JP3215476B2 - 空気循環装置 - Google Patents
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Description
気循環装置に関するものである。
ン及び補助動力ユニットから供給される高圧空気を冷
却、調整するために空気循環装置及び熱交換器を備えて
いる。これらの装置の圧縮機及びファンは、タービンに
連結されたシャフトによって駆動される。加圧された供
給空気は、最初に圧縮機に導入される。圧縮機により加
熱され、さらに加圧された圧縮機出口から流出する空気
流は、熱交換器の暖気通路を通過する過程で冷却され
る。暖気通路に流通する空気の温度を十分に低下させる
ために、ファンによってより低温の大気が熱交換器の冷
気通路に導入される。冷却された空気は、熱交換器の暖
気通路より流出し、航空機の機内に流入する前にタービ
ンにおいて膨張してさらに冷却され、機内は、供給空気
よりも低圧に維持されるので、適当に設計された装置に
よって機内及び航空機の電子機器を冷却するのに適当な
温度に調整された空気が供給される。
トを支持するために、空気循環装置は、一般に三つの軸
受を使用している。これら三つの軸受の内の二つはジャ
ーナル軸受であり、シャフトの放射方向の変位を規制す
る。第三番目の軸受は、スラスト軸受であり、シャフト
の軸線方向に固定される。装置の最適な性能を得るため
に、装置のハウジングに固定されたステータとファンの
先端部及び圧縮機のロータブレードの間のクリアランス
は非常に小さく保持しなければならない。圧縮機及びブ
レードが取り付けられるタービンロータはシャフトによ
って連結されているので、軸受が僅かな量を越えてシャ
フトの遊びを許容した場合、付加によってシャフトが変
位してブレードの先端がこれを包囲しているステータ面
に接触する。
を得るために、シャフトを放射方向及び軸線方向に位置
決めするために流体フィルムのジャーナル及びスラスト
軸受が使用される。これらの各軸受のインナレースは軸
に接続されまたは軸の一部で構成され、それぞれのアウ
タレースはハウジングに取り付けられる。シャフトが回
転すると、流体力学的な力がインナレースとアウタレー
ス間の空間内の流体に発生する。これらの力は、組み合
わされて各軸受において高圧領域を生成して、シャフト
に与えられる負荷に対向する。
さを一定に保持するために、インナレースとアウタレー
ス間の間隔は非常に狭い範囲に保持しなければならな
い。しかしながら、回転流体軸受のレース間に高圧領域
を発生する流体効果は、これとともに熱を発生する。不
均一な熱膨張を最小とし、インナレースとアウタレース
間の間隙を一定に保持するために、軸受からこの熱を除
去するために冷媒が用いられる。
は、インナレースとアウタレース間の間隙を一定に調整
するとともに装置を潤滑するためにオイルと空気の双方
を使用するローラ軸受及びジャーナル装置が開示されて
いる。低温の加圧オイルは、ローラ軸受のインナレース
と軸受を包囲するジャーナルの双方に近接した通路を通
って循環する。低温オイルの流量は、高温動作時の内外
面の熱膨張を特定の範囲に制限するように選択される。
冷却通路に放射方向に所定の間隔で穿孔された孔は、こ
のオイルの流れの一部を軸受室に導入して、軸受を形成
するローラを直接潤滑するとともに冷却する。ローラ軸
受及びジャーナルの空間が所定の範囲を越えて増加する
位置におけるインナレースの過剰冷却を防止するため
に、インナレースに近接して設ける第二の通路に暖気が
導入される。この要領で空気を供給することによって、
インナレースのみが膨張して、軸受とジャーナルの間隙
は十分に小さく保持される。
第4,507,939号において、空気循環装置のター
ビン、圧縮機及びファンをを支持するシャフトは、その
軸線方向及び放射方向の変位を、空気スラスト軸受及び
二つの空気ジャーナル軸受によって規制される。タービ
ンに導入される空気の一部が、これらの三つの軸受を潤
滑し、冷却し、支持する冷媒として使用される。この冷
媒の第一の部分は、最初にスラスト軸受冷却通路に流通
される。スラスト軸受の一端に設けるラビリンスシール
によって冷媒は他端から排出される。僅かに暖められた
冷媒は、次いで第一のジャーナル軸受の冷却通路の入口
