CN103688069A - 球轴承用的合成树脂制保持器以及球轴承 - Google Patents
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Abstract
提供一种合成树脂制保持器,其在高速旋转区域内使用时不易产生由于保持器与球的干涉引起的异常发热、保持器磨损。合成树脂制保持器(5)由沿轴向对置的两个合成树脂制的环状体(10、10)构成,并且在上述两个合成树脂制的环状体(10、10)之间沿周向隔着间隔地形成有收纳球(4)的凹部(11),在凹部(11)的周向两端部形成有沿着球(4)的外周的凹球面(23),并且将凹部(11)的轴向两端部作为圆筒面(22)。
Description
技术领域
该发明涉及由沿轴向对置的两个合成树脂制的环状体组成的球轴承用的合成树脂制保持器,以及组装了该保持器的球轴承。
背景技术
一般地,球轴承由内圈、外圈、在内圈与外圈之间沿周向隔着间隔地组装的多个球、以及保持上述球的保持器构成。而且,在马达用的球轴承中,大多采用刚性高的金属制保持器,但是近年来,采用比金属制保持器静音性高且质量轻的合成树脂制保持器的情况逐渐增多。
作为合成树脂制保持器,公知有专利文献1所述的保持器。该合成树脂制保持器由沿轴向对置的两个合成树脂制的环状体组成,在上述两个环状体之间,沿周向隔着间隔地形成有收纳球的多个凹部。
另外,作为保持器的引导形式,一般公知有通过保持器与滚道圈的接触而将保持器沿径向定位的形式(所谓滚道圈引导形式)、以及通过保持器与球的接触而将保持器沿径向定位的形式(所谓球引导形式),其中,专利文献1所述的合成树脂制保持器是球引导形式。
专利文献1:日本特开2006-226448号公报
然而,对于上述的合成树脂制保持器而言,各凹部的内表面除了设置于凹部的周向两端部的润滑脂积存处以外形成凹球面。在将这样的凹部内表面形成为凹球面的合成树脂制保持器使用于高速旋转的马达用的球轴承的情况下,会产生轴承的异常发热、保持器的异常磨损。
本申请发明的发明者们在调查该异常发热与保持器磨损的原因时发现了以下情况,即:在高速旋转区域内对合成树脂制保持器作用大的离心力,合成树脂制保持器由于该离心力而扩径变形,从而保持器的凹部向外径侧移动,其结果是,引起保持器内径侧的凹部间隙(凹部内表面与球的间隙)减小的现象。
并且还发现了以下情况,即:在合成树脂制保持器由于离心力而扩径变形时,保持器的凹部沿周向被拉长,因此凹部的轴向的宽度变窄,其结果是,引起保持器轴向的凹部间隙减小的现象。
而且,通过结合上述两个现象,从而查明了保持器的凹部的轴向两端部(特别是内径侧的部分)与球干涉,该保持器与球的干涉成为异常发热、保持器磨损的原因。
这里,作为用于防止由于保持器与球的干涉而引起的异常发热与保持器磨损的对策,考虑有预先较大地设定凹部间隙这一方法,但是若使凹部间隙变大,则低速旋转时的保持器的动作较大,所以存在容易产生保持器与球的碰撞音(所谓保持器音)的问题,并且,也存在低速旋转时保持器偏心而与滚道圈接触的可能性。
发明内容
本发明欲解决的课题是提供一种合成树脂制保持器,其在高速旋转区域中使用时,不易产生由于保持器与球的干涉的引起的异常发热与保持器磨损。
为了解决上述课题,球轴承用的合成树脂制保持器由沿轴向对置的两个合成树脂制的环状体构成,并且在上述两个环状体之间沿周向隔着间隔地形成有收纳球的多个凹部,在上述凹部的周向两端部形成有沿着球的外周的凹球面,并且使上述凹部的轴向两端部形成为至少比球的节圆更靠内径侧的部分成为沿着保持器径向延伸的圆筒面。
