JP2001039781A - セラミックフィルター及びその製造方法 - Google Patents
セラミックフィルター及びその製造方法Info
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Abstract
から金属溶湯中へのBやSiの溶出が少なく、アルミニ
ウム溶湯での濡れ性が良く、アルミニウム溶湯の通湯性
が良く、室温曲げ強さ及び熱間曲げ強さに優れているセ
ラミックフィルターを提供すること。 【解決手段】骨材粒子と、無機質結合材原料と、適量の
有機バインダーと、適量の水とを混練し、成形し、乾燥
し、次いで1150〜1400℃まで加熱して無機質結
合材原料を溶融させ、その後、冷却して得られるセラミ
ックフィルターにおいて、冷却を、自然放冷で870℃
〜750℃まで冷却し、その温度に3〜9時間保持する
ことにより実施することによって得られ、フィルターの
局部にシミの発生がなく、アルミニウム溶湯を濾過した
場合にもB及びSiの溶出が少なく、溶湯の通湯性に優
れ、曲げ強さに優れているセラミックフィルター、及び
その製造方法。
Description
ー及びその製造方法に関し、特に金属溶湯中から固形介
在物を濾過により除去するために使用するセラミックフ
ィルター及びその製造方法に関する。
金属溶湯又はアルミニウム合金溶湯(本明細書において
はこの両者を総称して単にアルミニウム溶湯と記載す
る)中には非金属介在物等の異物が混在しており、これ
らの異物は、鋳造時にハードスポット等の加工上のトラ
ブルの原因となる。それで、鋳造に先立ってこれらの異
物を除去して、鋳造品の品質を高め、後加工工程でのト
ラブルの発生を回避するようにしている。この目的で、
従来から溶湯の濾過処理が実施されており、この溶湯の
濾過に使用されるフィルターとして種々のものが提案さ
れている。
は、原料組成がB2 O3 15〜80%、Al2 O3 2〜
60%、CaO0〜30%及びMgO5〜50%である
無機質結合剤原料を用い、骨材粒子と無機質結合剤原料
とを混合し、成形し、乾燥した後、無機質結合剤原料を
溶融させ、その後に800℃までを1時間当たり30℃
〜70℃の冷却速度で徐冷することによる金属溶湯用濾
材の製造方法が記載されており、その濾材は熱膨張の小
さいものであることが記載されている。
質結合材の結晶化及びその生成状態は安定化するが、生
成した結晶が成長し、粗大化することによりフィルター
の曲げ強さが低下し、また粗大化した結晶が濾過流路の
断面積を小さくするため濾過処理量が安定しない等の問
題があった。
いためこのようなフィルターにおいてはSiの溶出によ
る溶湯汚染はないが、結合材中にSiO2 を含まないフ
ィルターはアルミニウム溶湯での濡れ性が悪く、その結
果としてアルミニウム溶湯の通湯性に劣り、目詰まりを
起こしやすく、濾過処理量がバラツク等の問題があっ
た。また、アルミニウム溶湯の初期ヘッドが高くなるた
め、濾過装置の改造が必要な場合もあった。さらに結合
材による骨材粒子の結合状態が悪いため、強度が低く、
使用中に損傷する恐れがあった。また、このようなフィ
ルターの熱間(800℃)曲げ強さは低く、温度が高い
溶湯の濾過処理中にフィルターが損傷する恐れがあっ
た。
は、原料組成がB2 O3 15〜40重量%、Al2 O3
20〜45重量%、SiO2 15〜25重量%、残部は
MgO、CaO及びSrOの1種以上よりなる無機質結
合剤原料を用いて得られるアルミニウム溶湯用濾材が記
載されており、無機質結合剤中に生成する9Al2 O3
・2B2 O3 の針状結晶の長さを10μm以下にするた
めに濾材焼成時の冷却速度を70℃/Hrより速くする
ことが記載されている。
以上の冷却速度での冷却では、炉内の温度変化にバラツ
キが生じること等により、無機質結合材の結晶生成状態
が不安定になる。このため、フィルターの局部に無機質
結合材中のB2 O3 に起因する目視上の「シミ」が発生
する傾向があり、この「シミ」によりアルミニウム溶湯
が汚染され、特にBの成分溶出量が高くなる等の問題が
あった。
な欠陥が生じることのない、すなわち、フィルターの局
部にシミの発生がなく、結合材から金属溶湯中、例えば
アルミニウム溶湯中へのBやSiの溶出が少なく、アル
ミニウム溶湯での濡れ性が良く、アルミニウム溶湯の通
湯性が良いので目詰まりを起こしにくく、濾過処理量が
ほぼ一定であり、室温曲げ強さ及び熱間曲げ強さ(80
