JP3449842B2 - 掘削装置の信号伝送装置 - Google Patents
掘削装置の信号伝送装置Info
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- JP3449842B2 JP3449842B2 JP31300195A JP31300195A JP3449842B2 JP 3449842 B2 JP3449842 B2 JP 3449842B2 JP 31300195 A JP31300195 A JP 31300195A JP 31300195 A JP31300195 A JP 31300195A JP 3449842 B2 JP3449842 B2 JP 3449842B2
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- Japan
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- circular tube
- coil
- transmitter
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は地中を深く掘削する
装置の駆動制御のために先端部の傾斜角度等の物理的情
報値を地表部の駆動制御装置に伝送する掘削装置の信号
伝送装置に関し、特に、伝送コストを低減できる掘削装
置の信号伝送装置に関する。
装置の駆動制御のために先端部の傾斜角度等の物理的情
報値を地表部の駆動制御装置に伝送する掘削装置の信号
伝送装置に関し、特に、伝送コストを低減できる掘削装
置の信号伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記掘削装置として、ＳＭＷ（Soil Mix
ing Wall）工法がある。図４はＳＭＷ工法の掘削装置を
示す図である。なお、全図を通じて同一の構成要素には
同一の参照番号又は記号を付して示す。本図に示すよう
に、ＳＭＷ工法の掘削装置は、地中を掘削する連結管で
ある削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃと、横方向の
連結部材１４と、各削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ及び１２
Ｃの先端にカッターを有し各削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ
及び１２Ｃを回転させながら地盤１０を垂直方向Ｚに削
孔しつつ土孔内でセメント等を混練させるヘッド部１２
Ｈとを具備する。例えば、中央の削孔混練軸１２Ｂでは
下方から鉄鋼製の磁性体円管１２ｂ１、１２ｂ２等がソ
ケットＳＫ１等で複数本数連結され、掘り進めるに従っ
て次々と磁性体円管を上部に連結して行く。他の削孔混
練軸も同様である。なお、中央の削孔混練軸１２Ｂには
セメント等が入れられず、空気だけ通すだけにし、内部
に各種センサ等が装着されるようにしてある。
ing Wall）工法がある。図４はＳＭＷ工法の掘削装置を
示す図である。なお、全図を通じて同一の構成要素には
同一の参照番号又は記号を付して示す。本図に示すよう
に、ＳＭＷ工法の掘削装置は、地中を掘削する連結管で
ある削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃと、横方向の
連結部材１４と、各削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ及び１２
Ｃの先端にカッターを有し各削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ
及び１２Ｃを回転させながら地盤１０を垂直方向Ｚに削
孔しつつ土孔内でセメント等を混練させるヘッド部１２
Ｈとを具備する。例えば、中央の削孔混練軸１２Ｂでは
下方から鉄鋼製の磁性体円管１２ｂ１、１２ｂ２等がソ
ケットＳＫ１等で複数本数連結され、掘り進めるに従っ
て次々と磁性体円管を上部に連結して行く。他の削孔混
練軸も同様である。なお、中央の削孔混練軸１２Ｂには
セメント等が入れられず、空気だけ通すだけにし、内部
に各種センサ等が装着されるようにしてある。
【０００３】図５は図４の部分詳細を示す図である。本
図に示すように、連結部材１４と削孔混練軸１２Ａ、１
２Ｂ及び１２Ｃとは軸受け１４Ｂを介して連結されてい
る。また、ヘッド部１２Ｈの近くに加速度計からなる傾
斜計ＡＣが取り付けられている。この傾斜計ＡＣは削孔
混練軸１２Ｂの先端部である磁性体円管１２ｂ１の傾斜
角度に応じた値を刻々と出力する。さらに、その上に磁
性体円管１２ｂ１の角速度を刻々と計測するジャイロＪ
Ｒが取り付けられている。さらに、この近くに送信機１
６が取り付けられている。傾斜計ＡＣとジャイロＪＲは
送信器と電気的に接続されている。
図に示すように、連結部材１４と削孔混練軸１２Ａ、１
２Ｂ及び１２Ｃとは軸受け１４Ｂを介して連結されてい
る。また、ヘッド部１２Ｈの近くに加速度計からなる傾
斜計ＡＣが取り付けられている。この傾斜計ＡＣは削孔
混練軸１２Ｂの先端部である磁性体円管１２ｂ１の傾斜
角度に応じた値を刻々と出力する。さらに、その上に磁
