JPH0159974B2 - - Google Patents
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- JPH0159974B2 JPH0159974B2 JP60188590A JP18859085A JPH0159974B2 JP H0159974 B2 JPH0159974 B2 JP H0159974B2 JP 60188590 A JP60188590 A JP 60188590A JP 18859085 A JP18859085 A JP 18859085A JP H0159974 B2 JPH0159974 B2 JP H0159974B2
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- Silicon Compounds (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
Description
[産業上の利用分野]
本発明は粒径が非常に揃つた、いわゆる単分散
性の良好なシリカ粒子の製造方法に関する。 [従来技術およびその問題点] 従来、アルコキシシランなど加水分解可能な有
機珪素化合物を水、アンモニアおよびアルコール
の反応液中において加水分解することにより、シ
リカ粒子を得る方法が知られている。 しかしながら、従来法において得られる単分散
性の良好なシリカ粒子は、粒径が一般に0.05〜1μ
mと小さく、1μm以上の大きなシリカ粒子を得
ようとする場合には粒径が不揃いとなる問題があ
つた。即ち、反応液に有機珪素化合物またはその
溶液を添加する従来法では、反応液の後半におい
て微細なシリカ粒子の発生、あるいは複数個のシ
リカ粒子が凝集して大きなシリカ粒子を生成する
現象を伴うため、均一粒径のシリカ粒子が得られ
ない。したがつて、単分散性の良好なシリカ粒子
を得るためには、反応を巳む無く止ざるを得ず、
粒子が1μm以下のシリカ粒子しか得られなかつ
た。 一方、有機珪素化合物として例えばテトラペン
チルシリケートなど長鎖アルコールの珪酸エステ
ル、および反応液として例えばプロパノール/メ
タノール(=3/1)などの混合溶媒を用いるこ
とにより、粒径が2μmまでのシリカ粒子を得る
方法も提案されているが、前記と同様に単分散性
は比較的良好であるにしても、粒径の再現性が悪
いため、常に所望する粒径が得られ難い欠点があ
る。 [問題を解決するための手段] 本発明者等は、上記した従来法における問題点
を解決し、単分散性の良好なシリカ粒子を任意の
大きさで再現性よく得るために鋭意研究を重ね
た。その結果、加水分解可能な有機珪素化合物を
反応液中において加水分解してシリカ粒子を生成
するに際し、該反応液の水およびアンモニアの濃
度を実質的に変化させることなく均一に維持する
ことにより、該有機珪素化合物の添加量に応じ
て、生成したシリカ粒子は良好な単分散の状態を
保持したまま粒径が成長することを見出し、本発
明を提案するに至つたものである。即ち、本発明
は加水分解可能な有機珪素化合物を反応液中にお
いて、該反応液中の水よびアンモニアの濃度を変
化させることなく加水分解することを特徴とする
シリカ粒子の製造方法である。 本発明の方法は、基本的には反応液中の水およ
びアンモニアの濃度を反応が続行される間、常に
反応の初期値から大きく変化させない様に、一定
の範囲にコントロールすることに留意すればよ
く、他の条件は特に制限されない。即ち、本発明
は反応液における水の濃度=水/溶媒(合計)お
よびアンモニアの濃度=アンモニア/溶媒(合
計)をそれぞれ初期値の一定範囲内にコントロー
ルすることによりり、有機珪素化合物の添加量に
かかわらず、常に均一粒径を維持したシリカ粒子
を得ることが出来る。なお、上記の反応液におけ
る溶媒(合計)とは、後記するような水を除く有
機溶媒であり、初期混合液の溶媒+有機珪素化合
物の溶液の溶媒+該有機珪素化合物の加水分解反
応において生じる溶媒の合計量を示す。 本発明の反応液において、維持する水の濃度は
一般に0.5〜50mol/、特に1〜30mol/、ま
たアンモニアの濃度は一般に1.0〜10mol/、
特に2〜8mol/、の範囲にすることが好まし
