JP2001121080A - 超音波ホーン - Google Patents
超音波ホーンInfo
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- JP2001121080A JP2001121080A JP30518199A JP30518199A JP2001121080A JP 2001121080 A JP2001121080 A JP 2001121080A JP 30518199 A JP30518199 A JP 30518199A JP 30518199 A JP30518199 A JP 30518199A JP 2001121080 A JP2001121080 A JP 2001121080A
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- Japan
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- ultrasonic
- horn
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ホーン本体の先端部分に加わる負荷が変化し
てもホーン本体の共振周波数及びインピーダンスを安定
させて、駆動端パワーの調整作業を低減し、かつ処理結
果のばらつきを抑える。 【解決手段】 ホーン本体110 を、その超音波振動モー
ドの節となる部位に、穴111 を形成して空気を浸入さ
せ、この節となる部位にホーン本体110 を形成する材料
の密度とは異なる密度の物質、すなわち空気を入り込ま
せた構造とする。密度の異なる部分には応力が集中して
その部分が振動モードの節となるのでホーン本体110 の
先端部分の負荷が変化しても節の位置は変らず、ホーン
本体110 の共振周波数及びインピーダンスが安定する。
てもホーン本体の共振周波数及びインピーダンスを安定
させて、駆動端パワーの調整作業を低減し、かつ処理結
果のばらつきを抑える。 【解決手段】 ホーン本体110 を、その超音波振動モー
ドの節となる部位に、穴111 を形成して空気を浸入さ
せ、この節となる部位にホーン本体110 を形成する材料
の密度とは異なる密度の物質、すなわち空気を入り込ま
せた構造とする。密度の異なる部分には応力が集中して
その部分が振動モードの節となるのでホーン本体110 の
先端部分の負荷が変化しても節の位置は変らず、ホーン
本体110 の共振周波数及びインピーダンスが安定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波ホーンに関
し、特に一方の端から超音波駆動されてこの超音波を他
方の端に伝達し、この他方の端で超音波動力による処理
を行う場合の、両端の間に超音波振動振幅の節を有する
超音波ホーンに属する。
し、特に一方の端から超音波駆動されてこの超音波を他
方の端に伝達し、この他方の端で超音波動力による処理
を行う場合の、両端の間に超音波振動振幅の節を有する
超音波ホーンに属する。
【０００２】
【従来の技術】超音波ワイヤボンダ等のような超音波振
動エネルギを利用して規定の処理を行う超音波処理装置
では、一方の端から超音波駆動してこの超音波を他方の
端に、その振動振幅が拡大するように伝達し、この他方
の端で超音波エネルギによる処理を行う超音波ホーンが
用いられる。このような超音波処理装置、例えば超音波
ワイヤボンダに用いられる超音波ホーンの一例を図２に
示す。この超音波ホーンは、一方の端の超音波駆動端か
ら途中までの、超音波振動モード（定在波）の一波長分
は同一の太さで、その先（半波長分）は次第に細くなる
形状に形成されていて、他方の端の先端部分に、キャピ
ラリ２００が取付けねじ２１０で取付けられるホーン本
体１１０ｘと、超音波駆動端から最初の超音波振動モー
ドの節の部位に設けられてこのホーン本体を保持する、
つば状のホーン保持部１２０と、を備えた構造となって
いる。
動エネルギを利用して規定の処理を行う超音波処理装置
では、一方の端から超音波駆動してこの超音波を他方の
端に、その振動振幅が拡大するように伝達し、この他方
の端で超音波エネルギによる処理を行う超音波ホーンが
用いられる。このような超音波処理装置、例えば超音波
ワイヤボンダに用いられる超音波ホーンの一例を図２に
示す。この超音波ホーンは、一方の端の超音波駆動端か
ら途中までの、超音波振動モード（定在波）の一波長分
は同一の太さで、その先（半波長分）は次第に細くなる
形状に形成されていて、他方の端の先端部分に、キャピ
ラリ２００が取付けねじ２１０で取付けられるホーン本
体１１０ｘと、超音波駆動端から最初の超音波振動モー
ドの節の部位に設けられてこのホーン本体を保持する、
つば状のホーン保持部１２０と、を備えた構造となって
いる。
【０００３】ホーン本体１１０ｘにおける、太さが一定
の部分では、その振動モードの腹の部分で、超音波振動
振幅は駆動端の振幅と変わりないが、次第に細くなる形
状の部分では、その先端の振動モードの腹となる部分
で、振動振幅が拡大されてキャピラリ２００に規定の振
動振幅が与えられるようになっている。また、このホー
ン本体１１０ｘには、超音波振動モードの節となる部位
が、図２の下側の実線で示すように、ホーン保持部１２
０設置部位以外に２箇所存在する。このホーン本体１１
