JP3211408B2 - フィルタ材 - Google Patents
フィルタ材Info
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- JP3211408B2 JP3211408B2 JP27113792A JP27113792A JP3211408B2 JP 3211408 B2 JP3211408 B2 JP 3211408B2 JP 27113792 A JP27113792 A JP 27113792A JP 27113792 A JP27113792 A JP 27113792A JP 3211408 B2 JP3211408 B2 JP 3211408B2
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- Japan
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- dimensional
- weight
- filter material
- skeleton
- porous metal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車用の排ガスフ
ィルタとして利用するのに好適なフィルタ材に関する。
ィルタとして利用するのに好適なフィルタ材に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】ディーゼルエンジン車から排出さ
れる微粒子（すす等の固体成分）は社会問題となってお
り、自動車メーカはフィルタシステムの開発に力をそそ
いでいるが、ハニカム状コーデイエライトセラミックス
を用いたフィルタでは、捕集性能は優れているが捕集し
た微粒子を除去する際の再生燃焼時にヒートスポットが
できやすく、溶損や、熱応力によるひび割れが発生しや
すい欠点がある。このため、複雑なコントロールシステ
ムが必要とされている。
れる微粒子（すす等の固体成分）は社会問題となってお
り、自動車メーカはフィルタシステムの開発に力をそそ
いでいるが、ハニカム状コーデイエライトセラミックス
を用いたフィルタでは、捕集性能は優れているが捕集し
た微粒子を除去する際の再生燃焼時にヒートスポットが
できやすく、溶損や、熱応力によるひび割れが発生しや
すい欠点がある。このため、複雑なコントロールシステ
ムが必要とされている。
【０００３】ディーゼルエンジン車は、燃費が安く、ガ
ソリン車よりも市場性があるが、排ガス処理の費用が嵩
むとせっかくの利点が生かされない。このため、捕集性
能に優れ、しかも熱に強くて特別な保護対策を必要とし
ないフィルタ材が望まれている。
ソリン車よりも市場性があるが、排ガス処理の費用が嵩
むとせっかくの利点が生かされない。このため、捕集性
能に優れ、しかも熱に強くて特別な保護対策を必要とし
ないフィルタ材が望まれている。
【０００４】この発明は、かかる要求に応えたフィルタ
材を提供しようとするものである。
材を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、耐熱性の有る材料、好ましくはＮｉ−
Ｃｒ−Ａｌ系の材料で作られた三次元網状金属多孔体の
三次元骨格表面に、アルミナ繊維状結晶を具備させたも
のをフィルタ材として使用するようにしたのである。
め、この発明は、耐熱性の有る材料、好ましくはＮｉ−
Ｃｒ−Ａｌ系の材料で作られた三次元網状金属多孔体の
三次元骨格表面に、アルミナ繊維状結晶を具備させたも
のをフィルタ材として使用するようにしたのである。
【０００６】なお、三次元骨格表面のアルミナ繊維状結
晶は、三次元網状金属多孔体がＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系のも
のである場合には、この多孔体を大気中、或いは酸化性
ガス雰囲気中、８００〜１０００℃で高温酸化させて容
易に生成することができる。
晶は、三次元網状金属多孔体がＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系のも
のである場合には、この多孔体を大気中、或いは酸化性
ガス雰囲気中、８００〜１０００℃で高温酸化させて容
