JP2525141B2 - Small generator in electronic timepiece - Google Patents
Small generator in electronic timepieceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子時計における小型発電機に関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a compact generator for an electronic timepiece.
電池交換不要の小型発電機をもつ電子時計の試みはい
ろいろなされているが、その一例は特公昭56−29234の
様に回転錘や外部手動操作による回転力をエネルギー蓄
積部材に一端蓄積させ、そのエネルギーでロータを回転
させるものであつた。またアンバランス車の姿勢変化に
よるアンバランスで生じる回転トルクで直接ロータを回
転させる場合、要求される発電量が得られるようにする
と、ロータ磁石とステータとの吸引力により生ずるある
場所に止まつていようとする力が大きくなるため、アン
バランス量を大きくしなければならず、アンバランス車
のサイズが非常に大きくなつていた。また外部手動操作
によつてその回転トルクを得る場合においても大きな回
転トルクを必要とするため、外部手動操作部材の形状を
大きくしなければならなかつた。Various attempts have been made on electronic timepieces that have a small generator that does not require battery replacement. The energy was to rotate the rotor. Further, when the rotor is directly rotated by the rotational torque generated by the unbalance due to the change in the attitude of the unbalanced vehicle, if the required amount of power generation is obtained, the rotor is stopped at a certain place due to the attractive force between the rotor magnet and the stator. Since the force to do so becomes large, the amount of unbalance has to be increased, and the size of the unbalanced vehicle has become extremely large. Further, even when the rotational torque is obtained by the external manual operation, a large rotational torque is required, so that the shape of the external manual operation member must be increased.
前述の従来技術では、ロータの回転力を得るための手
段のサイズが大きくなるため、電子時計の小型、薄型化
を拒む大きな要因となり今だ小型発電機を有する電子時
計の実用化には至つていないという結果を招いている。
そこで本発明はこのような問題を解決するもので、その
目的とするところは電子時計における小型発電機を提供
するところにある。In the above-mentioned conventional technology, the size of the means for obtaining the rotational force of the rotor becomes large, which is a major factor that refuses to make the electronic timepiece small and thin, and it is not possible to put the electronic timepiece having a small generator into practical use. Is not leading to the result.
Therefore, the present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a small generator for an electronic timepiece.
本発明は、ロータ、一体型のステータ、コイルよりな
る変換器と、アンバランス車と、外部操作部材と、前記
アンバランス車や前記外部操作部材の回転動力を増速さ
せ前記ロータに伝える輪列手段と、前記ロータの回転に
より生ずる交流電力を整流する整流手段と、整流された
電力を蓄える蓄電手段とにより構成される電子時計にお
ける小型発電機において、 前記アンバランス車のアンバランス量を5g・cm以下と
し、 前記ステータは前記ロータの周囲の取り囲むような前
記ロータと同心円状の貫通穴を有し、かつ、前記ロータ
の有する永久磁石から前記コイルの磁心を通る磁束数φ
（wb）を ５×10-7（wb）＜φ＜８×10-7（wb） とし、前記貫通穴の内径と前記永久磁石の外径との差Ｇ
（ｍ）を Ｇ＞２×10-4（ｍ） となるように前記ロータと前記ステータの形状を設定し
たことを特徴とする。The present invention relates to a converter including a rotor, an integral stator, and a coil, an unbalanced wheel, an external operating member, and a train wheel for increasing the rotational power of the unbalanced vehicle or the external operating member and transmitting the rotational power to the rotor. A small generator in an electronic timepiece, which comprises a means, a rectifying means for rectifying AC power generated by the rotation of the rotor, and a power storage means for storing the rectified power, wherein the unbalance amount of the unbalanced vehicle is 5 g cm or less, the stator has a through hole concentric with the rotor surrounding the rotor, and the number of magnetic fluxes passing through the magnetic core of the coil from the permanent magnet of the rotor.
(Wb) is 5 × 10 −7 (wb) <φ <8 × 10 −7 (wb), and the difference G between the inner diameter of the through hole and the outer diameter of the permanent magnet is
The shapes of the rotor and the stator are set so that (m) is G> 2 × 10 −4 (m).
