JP3900684B2 - 地下構造物の施工方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内周を鋼製ライニングとコンクリートライニングとからなる鋼コンクリート合成構造の頂版部と底版部と左右側版部とからなる外殻部躯体で構築し、かつ前記底版部と頂版部間に柱または壁を配置してなる地下構造物の施工方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
当出願人はこれまで、地下構造物の一例として、例えば大断面のトンネルを効率良く、かつ経済的に構築する方法として、図10(a),(b)に図示するように、小断面の単体シールドトンネルaを互いに近接させて複数掘進すると共に、この単体シールドトンネルaを径方向に互いに接合し、かつこの単体シールドトンネルaの内側と単体シールドトンネルa,a間にコンクリート30を連続して打設することにより、単体シールドトンネルaの径方向に連続する大断面の外殻部躯体Aを構築し、次にこの外殻部躯体Aの内側を掘削して大断面のトンネルBを構築する大断面トンネルの構築工法を開発し、この件に関しては既にいくつも出願している。
【0003】
その際、各単体シールドトンネルaの内周は、その周方向と軸方向に例えば、図11に図示するような鋼製セグメントに似た鋼殻31を一次覆工材として互いに接合しながら複数設置し、その内側に二次覆工材としてコンクリート30を所定の厚さに打設することにより、鋼製ライニングとコンクリートライニングとからなる鋼コンクリート合成構造のトンネル覆工体で覆工されている。
【0004】
また、隣接する単体シールドトンネルa,a間にあっては、双方の単体トンネルaとaを仕切る隔壁b(例えば、この部分に一次覆工材として設置されている鋼殻31のスキンプレート)を撤去した後、双方の単体シールドトンネルaに連続してコンクリート30を打設することにより単体シールドトンネルa,aどうしの一体化が図られている。
【0005】
さらに、ここで使用される鋼殻31は、図11に図示するように単体シールドトンネルaの周方向と軸方向にそれぞれ連続する複数本の主桁32と縦リブ33、継手板34および地山に接するスキンプレート35を有して形成され、特に主桁32はRC構造の主筋に相当するものとして設置されている。
【0006】
しかし、トンネルBの断面が大きくなると、外殻部躯体Aのみで安定した構造にしようとすると、外殻部躯体Aが相当厚くなるために鋼材およびコンクリートの使用量が相当なものとなって、大幅なコスト高になる等の課題があった。
【0007】
また、トンネルBの断面形が横方向に偏平な形状をなす場合、外殻部躯体Aの内側を安全に掘削するには、外殻部躯体Aの頂版部を支持する必要があり、仮設工事費が大幅に嵩む等の課題があった。
【0008】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地下構造物をきわめて経済的かつ効率的に、しかもきわめて安全に構築できるようにした地下構造物の施工方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の地下構造物の施工方法は、頂版部と底版部と左右側版部とからなる外殻部躯体と当該外殻部躯体内に配置された柱または壁とからなる地下構造物の施工方法において、頂版部、底版部および左右側版部を構築する工程と、前記頂版部と底版部にそれぞれ上部補強梁と下部補強梁を構築する工程と、前記頂版部と底版部間に支持杭または支持壁を構築する工程と、当該支持杭または支持壁と前記側版部間に切りばりを架け渡しながら前記頂版部下の地盤を床版部まで掘削する工程と、前記頂版部と底版部間に前記柱または壁を構築する工程とからなり、前記頂版部、底版部および左右側版部は、複数の単体シールドトンネルを互いに近接させて掘進する工程と、当該単体シールドトンネル同士を連通した状態に接合する工程と、当該単体シールドトンネル内および単体シールド間にコンクリートを打設する工程によって構築し、前記上下補強梁は複数の単体シールドトンネルを互いに近接させて掘進する工程と、当該単体シールドトンネル内および/または単体シールドトンネル間に補強鉄筋を配筋し、かつコンクリートを打設する工程により構築し、前記単体シールドトンネルの内周は、トンネルの周方向に延びる複数の主桁を備えた複数の鋼殻とコンクリートからなる鋼殻コンクリートによって覆工することを特徴とするものである。
【0010】
請求項2記載の地下構造物の施工方法は、請求項1記載の地下構造物の施工方法において、支持杭または支持壁の上端部と下端部をそれぞれ上部補強梁と下部補強梁に接合することを特徴とするものである。
【0011】
この発明に係る請求項3記載の地下構造物の施工方法は、請求項1または2において、頂版部の下側に、頂版部の下側地盤を掘削して所定深さの作業空間を形成し、次にこの作業空間において前記頂版部と底版部間に支持杭または支持壁を施工する。
【0012】
請求項4記載の地下構造物の施工方法は、請求項1または2記載の地下構造物の施工方法において、コンクリートを打設する前の単体シールドトンネル内で支持杭または支持壁を施工することを特徴とするものである。
【0013】
請求項5記載の地下構造物の施工方法は、請求項1〜4のいずれかに記載の地下構造物の施工方法において、単体シールドトンネル内の鋼殻間の主桁同士および単体シールドトンネル間の主桁同士は高力ボルト接合することにより外殻部躯体の周方向に連続させることを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態1.
