JP4020506B2 - Eccentric multi-axis excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、あらゆる断面形状のトンネルを掘削・建設可能な偏心多軸掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削機では、原則として高さや幅方向に無駄の多い円形断面のトンネルしか掘削することができないため、都市の道路下等の制約の多い地下空間に新たにトンネルを建設する場合には掘削自体又はその地下空間を有効利用することが困難な場合が多かった。
【0003】
そのため、最近ではいわゆる任意断面掘削工法と称される新しい掘削工法及びその工法を実現するための偏心多軸掘削機が提案されており、上述したような制約の多い都市の道路下の地下空間に対して任意の断面形状を有する効率的なトンネルの掘削・建設を可能とすると共に、実際にその適用も計画されている。
【0004】
この偏心多軸掘削機は、図3及び図4に示すように例えば断面矩形状をしたシールドフレーム1の前面にこのシールドフレーム1と相似形をした小型のカッタフレーム2を備えると共に、このカッタフレーム2のカッタ支持ビーム3を回転子4を介してカッタ駆動軸5に偏心させてクランク状に連結したものであり、この回転子4をカッタ駆動軸5を中心に回転させ、図5(a)〜(d)に示すようにカッタフレーム2をシールドフレーム1の径方向に所定の半径で偏心回転させることでシールドフレーム1と略相似形(矩形状)の断面形状のトンネルを掘削・建設するようにしたものである。
【0005】
従って、この偏心多軸掘削機のシールドフレーム1の断面形状と相似形のカッタフレーム2を用いることで、上述したような矩形断面の他に、例えば、楕円形断面,円弧状矩形断面,馬蹄形断面,突起付円形断面等のあらゆる断面形状のトンネルを容易に掘削・建設できるようになっている。
【0006】
また、この偏心多軸掘削機は、任意断面形状のトンネルを掘削・建設できる他に、カッタフレーム2に設けられた全てのカッタビット6がそれぞれ独立した同一円形の軌跡を描くように旋回することから各カッタビット6の磨耗が均一となる、各カッタビット6の回転半径が小さいため回転トルクを軽減できる等といった長所を有しているため、図6に示すように従来と同様な円形断面のシールドフレームへの適用も可能となっている。
【0007】
尚、図3,図4中、7はシールドフレーム1の前端部を仕切るバルクヘッド、8は各カッタ駆動軸5を駆動するカッタ駆動モータ、9は掘削した土砂を取り出すスクリューコンベア、10はセグメントsを組み立てるためのエレクターである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した偏心多軸掘削機のカッタフレーム2には、例えば図7に示すようにカッタフレーム2に設けられたコピーカッタ2a,2aを出没するための各種油圧シリンダ16や薬液注入口17あるいは土圧計等のセンサ類(図示せず)が付設されている。そして、これらに接続される油圧配管や電気ケーブル,薬注管等のユーティリティラインLは、図8に示すようにカッタフレーム2とバルクヘッド7間に架け渡されたガイドパイプ11内を通過してシールドフレーム1内から引き延ばされるようになっている。すなわち、このガイドパイプ11は図8〜図10に示すようにその端部が軸受け12を介してカッタフレーム2側に接続されると共に、他端部がシールドフレーム1に回転自在に支持されたカッタ配管回転ドラム13側にその軸心部から偏心した位置に接続されるようになっており、カッタフレーム2の動きに追従してガイドパイプ11及びカッタ配管回転ドラム13がカッタ配管回転ドラム13の軸心部を軸として、カッタフレーム2と同期回転することでユーティリティラインLを保護しつつカッタフレーム2側に引き延ばすようになっている。
【0009】
しかしながら、このガイドパイプ11は、その端部が直接又は軸受け12を介してそれぞれカッタフレーム2及びカッタ配管回転ドラム13側に連結されているため、図10に示すように、カッタフレーム2に加わる土圧がガイドパイプ11を介して直接カッタ配管回転ドラム13側に伝わってしまうことがある。その結果、カッタ配管回転ドラム13の回転抵抗が大きくなることによってカッタ配管回転ドラム13側の軸受け14やカッタ配管回転ドラム13自体を損傷する等といった不都合が考えられる。
【0010】
また、運転時のカッタフレーム2の掘削抵抗等によりカッタフレーム2が径方向に変位した場合、その変位が直接ガイドパイプ11に伝わってガイドパイプ11に無理な荷重が加わってしまい、ガイドパイプ11が破損してしまうといったおそれもある。
