JP3799507B2 - Industrial proportional solenoid valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、産業用に使用される電磁比例バルブに関し、安定した位置制御が可能な電磁比例バルブに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ソレノイドは可動プランジャと固定鉄心とを備えてなり、コイルの励磁によって可動プランジャが固定鉄心側に吸着される。コイルの励磁が解除されると戻りばねにより吸着された可動プランジャが復帰される。そして、この可動プランジャの先端側をバルブ体のスプールに連結するとソレノイドバルブとして使用することができる。しかし、このソレノイドバルブでは、供給される電流において、ストロークに対する吸引力は、吸着側が吸引力の上昇する特性の曲線となって現れるため、ソレノイドの吸引力と戻りばねの負荷を釣り合わせることが困難であり、ストロークの途中の位置で可動プランジャを停止させることはできない。
【0003】
この課題を解決するために比例ソレノイドが使用される。比例ソレノイドは、ばね等の負荷との釣合位置を取ることができるものであり、制御される電流値において、略全ストロークに対して吸引力が一定になるような水平特性部を形成することによって、上昇する電流に対して吸引力を比例的に上昇させる。従って、電流を制御することによって、ばねとの釣合の位置を連続的に変化させて、任意の位置に調整することができるため、バルブ体内のスプールの位置の調整を行うことができ、位置精度を保つことができる。その結果、設定したストロークで、バルブに流れる流体の流量あるいは圧力を精度よく保つことができる。
【0004】
従来、電磁比例ソレノイドは油圧電磁バルブB1に多く使用されている。電磁比例ソレノイド41は、図7に示されるように、油圧バルブ体40に直接取り付けるようになっていて、可動プランジャ42のシャフト43が油圧バルブ体40内で移動可能なポペット44に、戻りばね45を介して接続されている。油圧バルブ体40内に供給される油は、ソレノイド41の内部の可動プランジャ42等の可動部に潤滑するように流入されている。そのため、ソレノイド41内の可動部にはシールがされず、ソレノイド41の外部に対して油の漏れ防止のためにシール等が施されている。
【0005】
そして、このタイプの負荷特性は、図8に示されるように、ばねの負荷は、ストロークに対して直線的に現れる。従って、可動プランジャの吸引力はばね負荷だけに影響される。
【0006】
しかし、電磁比例バルブに流入される流体が油だけでなく、一般産業用の流体、例えば、水、薬品等を使用する場合は、電磁比例バルブ(以下、バルブという)Bは、図1に示されるように、バルブ体3からの流体が比例ソレノイド(以下、ソレノイドという)1内に流入されないように、ソレノイド1はバルブ体3に対して離れるように取り付けられる。そのため、バルブ体3とソレノイド1との間には接続体としてのシールケース2が配設され、バルブ体3内の流体の漏れを防止している。
【0007】
ソレノイド1には固定鉄心11と可動プランジャ12が配設され、可動プランジャ12はソレノイド1内に巻回されるコイル10が通電されることにより、固定鉄心11側に吸着されるように構成されている。そして、可動プランジャ12と一体的に形成されるシャフト13の一端には、コア14aが取り付けられコア14aの回りに差動トランス14bが配設され、コア14aと差動トランス14bとを含んで、可動プランジャ12の位置を検出する変位センサ14が構成される。シャフト13の他端は、後述のシールケース2内に配設されるばね受け22に接続されている。さらに固定鉄心11の可動プランジャ12側先端には、テーパ状の水平特性形成部11aが形成されている。
【0008】
シールケース2内には、戻りばね23が配設されるばね室21とシールパッキン26が配設される接続窓部24が形成され、ばね室21には挿入される可動プランジャ12のシャフト13に接続されるばね受け22と、ばね受け22をバルブ体3側に付勢する戻りばね23とが配設され、接続窓部24には一端がばね受け22に接続され、他端がバルブ体3内のスプール31に接続される接続ピン25と、接続ピン25の回りに配設されバルブ体3の流体の漏れを防止するためのシールパッキン26とシールパッキン26をバルブ体3側に押圧するシール押え27とが配設されている。
