JP2001526122A - パーツ補強用高性能構造フォーム - Google Patents

パーツ補強用高性能構造フォーム

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JP2001526122A
JP2001526122A JP2000509573A JP2000509573A JP2001526122A JP 2001526122 A JP2001526122 A JP 2001526122A JP 2000509573 A JP2000509573 A JP 2000509573A JP 2000509573 A JP2000509573 A JP 2000509573A JP 2001526122 A JP2001526122 A JP 2001526122A
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plastic material
swelling agent
polymer
parts
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JP2000509573A
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ハリソン，ブルース，エル．
ヒルボーン，ブラドリー，エル．
コシー，ヴェッティハラ，シー．
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ヘンケル コーポレーション
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    • B29C70/58—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres
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Abstract

(57)【要約】 プラスチックパーツ等のパーツを補強するために高性能構造フォームが使用される。このフォームは高温でのモールド使用又は既にモールドされたパーツに対する周囲温度での使用に合わせて配合される。フォームの特性をコントロールするために様々な成分が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
発明の背景 構造フォーム(foam)は非常な軽量をもって構造的要求に応える経済的な方法で
ある。自動車産業において、これは「金」を意味する。
【０００１】 自動車の製造における構造的構成部品としてのプラスチックの使用は年々増加
してきている。プラスチックは軽量性、耐腐食性を有しており、場合によっては
リサイクルが可能である。かかるプラスチックには強度及び高温での「そり」に
おける難点がある。既知のプラスチック材料にはシートモールドコンパウンド（
ＡＳＭＣ＠）ＡＢＳ材料が含まれる。ある種の適用においてはプラスチックの強
度が十分ではなかったり、その重さが重すぎたりする場合がある。従って、この
様なプラスチック材料を構造的に強化する何らかの手段が提供されることが所望
される。また、かかる手段はプラスチック以外の物質に対しても用いることがで
き、自動車産業以外においても使用可能であることが所望される。
【０００２】 発明の概要 本発明の一つの目的は、上述の要求を満たす構造フォームを提供することであ
る。 本発明の更なる目的は、熱によって硬化させることのできる構造フォーム又は
その代わりに周囲温度で硬化するその変種を提供することである。
【０００３】 本発明によれば、プラスチック等のパーツを補強するための高性能構造フォー
ムが提供される。かかるパーツは、モールド前のパーツ、中空のパーツ、溝形状
のパーツ、又は単に強化が必要とされる如何なる形状の構造的部材であってもよ
い。フォームは好ましくは２つの組み合わせ可能な構成要素からなる膨張可能な
物質である。このフォームは所望される粘度を提供し、かつ重量及び費用を減少
させるために、ガラス、セラミック、又はプラスチック等でできたビーズを含有
することが好ましい。フォームが膨張性である場合には膨張剤を使用することも
可能である。材料の流動性を調整するためにこのフォームが流動用試薬をも含ん
でいることが好ましい。材料のポリマー特性を調整するために硬化システムが使
用される。フォームは更に他の添加剤と同様に希釈剤、フィラー表面処理、ゴム
、及びファイバーを含むことが可能である。
【０００４】 発明の開示 本発明は、一般的に、高温でのモールドにおける使用のため又は既にモールド
形成されたパーツにおける中空部を周囲温度で充填するために配合することの可
能な２つの構成要素形態の配合物に関するものである。その広範囲の適用におい
てこの配合から生じるフォームは、中空管状部材中、開口部のある溝形状部材中
、板状部材の側面、又はかかる如何なる部材の外回りにおける補強材として使用
することが可能である。フォームの最終的な配合がどのようなものになるかはそ
の形状、寸法、及び材質にある程度影響されるものの、補強される特定のパーツ
