JP3910008B2 - 極薄金属板のレーザ切断加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ切断加工に関し、特にレーザによる極薄金属板の微細切断加工を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、実装基板製作時に使用されるメタルマスクの加工では、極薄金属板（０．１〜０．５ｍｍ）をレーザによって高精度・高品質に微細切断することが要求されている。このような加工においては、レーザ光をできるだけ小さく集光させ、焦点位置の変動がないようにするとともにアシストガスを加工部に効果的に噴射する必要がある。
【０００３】
しかしながら、レーザ光による切断加工は、被加工物に対して瞬間的かつ局所的に入熱して溶融し、それをレーザ光同軸上から噴射されるアシストガス圧によって除去することによっているので、アシストガスの噴射圧によって加工部に局所的な撓み（波打ち現象と称している）が生じ、レーザ光の集光点が変動するという問題がある。
【０００４】
従来、これを解決したものとして、例えば特開平１０−３２８８６７号公報がある。
これは、図３に示すように、被加工物台２４に被加工物Ｗを張力を与えて緊張保持し、加工ヘッド２５とノズル６の間にベローズを設け、ノズル６と一体の上部押さえ部材２０と、被加工物の下部に固定配置された下部固定定盤２１の高潤滑板２２とによって被加工物Ｗを上下から挟み込み、レーザ集光点Ａ付近の狭い領域で被加工物Ｗを拘束するようにしている。
【０００５】
そして、レーザ光の焦点合わせのため、加工ヘッド２５の左右両側に接触式変位計３２を設け、これを連結板３１で連結している。なお、上部押さえ部材２０は連結板３１に固設されている。
図３において、４は集光レンズ、２７はＸ軸駆動軸、２８はＹ軸駆動軸であり、２６は接触式変位計３２の検知情報を記憶し、また、Ｘ軸駆動軸２７およびＹ軸駆動軸２８を作動させるＮＣ制御装置である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のレーザ切断加工装置では、被加工物のレーザ光加工位置付近を上部押さえ部材２０と下部固定定盤２１とで挟んでいるので、極薄板の被加工物でもアシストガスの圧力による被加工物の撓みを抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、この方法による場合は、加工ヘッド２５に取付けられた上部押さえ部材２０と下部固定定盤２１と被加工物台２４の３要素の平行度が高くなければならない。
平行度が悪いと被加工物は、下部固定定盤２１に無理矢理押し付けられるので、その部分が局部的に変形し易い。また、被加工物は上部押さえ部材２０と下部固定定盤２１の間で摺動するので、上部押さえ部材２０は下部固定定盤２１に対して常に同程度の圧力で押さえる必要があり、このためには接触式変位計などによって調整しなければならず、このため、装置が複雑で大型化するばかりでなく、切断加工における被加工物の装着に時間を要するといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、簡素な構成でアシストガスによる集光点の位置変動を抑制するようにした極薄金属板のレーザ切断加工装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では次の手段を採った。即ち、
集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して切断加工する極薄金属板のレーザ切断加工装置において、ノズルからのレーザ光が被加工物の表面に照射されるように該被加工物を把持する把持部材と、この把持部材に把持された被加工物をその裏面からノズル側へ押し上げるための押当具とを備え、この押当具は、半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって、該円状の切り口が開口端をなし、被加工物の裏面側において、開口端が被加工物の裏面及びノズルと対向し、開口端で囲まれた円状領域内にレーザ光の光軸が位置し、被加工物が把持部材に把持されたときに開口端がその全周で被加工物をその裏面側から押し上げた状態となるように配置され、被加工物が把持部材に把持されたときにレーザ光の集光点が被加工物の表面に位置するよう構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって該円状の切り口が開口端をなす押当具により、被加工物裏面から集光点の周囲を押し上げることで、集光点付近の狭い範囲で被加工物を拘束し、集光点の位置を被加工物上に一定に保持するようにしたものである。
ここで、「半球面状部材」における「半球面」の意味は厳密な半球面を意味するものではなく、垂直断面において曲線であるものを含むものである。
【００１１】
本発明では押当具により被加工物を裏面より押し上げて、ノズルから噴射されるアシストガスの圧力に対抗させることにより、加工部周辺に発生する被加工物の波打ち現象、すなわち集光点の位置の変動を抑制するように作用する。