【0011】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、カッタフレームに発生する軸方向及び径方向の変位による装置の損傷を防止し、カッタ配管回転ドラムを的確にカッタフレームと同期回転させることができる新規な偏心多軸掘削機を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、シールドフレームの前部に、所定の半径で偏心回転するカッタフレームを設け、そのシールドフレームとカッタフレームとの間にカッタフレームの各種機器へのユーティリティラインを覆うガイドパイプをカッタフレームの偏心回転に追従して回転するように設け、そのガイドパイプのシールドフレーム側にガイドパイプを追従して偏心回転させるカッタ配管回転ドラムを設けた偏心多軸掘削機において、上記カッタ配管回転ドラムを、上記カッタフレームを回転させるカッタ駆動部に同期回転装置を介して連結して駆動させるようにしたものである。
【0013】
これによれば、カッタ配管回転ドラムを同期回転装置によって、従来のようにカッタフレームを介さずに、カッタ駆動部から直接回転させることができるので、ガイドパイプは従来のような剛性を有する必要が無い。従って、カッタフレームに加わる土圧をガイドパイプで逃がすことができ、その土圧が直接カッタ配管回転ドラム側に伝わるのを防止することができ、カッタフレームに発生する軸方向及び径方向の変位による装置の損傷を防止できると共に、カッタ配管回転ドラムを的確に回転させることができる。また、同期回転装置は、掘削土砂側ではなくシールドフレーム内に設けられているので、そのメンテナンスを容易に行うことができる。
【0014】
そして、上記ガイドパイプが、その先端が上記カッタフレームに回転自在に支持され、後端が上記カッタ配管回転ドラムに回転自在に支持されたものが好ましい。
【0015】
これによれば、ガイドパイプが、偏心回転するカッタフレームとカッタ配管回転ドラムとの間で、捩れることなくスムーズに偏心回転に追従することができる。
【0016】
また、上記同期回転装置が、上記カッタ配管回転ドラムに設けられた回転ドラムギヤと上記カッタ駆動部に設けられた駆動ギヤとを連結する中間ギヤ機構からなるものがよい。
【0017】
さらに、上記中間ギヤ機構が、上記カッタフレームの回転と上記カッタ配管回転ドラムの回転とを同期させる同期ギヤ機構を有するものがよい。
【0018】
そして、上記中間ギヤ機構が、上記カッタ駆動部の駆動ギヤに連結される第一回転ギヤと、この第一回転ギヤと同軸に配設され上記カッタ配管回転ドラムの回転ドラムギヤに連結される第二回転ギヤとからなり、上記第一回転ギヤと第二回転ギヤとのギヤ比が上記カッタフレームと上記カッタ配管回転ドラムとが同期して回転するように設定されたものが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【0020】
図1は本発明に係る偏心多軸掘削機のうちいわゆるシールド掘削機と称される掘削機の実施の一形態を示した断面図、図2は図1のA部拡大図である。図中2は上述したカッタフレーム、7はこのカッタフレーム2と平行に位置し、シールドフレーム1の前面に設けられたバルクヘッド、15はカッタフレーム2とバルクヘッド7間に形成されるカッタ室である。
【0021】
図示するように、このバルクヘッド7には軸方向に延びる外部支持筒20が一体的に設けられており、その内周面にはカッタ配管回転ドラム22が外部スラスト軸受け23等を介して回転自在に軸支されている。カッタ配管回転ドラム22のカッタフレーム2側は閉止板21によって閉じられている。また、このカッタ配管回転ドラム22の閉止板21には径方向外側に突出したフランジ24が形成されており、カッタ配管回転ドラム22が外部支持筒20からバルクヘッド7内に脱落しないように規制されている。さらに、このカッタ配管回転ドラム22のカッタフレーム2側周縁部にはシール部材25が設けられており、カッタ室15側の土砂等がカッタ配管回転ドラム22と外部支持筒20との隙間に入り込まないようにシールしている。
【0022】
また、このカッタ配管回転ドラム22の外部支持筒20内には、両端が開口した状態の偏心パイプ26が閉止板21を貫通するように設けられている。また、この偏心パイプ26は、上記外部支持筒20の回転軸Xから外れた位置に固定された内部支持筒27内に内部スラスト軸受け28等を介して回転自在に軸支されており、その回転軸Yが外部支持筒20の回転軸Xから偏心して位置するようになっている。尚、図中、29は内部支持筒27を外部支持筒20から支持するためのリブである。
【0023】
一方、カッタフレーム2側には、バルクヘッド7側に延びるガイドパイプ30が設けられている。このガイドパイプ30はそのカッタフレーム2側端部がカッタフレーム2内と連通するように回転自在に接続されていると共に、その他端部はカッタ室15を斜め下方に横断して上記カッタ配管回転ドラム22に設けられた偏心パイプ26側に延出され回転自在に接続されており、両者が相互に連通するようになっている。
