JPH0160680B2 - - Google Patents
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- JPH0160680B2 JPH0160680B2 JP60002610A JP261085A JPH0160680B2 JP H0160680 B2 JPH0160680 B2 JP H0160680B2 JP 60002610 A JP60002610 A JP 60002610A JP 261085 A JP261085 A JP 261085A JP H0160680 B2 JPH0160680 B2 JP H0160680B2
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- flow compressor
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- blade
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、羽根と入口被膜を有するケーシング
との間の半径方向の〓間を最小にする手段を備え
る軸流圧縮機の羽根車に関する。
との間の半径方向の〓間を最小にする手段を備え
る軸流圧縮機の羽根車に関する。
圧縮機、特に軸流圧縮機において、効率及び運
転状態は羽根車の羽根とケーシングの間の半径方
向〓間を極力小さく保持することが出来るかどう
かに高度に依存している。半径方向〓間を最小に
しようとするときには、例えば、ケーシング被膜
(入り口被膜)の擦られることによる摩耗によつ
て半径方向〓間を調節することが出来る。しか
し、流体の羽根は出来る限り僅かしか摩耗しない
ものでなければならない。そうでないと、特にケ
ーシングが卵形のとき、半径方向〓間が不利に大
きいままにとどまり、また羽根が短くなつたため
に、オーバーホールの際の羽根の修理に費用がか
かるか或いは廃棄しなければならないからであ
る。
転状態は羽根車の羽根とケーシングの間の半径方
向〓間を極力小さく保持することが出来るかどう
かに高度に依存している。半径方向〓間を最小に
しようとするときには、例えば、ケーシング被膜
(入り口被膜)の擦られることによる摩耗によつ
て半径方向〓間を調節することが出来る。しか
し、流体の羽根は出来る限り僅かしか摩耗しない
ものでなければならない。そうでないと、特にケ
ーシングが卵形のとき、半径方向〓間が不利に大
きいままにとどまり、また羽根が短くなつたため
に、オーバーホールの際の羽根の修理に費用がか
かるか或いは廃棄しなければならないからであ
る。
上記のようなケーシングの入り口被膜が特に軟
らかい時、翼端摩耗はわずかである。しかし、そ
のような被膜は腐食し易く、また耐熱性がない。
らかい時、翼端摩耗はわずかである。しかし、そ
のような被膜は腐食し易く、また耐熱性がない。
軟らかい入り口被膜は、例えばGB−PS733918
号に記載されている。
号に記載されている。
DE−OS2853958号及び対応する米国特許
4227703号に次のようなガス密封部及びその製造
方法が記載されている。複合材料よりなる突出部
の接点がタービン羽根に固着され、且つナイフの
刃状或いはフイン状に形成されている。これらの
フインはスクイラーチツプ(squealer tip)と呼
ばれるものである。これらのチツプから研磨先端
が突出部の方向に突出している。このように研磨
先端を形成することにより、該研磨先端と相対す
る密封部材より粒子が削り出され、それが望まし
くない程度に迄損なわしめられてしまう。
4227703号に次のようなガス密封部及びその製造
方法が記載されている。複合材料よりなる突出部
の接点がタービン羽根に固着され、且つナイフの
刃状或いはフイン状に形成されている。これらの
フインはスクイラーチツプ(squealer tip)と呼
ばれるものである。これらのチツプから研磨先端