押当具の材質は被加工物の材質よりも若干柔らかめの材質（例えばアルミ材）を使用し、被加工物に傷を与えないようにするのが良い。
【００１２】
また、被加工物は引張して把持するのが望ましい。なお、引張力が若干弱く均一でなくとも、レーザ加工部周辺に限って見れば、加工中は押当具で集光点の周囲が押し上げられることで、常時均一な引張力が付与されたと同じ状態を保つことができる。
【００１３】
押当具における、開口端から臨む内部空洞は、吸引装置に接続して、アシストガスおよび溶融物を吸引できるようにするのがよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の実施形態例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、加工ヘッド３にはレーザ発振器１から反射ミラー２を介して入射されるレーザ光Ｌを集光する集光レンズ４が内装され、下端にはノズル６が設けられている。また、集光レンズ４の下部にはアシストガスＡＧの噴射圧力から集光レンズ４を保護するための保護ガラス５が設けられている。
【００１５】
なお、加工ヘッド３はＺ軸方向に移動可能に構成されており、また、ノズル６はアシストガスＡＧを被加工物Ｗの加工部位に集中的に流れ込むような径（１．0ｍｍ以下）としている。また、アシストガスＡＧは通常のレーザ加工の場合より高圧にしている。
【００１６】
被加工物ＷはＸ方向とＹ方向に移動可能なＸＹステージ９上に設けた把持装置８に把持され、ＮＣ制御装置１０により、予め設定してある切断データに基づいて制御され、所定の形状にならって移動するように構成されている。なお、１２はＸ軸駆動装置、１３はＹ軸駆動装置である。
【００１７】
加工ヘッド３の直下にはノズル６と対向して押当具７が固定配置されている。 押当具７は固定された受金７ｂにアルミ材からなる押当金具７ａがネジ７ｆで上下方向に調整可能に取り付けられている。そして、押当金具７ａの頭部は図２に示すように、半球面状部材の上部（曲面領域）を水平面で切り取った形状をしており、上面には直径Ｂの穴が明いている。この穴の端部７ｄは断面が円弧形状に形成されている。
【００１８】
また、押当金具７ａの内部は空洞７ｃとなっており、下部には吸引装置１１に連通する孔７ｅが設けられている。
次に、このように構成された極薄金属板のレーザ切断加工装置の作用について説明する。
【００１９】
被加工物Ｗを切断加工するに当たっては、予め、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌが、反射ミラー２を介して集光レンズ４によって被加工物Ｗの表面に集光点Ａがくるように焦点合わせを行う。そして、被加工物Ｗの厚さに合わせ、被加工物Ｗの表面が集光点Ａになるように押当具７の押当金具７ａの高さを調整する。なお、集光点Ａは被加工物Ｗを把持装置８に把持したときの表面より僅かに高い位置に設定する。
【００２０】
この調整は、集光レンズ４、ノズル６は加工ヘッド３に固定配置されており、集光点Ａの変動はなく、また、ノズルと被加工物の距離の変動もないので、最初に１度行うだけで以後は不要である。
加工ヘッド３を上昇させて、被加工物Ｗを把持装置８に若干の張力を与えて取り付け、加工ヘッド３を下降させる。
【００２１】
下降して停止させる位置は、上記予め設定された位置であり、ＮＣ制御装置１０により指令させ自動的に停止するようにしている。
切断加工時には被加工物Ｗはレーザ光の入熱により局部的かつ瞬間的に溶融し、被加工物ＷはＮＣ制御装置１０により、予め設定してある切断データに基づいて制御されて移動する。このとき、アシストガスＡＧは、レーザ光Ｌと同軸上に配置されたノズル６から被加工物Ｗに向けて高圧力で噴射され、溶融物をともなって、負圧状態となっている押当具７の空洞７ｃから孔７ｅを通って吸引装置１１へ吸引される。
【００２２】
そして、このとき被加工物Ｗは押当具７の押当金具７ａの上端である穴の端部７ｄで円環状に押し上げられており、押し上げられた局所的領域においては、適度な引張力が付与された状態となっているので、集光点Ａは常に被加工物Ｗの表面に保持される。
【００２３】
なお、ノズルから噴射されるアシストガスによる圧力によっては、若干集光点Ａがズレることがあるが、この場合においても、そのズレた位置に静止しているので、少なくとも波打ち現象のような集光点Ａの変動は起こらない。
