JP2006233703A - Locking device for base-isolated building - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、免震建物における免震層での水平移動を拘束するロック状態と水平移動を許容するロック解除状態とに切換可能で且つ非地震時にはロック状態に維持され、地震時にはロック解除状態に切り換わる免震建物のロック装置に関する。 The present invention can be switched between a locked state that restrains horizontal movement in a seismic isolation layer in a base-isolated building and an unlocked state that allows horizontal movement, and is maintained in a locked state during a non-earthquake, and is unlocked during an earthquake. The present invention relates to a lock device for a seismically isolated building.
地盤と建物の間や建物の中間階に免震層を設けて、免震層上部の建物に入力される地震力を減衰するようにした免震建物においては、地震によって地盤が揺れた際、免震層での相対的な水平移動によって建物の揺れを軽減できるが、免震層の存在により、強風時に免震層上部の建物が通常の建物よりも大きく揺れ、居住性が低下することがある。これを防ぐために、従来では、大型台風など、まれに起こる程度の強風時に生じる免震層のせん断力レベルまでは、鉛ダンパーなどのダンパー装置によって免震層での水平移動を拘束する方法がとられている。しかしながら、この方法では、そのせん断力レベルまでの小さな地震に対しては免震効果が発揮できないことになる。 In a base-isolated building where a base isolation layer is provided between the ground and the building or on the middle floor of the building so that the seismic force input to the building above the base isolation layer is attenuated, Relative horizontal movement in the seismic isolation layer can reduce the shaking of the building, but due to the presence of the seismic isolation layer, the building above the seismic isolation layer may be shaken more than a normal building in strong winds, reducing the comfortability. is there. In order to prevent this, the conventional method of restraining the horizontal movement in the seismic isolation layer with a damper device such as a lead damper is used up to the shear force level of the seismic isolation layer that occurs in rare cases such as large typhoons. It has been. However, with this method, the seismic isolation effect cannot be exhibited for small earthquakes up to the shear force level.
このような問題の対策として、地盤と地上構造物との間に免震装置と、地盤に対する地上構造物の動的結合のロックおよびロック解除が可能なロック装置を設け、地上構造物には地上構造物に作用する風速を測定する風速計を設けて、当該風速計による測定値が設定値を超えた場合に上記動的結合のロックを行うことにより、風による地上構造物の揺動を阻止するように構成する一方、地盤側に地震センサーを設けて、風速計による測定値が設定値を超えた場合でも、地震が発生したときには、地震センサーの信号を優先させて、上記ロックを解除するように構成した免震建物のロック装置が特許文献1によって提案されている。 As countermeasures against such problems, a seismic isolation device is provided between the ground and the ground structure, and a lock device capable of locking and unlocking the dynamic connection of the ground structure to the ground is provided. An anemometer that measures the wind speed acting on the structure is installed, and when the measured value of the anemometer exceeds the set value, the dynamic coupling is locked to prevent rocking of the ground structure due to the wind. On the other hand, an earthquake sensor is provided on the ground side, and even if the measured value by the anemometer exceeds the set value, the earthquake sensor signal is given priority and the lock is released when an earthquake occurs. Patent Document 1 proposes a seismic isolation building locking device configured as described above.
上記の従来例によれば、強風による建物の揺動を抑止でき、それでいて、強風時に地震が発生しても、地震センサーがこれを感知して、ロックを解除するので、免震効果が発揮され、ロック装置の破損も防止されることになる。しかしながら、この従来例による場合は、ロック装置を作動させるための電源の他、風速計や地震センサー、それらの制御回路など多くの電気部品を必要とし、それに伴って電気的な故障発生箇所が増えるため、免震装置が数十年に一度、発生するか、発生しないかも知れない異常事態に備えた設備であるにもかかわらず、信頼性を確保するために頻繁な保守点検が要求されることになる。 According to the above conventional example, the building can be prevented from swinging due to strong winds, and even if an earthquake occurs during strong winds, the seismic sensor detects this and releases the lock. Further, breakage of the lock device is prevented. However, in the case of this conventional example, in addition to the power source for operating the lock device, many electric parts such as an anemometer, an earthquake sensor, and their control circuit are required, and the number of electrical failure occurrence points increases accordingly. Therefore, despite the fact that the seismic isolation device is once a few decades or is a facility for abnormal situations that may not occur, frequent maintenance inspections are required to ensure reliability. become.
