JP3865722B2 - Fine coarse motion device - Google Patents
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Description
本発明は微粗動装置、特に各種の精密な機械、器具での位置合せ等において、動かすべき部材を支持した移動体(又は台)を所定の一方向に微動及び粗動させることができる微粗動装置の構成に関する。 The present invention is a fine coarse movement device, and in particular, a fine body capable of finely and coarsely moving a movable body (or a table) supporting a member to be moved in a predetermined direction in alignment with various precision machines and instruments. The present invention relates to the configuration of a coarse motion device.
従来から、精密な機械、器具、光学部材等において微粗動装置が用いられており、この種の装置は、近年ではカーボンナノチューブ等を扱うナノテクノロジー分野の製作研究においても、各種部材の精密な位置合せ、位置決めを行うために使用される。 Conventionally, fine coarse movement devices have been used in precision machines, instruments, optical members, etc., and this type of device has been used in recent years in production research in the nanotechnology field dealing with carbon nanotubes. Used for alignment and positioning.
図7には、従来の微粗動装置の一例が示されており、図示されるように、基台1には2本のガイド2A,2Bを介して移動台3が配置され、この移動台3は図の上下方向へ移動できるように構成される。この移動台3には、軸Z10を回転軸とするレバー(テコ)4が設けられ、このレバー4の図の右端(前面)に粗動用マイクロメータ5の先端(ボール5B)が当接されており、このマイクロメータ5は基台1の固定部1Eに取り付けられる。一方、上記レバー4の左端(前面)には、微動用マイクロメータ6が配置され、このマイクロメータ6は移動台3の固定部3Eに取り付けられる。また、この移動台3は、基台1との間に取り付けたバネ7で図の下側へ引っ張られている。なお、図では移動台3の下側のみを示しており、この移動台3の上側が上記レバー4や固定部3E等の上方に存在し、この移動台3の上側上面に動かすべき部材が配置される。
FIG. 7 shows an example of a conventional fine movement device. As shown in the figure, a movable table 3 is arranged on the
このような微粗動装置によれば、粗動用マイクロメータ5の操作部5Aを回転させると、その先端ボール5Bが図の上側(又は下側)へ直線上に動いてレバー4の右端を押す。このレバー4は、軸Z10で移動台3に固定され、かつ微動用マイクロメータ6の先端ボール6Bで回転が規制されているので、移動台3は粗動用マイクロメータ5で移動させた量だけ上下方向へ動くことになる。即ち、マイクロメータ5の送り量をXaとすると、移動台3の移動量YはXa(Y=Xa)となり、1対1の移動が行われる。
According to such a fine movement device, when the
一方、微動用マイクロメータ6の操作部6Aを回転させると、その先端ボール6Bが図の上側(又は下側)へ直線上に動いて(移動量X1)レバー4の左端を押す。このとき、レバー4は右回転しようとするので、移動台3はY1=a/(a+b)X1(粗動用マイクロメータ5のボール5Bの中心と軸Z10との間隔をa、軸Z10と微動用マイクロメータ6のボール6Bの中心との間隔をbとする)だけ動き、同時にマイクロメータ6も移動台3に固定されているので、a/(a+b)X1だけ動く。この微動用マイクロメータ6がa/(a+b)X1だけ移動すると、移動台3はまたY2=a/(a+b)Y1だけ動き、更に微動用マイクロメータ6が同量を動くというようにして、移動台3は最終的に、級数変換された次の数式1のYを移動することになる。
On the other hand, when the
ところで、近年、この種の微粗動装置では更に精密(微小)な移動量を設定可能にすることが要請されているが、上記図7の装置で高精密の移動量の動作を行う場合には、上記の間隔aとbの比を大きくする必要がある。しかし、この間隔aとbの比を大きくすればする程、装置が大型化するという問題がある。例えば、a:b=1:100とすれば、100対1の微動が可能となるが、間隔bが従来よりも10倍の長さとなり、非現実的な大きさとなる。一方、間隔aを小さくすることにより間隔bの短縮化を図ることもできるが、この場合は、精密度に限界が生じると共に、緻密な構造を採用しなければならず、装置自体が高価なものとなる。 By the way, in recent years, it has been demanded that this type of fine coarse motion apparatus can set a more precise (fine) movement amount. However, when the apparatus of FIG. Therefore, it is necessary to increase the ratio of the distances a and b. However, there is a problem that the larger the ratio between the distances a and b, the larger the apparatus. For example, if a: b = 1: 100, a fine movement of 100 to 1 is possible, but the interval b is 10 times longer than the conventional one, which is an unrealistic size. On the other hand, the distance b can be shortened by reducing the distance a. However, in this case, there is a limit to precision, and a dense structure must be adopted, and the apparatus itself is expensive. It becomes.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置を大型化することなく、従来よりも高精密な移動を実現できる微粗動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fine coarse motion apparatus capable of realizing movement with higher precision than before without increasing the size of the apparatus.
