JP2005311064A - Isolation transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種の電気設備や電気機器の電源系に使用される絶縁変圧器に関する。 The present invention relates to an insulation transformer used for a power supply system of various electrical facilities and electrical equipment.
絶縁変圧器を用いた電源系の耐雷保護方式に、絶縁変圧器の前に耐雷変圧器を設けた耐雷変圧器方式と、絶縁変圧器の一次側にアレスタを対地間に設けたアレスタ方式(例えば、特許文献1参照)がある。前者耐雷変圧器方式は、耐雷保護効果に優れるが、種別の異なる変圧器を二重に設置する必要があるために、設備投資費が高くなると共に、広い設置場所が必要であり、用途が狭く制限される。後者アレスタ方式は、絶縁変圧器の一次巻線とアース端子間に数個のアレスタを接続したもので、アレスタが安価で小形の市販品が使用できることから、電源系が経済的に構成でき、狭い場所にも設置できて実用性に優れる。 The lightning protection system of the power supply system using an insulation transformer includes a lightning protection system with a lightning protection transformer in front of the insulation transformer and an arrester system with an arrester between the ground and the primary side of the insulation transformer (for example, Patent Document 1). The former lightning-resistant transformer system is excellent in lightning-proof protection effect, but because it is necessary to install different types of transformers twice, the capital investment cost is high and a wide installation place is required, so the application is narrow. Limited. In the latter arrester method, several arresters are connected between the primary winding of the isolation transformer and the ground terminal. Since the arresters are inexpensive and small commercial products can be used, the power supply system can be configured economically and is narrow. It can be installed in a location and is highly practical.
また、アレスタ方式の電源系においては、アレスタに大きな雷サージが流れるとアレスタの接地部の電位が20〜30kVと上昇して、アレスタの接地と絶縁変圧器の二次側の負荷の接地が完全に分離接地できなく、かつ、二次側の複数の負荷が連接接地し難いような場合は、大きな雷サージに対して負荷を安定して保護することが難しくなる。そこで、大きな雷サージに対し安定した耐雷保護機能を持たせるため、絶縁変圧器の一次側に雷サージのような異常電圧を抑制するインダクタンス(市販品のチョークコイルなど)を介挿することが行われている。このようなインダクタンスを用いたアレスタ方式の電源系の回路例を、図7に示し説明する。 In the arrester type power supply system, if a large lightning surge flows through the arrester, the potential of the grounding part of the arrester rises to 20-30 kV, and the grounding of the arrester and the secondary load of the isolation transformer is completely connected Therefore, it is difficult to stably protect the load against a large lightning surge when it is difficult to perform separate grounding and it is difficult to connect a plurality of loads on the secondary side. Therefore, in order to provide a stable lightning protection function against large lightning surges, an inductance (such as a commercially available choke coil) that suppresses abnormal voltages such as lightning surges is inserted on the primary side of the isolation transformer. It has been broken. A circuit example of an arrester type power supply system using such an inductance will be described with reference to FIG.