这样,由于保持器的凹部的轴向两端部的、至少比球的节圆更靠内径侧的部分成为圆筒面,所以在同时产生由于保持器扩径变形从而保持器的凹部向外径侧移动的现象、以及由于保持器的凹部沿周向被拉长从而凹部的轴向的宽度变窄的现象时,能够防止保持器的凹部的轴向两端部与球干涉。因此,在高速旋转区域内使用时,不产生由于保持器与球的干涉引起的异常发热、保持器磨损。另外,通过凹部的周向两端部的凹球面与球的接触,能够抑制轴承旋转时的保持器的动作,能够防止保持器与球的碰撞音(所谓保持器音)。
上述凹部的周向两端部的凹球面能够以横跨比球的节圆更靠外径侧与比球的节圆更靠内径侧的双方的方式而形成。这样,由于凹球面的引导作用提高,所以能够有效地防止保持器音而提高静音性。
另外,上述凹部的周向两端部的凹球面能够形成于比球的节圆更靠外径侧的部分,而在上述凹部的周向两端部能够形成以与上述凹球面平滑地连接的方式沿保持器径向延伸的圆筒面。这样,合成树脂制保持器由于在超高速旋转区域内使用球轴承时作用的强力的离心力而扩径变形,保持器的凹部向外径侧移动较大,即使此时,也能够防止保持器的凹部的周向两端部与球干涉。因此,在超高速旋转区域内使用时,也能够防止由于保持器与球的干涉而引起的异常发热与保持器磨损。
上述各环状体能够以两个环状体的对接线从凹部的轴向中央错开的方式形成。这样,在球与保持器最强劲地接触的部分(即凹部的轴向中央)没有环状体的对接线,因此在随着基于离心力的各环状体的扩径变形而在环状体的对接线产生微小的阶梯差的情况下,也能够抑制由于该阶梯差的影响,能够使高速旋转时的保持器的动作稳定。
为了提高上述凹部与球之间的润滑性能而能够在凹部的径向内端形成润滑脂积存处。在该情况下,优选以避开上述两个环状体的对接线的方式形成上述润滑脂积存处。这样,能够防止积存于润滑脂积存处内的润滑脂由于在高速旋转时作用的离心力而从环状体的对接线泄漏,从而即使高速旋转时也能够确保凹部与球之间的润滑性能。其结果是,能够更有效地防止高速旋转时的球轴承的异常发热、保持器的磨损。
另外,若在各环状体的内周设置具有在作用有离心力时将润滑脂向上述润滑脂积存处引导的方向的倾斜的润滑脂引导斜面,则在润滑脂引导斜面附着有润滑脂时,上述润滑脂由于离心力而沿润滑脂引导斜面被引导,从而补给至润滑脂积存处,因此能够进一步提高高速旋转时的凹部与球之间的润滑性能,并能够更有效地提高高速旋转时的球轴承的异常发热、保持器的磨损。
并且,若在上述润滑脂引导斜面设置通向上述润滑脂积存处的润滑脂引导槽,并在上述润滑脂引导槽设置在作用有离心力时将润滑脂向上述润滑脂积存处引导的方向的倾斜,则能够更有效地进行润滑脂朝向润滑脂积存处的补给。
另外,在本发明中,提供一种球轴承,其具有内圈、外圈、沿周向隔着间隔地组装在内圈与外圈之间的多个球、以及保持上述球的上述合成树脂制保持器。优选以比铁比重小的陶瓷形成该球轴承的球。这样,由于球质量轻,所以能够抑制球与保持器碰撞时的冲击,从而能够提高高速旋转时的静音性。
对于本发明的合成树脂制保持器而言,由于保持器的凹部的轴向两端部中的、至少比球的节圆更靠内径侧的部分成为圆筒面,所以在同时产生由于高速旋转时的离心力从而保持器的凹部向外径侧移动的现象、以及由于凹部的周向的拉伸从而凹部的轴向的宽度变窄的现象时,能够防止凹部的轴向两端部与球干涉,不产生由于保持器与球的干涉而引起的异常发热、保持器磨损。
附图说明
图1是表示组装了本发明的第一实施方式的合成树脂制保持器的球轴承的剖视图。
图2是图1所示的球轴承的轴垂直方向的剖视图。
图3是从内径侧观察沿着包含球的节圆的假想圆筒面而切断图2所示的球与保持器的剖面的剖视图。
图4是从内径侧观察的图2所示的保持器的展开图。
图5是沿着图4的V-V线的放大剖视图。
图6是从内径侧观察的图2所示的保持器的立体图。
图7是表示组装了本发明的第二实施方式的合成树脂制保持器的球轴承的剖视图。
图8是图7所示的球轴承的轴垂直方向的剖视图。
图9是从内径侧观察图8所示的保持器的展开图。
图10是沿着图9的X-X线的放大剖视图。
