JP2723333B2 - 超音波モータの制御装置 - Google Patents
超音波モータの制御装置Info
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- JP2723333B2 JP2723333B2 JP2097057A JP9705790A JP2723333B2 JP 2723333 B2 JP2723333 B2 JP 2723333B2 JP 2097057 A JP2097057 A JP 2097057A JP 9705790 A JP9705790 A JP 9705790A JP 2723333 B2 JP2723333 B2 JP 2723333B2
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- ultrasonic
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- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超音波モータの速度制御に用いて好適な
超音波モータの制御装置に関する。
超音波モータの制御装置に関する。
「従来の技術」 従来より、この種の制御装置としては、超音波モータ
を目標位置まで移動させる際に、超音波モータが目標位
置に近付くにしたがって徐々に移動速度を低下させるこ
とによって、目標位置に正確に停止させるというものが
ある（特願平１−325257）。このように、超音波モータ
の移動速度を低下させるには、超音波モータの位置を位
置センサ等によって検出し、検出された位置が目標位置
に近付くにしたがって、超音波モータの共振周波数の駆
動信号と論理積をとっているコントロールパルスのデユ
ーティ比を100％から０％に徐々に変化させ、上記駆動
信号の供給時間を断続することにより行っていた。
を目標位置まで移動させる際に、超音波モータが目標位
置に近付くにしたがって徐々に移動速度を低下させるこ
とによって、目標位置に正確に停止させるというものが
ある（特願平１−325257）。このように、超音波モータ
の移動速度を低下させるには、超音波モータの位置を位
置センサ等によって検出し、検出された位置が目標位置
に近付くにしたがって、超音波モータの共振周波数の駆
動信号と論理積をとっているコントロールパルスのデユ
ーティ比を100％から０％に徐々に変化させ、上記駆動
信号の供給時間を断続することにより行っていた。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した超音波モータの制御装置は、検出
された超音波モータの位置に応じて一義的にコントロー
ルパルスのデューティ比を設定するものであるから、負
荷の変動等によって速度が増減した際、超音波モータの
移動速度を最適値に補正することが困難であった。
された超音波モータの位置に応じて一義的にコントロー
ルパルスのデューティ比を設定するものであるから、負
荷の変動等によって速度が増減した際、超音波モータの
移動速度を最適値に補正することが困難であった。
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、
超音波モータの移動速度を自動的に目標速度に保持する
ことができる超音波モータの制御装置を提供することを
目的としている。
超音波モータの移動速度を自動的に目標速度に保持する
ことができる超音波モータの制御装置を提供することを
目的としている。
「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を解決するため、超音波モータの共
振周波数の駆動信号を発生する発振器と、所定のデュー
ティ比で前記駆動信号をオン／オフする駆動信号制限手
段と、超音波モータの目標速度が大となるに従って周波
数が大となる第１のパルス信号によって計数結果がイン
クリメントされるとともに、前記超音波モータの移動速
度が大となるに従って周波数が大となる第２のパルス信
号によって計数結果がデクリメントされるカウンタと、
前記カウンタの計数結果が大となるほど前記デューティ
比を大とするデューティ比設定手段とを具備することを
特徴としている。
振周波数の駆動信号を発生する発振器と、所定のデュー
ティ比で前記駆動信号をオン／オフする駆動信号制限手
段と、超音波モータの目標速度が大となるに従って周波
数が大となる第１のパルス信号によって計数結果がイン
クリメントされるとともに、前記超音波モータの移動速
度が大となるに従って周波数が大となる第２のパルス信
号によって計数結果がデクリメントされるカウンタと、
前記カウンタの計数結果が大となるほど前記デューティ
比を大とするデューティ比設定手段とを具備することを
特徴としている。