上記目的を達成するために、請求項1の発明に係る微粗動装置は、粗動送りのための粗動操作部材を設けた基台と、微動送りのための微動操作部材を設け、上記基台上に一方向に移動するように取り付けられた移動体(台)と、この移動体を微粗動送りの逆方向へ付勢する付勢部材と、この移動体に対し一方端側が回転軸にて軸支され、この一方端回転軸の外側に上記粗動操作部材の先端送り部を当接配置する第1レバー(テコ)と、この第1レバーの他方端側に回転軸にて一方端側が軸支され、他方端側に上記微動操作部材の先端送り部を当接配置する第2レバー(テコ)と、この第2レバーの一方端の上記回転軸の外側を上記移動体に対し固定状態にする(微粗動送りと逆方向の動きを規制し、第2レバーの一方端に支点を設定する)固定手段と、この第2レバーの一方端の上記回転軸の外側で移動方向の逆方向の回転を規制する回転規制部材と、からなり、上記粗動操作部材にて1対1の動作で上記移動体を移動させ、上記微動操作部材にて高精密な動作で移動体を移動させるように構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fine coarse motion apparatus according to the invention of
また、請求項2の発明は、上記の第1レバーと第2レバーの間に、中間レバーと中間固定手段を設け、この中間レバーはその一方端を上記第1レバーの他方端に回転軸にて軸支し、他方端を上記第2レバーの一方端に回転軸にて軸支し、上記中間固定手段は上記中間レバーの一方端の回転軸の外側を移動体に対し固定状態にする(中間レバーの一方端に支点を設定する)ように配置したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, an intermediate lever and intermediate fixing means are provided between the first lever and the second lever, and one end of the intermediate lever is connected to the other end of the first lever as a rotating shaft. The other end is pivotally supported on one end of the second lever by a rotating shaft, and the intermediate fixing means fixes the outer side of the rotating shaft at one end of the intermediate lever to the moving body ( The fulcrum is set at one end of the intermediate lever).
上記の構成によれば、粗動操作部材(例えばマイクロメータ)の操作によって第1レバーの一方端(右端)を送り方向へ動かすことにより、移動体に対する1対1の粗動が行われ、微動操作部材(例えばマイクロメータ)の操作によって第2レバーの他方端(左端)を送り方向へ動かすことにより、級数変換による例えば100対1の移動が行われ、従来よりも高精密(微小)の微動が実現できる。また、請求項2のように、中間レバーと中間規制部材を設ける(これらを複数設けてもよい)ことにより、例えば1000対1というように更に高精密な微動も可能となる。
According to the above configuration, the one end (right end) of the first lever is moved in the feeding direction by the operation of the coarse operation member (for example, a micrometer), thereby performing the one-to-one coarse movement with respect to the moving body. By moving the other end (left end) of the second lever in the feed direction by operating the operation member (for example, a micrometer), for example, 100 to 1 movement is performed by series conversion, and fine movement with higher precision (minute) than before. Can be realized. Further, as described in
本発明の微粗動装置によれば、第1レバーと第2レバーを回転軸で結合し、かつ所定のレバーの回転を規制する構成とし、三角形の定理、級数変換及び円周上の接線方向の性質等を活用することにより、装置を大型化することなく、従来よりも高精密な移動を実現することが可能となる。特に、ナノテクノロジーの分野での貢献が期待できる。 According to the fine coarse motion apparatus of the present invention, the first lever and the second lever are coupled by the rotation shaft, and the rotation of the predetermined lever is restricted, and the triangular theorem, series conversion, and tangential direction on the circumference By utilizing the properties of the above, it becomes possible to realize movement with higher precision than before without increasing the size of the apparatus. In particular, contributions in the field of nanotechnology can be expected.
