JP2940731B2 - 構造物振動制御装置 - Google Patents
構造物振動制御装置Info
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- Japan
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- elastic body
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- vibration control
- pendulum
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高層ビルやタワーその
他の構造物に付設された振子を利用し、地震や強風その
他によって生じる水平方向の振動を抑制する構造物振動
制御装置に関する。
他の構造物に付設された振子を利用し、地震や強風その
他によって生じる水平方向の振動を抑制する構造物振動
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造物に付設された振子の共振を利用し
て構造物の振動を抑制する技術は公知である。しかし、
この技術を実用に供するには種々の工夫が必要であり、
特に振子揺れの固有振動数と、付設する構造物の抑制し
ようとする振動の固有振動数とがほぼ等しくなるように
設定する（同調させる）ことが不可欠な要素である。
て構造物の振動を抑制する技術は公知である。しかし、
この技術を実用に供するには種々の工夫が必要であり、
特に振子揺れの固有振動数と、付設する構造物の抑制し
ようとする振動の固有振動数とがほぼ等しくなるように
設定する（同調させる）ことが不可欠な要素である。
【０００３】図５は、構造物振動制御装置の基本構成を
示す図である。図において、重錘５１を上端部に保持し
た支柱５２の下端部を構造物５３のピン支持部５４でピ
ン支持して倒立振子を構成する。さらに、別の支持構造
物５５を構造物５３に固定し、支持構造物５５と支柱５
２との間にバネ５６を取り付け、このバネ定数に応じて
倒立振子の固有振動数を調整する。なお、必要に応じて
バネ５６に併設して減衰力を付加するダンパー５７が取
り付けられる。
示す図である。図において、重錘５１を上端部に保持し
た支柱５２の下端部を構造物５３のピン支持部５４でピ
ン支持して倒立振子を構成する。さらに、別の支持構造
物５５を構造物５３に固定し、支持構造物５５と支柱５
２との間にバネ５６を取り付け、このバネ定数に応じて
倒立振子の固有振動数を調整する。なお、必要に応じて
バネ５６に併設して減衰力を付加するダンパー５７が取
り付けられる。
【０００４】ところで、バネ５６としてよく用いられる
鋼製バネは必要とする固有振動数に合わせて個別に製作
されており、振動制御装置に取り付けた後にそのバネ定
数を変更することは難しい。また、大きな加速度の振動
を制御しようとする場合にはバネ５６のサイズが大きく
なり製造上の困難が生じる。さらに、それを用いた振動
制御装置も大きくなるために設置空間が制限され、例え
ば大地震時に生じる大きな振動を抑制する大制振力が必
要な振動制御装置は、その大きさのために設置場所の確
保が困難になっていた。
鋼製バネは必要とする固有振動数に合わせて個別に製作
されており、振動制御装置に取り付けた後にそのバネ定
数を変更することは難しい。また、大きな加速度の振動
を制御しようとする場合にはバネ５６のサイズが大きく
なり製造上の困難が生じる。さらに、それを用いた振動
制御装置も大きくなるために設置空間が制限され、例え
ば大地震時に生じる大きな振動を抑制する大制振力が必
要な振動制御装置は、その大きさのために設置場所の確
保が困難になっていた。
【０００５】一方、特開平１−１０５８７８号公報に
は、粘弾性体（エラストマー）と補強板とを交互に積層
した構造の積層弾性体に重錘（付加荷重）を載せて構造
物の所定位置に取り付け、積層弾性体の水平方向バネ特
性を利用して振動を吸収する振動制御装置（動吸振装
置）が提案されている。また、複数個の積層弾性体の上
下端を安定板で挟んで連結し、それらを複数段に積み重
ねた多段積層弾性体ユニットにより構成された振動制御
装置も提案されている。
は、粘弾性体（エラストマー）と補強板とを交互に積層
した構造の積層弾性体に重錘（付加荷重）を載せて構造
