JP3116176B2 - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents
積層型圧電アクチュエータInfo
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、逆圧電効果を利用し、
電気的入力エネルギーを変位や力などの機械的エネルギ
ーに変換する積層型アクチュエータに関する。
電気的入力エネルギーを変位や力などの機械的エネルギ
ーに変換する積層型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の積層型圧電アクチュエータとし
て、例えば、特開平３−９４４８７号公報に開示されて
いるものがある。これは、図７に示すように、圧電セラ
ミックスシート７１表面上に、シート７１の長さ（変
位）方向と垂直な方向に平行な帯状電極７２及び７３
を、帯状電極７２と帯状電極７３とが互いに異なる側方
端に引き出されるように形成し、この電極が形成された
圧電セラミックスシートを図８に示すように各帯状電極
７２及び７３が厚さ方向（図の上下方向）に重なるよう
に積層し、図９に示すように積層体の側面に外部接続電
極７４及び７５を、ほぼ全面に渡って形成している。
て、例えば、特開平３−９４４８７号公報に開示されて
いるものがある。これは、図７に示すように、圧電セラ
ミックスシート７１表面上に、シート７１の長さ（変
位）方向と垂直な方向に平行な帯状電極７２及び７３
を、帯状電極７２と帯状電極７３とが互いに異なる側方
端に引き出されるように形成し、この電極が形成された
圧電セラミックスシートを図８に示すように各帯状電極
７２及び７３が厚さ方向（図の上下方向）に重なるよう
に積層し、図９に示すように積層体の側面に外部接続電
極７４及び７５を、ほぼ全面に渡って形成している。
【０００３】また、特開平３−９４４８７号公報に開示
されている他の積層型圧電アクチュエータとして、図９
に示すように、帯状電極７２同士を電気的に接続する共
通電極７６と、帯状電極７３同士を電気的に接続する共
通電極７７とを側方端部に形成し、図８に示したものと
同様に積層して、側面に外部接続電極を形成したものが
ある。
されている他の積層型圧電アクチュエータとして、図９
に示すように、帯状電極７２同士を電気的に接続する共
通電極７６と、帯状電極７３同士を電気的に接続する共
通電極７７とを側方端部に形成し、図８に示したものと
同様に積層して、側面に外部接続電極を形成したものが
ある。
【０００４】図１１を参照して従来の積層型圧電アクチ
ュエータの動作を説明する。図１１は、図７または図１
０の圧電セラミックスシート７１を長さ方向の断面図で
ある。図１１に示すように、帯状電極７２をアース電極
とし、帯状電極７３にプラスの直流高電圧を印加すると
圧電セラミックスシート７１は破線矢印で示す向きに分
極される。
ュエータの動作を説明する。図１１は、図７または図１
０の圧電セラミックスシート７１を長さ方向の断面図で
ある。図１１に示すように、帯状電極７２をアース電極
とし、帯状電極７３にプラスの直流高電圧を印加すると
圧電セラミックスシート７１は破線矢印で示す向きに分
極される。
【０００５】このように分極処理を施した後、帯状電極
７２及び７３に分極電圧と同じ極性の駆動電圧を印加す
ると、分極方向と同じ向きの電界が発生し、圧電縦効果
により図の左右方向に伸びる。逆に帯状電極７２及び７
３に分極電圧と異なる極性の駆動電圧を印加すると、分
極方向と逆向きの電界が発生し、圧電縦効果により図の
左右方向に縮む。
７２及び７３に分極電圧と同じ極性の駆動電圧を印加す
ると、分極方向と同じ向きの電界が発生し、圧電縦効果
により図の左右方向に伸びる。逆に帯状電極７２及び７
３に分極電圧と異なる極性の駆動電圧を印加すると、分
極方向と逆向きの電界が発生し、圧電縦効果により図の
左右方向に縮む。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
積層型圧電アクチュエータでは、極性のことなる電極が
圧電セラミックスシート７１の一面上に形成されてお
り、帯状電極７２及び７３の直下領域では、分極方向が