以下に本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
第１図は本発明による小型発電機の略平面図である。永
久磁石1aを有するロータ１を囲む様にステータ２が配置
され、コイル３は磁心3aに巻かれており磁心3aとステー
タ２とはねじ4a,4bにより固着されている。そしてアン
バランス車５の姿勢変化によつて生じる回転トルクまた
は外部手動操作によつて得られる竜頭６による回転トル
クが増束輪列7a,7bを介してロータ１に伝達され、回転
する。ロータ１が回転する事によりコイルには電磁誘導
の法則から起電力が誘起され、その交流電流が整流回路
で整流されて蓄電器に電荷として蓄えられる。そしてこ
の蓄電器を電源として電子時計を駆動させるのである。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a small generator according to the present invention. A stator 2 is arranged so as to surround a rotor 1 having a permanent magnet 1a, a coil 3 is wound around a magnetic core 3a, and the magnetic core 3a and the stator 2 are fixed to each other by screws 4a and 4b. Then, the rotational torque generated by the change of the attitude of the unbalanced vehicle 5 or the rotational torque of the crown 6 obtained by the external manual operation is transmitted to the rotor 1 via the additional wheel trains 7a, 7b and is rotated. When the rotor 1 rotates, electromotive force is induced in the coil from the law of electromagnetic induction, and the alternating current is rectified by the rectifier circuit and stored in the battery as electric charge. Then, the electronic timepiece is driven by using this battery as a power source.
ここで発電におけるメカニズムを説明する。 Here, the mechanism of power generation will be described.
コイル磁心3aを通るロータ磁石1aからの磁束数φは以
下の式で与えられるものとする。The number φ of magnetic flux from the rotor magnet 1a passing through the coil magnetic core 3a is given by the following equation.
（BH）max:ロータ磁石の最大エネルギー積（MOe） VR:ロータ磁石の体積（m3） rS:ステータ穴内径（ｍ） そしてロータが回転する事によりコイルには と表わされる起電力ｅが誘起され と表される電流ｉが流れる。 (BH) max: maximum energy product of the rotor magnet (MOe) V R: volume of the rotor magnet (m 3) r S: the coil by the stator hole inside diameter (m) and the rotor is rotated An electromotive force e expressed as A current i expressed as follows flows.
N:コイルの巻数 t:時間（ｓ） R:コイルの抵抗（Ω） ω：ロータの回転速度（rad/s） L:コイルのインダクタンス（Ｈ） そしてその交流電流が整流回路を流れ、蓄電器に蓄え
られる。N: Number of turns of coil t: Time (s) R: Resistance of coil (Ω) ω: Rotational speed of rotor (rad / s) L: Inductance of coil (H) And the alternating current flows through the rectifier circuit and is stored in the capacitor. It can be stored.
ここで発電機におけるステータ、コイル条件及びアン
バランス車を同一にして式におけるロータの体積をか
えてφの値違いのものについて実験的に携帯試験を行な
い、φの値と蓄電器に蓄えられる発電電荷量（発電量）
との関係を示したものが第２図である。第２図における
点線はIC回路部とモータ部による消費電流から求められ
る時計体の１日の消費電気量で、約100mC（クーロン）
である。Here, a portable test was conducted experimentally on the generator with the same stator, coil conditions, and unbalanced vehicle, but with different values of φ by changing the volume of the rotor, and the value of φ and the generated charge stored in the battery Amount (power generation)
FIG. 2 shows the relationship with. The dotted line in Fig. 2 is the daily electricity consumption of the watch body, which is calculated from the current consumption by the IC circuit and motor, and is about 100 mC (coulomb).
Is.