に流入する。この冷却通路の出口に設けられたラビリン
スシールは、スラスト軸受とジャーナル軸受の双方の冷
却通路に流通する空気の質量流量を計測調整する。この
シールは、第一のジャーナル軸受の冷却通路は冷媒を直
接ファン回路に導入するので、重要である。冷却空気の
流量を調整する機構を設けない場合には、過剰な空気質
量がタービンの入口から導入されて空費されてしまう。
さらに、シールを設けない場合には、両軸受の冷却通路
の冷媒の圧力がほぼ大気圧に等しいファン回路の空気圧
まで低下してしまう。大気圧における冷媒の密度は、軸
受を支持するためには不十分なため、インナレースがア
ウタレースに接触して過剰な摩擦を発生し、破壊的な摩
耗を生じる可能性がある。
二の部分は、第二のジャーナル軸受の冷却通路に導入さ
れる。第二のジャーナル軸受の冷却通路には両端にラビ
リンスシールが設けられている。これらのシールの内の
第一のシールは、冷媒の流通を阻止し、第二のシールは
第二のジャーナル軸受に流通する冷媒の流量を、スラス
ト軸受及び第一のジャーナル軸受の冷却通路を流通する
冷媒を計量調整する第一のジャーナル軸受のシールと同
様に計量調整する。第二のジャーナル軸受冷却通路の入
口は第一のシールに近接して設けられる。冷媒は、従っ
て、軸受の長さ方向に沿って流通して、第二のシールを
介してファン回路に排出される。
メリカ特許第4,306,755号、第4,580,4
06号等がある。
装置においては、流体軸受冷却回路における冷媒の流れ
が、冷却回路出口部に設けるラビリンスシールまたはラ
ビリンスシールを包囲する計量孔によって制限される。
これらの装置において選択される流量制限手段にかかわ
らず、ラリビリンスシールまたは他の回転シールは常に
回路の出口に配設され軸受のインナレースとアウタレー
ス間の空間をシールして、回路中の過剰な冷媒の流通を
防止する必要がある。従って、冷媒の圧力を適正な値に
保持するためには、これらのラビリンスシールまたは計
量孔を通る流量を適正に調整することが必要となる。
ることが出来る流体軸受の冷却回路を備えた空気循環装
置を提案することにある。
却通路に導入する以前に、軸受冷却空気より微粒子を捕
捉することが出来る軸受冷却装置を備えた空気循環装置
を提供することにある。
却回路に流通する冷媒の質量流量及び圧力を、冷却回路
の上流側で計量調整するように構成される。
路上流側の環状高圧部を介して循環され、冷媒の流速を
減少させて、冷媒中の微粒子を冷媒の流れから落下させ
て排除するように構成する。
びる中空のシャフト、前記中空のシャフトの中央部に取
り付けられた第1のロータ、前記中空のシャフトの第1
の端部に取り付けられた第2のロータ、前記中空のシャ
フトの第2の端部に取り付けられた第3のロータ、を備
える空気循環装置であって、前記ロータの1つは入口手
段を有する圧縮機であり、前記圧縮機の入口手段は、前
記圧縮機で圧縮される加圧された流体を受け取り、前記
ロータの少なくとも1つは、入口手段を有するタービン
であり、前記タービンの入口手段は、前記タービンで膨
張される加圧された流体を受け取り、前記タービンは、
前記タービンと前記圧縮機を通って延びるシャフトによ
り、前記圧縮機に連動するように接続され、それによっ
て、前記圧縮機は、前記シャフトを通して、前記タービ
ンにより駆動され、前記空気循環装置はさらに、前記第
1のロータと前記第2のロータの間の位置にある前記中
空のシャフトの周りに配置された前記中空のシャフトを
支持する第1の流体軸受手段、前記第1のロータと前記
第3のロータの間の位置にある前記中空のシャフトの周
りに配置された前記中空のシャフトを支持する第2の流
体軸受手段、軸受冷却回路、を備え、前記軸受冷却回路
は、冷媒の流れる冷媒流路、膨張される前記圧縮された
流体の一部を前記冷媒として前記タービンの入口手段か
ら前記冷媒流路へ方向付ける入口、前記冷媒を前記冷媒
流路から排出する出口、を備え、前記冷媒流路は、前記
軸受冷却回路の入口から前記軸受冷却回路に前記第1の
流体軸受手段を通って延びる第1の部分、前記中空のシ
ャフトの中を延びる第2の部分、前記第2の流体軸受手
段を通って前記軸受冷却回路の出口に延びる第3の部
分、を備え、前記冷媒は、連続して、前記第1の部分を