ほぼ図の上下方向を向いている。この領域では、帯状電
極７２及び７３に分極電圧と同じ極性の駆動電圧を印加
したときに、圧電縦効果により図の上下方向の伸びが発
生し、同時に圧電横効果によって、図の左右方向の縮み
が発生する。また、逆極性の駆動電圧を印加したとき
は、圧電横効果によって、図の左右方向の伸びが発生す
る。即ち、帯状電極７２及び７３の直下領域では、従来
の技術の欄で説明した圧電セラミックスシートの変位を
打ち消す方向の伸び、または縮みが発生するという問題
点がある。
積層型圧電アクチュエータでは、極性のことなる電極が
圧電セラミックスシート７１の一面上に形成されてお
り、帯状電極７２及び７３の直下領域では、分極方向が
ほぼ図の上下方向を向いている。この領域では、帯状電
極７２及び７３に分極電圧と同じ極性の駆動電圧を印加
したときに、圧電縦効果により図の上下方向の伸びが発
生し、同時に圧電横効果によって、図の左右方向の縮み
が発生する。また、逆極性の駆動電圧を印加したとき
は、圧電横効果によって、図の左右方向の伸びが発生す
る。即ち、帯状電極７２及び７３の直下領域では、従来
の技術の欄で説明した圧電セラミックスシートの変位を
打ち消す方向の伸び、または縮みが発生するという問題
点がある。
【０００７】また、図１０に示す積層型圧電アクチュエ
ータでは、帯状電極７２と共通電極７７との間隙部、及
び帯状電極７３と共通電極７６との間隙部では、帯状電
極に平行な方向に分極されるため、帯状電極真下領域と
同様に圧電セラミックスシートの変位を打ち消す方向の
伸びまたは縮みが発生するという問題点がある。同様
に、図８の積層型圧電アクチュエータでは帯状電極と外
部接続電極との間で変位を打ち消す歪が発生するという
問題点がある。
ータでは、帯状電極７２と共通電極７７との間隙部、及
び帯状電極７３と共通電極７６との間隙部では、帯状電
極に平行な方向に分極されるため、帯状電極真下領域と
同様に圧電セラミックスシートの変位を打ち消す方向の
伸びまたは縮みが発生するという問題点がある。同様
に、図８の積層型圧電アクチュエータでは帯状電極と外
部接続電極との間で変位を打ち消す歪が発生するという
問題点がある。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決し、変位を妨
げる方向の歪みが発生しない構造、即ち、圧電セラミッ
クスシート全体が同一方向に変位する積層型圧電アクチ
ュエータを提供することを目的とする。
げる方向の歪みが発生しない構造、即ち、圧電セラミッ
クスシート全体が同一方向に変位する積層型圧電アクチ
ュエータ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】本発明によれば、圧電セ
ラミックスシートと電極層とが交互に積層された角柱状
の積層型圧電アクチュエータにおいて、前記電極層は前
記角柱の長さ方向に平行に所定の間隔で並ぶ複数の帯状
電極からなる第１電極層及び第２電極層を有し、前記第
１電極層と前記第２電極層とのいずれか一方の帯状電極
が、他方の互いに隣合う帯状電極の中央位置に対向する
ように、前記第１電極層と前記第２電極層とを前記圧電
セラミックスシートを介して交互に積層したことを特徴
とする積層型圧電アクチュエータが得られる。
ラミックスシートと電極層とが交互に積層された角柱状
の積層型圧電アクチュエータにおいて、前記電極層は前
記角柱の長さ方向に平行に所定の間隔で並ぶ複数の帯状
電極からなる第１電極層及び第２電極層を有し、前記第
１電極層と前記第２電極層とのいずれか一方の帯状電極
が、他方の互いに隣合う帯状電極の中央位置に対向する
ように、前記第１電極層と前記第２電極層とを前記圧電
セラミックスシートを介して交互に積層したことを特徴
とする積層型圧電アクチュエータが得られる。
【００１０】また、前記第１電極層及び前記第２電極層
は、それぞれ前記帯状電極をその端部で電気的に接続す
る第１共通電極及び第２共通電極を有し、前記第１共通
電極と前記第２共通電極とは前記角柱の長さ方向同一端
側で、前記第１共通電極は一方の側方端まで、前記第２
の共通電極は他方の側方端まで届くように形成されてい
ることを特徴とする積層型圧電アクチュエータが得られ