図7は、低圧耐雷絶縁変圧器1を示す。この絶縁変圧器1は、B種接地された受電変圧器2からの電源線3に接続された一次巻線11と、負荷14に接続された二次巻線13を有する。二次巻線13が鉄心12に巻回され、二次巻線13の外周に一次巻線11が巻回される。この絶縁変圧器1における耐雷対策は、一次巻線11の両端と対地間に設けた耐雷保護装置4と、一次巻線11の両端と電源線3の間に介挿したインダクタンス7で行われる。図7に示す耐雷保護装置4は、各電源線3とアース端子6の間に設けたアレスタ5を備えるが、コンデンサやギャップなどの他の耐雷保護素子を加えた方法でもよい。なお、図7の符号8は接地抵抗である。
FIG. 7 shows a low-voltage lightning-proof insulation transformer 1. This insulation transformer 1 has a primary winding 11 connected to the
図7の電源系において、仮に受電変圧器2の側から大きな雷サージが電源線3に流れると、この雷サージに対してインダクタンス7は以下の働きをする。つまり、雷サ−ジは立ち上がりの速い10〜100kHz程度の高周波成分の波であるのでインダクタンス7は高いインピ−ダンスとして作用する。従って、この雷サージによる電流は限流される。一方、その印加電圧はインダクタンス7と耐雷保護装置4と接地抵抗8とで分圧されるが雷サ−ジ印加時、耐雷保護装置は低インピ−ダンス化されことから雷サ−ジ電圧は図8の等価回路のように、その電圧の殆どがインダクタンス7に分担される。このことはアレスタ5の絶縁変圧器1側及び接地側の電位上昇が抑制されることにより、負荷14を大きな雷サージから保護することが容易になり、安定した耐雷保護ができる。また、インダクタンス7は、電源線3に入る外来ノイズのような異常電圧を抑制するノイズフィルタ機能も併せ持つため、負荷14が特に低電圧機器の場合は、この負荷14のノイズによる誤動作が抑制される。
図7に示すようなアレスタとインダクタンスを組み込んだ低圧耐雷絶縁変圧器は、低電圧機器を雷サージから保護する機能に優れる。しかし、高い耐雷保護機能を維持するために絶縁変圧器の一次側に少なくとも2個接続するインダクタンスに別品を使用する必要がある。この耐雷保護に使用されるインダクタンスは、アレスタに比べて大形で高価であり、重量も大きいために、インダクタンス機能付き絶縁変圧器が高価となると共に、大形重量化する。なお、このような絶縁変圧器は、アレスタ機能とインダクタンス機能を兼備した多機能、高品質な変圧器として実用価値を有するが、一方、安価で小形軽量化も望まれている。 A low-voltage lightning-proof insulated transformer incorporating an arrester and an inductance as shown in FIG. 7 has an excellent function of protecting low-voltage equipment from lightning surges. However, in order to maintain a high lightning protection function, it is necessary to use a separate product for the inductance connected to at least two primary sides of the isolation transformer. The inductance used for the lightning protection is larger and more expensive than the arrester, and its weight is large. Therefore, the insulation transformer with an inductance function becomes expensive and increases in weight. Such an insulation transformer has a practical value as a multifunctional and high-quality transformer having both an arrester function and an inductance function, but on the other hand, it is desired to be inexpensive and small and light.
本発明は、かかる実情に鑑み、品質を落とすことなく安価で小形軽量化が容易な絶縁変圧器を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an insulating transformer that is inexpensive and can be easily reduced in size and weight without degrading quality.
本発明の絶縁変圧器は、両端側の一対の端部巻線と当該各端部巻線の間の中間巻線とに区画した一次巻線の、中間巻線の両端と各端部巻線をそれぞれ中間タップで接続すると共に、各端部巻線で異常電圧抑制用インダクタを構成したことを特徴とする。 The insulation transformer according to the present invention includes a primary winding partitioned into a pair of end windings on both ends and an intermediate winding between the end windings, both ends of the intermediate winding and each end winding. Are connected by intermediate taps, and each end winding constitutes an abnormal voltage suppressing inductor.
ここで、一次巻線の一対の端部巻線は、一次巻線の巻き始めと巻き終りから同程度の巻数の巻き始め側巻線と巻き終り側巻線で、回路上はこの両端部巻線の間に多い主巻数となる中間巻線が配置される。絶縁変圧器の具体的な構成は、鉄心に二次側の巻線(二次巻線、三次巻線など)を巻回して、この二次側の巻線部の外周上に一次巻線を巻回したもので、この一次巻線を一対の端部巻線と1つの中間巻線の三巻線に区画し、三巻線を2つの中間タップを介して直列に接続する。この一次巻線両端の各端部巻線の巻数を、雷サージや外来ノイズのような異常電圧を抑制するインダクタとしての機能を有する所望の巻数に設定する。このようにすることで、絶縁変圧器の一次巻線の各端部巻線は、雷サージや外来ノイズの無い平常時には中間巻線と共に通常の巻線の機能を発揮して二次側巻線に電圧を誘起させるが、万一雷サージや外来ノイズが入った異常時には外付けの耐雷保護装置と併せて異常電圧を抑制するインダクタンス、ノイズフィルタとして機能する。したがって、本発明変圧器は、一次巻線側にインダクタンスを一体に組み込んだインダクタンス機能・ノイズフィルタ機能付き絶縁変圧器で、従来の別品のインダクタンスを付設した絶縁変圧器から別品のインダクタンスを省略した構造と同等となり、インダクタンス機能・ノイズフィルタ機能付き絶縁変圧器を安価なものにし、かつ、小形軽量なものにする。 