い。即ち、反応液における水および/またはアン
モニアの濃度が上記した範囲より低い場合には、
本発明の効果が充分に発揮されず、粒径の成長速
度が遅いばかりでなく、均一粒子が得られない。
また、反応液における水およびアンモニアの濃度
が高いほど、粒径の成長速度が速いが、上記した
範囲より高い場合には均一粒径のシリカ粒子が得
られない。 本発明において、反応液の水およびアンモニア
の濃度を変化させることなく均一に維持する方法
は、一般に予め所定の濃度に調整した水、アンモ
ニアおよび溶媒の反応液に、原料である加水分解
可能な有機珪素化合物と水およびアンモニアと
を、所定濃度を維持する割合で逐次に同時添加す
ることにより、簡便に達成される。このような本
発明方法においては、反応の終点というものがな
いため、生成、成長するシリカ粒子が所望する粒
径に達した時点で、原料の有機珪素化合物の添加
を停止すればよい。したがつて、本発明の方法に
よれば、反応の途中において微細なシリカ粒子の
発生および凝集粒子の生成がなく、生成したシリ
カ粒子は単分散状態のまま粒径が成長するため、
任意の大きさの均一粒径球状シリカ粒子を得るこ
とが出来る。 本発明の原料である加水分解可能な有機珪素化
合物は特に限定されないが、代表的には一般式Si
(OR)4またはSiR′n(OR)n−4で示されるアルコ
キシシラン、またはアルコキシシランを部分的に
加水分解して得られる低縮合物が工業的に入手し
易く、その1種または2種以上の混合物が好まし
く使用される。なお、上記の一般式において、R
およびR′はアルキル基で、例えばメチル基、エ
チル基、イソプロピル基、ブチル基などの低級ア
ルキル基が好適である。 本発明において、上記した加水分解可能な有機
珪素化合物は溶媒を用いることなく、そのまま反
応液に添加することも可能であるが、反応の制御
を容易にするために、該有機珪素化合物の濃度を
一般に50重量%以下、特に5〜50重量%の範囲に
稀釈して使用することが好ましい。この稀釈用の
溶媒としては、加水分解可能な有機珪素化合物を
溶解するこが出来、しかも水と一定の割合で均一
に混合できるものであれば特に制限されないが、
一般に容易に入手可能な例えばメタノール、エタ
ノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、
エチレングリコールプロピレングリコールなどの
のアルコール類が好適に用いられる。 次に、本発明に用いる反応液として水、アンモ
ニアおよび溶媒よりなる均一混合溶液を調整す
る。反応液に用いる溶媒としては、水およびアン
モニアと均一な溶液を調整できるものであれば特
に制限されず、一般に前記したアルコール類が好
適であり、また一般に炭素原子数の多いアルコー
ル類を用いるほど、得られるシリカ粒子の粒径を
大きく出来る傾向にある。なお、反応液における
水およびアンモニアの濃度は、前記したように、
それぞれ0.5〜50mol/、1.0〜10mol/の範
囲から選択して決定すればよい。 本発明において加水分解反応は、反応液に有機
珪素化合物、水およびアンモニアを同時に添加、
混合することによつて、該反応液における水およ
びアンモニアの濃度を実質的に変化させることな
く達成される。反応液に有機珪素化合物、水およ
びアンモニアを同時に添加、混合する方法は特に
制御されないが、それぞれ少量づつ長時間かけて
添加することが好ましく、一般に反応液が2倍量
に達成する時間が数分〜数時間の範囲で実施すれ
ばよい。なお、反応液に有機珪素化合物と同時に
添加、混合する水およびアンモニアは、それぞれ
単独で用いてもよく、また適当な溶媒にそれぞれ
溶解した溶液、さらにに両者を混合した溶液とし
て用いてもよい。この場合、溶媒としては特に限
定されないが、前記した反応液において用いた溶
媒と同一のアルコール類が好適に用いられる。こ
のような反応液に添加する水およびアンモニアの
濃度は、反応液の初期値より稀薄な場合には、反
応液における組成(濃度)のコントロールが不可
能になり、逆に高すぎる場合には操作が難しくな
るため、一般に水の濃度を1〜50mol/またア
ンモニアの濃度を1〜10mol/の範囲で調整す
ることが好ましい。 本発明の目的とする均一粒径のシリカ粒子を得