物の所定位置に取り付け、積層弾性体の水平方向バネ特
性を利用して振動を吸収する振動制御装置（動吸振装
置）が提案されている。また、複数個の積層弾性体の上
下端を安定板で挟んで連結し、それらを複数段に積み重
ねた多段積層弾性体ユニットにより構成された振動制御
装置も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような振動制御装
置に用いられる従来の積層弾性体は、ひずみにかかわら
ず一定の剛性をもつ通常の粘弾性体を使用しており、小
さい振幅から構造物の固有振動数と同調するようになっ
ている。すなわち、従来の振動制御装置は、積層弾性体
の摩擦の少ない機構を利用して小さな振動外力に対して
も動作可能であり、さらに比較的コンパクトな大きさで
大制振力が得られることが特徴になっている。
置に用いられる従来の積層弾性体は、ひずみにかかわら
ず一定の剛性をもつ通常の粘弾性体を使用しており、小
さい振幅から構造物の固有振動数と同調するようになっ
ている。すなわち、従来の振動制御装置は、積層弾性体
の摩擦の少ない機構を利用して小さな振動外力に対して
も動作可能であり、さらに比較的コンパクトな大きさで
大制振力が得られることが特徴になっている。
【０００７】しかし、このような振動制御装置では大き
な加速度の振動を抑制する目的で設置しても、制振の必
要性が低い小さな振動に対しても応答してしまい、積層
弾性体に繰り返しダメージが余計に蓄積されることが避
けられなかった。すなわち、本来発生頻度が極めて低い
ものの構造物に大きな振動をもたらす大地震や暴風時に
備えるように設置した振動制御装置の耐久性が、発生頻
度の高い小さな振動のために損なわれてしまい、点検が
頻繁に必要になるとともに、場合によっては比較的短い
周期で取り替えなければならなかった。
な加速度の振動を抑制する目的で設置しても、制振の必
要性が低い小さな振動に対しても応答してしまい、積層
弾性体に繰り返しダメージが余計に蓄積されることが避
けられなかった。すなわち、本来発生頻度が極めて低い
ものの構造物に大きな振動をもたらす大地震や暴風時に
備えるように設置した振動制御装置の耐久性が、発生頻
度の高い小さな振動のために損なわれてしまい、点検が
頻繁に必要になるとともに、場合によっては比較的短い
周期で取り替えなければならなかった。
【０００８】本発明は、大きな振動を抑制できるととも
に、耐久性に優れた構造物振動制御装置を提供すること
を目的とする。
に、耐久性に優れた構造物振動制御装置を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ひずみの大きさにより変化するバネ特性を有する粘
弾性体と補強板とを交互に積層して積層弾性体を構成
し、この積層弾性体の一端に付加荷重を取り付け振幅に
よって固有振動数が変化する振子として構造物の所定位
置に取り付けることを特徴とする。
は、ひずみの大きさにより変化するバネ特性を有する粘
弾性体と補強板とを交互に積層して積層弾性体を構成
し、この積層弾性体の一端に付加荷重を取り付け振幅に
よって固有振動数が変化する振子として構造物の所定位
置に取り付けることを特徴とする。
【００１０】請求項２に記載の発明は、ひずみの大きさ
により変化するバネ特性を有する粘弾性体と補強板とを
交互に積層して積層弾性体を構成し、さらに複数個の積
層弾性体の上下端を安定板によって連結した積層弾性体
ユニットを構成し、この積層弾性体ユニットの一端に付
加荷重を取り付け振幅によって固有振動数が変化する振
子として構造物の所定位置に取り付けることを特徴とす
る。
により変化するバネ特性を有する粘弾性体と補強板とを
交互に積層して積層弾性体を構成し、さらに複数個の積
層弾性体の上下端を安定板によって連結した積層弾性体
ユニットを構成し、この積層弾性体ユニットの一端に付
加荷重を取り付け振幅によって固有振動数が変化する振
子として構造物の所定位置に取り付けることを特徴とす
る。
【００１１】請求項３に記載の発明は、ひずみの大きさ
により変化するバネ特性を有する粘弾性体と補強板とを
交互に積層して積層弾性体を構成し、さらに複数個の積
層弾性体の上下端を連結した安定板を介して複数段に積
み重ねた多段積層弾性体ユニットを構成し、この多段積
層弾性体ユニットの一端に付加荷重を取り付け振幅によ