通り、次に、前記第2の部分を通り、さらに前記冷媒流
路の第3の部分を通り、前記軸受冷却回路の出口を通っ
て前記軸受冷却回路から排出され、前記軸受冷却回路の
出口は、前記圧縮機の入口手段に対して開かれているこ
とを特徴とする空気循環装置が提供される。
却回路の前記冷媒流路を通る前記冷媒の流れを絞る絞り
手段を備え、前記絞り手段は、前記冷媒流路の前記第2
の部分と前記第3の部分の間の前記冷媒流路に配置され
る。
段が、複数のオリフィス制限装置を備える。
を有する環状領域を有し、前記環状領域の出口は、前記
軸受冷却回路の入口に連通して接続され、前記環状領域
の入口は、前記タービンの入口手段に連通して接続さ
れ、前記タービンの入口手段から、膨張される流体の一
部を受け取り、前記環状領域の出口を通って前記冷媒と
して排出され前記軸受冷却回路の入口に至る前に、前記
受け取った流体を、前記環状領域を通して円周方向に低
速で循環させるように方向付け、それによって、前記受
け取った流体の中の空気により運ばれる汚染物質の実質
的な部分が、前記受け取った流体から分離される。
ながら説明する。図1は、航空機の空気循環装置を示し
ており、中空シャフト10はタービン12、圧縮機14
及びファン16に接続されている。圧縮機14は、航空
機のエンジンの圧縮機ブリード装置(図示せず)または
補助動力装置(図示せず)から供給される供給空気18
をさらに圧縮する。圧縮機14から排出される排出空気
20は、圧縮過程で加熱され、続いて熱交換器22の暖
気通路に流通する。排出空気20の温度を低下させるた
めに、低温の大気24が、ファン16によって熱交換器
の冷気通路に導入される。熱交換器22の暖気通路から
排出される冷却された空気26は、次いでタービン12
に流通する。この空気26をタービン12内で膨張させ
ることによって圧縮機14及びファン16を駆動する出
力を得るとともに、この空気をさらに冷却して、航空機
の機内(図示せず)の冷房及び空気調和に使用可能とす
る。
ナル軸受28は、圧縮機14とタービン12間に配置さ
れ、第二のガス流式ジャーナル軸受30は装置先端部の
圧縮機14とファン16間に配置される。これらのジャ
ーナル軸受28,30は、放射状に配置されて、シャフ
ト10の放射方向の動作を規制する。ガス流式スラスト
軸受32は、装置の後端部にタービンの入口34に近接
して配置され、軸線方向の負荷がシャフト10に作用し
たときに、シャフトを適正な位置に確実に保持する。各
軸受は、インナレースとアウタレースで構成される。図
3及び図4は、第二のジャーナル軸受30を拡大して示
している。インナレース31はシャフト10と一体に形
成されている。アウタレース33は、外周面に切り欠き
形成された溝を有している。圧縮Oリング35は、アウ
タレース33の溝に収容され、ハウジング39の内面に
当接して、第二のジャーナル軸受30をハウジング39
に固定する。フォイルパック41によって、インナレー
ス31とアウタレース33が分離される。
ーナル軸受30と同一のインナレース、アウタレース及
びフォイルパックの構成を有している。32は、上記の
ジャーナル軸受と同様の原理で構成されているが、イン
ナレース、アウタレース及びフォイルパックは、円筒状
スリーブではなく平板ディスク状に形成されている。シ
ャフト10が回転すると、流体力学的な力が、これらの
ガス流式軸受28,30,32を内向きに押圧して、組
み合わされてインナレース及びアウタレースの接合面間
に高圧領域を形成して、フォイルパックをインナレース
より離間する方向に付勢するとともに、シャフト10に
対して所望位置から変位する方向に採用する軸線方向及
び放射方向の負荷に対向する。
生成するとともに軸線方向及び放射方向の遊びを最小と
するために、各軸受のインナレースとアウタレース間の
間隙を小さくする。この間隙が増加した場合、インナレ
ースがアウタレースに接触して摩耗を発生したり、摩擦
抵抗を増大させたりする。この間隙の変動に関して、こ
れらの各ベアリング内に高圧領域を生成し保持すると、
熱が発生してインナレースとアウタレースを膨張させ
る。従って、各軸受のレースに冷媒36が流通され、各
部材の熱膨張を制御してインナレースとアウタレースの
間隙を所定の限界内とする。
気の一部が、この冷媒36として使用される。タービン
