JP5647641B2 - 免震装置 - Google Patents
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Description
図35は、本発明の一実施形態に係る免震装置200の全体概略図である。
なお、鉛直免震機構202は、水平免震機構204の下方に設けるようにしてもよい。
次に、鉛直免震機構202の第一実施形態に係る鉛直免震機構Aについて、図に基づいて説明する。
図1は第一実施形態に係る鉛直免震機構Aの斜視図、図2は鉛直免震機構Aの正面図、図3は鉛直免震機構Aの側面図、図4は鉛直免震機構Aの上に免震の対象となる免震対象物を置いた状態を示す正面図である。
第一実施形態においては、垂片4、立片5、及び第1横棒6により変位拡大機構が構成される。
次に、鉛直免震機構202の第二実施形態に係る鉛直免震機構Bついて説明する。
第二実施形態は、第一実施形態の鉛直免震機構Aをさらに改良した鉛直方向の免震機構である。
図5は鉛直免震機構Bの斜視図、図6は図5のA−A線断面図、図7は図5のB−B線断面図、図8は鉛直免震機構Bの上部テーブルを取り除いた概略構成平面図、図9は鉛直免震機構Bの作用板と第2横棒の係止構造を示す拡大要部平面図である。
第二実施形態においては、蝶番構造体13、作用板14、及び第2横棒15により変位拡大機構が構成される。
図10の(a)図は上部テーブル12が通常の状態の立面図を示し、(b)図は上部テーブル12が最高の位置の状態の立面図、(c)図は上部テーブル12が最低の位置の状態の立面図を示す。上部テーブル12に荷重がかかった場合の上部テーブル12の鉛直変位は、蝶番構造体の両板をHとすると、v = 2H (1−cosθ)となり、蝶番軸13cの水平変位はu = H sinθとなる。
きる。
図21は水平免震機構204の一実施形態である水平免震機構Cの分解斜視図、図22は水平免震機構Cの縦断面図である。
次に、鉛直免震機構202の第三実施形態に係る鉛直免震機構300について説明する。
図25は、鉛直免震機構300の正面図を示す。
図26は、図26におけるD−D線断面図を示す。
上部テーブル304は、例えば平坦な板状に形成されており、その上面に免震の対象とする対象物(「免震対象物」と称する)が載置されるようになっている。上部テーブル304は、実質的に水平な姿勢を維持しながら基板302に対して相対的に上下動自在に配置されている。本実施形態においては、基板302が水平となるように配置されており、上部テーブル304はこの基板302と実質的に平行となるように構成されている。
なお、基板302及び上部テーブル304には、これら基板302と上部テーブル304とを相対的に上下動自在に案内するリンク機構3等の支持部材を設けるようにしてもよい。
変位拡大機構306は、本実施形態においては、基板302の四隅に垂直方向にそれぞれ設けられた下部受け部材320と、上部テーブル304の四隅に垂直方向にそれぞれ設けられた上部受け部材322と、左側及び右側(図25において左右方向)にそれぞれ設けられた二つの可動部材324とを備える。
下部受け部材320と上部受け部材322とは、上下方向については対称となり、前後方向については下部受け部材320が上部受け部材322よりも外側となるように配置されている。
下部傾斜部材332の上面(上部テーブル304側の面)には、斜辺縁332aが形成されており、この斜辺縁332aには溝332bが設けられている。
なお、左右に配置された下部固定部材330には、それぞれを接続して固定する補強部材を設けるようにしてもよい。
上部傾斜部材342の下面(基板302側の面)には、斜辺縁342aが形成されており、この斜辺縁342aには溝342bが設けられている。
なお、左右に配置された上部固定部材340には、それぞれを接続して固定する補強部材を設けるようにしてもよい。
第一の回転支持部材352及び第二の回転支持部材354は、例えば、外周に摩擦抵抗(転がり抵抗)を低減する処理の施されたベアリングにより構成され、軸部材350に対し回転自在となっている。