たとえ定期的に保守点検が行われても、停電や漏電など不測な事態が発生しがちな地震時には、地震センサーやそれらの制御回路に電気的な故障が発生する可能性を否定できない。従って、何が起きるか分からない地震時に確実にロック装置を解除動作させるためには、地震センサーからロック装置まで、電気部品に頼らない機械的な構成とすることが望ましいと言える。 Even if regular maintenance inspections are carried out, it is impossible to deny the possibility of electrical failures occurring in the earthquake sensors and their control circuits in the event of an earthquake that is prone to unexpected situations such as power outages and leakages. Therefore, it can be said that it is desirable to have a mechanical configuration that does not rely on electrical components from the earthquake sensor to the locking device in order to reliably release the locking device in the event of an earthquake where it is not known what will happen.
また、特許文献2や特許文献3には、非地震時にはロック状態に維持され、地震時にはロック解除状態に切り換わる機械的な免震建物のロック装置が記載されている。即ち、特許文献2には、建物側から垂下された円柱状の係止突起と、地盤側から立ち上がった円柱状の係止突起に、それらを跨ぐように円筒状のロック部材を套嵌させ、マグネット等からなる支持部材によってロック部材を地盤から所定の高さに保持し、地震により一定以上の上下振動が加わったとき、ロック部材に働く慣性力により支持部材による支持が解除されて、ロック部材が自重によって地盤上に落下し、ロック解除されるロック装置(トリガー機構)が開示されている。
特許文献3には、土台と基礎の間に設けた摩擦固定機構をロック状態に維持するレバーを設け、により免震装置に機械的なトリガー機構が開示されている。特許文献3には、非地震時にはロック状態に維持され、地震時には一定の震度でウエイトがレバー上に落下することによって、レバーが揺動して、ロック解除する機械的なロック装置が開示されている。
これらの従来例による場合は、何れも機械的な構成であるから、故障の心配が少なく、ロック装置としての信頼性は高いが、地震後、作業員が免震層に入り込んで、手動により元のロック状態に再セットすることが必要である。 In these conventional examples, all have a mechanical structure, so there is less worry about failure and the reliability as a locking device is high. However, after an earthquake, an operator enters the seismic isolation layer and manually restores it. It is necessary to reset to the locked state.
本発明は、上記の点に留意して成されたものであって、その目的とするところは、非地震時にはロック状態に維持され、地震時にはロック解除状態に切り換わる機械的なロック装置であるにもかかわらず、地震後には、自動的にロック状態に再セットすることができる免震建物のロック装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above points, and its object is a mechanical locking device that is maintained in a locked state during a non-earthquake and switches to an unlocked state during an earthquake. Nevertheless, an object of the present invention is to provide a lock device for a seismic isolation building that can be automatically reset to a locked state after an earthquake.