【0024】
図2に示すように、ガイドパイプ30と偏心パイプ26とは、後述のシール部材31によって接続されており、構造的には縁を切られている。これによれば、ガイドパイプ30が、偏心回転するカッタフレーム2とカッタ配管回転ドラム22との間で、捩れることなくスムーズに偏心回転に追従することができると共に、ガイドパイプ30の軸方向へのズレが多少、許容されることとなる。
【0025】
また、ガイドパイプ30とカッタ配管回転ドラム22との接合部のカッタ配管回転ドラム22側には、径方向内側が前方にテーパ状に突出した凸型リング43が設けられている。この凸型リング43に対向して、そのガイドパイプ30側には径方向内側が前方にテーパ状に窪んだ凹型リング44が設けられている。この凹型リング44には、凸型リング43に延びてカッタ室15とガイドパイプ30内部とを区画するシール部材31が設けられている。シール部材31は凸型リング43と凹型リング44との距離よりも長い長さを有しており、その端部が、凸型リングのテーパ部45に当接して、径方向外側に折り返されている。このシール部材31が摺動することによって、ガイドパイプ30が偏心パイプ26側に回転自在に接続されると共に、ガイドパイプ30の径方向へのズレが多少、許容されることとなる。そして、そのズレはシール部材31の弾性力によって、戻されることとなる。
【0026】
凹型リング43の外周側には、凸型リング43側に延出した突出部46が形成されており、ガイドパイプ30がその径方向にずれたときに、この突出部46が凸型リング43に接触して、ガイドパイプ30がカッタ配管回転ドラム22から離脱するのを防止するようになっている。なお、ガイドパイプ30の内側に、図中破線で示すような、凸型リング43の径方向内側に延出する離脱防止リング47を設けるようにしてもよい。
【0027】
上記構成によって、バルクヘッド7側から延びる油圧配管や制御ケーブル等のユーティリティラインLは、掘削土砂側から区画され、偏心パイプ26からガイドパイプ30内を通過してカッタフレーム2内に引き延ばされるようになっている。
【0028】
カッタ配管回転ドラム22の後端には、これを回転させるための回転ドラムギヤ35がその周方向に沿って設けられている。
【0029】
図8に示す従来の偏心多軸掘削機と同様に、シールドフレーム1の内部で、カッタ配管回転ドラム22の上方及び下方には、カッタフレーム2を偏心回転させるためのカッタ駆動部32がそれぞれ設けられている。カッタ駆動部32は、カッタ駆動軸5と、これを駆動するカッタ駆動モータ8とから構成されている。カッタ駆動軸5には、カッタ駆動モータ8に設けられたモータギヤ33に歯合する駆動ギヤ34が設けられている。
【0030】
図1に示すように、上下の駆動ギヤ34のうち上方の駆動ギヤ34と、カッタ配管回転ドラム22に設けられた回転ドラムギヤ35との間には、カッタ配管回転ドラム22を、カッタフレーム2と同期回転させるための同期回転装置36が介設されている。
【0031】
同期回転装置36は、回転ドラムギヤ35と駆動ギヤ34とを連結する中間ギヤ機構37からなり、この中間ギヤ機構37は、カッタフレーム2の回転とカッタ配管回転ドラム22の回転とを同期させる同期ギヤ機構38を有している。
【0032】
具体的には、中間ギヤ機構37は、カッタ駆動部32の駆動ギヤ34に連結される第一回転ギヤ39と、この第一回転ギヤ39と同じ回転軸41に配設されカッタ配管回転ドラム22の回転ドラムギヤ35に連結される第二回転ギヤ40とからなっている。回転軸41は、カッタ駆動軸5と平行に設けられている。第一回転ギヤ39と第二回転ギヤ40とのギヤ比は、カッタフレーム2とカッタ配管回転ドラム22とが同期して回転するように設定されている。
【0033】
すなわち、駆動ギヤ34の回転によって、第一回転ギヤ39が逆回転し、これと同じ方向に第二回転ギヤ40が回転する。この第二回転ギヤ40の回転によって、回転ドラムギヤ35が、駆動ギヤ34と同じ方向に回転する。そして、上記ギヤ比によって、カッタフレーム2とカッタ配管回転ドラム22とが同期して同じ方向に回転するようになっている。
【0034】
次に、本発明の作用を説明する。
【0035】
バルクヘッド7の前方に位置するカッタフレーム2が、カッタ駆動部32によって、所定の半径で偏心回転する。これと同時に、カッタ駆動部32の駆動ギヤ34の回転によって、中間ギヤ機構37が回転されてカッタ配管回転ドラム22が、カッタフレーム2の偏心回転と同期して回転する。この回転によって、カッタ配管回転ドラム22内にその回転軸Xから偏心して軸支された偏心パイプ26が、カッタフレーム2の偏心回転に追従して偏心回転する。
