JP3308902B2 - 炭素含有耐火物用原料及びその製造方法 - Google Patents
炭素含有耐火物用原料及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サイアロン−炭化ケイ
素−カーボン系混合物からなる炭素含有耐火物用原料及
びその製造方法に係るもので、特に、これを用いた親水
性と耐酸化性に優れた炭素含有不定形耐火物の提供を目
的とするものである。
素−カーボン系混合物からなる炭素含有耐火物用原料及
びその製造方法に係るもので、特に、これを用いた親水
性と耐酸化性に優れた炭素含有不定形耐火物の提供を目
的とするものである。
【0002】
【従来の技術】炭素は耐スラグ侵食性や耐熱衝撃性など
の好ましい性質を有するため、これは不定形耐火物組成
の一つとして使用され、炭素含有不定形耐火物が開発さ
れている。
の好ましい性質を有するため、これは不定形耐火物組成
の一つとして使用され、炭素含有不定形耐火物が開発さ
れている。
【0003】しかし、炭素は親水性が悪いことや耐酸化
性が弱いことなどから、これを使用する不定形耐火物
は、緻密な施工体が得られにくいことと酸化されやすい
ことという欠点を有している。
性が弱いことなどから、これを使用する不定形耐火物
は、緻密な施工体が得られにくいことと酸化されやすい
ことという欠点を有している。
【0004】このため、表面処理炭素を使用することや
酸化防止剤を添加することなどによって、この問題の改
善が図られている。炭素の表面処理では、黒鉛の表面に
樹脂をコートすること(特願平02−108657
号)、酸化物の小粒子粉体を衝撃処理して黒鉛の表面に
固着させること(特開平05−194044号)などの
方法が知られている。炭素含有耐火物の酸化防止剤とし
ては、アルミニウム、マグネシウムなどがあるが、不定
形耐火物では水和性がなく、かつ耐侵食性が強い炭化ケ
イ素がよく使用されている。
酸化防止剤を添加することなどによって、この問題の改
善が図られている。炭素の表面処理では、黒鉛の表面に
樹脂をコートすること(特願平02−108657
号)、酸化物の小粒子粉体を衝撃処理して黒鉛の表面に
固着させること(特開平05−194044号)などの
方法が知られている。炭素含有耐火物の酸化防止剤とし
ては、アルミニウム、マグネシウムなどがあるが、不定
形耐火物では水和性がなく、かつ耐侵食性が強い炭化ケ
イ素がよく使用されている。
【0005】一方、廉価なアルミナ−シリカ系耐火材料
としてロウ石や粘土などがあるが、これらはアルミナ、
マグネシアやスピネルなどの高級耐火材によって駆逐さ
れて使用量が年々減少しており、特にシリカ含有量が7
0〜95%と高いものは、耐火度が低くその有効活用に
苦慮している。
としてロウ石や粘土などがあるが、これらはアルミナ、
マグネシアやスピネルなどの高級耐火材によって駆逐さ
れて使用量が年々減少しており、特にシリカ含有量が7
0〜95%と高いものは、耐火度が低くその有効活用に
苦慮している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の炭素含有不定形
耐火物はほとんど特別な処理によって得られた炭素を使
っていたため、その使用は耐火物製造コストの高騰の原
因となっている。また、耐火物の耐酸化性と熱間強度は
添加される炭化ケイ素の粒径が小さいほど効果が顕著で
あるが、炭化ケイ素は硬度が高いため微粉末に粉砕する
ことは極めて困難である。
耐火物はほとんど特別な処理によって得られた炭素を使
っていたため、その使用は耐火物製造コストの高騰の原
因となっている。また、耐火物の耐酸化性と熱間強度は
添加される炭化ケイ素の粒径が小さいほど効果が顕著で
あるが、炭化ケイ素は硬度が高いため微粉末に粉砕する
ことは極めて困難である。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような現状に鑑み、
本発明者らは廉価なアルミナ−シリカ系耐火材料を出発
原料としてサイアロン−炭化ケイ素−カーボン(Sia
lon−SiC−C)系混合物を製造し、それを炭素含
有不定形耐火物用原料として応用する研究を重ねてき
