true JP3523702B2 (ja) | 2004-04-26 |
Family
ID=12296871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3019195A Expired - Lifetime JP3523702B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | シールド工法用掘削添加材 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
JP4840791B2 (ja) * | 2000-11-02 | 2011-12-21 | ライオン株式会社 | 皮膚外用粘着剤組成物の製造方法 |
JP2006182962A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Daicel Chem Ind Ltd | 土圧式シールド工法用添加剤 |
JP2014156546A (ja) * | 2013-02-15 | 2014-08-28 | Waseda Univ | シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物及びこれを用いた施工法 |
JP6513272B1 (ja) * | 2018-08-29 | 2019-05-15 | テクニカ合同株式会社 | 土砂および流動化処理土などの粘着、密着、または固着の防止方法 |
-
1995
- 1995-01-27 JP JP3019195A patent/JP3523702B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08199159A (ja) | 1996-08-06 |
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