は重要なものではない。このフォームは特にプラスチックパーツ用の強化材又は
補強材として特に意図されるものである。しかしながらその広範囲の適用におい
て、本発明を金属（例えば鋼）及びファイバーグラスを含む他のタイプの材料に
よって形成されたパーツの強化又は補強に使用することが可能である。
【０００５】 本発明の実施においてフォームは強化するパーツに結合し緊密な接触状態を形
成する。 フォームが熱によって硬化される場合には、一般的に、リリース剤がフォーム
中に含有される。フォームが膨張性である必要はないが、本発明の好ましい実施
においてはフォームを膨張させるための物理的又は化学的膨張剤を使用してもよ
い。様々なプロセスの要求に応えるために異なる硬化速度が相違するフォームを
形成するために用いられる。同様に、フォーム製品の密度もまた変化させること
が可能である。フォームの密度は要求される強度に従って選択される。例えば、
フォームが軽ければ軽い程、弱いものとなる。このフォームをその重量から見れ
ば非常に高い圧縮強度及び引張り応力を有する０.３以下の比重を有するものと して形成することが可能である。
【０００６】 本発明の実施における配合を調整する要素には数多くのものがある。加熱モー
ルド配合には内部リリース剤、少なくとも１００°Ｆ等の高温で反応する遅速硬
化及び物理的膨張剤が要求される。室温と考えられる例えば７７°Ｆで硬化する
周囲温度製品にはその反対のものが要求される。それらが既にモールド形成され
たパーツに使用されるという理由からかかる製品にはリリース剤が含まれるべき
ではない。膨張剤は反応するがパーツは溶けないように、硬化の反応熱は選択さ
れなければならない。また、パーツに実際に使用される量はその強度的要求に応
えるために十分多くなければならないが、経済的に効率的であるように十分少な
くもなければならない。フォームはパーツの強度が十分でない箇所にのみ使用さ
れることが好ましい。従って、必要なパーツのみを支持するためにフォームが離
れた場所に配置される場合がある。
【０００７】 密度と強度とは相対する要素である。中空のビーズ、ファイバー、及び例えば
チタン酸塩をフォーム中に混入させることにより、強度及び引張り応力は可能と
は思えない程高くなる。ガラスビーズ等のビーズは重量及び費用の削減を可能に
する。ファイバーは強度の増加に機能し、チタン酸塩は重量及びコストを低下さ
せ、それらによって費用を減少させることができ、より高い強度値が得られるよ
うになる。パーツに適切に適用される場合には、軽量、高強度、及び効率的コス
トのパーツという目標を達成することが可能となる。
【０００８】 評価されるであろうように本発明は様々なパーツを支持又は補強する構造フォ
ームとしての特定のニーズをカスタマイズする柔軟性を提供するものである。従
って、本発明は一つの製品で全てに適応させるといったアプローチをとるもので
はない。この構造フォームは経済的に効率的である場所にのみ使用されることを
意図している。その工程用のフォームの配合及びその用途は、一般的にプラスチ
ックパーツ等のパーツの強度が十分ではない又はパーツの重量が重すぎる場合の
みに限られる。適切に選択された配合は、自動車製造の優先事項に合致する重量
の減少、強度、及びコストの効率化における解決策を提供する。
【０００９】 図１乃至図３はプラスチックパーツを強化するための本発明の代表的用途を示
すものである。ここに示されるとおり、パーツ１０はプラスチック製で溝を有す
るＵ字型構造をしている。フォーム１２がパーツ１０に挿入される。パーツ１０
は既にモールド形成されているため、フォーム１２は例えば７７°Ｆといった周
囲温度又は室温で硬化される。図２に示されるフォーム１２は非膨張状態にある
。硬化の後、フォーム１２は膨張しパーツ１０の溝を完全に埋める。
【００１０】 図４乃至図６は、パーツ２０がプラスチック板であり、パーツ２２がそれから
離れたプラスチック又は鋼等の他の全ての材料から形成されることのできるパー
ツである更なる変形例を示すものである。パーツ２２はその代わりにパーツ２０
と２２との間のスペースに入れられるフォーム２４のための支持層であってもよ
い。図５は非膨張状態のフォーム２４を説明するものであり、一方図６は完全に
膨張したフォーム２４を示すものである。
【００１１】 図７は、ピックアップトラック等の荷台としての本発明の実施を説明するもの
である。そこに示されるとおり、得られる複合物は慣習的金属板製荷台にとって
代わることのできるものである。荷台の形成にあたって、約２インチの厚さのフ
ォームコアシート２６がエポキシを注ぎそれを３５０°Ｆで５分間硬化させるこ
とによって形成される。次に、ファイバーガラスによって強化された板である強
化ＳＭＣがコアシート２６の両側に形成される。ＳＭＣとは斯界においてシート
モールド形成複合材料(sheet molded compound materials)として認識される用 語である。層２８及び３０は次にコアシート２６にモールドされ、５００ポンド
の荷重に耐えることのできるサンドイッチ型のラミネートを形成する。上層２８
は波形又は他の如何なる表面パターン又は形状であってもよい。同様に下層３０
