JPH0730135Y2 - 電歪振動子の駆動回路 - Google Patents
電歪振動子の駆動回路Info
- Publication number
- JPH0730135Y2 JPH0730135Y2 JP1989024797U JP2479789U JPH0730135Y2 JP H0730135 Y2 JPH0730135 Y2 JP H0730135Y2 JP 1989024797 U JP1989024797 U JP 1989024797U JP 2479789 U JP2479789 U JP 2479789U JP H0730135 Y2 JPH0730135 Y2 JP H0730135Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrostrictive
- electrostrictive oscillator
- transformer
- field effect
- oscillator
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、超音波加工、超音波による液体霧化等に使用
する電歪振動子を駆動するための電歪振動子の駆動回路
に関する。
する電歪振動子を駆動するための電歪振動子の駆動回路
に関する。
(従来の技術) 従来、超音波加工等を行うための機械構造体に圧電振動
子を装着した電歪振動子(圧電振動子)を駆動するため
の駆動回路の1例としては、本出願人が特開昭62−1000
03号で提案した回路構成がある。
子を装着した電歪振動子(圧電振動子)を駆動するため
の駆動回路の1例としては、本出願人が特開昭62−1000
03号で提案した回路構成がある。
この特開昭62−100003号の回路では、バイボーラトラン
ジスタをスイッチング素子として用い、直流電圧が供給
された出力トランスの1次側をスイッチングすることに
より得られた出力トランスの2次側の略方形波の単極性
のパルスで電歪振動子を駆動するようにしていた。
ジスタをスイッチング素子として用い、直流電圧が供給
された出力トランスの1次側をスイッチングすることに
より得られた出力トランスの2次側の略方形波の単極性
のパルスで電歪振動子を駆動するようにしていた。
(考案が解決しようとする課題) ところで、バイボーラトランジスタをスイッチング素子
として使用した場合、その宿命である少数キャリアの蓄
積効果によって特に高い周波数領域において効率が低下
する嫌いがあった。
として使用した場合、その宿命である少数キャリアの蓄
積効果によって特に高い周波数領域において効率が低下
する嫌いがあった。
また、電歪振動子は容量性負荷に近く、またピエゾ効果
による超電圧が半サイクル毎に負荷駆動電圧に重畳され
るが、単極性のパルスで電歪振動子を駆動した場合、電
歪振動子の電荷を完全に各サイクル毎に充放電すること
は不可能であり、その残留分が損失となって電歪振動子
の発熱を引き起こし、電気−機械変換効率の低下の一因
となっていた。
による超電圧が半サイクル毎に負荷駆動電圧に重畳され
るが、単極性のパルスで電歪振動子を駆動した場合、電
歪振動子の電荷を完全に各サイクル毎に充放電すること
は不可能であり、その残留分が損失となって電歪振動子
の発熱を引き起こし、電気−機械変換効率の低下の一因
となっていた。
さらに、電歪振動子のパルス駆動の場合には、電磁ノイ
ズの空間輻射の問題が発生し、この問題の解決も望まれ
ていた。
ズの空間輻射の問題が発生し、この問題の解決も望まれ
ていた。
本考案は、上記従来技術の問題点を除去し、電歪振動子
を正弦波に近い波形で効率的に駆動でき、電磁ノイズの
発生の少ない電歪振動子の駆動回路を提供することを目
的とする。
を正弦波に近い波形で効率的に駆動でき、電磁ノイズの
発生の少ない電歪振動子の駆動回路を提供することを目
的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本考案は、直流電源に対し
て直列に接続された第1及び第2の電界効果トランジス
タと、該第1及び第2の電界効果トランジスタのゲー
ト、ソース間に相互に逆位相の電圧を与える入力トラン
