JP4092828B2 - 融点の異なる部材同士の溶着方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波溶着によって医療用フィルターを輸液セットや輸血セット等の医療用器具の構成部品に組み込む製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療施設で輸液や輸血を行う場合に、異物が血管内に注入されないように、点滴セットの末端部（患者の身体に近い側）にメッシュのフィルターが装着されることが多い。しかし、製造の際にフィルターを点滴セットに組込むのは、容易でなかった。通常、点滴セットの末端部には、気泡除去のためのタコ管や注射針を取り付けるためのルアー（アダプター）部からなる硬質部分が装着されており、その一端部に適当な大きさのフィルター片をカットして、熱または接着剤によって貼り付けて製造される。
【０００３】
上記の硬質導管の一端に、フィルターシートを貼り付ける場合、一般的には以下のような３通りの方法がある。第１に、硬質導管に点滴セットの流路より大きいフィルターを装着した後、余った部分を切除する方法（装着→カット方式）である。第２は、予め点滴セットに装着される大きさにカットしたフィルターを準備しておき、それを硬質部端部に配置して装着する方法（カット→装着方式）である。第３は、フィルターのカットと硬質導管への装着を同時に行う方法である。
【０００４】
第１の方法だと、フィルターを装着した後に余分な周辺部をカットしなくてはならず、切断手段が限定され、また余分な周辺部のみをきれいに切除するのが困難であった。被装着部材が複雑な形状であると、切除工程も面倒であった。第２の方法は、予めカットするフィルター片に余分な周辺部分が少ないため、フィルター片を規定位置に正確に配置しないと、流路にフィルターが装着されない等の不良品が生産される恐れがある。また、第１や第２の方法はカットと装着の工程が別個であるため、生産効率が悪いという問題があった。
【０００５】
その点、第３の方法ではカットと装着の工程が同時に行なわれるため、効率的である。但し、この方法は熱をかけてカットと装着を同時に行うために、装着される硬質導管側の材質と装着するフィルターの材質とが限定されるという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、フィルター３と硬質導管１が同一の材質であれば、図３に示すような装置で切断し溶着することによって、両者を組込むことが可能である。つまり、熱または超音波による切断溶着装置８により、切断箇所９でフィルター３を切断するとともに、硬質導管１にフィルター３を溶着するのである。このとき、切断と溶断が同じ部位で行われるため、フィルターの切断箇所９はその溶着箇所１０と同じ箇所になる。装着するものと装着されるものとが同じ材質の場合には、この方法で装着することに問題は無い。
【０００７】
ところが、フィルターと硬質導管が異なる材質であると、上記方法ではフィルターを上手く装着することができない。フィルターの方が硬質導管よりが高い融点である場合、超音波による発熱により、硬質導管が先に溶けるため、フィルターを溶断することができない。熱溶着の場合には設定温度が低いと、溶着は可能でも、切断ができない。逆に温度が高過ぎると、フィルターがカットされる前に硬質導管が融解して、上手く溶着できない。
【０００８】
従って、本発明の目的は装着部材であるフィルターや被装着部材である硬質導管の材質を特に制限すること無く、硬質導管にフィルターを装着することであり、その際に簡便に効率的に装着できる方法と手段を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のような各手段によって、上記課題を解決した。即ち、本発明は融点の異なる２つの部材を溶着する方法で、該方法は高融点の部材を切断する切断工程と、切断した高融点の部材を低融点の部材に溶着させる溶着工程とからなり、切断工程と溶着工程とを実質的に同時に行い、高融点の部材において、その切断される切断部位と、低融点部材を（高融点部材に）溶着させる溶着部位とが異なり、さらに切断工程と溶着工程とを同じ超音波溶断手段によって行うことを特徴とする融点の異なる部材同士の溶着方法である。
