JP2003254444A - 軸封装置 - Google Patents
軸封装置Info
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Abstract
るフローティングリングにより被密封流体をシールする
シール部を構造簡単にし、他の圧力流体を利用しないで
制御装置を不要とし、安価にすることにある。 【解決手段】 流体室63に配置され、減圧内面3を有
して回転軸50との間に減圧間隙7に嵌合すると共に、
被密封流体をフローティングリングに直接導入して減圧
した被密封流体をシール部でシールするものである。
Description
る。更に詳しくは、攪拌機などの高圧又は超高圧撹拌流
体をシールするのに適した軸封装置に関するものであ
る。
すメカニカルシール装置が存在する。図3は、高圧用メ
カニカルシール装置の断面図である。図3に於いて、攪
拌機150に於けるケーシング151に設けられた軸受
部に回転軸175が回転自在に支持されている。そし
て、回転軸175がケーシング151の内外部に貫通状
態に配置されている。この撹拌機150内は高圧の被密
封流体Aが充填されている。
51との間は、3つの空室152A、152B、152
Cに区画されている。この空室は被密封流体側から順に
第1空室152A、第2空室152B及び第3空室15
2Cに形成されている。この第1空室152Aには、例
えば、被密封流体の圧力が20MPaの場合には、この
被密封流体の圧力より1段下げた15MPaの圧力流体
を第1配管153Aを介して供給されている。次に、第
2空室152Bには第1空室152A内の圧力より更に
1段下げた10MPaの圧力流体を第2配管153Bを
介して供給している。更に、第3空室には、第2空室1
52B内の圧力より更に1段下げた5MPaの圧力流体
を第3配管153Cを介して供給している。このように
被密封流体の圧力に応じて多段の圧力差を設けないとメ
カニカルシール装置等のシール部が損傷することにな
る。
及び第3空室152Cには、各々メカニカルシール装置
110、120、130が内在し、この各メカニカルシ
ール装置110、120、130は、被密封流体側から
外部に向かって順に第1メカニカルシール装置110
と、第2メカニカルシール装置120と、第3メカニカ
ルシール装置130とが配置されている。第1メカニカ
ルシール装置110は、被密封流体が高圧であるために
高圧用のメカニカルシール装置である。更に、第2メカ
ニカルシール装置120、第3メカニカルシール装置1
30も圧力に応じて高圧用メカニカルシール装置12
0、130が用いられている。
であるために、メカニカルシール装置110、120、
130が用いられているものであって、ゴム状弾性材製
のパッキンでは耐圧能力に問題が生じる。このメカニカ
ルシール装置110は、高圧流体用であって、回転軸1
75にOリングを介してスリーブ111が嵌着されてい
る。スリーブ111の段部にはばね座用の支持部112
が嵌着されている。又、スリーブ111の端部側に回転
密封環113がOリングを介して移動自在に嵌合してい
る。そして、支持部112に保持されたコイルスプリン
グ114が回転密封環113を押圧するように装着され
ている。一方、回転密封環113の摺動シール面113
Aに密接する対向シール面115Aを設けた静止用密封
環115が、シールリング(Oリング)116を介して
ケース151の保持部に嵌着している。
メカニカルシール装置130も同様に構成されている。
この第1メカニカルシール装置110は、第1空室15
2A内の被密封流体の圧力より1段低くされた流体圧力
と協働して高圧の被密封流体を効果的にシールしてい
る。又、第2メカニカルシール装置120も同様にし
て、第2空室152B内の2段階に低圧にされた流体圧
力と協働して第1空室152A内の圧力流体をシールし
ている。更に、第3メカニカルシール装置130も同様
にして3段階に引き下げられた第3空室152C内の流
体圧力と協働して第2空室152B内の圧力流体をシー
ルしている。
内で高性能のメカニカルシール装置により段階的にシー
ルすることにより初めて高圧の被密封流体をシールする
ことが可能になる。つまり、高圧力の流体に対しては、
その高圧力に対し段階的に圧力に対応しない限り、1個
のメカニカルシール装置で対応しようとしても、高圧流
体に耐えられずに、メカニカルシール装置が早期に摩耗
・損傷することになる。更に、各空室152A、152
B、152C内に供給する流体圧力を一定圧力に調整す
ることが困難であると共に、その圧力流体を供給する多
数のポンプ装置と制御装置とが高価に成り、問題となっ
ている。
を用いなければ成らず、シールするための構造が大型に
うなる問題が存する。更に、段階的なメカニカルシール
装置の内の1個のメカニカルシール装置が故障すると、