スの2次巻線と、前記第1及び第2の電界効果トランジ
スタのドレイン、ソース間にそれぞれコンデンサを介し
て共通に接続される出力トランスの1次巻線とを有する
シングルエンディッド・プッシュプル回路構成を持ち、
電歪振動子の駆動周波数近傍に同調した並列共振回路を
前記入力トランスの1次巻線に対し並列に接続し、前記
出力トランスの2次巻線にチュークコイルを介して電歪
振動子を接続して当該電歪振動子の容量分と前記チョー
クコイルのインダクタンスとで前記駆動周波数近傍で直
列共振させ、前記出力トランスの2次巻線又は前記電歪
振動子の電圧もしくは電流に比例した信号を前記入力ト
ランスの1次巻線に帰還するようにしている。
て直列に接続された第1及び第2の電界効果トランジス
タと、該第1及び第2の電界効果トランジスタのゲー
ト、ソース間に相互に逆位相の電圧を与える入力トラン
スの2次巻線と、前記第1及び第2の電界効果トランジ
スタのドレイン、ソース間にそれぞれコンデンサを介し
て共通に接続される出力トランスの1次巻線とを有する
シングルエンディッド・プッシュプル回路構成を持ち、
電歪振動子の駆動周波数近傍に同調した並列共振回路を
前記入力トランスの1次巻線に対し並列に接続し、前記
出力トランスの2次巻線にチュークコイルを介して電歪
振動子を接続して当該電歪振動子の容量分と前記チョー
クコイルのインダクタンスとで前記駆動周波数近傍で直
列共振させ、前記出力トランスの2次巻線又は前記電歪
振動子の電圧もしくは電流に比例した信号を前記入力ト
ランスの1次巻線に帰還するようにしている。
(作用) 本考案の電歪振動子の駆動回路においては、2個の電界
効果トランジスタ(例えばパワーMOSFET)を用いたシン
グルエンディド・プッシュプル回路(SEPP回路)をスイ
ッチング回路として用いており、バイポーラトランジス
タのようなベースバイアスが不要でかつ少数キャリアの
蓄積効果に起因する損失もなく、高い駆動周波数でも効
率良く動作する。また、直流電源に対して2個の電界効
果トランジスタが直列に接続されるから、耐圧の比較的
低い電界効果トランジスタを有効に利用できる。さら
に、駆動周波数近傍において電歪振動子の容量性と直列
共振するようなインダクタンス値を持つチョークコイル
を電歪振動子に直列に接続して電歪振動子を正弦波に近
い波形で駆動することにより、電磁ノイズの発生を防止
し、あわせて電歪振動子が半サイクル毎に充電、放電を
繰り返すようにしてその劣化を防止している。
効果トランジスタ(例えばパワーMOSFET)を用いたシン
グルエンディド・プッシュプル回路(SEPP回路)をスイ
ッチング回路として用いており、バイポーラトランジス
タのようなベースバイアスが不要でかつ少数キャリアの
蓄積効果に起因する損失もなく、高い駆動周波数でも効
率良く動作する。また、直流電源に対して2個の電界効
果トランジスタが直列に接続されるから、耐圧の比較的
低い電界効果トランジスタを有効に利用できる。さら
に、駆動周波数近傍において電歪振動子の容量性と直列
共振するようなインダクタンス値を持つチョークコイル
を電歪振動子に直列に接続して電歪振動子を正弦波に近
い波形で駆動することにより、電磁ノイズの発生を防止
し、あわせて電歪振動子が半サイクル毎に充電、放電を
繰り返すようにしてその劣化を防止している。
(実施例) 以下、本考案に係る電歪振動子の駆動回路の実施例を図
面に従って説明する。
面に従って説明する。
第1図は本考案の第1実施例を示す。この図において、
Q1,Q2は第1及び第2の電界効果トランジスタ(例えば
パワーMOS FET)、IPTは入力トランス、OPTは出力トラ
ンスであり、これらはシングルエンディド・プッシュプ
ル回路を構成している。すなわち、直流電源(商用電源
を整流平滑する構成のものも含む)Vccに対して第1の
電界効果トランジスタQ1と第2の電界効果トランジスタ
Q2とは直列に接続され、各電界効果トランジスタQ1,Q2
のドレイン、ソース間には直流電圧を大容量コンデンサ
C1,C2で分圧した電圧が2個の電界効果トランジスタQ1,
Q2に共通の出力トランスOPTの1次巻線を通して印加さ