易に生成することができる。
【０００７】Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の三次元網状金属多孔
体は、例えば、Ｎｉの三次元網状金属多孔体に、Ｃｒ、
Ａｌを拡散浸透して合金化することにより得られる。こ
の多孔体は、組成がＣｒ：１５〜４０重量％、Ａｌ：１
〜８重量％、残部：Ｎｉ及び不可避成分となるように拡
散浸透処理条件（粉末組成、粉末量、温度、時間）を選
定する。また、この組成中に、更に、イットリウム、ネ
オジウム等の希土類元素の１種もしくは２種以上を０．
０５〜０．５重量％含有させると、耐熱性の面でより優
れたものになる。
体は、例えば、Ｎｉの三次元網状金属多孔体に、Ｃｒ、
Ａｌを拡散浸透して合金化することにより得られる。こ
の多孔体は、組成がＣｒ：１５〜４０重量％、Ａｌ：１
〜８重量％、残部：Ｎｉ及び不可避成分となるように拡
散浸透処理条件（粉末組成、粉末量、温度、時間）を選
定する。また、この組成中に、更に、イットリウム、ネ
オジウム等の希土類元素の１種もしくは２種以上を０．
０５〜０．５重量％含有させると、耐熱性の面でより優
れたものになる。
【０００８】
【作用】三次元骨格表面のアルミナ繊維状結晶は、耐熱
性を有するため、１０００℃以上の高温にも耐える。そ
して、三次元骨格表面のアルミナ繊維状結晶により、三
次元骨格表面の平滑性が改善され、排気ガス中の固体ま
たは液体成分が三次元骨格表面に強力に捕集される。ま
た、ＡｌをＣｒとともに合金化した三次元網状金属多孔
体は、Ａｌが硫黄や硫酸成分に強い安定酸化物を形成す
るため、自動車の排ガスに対する耐食性も良好である。
性を有するため、１０００℃以上の高温にも耐える。そ
して、三次元骨格表面のアルミナ繊維状結晶により、三
次元骨格表面の平滑性が改善され、排気ガス中の固体ま
たは液体成分が三次元骨格表面に強力に捕集される。ま
た、ＡｌをＣｒとともに合金化した三次元網状金属多孔
体は、Ａｌが硫黄や硫酸成分に強い安定酸化物を形成す
るため、自動車の排ガスに対する耐食性も良好である。
【０００９】以下に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の三次元網状
金属多孔体について成分の含有量等を限定した理由を記
す。
金属多孔体について成分の含有量等を限定した理由を記
す。
【００１０】Ｃｒは、耐熱性、耐酸化性を確保する基本
元素である。本発明にあっては、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）皮膜が耐酸化性確保の主体となるが、Ｃｒが欠
乏するとこの皮膜の密着性や保護性が低下して耐酸化性
の維持に問題が出る。一方、Ｃｒが過剰になると靱性が
低下し、従ってこれ等の問題を共になくし得る範囲とし
てＣｒ含有量を１５〜４０重量％に規定した。
元素である。本発明にあっては、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）皮膜が耐酸化性確保の主体となるが、Ｃｒが欠
乏するとこの皮膜の密着性や保護性が低下して耐酸化性
の維持に問題が出る。一方、Ｃｒが過剰になると靱性が
低下し、従ってこれ等の問題を共になくし得る範囲とし
てＣｒ含有量を１５〜４０重量％に規定した。
【００１１】また、耐熱性を維持するためには、Ａｌも
１重量％は含有している必要がある。このＡｌは、１重
量％未満では耐熱性の改善効果が薄い。また、加工性の
点で８重量％以上含有するのは好ましくなく、従って、
その含有量は１〜８重量％とし、加工性の要求度合を考
えてその中から適当な値を選ぶ。
１重量％は含有している必要がある。このＡｌは、１重
量％未満では耐熱性の改善効果が薄い。また、加工性の
点で８重量％以上含有するのは好ましくなく、従って、
その含有量は１〜８重量％とし、加工性の要求度合を考
えてその中から適当な値を選ぶ。
【００１２】アルミナ繊維状結晶のアスペクト比（太さ
に対する長さの比）をより大きくしたい場合には、骨格
表面から深さ０．５μｍまでのＡｌ濃度を５重量％以上
にすればよい。
に対する長さの比）をより大きくしたい場合には、骨格
表面から深さ０．５μｍまでのＡｌ濃度を５重量％以上
にすればよい。