「作用」 超音波モータの目標速度が移動速度より大である場合
には、第１のパルス信号の周波数が第２のパルス信号の
周波数より大となるから、カウンタの計数結果が大とな
り、デューティ比も大となる。これにより、超音波モー
タが加速される。
には、第１のパルス信号の周波数が第２のパルス信号の
周波数より大となるから、カウンタの計数結果が大とな
り、デューティ比も大となる。これにより、超音波モー
タが加速される。
一方、超音波モータの目標速度が移動速度より小であ
る場合には、第１のパルス信号の周波数が第２のパルス
信号の周波数より小となるから、カウンタの計数結果が
小となり、デューティ比も小となる。これにより、超音
波モータが減速される。
る場合には、第１のパルス信号の周波数が第２のパルス
信号の周波数より小となるから、カウンタの計数結果が
小となり、デューティ比も小となる。これにより、超音
波モータが減速される。
したがって、超音波モータの移動速度は、目標速度に
等しくなるように自動制御される。
等しくなるように自動制御される。
「実施例」 次に図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。
する。
本実施例においては、制御対象の超音波モータとし
て、本出願人が先に提案したエネルギー効率の良い超音
波リニアモータ（特願昭63−60714号）を用いている。
て、本出願人が先に提案したエネルギー効率の良い超音
波リニアモータ（特願昭63−60714号）を用いている。
そこで、まず、上記超音波リニアモータについて第２
図を参照して簡単に説明する。この図において、1,2は
互いに平行な脚部、３はこれら脚部1,2の各々の一端を
結合する胴部であり、これらは断面がほぼ正方形の弾性
材料であって、全体としてコ字状の振動体４を構成して
いる。この振動体４の角の部分は、脚部1,2および胴部
３に対して45度の角度をなすように面取りされた取付面
５が形成されており、その取付面５に圧電素子6,7が取
り付けられている。この圧電素子6,7としては、積層型
圧電アクチュエータあるいは単板の圧電セラミックスが
使用され、取付面５に直交する方向に伸縮するようにな
っている。そして、振動体４は、レール８の上面に脚部
1,2の下端を接するようにしてセットされる。レール８
の上面には、その長手方向に延在して脚部1,2の下端を
嵌入させる幅の溝8aが形成されている。
図を参照して簡単に説明する。この図において、1,2は
互いに平行な脚部、３はこれら脚部1,2の各々の一端を
結合する胴部であり、これらは断面がほぼ正方形の弾性
材料であって、全体としてコ字状の振動体４を構成して
いる。この振動体４の角の部分は、脚部1,2および胴部
３に対して45度の角度をなすように面取りされた取付面
５が形成されており、その取付面５に圧電素子6,7が取
り付けられている。この圧電素子6,7としては、積層型
圧電アクチュエータあるいは単板の圧電セラミックスが
使用され、取付面５に直交する方向に伸縮するようにな
っている。そして、振動体４は、レール８の上面に脚部
1,2の下端を接するようにしてセットされる。レール８
の上面には、その長手方向に延在して脚部1,2の下端を
嵌入させる幅の溝8aが形成されている。
このような構成による超音波リニアモータを駆動する
には、圧電素子6,7に対し、超音波リニアモータ固有の
共振周波数で位相差が90度の駆動信号を与える。この駆
動信号により、脚部1,2の下端は位相差が90度の楕円ま
たは円運動をする。この結果、脚部1,2がレール８を蹴
るように動作して、超音波リニアモータがレール８上を
移動する。この移動方向は、圧電素子6,7の一方に対す
る駆動信号をＡ信号とし、かつ、他方に対する駆動信号
をＢ信号としたときに、Ａ信号とＢ信号の位相差が＋90
度であるか、あるいは−90度であるかによって異なる。
には、圧電素子6,7に対し、超音波リニアモータ固有の
共振周波数で位相差が90度の駆動信号を与える。この駆
動信号により、脚部1,2の下端は位相差が90度の楕円ま
たは円運動をする。この結果、脚部1,2がレール８を蹴
るように動作して、超音波リニアモータがレール８上を
移動する。この移動方向は、圧電素子6,7の一方に対す
る駆動信号をＡ信号とし、かつ、他方に対する駆動信号
をＢ信号としたときに、Ａ信号とＢ信号の位相差が＋90
度であるか、あるいは−90度であるかによって異なる。
本実施例の制御装置は、上述したような超音波リニア
モータを制御対象とし、第１図に示す構成となってい
る。
モータを制御対象とし、第１図に示す構成となってい
る。
この図において、11は発振器であり、超音波リニアモ
ータ固有の共振周波数で発振し、駆動信号としてのＡ信
号を出力する。このＡ信号は、AND回路12の一入力端に
供給されるとともに、位相シフタ13を介してＢ信号とし
てAND回路14の一入力端に供給される。位相シフタ13
