JP3838167B2 - パッファ形ガス遮断器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はパッファ形ガス遮断器に係り、特に、耐熱樹脂で作られた消弧性ガス誘導用の絶縁ノズルを備え、例えば電力用の遮断器に好適なパッファ形ガス遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、パッファ形ガス遮断器は、消孤性の6弗化硫黄(SF6 )ガスを用い、このガスを圧縮し、閉極状態から開極してゆく接触子の間に吹き付け、これにより接触子間に発生するアークを消孤し、大電流が遮断できるようにしたものである。
【0003】
そこで、このようなパッファ形ガス遮断器における遮断部の一般的な構成について、図4と図5により説明する。ここで、図4は遮断器が投入され、閉極されているときを示し、図4は開極途中の状態を示したものである。
【0004】
まず、図4の閉極状態のときは、固定アーク接触子1に可動アーク接触子3が接触した上で係合しており、従って、このときは固定アーク接触子1と可動アーク接触子3の間に電流路が形成されている。
【0005】
可動アーク接触子3は、消孤性ガス誘導用の絶縁ノズル2と共にパッファシリンダ4に取り付けられ、ここに固定されている。そして、このパッファシリンダ4には絶縁操作ロッド6が連結されている。従って、図示してない操作機構部により、この絶縁操作ロッド6を所定の方向(図では左右方向)に動かすことにより、パッファシリンダ4と共に絶縁ノズル2と可動アーク接触子3も左右方向に移動され、投入動作と遮断動作を行わせることができる。
【0006】
このとき、パッファシリンダ4の中には、パッファピストン5が嵌合されていて、図示してない固定部に支持され固定されていて、これにより、パッファシリンダ4の中に消孤性ガスを圧縮するためのパッファ室7が形成されるようになっている。
【0007】
そして、これらの消孤室構成部品は、パッファ形ガス遮断器の本体となる密閉容器(図示してない)内に収められ、パッファ形ガス遮断器として組み立てられた後、密閉容器内に6弗化硫黄などの消孤性ガスが充填され、パッファ形ガス遮断器として完成される。
【0008】
このパッファ形ガス遮断器の遮断時での動作は、操作機構部が絶縁操作ロッド6を介してパッファシリンダ4を図の右方向に駆動することによって得られ、このとき図4に示した状態から、まず図5に示す開極途中の状態になる。
【0009】
この場合、通電状態にある可動アーク接触子3が固定アーク接触子1から開極されるので、これらの間にアークARCが発生するが、このとき、パッファ室7内の消孤性ガスが圧縮され、これが絶縁ノズル2により誘導されてアークARCに吹き付けられ、この結果、アークARCの消孤が促され、アークARCが速やかに消滅されて電流遮断が得られることになる。
【0010】
ここで、絶縁ノズル2は、通常、4弗化エチレン樹脂などの耐熱性樹脂で作られているが、この絶縁ノズル2がアークARCに曝されると、アークARCから放射されるエネルギーが絶縁ノズル2自体に侵入し中で吸収されるので、絶縁ノズル2を構成する材料にボイドの発生や炭化が引き起こされ、この結果、絶縁ノズル2の沿面絶縁性能が低下し、結果的に極間絶縁性能も低下してしまう。
【0011】
そこで、このような事態に対応するため、絶縁ノズルを構成する耐熱性樹脂に無機材料の粉末を混合させることにより、アークARCからの放射エネルギーが絶縁ノズル2の内部に侵入するのを抑制し、耐アーク性の改善が得られるようにするという提案が従来からなされている。なお、この無機材料を混合することは、無機充填剤を充填させると言うこともある。
【0012】
そして、例えば特公昭49−17654号公報では、混合すべき無機材料としてアルミナ(Al2O3)を推奨し、特公昭48−38216号公報では弗化カルシウム(CaF2),弗化マグネシウム(MgF2),硫化鉛(SbS),硫酸バリウム(BaSO4),窒化ボロン(BN)などを推奨している。
【0013】
