JP2010018877A - Quenching apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のワークを同時に焼入れする焼入れ装置と焼入れ方法に関する。特に、焼入れ時のワーク歪みのばらつきを低減することのできる焼入れ装置と焼入れ方法に関する。 The present invention relates to a quenching apparatus and a quenching method for quenching a plurality of workpieces simultaneously. In particular, the present invention relates to a quenching apparatus and a quenching method that can reduce variations in workpiece distortion during quenching.
ワーク(機械部品)の強度を強化するひとつの手法として、ワークを加熱した後に急速に冷却するいわゆる焼入れという加工方法が知られている。生産性を向上するために、焼入れ装置は複数のワークを枠体で支持し、枠体ごと加熱・冷却する。焼入れ装置は、複数のワークを加熱された枠体ごと冷却液(典型的には油)が満たされた冷却槽に沈めて冷却する。
複数のワークをひとつの枠体に支持して冷却すると、ワークの位置により冷却プロセスに差が生じてワークの歪み量がばらついてしまうことがある。
ワークの冷却時に歪み量を均一化する熱処理浴槽(冷却槽)が特許文献1に開示されている。その熱処理浴槽は、ワークの局所的な冷却性能を検知する検知手段と、冷却液の噴出流量又は噴出方向を調整できる複数の噴出口を有している。その熱処理浴槽は、検知手段の検知結果に基づいて、噴出口を制御して冷却液の冷却性能を均一化する。
また、特許文献1には、浴槽内の冷却性能が均一になるように、ダミー部材を配置する方法が知られていると記載されている(特許文献1、段落0004)。
As one technique for enhancing the strength of a workpiece (mechanical part), a so-called quenching method is known in which the workpiece is heated and then rapidly cooled. In order to improve productivity, the quenching apparatus supports a plurality of workpieces with a frame, and heats and cools the entire frame. The quenching apparatus cools a plurality of workpieces by being submerged in a cooling tank filled with a cooling liquid (typically oil) together with the heated frame.
When a plurality of workpieces are supported by one frame and cooled, there may be a difference in the amount of distortion of the workpiece due to a difference in the cooling process depending on the position of the workpiece.
Patent Document 1 discloses a heat treatment bath (cooling tank) that makes the amount of strain uniform when cooling a workpiece. The heat treatment bath has detection means for detecting the local cooling performance of the workpiece, and a plurality of jet outlets capable of adjusting the jet flow rate or jet direction of the coolant. The heat treatment bath controls the jet outlet based on the detection result of the detection means to equalize the cooling performance of the coolant.
Patent Document 1 describes that a method of arranging a dummy member is known so that the cooling performance in the bathtub is uniform (Patent Document 1, paragraph 0004).
特許文献1に開示された方法は、複雑な冷却槽を用意する必要があるため、コストが嵩む。また、特許文献1には、ダミー部材を配置する方法が知られていると記述されているが、ダミー部材をどのように配置すると冷却性能を均一化することができるかは定かではない。
本発明は、上記課題に鑑みて創作された。本発明は、低コストでありながら冷却時のワーク歪み量のばらつきを低減する焼入れ装置と焼入れ方法を提供することを目的とする。
The method disclosed in Patent Document 1 requires a complicated cooling tank, and thus costs increase. Further, Patent Document 1 describes that a method of arranging dummy members is known, but it is not certain how the dummy members can be arranged to make the cooling performance uniform.
The present invention has been created in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a quenching apparatus and a quenching method that reduce variations in the amount of workpiece distortion during cooling while being low in cost.
