JP2908723B2 - 巻きトランス用鉄基非晶質合金薄帯 - Google Patents
巻きトランス用鉄基非晶質合金薄帯Info
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
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- H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
- H01F1/15308—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、巻きトランス用素材
として好適な鉄基非晶質合金薄帯に関し、とくにそのビ
ルディングファクターの向上を図ったものである。
として好適な鉄基非晶質合金薄帯に関し、とくにそのビ
ルディングファクターの向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】特開昭54−148122号公報、同55−9460号
公報および同57−137451号公報に開示されているよう
に、Fe−Ｂ−Si系等の溶融合金を単ロール法等に従い、
高速で回転する冷却ロールの表面に射出し 105〜106 ℃
／ｓ程度の冷却速度で急冷凝固させると、板厚が数十μ
m 程度で、原子の配列が無秩序ないわゆる非晶質合金薄
帯が得られる。このような非晶質合金薄帯は、磁化され
易く、鉄損等いわゆる磁気特性に優れることから、トラ
ンス用鉄心材料として一部実用化されるに至っている。
公報および同57−137451号公報に開示されているよう
に、Fe−Ｂ−Si系等の溶融合金を単ロール法等に従い、
高速で回転する冷却ロールの表面に射出し 105〜106 ℃
／ｓ程度の冷却速度で急冷凝固させると、板厚が数十μ
m 程度で、原子の配列が無秩序ないわゆる非晶質合金薄
帯が得られる。このような非晶質合金薄帯は、磁化され
易く、鉄損等いわゆる磁気特性に優れることから、トラ
ンス用鉄心材料として一部実用化されるに至っている。
【０００３】しかしながら、かようなFe−Ｂ−Si３元系
非晶質合金薄帯は、ある程度低い鉄損値は得られるもの
の、その改善効果には限度があり、３元系ではそれ以上
低い鉄損は期待できないという問題があった。
非晶質合金薄帯は、ある程度低い鉄損値は得られるもの
の、その改善効果には限度があり、３元系ではそれ以上
低い鉄損は期待できないという問題があった。
【０００４】そこで、上記の３元系非晶質合金に、第４
成分として種々の元素の添加が試みられている。例え
ば、特公平１-54422号公報には、鉄損が低くかつ絶縁被
膜処理性に優れた鉄基非晶質合金として、Fe−Ｂ−Si系
にMn, Ni等を 0.5〜３at％添加したものが提案されてい
る。また特開昭62−192560号公報には、Fe−Ｂ−Si系に
Cr, Mo, Ta, Mn, Ni, Co,Ｖ，NbおよびＷのうちから選
んだ１種または２種以上を0.05〜５at％含有させ、さら
に圧延等の処理により表面粗さを調整した非晶質合金が
提案されている。
成分として種々の元素の添加が試みられている。例え
ば、特公平１-54422号公報には、鉄損が低くかつ絶縁被
膜処理性に優れた鉄基非晶質合金として、Fe−Ｂ−Si系
にMn, Ni等を 0.5〜３at％添加したものが提案されてい
る。また特開昭62−192560号公報には、Fe−Ｂ−Si系に
Cr, Mo, Ta, Mn, Ni, Co,Ｖ，NbおよびＷのうちから選
んだ１種または２種以上を0.05〜５at％含有させ、さら
に圧延等の処理により表面粗さを調整した非晶質合金が
提案されている。
【０００５】しかしながら、特公平１-54422号公報で
は、積層した際の層間絶縁の改善、また特開昭62−1925
60号公報では、同じく積層した際の占積率の改善につい
て言及されているのみで、巻き加工を施した後の磁気特
性については何ら考慮が払われていない。
は、積層した際の層間絶縁の改善、また特開昭62−1925