0℃)に優れているセラミックフィルターを提供するこ
とを課題としている。本発明のその他の課題は上記のよ
うなセラミックフィルターの製造方法を提供することに
ある。
題を達成するために種々検討の結果、骨材粒子と、無機
質結合材原料と、有機バインダーと、水とを混練し、成
形し、乾燥し、次いで加熱して無機質結合材原料を溶融
させ、その後、冷却してセラミックフィルターを得る際
に、その冷却を特定の条件下で実施することにより上記
の課題が解決されることを見いだし、本発明を完成し
た。
溶融アルミナ及び焼結アルミナの一方又は両方からなる
骨材粒子100重量部と、15〜35重量%のAl2 O
3 、20〜60重量%のB2 O3 、7〜30重量%のS
iO2 を含み、残部がMgO及びCaOの少なくとも1
種である無機質結合材原料5〜22重量部と、適量の有
機バインダーと、適量の水とを混練し、成形し、乾燥
し、次いで1150〜1400℃まで加熱して無機質結
合材原料を溶融させ、その後、冷却して得られるセラミ
ックフィルターにおいて、冷却を、自然放冷で870℃
〜750℃まで冷却し、その温度に3〜9時間保持する
ことにより実施することによって得られ、フィルターの
局部にシミの発生がなく、アルミニウム溶湯を濾過した
場合にもB及びSiの溶出が少なく、溶湯の通湯性に優
れ、曲げ強さに優れていることを特徴とする。
造方法は、溶融アルミナ及び焼結アルミナの一方又は両
方からなる骨材粒子100重量部と、15〜35重量%
のAl2 O3 、20〜60重量%のB2 O3 、7〜30
重量%のSiO2 を含み、残部がMgO及びCaOの少
なくとも1種である無機質結合材原料5〜22重量部
と、適量の有機バインダーと、適量の水とを混練し、成
形し、乾燥し、次いで1150〜1400℃まで加熱し
て無機質結合材原料を溶融させ、その後、冷却してセラ
ミックフィルターを製造する方法において、冷却を、自
然放冷で870℃〜750℃まで冷却し、その温度に3
〜9時間保持することにより実施することを特徴とす
る。
ターにおいては、骨材粒子として一般的に炭化珪素、窒
化珪素、溶融アルミナ、焼結アルミナ等からなる骨材粒
子が用いられるが、本発明のセラミックフィルターにお
いては骨材粒子として金属溶湯、特にアルミニウム溶湯
に対して優れた耐食性を示す溶融アルミナ及び焼結アル
ミナの一方又は両方からなる骨材粒子を用いることが好
ましい。
無機質結合材は骨材粒子100重量部に対して5〜22
重量部となる量で存在させることが好ましい。無機質結
合材の量が5重量部未満の場合には骨材粒子間の結合が
不十分となる傾向があり、セラミックフィルターから骨
材粒子が脱落する可能性があるので好ましくない。ま
た、無機質結合材の量が22重量部を越えると骨材粒子
間の気孔を狭め、目詰まりを起こしやすくなる傾向があ
るので好ましくない。
いては、セラミックフィルターを構成する無機質結合材
として種々の組成のものが用いられているが、本発明の
セラミックフィルターにおいては15〜35重量%のA
l2 O3 、20〜60重量%のB2 O3 、7〜30重量
%のSiO2 を含み、残部がMgO及びCaOの少なく
とも1種である無機質結合材を用いることが好ましい。
無機質結合材は15〜35重量%のAl2 O3 を含有す
ることが好ましい。Al2 O3 含有量が15重量%未満
の場合には、そのような結合材は粘性が低いので、セラ
ミックフィルターを製造する際の焼成時に結合材が下方
へ流出してしまい、その結果、均質なセラミックフィル
ターを得ることが困難になる傾向がある。また、Al2
O3 含有量が35重量%を超える場合には、得られるセ
ラミックフィルターの曲げ強さが低くなる傾向があり、
その結果としてセラミックフィルターがその使用時に圧
壊する恐れがある。本発明においては、無機質結合材中
のAl2 O3 含有量が20〜30重量%であることが一
層好ましい。
無機質結合材は20〜60重量%のB2 O3 を含有する
ことが好ましい。B2 O3 含有量が20重量%未満の場
合には、そのような結合材は粘性が高くて流動性が悪く
なる傾向があるため、セラミックフィルターを製造する
際に結合材が骨材に対して偏在し、その偏在部分の気孔
を狭め、更にはセラミックフィルター強度も不十分とな
ることがある。また、B2 O3 含有量が60重量%を超
える場合には、そのような結合材は粘性が低いので、セ
ラミックフィルターを製造する際の焼成時に結合材が下