【００１３】Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の三次元網状金属多孔
体は、純Ｎｉの三次元網状金属多孔体にクロマイジング
処理と称される拡散浸透処理を施してＮｉ−Ｃｒ系三次
元網状金属多孔体となし、次いで、これをパイプ状に成
型した後、カロライジング処理する２段合金化処理や、
純Ｎｉの三次元網状金属多孔体を先ず初めにパイプ状に
成型し、その後、Ｃｒ、Ａｌを同時に拡散浸透する１段
合金化処理等によって作ることができる。処理の条件次
第では骨格表面付近のＡｌ合金量を多くし、表面の耐熱
性をより一層向上させることもできる。しかし、この場
合も全体の合金組成に占めるＡｌの割合は１重量％から
最大８重量％が限度であり、これ以上の添加では、成形
体の表面と言えども振動衝撃により欠ける等、靱性につ
いての保証ができない。
体は、純Ｎｉの三次元網状金属多孔体にクロマイジング
処理と称される拡散浸透処理を施してＮｉ−Ｃｒ系三次
元網状金属多孔体となし、次いで、これをパイプ状に成
型した後、カロライジング処理する２段合金化処理や、
純Ｎｉの三次元網状金属多孔体を先ず初めにパイプ状に
成型し、その後、Ｃｒ、Ａｌを同時に拡散浸透する１段
合金化処理等によって作ることができる。処理の条件次
第では骨格表面付近のＡｌ合金量を多くし、表面の耐熱
性をより一層向上させることもできる。しかし、この場
合も全体の合金組成に占めるＡｌの割合は１重量％から
最大８重量％が限度であり、これ以上の添加では、成形
体の表面と言えども振動衝撃により欠ける等、靱性につ
いての保証ができない。
【００１４】アルミナ繊維状結晶は、骨格内にＡｌを拡
散させておいて熱処理するとできる。Ａｌはカロライン
ジング処理中の拡散時間を制御することにより、骨格の
表面から内側にかけて任意の深さで拡散浸透させること
ができるので、骨格表面は結晶が繊維状に成長し易い高
Ａｌ濃度を保ち、その一方で骨格内部は耐熱性を保持す
るのに必要なＡｌ量（１重量％）になるように拡散させ
ておくのが望ましい。
散させておいて熱処理するとできる。Ａｌはカロライン
ジング処理中の拡散時間を制御することにより、骨格の
表面から内側にかけて任意の深さで拡散浸透させること
ができるので、骨格表面は結晶が繊維状に成長し易い高
Ａｌ濃度を保ち、その一方で骨格内部は耐熱性を保持す
るのに必要なＡｌ量（１重量％）になるように拡散させ
ておくのが望ましい。
【００１５】このＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の三次元網状金属
多孔体に、先に述べたイットリウム、ネオジウム等の希
土類元素を含有させると耐熱性は更に高まる。この希土
類元素の添加は、クロマイジング、カロライジング、或
いは１段合金化の際、拡散浸透材中に、添加しようとす
る元素の粉末を混合しておけばよいが、０．５重量％以
上の添加は後工程における繊維状結晶の生成の妨げにな
るし、また、０．０５重量％以下では耐熱性の向上効果
が現れない。
多孔体に、先に述べたイットリウム、ネオジウム等の希
土類元素を含有させると耐熱性は更に高まる。この希土
類元素の添加は、クロマイジング、カロライジング、或
いは１段合金化の際、拡散浸透材中に、添加しようとす
る元素の粉末を混合しておけばよいが、０．５重量％以
上の添加は後工程における繊維状結晶の生成の妨げにな
るし、また、０．０５重量％以下では耐熱性の向上効果
が現れない。
【００１６】アルミナ繊維状結晶を生成するときの温度
も、８００〜１０００℃の範囲でないとアスペクト比の
大きな繊維状結晶が得られない。アスペクト比の大きな
ものを得るための特に好ましい温度は８５０〜９５０℃
であり、８５０℃では１０時間以上、９５０℃では２時
間以上あれば十分である。１０００℃以上では凹凸の小
さい平坦に近い酸化皮膜になり易く、生成した酸化皮膜
の比表面積が小さ過ぎて捕集の役目をするには適さな
い。また、８００℃未満では原子拡散の遅延により酸化
の進行が遅れ、所望のウイスカーに成長させるのに長時
間の加熱が必要になる。
も、８００〜１０００℃の範囲でないとアスペクト比の
大きな繊維状結晶が得られない。アスペクト比の大きな