る。
は、それぞれ前記帯状電極をその端部で電気的に接続す
る第１共通電極及び第２共通電極を有し、前記第１共通
電極と前記第２共通電極とは前記角柱の長さ方向同一端
側で、前記第１共通電極は一方の側方端まで、前記第２
の共通電極は他方の側方端まで届くように形成されてい
ることを特徴とする積層型圧電アクチュエータが得られ
る。
【００１１】
【作用】図５及び６を参照して、本発明の動作原理につ
いて説明する。図５に示すように、圧電セラミックスシ
ート５１表面に変位方向（長さ方向）に平行な帯状電極
５２及び５３を設け、帯状電極５３をアースして帯状電
極５２に直流高電圧を印加すると図６に破線矢印で示す
ように圧電セラミックスシート５１は分極される。分極
電圧の極性と同じ駆動電圧を印加すると実線矢印で示す
方向に電界が発生し、圧電縦効果により図６の横方向に
伸びる。このとき同時に圧電セラミックスシートは圧電
横効果により図面の表裏方向に縮む。即ち、図５の変位
方向に縮む。ここで、帯状電極直下の領域では、圧電縦
効果により図６の上下方向に伸び、また、圧電横効果に
より図の表裏方向に縮む。
いて説明する。図５に示すように、圧電セラミックスシ
ート５１表面に変位方向（長さ方向）に平行な帯状電極
５２及び５３を設け、帯状電極５３をアースして帯状電
極５２に直流高電圧を印加すると図６に破線矢印で示す
ように圧電セラミックスシート５１は分極される。分極
電圧の極性と同じ駆動電圧を印加すると実線矢印で示す
方向に電界が発生し、圧電縦効果により図６の横方向に
伸びる。このとき同時に圧電セラミックスシートは圧電
横効果により図面の表裏方向に縮む。即ち、図５の変位
方向に縮む。ここで、帯状電極直下の領域では、圧電縦
効果により図６の上下方向に伸び、また、圧電横効果に
より図の表裏方向に縮む。
【００１２】逆に、分極電圧の極性と同じ駆動電圧を印
加すると圧電セラミックスシート５１は圧電縦効果によ
り図６の横方向に縮み、図面の裏表方向は圧電横効果に
より伸びる。また、帯状電極直下の領域では、圧電縦効
果により図６の上下方向に縮み、圧電横効果により図の
裏表方向に伸びる。
加すると圧電セラミックスシート５１は圧電縦効果によ
り図６の横方向に縮み、図面の裏表方向は圧電横効果に
より伸びる。また、帯状電極直下の領域では、圧電縦効
果により図６の上下方向に縮み、圧電横効果により図の
裏表方向に伸びる。
【００１３】上記のように、圧電セラミックスシートの
長さ方向に平行な帯状電極を形成すると、圧電横効果に
よって、シート全体を同一方向に変位させることができ
る。換言すれば、変位方向と直角な方向の分極処理を行
なうことにより、シート全体が同一方向に歪む圧電アク
チュエータとすることができる。本発明は、この原理を
利用するものである。
長さ方向に平行な帯状電極を形成すると、圧電横効果に
よって、シート全体を同一方向に変位させることができ
る。換言すれば、変位方向と直角な方向の分極処理を行
なうことにより、シート全体が同一方向に歪む圧電アク
チュエータとすることができる。本発明は、この原理を
利用するものである。
【００１４】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１に本発明の一実施例に使用される圧電セラミ
ックスシート１１及び１２を示す。圧電セラミックスシ
ート１１及び１２の一表面上には、それぞれ帯状電極１
３及び１４がシートの長さ（変位）方向に平行に形成さ
れている。帯状電極１３と帯状電極１４とは、圧電セラ
ミックスシート１１と１２とを重ね合わせたときに、一
方の帯状電極（例えば、１３）が、他方（例えば、１
４）の互いに隣合う帯状電極の中央位置に対向するよう
に形成されている。ここで、長さ方向とは、圧電アクチ
ュエータとして変位を利用する方向を指す。
する。図１に本発明の一実施例に使用される圧電セラミ
ックスシート１１及び１２を示す。圧電セラミックスシ
ート１１及び１２の一表面上には、それぞれ帯状電極１
３及び１４がシートの長さ（変位）方向に平行に形成さ
れている。帯状電極１３と帯状電極１４とは、圧電セラ
ミックスシート１１と１２とを重ね合わせたときに、一
方の帯状電極（例えば、１３）が、他方（例えば、１