方へ流出してしまい、その結果、均質なセラミックフィ
ルターを得ることが困難になる傾向がある。本発明にお
いては、無機質結合材中のB2 O3 含有量が40〜50
重量%であることが一層好ましい。
無機質結合材は7〜30重量%のSiO2 を含有するこ
とが好ましい。SiO2 は結合材の粘性を低下させ、ガ
ラス化を促進し、またこのことによりアルミニウム溶湯
での濡れ性を高める作用をする。SiO2 含有量が7重
量%未満の場合には、そのような結合材を用いて得られ
るセラミックフィルターはアルミニウム溶湯での濡れ性
が十分ではなく、また室温曲げ強さも十分ではない傾向
がある。また、SiO2 含有量が30重量%を超える場
合には、そのような結合材を用いて得られるセラミック
フィルターはアルミニウム溶湯での濡れ性及び室温曲げ
強さは高くなるが、熱間曲げ強さ(800℃)の低下が
大きく、且つ結合材がアルミニウム溶湯で置換されて溶
湯を汚染しやすくなる可能性がある。本発明において
は、無機質結合材中のSiO2 含有量が10〜20重量
%であることが一層好ましい。
無機質結合材においては、MgO及びCaOは結合材の
粘性を調整する働きを有している。その添加量は全結合
材量から上記したAl2 O3 、B2 O3 及びSiO2 を
除いた残余量である。本発明においては、結合材はCa
OよりもMgOを含有することが好ましい。
骨材粒子及び上記の無機質結合材原料を上記の割合で混
練し、成形し、乾燥し、次いで1150〜1400℃ま
で加熱して無機質結合材原料を溶融させ、その後、自然
放冷で870℃〜750℃まで冷却し、その温度に3〜
9時間保持することによって得られるものであり、フィ
ルターの局部にシミの発生がなく、アルミニウム溶湯を
濾過した場合にもB及びSiの溶出が少なく、溶湯の通
湯性に優れ、且つ曲げ強さに優れているものである。
は、溶融アルミナ及び焼結アルミナの一方又は両方から
なる骨材粒子100重量部と、15〜35重量%のAl
2 O 3 、20〜60重量%のB2 O3 、7〜30重量%
のSiO2 を含み、残部がMgO及びCaOの少なくと
も1種である無機質結合材原料5〜22重量部と、適量
の有機バインダーと、適量の水とを混練し、成形し、乾
燥し、次いで1150〜1400℃まで加熱して無機質
結合材原料を溶融させ、その後、冷却してセラミックフ
ィルターを製造する方法において、冷却を、自然放冷で
870℃〜750℃まで冷却し、その温度に3〜9時間
保持することにより実施することを特徴とする。
で用いる有機バインダーはセラミックフィルターの製造
に一般に用いられているいかなるものでもよい。また、
本発明のセラミックフィルターの製造方法において無機
質結合材原料を溶融させる温度は1150〜1400℃
であることが好ましい。1150℃よりも低い場合に
は、上記の無機質結合材原料が十分には溶融しないた
め、結合材の粘性が高くて流動性が悪くなる傾向があ
り、その結果として、骨材に対して結合材が偏在し、そ
の偏在部分の気孔を狭め、更にはセラミックフィルター
強度も不十分となる傾向がある。また、焼成温度が14
00℃を超える場合には、結合材中のB2 O3 が揮発し
易くなるため、均質なセラミックフィルターが得にく
く、また、結合材中の結晶相が粗大化し、その生成密度
が低下し、その結果として、無機質結合材のアルミニウ
ム溶湯に対する耐食性が低下する傾向がある。本発明の
セラミックフィルターの製造方法においては、無機質結
合材原料を溶融させる温度が1200〜1300℃であ
ることが一層好ましい。
においては、無機質結合材原料を溶融させた後に、自然
放冷で870℃〜750℃まで冷却し、その温度に3〜
9時間保持する(アニール処理する)ことが好ましい。
アニール処理温度が870℃よりも高い場合には、無機
質結合材中の結晶の粗大化による無機質結合材中の結晶
の生成密度が低下し、その結果として、そのようなフィ
ルターはアルミニウム溶湯への耐食性が低下し、そのよ
うなフィルターを用いてアルミニウム溶湯を濾過処理す
ると、アルミニウム溶湯が汚染され、特にSi及びBの
成分溶出量が高くなる傾向があるので好ましくない。ま
た、無機質結合材中の結晶の粗大化により曲げ強さが低
下し、濾過流路断面積の低下によりアルミニウムの浸透
性が低下するため、濾過処理量にバラツキが生じる恐れ
がある。また、アニール処理温度が750℃よりも低い
場合には、無機質結合材中の結晶及びガラス質材料は既