れる。また、入力トランスIPTの2つの2次巻線は電界
効果トランジスタQ1,Q2のゲート、ソース間に相互に逆
位相の電圧を与える向きに接続されている。
Q1,Q2は第1及び第2の電界効果トランジスタ(例えば
パワーMOS FET)、IPTは入力トランス、OPTは出力トラ
ンスであり、これらはシングルエンディド・プッシュプ
ル回路を構成している。すなわち、直流電源(商用電源
を整流平滑する構成のものも含む)Vccに対して第1の
電界効果トランジスタQ1と第2の電界効果トランジスタ
Q2とは直列に接続され、各電界効果トランジスタQ1,Q2
のドレイン、ソース間には直流電圧を大容量コンデンサ
C1,C2で分圧した電圧が2個の電界効果トランジスタQ1,
Q2に共通の出力トランスOPTの1次巻線を通して印加さ
れる。また、入力トランスIPTの2つの2次巻線は電界
効果トランジスタQ1,Q2のゲート、ソース間に相互に逆
位相の電圧を与える向きに接続されている。
前記出力巻線OPTの2次巻線には、チョークコイルCH及
び電歪振動子TDの直列回路が接続されている。ここで、
電歪振動子TDは超音波加工、超音波による液体霧化等を
行うための機械構造体に圧電振動子を装着したものであ
る。また、第2図(A)のように、電歪振動子TDの共振
周波数をfr、***振周波数をfarとしたとき、駆動周波
数fdは周波数fr〜farの間の周波数領域に設定され、チ
ョークコイルCHは駆動周波数fdにおいて電歪振動子TDの
容量性と直列共振するようなインダクタンス値を持つも
のである。この結果、チョークコイルCHと電歪振動子TD
の直列回路のインピーダンスは第2図(B)のように駆
動周波数近傍においては殆ど残留抵抗分となり、これが
出力トランス2次側の負荷インピーダンスとなる。
び電歪振動子TDの直列回路が接続されている。ここで、
電歪振動子TDは超音波加工、超音波による液体霧化等を
行うための機械構造体に圧電振動子を装着したものであ
る。また、第2図(A)のように、電歪振動子TDの共振
周波数をfr、***振周波数をfarとしたとき、駆動周波
数fdは周波数fr〜farの間の周波数領域に設定され、チ
ョークコイルCHは駆動周波数fdにおいて電歪振動子TDの
容量性と直列共振するようなインダクタンス値を持つも
のである。この結果、チョークコイルCHと電歪振動子TD
の直列回路のインピーダンスは第2図(B)のように駆
動周波数近傍においては殆ど残留抵抗分となり、これが
出力トランス2次側の負荷インピーダンスとなる。
前記入力トランスIPTの1次巻線には、コイルL及びコ
ンデンサC3の並列共振回路が接続されている。ここで、
コイルLに並列となる入力トランスIPTの1次巻線のイ
ンダクタンスも考慮した共振回路TUの同調周波数は、電
歪振動子TDの駆動周波数近傍に設定される。このように
駆動周波数近傍に同調した共振回路を設けた入力トラン
スIPTの1次側には結合用コンデンサC4を介して前記出
力トランス2次巻線の電圧(チョークコイルCHと電歪振
動子TDの直列回路の両端の電圧)が帰還されている。こ
の場合、電歪振動子TDの劣化やその他の変動を考慮して
結合用コンデンサC4の容量を大きくして、入力トランス
IPTの1次側の並列共振回路TUの両端に充分大きな波高
値の駆動周波数信号が得られるようにしておき、さらに
逆極性に接続した定電圧ダイオードDZ1,DZ2の双方向ク
リッパを入力トランスIPTの1次巻線に接続して電界効
果トランジスタQ1,Q2の動作入力電圧として安全なレベ
ルとなるように第2図(C)の如くピークをクリップし
た波形を得るようにしている。
ンデンサC3の並列共振回路が接続されている。ここで、
コイルLに並列となる入力トランスIPTの1次巻線のイ
ンダクタンスも考慮した共振回路TUの同調周波数は、電
歪振動子TDの駆動周波数近傍に設定される。このように
駆動周波数近傍に同調した共振回路を設けた入力トラン
スIPTの1次側には結合用コンデンサC4を介して前記出
力トランス2次巻線の電圧(チョークコイルCHと電歪振
動子TDの直列回路の両端の電圧)が帰還されている。こ
の場合、電歪振動子TDの劣化やその他の変動を考慮して