るためには、反応を続行する間、反応液における
水およびアンモニアの濃度はそれぞれ一般に0.5
〜50mol/、1〜10mol/の範囲で選択した
所定の初期値に対して±50%以内、好ましくは±
30%以内である実質的に変化させないようにコン
トロールすることが必要である。即ち、一般に粒
径が0.05〜2μmである均一粒径のシリカ粒子を得
る場合には、反応液における水およびアンモニア
の濃度をそれぞれ上記した初期値の±50%以内に
維持することが好ましく、2μm以上である均一
粒径のシリカ粒子を得る場合には、同様に±30%
以内に維持することが好ましい。 本発明における反応温度は、種々の条件により
異なり一概に限定することが出来ないが、一般に
大気圧下で0〜40℃、好ましくは5〜30℃で実施
される。 [効果] 本発明によれば、一般に粒子径が0.05〜50μm
の範囲で、粒子径の変動係数が10%以下という揃
つた粒度分布を有する球状シリカ粒子を任意に得
ることが出来る。 [実施例] 以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明す
るが、本発明にこれらの実施例によつて何ら制限
されるものではない。 実施例 1 攪拌機つきの内容積5のガラス製反応器に、
メタノールおよびアンモニア水(25重量%)それ
ぞれ1.6および320gを仕込み、良く混合して反
応液を調整した。 また、メタノール1に対して、テトラエチル
シリケート[Si(OC2H5)4]日本ユルコート化学
社製、商品名エチルシリケート28]208gを溶解
した原料溶液を準備した。同じくメタノール1
に対して、アンモニア水(25重量%)500gを溶
解した溶液を準備した。 次に、反応器の温度を20℃に保ちながら、原料
液を10g/min、アンモニア性メタノール溶液を
13g/minの速度で同時に添加、混合した。な
お、反応液の量に応じて、反応容器を5から20
、50、100と順々に大きな反応容器に取り
替えた。添加開始後、数分間で反応液は乳白色と
なつた。表−1に示す所定量のテトラエチルシリ
ケートの溶液を添加した後、反応を停止し、反応
液からエバポーター溶媒、水およびアンモニアを
除き、生成したシリカ粒子を取り出した。 得られたシリカ粒子は走査型電子顕微鏡写真に
より観察の結果、テトラエチルシリケートの添加
量にかかわらず、いずれも球形であつた。また、
それぞれ得られたシリカ粒子の粒径および変動係
数を表−1に示した。
性の良好なシリカ粒子の製造方法に関する。 [従来技術およびその問題点] 従来、アルコキシシランなど加水分解可能な有
機珪素化合物を水、アンモニアおよびアルコール
の反応液中において加水分解することにより、シ
リカ粒子を得る方法が知られている。 しかしながら、従来法において得られる単分散
性の良好なシリカ粒子は、粒径が一般に0.05〜1μ
mと小さく、1μm以上の大きなシリカ粒子を得
ようとする場合には粒径が不揃いとなる問題があ
つた。即ち、反応液に有機珪素化合物またはその
溶液を添加する従来法では、反応液の後半におい
て微細なシリカ粒子の発生、あるいは複数個のシ
リカ粒子が凝集して大きなシリカ粒子を生成する
現象を伴うため、均一粒径のシリカ粒子が得られ
ない。したがつて、単分散性の良好なシリカ粒子
を得るためには、反応を巳む無く止ざるを得ず、
粒子が1μm以下のシリカ粒子しか得られなかつ
た。 一方、有機珪素化合物として例えばテトラペン
チルシリケートなど長鎖アルコールの珪酸エステ
ル、および反応液として例えばプロパノール/メ
タノール(=3/1)などの混合溶媒を用いるこ
とにより、粒径が2μmまでのシリカ粒子を得る
方法も提案されているが、前記と同様に単分散性
は比較的良好であるにしても、粒径の再現性が悪
いため、常に所望する粒径が得られ難い欠点があ
る。 [問題を解決するための手段] 本発明者等は、上記した従来法における問題点
を解決し、単分散性の良好なシリカ粒子を任意の
大きさで再現性よく得るために鋭意研究を重ね
た。その結果、加水分解可能な有機珪素化合物を
反応液中において加水分解してシリカ粒子を生成
するに際し、該反応液の水およびアンモニアの濃
度を実質的に変化させることなく均一に維持する
