JP2644407B2 - ノズルレス液滴吐出システム - Google Patents
ノズルレス液滴吐出システムInfo
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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- B41J2/135—Nozzles
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- B41J2002/14322—Print head without nozzle
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク・ジェット印刷
の分野に関する。更に、詳しくは、本発明は、非常に速
い印刷速度で吐出面に対して流体（インク）の液滴を正
確に供給する音響プリンタのノズルレス液滴吐出システ
ムに関する。
の分野に関する。更に、詳しくは、本発明は、非常に速
い印刷速度で吐出面に対して流体（インク）の液滴を正
確に供給する音響プリンタのノズルレス液滴吐出システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ノズルをベースにした液滴吐出システム
が、コンピュータの周辺装置の産業で製造された一般的
なインク・ジェット・プリンタの用紙にインクを吐出す
るために使用されている。これらのプリンタはハードコ
ピーを作る場合に速度が非常に遅いが、これらのプリン
タは、コストの安い製品に興味のある多くの消費者にと
っては魅力のある製品である。
が、コンピュータの周辺装置の産業で製造された一般的
なインク・ジェット・プリンタの用紙にインクを吐出す
るために使用されている。これらのプリンタはハードコ
ピーを作る場合に速度が非常に遅いが、これらのプリン
タは、コストの安い製品に興味のある多くの消費者にと
っては魅力のある製品である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】非常に高速で、しかも
安いコストでインクのような流体の液滴を用紙のような
吐出媒体に対して正確に吐出する問題は、コンピュータ
の周辺装置の分野の設計者にとって大きな挑戦目標にな
っている。表面が汚れる問題とインクのノズルが詰まる
ことが共通の問題である。液滴の吐出速度の制約が、今
日使用されているノズルをベースとする技術によって非
常に高速のシステムを開発する場合の障害になってい
る。
安いコストでインクのような流体の液滴を用紙のような
吐出媒体に対して正確に吐出する問題は、コンピュータ
の周辺装置の分野の設計者にとって大きな挑戦目標にな
っている。表面が汚れる問題とインクのノズルが詰まる
ことが共通の問題である。液滴の吐出速度の制約が、今
日使用されているノズルをベースとする技術によって非
常に高速のシステムを開発する場合の障害になってい
る。
【０００４】プリンタは、コンピュータの媒体から紙の
ようなハードコピーに対して図形またはテキストのよう
な情報を転送する装置である。紙のハードコピーを作る
ことのできる速度およびこのハードコピーの鮮明度と解
像度が、プリンタの品質の尺度である。解像度は、プリ
ンタが紙に対して細部を詳細に再生することができる能
力の尺度である。解像度が高い出力を発生するプリンタ
は、元のテキストまたは図形を忠実に再現することがで
きる。解像度がより高いプリンタは、より印象的な最終
製品を作り、その結果、これに対する需要はより大き
い。使用されている技術によって、プリンタの品質とそ
の最終的なコストが決まる。インク・ジェットによる印
刷は、比較的安価な直接印字を行う技術であるが、「連
続した流れを発生し」かつ「要求に応じて液滴を滴下す
る」大部分のインク・ジェット・プリンヘッドにはノズ
ルが含まれているため、この技術は少なくとも部分的に
は成熟するのに時間を要した。幾つかのステップを経て
これらのノズルの製造コストを削減すると共にその信頼
性を増してきたが、経験によれば、ノズルはこの技術の
