JP6442272B2 - 浚渫工法 - Google Patents

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本発明は、グラブバケットを用いて港湾の海底面の土砂を浚って取り除く浚渫工法に関するものである。
港湾における航路や泊地では、グラブバケットと呼ばれる土砂を掴み取ることのできる重機を用いて浚渫工事を行う。また、供用開始後、長年に渡って海底面に堆積した土砂やヘドロ等を浚って取り除く、いわゆる維持浚渫工事が行われる。
この浚渫工事は、主に、航路や泊地の水深を確保するために行われるものであり、浚渫後の海底面が予め設定された計画水深以下である必要がある。しかし、仮に計画水深を基準として浚渫工事を行った場合、浚渫後の海底面は、浚渫深度や土質硬度の種類、海象条件等によって、図12に示すように、出来形と呼ばれる凹凸の掘削跡ができ、計画水深より浅い掘残し箇所が生じる。
そのため、一般的な浚渫工事では、図13に示すように、掘残し箇所が生じないように、計画水深よりも深い位置に基準水深を設定し、浚渫後の海底面の平均水深が前記基準水深となるように浚渫工事を行うことで前記計画水深を確保している。このとき、計画水深よりも深い位置を掘削することを余掘と呼び、この余掘によって前記計画水深より上にある純土量と呼ばれる土量よりも余分な土砂を取り除くことで、円滑な浚渫作業ができる。
従来、この浚渫工事により取り除かれた土砂は沖合の海洋に投棄されてきたが、当該投棄により漁業に用いられる網に土砂が付着する等の問題が生じていた。そのため、現在では、取り除かれた土砂は陸揚げされて、予め造成されたピットと呼ばれる大型の収容施設に収容される。
一方、グラブバケットを用いた浚渫工法について、例えば、特開2010−159545号公報では、第1のグラブバケットによって、予め設定された浚渫深さに対して仕上げ掘の仕上げ深さ分の土砂を残して浚渫を行った後、第1のグラブバケットよりも最大掘り深さが小さく、かつ大開口面積が大きい仕上げ掘グラブバケットを前記第1のグラブバケットに替えて吊りワイヤーに取り付け、当該仕上げ掘グラブバケットにより仕上げ深さ分の土砂を取り除く仕上げ掘を行う浚渫方法が提案されている(特許文献1)。
この特許文献1によれば、浚渫における最後の工程の際に、大開口面積の大きい仕上げ掘グラブバケットに替えることで、浚渫対象となる全領域の土砂をすくう回数が低減し、効率よく作業を行うことができるとされている。
特開2010−159545号公報
しかしながら、特許文献1に記載された発明において、前記仕上げ掘グラブバケットは、維持浚渫に適したグラブバケットであり、泊地浚渫工事完了後の浮泥や漂砂が堆積したものを浚渫するものである。そのため、標準貫入試験値(N値)が0〜10程度の比較的柔らかい土砂しか浚渫することができない。つまり、ヘドロのような柔らかい土質が対象で、これ以上の硬い地盤を掘ると仕上げ掘グラブバケットでは捻れや歪みが生じ、破損してしまうという問題がある。よって、通常のヘドロ専用の仕上げ掘グラブバケットは、硬土質地盤(N値10〜15程度)には使用することができない。
また、仮に第1のグラブバケットで仕上げ掘を行おうとすると、1回あたりの仕上げ面積が小さく非常に手間がかかってしまう。
一般的に、浚渫工事と陸揚げ後の土砂の処理は同一業者によって行われる。浚渫工事業者は、浚渫から陸揚げした土砂をピット内に収容するまでの作業となり、工事費用は純度量プラス余掘土量を合わせた土量の浚渫費と陸揚げ運搬費が計上される。このとき、通常、余掘までの土量は基準の土量として工事費用の対象となるが、余掘以上の土量は業者の負担となってしまう。