ことにより、該有機珪素化合物の添加量に応じ
て、生成したシリカ粒子は良好な単分散の状態を
保持したまま粒径が成長することを見出し、本発
明を提案するに至つたものである。即ち、本発明
は加水分解可能な有機珪素化合物を反応液中にお
いて、該反応液中の水よびアンモニアの濃度を変
化させることなく加水分解することを特徴とする
シリカ粒子の製造方法である。 本発明の方法は、基本的には反応液中の水およ
びアンモニアの濃度を反応が続行される間、常に
反応の初期値から大きく変化させない様に、一定
の範囲にコントロールすることに留意すればよ
く、他の条件は特に制限されない。即ち、本発明
は反応液における水の濃度=水/溶媒(合計)お
よびアンモニアの濃度=アンモニア/溶媒(合
計)をそれぞれ初期値の一定範囲内にコントロー
ルすることによりり、有機珪素化合物の添加量に
かかわらず、常に均一粒径を維持したシリカ粒子
を得ることが出来る。なお、上記の反応液におけ
る溶媒(合計)とは、後記するような水を除く有
機溶媒であり、初期混合液の溶媒+有機珪素化合
物の溶液の溶媒+該有機珪素化合物の加水分解反
応において生じる溶媒の合計量を示す。 本発明の反応液において、維持する水の濃度は
一般に0.5〜50mol/、特に1〜30mol/、ま
たアンモニアの濃度は一般に1.0〜10mol/、
特に2〜8mol/、の範囲にすることが好まし
い。即ち、反応液における水および/またはアン
モニアの濃度が上記した範囲より低い場合には、
本発明の効果が充分に発揮されず、粒径の成長速
度が遅いばかりでなく、均一粒子が得られない。
また、反応液における水およびアンモニアの濃度
が高いほど、粒径の成長速度が速いが、上記した
範囲より高い場合には均一粒径のシリカ粒子が得
られない。 本発明において、反応液の水およびアンモニア
の濃度を変化させることなく均一に維持する方法
は、一般に予め所定の濃度に調整した水、アンモ
ニアおよび溶媒の反応液に、原料である加水分解
可能な有機珪素化合物と水およびアンモニアと
を、所定濃度を維持する割合で逐次に同時添加す
ることにより、簡便に達成される。このような本
発明方法においては、反応の終点というものがな
いため、生成、成長するシリカ粒子が所望する粒
径に達した時点で、原料の有機珪素化合物の添加
を停止すればよい。したがつて、本発明の方法に
よれば、反応の途中において微細なシリカ粒子の
発生および凝集粒子の生成がなく、生成したシリ
カ粒子は単分散状態のまま粒径が成長するため、
任意の大きさの均一粒径球状シリカ粒子を得るこ
とが出来る。 本発明の原料である加水分解可能な有機珪素化
合物は特に限定されないが、代表的には一般式Si
(OR)4またはSiR′n(OR)n−4で示されるアルコ
キシシラン、またはアルコキシシランを部分的に
加水分解して得られる低縮合物が工業的に入手し
易く、その1種または2種以上の混合物が好まし
く使用される。なお、上記の一般式において、R
およびR′はアルキル基で、例えばメチル基、エ
チル基、イソプロピル基、ブチル基などの低級ア
ルキル基が好適である。 本発明において、上記した加水分解可能な有機
珪素化合物は溶媒を用いることなく、そのまま反
応液に添加することも可能であるが、反応の制御
を容易にするために、該有機珪素化合物の濃度を
一般に50重量%以下、特に5〜50重量%の範囲に
稀釈して使用することが好ましい。この稀釈用の
溶媒としては、加水分解可能な有機珪素化合物を
溶解するこが出来、しかも水と一定の割合で均一
に混合できるものであれば特に制限されないが、
一般に容易に入手可能な例えばメタノール、エタ
ノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、
エチレングリコールプロピレングリコールなどの
のアルコール類が好適に用いられる。 次に、本発明に用いる反応液として水、アンモ
ニアおよび溶媒よりなる均一混合溶液を調整す
る。反応液に用いる溶媒としては、水およびアン
モニアと均一な溶液を調整できるものであれば特
に制限されず、一般に前記したアルコール類が好
適であり、また一般に炭素原子数の多いアルコー
ル類を用いるほど、得られるシリカ粒子の粒径を
大きく出来る傾向にある。なお、反応液における