一方、これら無機材料の混合態様についても、絶縁ノズル全体に一定の密度で無機材料を混合させるだけではなく、他にも種々の提案がなされており、例えば特開平5−94743号公報では、絶縁ノズルの軸と直角方向に、内径側から或る距離まで無機材料を混合させるものについて開示している。
【0014】
また、特開平5−74287号公報では、軸と直角方向の距離に対して段階的に混合させる無機材料の種類と密度を変化させたものについて開示しており、特開平7−296689号公報では、絶縁ノズルの軸方向の距離に対して無機材料の混合密度が異なる複数の領域に分け、その領域間に連続的に密度が異なる領域を設けたものについて開示している。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、無機材料の混合量削減について配慮がされておらず、パッファ形ガス遮断器全体のコスト上昇に問題があった。
【0016】
一般に、BNなどの無機材料を含有させた耐熱樹脂は、単体の耐熱樹脂に比較してかなり高価格であり、従って、その混合量が多いと絶縁ノズルの製作コストが上ってまう。
【0017】
しかるに、従来技術による絶縁ノズルは、絶縁ノズルの軸方向の距離に対してパッファシリンダ側の上流側から下流側までの全ての部分に無機材料が混合されているので、無機材料の混合量が多くなって、コストが上昇してしまうのである。
【0018】
本発明の目的は、耐熱樹脂の絶縁ノズルに無機材料を混合させたことによる耐アーク性能の向上のもとで充分なコストの抑制が得られるようにしたパッファ形ガス遮断器を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、可動接触子の周囲に配置され、かつ、耐熱樹脂で作られた消孤性ガス誘導用の絶縁ノズルを、そのスロート部の近傍が無機材料を含む耐熱樹脂で作られ、前記スロート部の近傍以外の部分は無機材料を含まない耐熱樹脂で作られていると共に、前記可動側接触子は、前記絶縁ノズルの間に耐熱樹脂で作られた消弧性ガス誘導用の可動側接触子カバーを有し、前記可動側接触子カバーは、その下流側領域が無機材料を含む耐熱樹脂で作られ、上流側領域は無機材料を含まない耐熱樹脂で作られているようにして達成される。
【0020】
ここで、前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂で作られた部分が、前記スロート部の近傍以外の下流領域と上流側領域になるようにしてもよく、前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂で作られた部分が、前記スロート部の上流側領域だけになるようにしてもよい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明のパッファ形ガス遮断器を説明する。図3は、本発明のパッファ形ガス遮断器の概略構成を示す。
【0022】
該図の如く、内部に消弧性ガスが充填されている金属容器11はほぼ円筒状に形成されている。この金属容器11内に配置される遮断部は、絶縁支持体12によって金属容器11から電気的に絶縁されて支持されている。
【0023】
このようにして支持された遮断部の両端は、ブッシングとかガス絶縁母線の中心導体13によって金属容器11外へ導出される。絶縁支持体12の右端に接続用導体14が接続され、この接続用導体14へ中心導体13を電気的に接続している。また、接続用導体14には、遮断部の固定主接触子15及び固定アーク接触子1が取り付けられ、更にこれらを包囲したシールド17が、接続用導体14のフランジ14aへボルト等によって取り付けられている。
【0024】
パッファピストン5とパッファシリンダ4からなる圧縮装置は、例えばパッファシリンダ4を可動要素とし、このパッファシリンダ4に固定主接触子15と接触する可動主接触子20,固定アーク接触子1をそのオリフィス部に嵌合した絶縁ノズル2及びこの絶縁ノズル2内で固定アーク接触子1と接触する可動アーク接触子3を連結している。このような各接触子と圧縮装置から遮断部が構成されている。
【0025】