に安定化しており、そのような状態ではアニール処理を
実施しても、アニール処理による効果は生じない。
には、無機質結合材中の結晶及びガラス質材料のアニー
ル処理による安定化は不十分であり、また、アニール処
理時間が9時間よりも長い場合には、生産性が低下する
ので好ましくない。また、徐冷後にアニール処理した場
合にも同様の効果が認められるが、冷却に長時間を要
し、生産性が低下するので好ましくない。
ー表面に目視上の「シミ」が生じたとしても、このアニ
ール処理により目視上の“シミ”を除去することがで
き、フィルターの成分溶出を抑制し、品質を安定させる
ことができる。アニール処理が終了した後の冷却速度に
ついては、得られるセラミックフィルターの性能に影響
を及ぼすことが少ないので、自然放冷でも、一定の冷却
速度での冷却でも良い。
て説明するが、本発明は下記の実施例によって制限され
るものではない。 実施例1〜5及び比較例1〜5 骨材粒子としてJIS R6001に規定されたA砥粒
(溶融アルミナ)#24を100重量部用い、無機質結
合材原料として20重量%のAl2 O3 、50重量%の
B2 O3 、10重量%のSiO2 及び20重量%のMg
Oからなる組成の無機質結合材を15重量部用い、有機
バインダーとしてデキストリンを1.3重量部、イソブ
チル−無水マレイン酸共重合体を1.3重量部用い、水
を3.2重量部用いた。
し、乾燥し、次いで1250℃で3時間加熱して、無機
質結合材原料を完全に溶融させた。その後、第1表又は
第2表に示すアニール処理温度まで自然放冷し、そのア
ニール処理温度で第1表又は第2表に示すアニール処理
時間の間アニール処理し(比較例5の場合にはアニール
処理なし)、その後は自然放冷して室温にした。これら
の処理によりそれぞれ100mm×20mm×18mm
の直方体状試験体及び外径100mm、内径60mm、
高さ65cmのパイプ状試験体を得た。各試験体の特性
を以下に示す試験方法で調べた。
×18mmの直方体状試験体について、2点支持1点荷
重方式で支持スパン90mmで室温曲げ強さ試験を実施
した。熱間曲げ試験は各々の直方体状試験体を雰囲気温
度設定用電気炉中で800℃に15分間保持した後、該
雰囲気温度設定用電気炉中で、2点支持1点荷重方式で
支持スパン90mmで実施した。それらの試験結果は第
1表及び第2表に示す通りであった。
99%以上)アルミニウム溶湯10重量部に対し上記の
各試験体1重量部を浸漬し、740℃に72時間保持し
た後、アルミニウム溶湯をサンプリングし、アルミニウ
ム溶湯中のSi及びB量を測定し、浸漬前のアルミニウ
ム溶湯中のSi及びB量と比較し、その差(すなわち、
増加分)をSi及びBについての成分溶出量とした。そ
れらの測定結果は第1表及び第2表に示す通りであっ
た。
比較例1〜5のセラミックフィルターに対するアルミニ
ウム溶湯の浸透性を次のようにして評価した。外径10
0mm、内径60mm、高さ65cmの各々のパイプ状
試験体をアルミニウム溶湯保持用炉中に立てて予熱し、
そこへ740℃の高純度(99.99%以上)アルミニ
ウム溶湯をほぼ70cmの高さまで注湯し、740℃で
24時間保持した。その後、各々の試験体を取り出し、
冷却した後、縦方向(炉中に立てた状態で垂直方向)に
切断し、アルミニウムが浸透している高さ(A)を測定
した。アルミニウム溶湯の湯面高さ(R)とこのアルミ
ニウム浸透高さ(A)との差(R−A)をアルミニウム
含浸所要高さ(H)とした。この評価法の概要は図1に
示す通りである。即ち、アルミニウム含浸所要高さ
(H)が低いほどアルミニウムの浸透性に優れているこ
とになる。それらの測定結果は第1表及び第2表に示す
通りであった。
成分溶出量の測定結果、及びアルミニウム浸透性の測定
結果の全てが好ましい値を示す場合を◎とし、それらの
結果の何れかがボーダーラインの値を示し、他は好まし
い値を示す場合を○とし、それらの結果の1つでも好ま
しくない値を示す場合を×とした。
ように、本発明に係る実施例1〜5のセラミックフィル
ターは、アルミニウム溶湯に対する耐食性(成分溶出
量)、及びアルミニウムの通湯性(アルミニウム浸透
性)の点で従来技術よりも優れており、実用性の高いも
のである。
にある比較例1〜5のセラミックフィルターは、セラミ
ックスフィルターの曲げ強さ、熱間曲げ強さ(800
℃)、アルミニウム溶湯に対する耐食性、及びアルミニ
ウムの通湯性の少なくとも1つで極端に悪く、実用性が