水およびアンモニアの濃度は、前記したように、
それぞれ0.5〜50mol/、1.0〜10mol/の範
囲から選択して決定すればよい。 本発明において加水分解反応は、反応液に有機
珪素化合物、水およびアンモニアを同時に添加、
混合することによつて、該反応液における水およ
びアンモニアの濃度を実質的に変化させることな
く達成される。反応液に有機珪素化合物、水およ
びアンモニアを同時に添加、混合する方法は特に
制御されないが、それぞれ少量づつ長時間かけて
添加することが好ましく、一般に反応液が2倍量
に達成する時間が数分〜数時間の範囲で実施すれ
ばよい。なお、反応液に有機珪素化合物と同時に
添加、混合する水およびアンモニアは、それぞれ
単独で用いてもよく、また適当な溶媒にそれぞれ
溶解した溶液、さらにに両者を混合した溶液とし
て用いてもよい。この場合、溶媒としては特に限
定されないが、前記した反応液において用いた溶
媒と同一のアルコール類が好適に用いられる。こ
のような反応液に添加する水およびアンモニアの
濃度は、反応液の初期値より稀薄な場合には、反
応液における組成(濃度)のコントロールが不可
能になり、逆に高すぎる場合には操作が難しくな
るため、一般に水の濃度を1〜50mol/またア
ンモニアの濃度を1〜10mol/の範囲で調整す
ることが好ましい。 本発明の目的とする均一粒径のシリカ粒子を得
るためには、反応を続行する間、反応液における
水およびアンモニアの濃度はそれぞれ一般に0.5
〜50mol/、1〜10mol/の範囲で選択した
所定の初期値に対して±50%以内、好ましくは±
30%以内である実質的に変化させないようにコン
トロールすることが必要である。即ち、一般に粒
径が0.05〜2μmである均一粒径のシリカ粒子を得
る場合には、反応液における水およびアンモニア
の濃度をそれぞれ上記した初期値の±50%以内に
維持することが好ましく、2μm以上である均一
粒径のシリカ粒子を得る場合には、同様に±30%
以内に維持することが好ましい。 本発明における反応温度は、種々の条件により
異なり一概に限定することが出来ないが、一般に
大気圧下で0〜40℃、好ましくは5〜30℃で実施
される。 [効果] 本発明によれば、一般に粒子径が0.05〜50μm
の範囲で、粒子径の変動係数が10%以下という揃
つた粒度分布を有する球状シリカ粒子を任意に得
ることが出来る。 [実施例] 以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明す
るが、本発明にこれらの実施例によつて何ら制限
されるものではない。 実施例 1 攪拌機つきの内容積5のガラス製反応器に、
メタノールおよびアンモニア水(25重量%)それ
ぞれ1.6および320gを仕込み、良く混合して反
応液を調整した。 また、メタノール1に対して、テトラエチル
シリケート[Si(OC2H5)4]日本ユルコート化学
社製、商品名エチルシリケート28]208gを溶解
した原料溶液を準備した。同じくメタノール1
に対して、アンモニア水(25重量%)500gを溶
解した溶液を準備した。 次に、反応器の温度を20℃に保ちながら、原料
液を10g/min、アンモニア性メタノール溶液を
13g/minの速度で同時に添加、混合した。な
お、反応液の量に応じて、反応容器を5から20
、50、100と順々に大きな反応容器に取り
替えた。添加開始後、数分間で反応液は乳白色と
なつた。表−1に示す所定量のテトラエチルシリ
ケートの溶液を添加した後、反応を停止し、反応
液からエバポーター溶媒、水およびアンモニアを
除き、生成したシリカ粒子を取り出した。 得られたシリカ粒子は走査型電子顕微鏡写真に
より観察の結果、テトラエチルシリケートの添加
量にかかわらず、いずれも球形であつた。また、
それぞれ得られたシリカ粒子の粒径および変動係
数を表−1に示した。
【表】
実施例 2
実施例1と同一条件で反応を進め、テトラエチ
ルシリケートの添加量が208gに達した時点で反
応を中断した。反応容器中の反応液が充分に均一
混合された状態で、反応液を1/10量に減らした
後、続いて前と同様にテトラエチルシリケートの
原料溶液およびアンモニア水のメタノール溶液を
同時添加を行つた。さらに、テトラエチルシリケ