１日の携帯試験でそれ以上の発電量が得られる場合、
それを電源として駆動する電子時計は半永久的に動き続
けることができるのである。したがつてアンバランス車
の姿勢変化のアンバランスにより増速輪列を介してロー
タを回転させ発電を得る発電機において、その発電量を
電子時計の消費電気量以上とするためにはのφの値を
少なくとも次のように設定することが必要である。If you can generate more power in one day's mobile test,
An electronic timepiece that uses it as a power source can continue to run semipermanently. Therefore, in the generator that obtains electric power by rotating the rotor via the speed increasing train wheel due to the unbalance of the attitude change of the unbalanced vehicle, in order to make the amount of power generation more than the amount of electricity consumed by the electronic timepiece, It is necessary to set the value at least as follows:
φ＞５×10-7（wb） … しかし、ロータ磁石の体積を大きくすることによりφ
の値を大きくとれば、それだけ大きなロータの回転力が
必要となつてくる。第２図において、φ＞５×10-7（w
b）以上において発電量の増加率が減少するのはロータ
磁石とステータとの吸引力により生ずる力が急激に大き
くなり、アンバランス車が回りにくくなるためである。
アンバランス車でロータの回転力を得る場合、φの値を
大きくするとそのアンバランス車を大きくしなければな
らないが、時計等の小型携帯機器にそれを搭載するには
そのサイズの制約を受ける事になる。現在アンバランス
車からロータまでの増速輪列の増速比は1:100としてい
るがその比率を少なくして、アンバランス車を回りやす
くすることでそのサイズを小型化しても、それだけロー
タの回転数が減少し発電量が減少するため、結果的には
φの値を小さくした場合と同じになつてしまう。アンバ
ランス車にヘビーメタル等の高重量密度材料（比重18程
度）を用い、サイズ的に紳士用とよばれる時計に組み込
む場合に許容できる最大のサイズ（直径30mm程度）のア
ンバランス車を作る場合、最大とれるアンバランス量は
約5g・cmである。そのトルクでロータを回転させる場
合、ロータの静的行きトルクTS（ロータ磁石とステータ
との吸引力によつて生ずる力の事でTSについては後で詳
しく説明する）が、アンバランス車の回転トルクより小
さくなければ、ロータは回転しない。したがつてロータ
の静的引きトルクTSは少なくとも5g・cm以下でなければ
ならない。ここで第３図はφの値の違いによるステータ
穴内径とロータ磁石外径の差Ｇと静的引きトルクTSとの
関係を示す図である。この図からもわかるようにＧの値
を大きくとるとTSは減少していくが、φの値が10×10-7
（wb）より大きくなると、Ｇの差を大きくとつても、TS
の値が5g・cmより大きくなつてしまう。したがつてロー
タの静的引きトルクTSを5g・cm以下とするためにはφの
値は以下のように設定する必要がある。φ> 5 × 10 -7 (wb)… However, by increasing the volume of the rotor magnet, φ
The larger the value of, the larger the rotational force of the rotor becomes. In Fig. 2, φ> 5 × 10 -7 (w
b) The reason why the rate of increase in the amount of power generation decreases in the above is that the force generated by the attraction between the rotor magnet and the stator suddenly increases, making it difficult for the unbalanced vehicle to rotate.
When obtaining the rotational force of the rotor with an unbalanced vehicle, increasing the value of φ requires enlarging the unbalanced vehicle, but mounting it on a small portable device such as a watch is subject to size restrictions. become. Currently, the speed increase ratio of the speed increasing train from the unbalanced car to the rotor is set to 1: 100, but even if the size is reduced by making the ratio smaller and making the unbalanced car easier to rotate, the rotor Since the number of revolutions decreases and the amount of power generation decreases, the result is the same as when the value of φ is reduced. To make an unbalanced vehicle of the maximum size (about 30 mm in diameter) that can be used when incorporating it into a watch called a men's size because it uses a heavy weight material such as heavy metal (specific gravity about 18) for the unbalanced vehicle. The maximum unbalance amount is about 5g · cm. When the rotor is rotated by that torque, the static torque T S of the rotor (T S, which is a force generated by the attraction force between the rotor magnet and the stator, will be described in detail later), The rotor does not rotate unless it is smaller than the rotation torque. Therefore, the static pulling torque T S of the rotor must be at least 5 g · cm or less. Here, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the difference G between the inner diameter of the stator hole and the outer diameter of the rotor magnet and the static pulling torque T S due to the difference in the value of φ. As can be seen from this figure, when the value of G is increased, T S decreases, but the value of φ is 10 × 10 -7
If it becomes larger than (wb), even if the difference of G is large, T S
The value of becomes larger than 5g ・ cm. Therefore, in order to keep the static pulling torque T S of the rotor at 5 g · cm or less, the value of φ must be set as follows.