しかし、浚渫における深掘は基準がなく、いくらでも良い。そのため、国が負担するピットの造成は大きく作らなければならない。余掘した土砂の量が多くなると発注者としては処理費用が多くなり国損となってしまう。特に、泊地浚渫工事等は、浚渫する面積が大きいため、面積当たりの余掘する深さが少し増えるだけで、多量の土砂を増加させてしまう。
また、陸揚げされる土砂の量が増加すると、海上での作業が増えるばかりでなく、揚土作業、運搬作業、捨土作業等の作業も増加する。また、作業量の増加に伴い、運搬作業による交通渋滞発生や重機使用による二酸化炭素の排出量が増加する等の環境負荷も増大する。特に、土砂を収容するピットを大きくしなければならず、造成等には多大な費用が生じる。場合によっては、浚渫土砂を廃棄する場所が十分に確保できないといった問題も生じる。
本発明は、このような国の負担を抑えるためのものであって、計画水深を確保し、浚渫工事によって取り除く土砂の量を抑えることのできる浚渫工法を提供することを目的としている。
本発明に係る浚渫工法は、予め計画された計画水深と前記計画水深から所定の余掘厚分を加えた水深との間に、浚渫を行う際の基準となる基準水深を設定する基準水深設定工程と、土砂を掘削するための標準グラブバケットを用いて、前記基準水深を基準として浚渫する第1浚渫工程と、前記第1浚渫工程により浚渫された海底面において、前記計画水深を満たさない掘残し箇所を特定する掘残し箇所特定工程と、前記標準グラブバケットよりも最大開口面積が大きく形成されているとともに、グラブバケットのシェルを形成する板部材が前記シェルの開閉の支点となる支軸の周囲においてシェル主板と、このシェル主板の両面上に重ねた一対のシェル腕板と、少なくとも一方の前記シェル腕板の片面上に重ねたシェル補強板とを有する、薄層用幅広グラブバケットを用いて、前記掘残し箇所を前記計画水深以下に掘削する第2浚渫工程とを有している。
また、本発明の一態様として、前記基準水深は、前記計画水深に対して0.2m以深〜0.4m以浅の範囲内に設定されるのが好ましい。
本発明によれば、計画水深を確保し、浚渫工事によって取り除く土砂の量を抑えることができる。
本発明に係る浚渫工法の一実施形態を示すフロー図である。 本実施形態の浚渫工法における計画水深、余掘厚および基準水深を示す説明図である。 本実施形態における(a)第1浚渫工程で用いられる標準グラブバケットの開口比率と、(b)第2浚渫工程で用いられる薄層用幅広グラブバケットの開口比率とを示す説明図である。 本実施形態における第1浚渫工程後の海底面の出来形を示す説明図である。 本実施形態における掘残し箇所特定工程を示す説明図である。 本実施形態における第2浚渫工程を示す説明図である。 本実施形態における(a)薄層用幅広グラブバケットを示す正面図と、(b)シェル開状態の部分正面図である。 本実施形態における薄層用幅広グラブバケットの主軸の周囲におけるシェルの構成を概略的に示した外観斜視図である。 本実施形態における薄層用幅広グラブバケットのタイロッドの下端の連結部の構成を概略的に示した外観斜視図である。 本実施形態における薄層用幅広グラブバケットのシェルの底板内面の構成を概略的に示した外観斜視図である。 本実施形態における第2浚渫工程後の海底面を示す説明図である。 従来のグラブバケットを用いて浚渫を行った後の海底面の出来形を示す説明図である。 従来のグラブバケットを用いて余掘厚分まで浚渫を行った後の海底面の出来形を示す説明図である。
以下、本発明に係る浚渫工法の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、港湾の海底面の浚渫を行う泊地浚渫工事に基づいて説明を行う。
本実施形態の浚渫工法は、図1に示すように、浚渫を行う際の基準となる基準水深を設定する基準水深設定工程と、標準グラブバケットを用いて前記基準水深を基準として浚渫する第1浚渫工程と、掘残し箇所を特定する掘残し箇所特定工程と、薄層用幅広グラブバケット10を用いて前記掘残し箇所を前記計画水深以下に掘削する第2浚渫工程とを有する。以下、各工程について説明する。