た。その結果、ロウ石などのアルミナ−シリカ系耐火材
料から親水性と耐酸化性に優れたSialon−SiC
−C系混合物を廉価に製造でき、その混合物を炭素含有
不定形耐火物の炭素源と耐酸化防止剤として使用し、耐
酸化性や強度に優れた不定形耐火物を得ることができ、
本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、ア
ルミナ−シリカ系耐火材料に炭素質材料を加え熱処理し
て得られたSialon−SiC−C系耐火物用原料で
あり、このSialon−SiC−C系炭素含有耐火物
用原料又はこれに他の酸化物材料を加えた耐火材料より
なる炭素含有不定形耐火物を得ることである。
本発明者らは廉価なアルミナ−シリカ系耐火材料を出発
原料としてサイアロン−炭化ケイ素−カーボン(Sia
lon−SiC−C)系混合物を製造し、それを炭素含
有不定形耐火物用原料として応用する研究を重ねてき
た。その結果、ロウ石などのアルミナ−シリカ系耐火材
料から親水性と耐酸化性に優れたSialon−SiC
−C系混合物を廉価に製造でき、その混合物を炭素含有
不定形耐火物の炭素源と耐酸化防止剤として使用し、耐
酸化性や強度に優れた不定形耐火物を得ることができ、
本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、ア
ルミナ−シリカ系耐火材料に炭素質材料を加え熱処理し
て得られたSialon−SiC−C系耐火物用原料で
あり、このSialon−SiC−C系炭素含有耐火物
用原料又はこれに他の酸化物材料を加えた耐火材料より
なる炭素含有不定形耐火物を得ることである。
【0008】本発明の基本は、アルミナ−シリカ系耐火
材料中のAl2O3とSiO2とを炭素材料中のCによ
り窒素雰囲気中においてSialonとSiCに還元生
成させて、過剰のC成分に親水性と耐酸化性を付与させ
たるものである。すなわち、上記の還元生成過程におい
て、カーボンの表面にβ−SialonとSiCの層を
形成してなるサイアロン−炭化ケイ素−カーボン系混合
物からなる炭素含有耐火物用原料が得られる。そして、
その製造方法は、アルミナ−シリカ系耐火材料又はアル
ミナとシリカの混合物からサイアロンを合成過程におい
て、サイアロンの合成に必要なシリカより過剰のシリカ
を加え、該過剰のシリカとカーボンとで生成する炭化ケ
イ素より更に過剰のカーボンを添加して、窒素雰囲気下
で焼成することにある。
材料中のAl2O3とSiO2とを炭素材料中のCによ
り窒素雰囲気中においてSialonとSiCに還元生
成させて、過剰のC成分に親水性と耐酸化性を付与させ
たるものである。すなわち、上記の還元生成過程におい
て、カーボンの表面にβ−SialonとSiCの層を
形成してなるサイアロン−炭化ケイ素−カーボン系混合
物からなる炭素含有耐火物用原料が得られる。そして、
その製造方法は、アルミナ−シリカ系耐火材料又はアル
ミナとシリカの混合物からサイアロンを合成過程におい
て、サイアロンの合成に必要なシリカより過剰のシリカ
を加え、該過剰のシリカとカーボンとで生成する炭化ケ
イ素より更に過剰のカーボンを添加して、窒素雰囲気下
で焼成することにある。
【0009】アルミナ−シリカ系耐火材料中のアルミナ
と一部のシリカ成分は炭素材料中のCと窒素によって、
の反応により還元されてβ−Sialon(Si3Al
3O3N5)となり、残るシリカ成分は更にCと反応し
次の反応により炭化ケイ素を生成する。SiO2+3C
→SiC+2COまた、過剰の炭素成分は残り、超微粉
末のβ−SialonとSiC及びCの混合物となる。
と一部のシリカ成分は炭素材料中のCと窒素によって、
の反応により還元されてβ−Sialon(Si3Al
3O3N5)となり、残るシリカ成分は更にCと反応し
次の反応により炭化ケイ素を生成する。SiO2+3C
→SiC+2COまた、過剰の炭素成分は残り、超微粉
末のβ−SialonとSiC及びCの混合物となる。
【0010】熱力学的には、Si−Al−C−O−Nの
反応体系にはSialonとSiCを生成させる温度下
ではSiO(g)、Si(g)、Al(g)及びAl2
O(g)などのガス種の蒸気圧が高いため、上述のβ−