入口の空気は、図1に示すように熱交換器22を通過し
ているので最も低温であり、装置内で使用可能な空気の
内で最も高温である。一般に、装置が海面と同一高度で
運転される場合、タービン入口34における空気の圧力
は、40乃至50psig(280乃至350kPa)
となる。冷媒36の圧力及び密度は、冷媒が軸受を冷却
するばかりではなく、これを潤滑、支持するので、重要
である。冷媒の圧力が大きければ大きいほど、各軸受内
に発生する流体力学的な力が大きくなり、より大きな負
荷を軸受が支持出来るものとなる。従って、予測される
最大負荷に基づいて、各軸受28,30,32は、装置
の適正な動作を確実とするための限界圧力を有してい
る。
ービン入口から流通チューブ38に流れる。流通チュー
ブ38のデザイン及び向きによって、塵埃、水及びその
他のタービン入口の空気によって搬送される微粒子が、
冷媒36を各軸受28,30,32に直列に流通させる
冷却回路40に流入し、冷却回路40内に堆積すること
を防止する。流通チューブ38の入口側端部42は、そ
ぎ取り切り欠きされて、タービン入口を通って流通する
空気に対して直角に挿入される。流通チューブ38は、
そぎ取り切り欠き面によって形成された開口42が、空
気の流れ44より離間するように回転する。この構成に
よって、微粒子のみが急激に流れ方向を変更させ、冷媒
36のチューブ38内の流通を維持することが可能とな
る。軽く、小さな粒子のみが急激に流れの方向を冷媒と
共に流れるので、軸受冷却回路40に堆積する可能性の
ある大きな粒子の大部分が流通チューブ38の入口42
の向きをタービン入口の空気流に対して直角とすること
で排除することが出来る。
するために、流通チューブの出口46は、タービン12
を圧縮機14から分離する環状高圧領域48に向けられ
ている。流通チューブの出口近傍に配置されたガス流式
スラスト軸受32の入口孔50に流入する前に、冷媒3
6は高圧領域48のそのほぼ全周にわたって循環され
る。高圧領域48の通路面積は軸受冷却通路の流路断面
積に較べて非常に大きいので、高圧領域48に流通する
冷媒36の流速は非常に低くなる。最も軽量で小さな微
粒子以外の微粒子を流れ内に保持するのに十分な流速を
失うので、冷媒中のほとんどの汚染物質は、高圧領域4
8内の最も低い位置に設ける補修リザーバ52内に落下
する。
入して、インナレースの外側エッジによって分離され
て、インナレースの前側面56及び後側面54に沿って
流通する。後側面54に沿って流通した冷媒は、軸受3
2の後部側のラビリンスシール60を介してタービンロ
ータ58の背面のキャビティに排出される。他の軸受に
流通する冷媒の流量を十分に確保するために、ラビリン
スシール60とシャフト10間の間隙の大きさは、スラ
スト軸受32の後側面54に冷媒のほぼ1/3の流通を
許容する寸法に選択され、残りの2/3の冷媒が、スラ
スト軸受出口孔62より排出される前に、インナレース
の前側面に流通する。
冷媒36は、圧縮機後端部に設ける第一のジャーナル軸
受28の入口孔64に直接流入し、軸受の全長を横断し
て流れる。ラビリンスシール66は、軸受28の前端部
において冷媒36が、圧縮機のロータ67の背面のキャ
ビティに流入するのを阻止する。従って、全ての冷媒3
6は、インナレースの出口孔68より排出され、直接シ
ャフト10の中空空間内に流入する。
6は、シャフト10の中空空間に流通して圧縮機の第一
のジャーナル軸受28からファンの第二のジャーナル軸
受30に流れる。シャフトの壁に形成する絞りオリフィ
ス70は、ファンの第二のジャーナル軸受の入口孔とし
て機能し、冷媒36が第二のジャーナル軸受の前面に流
通することを可能とする。ファンの第二のジャーナル軸
受の前端部に設けるラビリンスシール74は、冷媒36
がファン回路76に流入することを阻止する。ファンの
第二のジャーナル軸受30の後端部にはシールが設けら
れていないので、冷媒36は前端部から後端部に向かっ
て流通し、直接圧縮機入口72に排出される。
めには、基本条件で運転されたときに所望の質量流量を
保持するために必要なオリフィスの入口及び出口におけ
る圧力を知ることが必要となる。入口部の圧力は、中空
シャフト10内に収容された冷媒の圧力である。スラス
ト軸受32及び第一のジャーナル軸受29の冷却通路を