って固有振動数が変化する振子として構造物の所定位置
に取り付けることを特徴とする。
により変化するバネ特性を有する粘弾性体と補強板とを
交互に積層して積層弾性体を構成し、さらに複数個の積
層弾性体の上下端を連結した安定板を介して複数段に積
み重ねた多段積層弾性体ユニットを構成し、この多段積
層弾性体ユニットの一端に付加荷重を取り付け振幅によ
って固有振動数が変化する振子として構造物の所定位置
に取り付けることを特徴とする。
【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項２または
請求項３に記載の構造物振動制振装置において、積層弾
性体ユニットあるいは多段積層弾性体ユニットを構成す
る複数個の積層弾性体の一部のバネ特性が他のものと異
なることを特徴とする。
請求項３に記載の構造物振動制振装置において、積層弾
性体ユニットあるいは多段積層弾性体ユニットを構成す
る複数個の積層弾性体の一部のバネ特性が他のものと異
なることを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明は、大制振力を得るために粘弾性体と補
強板とを交互に積層した構造の積層弾性体の水平方向バ
ネ特性を利用し、さらにその粘弾性体としてひずみが大
きくなるに従って剛性が変化する材料を用いることによ
り、振幅によって固有振動数が変化する振子を構成する
ことができる。したがって、大地震などで構造物が大き
く揺れて振子に作用する外力が所定値を越え、振子が所
定の振幅まで振られたときに、振子の固有振動数が初め
て構造物の固有振動数に同調し、共振を開始して制振効
果を発揮させることができる。すなわち、小さな振動に
対しては共振現象が起こらないために、積層弾性体に繰
り返しダメージが余計に蓄積せず、耐久性を大幅に向上
させることができる。
強板とを交互に積層した構造の積層弾性体の水平方向バ
ネ特性を利用し、さらにその粘弾性体としてひずみが大
きくなるに従って剛性が変化する材料を用いることによ
り、振幅によって固有振動数が変化する振子を構成する
ことができる。したがって、大地震などで構造物が大き
く揺れて振子に作用する外力が所定値を越え、振子が所
定の振幅まで振られたときに、振子の固有振動数が初め
て構造物の固有振動数に同調し、共振を開始して制振効
果を発揮させることができる。すなわち、小さな振動に
対しては共振現象が起こらないために、積層弾性体に繰
り返しダメージが余計に蓄積せず、耐久性を大幅に向上
させることができる。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明の構造物振動制御装置の一実
施例を示す図であり、図１(1) は正面図であり、図１
(2) は図１(1) 中の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
施例を示す図であり、図１(1) は正面図であり、図１
(2) は図１(1) 中の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１５】図において、構造物５３に取り付けられる
構造物振動制御装置は、粘弾性体と補強板とを交互に積
層した構造の積層弾性体１１の水平方向バネ特性を利用
したバネと、その上に取り付けた重錘（付加荷重）５１
とにより構成された振子である。なお、ここに示す例
は、６個の積層弾性体１１の上下端を安定板１２で挟ん
で連結し、それらを４段に積み重ねた多段積層弾性体ユ
ニットをバネとして利用する構成である。安定板１２
は、容易に変形や座屈の生じない剛体の連結板であり、
単体の積層弾性体１１で重錘５１を支持する場合に比べ
て、単位面積当たりの支持荷重を増大させて水平方向の
振動吸収力を高めることができる。
構造物振動制御装置は、粘弾性体と補強板とを交互に積
層した構造の積層弾性体１１の水平方向バネ特性を利用
したバネと、その上に取り付けた重錘（付加荷重）５１
とにより構成された振子である。なお、ここに示す例
は、６個の積層弾性体１１の上下端を安定板１２で挟ん
で連結し、それらを４段に積み重ねた多段積層弾性体ユ
ニットをバネとして利用する構成である。安定板１２
は、容易に変形や座屈の生じない剛体の連結板であり、
単体の積層弾性体１１で重錘５１を支持する場合に比べ