が突出部の方向に突出している。このように研磨
先端を形成することにより、該研磨先端と相対す
る密封部材より粒子が削り出され、それが望まし
くない程度に迄損なわしめられてしまう。
そこで、本発明の課題は、圧縮機、特に極力少
ない摩耗ですみ、且つ極力少ない摩耗のみを許容
する、航空機のガス機関、またはガスタービン動
力装置の羽根車の羽根とケーシング間の半径方向
〓間を簡単に、且つコスト的に有利に調整する手
段、特にそれを最小にする手段を提供することで
ある。
ない摩耗ですみ、且つ極力少ない摩耗のみを許容
する、航空機のガス機関、またはガスタービン動
力装置の羽根車の羽根とケーシング間の半径方向
〓間を簡単に、且つコスト的に有利に調整する手
段、特にそれを最小にする手段を提供することで
ある。
上記の課題は、上記の羽根車において、一つま
たは少数の表面被覆された”こすり羽根”による
こすり作業を羽根車の圧縮機段毎に行わせること
によつて解決することが出来る。有利なこすり作
業を行わせるために、本発明においては、羽根の
ケーシングに対向する領域がシユラウド状に形成
され、シユラウド状の羽根端部領域がケーシング
の入り口被膜よりも硬く、摩耗に関してケーシン
グの入り口被膜に合わせられており、且つ該入り
口被膜と化学的に反応しない材料よりな材料より
なる保護層を半径方向外側端部に担持している。
たは少数の表面被覆された”こすり羽根”による
こすり作業を羽根車の圧縮機段毎に行わせること
によつて解決することが出来る。有利なこすり作
業を行わせるために、本発明においては、羽根の
ケーシングに対向する領域がシユラウド状に形成
され、シユラウド状の羽根端部領域がケーシング
の入り口被膜よりも硬く、摩耗に関してケーシン
グの入り口被膜に合わせられており、且つ該入り
口被膜と化学的に反応しない材料よりな材料より
なる保護層を半径方向外側端部に担持している。
即ち、本願発明の要旨は、『羽根と入口被膜を
有するケーシングとの間の半径方向の〓間を最小
にする手段を備える軸流圧縮機の羽根車におい
て、該羽根車は、ケーシングと対向する羽根の端
部領域2がシユラウド状に形成されており、且つ
該シユラウド状の端部領域2に、半径方向外側に
位置するケーシングの入り口被膜よりも硬く且つ
該入り口被膜と化学的に反応しない材料よりなる
保護層1が担持されている単一もしくは少数の羽
根を備えることを特徴とする軸流圧縮機の羽根
車。』である。
有するケーシングとの間の半径方向の〓間を最小
にする手段を備える軸流圧縮機の羽根車におい
て、該羽根車は、ケーシングと対向する羽根の端
部領域2がシユラウド状に形成されており、且つ
該シユラウド状の端部領域2に、半径方向外側に
位置するケーシングの入り口被膜よりも硬く且つ
該入り口被膜と化学的に反応しない材料よりなる
保護層1が担持されている単一もしくは少数の羽
根を備えることを特徴とする軸流圧縮機の羽根
車。』である。
また、本発明における保護層1は炭化タングス
テン、炭化珪素、炭化クロム、炭化チタン、窒化
チタン、窒化珪素等の硬質材料から選択される材
料よりなり、この保護層1は、デトネーシヨン
法、プラズマスパツタリング法、または物理的も
しくは化学的な気相から分離する方法によつて被
着されている。
テン、炭化珪素、炭化クロム、炭化チタン、窒化
チタン、窒化珪素等の硬質材料から選択される材
料よりなり、この保護層1は、デトネーシヨン
法、プラズマスパツタリング法、または物理的も
しくは化学的な気相から分離する方法によつて被
着されている。
さらに、前記保護層1は、金属製の羽根の先端
に中間層を介して被着されており、シユラウド状
の羽根端部領域の幅が圧縮機羽根の間隔よりも小
さいこと、羽根の足部が補強されていること、さ
らに前記少数の保護層を有する羽根が、該羽根車
の周囲に対称に分配配置されていること、及び偶
数個設けられている。
に中間層を介して被着されており、シユラウド状
の羽根端部領域の幅が圧縮機羽根の間隔よりも小