通過して中空シャフトのキャビティの入口に到達する冷
媒の圧力は、タービン入口の圧力よりも2乃至3psi
(15乃至20kPa)低くなっている。オリフィス7
0の出口部の圧力を決定するために、第二のジャーナル
軸受の冷却通路の両端における所望の質量流量を確保す
るための圧力降下が算出される。オリフィス70の出口
部における圧力は、従って、一般に約35psig(2
40kPa)の圧縮機入口圧力に計算された圧力降下を
加えたものとなる。この入口及び出口の圧力に基づい
て、絞りオリフィス70が軸受冷却回路40に所望の質
量流量の冷媒36を流通させるように選択される。
た従来の要求に答えることが出来る流体軸受の冷却回路
の改良を得ることが出来、さらに、軸受冷却通路に導入
する以前に、軸受冷却空気より微粒子を捕捉することが
出来る軸受冷却装置を備えた空気循環装置を提供するこ
とが可能となる。
するシールの数を減少することが可能となる。従って、
空気循環装置を構成する部品の点数を減少することが可
能となり、構造の簡素化、及び製造コストの低減を実現
することが可能となる。また、シールの点数を減少する
ことによって、装置中の摩耗等による消耗部品の点数が
減少される結果、装置全体の信頼性、耐久性を向上する
ことが出来る。また、ラビリンスシールの点数を減少さ
せることによって、シャフトの装着時におけるこのシー
ルの破損の可能性を減少させることが出来て、装置の組
立を容易とする事が出来る。さらに、シールの点数を減
少することによって、シャフトの長さが短縮出来る、装
置の小型、軽量化を可能とするとともに、シャフトの固
有周波数を増加させることが出来て、装置の最大速度を
増加することが可能となる。
側面図である。
3線断面図である。
の4−4線断面図である。
ブの形状を示す図2の5−5線断面である。
Claims (4)
- 【請求項1】 軸方向に延びる中空のシャフト、前記中
空のシャフトの中央部に取り付けられた第1のロータ、
前記中空のシャフトの第1の端部に取り付けられた第2
のロータ、前記中空のシャフトの第2の端部に取り付け
られた第3のロータ、を備える空気循環装置であって、 前記ロータの1つは入口手段を有する 圧縮機であり、前
記圧縮機の入口手段は、前記圧縮機で圧縮される加圧さ
れた流体を受け取り、前記ロータの少なくとも1つは、
入口手段を有するタービンであり、前記タービンの入口
手段は、前記タービンで膨張される加圧された流体を受
け取り、前記タービンは、前記タービンと前記圧縮機を
通って延びるシャフトにより、前記圧縮機に連動するよ
うに接続され、それによって、前記圧縮機は、前記シャ
フトを通して、前記タービンにより駆動され、 前記空気循環装置はさらに、前記第1のロータと前記第
2のロータの間の位置にある前記中空のシャフトの周り
に配置された前記中空のシャフトを支持する第1の 流体
軸受手段、前記第1のロータと前記第3のロータの間の
位置にある前記中空のシャフトの周りに配置された前記
中空のシャフトを支持する第2の流体軸受手段、軸受冷
却回路、を備え、 前記軸受冷却回路は、冷媒の流れる冷媒流路、膨張され
る前記圧縮された流体の一部を前記冷媒として前記ター
ビンの入口手段から前記冷媒流路へ方向付ける入口、前
記冷媒を前記冷媒流路から排出する出口、を備え、 前記冷媒流路は、前記軸受冷却回路の入口から前記軸受
冷却回路に前記第1の流体軸受手段を通って延びる第1
の部分、前記中空のシャフトの中を延びる第2の部分、
前記第2の流体軸受手段を通って前記軸受冷却回路の出
口に延びる第3の部分、を備え、 前記冷媒は、連続して、前記第1の部分を通り、次に、
前記第2の部分を通り、さらに前記冷媒流路の第3の部
分を通り、前記軸受冷却回路の出口を通って前記軸受冷
却回路から排出され、 前記軸受冷却回路の出口は、前記圧縮機の入口手段に対
して開かれている ことを特徴とする空気循環装置。 - 【請求項2】 前記空気循環装置は、さらに、前記軸受
冷却回路の前記冷媒流路を通る前記冷媒の流れを絞る絞
り手段を備え、前記絞り手段は、前記冷媒流路の前記第
2の部分と前記第3の部分の間の前記冷媒流路に配置さ
れることを特徴とする請求項1記載の空気循環装置。 - 【請求項3】 前記絞り手段は、複数のオリフィス制限