【0009】
そして、このバルブBにおける制御回路は、図2に示されるように、第1指令信号aから入力され、第1指令信号を増幅する指令信号増幅器4と、ソレノイド1側に取り付けられる変位センサ14から入力される変位信号bを増幅する変位信号増幅器5と、指令信号増幅器4と変位信号増幅器5から出力される信号c、dを合成する差動増幅器6と、パルス波形を発振するディザー発振回路7と、差動増幅器6から出力される第2指令信号eとディザー発振回路から発振される波形信号fを比較する比較器8と、比較器8から出力される指令信号gにもとづいてソレノイド1のコイル10に流す電流を制御するトランジスタ部9と、を有して構成されている。トランジスタ部9は、一般的なトランジスタでなくでも、例えばFETなどのパワースイッチング素子を用いてもよい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バルブ体3内の流体の漏れを防止するシールパッキン26はシール押え27により、接続ピン25とバルブ体3とを強固な嵌合でシールするため、可動する接続ピン25との間に発生する摩擦抵抗が大きくなり、スプール31の停止位置を安定するためには、戻りばね23の圧力を大きくするようにして使用されることになる。そのためバルブBには、ばね負荷と摩擦による負荷の合成された負荷がかかることになる。
【0011】
この摩擦が加わった負荷は、単にばね負荷のみによる負荷に比べて、与える電流の制御が困難であり、スプールの位置精度を向上することができずヒステリシスを小さくすることができない。
【0012】
この発明は、上述の課題を解決するものであり、スプールの位置制御の精度を向上するとともにヒステリシスの小さくできる産業用電磁比例バルブを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかわる産業用電磁比例バルブでは、上記の課題を解決するために次のように構成するものである。すなわち、
スプールを有する弁体と、固定鉄心と可動プランジャとを備え、コイルの励磁によって前記可動プランジャが前記固定鉄心に吸着され、ばねによって可動プランジャが復帰されるように構成される比例ソレノイドと、を備えて構成される電磁比例バルブにおいて、
前記弁体と、前記ソレノイドとの間に接続体が配設され、
前記接続体には、前記スプールと、前記可動プランジャと一体的に形成されるシャフトと、を接続する接続ピンが配設され、
少なくとも前記弁体と前記接続ピンとの間にシール手段が配設される産業用の電磁比例バルブであって、
前記ソレノイドの制御回路が
前記コイルに流れる電流を微小変化させる制御手段と、微小変化される電流を調整するための制御電圧を増幅する増幅手段と、を有し、
前記増幅手段で設定されるゲインが、前記可動プランジャの微小移動に伴って発生する摩擦ばね負荷線の勾配より大きくなるように設定されることを特徴とするものである。
【0014】
また好ましくは、前記制御回路が、変位センサ手段と、パルス発振手段と、を有し、前記変位センサ手段から出力された変位信号と所定のストロークを設定する指令信号とによって合成された合成指令信号が、前記パルス発振手段から出力された発振波形と比較され、前記発振波形の振幅を調整することによって前記コイルに流れる電流の制御をすることを特徴とするものであれば良い。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。電磁比例バルブの構成は前述の図1に示されるものと同様であり、その制御回路も前述の図2に示されるものと同様であるため省略する。
【0016】
本発明の主要部は、図1に示される構成と図2に示される制御回路を有するバルブにおいて、そのバルブにかかる負荷、つまり、可動プランジャ12の微小移動量に対する制御される微小電流値の変化を解明することによって明確になるものである。
【0017】
図3のグラフはソレノイド1の負荷(電流値)特性を示すものであり、横軸に可動プランジャのストローク量、縦軸に水平吸引力(負荷力)が示されている。例えば、吸引力20kgが必要な場合、電流値を約1.3A流す必要がある。電流値を変化させて可動プランジャ12を可動させることによる全ての負荷Y(電流値)は、ばねによる負荷(電流値)Sと全ての摩擦抵抗による負荷T(電流値)の合計されたものになり、可動プランジャ12の吸着する方向(図のグラフではA→B)ではY=S+Tになり、可動プランジャの戻る方向(図のグラフではC→D)ではY=S−Tになり、可動プランジャの全ストローク内では、負荷(電流値)の範囲がかなり広い幅にわたって現れる。