【００１０】
本発明でいう高融点、低融点とは、２つの部材間で比較した場合の融点の高低を表わし、相対的な基準である。本発明の態様１としては、前記超音波溶断手段が、少なくともその一端部が臼状に窪んだ円柱形状に形成され、窪んだ端部の周縁部が環状突部に形成され、窪んだ端部の中央部が平坦な円形底部に形成されており、前記切断工程が（超音波溶断手段の）環状突部で行われ、溶着工程が（超音波溶断手段の）円形底部で行われる前記の溶着方法である。
【００１１】
本発明の態様２として、切断工程は当て部材と超音波溶断手段を併用し、これら両者同士を押圧することによって行い、溶着工程は前記超音波溶断手段によって、低融点の部材を（表層のみ）部分的に融解し、その融解物を高融点部材の周りに浸透させることによって行う前記の溶着方法である。
【００１２】
本発明の態様３として、前記低融点部材が管状の硬質導管であり、高融点部材がメッシュ状フィルターのものが挙げられる。
本発明の態様４として、低融点部材がポリオレフィン樹脂またはポリアミド樹脂からなるものであり、高融点部材がポリエステル樹脂製のものが挙げられる。
【００１３】
本発明の態様５として、前記当て部材が、その先端部分を除いて低融点部材の周囲を取り囲んで配置された金属製平板のものが挙げられる。
本発明の態様６として、前記超音波溶断手段において、環状突部と円形状底部との距離（深さｄ1）が、当て部材から露出した低融点部材の先端部高さ（ｄ２）よりも小さいものが挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図によって本発明の実施態様について、説明する。図１において、硬質導管のフィルタジョイント１は受け治具２でその周囲を保持されている。フィルタジョイント１は低融点のポリプロピレン（ＰＰ）製であり、その上端部はテーパーが形成されている。ジョイント１の上端面には、メッシュのフィルター３が載置されている。フィルター３は、ＰＰよりも高融点であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。
【００１５】
そして、フィルター３を載置したジョイント１の上側に、環状突部４と円形状底部５の形成された臼型形状の超音波ホーン６が、配置される。超音波ホーン６が下降し、フィルタジョイント１に接近する。そして、ジョイント１上面が（フィルター３を挟んで）円形状底部５に接触し、ジョイント１の上面の一部が融解する。
【００１６】
図２に示すように、超音波ホーン６において、環状突部４と円形状底部との距離（深さｄ1）が、当て部材である受け治具２から露出した低融点部材の先端部７の高さｄ２よりも小さいため、環状突部４が受け治具２に接触する前に、ジョイント１の先端部分７が円形状底部５に接触し、先端部分７の表層の一部分のみ融解する。その結果、フィルター３のメッシュの隙間に、ジョイント１表層部分のＰＰ融解物が浸透し、フィルター３はジョイント１の上面にしっかりと固着される。
【００１７】
先端部高さｄ２が深さｄ１以下になったら、先端部分７の円形状底部５への押圧力が低下し、その結果、超音波による融解は止まる。同時に、先端部高さｄ２が深さｄ１以下になったら、今度は環状突部４がフィルター３を挟んで受け治具２を押圧する。その結果、超音波による融解によって、フィルター３が環状突部の形状に沿って切断され、余分の断片が排除される。
【００１８】
即ち、本発明は上記のような特定の超音波溶断手段（超音波ホーン６）を使用して、装着部材（フィルター３）の切断と溶着とを実質的に同時に行うものである。また、装着部材の切断部位と溶着部位とが異なることを特徴とする溶着方法である。上記実施態様に示したように、フィルターを溶着面よりやや大き目に切断し、切断されたフィルター周囲より内側の領域で溶着を行うものである。それによって、フィルターで被覆されない領域を持つ不良のジョイント（硬質導管）を防止できる。
【００１９】
さらに、切断工程と溶着工程とを同一の超音波溶断手段で行うことや、超音波溶断手段の一部の箇所で切断を行うことや、別の箇所で溶着を行うことも、本発明の特徴の１つである。それによって、切断または溶着のための専用装置が別個に必要でなく、また切断と溶着が１つの工程で行えるため、不良品製造を防止することができる。
【００２０】