60号公報では、同じく積層した際の占積率の改善につい
て言及されているのみで、巻き加工を施した後の磁気特
性については何ら考慮が払われていない。
【０００６】一方、特開平５−132744号公報には、Fe−
Ｂ−Si系にSnを添加することによって、鉄損・透磁率を
劣化させることなしに、高飽和磁束密度を達成した合金
およびそれを用いた鉄心の製造方法が提案されている。
その中での鉄損の評価は、トロイダル形状での例が示さ
れているが、いずれもＷ13/50 で0.2 W/kg以上と比較的
大きく、最近の厳しい要求特性を考慮すると、十分とは
言えないところに問題を残していた。
Ｂ−Si系にSnを添加することによって、鉄損・透磁率を
劣化させることなしに、高飽和磁束密度を達成した合金
およびそれを用いた鉄心の製造方法が提案されている。
その中での鉄損の評価は、トロイダル形状での例が示さ
れているが、いずれもＷ13/50 で0.2 W/kg以上と比較的
大きく、最近の厳しい要求特性を考慮すると、十分とは
言えないところに問題を残していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、単板での磁気特性に優れる
のはいうまでもなく、巻きコア（円形コアおよび非円形
コアの両者を含む）に加工後の磁気特性にも優れたすな
わちビルディングファクターの小さい鉄基非晶質合金薄
帯を提案することを目的とする。
題を有利に解決するもので、単板での磁気特性に優れる
のはいうまでもなく、巻きコア（円形コアおよび非円形
コアの両者を含む）に加工後の磁気特性にも優れたすな
わちビルディングファクターの小さい鉄基非晶質合金薄
帯を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、Fe−
Ｂ−Si系鉄基非晶質合金薄帯を巻きコアに加工後の鉄損
の改善策の指針として、加工時の歪に注目し、第４元素
の添加による鉄損の歪依存性について鋭意研究を重ね
た。その結果、(1) 圧縮応力を材料に加えると一般に磁
気特性が劣化する、(2) Mn添加により圧縮応力下での磁
気特性の劣化が比較的低減する、(3) Mnを添加した材料
では巻きコアに加工後の鉄損が改善される、(4) 特にMn
を添加した材料では、半径が50mm以下の曲げ加工を含む
巻きコア加工を施した場合でも鉄損の改善効果が劣化し
ないことの知見を得た。この発明は、上記の知見に立脚
するものである。
Ｂ−Si系鉄基非晶質合金薄帯を巻きコアに加工後の鉄損
の改善策の指針として、加工時の歪に注目し、第４元素
の添加による鉄損の歪依存性について鋭意研究を重ね
た。その結果、(1) 圧縮応力を材料に加えると一般に磁
気特性が劣化する、(2) Mn添加により圧縮応力下での磁
気特性の劣化が比較的低減する、(3) Mnを添加した材料
では巻きコアに加工後の鉄損が改善される、(4) 特にMn
を添加した材料では、半径が50mm以下の曲げ加工を含む
巻きコア加工を施した場合でも鉄損の改善効果が劣化し
ないことの知見を得た。この発明は、上記の知見に立脚
するものである。
【０００９】すなわち、この発明は、 化学式：Fea Ｂb Sic Mnd ここで、78≦ａ≦82at％ ８≦ｂ≦15at％ ４≦ｃ≦14at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ で示される組成になり、巻きコアに加工後の鉄損値と単
板における鉄損値の比（ビルディングファクター）が
1.5以下であることを特徴とする巻きトランス用鉄基非
晶質合金薄帯である。
板における鉄損値の比（ビルディングファクター）が
1.5以下であることを特徴とする巻きトランス用鉄基非
晶質合金薄帯である。
【００１０】この発明では、半径が50mm以下の曲げ加工
を含む巻きコア加工を施した場合であっても、良好な鉄
損特性を得ることができる。
を含む巻きコア加工を施した場合であっても、良好な鉄
損特性を得ることができる。
【００１１】以下、この発明を由来するに至った実験結
