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JP6717636B2 - 制振装置 - Google Patents

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本発明は、地震等による構築物の揺れを抑えるための制振装置に係り、例えば、低層の建築物や橋梁等の構築物の地震対策や風圧対策として利用できるものである。
下記の特許文献1には、地震等による構築物の揺れを抑えるための制振装置が示されている。この制振装置は、構築物を構成する4本の構成部材により形成されている四角形フレームの内側に配設された制振具と、この制振具から放射状に前記四角形フレームへ延びていてこの四角形フレームに連結された4本のブレースと、を含んで構成され、また、制振具は、塑性変形体を含んで形成されており、四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレースを介して制振具に伝達されると、塑性変形体が塑性変形することで振動エネルギが吸収され、揺れが減衰、抑制される。
そして、この特許文献1の制振具の塑性変形体は、4本の帯状部材を組み合わせることで形成した四角形の枠状体となっており、この枠状体の4個の角部にそれぞれのブレースが連結されている。
特開2000−27483号公報
構築物における複数の所要箇所に配置される制振装置は、製造コストを低減するために、制振具の塑性変形体を少ない部材点数により簡単な構造で形成することが求められる。
本発明の目的は、制振具の塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成でき、製造コストを低減できるようになる制振装置を提供するところにある。
本発明に係る制振装置は、構築物を構成する4本の構成部材により形成されている四角形フレームの内側に配設された制振具と、この制振具から放射状に前記四角形フレームへ延びていてこの四角形フレームに連結された4本のブレースと、を含んで構成され、前記制振具が、前記四角形フレームを変形させる振動エネルギが前記ブレースを介して伝達されることにより塑性変形して前記振動エネルギを吸収するための塑性変形体を含んで形成されている制振装置において、前記塑性変形体が金属板製の制振パネルとなっていることを特徴とするものである。
この制振装置では、塑性変形することで四角形フレームの振動エネルギを吸収する制振具の塑性変形体が、金属板製の制振パネルとなっており、このため、塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成でき、これにより、製造コストを低減できるようになる。
以上の本発明において、制振具に四角形フレームまで延びる4本のブレースを結合するためには、例えば、制振パネルの外縁部の全周に枠部材を取り付け、この枠部材にそれぞれのブレースの端部を連結するためのブラケットを結合するようにしてもよい。
また、このように制振パネルの外縁部の全周に枠部材を取り付ける場合には、この枠部材を、制振パネルの厚さ方向が幅方向となっている金属製の板材で形成することが好ましい。
これによると、枠部材は、制振パネルが制振パネルの厚さ方向に変形することに対して抵抗する部材となるため、言い換えると、枠部材は、制振パネルの厚さ方向の強度を補強するための補強部材となるため、上述の振動エネルギを吸収するために制振パネルが塑性変形する際に、制振パネルが制振パネルの厚さ方向に変形することが枠部材により阻止され、制振パネルを、振動エネルギを吸収するために所定どおり塑性変形させることができるようになる。
また、制振パネルには、この制振パネルの厚さ方向の両方の面のうち、少なくとも一方の面において、制振パネルの厚さ方向が幅方向となっていて、この幅方向と直交する方向が長さ方向となっている金属板製のリブ部材を取り付けてもよい。
これによると、リブ部材も、制振パネルが制振パネルの厚さ方向に変形することに対して抵抗し、制振パネルの厚さ方向の強度を補強するための部材となるため、このリブ部材によっても、制振パネルを、振動エネルギを吸収するために所定どおり塑性変形させることができるようになる。
また、以上のように制振パネルに、この制振パネルの厚さ方向の両方の面のうち、少なくとも一方の面において、リブ部材を取り付ける場合には、制振パネルの厚さ方向への上記変形がどのような形態で生じても対処できるようにするために、リブ部材を、直角の角度をなして2個設けることが好ましい。