は如何なる厚み、形状、表面パターンを有していてもよい。３つの層は同一延長
上にあることが好ましい。ピックアップトラックの荷台として使用する場合には
ラミネートは６フィート×４フィートであることが好ましい。
【００１２】 以下は、フォームコアシート２６の２つの成分配合の例である。 成分Ａ 原料 重量％ エポキシ樹脂 ６２．５３ ファイバー １１．８７ ヒュームドシリカ ２．３７ リリース剤 ４．４８ 膨張剤 ５．１４ ガラスバブル １２．３０ チタン酸塩 ０．６０ ＣａＯ ０．７１ １００．００ 成分Ｂは成分Ａと同重量のアミン原料となる。従って、成分Ａがエポキシをベ
ースとする一方で、成分Ｂはアミンをベースとするものである。成分Ａは０．９
５のＳＰＧを有する一方で成分Ｂのそれは１．００であり、両者を合わせると０
．９６となる。成分Ａの成分Ｂに対する体積比は３．７０：１．００である。
【００１３】 図１乃至図７に説明されるパーツは単に代表的なパーツに過ぎないということ
は理解されるべきことである。しかしながら本発明を、中空の管状パーツを充填
するため、Ｕ字型パーツの溝を充填するため、板状パーツの片側又は両側の支持
として、２つのパーツの間のコアとして、曲がったパーツに対して、様々な形状
のパーツに対して、そしてパーツの外表面の周りに完全に又は部分的に適用する
ことによって使用することが可能である。本発明の特に有用な用途は、ピックア
ップトラック荷台用のＳＭＣ中のフォームにより形成される構造ビームを生成す
る等のＳＭＣの硬化におけるものである。自動車産業における他の用途には、ロ
ッカーパネルを強化するため及びドライブシャフトを強化するための様々な支持
レール又は中空レール及びピラーが含まれる。しかし、本発明は自動車産業にお
ける使用にのみ限定されるものではなく、ジェットスキー等への使用等の多様性
をも有するものである。
【００１４】 従って、本発明を好ましくは膨張性である２成分複合(syntactic)フォームを 指向するものと考えることができる。本発明は２つのタイプのフォームによって
実施可能である。１つのタイプのものは高温で硬化され、他のタイプのものは周
囲温度で硬化される。両者ともそれらに接触する熱可塑性又は熱硬化性プラスチ
ックを有するものである。２つの成分は、例えば共に混合されスタチック混合チ
ューブを通して送り出されるポリマー及び触媒キャリヤからなることができる。
フォームは周囲温度下で迅速に行われる反応によってやや遅く硬化され、又は高
温下で硬化される。熱硬化はｅ−コーティング等の自動車塗装オーブン中で行う
ことができる。使用できるベースポリマーには幾つかの型がある。例えば、結合
ポリマー樹脂は、エポキシ（アミン）型、スチレン（過酸化物）タイプ、アクリ
ル（過酸化物）型、又はウレタン系であることができる。
【００１５】 引張り応力、引張り強度、色、コスト、粘度、混合比、及び硬化時間と同様に
密度も必要な条件に適合するように変化させることが可能である。配合及び生成
条件は最終製品パーツに所望される特性を考慮した上で適宜変更可能である。 周囲温度硬化製品は熱硬化製品とは選択される硬化剤が硬化に必要な熱を生成
しフォーム製品を十分に速く膨張させるのに十分な反応性を有していなければな
らないという点で異なる。熱硬化フォームはパーツ、特にプラスチックパーツ、
が熱によって内部から燃えてしまうことのないように過剰な発熱性を有するもの
であってはならない。大容量のパーツは小容量のものより大きな熱を発生する。
従って、硬化剤の反応性は生成されるパーツのサイズに合わせて選択されなけれ
ばならない。与えられたこれらの指針から斯界における当業者は使用する材料及
びパラメータを知るであろう。
【００１６】 周囲温度硬化製品は既にモールドされたパーツ又は既に成形されたパーツに使
用され、パーツ中で又はパーツに対して硬化される。熱硬化パーツはモールド中
で硬化させることが可能である。例えば、パーツをモールドした後、熱硬化フォ
ームが入れられるモールド中に配置することができる。強化されるパーツをフォ
ームの周りにインジェクションモールドすることも可能である。強化されるパー
ツを形成するため及びパーツにフォームを接触させて配置するために様々な既知
の技術を使用することができる。
【００１７】 フォームはポリマー中に数多くの可能な基本的成分を含有することができる。
例えば、一つの成分として好ましくはガラス、セラミック、又はプラスチック製
のビーズを挙げることができる。ビーズはポリマーの０〜４０重量％の量で存在
することができ、残りはバインダ及び他の成分であることができる。ビーズの使
用により粘度を調整することができ、フォームの重量及びコストの低下につなが
る。
【００１８】 ポリマーはまた熱硬化製品中には使用されるが周囲温度硬化製品中には使用さ
れない内部モールドリリース剤又は試薬を包含することが可能である。使用され
るリリース剤の充分量は条件又はモールドに依存する。例えば、より新しいモー
ルドにはより少量のリリース剤が要求される。リリース剤の使用はそのリリース
剤としての機能を発揮するのに必要な量と共に斯界において知られている。
【００１９】 本発明を非膨張フォームとして実行することも可能であるが、フォームが膨張