遮断動作は、図示していないが操作器により絶縁操作ロッド6を介してパッファシリンダ4の中心軸を右方へ駆動することによって、圧縮装置のパッファ室7内のガスを圧縮すると共に、主接触子15,20間、次いでアーク接触子1,3間を開離して行う。アーク接触子1,3間の開離によって発生したアークは、圧縮装置から絶縁ノズル2によって案内されたガスの吹き付けによって消弧される。
【0026】
図2は上述した、本発明のパッファ形ガス遮断器を構成する絶縁ノズル2の詳細を示し、図において、2aは絶縁ノズル2の下流側領域、2bはスロート近傍領域、2cは上流側領域、9は下流側接触子カバー、9aは可動側接触子カバーの下流側領域、9bは上流側領域である。
【0027】
ここで、この図1の実施形態でも、その他の構成は絶縁ノズル2も含めて、図4と図5で説明した従来技術によるパッファ形ガス遮断器と同じであるが、この図1では、パッファ形ガス遮断器における遮断部の可動側だけが示されていて、しかも、ここでは、その可動側の上半分だけが示されているものである。
【0028】
この図1の実施形態による絶縁ノズル2は、上記したように、下流側領域2aとスロート近傍領域2b、それに上流側領域2cの3領域に分けて構成され、ここでまず下流側領域2aは、無機材料を含まない4弗化エチレン樹脂だけで作られるが、スロート近傍領域2bは、無機材料としてボロンナイトライドを1〜
20容量%含む4弗化エチレン樹脂により作られている。一方、上流側領域2cは、下流側領域2aと同じく、4弗化エチレン樹脂だけで作られている。
【0029】
また、この図1の実施形態では、可動アーク接触子3を囲むようにして可動側接触子カバー9が設けられているが、この可動側接触子カバー9も下流側領域
9aと上流側領域9bの2領域に分けられていて、下流側領域9aは無機材料としてボロンナイトライドを1〜20容量%含む4弗化エチレン樹脂により作られているが、上流側領域9bは無機材料を含まない4弗化エチレン樹脂だけで作られている。
【0030】
次に、この実施形態による電流遮断時での動作について説明する。
【0031】
この実施形態でも、電流遮断時には、図4と図5で説明した従来技術の場合と同じく、固定アーク接触子1(この図1には示されていない)と可動アーク接触子3の間にアークが発生し、その放射エネルギーが絶縁ノズル2の内面と可動側接触子カバー9の内面及び外面に照射される。
【0032】
このとき最も激しくエネルギーの入射を受けるのは、絶縁ノズル2の内径が小さくなっていて、アークとの距離が近くなっているスロート近傍領域2cの内面2dであるが、この実施形態では、ここに入射されたアークエネルギーの大半は、このスロート近傍領域2bに混入されているボロンナイトライドにより反射され、絶縁ノズル2の内部が遮蔽されるので、エネルギーの侵入による絶縁ノズル2の損傷が抑制される。
【0033】
また、このとき、可動側接触子カバー9が設けてあり、これの上流側領域9bにもボロンナイトライドが混入してあるので、この部分に入射されたアークエネルギーの大半も反射され、絶縁ノズル2が遮蔽されることになり、エネルギーの侵入による絶縁ノズル2の損傷を更に大きく抑制することができる。
【0034】
一方、この図1の実施形態では、絶縁ノズル2に対するボロンナイトライドの混合領域が、スロート近傍領域2bに限定できるので、絶縁ノズル2全体に対するボロンナイトライドの使用量が充分に低減でき、この結果、絶縁ノズル2を安価に製作することができる。
【0035】
ここで、この実施形態では、可動側接触子カバー9の下流側領域9aにもボロンナイトライドの混入を要するが、この可動側接触子カバー9は、絶縁ノズル2に比較して体積がかなり少なく、しかもボロンナイトライドの混入領域が下流側領域9aに限定されている。
【0036】
しかも、この可動側接触子カバー9の存在により、絶縁ノズル2に対するアークエネルギーの入射量が抑えられた分、絶縁ノズル2のスロート近傍領域2bに対するボロンナイトライドの混合量が抑えられるので、遮断器全体でみれは、ボロンナイトライドの使用量が少なくて済むことになる。
【0037】
従って、この実施形態によれば、無機材料の使用量を抑えながら、耐熱樹脂の絶縁ノズルの損傷を充分に抑えることができ、この結果、優れた耐アーク性能をもったパッファ形ガス遮断器を低コストで容易に提供することができる。
