JP5218258B2 - 板圧延機及びその制御方法 - Google Patents
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Description
なお、本発明とは目的が全く異なるが、特許文献3と4には本発明と類似の実施形態が開示されている。これらの発明は上下作業ロールの回転速度あるいはトルクに積極的に差をつけて圧延材に付加的なせん断塑性変形を与える、所謂、異周速圧延を実行するための技術である。
このように圧延材が圧延方向の板厚変化を有している場合において、その板厚が大きく変化する部分を圧延するに際しては上下各ロールそれぞれが異常回転することがあり、これにより上下作業ロールから圧延材に加えられる圧延トルクが急激且つ大きく変化し、上下作業ロールのトルクバランスが急激に変化してしまう場合があった。
(A)反りやうねりが発生する場合は、上下作業ロールの圧延トルクバランスが大きく変化すること。
(B)より具体的には、圧延材が上反りになる場合は下圧延トルクが増加方向、上圧延トルクが減少方向に急激に変化して、圧延材が下反りになる場合はその逆方向のトルク変化が生じること。
(C)うねりを生じる場合は、上下作業ロールの圧延トルクのバランスが連続的かつ周期的に変化すること。
(D)また、圧延トラブルを引き起こすような大きな反りの場合には、例えばロール一本あたりトルクの絶対値の50%を超えるような非常に大きなトルク変化が1秒前後の短時間の間に上下作業ロールで逆方向に生じること。また、このような場合であっても上下作業ロールのトルクの合計値はほぼ一定値を保っていること。
(E)さらには、圧延材が圧延方向(長手方向)の板厚変化を有している場合、作業ロールが圧延材に与える圧延トルクは、その板厚変化の影響を受けて変化する場合があること。
(F)圧延材が圧延方向の板厚変化を有している場合、圧延材への圧延荷重は、その板厚変化の影響を受けて変化する場合があること。
(G)以上から、上下作業ロールの圧延トルクバランスの変化を抑制する高応答な駆動制御を行えば、反りあるいは板幅方向に貫通した波形状による平坦度不良を防止できること。
(H)さらに、圧延材が圧延方向の板厚変化を有している場合、作業ロールに対して適切な駆動制御を行えば、該作業ロールの異常回転を防止することができ、また板厚変化後の圧延トルクバランスの変化を抑制する制御を行えば上述の反りや平坦度不良等を防止することができること。
即ち、本発明の板圧延機は、上下一対の作業ロールと、上記一対の作業ロールをそれぞれ独立に駆動する一対の電動機と、一方の電動機に対し、ロール回転速度を制御目標値として制御する第1の制御手段と、他方の電動機に対し、該電動機によって駆動される作業ロールから圧延材に加えられる圧延トルクが略一定になることを制御目標として駆動トルクを制御量とした制御であって駆動トルク制御目標値に応じて行う駆動トルクの制御、又はロール回転速度を制御目標値とした制御のいずれか一方に切換え可能な第2の制御手段とを備え、上記第2の制御手段は、圧延材の圧延方向の板厚が予め定めた許容範囲外に変化したときに上記他方の電動機の制御を駆動トルク制御からロール回転速度制御に切換える一方、板厚変化後にロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換える切換手段と、上記他方の電動機の制御がロール回転速度制御に切り換わったときに該電動機のロール回転速度を一定速度に維持制御する速度維持制御手段と、圧延材の板厚変化後であって上記他方の電動機をロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換える前に該電動機の駆動トルクを測定する駆動トルク測定手段と、上記他方の電動機を回転速度制御から駆動トルク制御に切換えるときに該駆動トルク測定手段による測定値を新たな駆動トルク制御目標値として圧延中に変更する変更制御手段とを有していることを特徴とする。