は、外部の処理装置（図示せず）等から供給された方向
指令信号CW/▲▼に基づいて、上記Ａ信号を位相
差＋90度または−90度ずらしたＢ信号に変換する。従っ
て、方向指令信号CW/▲▼をハイレベルまたはロ
ーレベルにすることにより、超音波リニアモータの進行
方向を反転させることができる。AND回路12,14の各他入
力端には、パルス発生回路26（詳細は後述する）からの
コントロールパルスCPが入力される。このコントロール
パルスCPがハイレベルの場合のみ、Ａ信号およびＢ信号
は、各々、AND回路12,14を介して駆動回路16へ供給され
る。
ータ固有の共振周波数で発振し、駆動信号としてのＡ信
号を出力する。このＡ信号は、AND回路12の一入力端に
供給されるとともに、位相シフタ13を介してＢ信号とし
てAND回路14の一入力端に供給される。位相シフタ13
は、外部の処理装置（図示せず）等から供給された方向
指令信号CW/▲▼に基づいて、上記Ａ信号を位相
差＋90度または−90度ずらしたＢ信号に変換する。従っ
て、方向指令信号CW/▲▼をハイレベルまたはロ
ーレベルにすることにより、超音波リニアモータの進行
方向を反転させることができる。AND回路12,14の各他入
力端には、パルス発生回路26（詳細は後述する）からの
コントロールパルスCPが入力される。このコントロール
パルスCPがハイレベルの場合のみ、Ａ信号およびＢ信号
は、各々、AND回路12,14を介して駆動回路16へ供給され
る。
AND回路12,14の出力端は駆動回路16に接続されてお
り、この駆動回路16は、AND回路12の出力信号に基づい
て、一方の圧電素子６を駆動し、かつ、AND回路14の出
力信号に基づいて、他方の圧電素子７を駆動する。
り、この駆動回路16は、AND回路12の出力信号に基づい
て、一方の圧電素子６を駆動し、かつ、AND回路14の出
力信号に基づいて、他方の圧電素子７を駆動する。
次に、17はリニアセンサであり、超音波リニアモータ
の移動量をパルス数として出力し、その出力パルスはフ
ィードバック信号としてU/Dカウンタ（アップ／ダウン
・カウンタ）23の入力端Ｄに供給される。U/Dカウンタ2
3は、その入力端Ｕに供給されたパルス信号によってイ
ンクリメントされるとともに、入力端Ｄに供給されたパ
ルス信号によってデクリメントされ、計数結果を出力す
るように構成されている。ここで、入力端Ｕには、外部
の処理装置等（図示せず）から、超音波リニアモータの
移動制御量に相当するパルス数を有する速度指令パルス
が供給される。
の移動量をパルス数として出力し、その出力パルスはフ
ィードバック信号としてU/Dカウンタ（アップ／ダウン
・カウンタ）23の入力端Ｄに供給される。U/Dカウンタ2
3は、その入力端Ｕに供給されたパルス信号によってイ
ンクリメントされるとともに、入力端Ｄに供給されたパ
ルス信号によってデクリメントされ、計数結果を出力す
るように構成されている。ここで、入力端Ｕには、外部
の処理装置等（図示せず）から、超音波リニアモータの
移動制御量に相当するパルス数を有する速度指令パルス
が供給される。
U/Dカウンタ23の計数結果は、D/Aコンバータ24を介し
て電圧信号S1に変換され、VCO（電圧制御型発振器）25
に供給される。VCO25は、電圧信号S1が大となるほど
（すなわち、U/Dカウンタ23の計数結果が大となるほ
ど）高い周波数のパルス信号S2を出力するように構成さ
れている。ここで、電圧信号S1とパルス信号S2の周波数
との関係を第５図に示す。
て電圧信号S1に変換され、VCO（電圧制御型発振器）25
に供給される。VCO25は、電圧信号S1が大となるほど
（すなわち、U/Dカウンタ23の計数結果が大となるほ
ど）高い周波数のパルス信号S2を出力するように構成さ
れている。ここで、電圧信号S1とパルス信号S2の周波数
との関係を第５図に示す。
次に、パルス発生回路26は、パルス信号S1に基づい
て、コントロールパルスCPを出力する。その詳細を第３
図および第４図を参照し説明する。
て、コントロールパルスCPを出力する。その詳細を第３
図および第４図を参照し説明する。
第３図はパルス発生回路26の回路図であり、ワンショ
ットマルチバイブレータ26aと、その出力パルス幅を決
定するためのコンデンサ26b,抵抗器26cとから構成され
ている。ワンショットマルチバイブレータ26aは、パル
ス信号S2が供給されると、その立上りとともに、パルス
幅T1を有するパルス信号を出力する。なお、パルス幅T1
は、コンデンサ26bと抵抗器26cとの時定数によって決定
される。そして、このパルス信号は、コントロールパル
スCPとして、AND回路12,14に供給される。
ットマルチバイブレータ26aと、その出力パルス幅を決
定するためのコンデンサ26b,抵抗器26cとから構成され