ート量が4160g、10400gに到達した時点で、反
応液を1/10量に減らして、再び反応を続行した。
それらの結果を、表−2にシリカ粒子の粒径と変
動係数を示した。
ルシリケートの添加量が208gに達した時点で反
応を中断した。反応容器中の反応液が充分に均一
混合された状態で、反応液を1/10量に減らした
後、続いて前と同様にテトラエチルシリケートの
原料溶液およびアンモニア水のメタノール溶液を
同時添加を行つた。さらに、テトラエチルシリケ
ート量が4160g、10400gに到達した時点で、反
応液を1/10量に減らして、再び反応を続行した。
それらの結果を、表−2にシリカ粒子の粒径と変
動係数を示した。
【表】
比較例 1
攪拌器つき反応容器にメタノール1.6および
アンモニア水(25重量%)320gを仕込み、良く
混合して20℃に保つた。次に、メタノール1に
テトラエチルシリケート208gを溶解した溶液を、
上記の反応液に10g/minの速度で添加混合し
た。 テトラエチルシリケートの添加量に応じて、得
られるシリカ粒子について平均粒径とその変動係
数を表−3に示した。
アンモニア水(25重量%)320gを仕込み、良く
混合して20℃に保つた。次に、メタノール1に
テトラエチルシリケート208gを溶解した溶液を、
上記の反応液に10g/minの速度で添加混合し
た。 テトラエチルシリケートの添加量に応じて、得
られるシリカ粒子について平均粒径とその変動係
数を表−3に示した。
【表】
Claims (1)
- 1 加水分解可能な有機珪素化合物を、反応液中
において水およびアンモニアの濃度を実質的に変
化させることなく加水分解することを特徴とする
シリカ粒子の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60188590A JPS6252119A (ja) | 1985-08-29 | 1985-08-29 | シリカ粒子の製造方法 |
Related Child Applications (1)
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JP13832188A Division JPS63310714A (ja) | 1988-06-07 | 1988-06-07 | シリカ粒子 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6252119A JPS6252119A (ja) | 1987-03-06 |
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Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
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WO2018181713A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 日揮触媒化成株式会社 | シリカ粒子分散液の製造方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58156524A (ja) * | 1982-03-06 | 1983-09-17 | Tokuyama Soda Co Ltd | 無機酸化物及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-08-29 JP JP60188590A patent/JPS6252119A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58156524A (ja) * | 1982-03-06 | 1983-09-17 | Tokuyama Soda Co Ltd | 無機酸化物及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6252119A (ja) | 1987-03-06 |
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