その両側の圧力差が大きくなるので、この圧力差が原因
となって多段のすべてのメカニカルシール装置が故障す
ることになる。更に、多段のメカニカルシール装置は、
メカニカルシール装置の組立作業と共に、その取付のた
めの加工が困難であり、コスト高に成っている。
問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決し
ようとする課題は、高価なメカニカルシール装置を多数
個配列しなければならないので、軸封装置全体が高価に
成る問題があるが、この問題を解決して安価にすること
にある。更に、各メカニカルシール装置を設けた空室に
多段の流体圧力を導入するための圧力制御装置と導入装
置が高価になる問題があるが、この装置を不要にするこ
とにある。
は、多段階に多数のシール装置を取り付けなければなら
ないので、構造が大型になる問題があるが、軸封装置の
取り付ける場所を小さくして軸封装置を小型にすること
にある。又、高圧力の被密封流体に対して耐圧性を必要
とせず、且つ故障のない軸封装置を得ることにある。
技術的課題を解決するために成されたものであって、そ
の技術的解決手段は以下のように構成されている。
軸受けハウジングと回転軸との間で被密封流体をシール
する軸封装置であって、被密封流体が内在する機内部
と、前記機内部より低圧側に有する第1シール部と、前
記第1シール部と前記機内部との間に有する流体室と、
前記流体室と前記第1シール部との間の連通間に連通し
て被密封流体を流出させる流出通路と、前記流体室に配
置されて前記回転軸との間に減圧間隙が形成される減圧
内面を有するフローティングリングとを具備するもので
ある。
は、フローティングリングは被密封流体の圧力を減圧す
る機能であり、シール面のシール機能と言うよりは耐圧
強度を付与する構成にされている。このためにフローテ
ィングリングは耐強度、耐摩耗性の材料にすればよいの
で、簡単なシール部と組み合わせると、シールを目的と
するシール装置では得ることのできない耐圧能力とシー
ル能力を有する軸封装置が得られる。
圧力を直接減圧するので、第1シールは低圧用で、しか
も安価なシール部を用いることが可能になる。更に、フ
ローティングリングは1個で高圧流体を減圧することが
可能になるから、軸封装置を小型にできると共に、取付
構造を簡単にすることが可能になる。
記フローティングリングには軸受けハウジングに回転不
能に係止されていると共に、前記流入端面と反対の端面
にシール面を有し、前記シール面と密接可能な対向シー
ル面が設けられた静止環を有するものである。
に回転不能に係止されているので、取付が極めて容易で
ある。更に、フローティングリングの減圧能力に応じて
変更するとき又は摩耗により機能が低下したときには簡
単に取り替えることが可能になる。更に、フローティン
グリングにより被密封流体の圧力を耐圧できるので、第
1シール部は、低圧シール能力のもので、しかも製造を
安価にすることが可能になる。更に、フローティングリ
ングは、シール面により径方向へフリー状態に保持され
ているので圧力に対応して減圧間隙を形成することが可
能になる。
除いて全面に圧力を受けるから、セラミック等の製造容
易で加工精度に優れた部品を用いることが可能になる。
しかもシール面は被密封流体の圧力で径方向へ移動自在
に密接できるから、シーラントを流入間隙を通して減圧
間隙から流して効果的に減圧することが可能になる。
ローティングリングの端部外周が軸受けハウジングにシ
ールリングを介して保持されているものである。
は、フローティングリングの端部外周が軸受けハウジン
グにシールリングを介して保持されているので、フロー
ティングリングの取付構造が容易になる。しかも、シー
ルリングの弾性により被密封流体の圧力に対して減圧間
隙を径方向へ対応することが可能になる。
記第1シール部がメカニカルシールに構成されているも
のである。
密封流体の高圧力を直接にフローティングリングで減圧
するためにフローティングリングを通過する被密封流体
の流量は多くなる。この第1シール部はメカニカルシー
ルを用いると効果的にシールすることが可能になる。そ
して、軸封装置はフローティングリングとメカニカルシ
ールの組み合わせで高圧の被密封流体を簡単にシールす
ることが可能になる。しかも、フローティングリングに
より耐圧性を有するから、メカニカルシールに耐久性が
付与される。
施の形態のシール装置を、その図面に基づいて詳述す
る。尚、以下に説明する各図面は、所謂、特許用の概念
図ではなく、寸法関係が正確な設計図である。
を示す軸封装置1の断面図である。図1に於いて、軸受
けハウジング60には回転軸50が貫通する貫通孔61
が設けられている。軸受けハウジング60は、第1軸受
けハウジング60Aと第2軸受けハウジング60Bと第
3軸受けハウジング60C、第4軸受けハウジング60