果について説明する。図１に、Fe79-dB13Si8Mnd 組成の
鉄基非晶質合金薄帯のMn量と磁気特性との関係について
調べた結果を、また図２には、上記薄帯のMn量と、0.3
kg/mm2の圧縮応力を長手方向に加えた時の鉄損値を圧縮
応力が０kg/mm2の時の鉄損値で割った値（いずれも 1.3
Ｔ, 50Hz励磁）との関係について調べた結果を示す。な
お、上記の非晶質合金薄帯の寸法ははいずれも、厚さ：
25μm 、幅：20mmであり、 390℃、１ｈの磁場中焼鈍を
施した後の鉄損値について測定した。図１，２から明ら
かなように、Mn添加量が 0.2〜1.0 at％であれば、単板
で優れた磁気特性が得られるだけでなく、圧縮応力を加
えた時の鉄損値の増大を効果的に防止できることが判明
した。特にこの効果は、Mn量が 0.3at％以上の範囲で著
しいことが注目される。
果について説明する。図１に、Fe79-dB13Si8Mnd 組成の
鉄基非晶質合金薄帯のMn量と磁気特性との関係について
調べた結果を、また図２には、上記薄帯のMn量と、0.3
kg/mm2の圧縮応力を長手方向に加えた時の鉄損値を圧縮
応力が０kg/mm2の時の鉄損値で割った値（いずれも 1.3
Ｔ, 50Hz励磁）との関係について調べた結果を示す。な
お、上記の非晶質合金薄帯の寸法ははいずれも、厚さ：
25μm 、幅：20mmであり、 390℃、１ｈの磁場中焼鈍を
施した後の鉄損値について測定した。図１，２から明ら
かなように、Mn添加量が 0.2〜1.0 at％であれば、単板
で優れた磁気特性が得られるだけでなく、圧縮応力を加
えた時の鉄損値の増大を効果的に防止できることが判明
した。特にこの効果は、Mn量が 0.3at％以上の範囲で著
しいことが注目される。
【００１２】
【作用】次に、この発明において、合金薄帯の成分組成
を上記の範囲に限定した理由について説明する。 Fe：78〜82at％ Feは、磁性材料としての性質を決定する上で重要な元素
である。このFe含有量が78at％未満では、磁束密度が低
いので実用的でなく、一方82at％を超えると、鉄損が増
加し、また熱的安定性も劣化するので、Fe含有量は78〜
82at％の範囲に限定した。
を上記の範囲に限定した理由について説明する。 Fe：78〜82at％ Feは、磁性材料としての性質を決定する上で重要な元素
である。このFe含有量が78at％未満では、磁束密度が低
いので実用的でなく、一方82at％を超えると、鉄損が増
加し、また熱的安定性も劣化するので、Fe含有量は78〜
82at％の範囲に限定した。
【００１３】Ｂ：８〜15at％ Ｂは、非晶質化に重要な元素であり、含有量が８at％に
満たないと非晶質化しにくくなると共に、鉄損の増大を
招き、一方15at％を超えると、磁束密度が低下しまたキ
ュリー温度も下がるので、Ｂ含有量は８〜15at％の範囲
に限定した。
満たないと非晶質化しにくくなると共に、鉄損の増大を
招き、一方15at％を超えると、磁束密度が低下しまたキ
ュリー温度も下がるので、Ｂ含有量は８〜15at％の範囲
に限定した。
【００１４】Si：４〜14at％ Siは、材料の非晶質化に重要な元素であるだけでなく、
キュリー点を高く保つ上でも重要であるが、含有量が４
％に満たないとキュリー点が低下して実用的でなくな
り、一方14％を超えると鉄損の増大を招くので、Si含有
量は４〜14at％の範囲に限定した。とくに、Fe量が80at
％を超える場合には、Si量を低くした方が鉄損の低減に
は有効である。
キュリー点を高く保つ上でも重要であるが、含有量が４
％に満たないとキュリー点が低下して実用的でなくな
り、一方14％を超えると鉄損の増大を招くので、Si含有
量は４〜14at％の範囲に限定した。とくに、Fe量が80at
％を超える場合には、Si量を低くした方が鉄損の低減に
は有効である。
【００１５】Mn：0.2 〜1.0 at％ Mnは、この発明において特に重要な成分で、Mn量が 0.2
at％にみたないと、前掲図２に示したとおり、ビルディ
ングファクターの改善効果が乏しく、一方 1.0at％を超