【0038】
次に、本発明の他の実施形態について、図2により説明する。
【0039】
この図2に示した本発明の一実施形態は、絶縁ノズル2を2領域に分けて構成したもので、一方は下流側領域2fとして作られ、他方は上流側領域2eとして作られており、その他の構成は、図1の実施形態と同じである。
【0040】
そして、下流側領域2fはボロンナイトライドを1〜20容量%含む四弗化エチレン樹脂でつくられ、上流側領域2eは無機材料を含まない4弗化エチレン樹脂だけで作られている。
【0041】
従って、この図2は、図1の実施形態の変形例に相当するもので、絶縁ノズル2の構成が簡単になっている分、コストが低減できる反面、絶縁ノズル2のボロンナイトライド混合領域が広まっている点では、コストの低減が抑えられてしまうことになる。
【0042】
しかし、電気的及び熱流体力学的構成の差異によっては、絶縁ノズル2の下流側領域2fの寸法を短くすることが可能であり、従ってボロンナイトライドの使用量が少なくて済むことになる。
【0043】
さらに、可動側接触子カバー9により絶縁ノズル2に対するアークエネルギーの入射量が抑えられる点を考慮すれば、下流側領域2fに対するボロンナイトライドの混入量を抑えることができるので、全体としては、ボロンナイトライドの混入量を抑えることができ、コストの削減を得ることができる。
【0044】
以上、本発明について実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、無機材料としてはボロンナイトライドに限らず、他の無機材料も使用することができ、前述のアルミナや弗化カルシウム,弗化マグネシウム,硫化鉛,硫酸バリウムなどを使用しても同様の作用効果を得ることができる。
【0045】
また、耐熱樹脂についても同様で、上記した4弗化エチレン樹脂以外にも他のフッ素系樹脂や、珪素系樹脂などの耐熱樹脂を使用しても同様の作用効果を得ることができる。
【0046】
次に、図6を用いて本発明の無機材料を入れる領域に関する詳細な実施例を説明する。
【0047】
可動アーク接触子3はその下流側で可動側接触子カバー9に対向してL字形状に曲率Rで曲がっている。そして、可動側接触子カバー9の無機材料が入っている領域9aはこの曲率Rが終わった部分の境界Aまで形成されている。このような無機材料の領域によれば固定アーク接触子1と可動アーク接触子3が分離した時に発生するアークが、可動アーク接触子3の曲率Rのカーブを超えて可動アーク接触子3の上流側からは発生しないため、可動アーク接触子3からアークが発生する領域のみを無機材料が入った可動側接触子カバー9の下流側領域9aにより必要最少限度の大きさで覆うことが可能になる。
【0048】
また、無機材料を入れたスロート近傍領域2bについては、ノズル2dの厚い部分から上流領域2cへ連なるカーブした部分が終わった平坦な領域で、かつ可動側接触子カバー9の下流側領域9aの境界Aよりも下流側である境界Bまで形成されている。固定アーク接触子1と可動アーク接触子3が分離した時に発生するアークは、可動側接触子カバー9の下流側領域9aにより防がれるようになるため、境界Aよりも下流側の部分で無機材料を入れたスロート近傍領域2bを形成するようにし、かつスロート近傍領域2bの上流領域2cへ連なるカーブした部分が終わった平坦な領域のところまで無機材料を有する材質とすることで、必要最少の無機材料を入れたスロート近傍領域2bの大きさでアーク発生に対応することが可能になる。
【0049】
尚、上述した実施例ではなるべく少ない無機材料を入れた部材で対アークの効果を達成させたものであり、本発明はこれら実施例に限定されず、無機材料をこれら実施例の領域以上、例えば可動側接触子カバー9の上流側領域9b及び絶縁ノズルの上流領域2cの方向へより多く無機材料を備えた部材を設けたとしても同様の効果を有することが出来る。