そして、このようにする場合には、制振パネルの厚さ方向の両方の面にリブ部材を取り付けるとともに、これらの面のうち、一方の面に取り付けられた第1リブ部材に対して、他方の面に取り付けられた第2リブ部材を直角の角度をなすようにすることが好ましい。
なぜならば、第1リブ部材と第2リブ部材は、制振パネルの厚さ方向の2つの面に分かれて配設されるため、これらのリブ部材を制振パネルの厚さ方向の同じ面に配設した場合に生ずる問題点、すなわち、一方のリブ部材を分断して他方のリブ部材を通過させるために構造が複雑になるという問題点を解決することができ、第1リブ部材と第2リブ部材の両方を本来の長さのまま枠部材の内側に配置できるからである。
以上説明した本発明において、制振パネルの枚数を1枚としてもよく、あるいは、制振パネルの厚さ方向に並設された複数枚としてもよい。
制振パネルの枚数を、制振パネルの厚さ方向に並設された複数枚にすると、これらの制振パネルの塑性変形により大きな振動エネルギを吸収できるようになり、本発明に係る制振装置の制振性能を向上させることができる。
本発明は、新築される建物等の構築物の構築作業中に、この構築物に取り付けられる制振装置に適用できるとともに、既存の建物等の構築物に後付けで取り付けられる制振装置にも適用できる。
さらに、本発明に係る制振装置は、建物に適用できるとともに、橋梁やタワー等にも適用でき、任意の構築物に設置することができる。
本発明によると、制振具の塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成でき、製造コストを低減できるという効果を得られる。
図1は、本発明の一実施形態に係る制振装置が建物に設置されているときの状態を示す正面図である。 図2は、図1で示されている制振具とブレースの部分を拡大して示す正面図である。 図3は、図2の平面図である。 図4は、図3のS4−S4線断面図である。 図5は、制振具の正面斜視図である。 図6は、図5のS6−S6線断面図である。 図7は、制振具の背面斜視図である。 図8は、図7のS8−S8線断面図である。 図9は、制振装置の別実施形態に係る設置状態を示す図1と同様の図である。 図10は、制振パネルの枚数を2枚とした実施形態を示す制振具の正面斜視図である。 図11は、図10のS11−S11線断面図である。
以下に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図1には、本発明の一実施形態に係る制振装置1が、構築物である低層建物に設置されているときの状態が示されている。この建物は、左右の間隔をあけて立設されているH型鋼等による柱2,3と、これらの柱2,3の間に上下の間隔を架設されているI型鋼又はH型鋼等による梁4,5とが構造材となって構築されており、四角形フレームを形成しているこれらの柱2,3と梁4,5の接合箇所には、ガセットプレート6が結合され、柱2,3及び梁4,5は、ガセットプレート6と共に建物を構成する構成部材となっている。
柱2,3と梁4,5で形成されている四角形フレームの内側には制振装置1が配設され、この制振装置1は、四角形フレームの内側中央部に配置された制振具10と、この制振具10から放射状に四角形フレームへ延びている4本のブレース11とを含んで構成されており、それぞれのブレース11の長さ方向の外側の端部が、複数のボルト、ナットによる結合具12によりガセットプレート6に結合されている。
図2には、制振具10とブレース11の拡大図が示され、図5には、制振具10の正面斜視図が示され、図7には、制振具10の背面斜視図が示されている。また、図6は、図5のS6−S6線断面図であり、図8は、図7のS8−S8線断面図である。制振具10の主要の部材は制振パネル20であり、上記四角形フレームと相似形の四角形の形状を有するこの制振パネル20は、金属製の板材で形成されている。制振パネル20の外縁部には、この制振パネル20の全周に渡って枠部材21が溶接で取り付けられ、この枠部材21は、制振パネル20の厚さ方向を幅方向とする金属製の板材で形成されている。
枠部材21の4個の角部には、4個のブラケット22が溶接で結合され、図1及び図2に示されているように、これらのブラケット22に、4本のブレース11の長さ方向の内側の端部が複数のボルト、ナットによる結合具23により結合されている。