【実施例】
図２に、フィルターを硬質導管であるフィルタージョイントに装着するために、好ましい超音波ホーンと受け治具の形状・寸法を示す。ジョイント１の基部の外径Ｄ1が４．５ｍｍ、上面部の外径Ｄ2が３．７ｍｍ、上面部の内径Ｄ3が３．１ｍｍ、先端部高さｄ２が０．４５ｍｍの場合、超音波ホーンの環状突部の外径Ｄ4は４．６ｍｍ、環状突部内径Ｄ5は４．３ｍｍ、円形状底部の径Ｄ6が３．９ｍｍ、環状突部４から底部５までの距離、即ち深さｄ１は０．４ｍｍであるのが好ましい。超音波ホーンの材質としては、チタン鋼またはハイス鋼が望ましい。
【００２１】
ジョイント１の周囲をダイス鋼またはハイス鋼（金属）製の受け治具で、図１のように保持し、フィルター３を挟んだ状態で上側から超音波ホーン６を押圧する。円形状底部５をジョイント１上面に押し当てながら、熱で上面部の一部を融解し、フィルター３を固着する。それと同時に、環状突部４が受け治具２に押し当てられ、装着に不要な周辺のフィルター部分は切除され、必要な面積のフィルタ３のみがジョイント上面に溶着される。
【００２２】
表１は、フィルターを硬質導管に装着する上で、本発明の方法（実施例１）及び他の方法（比較例１〜５）について、様々な観点から評価を行ったものである。表１において、比較例１は図１０に示すような、従来の超音波溶着による受け治具無しの同時溶着法。比較例２，３，４，５は、それぞれ超音波溶着した後に、レーザーによるカット工程（比較例２）、熱によるカット工程（同３）、刃物によるカット工程（同４）を別に行う方法である。比較例５は刃物でカットした後に、超音波溶着を行う方法である。また、表中の評価は○が良、△が可、×が不可であることを示す。
【００２３】
本発明の溶着法は長時間連続稼動性の点で、受け治具の長期耐久性も材質を検討することで対応でき、他の方法から比較して、多くの評価項目において大変優れたものであることが判る。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【発明の効果】
本発明の方法によって、以下に示すような効果が得られる。
(1)装着部材（フィルター）や被装着部材（硬質導管）の材質を特に制限すること無く、被装着部材に装着部材を溶着することができる。
(2)装着部材の切断と、装着部材あるいは被装着部材の溶着をほぼ同時に行うため、生産効率が高く、しかも不良品の産生が抑えられる。
(3)簡便な方法のため、操作が容易であり、切断や溶着のための複雑な装置が不要なため、扱い易く、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を模式的に示す概略図。
【図２】本発明の方法を行うのに適した超音波ホーンや受け治具等の形状・寸法を示す概略図。
【図３】従来例を示す概略図。
【符号の説明】
１．フィルタージョイント（硬質導管）
２．受け治具（当て部材）
３．フィルター（メッシュフィルター）
４．環状突部（切断部）
５．円形状底部（溶着部）
６．超音波ホーン（超音波溶断手段）
７．ジョイント（硬質導管）先端部
８．切断溶着装置
９．切断箇所
１０．溶着箇所
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波溶着によって医療用フィルターを輸液セットや輸血セット等の医療用器具の構成部品に組み込む製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療施設で輸液や輸血を行う場合に、異物が血管内に注入されないように、点滴セットの末端部（患者の身体に近い側）にメッシュのフィルターが装着されることが多い。しかし、製造の際にフィルターを点滴セットに組込むのは、容易でなかった。通常、点滴セットの末端部には、気泡除去のためのタコ管や注射針を取り付けるためのルアー（アダプター）部からなる硬質部分が装着されており、その一端部に適当な大きさのフィルター片をカットして、熱または接着剤によって貼り付けて製造される。
【０００３】
上記の硬質導管の一端に、フィルターシートを貼り付ける場合、一般的には以下のような３通りの方法がある。第１に、硬質導管に点滴セットの流路より大きいフィルターを装着した後、余った部分を切除する方法（装着→カット方式）である。第２は、予め点滴セットに装着される大きさにカットしたフィルターを準備しておき、それを硬質部端部に配置して装着する方法（カット→装着方式）である。第３は、フィルターのカットと硬質導管への装着を同時に行う方法である。