上記の課題を解決するために、本発明が講じた技術的手段は、次の通りである。即ち、請求項1に記載の発明は、免震建物における免震層での水平移動を拘束するロック状態と水平移動を許容するロック解除状態とに切換可能で且つ非地震時にはロック状態に維持され、地震時にはロック解除状態に切り換わるロック装置であって、免震層の上部構造物と下部構造物のうち一方に、昇降自在で且つ下降付勢されたダボピンを設け、他方にダボピンを挿脱自在に嵌入させる係止部を設け、ダボピンの近傍にフロートが収容された水槽を設け、当該フロートと前記ダボピンとを、フロートが上昇することによってダボピンが係止部に嵌入したロック状態となり、フロートが下降することによってダボピンが係止部から抜け出たロック解除状態となるように連係させ、水槽とロータンクとを水管で連通連結し、地震センサーによる地震感知結果に基づいてロータンクの排水レバーを操作するように構成したことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the technical means taken by the present invention are as follows. That is, the invention according to claim 1 can be switched between a locked state that restricts horizontal movement in a seismic isolation layer in a base-isolated building and an unlocked state that allows horizontal movement, and is maintained in a locked state during a non-earthquake. A locking device that switches to an unlocked state in the event of an earthquake. One of the upper structure and the lower structure of the seismic isolation layer is provided with a dowel pin that can be moved up and down and urged downward, and the dowel pin is inserted into and removed from the other structure. A locking part is provided to be freely inserted, a water tank in which a float is accommodated is provided in the vicinity of the dowel pin, and the float and the dowel pin are brought into a locked state in which the dowel pin is fitted into the locking part by raising the float. The dowel pin is linked so that the dowel pin comes out of the locking part and the unlocked state is established, and the water tank and low tank are connected by water pipes. It is characterized by being configured to operate the drain lever for low tank based on the seismic sensor results.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の免震建物のロック装置であって、免震層の上部構造物に係止部が形成されたアッパープレートを設け、下部構造物には係止部と対向するサヤ管を設け、サヤ管には昇降自在で且つ下降付勢されたダボピンを、その上端部が係止部に嵌入したロック状態と係止部から抜け出たロック解除状態とに切換可能な状態に設け、サヤ管の下部を水槽に構成し、水槽には水位によりダボピンをロック状態とロック解除状態とにわたって昇降させるフロートを収容し、水槽とロータンクとを水管で連通連結し、地震センサーによる地震感知結果に基づいてロータンクの排水レバーを操作するように構成したことを特徴としている。
The invention according to
尚、地震センサーとしては、圧電素子型加速度センサー、静電容量型加速度センサー、半導体型加速度センサーなどを用いた電気式の地震センサーであってもよいが、電気的な故障をなくして信頼性を高めるためには、地震センサーも機械的な構成とすることが望ましい。 The seismic sensor may be an electric seismic sensor using a piezoelectric element type accelerometer, a capacitance type accelerometer, a semiconductor type accelerometer, or the like. In order to increase it, it is desirable that the seismic sensor also has a mechanical configuration.
そのため、請求項3に記載の発明では、請求項1又は2に記載の免震建物のロック装置において、地震センサーが、免震層の上部構造物又は下部構造物に、吊下げバネを介して
スイングウエイトを吊下げ支持させる一方、免震層の下部構造物には、水平に配置された板バネの一端部を支持させ、板バネの他端部に板バネに対して上方へ折れ曲がった立上り板部を有する操作部材を連設し、操作部材の立上り板部の上端部に前記スイングウエイトを連結し、操作部材とロータンクの排水レバーとを連動連結し、地震時のP波によるスイングウエイトの揺れに伴う操作部材の挙動により、前記排水レバーを操作するように構成されている。
Therefore, in the invention described in
請求項1,2に記載の発明によれば、ダボピン、フロート、ロータンク等で構成された機械的なロック装置であるにもかかわらず、地震後には、自動的にロック状態に再セットすることができる。 According to the first and second aspects of the invention, it is possible to automatically reset to a locked state after an earthquake even though it is a mechanical locking device composed of a dowel pin, a float, a low tank, or the like. it can.
即ち、非地震時には、水槽の水位が高く、フロートが上昇しているので、ダボピンが係止部に係合したロック状態に維持され、風による免震建物の不快な揺れが防止される。 That is, at the time of a non-earthquake, since the water level of the water tank is high and the float is rising, the dowel pin is maintained in the locked state engaged with the engaging portion, and unpleasant shaking of the seismic isolation building due to wind is prevented.
地震時には、地震センサーによる地震感知結果に基づいてロータンクの排水レバーが操作され、ロータンクの水を排水するので、ロータンクと連通した水槽内の水位が下がり、フロートが下降する。フロートの下降によりダボピンが係止部から外れ、免震層での水平移動を許容するロック解除状態に切り換わるので、免震効果が発揮される。 In the event of an earthquake, the low tank drain lever is operated based on the earthquake detection result by the earthquake sensor to drain the water in the low tank, so that the water level in the water tank communicating with the low tank is lowered and the float is lowered. Since the dowel pin is released from the locking portion due to the lowering of the float and switches to the unlocked state that allows horizontal movement in the seismic isolation layer, the seismic isolation effect is exhibited.