４）の互いに隣合う帯状電極の中央位置に対向するよう
に形成されている。ここで、長さ方向とは、圧電アクチ
ュエータとして変位を利用する方向を指す。
【００１５】また、圧電セラミックスシート１１及び１
２の一表面上には、これらの帯状電極１３及び１４をそ
れぞれ電気的に接続する共通電極１５及び１６が形成さ
れている。この共通電極１５及び１６は、シート１１の
長さ方向一方端側（図の右側）に形成されており、さら
に帯状電極１３は一方の側方端（図の上側）、帯状電極
１４は他方の側方端（図の下側）に達するように形成さ
れている。
２の一表面上には、これらの帯状電極１３及び１４をそ
れぞれ電気的に接続する共通電極１５及び１６が形成さ
れている。この共通電極１５及び１６は、シート１１の
長さ方向一方端側（図の右側）に形成されており、さら
に帯状電極１３は一方の側方端（図の上側）、帯状電極
１４は他方の側方端（図の下側）に達するように形成さ
れている。
【００１６】複数の圧電セラミックスシート１１と圧電
セラミックスシート１２とを交互に積層し、最上層に電
極を形成していない圧電セラミックスシートを積層して
角柱状にし、図２に示すように側面に外部接続電極１７
及び１８を形成する。ここで、外部接続電極１７は共通
電極１５に電気的に接続され、外部接続電極１８は共通
電極１６に電気的に接続される。
セラミックスシート１２とを交互に積層し、最上層に電
極を形成していない圧電セラミックスシートを積層して
角柱状にし、図２に示すように側面に外部接続電極１７
及び１８を形成する。ここで、外部接続電極１７は共通
電極１５に電気的に接続され、外部接続電極１８は共通
電極１６に電気的に接続される。
【００１７】図２におけるＢーＢ線断面図を図３に示
す。図３に示すように、本実施例の圧電アクチュエータ
では図面の横方向に帯状電極１３と帯状電極１４とが交
互に位置する。すなわち、一方の帯状電極が他方の他が
いに隣り合う帯状電極の中間の位置に対向している。
す。図３に示すように、本実施例の圧電アクチュエータ
では図面の横方向に帯状電極１３と帯状電極１４とが交
互に位置する。すなわち、一方の帯状電極が他方の他が
いに隣り合う帯状電極の中間の位置に対向している。
【００１８】この圧電アクチュエータの動作を図４を参
照して説明する。帯状電極１４をアースして帯状電極１
３に直流高電圧を印加すると図４に破線矢印で示すよう
に圧電セラミックスシート１２は分極される。分極電圧
の極性と同じ駆動電圧を印加すると分極方向と同じ向き
に電界が発生し、圧電縦効果により図４の横方向に伸び
る。このとき同時に圧電セラミックスシートは圧電横効
果により図面の裏表方向に縮む。微視的に見ると、帯状
電極直下の領域では、分極が上下方向に生じており、こ
の領域では、圧電縦効果により図の上下方向に伸び、ま
た、圧電横効果により図の裏表方向に縮む。
照して説明する。帯状電極１４をアースして帯状電極１
３に直流高電圧を印加すると図４に破線矢印で示すよう
に圧電セラミックスシート１２は分極される。分極電圧
の極性と同じ駆動電圧を印加すると分極方向と同じ向き
に電界が発生し、圧電縦効果により図４の横方向に伸び
る。このとき同時に圧電セラミックスシートは圧電横効
果により図面の裏表方向に縮む。微視的に見ると、帯状
電極直下の領域では、分極が上下方向に生じており、こ
の領域では、圧電縦効果により図の上下方向に伸び、ま
た、圧電横効果により図の裏表方向に縮む。
【００１９】逆に、分極電圧の極性と反対の駆動電圧を
印可すると圧電セラミックスシート１３は圧電縦効果に
より図４の横方向に縮み、図面の裏表方向には圧電横効
果により伸びる。また、帯状電極直下の領域では、圧電
縦効果により図４の上下方向に縮み、圧電横効果により
図の裏表方向に伸びる。
印可すると圧電セラミックスシート１３は圧電縦効果に
より図４の横方向に縮み、図面の裏表方向には圧電横効
果により伸びる。また、帯状電極直下の領域では、圧電
縦効果により図４の上下方向に縮み、圧電横効果により
図の裏表方向に伸びる。
【００２０】また、共通電極の直下の領域においても圧
電横効果により歪みの発生は変位方向に一致する。
電横効果により歪みの発生は変位方向に一致する。