性体円管１２ｂ１の角速度を刻々と計測するジャイロＪ
Ｒが取り付けられている。さらに、この近くに送信機１
６が取り付けられている。傾斜計ＡＣとジャイロＪＲは
送信器と電気的に接続されている。
【０００４】例えば、傾斜計ＡＣが設けられるのは、削
孔において地盤の硬さ等の状況によっては削孔混練軸が
傾斜して進行することがある。特に地下ダム施工や大深
度掘削施工においては鉛直孔が傾斜することは、ＳＭＷ
工法の止水力に大きな弊害となるため、その削孔中の削
孔混練軸先端部の傾斜角度等の物理的情報を監視する必
要のためである。
孔において地盤の硬さ等の状況によっては削孔混練軸が
傾斜して進行することがある。特に地下ダム施工や大深
度掘削施工においては鉛直孔が傾斜することは、ＳＭＷ
工法の止水力に大きな弊害となるため、その削孔中の削
孔混練軸先端部の傾斜角度等の物理的情報を監視する必
要のためである。
【０００５】図６は図５の送信機１６と地表の受信機と
を接続する同軸ケーブルを説明する図である。 本図に
示すように、送信機１６は同軸ケーブル１７を介して地
表の受信機に接続される。削孔混練軸は、その所望長さ
によるが、通常途中でいくつも所定の長さのものが連結
されて形成されるので、これらの連結部には、同軸ケー
ブル１７を接続するための近接カプラ１８が相対峙して
設けられる。近接カプラ１８で接続される同軸ケーブル
１７を介して、傾斜計ＡＣ、ジャイロＪＲのデータが地
表に伝送されて、受信機１９に入力されている。
を接続する同軸ケーブルを説明する図である。 本図に
示すように、送信機１６は同軸ケーブル１７を介して地
表の受信機に接続される。削孔混練軸は、その所望長さ
によるが、通常途中でいくつも所定の長さのものが連結
されて形成されるので、これらの連結部には、同軸ケー
ブル１７を接続するための近接カプラ１８が相対峙して
設けられる。近接カプラ１８で接続される同軸ケーブル
１７を介して、傾斜計ＡＣ、ジャイロＪＲのデータが地
表に伝送されて、受信機１９に入力されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記掘
削装置の信号伝送装置では、上述した同軸ケーブル１７
と近接カプラ１８とを装備した専用管はコストが高くな
るのみならず、近接カプラの取扱が困難であるという問
題がある。したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、
コストが低廉で、取扱が簡単な掘削装置の信号伝送装置
を提供することを目的とする。
削装置の信号伝送装置では、上述した同軸ケーブル１７
と近接カプラ１８とを装備した専用管はコストが高くな
るのみならず、近接カプラの取扱が困難であるという問
題がある。したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、
コストが低廉で、取扱が簡単な掘削装置の信号伝送装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、次の構成を有する掘削装置の信号伝送
装置を提供する。すなわち、地中を削孔するヘッド部に
関する情報を地表に伝送する掘削装置の信号伝送装置
に、先端に前記ヘッドを有し、複数本が連結し回転する
連結管であって磁性体からなる磁性体円管と、前記磁性
体円管の前記ヘッド部の付近に巻回され、ヘッド部の情
報を送信する送信機からの送信信号を、磁界の変化に変
換して磁性体円管内の磁束密度の変化として伝送させる
送信用コイルと、前記磁性体円管の地表部分に巻回さ
れ、前記磁性体円管内が伝送された磁束密度の変化を電
気信号に変換してヘッド部の情報を受信機に出力する受
信用コイルとが設けられる。この装置により、ヘッド部
と地表部分との間をワイヤレスで通信可能になるので、
従来のような同軸ケーブルが不要となりコストが低廉と
なり、同軸ケーブルの接続が不要となり、取扱が容易に
なる。
解決するために、次の構成を有する掘削装置の信号伝送
装置を提供する。すなわち、地中を削孔するヘッド部に
関する情報を地表に伝送する掘削装置の信号伝送装置
に、先端に前記ヘッドを有し、複数本が連結し回転する
連結管であって磁性体からなる磁性体円管と、前記磁性
体円管の前記ヘッド部の付近に巻回され、ヘッド部の情
報を送信する送信機からの送信信号を、磁界の変化に変
換して磁性体円管内の磁束密度の変化として伝送させる
送信用コイルと、前記磁性体円管の地表部分に巻回さ
れ、前記磁性体円管内が伝送された磁束密度の変化を電
気信号に変換してヘッド部の情報を受信機に出力する受
信用コイルとが設けられる。この装置により、ヘッド部
と地表部分との間をワイヤレスで通信可能になるので、
従来のような同軸ケーブルが不要となりコストが低廉と
なり、同軸ケーブルの接続が不要となり、取扱が容易に
なる。
【０００８】前記磁性体円管を複数並列に磁性体バンド
で連結して配設した場合に、その１つの磁性体円管のヘ
ッド部分に前記送信用コイルを設け、その地表部分に受
信用コイルを設ける。この手段により、ＳＭＷ工法等の
掘削装置に使用可能になる。前記送信機の送信信号に使
用される周波数は、周波数特性の調査を基に、最適な周
波数を決定する。この手段により、送信機、受信機の性
能を効率的に十分に発揮させることが可能になる。