えると、前掲図１に示したとおり、Mn添加量の増加に伴
って磁束密度が低下し、トランスへの応用自体が問題と
なるので、Mnは 0.2〜1.0 at％の範囲で含有させるもの
とした。特に好適な範囲は、比較的高い磁束密度が得ら
れる 0.3〜0.5 at％である。
at％にみたないと、前掲図２に示したとおり、ビルディ
ングファクターの改善効果が乏しく、一方 1.0at％を超
えると、前掲図１に示したとおり、Mn添加量の増加に伴
って磁束密度が低下し、トランスへの応用自体が問題と
なるので、Mnは 0.2〜1.0 at％の範囲で含有させるもの
とした。特に好適な範囲は、比較的高い磁束密度が得ら
れる 0.3〜0.5 at％である。
【００１６】
実施例１ Fe79-dB13Si8Mnd で、ｄがそれぞれ０，0.1, 0.2, 0.3,
0.5, 0.7, 1.0, 1.2at％の組成になる合金溶湯をそれ
ぞれ、高速で回転するCuロールの表面に射出し、厚み：
25μmm、幅：200 mmの非晶質合金薄帯とした。得られた
各薄帯で、内径：100mm 、外径：110mm の円形の巻きコ
ア試料を作製し、周方向に 10 0eの磁場を印加しつつ、
Ar雰囲気中で 390℃、30分〜２時間の焼鈍を行ったのち
の鉄損Ｗ13/50 を測定した。その結果を図３に示す。ま
た、その値を、同じ成分薄帯の単板における鉄損値で割
った値すなわちビルディングファクター（ＢＦ）につい
て調べた結果を、図４に示す。なお、単板の鉄損は、
幅：20mm、長さ：150 mmの長さに切断して得られた試料
を長手方向に磁場を印加しつつ上と同様な焼鈍を施した
後に、単板磁気測定装置で測定したものである。
0.5, 0.7, 1.0, 1.2at％の組成になる合金溶湯をそれ
ぞれ、高速で回転するCuロールの表面に射出し、厚み：
25μmm、幅：200 mmの非晶質合金薄帯とした。得られた
各薄帯で、内径：100mm 、外径：110mm の円形の巻きコ
ア試料を作製し、周方向に 10 0eの磁場を印加しつつ、
Ar雰囲気中で 390℃、30分〜２時間の焼鈍を行ったのち
の鉄損Ｗ13/50 を測定した。その結果を図３に示す。ま
た、その値を、同じ成分薄帯の単板における鉄損値で割
った値すなわちビルディングファクター（ＢＦ）につい
て調べた結果を、図４に示す。なお、単板の鉄損は、
幅：20mm、長さ：150 mmの長さに切断して得られた試料
を長手方向に磁場を印加しつつ上と同様な焼鈍を施した
後に、単板磁気測定装置で測定したものである。
【００１７】図３から明らかなように、Mnが 0.2〜1.0
at％の場合には、円形の巻きコアに加工した鉄損Ｗ
13/50 が 0.15 W/kg以下と、すばらしい鉄損を示してい
る。また図４に示したとおり、Mnが 0.2〜1.0 at％の場
合には、ＢＦ値も1.5 以下と大変優れているのが判る。
at％の場合には、円形の巻きコアに加工した鉄損Ｗ
13/50 が 0.15 W/kg以下と、すばらしい鉄損を示してい
る。また図４に示したとおり、Mnが 0.2〜1.0 at％の場
合には、ＢＦ値も1.5 以下と大変優れているのが判る。
【００１８】実施例２ Fe78.6B13Si8Mn0.4およびFe79B13Si8の組成になる合金
溶湯から、実施例１と同様にして、厚み：25μmm、幅：
200 mmの非晶質合金薄帯を作製した。得られた薄帯を用
いて、内径が 40mm, 60mm, 80mm, 100mmおよび120mm で
かつ厚みがそれぞれ５mmの円形の巻きコア試料を作製
し、実施例１と同様の焼鈍を行った後に、鉄損Ｗ13/50
およびビルディングファクターを測定した。その結果を
図５に示す。
溶湯から、実施例１と同様にして、厚み：25μmm、幅：
200 mmの非晶質合金薄帯を作製した。得られた薄帯を用
いて、内径が 40mm, 60mm, 80mm, 100mmおよび120mm で
かつ厚みがそれぞれ５mmの円形の巻きコア試料を作製
し、実施例１と同様の焼鈍を行った後に、鉄損Ｗ13/50