φ＜８×10-7（wb） … ，式Ｔより、時計体に組み込み可能な小型発電機
において式によるφの値は ５×10-7（wb）＜φ＜８×10-7（wb） と設定される。φ <8 × 10 -7 (wb) ... From the equation T , the value of φ according to the equation is 5 × 10 -7 (wb) <φ <8 × 10 -7 (wb ) Is set.
また本発明によれば、発電に必要なロータの回転トル
クをアンバランス車の姿勢変化によるアンバランスで生
じる回転トルクや外部手動操作部材による回転トルクで
直接確保している。その回転トルクの大きさは、時計体
の消費電気量から発電機の発電量が求められる場合、ロ
ータの回転により発電電流をとり出す事で電磁誘導によ
つてその回転を止めようとする方向に生じる負荷（これ
を動的引きトルクと呼ぶことにする）とロータの回転の
有無にかかわらずロータ磁石とステータとの吸引力によ
り生じるある場所に止まつていようとする力（これを静
的引きトルクと呼ぶことにする）とで決められる。そし
て動的引きトルクと静的引きトルクの和よりアンバラン
ス車のアンバランストルクや外部手動操作部材による回
転トルクが大きい場合、増速輪列を介してロータが回転
して要求される発電量が得られるのである。したがつて
ロータを回転させるのに必要なトルクＴは次のように考
えられる。Further, according to the present invention, the rotation torque of the rotor required for power generation is directly secured by the rotation torque generated by the unbalance due to the change in the attitude of the unbalanced vehicle or the rotation torque by the external manual operation member. When the amount of electricity generated by the generator is calculated from the amount of electricity consumed by the watch, the amount of rotational torque is in the direction in which the rotation of the rotor extracts the generated current to stop the rotation by electromagnetic induction. A force that tries to stop at a certain position (this is called a static pulling force) that is generated by the generated load (this is called a dynamic pulling torque) and the attractive force between the rotor magnet and the stator regardless of whether the rotor rotates or not. I will call it torque). When the unbalanced torque of the unbalanced vehicle or the rotational torque of the external manual operation member is larger than the sum of the dynamic pulling torque and the static pulling torque, the rotor rotates through the speed increasing train wheel and the required amount of power generation is You can get it. Therefore, the torque T required to rotate the rotor is considered as follows.
Ｔ＞TD＋TS TD:動的引きトルク TS:静的引きトルク ここで動的引きトルクTDの大きさは、取り出す電流ｉ
とコイルの巻数Ｎとコイル磁心を通る磁束数φの積に比
例する。T> T D + T S T D : Dynamic pulling torque T S : Static pulling torque Here, the magnitude of the dynamic pulling torque T D is the extraction current i.
Is proportional to the product of the number of turns N of the coil and the number of magnetic fluxes φ passing through the coil magnetic core.
TD∝ｉ×Ｎ×φ よつてＮ×φが一定、すなわちロータ，ステータ，コ
イルの形状が同一の場合、TDはｉに比例している。ここ
で発電機の発電量を電荷Ｑで表わすと、Ｑ＝ｉ×ｔ（ｔ
は時間）であるからTDは発電量に比例していることにな
る。一方、静的引きトルクTSはロータ磁石とステータと
の吸引力によるものでロータ回転の有無にかかわらず存
在するため、発電には全く無関係な力である。したがつ
てTSを小さく押える事ができれば、同一の発電量を得る
場合にもその分だけロータの回転負荷が小さくなり、回
転トルクを小さなものとする事が可能となるためアンバ
ランス量の減少によりアンバランス車や外部手動操作部
材の小型化が可能になる。ここでTSは実験的に次のよう
な関係がある事がわかつた。T D ∝i × N × φ Therefore, when N × φ is constant, that is, when the shapes of the rotor, the stator and the coils are the same, T D is proportional to i. When the amount of power generated by the generator is represented by the charge Q, Q = i × t (t
Therefore, T D is proportional to the amount of power generation. On the other hand, the static pulling torque T S is due to the attractive force between the rotor magnet and the stator and exists regardless of whether or not the rotor is rotating. Therefore, the static pulling torque T S is completely unrelated to power generation. Therefore, if T S can be suppressed to a small value, the rotational load of the rotor will be reduced by that amount even if the same amount of power generation is obtained, and it will be possible to reduce the rotational torque, thus reducing the amount of unbalance. As a result, the unbalanced vehicle and the external manual operation member can be downsized. Here, it is experimentally known that T S has the following relationship.