【0050】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、絶縁ノズルを軸方向に複数の領域に分け、各領域での無機材料の混合の有無と混合の割合を変えると共に、同じく各領域での無機材料の混合の有無と混合の割合が異なっている可動側接触子カバーを設けたので、アークの放射エネルギーによる絶縁ノズルの損傷を最小限に抑制することができ、スロート部近傍での沿面絶縁性能低下を抑制すると共に、全体的には無機材料の使用量が少なくできる。
【0051】
この結果、本発明によれば、充分な絶縁性能を備えたパッファ形遮断器を低コストで容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるパッファ形ガス遮断器に採用される絶縁ノズルの一実施形態を示す要部の拡大断面図である。
【図2】本発明によるパッファ形ガス遮断器に採用される絶縁ノズルの他の一実施形態を示す要部の拡大断面図である。
【図3】本発明によるパッファ形ガス遮断器の概略構成を示す断面図である。
【図4】従来技術によるパッファ形ガス遮断器に採用される絶縁ノズルの閉極状態を示す要部断面図である。
【図5】図4に示した絶縁ノズルの開極途中状態を示す要部断面図である。
【図6】本発明によるパッファ形ガス遮断器に採用される絶縁ノズルの要部の詳細な実施例である。
【符号の説明】
1…固定アーク接触子、2…ノズル、2a…ノズルの下流側領域、2b…ノズルのスロート近傍領域、2c…ノズルの上流側領域、2d…ノズルのスロート近傍領域の内面、3…可動アーク接触子、4…パッファシリンダ、5…ピストン、6…絶縁操作ロッド、7…バッファ室、9…可動側接触子カバー、9a…可動側接触子カバーの下流側領域、9b…可動側接触子カバーの上流側領域、ARC…アーク。
Claims (6)
- 耐熱樹脂で作られた消孤性ガス誘導用の絶縁ノズルを可動側接触子の周囲に備えたパッファ形ガス遮断器において、
前記絶縁ノズルは、そのスロート部の近傍が無機材料を含む耐熱樹脂で作られ、前記スロート部の近傍以外の部分は無機材料を含まない耐熱樹脂で作られており、
前記可動側接触子は、前記絶縁ノズルの間に耐熱樹脂で作られた消弧性ガス誘導用の可動側接触子カバーを有し、
前記可動側接触子カバーは、その下流側領域が無機材料を含む耐熱樹脂で作られ、上流側領域は無機材料を含まない耐熱樹脂で作られていることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。 - 請求項1に記載のパッファ形ガス遮断器において、
前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂で作られた部分が、前記スロート部の近傍以外の下流領域と上流側領域であることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。 - 請求項1に記載のパッファ形ガス遮断器において、
前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂で作られた部分が、前記スロート部の上流側領域だけであることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。 - 請求項1に記載のパッファ形ガス遮断器において、
前記耐熱樹脂が4弗化エチレン樹脂であることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。 - 請求項1に記載のパッファ形ガス遮断器において、
前記可動側接触子カバーの無機材料を含む耐熱樹脂で作られた領域よりも下流側に、前記絶縁ノズルの無機材料を含む耐熱樹脂の領域が形成されていることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。 - 請求項5に記載のパッファ形ガス遮断器において、
前記絶縁ノズルの無機材料を含む耐熱樹脂の領域は曲がっている形状を有し、かつ、該曲がっている形状の部分よりも上流部分から無機材料を含む領域が形成されていることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
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