図1(a),(b),(c),(d)は、地下構造物の一例として構築された、例えば地下高速道路などとして利用される大断面のトンネルを示し、図において、トンネルBは偏平な矩形の大断面形に構築されている。
【0015】
トンネルBの内周には、例えば図3に図示するような鋼製セグメントに似た鋼殻1が、図2(a),(b)に図示するようにトンネルBの周方向と軸方向に互いに接合しながら二重に設置され、かつ二重に設置された外側と内側の鋼殻1,1間にせん断補強材2がトンネルBの軸方向と周方向に所定間隔に複数設置されている。
【0016】
さらに、外側と内側の鋼殻1,1間に軸方向補強鉄筋3がトンネルBの軸方向に沿って複数配筋され、かつコンクリート4が打設されている。
【0017】
こうして、複数の鋼殻1からそれぞれ構成された外側と内側の鋼製ライニングとその内側のコンクリートライニングとからなる鋼コンクリート合成構造の外殻部躯体AによってトンネルBの内周が覆工されている。
【0018】
また、トンネルBの中間部にRC構造またはSRC構造の柱5がトンネルBの軸方向に所定間隔に(図1(a),(b)参照)、またはRC構造またはSRC構造の壁6がトンネルBの軸方向に所定間隔にまたは連続して構築されている(図1(c),(d)参照)。
【0019】
鋼殻1は、トンネルBの地山を保持する鋼製セグメントに相当するもので、例えば図3に図示するように単体シールドトンネルaの周方向に平行に延在する複数本の主桁7と単体シールドトンネルaの軸方向に連続する複数本の縦リブ8とトンネルBの地山に接するスキンプレート9等から形成されている。
【0020】
主桁7はRC構造の主筋に相当するもので、単体シールドトンネルaの軸方向に所定間隔に設置されている。
【0021】
また、単体シールドトンネルaの周方向に隣接する鋼殻1の主桁7どうしは、例えば双方の主桁7の端部間の片側または両側に接合プレート10を設置し、かつ主桁7と接合プレート10を複数本の高力ボルト11で接合する、高力ボルト摩擦接合又は溶接によって直接、接合されている。
【0022】
また、隣接する単体シールドトンネルa,a間においても、トンネルBの周方向に隣接する主桁7どうしは、トンネルAの周方向に隣接する主桁7の端部間の片側または両側に接合プレート10を設置し、かつ主桁7と接合プレート10を複数本の高力ボルト11で接合する、高力ボルト摩擦接合または溶接によって直接接合されている。
【0023】
こうすることで、単体シールドトンネルaの周方向に隣接する鋼殻1どうし、さらにトンネルBの周方向に隣接する鋼殻1どうしが接合され、その際単体シールドトンネルaの軸方向に隣接する鋼殻1どうしも接合プレート10と高力ボルト11による高力ボルト摩擦接合または溶接によって一緒に接合されている。
【0024】
縦リブ8は主に、単体シールドトンネルaを掘進する際の推進反力を得るための反力受けをなすもので、このため隣接する主桁7,7間に単体シールドトンネルaの軸方向に材軸が連続するように取り付けられ、また単体シールドトンネルaの周方向に所定間隔に取り付けられている。
【0025】
スキンプレート9は主に、掘進直後のトンネルの地山を保持するもので、複数の主桁7と縦リブ8とからなるセグメント軸組の外側にその表面を完全に覆うように取り付けられている。
【0026】
なお、主桁7と縦リブ8はいずれも、形鋼、平鋼、又は平鋼などを組み合わせたビルトアップ鋼材などから形成され、スキンプレート9は鋼板から形成されている。さらに、これらの部材は溶接又はボルト接合によって互いに一体的に接合されている。
【0027】