定荷重機構308は、本実施形態においては、左右に設けられた二つの可動部材324
を接続するように設けられ、これらの可動部材324の移動に対して一定の荷重を与える。定荷重機構308は、第一の定荷重部360と、第二の定荷重部362とにより構成される。
第一の定荷重部360は、可動部材324の移動に対して一定の荷重を与える。
第二の定荷重バネ380の一端は、一方(例えば左側)の可動部材324の軸部材350に巻き取られるように固定され、他端は、連結部材384を介して弾性部材382に接続されている。弾性部材382の一端は、連結部材384を介して第二の定荷重バネ380に接続され、他端は、第二の定荷重バネ380が固定された可動部材324とは異なる側(例えば右側)の可動部材324の軸部材350に固定されている。
第二の定荷重部362は、第一の定荷重部360が荷重を与える可動部材324の移動範囲よりも狭い範囲でこの可動部材324の移動に対して一定の荷重を与える
変位方向変更部310は、本実施形態においては、下部受け部材320の斜辺縁332a及び上部受け部材322の斜辺縁342aそれぞれの上下方向に対する傾斜の角度を変更する。変位方向変更部310は、基板302側に設けられた下部変更部402と、上部テーブル304側に設けられた上部変更部404とを備える。
第一の下部移動部材414の前後方向両端にはそれぞれ、第一の下部接続部材434の一端が軸414aを介して回転自在に設けられている。第一の下部接続部材434の他端は、軸332cを介して下部受け部材320の下部傾斜部材332に回転自在に設けられている。
第一の下部移動部材414の移動に伴って、この第一の下部移動部材414に接続された左側の下部傾斜部材332の傾斜角度が変更するようになっている。
第二の下部移動部材416の前後方向両端にはそれぞれ、第二の下部接続部材436の一端が軸416aを介して回転自在に設けられている。第二の下部接続部材436の他端は、軸332cを介して下部受け部材320の下部傾斜部材332に回転自在に設けられている。
第二の下部移動部材416の移動に伴って、この第二の下部移動部材416に接続された右側の下部傾斜部材332の傾斜角度が変更するようになっている。
第一の上部移動部材444の前後方向両端にはそれぞれ、第一の接続部材464の一端が軸444aを介して回転自在に設けられている。第一の接続部材464の他端は、軸342cを介して上部受け部材322の上部傾斜部材342に回転自在に設けられている。
第一の上部移動部材444の移動に伴って、この第一の上部移動部材444に接続された左側の上部傾斜部材342の傾斜角度が変更するようになっている。
第二の上部移動部材446の前後方向両端にはそれぞれ、第二の接続部材466の一端が軸446aを介して回転自在に設けられている。第二の接続部材466の他端は、軸342cを介して上部受け部材322の上部傾斜部材342に回転自在に設けられている。
第二の上部移動部材446の移動に伴って、この第二の上部移動部材446に接続された右側の上部傾斜部材342の傾斜角度が変更するようになっている。
重量検出部502は、上部テーブル304に載置された免震対象物の重量を検出する。
駆動部504は、例えばモータ等により構成され、下部変更部402の下部リニアシャフト420及び上部変更部404の上部リニアシャフト450を回転駆動させる。
制御部506は、重量検出部502が検出した免震対象物の重量に基づいて、駆動部504の駆動を制御する。
なお、下部リニアシャフト420及び上部リニアシャフト450は、駆動部504に代えて手動により回転するようにしてもよいし、駆動部504による回転駆動と手動による回転駆動とが選択自在な構成としてもよい。
図28は、鉛直免震機構300により支持荷重が増幅される原理を説明する説明図を示す。以下、説明を簡略化するため、鉛直免震機構300を構成する部材の重量は無視するものとする。
図29は、変位拡大機構306及び定荷重機構308の動作を正面からみた模式図を示し、図30は、変位拡大機構306及び定荷重機構308の動作を上方からみた模式図を示す。