图11是从内径侧观察的图8所示的保持器的立体图。
图12是表示凹部的周向两端部的凹球面的其他例子的剖视图。
具体实施方式
图1表示本发明的第一实施方式。该球轴承1是高速旋转的马达用的深沟球轴承,其具有:内圈2;外圈3;在内圈2与外圈3之间沿周向隔着间隔地组装的多个球4;以及保持球4的保持器5。
在内圈2的外周设置有沿周向延伸的剖面呈圆弧状的滚道槽6,在外圈3的内周也设置有沿周向延伸的剖面呈圆弧状的滚道槽7,球4在上述滚道槽6、7中滚动。以比铁比重小的陶瓷形成球4。作为这样的陶瓷,例如能够采用比重为铁的一半以下的氮化硅(Si3N4)。
在内圈2与外圈3之间设置有与球4隔着保持器5而沿轴向对置的一对密封部件8。密封部件8的外周固定于在外圈3的滚道槽7的槽肩形成的密封槽9,密封部件8的内周与内圈2的外周滑动接触,利用该密封部件8来防止封入内圈2与外圈3之间的环状空间的润滑脂向球轴承1的外部泄漏。
保持器5由两个沿轴向对置的环状体10、10组成,在上述两个环状体10、10之间,沿周向等间隔地形成有收纳球4的多个凹部11。该保持器5是通过凹部11的内表面与球4的接触而将保持器5在径向定位的球引导形式的保持器5。因此,保持器5的外周不与外圈3接触,保持器5的内周与内圈2也不接触。
各环状体10通过合成树脂的注塑成型而形成。这里,两个环状体10、10为相同形状,并能够用相同金属模而成型。作为形成各环状体10的合成树脂,例如,能够例举聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等热塑性树脂。另外,为了提高强度,例如,在形成各环状体10的合成树脂中混合有玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维等纤维。
如图2、图3所示,各环状体10由沿周向隔着一定的间隔地形成的弧状的凹部壁部12与连结周向相邻的凹部壁部12、12之间的连结板部13构成,在使两个环状体10、10组合的状态下,凹部壁部12限制球4的轴向移动,连结板部13限制球4的周向移动。
如图3所示,连结板部13具有在使两个环状体10、10组合时面接触的对接面14,在该对接面14设置有沿轴向突出的结合爪15、以及以收纳另一个环状体10的结合爪15的方式形成的结合孔16。结合爪15具有与形成于结合孔16的内表面的阶梯部17卡合的钩部18,通过该钩部18与阶梯部17的卡合而防止结合爪15从结合孔16脱离,从而结合两个环状体10、10。
在对接面14的一端设置有沿轴向突出形成的突出壁部19,在对接面14的另一端设置有嵌合凹部20,在使两个环状体10、10组合时另一个环状体10的突出壁部19嵌入于该嵌合凹部20。这样,通过在对接面14的两端设置突出壁部19与嵌合凹部20,而使存在于凹部11的内表面的两个环状体10、10的对接线21位于与凹部11的轴向中央错开的位置。
在各凹部11的轴向两端部形成有圆筒面22。该圆筒面22形成为,凹部壁部12的内表面的、至少比球4的节圆p(图5参照)更靠内径侧的部分成为圆筒面22,在凹部壁部12随着保持器5的由于离心力的扩径而向外径侧移动时,凹部壁部12不与球4干涉。对于凹部壁部12的内表面而言,也可以将比球4的节圆p更靠外径侧的部分与比球4的节圆p更靠内径侧的部分中的两方的部分作为圆筒面22,也可以仅将比球4的节圆p更靠内径侧的部分作为圆筒面22,并将比球4的节圆p更靠外径侧的部分作为球面。
在各凹部11的周向两端部形成有沿球4的外周的凹球面23,利用凹球面23来引导凹部11内的球4。如图5所示,该凹球面23通过横跨连结板部13的端面的、比球4的节圆p更靠外径侧的部分与比球4的节圆p更靠内径侧的部分的两方而形成,并在通过各球4的中心的节圆p上沿周向与球4对置。