さいこと、羽根の足部が補強されていること、さ
らに前記少数の保護層を有する羽根が、該羽根車
の周囲に対称に分配配置されていること、及び偶
数個設けられている。
本発明の本質的な利点は、耐摩耗性の先端を有
する本発明に係る新しい羽根が、より硬い、耐摩
耗性と耐熱性を有するケーシングの入口被膜を可
能ならしめ、しかもより大きな羽根先端摩耗を生
ぜしめることがないことにある。羽根車の羽根と
ケーシング間の半径方向〓間は、シユラウド状の
羽根の広がり部を形成し、且つ羽根先端に被着さ
れる層の厚みを選択することによつて、簡単に調
整し、最小にすることが出来る。
する本発明に係る新しい羽根が、より硬い、耐摩
耗性と耐熱性を有するケーシングの入口被膜を可
能ならしめ、しかもより大きな羽根先端摩耗を生
ぜしめることがないことにある。羽根車の羽根と
ケーシング間の半径方向〓間は、シユラウド状の
羽根の広がり部を形成し、且つ羽根先端に被着さ
れる層の厚みを選択することによつて、簡単に調
整し、最小にすることが出来る。
以下、本発明につき、図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
図面において、
第1図は複数の羽根を有する羽根車の概略図、
第2図は軸流圧縮機の流れ方向と交差する方向の
羽根の側面図、 第3図は本質的に流れ方向の斜視図、 第4図は羽根の平面図である。
第2図は軸流圧縮機の流れ方向と交差する方向の
羽根の側面図、 第3図は本質的に流れ方向の斜視図、 第4図は羽根の平面図である。
第1図は二つの本発明に係る羽根、即ちシユラ
ウド状の羽根の端部領域が半径方向外側に位置す
るケーシングの入口被膜よりも硬く、且つ入口被
膜よりも硬い材料よりなる保護層を有する羽根が
二つ対称位置に配置された羽根車を示す。
ウド状の羽根の端部領域が半径方向外側に位置す
るケーシングの入口被膜よりも硬く、且つ入口被
膜よりも硬い材料よりなる保護層を有する羽根が
二つ対称位置に配置された羽根車を示す。
第2図示の如く、本発明に係る羽根は軸流圧縮
機の回転羽根と同様の形状を有する。デザイン、
羽根の材料及び製造方法の選択範囲は広範囲であ
る。このことは回転円板に羽根を固定することに
ついてもいえる。
機の回転羽根と同様の形状を有する。デザイン、
羽根の材料及び製造方法の選択範囲は広範囲であ
る。このことは回転円板に羽根を固定することに
ついてもいえる。
本発明に係る耐摩耗性の保護層1は羽根3の先
端の端部領域2の広がつた部分にある。4は羽根
の足部を示す。この足部4の内側のおおい面5を
有する(第3図参照)。ねじれた羽根3の輪郭は
第4図に示す。本発明に係る羽根3は、例えばエ
ーロフオイルのように形成されている。
端の端部領域2の広がつた部分にある。4は羽根
の足部を示す。この足部4の内側のおおい面5を
有する(第3図参照)。ねじれた羽根3の輪郭は
第4図に示す。本発明に係る羽根3は、例えばエ
ーロフオイルのように形成されている。
保護層1は、羽根3のケーシング、特にその入
口被膜と隣接している羽根先端の半径方向外側端
部にある。保護層1は、少なくともそのケーシン
グに対向する面が硬質材料のような耐摩耗性材料
よりなるものである。羽根車6が低い温度領域及
び中間の温度領域において用いられる限りにおい
て、保護層1として、炭化タングステン、炭化珪
素、炭化クロム、炭化チタン、窒化チタン、窒化
珪素よりなる群から選択される材料よりなるもの
を適用することが出来る。同様な耐摩耗性を有す
るその他の材料、特に金属酸化物その他の金属化
合物のようなセラミツク材料及びそれらの材料の
混合物を本発明に適用することが出来る。しか
し、保護層1の材料を選択するとき、鋼合金、ニ
ツケル合金、クロム合金、チタン合金その他の羽
根の材料と保護層1の材料が良く結合することが
考慮されるべきである。また、場合によつては、
保護層1がこすつてしまうケーシングの入口被膜
に保護層の材料を合わせることも考慮されるべき
