JP2002373670A - 燃料電池用セパレータ製造方法 - Google Patents
燃料電池用セパレータ製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスを発生するプリフォームであっても安定
したプレス成形が実施できる技術を提供する。 【解決手段】 受け面３１が平坦であるとともにヒータ
３２を備えた下型３３の受け面１１にプリフォーム２０
をそれの突起が当るようにして載せ、溝形成用凸部３４
及びヒータ３５を備える上型３６を白抜き矢印の様に型
合せすることで、加熱しながら所望の形状にプレス成形
を実施する。 【効果】 平坦な成形面にプリフォームの凹凸の凸を接
触させ、発生ガスは凹を通じて逃す。発生ガスが溜ると
プリフォームが横ずれしやすくなるが、本発明では凹凸
でガスを逃すことができるので、プリフォームの横ずれ
を抑えることができる。
したプレス成形が実施できる技術を提供する。 【解決手段】 受け面３１が平坦であるとともにヒータ
３２を備えた下型３３の受け面１１にプリフォーム２０
をそれの突起が当るようにして載せ、溝形成用凸部３４
及びヒータ３５を備える上型３６を白抜き矢印の様に型
合せすることで、加熱しながら所望の形状にプレス成形
を実施する。 【効果】 平坦な成形面にプリフォームの凹凸の凸を接
触させ、発生ガスは凹を通じて逃す。発生ガスが溜ると
プリフォームが横ずれしやすくなるが、本発明では凹凸
でガスを逃すことができるので、プリフォームの横ずれ
を抑えることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用セパレー
タ製造法の改良に関する。
タ製造法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を
利用し、水素と酸素とを反応させ水てを得る過程で電気
を得ることができるという電池である。一般に、水素に
燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換
えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用す
ることが多い。
利用し、水素と酸素とを反応させ水てを得る過程で電気
を得ることができるという電池である。一般に、水素に
燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換
えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用す
ることが多い。
【０００３】この様な燃料電池は、例えば特開２０００
−１２３８４８「燃料電池」に示されており、同公報の
図１において、電解質膜１８（符号は公報記載のものを
使用する。以下同じ。）にアノード側電極２０及びカソ
ード側電極２２を添わせ、これらをガスケット２４，２
６を介して第１セパレータ１４と第２セパレータ１６で
挟むことでセルモジュールを構成する。
−１２３８４８「燃料電池」に示されており、同公報の
図１において、電解質膜１８（符号は公報記載のものを
使用する。以下同じ。）にアノード側電極２０及びカソ
ード側電極２２を添わせ、これらをガスケット２４，２
６を介して第１セパレータ１４と第２セパレータ１６で
挟むことでセルモジュールを構成する。
【０００４】詳細には、第１セパレータ１４の内側面１
４ａに燃料ガス流路３８が形成され、第２セパレータ１
６の内側面１６ａに酸化剤ガス流路４６が形成され、各
々中央の電解質膜１８に燃料ガスと酸化剤ガスとを臨ま
せる構造になっている。図１に記載の１個のセルモジュ
ールで得る電気出力はごく小さいので、この様なセルモ
ジュールを多数個積層することで、所望の電気出力を得
る。従って、セパレータ１４，１６は隣のセルに燃料ガ
スや酸化剤ガスが移らぬ（洩れぬ）ようにする分離部材
であることから「セパレータ」と呼ばれる。
４ａに燃料ガス流路３８が形成され、第２セパレータ１
６の内側面１６ａに酸化剤ガス流路４６が形成され、各