Dに分割されていると共にボルトを介して一体に結合さ
れている。この第1軸受けハウジング60Aと第2軸受
けハウジング60Bと第3軸受けハウジング60Cと、
第4軸受けハウジング60Dを含めて軸受けハウジング
60を構成する。
内A側に機内部66が形成されている。この機内部66
の外部B側には流体室63が形成されている。この流体
室63には一方の機内部66側の面に第1固定ピン65
Aが固着されていると共に、他方の外部B側の面に第2
固定ピン65Bが固着されている。更に、流体室63よ
り外部B側には内部環状溝69が設けられている。
溝69に連通する流出通路67が形成されている。この
流出通路67は、軸受けハウジング60に設けられた第
1配管72に連通している。この第1配管72の下流に
はバルブV2を介して貯蔵タンクTが設けられている。
更に、貯蔵タンクTに第1配管72により連通してポン
プPが設けられている。そして、フローティングリング
2により減圧された被密封流体は、流出通路67と第1
配管72を介して貯蔵タンクTに戻されて収容される。
らポンプPの作動により、第1配管72を介して機内部
66に戻される。この被密封流体を輸送するポンプP
は、貯蔵タンクTに回収された被密封流体の圧力が圧力
降下されて低圧であるから、特殊のポンプを用いること
なく、安価なポンプを用いることが可能になる。
を介して減圧された後に循環されて、機内部66に戻さ
れる。この被密封流体の圧力は、1実施例として、50
MPaの圧力で機内部66から流体室63に流入し、流
体室63を通過するときにはフローティングリング2に
より1から5MPaの圧力P1に減圧されている。この
被密封流体の粘度は高粘度であれば、それに応じて減圧
力が大きくなる。又、後述するフローティングリング2
と回転軸50との減圧間隙7の寸法の大小とも粘度が関
係して減圧する。
リング2が配置されている。フローティングリング2
は、内周面が減圧内面3に形成されている。そして、フ
ローティングリング2の減圧内面3と回転軸50に嵌着
されたスリーブ51の外周面51Aとの間が減圧間隙7
に形成されている。この減圧間隙7は、被密封流体の粘
度及び圧力及びフローティングリング2の軸方向の長さ
に関係して減圧効果が生じる。この減圧内面3には更
に、ラビリンスシールを設けて減圧効果を向上させるこ
とができる。減圧内面3にラビリンスシールを設けるこ
とにより、フローティングリング2の軸方向長さが短縮
でき、小型化が可能となる効果を奏する。更に、減圧内
面3をテーパ面に形成して減圧効果を発揮させることも
可能である。更に、フローティングリング2の径の大き
さにも減圧効果に関係する。これらのデータを考慮して
設計される。1実施例では、この減圧間隙7の寸法は
0.01から0.5mmの範囲に形成されている。更に好
ましくは、減圧間隙7を0.05から0.2mmにすると
良い。
流体が存在する機内A側が流体室63の端面と近接する
対向端面4に形成されている。又、外部B側がシール面
5に形成されている。このシール面5は、流体室63の
端面と対向端面4との間に周方向へ複数に配置されたコ
イルスプリング10により押圧されて対向シール面12
と密接している。更に、対向端面4には第1係止凹部6
が形成されており、この第1係止凹部6に第1固定ピン
65Aが係合してフローティングリング2が回転軸50
の回転方向へのみ回動しないように保持されている。そ
して、フローティングリング2はスリーブ51の外周面
51Aの上に径方向へフリー状態に保持されている。
接する対向シール面12が設けられた静止環11は、フ
ローティングリング2の外部B側に配置されている。こ
の静止環11は対向シール12と反対の端面に第2係止
凹部が形成されており、この第2係止凹部に第2固定ピ
ン65Bが係止している。この静止環11は、フローテ
ィングリング2の一部品であり、スリーブ51との減圧
間隙7がフローティングリング2とほぼ同一に構成され
ている。このフローティングリング2と静止環11は耐
圧強度を有する金属材料であれば良く、例えば、SiC
セラミック、超硬合金等より製作される。尚、シール面
5と対向シール面12とは回動はせずに微少なずれが生
じるだけである。
環状溝69には、第1シール部15が設けられている。
第1シール部15は、メカニカルシールに構成されてい
る。このメカニカルシール15は、回転密封環16のシ
ール面16Aと、静止密封環17の対向シール面17A
とを密接させて被密封流体をシールする。又、このメカ
ニカルシール15には、シール面15Aと対向シール面
15Aとの摺動面を冷却する堰25が設けられている。
そして、フローティングリング2側から流入した被密封
流体を堰25を介してメカニカルシール15側に近接流
入させてシール面16Aの摺動面を冷却している。又、
第1シール部15の他の実施例として、長方形断面のカ