SialonとSiCの生成反応は、その反応過程にお
いていろいろなガス種が形成し、反応する。その蒸気ガ
ス種は、炭素材料の表面に付着、反応すると、炭素の表
面に親水性と耐酸化性に優れるβ−SialonとSi
Cの層を形成する。
反応体系にはSialonとSiCを生成させる温度下
ではSiO(g)、Si(g)、Al(g)及びAl2
O(g)などのガス種の蒸気圧が高いため、上述のβ−
SialonとSiCの生成反応は、その反応過程にお
いていろいろなガス種が形成し、反応する。その蒸気ガ
ス種は、炭素材料の表面に付着、反応すると、炭素の表
面に親水性と耐酸化性に優れるβ−SialonとSi
Cの層を形成する。
【0011】上述のようにして得られたSialon−
SiC−C系耐火物用原料を使用して耐火物を製造する
には、得られたSialon−SiC−C系混合物を耐
火物用原料としてそのまま使用することもできるが、そ
れを用いて、特に、炭素含有不定形耐火物の炭素源と酸
化防止剤として使用することにより耐火物の耐酸化性や
強度を向上させ大きな効果が得られる。
SiC−C系耐火物用原料を使用して耐火物を製造する
には、得られたSialon−SiC−C系混合物を耐
火物用原料としてそのまま使用することもできるが、そ
れを用いて、特に、炭素含有不定形耐火物の炭素源と酸
化防止剤として使用することにより耐火物の耐酸化性や
強度を向上させ大きな効果が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に使用されるアルミナ−シ
リカ系耐火材料としては天然鉱物、合成鉱物などいずれ
でもかまわないが、天然鉱物としてはロウ石や粘土があ
るが、それぞれ単独あるいはそれらを組み合わせて使用
する。更に単にアルミナとシリカの単体鉱物及び酸化物
を混合することも可能である。また、れんが屑や産業廃
棄物などのアルミナ−シリカを含有する材料も使用可能
である。
リカ系耐火材料としては天然鉱物、合成鉱物などいずれ
でもかまわないが、天然鉱物としてはロウ石や粘土があ
るが、それぞれ単独あるいはそれらを組み合わせて使用
する。更に単にアルミナとシリカの単体鉱物及び酸化物
を混合することも可能である。また、れんが屑や産業廃
棄物などのアルミナ−シリカを含有する材料も使用可能
である。
【0013】実際に使用するアルミナ−シリカ系耐火材
料の特性、例えば粒径などは特に限定されないが、細か
い方が反応速度の点から好ましい。また、使用する炭素
質材料は天然黒鉛、人造黒鉛、鱗状黒鉛、各種炭素材
料、並びにピッチとフェノール樹脂の炭化による炭素な
どである。その使用量はアルミナ−シリカ系耐火材料の
化学組成及び合成するSialon−SiC−C系混合
物の組成に応じて決められる。なお、Cを残したくない
場合はそれに応じて計算される炭素量を添加すればSi
alon−SiC系混合物も合成可能である。
料の特性、例えば粒径などは特に限定されないが、細か
い方が反応速度の点から好ましい。また、使用する炭素
質材料は天然黒鉛、人造黒鉛、鱗状黒鉛、各種炭素材
料、並びにピッチとフェノール樹脂の炭化による炭素な
どである。その使用量はアルミナ−シリカ系耐火材料の
化学組成及び合成するSialon−SiC−C系混合
物の組成に応じて決められる。なお、Cを残したくない
場合はそれに応じて計算される炭素量を添加すればSi
alon−SiC系混合物も合成可能である。
【0014】本発明におけるSialon−SiC−C
系混合物を合成する加熱温度は、使用する炭素材料の種
類によって多少異なるが、1450℃〜1500℃が望
ましい。
系混合物を合成する加熱温度は、使用する炭素材料の種
類によって多少異なるが、1450℃〜1500℃が望
ましい。
【0015】本発明は、以上のような手段によりアルミ
ナ−シリカを含有する天然鉱物、特に、現在、耐火物原
料として使用量が減少しているようなシリカ含有量が7
0〜95%と高い鉱物を有効活用する道を開けるもので
ある。
ナ−シリカを含有する天然鉱物、特に、現在、耐火物原
料として使用量が減少しているようなシリカ含有量が7
0〜95%と高い鉱物を有効活用する道を開けるもので
ある。