装置を備えることを特徴とする請求項2記載の空気循環
装置。 - 【請求項4】 前記空気循環装置は、さらに、入口と出
口を有する環状領域を有し、前記環状領域の出口は、前
記軸受冷却回路の入口に連通して接続され、前記環状領
域の入口は、前記タービンの入口手段に連通して接続さ
れ、前記タービンの入口手段から、膨張される流体の一
部を受け取り、前記環状領域の出口を通って前記冷媒と
して排出され前記軸受冷却回路の入口に至る前に、前記
受け取った流体を、前記環状領域を通して円周方向に低
速で循環させるように方向付け、それによって、前記受
け取った流体の中の空気により運ばれる汚染物質の実質
的な部分が、前記受け取った流体から分離されることを
特徴とする請求項1記載の空気循環装置。
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JP02445692A JP3215476B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 空気循環装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP02445692A JP3215476B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 空気循環装置 |
Publications (2)
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JPH05231175A JPH05231175A (ja) | 1993-09-07 |
JP3215476B2 true JP3215476B2 (ja) | 2001-10-09 |
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ID=12138669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02445692A Expired - Lifetime JP3215476B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 空気循環装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (2)
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CN114033739A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-11 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种空气循环机 |
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JPS6413235U (ja) * | 1987-07-14 | 1989-01-24 | ||
JPS6429625A (en) * | 1987-07-22 | 1989-01-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas expander |
-
1992
- 1992-01-14 JP JP02445692A patent/JP3215476B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6545161B2 (en) | 1997-10-27 | 2003-04-08 | Isk Americas Incorporated | Substituted benzene compounds, process for their preparation, and herbicidal and defoliant compositions containing them |
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JPH05231175A (ja) | 1993-09-07 |
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