図29(a)、図30(a)は、基板302に対して上部テーブル304が上方に移動(変位)している状態(以下、「上昇状態」と称する場合がある)を、図29(b)、図30(b)は、基板302に対して上部テーブル304が基準位置(静的釣合位置)にある状態(以下、「基準状態」と称する場合がある)を、図29(c)、図30(c)は、基板302に対して上部テーブル304が下方に移動している状態(以下、「下降状態」と称する場合がある)を、それぞれ示す。
図31は、基板302に対する上部テーブル304の上下方向の変位と、抵抗力との関係を示すグラフである。
復元力Rwは、免震対象物に作用する鉛直方向上向きの抵抗力「Fw」と免震対象物の重量「mg」との差(Rw = Fw - mg)として表される。基準状態(w = 0)において復元力「Rw = 0」となり、上昇状態(w < 0)において復元力「Rw < 0」(鉛直方向下向きに作用)となり、下降状態(w > 0)において復元力「Rw > 0」(鉛直方向上向きに作用)となる。
具体的には図29(b)、図30(b)に示すように、第一の定荷重部360においては、第一の定荷重バネ370の荷重が可動部材324に作用する。一方、第二の定荷重部362においては、第二の定荷重バネ380と弾性部材382とを連結する連結部材384が延びた(遊びがない)状態となる。つまり、基準状態においては、弾性部材382の剛性による荷重が可動部材324に作用する。
このため、基準状態から比較的変位の小さい範囲においては、弾性部材382の剛性による復元力Rwが作用することとなる。これにより、通常時において発生することが想定される程度の比較的小さな上下動に対して、免震対象物に過剰な変位wが発生することが抑制される。
具体的には図29(a)、図30(a)に示すように、第一の定荷重部360においては、第一の定荷重バネ370が初期剛性の範囲を超えて、可動部材324に一定の荷重N1を与える。一方、第二の定荷重部362においては、連結部材384が緩んだ状態となる。つまり、上昇状態においては、第二の定荷重部360は可動部材324に荷重N2を与えない。
このため、上昇状態においては、鉛直方向下向きの復元力「Rw = αN1 - mg」が作用することとなる。
基準状態から上昇状態にかけて、変位拡大機構306は、基板302に対する上部テーブル304の上向きの変位を、可動部材324の水平方向内向きの変位に拡大する。
具体的には、図29(c)、図30(c)に示すように、第一の定荷重部360においては、第一の定荷重バネ370が可動部材324に一定の荷重N1を与える。一方、第二の定荷重部362においては、連結部材384が引っ張られた(遊びがない)状態となるとともに弾性部材382が最大限に延びた状態となる。つまり、下降状態においては、第二の定荷重バネ380は荷重がかかる状態にあり、第二の定荷重部360は可動部材324に荷重N2を与える。
このため、下降状態においては、鉛直方向上向きの復元力「Rw = α(N1+N2) - mg」が作用することとなる。
基準状態から下降状態にかけて、変位拡大機構306は、基板302に対する上部テーブル304の下向きの変位を、可動部材324の水平方向外向きの変位に拡大する。
このように、鉛直免震機構300は、免震対象物に作用する復元力Rwが予め定められた範囲内となるように構成されている。
図32は、変位方向変更部310の動作を説明する模式図を示す。なお、下部変更部402及び上部変更部404は、傾斜の角度を変更する対象が異なるのみで同様の構成となっているため、以下、下部変更部402を用いて説明する。
図32(a)は、下部受け部材320の下部傾斜部材332と基板302のなす角度(以下、「傾斜角度」と称する場合がある)が「θ1」である場合を示し、図32(b)は、傾斜角度が「θ1」よりも大きい「θ2」である場合を示し、図32(c)は、傾斜角度が「θ2」よりも大きい「θ3」である場合を示す。