Here, the pair of end windings of the primary winding are the winding start side winding and winding end side winding of the same number of turns from the winding start and winding end of the primary winding. An intermediate winding having a large number of main turns is arranged between the wires. The specific configuration of the insulation transformer is to wind a secondary winding (secondary winding, tertiary winding, etc.) around the iron core and place the primary winding on the outer periphery of this secondary winding. The primary winding is divided into three windings of a pair of end windings and one intermediate winding, and the three windings are connected in series via two intermediate taps. The number of turns of each end winding at both ends of the primary winding is set to a desired number of turns that functions as an inductor that suppresses abnormal voltage such as lightning surge and external noise. By doing so, each end winding of the primary winding of the insulation transformer exhibits the function of a normal winding along with the intermediate winding in normal times without lightning surge or external noise, and the secondary winding In the unlikely event of lightning surge or external noise, it functions as an inductance or noise filter that suppresses abnormal voltage in combination with an external lightning protection device. Therefore, the transformer of the present invention is an isolation transformer with an inductance function and a noise filter function in which inductance is integrated into the primary winding side, and a separate inductance is omitted from the conventional isolation transformer with a separate inductance. The insulation transformer with inductance function and noise filter function is made inexpensive and small and lightweight.
本発明においては、一次巻線において、一対の端部巻線と、この各端部巻線と積層する他の巻線との間に静電シールドを配備して、静電シールドを接地する構成とする。この場合、インダクタンスとして作用する端部巻線と他の巻線との間で形成される浮遊容量によりサージ移行電圧からインダクタンスの端部巻線をシールドすることができ、インダクタンス機能、ノイズフィルタ機能の性能向上と安定化を図ることができる。 In the present invention, in the primary winding, an electrostatic shield is provided between the pair of end windings and the other windings laminated to each end winding, and the electrostatic shield is grounded. And In this case, the end winding of the inductance can be shielded from the surge transition voltage by the stray capacitance formed between the end winding acting as the inductance and the other winding, and the inductance function and the noise filter function Performance improvement and stabilization can be achieved.
また、本発明においては、一次巻線において、中間タップとアース端子間にアレスタを含む耐雷保護素子を設けることができる。ここでの耐雷保護素子はアレスタやギャップ又はコンデンサなどで、少なくとも複数のアレスタを共通のアース端子に一点接地する。このようにすることで、アレスタの雷サージによる接地側の電位上昇が一次巻線の端部巻線のインダクタンス作用によって抑制されて、端部巻線のインダクタンスとしての機能の効率化が図れ、インダクタンスとアレスタの相乗効果による耐雷保護性能が向上する。 In the present invention, a lightning protection element including an arrester can be provided between the intermediate tap and the ground terminal in the primary winding. Here, the lightning protection element is an arrester, a gap or a capacitor, and at least a plurality of arresters are grounded at a single point to a common earth terminal. By doing so, the potential increase on the ground side due to the lightning surge of the arrester is suppressed by the inductance action of the end winding of the primary winding, and the efficiency of the function as the inductance of the end winding can be improved. And lightning protection performance due to the synergistic effect of the arrester.
本発明においては、一次巻線を、鉄心に巻回された二次側の巻線部の外周に巻回すると共に、二次側巻線部と一次側のアース端子間にアレスタを含む耐雷保護素子を設けることができる。このようにすることで、一次巻線側のアレスタの接地点と二次側巻線部のアレスタの接地点が一点に集約され、絶縁変圧器の一次側の中間巻線と二次側巻線を同電位化することができて、耐雷保護効果がより安定したものとなる。 In the present invention, the primary winding is wound around the outer periphery of the secondary winding portion wound around the iron core, and the lightning protection including the arrester is provided between the secondary winding portion and the primary ground terminal. An element can be provided. By doing in this way, the grounding point of the arrester on the primary winding side and the grounding point of the arrester on the secondary winding part are consolidated into one point, and the intermediate winding and secondary winding on the primary side of the isolation transformer Can be made the same potential, and the lightning protection effect is more stable.