せん断補強材2は二重に設置された外側と内側の鋼殻1の主桁7,7間に、図3(a),(b)に図示するように垂直または斜めに設置され、その両端は主桁7にそれぞれ溶接またはボルト接合によって連結されている。
【0028】
なお、せん断補強材2も、主桁7などと同様に形鋼、平鋼、又は平鋼などを組み合わせたビルトアップ鋼材などから形成されている。
【0029】
こうして形成された複数の鋼殻1からそれぞれ構成された外側と内側の鋼製ライニング間に軸方向補強鉄筋3が複数配筋された後、コンクリート4が打設されている。
【0030】
その際、特に隣接する単体シールドトンネルa,a間においては、隣接する単体シールドトンネルa,a間の隔壁(例えば、鋼殻1の主桁7と縦リブ8のみを残しスキンプレート9を撤去する)を撤去した後にコンクリート4が打設されている。こうすることで、隣接する単体シールドトンネルa,aどうしの完全一体性が図られている。
【0031】
このような構成において、次にこの発明に係る地下構造物の施工方法を図4と図5に基いて、順を追って説明する。
▲1▼ 最初に、大断面のトンネルBの外殻部躯体Aを構築するために単体シールドトンネルaを互いに近接させて複数掘進する(STEP.1)。
【0032】
その際、各単体シールドトンネルaの内周は、一次覆工材として鋼殻1をトンネルaの周方向と軸方向に互いに接合しながら複数設置し、その内側に二次覆工材としてコンクリート4を所定の厚さに打設してそれぞれ覆工する。
【0033】
また、図8に図示するように各単体シールドトンネルaの外周と単体シールドトンネルa,aに裏込め材12を充填して各鋼殻1と地山間の隙間を塞ぐと共に、鋼殻1の周囲および単体シールドトンネルa,a間の地山を安定な地盤に地盤改良する。
▲2▼ 次に、各単体シールドトンネルa内にせん断補強材2を所定間隔に複数設置する。その際、せん断補強材2は、図3(a)に図示するように外殻部躯体Aの底版部A1 と頂版部A2 を構成する単体シールドトンネルa内には垂直に、左右側版部A3 を構成する単体シールドトンネルa内には水平にそれぞれ設置する。
【0034】
なお、いずれの部分においても、図3(b)に図示するようにせん断補強材2をトラスを構成するように斜めに設置してもよい。
▲3▼ 次に、隣接する単体シールドトンネルaどうしを互いに接合し、かつ各単体シールドトンネルa内、および隣接する単体シールドトンネルa,a間に軸方向補強鉄筋3を必要量配筋し、さらに単体シールドトンネルa内および隣接する単体シールドトンネルa,a間にコンクリート4を連続して打設することにより、トンネルBの周方向に矩形断面形に連続する外殻部躯体Aを構築する(STEP.2)。
【0035】
その際特に、隣接する単体シールドトンネルa,a間においては、地山を掘削し、かつ隣接する単体シールドトンネルa,a間の隔壁(例えば、鋼殻1の主桁7と縦リブ8のみを残しスキンプレート9を撤去する)を撤去して単体シールドトンネルaどうしを連通した後、コンクリート4を打設することにより隣接する単体シールドトンネルa,aどうしの一体性を図るものとする。
【0036】
また、頂版部A2 と床版部A1 の、柱5または壁6の上端部と下端部がそれぞれ接合される部分には、軸方向補強鉄筋13を多めに配筋し、さらに必要に応じてあばら筋もを配筋する等して外殻部躯体Aの軸方向に連続する上部補強ばり14と下部補強ばり15をそれぞれ構築する。
▲4▼ 次に、上部補強ばり14の下側に、この部分の地盤を所定深さまで掘削して作業空間Eを形成する((STEP.3)。
【0037】
その際、作業空間Eは上部補強ばり14の軸方向に先行掘削することによりトンネルBの軸方向に連続して形成してもよく、または柱5または壁6を配置する部分のみを縦穴状に掘り下げてトンネルBの軸方向に所定間隔に形成してもよい。