この場合において、上記第2の制御手段は、圧延荷重と作業ロールによって圧延材に加えられる圧延トルクとの関係を演算する演算手段と、該演算手段によって演算した圧延荷重と圧延トルクの関係に基づき、圧延材の板厚の変化により生じる圧延荷重の変化に応じて圧延トルク目標値を変更する圧延トルク変更制御手段とを有し、該圧延トルク変更制御手段によって変更された圧延トルク目標値に応じて他の電動機の駆動トルクを変更可能な構成であることが好ましい。
また、この場合においては、上記圧延材に対する圧延荷重と上記作業ロールよって該圧延材に加えられる圧延トルクとの関係を演算し、その演算による圧延荷重と圧延トルクの関係に基づき、圧延材の板厚の変化により生じる圧延荷重の変化に応じて目標とする圧延トルクを得るための圧延トルク目標値を設定、変更すると共に、該圧延トルク目標値に応じて上記他の電動機の駆動トルクを設定、変更するようにしてもよい。
したがって、圧延材が圧延方向の大きな板厚変化を有している場合であっても、圧延トルクの急激な変化を防止して、上下作業ロールのトルクバランスが変化することを防ぐことができる。また、圧延材の板厚変化後に電動機の駆動トルクを測定して、駆動トルク制御目標値を、その測定値を新たな駆動トルク制御目標値として変更し、その新たな駆動トルク制御目標値に基づいて該電動機の駆動トルク制御を再開するため、圧延材に圧延方向の大きな板厚変化があっても、上下作業ロールの圧延トルクバランスの急激な変化を抑制し、上述の反りや平坦度不良等を確実に防止することができる。
すなわち、本発明によれば、このように定常的な圧延操業を行っている際に、急激な板厚変化という非定常的な状態が生じたとしても、駆動トルク制御を一時的にロール回転速度制御に切換えて制御するため、その前後において反りや平坦度不良を確実に防止することができる。
図1は本発明に係る板圧延機の第1の実施の形態を本発明の制御情報の流れに基づいて示すものである(ただし、必ずしも装置構成と一致するように図示していない)。図1の圧延機は、上作業ロール2及び下作業ロール3がそれぞれ独立の駆動用電動機5,6によって駆動されるもので、上作業ロール2の上部には上補強ロール1が、下作業ロール3の下部には下補強ロール4が配設されたものとなっている。
そして、下作業ロール3を駆動する下駆動用電動機6はロール回転速度を制御目標値に一致するように制御され、上作業ロール2を駆動する上駆動用電動機5は、該電動機5によって駆動される作業ロールから圧延材39に加えられる圧延トルクが略一定になることを制御目標として駆動トルクを制御量とした制御であって駆動トルク制御目標値に一致するように行う駆動トルクの制御、又はロール回転速度を制御目標値とした制御のいずれか一方に切換自在に制御されるようになっている。
ここで、圧延トルクを略一定にするとは、上下圧延トルク合計値に対するトルク制御側の作業ロールの圧延トルクの割合の時系列的変化を、圧延出側板厚の100倍に相当する長さを圧延する間に合計トルクの10%程度以下にすることとし、好ましくは、5%程度以下にすることとする。
なお、この下駆動制御回路は、下駆動用電動機6に対して下作業ロール回転速度のみを制御するようになっていて、駆動トルクについては制御しない。
ここで、上記圧延材の板厚の変化の許容範囲は圧延材の強度、板幅、設定張力等の各種条件によって許容される板厚変化の上下限値41が決定される。
なお、上記所定のロール回転速度目標値は、上記上駆動用電動機5の制御をロール回転速度制御に切換える瞬間の上作業ロール回転速度を目標として決定される。
その一方で、上駆動トルク測定手段は、圧延材39の板厚変化後(許容範囲を外れる板厚の変化が終了して板厚変化が許容範囲内となった後)であって上駆動用電動機5をロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換える前に、該電動機5の上駆動トルクを測定し、測定値である上駆動トルク測定値8を、制御切換装置36を経由して上記駆動トルク制御装置に出力する。さらに、該上駆動トルク測定装置を通じて、上駆動トルク測定値8を、上記上駆動トルク制御目標値7を設定する上駆動トルク制御目標値計算器19に出力するようにしている。