地震が終了した後は、ロータンクの排水レバーがニュートラル位置に戻り、ロータンク内にボールタップを介して自動的に給水され、元の水位に戻るので、ロータンクと連通した水槽内の水位も上昇して、フロートが上昇し、フロートの上昇によりダボピンが係止部と係合したロック状態に復元する。 After the earthquake is finished, the low tank drain lever returns to the neutral position, and water is automatically supplied into the low tank via the ball tap, returning to the original water level, so the water level in the tank connected to the low tank also rises, The float rises, and the dowel pin is restored to the locked state engaged with the engaging portion by the rise of the float.
殊に、請求項2に記載の発明によれば、サヤ管の下部を水槽に構成するので、サヤ管の近傍に別の水槽を設けて、水槽内のフロートとサヤ管内のダボピンとを、ワイヤーやリンク等の機械的な操作力伝達機構を介して連係させる場合に比して、ロック装置を簡単かつコンパクトな構成とすることができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, the lower part of the Saya tube is configured in the water tank, so that another water tank is provided in the vicinity of the Saya pipe, and the float in the water tank and the dowel pin in the Saya pipe are connected to the wire. As compared with the case of linking through a mechanical operating force transmission mechanism such as a link or a link, the lock device can be made simple and compact.
請求項3に記載の発明によれば、地震時に、板バネと吊下げバネで支持されたスイングウエイトがP波の到来により上下に大きく揺れ始め、この揺れに伴う板バネ端部の操作部材の挙動により、ロータンクの排水レバーが操作されて、ロータンクの水を排水することになる。従って、地震センサーからロック装置まで、電気部品に頼らない機械的な構成となり、電気的な故障をなくして信頼性を高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, at the time of an earthquake, the swing weight supported by the leaf spring and the suspension spring starts to shake greatly in the up and down direction due to the arrival of the P wave. Depending on the behavior, the low tank drain lever is operated to drain the low tank water. Accordingly, the mechanical configuration from the seismic sensor to the locking device does not depend on the electrical components, and electrical failure can be eliminated and reliability can be improved.
また、微弱なP波でスイングウエイトを効率よく揺動させるためには、スイングウエイトが地盤の揺れに共振するようなバネ定数に設定することが望ましいが、板バネには、スイングウエイトの支持や操作部材によって排水レバーを操作するための強度が必要であるから、板バネだけでは、スイングウエイトの周期が地盤の一次周期(固有振動数)と合致するようなバネ定数に設定することが困難である。この点、請求項3に記載の発明によれば、免震層の上部構造物又は下部構造物に、吊下げバネを介して前記スイングウエイトを吊下げ支持させたので、この吊下げバネの選択により、全体としてのバネ定数を、スイングウエイトの周期が地盤の一次周期(固有振動数)と合致するような値(スイングウエイトが地盤の揺れに共振するようなバネ定数)に容易に設定できる。 In addition, in order to efficiently swing the swing weight with a weak P wave, it is desirable to set the spring constant so that the swing weight resonates with the shaking of the ground. It is difficult to set the spring constant so that the swing weight cycle matches the primary cycle (natural frequency) of the ground with the leaf spring alone because strength is required to operate the drain lever with the operating member. is there. In this regard, according to the third aspect of the present invention, the swing weight is suspended and supported by the upper structure or the lower structure of the seismic isolation layer via the suspension spring. As a result, the spring constant as a whole can be easily set to a value (a spring constant at which the swing weight resonates with the vibration of the ground) such that the swing weight period matches the primary period (natural frequency) of the ground.