図32(a)に示すように、第一の下部移動部材414が左方向に移動すると、これに伴ってこの第一の下部移動部材414に設けられた第一の下部接続部材434が左方向に移動する。第一の下部接続部材434の左方向への移動に従い左側の下部傾斜部材332が押し上げられ、この下部傾斜部材332の傾斜角度が減少する(「θ1」となる)ように変更される。
同様に、第二の下部移動部材416が右方向に移動すると、これに伴ってこの第二の下部移動部材416に設けられた第二の下部接続部材436が右方向に移動する。第二の下部接続部材436の右方向への移動に従い右側の下部傾斜部材332が押し上げられ、この下部傾斜部材332の傾斜角度が減少する(「θ1」となる)ように変更される。
図32(c)に示すように、第一の下部移動部材414が右方向に移動すると、これに伴ってこの第一の下部移動部材414に設けられた第一の下部接続部材434が右方向に移動する。第一の下部接続部材434の右方向への移動に従い伴って左側の下部傾斜部材332が引き下げられ、この下部傾斜部材332の傾斜角度が増加する(「θ3」となる)ように変更される。
同様に、第二の下部移動部材416が左方向に移動すると、これに伴ってこの第二の下部移動部材416に設けられた第二の下部接続部材436が左方向に移動する。第二の下部接続部材436の左方向への移動に従い右側の下部傾斜部材332が引き下げられ、この下部傾斜部材332の傾斜角度が増加する(「θ3」となる)ように変更される。
具体的には、制御部506は、重量検出部502が検出した免震対象物の重量「mg」に基づいて、式(4)を満たすように下部リニアシャフト420及び/又は上部リニアシャフト450を回転駆動するよう駆動部504を制御する。
例えば、重量「mg」が上昇状態の抵抗力「Fw = αN1」よりも小さい場合、増減率αを小さくする(すなわち傾斜角度「θ」を大きくする)ように、制御部506は駆動部504を制御する。
一方、重量「mg」が下降状態の抵抗力「Fw = α(N1+N2)」よりも大きい場合、増減率αを大きくする(すなわち傾斜角度「θ」を小さくする)ように、制御部506は駆動部504を制御する。
次に、鉛直免震機構202の第四実施形態に係る鉛直免震機構600について説明する。
第三実施形態に係る鉛直免震機構300においては、上部テーブル304に上部受け部材322を設けていたのに対し、第四実施形態に係る鉛直免震機構600においては、上部テーブル304に水平受け部材620を設けている点で、両者の構成は異なる。
図33は、鉛直免震機構600の正面図を示す。
なお、水平受け部材620は、左右の水平受け部材620を一体とした一つの部材として構成し、上部テーブル304の前後に平行に設けられるようにしてもよい。
第一の回転支持部材352は、下部受け部材320の斜辺縁332aの溝332bに嵌り、この溝332bに案内されて移動するようになっている。また、第二の回転支持部材354は、水平受け部材620の水平縁640aの溝642bに嵌り、この溝642bに案内されて移動するようになっている。
このように、軸部材350は、第一の回転支持部材352及び第二の回転支持部材354を介して、斜辺縁332a及び水平縁640aに沿って移動自在に設けられている。第四実施形態においては、水平縁640aが水平に配置されているため、第二の回転支持部材354には、水平受け部材620から鉛直方向の力が作用するものの、水平方向の力が実質的に作用しない構成となっている。
図34は、鉛直免震機構600により支持荷重が増幅される原理を説明する説明図を示す。以下、説明を簡略化するため、鉛直免震機構600を構成する部材の重量は無視するものとする。
3 リンク機構
4 垂片
5 立片
6 横棒
7 定荷重バネ
11 基板
12 上部テーブル
13 蝶番構造体
14 作用板
15 横捧
16 定荷重バネ
17 三角枠
18 横棒
19 定荷重バネ
21 上板
22 下板
23 蝶番構造体
24 免震作用体
25 平板
26 コマ
200 免震装置
202 鉛直免震機構
204 水平免震機構
300 鉛直免震機構
302 基板
304 上部テーブル
306 変位拡大機構
308 定荷重機構
310 変位方向変更部
320 第一の受け部材