ない。
ックフィルターは、室温曲げ強さ、熱間曲げ強さ(80
0℃)、アルミニウム溶湯に対する耐食性(成分溶出
量)、及びアルミニウムの通湯性(アルミニウム浸透
性)に優れたものである。
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】溶融アルミナ及び焼結アルミナの一方又は
両方からなる骨材粒子100重量部と、15〜35重量
%のAl2 O3 、20〜60重量%のB2 O3 、7〜3
0重量%のSiO2 を含み、残部がMgO及びCaOの
少なくとも1種である無機質結合材原料5〜22重量部
と、適量の有機バインダーと、適量の水とを混練し、成
形し、乾燥し、次いで1150〜1400℃まで加熱し
て無機質結合材原料を溶融させ、その後、冷却して得ら
れるセラミックフィルターにおいて、冷却を、自然放冷
で870℃〜750℃まで冷却し、その温度に3〜9時
間保持することにより実施することによって得られ、フ
ィルターの局部にシミの発生がなく、アルミニウム溶湯
を濾過した場合にもB及びSiの溶出が少なく、溶湯の
通湯性に優れ、曲げ強さに優れていることを特徴とする
セラミックフィルター。 - 【請求項2】溶融アルミナ及び焼結アルミナの一方又は
両方からなる骨材粒子100重量部と、15〜35重量
%のAl2 O3 、20〜60重量%のB2 O3 、7〜3
0重量%のSiO2 を含み、残部がMgO及びCaOの
少なくとも1種である無機質結合材原料5〜22重量部
と、適量の有機バインダーと、適量の水とを混練し、成
形し、乾燥し、次いで1150〜1400℃まで加熱し
て無機質結合材原料を溶融させ、その後、冷却してセラ
ミックフィルターを製造する方法において、冷却を、自
然放冷で870℃〜750℃まで冷却し、その温度に3
〜9時間保持することにより実施することを特徴とする
セラミックフィルターの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11213975A JP2001039781A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | セラミックフィルター及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11213975A JP2001039781A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | セラミックフィルター及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001039781A true JP2001039781A (ja) | 2001-02-13 |
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ID=16648178
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11213975A Pending JP2001039781A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | セラミックフィルター及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001039781A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017214268A (ja) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | 株式会社ヴァインテック | セラミックフィルター及びセラミックフィルターの製造方法 |
-
1999
- 1999-07-28 JP JP11213975A patent/JP2001039781A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017214268A (ja) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | 株式会社ヴァインテック | セラミックフィルター及びセラミックフィルターの製造方法 |
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