【0018】
今、コイル10が通電され可動プランジャ12が吸着される方向(A→B)に移動され、指令された電流によって、P1の位置で、ばね負荷と摩擦負荷の合成された総負荷に対して釣合の取れた位置に制御されている。この状態で外乱によって、可動プランジャ12がストロークの大きい方向(C→D)に向かって僅かに移動された場合、移動する時点で摩擦負荷がかかり、可動プランジャ12はP1の位置からP2を通ってP3の位置に移動される。このP1とP3を結ぶ線(N−N線)を摩擦ばね負荷線Nと呼ぶものとする。つまり、この摩擦ばね負荷線N上においては、与えられるストローク量に対応する電流値が決められるので、電流による制御が可能になる。従って、この摩擦ばね負荷線Nが差動増幅器6におけるゲインの最低限になるように設定すれば良い。
【0019】
次に、上述の説明と比較するために差動増幅器6のゲインが低い場合について、図4に従って説明する。
【0020】
現在、位置Q1にある可動プランジャ12が吸着側の負荷線に移動するように制御される場合、Q1の位置に対して摩擦ばね負荷線NはQ1、Q2、Q3を通る線(N−N線)であり、差動増幅器6のゲインがQ1とQ5を結ぶ線(摩擦ばね負荷線Nより低いL−L線)に設定されている。今、可動プランジャ12がQ1から摩擦ばね負荷線Nの中間点Q0に移動しようとする場合、Q1からQ0の変位に対する負荷(電流値)はL−L線上にあるため、Q0の負荷に対応する線と差動増幅器6のゲイン(L−L線)と交わる点Q′0に対応するストローク位置Q4までずれてしまう。従って、実際に必要な移動量Xに対して、X1に移動してしまう。このX1−Xがヒステリシスの幅として現れてくる。
【0021】
従って、差動増幅器のゲインが摩擦ばね負荷線より低いと可動プランジャ12のストローク位置の制御ができず、ヒステリシスも大きくなる。
【0022】
逆に、差動増幅器のゲインが摩擦ばね負荷線より大きい場合は、可動プランジャ12のストローク位置は、摩擦ばね負荷線上に乗るため電流による制御が可能となる。
【0023】
上述のようにバルブBにおける可動プランジャ12の位置の制御は、摩擦ばね負荷線Nと差動増幅器6のゲインとの関係にあることがわかる。
【0024】
図5及び図6は、可動プランジャ12の位置精度をさらに高めるために、ディザー発振回路7から出される波形に対してトランジスタ部9に印加する電圧を制御するものであり、図2におけるディザー発振回路7から発振される発振波形fと差動増幅器6から出力される第2指令信号eとが比較器8で比較され印加される電圧をパルス信号に変換する方法を示すものである。
【0025】
図5において、発振波形f1に対して差動増幅器6からの第2指令信号eが比較され、f1からe1を差し引くと(a)に示されるようなパルス幅によるON−OFF波形の指令信号g1が得られ、この指令信号g1をトランジスタ部9に送ってソレノイド1に電流を流すことになる。そして、この電流によって移動される可動プランジャの変位が、設定位置に対して行き過ぎていれば指令信号g1の波形の幅を狭くしソレノイド1に流す電流を小さくする。また、逆に設定位置に対して不足していれば指令信号g1の波形の幅を大きくしソレノイド1に大きい電流を流すようにフィードバックさせる。今、可動プランジャ12のストローク位置が設定位置より行き過ぎている場合、指令信号g1の波形の幅を小さくする。まず、変位センサ14から変位信号bが出力され、変位信号増幅器5に入力される。そして、差動増幅器6で第1指令信号aから増幅された信号cと合成されて第2指令信号e2が比較器8に入力される。第2指令信号e2は第2指令信号e1より低い電圧になる信号であり、比較器8でf1からe2が差し引かれると、(b)に示されるように、指令信号g1よりパルス幅の小さい電圧値を示す指令信号g2となってトランジスタ部9に送られる。そして、ソレノイド1に電流を流すと、電流値は以前より低くなるので可動プランジャ12は戻る方向に移動される。
【0026】