また、押当金具７ａの被加工物Ｗとの接触部分は断面が円弧形状であるので、押し上げ部は塑性変形することもなく、切断完了時の製品の平面度が損なわれることもない。さらには、端部７ｄのナイフエッジ形状によって、被加工物Ｗの裏面へ付着しようとするドロスの除去にも効果がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ切断加工装置は、把持部材に把持された被加工物をその裏面からノズル側へ押し上げるための押当具を備え、この押当具は、半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって、該円状の切り口が開口端をなし、被加工物の裏面側において、開口端が被加工物の裏面及びノズルと対向し、開口端で囲まれた円状領域内にレーザ光の光軸が位置し、被加工物が把持部材に把持されたときに開口端がその全周で被加工物をその裏面側から押し上げた状態となるように配置され、被加工物が把持部材に把持されたときにレーザ光の集光点が被加工物の表面に位置するようにしたので、集光レンズと被加工物間の距離（焦点位置）を切断加工中常時一定に保つことができ、その結果、切断幅に変動のない安定した切断性能が得られる。また、被加工物のセット時に従来のような接触変位計などによる調整も必要とせず、多種の板厚に対しても、段取り時間が必要なく、簡素な構成であるので取り扱い易いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。
【図２】同 押当具７の詳細図である。
【図３】従来の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１…レーザ発振器 ２…反射ミラー
３…加工ヘッド ４…集光レンズ
５…保護ガラス ６…ノズル
７…押当具 ７ａ…押当金具
７ｂ…受金 ７ｃ…空洞
７ｄ…端部 ７ｅ…孔
７ｆ…ネジ ８…把持装置
９…ＸＹステージ １０…ＮＣ制御装置
１１…吸引装置
２０…上部押さえ部材 ２１…下部固定定盤
２２…高滑性板 ２４…被加工物台
２５…加工ヘッド ２６…ＮＣ制御装置
２７…Ｘ軸駆動台 ２８…Ｙ軸駆動台
３０…ベローズ
Ｌ…レーザ光 Ａ…集光点
Ｗ…被加工物 ＡＧ…アシストガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ切断加工に関し、特にレーザによる極薄金属板の微細切断加工を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、実装基板製作時に使用されるメタルマスクの加工では、極薄金属板（０．１〜０．５ｍｍ）をレーザによって高精度・高品質に微細切断することが要求されている。このような加工においては、レーザ光をできるだけ小さく集光させ、焦点位置の変動がないようにするとともにアシストガスを加工部に効果的に噴射する必要がある。
【０００３】
しかしながら、レーザ光による切断加工は、被加工物に対して瞬間的かつ局所的に入熱して溶融し、それをレーザ光同軸上から噴射されるアシストガス圧によって除去することによっているので、アシストガスの噴射圧によって加工部に局所的な撓み（波打ち現象と称している）が生じ、レーザ光の集光点が変動するという問題がある。
【０００４】
従来、これを解決したものとして、例えば特開平１０−３２８８６７号公報がある。
これは、図３に示すように、被加工物台２４に被加工物Ｗを張力を与えて緊張保持し、加工ヘッド２５とノズル６の間にベローズを設け、ノズル６と一体の上部押さえ部材２０と、被加工物の下部に固定配置された下部固定定盤２１の高潤滑板２２とによって被加工物Ｗを上下から挟み込み、レーザ集光点Ａ付近の狭い領域で被加工物Ｗを拘束するようにしている。
【０００５】
そして、レーザ光の焦点合わせのため、加工ヘッド２５の左右両側に接触式変位計３２を設け、これを連結板３１で連結している。なお、上部押さえ部材２０は連結板３１に固設されている。
図３において、４は集光レンズ、２７はＸ軸駆動軸、２８はＹ軸駆動軸であり、２６は接触式変位計３２の検知情報を記憶し、また、Ｘ軸駆動軸２７およびＹ軸駆動軸２８を作動させるＮＣ制御装置である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のレーザ切断加工装置では、被加工物のレーザ光加工位置付近を上部押さえ部材２０と下部固定定盤２１とで挟んでいるので、極薄板の被加工物でもアシストガスの圧力による被加工物の撓みを抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、この方法による場合は、加工ヘッド２５に取付けられた上部押さえ部材２０と下部固定定盤２１と被加工物台２４の３要素の平行度が高くなければならない。
平行度が悪いと被加工物は、下部固定定盤２１に無理矢理押し付けられるので、その部分が局部的に変形し易い。また、被加工物は上部押さえ部材２０と下部固定定盤２１の間で摺動するので、上部押さえ部材２０は下部固定定盤２１に対して常に同程度の圧力で押さえる必要があり、このためには接触式変位計などによって調整しなければならず、このため、装置が複雑で大型化するばかりでなく、切断加工における被加工物の装着に時間を要するといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、簡素な構成でアシストガスによる集光点の位置変動を抑制するようにした極薄金属板のレーザ切断加工装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では次の手段を採った。即ち、