【0038】
また、作業空間Eの両側の根切り面には適当な勾配の法面を付けて法面の崩落を防止することにより作業の安全性を図るものとする。
▲5▼ 次に、柱5または壁6を設置する部分に支持杭または支持壁16を構築する。その際、支持杭は深礎工法などによって、また支持壁は場所打ちコンクリート工法など、これまで一般に行われている施工方法で構築する。
【0039】
また、下部補強ばり15の上にアンカー鉄筋やアンカー鋼材などの定着用鋼材を多数突設し、この定着用鋼材を介して支持杭および支持壁16の下端部を下部補強ばり15の上に一体的に接合する。
▲6▼ 次に、支持杭または支持壁16と上部補強ばり14とを一体的に接合する(STEP4)。その際、上部補強ばり14と支持杭または支持壁16間に定着用鋼材を多数配置し、かつ無収縮コンクリートを打設して上部補強ばり14と支持杭または支持壁16の上端部を一体的に接合する。
▲7▼ 次に、支持杭または支持壁16と左右側壁部A3間に切りばり17をそれぞれ架け渡しながら外殻部躯体A内の地盤を底盤部まで徐々に掘り下げる。
【0040】
同時に、外殻部躯体A内に中間階の床スラブ、柱、壁などの必要な内部躯体を構築する。その際、底版部A1 と頂版部A2 間に外殻部躯体Aを保持するために施工した支持杭または支持壁16を、その外周に必要な仕上げを施して柱5または壁6とする。
【0041】
以上、▲1▼〜▲8▼の工程により、大断面のトンネルBを容易に施工できる。
発明の実施の形態2.
図6と図7は、この発明の他の施工方法を示し、特に小断面の単体シールドトンネルaを互いに近接させて複数掘進し(STEP.1)、次にこの単体シールドトンネル内を作業空間Eとして、頂版部A2 と底版部A1 間に支持杭または支持壁16を施工する(STEP.2)。
【0042】
また、この単体シールドトンネルaの内側と単体シールドトンネルa,a間にコンクリート4を連続して打設することにより上部補強ばり5を施工する(STEP.3)。
【0043】
その際、隣接する単体シールドトンネルa,a間の隔壁(例えば、鋼殻1の主桁7と縦リブ8のみを残しスキンプレート9を撤去する)を撤去して単体シールドトンネルaどうしを連通した後、必要な補強鉄筋を配筋し、コンクリート4を連続して打設する。その他の方法は先に説明した施工方法と略同じである。
この施工方法によれば、特に補強ばり14を外殻部躯体Aの施工と並行して施工でき、きわめて効率的な施工が可能になる等の効果がある。
【0044】
なお、先の例では、大断面トンネルを構築する場合について説明したが、この種のトンネルの施工に限られるものではなく、駅ビル等の地下街や建物の地下室などの施工にも適用できることはいうまでもない。
【0045】
【発明の効果】
この発明に係る地下構造物の施工方法は、以上説明した構成からなり、外殻部躯体をなす頂版部、底版部および左右側版部を最初に施工し、次に前記頂版部と底版部間に支持杭または支持壁を施工し、次にこの支持杭または支持壁と左右側版部間に切りばりを架け渡しつつ前記頂版部の下側の地盤を床版部まで徐々に掘削して地下空間を構築するので、地下空間が横に偏平な断面形状をなしても、頂版部、底版部および左右側版部を必要以上に厚くする必要はなく、地下構造物をきわめて経済的かつ効率的に、しかもきわめて安全に構築できる等の効果がある。
【0046】