で連結して配設した場合に、その１つの磁性体円管のヘ
ッド部分に前記送信用コイルを設け、その地表部分に受
信用コイルを設ける。この手段により、ＳＭＷ工法等の
掘削装置に使用可能になる。前記送信機の送信信号に使
用される周波数は、周波数特性の調査を基に、最適な周
波数を決定する。この手段により、送信機、受信機の性
能を効率的に十分に発揮させることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る掘削装置
の信号伝送装置を示す図である。本図に示すように、削
孔混練軸１２Ｂの磁性体円管のヘッド部１２Ｈの付近に
磁性体円管を巻回する送信用コイル２０が配置される。
この送信用コイル２０は、送信機１６に接続され、、磁
性体円管をトランスの鉄心とみなした場合の一次コイル
であり、送信機１６の送信信号の電流により磁界の変化
が発生し、磁性体円管を磁束密度の変化として伝送され
るようにしてある。この磁性体円管の透磁率は鉄心であ
るので大きい。
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る掘削装置
の信号伝送装置を示す図である。本図に示すように、削
孔混練軸１２Ｂの磁性体円管のヘッド部１２Ｈの付近に
磁性体円管を巻回する送信用コイル２０が配置される。
この送信用コイル２０は、送信機１６に接続され、、磁
性体円管をトランスの鉄心とみなした場合の一次コイル
であり、送信機１６の送信信号の電流により磁界の変化
が発生し、磁性体円管を磁束密度の変化として伝送され
るようにしてある。この磁性体円管の透磁率は鉄心であ
るので大きい。
【００１０】削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の他方の端
部である地表部分に、磁性体円管を巻回する受信用コイ
ル２１が配置される。この受信用コイル２１は、受信機
１９に接続され、円管磁性体をトランスの鉄心とみなし
た場合の二次コイルであり、磁性体円管を伝送した磁束
密度の変化が電磁誘導により電流に変換されて、受信機
１９により送信機１６からの送信信号が受信されるよう
にする。
部である地表部分に、磁性体円管を巻回する受信用コイ
ル２１が配置される。この受信用コイル２１は、受信機
１９に接続され、円管磁性体をトランスの鉄心とみなし
た場合の二次コイルであり、磁性体円管を伝送した磁束
密度の変化が電磁誘導により電流に変換されて、受信機
１９により送信機１６からの送信信号が受信されるよう
にする。
【００１１】図２は磁性体円管の伝送特性の実験結果を
示す図である。図２（ａ）は伝送の周波数特性の実験の
配置を示す図である。この場合の条件を以下に示す。 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の長さ：５ｍ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の径 ：６５φ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の材質：鉄 送信機１６に代わる発振器の出力 ：２０Ｖp-p 送信機１６に代わる発振器の周波数 ：１０ｋＨｚ〜１３０ｋＨｚ 送信用コイルの直径 ：７６ｍｍ 送信用コイルの線の長さ ：２００ｍ 送信用コイルの線の断面積 ：０．３ｍｍ2 送信用コイルの巻き数 ：約８００回 図３は図２（ａ）の周波数特性の実験結果を示す図であ
る。本図に示すように、周波数９０ｋＨｚで受信用コイ
ル２１での出力が最大となる。このようにして、周波数
をパラメータとして、同調点を探し最適周波数を決定す
る。なお、削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管内に水、セメ
ント等が入っていても同様に通信が可能である。このよ
うに、最適周波数を決定することにより、送信機、受信
機の性能を効率的に十分に発揮させることが可能にな
る。
示す図である。図２（ａ）は伝送の周波数特性の実験の
配置を示す図である。この場合の条件を以下に示す。 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の長さ：５ｍ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の径 ：６５φ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の材質：鉄 送信機１６に代わる発振器の出力 ：２０Ｖp-p 送信機１６に代わる発振器の周波数 ：１０ｋＨｚ〜１３０ｋＨｚ 送信用コイルの直径 ：７６ｍｍ 送信用コイルの線の長さ ：２００ｍ 送信用コイルの線の断面積 ：０．３ｍｍ2 送信用コイルの巻き数 ：約８００回 図３は図２（ａ）の周波数特性の実験結果を示す図であ
る。本図に示すように、周波数９０ｋＨｚで受信用コイ
ル２１での出力が最大となる。このようにして、周波数
をパラメータとして、同調点を探し最適周波数を決定す
る。なお、削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管内に水、セメ
ント等が入っていても同様に通信が可能である。このよ
うに、最適周波数を決定することにより、送信機、受信