以下、基礎と建物下端との間に免震層を配置したいわゆる基礎免震の免震建物を例示する図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1において、1は免震建物、2は免震層である。免震層2には、例えば積層ゴムを用いて構成された免震装置3と、免震層2で
の水平移動を拘束するロック状態と水平移動を許容するロック解除状態とに切換可能で且つ非地震時にはロック状態に維持されるロック装置4が設置されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings illustrating a so-called basic seismic isolation building in which a seismic isolation layer is disposed between the foundation and the lower end of the building. In FIG. 1, 1 is a base isolation building and 2 is a base isolation layer. The
図2、図3は、ロック装置4とロック装置4を地震時にロック状態からロック解除状態に切換操作する地震センサー5の詳細を示す。ロック装置4の具体的な構成を説明すると次の通りである。即ち、図2、図3に示すように、免震層2の上部構造物(建物)1Aに凹部からなる係止部6が形成された鋼製のアッパープレート7が設けられ、下部構造物(基礎)1Bには前記係止部6と対向するサヤ管8が設けられている。アッパープレー7トとサヤ管8との間には、上下両端部が係止部6とサヤ管8とに嵌合したロック状態(図2参照)と、上端部が係止部6から外れ下端部がサヤ管8に嵌合したロック解除状態(図3参照)とにわたって昇降自在で且つ自重により下降付勢されたダボピン9が設けられている。
2 and 3 show details of the
サヤ管8の下部は水槽10に構成されている。水槽10には、ダボピン9の底面に連結された当該ダボピン9より細い形状のフロート11が収容されており、水槽10の水位変動によりフロート11が昇降して、ダボピン9をロック状態とロック解除状態とにわたって昇降させるように構成してある。水槽10には、ロータンク12が水管13で連通連結されている。ロータンク12は、水洗トイレに設置されているロータンクと同じ機構であり、自動給水を行うばボールタップ、オーバーフロー管、フロート弁、フロート弁に鎖で連結された排水レバー14等で構成されている。排水レバー14は地震センサー5による地震感知結果に基づいて操作されるように構成してある。
A lower part of the
前記ダボピン9は、角型鋼管などによって形成された高剛性・高耐力のもので、軸線方向中間部で上下に分割されており、上下の分割体部分9a,9bの突合せ端に設けたフランジ同士を複数本のリリーフボルト15で連結することによって一体となっている。前記サヤ管8は、ダボピン9が昇降自在に嵌り込む角型鋼管によって構成されたもので、上下両端に溶接された鋼製の環状プレート16及びベースプレート17とそれらの間に打設されたコンクリート製のベースブロック18によって補強されており、ベースプレート17をアンカーボルトによって下部構造物1Bに固定するように構成してある。
The
前記地震センサー5の具体的な構成を説明すると次の通りである。即ち、図2、図3、に示すように、免震層2の上部構造物1Aに、上下に伸縮するコイルスプリングからなる吊下げバネ19を介してスイングウエイト20を吊下げ支持させる一方、免震層2の下部構造物1Bに設けた固定部材21には、水平に配置された板バネ22の一端部を支持させ、板バネ22の他端部に板バネ22に対して上方へ折れ曲がった立上り板部23を有する操作部材24を連設し、操作部材24の立上り板部23の上端部に前記スイングウエイト20を連結し、操作部材24とロータンク12の排水レバー13とをワイヤー25で連結してある。
A specific configuration of the
そして、地震時のP波によるスイングウエイト20の上下の揺れに伴う操作部材24の挙動により、前記排水レバー13を操作するように構成してある。26は、下部構造物1Bの板バネ下方位置に設置した緩衝材であり、過度の変形による板バネ22の破損を防止する役目を果たす。図示しないが、前記スイングウエイト20は下部構造物1Bに吊下げバネ19を介して吊下げ支持させてもよい。
Then, the
上記の構成によれば、非地震時には免震建物1のロック装置4がロック状態(図2参照)に維持されるので、免震層2での水平移動が拘束され、風による建物の不快な揺れが防止されることになる。
According to the above configuration, since the
地震時には、板バネ22と吊下げバネ19で支持されたスイングウエイト20がP波の
到来により上下に大きく揺れ始め、この揺れに伴う板バネ22端部の操作部材24の挙動により、ロータンク12の排水レバー13が操作されて、ロータンク12の水を排水するので、ロータンク12と連通した水槽10内の水位が下がり、フロート11が下降する。フロート11の下降によりダボピン9が係止部6から外れ、免震層2での水平移動を許容するロック解除状態に切り換わるので、免震効果が発揮される。
In the event of an earthquake, the
尚、微弱なP波でスイングウエイト20を効率よく揺動させるためには、スイングウエイト20が地盤側(下部構造物1B)の揺れに共振するようなバネ定数に設定することが望ましいが、板バネ22には、スイングウエイト20の支持や操作部材24によって排水レバー13を操作するための強度が必要であるから、板バネ22だけでは、スイングウエイト20の周期が地盤の一次周期(固有振動数)と合致するようなバネ定数に設定することが困難である。この点、上記の構成によれば、免震層2の上部構造物1A又は下部構造物1Bに、吊下げバネ19を介して前記スイングウエイト20を吊下げ支持させたので、この吊下げバネ19の選択により、全体としてのバネ定数を、スイングウエイト20の周期が地盤の一次周期(固有振動数)と合致するような値(スイングウエイト20が地盤の揺れに共振するようなバネ定数)に容易に設定できる。