ーボン材製シールリングと、このシールリングの外周面
と結合するカバーリングと、カバーリングの外周にガタ
ースプリングを嵌合した構成のセグメントシールを配置
することもできる。そして、第1シール部15により、
フローティングリング2で減圧された被密封流体を外部
Bへ漏洩しないようにシールすると共に、シールした流
体を流出通路67へ流すようにする。
ルリップを用いることもできる。この第1シール部14
は、低圧力の被密封流体が外部Bへ漏洩するのを防止す
ればよいから、片面シールにすることが可能である。1
実施例として、ゴム材製のパッキン、ゴム材製のOリン
グ等も利用できる。
されている。このスリーブ51の外周面51Aは、樹
脂、表面焼き入れ又は金属のコーテングが施されて表面
処理されている。このスリーブ51の表面処理された被
覆層51Bは、フローティングリング2との摺動に対応
して耐久性を発揮するようにされている。スリーブ51
の端面には回転密封環16を回転可能に保持する支持ス
リーブ55が設けられている。更に、支持スリーブ55
の外部B側には、軸受け用の嵌着スリーブ53が回転軸
50に嵌着している。更に、スリーブ51と支持スリー
ブ55との内周面18に嵌着する固定スリーブ52が回
転軸50に嵌着している。そして、スリーブ51と支持
スリーブ55とはドライブピン55Aを介して共に回動
するように係止している。更に、支持スリーブ55と嵌
着スリーブ53とはドライブピン53Aを介して係止し
て回転軸50と共に回動するように構成されている。
ンは、回転密封環16と係止して共周りするように保持
している。そして、回転密封環16は支持スリーブ55
に取り付けられて複数のコイルばね19により静止用密
封環17方向へ押圧されている。この回転密封環16の
シール面16Aと静止用密封環17の対向シール面17
Aとの密接によりフローティングリング2側から流入す
る被密封流体はシールされる。
グ2と回転軸50に嵌着したスリーブ51との間に形成
された減圧間隙7は、被密封流体の圧力を減圧する。こ
のとき、1実施例として、被密封流体の圧力は65MP
aである。又、その流量は10から15l/minであ
る。一方、減圧間隙7の寸法は0.05から0.2mmに
構成されている(この減圧間隙7の寸法は、0.02か
ら0.5mmの範囲について良好な結果が得られている
が、被密封流体の圧力、粘度、流速と、フローティング
リング2の軸方向の長さ、径の大きさ及びラビリンスシ
ール等の形状により決定される)。
機内部66内の65MPa圧力が、第1配管72内では
3MPa圧力に減圧された。しかも、第1シール部15
からの被密封流体Sの漏れは認められない。更に、第1
シール部15に変形や不具合は認められないし、シール
能力は良好であると認められる。
示す軸封装置1の断面図である。この図2は、図1とフ
ローティングリング2と、スリーブ51と、流出通路6
7の位置と、第1シール部14を除いてほぼ同一であ
る。
止環11を不要とするものである。図2に示すフローテ
ィングリング2は、軸受けハウジング60に於ける貫通
孔61の内周面にOリング68を介して端部外周面が嵌
着されている。このOリング68は、ゴム材製であり、
弾性変形が容易なシリコンゴム、アクリルゴム等のもの
を利用するとよい。
示すフローティングリング2とほぼ同一であるが、第1
及び第2固定ピン65A、65Bを不用とする。又、コ
イルスプリング10も不用にすることができるが、コイ
ルスプリング10を付けることもできる。又、第1シー
ル部14は、スリーブ51と摺動密接する樹脂材製リン
グ14Aとゴム材製リング14Bとを組み合わせて1体
に形成したものである。この第1シール部14の樹脂材
製リング14Aはカーボン材製にしても良い。又、第1
シール部14のゴム状弾性材製リング14Bは、材質
を、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、
ウレタンゴムなどが用いられる。この第1シール部14
は、軸方向へ複数設けられている。この第1シール部1
4の個数は被密封流体の圧力、温度、種類等により設計
される。又、必要に応じてパッキン、Oリング等も利用
できる。尚、図1に於いて、軸受け56は回転軸50を
回転可能に支持する。又、軸受56に通じる外部からの
通路71は潤滑用の通路である。この通路71に潤滑油
を供給することによりメカニカルシール15や軸受け5
6を潤滑すると共に冷却作用を成す。
ーティングリングは耐強度、耐摩耗性の材料にすればよ
いので、シールのみを目的とするシール装置では得るこ
とのできない耐久能力とシール能力を有する軸封装置が
得られる効果を奏する。又、耐圧のみを要件とするフロ
ーティングリングは材質のみで被密封流体の圧力を耐圧
できるので、第1シール部は低圧用で、しかも、安価な