【００２１】このように、本実施例では、圧電横効果に
よって、シート全体を同一方向に変位させることができ
る。
よって、シート全体を同一方向に変位させることができ
る。
【００２２】上記積層型圧電アクチュエータの製造方法
として、焼結した圧電セラミックス矩形板の表面に電極
を形成して、接着剤を用いて接着、積層する方法があ
る。電極形成方法は、焼結した圧電セラミックス矩形板
の表面にスクリーン印刷により電極ペーストを印刷し、
その後焼き付ける方法や、メッキや蒸着等により圧電セ
ラミックス矩形板の表面全体に電極を形成した後、フォ
トエッチングによりパターンを形成する方法などがあ
る。
として、焼結した圧電セラミックス矩形板の表面に電極
を形成して、接着剤を用いて接着、積層する方法があ
る。電極形成方法は、焼結した圧電セラミックス矩形板
の表面にスクリーン印刷により電極ペーストを印刷し、
その後焼き付ける方法や、メッキや蒸着等により圧電セ
ラミックス矩形板の表面全体に電極を形成した後、フォ
トエッチングによりパターンを形成する方法などがあ
る。
【００２３】また、焼結前の圧電セラミックスグリーン
シートに電極用ペースト（例えば、銀パラジウムペース
ト）を印刷し、電極の位置合わせをして積層した後焼結
し、圧電セラミックスの焼結と、電極形成とを同時に行
う方法もある。
シートに電極用ペースト（例えば、銀パラジウムペース
ト）を印刷し、電極の位置合わせをして積層した後焼結
し、圧電セラミックスの焼結と、電極形成とを同時に行
う方法もある。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、帯状電極を圧電アクチ
ュエータの長さ方向と同じにすることにより、帯状電極
直下の歪みの発生を変位方向に一致させることができ、
同一駆動電圧に対する変位量を従来に比べ大きくするこ
とができる。また、共通電極を長さ方向同一端側に形成
したので、従来アクチュエータの変位には無関係であっ
た共通電極直下の領域を変位に参加させることができ、
従来よりも大きな変位量が得られる。
ュエータの長さ方向と同じにすることにより、帯状電極
直下の歪みの発生を変位方向に一致させることができ、
同一駆動電圧に対する変位量を従来に比べ大きくするこ
とができる。また、共通電極を長さ方向同一端側に形成
したので、従来アクチュエータの変位には無関係であっ
た共通電極直下の領域を変位に参加させることができ、
従来よりも大きな変位量が得られる。
【００２５】また、同一セラミックスシート上には同一
電位の帯状電極しかないので、同一面内での絶縁破壊が
発生せず、帯状電極の間隔を狭くすることができる。こ
れにより、従来よりも低い駆動電圧で同等の変化量を得
ることができる。
電位の帯状電極しかないので、同一面内での絶縁破壊が
発生せず、帯状電極の間隔を狭くすることができる。こ
れにより、従来よりも低い駆動電圧で同等の変化量を得
ることができる。
【図１】本発明の一実施例の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の斜視図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図。
【図７】従来の積層型圧電アクチュエータを構成する圧
電セラミックスシートの斜視図である。
電セラミックスシートの斜視図である。
【図８】従来の積層型圧電アクチュエータの断面図であ
る。
る。
【図９】従来の積層型圧電アクチュエータの斜視図であ
る。
る。
【図１０】従来の他の積層型圧電アクチュエータを構成
する圧電セラミックスシートの斜視図である。
する圧電セラミックスシートの斜視図である。
【図１１】従来の積層型圧電アクチュエータの動作原理
を説明するための図である。
を説明するための図である。
１１、１２ 圧電セラミックスシート １３、１４ 帯状電極 １５、１６ 共通電極 １７、１８ 外部接続電極 ５１ 圧電セラミックスシート ５２、５３ 帯状電極 ７１ 圧電セラミックスシート ７２、７３ 帯状電極 ７４、７５ 外部接続電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/08