０ｘの先端部分に取付けられたキャピラリ２００は、必
要に応じて取換えられる。
の部分では、その振動モードの腹の部分で、超音波振動
振幅は駆動端の振幅と変わりないが、次第に細くなる形
状の部分では、その先端の振動モードの腹となる部分
で、振動振幅が拡大されてキャピラリ２００に規定の振
動振幅が与えられるようになっている。また、このホー
ン本体１１０ｘには、超音波振動モードの節となる部位
が、図２の下側の実線で示すように、ホーン保持部１２
０設置部位以外に２箇所存在する。このホーン本体１１
０ｘの先端部分に取付けられたキャピラリ２００は、必
要に応じて取換えられる。
【０００４】なお、この例の超音波ホーンは、超音波ワ
イヤボンダの場合であるが、そのほかの超音波処理装置
では、キャピラリ２００に代って他の部材、例えば、超
音波カッタではブレードであったり、また、このような
部材を取付けることなく、直接、ホーン先端で処理する
場合もある。
イヤボンダの場合であるが、そのほかの超音波処理装置
では、キャピラリ２００に代って他の部材、例えば、超
音波カッタではブレードであったり、また、このような
部材を取付けることなく、直接、ホーン先端で処理する
場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超音波
ホーンは、ホーン本体１１０ｘの一方の端から超音波駆
動し、他方の端で超音波エネルギによる処理を行うよう
になっていて、例えば超音波ワイヤボンダの場合、その
先端部分に取付けられているキャピラリ２００を必要に
応じて取換えることがあり、その取換え（交換）によ
り、キャピラリ２００の重さ、寸法、形状等のばらつき
や、取付け状態のばらつき等によってホーン本体１１０
ｘのインピーダンスや共振周波数が変化し、一方の端か
ら同一のパワーで超音波駆動しても、他方の端のキャピ
ラリ２００部分に規定の超音波エネルギ、振動振幅が得
られなかったり、ばらつきが生じて圧着ボールの大き
さ、接合強度等にばらつきが発生し、圧着ボールのはが
れが発生する等の問題点があり、これを無くそうとする
と、駆動端パワーを変更するなどの作業が増えるという
問題点がある。
ホーンは、ホーン本体１１０ｘの一方の端から超音波駆
動し、他方の端で超音波エネルギによる処理を行うよう
になっていて、例えば超音波ワイヤボンダの場合、その
先端部分に取付けられているキャピラリ２００を必要に
応じて取換えることがあり、その取換え（交換）によ
り、キャピラリ２００の重さ、寸法、形状等のばらつき
や、取付け状態のばらつき等によってホーン本体１１０
ｘのインピーダンスや共振周波数が変化し、一方の端か
ら同一のパワーで超音波駆動しても、他方の端のキャピ
ラリ２００部分に規定の超音波エネルギ、振動振幅が得
られなかったり、ばらつきが生じて圧着ボールの大き
さ、接合強度等にばらつきが発生し、圧着ボールのはが
れが発生する等の問題点があり、これを無くそうとする
と、駆動端パワーを変更するなどの作業が増えるという
問題点がある。
【０００６】また、このような、ホーン本体１１０ｘの
インピーダンス及び共振周波数の変化は、ホーン本体１
１０ｘの先端部分の、キャピラリ２００等の処理作業用
部材の交換に起因するだけでなく、処理作業の際に、ホ
ーン本体１１０ｘの先端部分に加わる負荷が変化するこ
とによっても生じ、同様に駆動パワーを調整したり、処
理結果にばらつきが発生したりする。
インピーダンス及び共振周波数の変化は、ホーン本体１
１０ｘの先端部分の、キャピラリ２００等の処理作業用
部材の交換に起因するだけでなく、処理作業の際に、ホ
ーン本体１１０ｘの先端部分に加わる負荷が変化するこ
とによっても生じ、同様に駆動パワーを調整したり、処
理結果にばらつきが発生したりする。
【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑みて、ホーン本体の先端部分の、処理作業用部材その
もののばらつきや、その取付状態のばらつき、ホーン本
体の先端部分に加わる負荷の変化があっても、ホーン本
体のインピーダンス及び共振周波数を安定させることが
できて、駆動端パワーの調整のための作業を増やすこと
なく処理結果のばらつきを抑えることができる超音波ホ
ーンを提供することにある。
鑑みて、ホーン本体の先端部分の、処理作業用部材その
もののばらつきや、その取付状態のばらつき、ホーン本
体の先端部分に加わる負荷の変化があっても、ホーン本
体のインピーダンス及び共振周波数を安定させることが
できて、駆動端パワーの調整のための作業を増やすこと
なく処理結果のばらつきを抑えることができる超音波ホ
ーンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波ホーン
は、予め定められた密度を有する材料で形成されて一方
の端から超音波駆動され、他方の端にこの超音波を伝達
してこの他方の端で超音波エネルギに基づく処理を実行
するホーン本体を備えた超音波ホーンであって、上記目
的を達成するために、前記ホーン本体が、その超音波振
動モードの節となる部位に、前記ホーン本体を形成する
材料の密度とは異なる密度の物質を存在させて成ること
を特徴とする。
は、予め定められた密度を有する材料で形成されて一方
の端から超音波駆動され、他方の端にこの超音波を伝達
してこの他方の端で超音波エネルギに基づく処理を実行