【0016】本発明で得られたSialon−SiC−
C系混合物を耐火物用原料として使用するに際し、その
ままで不定形耐火物として使用できるが、特にこれを添
加する炭素含有不定形耐火物が最も望ましいものであ
る。
C系混合物を耐火物用原料として使用するに際し、その
ままで不定形耐火物として使用できるが、特にこれを添
加する炭素含有不定形耐火物が最も望ましいものであ
る。
【0017】炭素含有不定形耐火物の添加剤として使用
する場合、その添加量は特に限定されるものではなく、
全体の配合、粒度構成及びSialon−SiC−C系
混合物の組成などに応じて決定されるが、通常Sial
onとSiCは耐火物中の5〜20重量%で、Cは2〜
10重量%が望ましい。
する場合、その添加量は特に限定されるものではなく、
全体の配合、粒度構成及びSialon−SiC−C系
混合物の組成などに応じて決定されるが、通常Sial
onとSiCは耐火物中の5〜20重量%で、Cは2〜
10重量%が望ましい。
【0018】Sialon−SiC−C系混合物以外の
耐火材料は通常使用されるものが使用可能であるが、特
にアルミナ、マグネシア、スピネル、その他の酸化物、
炭化物、窒化物などの1種あるいは2種以上を選択使用
する。
耐火材料は通常使用されるものが使用可能であるが、特
にアルミナ、マグネシア、スピネル、その他の酸化物、
炭化物、窒化物などの1種あるいは2種以上を選択使用
する。
【0019】本発明における不定形耐火物の製造方法
は、通常法に従い、粒度調整された原料を秤量し、結合
剤、分散剤、可塑剤、硬化剤などを適宜選択し、水その
他の溶剤と混合混練して流し込む。また、流し込み材の
他、他の形態でも使用可能である。結合剤としてはアル
ミナセメント、ケイ酸ソーダ、リン酸塩などが使用でき
るが、フェノール樹脂などの有機系結合剤を用いた非水
系での使用も可能である。
は、通常法に従い、粒度調整された原料を秤量し、結合
剤、分散剤、可塑剤、硬化剤などを適宜選択し、水その
他の溶剤と混合混練して流し込む。また、流し込み材の
他、他の形態でも使用可能である。結合剤としてはアル
ミナセメント、ケイ酸ソーダ、リン酸塩などが使用でき
るが、フェノール樹脂などの有機系結合剤を用いた非水
系での使用も可能である。
【0020】
【実施例】以下、本発明の詳細について実施例をもって
説明する。 実施例1 表1に示す化学組成の天然鉱物であるロウ石の粉末に黒
鉛粉末を外掛けで68.50重量%を加えよく混合し
た。この混合物を窒素雰囲気中において1400〜15
50℃の温度で所定の時間保持して焼成した。表2は、
各加熱温度と加熱時間に対するロウ石と黒鉛混合物中の
結晶相構成とカーボンの含有量を示す。1450℃〜1
500℃の温度ではほとんどβ−Sialon(Si3
Al3O3N5)、SiCとCとなっているが、155
0℃ではSialonは生成しなかった。
説明する。 実施例1 表1に示す化学組成の天然鉱物であるロウ石の粉末に黒
鉛粉末を外掛けで68.50重量%を加えよく混合し
た。この混合物を窒素雰囲気中において1400〜15
50℃の温度で所定の時間保持して焼成した。表2は、
各加熱温度と加熱時間に対するロウ石と黒鉛混合物中の
結晶相構成とカーボンの含有量を示す。1450℃〜1
500℃の温度ではほとんどβ−Sialon(Si3
Al3O3N5)、SiCとCとなっているが、155
0℃ではSialonは生成しなかった。
【0021】実施例2 実施例1において1500℃で処理して製造したSia
lon−SiC−C系混合物の耐酸化性を、1400℃
〜1500℃で製造したSialon−SiC−C系混
合物の親水性を次の方法によって調べた。
lon−SiC−C系混合物の耐酸化性を、1400℃
〜1500℃で製造したSialon−SiC−C系混
合物の親水性を次の方法によって調べた。
【0022】耐酸化性試験は、Sialon−SiC−
C系混合物を熱重量示差熱分析(TG−DTA)により
2L/minの空気を導入しながら5℃/minの昇温
速度で酸化した。また、比較例として、Sialon−
SiC−C系混合物合成用の黒鉛の耐酸化性を実施例と
同じ条件で調べた。各温度におけるカーボンの酸化率を