て、単位面積当たりの支持荷重を増大させて水平方向の
振動吸収力を高めることができる。
【００１６】本実施例の多段積層弾性体ユニットでは、
積層弾性体１１の個数や段数を調整することにより、さ
らに積層弾性体１１の水平方向バネ特性の異なるものを
とりまぜることにより、振子のバネ特性の調整を容易に
することができる。なお、場合によってはバネとして１
個の積層弾性体あるいは１段の積層弾性体ユニットを用
いて振子を構成してもよい。
積層弾性体１１の個数や段数を調整することにより、さ
らに積層弾性体１１の水平方向バネ特性の異なるものを
とりまぜることにより、振子のバネ特性の調整を容易に
することができる。なお、場合によってはバネとして１
個の積層弾性体あるいは１段の積層弾性体ユニットを用
いて振子を構成してもよい。
【００１７】図２は、積層弾性体１１の構成例を示す図
であり、図２(1) は縦断面図であり、図２(2) は図２
(1) 中の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図において、
積層弾性体１１は、粘弾性体（エラストマー）２１の層
と、金属板や硬質プラスチック板などの補強板２２とを
交互に一体的に積層させた構造であり、その上下端にフ
ランジプレート２３が一体的に固着される。このような
構造の積層弾性体１１は、上下方向に極めて高い剛性
（ばね定数）を有し、水平方向に比較的低い有用な剛性
（ばね定数）を有する。
であり、図２(1) は縦断面図であり、図２(2) は図２
(1) 中の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図において、
積層弾性体１１は、粘弾性体（エラストマー）２１の層
と、金属板や硬質プラスチック板などの補強板２２とを
交互に一体的に積層させた構造であり、その上下端にフ
ランジプレート２３が一体的に固着される。このような
構造の積層弾性体１１は、上下方向に極めて高い剛性
（ばね定数）を有し、水平方向に比較的低い有用な剛性
（ばね定数）を有する。
【００１８】本発明は、積層弾性体１１に用いる粘弾性
体２１として、ひずみの大きさによって剛性が変化する
材料を用いることを特徴としている。この種の材料はす
でに開発されており、例えばひずみが大きくなるに従っ
て急激かつ大幅に剛性が低下するブリヂストン社製の高
減衰積層ゴム等が利用できる。このような粘弾性体２１
のひずみ（せん断ひずみ）に対する剛性（せん断弾性
率）の特性を図３に示す。なお、せん断ひずみは、図に
示すように積層弾性体の高さＨに対する変形量ｘの値
（ｘ／Ｈ）である。
体２１として、ひずみの大きさによって剛性が変化する
材料を用いることを特徴としている。この種の材料はす
でに開発されており、例えばひずみが大きくなるに従っ
て急激かつ大幅に剛性が低下するブリヂストン社製の高
減衰積層ゴム等が利用できる。このような粘弾性体２１
のひずみ（せん断ひずみ）に対する剛性（せん断弾性
率）の特性を図３に示す。なお、せん断ひずみは、図に
示すように積層弾性体の高さＨに対する変形量ｘの値
（ｘ／Ｈ）である。
【００１９】このようなひずみに応じて剛性（バネ特
性）が変化する粘弾性体２１を用いた積層弾性体１１で
振子を構成することにより、振子（構造物振動制御装
置）が有する固有振動数をひずみ（振動の振幅）に応じ
て変化させることができる。
性）が変化する粘弾性体２１を用いた積層弾性体１１で
振子を構成することにより、振子（構造物振動制御装
置）が有する固有振動数をひずみ（振動の振幅）に応じ
て変化させることができる。
【００２０】図４は、ひずみ（せん断ひずみ）に対する
（振子の固有振動数／構造物の固有振動数）の特性を示
す図である。なお、振子の固有振動数／構造物の固有振
動数が「１」のときが同調振動数となる。
（振子の固有振動数／構造物の固有振動数）の特性を示
す図である。なお、振子の固有振動数／構造物の固有振
動数が「１」のときが同調振動数となる。
【００２１】ここに示すような特性に従って、振子に大
きな振幅が生じるときの固有振動数を構造物の制振した
い固有振動数成分に同調するようにあらかじめ振子のバ
ネ特性を調整しておく。このようにしておくことによ
り、大地震時などで構造物が大きく揺れて振子が強制的
に所定の振幅まで振られ、積層弾性体のひずみが大きく
なったときに、振子の固有振動数が変化して構造物の固