次に、図6の場合について説明する。この場合は、ディザー発振回路7から出力される波形fの振幅を調整し、電圧を制御するものであり、波形fの振幅の調整は、例えば、図示しないボリューム等で手動で操作する。図5に示された波形f1の振幅が大きい場合、ボリュームで調整される波形f1の振幅より小さい振幅の波形f2を比較器8に出力する。波形f2は差動増幅器6で出力される第2指令信号e3を差し引かれ、指令信号g3に変換される。さらに、波形f2に対して、第2指令信号e3より小さい電圧に相当する第2指令信号e4が入力されるようにフィードバックされると、g3より小さいパルス幅の指令信号g4に変換される。ここで波形f1と比較される第2指令信号e1とe2との電圧差と、波形f2と比較される第2指令信号e3とe4との電圧差が同じだとすると、各々の場合の指令信号gにおいて、指令信号g1とg2とのパルス幅の変動よりも指令信号g3とg4とのパルス幅の変動の方が大きくなってくる。即ち、ディザー発振回路から出力される波形fの振幅が小さいほど第2指令信号eの変動に対して、指令信号gのパルス幅は大きく変化する。
【0027】
このように、ディザー発振回路7から出力される波形fと第2指令信号eとを比較してフィードバックすると可動プランジャの変位の精度をさらに高めることができる。
【0028】
なお、変位センサ14は本形態においては差動トランスを使用しているが、ポテンションメータでもよい。
【0029】
【発明の効果】
上述のように、本発明の産業用電磁比例バルブは、
スプールを有する弁体と、固定鉄心と可動プランジャとを備え、コイルの励磁によって前記可動プランジャが前記固定鉄心に吸着され、ばねによって可動プランジャが復帰されるように構成される比例ソレノイドと、を備えて構成され、
前記弁体と、前記ソレノイドとの間に接続体が配設され、前記接続体には、前記スプールと、前記可動プランジャと一体的に形成されるシャフトと、を接続する接続ピンが配設され、少なくとも前記弁体と前記接続ピンとの間にシール手段が配設されるため、特に、油圧以外の流体を使用するものに適している。そして、前記ソレノイドの制御回路が、前記コイルに流れる電流を微小変化させる制御手段と、微小変化される電流を調整するための制御電圧を増幅する増幅手段と、を有し、前記増幅手段で設定されるゲインが、前記可動プランジャの微小移動に伴って発生する摩擦ばね負荷線の勾配より大きくなるように設定されているため、スプールの位置制御の精度を向上することができ、弁の開度の精度が向上できるとともにヒステリシスを小さくすることができる。
【0030】
さらに、前記制御回路が、変位センサ手段と、パルス発振手段と、を有し、前記変位センサ手段から出力された変位信号と所定のストロークを設定する指令信号とによって合成された合成指令信号が、前記パルス発振手段から出力された発振波形と比較され、前記発振波形の振幅を調整することによって前記コイルに流れる電流の制御をすることができるため、より精度の高いスプールの位置精度を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な産業用電磁比例バルブの断面図
【図2】図1における制御回路図
【図3】本発明の主要部を説明するための負荷特性を示すグラフ
【図4】摩擦ばね負荷線とゲインを比較するための解明図
【図5】ディザー発振回路から出力される波形をパルス波形に変換する図その1
【図6】ディザー発振回路から出力される波形をパルス波形に変換する図その2
【図7】従来の電磁比例バルブを示す図
【図8】図7における電磁比例バルブの負荷特性を示すグラフ
【符号の説明】
B…電磁比例バルブ
1…ソレノイド
2…シールケース(接続体)
3…バルブ体
6…差動増幅器
7…ディザー発振回路
8…比較器
10…コイル
11…固定鉄心
12…可動プランジャ
13…シャフト
14…変位センサ
23…戻りばね
25…接続ピン
26…シールパッキン(シール部材)
31…スプール
N…摩擦ばね負荷線
e…第2指令信号
f…発振波形
g…指令信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic proportional valve used for industrial use, and to an electromagnetic proportional valve capable of stable position control.