如图6所示,在连结板部13的端面上以包围凹球面23的方式形成有经由圆弧状的棱线而与凹球面23相交的平坦面24,该平坦面24的轴向两侧与圆筒面22连接。如图3所示,为了防止由于高速旋转中的保持器5的变形而引起的保持器5与球4的干涉,而将圆筒面22与球4之间的轴向间隙(轴向的凹部间隙)设定为比凹球面23与球4之间的周向间隙(周向的凹部间隙)大。
如图4、图6所示,在各凹部11的径向内端与凹球面23邻接设置有润滑脂积存处25。这里,为了避免润滑脂积存处25横跨环状体10、10的对接线21,润滑脂积存处25仅形成于各连结板部13的突出壁部19侧,而不形成于各连结板部13的嵌合凹部20侧。其结果是,润滑脂积存处25的个数在每一个凹部11中为两处。
如图5所示,在各环状体10的连结板部13的内周设置有润滑脂引导斜面26。润滑脂引导斜面26随着趋向润滑脂积存处25而朝向远离保持器5的中心的方向倾斜。该倾斜的方向成为在对附着于润滑脂引导斜面26的润滑脂作用离心力时将上述润滑脂向润滑脂积存处25引导的方向。
另外,在润滑脂引导斜面26上设置有通向润滑脂积存处25的润滑脂引导槽27。该润滑脂引导槽27的槽底也与润滑脂引导斜面26相同地随着趋向润滑脂积存处25而朝向远离保持器5的中心的方向倾斜。该倾斜的方向成为在对润滑脂引导槽27内的润滑脂作用离心力时将上述润滑脂向润滑脂积存处25引导的方向。
在dmn值(球轴承1的转速(rpm)与球4的节圆径(mm)的积)超过100万的高速旋转区域内使用该球轴承1的情况下,对保持器5作用大的离心力,保持器5由于该离心力而扩径变形,从而保持器5的凹部11向外径侧移动。另外,在保持器5由于离心力而扩径变形时,由于保持器5的凹部11沿周向被拉长,所以凹部11的轴向的宽度变窄。
这里,假设,在代替使形成凹部11的轴向两端部的凹部壁部12的内表面为圆筒面22的本实施方式的保持器,而使用使凹部壁部12的内表面为凹球面的现有保持器的情况下,凹部11的轴向两端部(特别是,比球4的节圆p更靠内径侧的部分)与球4会干涉,从而存在产生异常发热、保持器的异常磨损的可能性。
与此相对,对于本实施方式的保持器5而言,凹部11的轴向两端部的、至少比球4的节圆p更靠内径侧的部分为圆筒面22,因此,当同时产生由于保持器5扩径变形从而保持器5的凹部11向外径侧移动的现象、以及由于保持器5的凹部11沿周向被拉长从而凹部11的轴向的宽度变窄的现象时,能够防止保持器5的凹部11的轴向两端部与球4干涉。因此,在高速旋转区域内使用球轴承1时,不产生由于保持器5与球4的干涉引起的轴承1的异常发热、保持器5的磨损。
另外,对于该保持器5而言,由于在凹部11的周向两端部形成有沿球4的外周的凹球面23,所以通过该凹球面23与球4接触,而能够抑制轴承旋转时的保持器5的移动,并能够防止保持器5与球4的碰撞音(所谓保持器音)。这里,凹球面23也能够仅在比球4的节圆p更靠外径侧的部分形成,但是如上述实施方式所示,若以横跨比球4的节圆p更靠外径侧的部分与比球4的节圆p更靠内径侧的部分的两方的方式而形成,则会提高凹球面23的引导作用,因此能够有效地防止保持器音而提高静音性。并且,在本实施方式中,由于使用由比铁比重小的陶瓷形成的球4,所以球4与保持器5碰撞时的冲击小,从而高速旋转时的静音性好。
另外,对于该保持器5而言,以两个环状体10、10的对接线21从凹部11的轴向中央错开的方式形成各环状体10,由于在球4与保持器5最强劲地接触的部分(即凹部11的轴向中央)没有环状体10、10的对接线21,所以即使在随着基于离心力的各环状体10的扩径变形而在环状体10、10的对接线21产生微小的阶梯差的情况下,也能够抑制上述阶梯差带来的影响,能够使高速旋转时的保持器5的动作稳定。