有振動数に同調し、共振を開始して制振効果を発揮させ
ることができる。
きな振幅が生じるときの固有振動数を構造物の制振した
い固有振動数成分に同調するようにあらかじめ振子のバ
ネ特性を調整しておく。このようにしておくことによ
り、大地震時などで構造物が大きく揺れて振子が強制的
に所定の振幅まで振られ、積層弾性体のひずみが大きく
なったときに、振子の固有振動数が変化して構造物の固
有振動数に同調し、共振を開始して制振効果を発揮させ
ることができる。
【００２２】一方、頻度の高い中小地震時や常風時の小
さな振動に対しては、振子と構造物の固有振動数が同調
しないために共振現象が起こらない。したがって、積層
弾性体に余計な繰り返しダメージが蓄積せず、大地震時
などの大制振力が必要なときのみ稼動させることがで
き、耐久性を大幅に向上させた実用的な構造物振動制御
装置を実現することができる。
さな振動に対しては、振子と構造物の固有振動数が同調
しないために共振現象が起こらない。したがって、積層
弾性体に余計な繰り返しダメージが蓄積せず、大地震時
などの大制振力が必要なときのみ稼動させることがで
き、耐久性を大幅に向上させた実用的な構造物振動制御
装置を実現することができる。
【００２３】なお、構造物によっては、部材の性質やボ
ルト接合部のすべり等により振動が大きくなると固有振
動数が低くなる特性を有するものもある。このような構
造物に対しては、ひずみ対剛性特性の異なる粘弾性体を
組み合わせることにより、振幅によって固有振動数の変
化する度合いを調整し、必要な振幅範囲で同調させて大
きな制振効果を得るようにすることもできる。
ルト接合部のすべり等により振動が大きくなると固有振
動数が低くなる特性を有するものもある。このような構
造物に対しては、ひずみ対剛性特性の異なる粘弾性体を
組み合わせることにより、振幅によって固有振動数の変
化する度合いを調整し、必要な振幅範囲で同調させて大
きな制振効果を得るようにすることもできる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ひずみの
大きさによって変化するバネ特性をもつ粘弾性体を用い
た積層弾性体で振子を構成することにより、振幅によっ
て固有振動数が変化し、かつ大制振力をもつ構造物振動
制御装置が実現可能となる。
大きさによって変化するバネ特性をもつ粘弾性体を用い
た積層弾性体で振子を構成することにより、振幅によっ
て固有振動数が変化し、かつ大制振力をもつ構造物振動
制御装置が実現可能となる。
【００２５】したがって、大地震時や暴風時のように頻
度は低いが構造物に大きな振動をもたらす場合にのみ制
振効果を発揮させることが可能となり、比較的頻度が高
い小さな振動に対しては稼動しないようにすることがで
きるので、飛躍的に耐久性を向上させることができる。
度は低いが構造物に大きな振動をもたらす場合にのみ制
振効果を発揮させることが可能となり、比較的頻度が高
い小さな振動に対しては稼動しないようにすることがで
きるので、飛躍的に耐久性を向上させることができる。
【図１】本発明の構造物振動制御装置の一実施例を示す
図である。
図である。
【図２】積層弾性体１１の構成例を示す図である。
【図３】本発明装置における粘弾性体のひずみ（せん断
ひずみ）に対する剛性（せん断弾性率）の特性を示す図
である。
ひずみ）に対する剛性（せん断弾性率）の特性を示す図
である。
【図４】本発明装置におけるひずみ（せん断ひずみ）に
対する（振子の固有振動数／構造物の固有振動数）の特
性を示す図である。
対する（振子の固有振動数／構造物の固有振動数）の特
性を示す図である。
【図５】構造物振動制御装置の基本構成を示す図であ
る。
る。
１１ 積層弾性体 １２ 安定板 ２１ 粘弾性体 ２２ 補強板 ２３ フランジプレート ５１ 重錘（付加荷重） ５２ 支柱 ５３ 構造物 ５４ ピン支持部 ５５ 支持構造物 ５６ バネ ５７ ダンパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 置田 仁 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 土肥 博 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 奥田 賢持 東京都台東区秋葉原５番８号 株式会社 エヌ・ティ・ティ建築総合研究所内 (72)発明者 正木 信男 東京都中央区京橋１丁目10番１号 株式 会社ブリヂストン内 (56)参考文献 特開 平１−105878（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E04H 9/02 341 F16F 15/02
