JP2003302420A - 加速度計 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/13—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position
- G01P15/132—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position with electromagnetic counterbalancing means
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温環境下においても安定した性能を有する
温度特性に優れた加速度計を提供する。 【解決手段】 ヒンジ１３を介して振子１２を支持する
枠体１１が一対のハウジング１４，１５によって挟持さ
れ、振子１２の変位を振子１２の両板面に形成した電極
２３と、それら電極２３と対向してハウジング１４，１
５にそれぞれ一体形成した電極面１４ｃ，１５ｃとの間
の静電容量の変化によって検出する加速度計において、
ハウジング１４，１５を導通させるべく、それらの外周
面に配置されて導電性接着剤により固定されるアウター
リング３１の形状をＣ形とする。アウターリング３１に
おける熱応力の発生を緩和でき、導通状態を変化させる
（不良とする）ようなクラックが導電性接着剤内部に発
生しないものとなる。
温度特性に優れた加速度計を提供する。 【解決手段】 ヒンジ１３を介して振子１２を支持する
枠体１１が一対のハウジング１４，１５によって挟持さ
れ、振子１２の変位を振子１２の両板面に形成した電極
２３と、それら電極２３と対向してハウジング１４，１
５にそれぞれ一体形成した電極面１４ｃ，１５ｃとの間
の静電容量の変化によって検出する加速度計において、
ハウジング１４，１５を導通させるべく、それらの外周
面に配置されて導電性接着剤により固定されるアウター
リング３１の形状をＣ形とする。アウターリング３１に
おける熱応力の発生を緩和でき、導通状態を変化させる
（不良とする）ようなクラックが導電性接着剤内部に発
生しないものとなる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は加速度計に関し、
特に高温環境下においても安定した性能を有する温度特
性に優れた加速度計に関する。 【０００２】 【従来の技術】図２は従来の加速度計の一例として、永
久磁石と磁性ハウジングにより形成される磁束と鎖交す
るコイルが振子に取り付けられ、加速度入力による振子
の変位（振れ量）に基づいた電流がコイルに流されて零
点付近で振子が平衡する構成とされたサーボ加速度計の
構造を示したものである。円形状の枠体１１の枠内に位
置する振子１２はその周の一部が切り欠かれた略円板状
とされ、その切り欠き部が一対のヒンジ１３を介して枠
体１１に連結されて枠体１１に支持されている。これら
枠体１１、振子１２及びヒンジ１３は例えばクオーツに
よって一体形成され、ヒンジ１３は肉薄とされて弾性変
形可能とされている。 【０００３】枠体１１の両板面には一対のハウジング１
４，１５が対接され、これらハウジング１４，１５によ
って枠体１１は挟持される。ハウジング１４，１５は共
に一端側が開放され、他端側が閉塞された略円筒状をな
すものとされ、その開放端面が枠体１１に対接される。
これらハウジング１４，１５は導電性を有する磁性材に
よって形成され、その材料としては熱膨張係数が小さい
インバー材が使用される。ハウジング１４，１５の内部
底面の中央部には例えばサマリウム系希土類コバルト磁
石よりなる円柱状の永久磁石１６がそれぞれ取り付けら
れる。永久磁石１６はこの例では円板状のボトムポール
ピース１７を介して取り付けられており、永久磁石１６
の先端面には周縁部が肉厚とされた円板状のポールピー
ス１８が取り付けられている。ボトムポールピース１７
とポールピース１８は電磁軟鉄材（ＪＩＳ Ｃ ２５０
３相当）によって形成される。なお、ボトムポールピー
ス１７はハウジング１４，１５と永久磁石１６との熱膨
張の差を緩和するように作用する。 【０００４】永久磁石１６は例えばポールピース１８と
対接する側がＮ極、ボトムポールピース１７と対接する
側がＳ極とされ、ハウジング１４と永久磁石１６とによ
って磁気回路が構成され、ハウジング１４の開放端内周
面とポールピース１８の外周面との間に磁気空隙１９が
形成される。同様に、ハウジング１５側においても磁気
空隙１９が形成される。これら磁気空隙１９にそれぞれ
位置するようにコイル２１が振子１２の両板面にそれぞ
れ取り付けられる。コイル２１は振子１２側の端面が取
り付け板２２ａによって蓋されたボビン２２に巻回され
ており、この取り付け板２２ａが振子１２に接着固定さ