【０００４】
第１の方法だと、フィルターを装着した後に余分な周辺部をカットしなくてはならず、切断手段が限定され、また余分な周辺部のみをきれいに切除するのが困難であった。被装着部材が複雑な形状であると、切除工程も面倒であった。第２の方法は、予めカットするフィルター片に余分な周辺部分が少ないため、フィルター片を規定位置に正確に配置しないと、流路にフィルターが装着されない等の不良品が生産される恐れがある。また、第１や第２の方法はカットと装着の工程が別個であるため、生産効率が悪いという問題があった。
【０００５】
その点、第３の方法ではカットと装着の工程が同時に行なわれるため、効率的である。但し、この方法は熱をかけてカットと装着を同時に行うために、装着される硬質導管側の材質と装着するフィルターの材質とが限定されるという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、フィルター３と硬質導管１が同一の材質であれば、図３に示すような装置で切断し溶着することによって、両者を組込むことが可能である。つまり、熱または超音波による切断溶着装置８により、切断箇所９でフィルター３を切断するとともに、硬質導管１にフィルター３を溶着するのである。このとき、切断と溶断が同じ部位で行われるため、フィルターの切断箇所９はその溶着箇所１０と同じ箇所になる。装着するものと装着されるものとが同じ材質の場合には、この方法で装着することに問題は無い。
【０００７】
ところが、フィルターと硬質導管が異なる材質であると、上記方法ではフィルターを上手く装着することができない。フィルターの方が硬質導管よりが高い融点である場合、超音波による発熱により、硬質導管が先に溶けるため、フィルターを溶断することができない。熱溶着の場合には設定温度が低いと、溶着は可能でも、切断ができない。逆に温度が高過ぎると、フィルターがカットされる前に硬質導管が融解して、上手く溶着できない。
【０００８】
従って、本発明の目的は装着部材であるフィルターや被装着部材である硬質導管の材質を特に制限すること無く、硬質導管にフィルターを装着することであり、その際に簡便に効率的に装着できる方法と手段を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のような各手段によって、上記課題を解決した。即ち、本発明は融点の異なる２つの部材を溶着する方法で、該方法は高融点の部材を切断する切断工程と、切断した高融点の部材を低融点の部材に溶着させる溶着工程とからなり、切断工程と溶着工程とを実質的に同時に行い、高融点の部材において、その切断される切断部位と、低融点部材を（高融点部材に）溶着させる溶着部位とが異なり、さらに切断工程と溶着工程とを同じ超音波溶断手段によって行うことを特徴とする融点の異なる部材同士の溶着方法である。
【００１０】
本発明でいう高融点、低融点とは、２つの部材間で比較した場合の融点の高低を表わし、相対的な基準である。本発明の態様１としては、前記超音波溶断手段が、少なくともその一端部が臼状に窪んだ円柱形状に形成され、窪んだ端部の周縁部が環状突部に形成され、窪んだ端部の中央部が平坦な円形底部に形成されており、前記切断工程が（超音波溶断手段の）環状突部で行われ、溶着工程が（超音波溶断手段の）円形底部で行われる前記の溶着方法である。
【００１１】
本発明の態様２として、切断工程は当て部材と超音波溶断手段を併用し、これら両者同士を押圧することによって行い、溶着工程は前記超音波溶断手段によって、低融点の部材を（表層のみ）部分的に融解し、その融解物を高融点部材の周りに浸透させることによって行う前記の溶着方法である。
【００１２】
本発明の態様３として、前記低融点部材が管状の硬質導管であり、高融点部材がメッシュ状フィルターのものが挙げられる。
本発明の態様４として、低融点部材がポリオレフィン樹脂またはポリアミド樹脂からなるものであり、高融点部材がポリエステル樹脂製のものが挙げられる。
【００１３】
本発明の態様５として、前記当て部材が、その先端部分を除いて低融点部材の周囲を取り囲んで配置された金属製平板のものが挙げられる。