本発明は、第1レバーに第2レバーを接続し、例えば100分の1の微動操作・設定を行うもの(実施例1)だけでなく、これらレバー間に中間レバーを配置し、例えば1000分の1の微動操作・設定を可能にすることもできる(実施例2)。 In the present invention, not only the second lever is connected to the first lever and the fine movement operation / setting is performed, for example, 1/100 (Example 1), but an intermediate lever is disposed between these levers, for example, 1000 minutes. It is also possible to enable the fine movement operation / setting of 1 (Example 2).
図1及び図2には、実施例1に係る微粗動装置の構成が示されており、図1(A)は移動台の上面部を取り除いて内部を露出させた状態の図で、図1(B)は図1(A)のI−I線断面図である。図示されるように、この装置では、基台(基体)10の図の右側に設けられた箱型の固定部10Eに、粗動用マイクロメータ(粗動操作部材)12が設けられており、この粗動用マイクロメータ12は操作部(ツマミ)12Aを回転させることにより、作用棒12Bを図の上下に直線運動させるもので、この作用棒12Bの先端送り部に回転ボール(スチールボール)12Cを有している。この基台10の上側に箱型の移動台(移動体)14が配置され、この移動台14は、その下側に設けられた2本のガイド(レール)15A,15Bと、上記基台10側に設けられた2本のガイド(レール)16A,16Bと、これらのガイド間に配置された複数のクロスローラー17で、基台10に対し図の上下方向に直線上で移動可能とされる。
1 and 2 show the configuration of the fine coarse motion apparatus according to the first embodiment. FIG. 1 (A) is a diagram showing a state in which the top surface of the moving base is removed and the inside is exposed. 1 (B) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1 (A). As shown in the drawing, in this apparatus, a coarse movement micrometer (rough movement operation member) 12 is provided in a box-
また、基台10側の固定ピン18Aと移動台14側の固定ピン18Bとの間に、付勢部材としてのバネ(スプリング)19が設けられており、このバネ19によって移動台14は手前側(図の下側)へ引っ張られている。なお、この移動台14では、箱体の上面が移動対象物の載置(取付け)台となる。
Further, a spring (spring) 19 as an urging member is provided between the fixed
上記移動台14の右端部の突出部には、回転軸となる軸Z1によって第1レバー21の右端(一方端)が取り付けられ、この第1レバー21の右端の前面に上記粗動用マイクロメータ12の先端ボール(送り部)12Cが当接される。そして、この第1レバー21の左端(他方端)に、回転軸となる軸Z2によって第2レバー22の右端(一方端)が取り付けられる。一方、移動台14には、微動用マイクロメータ(微動操作部材)24が設けられ、この微動用マイクロメータ24も、操作部(ツマミ)24Aを回転させることにより作用棒24Bを図の上下方向に直線運動させるもので、この作用棒24Bの先端の回転ボール24Cを上記第2レバー22の左端(他方端)の前面に当接する。
Above the protruding portion of the right end of the moving table 14, the right end (one end) is attached to the
更に、上記第2レバー22に対しては固定手段である固定棒(係止棒)25が配置されており、この固定棒25はその後端が移動台14の固定部14Eに固定され、先端の回転ボール25Cが上記第2レバー22の右端の軸Z2よりも外側(第1レバー側)の前面に当接される。この固定棒25によって、第2レバー22の右端が移動台14に固定されるので、第2レバー22はボール25Cの中心C点を支点として回転する。
Further, a fixing rod (locking rod) 25 as a fixing means is arranged for the
第1実施例は以上の構成からなり、その作用を図3乃至図5を参照しながら説明する。まず、粗動送りの場合は、図3に示されるように、粗動用マイクロメータ12の操作部12Aを回転させることにより、作用棒12Bが図の上側に送られ、ボール12Cを介して第1レバー21の右端が同方向へ押される。ここで、軸Z1、第2レバー22の右端で回転を規制している固定棒25、第2レバー22の左端に当接している微動用マイクロメータ24が移動台14に固定されているので、第1レバー21と第2レバー22は共に送り方向へ押され、移動台14が上方向へ移動する。この移動台14は、粗動用マイクロメータ12と平行移動を行い、また粗動用マイクロメータ12の送り量をXaとすると、移動台3の移動量LもX(L=Xa)となり、1対1の移動が行われる。