潜在能力を十分実現するには依然として重要な障害なっ
ていることが分かる。
ようなハードコピーに対して図形またはテキストのよう
な情報を転送する装置である。紙のハードコピーを作る
ことのできる速度およびこのハードコピーの鮮明度と解
像度が、プリンタの品質の尺度である。解像度は、プリ
ンタが紙に対して細部を詳細に再生することができる能
力の尺度である。解像度が高い出力を発生するプリンタ
は、元のテキストまたは図形を忠実に再現することがで
きる。解像度がより高いプリンタは、より印象的な最終
製品を作り、その結果、これに対する需要はより大き
い。使用されている技術によって、プリンタの品質とそ
の最終的なコストが決まる。インク・ジェットによる印
刷は、比較的安価な直接印字を行う技術であるが、「連
続した流れを発生し」かつ「要求に応じて液滴を滴下す
る」大部分のインク・ジェット・プリンヘッドにはノズ
ルが含まれているため、この技術は少なくとも部分的に
は成熟するのに時間を要した。幾つかのステップを経て
これらのノズルの製造コストを削減すると共にその信頼
性を増してきたが、経験によれば、ノズルはこの技術の
潜在能力を十分実現するには依然として重要な障害なっ
ていることが分かる。
【０００５】ノズルをベースとするプリン・ヘッドの速
度と保守性の問題を安いコストで解決することを可能に
する直截な方法と装置の開発は、コンピュータの周辺産
業に於ける大きな技術的進歩である。このような革新的
な技術を使用して達成することのできる性能の向上によ
って、産業界で長期間に渡って抱かれていたニーズを満
足することができる。
度と保守性の問題を安いコストで解決することを可能に
する直截な方法と装置の開発は、コンピュータの周辺産
業に於ける大きな技術的進歩である。このような革新的
な技術を使用して達成することのできる性能の向上によ
って、産業界で長期間に渡って抱かれていたニーズを満
足することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、吐出面に対し
て流体の液滴を吐出するためのノズルレス液滴吐出シス
テムである。本発明は、変換器のヘッドを横切って一定
の速度でかつ一定の厚さをもって移動する流体の薄膜を
形成するために新規な構成を使用している。このヘッド
の構造は、音響エネルギーの破裂音を発生するため、平
滑な周辺の外部表面を有すると共に埋設された電子−音
響変換器の分布を有する。各変換器は関連する音響レン
ズを有し、破裂音の焦点を薄い流体（インク）膜面に合
わせる。合焦した破裂音によって、液滴が流体膜から吐
出面に吐出される。流体膜の厚さと流速は層流レギレー
タによって一定に保持され、その結果、流体の外部表面
の位置とヘッドは一般的に音響の焦点と一致し、かつ流
体の速度は、供給流体の圧力が変化する間一定である。
このような空間的な関係を維持することによって、所望
の直径の吐出液滴を作ることができる。この吐出システ
ムの動作中、連続的に供給された流体（インク）はヘッ
ドの上部を通過する。
て流体の液滴を吐出するためのノズルレス液滴吐出シス
テムである。本発明は、変換器のヘッドを横切って一定
の速度でかつ一定の厚さをもって移動する流体の薄膜を
形成するために新規な構成を使用している。このヘッド
の構造は、音響エネルギーの破裂音を発生するため、平
滑な周辺の外部表面を有すると共に埋設された電子−音
響変換器の分布を有する。各変換器は関連する音響レン
ズを有し、破裂音の焦点を薄い流体（インク）膜面に合
わせる。合焦した破裂音によって、液滴が流体膜から吐
出面に吐出される。流体膜の厚さと流速は層流レギレー
タによって一定に保持され、その結果、流体の外部表面
の位置とヘッドは一般的に音響の焦点と一致し、かつ流
体の速度は、供給流体の圧力が変化する間一定である。
このような空間的な関係を維持することによって、所望
の直径の吐出液滴を作ることができる。この吐出システ
ムの動作中、連続的に供給された流体（インク）はヘッ
ドの上部を通過する。
【０００７】添付図を参照して好適な実施例の以下の説
明を検討することによって、本発明の他の目的および目