[0002]
[Prior art]
Generally, a solenoid includes a movable plunger and a fixed iron core, and the movable plunger is attracted to the fixed iron core side by excitation of a coil. When the excitation of the coil is released, the movable plunger adsorbed by the return spring is returned. And if the front end side of this movable plunger is connected to the spool of the valve body, it can be used as a solenoid valve. However, in this solenoid valve, in the supplied current, the suction force with respect to the stroke appears as a curve with a characteristic that the suction force increases on the suction side, so it is difficult to balance the suction force of the solenoid and the load of the return spring. Thus, the movable plunger cannot be stopped at a position in the middle of the stroke.
[0003]
A proportional solenoid is used to solve this problem. The proportional solenoid can take a balance position with a load such as a spring, and forms a horizontal characteristic portion that makes the suction force constant for substantially the entire stroke at the controlled current value. Thus, the attractive force is increased in proportion to the increasing current. Therefore, by controlling the current, the position of the balance with the spring can be continuously changed and adjusted to an arbitrary position. Therefore, the position of the spool in the valve body can be adjusted. Accuracy can be maintained. As a result, the flow rate or pressure of the fluid flowing through the valve can be accurately maintained with the set stroke.
[0004]
Conventionally, an electromagnetic proportional solenoid is often used for the hydraulic electromagnetic valve B1. As shown in FIG. 7, the electromagnetic
[0005]
In this type of load characteristic, as shown in FIG. 8, the spring load appears linearly with respect to the stroke. Therefore, the suction force of the movable plunger is affected only by the spring load.
[0006]
However, when the fluid flowing into the electromagnetic proportional valve uses not only oil but also general industrial fluids such as water and chemicals, the electromagnetic proportional valve (hereinafter referred to as a valve) B is shown in FIG. As described above, the
[0007]
The
[0008]
A
[0009]
As shown in FIG. 2, the control circuit in the valve B includes a
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the seal packing 26 that prevents the fluid in the
[0011]
The load to which this friction is applied is more difficult to control the applied current than the load by only the spring load, and the positional accuracy of the spool cannot be improved and the hysteresis cannot be reduced.
[0012]
This invention solves the above-mentioned subject, and it aims at providing the industrial electromagnetic proportional valve which can make the hysteresis small while improving the precision of spool position control.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the industrial electromagnetic proportional valve according to the present invention is configured as follows. That is,
A proportional solenoid comprising a valve body having a spool, a fixed iron core and a movable plunger, wherein the movable plunger is attracted to the fixed iron core by excitation of a coil, and the movable plunger is returned by a spring; In an electromagnetic proportional valve configured as
A connecting body is disposed between the valve body and the solenoid,
The connection body is provided with a connection pin that connects the spool and a shaft formed integrally with the movable plunger,
An industrial electromagnetic proportional valve in which a sealing means is disposed at least between the valve body and the connection pin,
The control circuit of the solenoid has control means for minutely changing the current flowing through the coil, and amplification means for amplifying a control voltage for adjusting the current that is minutely changed,
The gain set by the amplifying means is set to be larger than the gradient of the friction spring load line generated along with the minute movement of the movable plunger.
[0014]
Preferably, the control circuit includes a displacement sensor means and a pulse oscillating means, and is a synthesized command signal synthesized by a displacement signal output from the displacement sensor means and a command signal for setting a predetermined stroke. However, any method may be used as long as it is compared with the oscillation waveform output from the pulse oscillation means, and the current flowing through the coil is controlled by adjusting the amplitude of the oscillation waveform.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the electromagnetic proportional valve is the same as that shown in FIG. 1, and its control circuit is the same as that shown in FIG.