The first embodiment is configured as described above, and its operation will be described with reference to FIGS. First, in the case of coarse feed, as shown in FIG. 3, by rotating the
次に、図4に示されるように、微動用マイクロメータ24のボール24Cの中心(回転中心)点をA、軸Z2の中心点をB、ボール25Cの中心点をC、軸Z1の中心点をD、粗動用マイクロメータ12のボール12Cの中心点をE(これらA〜E点は同一線上にある)とし、またA点とC点の距離(間隔)をa、B点とC点の距離をb、B点とE点の距離をc、D点とE点の距離をdとして、微動送りの動作を説明する。図4(A)において、微動用マイクロメータ24の操作部24Aを回転させることにより、作用棒24Bが図の上側に送られ、ボール24Cを介して第2レバー22が同方向へ押される(A点部)。ここでは、固定棒25のボール25Cが当接する第2レバー22の右端(C点)は固定され動かないので、A点の移動に応じてC点を支点としてB点が回転運動する。
Next, as shown in FIG. 4, the center (rotation center) point of the
このB点の移動量L2は、A点の移動量をL1とすると、次の数式2のようになる。
また、上記のB点が移動すると、第1レバー21はボール12Cの中心E点を支点として回転運動する。このB点の移動量をl2とすると、D点の移動量l3は、次の数式3のようになる。
しかし、軸Z1は第1レバー21を移動台14に連結しているので、D点が(d/c)l2だけ移動すると、B点も同様に(d/c)l2だけ移動し、この移動量がD点を{(d/c)l2}×(d/c)だけ移動させる。このような移動関係を繰り返しながら、B点とD点は移動を完了する。この結果、D点の移動量L3は次の数式4のようになる。
However, since the axis Z 1 is linked to the
図5には、各レバー21,22における各点間の距離と移動量の関係が示されており、例えば上記数式2において、a:b=10:1に設定すると、B点の移動量L2はA点の移動量L1の10分の1となり、更に上記数式4において、c:d=11:1に設定すると、D点の移動量L3は上記L2の10分の1となる。従って、微動用マイクロメータ24で設定できる移動台14の最終的な移動量は100分の1となり、図7の従来の装置と比較すると、10分の1の高精密な移動量が制御できることになる。
FIG. 5 shows the relationship between the distance between the points of each
図6には、実施例2の構成が示されており、この実施例2は、第1レバー21と第2レバー22の間に、中間レバー(この中間レバーは2個以上を設けることも可能である)27を配置したものである。即ち、この中間レバー27はその右端(一方端)が第1レバー21に対し軸Z3(F点)で連結され、左端(他方端)が第2レバー22に対し軸Z2(B点)で連結されると共に、右端(レバー27)の前面に固定棒28の先端ボール(G点)が当接(係止)される。また、実施例1と同様に、第1レバー21は軸Z1(D点)で移動台14に接続・固定される。上記第2レバー22はC点を支点、中間レバー27はG点を支点、第1レバー21はE点を支点として回転する(これらA〜G点は同一線上に並ぶ)。
FIG. 6 shows the configuration of the second embodiment. In the second embodiment, an intermediate lever (two or more intermediate levers may be provided between the
このような実施例2によれば、A点〜G点の各点間の距離e〜jを設定することにより、微動用マイクロメータ24によるA点の移動量L1に対しB点の移動量L2を10分の1、F点の移動量L3を上記L2の10分の1、D点の移動量L4を上記L3の10分の1として、最終的に移動台14において1000分の1の高精度の移動を実現することが可能となる。
According to the second embodiment, by setting the distance e~j between each point of the point A ~G point, the amount of movement of the point B relative movement amount L 1 at the point A by the
本発明の微粗動装置は、トランスレーションステージ等の名称で、位置合わせ装置、位置決め装置、マニュピレータ、或いはナノテクノロジーの分野の各装置等として用いることができる。 The fine movement device of the present invention can be used as an alignment device, a positioning device, a manipulator, or each device in the field of nanotechnology under the name of a translation stage or the like.