本発明においては、一次巻線における一対の端部巻線が、中間巻線の絶縁強度より高い高圧絶縁強度巻線にすることができる。この高圧絶縁強度の端部巻線は、絶縁電線や樹脂モールド電線などで構成することができる。雷サージ電圧が一次巻線に加わると、サージ電圧のほとんどがインダクタンスとして作用する巻初めと巻き終りの端部巻線に加わることから、端部巻線を中間巻線より高い高圧絶縁強度巻線にすることで、大きな雷サージに対しても絶縁が安定し、端部巻線のインダクタンス作用が安定する。 In the present invention, the pair of end windings in the primary winding can be a high voltage insulation strength winding higher than the insulation strength of the intermediate winding. The end winding having high voltage insulation strength can be composed of an insulated wire or a resin molded wire. When lightning surge voltage is applied to the primary winding, most of the surge voltage is applied to the end winding at the beginning and end of winding, which acts as an inductance. By doing so, the insulation is stabilized even against a large lightning surge, and the inductance action of the end winding is stabilized.
本発明においては、一次巻線を、鉄心に巻回された二次側の巻線部の外周に巻回すると共に、前記端部巻線を一次巻線の最外周とし、且つ前記端部巻線の巻き始めと巻き終わりの引き出し端子側を最外周中央部で隣接させ、他方の中間巻線側を最外周の両側端に設けることができる。このようにすることで雷サ−シに対して巻き始めと巻き終わりの引き出し端子側の高電位印加部と鉄心や中間巻線側の低電位部を集約させることができ全体の絶縁設計が容易になり、小形化を可能とする効果を有する。 In the present invention, the primary winding is wound around the outer periphery of the secondary winding portion wound around the iron core, the end winding is the outermost periphery of the primary winding, and the end winding The lead terminal side at the beginning and end of winding of the wire can be adjacent at the outermost central portion, and the other intermediate winding side can be provided at both ends of the outermost periphery. In this way, the high potential application part on the lead terminal side at the beginning and end of winding and the low potential part on the iron core and intermediate winding side can be gathered for the lightning surge, and the overall insulation design is easy. This has the effect of enabling downsizing.
また、本発明においては、一次巻線における中間巻線の内周側に一方の端部巻線を、同中間巻線の外周側に他方の端部巻線を配備することができる。このように中間巻線の内周側と外周側に一対の端部巻線を配備することで、雷サージが集約して加わることから高圧絶縁強度が必要とする一対の端部巻線が中間巻線を挟んで分離するために、一対の端部巻線の絶縁設計が容易になり、端部巻線のインダクタンス機能が安定する。 Further, in the present invention, one end winding can be arranged on the inner peripheral side of the intermediate winding in the primary winding, and the other end winding can be arranged on the outer peripheral side of the intermediate winding. By arranging a pair of end windings on the inner and outer peripheral sides of the intermediate winding in this way, a pair of end windings that require high-voltage insulation strength are added to the middle because lightning surge is concentrated and applied. Since the windings are separated, the insulation design of the pair of end windings is facilitated, and the inductance function of the end windings is stabilized.
また、本発明においては、一次巻線における一対の端部巻線と中間巻線を共に鉄心に対して加極性の方向で巻回することが望ましい。すなわち、一対の各端部巻線と中間巻線が鉄心に誘起させる電圧方向が同一になる加極性でもって各巻線を鉄心に対して巻回して、一次巻線の変圧器として機能させる巻数を各端部巻線と中間巻線の合計数にすることで、変圧器の巻線設計が容易になる。 In the present invention, it is desirable to wind both the pair of end windings and the intermediate winding in the primary winding in the direction of the additional polarity with respect to the iron core. That is, the number of turns that each pair of end windings and intermediate windings are wound around the iron core with the same polarity to induce voltage in the iron core to function as a transformer for the primary winding. By making the total number of end windings and intermediate windings, the winding design of the transformer is facilitated.