ている。ワンショットマルチバイブレータ26aは、パル
ス信号S2が供給されると、その立上りとともに、パルス
幅T1を有するパルス信号を出力する。なお、パルス幅T1
は、コンデンサ26bと抵抗器26cとの時定数によって決定
される。そして、このパルス信号は、コントロールパル
スCPとして、AND回路12,14に供給される。
次に、第４図（イ）にパルス信号S2の波形の一例を示
す。図示の例においては、パルス信号S2の時刻t1以前の
周期がT2となっており、時刻t1以降の周期がT2′（ただ
しT2＞T2′）となっている。そして、時刻t1以降のデュ
ーティ比Ｄ′（Ｄ′＝T1/T2′）は、時刻t1以前のデュ
ーティ比Ｄ（Ｄ＝T1/T2）よりも大となることが解る。
す。図示の例においては、パルス信号S2の時刻t1以前の
周期がT2となっており、時刻t1以降の周期がT2′（ただ
しT2＞T2′）となっている。そして、時刻t1以降のデュ
ーティ比Ｄ′（Ｄ′＝T1/T2′）は、時刻t1以前のデュ
ーティ比Ｄ（Ｄ＝T1/T2）よりも大となることが解る。
次に本実施例の動作を第６図を参照し説明する。
まず、外部の処理装置等において超音波リニアモータ
の速度の目標値が設定され、その目標値に比例した周波
数を有する速度指令パルスが出力される。この速度指令
パルスは、時刻t0以降にU/Dカウンタ23の入力端Ｕに供
給される。なお、時刻t0において、U/Dカウンタ23の計
数結果は「０」にリセットされており、かつ、超音波モ
ータが停止状態であることとする。時刻t0以降は、速度
指令パルスの入力とともにU/Dカウンタ23の計数結果が
インクリメントされる。これにより、時間の経過ととも
に電圧信号S1が大となりパルス信号S2の周波数も高くな
り、さらに、パルス発生回路26から出力されるコントロ
ールパルスCPのデューティ比も大となる。
の速度の目標値が設定され、その目標値に比例した周波
数を有する速度指令パルスが出力される。この速度指令
パルスは、時刻t0以降にU/Dカウンタ23の入力端Ｕに供
給される。なお、時刻t0において、U/Dカウンタ23の計
数結果は「０」にリセットされており、かつ、超音波モ
ータが停止状態であることとする。時刻t0以降は、速度
指令パルスの入力とともにU/Dカウンタ23の計数結果が
インクリメントされる。これにより、時間の経過ととも
に電圧信号S1が大となりパルス信号S2の周波数も高くな
り、さらに、パルス発生回路26から出力されるコントロ
ールパルスCPのデューティ比も大となる。
一方、駆動信号たるＡ信号およびＢ信号は、コントロ
ールパルスCPに従って駆動回路16に供給される。これに
より、超音波リニアモータが徐々に加速され、その移動
に伴って、リニアセンサ17からフィードバック信号が出
力される。
ールパルスCPに従って駆動回路16に供給される。これに
より、超音波リニアモータが徐々に加速され、その移動
に伴って、リニアセンサ17からフィードバック信号が出
力される。
フィードバック信号がU/Dカウンタ23の入力端Ｄに入
力されると、フィードバック信号に同期してU/Dカウン
タ23の計数結果がデクリメントされる。ここで、超音波
リニアモータの移動速度が目標値よりも小さい場合に
は、速度指令パルスの周波数がフィードバック信号の周
波数よりも大となるから、U/Dカウンタ23は結果的にイ
ンクリメントされ、超音波リニアモータがさらに加速さ
れる。
力されると、フィードバック信号に同期してU/Dカウン
タ23の計数結果がデクリメントされる。ここで、超音波
リニアモータの移動速度が目標値よりも小さい場合に
は、速度指令パルスの周波数がフィードバック信号の周
波数よりも大となるから、U/Dカウンタ23は結果的にイ
ンクリメントされ、超音波リニアモータがさらに加速さ
れる。
次に、超音波リニアモータの移動速度が目標値に達す
ると、速度指令パルスの周波数とフィードバック信号の
周波数とが等しくなり、U/Dカウンタ23の計数結果が、
ほぼ一定値に保たれる。これにより、コントロールパル
スCPのデューティ比がほぼ一定値に保持され、超音波リ
ニアモータが定速駆動される。
ると、速度指令パルスの周波数とフィードバック信号の
周波数とが等しくなり、U/Dカウンタ23の計数結果が、
ほぼ一定値に保たれる。これにより、コントロールパル
スCPのデューティ比がほぼ一定値に保持され、超音波リ
ニアモータが定速駆動される。
また、何等かの原因により、フィードバック信号の周
波数が速度指令パルスの周波数より大となると（すなわ
ち、超音波リニアモータの移動速度が目標速度よりも大
となると）、U/Dカウンタ23の計数結果がデクリメント
され、コントロールパルスCPのデューティ比が小となる
から、超音波リニアモータが減速される。
波数が速度指令パルスの周波数より大となると（すなわ
ち、超音波リニアモータの移動速度が目標速度よりも大