発明者らは、鉛直方向の複数段に亘ってワーク群を枠体に配置して冷却槽に沈めると、最下段に配置したワーク群の歪み量のばらつきが他の段よりも大きいという現象を見出した。この現象は、冷却液が穏やかな状態の冷却槽に、加熱されたワークを沈めた瞬間に冷却液が激しく擾乱され始めることに起因すると考察される。擾乱発生当初の過渡期を過ぎて冷却液の状態が定常的になると冷却性能が冷却槽内で大域的に均一化される結果、最下段以外ではワーク群の歪み量のばらつきが小さくなると考察される。即ち、ワークの歪み量のばらつき度合は、加熱されたワークが冷却液に触れた瞬間から短時間に生じる冷却液の擾乱の経時的な変化に大きく依存する。本発明はそのような新規な知見に基づいて創作された。 The inventors have found a phenomenon that when a work group is arranged in a frame over a plurality of stages in the vertical direction and submerged in a cooling tank, the variation in distortion amount of the work group arranged at the bottom stage is larger than other stages. I found it. This phenomenon is considered to be caused by the fact that the cooling liquid begins to be violently disturbed at the moment when the heated work is submerged in the cooling tank in which the cooling liquid is in a gentle state. It is considered that when the state of the coolant becomes steady after the initial transition period of the disturbance, the cooling performance is globally uniformized in the cooling tank, and as a result, the variation in the strain amount of the workpiece group becomes small except in the lowermost stage. The That is, the degree of variation in the amount of distortion of the work greatly depends on the change over time in the disturbance of the coolant that occurs in a short time from the moment when the heated work touches the coolant. The present invention was created based on such novel findings.
本発明に係る焼入れ装置は、複数のワークを支持している枠体を、加熱炉から移動し、冷却液で満たされた冷却槽へ没入する焼入れ装置に具現化される。その焼入れ装置の枠体が、支持しているワークの下方投影領域に、格子目が上下方向を向いており、熱容量が均一な格子状の底部を備えていることを特徴とする。
この焼入れ装置では、熱容量が均一な格子状の底部がワークに先立って冷却液に触れる。底部の格子目は上下方向を向いており、底部が通過する領域(即ちワークの下方投影領域)の全体に亘って冷却液が擾乱し始める。底部が通過した後、ワークが冷却液に接する時点では擾乱発生初期の過渡期を過ぎて定常化している。冷却液の擾乱が定常化してからワークが冷却液に触れるので、枠体の最下段に配置されたワークの歪み量のばらつきを最下段以外に配置されたワークと同等に抑えることができる。
この焼入れ装置は、熱容量が均一な格子状の底部を備えることによって、ワークの歪み量のばらつきを抑制する。この焼入れ装置は、格子状の底部を加えるだけであるので、極めて低コストで実現できる。なお、底部の熱容量が均一とは、局所的には熱容量が異なっていても、ワーク下方投影領域の全体について巨視的に均一であればよい。
The quenching apparatus according to the present invention is embodied in a quenching apparatus that moves a frame body supporting a plurality of workpieces from a heating furnace and immerses it in a cooling tank filled with a coolant. The frame of the quenching apparatus has a grid-shaped bottom portion with a grid facing in the vertical direction and a uniform heat capacity in a downward projection area of a workpiece being supported.
In this quenching apparatus, the lattice-shaped bottom having a uniform heat capacity comes into contact with the coolant prior to the work. The bottom lattice is directed vertically, and the cooling liquid starts to be disturbed over the entire region through which the bottom passes (that is, the lower projection region of the workpiece). After the bottom has passed, when the workpiece comes into contact with the coolant, it is stabilized after the initial transition period. Since the work comes into contact with the cooling liquid after the disturbance of the cooling liquid becomes steady, the variation in the distortion amount of the work arranged at the lowermost stage of the frame can be suppressed to be equal to that of the work arranged at other than the lowermost stage.
The quenching apparatus includes a lattice-shaped bottom portion having a uniform heat capacity, thereby suppressing variations in the distortion amount of the workpiece. This quenching apparatus can be realized at a very low cost because it only adds a grid-like bottom. The uniform heat capacity at the bottom may be macroscopically uniform over the entire workpiece lower projection area even if the heat capacity is locally different.
枠体の底部の熱容量は、枠体の水平方向に分散支持される複数のワークの総熱容量に略等しいことが好ましい。底部が冷却液に触れてからワークが冷却液に触れるまでの間に、冷却液を十分に擾乱することができるとともに、冷却液の温度を上昇させすぎることがない。 It is preferable that the heat capacity at the bottom of the frame body is substantially equal to the total heat capacity of a plurality of works dispersedly supported in the horizontal direction of the frame body. The coolant can be sufficiently disturbed between the time when the bottom part touches the coolant and the workpiece touches the coolant, and the temperature of the coolant does not rise excessively.