ものを得るための特に好ましい温度は８５０〜９５０℃
であり、８５０℃では１０時間以上、９５０℃では２時
間以上あれば十分である。１０００℃以上では凹凸の小
さい平坦に近い酸化皮膜になり易く、生成した酸化皮膜
の比表面積が小さ過ぎて捕集の役目をするには適さな
い。また、８００℃未満では原子拡散の遅延により酸化
の進行が遅れ、所望のウイスカーに成長させるのに長時
間の加熱が必要になる。
【００１７】
【実施例】以下に、この発明の具体例を示す。
【００１８】（実験例１）Ｎｉ目付け量１１００ｇ／ｍ
2 のＮｉ製三次元網状金属多孔体を拡散浸透法で合金化
処理してＮｉ−Ｃｒ（２５重量％）−Ａｌ（６重量％）
の三次元網状金属多孔体となし、次に、これを大気中８
７５℃で５時間加熱して骨格表面にアルミナ繊維状結晶
のできたフィルタ材（発明品１）を得た。
2 のＮｉ製三次元網状金属多孔体を拡散浸透法で合金化
処理してＮｉ−Ｃｒ（２５重量％）−Ａｌ（６重量％）
の三次元網状金属多孔体となし、次に、これを大気中８
７５℃で５時間加熱して骨格表面にアルミナ繊維状結晶
のできたフィルタ材（発明品１）を得た。
【００１９】また、比較のため、発明品１と同じ方法で
合金化した同一組成の三次元網状金属多孔体を大気中１
０００℃で３時間加熱したもの（比較品１）も作った。
これ等の骨格表面の走査型電子顕微鏡写真を熱処理前の
骨格表面状況写真（図１）と併せて図２、図３に示す。
図２から判るように、発明品１の骨格表面には、約３μ
ｍ長さのアルミナの繊維状結晶が密に生成しているが、
比較品１の骨格表面には図３に示すように繊維状結晶は
見られず、粒状結晶ができている。
合金化した同一組成の三次元網状金属多孔体を大気中１
０００℃で３時間加熱したもの（比較品１）も作った。
これ等の骨格表面の走査型電子顕微鏡写真を熱処理前の
骨格表面状況写真（図１）と併せて図２、図３に示す。
図２から判るように、発明品１の骨格表面には、約３μ
ｍ長さのアルミナの繊維状結晶が密に生成しているが、
比較品１の骨格表面には図３に示すように繊維状結晶は
見られず、粒状結晶ができている。
【００２０】次に、これ等の試料について、排気ガス中
の固体（特に、ディーゼルエンジン車から排出されるす
す等）及び液体成分の捕集能力を試験して調べたとこ
ろ、発明品１の能力が比較品１のそれよりもはるかに優
れていた。
の固体（特に、ディーゼルエンジン車から排出されるす
す等）及び液体成分の捕集能力を試験して調べたとこ
ろ、発明品１の能力が比較品１のそれよりもはるかに優
れていた。
【００２１】（実験例２）Ｎｉ目付け量１１００ｇ／ｍ
2 のＮｉ製三次元網状金属多孔体を拡散浸透法で合金化
処理して表１の組成となし、次いで、この金属多孔体を
大気中にて同表の熱処理条件で加熱し、発明品２〜９の
フィルタ材を得た。
2 のＮｉ製三次元網状金属多孔体を拡散浸透法で合金化
処理して表１の組成となし、次いで、この金属多孔体を
大気中にて同表の熱処理条件で加熱し、発明品２〜９の
フィルタ材を得た。
【００２２】比較のため、発明品２〜９に用いたものと
同一組成の三次元網状金属多孔体を８００℃以下或いは
１０００℃以上の温度で加熱した比較品２〜９も作成し
た。
同一組成の三次元網状金属多孔体を８００℃以下或いは
１０００℃以上の温度で加熱した比較品２〜９も作成し
た。
【００２３】また、Ｙ或いはＮｄの添加量を０．５重量
％以上にして熱処理条件は発明品と同じにした別の比較
品も作った。
％以上にして熱処理条件は発明品と同じにした別の比較
品も作った。
【００２４】
【表１】 発明品２〜９には、いずれも発明品１に見られた繊維状
結晶が骨格表面に生成されているが、比較品２〜９には
このような結晶は無く、平滑な結晶しか見られなかっ
た。
結晶が骨格表面に生成されているが、比較品２〜９には
このような結晶は無く、平滑な結晶しか見られなかっ
た。
【００２５】また、Ｙ、Ｎｄの含有量を０．５重量％以
上にしたものは、熱処理条件が本発明品と同じであるに
も拘らず、繊維長の短い結晶になっており、Ｙ、Ｎｄの
過剰添加は結晶の成長をかえって阻害することが判っ
た。
上にしたものは、熱処理条件が本発明品と同じであるに
も拘らず、繊維長の短い結晶になっており、Ｙ、Ｎｄの
過剰添加は結晶の成長をかえって阻害することが判っ
た。