【0036】
これによって、カッタフレーム2の偏心回転時にバルクヘッド7内から延びるユーティリティラインLが無理な応力やカッタ室15内の土砂などの悪影響を受けることなく良好にカッタフレーム2内に引き延ばされることとなる。
【0037】
このように、同期回転装置36によって、カッタ配管回転ドラム22をカッタ駆動部32から直接回転させるようにしたことによって、従来のように、カッタ配管回転ドラム22を回転させるのにカッタフレーム2を介さなくてよい。従って、カッタフレーム2とカッタ配管回転ドラム22側を連結するガイドパイプ30を従来のガイドパイプ11程強固にする必要が無いので、比較的柔軟に形成可能となるため、カッタフレーム2に加わる土圧をガイドパイプ30によって逃がすことができ、その土圧が直接カッタ配管回転ドラム22側に伝わってしまうことがない。さらに、ガイドパイプ30と偏心パイプ26とは、シール部材31によって接続されており、構造的には縁を切られているので、土圧が大きい場合でも、確実に土圧のカッタ配管回転ドラム22側への伝達を防止できる。その結果、カッタ配管回転ドラム13側の軸受け14やカッタ配管回転ドラム22自体の損傷を防止することができる。
【0038】
また、運転時のカッタフレーム2の掘削抵抗等によりカッタフレーム2が径方向に変位した場合であっても、ガイドパイプ30が比較的柔軟に形成されているので、その変位をカッタ配管回転ドラム22に伝えることなく逃がすことができる。これによって、ガイドパイプ30自体の損傷を防止することができる。
【0039】
さらに、同期回転装置36は、掘削土砂側ではなくシールドフレーム2内に設けられた中間ギヤ機構37にて構成されているので、不具合時の補修や点検等のメンテナンスを、シールドフレーム2の内側から容易に行うことができる。
【0040】
なお、本実施の形態では、シールド掘削機の場合で説明したが、筒状のシールドフレームをもたないいわゆるTBM(トンネルボーリングマシン)や、完全なトンネルでなく、地表面のみを溝状に掘削する場合の掘削機にも同様に適用することができることは勿論である。
【0041】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、カッタフレームや加わる土圧や掘削抵抗等によるカッタフレームの軸方向及び径方向の変位を、ガイドパイプによって逃がすことができる。従って、カッタフレームの変位による応力が直接カッタ配管回転ドラム側へ伝わることがなくなり、回転体本体やその軸受け部及びこの回転体を軸支するバルクヘッド等への悪影響を効果的に回避することができるので、装置の損傷を防止でき、カッタ配管回転ドラムを的確にカッタフレームと同期回転させることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【図2】 図1のA部拡大断面図である。
【図3】 従来の偏心多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図4】 従来の偏心多軸掘削機の一例を示す側面図である。
【図5】 従来の偏心多軸掘削機の作用例を示す説明図である。
【図6】 従来の偏心多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図7】 図7に示す従来の偏心多軸掘削機の作用例を示す正面図である。
【図8】 従来の偏心多軸掘削機のユーティリティラインの配設状態を示す側面図である。
【図9】 従来のユーティリティラインのガイドパイプの動作状態を示す斜視図である。
【図10】 従来のユーティリティラインのガイドパイプの設置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 シールドフレーム
2 カッタフレーム
22 カッタ配管回転ドラム
30 ガイドパイプ
32 カッタ駆動部
34 駆動ギヤ
35 回転ドラムギヤ
36 同期回転装置
37 中間ギヤ機構
38 同期ギヤ機構
39 第一回転ギヤ
40 第二回転ギヤ
L ユーティリティライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an eccentric multi-axis excavator capable of excavating and constructing tunnels having any cross-sectional shape.
[0002]
[Prior art]