基準水深設定工程は、予め計画された計画水深と、この計画水深から所定の余掘厚分を加えた水深との間に、浚渫を行う際の基準となる基準水深を設定する工程である。
計画水深とは、浚渫工事により掘られる範囲において、浚渫工事後に必要とされる海底面の水深のことであり、予め計画により任意に定められるものである。本実施形態では、図2に示すように、計画水深を10mとした場合を例に説明する。
次に、余掘厚とは、予め設定された計画水深に応じて規定されている基準化された値である。従来の浚渫工法において、例えば、公共工事等において、計画水深が9m未満の場合の余掘厚は0.5mとされており、計画水深が9m以上の場合の余掘厚は0.6mとされている。したがって、本実施形態では、前記計画水深が10mと規定されているため、余掘厚は0.6mである。
なお、余掘厚は、0.5mや0.6mに限定されるものではなく、工事対象や工事目的等の状況に応じて基準化されているものである。
基準水深とは、本実施形態における浚渫を行う際の基準となる深さである。この基準水深は、前記計画水深と前記計画水深から所定の余掘厚分を加えた水深との間において任意に設定される。本実施形態のように余掘厚が0.5mや0.6m程度の場合、前記基準水深は、前記計画水深に対して0.2m以深〜0.4m以浅の範囲内に設定されていることが好ましく、前記計画水深に対して0.3m程度であることがより好ましい。本実施形態における基準水深は、図2に示すように、10.3mである。
第1浚渫工程は、土砂を掘削するための標準グラブバケットを用いて、前記基準水深を基準として浚渫する工程である。本実施形態における標準グラブバケットは、普通土や硬質土の浚渫に好適なグラブバケットであり、バケットの縦横の開口比率が、図3(a)に示すように、縦の長さ1に対して横の長さが5のものを使用している。第1浚渫工程では、前記標準グラブバケットを浚渫船20に装着し浚渫を行う。
また、この第1浚渫工程では、図4に示すように、前記基準水深10.3mを基準に±0.6mの範囲で浚渫を行う。つまり、従来の浚渫工法では、図13に示すように、計画水深から所定の余掘厚分を加えた水深、具体的には水深10.6mを基準に±0.6mの範囲で浚渫を行っていたのに対し、本実施形態における第1浚渫工程では、従来の浚渫工法における基準水深の10.6mよりも0.3m浅い、10.3m水深を基準に浚渫を行う。
なお、標準グラブバケットの開口比率は1対5のものに限定されるものではなく、適宜選択することができる。
掘残し箇所特定工程は、前記第1浚渫工程により浚渫された海底面において、前記計画水深を満たさない掘残し箇所を特定する工程である。上述のとおり、前記第1浚渫工程では、標準グラブバケットによって浚渫を行うため、図4に示すように、出来形に凹凸が生じる。また、前記第1浚渫工程では、前記計画水深10mから所定の余掘厚分を加えた水深よりも浅い前記基準水深10.3mを基準に±0.6mの範囲で浚渫を行うため、前記計画水深以浅となる掘残し箇所が生じる。そこで、掘残し箇所特定工程では、図5に示すように、複数の計測箇所を設定し、各測定箇所を音響測深機を用いて海底面までの水深を計測し、各点での計測結果と計画水深とを比較することで当該掘残し箇所の特定を行う。
なお、掘残し箇所の特定は、音響測深機によるものに限定されるものではなく、例えば、光学的な測深機等を用いて特定を行ってもよい。
第2浚渫工程は、前記標準グラブバケットよりも最大開口面積が大きく形成されているとともに、グラブバケットのシェルを形成する板部材が肉厚に形成された薄層用幅広グラブバケット10を用いて、前記掘残し箇所特定工程によって特定された前記掘残し箇所を前記計画水深以下の水深となるように掘削する工程である。本実施形態における第2浚渫工程では、浚渫船20に取り付けられている標準グラブバケットを薄層用幅広グラブバケット10に付け替え、図6に示すように、前記掘残し箇所のみ浚渫を行う。