である。過度の摩耗及び好ましくない湾曲は避け
るべきである。特にケーシングが丸くなく、卵形
や多角形をとることは避けるべきである。ケーシ
ングの丸からはずれた形状への変形は、軸流圧縮
機の始動、加速、運転停止ないしは惰行運転のよ
うな非定常の駆動状態のときに生ずる。その場
合、不均一な熱応力及び/又は力学的応力によつ
てケーシング及び羽根車の不均一な伸びが生ず
る。
口被膜と隣接している羽根先端の半径方向外側端
部にある。保護層1は、少なくともそのケーシン
グに対向する面が硬質材料のような耐摩耗性材料
よりなるものである。羽根車6が低い温度領域及
び中間の温度領域において用いられる限りにおい
て、保護層1として、炭化タングステン、炭化珪
素、炭化クロム、炭化チタン、窒化チタン、窒化
珪素よりなる群から選択される材料よりなるもの
を適用することが出来る。同様な耐摩耗性を有す
るその他の材料、特に金属酸化物その他の金属化
合物のようなセラミツク材料及びそれらの材料の
混合物を本発明に適用することが出来る。しか
し、保護層1の材料を選択するとき、鋼合金、ニ
ツケル合金、クロム合金、チタン合金その他の羽
根の材料と保護層1の材料が良く結合することが
考慮されるべきである。また、場合によつては、
保護層1がこすつてしまうケーシングの入口被膜
に保護層の材料を合わせることも考慮されるべき
である。過度の摩耗及び好ましくない湾曲は避け
るべきである。特にケーシングが丸くなく、卵形
や多角形をとることは避けるべきである。ケーシ
ングの丸からはずれた形状への変形は、軸流圧縮
機の始動、加速、運転停止ないしは惰行運転のよ
うな非定常の駆動状態のときに生ずる。その場
合、不均一な熱応力及び/又は力学的応力によつ
てケーシング及び羽根車の不均一な伸びが生ず
る。
本発明の耐摩耗性の保護層として摩耗が最適に
少ない材料よりなるものが選択使用されるとき、
羽根3の先端について何らの危険も無くなる。上
記の問題を考慮して適当にケーシングの入口被膜
と合わせて2材料を選択することにより、羽根の
先端とケーシング間の半径方向〓間はほぼ一定に
保つことが出来る。羽根3の先端の保護層1とケ
ーシングの入口被膜の材料の組み合わせは許容出
来ない反応を何ら引き起こさないものでなければ
ならない。特に化学的反応は避けるべきである。
少ない材料よりなるものが選択使用されるとき、
羽根3の先端について何らの危険も無くなる。上
記の問題を考慮して適当にケーシングの入口被膜
と合わせて2材料を選択することにより、羽根の
先端とケーシング間の半径方向〓間はほぼ一定に
保つことが出来る。羽根3の先端の保護層1とケ
ーシングの入口被膜の材料の組み合わせは許容出
来ない反応を何ら引き起こさないものでなければ
ならない。特に化学的反応は避けるべきである。
上記保護層1の材料は、羽根の端部領域2のシ
ユラウド状にひろがつた部分に直接もしくは接着
力を高めるための中間層を介して、例えばデトネ
ーシヨン法、プラズマスパツタリング法又は物理
的もしくは化学的な気相から分離する方法
(PVDもしくはCVD)によつて被着することが
出来る。保護層1の材料の被着方法の適切な選択
は上記の条件を考慮して選択された材料に従つて
なされる。保護層1の厚みは好ましくは約0.1な
いし1mmの範囲であるが、保護層1の材料の被着
方法及び選択した保護層1の材料によつて前記の
範囲を下回るかもしくは上回つても良い。
ユラウド状にひろがつた部分に直接もしくは接着
力を高めるための中間層を介して、例えばデトネ
ーシヨン法、プラズマスパツタリング法又は物理
的もしくは化学的な気相から分離する方法
(PVDもしくはCVD)によつて被着することが
出来る。保護層1の材料の被着方法の適切な選択
は上記の条件を考慮して選択された材料に従つて
なされる。保護層1の厚みは好ましくは約0.1な
いし1mmの範囲であるが、保護層1の材料の被着
方法及び選択した保護層1の材料によつて前記の
範囲を下回るかもしくは上回つても良い。