冷却液がワーク表面を均一に流れることによって歪み量のばらつきを一層抑制することができる。そのため、枠体は、冷却槽に没入したときにワークの下方から上方へ流れる冷却液をワークの周りに旋回させるフィンを備えていることが好ましい。或いは枠体は、ワークの水平方向の周囲を囲う仕切板を備えていることが好ましい。フィン或いは仕切板を備えることによって、各ワークの表面に冷却液を均一に流すことができる。フィンと仕切板を共に備えることも好適である。 The variation in the amount of distortion can be further suppressed by the cooling liquid flowing uniformly on the workpiece surface. Therefore, it is preferable that the frame body is provided with fins for turning the coolant flowing from the lower side to the upper side of the work around the work when immersed in the cooling tank. Or it is preferable that the frame is provided with the partition plate surrounding the circumference | surroundings of the horizontal direction of a workpiece | work. By providing the fins or partition plates, the coolant can be made to flow uniformly over the surface of each workpiece. It is also preferable to provide both fins and partition plates.
加熱された枠体やワークが冷却液に触れると気泡が発生することがある。ワークの側面に張り出している突出部が形成されており、気泡がその突出部に留まると冷却性能が低下し、歪み量が増大する。そこで、仕切板は、枠体を冷却槽に没入したときにワークから遠ざかる方向へ向かう冷却液の流れを誘導する整流板を備えていることが好ましい。整流板は、例えば、ワーク側面に対向する位置に備えられており、ワーク側面の凹凸に対応した凹凸面でよい。或いは整流板は、下方から上方に向かうにつれてワーク側面に接近する板であってもよい。後者の場合、整流板は、ワークの下方から上方へ流れる冷却液の流れをワーク側面に向ける。ワーク側面にぶつかった冷却液はその反動でワークの中心から水平方向外側へ向かう流れを形成する。結果的にワーク側面の気泡をワークから遠ざけることができる。整流板が、気泡がワークに留まることを防止する。 Bubbles may be generated when the heated frame or workpiece touches the coolant. Projections projecting from the side surfaces of the workpiece are formed, and if bubbles remain in the projecting portions, the cooling performance decreases and the amount of distortion increases. Therefore, it is preferable that the partition plate includes a rectifying plate that guides the flow of the coolant toward the direction away from the workpiece when the frame body is immersed in the cooling tank. For example, the current plate is provided at a position facing the workpiece side surface, and may be an uneven surface corresponding to the unevenness of the workpiece side surface. Alternatively, the rectifying plate may be a plate that approaches the workpiece side surface from the bottom to the top. In the latter case, the current plate directs the flow of the coolant flowing from the lower side to the upper side of the workpiece toward the side surface of the workpiece. The coolant that collides with the side surface of the work forms a flow from the center of the work toward the outside in the horizontal direction by the reaction. As a result, bubbles on the side surface of the workpiece can be kept away from the workpiece. The baffle plate prevents air bubbles from staying on the workpiece.
本発明は、複数のワークを支持している枠体を、加熱炉から移動し、冷却液で満たされた冷却槽へ没入する焼入れ方法に具現化することもできる。その方法は、枠体ごとワークを冷却槽に没入するのに先立って、冷却液の表面領域であって枠体が支持しているワークの下方投影領域に、熱容量が均一な格子状の部材であって加熱された部材を没入することを特徴とする。前述したように、格子状の部材は枠体の底に取り付けられていてよい。 The present invention can also be embodied in a quenching method in which a frame body supporting a plurality of workpieces is moved from a heating furnace and immersed in a cooling tank filled with a cooling liquid. Prior to immersing the work piece into the cooling tank together with the frame body, the method uses a grid-like member with a uniform heat capacity in the surface projection area of the work liquid supported by the frame body. It is characterized by immersing the heated member. As described above, the lattice-like member may be attached to the bottom of the frame.