標が理解されると共に本発明もより完全にかつより包括
的に理解される。
明を検討することによって、本発明の他の目的および目
標が理解されると共に本発明もより完全にかつより包括
的に理解される。
【０００８】
【実施例】図１は、ノズルレス液滴吐出システム用の本
発明の装置１０の斜視図である。流体（インク）の液滴
１２は、紙のような吐出面１４が装置１０を横切って移
動するにしたがって、この吐出面１４に吐出される。本
発明の装置１０は、印刷工程を完了するのに１つの経路
のみしか必要でないように、吐出面１４の幅にマッチし
たサイズに都合よく合わせることができる。
発明の装置１０の斜視図である。流体（インク）の液滴
１２は、紙のような吐出面１４が装置１０を横切って移
動するにしたがって、この吐出面１４に吐出される。本
発明の装置１０は、印刷工程を完了するのに１つの経路
のみしか必要でないように、吐出面１４の幅にマッチし
たサイズに都合よく合わせることができる。
【０００９】図２は、本発明１０の好適な実施例を概略
的に示す。少なくとも１つの電子−音響変換器１５が、
ヘッド・キャビティ１６ｂを有するヘッド構造体１６ａ
に接続される。各電子−音響変換器１５は、変換器の支
持面１７でヘッド構造体１６ａと密着する。ヘッド構造
体１６ａは、少なくとも１つの内接した音響レンズ１９
を有する平滑な周辺外部表面１８を有し、この音響レン
ズ１９は、各電子−音響変換器１５と位置合わせされる
のが好都合である。音響エネルギーの破裂音２０は、電
気的励起装置（図示せず）によって電子−音響変換器１
５にパルスを与えることによって、ヘッド構造体１６ａ
を介して音響レンズ１９に伝達される。このレンズの形
状は球形であるのが好ましいが、フレネルレンズ構造
（図示せず）のものでもよい。周辺の外部表面１８の境
界は、ヘッド構造体１６ａの入力側２２と出力側２４に
よって形成される。流体２６の層流は、層流レギュレー
タ２８によって平滑な外部表面１８を横切って発生さ
れ、このレギュレータ２８によって、流体の表面２７は
平滑な外部表面１８から一般的に一定の距離に保持され
る。この距離は、使用されている音響レンズ１９の焦点
距離に対応するように設計するのが好都合である。流体
面２７と平滑な外部表面１８との間の距離は、層流レギ
ュレータ２８とヘッド１６ａの入力側２２との間の間隔
すなわちスリット３０を変化させることによって調整す
ることができる。このような形状によって、最適な液滴
のサイズが保障される。予め調整されて加圧された流体
３１は、流体ポンプ３２によって図示の方向で装置１０
に注入される。この加圧された流体３１は、バッフル３
４から逸れて流体フィルタ３６によって濾過される。こ
の濾過された供給流体３５はポンプ３２によって層流レ
ギュレータ２８を介してスリット３０で押出される。ヘ
ッド構造体１６ａの出力側２４からの流体の層流２６は
流体溜め３８に集められ、この流体はフィーダ・チュー
ブ４０によって流体ポンプ３２に戻され、この流体の流
れのサイクルを完了する。
的に示す。少なくとも１つの電子−音響変換器１５が、
ヘッド・キャビティ１６ｂを有するヘッド構造体１６ａ
に接続される。各電子−音響変換器１５は、変換器の支
持面１７でヘッド構造体１６ａと密着する。ヘッド構造
体１６ａは、少なくとも１つの内接した音響レンズ１９
を有する平滑な周辺外部表面１８を有し、この音響レン
ズ１９は、各電子−音響変換器１５と位置合わせされる
のが好都合である。音響エネルギーの破裂音２０は、電
気的励起装置（図示せず）によって電子−音響変換器１
５にパルスを与えることによって、ヘッド構造体１６ａ
を介して音響レンズ１９に伝達される。このレンズの形
状は球形であるのが好ましいが、フレネルレンズ構造
（図示せず）のものでもよい。周辺の外部表面１８の境
界は、ヘッド構造体１６ａの入力側２２と出力側２４に
よって形成される。流体２６の層流は、層流レギュレー
タ２８によって平滑な外部表面１８を横切って発生さ
れ、このレギュレータ２８によって、流体の表面２７は
平滑な外部表面１８から一般的に一定の距離に保持され