本発明によれば、絶縁変圧器における一次巻線の各端部巻線を、雷サージや外来ノイズの異常電圧を抑制するインダクタンス、ノイズフィルタとして機能させることができ、このように機能させることでインダクタンス機能、或いは、ノイズフィルタ機能付きの絶縁変圧器においては、インダクタンスやノイズフィルタを一体に内蔵させた構造とすることができて、インダクタンス機能やノイズフィルタ機能付きの絶縁変圧器の小形軽量化と低コスト化が図れ、狭い場所にも適用できる実用価値に優れた絶縁変圧器が提供できる。 According to the present invention, each end winding of the primary winding in the insulation transformer can be functioned as an inductance and noise filter for suppressing abnormal voltage of lightning surge and external noise. An insulation transformer with an inductance function or a noise filter function can have a structure in which an inductance and a noise filter are integrated, and the insulation transformer with an inductance function and a noise filter function can be reduced in size and weight. It is possible to reduce the cost, and to provide an insulation transformer with excellent practical value that can be applied to a narrow space.
以下、本発明の各種の実施の形態を、図1〜図6を参照して説明する。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1(A)は絶縁変圧器20の概要であり、図1(B)は絶縁変圧器20の等価回路である。絶縁変圧器20は、EI形の鉄心40に一次巻線21と二次巻線22を巻回したもので、一次巻線21を巻き始め側の端部巻線21aと巻き終わり側の端部巻線21bと、各端部巻線21a、21bの間の中間巻線22cに区画し、一方の端部巻線21aと中間巻線21cを中間タップ31で接続し、他方の端部巻線21bと中間巻線21cを中間タップ32で接続する。一次巻線21は、鉄心40に巻回された二次側の巻線部22の外周に巻回される。一次巻線21は巻線両端に引き出し端子33、34を有し、二次巻線22は巻線両端に引き出し端子35、36を有する。なお、図1に示す二次側の巻線部22は二次巻線のみであるが、三次以上の巻線を有する構造も可能であることから、二次側巻線を巻線部22と称する。
FIG. 1A is an outline of the
図2は、図1の絶縁変圧器20を低圧耐雷絶縁変圧器として使用した回路例を示し、絶縁変圧器20の一次巻線21から引き出された一対の中間タップ31、32と一点のアース端子53の間にアレスタ51を設けて耐雷保護装置50を構成している。図2の符号14は図7と同様な負荷であり、54は接地抵抗である。また、図2の受電変圧器2は、図7と同様のもので、電源線3が絶縁変圧器20の一次巻線21の巻き始め側の端子33と巻き終り側の端子34に接続される。なお、ここでの「巻き始め」と「巻き終り」の用語は、鉄心に巻回された巻線を区分するもので、鉄心に電線を巻き付ける作業の始めと終りを意味しない。二次巻線22は、両端に引き出し端子35、36を有する。
FIG. 2 shows a circuit example in which the
上記絶縁変圧器20は、一次巻線21の両端側一対の端部巻線21a、21bの巻数を、雷サージの異常電圧を抑制するインダクタンス作用を有する巻数(5〜10ターン)程度に設定して、各端部巻線21a、21bをインダクタ、インダクタンスLとしても使用できるようにしている。このようなインダクタンス機能を有する巻数の端部巻線21a、21bは、外来ノイズの異常電圧を抑制するノイズフィルタの機能も兼備する。雷サージのない平常時の各端部巻線21a、21bは変圧器における一次巻線として機能し、電源線3に雷サージや外来ノイズが入った異常時のみ異常電圧を抑制するインダクタンスやノイズフィルタとして機能する。したがって、絶縁変圧器20は、一次巻線21に耐雷保護素子としてのインダクタンスやノイズフィルタを一体に有する構造で、従来の別品のインダクタンスやノイズフィルタのコイル部品を省略した構造となり、別品のコイル部品を省略した分に相応して小形軽量となり、製作コストが低減される。
The