結合用コンデンサC4の容量を大きくして、入力トランス
IPTの1次側の並列共振回路TUの両端に充分大きな波高
値の駆動周波数信号が得られるようにしておき、さらに
逆極性に接続した定電圧ダイオードDZ1,DZ2の双方向ク
リッパを入力トランスIPTの1次巻線に接続して電界効
果トランジスタQ1,Q2の動作入力電圧として安全なレベ
ルとなるように第2図(C)の如くピークをクリップし
た波形を得るようにしている。
さらに、駆動回路起動のために抵抗R及びコンデンサC5
の時定数回路を直流電源Vccに並列に接続し、抵抗R及
びコンデンサC5の接続点と電界効果トランジスタQ2のゲ
ートとの間をダイアック(双方向性スイッチング素子)
DDで接続している。
の時定数回路を直流電源Vccに並列に接続し、抵抗R及
びコンデンサC5の接続点と電界効果トランジスタQ2のゲ
ートとの間をダイアック(双方向性スイッチング素子)
DDで接続している。
以上の第1実施例の構成において、直流電源Vccより直
流電圧印加後、コンデンサC5の充電電圧が上昇してダイ
アックDDがブレークオーバーし、第2の電界効果トラン
ジスタQ2のゲートにトリガー電圧が加わり、電界効果ト
ランジスタQ2がオンとなって出力トランスOPTを介して
電歪振動子TDにパルス状の電圧が印加される。このパル
ス状電圧の印加に起因してピエゾ効果による超電圧(駆
動周波数fdの振動を持つ)が電歪振動子TDの両端に現
れ、これが入力トランス1次側の並列共振回路TUで選択
同調された形で第1及び第2の電界効果トランジスタQ
1,Q2に帰還されて駆動回路は起動する。駆動周波数fdは
第2図(A)に図示の如く電歪振動子TDの共振周波数fr
と***振周波数farの間の周波数領域である。起動後、
電界効果トランジスタQ1,Q2は半サイクル毎に交互に導
通を繰り返し、しかもチョークコイルCH及び電歪振動子
TDの直列共振回路は駆動周波数fdにおいて残留抵抗分に
相当するインピーダンスであり、電歪振動子TDの両端の
電圧波形は第2図(D)のように正弦波に近い波形とな
り(電流波形も同様)、電圧波形及び電流波形は実質的
に位相差零でゼロクロスする。
流電圧印加後、コンデンサC5の充電電圧が上昇してダイ
アックDDがブレークオーバーし、第2の電界効果トラン
ジスタQ2のゲートにトリガー電圧が加わり、電界効果ト
ランジスタQ2がオンとなって出力トランスOPTを介して
電歪振動子TDにパルス状の電圧が印加される。このパル
ス状電圧の印加に起因してピエゾ効果による超電圧(駆
動周波数fdの振動を持つ)が電歪振動子TDの両端に現
れ、これが入力トランス1次側の並列共振回路TUで選択
同調された形で第1及び第2の電界効果トランジスタQ
1,Q2に帰還されて駆動回路は起動する。駆動周波数fdは
第2図(A)に図示の如く電歪振動子TDの共振周波数fr
と***振周波数farの間の周波数領域である。起動後、
電界効果トランジスタQ1,Q2は半サイクル毎に交互に導
通を繰り返し、しかもチョークコイルCH及び電歪振動子
TDの直列共振回路は駆動周波数fdにおいて残留抵抗分に
相当するインピーダンスであり、電歪振動子TDの両端の
電圧波形は第2図(D)のように正弦波に近い波形とな
り(電流波形も同様)、電圧波形及び電流波形は実質的
に位相差零でゼロクロスする。
なお、駆動周波数fd(電歪振動子TDのピエゾ効果による
振動周波数)は、電歪振動子TDの機械的負荷が無いか、
有るかによって変化するが、予め最適負荷状態の時の駆
動周波数に入力トランスIPTの1次側の並列共振回路TU
を同調させ、同様にチョークコイルCHと電歪振動子TDの
直列共振回路の共振周波数も設定しておけば、電歪振動
子TDに所定の機械的な負荷があるときに効率的に動作さ
せることができる。
振動周波数)は、電歪振動子TDの機械的負荷が無いか、
有るかによって変化するが、予め最適負荷状態の時の駆
動周波数に入力トランスIPTの1次側の並列共振回路TU
を同調させ、同様にチョークコイルCHと電歪振動子TDの
直列共振回路の共振周波数も設定しておけば、電歪振動
子TDに所定の機械的な負荷があるときに効率的に動作さ
せることができる。