するホーン本体を備えた超音波ホーンであって、上記目
的を達成するために、前記ホーン本体が、その超音波振
動モードの節となる部位に、前記ホーン本体を形成する
材料の密度とは異なる密度の物質を存在させて成ること
を特徴とする。
【０００９】また、前記ホーン本体における超音波振動
モードの節となる部位に、単に穴が形成されてその穴に
空気が存在して成る構造であり、前記ホーン本体の超音
波振動モードの節となる部位に形成された穴が、貫通す
る穴であるか、予め定められた深さを有する穴である構
成を有している。
モードの節となる部位に、単に穴が形成されてその穴に
空気が存在して成る構造であり、前記ホーン本体の超音
波振動モードの節となる部位に形成された穴が、貫通す
る穴であるか、予め定められた深さを有する穴である構
成を有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態は、予め定
められた密度を有する材料で形成されて一方の端から超
音波駆動され、他方の端にこの超音波を伝達してこの他
方の端で超音波エネルギに基づく処理を実行するホーン
本体を備えた超音波ホーンであって、上記ホーン本体
が、その超音波振動モードの節となる部位に、このホー
ン本体を形成する材料の密度とは異なる密度の物質を存
在させて成る構造を有している。ホーン本体の振動モー
ド（定在波）の節となる部位では、その応力が最大にな
る。また、ホーン本体の或る部分に、そのまわりの密度
とは異なる密度のところが存在すると、その部分に応力
が集中する、という特性がある。
められた密度を有する材料で形成されて一方の端から超
音波駆動され、他方の端にこの超音波を伝達してこの他
方の端で超音波エネルギに基づく処理を実行するホーン
本体を備えた超音波ホーンであって、上記ホーン本体
が、その超音波振動モードの節となる部位に、このホー
ン本体を形成する材料の密度とは異なる密度の物質を存
在させて成る構造を有している。ホーン本体の振動モー
ド（定在波）の節となる部位では、その応力が最大にな
る。また、ホーン本体の或る部分に、そのまわりの密度
とは異なる密度のところが存在すると、その部分に応力
が集中する、という特性がある。
【００１１】この特性を利用して、上記のように、ホー
ン本体における超音波振動モードの節となる部位に、ホ
ーン本体を形成している材料の密度とは異なる密度の物
質を存在させるようにすると、ホーン本体の、超音波エ
ネルギに基づく処理を行う先端部分の負荷が変化して
も、異なる密度の物質が存在する部分に応力が集中し、
この部位が超音波振動振幅の節となる。しかもこの異な
る密度の物質の位置は不動であるので、このホーン本体
の超音波振動モードの節となる部位が、先端部分の負荷
の変化によりずれようとするのを抑えることができ、ホ
ーン本体の共振周波数およびインピーダンスを安定させ
ることができる。従って、超音波駆動端パワーの調整作
業は少なくなり、かつ処理結果のばらつきも抑えること
ができる。
ン本体における超音波振動モードの節となる部位に、ホ
ーン本体を形成している材料の密度とは異なる密度の物
質を存在させるようにすると、ホーン本体の、超音波エ
ネルギに基づく処理を行う先端部分の負荷が変化して
も、異なる密度の物質が存在する部分に応力が集中し、
この部位が超音波振動振幅の節となる。しかもこの異な
る密度の物質の位置は不動であるので、このホーン本体
の超音波振動モードの節となる部位が、先端部分の負荷
の変化によりずれようとするのを抑えることができ、ホ
ーン本体の共振周波数およびインピーダンスを安定させ
ることができる。従って、超音波駆動端パワーの調整作
業は少なくなり、かつ処理結果のばらつきも抑えること
ができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例を示す側面図及び
その超音波振動モードを示す振幅波形図である。この実
施例が図２に示された従来の超音波ホーンと相違する点
は、ホーン本体１１０における、超音波振動モード（定
在波）の節となる部位に、穴１１１が形成されて、その
穴１１１に、空気が存在するようにした点である。この
穴１１１には空気が充満していてその周囲とは、密度が
大幅に異なっている。従って、この穴１１１の部分に応
力が集中し、この穴１１１が形成されている部位が、こ
のホーン本体１１０の、超音波振動モードの節となるよ
うに作用する。そしてこの穴１１１は動かないので、ホ
ーン本体１１０の先端部分のキャピラリ２００の取換え
等によって、その重さ、寸法、形状等の個体差（ばらつ
き）や、取付け状態の差が生じても、超音波振動モード
の節の位置ずれが抑えられて、その共振周波数及びイン
ピーダンスを安定させることができ、従来例のようなキ
ャピラリ２００の交換による超音波駆動パワーの調整作
業は低減し、かつ、圧着ボールの大きさ、接合強度等
の、処理結果のばらつきを抑えることができて、圧着ボ
ールのはがれ等もなくすことができる。
て説明する。図１は本発明の一実施例を示す側面図及び
その超音波振動モードを示す振幅波形図である。この実
施例が図２に示された従来の超音波ホーンと相違する点
は、ホーン本体１１０における、超音波振動モード（定
在波）の節となる部位に、穴１１１が形成されて、その
穴１１１に、空気が存在するようにした点である。この