322 第二の受け部材
324 可動部材
352 第一の回転支持部材
354 第二の回転支持部材
360 第一の定荷重部
362 第二の定荷重部
370 第一の定荷重バネ
380 第二の定荷重バネ
402 第一の変更部
404 第二の変更部
502 重量検出部
504 駆動部
506 制御部
600 鉛直免震機構
606 変位拡大機構
620 水平受け部材
Claims (8)
- 基板と該基板の上方に配置された上部テーブルとの間にあって、前記基板に対する前記上部テーブルの上下方向の変位を上下方向とは異なる方向の変位に拡大する変位拡大手段と、
前記変位拡大手段の変位に対して一定の荷重を与える定荷重手段と、を有し、
前記変位拡大手段は、
前記基板及び前記上部テーブルの少なくともいずれか一方に垂直方向に設けられ、斜辺縁又は弧状縁を有する受け部材と、
前記受け部材に沿って移動自在に設けられた可動部材と、
を有し、
前記定荷重手段は、前記可動部材の移動に対して一定の荷重を与える
免震装置。 - 前記変位拡大手段は、
前記上部テーブルの下面から垂下した平行な一対の略二等辺三角形状の垂片と、
前記各垂片の一面と摺り合うように前記基板の上面に立設した平行な一対の略二等辺三角形状の立片と、
を有し、
前記定荷重手段は、
前記垂片と立片とが摺り合わさった両側の斜辺縁又は弧状縁にそれぞれスライド自在に設けられた可動部材の間に渡るように設けられている
請求項1記載の免震装置。 - 前記基板及び前記上部テーブルの外周縁の各辺に設けられた蝶番構造体の両板の外端縁を、該基板及び該上部テーブルに回動自在に接続して、該基板及び該上部テーブルを相対的に上下に移動自在に支持する支持手段、
をさらに有し、
前記変位拡大手段は、
対向する一対の前記蝶番構造体の蝶番軸箇所からそれぞれ回転自在に支持され、両側縁に先端側が大きく軸支持部幅が小さい凹湾状に切り欠いた弧状縁を有する作用板を有し、
前記定荷重手段は、
相対向する前記作用板の両側の各弧状縁に沿ってスライド自在に設けられた可動部材の間に渡るように設けられている
請求項1記載の免震装置。 - 前記基板の上方又は下方に設けられ、免震対象物への水平方向の震動に対応する水平免震機構、
をさらに有する請求項1乃至3いずれか記載の免震装置。 - 前記水平免震機構は、
下面に湾曲凹部を有する上板と、
前記上板の下方に設けられ中央部に大径孔を有する下板と、
前記下板に対して、前記上板が水平を維持して上下に移動自在とする免震作用体を備え、前記上板の四辺と前記下板の四辺とのそれぞれに両板を回転自在に接続して設けられた蝶番構造体と、
前記下板を支持する平板と、
前記平板上に載せられ、前記上板の湾曲凹部の山部形状に相応する湾曲形状の少なくとも上部を有するコマと、
を有し、
前記免震作用体を前記下板の大径孔に前記コマを通して被せ、該コマの上部が前記上板の湾曲凹部に接触し、該免震作用体に作用する振幅が一定値以内では該免震作用体が該コマを中心に湾曲凹部の範囲で移動し定位置に戻る構成であることを特徴とする請求項4記載の免震装置。 - 前記免震作用体に作用する振幅が一定値を超えた場合に、前記コマが該免震作用体とともに前記平板上を移動可能である請求項5記載の免震装置。
- 前記可動部材が移動して変位する方向を変更する変更手段、
をさらに有する請求項1乃至6いずれか記載の免震装置。 - 前記定荷重手段は、
前記可動部材の移動に対して一定の荷重を与える第一の荷重部と、
前記第一の荷重バネが荷重を与える前記可動部材の移動範囲よりも狭い範囲で該可動部材の移動に対して一定の荷重を与える第二の荷重部と、
を有し
前記基板及び前記上部テーブルの距離が予め定められた第一の距離以下となった場合に、免震対象物の重量よりも大きい復元力となるように一定の荷重を与え、前記基板及び前記上部テーブルの距離が第一の距離よりも大きく予め定められた第二の距離以上となった場合に免震対象物の重量よりも小さい復元力となるように一定の荷重を与える請求項1記載の免震装置。
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