本発明の態様６として、前記超音波溶断手段において、環状突部と円形状底部との距離（深さｄ1）が、当て部材から露出した低融点部材の先端部高さ（ｄ２）よりも小さいものが挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図によって本発明の実施態様について、説明する。図１において、硬質導管のフィルタジョイント１は受け治具２でその周囲を保持されている。フィルタジョイント１は低融点のポリプロピレン（ＰＰ）製であり、その上端部はテーパーが形成されている。ジョイント１の上端面には、メッシュのフィルター３が載置されている。フィルター３は、ＰＰよりも高融点であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。
【００１５】
そして、フィルター３を載置したジョイント１の上側に、環状突部４と円形状底部５の形成された臼型形状の超音波ホーン６が、配置される。超音波ホーン６が下降し、フィルタジョイント１に接近する。そして、ジョイント１上面が（フィルター３を挟んで）円形状底部５に接触し、ジョイント１の上面の一部が融解する。
【００１６】
図２に示すように、超音波ホーン６において、環状突部４と円形状底部との距離（深さｄ1）が、当て部材である受け治具２から露出した低融点部材の先端部７の高さｄ２よりも小さいため、環状突部４が受け治具２に接触する前に、ジョイント１の先端部分７が円形状底部５に接触し、先端部分７の表層の一部分のみ融解する。その結果、フィルター３のメッシュの隙間に、ジョイント１表層部分のＰＰ融解物が浸透し、フィルター３はジョイント１の上面にしっかりと固着される。
【００１７】
先端部高さｄ２が深さｄ１以下になったら、先端部分７の円形状底部５への押圧力が低下し、その結果、超音波による融解は止まる。同時に、先端部高さｄ２が深さｄ１以下になったら、今度は環状突部４がフィルター３を挟んで受け治具２を押圧する。その結果、超音波による融解によって、フィルター３が環状突部の形状に沿って切断され、余分の断片が排除される。
【００１８】
即ち、本発明は上記のような特定の超音波溶断手段（超音波ホーン６）を使用して、装着部材（フィルター３）の切断と溶着とを実質的に同時に行うものである。また、装着部材の切断部位と溶着部位とが異なることを特徴とする溶着方法である。上記実施態様に示したように、フィルターを溶着面よりやや大き目に切断し、切断されたフィルター周囲より内側の領域で溶着を行うものである。それによって、フィルターで被覆されない領域を持つ不良のジョイント（硬質導管）を防止できる。
【００１９】
さらに、切断工程と溶着工程とを同一の超音波溶断手段で行うことや、超音波溶断手段の一部の箇所で切断を行うことや、別の箇所で溶着を行うことも、本発明の特徴の１つである。それによって、切断または溶着のための専用装置が別個に必要でなく、また切断と溶着が１つの工程で行えるため、不良品製造を防止することができる。
【００２０】
【実施例】
図２に、フィルターを硬質導管であるフィルタージョイントに装着するために、好ましい超音波ホーンと受け治具の形状・寸法を示す。ジョイント１の基部の外径Ｄ1が４．５ｍｍ、上面部の外径Ｄ2が３．７ｍｍ、上面部の内径Ｄ3が３．１ｍｍ、先端部高さｄ２が０．４５ｍｍの場合、超音波ホーンの環状突部の外径Ｄ4は４．６ｍｍ、環状突部内径Ｄ5は４．３ｍｍ、円形状底部の径Ｄ6が３．９ｍｍ、環状突部４から底部５までの距離、即ち深さｄ１は０．４ｍｍであるのが好ましい。超音波ホーンの材質としては、チタン鋼またはハイス鋼が望ましい。
【００２１】
ジョイント１の周囲をダイス鋼またはハイス鋼（金属）製の受け治具で、図１のように保持し、フィルター３を挟んだ状態で上側から超音波ホーン６を押圧する。円形状底部５をジョイント１上面に押し当てながら、熱で上面部の一部を融解し、フィルター３を固着する。それと同時に、環状突部４が受け治具２に押し当てられ、装着に不要な周辺のフィルター部分は切除され、必要な面積のフィルタ３のみがジョイント上面に溶着される。
【００２２】