φ：コイル磁心を通る磁束数 G:ステータ穴内径とロータ磁石外径の差 したがつてＧを大きくとつてφの値を設定することに
よりTSをさげることができる。式においてφの値を３
種類設定し実験的にアンバランス車の位置におけるロー
タの静的引きトルクを測定したものを、横軸にステータ
穴内径とロータ磁石外径の差Ｇ（ｍ）、縦軸に静的引き
トルクTSをとつたものにプロツトしたものが第３図であ
る。この図からわかるようにφの値にかかわらずＧの値
が２×10-4（ｍ）より小さくなると急激にTSが大きくな
り時計に組み込み可能な最大サイズのアンバランス車に
よる回転トルク（5g・cm）より、ロータによる引きトル
クの方が大きくなつてしまう。したがつてアンバランス
車を時計組み込み可能サイズとして要求される発電量が
得られるようにロータ磁石の外径，ステータ穴内径でφ
の値を設定する場合にはＧの値をＧ＞２×10-4（ｍ）と
しなければならない。そのように設定することにより静
的引きトルクTSを小さくおさえる事で、アンバランス車
や外部手動操作部材がより小型化でき、電子時計に組み
込み可能な小型発電機が実現できるのである。 phi: number of magnetic fluxes passing through the coil core G: has been the difference in the stator bore inner diameter and a rotor magnet outside diameter can lower the T S by setting the value of greater and connexion phi a connexion G. In the formula, the value of φ is 3
The static pulling torque of the rotor at the position of the unbalanced vehicle was experimentally measured by setting the type, and the horizontal axis shows the difference G (m) between the stator bore inner diameter and the rotor magnet outer diameter, and the vertical axis shows the static pulling torque T. FIG. 3 shows a plot of S- shaped ones. As can be seen from this figure, regardless of the value of φ, when the value of G becomes smaller than 2 × 10 -4 (m), T S rapidly increases and the rotational torque (5g・ The pulling torque by the rotor becomes larger than that of (cm). Therefore, the rotor magnet outer diameter and stator hole inner diameter are
When setting the value of G, the value of G must be G> 2 × 10 −4 (m). By setting such a setting, the static pulling torque T S can be kept small, so that the unbalanced vehicle and the external manual operation member can be further downsized, and a small generator that can be incorporated into an electronic timepiece can be realized.
本発明によればその発電機構を時計内部に組み込み可
能とする事により、電子時計最大の欠点である電池交換
の煩わしさを解消し時計の寿命を半永久的なものとする
効果は大である。According to the present invention, the power generation mechanism can be incorporated into the timepiece, so that the great disadvantage of the electronic timepiece, that is, the troublesomeness of battery replacement, can be eliminated and the life of the timepiece can be made semi-permanent.
そして、ステータはロータの周囲を取り囲むようなロ
ータと同心円状の貫通穴を有し、かつ、ロータの有する
永久磁石からコイルの磁心を通る磁束数φ（wb）を ５×10-7（wb）＜φ＜８×10-7（wb） とし、貫通穴の内径と永久磁石の外径との差Ｇ（ｍ）を Ｇ＞２×10-4（ｍ） となるようにロータとステータの形状を設定したことに
より、ステータの内径形状に切り欠きや２体ステータの
ようなギャップが無いため、アンバランス車等の回転に
より永久磁石の周囲に形成される磁界が変化する際に、
切り欠き部やギャップを乗り越えるときに比べ、抵抗と
なる静的引きトルクを極力小さくすることができるもの
である。The stator has a through hole concentric with the rotor surrounding the rotor, and the number of magnetic fluxes φ (wb) passing through the core of the coil from the permanent magnet of the rotor is 5 × 10 −7 (wb). <Φ <8 × 10 −7 (wb) and the shape of the rotor and stator so that the difference G (m) between the inner diameter of the through hole and the outer diameter of the permanent magnet is G> 2 × 10 −4 (m). By setting, since there is no notch or a gap like the two-body stator in the inner diameter shape of the stator, when the magnetic field formed around the permanent magnet changes due to the rotation of the unbalanced vehicle,
The static pulling torque, which acts as a resistance, can be reduced as much as possible, as compared with the case of overcoming a notch or a gap.