本実施形態における薄層用幅広グラブバケット10は、図7〜10に示すように、基本構造として本出願人によって出願された特開2014−141805公報に記載されたものを使用している。具体的には、互いに対向して配置された一対のシェル1,1と、前記一対のシェル1,1の開閉の支点となる主軸4と、前記主軸4が固定された下部フレーム3Aと、前記下部フレーム3Aの上方に配置された上部フレーム2Aと、前記主軸4から等距離に離間した各シェル1,1上の連結点に回動自在に連結された下端及び前記上部フレーム2Aに回動自在に連結された上端をそれぞれ備えた一対のタイロッド5,5とを備え、前記シェル1を形成する板部材が、前記主軸4の周囲においてシェル主板1Aと、前記シェル主板1Aの両面上に重ねた一対のシェル腕板1B1,1B2と、少なくとも一方の前記シェル腕板1B1の片面上に重ねたシェル補強板1Cとを有している。また、本実施形態では、前記タイロッド5,5の下端を各シェル1,1上の連結点に回動自在に連結するためのブラケット7を備え、前記ブラケット7を形成する板部材が、一対のブラケット主板7A1,7B1と、各ブラケット主板7A1,7B1の片面上に重ねたブラケット補強板7A2,7B2とを有し、前記シェル1,1の湾曲した底板1Dの内面上に、湾曲に沿って立設された底板補強リブ1Eを有し、前記シェル1,1の底板1Dの刃先に着脱可能な爪8を備えている。
また、バケットの縦横の開口比率が、図3(b)に示すように、縦の長さ1に対して横の長さが1.5のものを使用している。さらに、薄層用幅広グラブバケット10の各部材には高強度の特殊鋼が使用されている。
つまり、薄層用幅広グラブバケット10は、シェル1,1の開閉支点の周囲の板部材を肉厚とし、タイロッド5,5下端を連結するためのブラケット7の板部材を肉厚とし、シェル1,1の底板1Dの内面に底板補強リブ1Eを設けたことにより、シェル1,1の剛性が向上させ、N値15程度の硬土質地盤に相当する大きな偏荷重がかかった場合にも、シェル1,1に捻れや歪みを生じず、グラブバケットが破損しないようにしたものである。また、着脱可能な爪8を刃先に取り付けることにより、N値10〜15程度の硬土質地盤を薄層で掘削する場合に、刃先を硬土質地盤に効率的に進入させることができるようにしたものである。
なお、薄層用幅広グラブバケット10の開口比率は1対1.5のものに限定されるものではなく、適宜選択してもよい。
次に、本実施形態の浚渫工法における各工程の作用について説明する。
まず、本実施形態の浚渫工法では、図1に示すように、基準水深設定工程によって基準水深を設定する。本実施形態では、図2に示すように、計画水深を10m、余掘厚を0.6mとして、基準水深を前記計画水深とこの計画水深から所定の余掘厚分を加えた水深との間の10.3mに設定している。
次に、第1浚渫工程では、浚渫船20に設けられた標準グラブバケットにより基準水深を基準として浚渫を行う。第1浚渫工程では、標準グラブバケットの海底面が比較的大きく湾曲していることから、図4に示すように、基準水深から±0.6mの範囲、具体的には水深約9.7m〜約10.9mの範囲で浚渫される。
次に、掘残し箇所特定工程では、浚渫範囲全体を音響測深機を用いて海底面までの水深を計測する。本実施形態では、図5に示すように、浚渫範囲全体を等間隔でa〜qの17点の計測箇所を設定し、各測定箇所における水深を計測する。そして、計測された海底面までの水深と基準水深とを比較し、前記基準水深より浅い箇所があった場合は、その箇所を掘残し箇所として特定する。本実施形態では、計測箇所のb点、d点、f点、h点、j点、l点、n点およびp点が掘残し箇所として特定される。