測定し、その炭素の耐酸化性を評価した。
C系混合物を熱重量示差熱分析(TG−DTA)により
2L/minの空気を導入しながら5℃/minの昇温
速度で酸化した。また、比較例として、Sialon−
SiC−C系混合物合成用の黒鉛の耐酸化性を実施例と
同じ条件で調べた。各温度におけるカーボンの酸化率を
測定し、その炭素の耐酸化性を評価した。
【0023】親水性試験は、10gのSialon−S
iC−C系混合物を水中に投入し4時間保持した。水面
に浮遊する混合物粉体の量を測定し、水中に投入する混
合物粉体の総量に対する割合を炭素含有物質の浮遊率と
してその親水性を評価した。また、比較例として、Si
alon−SiC−C系混合物合成用の黒鉛粉体を実施
例と同じ条件で調べた。
iC−C系混合物を水中に投入し4時間保持した。水面
に浮遊する混合物粉体の量を測定し、水中に投入する混
合物粉体の総量に対する割合を炭素含有物質の浮遊率と
してその親水性を評価した。また、比較例として、Si
alon−SiC−C系混合物合成用の黒鉛粉体を実施
例と同じ条件で調べた。
【0024】それぞれの試験の結果を表3に示す。本発
明のSialon−SiC−C系混合物中のC成分は親
水性及び耐酸化性が大幅に向上した。
明のSialon−SiC−C系混合物中のC成分は親
水性及び耐酸化性が大幅に向上した。
【0025】実施例3 実施例1において1450℃で処理して製造したSia
lon−SiC−C系混合物を用いて、他の耐火原料の
電融アルミナ、シリカ、仮焼アルミナと混合し、表4に
示す耐火物試料を得た。また、比較例として、炭素源と
して黒鉛を添加し、酸化防止剤として炭化ケイ素を添加
した耐火物試料を同じ条件で作成した。これらの試料を
作成するに際して、結合剤として3重量%のアルミナセ
メントを、分散剤として0.1重量%のマイティをそれ
ぞれ添加し、水と混合し型に流し込んだ。この流し込み
材を常温で24時間養生後、110℃で12時間乾燥し
た。この乾燥後の試料をアルゴン雰囲気中においてそれ
ぞれ1000℃と1500℃で2時間焼成した。焼成後
の試料について、その耐酸化性及び強度を測定した。
lon−SiC−C系混合物を用いて、他の耐火原料の
電融アルミナ、シリカ、仮焼アルミナと混合し、表4に
示す耐火物試料を得た。また、比較例として、炭素源と
して黒鉛を添加し、酸化防止剤として炭化ケイ素を添加
した耐火物試料を同じ条件で作成した。これらの試料を
作成するに際して、結合剤として3重量%のアルミナセ
メントを、分散剤として0.1重量%のマイティをそれ
ぞれ添加し、水と混合し型に流し込んだ。この流し込み
材を常温で24時間養生後、110℃で12時間乾燥し
た。この乾燥後の試料をアルゴン雰囲気中においてそれ
ぞれ1000℃と1500℃で2時間焼成した。焼成後
の試料について、その耐酸化性及び強度を測定した。
【0026】耐火物試料の耐酸化試験については、流し
込み材から約4×4×4cmの供試体を切り出し、15
00℃で空気中において1時間酸化した。各試料の脱炭
層を測定し、その耐酸化性を評価した。
込み材から約4×4×4cmの供試体を切り出し、15
00℃で空気中において1時間酸化した。各試料の脱炭
層を測定し、その耐酸化性を評価した。
【0027】それぞれの試験の結果も表4に示すが、本
発明のSialon−SiC−C系混合物を使用した炭
素含有不定形耐火物は耐酸化性及び強度が向上した。
発明のSialon−SiC−C系混合物を使用した炭
素含有不定形耐火物は耐酸化性及び強度が向上した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】
【表4】
【0032】
【発明の効果】上述のように、本発明はアルミナ−シリ
カ系耐火材料に炭素質材料を加え、窒素雰囲気中におい
て加熱処理することによりSialon−SiC−C系
混合物を製造するものである。更にこの製造したSia
lon−SiC−C系混合物を耐火物用原料として使用
し、耐酸化性と強度に優れる炭素含有不定形耐火物を製
造するものである。従って、アルミナ−シリカ系耐火材
料としてシリカ含有量が高いロウ石鉱物の有効活用が図