【００２６】次に、発明品２〜９を用いて、１０００
℃、３０分加熱−冷却のサイクルを５００回加えたが、
特に問題となる欠損や外観の変化はなかった。この実験
は、排ガス中の固体（すす等）、液体成分を捕集したフ
ィルタを定期的に燃焼クリーニング等で再生することを
モデル化したものであって、耐熱性について問題の無い
性能を持たし得ることが証明された。
℃、３０分加熱−冷却のサイクルを５００回加えたが、
特に問題となる欠損や外観の変化はなかった。この実験
は、排ガス中の固体（すす等）、液体成分を捕集したフ
ィルタを定期的に燃焼クリーニング等で再生することを
モデル化したものであって、耐熱性について問題の無い
性能を持たし得ることが証明された。
【００２７】また、固体成分の捕集性能を調べるため
に、発明品１〜９と、比較品１〜９を用いて実際に２８
００ｃｃディーゼルエンジン車の排ガス中の「すす」を
捕集した結果、比較品に比べて本発明の方が短時間で所
定の捕集率に達した。
に、発明品１〜９と、比較品１〜９を用いて実際に２８
００ｃｃディーゼルエンジン車の排ガス中の「すす」を
捕集した結果、比較品に比べて本発明の方が短時間で所
定の捕集率に達した。
【００２８】また、これ等の試料を用いて同一構造のフ
ィルタを作り、２６００ｒｐｍ、３／４負荷の状態で発
生した「すす」の捕集を試みた結果、５時間捕集での捕
集量は、比較品を１とした場合、対応する発明品の量は
２〜５倍に達し、捕集能力にも優れていることが確認さ
れた。
ィルタを作り、２６００ｒｐｍ、３／４負荷の状態で発
生した「すす」の捕集を試みた結果、５時間捕集での捕
集量は、比較品を１とした場合、対応する発明品の量は
２〜５倍に達し、捕集能力にも優れていることが確認さ
れた。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、この発明のフィルタ
材は、熱に強いＮｉ−Ｃｒ−Ａｒ系合金等で作られた三
次元網状金属多孔体の三次元骨格表面にアルミナ繊維状
結晶を生成したものであるから、排ガス中の固体、液体
成分の捕集性能が優れるだけでなく、高温下での加熱冷
却の繰り返しによる温度変化にも十分に耐え、燃焼クリ
ーニング等による再生をコストをかけずに容易に実施で
きるようになる。
材は、熱に強いＮｉ−Ｃｒ−Ａｒ系合金等で作られた三
次元網状金属多孔体の三次元骨格表面にアルミナ繊維状
結晶を生成したものであるから、排ガス中の固体、液体
成分の捕集性能が優れるだけでなく、高温下での加熱冷
却の繰り返しによる温度変化にも十分に耐え、燃焼クリ
ーニング等による再生をコストをかけずに容易に実施で
きるようになる。
【図１】Ｎｉ−Ｃｒ（２５重量％）−Ａｌ（６重量％）
系の三次元網状金属多孔体の骨格表面状況を示す走査型
電子顕微鏡写真。
系の三次元網状金属多孔体の骨格表面状況を示す走査型
電子顕微鏡写真。
【図２】図１の三次元網状金属多孔体を用いて作られた
この発明のフィルタ材の骨格表面の走査型電子顕微鏡写
真。
この発明のフィルタ材の骨格表面の走査型電子顕微鏡写
真。
【図３】図１の三次元網状金属多孔体を用いて作られた
比較フィルタ材の骨格表面の走査型電子顕微鏡写真。
比較フィルタ材の骨格表面の走査型電子顕微鏡写真。
フロントページの続き (72)発明者 坂 俊祐 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気 工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平４−124419（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312017（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−159014（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 39/00 - 39/20
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の三次元網状金属多
孔体の三次元骨格表面に、アルミナ繊維状結晶を有して
いるフィルタ材。 - 【請求項２】 三次元網状金属多孔体として、三次元骨