およびビルディングファクターを測定した。その結果を
図５に示す。
【００１９】同図から明らかなように、Mnを適量添加し
た場合には、円形の巻きコアに加工した鉄損Ｗ13/50 が
曲げ半径が50mm以下でも劣化せず、 0.15 W/kg以下の良
好な鉄損値を示している。またビルディングファクター
も 1.5以下である。これに対し、Mnを添加しない従来材
では、全体的に鉄損値が高く、とくに曲げ半径が50mm以
下となった場合には鉄損値が急激に増加した。またビル
ディングファクターも 2.0を超える値となった。
た場合には、円形の巻きコアに加工した鉄損Ｗ13/50 が
曲げ半径が50mm以下でも劣化せず、 0.15 W/kg以下の良
好な鉄損値を示している。またビルディングファクター
も 1.5以下である。これに対し、Mnを添加しない従来材
では、全体的に鉄損値が高く、とくに曲げ半径が50mm以
下となった場合には鉄損値が急激に増加した。またビル
ディングファクターも 2.0を超える値となった。
【００２０】実施例３ 表１に示す種々の組成になる合金溶湯から、実施例１と
同様にして、厚み：25μmm、幅：200 mmの非晶質合金薄
帯を作製した。得られた各薄帯を用いて、図６に示す種
々の寸法形状になる非円形巻きコア試料を作製し、周方
向に10 0e の磁場を印加しつつ、不活性雰囲気中で 320
〜420℃、１時間の焼鈍を行った後に、鉄損Ｗ13/50 お
よびビルディングファクターを測定した。得られた結果
を表１に併記する。また、表１には、Mnを含まない従来
材についての調査結果も併せて示す。
同様にして、厚み：25μmm、幅：200 mmの非晶質合金薄
帯を作製した。得られた各薄帯を用いて、図６に示す種
々の寸法形状になる非円形巻きコア試料を作製し、周方
向に10 0e の磁場を印加しつつ、不活性雰囲気中で 320
〜420℃、１時間の焼鈍を行った後に、鉄損Ｗ13/50 お
よびビルディングファクターを測定した。得られた結果
を表１に併記する。また、表１には、Mnを含まない従来
材についての調査結果も併せて示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】同表より明らかなように、この発明に従う
非晶質合金薄帯は、非円形の巻きコアとした場合であっ
ても極めて低い鉄損値が得られ、またビルディングファ
クターも低い。
非晶質合金薄帯は、非円形の巻きコアとした場合であっ
ても極めて低い鉄損値が得られ、またビルディングファ
クターも低い。
【００２３】このようにMnを適量添加したFe−Ｂ−Si系
非晶質合金薄帯は、単板においては勿論、巻きコア加工
とくに曲げ半径が50mm以下に加工した後の鉄損値に優れ
ているが、この理由は、前掲図２に示したように、Mnの
添加によって応力下での鉄損の劣化が改善されるのに加
え、Mnの一部が薄帯表面に濃化して、表面近くの電気抵
抗を向上させる結果、積層して使用した時に加わる薄帯
同志の相互作用による渦電流損の増加が低減されること
によるものと考えられる。このような材料で巻きトラン
スを作製した場合、トランス特性が非常に優れたものが
得られるが、かかる効果は、評価を単板でのみ行った場
合には到底知り得ない成果であり、実用上非常に重要な
知見である。
非晶質合金薄帯は、単板においては勿論、巻きコア加工
とくに曲げ半径が50mm以下に加工した後の鉄損値に優れ
ているが、この理由は、前掲図２に示したように、Mnの
添加によって応力下での鉄損の劣化が改善されるのに加
え、Mnの一部が薄帯表面に濃化して、表面近くの電気抵
抗を向上させる結果、積層して使用した時に加わる薄帯
同志の相互作用による渦電流損の増加が低減されること
によるものと考えられる。このような材料で巻きトラン
スを作製した場合、トランス特性が非常に優れたものが
得られるが、かかる効果は、評価を単板でのみ行った場
合には到底知り得ない成果であり、実用上非常に重要な
知見である。
【００２４】
【発明の効果】かくして、この発明によれば、巻きトラ