れてコイル２１が振子１２に取り付けられる。 【０００５】振子１２の両板面にはコイル２１の回りに
おいて円弧状に電極２３がそれぞれ形成されており、こ
れら電極２３と対向する電極がハウジング１４，１５に
よって構成される。このため、ハウジング１４，１５の
開放端端面には振子１２の電極２３が形成された角度範
囲と対応する部分において、図２Ａに示すように外周側
から順次、枠体当接面１４ａ，１５ａ、逃げ１４ｂ，１
５ｂ及び電極面１４ｃ，１５ｃが形成され、電極面１４
ｃ，１５ｃは振子１２の電極２３と所定の間隙を介して
対向される。 【０００６】ハウジング１４，１５の外周面には、それ
らにまたがってアウターリング２４が取り付けられ、こ
のアウターリング２４を介してハウジング１４と１５と
が互いに導通される。アウターリング２４はハウジング
１４，１５と同様、インバー材によって形成され、導電
性接着剤によってそれらハウジング１４，１５に接着固
定されている。図２Ａ中、２５は導電性接着剤を示す。
上記のような構造を有するサーボ加速度計においては、
Ｘ方向の加速度入力により振子１２が振れ、その振子１
２の変位が電極２３と電極面１４ｃ間及び電極２３と電
極面１５ｃ間の静電容量の変化として検出される。電極
面１４ｃ，１５ｃは共通ＧＮＤとされ、振子１２の両板
面の電極２３の変位検出信号が図３Ａに示したようなブ
リッジ回路によって取り出される。図３Ａ中、Ｃ1 ，Ｃ
2 は電極２３と電極面１４ｃ及び電極２３と電極面１５
ｃによって形成される静電容量を示す。 【０００７】これら変位検出信号は差動増幅され、一対
のコイル２１に静電容量差に基づいた電流が流される。
このコイル２１に流れる電流と永久磁石１６による磁界
との作用により、振子１２は元に戻り、零点付近で平衡
する。この時の電流は振子１２に加わった加速度に比例
し、この電流から入力加速度が求められる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば油田
掘削の際に使用される加速度計のように、高温に晒され
る加速度計においては、そのような高温環境下において
も安定した性能が得られるように、つまり正確な測定が
行えるように良好な温度特性が要求される。この点、上
述したサーボ加速度計も高温用（１７５℃程度まで）と
して従来、使用されているものであって、所要の温度特
性が得られるように考慮された構成となっており、即ち
温度変化に伴う構成各部の位置ずれや熱応力の発生を極
力抑えるべく、枠体１１、振子１２、ヒンジ１３はクオ
ーツによって構成され、またハウジング１４，１５には
熱膨張係数が小さいインバー材が使用され、さらにアウ
ターリング２４にもハウジング１４，１５と熱膨張係数
を一致させるべく、インバー材が使用されている。 【０００９】しかしながら、アウターリング２４は肉厚
が０．３ｍｍ程度と薄く、ハウジング１４，１５とは形
状的に大きく相違し、その点で加工方法（加工履歴）も
ハウジング１４，１５とは異なることから、実際の加工
品においてはハウジング１４，１５と熱膨張係数が異な
るものとなってしまい、これにより加速度計が高温に晒
されると、アウターリング２４に熱応力が発生して、ア
ウターリング２４が変形し、この変形によって導電性接
着剤の内部に微細なクラックが発生するといった事態が
起きうるものとなっていた。 【００１０】このような導電性接着剤内部のクラックの
発生は導通状態の変化を招き、つまり図３Ｂに示したよ
うにブリッジ回路に可変抵抗Ｒｃが発生することにな
り、この抵抗値が変動することによって加速度計のバイ
アス値が変動する（バイアスがシフトする）といった不
良が発生するものとなっていた。この発明の目的はこの
問題に鑑み、ハウジングとアウターリングとの間の導通
を確保する導電性接着剤内部にクラックが発生しないよ
うにし、クラックに起因するバイアスシフト不良の発生
を防止して、高温環境下においても安定かつ高精度な測
定を行えるようにした加速度計を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】この発明によれば、枠内
にヒンジを介して振子を支持する枠体が一対のハウジン
グによって挟持され、加速度入力による振子の変位を振
子の両板面に形成した電極と、それら電極と対向して両
ハウジングにそれぞれ一体形成した電極面との間の静電
容量の変化によって検出する構成とされ、一対のハウジ
ングがそれらの外周面に配置されて導電性接着剤により
固定されたアウターリングを介して導通されている加速
度計において、アウターリングの形状が、その周の一部
が切り欠かれてなるＣ形とされる。 【００１２】 【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１はこの発明の一実施