第3図は本考案の第2実施例を示す。この場合、電歪振
動子TDに直列に変流器CTの1次巻線を挿入し、変流器2
次巻線に誘起した電圧を入力トランスIPTの1次側の並
列共振回路TUに帰還するようにしている。その他の構成
は前述の第1実施例を同様である。
動子TDに直列に変流器CTの1次巻線を挿入し、変流器2
次巻線に誘起した電圧を入力トランスIPTの1次側の並
列共振回路TUに帰還するようにしている。その他の構成
は前述の第1実施例を同様である。
第4図は本考案の第3実施例を示す。この場合、同調ト
ランスTTを用いて電歪振動子TD側の信号を入力トランス
IPTの1次側に帰還している。すなわち、同調トランスT
Tの1次巻線が電歪振動子TDに直列に挿入され、同調ト
ランスTTの2次巻線LにコンデンサC3及び入力トランス
IPTの1次巻線が並列に接続されて並列共振回路TUを構
成している。その他の構成は前述の第1実施例と同様で
ある。但し、同調トランスTTの1次巻線と電歪振動子TD
とチョークコイルCHの直列共振回路の共振周波数が駆動
周波数fdの近傍となるように設定する。
ランスTTを用いて電歪振動子TD側の信号を入力トランス
IPTの1次側に帰還している。すなわち、同調トランスT
Tの1次巻線が電歪振動子TDに直列に挿入され、同調ト
ランスTTの2次巻線LにコンデンサC3及び入力トランス
IPTの1次巻線が並列に接続されて並列共振回路TUを構
成している。その他の構成は前述の第1実施例と同様で
ある。但し、同調トランスTTの1次巻線と電歪振動子TD
とチョークコイルCHの直列共振回路の共振周波数が駆動
周波数fdの近傍となるように設定する。
なお、第1の電界効果トランジスタQ1及び第2の電界効
果トランジスタQ2をそれぞれ複数個の電界効果トランジ
スタの並列接続で構成することにより容易に大電力化を
図ることができる。
果トランジスタQ2をそれぞれ複数個の電界効果トランジ
スタの並列接続で構成することにより容易に大電力化を
図ることができる。
(考案の効果) 以上説明したように、本考案の電歪振動子の駆動回路に
よれば、以下の効果を得る。
よれば、以下の効果を得る。
(1)電界効果トランジスタをシングルエンディド・プ
ッシュプル接続で使用しており、バイポーラトランジス
タを使用した場合に比較して高い周波数においても効率
良く動作させることができる。また、各電界効果トラン
ジスタには直流電源電圧が2分されて加わるため、耐圧
の比較的低い電界効果トランジスタを使用でき、実用的
である。
ッシュプル接続で使用しており、バイポーラトランジス
タを使用した場合に比較して高い周波数においても効率
良く動作させることができる。また、各電界効果トラン
ジスタには直流電源電圧が2分されて加わるため、耐圧
の比較的低い電界効果トランジスタを使用でき、実用的
である。
(2)入力トランス及び出力トランスを用いており、電
歪振動子と直流電源とを完全に絶縁状態とすることがで
き、安全性を確保できる。
歪振動子と直流電源とを完全に絶縁状態とすることがで
き、安全性を確保できる。
(3)電歪振動子を実質的に正弦波駆動でき、電歪振動
子を単極性パルス駆動する場合に問題となった電歪振動
子の発熱、劣化の問題や電磁ノイズの発生の問題を解消
できる。すなわち、電歪振動子を劣化させず、電磁ノイ
ズの発生も抑制できる。
子を単極性パルス駆動する場合に問題となった電歪振動
子の発熱、劣化の問題や電磁ノイズの発生の問題を解消
できる。すなわち、電歪振動子を劣化させず、電磁ノイ
ズの発生も抑制できる。
(4)電界効果トランジスタのgm利得の低さは、入力ト
ランスの1次側に選択同調のための共振回路を設けて帰
還電圧をQ倍して2次側に加える構成とすることで解決
している。
ランスの1次側に選択同調のための共振回路を設けて帰
還電圧をQ倍して2次側に加える構成とすることで解決
している。
第1図は本考案に係る電歪振動子の駆動回路の第1実施
例を示す回路図、第2図は第1実施例の動作説明図、第
3図は本考案の第2実施例の回路図、第4図は本考案の
第3実施例の回路図である。 Q1,Q2…電界効果トランジスタ、IPT…入力トランス、OP