表１は、フィルターを硬質導管に装着する上で、本発明の方法（実施例１）及び他の方法（比較例１〜５）について、様々な観点から評価を行ったものである。表１において、比較例１は図１０に示すような、従来の超音波溶着による受け治具無しの同時溶着法。比較例２，３，４，５は、それぞれ超音波溶着した後に、レーザーによるカット工程（比較例２）、熱によるカット工程（同３）、刃物によるカット工程（同４）を別に行う方法である。比較例５は刃物でカットした後に、超音波溶着を行う方法である。また、表中の評価は○が良、△が可、×が不可であることを示す。
【００２３】
本発明の溶着法は長時間連続稼動性の点で、受け治具の長期耐久性も材質を検討することで対応でき、他の方法から比較して、多くの評価項目において大変優れたものであることが判る。
【００２４】
【表１】
【発明の効果】
本発明の方法によって、以下に示すような効果が得られる。
(1)装着部材（フィルター）や被装着部材（硬質導管）の材質を特に制限すること無く、被装着部材に装着部材を溶着することができる。
(2)装着部材の切断と、装着部材あるいは被装着部材の溶着をほぼ同時に行うため、生産効率が高く、しかも不良品の産生が抑えられる。
(3)簡便な方法のため、操作が容易であり、切断や溶着のための複雑な装置が不要なため、扱い易く、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を模式的に示す概略図。
【図２】本発明の方法を行うのに適した超音波ホーンや受け治具等の形状・寸法を示す概略図。
【図３】従来例を示す概略図。
【符号の説明】
１．フィルタージョイント（硬質導管）
２．受け治具（当て部材）
３．フィルター（メッシュフィルター）
４．環状突部（切断部）
５．円形状底部（溶着部）
６．超音波ホーン（超音波溶断手段）
７．ジョイント（硬質導管）先端部
８．切断溶着装置
９．切断箇所
１０．溶着箇所
Claims (6)
- 融点の異なる２つの部材を溶着する方法で、該方法は高融点の部材を切断する切断工程と、切断した高融点の部材を低融点の部材に溶着させる溶着工程とからなり、切断工程と溶着工程とを実質的に同時に行い、高融点の部材において、その切断される切断部位と、低融点部材を（高融点部材に）溶着させる溶着部位とが異なり、さらに切断工程と溶着工程とを同じ超音波溶断手段によって行うことを特徴とする融点の異なる部材同士の溶着方法。
- 前記超音波溶断手段が、少なくともその一端部が臼状に窪んだ円柱形状に形成され、窪んだ端部の周縁部が環状突部に形成され、窪んだ端部の中央部が平坦な円形底部に形成されており、前記切断工程が（超音波溶断手段の）環状突部で行われ、溶着工程が（超音波溶断手段の）円形底部で行われる請求項１に記載の溶着方法。
- 切断工程は当て部材と超音波溶断手段を併用し、これら両者同士を押圧することによって行い、溶着工程は前記超音波溶断手段によって、低融点の部材を（表層のみ）部分的に融解し、その融解物を高融点部材の周りに浸透させることによって行う請求項１または２のいずれかの項に記載の溶着方法。
- 低融点部材がポリオレフィン樹脂またはポリアミド樹脂からなるものであり、高融点部材がポリエステル樹脂製である請求項１〜３のいずれかの項に記載の溶着方法。
- 前記当て部材が、その先端部分を除いて低融点部材の周囲を取り囲んで配置された金属製平板である請求項１〜４のいずれかの項に記載の溶着方法。
- 前記超音波溶断手段において、環状突部と円形状底部との距離（深さｄ1）が、当て部材から露出した低融点部材の先端部高さ（ｄ２）よりも小さいものである請求項１〜５のいずれかの項に記載の溶着方法。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31556899A JP4092828B2 (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 融点の異なる部材同士の溶着方法 |
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| JP5018362B2 (ja) * | 2007-09-11 | 2012-09-05 | 株式会社ジェイ・エム・エス | 通気構造および通気構造形成方法 |
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