る。この距離は、使用されている音響レンズ１９の焦点
距離に対応するように設計するのが好都合である。流体
面２７と平滑な外部表面１８との間の距離は、層流レギ
ュレータ２８とヘッド１６ａの入力側２２との間の間隔
すなわちスリット３０を変化させることによって調整す
ることができる。このような形状によって、最適な液滴
のサイズが保障される。予め調整されて加圧された流体
３１は、流体ポンプ３２によって図示の方向で装置１０
に注入される。この加圧された流体３１は、バッフル３
４から逸れて流体フィルタ３６によって濾過される。こ
の濾過された供給流体３５はポンプ３２によって層流レ
ギュレータ２８を介してスリット３０で押出される。ヘ
ッド構造体１６ａの出力側２４からの流体の層流２６は
流体溜め３８に集められ、この流体はフィーダ・チュー
ブ４０によって流体ポンプ３２に戻され、この流体の流
れのサイクルを完了する。
【００１０】図３は、ノズルレス液滴吐出システムの好
適な実施例用の本発明の装置を概略的に示す。対応する
音響レンズ１９を有する電子−音響変換器１５の直線ア
レイを、ヘッド構造体１６ａの長手方向に沿って示す。
ヘッド・キャビティ１６ｂと変換器の支持面１７は、ヘ
ッド構造体１６ａの長手方向に沿って延びる。直線アレ
イ内の電子−音響変換器１５と音響レンズ１９の数とそ
れらの相互間の距離によって、この吐出システムの空間
的な解像度が決まる。吐出面１４に液滴１２を吐出する
ためには、電子−音響変換器１５と音響レンズ１９の中
心と、これらに隣接する変換器１５と音響レンズ１９の
中心との距離が、５０ミクロンのオーダの場合に高い解
像度をもたらす。音響エネルギーの破裂音２０は、電子
−音響変換器１５のアレイから放出されているものとし
て図示され、ヘッド構造体１６ａを介して伝導され、こ
のヘッド構造体１６ａは都合の良い音響的特性を有して
いる。電源２１が、電子的マルチプレクサ４１を介して
アレイ状の電子−音響変換器１５に接続され、このマル
チプレクサ４１によって、電子−音響変換器１５の全て
のシーケンスが励起されて所望のパターンの液滴１２を
吐出面１４に吐出する。電子的マルチプレクサ４１は、
装置１０の外部にある制御回路（図示せず）によって非
常に高速で選択的にアドレスされる。
適な実施例用の本発明の装置を概略的に示す。対応する
音響レンズ１９を有する電子−音響変換器１５の直線ア
レイを、ヘッド構造体１６ａの長手方向に沿って示す。
ヘッド・キャビティ１６ｂと変換器の支持面１７は、ヘ
ッド構造体１６ａの長手方向に沿って延びる。直線アレ
イ内の電子−音響変換器１５と音響レンズ１９の数とそ
れらの相互間の距離によって、この吐出システムの空間
的な解像度が決まる。吐出面１４に液滴１２を吐出する
ためには、電子−音響変換器１５と音響レンズ１９の中
心と、これらに隣接する変換器１５と音響レンズ１９の
中心との距離が、５０ミクロンのオーダの場合に高い解
像度をもたらす。音響エネルギーの破裂音２０は、電子
−音響変換器１５のアレイから放出されているものとし
て図示され、ヘッド構造体１６ａを介して伝導され、こ
のヘッド構造体１６ａは都合の良い音響的特性を有して
いる。電源２１が、電子的マルチプレクサ４１を介して
アレイ状の電子−音響変換器１５に接続され、このマル
チプレクサ４１によって、電子−音響変換器１５の全て
のシーケンスが励起されて所望のパターンの液滴１２を
吐出面１４に吐出する。電子的マルチプレクサ４１は、
装置１０の外部にある制御回路（図示せず）によって非
常に高速で選択的にアドレスされる。
【００１１】図４は、音響破裂音４２を生成する音響破
裂音２０に対するレンズ１９の合焦動作及びノズルレス
液滴吐出システム１０における流体流れの調整を示す概
略図である。ヘッド構造体１６ａの外部表面１８に対す
る流体面２７の高さは、層流レギュレータ２８によって
濾過された供給流体３５内の圧力の変動に対して調整さ
れる。４４で示す方向に狭いスリット３０を介して加圧
された流体３５を押出すことによって作られる表面張力
のため、層流レギュレータ２８と外部表面１８との間