々中央の電解質膜１８に燃料ガスと酸化剤ガスとを臨ま
せる構造になっている。図１に記載の１個のセルモジュ
ールで得る電気出力はごく小さいので、この様なセルモ
ジュールを多数個積層することで、所望の電気出力を得
る。従って、セパレータ１４，１６は隣のセルに燃料ガ
スや酸化剤ガスが移らぬ（洩れぬ）ようにする分離部材
であることから「セパレータ」と呼ばれる。
【０００５】セパレータは、内側面に燃料ガス流路又は
酸化剤ガス流路を備えるが、ガスを効果的にアノード側
電極２０及びカソード側電極２２に接触させる必要があ
り、そのために、ガス流路３８，４６はごく浅い溝を多
数本条設する必要がある。上記公報にはセパレータの具
体的製造方法は記載さていないが、代表的な製造方法は
以下の通りである。
酸化剤ガス流路を備えるが、ガスを効果的にアノード側
電極２０及びカソード側電極２２に接触させる必要があ
り、そのために、ガス流路３８，４６はごく浅い溝を多
数本条設する必要がある。上記公報にはセパレータの具
体的製造方法は記載さていないが、代表的な製造方法は
以下の通りである。
【０００６】実験室レベルであれば、樹脂板若しくは金
属板からなる母材の面を機械切削することで溝を形成す
る。又、溝を開口したマスクを母材に載せ、その上から
ショットブラストを吹き付け、溝を形成する。しかし、
機械切削やショットブラストでは製造コストが嵩み、実
用的でない。そこで、量産が容易で製造コストを下げる
ことのできるプレス成形法が期待される。
属板からなる母材の面を機械切削することで溝を形成す
る。又、溝を開口したマスクを母材に載せ、その上から
ショットブラストを吹き付け、溝を形成する。しかし、
機械切削やショットブラストでは製造コストが嵩み、実
用的でない。そこで、量産が容易で製造コストを下げる
ことのできるプレス成形法が期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、プレス
成形法を用いてセパレータの製造を種々試みたが、次に
示す課題が発生した。図１２はプレス成形法の原理図で
あり、受け面１０１が平坦である下型１０２にプリフォ
ーム１０３を載せ、溝形成用凸部１０５を備える上型１
０６を白抜き矢印の様に型合せすることで、所望の形状
にプレス成形しようとすると、プリフォーム１０３が矢
印又はのごとく成形前又は溝形成用凸部１０５がプ
リフォーム１０３に接触した瞬間に横移動することが分
かった。これでは正確なプレス成形を実施することはで
きない。
成形法を用いてセパレータの製造を種々試みたが、次に
示す課題が発生した。図１２はプレス成形法の原理図で
あり、受け面１０１が平坦である下型１０２にプリフォ
ーム１０３を載せ、溝形成用凸部１０５を備える上型１
０６を白抜き矢印の様に型合せすることで、所望の形状
にプレス成形しようとすると、プリフォーム１０３が矢
印又はのごとく成形前又は溝形成用凸部１０５がプ
リフォーム１０３に接触した瞬間に横移動することが分
かった。これでは正確なプレス成形を実施することはで
きない。
【０００８】そこで、詳細に調べたところ、プリフォー
ム１０３はカーボン粒と樹脂粒を結合させるためにバイ
ンダを用いるが、このバインダの一部がガス化する。こ
のガスの更に一部がプリフォーム１０３から洩れて受け
面１０１とプリフォーム１０３下面との間に溜まり、僅
かな力若しくは振動を受けるだけで簡単にプリフォーム
１０３が横ずれすることが判明した。そこで、本発明の
目的はガスを発生するプリフォームであっても安定した
プレス成形が実施できる技術を提供することにある。
ム１０３はカーボン粒と樹脂粒を結合させるためにバイ
ンダを用いるが、このバインダの一部がガス化する。こ
のガスの更に一部がプリフォーム１０３から洩れて受け
面１０１とプリフォーム１０３下面との間に溜まり、僅
かな力若しくは振動を受けるだけで簡単にプリフォーム
１０３が横ずれすることが判明した。そこで、本発明の
目的はガスを発生するプリフォームであっても安定した
プレス成形が実施できる技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、カーボンと熱硬化性樹脂とにバインダを