また、図1(A)に示す絶縁変圧器20は、鉄心40に巻回された二次側巻線部22の外周に一次巻線21の中間巻線21cを巻回し、この中間巻線21cの外周の両端部に一対の端部巻線21a、21bを隣接させて巻回して、各中間タップ31、32を中間巻線21cの両端から取り出した構造を特徴としている。この場合、鉄心40と端部巻線21a、21bとの間に二次側巻線部22と一次巻線21の中間巻線21cが介在して、鉄心40および中間巻線21cの両端の中間タップ31,32と端部巻線21a、21bとの離隔距離が大きく確保できて、大きな雷サージに対する一次巻線21側の安定した絶縁設計が容易になり、端部巻線21a、21bの雷サージに対するインダクタンス機能が安定する。
Further, in the
図3(A)(B)は、一次巻線21の一対の端部巻線21a、21bを中間巻線21cの絶縁強度より高い高圧絶縁強度巻線構造にした実施の形態を示す概念図である。図3(A)は、各端部巻線21a、21bを絶縁電線24で構成したものを示す。絶縁電線24は電線を絶縁被膜で被覆したもので、端部巻線21a、21bの全体を安定した高圧絶縁強度にする。また、図3(B)は、電線の端部巻線21a、21bを樹脂モールド25で被覆した構成したものを示す。この図3(B)の場合、端部巻線21a、21bを中間巻線21cと同じ電線が適用できる。図3(A)(B)のいずれの場合も、耐雷保護対策が有効に行える。すなわち、雷サージ電圧が一次巻線21に加わると、サージ電圧のほとんどがインダクタンスとして作用する巻初めと巻き終りの端部巻線21a、21bに加わるが、この各端部巻線21a、21bが高圧絶縁強度巻線とすることで、大きな雷サージに対しても絶縁が安定する。そのため、大きな雷サージに対しても各端部巻線21a、21bは常に安定したインダクタンス機能を発揮して、耐雷保護対策が安定して実行される。
3A and 3B are conceptual diagrams showing an embodiment in which the pair of
図4の実施の形態に示す絶縁変圧器20は、一次巻線21の巻線形態を変更したものである。鉄心40に巻回された二次側巻線部22の外周に一次巻線21を、その中間巻線21cの内周側に一方の端部巻線21aを配備し、中間巻線21cの外周側に他方の端部巻線21bを配備した形態で巻回する。このような巻回は、図4の巻回方向をもって二次側巻線部22の外周に端部巻線21a→中間巻線21c→端部巻線21bの順番で巻回すればよい。
The
図5に示す実施の形態の絶縁変圧器20は、一次巻線21の一対の端部巻線21a、21bと二次側巻線部22との間に配備した静電シールド26をアース端子53に接地している。静電シールド26は、通常の変圧器の巻線間に使用される銅板などであり、これをアレスタ51と同じアース端子53に一点接地することで、雷サージに対してインダクタンスとして作用する端部巻線21a、21bと他の巻線との間で形成される浮遊容量によりサージ移行電圧からインダクタンスLがシールドされて、端部巻線21a、21bのインダクタンス機能、ノイズフィルタ機能の性能が向上し、安定したものとなる。
In the
図6に示す実施の形態の絶縁変圧器20は、二次側巻線部22と一次側の耐雷保護回路50のアース端子53との間に耐雷保護素子のアレスタ51’を配備している。なお、図6に示す二次側巻線部22は、二次巻線と三次巻線であり、これら二次巻線の両端間と三次巻線の両端間にアレスタを設けるようにしてもよい。このように絶縁変圧器20のおいて、一次側と二次側をアレスタを介して一点接地することで、一次側と二次側を同電位化することができて、一次巻線21の各端部巻線21a、21bのインダクタンス機能とアレスタによる耐雷保護効果がより安定したものとなる。
In the
なお、本発明は、低圧耐雷絶縁変圧器に限らず、高圧耐雷絶縁変圧器を含む他の絶縁変圧器にも適用可能である。 In addition, this invention is applicable not only to a low voltage | pressure lightning-proof insulation transformer but other insulation transformers including a high voltage | pressure lightning-proof insulation transformer.
20 絶縁変圧器
21 一次巻線
21a、21b 端部巻線、インダクタ
L インダクタンス
21c 中間巻線
22 二次側巻線部
24 絶縁電線
25 樹脂モールド
26 静電シールド
31、32 中間タップ
33、34 引き出し端子
35 アース端子
40 鉄心
50 耐雷保護回路
51、51’ アレスタ
20
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Cited By (1)
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JP2012222960A (en) * | 2011-04-08 | 2012-11-12 | Sankosha Corp | Protector for power supply and protective device for power supply circuit |
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2004
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070703 |