性であることが好ましい。化学的又は物理的膨張剤を使用することが可能である
。適切な化学的膨張剤は例えば炭酸水素ナトリウムである。適切な物理的膨張剤
はガス性となる液状形態プラスチックシクロペンタン球体である。 ポリマーはまたヒュームドシリカ等の流動用試薬又は炭酸カルシウム等の上質
フィラーを含むことができる。流動用試薬が約５重量％の量で存在し、所望され
る結果に合わせて調整されることが好ましい。流動用試薬は材料の流れを調整す
るために機能する。
【００２０】 ポリマーはまたエポキシとアミンとの等量化学量論反応等の硬化システムを含
むことができる。この硬化システムはポリマー特性をコントロールする。 ポリマーに１０重量％までの希釈剤を包含させ粘度を低下させることが好まし
い。 ポリマーは、ポリマーをフィラーに結合させより強力な物理特性を与えるシラ
ン又はチタン酸塩等のフィラー表面処理を含むことができる。チタン酸塩は重量
及びコストを低減するという優位性を有している。例えば１重量％未満のそのよ
うな物質を含むだけで十分である。
【００２１】 ポリマーの更なる成分として材料のタフネスを増加させる約５重量％（上下に
調整される）のゴムを含有させることが可能である。 ガラス等から製造されるファイバー、ＫＥＬＶＥＲ、又はカーボンを強度を増
加させるために加えてもよい。 他の添加剤を、色の提供、熱移動目的の金属フィラーの包含等といった所望さ
れる目的のために包含させることが可能である。更なる成分としてはゴムと同様
に機能し材料に柔軟性を提供するエポキシ類及び希釈剤等の柔軟化剤物質が含ま
れる。
【００２２】 ポリマーの構成要素又は成分は、圧縮引張り応力、圧縮強度、引張り強度、比
重、及び曲げ引張り応力に関する殆ど全てのニーズに適合する実質的に無限量の
可能性を提供するために変化させることが可能である。 比重はビーズの量及びタイプ並びにその重量に対するビーズのクラッシュ強度
に従って調整される。添加剤もまた比重に影響を与える。
【００２３】 フォームが膨張性である場合には膨張の程度は化学的又は物理的膨張剤によっ
てコントロールされる。 引張り応力及び強度の変数は、ゴム、膨張性プラスチックビーズ、軟化剤、強
化されるパーツの体積、ファイバー、及びリリース剤の包含によって調整される
。
【００２４】 本発明の指針を与えられたことによって、斯界における当業者はフォームの所
望される最終特性を得るために使用されるべき特定の成分及びそれらの量を知る
であろう。 一般的に、非硬化材料の特性は、粘度、チキソトロピー、比重、及びゲル時間
が目的とする用途におよそバランスがとれたものになるようにそれらをモールド
に加えることができるようなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による構造フォームによって強化された代表的なプラスチックパ
ーツを上から見た平面図である。
【図２】 図２はフォームが非膨張状態である場合の図１に示されるパーツを正面から見
た断面図である。
【図３】 図３はフォームが膨張した場合の図２に類似する図である。
【図４】 図４は本発明による構造フォームによって強化された他の代表的なプラスチッ
クパーツを上から見た平面図である。
【図５】 図５はフォームが非膨張状態である場合の図４に示されるパーツを正面から見
た断面図である。
【図６】 図６はフォームが膨張した場合の図５に類似する図である。
【図７】 図７は本発明を用いたピックアップトラックの荷台の斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 31:30 Ｂ６２Ｄ 33/02 Ｂ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 コシー，ヴェッティハラ，シー． アメリカ合衆国，ミシガン州 48301，ブ ルームフィールド ヒルズ，ホワイト パ インズ ドライブ 7030 Ｆターム(参考） 4F204 AA13K AA31K AA39K AA43K AC01 AD04 EA01 EB01 EF01

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エポキシ，スチレン，アクリレート及びウレタンからなる群から選択されるポ
    リマー結合樹脂から複合(syntactic)構造フォームを配合し、前記結合樹脂に引 張り応力及び強度増強成分並びに重量低減及び費用低下成分を加え、前記構造フ
    ォームをパーツに対して配置し、前記構造フォームを硬化させて前記構造フォー
    ムをパーツに結合させることによってパーツを補強することを含む、パーツを補
    強する方法。
  2. 【請求項２】 前記引張り応力及び強度増強成分がビーズである、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ビーズがガラスビーズである、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 硬化の際にフォームを膨張させるために膨張剤を使用することを含む、請求項