本発明によれば、低コストでありながら冷却時のワーク歪み量のばらつきを低減する焼入れ装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hardening apparatus which reduces the dispersion | variation in the distortion amount of the workpiece | work at the time of cooling can be implement | achieved although it is low cost.
図面を参照して本発明に係る焼入れ装置を説明する。図1に、焼入れ装置10の模式的側面図を示す。図2に、図1のII−II線に沿った断面図を示す。なお、図2には、理解を助けるためにワークWを破線で示してある。
焼入れ装置10は、複数のワークWを同時に焼入れすることができる。本実施例におけるワークWは、自動車のドライブトレインに用いるシャフトである。焼入れ装置10は、複数のワークWを支持する枠体12と、枠体12を吊り下げて移動させる移動装置14と、冷却槽16と、加熱炉(不図示)を備えている。焼入れ装置10は、枠体12ごとワークWを加熱炉に入れて加熱したのち、枠体12ごとワークWを冷却槽16に没入して焼入れする。移動装置14が、枠体12を加熱炉から移動し、冷却槽16へ降下させる。移動装置14は、例えばクレーンのような機構でよいので詳細な説明は省略する。
A quenching apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the typical side view of the
The
枠体12は、略立方体の外形状をなしている。枠体12には、水平方向に伸びている部品支持棒22が2段に配置されている。各段には3本の部品支持棒22が平行に配置されている。複数のワークWが、各部品支持棒22に懸架される。即ち、各段には、縦横それぞれに3個ずつ合計9個のワークWが懸架される。枠体12は、各ワークWの水平方向の周囲を囲う仕切板24を備えている。仕切板24の詳細については後述する。なお、後述するように、仕切板24は個々のワークWを囲う円筒状をなしているが、図1では簡略化して仕切板24を平板で描いている。
The
枠体12はさらに、底部20を備えている。底部20は、厚み約40mmのステンレス鋼を格子状に組み合わせた格子形状をなしている。その格子目21は上下方向を向いている。
底部20は、枠体12の下面全体を覆っている。即ち、底部20は、支持している複数のワークWの下方投影領域の全体に拡がっている。図2に示すように、底部20の格子は、その格子目21がワークWの下方に位置するように構成されている。
The
The
底部20は、9個のワークWの総熱容量とほぼ同じ熱容量を有している。前述したように、枠体12は、水平方向に9個のワークWを分散支持しているので、底部20の熱容量は、枠体12の水平方向に分散支持される9個のワークWの総熱容量にほぼ等しい。底部20は、均等な格子状に形成されているので、底部20の熱容量は、ワークWの下方投影領域の全体に亘って均一である。なお、底部20を微視的に見た場合、底部20の格子目21の部分と格子の板の部分では当然ながら熱容量が異なるが、底部20を巨視的に見た場合、底部20の熱容量はワーク下方領域の全域に亘って均一である。
The
焼入れ装置10の動作と利点を説明する。前述したように、焼入れ装置10は、枠体12ごと複数のワークWを加熱炉に入れて加熱したのち、枠体12ごとワークWを冷却槽16に降下させて冷却する。
ワークWは、窒素とアンモニアを含有するガスで満たされた加熱炉にて約800℃に加熱される。加熱炉にてワークWの表層に窒素が浸透する。次に焼入れ装置10は、枠体12ごと加熱された複数のワークWを、冷却液Qが満たされた冷却槽16に没入する。この焼入れはNクエンチ、あるいは浸窒焼入れと呼ばれる。
The operation and advantages of the quenching
The workpiece W is heated to about 800 ° C. in a heating furnace filled with a gas containing nitrogen and ammonia. Nitrogen penetrates into the surface layer of the workpiece W in the heating furnace. Next, the quenching
加熱された枠体12を冷却槽16に没入する際、ワークWに先立って枠体12の底部20が冷却液Qに接触する。なお、冷却液Qは温調した油である。約800℃に熱せられた枠体12が常温の冷却液Qに接すると、冷却液Qが急速に熱せられて擾乱し始める。枠体12をさらに降下させると、熱せられた冷却液Qは、底部20の格子目21を通して底部20の上方に上昇する。底部20が格子目21を有しているので、冷却液Qの擾乱は、底部20の上方に均一に拡がる。従って、ワークWが冷却液Qに接する前に、冷却液Qの擾乱はその発生初期の過渡期を過ぎ、ほぼ定常化する。底部20は複数のワークWの下方投影領域に拡がっているので、ワークWが接する冷却液Qの表層領域全体で冷却液Qの擾乱がほぼ定常化している。下段のワークWが冷却液Qに接するときには既に擾乱発生初期の過渡期を過ぎているので、ワークWが冷却液Qに接し始めてから枠体12全体が没するまでの間、冷却液Qの状態はほぼ一定となる。このため、ワークWが冷却液Qに接する前に、冷却プロセスの局所的なばらつきが生じることが抑制され、ワークWの局所的な歪み量のばらつきが抑制される。