另外,对于该保持器5而言,由于以避开环状体10、10的对接线21的方式形成润滑脂积存处25,所以能够防止积存于润滑脂积存处25内的润滑脂由于高速旋转时作用的离心力而从环状体10、10的对接线21泄漏,也能够确保高速旋转时凹部11与球4之间的润滑性能。其结果是,能够更有效地防止高速旋转时的球轴承1的异常发热、保持器5的磨损。
另外,对于该保持器5而言,由于在各环状体10的内周设置有润滑脂引导斜面26,所以在润滑脂引导斜面26上附着有润滑脂时,上述润滑脂由于离心力而沿润滑脂引导斜面26被引导,从而补给至润滑脂积存处25。因此,高速旋转时的凹部11与球4之间的润滑性能高,能够有效地防止高速旋转时的球轴承1的异常发热、保持器5的磨损。并且,由于在润滑脂引导斜面26设置有润滑脂引导槽27,所以能够更有效地进行润滑脂朝润滑脂积存处25的补给。
根据图7~图11对本发明的第二实施方式进行说明。该球轴承30与第一实施方式相同是高速旋转的马达用的深沟球轴承。以下,对于与第一实施方式对应的部分标记相同的附图标记并省略说明。
如图8所示,各环状体10由凹部壁部12、以及连结周向相邻的凹部壁部12、12之间的连结板部13组成。如图9所示,各连结板部13具有在使两个环状体10、10组合时面接触的对接面14。在该对接面14上没有设置如第一实施方式那样的突出壁部19与嵌合凹部20,存在于凹部11的内表面的两个环状体10、10的对接线21位于凹部11的轴向中央。
如图9、图11所示,在各凹部11的径向内端与凹球面23邻接地设置有润滑脂积存处25。这里,润滑脂积存处25形成于各连结板部13的两侧,并且润滑脂积存处25避开横跨环状体10、10的对接线21的位置,因此,润滑脂积存处25形成于从凹部11的轴向中央错开的位置。其结果是,润滑脂积存处25的个数在每一个凹部11中为四处。
如图10所示,在各环状体10的连结板部13的内周设置有润滑脂引导斜面26,该润滑脂引导斜面26随着从周向相邻的凹部11、11间的中央位置趋向两侧的各凹部11的润滑脂积存处25而朝向远离保持器5的中心的方向倾斜。润滑脂引导斜面26的倾斜的方向为,在对附着于润滑脂引导斜面26的润滑脂作用离心力时将上述润滑脂向润滑脂积存处25引导的方向。
另外,在润滑脂引导斜面26上,设置有通向润滑脂积存处25的润滑脂引导槽27。该润滑脂引导槽27的槽底也与润滑脂引导斜面26相同地随着从周向相邻的凹部11、11间的中央位置趋向两侧的各凹部11的润滑脂积存处25而朝向远离保持器5的中心的方向倾斜。该倾斜的方向为,在对润滑脂引导槽27内的润滑脂作用离心力时将上述润滑脂向润滑脂积存处25引导的方向。
对于该保持器5而言,由于没有在两个环状体10、10的对接面14的两端设置第一实施方式那样的突出壁部19和嵌合凹部20,所以在以反复进行急剧的加速或者减速的条件而使用的情况下,不会由于对球4与保持器5之间施加的负载而产生突出壁部19的变形、破损,从而耐老化性好。
另外,对于该球轴承30而言,与第一实施方式相同,凹部11的轴向两端部的、至少比球4的节圆p更靠内径侧的部分成为圆筒面22,因此,在高速旋转区域内使用时,能够防止保持器5的凹部11的轴向两端部与球4干涉,从而不产生由于保持器5与球4的干涉而引起的球轴承30的异常发热、保持器5的异常磨损。其他的作用效果也与第一实施方式相同。
如图12所示,也可以在比球4的节圆p更靠外径侧的部分形成凹部11的周向两端部的凹球面23,并在凹部11的周向两端部形成以与该凹球面23平滑地连接的方式沿保持器5的径向延伸的圆筒面31。这样,在dmn值大大超过100万的超高速旋转区域内使用时,保持器5由于作用的强力的离心力而扩径变形,保持器5的凹部11向外径侧移动较大,即使此时,也能够防止保持器5的凹部11的周向两端部与球4干涉。因此,在超高速旋转区域内使用时,也能够防止由于保持器5与球4的干涉而引起的异常发热、保持器5的异常磨损。