    ２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記膨張剤が化学的膨張剤である、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記膨張剤が物理的膨張剤である、請求項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ポリマー特性を調整するためにフォーム中に硬化システムを含ませる、請求項
    ４に記載の方法。
  8. 【請求項８】 堅さ（toughness）及び強度(strength)を増加させるためにフォーム中にゴム 及びファイバーを含ませる、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 流動性及び低粘度を調整するためにフォーム中に流動用試薬及び希釈剤を含ま
    せる、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 フォームのより強い物理的特性を得るためにポリマーをフィラーに結合させる
    ためのフィラー表面処理が含まれる、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記フィラー表面処理にチタン酸塩を使用する、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 フォーム中に内部モールドリリース剤を含有させ、高温で前記フォームを硬化
    させる、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 周囲温度でフォームを硬化させ、フォームを既に成形されたパーツに結合させ
    る、請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記パーツがプラスチック材料で形成されている、請求項１0に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記パーツが自動車構成部品である、請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記パーツがピックアップトラックの荷台である、請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記フォームが離れた箇所のパーツに結合される、請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記パーツが中空モールドパーツであり、前記フォーム前記パーツを充填する
    、請求項１０に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記パーツがプラスチック材料で形成されている、請求項１に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記プラスチック材料がＳＭＣ及びＡＢＳからなる群から選択される、請求項
    １９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１に記載の方法によって形成される補強されたパーツ。
  22. 【請求項２２】 請求項１４に記載の方法によって形成される補強されたパーツ。
  23. 【請求項２３】 請求項１０に記載の方法によって形成されるピックアップトラックの荷台。
  24. 【請求項２４】 上記荷台が２層のプラスチック材料を含み、上記フォームが該層の間のコアシ
    ートである、請求項２３に記載の荷台。
  25. 【請求項２５】 上記プラスチック材料がＳＭＣである、請求項２４に記載の荷台。
JP2000509573A 1997-08-21 1998-08-19 パーツ補強用高性能構造フォーム Pending JP2001526122A (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US5687097P 1997-08-21 1997-08-21
US60/056,870 1997-08-21
US09/135,036 US6451231B1 (en) 1997-08-21 1998-08-17 Method of forming a high performance structural foam for stiffening parts
US09/135,036 1998-08-17
PCT/US1998/016461 WO1999008854A1 (en) 1997-08-21 1998-08-19 High performance structural foam for stiffening parts

Publications (1)

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JP2001526122A true JP2001526122A (ja) 2001-12-18

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