格表面から深さ０．５μｍまでのＡｌ濃度が５重量％以
上であるものを用いた請求項１記載のフィルタ材。 - 【請求項３】 三次元網状金属多孔体として、Ｃｒ：１
５〜４０重量％、Ａｌ：１〜８重量％、残部：Ｎｉ及び
不可避成分から成るものを用いた請求項１記載のフィル
タ材。 - 【請求項４】 三次元網状金属多孔体として、請求項３
記載の多孔体に更にイットリウム、ネオジウム等の希土
類元素の１種もしくは２種以上を０．０５〜０．５重量
％含有させたものを用いた請求項１記載のフィルタ材。 - 【請求項５】 前記三次元網状金属多孔体を、大気中、
８００〜１０００℃に加熱して前記アルミナ繊維状結晶
を生じさせてある請求項２乃至４のいずれかに記載のフ
ィルタ材。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27113792A JP3211408B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | フィルタ材 |
| PCT/JP1993/001308 WO1994006538A1 (en) | 1992-09-14 | 1993-09-13 | Exhaust gas cleaning filter medium and method of manufacturing the same |
| EP93919657A EP0626188A4 (en) | 1992-09-14 | 1993-09-13 | FILTER MEDIUM FOR EXHAUST GAS PURIFICATION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF. |
| US08/390,995 US5830415A (en) | 1992-09-14 | 1995-02-21 | Filter member for purifying exhaust gas and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27113792A JP3211408B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | フィルタ材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06190221A JPH06190221A (ja) | 1994-07-12 |
| JP3211408B2 true JP3211408B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=17495835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27113792A Expired - Lifetime JP3211408B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | フィルタ材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211408B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006130463A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Nissan Motor Co Ltd | 浄化フィルター、その製造方法及び排気ガス浄化装置 |
| CN106865925B (zh) * | 2017-02-28 | 2023-05-09 | 成都易态科技有限公司 | 具有螺旋过滤面的脱水装置 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP27113792A patent/JP3211408B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06190221A (ja) | 1994-07-12 |
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