本発明の耐摩耗性の保護層1によつて保護され
た羽根3は保護層1及びシユラウド状のひろがつ
た部分を有しない同じ段の他の羽根よりもかなり
重い。このため、より高い遠心力と羽根3の足部
に繰り返し応力が負荷されることによる高度の疲
労(低サイクル疲労−LCF)が生ずる。しかし、
これは本発明の羽根の足部4を通常の羽根よりも
より一層大きく形成することによつて、必要に応
じて容易に解消することが出来る。回転円板の切
り欠き部を羽根の足部4の変化した寸法に合わせ
ることが出来る。寸法を合わせる代わりに足部4
の材料として、例えば溶接によつて羽根3と強固
に接合することが出来る材料を選択使用すること
が出来る。本発明の羽根を1つ以上羽根車に取り
付けようとするときは、偶数の羽根を選択使用
し、羽根車の回りに、対称に、特にアンバランス
のないように分配することが好ましい(第1図)。
た羽根3は保護層1及びシユラウド状のひろがつ
た部分を有しない同じ段の他の羽根よりもかなり
重い。このため、より高い遠心力と羽根3の足部
に繰り返し応力が負荷されることによる高度の疲
労(低サイクル疲労−LCF)が生ずる。しかし、
これは本発明の羽根の足部4を通常の羽根よりも
より一層大きく形成することによつて、必要に応
じて容易に解消することが出来る。回転円板の切
り欠き部を羽根の足部4の変化した寸法に合わせ
ることが出来る。寸法を合わせる代わりに足部4
の材料として、例えば溶接によつて羽根3と強固
に接合することが出来る材料を選択使用すること
が出来る。本発明の羽根を1つ以上羽根車に取り
付けようとするときは、偶数の羽根を選択使用
し、羽根車の回りに、対称に、特にアンバランス
のないように分配することが好ましい(第1図)。
この実施例の変形は本発明の範囲を越えること
なく当然に成立するものである。シユラウド状の
羽根端部領域の幅は羽根の間隔と必ずしも同じで
なくても良く、小さくても良い。これは流体にと
つてより有利である。本発明をガスタービンと組
み合わせた航空機エンジンの軸流圧縮機に利用す
ることが好ましい。その場合、大抵の圧縮機段は
(案内羽根と交互に)大抵のタービン段と同様に
軸に取り付けられる。その場合、大抵圧縮機羽根
の熱的負荷は熱ガスにより衝撃が負荷されるター
ビン羽根の熱的負何よりも少ない。
なく当然に成立するものである。シユラウド状の
羽根端部領域の幅は羽根の間隔と必ずしも同じで
なくても良く、小さくても良い。これは流体にと
つてより有利である。本発明をガスタービンと組
み合わせた航空機エンジンの軸流圧縮機に利用す
ることが好ましい。その場合、大抵の圧縮機段は
(案内羽根と交互に)大抵のタービン段と同様に
軸に取り付けられる。その場合、大抵圧縮機羽根
の熱的負荷は熱ガスにより衝撃が負荷されるター
ビン羽根の熱的負何よりも少ない。
以上、本発明の実施例について説明したが、本
発明の特徴の全ての組み合わせ及び周知の特徴と
の組み合わせも明らかに本発明に属するものであ
る。
発明の特徴の全ての組み合わせ及び周知の特徴と
の組み合わせも明らかに本発明に属するものであ
る。
以上、詳記した通り、本発明によれば、軸流圧
縮機の半径方向〓間を簡単に且つコスト的に有利
に調整し、最小にすることが出来る。また本発明
に係る羽根は、従来よりも硬く、耐腐食性と耐熱
性を有するケーシングの入口被膜を可能ならしめ
るものである。
縮機の半径方向〓間を簡単に且つコスト的に有利
に調整し、最小にすることが出来る。また本発明
に係る羽根は、従来よりも硬く、耐腐食性と耐熱
性を有するケーシングの入口被膜を可能ならしめ
るものである。
また、保護層は単一もしくは少数の羽根にしか
設けられていないので、ケーシングの入口被膜の
摩耗を最小にして、ケーシングと羽根の端部間の
間隔を最小に保持するものである。
設けられていないので、ケーシングの入口被膜の
摩耗を最小にして、ケーシングと羽根の端部間の
間隔を最小に保持するものである。
第1図は複数の羽根を有する羽根車の概略図、