集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して切断加工する極薄金属板のレーザ切断加工装置において、ノズルからのレーザ光が被加工物の表面に照射されるように該被加工物を把持する把持部材と、この把持部材に把持された被加工物をその裏面からノズル側へ押し上げるための押当具とを備え、この押当具は、半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって、該円状の切り口が開口端をなし、被加工物の裏面側において、開口端が被加工物の裏面及びノズルと対向し、開口端で囲まれた円状領域内にレーザ光の光軸が位置し、被加工物が把持部材に把持されたときに開口端がその全周で被加工物をその裏面側から押し上げた状態となるように配置され、被加工物が把持部材に把持されたときにレーザ光の集光点が被加工物の表面に位置するよう構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって該円状の切り口が開口端をなす押当具により、被加工物裏面から集光点の周囲を押し上げることで、集光点付近の狭い範囲で被加工物を拘束し、集光点の位置を被加工物上に一定に保持するようにしたものである。
ここで、「半球面状部材」における「半球面」の意味は厳密な半球面を意味するものではなく、垂直断面において曲線であるものを含むものである。
【００１１】
本発明では押当具により被加工物を裏面より押し上げて、ノズルから噴射されるアシストガスの圧力に対抗させることにより、加工部周辺に発生する被加工物の波打ち現象、すなわち集光点の位置の変動を抑制するように作用する。
押当具の材質は被加工物の材質よりも若干柔らかめの材質（例えばアルミ材）を使用し、被加工物に傷を与えないようにするのが良い。
【００１２】
また、被加工物は引張して把持するのが望ましい。なお、引張力が若干弱く均一でなくとも、レーザ加工部周辺に限って見れば、加工中は押当具で集光点の周囲が押し上げられることで、常時均一な引張力が付与されたと同じ状態を保つことができる。
【００１３】
押当具における、開口端から臨む内部空洞は、吸引装置に接続して、アシストガスおよび溶融物を吸引できるようにするのがよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の実施形態例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、加工ヘッド３にはレーザ発振器１から反射ミラー２を介して入射されるレーザ光Ｌを集光する集光レンズ４が内装され、下端にはノズル６が設けられている。また、集光レンズ４の下部にはアシストガスＡＧの噴射圧力から集光レンズ４を保護するための保護ガラス５が設けられている。
【００１５】
なお、加工ヘッド３はＺ軸方向に移動可能に構成されており、また、ノズル６はアシストガスＡＧを被加工物Ｗの加工部位に集中的に流れ込むような径（１．0ｍｍ以下）としている。また、アシストガスＡＧは通常のレーザ加工の場合より高圧にしている。
【００１６】
被加工物ＷはＸ方向とＹ方向に移動可能なＸＹステージ９上に設けた把持装置８に把持され、ＮＣ制御装置１０により、予め設定してある切断データに基づいて制御され、所定の形状にならって移動するように構成されている。なお、１２はＸ軸駆動装置、１３はＹ軸駆動装置である。
【００１７】
加工ヘッド３の直下にはノズル６と対向して押当具７が固定配置されている。 押当具７は固定された受金７ｂにアルミ材からなる押当金具７ａがネジ７ｆで上下方向に調整可能に取り付けられている。そして、押当金具７ａの頭部は図２に示すように、半球面状部材の上部（曲面領域）を水平面で切り取った形状をしており、上面には直径Ｂの穴が明いている。この穴の端部７ｄは断面が円弧形状に形成されている。
【００１８】
また、押当金具７ａの内部は空洞７ｃとなっており、下部には吸引装置１１に連通する孔７ｅが設けられている。
次に、このように構成された極薄金属板のレーザ切断加工装置の作用について説明する。
【００１９】
被加工物Ｗを切断加工するに当たっては、予め、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌが、反射ミラー２を介して集光レンズ４によって被加工物Ｗの表面に集光点Ａがくるように焦点合わせを行う。そして、被加工物Ｗの厚さに合わせ、被加工物Ｗの表面が集光点Ａになるように押当具７の押当金具７ａの高さを調整する。なお、集光点Ａは被加工物Ｗを把持装置８に把持したときの表面より僅かに高い位置に設定する。
【００２０】
この調整は、集光レンズ４、ノズル６は加工ヘッド３に固定配置されており、集光点Ａの変動はなく、また、ノズルと被加工物の距離の変動もないので、最初に１度行うだけで以後は不要である。
加工ヘッド３を上昇させて、被加工物Ｗを把持装置８に若干の張力を与えて取り付け、加工ヘッド３を下降させる。
【００２１】
下降して停止させる位置は、上記予め設定された位置であり、ＮＣ制御装置１０により指令させ自動的に停止するようにしている。
切断加工時には被加工物Ｗはレーザ光の入熱により局部的かつ瞬間的に溶融し、被加工物ＷはＮＣ制御装置１０により、予め設定してある切断データに基づいて制御されて移動する。このとき、アシストガスＡＧは、レーザ光Ｌと同軸上に配置されたノズル６から被加工物Ｗに向けて高圧力で噴射され、溶融物をともなって、負圧状態となっている押当具７の空洞７ｃから孔７ｅを通って吸引装置１１へ吸引される。