図3は、図2の平面図であり、図4は、図3のS4−S4線断面図である。これらの図3及び図4から分かるように、それぞれのブレース11は、ブラケット22を制振パネル20の厚さ方向から挟む一対のブレース部材24により形成されており、それぞれのブレース部材24は、ブラケット22と対面し、上下方向を幅方向する本体部24Aと、この本体部24Aの上下中央部から制振パネル20の厚さ方向外側へ突出した突出部24Bとからなる。このような一対のブレース部材24は、例えば、H型鋼を半分に切断することで容易に得られる。
それぞれのブレース11は、制振パネル20の厚さ方向外側に突出する突出部24Bを有する一対のブレース構成部材24で形成されているため、ブレース11に軸力である圧縮力が作用した際に、これらの突出部24Bの補強作用により、ブレース11に座屈が生ずることが防止されるようになっている。
なお、本実施形態において、枠部材21の幅方向における制振パネル20の取付位置は、枠部材21の幅方向の中央位置であり、この位置は、枠部材21におけるブラケット22の取付位置と一致している。また、それぞれのブレース11の長さ方向の外側の端部を図1で示したガセットプレート6に結合具12で結合することは、ガセットプレート6を一対のブレース部材24により制振パネル20の厚さ方向から挟むことにより行われているため、ガセットプレート6と、ブラケット22と、制振具10の制振パネル20は、鉛直の同一面内に配設されている。
図5に示されているように、制振パネル20の表面には、金属製の板材による第1リブ部材25が溶接で取り付けられ、また、図7に示されているように、制振パネル20の裏面には、金属製の板材による第2リブ部材26が溶接で取り付けられている。このため、制振パネル20の厚さ方向の両方の面に第1リブ部材25と第2リブ部材26が配設されており、制振パネル20の左右方向の中央位置に配設された第1リブ部材25は、制振パネル20の厚さ方向を幅方向とし、上下方向を長さ方向とするものであり、枠部材21まで達している第1リブ部材25の長さ方向の両端部は、枠部材21に溶接で接合されている。また、制振パネル20の上下方向の中央位置に配設された第2リブ部材26は、制振パネル20の厚さ方向を幅方向とし、左右方向を長さ方向とするものであり、枠部材21まで達している第2リブ部材26の長さ方向の両端部は、枠部材21に溶接で接合されている。
このため、第1リブ部材25と第2リブ部材26は、いずれも長さ方向が幅方向と直交する方向になっているものであり、また、これらの第1リブ部材25と第2リブ部材26は、直角の角度をなして制振パネル20の表裏両面に配設されている。
制振装置1が図1に示されているように建物に設置された後に、地震や風圧により建物に左右方向の横荷重Fが作用したときには、柱2,3と梁4,5からなる四角形フレームが変形し、この変形は、2つの対角線方向に配置されている4本のブレース11のうち、一方の対角線方向に配置されている2本のブレース11に作用する引っ張り力と、他方の対角線方向に配置されている2本のブレース11に作用する圧縮力とにより、制振具10の制振パネル20に伝達され、横荷重Fの向きの変化に応じて交互に作用する引っ張り力と圧縮力とで制振パネル20が塑性変形することにより、横荷重Fで四角形フレームを変形させる振動エネルギは制振パネル20の塑性変形で吸収され、建物の揺れは減衰、抑制される。
このように本実施形態に係る制振装置1では、四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレース11を介して伝達されて塑性変形することでこの振動エネルギを吸収するための塑性変形体は、制振パネル20となっており、この制振パネル20は、金属の板材で得られるため、塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成できることになり、また、製造コストを低減できる。
また、制振パネル20の外縁部の全周に取り付けられている金属板製の枠部材21の幅方向は、制振パネル20の厚さ方向となっているため、この枠部材21は、制振パネル20についての制振パネル20の厚さ方向の強度を補強するための部材となっている。このため、横荷重Fにより四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレース11を介して制振パネル20に伝達された際に、制振パネル20が制振パネル20の厚さ方向に変形することに対して枠部材21が抵抗し、この枠部材21の補強作用により、制振パネル20が制振パネル20の厚さ方向に変形することが阻止され、制振パネル20を、振動エネルギを吸収するために所定どおり塑性変形させることができる。