Claims (4)
- 【請求項１】 ひずみの大きさにより変化するバネ特性
を有する粘弾性体と補強板とを交互に積層して積層弾性
体を構成し、この積層弾性体の一端に付加荷重を取り付
け振幅によって固有振動数が変化する振子として構造物
の所定位置に取り付けることを特徴とする構造物振動制
御装置。 - 【請求項２】 ひずみの大きさにより変化するバネ特性
を有する粘弾性体と補強板とを交互に積層して積層弾性
体を構成し、さらに複数個の積層弾性体の上下端を安定
板によって連結した積層弾性体ユニットを構成し、この
積層弾性体ユニットの一端に付加荷重を取り付け振幅に
よって固有振動数が変化する振子として構造物の所定位
置に取り付けることを特徴とする構造物振動制御装置。 - 【請求項３】 ひずみの大きさにより変化するバネ特性
を有する粘弾性体と補強板とを交互に積層して積層弾性
体を構成し、さらに複数個の積層弾性体の上下端を連結
した安定板を介して複数段に積み重ねた多段積層弾性体
ユニットを構成し、この多段積層弾性体ユニットの一端
に付加荷重を取り付け振幅によって固有振動数が変化す
る振子として構造物の所定位置に取り付けることを特徴
とする構造物振動制御装置。 - 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の構造物
振動制振装置において、積層弾性体ユニットあるいは多
段積層弾性体ユニットを構成する複数個の積層弾性体の
一部のバネ特性が他のものと異なることを特徴とする構
造物振動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25687691A JP2940731B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 構造物振動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25687691A JP2940731B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 構造物振動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0598841A JPH0598841A (ja) | 1993-04-20 |
| JP2940731B2 true JP2940731B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=17298642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25687691A Expired - Lifetime JP2940731B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 構造物振動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2940731B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001182371A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 免震型鉄塔および既設鉄塔への免震装置の設置方法 |
| JP6686749B2 (ja) * | 2016-07-08 | 2020-04-22 | 株式会社大林組 | 制振システム |
-
1991
- 1991-10-04 JP JP25687691A patent/JP2940731B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0598841A (ja) | 1993-04-20 |
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