【００２２】
そして、このとき被加工物Ｗは押当具７の押当金具７ａの上端である穴の端部７ｄで円環状に押し上げられており、押し上げられた局所的領域においては、適度な引張力が付与された状態となっているので、集光点Ａは常に被加工物Ｗの表面に保持される。
【００２３】
なお、ノズルから噴射されるアシストガスによる圧力によっては、若干集光点Ａがズレることがあるが、この場合においても、そのズレた位置に静止しているので、少なくとも波打ち現象のような集光点Ａの変動は起こらない。
また、押当金具７ａの被加工物Ｗとの接触部分は断面が円弧形状であるので、押し上げ部は塑性変形することもなく、切断完了時の製品の平面度が損なわれることもない。さらには、端部７ｄのナイフエッジ形状によって、被加工物Ｗの裏面へ付着しようとするドロスの除去にも効果がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ切断加工装置は、把持部材に把持された被加工物をその裏面からノズル側へ押し上げるための押当具を備え、この押当具は、半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって、該円状の切り口が開口端をなし、被加工物の裏面側において、開口端が被加工物の裏面及びノズルと対向し、開口端で囲まれた円状領域内にレーザ光の光軸が位置し、被加工物が把持部材に把持されたときに開口端がその全周で被加工物をその裏面側から押し上げた状態となるように配置され、被加工物が把持部材に把持されたときにレーザ光の集光点が被加工物の表面に位置するようにしたので、集光レンズと被加工物間の距離（焦点位置）を切断加工中常時一定に保つことができ、その結果、切断幅に変動のない安定した切断性能が得られる。また、被加工物のセット時に従来のような接触変位計などによる調整も必要とせず、多種の板厚に対しても、段取り時間が必要なく、簡素な構成であるので取り扱い易いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。
【図２】同 押当具７の詳細図である。
【図３】従来の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１…レーザ発振器 ２…反射ミラー
３…加工ヘッド ４…集光レンズ
５…保護ガラス ６…ノズル
７…押当具 ７ａ…押当金具
７ｂ…受金 ７ｃ…空洞
７ｄ…端部 ７ｅ…孔
７ｆ…ネジ ８…把持装置
９…ＸＹステージ １０…ＮＣ制御装置
１１…吸引装置
２０…上部押さえ部材 ２１…下部固定定盤
２２…高滑性板 ２４…被加工物台
２５…加工ヘッド ２６…ＮＣ制御装置
２７…Ｘ軸駆動台 ２８…Ｙ軸駆動台
３０…ベローズ
Ｌ…レーザ光 Ａ…集光点
Ｗ…被加工物 ＡＧ…アシストガス
Claims (1)
- 集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して切断加工する極薄金属板のレーザ切断加工装置において、
前記ノズルからのレーザ光が被加工物の表面に照射されるように該被加工物を把持する把持部材と、
前記把持部材に把持された前記被加工物をその裏面から前記ノズル側へ押し上げるための押当具と、
を備え、
前記押当具は、
半球面状部材の曲面領域の一部を切り口が円状となるように平面状に切り取った形状であって、該円状の切り口が開口端をなし、前記被加工物の裏面側において、前記開口端が前記被加工物の裏面及び前記ノズルと対向し、前記開口端で囲まれた円状領域内に前記レーザ光の光軸が位置し、前記被加工物が前記把持部材に把持されたときに前記開口端がその全周で前記被加工物をその裏面側から押し上げた状態となるように配置され、
前記被加工物が前記把持部材に把持されたときに前記レーザ光の集光点が前記被加工物の表面に位置するよう構成されている
ことを特徴とする極薄金属板のレーザ切断加工装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000217608A JP3910008B2 (ja) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | 極薄金属板のレーザ切断加工装置 |
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| JP2002035972A JP2002035972A (ja) | 2002-02-05 |
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2000
- 2000-07-18 JP JP2000217608A patent/JP3910008B2/ja not_active Expired - Fee Related
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