具体的には、上駆動用電動機5が駆動トルク制御されている場合において、上記上駆動トルク測定手段によって測定された駆動トルク制御時の上駆動トルク測定値8’と、上記下駆動用電動機6に設けられた下駆動トルク測定手段によって測定された下駆動トルク測定値18と、現時点の上駆動トルク制御目標値7とに基づいて、更新に供する上駆動トルク制御目標値7’を上駆動トルク制御目標値計算器19で演算し、上駆動用電動機5の駆動トルクをその上駆動トルク制御目標値7´に一致させるための上駆動トルク制御量9’を該上駆動用電動機5に出力するようになっている。
初期状態においては、上駆動用電動機5は、上駆動制御回路の制御切換装置36によって駆動トルク制御に切換えられていて、上作業ロール2は、事前に与えられた駆動トルク制御目標値に基づく駆動トルクに制御される。また、下駆動用電動機6に対してはロール回転速度制御のみが行われ、下作業ロール3は、事前に与えられた下作業ロール回転速度目標値10に基づいてロール回転速度が制御される。
なお、この場合においては、上述したように、上下作業ロール2,3の圧延トルクバランスをより好適に制御するため、上下作業ロール2,3の駆動トルクの状況によっては、上駆動用電動機5の上駆動トルク制御目標値7を圧延中に更新する制御が行われることがある。
なお、上駆動用電動機5の制御が駆動トルク制御からロール回転速度制御に切換えられた場合には、駆動トルク制御は解除される(図3(c)参照)。
なお、上駆動用電動機5の制御がロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換えられた場合には、ロール回転速度制御は終了し、ロール回転速度の回転速度維持も解除される(図3(b)参照)。
これは、通常の圧延は圧下率がほぼ一定の状態で圧延を実施するので上下作業ロール2,3の圧延トルクを合計した合計トルクはほぼ一定値となるところ、上作業ロール2の圧延トルクを一定に制御すれば必然的に下作業ロール3の圧延トルクもほぼ一定に制御できるので、上下作業ロール2,3の圧延トルクバランスの変化を防止できるからである。即ち、ロール回転速度制御を実施している下作業ロール3の圧延トルクもほぼ一定となり、作業ロールと圧延材39とのスリップが零となる中立点の位置もほぼ一定に保たれるので、圧延材39の速度についてもほぼ一定に保たれるからである。
また、このような制御を板圧延の全長に渡って行えば、特許文献1及び2に挙げられた対症療法的な対応ではなく定常的な制御を行うことができるため、応答も速く、反りや絞りを未然に防止できる。
また、圧延材39の板厚変化後に上駆動用電動機5の駆動トルクを測定して、上駆動トルク制御目標値7を、その測定値を新たな上駆動トルク制御目標値7として変更し、その新たな上駆動トルク制御目標値7に基づいて該電動機5の駆動トルク制御を再開するため、圧延材39の板厚の変化が大きくても、上下作業ロール2,3の圧延トルクバランスの急激な変化を抑制し、上述の反りや平坦度不良等を確実に防止することができる。
上記第1の実施の形態においては、圧延材39の板厚変化の検知を、板厚計等の板厚計測手段により板厚を直接的に計測することにより行っているが、図4に示す第2又は第3の実施の形態のように、圧延材39の板厚変化の検知を、圧延材39に対する圧延荷重の変化で検知する検知手段によって行う構成とすることもできる。
そして、計測された圧延荷重に基づいて板厚演算装置42により算出された圧延材39の板厚変化と、この板厚変化の許容範囲の上下限値41とを比較し、板厚の変化が許容範囲外であると判断された場合には、その情報が上記制御切換装置36に出力され、その板厚変化部分が上下作業ロール2,3に噛み込まれるタイミングで、上駆動用電動機5の制御を駆動トルク制御からロール回転速度制御に切換えられるように構成されている。