また、制振パネル20の厚さ方向の両方の面には、制振パネル20の厚さ方向を幅方向とする金属板製の第1リブ部材25と第2リブ部材26が取り付けられているため、これらのリブ部材25,26も、制振パネル20についての制振パネル20の厚さ方向の強度を補強するための部材となっており、このため、横荷重Fにより四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレース11を介して制振パネル20に伝達された際に、これらのリブ部材25,26の補強作用によっても、制振パネル20が制振パネル20の厚さ方向に変形することを阻止できて、制振パネル20を、振動エネルギの吸収のために所定どおり塑性変形させることができる。
さらに、第1リブ部材25と第2リブ部材26は、制振パネル20に直角の角度をなして配設されているため、制振パネル20の厚さ方向への上記変形が、例えば、上下方向への長さで生じようとしても、あるいは、左右方向への長さで生じようとしても、あるいは、左右方向と上下方向の両方に対する斜めの方向への長さで生じようとしても、これらに有効に対処することができる。
また、本実施形態では、第1リブ部材25と第2リブ部材26は、制振パネル20の厚さ方向の2つの面に分かれて配設されているため、これらのリブ部材25,26を本来の長さのまま、制振パネル20の厚さ方向の両方の面に取り付けることができ、これにより、制振パネル20への2個のリブ部材25,26の取付構造を簡単化できる。
すなわち、制振パネルの厚さ方向の同じ面に2個のリブ部材を直角の角度をなして取り付けると、これらのリブ部材は交差するため、一方のリブ部材を、他方のリブ部材を通過させるために分断しなければならなどのために、リブ部材の取付構造が複雑になり、これに対して本実施形態によると、このような問題を解消できる。
さらに、前述したように本実施形態の制振装置1では、ガセットプレート6と、ブラケット22と、制振具10の制振パネル20は、鉛直の同一面内に配設されているため、横荷重Fにより四角形フレームを変形させる振動エネルギを、制振パネル20にこの制振パネル20の厚さ方向へのずれをなくして、又はずれを少なくして伝達することができ、これにより、制振パネル20の厚さ方向への上記変形が生ずることを、なくす又は抑制することができる。
図9の実施形態の建物は、左右の間隔をあけて立設されている柱52,53と、これらの柱52,53の間に上下の間隔を架設されている梁54,55とにより構築されているとともに、柱52,53の間に間柱56が立設されている。このため、柱52と間柱56と梁54,55とにより、1つの四角形フレームが形成され、柱53と間柱56と梁54,55とにより、もう1つの四角形フレームが形成され、それぞれの四角形フレームの内側の制振装置1が配置されている。
このため、この実施形態では、間柱56も、柱52,53や梁54,55と同様に、内側に制振装置1が配置された四角形フレームを構成するための構成部材となっている。
図10及びこの図10のS11−S11線断面図である図11は、制振装置の別実施形態に係る制振具60を示す。この実施形態でも、金属製の板材による制振パネル20の外縁部の全周に金属製の板材による枠部材21が溶接で取り付けられており、また、この枠部材21には、4本のブレース11の内側の端部が結合される4個のブラケット22が溶接で取り付けられている。
この実施形態では、図11から分かるように、制振パネル20が、制振パネル20の厚さ方向に間隔をあけて2枚並設されている。これらの制振パネル20の外向きの面には、制振パネル20の厚さ方向を幅方向とし、上下方向を長さ方向とする金属板製の第1リブ部材65が溶接で取り付けられ、また、2枚の制振パネル20の互いに対面する内向きの面には、制振パネル20の厚さ方向を幅方向とし、左右方向を長さ方向とする金属板製の第2リブ部材66が溶接で取り付けられ、これらのリブ部材65,66の長さ方向の両端部は枠部材21まで達していて、枠部材21に溶接で接合されている。また、この実施形態では、第2リブ部材66が、2枚の制振パネル20についての共通のリブ部材となっている。