となると）、U/Dカウンタ23の計数結果がデクリメント
され、コントロールパルスCPのデューティ比が小となる
から、超音波リニアモータが減速される。
このように、本実施例においては、超音波リニアモー
タの移動速度が目標速度に等しくなるように、自動制御
されることが解る。
タの移動速度が目標速度に等しくなるように、自動制御
されることが解る。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明の超音波モータの制御装
置によれば、目標速度と移動速度との偏差に応じてカウ
ンタの計数結果が変更され、その計数結果に基づいてデ
ューティ比が設定されるから、超音波モータの移動速度
を自動的に目標速度に保持することができる。
置によれば、目標速度と移動速度との偏差に応じてカウ
ンタの計数結果が変更され、その計数結果に基づいてデ
ューティ比が設定されるから、超音波モータの移動速度
を自動的に目標速度に保持することができる。
第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は制御対称とした超音波リニアモータの概略構成
図、第３図はパルス発生回路26の回路図、第４図はパル
ス発生回路26の動作説明図、第５図はVCO25の入出力特
性図、第６図は本実施例の動作説明図である。 11……発振器、12,14……AND回路（駆動信号制限手
段）、23……U/Dカウンタ（カウンタ）、24……D/Aコン
バータ（デューティ比設定手段）、25……VCO（デュー
ティ比設定手段）、26……パルス発生回路（駆動信号制
限手段）。
第２図は制御対称とした超音波リニアモータの概略構成
図、第３図はパルス発生回路26の回路図、第４図はパル
ス発生回路26の動作説明図、第５図はVCO25の入出力特
性図、第６図は本実施例の動作説明図である。 11……発振器、12,14……AND回路（駆動信号制限手
段）、23……U/Dカウンタ（カウンタ）、24……D/Aコン
バータ（デューティ比設定手段）、25……VCO（デュー
ティ比設定手段）、26……パルス発生回路（駆動信号制
限手段）。
Claims (1)
- 【請求項１】超音波モータの共振周波数の駆動信号を発
生する発振器と、 所定のデューティ比で前記駆動信号をオン／オフする駆
動信号制限手段と、 超音波モータの目標速度が大となるに従って周波数が大
となる第１のパルス信号によって計数結果がインクリメ
ントされるとともに、前記超音波モータの移動速度が大
となるに従って周波数が大となる第２のパルス信号によ
って計数結果がデクリメントされるカウンタと、 前記カウンタの計数結果が大となるほど前記デューティ
比を大とするデューティ比設定手段と を具備することを特徴とする超音波モータの制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2097057A JP2723333B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | 超音波モータの制御装置 |
| US07/665,503 US5173630A (en) | 1990-04-12 | 1991-03-06 | Control device for ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2097057A JP2723333B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | 超音波モータの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274A JPH04274A (ja) | 1992-01-06 |
| JP2723333B2 true JP2723333B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=14182026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2097057A Expired - Lifetime JP2723333B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | 超音波モータの制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5173630A (ja) |
| JP (1) | JP2723333B2 (ja) |
Families Citing this family (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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