機の性能を効率的に十分に発揮させることが可能にな
る。
【００１２】図２（ｂ）は複数の削孔混練軸の磁性体円
管を磁性体のバンドで連結した場合の実験を示す図であ
る。この場合の条件を以下に示す。 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ の磁性体円管の長さ ：５ｍ 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ の磁性体円管の径 ：６５φ 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ の磁性体円管の材質：鉄 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 間の距離 ：４５０ｍｍ バンドの材質 ：鉄 バンド位置 ：上下２箇所 送信機１６に代わる発振器の出力 ：２０Ｖp-p 使用周波数 ：９０ｋＨｚ 送信用コイルの直径 ：７６ｍｍ 送信用コイルの線の長さ ：２００ｍ 送信用コイルの線の断面積 ：０．３ｍｍ2 送信用コイルの巻き数 ：約８００回 受信用コイル２１の位置 ：３箇所Ａ、Ｂ、Ｃ（図２（ｂ）参照） この実験結果は、受信用コイル２１の位置での出力電圧
は、以下のようになる。
管を磁性体のバンドで連結した場合の実験を示す図であ
る。この場合の条件を以下に示す。 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ の磁性体円管の長さ ：５ｍ 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ の磁性体円管の径 ：６５φ 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ の磁性体円管の材質：鉄 削孔混練軸１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 間の距離 ：４５０ｍｍ バンドの材質 ：鉄 バンド位置 ：上下２箇所 送信機１６に代わる発振器の出力 ：２０Ｖp-p 使用周波数 ：９０ｋＨｚ 送信用コイルの直径 ：７６ｍｍ 送信用コイルの線の長さ ：２００ｍ 送信用コイルの線の断面積 ：０．３ｍｍ2 送信用コイルの巻き数 ：約８００回 受信用コイル２１の位置 ：３箇所Ａ、Ｂ、Ｃ（図２（ｂ）参照） この実験結果は、受信用コイル２１の位置での出力電圧
は、以下のようになる。
【００１３】
Ａ点 ：５０ｍＶp-p
Ｂ点 ：４０ｍＶp-p
Ｃ点 ：５６ｍＶp-p
削孔混練軸である磁性体円管が１本の場合に比べ、受信
用コイル２１の出力は、磁性体円管を流れる磁束密度が
低下するため低下するが、使用に十分の大きさを持って
いることが分かった。
用コイル２１の出力は、磁性体円管を流れる磁束密度が
低下するため低下するが、使用に十分の大きさを持って
いることが分かった。
【００１４】図２（ｃ）は削孔混練軸の磁性体円管を長
くした場合の実験結果を示す図である。この場合の条件
を以下に示す。 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の長さ：５０ｍ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の径 ：６５φ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の材質：鉄 送信機１６に代わる発振器の出力 ：２０Ｖp-p 送信機１６に代わる発振器の周波数 ：１０ｋＨｚ〜１３０ｋＨｚ 送信用コイルの直径 ：７６ｍｍ 送信用コイルの線の長さ ：２００ｍ 送信用コイルの線の断面積 ：０．３ｍｍ2 送信用コイルの巻き数 ：約８００回 この実験結果では、受信用コイル２１の出力は、４０ｍ
Ｖp-p であり、長くなると磁気抵抗が大きくなるため低
下するが、使用に十分の大きさを持っていることが分か
った。
くした場合の実験結果を示す図である。この場合の条件
を以下に示す。 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の長さ：５０ｍ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の径 ：６５φ 削孔混練軸１２Ｂの磁性体円管の材質：鉄 送信機１６に代わる発振器の出力 ：２０Ｖp-p 送信機１６に代わる発振器の周波数 ：１０ｋＨｚ〜１３０ｋＨｚ 送信用コイルの直径 ：７６ｍｍ 送信用コイルの線の長さ ：２００ｍ 送信用コイルの線の断面積 ：０．３ｍｍ2 送信用コイルの巻き数 ：約８００回 この実験結果では、受信用コイル２１の出力は、４０ｍ
Ｖp-p であり、長くなると磁気抵抗が大きくなるため低
下するが、使用に十分の大きさを持っていることが分か
った。
【００１５】したがって、送信機と受信機間を、同軸ケ
ーブルなし鉄管の磁性体円管をトランスの鉄心とみなし
て、通信することができるようになり、コストの低廉を
図ることができ、さらに、深い地中の掘削での使用が容
易になる。なお、実験結果の推測から深さ距離５０ｍ〜
１００ｍまで使用可能である。
ーブルなし鉄管の磁性体円管をトランスの鉄心とみなし
て、通信することができるようになり、コストの低廉を