With conventional tunnel excavators, in principle, only tunnels with a circular cross section that are wasteful in the height and width direction can be excavated, so when constructing a new tunnel in an underground space with many restrictions such as under a city road. In many cases, it was difficult to effectively use the excavation itself or its underground space.
[0003]
Therefore, recently, a new excavation method called so-called arbitrary section excavation method and an eccentric multi-axis excavator for realizing the method have been proposed. On the other hand, it is possible to excavate and construct an efficient tunnel having an arbitrary cross-sectional shape, and its application is actually planned.
[0004]
The eccentric multi-axis excavator includes a
[0005]
Accordingly, by using a
[0006]
Further, the eccentric multiaxial excavator, in addition to possible excavation and construction of tunnels arbitrary cross-sectional shape, that all of the
[0007]
3 and 4, 7 is a bulkhead that partitions the front end of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described eccentric multi-axis
[0009]
However, the end of the
[0010]
Further, when the
[0011]
Therefore, the present invention has been devised in order to effectively solve such problems, and the object thereof is to prevent damage to the apparatus due to axial and radial displacements generated in the cutter frame, and to cut the cutter piping. A novel eccentric multi-axis excavator capable of accurately rotating a rotating drum synchronously with a cutter frame is provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a cutter frame that rotates eccentrically with a predetermined radius at the front of a shield frame, and provides utility lines for various devices of the cutter frame between the shield frame and the cutter frame. in covering a guide pipe so as to rotate to follow the eccentric rotation of the cutter frame, the eccentric multiaxial excavator provided with a cutter pipe rotary drum to eccentrically rotated following the guide pipe to the shield frame side of the guide pipe, The cutter pipe rotating drum is driven by being connected to a cutter driving unit for rotating the cutter frame via a synchronous rotating device.