When the
なお、枠体12を降下させていくと、最下段のワークWが降下していく先の冷却液Qが底部20によって加熱される。最下段のワークWは、冷却液Qの下層でも擾乱が定常化した後の冷却液Qに触れることになるので、歪み量が他の段のワークよりも増大することがない。
When the
底部20の熱容量は、枠体12の水平方向に分散支持される9個のワークWの総熱容量にほぼ等しいので、底部20が冷却液Qに触れてから下段のワークWが冷却液Qに触れるまでの間に、冷却液Qが十分に擾乱されるとともに、冷却液Qの温度が上昇しすぎることがない。また、熱容量がほぼ等しいことによって、底部20に続いて下段のワークWが冷却液Qに接するときと、下段のワークWに続いて上段のワークWが冷却液Qに接するときの状態を同等にすることができる。下段のワークWの歪み量のばらつきと、上段のワークWの歪み量のばらつきを同程度にすることができる。上下方向に並べた複数のワークW全体で、歪み量のばらつきを同程度にすることができるので、焼入れ後のワークの寸法ばらつきを均一化することができる。
Since the heat capacity of the
次に、仕切板24について説明する。図3に、枠体12に支持されたワークW周辺の拡大図を示す。図4に、仕切板24の断面図を示す。図4(A)は、図3のIV−IV線に沿った横断面図である。図4(B)は、図4(A)のB−B線に沿った縦断面図である。図4(C)は、図4(A)のC−C線に沿った縦断面図である。
Next, the
図3に示すように、仕切板24は、個々のワークWの水平方向の周囲を囲んでいる円筒状をなしている。図示を省略しているが、円筒状の仕切板24は、枠体12に固定されている。
仕切板24の下方、即ち、支持されたワークWの下方に、ワークWの側面に沿って冷却液Qを旋回させるフィン26a、26b、26c、及び、26dが設けられている。図4(B)と(C)に示す矢印は、冷却液Qの流れを示している。図4に示すように、フィン26a〜26dは、上から見たときに冷却液Qを時計周りに旋回させる向きに取り付けられている。
ワークWの周囲を囲う円筒状の仕切板24とフィン26a〜26dによって、枠体12を冷却液Qに沈めていくと、冷却液QはワークWの周囲を旋回しながらワークWの下方から上方へ流れる。ワークWの周囲に冷却液Qが均等に触れるので、偏在した歪みがワークWに生じ難くなる。
As shown in FIG. 3, the
When the
ワークWの周囲を囲む仕切板24や、フィン26a〜26dは、長尺円柱形状のワーク(典型的にはシャフト)をその長手方向を上下にして枠体12に支持する場合に特に有効である。冷却液Qによるワーク冷却プロセスを、ワークの長手方向に亘って均等にできるからである。
The
図5及び図6を参照して、仕切板の変形例を説明する。図5は、仕切板124の縦断面図である。ワークWは、外形状が変化する段差Waを有している。段差Waは、ワークの外側に向かって張り出している。ワークWを冷却液Qに沈める際、擾乱した冷却液Qから気泡が発生する。気泡は、段差Waに滞留しやすい。そこで、図5に示す仕切板124は、整流板124aを有している。整流板124aは、ワークWの表面の段差Waに対応した位置に設けられており、図5の矢印に示すように、冷却液Qに、ワークWの中心から水平方向の外側へ向かう流れ(即ち、ワークから遠ざかる方向へ向かう流れ)を生じさせる。整流板124aによって、ワークWの段差Waに滞留する気泡を上方へ逃がすことができる。
With reference to FIG.5 and FIG.6, the modification of a partition plate is demonstrated. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the
図5に示した仕切板124と異なる形状の仕切板を、図6に基づいて説明する。図6に示す仕切板224は、円筒状の仕切板224の内周面から中心へ向かって突出する整流板224aを備えている。図6の矢印は、整流板224aによって生じる冷却液Qの流れを示している。図6に示すとおり、整流板224aは、ワークWの段差Waの下方でワークWに向かう冷却液Qの流れを誘導する。冷却液Qは、ワークWに近づいたのち、その反動でワークWから遠ざかる流れを形成する。整流板224aも、図5の整流板124aと同様に、ワークWから遠ざかる方向に冷却液Qの流れを生じさせることができる。
A partition plate having a shape different from that of the
上記の実施例の焼入れ装置10では、枠体12の底部20がワークWの歪み量のばらつきを抑制する。底部20の代わりに、枠体12とは別体の部材を用いても上記の効果を得ることができる。ワークの歪み量のばらつきを抑制することができる焼入れ方法は、枠体ごとワークを冷却槽に没入するのに先立って、冷却液の表面領域であって枠体が支持しているワークの下方投影領域に、熱容量が均一な格子状の部材を没入することで実現できる。