穴１１１には空気が充満していてその周囲とは、密度が
大幅に異なっている。従って、この穴１１１の部分に応
力が集中し、この穴１１１が形成されている部位が、こ
のホーン本体１１０の、超音波振動モードの節となるよ
うに作用する。そしてこの穴１１１は動かないので、ホ
ーン本体１１０の先端部分のキャピラリ２００の取換え
等によって、その重さ、寸法、形状等の個体差（ばらつ
き）や、取付け状態の差が生じても、超音波振動モード
の節の位置ずれが抑えられて、その共振周波数及びイン
ピーダンスを安定させることができ、従来例のようなキ
ャピラリ２００の交換による超音波駆動パワーの調整作
業は低減し、かつ、圧着ボールの大きさ、接合強度等
の、処理結果のばらつきを抑えることができて、圧着ボ
ールのはがれ等もなくすことができる。
【００１３】ホーン本体１１０に形成された穴１１１
は、超音波振動モードの節となる部位を貫通する穴であ
ってもよいし、また、この節となる部位に、予め定めら
れた深さに形成された穴であってもよい。またこれらの
穴１１１は、処理作業が行われる部分（キャピラリ２０
０や先端部分）の超音波振動に対し、バランスがとれる
位置に形成されるのが望ましい。また穴１１１の数は、
ホーン本体１１０の強度や、先端部分の負荷の変化量等
を考慮して決定すればよい。
は、超音波振動モードの節となる部位を貫通する穴であ
ってもよいし、また、この節となる部位に、予め定めら
れた深さに形成された穴であってもよい。またこれらの
穴１１１は、処理作業が行われる部分（キャピラリ２０
０や先端部分）の超音波振動に対し、バランスがとれる
位置に形成されるのが望ましい。また穴１１１の数は、
ホーン本体１１０の強度や、先端部分の負荷の変化量等
を考慮して決定すればよい。
【００１４】なお、この実施例では、ホーン本体１１０
の超音波振動モードの節となる部位に、異なる密度の物
質を存在させる手段として、最も簡単で効果的な、穴１
１１を明けてその穴１１１に空気を浸入させる手段を用
いたが、これに限定されるものではなく、例えば、ホー
ン本体１１０を形成する材料の製造過程で、節となる部
位に、密度の異なる物質を混入させるようにしてもよ
い。
の超音波振動モードの節となる部位に、異なる密度の物
質を存在させる手段として、最も簡単で効果的な、穴１
１１を明けてその穴１１１に空気を浸入させる手段を用
いたが、これに限定されるものではなく、例えば、ホー
ン本体１１０を形成する材料の製造過程で、節となる部
位に、密度の異なる物質を混入させるようにしてもよ
い。
【００１５】また、この実施例では超音波ワイヤボンダ
に用いられる超音波ホーンを対象としたが、超音波エネ
ルギを利用して処理を行う、ワイヤボンダ以外の超音波
処理装置（例えば、超音波カッタや、ホーン本体の先端
部分で直接処理を行う装置等）に用いられる超音波ホー
ンにも適用することができて、同様の効果が得られる。
に用いられる超音波ホーンを対象としたが、超音波エネ
ルギを利用して処理を行う、ワイヤボンダ以外の超音波
処理装置（例えば、超音波カッタや、ホーン本体の先端
部分で直接処理を行う装置等）に用いられる超音波ホー
ンにも適用することができて、同様の効果が得られる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ホーン本
体を、その超音波振動モードの節となる部位に、ホーン
本体を形成している材料の密度とは異なる密度の物質を
存在させる構造とすることにより、この異なる密度の物
質が存在する部分に応力が集中して、この応力集中部位
が超音波振動モードの節となるので、ホーン本体の、超
音波エネルギに基づく処理を行う先端部分に対する負荷
が変化しても、その共振周波数及びインピーダンスがず
れるのを抑えて安定させることができ、超音波駆動端パ
ワーの調整作業を低減し、かつ、処理結果のばらつきを
抑えることができる効果がある。
体を、その超音波振動モードの節となる部位に、ホーン
本体を形成している材料の密度とは異なる密度の物質を
存在させる構造とすることにより、この異なる密度の物
質が存在する部分に応力が集中して、この応力集中部位
が超音波振動モードの節となるので、ホーン本体の、超
音波エネルギに基づく処理を行う先端部分に対する負荷
が変化しても、その共振周波数及びインピーダンスがず
れるのを抑えて安定させることができ、超音波駆動端パ
ワーの調整作業を低減し、かつ、処理結果のばらつきを
抑えることができる効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す側面図、及びその超音
波振動モードを示す振幅波形図である。
波振動モードを示す振幅波形図である。
【図２】従来の超音波ホーンの一例を示す側面図、及び
その超音波振動モードを示す振幅波形図である。
その超音波振動モードを示す振幅波形図である。
１００，１００ｘ 超音波ホーン １１０，１１０ｘ ホーン本体 １１１ 穴 １２０ ホーン保持部 ２００ キャピラリ ２１０ 取付けねじ
Claims (4)
- 【請求項１】 予め定められた密度を有する材料で形成
されて一方の端から超音波駆動され、他方の端にこの超
音波を伝達してこの他方の端で超音波エネルギに基づく
処理を実行するホーン本体を備えた超音波ホーンであっ
て、前記ホーン本体が、その超音波振動モードの節とな
る部位に、前記ホーン本体を形成する材料の密度とは異