[0013]
According to this, since the cutter pipe rotating drum can be directly rotated from the cutter driving unit without using the cutter frame as in the prior art by the synchronous rotating device, the guide pipe needs to have rigidity as in the conventional case. No. Accordingly, the earth pressure applied to the cutter frame can be relieved by the guide pipe, and the earth pressure can be prevented from being directly transmitted to the cutter pipe rotating drum side, which is caused by the axial and radial displacement generated in the cutter frame. The apparatus can be prevented from being damaged and the cutter pipe rotating drum can be accurately rotated. Further, since the synchronous rotating device is provided not in the excavated earth and sand side but in the shield frame, the maintenance can be easily performed.
[0014]
Preferably, the guide pipe has a tip end rotatably supported by the cutter frame and a rear end rotatably supported by the cutter pipe rotating drum.
[0015]
Accordingly, the guide pipe can smoothly follow the eccentric rotation without being twisted between the cutter frame rotating eccentrically and the cutter pipe rotating drum.
[0016]
Further, it is preferable that the synchronous rotating device includes an intermediate gear mechanism that connects a rotating drum gear provided in the cutter pipe rotating drum and a driving gear provided in the cutter driving unit.
[0017]
Further, it is preferable that the intermediate gear mechanism has a synchronous gear mechanism that synchronizes the rotation of the cutter frame and the rotation of the cutter pipe rotating drum.
[0018]
The intermediate gear mechanism includes a first rotating gear coupled to the driving gear of the cutter driving unit, and a second rotating gear disposed coaxially with the first rotating gear and coupled to the rotating drum gear of the cutter pipe rotating drum. It is preferable that the gear ratio of the first rotating gear and the second rotating gear is set so that the cutter frame and the cutter pipe rotating drum rotate in synchronization with each other.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a so-called shield excavator among the eccentric multi-axis excavators according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. In the figure, 2 is the above-described cutter frame, 7 is a bulkhead provided in parallel with the
[0021]
As shown in the figure, an
[0022]
An
[0023]
On the other hand, a
[0024]
As shown in FIG. 2, the
[0025]
In addition, a
[0026]
A
[0027]
With the above configuration, utility lines L such as hydraulic pipes and control cables extending from the
[0028]
A
[0029]
As in the conventional eccentric multi-axis excavator shown in FIG. 8, a
[0030]
As shown in FIG. 1, between the
[0031]
The
[0032]
Specifically, the
[0033]
That is, the rotation of the
[0034]
Next, the operation of the present invention will be described.
[0035]
The
[0036]
As a result, the utility line L extending from the
[0037]
As described above, the cutter
[0038]
Further, even when the
[0039]
Furthermore, since the synchronous
[0040]
In this embodiment, a shield excavator has been described, but a so-called TBM (tunnel boring machine) that does not have a cylindrical shield frame or a complete tunnel is excavated in a groove shape. Of course, the present invention can be similarly applied to an excavator.
[0041]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the axial displacement and the radial displacement of the cutter frame due to the cutter frame, applied earth pressure, excavation resistance, and the like can be released by the guide pipe. Accordingly, the stress due to the displacement of the cutter frame is not directly transmitted to the cutter pipe rotating drum side, and it is possible to effectively avoid the adverse effects on the rotating body main body, the bearing portion thereof, the bulk head that supports the rotating body, and the like. Therefore, the apparatus can be prevented from being damaged, and an excellent effect that the cutter pipe rotating drum can be accurately rotated synchronously with the cutter frame is exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part A in FIG.
FIG. 3 is a front view showing an example of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 4 is a side view showing an example of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 5 is an explanatory view showing an operation example of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 6 is a front view showing an example of a conventional eccentric multi-axis excavator.
7 is a front view showing an example of operation of the conventional eccentric multi-axis excavator shown in FIG.
FIG. 8 is a side view showing an arrangement state of utility lines of a conventional eccentric multi-axis excavator.
FIG. 9 is a perspective view showing an operation state of a guide pipe of a conventional utility line.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an installed state of a conventional utility line guide pipe.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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- 1998-08-26 JP JP24044098A patent/JP4020506B2/en not_active Expired - Lifetime
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