第2浚渫工程では、図6に示すように、浚渫船20に取り付けられている標準グラブバケットを薄層用幅広グラブバケット10に取り付け替える。そして、取り替えられた薄層用幅広グラブバケット10を用い掘残し箇所として特定された箇所のみ、本実施形態では、b点、d点、f点、h点、j点、l点、n点およびp点のみ、浚渫作業を行う。本実施形態における薄層用幅広グラブバケット10は、肉厚構造の耐抵抗荷重の高いものを使用しているため、掘残し箇所のN値10〜15程度の硬い地盤であっても、シェル1,1に捻りや歪みを生じることなく浚渫が行える。さらに、地盤の硬さに応じて爪8を交換することで硬土質地盤であっても効率的に浚渫が行える。また、薄層用幅広グラブバケット10は、標準グラブバケットに比べて一度に広い面積を掘削できるので、少ない回数で浚渫を完了することができる。
また、図11に示すように、第2浚渫工程後の海底面の水深は、約10m〜約10.9mの範囲であり、平均水深は約10.45mである。一方、図13に示すように、従来の浚渫工法における浚渫後の水深は、約10m〜約11.2mの範囲であり、平均水深は約10.6mである。よって、本実施形態の浚渫工法では、従来の浚渫工法に比べて平均水深で0.15m分の陸揚げされる土砂の量を確実に抑制することができる。特に、浚渫する面積が大きい場合は、面積当たりの浚渫する深さを僅かに低くすることで、陸揚げされる土砂の量を大量に抑制することができる。
以上のような本実施形態の浚渫工法によれば、以下の効果を得ることができる。
1.従来の余掘が必要な浚渫工法に比べて、浚渫により海底面から取り除かれる土量を減らすことができる。
2.掘残し箇所を薄層用幅広グラブバケット10により浚渫することによって、N値が10〜15程度の土砂であっても、浚渫土量を少なくすることができる。
3.浚渫土量を少なくすることができるので、土砂処分場を小さくすることができる。
なお、本発明に係る浚渫工法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
例えば、本実施形態の浚渫工法は、一方向(図2の左右方向)に浚渫工事を行う場合について説明を行ったが、浚渫範囲は二方向(図2の左右方向と奥行き方向)に浚渫工事を行う場合に用いてもよい。
10 薄層用幅広グラブバケット
1 シェル
1A シェル主板
1B1 シェル腕板
1B2 シェル腕板
1C シェル補強板
1D 底板
1E 底板補強リブ
2A 上部フレーム
3A 下部フレーム
4 主軸
5 タイロッド
7 ロッド下端ブラケット
7A1、7B1 ブラケット主板
7A2、7B2 ブラケット補強板
8 爪
20 浚渫船

Claims (2)

  1. 予め計画された計画水深と前記計画水深から所定の余掘厚分を加えた水深との間に、浚渫を行う際の基準となる基準水深を設定する基準水深設定工程と、
    土砂を掘削するための標準グラブバケットを用いて、前記基準水深を基準として浚渫する第1浚渫工程と、
    前記第1浚渫工程により浚渫された底面において、前記計画水深を満たさない掘残し箇所を特定する掘残し箇所特定工程と、
    前記標準グラブバケットよりも最大開口面積が大きく形成されているとともに、グラブバケットのシェルを形成する板部材が前記シェルの開閉の支点となる支軸の周囲においてシェル主板と、このシェル主板の両面上に重ねた一対のシェル腕板と、少なくとも一方の前記シェル腕板の片面上に重ねたシェル補強板とを有する、薄層用幅広グラブバケットを用いて、前記掘残し箇所を前記計画水深以下に掘削する第2浚渫工程と
    を有している、浚渫工法。
  2. 前記基準水深は、前記計画水深に対して0.2m以深〜0.4m以浅の範囲内に設定されている、請求項1に記載の浚渫工法。
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