T…出力トランス、TD…電歪振動子、Vcc…直流電源、CH
…チョークコイル、L…コイル、CT…変流器、TT…同調
トランス、C1乃至C5…コンデンサ、R…抵抗。
例を示す回路図、第2図は第1実施例の動作説明図、第
3図は本考案の第2実施例の回路図、第4図は本考案の
第3実施例の回路図である。 Q1,Q2…電界効果トランジスタ、IPT…入力トランス、OP
T…出力トランス、TD…電歪振動子、Vcc…直流電源、CH
…チョークコイル、L…コイル、CT…変流器、TT…同調
トランス、C1乃至C5…コンデンサ、R…抵抗。
Claims (1)
- 【請求項1】直流電源に対して直列に接続された第1及
び第2の電界効果トランジスタと、該第1及び第2の電
界効果トランジスタのゲート、ソース間に相互に逆位相
の電圧を与える入力トランスの2次巻線と、前記第1及
び第2の電界効果トランジスタのドレイン、ソース間に
それぞれコンデンサを介して共通に接続される出力トラ
ンスの1次巻線とを有するシングルエンディッド・プッ
シュプル回路構成を持ち、電歪振動子の駆動周波数近傍
に同調した並列共振回路を前記入力トランスの1次巻線
に対し並列に接続し、前記出力トランスの2次巻線にチ
ョークコイルを介して電歪振動子を接続して当該電歪振
動子の容量分と前記チョークコイルのインダクタンスと
で前記駆動周波数近傍で直列共振させ、前記出力トラン
スの2次巻線又は前記電歪振動子の電圧もしくは電流に
比例した信号を前記入力トランスの1次巻線に帰還する
ことを特徴とする電歪振動子の駆動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1989024797U JPH0730135Y2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | 電歪振動子の駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1989024797U JPH0730135Y2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | 電歪振動子の駆動回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02117076U JPH02117076U (ja) | 1990-09-19 |
JPH0730135Y2 true JPH0730135Y2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=31244965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1989024797U Expired - Lifetime JPH0730135Y2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | 電歪振動子の駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0730135Y2 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50124618A (ja) * | 1974-03-18 | 1975-09-30 | ||
JPS59127781U (ja) * | 1983-02-16 | 1984-08-28 | 株式会社トーキン | 振動帰還型超音波発振器 |
-
1989
- 1989-03-06 JP JP1989024797U patent/JPH0730135Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02117076U (ja) | 1990-09-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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EXPY | Cancellation because of completion of term |