加え、混練し、成形することで平板状のプリフォームを
製造するプリフォーム製造工程と、このプリフォームを
所定の形状に圧縮成形すると共に硬化温度に加熱するこ
とでセパレータを製造するセパレータ製造工程とからな
る燃料電池用セパレータ製造方法において、プリフォー
ム製造工程で、プリフォームの上面と下面の少なくとも
一方に、横滑りを防止する凹凸を一体成形することを特
徴とする。
に請求項１は、カーボンと熱硬化性樹脂とにバインダを
加え、混練し、成形することで平板状のプリフォームを
製造するプリフォーム製造工程と、このプリフォームを
所定の形状に圧縮成形すると共に硬化温度に加熱するこ
とでセパレータを製造するセパレータ製造工程とからな
る燃料電池用セパレータ製造方法において、プリフォー
ム製造工程で、プリフォームの上面と下面の少なくとも
一方に、横滑りを防止する凹凸を一体成形することを特
徴とする。
【００１０】金型の成形面が平坦であっても、この平坦
な成形面に凹凸の凸を接触させる。発生ガスは凹を通じ
て逃す。従って、プリフォームの横ずれを防止すること
ができる。
な成形面に凹凸の凸を接触させる。発生ガスは凹を通じ
て逃す。従って、プリフォームの横ずれを防止すること
ができる。
【００１１】請求項２では、凹凸はプリフォームの上面
及び下面に成形することを特徴とする。
及び下面に成形することを特徴とする。
【００１２】上下型ともに成形面が平坦であっても、安
定したプレス成形がなせる。又は、片面のみ凹凸を設け
ると、プリフォームの上下を確認しながら金型にセット
しなければならないが、両面に凹凸があれば、上下を確
認する必要が無くなり、作業者の負担を大幅に軽減する
ことができる。
定したプレス成形がなせる。又は、片面のみ凹凸を設け
ると、プリフォームの上下を確認しながら金型にセット
しなければならないが、両面に凹凸があれば、上下を確
認する必要が無くなり、作業者の負担を大幅に軽減する
ことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。図１は本発明に係る燃料電池用
セパレータの製造フロー図である。ＳＴ××はステップ
番号を示す。 ＳＴ０１：所定の配合割合でカーボン粉末と熱硬化性樹
脂粉末をブレンドし、適量のバインダを加えて、混練す
る。 ＳＴ０２：混練したものを次の要領で成形することで、
プリフォームを造る。
づいて以下に説明する。図１は本発明に係る燃料電池用
セパレータの製造フロー図である。ＳＴ××はステップ
番号を示す。 ＳＴ０１：所定の配合割合でカーボン粉末と熱硬化性樹
脂粉末をブレンドし、適量のバインダを加えて、混練す
る。 ＳＴ０２：混練したものを次の要領で成形することで、
プリフォームを造る。
【００１４】図２は本発明に係るプリフォーム成形型の
原理図であり、プリフォーム成形下型１１の成形面１２
に複数の球状凹部１３を設け、この様な成形面１２に混
練物１４を所定量載せる。そして、成形面１６が平坦な
プリフォーム成形上型１７を白抜き矢印のごとく下げ
て、混練物１４を加圧成形する。図３は本発明に係るプ
リフォーム成形型の作用図であり、プリフォーム成形下
型１１とプリフォーム成形上型１７とにより、所望の形
状のプリフォーム２０を得ることができたことを示す。
原理図であり、プリフォーム成形下型１１の成形面１２
に複数の球状凹部１３を設け、この様な成形面１２に混
練物１４を所定量載せる。そして、成形面１６が平坦な
プリフォーム成形上型１７を白抜き矢印のごとく下げ
て、混練物１４を加圧成形する。図３は本発明に係るプ
リフォーム成形型の作用図であり、プリフォーム成形下
型１１とプリフォーム成形上型１７とにより、所望の形
状のプリフォーム２０を得ることができたことを示す。
【００１５】図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るプリフ
ォーム（第１実施例）の正面図及び底面図であり、
（ａ）に示す通りに、プリフォーム２０は上面２１が平