られ、また、同時に炭素含有不定形耐火物に親水性と耐
酸化性を与え、かつ、酸化防止剤の機能も炭素源を提供
することによって、耐火物産業上においてその使用効果
は極めて大きいと考えられる。
カ系耐火材料に炭素質材料を加え、窒素雰囲気中におい
て加熱処理することによりSialon−SiC−C系
混合物を製造するものである。更にこの製造したSia
lon−SiC−C系混合物を耐火物用原料として使用
し、耐酸化性と強度に優れる炭素含有不定形耐火物を製
造するものである。従って、アルミナ−シリカ系耐火材
料としてシリカ含有量が高いロウ石鉱物の有効活用が図
られ、また、同時に炭素含有不定形耐火物に親水性と耐
酸化性を与え、かつ、酸化防止剤の機能も炭素源を提供
することによって、耐火物産業上においてその使用効果
は極めて大きいと考えられる。
フロントページの続き (72)発明者 三橋 久 岡山県備前市西片上1406番地の18 岡山 セラミックス技術振興財団内 (72)発明者 溝田 恭夫 岡山県備前市西片上1406番地の18 岡山 セラミックス技術振興財団内 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 昭61−97165(JP,A) 特開 昭54−50014(JP,A) 特開 昭54−50015(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/599 C04B 35/66
Claims (2)
- 【請求項1】 サイアロン、炭化ケイ素及びカーボンの
混合物であって、カーボンの表面にβ−Sialonと
SiCの層を形成してなることを特徴とするサイアロン
−炭化ケイ素−カーボン系混合物からなる炭素含有耐火
物用原料。 - 【請求項2】 アルミナ−シリカ系耐火材料又はアルミ
ナとシリカの混合物からサイアロンを合成するに際し
て、サイアロンの合成に必要なシリカより過剰のシリカ
を加え、該過剰のシリカとカーボンとで生成する炭化ケ
イ素より更に過剰のカーボンを添加して、窒素雰囲気下
で焼成してサイアロン−炭化ケイ素−カーボン系混合物
にすることを特徴とする炭素含有耐火物用原料の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17525998A JP3308902B2 (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 炭素含有耐火物用原料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17525998A JP3308902B2 (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 炭素含有耐火物用原料及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11322451A JPH11322451A (ja) | 1999-11-24 |
JP3308902B2 true JP3308902B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=15993042
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17525998A Expired - Fee Related JP3308902B2 (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 炭素含有耐火物用原料及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3308902B2 (ja) |
-
1998
- 1998-05-18 JP JP17525998A patent/JP3308902B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH11322451A (ja) | 1999-11-24 |
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