在上述各实施方式中,凹部11的轴向两端部的圆筒面22无需是数学上精确意义上的圆筒面,而只要是呈沿保持器5的径向笔直地延伸的内表面形状的圆筒面即可,例如,也可以是具有随着趋向保持器5的中心而成为小径的微小锥形的圆筒面。图12所示的凹部11的周向两端部的圆筒面31也一样。
附图标记的说明
1…球轴承;2…内圈;3…外圈;4…球;5…保持器;10…环状体;11…凹部;21…对接线;22…圆筒面;23…凹球面;25…润滑脂积存处;26…润滑脂引导斜面;27…润滑脂引导槽;31…圆筒面;p…球的节圆。
Claims (10)
1.一种球轴承用的合成树脂制保持器,其由沿轴向对置的两个合成树脂制的环状体(10、10)构成,并且在两个环状体(10、10)之间沿周向隔着间隔地形成有收纳球(4)的多个凹部(11),
所述球轴承用的合成树脂制保持器的特征在于,
在所述凹部(11)的周向两端部形成有沿着球(4)的外周的凹球面(23),并且使所述凹部(11)的轴向两端部形成为至少比球(4)的节圆(p)更靠内径侧的部分成为沿着保持器径向延伸的圆筒面(22)。
2.根据权利要求1所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
以骑跨在比球(4)的节圆(p)更靠外径侧与比球(4)的节圆(p)更靠内径侧的双方的方式,形成有所述凹部(11)的周向两端部的凹球面(23)。
3.根据权利要求1所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
在比球(4)的节圆(p)更靠外径侧的部分形成有所述凹部(11)的周向两端部的凹球面(23),在所述凹部(11)的周向两端部以与所述凹球面(23)平滑地连接的方式形成有沿着保持器(5)径向延伸的圆筒面(31)。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
以所述两个环状体(10、10)的对接线(21)从所述凹部(11)的轴向中央错开的方式形成各环状体(10)。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
在所述凹部(11)的径向内端形成有润滑脂积存处(25)。
6.根据权利要求5所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
避开所述两个环状体(10、10)的对接线(21)而形成所述润滑脂积存处(25)。
7.根据权利要求5或6所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
在所述各环状体(10)的内周设置有润滑脂引导斜面(26),该润滑脂引导斜面(26)朝向在作用有离心力时将润滑脂向所述润滑脂积存处(25)引导的方向倾斜。
8.根据权利要求7所述的球轴承用的合成树脂制保持器,其特征在于,
在所述润滑脂引导斜面(26)设置有通向所述润滑脂积存处(25)的润滑脂引导槽(27),所述润滑脂引导槽(27)朝向在作用有离心力时将润滑脂向所述润滑脂积存处(25)引导的方向倾斜。
9.一种球轴承,其特征在于,
具有内圈(2)、外圈(3)、沿周向隔着间隔地组装于内圈(2)与外圈(3)之间的多个球(4)、以及保持所述球(4)的权利要求1~8中任一项所述的合成树脂制保持器(5)。
10.根据权利要求9所述的球轴承,其特征在于,
由比铁比重小的陶瓷形成所述球(4)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20161123 Termination date: 20170614 |