例を示したものであり、図２と対応する部分には同一符
号を付し、その詳細な説明を省略する。この例ではハウ
ジング１４と１５とを導通させるために、ハウジング１
４，１５の外周面にそれらにまたがって配置され、導電
性接着剤２５によってそれらハウジング１４，１５に接
着固定されるアウターリング３１は、その周の一部が切
り欠かれてなるＣ形形状を有するものとされる。 【００１３】このＣ形とされたアウターリング３１は図
２におけるＯ形（閉塞されたループ）をなす従来のアウ
ターリング２４と同様、インバー材によって形成され、
即ちハウジング１４，１５と同一材料を用いて形成され
る。アウターリング３１の形状をこのようにＣ形とする
ことにより、加速度計が高温に晒された場合に、アウタ
ーリング３１に発生する熱応力を大幅に緩和することが
できるため、この例では導電性接着剤内部にクラックが
発生しないものとなる。従って、この例によれば、ブリ
ッジ回路に可変抵抗Ｒｃが図３Ｂに示したように発生す
ることはなく、バイアスがシフトするといった不良は発
生しないものとなる。 【００１４】なお、アウターリング３１の内周面の枠体
１１と対接する位置には、アウターリング３１の接着時
に、導電性接着剤２５が枠体１１とハウジング１４，１
５との界面から内部に浸透することを防止するために凹
部（逃げ）３２が全周にわたって設けられている。上述
した実施例ではサーボ加速度計を例に説明したが、これ
に限るものではなく、この種のアウターリングを有する
静電容量方式の加速度計であれば、この発明を適用する
ことができる。 【００１５】 【発明の効果】以上説明したように、この発明ではアウ
ターリングの形状をＣ形としたことにより、加速度計が
高温に晒されてもアウターリングにおける熱応力の発生
を大幅に緩和することができ、よってアウターリングを
ハウジングに接着固定している導電性接着剤内部にクラ
ックは発生せず、そのようなクラックに起因して加速度
計のバイアス値が変動する（バイアスがシフトする）と
いった不良は発生しないものとなる。従って、この発明
によれば、高温環境下においても安定した性能を有する
温度特性に優れた加速度計を得ることができる。
特に高温環境下においても安定した性能を有する温度特
性に優れた加速度計に関する。 【０００２】 【従来の技術】図２は従来の加速度計の一例として、永
久磁石と磁性ハウジングにより形成される磁束と鎖交す
るコイルが振子に取り付けられ、加速度入力による振子
の変位（振れ量）に基づいた電流がコイルに流されて零
点付近で振子が平衡する構成とされたサーボ加速度計の
構造を示したものである。円形状の枠体１１の枠内に位
置する振子１２はその周の一部が切り欠かれた略円板状
とされ、その切り欠き部が一対のヒンジ１３を介して枠
体１１に連結されて枠体１１に支持されている。これら
枠体１１、振子１２及びヒンジ１３は例えばクオーツに
よって一体形成され、ヒンジ１３は肉薄とされて弾性変
形可能とされている。 【０００３】枠体１１の両板面には一対のハウジング１
４，１５が対接され、これらハウジング１４，１５によ
って枠体１１は挟持される。ハウジング１４，１５は共
に一端側が開放され、他端側が閉塞された略円筒状をな
すものとされ、その開放端面が枠体１１に対接される。
これらハウジング１４，１５は導電性を有する磁性材に
よって形成され、その材料としては熱膨張係数が小さい
インバー材が使用される。ハウジング１４，１５の内部
底面の中央部には例えばサマリウム系希土類コバルト磁
石よりなる円柱状の永久磁石１６がそれぞれ取り付けら
れる。永久磁石１６はこの例では円板状のボトムポール
ピース１７を介して取り付けられており、永久磁石１６
の先端面には周縁部が肉厚とされた円板状のポールピー
ス１８が取り付けられている。ボトムポールピース１７
とポールピース１８は電磁軟鉄材（ＪＩＳ Ｃ ２５０
３相当）によって形成される。なお、ボトムポールピー
ス１７はハウジング１４，１５と永久磁石１６との熱膨
張の差を緩和するように作用する。 【０００４】永久磁石１６は例えばポールピース１８と
対接する側がＮ極、ボトムポールピース１７と対接する
側がＳ極とされ、ハウジング１４と永久磁石１６とによ
って磁気回路が構成され、ハウジング１４の開放端内周
面とポールピース１８の外周面との間に磁気空隙１９が
形成される。同様に、ハウジング１５側においても磁気
空隙１９が形成される。これら磁気空隙１９にそれぞれ
位置するようにコイル２１が振子１２の両板面にそれぞ
れ取り付けられる。コイル２１は振子１２側の端面が取
り付け板２２ａによって蓋されたボビン２２に巻回され
ており、この取り付け板２２ａが振子１２に接着固定さ
れてコイル２１が振子１２に取り付けられる。 【０００５】振子１２の両板面にはコイル２１の回りに