In order to efficiently swing the
地震が終了した後は、ロータンク12の排水レバー13がニュートラル位置に戻り、ロータンク12内にボールタップを介して自動的に給水され、元の水位に戻るので、ロータンク12と連通した水槽10内の水位も上昇して、フロート11が上昇し、フロート11の上昇によりダボピン9が係止部6と係合したロック状態に自動的に復元する。
After the earthquake is finished, the
万が一、想定を超える風荷重が建物に加わった場合や何らかの原因によって地震時にロック解除状態への切換が行われなかった場合には、ダボピン9に設定以上のせん断力が作用することによってリリーフボルト14が破断し、ダボピン9が上下に分割されるので、ロック装置全体に被害が及ばず、免震効果が発揮できることになる。
In the unlikely event that an unexpected wind load is applied to the building, or if the switch to the unlocked state is not performed during an earthquake due to some reason, the
サヤ管8の下部を水槽10に形成してフロート11を収容することは、ロック装置4を簡単かつコンパクトな構成とすることができる点で、非常に好ましいが、本発明は、図4に示すように、サヤ管8の近傍に別の水槽10を設けて、水槽10内のフロート11とサヤ管8内のダボピン9とを、フロート11が上昇することにより、ダボピン9が上昇して、係止部6に嵌入したロック状態となり、フロート11が下降することにより、ダボピン9が下降して、係止部6から抜け出たロック解除状態となるようにワイヤーやリンク等の機械的な操作力伝達機構26を介して連係させて実施することもできる。
Forming the lower part of the
また、図5に示すように、免震層2の下部構造物1B側に係止部6を設け、上部構造物1A側にサヤ管8を設け、それらの間に昇降自在なダボピン9を自重により係止部6に係合したロック状態に付勢して設ける一方、サヤ管8の近傍に、ロータンク12と連通連結された水槽10を設け、水槽10内に収容したフロート11とダボピン9とを、ワイヤーやリンク等の機械的な操作力伝達機構26を介して、フロート11が上昇することによりダボピン9が下降し、フロート11が下降することにより、ダボピン9が自重に抗して引き上げられて、係止部6から外れたロック解除状態となるように連係させてもよい。
In addition, as shown in FIG. 5, a locking
尚、図示の実施形態では、基礎と建物下端との間に免震層を配置したいわゆる基礎免震の免震建物を例にとって本発明を説明したが、中間階に免震層を配置したいわゆる中間階免震の免震建物に本発明を適用するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明が種々なる態様で実施し得ることは勿論である。 In the illustrated embodiment, the present invention has been described by taking an example of a so-called basic seismic isolation building in which a seismic isolation layer is disposed between the foundation and the lower end of the building, but the so-called seismic isolation layer is disposed on an intermediate floor. It goes without saying that the present invention can be implemented in various modes within a range that does not depart from the gist of the present invention, such as application of the present invention to a base-isolated base isolation building.
1 免震建物
1A 上部構造物
1B 下部構造物
2 免震層
3 免震装置
4 ロック装置
5 地震センサー
6 係止部
8 サヤ管
9 ダボピン
10 水槽
11 フロート
12 ロータンク
13 排水レバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2005053434A JP2006233703A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Locking device for base-isolated building |
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Country Status (1)
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2005
- 2005-02-28 JP JP2005053434A patent/JP2006233703A/en active Pending
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