また、第2の実施の形態の板圧延機又はその制御方法は、圧延材39に対する圧延荷重の変化により検知するようにしたため、第1の実施の形態の場合に比べて、特に板厚測定器を必要とせず、圧延と同時にその板厚測定値を得ることができ、制御の遅れも非常に少なくすることができるという点で有利である。
さらに、第3の実施の形態の板圧延機又はその制御方法は、第2の実施の形態の板圧延機又はその制御方法に比べて、荷重に基づいて上圧延トルク目標値44を得ることができるので、非常に迅速に上駆動トルク制御目標値7を変更することができるという点で有利である。
また、目標値と測定値との差異から制御量を決める際には、例えばPID制御ゲインを介する等、通常用いられる制御技術を適用することは言うまでもなく、上下一対の作業ロールをそれぞれ独立に駆動する一対の電動機に対して、ロール回転速度を制御目標値として制御、又は駆動トルクを制御量として制御する制御手段としては、例えばコンピュータ(電子計算機)を用いることができる。さらに、圧延トルク目標値の設定計算モデルを圧延実績データから学習することで圧延トルク設定値の計算精度を上げることができ、結果として上下作業ロール2,3のトルクの差を小さくすることもできる。
以下、図3(a)〜(c)、図5及び図6を用いて、当該スタンドを溶接継ぎ目部が圧延されながら通過する際に用いられた本発明の実施例を説明する。
なお、図5及び6において、図1及び図4と同じ構成あるいは機能、値であるものについては、図1又は図4と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
この後、非定常的に変化していた板厚測定値40が変化許容範囲の上下限値41内に収まったとき(即ち、被圧延材である熱延コイルが次のものに切り換わり、板厚が安定したとき)、上作業ロール2は制御切換装置36でロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換えられる。
このとき、下駆動トルク測定値18が検出され、上駆動トルク制御目標値計算器19において以前の上駆動トルク制御目標値7と合わせて、すでに新たな上駆動トルク制御目標値7が再計算され、その値に新たな上駆動トルク制御目標値7が変更されている。さらにこのとき、荷重測定値40に基づいて上圧延トルク目標値44を求め、これに基づいて上駆動トルク制御目標値7を変更してもよい。
制御が切換えられると上作業ロール2の回転速度は微小の変動をするが、トルクが一定に維持され、逸早く、トルクバランスの取れた安定した圧延状況に復帰する。
ここで、本実施例において上記溶接継ぎ目部はその前後で板厚の変化のない例を用いて説明しているが、継ぎ目前後で板厚の異なるものであっても、板幅、変形抵抗等の異なる場合であっても、本発明は適用することができる。
この結果、大きな板厚変化がある場合であっても、一方の電動機はロール回転速度を制御目標値として制御し、他方の電動機については該電動機で駆動される作業ロールから圧延材に加えられる圧延トルクが略一定になることを制御目標として駆動トルクを制御量として制御する制御手段を備えた本発明の圧延機において、作業ロールに対して適切な制御を行うことにより、圧延材の反りによる通板トラブル、あるいはうねり、全波、小波等と呼ばれる板幅方向に貫通した波形状による平坦度不良を解消することができ、かつ作業ロールの異常回転の防止が可能であることがわかった。
2 上作業ロール
3 下作業ロール
4 下補強ロール
5 上駆動用電動機
6 下駆動用電動機
7 上駆動トルク制御目標値
8 上駆動トルク測定値
9 上駆動トルク制御量
10 下作業ロール回転速度目標値
11 下作業ロール回転速度測定値
12 下作業ロール回転速度制御量
13 上作業ロール回転速度測定値
18 下駆動トルク測定値
19 上駆動トルク制御目標値計算器
26 圧延荷重測定装置
36 制御切換装置
37 上作業ロール回転速度目標値
38 上作業ロール回転速度制御量
39 圧延材
40 板厚測定値
41 板厚変化上下限値
42 板厚演算装置