図ることができ、さらに、深い地中の掘削での使用が容
易になる。なお、実験結果の推測から深さ距離５０ｍ〜
１００ｍまで使用可能である。
【図１】本発明に係る掘削装置の信号伝送装置を示す図
である。
である。
【図２】磁性体円管の伝送特性の実験結果を示す図であ
る。
る。
【図３】図２（ａ）の周波数特性の実験結果を示す図で
ある。
ある。
【図４】ＳＭＷ工法の掘削装置を示す図である。
【図５】図４の部分詳細を示す図である。
【図６】図５の送信機１６と地表の受信機とを接続する
同軸ケーブルを説明する図である。
同軸ケーブルを説明する図である。
１２Ａ、Ｂ、Ｃ…磁性体円管
１２Ｈ…ヘッド部
１６…送信機
１９…受信機
２０…送信用コイル
２１…受信用コイル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高木 博
神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プ
レシジョン株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−261008（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−142359（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−160430（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
E21B 47/12
E21B 47/14
E21B 47/16
E21B 47/18
H04B 13/02
Claims (2)
- 【請求項１】 地中を削孔するヘッド部に関する情報を
地表に伝送する掘削装置の信号伝送装置において、 先端に前記ヘッドを有し、複数本が連結し回転する連結
管であって磁性体からなる磁性体円管と、 前記磁性体円管の前記ヘッド部の付近に巻回され、ヘッ
ド部の情報を送信する送信機からの送信信号を、磁界の
変化に変換して磁性体円管内の磁束密度の変化として伝
送させる送信用コイルと、 前記磁性体円管の地表部分に巻回され、前記磁性体円管
内が伝送された磁束密度の変化を電気信号に変換してヘ
ッド部の情報を受信機に出力する受信用コイルとを備
え、 前記磁性体円管を、複数並列に磁性体バンドで連結して
配設した場合に、その１つの磁性体円管のヘッド部分に
前記送信用コイルを設け、その地表部分に受信用コイル
を設けること を特徴とする掘削装置の信号伝送装置。 - 【請求項２】 地中を削孔するヘッド部に関する情報を
地表に伝送する掘削装置の信号伝送装置において、 先端に前記ヘッドを有し、複数本が連結し回転する連結
管であって磁性体からなる磁性体円管と、 前記磁性体円管の前記ヘッド部の付近に巻回され、ヘッ
ド部の情報を送信する送信機からの送信信号を、磁界の
変化に変換して磁性体円管内の磁束密度の変化として伝
送させる送信用コイルと、 前記磁性体円管の地表部分に巻回され、前記磁性体円管
内が伝送された磁束密度の変化を電気信号に変換してヘ
ッド部の情報を受信機に出力する受信用コイルとを備
え、 前記送信機の送信信号に使用される周波数を、前記信号
伝送装置の同調周波数とすることを特徴とする、掘削装
置の信号伝送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31300195A JP3449842B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 掘削装置の信号伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31300195A JP3449842B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 掘削装置の信号伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09151687A JPH09151687A (ja) | 1997-06-10 |
| JP3449842B2 true JP3449842B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=18036044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31300195A Expired - Lifetime JP3449842B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 掘削装置の信号伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449842B2 (ja) |
-
1995
- 1995-11-30 JP JP31300195A patent/JP3449842B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09151687A (ja) | 1997-06-10 |
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