坦で、下面２２に複数の突起２３・・・（・・・は複数を示
す。以下同じ）を有する。（ｂ）は下面２２に複数の突
起２３・・・を千鳥配置してあることを示す。
ォーム（第１実施例）の正面図及び底面図であり、
（ａ）に示す通りに、プリフォーム２０は上面２１が平
坦で、下面２２に複数の突起２３・・・（・・・は複数を示
す。以下同じ）を有する。（ｂ）は下面２２に複数の突
起２３・・・を千鳥配置してあることを示す。
【００１６】図５は本発明に係るセパレータ成形型の断
面図であり、受け面３１が平坦であるとともにヒータ３
２を備えた下型３３の受け面１１にプリフォーム２０を
それの突起２３・・・（図６参照）が当るようにして載
せ、溝形成用凸部３４及びヒータ３５を備える上型３６
を白抜き矢印の様に型合せすることで、加熱しながら所
望の形状にプレス成形を実施する。
面図であり、受け面３１が平坦であるとともにヒータ３
２を備えた下型３３の受け面１１にプリフォーム２０を
それの突起２３・・・（図６参照）が当るようにして載
せ、溝形成用凸部３４及びヒータ３５を備える上型３６
を白抜き矢印の様に型合せすることで、加熱しながら所
望の形状にプレス成形を実施する。
【００１７】図６は図５の６部拡大図であり、平坦な受
け面３１に突起２３・・・が接触しているために、受け面
３１との間に突起２３の突出高さに相当する隙間（凹
部）が出来る。この隙間を発生ガスが通過するため、発
生ガスが受け面３１上に溜る心配はない。また、突起２
３・・・が粗面を構成していると考えれば、摩擦係数が高
まり、受け面３１との間での摩擦抵抗力が増す。従っ
て、プレス成形直前にプリフォーム２０が横ずれする虞
れはない。
け面３１に突起２３・・・が接触しているために、受け面
３１との間に突起２３の突出高さに相当する隙間（凹
部）が出来る。この隙間を発生ガスが通過するため、発
生ガスが受け面３１上に溜る心配はない。また、突起２
３・・・が粗面を構成していると考えれば、摩擦係数が高
まり、受け面３１との間での摩擦抵抗力が増す。従っ
て、プレス成形直前にプリフォーム２０が横ずれする虞
れはない。
【００１８】図１に戻って、ＳＴ０３の圧縮成形を図
５，６により実施し、ＳＴ０４で加熱硬化処理、すなわ
ち、図５のヒータ３２，３５で熱硬化温度まで加熱する
ことにより熱硬化性樹脂の硬化処理を施す。これで、所
望のセパレータを得ることができる。
５，６により実施し、ＳＴ０４で加熱硬化処理、すなわ
ち、図５のヒータ３２，３５で熱硬化温度まで加熱する
ことにより熱硬化性樹脂の硬化処理を施す。これで、所
望のセパレータを得ることができる。
【００１９】前記図４で突起２３を凸、突起以外の部位
を凹と看做すことが出来、この様な凹凸の形態は各種の
ものを示すことができる。それを、以下説明する。図７
（ａ），（ｂ）は本発明に係るプリフォームの別実施例
（第２実施例）の正面図及び底面図であり、（ａ）に示
す通りに、プリフォーム２０Ｂは上面２１が平坦で、下
面２２に複数の突起２３・・・を有する。（ｂ）は下面２
２に複数の突起２３・・・を格子若しくは碁盤目配置して
あることを示す。
を凹と看做すことが出来、この様な凹凸の形態は各種の
ものを示すことができる。それを、以下説明する。図７
（ａ），（ｂ）は本発明に係るプリフォームの別実施例
（第２実施例）の正面図及び底面図であり、（ａ）に示
す通りに、プリフォーム２０Ｂは上面２１が平坦で、下
面２２に複数の突起２３・・・を有する。（ｂ）は下面２
２に複数の突起２３・・・を格子若しくは碁盤目配置して
あることを示す。
【００２０】図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るプリフ
ォームの別実施例（第３実施例）の正面図及び底面図で
あり、（ａ）に示す通りに、プリフォーム２０Ｃは上面
２１が平坦で、下面２２に複数の溝２４・・・を有し、溝
２４と溝２４との間が凸部２５になる。（ｂ）は下面２
２に複数の溝２４・・・を格子若しくは碁盤目配置してあ
ることを示す。
ォームの別実施例（第３実施例）の正面図及び底面図で