[0016]
The main part of the present invention is a valve having the configuration shown in FIG. 1 and the control circuit shown in FIG. 2, and a change in the controlled minute current value with respect to the load applied to the valve, that is, the minute movement amount of the
[0017]
The graph of FIG. 3 shows the load (current value) characteristics of the
[0018]
Now, the
[0019]
Next, a case where the gain of the
[0020]
When the
[0021]
Therefore, if the gain of the differential amplifier is lower than the friction spring load line, the stroke position of the
[0022]
On the contrary, when the gain of the differential amplifier is larger than the friction spring load line, the stroke position of the
[0023]
As described above, it is understood that the control of the position of the
[0024]
5 and 6 control the voltage applied to the
[0025]
In FIG. 5, when the second command signal e from the
[0026]
Next, the case of FIG. 6 will be described. In this case, the amplitude of the waveform f output from the
[0027]
As described above, when the waveform f output from the
[0028]
The
[0029]
【The invention's effect】
As mentioned above, the industrial electromagnetic proportional valve of the present invention is
A proportional solenoid comprising a valve body having a spool, a fixed iron core and a movable plunger, wherein the movable plunger is attracted to the fixed iron core by excitation of a coil, and the movable plunger is returned by a spring; Configured
A connection body is disposed between the valve body and the solenoid, and a connection pin that connects the spool and a shaft formed integrally with the movable plunger is disposed on the connection body. Since the sealing means is disposed at least between the valve body and the connection pin, it is particularly suitable for those using a fluid other than hydraulic pressure. The solenoid control circuit includes a control unit that minutely changes a current flowing through the coil, and an amplification unit that amplifies a control voltage for adjusting the minutely changed current, and is set by the amplification unit. Is set to be larger than the gradient of the friction spring load line generated along with the minute movement of the movable plunger, the accuracy of spool position control can be improved, and the valve opening degree Accuracy can be improved and hysteresis can be reduced.
[0030]
Further, the control circuit includes a displacement sensor means and a pulse oscillating means, and a synthesized command signal synthesized by a displacement signal output from the displacement sensor means and a command signal for setting a predetermined stroke, It is compared with the oscillation waveform output from the pulse oscillation means, and the current flowing through the coil can be controlled by adjusting the amplitude of the oscillation waveform. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a general industrial electromagnetic proportional valve. FIG. 2 is a control circuit diagram in FIG. 1. FIG. 3 is a graph showing load characteristics for explaining the main part of the present invention. Elucidation diagram for comparing load line and gain [Fig. 5] Fig. 1 shows the conversion of the waveform output from the dither oscillation circuit into a pulse waveform.
FIG. 6 is a diagram for converting the waveform output from the dither oscillation circuit into a pulse waveform;
FIG. 7 is a diagram showing a conventional electromagnetic proportional valve. FIG. 8 is a graph showing load characteristics of the electromagnetic proportional valve in FIG.
B ...
DESCRIPTION OF
31 ... Spool N ... Friction spring load line e ... Second command signal f ... Oscillation waveform g ... Command signal
Claims (2)
前記弁体と、前記ソレノイドとの間に接続体が配設され、
前記接続体には、前記スプールと、前記可動プランジャと一体的に形成されるシャフトと、を接続する接続ピンが配設され、
少なくとも前記弁体と前記接続ピンとの間にシール手段が配設される産業用の電磁比例バルブであって、
前記ソレノイドの制御回路が
前記コイルに流れる電流を微小変化させる制御手段と、微小変化される電流を調整するための制御電圧を増幅する増幅手段と、を有し、
前記増幅手段で設定されるゲインが、前記可動プランジャの微小移動に伴って発生する摩擦ばね負荷線の勾配より大きくなるように設定されることを特徴とする産業用電磁比例バルブ。A proportional solenoid comprising a valve body having a spool, a fixed iron core and a movable plunger, wherein the movable plunger is attracted to the fixed iron core by excitation of a coil, and the movable plunger is returned by a spring; In an electromagnetic proportional valve configured as
A connecting body is disposed between the valve body and the solenoid,
The connection body is provided with a connection pin that connects the spool and a shaft formed integrally with the movable plunger,
An industrial electromagnetic proportional valve in which a sealing means is disposed at least between the valve body and the connection pin,
The control circuit of the solenoid has control means for minutely changing the current flowing through the coil, and amplification means for amplifying a control voltage for adjusting the current that is minutely changed,
An industrial electromagnetic proportional valve characterized in that a gain set by the amplifying means is set so as to be larger than a gradient of a friction spring load line generated with a minute movement of the movable plunger.
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1996
- 1996-08-20 JP JP21894496A patent/JP3799507B2/en not_active Expired - Fee Related
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