で、濾過された供給流体３５の圧力の増加によって、凸
型のメニュスカス４６が形成されると共に、この濾過さ
れた供給流体の圧力の減少によって、凹型のメニュスカ
ス４８が形成される。スリット３０内の流体の弾性作用
によって、装置１０の動作の間平滑な外部表面１８に沿
った流体の速度と奥行きが調整される傾向がある。ヘッ
ド構造体１６ａとヘッド・キャビティ１６ｂは管状の手
段を形成し、これによって断面が円形、楕円形または多
角形をした電子−音響変換器１５が支持される。実際
上、流体の流れの弾性特性をサポートする平滑な外部表
面を提供するようないずれの形状を使用することも可能
である。所望の寸法の液滴１２を吐出するため、流体の
奥行きは音響レンズ１９の焦点面内に実質的に保持され
なければならない。一点に集中する音響破裂音４２の放
射圧力は、表面張力の抑制力に打ち勝つように作用して
流体面２７から液滴１２を吐出する。球面収差が小さく
てＦナンバーが約１．０のレンズの場合、吐出された液
滴１２の直径は、電子−音響変換器１５を励起するため
に使用される音響の周波数と反比例する。従って、３０
０ないし５ミクロンの液滴の直径は、５ない３００のＭ
Ｈｚの音響の周波数の範囲に対応する。
裂音２０に対するレンズ１９の合焦動作及びノズルレス
液滴吐出システム１０における流体流れの調整を示す概
略図である。ヘッド構造体１６ａの外部表面１８に対す
る流体面２７の高さは、層流レギュレータ２８によって
濾過された供給流体３５内の圧力の変動に対して調整さ
れる。４４で示す方向に狭いスリット３０を介して加圧
された流体３５を押出すことによって作られる表面張力
のため、層流レギュレータ２８と外部表面１８との間
で、濾過された供給流体３５の圧力の増加によって、凸
型のメニュスカス４６が形成されると共に、この濾過さ
れた供給流体の圧力の減少によって、凹型のメニュスカ
ス４８が形成される。スリット３０内の流体の弾性作用
によって、装置１０の動作の間平滑な外部表面１８に沿
った流体の速度と奥行きが調整される傾向がある。ヘッ
ド構造体１６ａとヘッド・キャビティ１６ｂは管状の手
段を形成し、これによって断面が円形、楕円形または多
角形をした電子−音響変換器１５が支持される。実際
上、流体の流れの弾性特性をサポートする平滑な外部表
面を提供するようないずれの形状を使用することも可能
である。所望の寸法の液滴１２を吐出するため、流体の
奥行きは音響レンズ１９の焦点面内に実質的に保持され
なければならない。一点に集中する音響破裂音４２の放
射圧力は、表面張力の抑制力に打ち勝つように作用して
流体面２７から液滴１２を吐出する。球面収差が小さく
てＦナンバーが約１．０のレンズの場合、吐出された液
滴１２の直径は、電子−音響変換器１５を励起するため
に使用される音響の周波数と反比例する。従って、３０
０ないし５ミクロンの液滴の直径は、５ない３００のＭ
Ｈｚの音響の周波数の範囲に対応する。
【００１２】ノズルレス液滴吐出システムによってイン
クの表面が絶えず新しいものにされ、これによって多く
のコストの低い印刷技術に共通の表面が汚染される問題
が少なくなる。液滴１２の吐出による表面の波紋を含む
層流２６内の乱れは、これらの乱れが変換器のアレイに
沿って他の点に広がる前に取り除かれる。液滴１２の吐
出速度は層流の奥行きを変更することなく変化させるこ
とが可能であるが、その理由は、加圧された流体の入力
３１が常に調整されているからである。層流の流路が湾
曲していることによって実現される改善により、吐出面
と吐出システムの残りの部分との間により大きなクリア
ランスを保持しながら、この吐出面と吐出システムとの
間の空間を希望に応じて小さくすることができる。
クの表面が絶えず新しいものにされ、これによって多く
のコストの低い印刷技術に共通の表面が汚染される問題
が少なくなる。液滴１２の吐出による表面の波紋を含む
層流２６内の乱れは、これらの乱れが変換器のアレイに
沿って他の点に広がる前に取り除かれる。液滴１２の吐
出速度は層流の奥行きを変更することなく変化させるこ
とが可能であるが、その理由は、加圧された流体の入力