第2図は軸流圧縮機の流れ方向と交差する方向の
羽根の側面図、第3図は本質的に流れ方向の斜視
図、第4図は羽根の平面図である。 1……保護層、2……羽根の端部領域、3……
羽根、4……羽根の足部、5……おおい面。
第2図は軸流圧縮機の流れ方向と交差する方向の
羽根の側面図、第3図は本質的に流れ方向の斜視
図、第4図は羽根の平面図である。 1……保護層、2……羽根の端部領域、3……
羽根、4……羽根の足部、5……おおい面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 羽根と入口被膜を有するケーシングとの間の
半径方向の〓間を最小にする手段を備える軸流圧
縮機の羽根車において、該羽根車は、ケーシング
と対向する羽根の端部領域2がシユラウド状に形
成されており、且つ該シユラウド状の端部領域2
に、半径方向外側に位置するケーシングの入り口
被膜よりも硬く且つ該入り口被膜と化学的に反応
しない材料よりなる保護層1が担持されている単
一もしくは少数の羽根を備えてなる軸流圧縮機の
羽根車。 2 前記保護層1が硬質材料よりなることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の軸流圧縮機の
羽根車。 3 前記保護層1が炭化タングステン、炭化珪
素、炭化クロム、炭化チタン、窒化チタン、窒化
珪素から選択される材料よりなることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の軸流圧縮機の羽根
車。 4 前記保護層1が、デトネーシヨン法、プラズ
マスパツタリング法、または物理的もしくは化学
的な気相から分離する方法によつて被着されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
3項の何れか一つの項に記載の軸流圧縮機の羽根
車。 5 前記保護層1が、金属製の羽根の先端に中間
層を介して被着されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項乃至第4項の何れか一つの項に
記載の軸流圧縮機の羽根車。 6 シユラウド状の羽根端部領域の幅が圧縮機羽
根の間隔よりも小さいことを特徴とする特許請求
の範囲第1項乃至第5項の何れか一つの項に記載
の軸流圧縮機の羽根車。 7 羽根の足部が補強されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項乃至第6項の何れか一つ
の項に記載の軸流圧縮機の羽根車。 8 前記少数の保護層を有する羽根が、該羽根車
の周囲に対称に分配配置されていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の軸流圧縮機の
羽根車。 9 前記少数の保護層を有する羽根が偶数個設け
られていることを特徴とする特許請求の範囲第8
項に記載の軸流圧縮機の羽根車。
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DE3401742.9 | 1984-01-19 |
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JPH0160680B2 true JPH0160680B2 (ja) | 1989-12-25 |
Family
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Family Applications (1)
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JP (1) | JPS60159398A (ja) |
DE (1) | DE3401742C2 (ja) |
FR (1) | FR2558526B1 (ja) |
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