ンス用素材として実用上非常に優れた材料を提供するこ
とができ、従って省エネルギーに対する貢献度極めて大
といえる。
ンス用素材として実用上非常に優れた材料を提供するこ
とができ、従って省エネルギーに対する貢献度極めて大
といえる。
【図１】Fe79-aB13Si8Mnd 組成の鉄基非晶質合金薄帯の
単板での磁気特性とMn添加量との関係を示したグラフで
ある。
単板での磁気特性とMn添加量との関係を示したグラフで
ある。
【図２】同組成の鉄基非晶質合金薄帯の圧縮応力下での
鉄損と圧縮応力無付加での鉄損との比とのMn添加量との
関係を示したグラフである。
鉄損と圧縮応力無付加での鉄損との比とのMn添加量との
関係を示したグラフである。
【図３】同組成の鉄基非晶質合金薄帯を円形の巻きコア
に加工後の鉄損値とMn添加量との関係を示したグラフで
ある。
に加工後の鉄損値とMn添加量との関係を示したグラフで
ある。
【図４】同組成の鉄基非晶質合金薄帯の円形の巻きコア
におけるビルディングファクターとMn添加量の関係を示
したグラフである。
におけるビルディングファクターとMn添加量の関係を示
したグラフである。
【図５】Fe78.6B13Si8Mn0.4およびFe79B13Si8組成の鉄
基非晶質合金薄帯を円形の巻きコアに加工後の鉄損値お
よびビルディングファクターと加工曲げ半径との関係を
示したグラフである。
基非晶質合金薄帯を円形の巻きコアに加工後の鉄損値お
よびビルディングファクターと加工曲げ半径との関係を
示したグラフである。
【図６】非円形巻きコア試料の寸法形状を示した図であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−4914（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01F 1/153
Claims (2)
- 【請求項１】化学式：Fea Ｂb Sic Mnd ここで、78≦ａ≦82at％ ８≦ｂ≦15at％ ４≦ｃ≦14at％ 0.2≦ｄ≦1.0 at％ で示される組成になり、巻きコアに加工後の鉄損値と単
板における鉄損値の比（ビルディングファクター）が
1.5以下であることを特徴とする巻きトランス用鉄基非
晶質合金薄帯。 - 【請求項２】 請求項１において、巻きコア加工が半
径：50mm以下の曲げ加工を含むものである巻きトランス
用鉄基非晶質合金薄帯。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7119786A JP2908723B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-05-18 | 巻きトランス用鉄基非晶質合金薄帯 |
| US08/507,590 US5658397A (en) | 1995-05-18 | 1995-07-26 | Iron-based amorphous alloy thin strip and transformers made therefrom |
| CA002154953A CA2154953A1 (en) | 1995-05-18 | 1995-07-28 | Iron-based amorphous alloy thin strip and transformers made therefrom |
| TW084107866A TW290699B (ja) | 1995-05-18 | 1995-07-29 | |
| KR1019950023406A KR100360762B1 (ko) | 1995-05-18 | 1995-07-31 | 권선트랜스용철기비정질합금박대 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-14010 | 1995-01-31 | ||
| JP1401095 | 1995-01-31 | ||
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