３１が常に調整されているからである。層流の流路が湾
曲していることによって実現される改善により、吐出面
と吐出システムの残りの部分との間により大きなクリア
ランスを保持しながら、この吐出面と吐出システムとの
間の空間を希望に応じて小さくすることができる。
【００１３】本発明を特定の好適な実施例を参照して詳
細に説明したが、本発明に関係する当業者は上記の特許
請求の範囲の精神と範囲から逸脱することなく種々の変
形と補強が行われることを理解する。
細に説明したが、本発明に関係する当業者は上記の特許
請求の範囲の精神と範囲から逸脱することなく種々の変
形と補強が行われることを理解する。
【図１】本発明の装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施例のノズルレス液滴吐出システ
ムを示す概略図である。
ムを示す概略図である。
【図３】本発明の装置の長手方向の概略図である。
【図４】本発明のノズルレス液滴吐出システムの流体の
流れの調整を示す概略図である。
流れの調整を示す概略図である。
１０ ノズルレス液滴吐出システム １２ 液滴 １４ 吐出面 １５ 電子−音響変換器 １６ａ ヘッド構造体 １６ｂ ヘッド・キャビテイ １７ 変換器支持面 １８ 平滑な外部表面 １９ 音響レンズ ２０ 破裂音 ２１ 電源 ２２ 入力側 ２４ 出力側 ２６ 流体の層流 ２７ 流体面 ２８ 層流レギュレータ ３０ スリット ３１ 加圧流体の入力 ３２ 調整された流体ポンプ ３５ 濾過された供給流体 ３４ バッフル ３６ 流体フィルタ ３８ 流体溜め ４０ 流体の戻り ４１ 電子的マルチプレクサ
Claims (1)
- 【請求項１】 音響プリンタに使用されるノズルレス液
滴吐出装置（１０）であって、このノズルレス液滴吐出
装置（１０）が、ヘッド・キャビティ（１６ｂ）が形成
されたヘッド構造体（１６ａ）と、このヘッド・キャビ
ティ（１６ｂ）の変換器支持面（１７）に設けられた電
子−音響変換器手段（１５）とを有し、上記ヘッド構造
体（１６ａ）が、音響破裂音（４２）を合焦させて複数
のインク液滴をインク供給源から噴出させる音響レンズ
（１９）を有し、このインク供給源が調整された流体ポ
ンプ（３２）により加圧されているノズルレス液滴吐出
装置において、 上記ヘッド構造体（１６ａ）は平滑な外部表面（１８）
を有し、 このヘッド構造体（１６ａ）の平滑な外部表面（１８）
に対向すると共にそれに沿って延びるように層流レギュ
レータ（２８）が配置され、この層流レギュレータ（２
８）が、上記ヘッド構造体（１６ａ）の平滑な外部表面
（１８）と層流レギュレータ（２８）との間の濾過され
た供給インク（３５）を上記液体ポンプ（３２）により
加圧することにより生じる張力の弾性作用を用いてイン
クの薄膜状の層流（２６）を制御し、 上記層流レギュレータ（２８）が、ナイフ状エッジを有
し且つ上記濾過された供給インク（３５）と係合しさら
に上記平滑な外部表面（１８）と層流レギュレータ（２
８）との間にその流れが調整されたインクのメニュスカ
ス（４６，４８）を形成できるように正確に位置決めさ
れ、このインクのメニュスカス（４６，４８）が上記音
響レンズ（１９）上を横切るインクの薄膜状の層流（２
６）を調整し、 このようにして、上記音響レンズ（１９）の合焦面に対
応して上記インクの薄膜状の層流（２６）の速度と深さ
がほぼ一定に保持されることを特徴とするノズルレス液
滴吐出装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US63424790A | 1990-12-26 | 1990-12-26 | |
| US7/634247 | 1990-12-26 | ||
| US07/634247 | 1990-12-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296562A JPH04296562A (ja) | 1992-10-20 |
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