シール部を用いることができる。更に、フローティング
リングは1個で高圧流体を減圧することが可能になるか
ら、軸封装置全体を小型にできると共に、取付構造が簡
単にできる効果を奏する。
グリングにより減圧して第1シール部によりシールし、
この減圧された被密封流体を更に回収するので、被密封
流体と異なるシーラント等を用いることもないので、被
密封流体の循環配管回路を簡単にでき、被密封流体の圧
力制御等の制御装置を不要にすることが可能になる。
断面図である。
断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 軸受けハウジングと回転軸との間で被密
封流体をシールする軸封装置であって、被密封流体が内
在する機内部と、前記機内部より低圧側に有する第1シ
ール部と、前記第1シール部と前記機内部との間に有す
る流体室と、前記流体室と前記第1シール部との間の連
通間に連通して被密封流体を流出させる流出通路と、前
記流体室に配置されて前記回転軸との間に減圧間隙が形
成される減圧内面を有するフローティングリングとを具
備することが特徴ある軸封装置。 - 【請求項2】 前記フローティングリングは軸受けハウ
ジングに回転不能に係止されていると共に前記被密封流
体の流入側と反対の端面にシール面を有し、前記シール
面と密接可能な対向シール面が設けられた静止環を有す
ることを特徴とする軸封装置。 - 【請求項3】 前記フローティングリングの端部外周が
軸受けハウジングにシールリングを介して保持されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の軸封装置。 - 【請求項4】 前記第1シール部がメカニカルシールに
構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2
又は請求項3に記載の軸封装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002056358A JP4053788B2 (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 軸封装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002056358A JP4053788B2 (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 軸封装置 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003254444A true JP2003254444A (ja) | 2003-09-10 |
JP2003254444A5 JP2003254444A5 (ja) | 2005-08-25 |
JP4053788B2 JP4053788B2 (ja) | 2008-02-27 |
Family
ID=28666955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002056358A Expired - Lifetime JP4053788B2 (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 軸封装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4053788B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009264408A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | シール装置 |
CN113007353A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-06-22 | 湖北菲博尔高温节能科技有限公司 | 一种高速数控机床的轴承非接触式密封装置及方法 |
CN117704037A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 中国核动力研究设计院 | 一种超临界二氧化碳零泄漏干气密封装置及方法 |
-
2002
- 2002-03-01 JP JP2002056358A patent/JP4053788B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
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JP4053788B2 (ja) | 2008-02-27 |
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