おいて円弧状に電極２３がそれぞれ形成されており、こ
れら電極２３と対向する電極がハウジング１４，１５に
よって構成される。このため、ハウジング１４，１５の
開放端端面には振子１２の電極２３が形成された角度範
囲と対応する部分において、図２Ａに示すように外周側
から順次、枠体当接面１４ａ，１５ａ、逃げ１４ｂ，１
５ｂ及び電極面１４ｃ，１５ｃが形成され、電極面１４
ｃ，１５ｃは振子１２の電極２３と所定の間隙を介して
対向される。 【０００６】ハウジング１４，１５の外周面には、それ
らにまたがってアウターリング２４が取り付けられ、こ
のアウターリング２４を介してハウジング１４と１５と
が互いに導通される。アウターリング２４はハウジング
１４，１５と同様、インバー材によって形成され、導電
性接着剤によってそれらハウジング１４，１５に接着固
定されている。図２Ａ中、２５は導電性接着剤を示す。
上記のような構造を有するサーボ加速度計においては、
Ｘ方向の加速度入力により振子１２が振れ、その振子１
２の変位が電極２３と電極面１４ｃ間及び電極２３と電
極面１５ｃ間の静電容量の変化として検出される。電極
面１４ｃ，１５ｃは共通ＧＮＤとされ、振子１２の両板
面の電極２３の変位検出信号が図３Ａに示したようなブ
リッジ回路によって取り出される。図３Ａ中、Ｃ1 ，Ｃ
2 は電極２３と電極面１４ｃ及び電極２３と電極面１５
ｃによって形成される静電容量を示す。 【０００７】これら変位検出信号は差動増幅され、一対
のコイル２１に静電容量差に基づいた電流が流される。
このコイル２１に流れる電流と永久磁石１６による磁界
との作用により、振子１２は元に戻り、零点付近で平衡
する。この時の電流は振子１２に加わった加速度に比例
し、この電流から入力加速度が求められる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば油田
掘削の際に使用される加速度計のように、高温に晒され
る加速度計においては、そのような高温環境下において
も安定した性能が得られるように、つまり正確な測定が
行えるように良好な温度特性が要求される。この点、上
述したサーボ加速度計も高温用（１７５℃程度まで）と
して従来、使用されているものであって、所要の温度特
性が得られるように考慮された構成となっており、即ち
温度変化に伴う構成各部の位置ずれや熱応力の発生を極
力抑えるべく、枠体１１、振子１２、ヒンジ１３はクオ
ーツによって構成され、またハウジング１４，１５には
熱膨張係数が小さいインバー材が使用され、さらにアウ
ターリング２４にもハウジング１４，１５と熱膨張係数
を一致させるべく、インバー材が使用されている。 【０００９】しかしながら、アウターリング２４は肉厚
が０．３ｍｍ程度と薄く、ハウジング１４，１５とは形
状的に大きく相違し、その点で加工方法（加工履歴）も
ハウジング１４，１５とは異なることから、実際の加工
品においてはハウジング１４，１５と熱膨張係数が異な
るものとなってしまい、これにより加速度計が高温に晒
されると、アウターリング２４に熱応力が発生して、ア
ウターリング２４が変形し、この変形によって導電性接
着剤の内部に微細なクラックが発生するといった事態が
起きうるものとなっていた。 【００１０】このような導電性接着剤内部のクラックの
発生は導通状態の変化を招き、つまり図３Ｂに示したよ
うにブリッジ回路に可変抵抗Ｒｃが発生することにな
り、この抵抗値が変動することによって加速度計のバイ
アス値が変動する（バイアスがシフトする）といった不
良が発生するものとなっていた。この発明の目的はこの
問題に鑑み、ハウジングとアウターリングとの間の導通
を確保する導電性接着剤内部にクラックが発生しないよ
うにし、クラックに起因するバイアスシフト不良の発生
を防止して、高温環境下においても安定かつ高精度な測
定を行えるようにした加速度計を提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】この発明によれば、枠内
にヒンジを介して振子を支持する枠体が一対のハウジン
グによって挟持され、加速度入力による振子の変位を振
子の両板面に形成した電極と、それら電極と対向して両
ハウジングにそれぞれ一体形成した電極面との間の静電
容量の変化によって検出する構成とされ、一対のハウジ
ングがそれらの外周面に配置されて導電性接着剤により
固定されたアウターリングを介して導通されている加速
度計において、アウターリングの形状が、その周の一部
が切り欠かれてなるＣ形とされる。 【００１２】 【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１はこの発明の一実施
例を示したものであり、図２と対応する部分には同一符
号を付し、その詳細な説明を省略する。この例ではハウ