1,10…基台、
3,14…移動台、 4…レバー、
5,12…粗動用マイクロメータ、
6,24…微動用マイクロメータ、
5B,6B,12C,24C,25C…回転ボール、
7,19…バネ(付勢部材)、
12A,24A…操作部、
21…第1レバー、 22…第2レバー、
25,28…固定棒、
27…中間レバー、
Z1,Z2,Z3,Z10…回転軸。
1,10 ... base,
3, 14 ... moving table, 4 ... lever,
5, 12 ... Coarse motion micrometer,
6, 24 ... Micrometer for fine movement,
5B, 6B, 12C, 24C, 25C ... rotating balls,
7, 19 ... spring (biasing member),
12A, 24A ... operation unit,
21 ... 1st lever, 22 ... 2nd lever,
25, 28 ... fixing rod,
27: Intermediate lever,
Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 10 ... rotation axis.
Claims (2)
微動送りのための微動操作部材を設け、上記基台上に一方向に移動するように取り付けられた移動体と、
この移動体を微粗動送りの逆方向へ付勢する付勢部材と、
この移動体に対し一方端側が回転軸にて軸支され、この一方端回転軸の外側に上記粗動操作部材の送り部を当接配置する第1レバーと、
この第1レバーの他方端側に回転軸にて一方端側が軸支され、他方端側に上記微動操作部材の送り部を当接配置する第2レバーと、
この第2レバーの一方端の上記回転軸の外側を上記移動体に対し固定状態にする固定手段と、からなり、
上記粗動操作部材にて1対1の動作で上記移動体を移動させ、上記微動操作部材にて高精密な動作で移動体を移動させるように構成した微粗動装置。 A base provided with a coarse operation member for coarse feed;
A movable body provided with a fine movement operation member for fine movement feeding, and mounted to move in one direction on the base;
An urging member for urging the moving body in the reverse direction of the fine coarse feed;
A first lever that is pivotally supported at one end side by a rotating shaft with respect to the moving body, and the feed portion of the coarse operation member is disposed in contact with the outside of the one end rotating shaft;
A second lever that is pivotally supported on the other end side of the first lever by a rotary shaft, and the feeding portion of the fine movement operating member is disposed in contact with the other end side;
Fixing means for fixing the outer side of the rotating shaft at one end of the second lever to the movable body,
A fine coarse motion apparatus configured to move the movable body by a one-to-one operation with the coarse motion operation member and to move the movable body with a high precision motion by the fine motion operation member.
この中間レバーはその一方端を上記第1レバーの他方端に回転軸にて軸支し、他方端を上記第2レバーの一方端に回転軸にて軸支し、
上記中間固定手段は上記中間レバーの一方端の回転軸の外側を移動体に対し固定状態にするように配置したことを特徴とする上記請求項1記載の微粗動装置。 An intermediate lever and intermediate fixing means are provided between the first lever and the second lever,
The intermediate lever has one end pivotally supported on the other end of the first lever by a rotating shaft, and the other end pivotally supported on the one end of the second lever by a rotating shaft,
2. The fine coarse movement apparatus according to claim 1, wherein the intermediate fixing means is arranged so that the outer side of the rotation shaft at one end of the intermediate lever is fixed to the moving body.
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