また、小断面の単体シールドトンネルを互いに近接させて複数掘進すると共に、この単体シールドトンネルをその径方向に互いに接合し、かつこの単体シールドトンネルの内側と単体シールドトンネル間にコンクリートを連続して打設することにより頂版部、底版部および左右側版部を連続して構築するので、大断面の外殻部躯体もきわめて効率的にかつ安全に施工できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a),(c)は大断面に構築されたトンネルの軸方向の縦断面図、(b),(d)はその軸直角方向の断面図である。
【図2】(a),(b)は共にトンネルの外殻部躯体の一部斜視図である。
【図3】鋼殻の一例を示す一部斜視図である。
【図4】施工方法の工程を示す断面図である。
【図5】施工方法の工程を示す断面図である。
【図6】他の施工方法の工程を示す断面図である。
【図7】他の施工方法の工程を示す断面図である。
【図8】大断面トンネルの断面図である。
【図9】単体シールドトンネルの断面図である。
【図10】(a)は大断面トンネルの断面図、(b)はその斜視図である。
【図11】鋼殻の従来例を示す一部斜視図ある。
【符号の説明】
A 外殻部躯体
1 底版部
2 頂版部
3 側版部
B トンネル
a 単体シールドトンネル
1 鋼殻
2 せん断補強材
3 軸方向補強鉄筋
4 コンクリート
5 柱
6 壁
7 主桁
8 縦リブ
9 スキンプレート
10 接合プレート
11 高力ボルト
12 裏込め材
13 軸方向補強鉄筋
14 上部補強ばり
15 下部補強ばり
16 支持杭または支持壁
17 切りばり

Claims (5)

  1. 頂版部と底版部と左右側版部とからなる外殻部躯体と当該外殻部躯体内に配置された柱または壁とからなる地下構造物の施工方法において、頂版部、底版部および左右側版部を構築する工程と、前記頂版部と底版部にそれぞれ上部補強梁と下部補強梁を構築する工程と、前記頂版部と底版部間に支持杭または支持壁を構築する工程と、当該支持杭または支持壁と前記側版部間に切りばりを架け渡しながら前記頂版部下の地盤を床版部まで掘削する工程と、前記頂版部と底版部間に前記柱または壁を構築する工程とからなり、前記頂版部、底版部および左右側版部は、複数の単体シールドトンネルを互いに近接させて掘進する工程と、当該単体シールドトンネル同士を連通した状態に接合する工程と、当該単体シールドトンネル内および単体シールド間にコンクリートを打設する工程によって構築し、前記上下補強梁は複数の単体シールドトンネルを互いに近接させて掘進する工程と、当該単体シールドトンネル内および/または単体シールドトンネル間に補強鉄筋を配筋し、かつコンクリートを打設する工程により構築し、前記単体シールドトンネルの内周は、トンネルの周方向に延びる複数の主桁を備えた複数の鋼殻とコンクリートからなる鋼殻コンクリートによって覆工することを特徴とする地下構造物の施工方法。
  2. 支持杭または支持壁の上端部と下端部をそれぞれ上部補強梁と下部補強梁に接合することを特徴とする請求項1記載の地下構造物の施工方法。
  3. 頂版部の下側に当該頂版部の下側地盤を掘削して作業空間を形成し、当該作業空間において支持杭または支持壁を施工することを特徴とする請求項1または2記載の地下構造物の施工方法。
  4. コンクリートを打設する前の単体シールドトンネル内で支持杭または支持壁を施工することを特徴とする請求項1または2記載の地下構造物の施工方法。
  5. 単体シールドトンネル内の鋼殻間の主桁同士および単体シールドトンネル間の主桁同士は高力ボルト接合することにより外殻部躯体の周方向に連続させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の地下構造物の施工方法。
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