なる密度の物質を存在させて成ることを特徴とする超音
波ホーン。 - 【請求項２】 前記ホーン本体における超音波振動モー
ドの節となる部位に、単に穴が形成されてその穴に空気
が存在して成る構造である請求項１記載の超音波ホー
ン。 - 【請求項３】 前記ホーン本体の超音波振動モードの節
となる部位に形成された穴が、貫通する穴である請求項
２記載の超音波ホーン。 - 【請求項４】 前記ホーン本体の超音波振動モードの節
となる部位に形成された穴が、予め定められた深さを有
する穴である請求項２記載の超音波ホーン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30518199A JP2001121080A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 超音波ホーン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30518199A JP2001121080A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 超音波ホーン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001121080A true JP2001121080A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17942040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30518199A Pending JP2001121080A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 超音波ホーン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001121080A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005313209A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Seidensha Electronics Co Ltd | 工具ホーン |
| JP2006500177A (ja) * | 2002-09-24 | 2006-01-05 | エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッド | 作用長さが延長された超音波手術器具 |
| JPWO2016114290A1 (ja) * | 2015-01-15 | 2017-04-27 | オリンパス株式会社 | 振動体ユニットおよび超音波プローブ |
| CN114985240A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 广东工业大学 | 一种多频多模态引线键合超声振子 |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30518199A patent/JP2001121080A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006500177A (ja) * | 2002-09-24 | 2006-01-05 | エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッド | 作用長さが延長された超音波手術器具 |
| JP4731909B2 (ja) * | 2002-09-24 | 2011-07-27 | エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッド | 作用長さが延長された超音波手術器具 |
| JP2005313209A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Seidensha Electronics Co Ltd | 工具ホーン |
| JP4568831B2 (ja) * | 2004-04-30 | 2010-10-27 | 精電舎電子工業株式会社 | 工具ホーン |
| JPWO2016114290A1 (ja) * | 2015-01-15 | 2017-04-27 | オリンパス株式会社 | 振動体ユニットおよび超音波プローブ |
| CN107205764A (zh) * | 2015-01-15 | 2017-09-26 | 奥林巴斯株式会社 | 振动体单元以及超声波探头 |
| CN114985240A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 广东工业大学 | 一种多频多模态引线键合超声振子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060425 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081021 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090310 |