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電セラミックスシートと電極層とが交
互に積層された角柱状の積層型圧電アクチュエータにお
いて、前記電極層は前記角柱の長さ方向に平行に所定の
間隔で並ぶ複数の帯状電極からなる第１電極層及び第２
電極層を有し、前記第１電極層と前記第２電極層とのい
ずれか一方の帯状電極が、他方の互いに隣合う帯状電極
の中央位置に対向するように、前記第１電極層と前記第
２電極層とを前記圧電セラミックスシートを介して交互
に積層したことを特徴とする積層型圧電アクチュエー
タ。 - 【請求項２】 前記第１電極層及び前記第２電極層は、
それぞれ前記帯状電極をその端部で電気的に接続する第
１共通電極及び第２共通電極を有し、前記第１共通電極
と前記第２共通電極とは前記角柱の長さ方向同一端側
で、前記第１共通電極は一方の側方端まで、前記第２の
共通電極は他方の側方端まで達するように形成されてい
ることを特徴とする請求項１の積層型圧電アクチュエー
タ。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
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| US07/946,946 US5315205A (en) | 1991-09-25 | 1992-09-17 | Piezoelectric vibrator capable of reliably preventing dielectric breakdown and a method of manufacturing the same |
| EP92116253A EP0534389B1 (en) | 1991-09-25 | 1992-09-23 | Piezoelectric vibrator capable of reliably preventing dielectric breakdown and a method of manufacturing the same |
| DE69208189T DE69208189T2 (de) | 1991-09-25 | 1992-09-23 | Piezoelektrischer Vibrator, der auf eine zuverlässige Weise einen dielektrischen Durchbruch verhindert und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US08/156,280 US5400488A (en) | 1991-09-25 | 1993-11-22 | Method of manufacturing a piezoelectric vibrator capable of reliably preventing dielectric breakdown |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03288489A JP3116176B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129675A JPH05129675A (ja) | 1993-05-25 |
| JP3116176B2 true JP3116176B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3116176B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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-
1991
- 1991-11-05 JP JP03288489A patent/JP3116176B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH05129675A (ja) | 1993-05-25 |
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