なお、第1リブ部材65と第2リブ部材66のうち、少なくとも第2リブ部材66を2枚の制振パネル20に溶接で取り付ける作業は、これらの制振パネル20の外縁部の全周に枠部材21を溶接で取り付ける作業を行う前に実施される。
この実施形態によると、制振パネル20の枚数は2枚となっているため、地震や風圧による横荷重が建物に作用したときに、ブレース11を介して伝達される振動エネルギにより2枚の制振パネル20が塑性変形し、これにより、振動エネルギが吸収されるため、大きな振動エネルギでも吸収して建物の揺れを有効に減衰、抑制できる。
また、第1リブ部材65と第2リブ部材66は、直角の角度をなしてそれぞれの制振パネル20の両方の面に取り付けられているため、図5〜図8の実施形態と同様の作用効果を得られるとともに、第2リブ部材66は、2枚の制振パネル20についての共通のリブ部材となっているため、制振具60における制振パネル20の枚数を2枚にしても、制振具60の構造を簡単化することができる。
さらに、ブレース11を結合するために枠部材21に取り付けられているブラケット22の配置位置は、2枚の制振パネル22の間の中央位置となっているため、横荷重により四角形フレームを変形させる振動エネルギを、ブラケット22を介してこれらの制振パネル22に等分配することができて、これらの制振パネル22を塑性変形させることができる。
本発明は、例えば、地震や風圧により低層建物等の構築物に生ずる揺れを抑制するために利用することができる。
1 制振装置
2,3,52,53 構築物である建物の構成部材となっている柱
4,5,54,55 構築物である建物の構成部材となっている梁
56 構築物である建物の構成部材となっている間柱
10,60 制振具
11 ブレース
20 塑性変形体である制振パネル
21 枠部材
22 ブラケット
25,65 第1リブ部材
26,66 第2リブ部材

Claims (6)

  1. 構築物を構成する4本の構成部材により形成されている四角形フレームの内側に配設された制振具と、この制振具から放射状に前記四角形フレームへ延びていてこの四角形フレームに連結された4本のブレースと、を含んで構成され、前記制振具が、前記四角形フレームを変形させる振動エネルギが前記ブレースを介して伝達されることにより塑性変形して前記振動エネルギを吸収するための塑性変形体を含んで形成されている制振装置において、
    前記塑性変形体が金属板製の制振パネルとなっており、
    前記制振パネルの外縁部の全周に枠部材が取り付けられ、この枠部材に前記ブレースの端部を連結するためのブラケットが結合されており、
    前記制振パネルは、この制振パネルの厚さ方向に間隔をあけて2枚並設され、これらの制振パネルの外向きの面には、前記制振パネルの厚さ方向を幅方向とし、この幅方向と直交する方向が長さ方向となっている金属板製の第1リブ部材が取り付けられているとともに、前記2枚の制振パネルの互いに対面する内向きの面には、前記制振パネルの厚さ方向を幅方向とし、前記第1リブ部材の前記長さ方向と直角をなす方向が長さ方向となっている金属板製の第2リブ部材が、前記2枚の制振パネルについての共通のリブ部材となって取り付けられていることを特徴とする制振装置。
  2. 請求項1に記載の制振装置において、前記外向きの面への前記第1リブ部材の取り付け及び前記内向きの面への前記第2リブ部材の取り付けは、溶接による取り付けとなっていることを特徴とする制振装置。
  3. 請求項1又は2に記載の制振装置において、前記ブラケットは、前記2枚の制振パネルの間の中央位置において、前記枠部材に結合されていることを特徴とする制振装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の制振装置において、前記第1リブ部材の長さ方向の両端部と前記第2リブ部材の長さ方向の両端部は、前記枠部材まで達していて、この枠部材に結合されていることを特徴とする制振装置。
  5. 請求項4に記載の制振装置において、前記枠部材への前記第1リブ部材の長さ方向の両端部と前記第2リブ部材の長さ方向の両端部の結合は、溶接による接合となっていることを特徴とする制振装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の制振装置において、前記枠部材は、前記制振パネルの厚さ方向が幅方向となっている金属製の板材で形成されていることを特徴とする制振装置。
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