43 圧延トルク演算装置
44 上圧延トルク目標値
Claims (6)
- 上下一対の作業ロールと、
上記一対の作業ロールをそれぞれ独立に駆動する一対の電動機と、
一方の電動機に対し、ロール回転速度を制御目標値として制御する第1の制御手段と、
他方の電動機に対し、該電動機によって駆動される作業ロールから圧延材に加えられる圧延トルクが略一定になることを制御目標として駆動トルクを制御量とした制御であって駆動トルク制御目標値に応じて行う駆動トルクの制御、又はロール回転速度を制御目標値とした制御のいずれか一方に切換え可能な第2の制御手段とを備え、
上記第2の制御手段は、圧延材の圧延方向の板厚が予め定めた許容範囲外に変化したときに上記他方の電動機の制御を駆動トルク制御からロール回転速度制御に切換える一方、板厚変化後にロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換える切換手段と、上記他方の電動機の制御がロール回転速度制御に切り換わったときに該電動機のロール回転速度を一定速度に維持制御する速度維持制御手段と、圧延材の板厚変化後であって上記他方の電動機をロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換える前に該電動機の駆動トルクを測定する駆動トルク測定手段と、上記他方の電動機を回転速度制御から駆動トルク制御に切換えるときに該駆動トルク測定手段による測定値を新たな駆動トルク制御目標値として圧延中に変更する変更制御手段とを有していることを特徴とする板圧延機。 - 上記第2の制御手段は、圧延材の板厚の変化を圧延荷重の変化で検知する検知手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の板圧延機。
- 上記第2の制御手段は、圧延荷重と作業ロールによって圧延材に加えられる圧延トルクとの関係を演算する演算手段と、該演算手段によって演算した圧延荷重と圧延トルクの関係に基づき、圧延材の板厚の変化により生じる圧延荷重の変化に応じて圧延トルク目標値を変更する圧延トルク変更制御手段とを有し、該圧延トルク変更制御手段によって変更された圧延トルク目標値に応じて他の電動機の駆動トルクを変更可能な構成であることを特徴とする請求項2に記載の板圧延機。
- 上下一対の作業ロールにそれぞれ独立の電動機によって駆動力を供給して、一方の電動機をロール回転速度を制御目標値として制御すると共に、他方の電動機を、該電動機によって駆動される作業ロールから圧延材に加えられる圧延トルクが略一定になることを制御目標として駆動トルクを制御量とした制御であって駆動トルク制御目標値に応じて行う駆動トルクの制御、又はロール回転速度を制御目標値とした制御のいずれか一方に切換自在に制御し、圧延時において、圧延材の圧延方向の板厚が予め定めた許容範囲外に変化したときは、上記他方の電動機の制御を駆動トルク制御からロール回転速度制御に切換えて、該電動機のロール回転速度を一定速度に維持制御する一方、圧延材の板厚変化後における上記他方の電動機の駆動トルクを測定して、その測定値を新たな駆動トルク制御目標値として変更した後、該他方の電動機の制御をロール回転速度制御から駆動トルク制御に切換えることを特徴とする板圧延機の制御方法。
- 上記圧延材の板厚の変化を、圧延材に対する圧延荷重の変化により検知することを特徴とする請求項4に記載の板圧延機の制御方法。
- 上記圧延材に対する圧延荷重と上記作業ロールよって該圧延材に加えられる圧延トルクとの関係を演算し、その演算による圧延荷重と圧延トルクの関係に基づき、圧延材の板厚の変化により生じる圧延荷重の変化に応じて目標とする圧延トルクを得るための圧延トルク目標値を設定、変更すると共に、該圧延トルク目標値に応じて上記他の電動機の駆動トルクを設定、変更することを特徴とする請求項5に記載の板圧延機の制御方法。
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