あり、（ａ）に示す通りに、プリフォーム２０Ｃは上面
２１が平坦で、下面２２に複数の溝２４・・・を有し、溝
２４と溝２４との間が凸部２５になる。（ｂ）は下面２
２に複数の溝２４・・・を格子若しくは碁盤目配置してあ
ることを示す。
【００２１】図９は本発明に係るプリフォームの別実施
例（第４実施例）の正面図であり、プリフォーム２０Ｄ
は下面にＶ溝２７・・・を条設したことを特徴とし、Ｖ溝
２７とＶ溝２７との間が凸部２５になる。図１０は本発
明に係るプリフォームの別実施例（第５実施例）の正面
図であり、プリフォーム２０Ｅは下面に突起２３，２３
及びＶ溝２７・・・を条設したことを特徴とする。
例（第４実施例）の正面図であり、プリフォーム２０Ｄ
は下面にＶ溝２７・・・を条設したことを特徴とし、Ｖ溝
２７とＶ溝２７との間が凸部２５になる。図１０は本発
明に係るプリフォームの別実施例（第５実施例）の正面
図であり、プリフォーム２０Ｅは下面に突起２３，２３
及びＶ溝２７・・・を条設したことを特徴とする。
【００２２】図１１は図５の別実施例図であり、受け面
３１が平坦であるとともにヒータ３２を備えた下型３３
と、成形面３８が平坦であるととともにヒータ３５を備
える上型３６を準備する。また、上面２１に突起２８を
形成し、下面２２に突起２３・・・を成形してなるプリフ
ォーム２０Ｆを別途成形する。そして、このプリフォー
ム２０Ｆを下型３３の受け面３１に載せれば、突起２３
・・・の作用でプリフォーム２０Ｆが受け面３１上を横移
動する虞れはない。また、プリフォーム２０Ｆに上型３
６の平坦な成形面３８が当ったときに突起２８・・・の作
用でプリフォーム２０Ｆの横ずれを防止する。
３１が平坦であるとともにヒータ３２を備えた下型３３
と、成形面３８が平坦であるととともにヒータ３５を備
える上型３６を準備する。また、上面２１に突起２８を
形成し、下面２２に突起２３・・・を成形してなるプリフ
ォーム２０Ｆを別途成形する。そして、このプリフォー
ム２０Ｆを下型３３の受け面３１に載せれば、突起２３
・・・の作用でプリフォーム２０Ｆが受け面３１上を横移
動する虞れはない。また、プリフォーム２０Ｆに上型３
６の平坦な成形面３８が当ったときに突起２８・・・の作
用でプリフォーム２０Ｆの横ずれを防止する。
【００２３】この例から明らかなように、上下型３３，
３６ともに受け面３１や成形面３８が平坦であっても、
安定したプレス成形がなせる。又は、片面のみ凹凸を設
けると、プリフォームの上下を確認しながら金型にセッ
トしなければならないが、両面に凹凸があれば、上下を
確認する必要が無くなり、作業者の負担を大幅に軽減す
ることができる。
３６ともに受け面３１や成形面３８が平坦であっても、
安定したプレス成形がなせる。又は、片面のみ凹凸を設
けると、プリフォームの上下を確認しながら金型にセッ
トしなければならないが、両面に凹凸があれば、上下を
確認する必要が無くなり、作業者の負担を大幅に軽減す
ることができる。
【００２４】尚、プリフォームに一体形成する凹凸は、
実施例で示したものに限らず、横ずれを防ぐ機能を有す
る突起の集合体であれば、形状や個数は任意である。
実施例で示したものに限らず、横ずれを防ぐ機能を有す
る突起の集合体であれば、形状や個数は任意である。
【００２５】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１では、プリフォームの少なくとも片面に
凹凸を形成する。そして、金型の成形面が平坦であって
も、この平坦な成形面にプリフォームの凹凸の凸を接触
させ、発生ガスは凹を通じて逃す。発生ガスが溜るとプ
リフォームが横ずれしやすくなるが、請求項１では凹凸
でガスを逃すことができるので、プリフォームの横ずれ
を抑えることができる。
する。請求項１では、プリフォームの少なくとも片面に
凹凸を形成する。そして、金型の成形面が平坦であって
も、この平坦な成形面にプリフォームの凹凸の凸を接触
させ、発生ガスは凹を通じて逃す。発生ガスが溜るとプ
リフォームが横ずれしやすくなるが、請求項１では凹凸
でガスを逃すことができるので、プリフォームの横ずれ