In the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、枠体の底部は、ワークと同等の形状と熱容量を有している部材(いわゆるダミー)を、各段のワークの配列と同じ配列に配置したものであってもよい。ダミーはワークと同等に格子状に配置されるので、そのような底部は実施例に示した格子状の底部の変形例である。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, the bottom of the frame may be formed by arranging members (so-called dummy) having the same shape and heat capacity as the workpiece in the same arrangement as the arrangement of the workpieces in each stage. Since the dummy is arranged in a lattice shape equivalent to the workpiece, such a bottom portion is a modification of the lattice-like bottom portion shown in the embodiment.
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
10:焼入れ装置
12:枠体
14:移動装置
16:冷却槽
20:底部
21:格子目
22:部品支持棒
24、124、224:仕切板
26a、26b、26c、26d:フィン
124a、224a:整流板
W:ワーク
Q:冷却液
10: quenching device 12: frame 14: moving device 16: cooling tank 20: bottom 21: lattice 22:
Claims (6)
枠体が、支持しているワークの下方投影領域に、格子目が上下方向を向いており熱容量が均一な格子状の底部を備えていることを特徴とする焼入れ装置。 It is a quenching device that moves a frame body supporting a plurality of workpieces from a heating furnace and immerses it in a cooling tank filled with a coolant,
A quenching apparatus, characterized in that the frame has a grid-shaped bottom portion in which the grid faces in the vertical direction and the heat capacity is uniform in the downward projection area of the workpiece being supported.
枠体ごとワークを冷却槽に没入するのに先立って、冷却液の表面領域であって枠体が支持しているワークの下方投影領域に、熱容量が均一な格子状の部材であって加熱された部材を没入することを特徴とする焼入れ方法。 It is a quenching method in which a frame supporting a plurality of workpieces is moved from a heating furnace and immersed in a cooling tank filled with a coolant,
Prior to immersing the work together with the frame body into the cooling tank, it is a lattice-shaped member having a uniform heat capacity and heated in the surface area of the cooling liquid and in the downward projection area of the work supported by the frame body. A quenching method characterized by immersing an open member.
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CN115404314A (en) * | 2021-05-26 | 2022-11-29 | 丰田自动车株式会社 | Clamp for quenching |
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- 2008-07-14 JP JP2008183042A patent/JP2010018877A/en active Pending
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