ジング１４と１５とを導通させるために、ハウジング１
４，１５の外周面にそれらにまたがって配置され、導電
性接着剤２５によってそれらハウジング１４，１５に接
着固定されるアウターリング３１は、その周の一部が切
り欠かれてなるＣ形形状を有するものとされる。 【００１３】このＣ形とされたアウターリング３１は図
２におけるＯ形（閉塞されたループ）をなす従来のアウ
ターリング２４と同様、インバー材によって形成され、
即ちハウジング１４，１５と同一材料を用いて形成され
る。アウターリング３１の形状をこのようにＣ形とする
ことにより、加速度計が高温に晒された場合に、アウタ
ーリング３１に発生する熱応力を大幅に緩和することが
できるため、この例では導電性接着剤内部にクラックが
発生しないものとなる。従って、この例によれば、ブリ
ッジ回路に可変抵抗Ｒｃが図３Ｂに示したように発生す
ることはなく、バイアスがシフトするといった不良は発
生しないものとなる。 【００１４】なお、アウターリング３１の内周面の枠体
１１と対接する位置には、アウターリング３１の接着時
に、導電性接着剤２５が枠体１１とハウジング１４，１
５との界面から内部に浸透することを防止するために凹
部（逃げ）３２が全周にわたって設けられている。上述
した実施例ではサーボ加速度計を例に説明したが、これ
に限るものではなく、この種のアウターリングを有する
静電容量方式の加速度計であれば、この発明を適用する
ことができる。 【００１５】 【発明の効果】以上説明したように、この発明ではアウ
ターリングの形状をＣ形としたことにより、加速度計が
高温に晒されてもアウターリングにおける熱応力の発生
を大幅に緩和することができ、よってアウターリングを
ハウジングに接着固定している導電性接着剤内部にクラ
ックは発生せず、そのようなクラックに起因して加速度
計のバイアス値が変動する（バイアスがシフトする）と
いった不良は発生しないものとなる。従って、この発明
によれば、高温環境下においても安定した性能を有する
温度特性に優れた加速度計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明の一実施例を示す断面図、Ｂはそ
の側面図。 【図２】Ａは従来の加速度計を示す断面図、ＢはそのＣ
Ｃ断面図。 【図３】静電容量の変化から変位検出信号を取り出すた
めのブリッジ回路を示す図、Ａは正常な状態を示し、Ｂ
は不良状態を示す。
の側面図。 【図２】Ａは従来の加速度計を示す断面図、ＢはそのＣ
Ｃ断面図。 【図３】静電容量の変化から変位検出信号を取り出すた
めのブリッジ回路を示す図、Ａは正常な状態を示し、Ｂ
は不良状態を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 枠内にヒンジを介して振子を支持する枠
体が一対のハウジングによって挟持され、加速度入力に
よる振子の変位を、振子の両板面に形成した電極と、そ
れら電極と対向して両ハウジングにそれぞれ一体形成し
た電極面との間の静電容量の変化によって検出する加速
度計であって、上記一対のハウジングがそれらの外周面
に配置されて導電性接着剤により固定されたアウターリ
ングを介して導通されている加速度計において、 上記アウターリングの形状を、その周の一部が切り欠か
れてなるＣ形としたことを特徴とする加速度計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104300A JP2003302420A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 加速度計 |
| US10/407,060 US20030188578A1 (en) | 2002-04-05 | 2003-04-02 | Accelerometer |
| EP03007425A EP1353186A3 (en) | 2002-04-05 | 2003-04-03 | Accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104300A JP2003302420A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 加速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003302420A true JP2003302420A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=28449891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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