を抑えることができる。
【００２６】請求項２では、凹凸はプリフォームの上面
及び下面に成形することを特徴とし、上下型ともに成形
面が平坦であっても、安定したプレス成形がなせる。又
は、片面のみ凹凸を設けると、プリフォームの上下を確
認しながら金型にセットしなければならないが、両面に
凹凸があれば、上下を確認する必要が無くなり、作業者
の負担を大幅に軽減することができる。
及び下面に成形することを特徴とし、上下型ともに成形
面が平坦であっても、安定したプレス成形がなせる。又
は、片面のみ凹凸を設けると、プリフォームの上下を確
認しながら金型にセットしなければならないが、両面に
凹凸があれば、上下を確認する必要が無くなり、作業者
の負担を大幅に軽減することができる。
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造フロ
ー図
ー図
【図２】本発明に係るプリフォーム成形型の原理図
【図３】本発明に係るプリフォーム成形型の作用図
【図４】本発明に係るプリフォーム（第１実施例）の正
面図及び底面図
面図及び底面図
【図５】本発明に係るセパレータ成形型の断面図
【図６】図５の６部拡大図
【図７】本発明に係るプリフォームの別実施例（第２実
施例）の正面図及び底面図
施例）の正面図及び底面図
【図８】本発明に係るプリフォームの別実施例（第３実
施例）の正面図及び底面図
施例）の正面図及び底面図
【図９】本発明に係るプリフォームの別実施例（第４実
施例）の正面図
施例）の正面図
【図１０】本発明に係るプリフォームの別実施例（第５
実施例）の正面図
実施例）の正面図
【図１１】図５の別実施例図
【図１２】プレス成形法の原理図
１１…プリフォーム成形下型、１７…プリフォーム成形
上型、２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ
…プリフォーム、２１…プリフォームの上面、２２…プ
リフォームの下面、２３，２８…凸（突起）、２４…凹
（溝）、２５…凸（凸部）、２６…凹（Ｖ溝）。
上型、２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ
…プリフォーム、２１…プリフォームの上面、２２…プ
リフォームの下面、２３，２８…凸（突起）、２４…凹
（溝）、２５…凸（凸部）、２６…凹（Ｖ溝）。
Claims (2)
- 【請求項１】 カーボンと熱硬化性樹脂とにバインダを
加え、混練し、成形することで平板状のプリフォームを
製造するプリフォーム製造工程と、このプリフォームを
所定の形状に圧縮成形すると共に硬化温度に加熱するこ
とでセパレータを製造するセパレータ製造工程とからな
る燃料電池用セパレータ製造方法において、 前記プリフォーム製造工程で、プリフォームの上面と下
面の少なくとも一方に、横滑りを防止する凹凸を一体成
形することを特徴とする燃料電池用セパレータ製造方
法。 - 【請求項２】 前記凹凸は、プリフォームの上面及び下
面に成形することを特徴とする請求項１記載の燃料電池
用セパレータ製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2006286545A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用セパレータの製造方法および燃料電池用セパレータの製造装置 |
| WO2010116620A1 (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | 昭和電工株式会社 | シートプレス成形方法および燃料電池用セパレータの製造方法 |
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2001
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Patent Citations (1)
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