更に、磁束数φの範囲の規定および、貫通穴と永久磁
石の径との関係により、より静的引きトルクを低減して
いるため、ロータの回転速度の向上あるいは、より小さ
い回転力によってもロータが回転することができ、アン
バランス量を削減し発電機全体の小型化を図るとともに
発電性能をより向上させた、電子時計用の小型発電機が
得られるものである。Further, since the static pulling torque is further reduced due to the regulation of the range of the magnetic flux number φ and the relationship between the through hole and the diameter of the permanent magnet, the rotor rotation speed is improved or the rotor is rotated by a smaller rotation force. It is possible to obtain a small generator for an electronic timepiece that can rotate, reduce the unbalance amount, reduce the size of the entire generator, and further improve the power generation performance.
第１図は本発明の一実施例を示す小型発電機の略平面
図。 第２図は本発明における実験によるコイル磁心を通る磁
束数φと発電量との関係図。 第３図は本発明における実験によるステータ穴内径とロ
ータ磁石外径の差Ｇと静的引きトルクTSとの関係図。FIG. 1 is a schematic plan view of a small generator showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the number of magnetic fluxes φ passing through the coil magnetic core and the amount of power generation according to an experiment in the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the difference G between the inner diameter of the stator hole and the outer diameter of the rotor magnet and the static pulling torque T S, which is obtained by an experiment in the present invention.
Claims (1)
る変換器と、アンバランス車と、外部操作部材と、前記
アンバランス車や前記外部操作部材の回転動力を増速さ
せ前記ロータに伝える輪列手段と、前記ロータの回転に
より生ずる交流電力を整流する整流手段と、整流された
電力を蓄える蓄電手段とにより構成される電子時計にお
ける小型発電機において、 前記アンバランス車のアンバランス量を5g・cm以下と
し、 前記ステータは前記ロータの周囲を取り囲むような前記
ロータと同心円状の貫通穴を有し、かつ、前記ロータの
有する永久磁石から前記コイルの磁心を通る磁束数φ
（wb）を ５×10-7（wb）＜φ＜８×10-7（wb） とし、前記貫通穴の内径と前記永久磁石の外径との差Ｇ
（ｍ）を Ｇ＞２×10-4（ｍ） となるように前記ロータと前記ステータの形状を設定し
たことを特徴とする電子時計における小型発電機。1. A converter comprising a rotor, an integral stator and a coil, an unbalanced wheel, an external operating member, and a wheel for increasing the rotational power of the unbalanced vehicle and the external operating member and transmitting the rotational power to the rotor. In a small generator of an electronic timepiece, which comprises a row means, a rectifying means for rectifying AC power generated by the rotation of the rotor, and a power storage means for storing the rectified power, an unbalance amount of the unbalanced vehicle is 5 g. Cm or less, the stator has a through hole that is concentric with the rotor so as to surround the rotor, and the number of magnetic fluxes passing through the magnetic core of the coil from the permanent magnet of the rotor.
(Wb) is 5 × 10 −7 (wb) <φ <8 × 10 −7 (wb), and the difference G between the inner diameter of the through hole and the outer diameter of the permanent magnet is
A small generator in an electronic timepiece characterized in that the shapes of the rotor and the stator are set so that (m) is G> 2 × 10 −4 (m).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP60210608A JP2525141B2 (en) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | Small generator in electronic timepiece |
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| JP60210608A JP2525141B2 (en) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | Small generator in electronic timepiece |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6269190A JPS6269190A (en) | 1987-03-30 |
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|---|---|---|---|---|
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1985
- 1985-09-24 JP JP60210608A patent/JP2525141B2/en not_active Expired - Fee Related
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