JPH02294467A - 金属材料の表面着色方法と、それによって得られた製品 - Google Patents
金属材料の表面着色方法と、それによって得られた製品Info
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- JPH02294467A JPH02294467A JP2102768A JP10276890A JPH02294467A JP H02294467 A JPH02294467 A JP H02294467A JP 2102768 A JP2102768 A JP 2102768A JP 10276890 A JP10276890 A JP 10276890A JP H02294467 A JPH02294467 A JP H02294467A
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-
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
- C23C8/38—Treatment of ferrous surfaces
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、酸化物薄膜を形成することによって金属材料
の表面を着色する方法に関するものである。
の表面を着色する方法に関するものである。
本発明方法は鋼板、特にステンレス鋼板のような平坦な
製品の着色に有利に利用することができる。
製品の着色に有利に利用することができる。
従来の技術
金属材料、特にステンレス鋼板またはプレートの表面を
着色することは主として建設の分野で要求される。着色
ステンレス鋼板等の部品は建物の屋根や壁被覆材として
使用される。また、これら着色製品は内装材、衛生設備
等の各種の部材に用いられる。
着色することは主として建設の分野で要求される。着色
ステンレス鋼板等の部品は建物の屋根や壁被覆材として
使用される。また、これら着色製品は内装材、衛生設備
等の各種の部材に用いられる。
金属材料の表面に酸化物薄膜を形成して、光の干渉現象
によって色を出すことは公知である。この場合、一定の
材料で観察される色は堆積された薄膜の厚さの関数であ
る。
によって色を出すことは公知である。この場合、一定の
材料で観察される色は堆積された薄膜の厚さの関数であ
る。
この方法でステンレス鋼板を着色する従来法は、被着色
材料を硝酸塩イオン、クロム酸塩イオン、過マンガン酸
塩イオンを含む浴のような酸化剤溶液に浸積させて、化
学反応によって酸化物薄膜を形成するものである(米国
特許出願第4. 692. 191号)。この表面酸化
は電気化学的方法で行うこともできる。
材料を硝酸塩イオン、クロム酸塩イオン、過マンガン酸
塩イオンを含む浴のような酸化剤溶液に浸積させて、化
学反応によって酸化物薄膜を形成するものである(米国
特許出願第4. 692. 191号)。この表面酸化
は電気化学的方法で行うこともできる。
しかし、酸化剤浴を使用する場合には、作業者の安全を
保証し且つ環境汚染を防止するために厳重な注意をする
必要がある。また、これらの浴は金属を侵食するため、
金属材料の当初の表面品質を維持できるとは限らない。
保証し且つ環境汚染を防止するために厳重な注意をする
必要がある。また、これらの浴は金属を侵食するため、
金属材料の当初の表面品質を維持できるとは限らない。
発明が解決しようとする課題
本発明の目的は、被着色材料の光沢、平滑等の当初の外
観を維持した状態で、しかも汚染無しに迅速に着色する
ことができる金属材料、特にステンレス鋼板の着色方法
を提供することにある。
観を維持した状態で、しかも汚染無しに迅速に着色する
ことができる金属材料、特にステンレス鋼板の着色方法
を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明が提供する所定厚さの酸化物薄膜を金属材料の表
面に形成することによって金属材料の表面を着色する方
法は、被着色金属材料上に酸化物として堆積させたい元
素を含む原材料と接触し且つ分子中に酸素を含む少なく
とも1つの気体を含む雰囲気下で、上記原材料を被着色
金属材料に対して負の極性にして、被着色金属材料を低
温プラズマによって表面処理することを特徴としている
。
面に形成することによって金属材料の表面を着色する方
法は、被着色金属材料上に酸化物として堆積させたい元
素を含む原材料と接触し且つ分子中に酸素を含む少なく
とも1つの気体を含む雰囲気下で、上記原材料を被着色
金属材料に対して負の極性にして、被着色金属材料を低
温プラズマによって表面処理することを特徴としている
。
本発明の好ましい実施態様では、上記プラズマを陽極と
陰極との間のエレクトロルミネセンス放電によって発生
させ、上記陰極を「原材料」で構゜成する。上記陽極は
被着色材料で構成することができる。
陰極との間のエレクトロルミネセンス放電によって発生
させ、上記陰極を「原材料」で構゜成する。上記陽極は
被着色材料で構成することができる。
上記の「原材料」という用語は被着色材料上に酸化物と
して堆積される原子の供給源を構成する部材を意味して
いる。
して堆積される原子の供給源を構成する部材を意味して
いる。
上記雰囲気は酸素に窒素を20〜80容量%混ぜた混合
物によって構成するのが好ましい。
物によって構成するのが好ましい。
本発明方法では、酸化プラズマを含む密閉容器内に被着
色材料を入れて行うとういうことは理解できよう。酸化
プラズマによって原材料の表面から引き出れた原子は、
酸化プラズマの酸素と結合して被着色材料の上に堆積す
る。表面の色は光干渉現象によるので、形成された酸化
物薄膜の厚さの関数、従って、処理時間の関数となる。
色材料を入れて行うとういうことは理解できよう。酸化
プラズマによって原材料の表面から引き出れた原子は、
酸化プラズマの酸素と結合して被着色材料の上に堆積す
る。表面の色は光干渉現象によるので、形成された酸化
物薄膜の厚さの関数、従って、処理時間の関数となる。
作用
アルゴン等の稀ガスの雰囲気下で金属材料の表面をプラ
ズマ処理することは公知である。この処理の場合には、
負に帯電された表面をプラズマイオンでボンバードして
、材料の表面から原子を引き出している。
ズマ処理することは公知である。この処理の場合には、
負に帯電された表面をプラズマイオンでボンバードして
、材料の表面から原子を引き出している。
本出願人の他の特許出願(フランス国特許出願第88/
05. 091号)に記載の金属材料の耐蝕性を向上さ
せる方法では、エレクトロルミネセンス放電によって得
られたプラズマ中に、従って低圧雰囲気下(1000P
a未満)で、被処理材料を陰極として配置している。こ
のプラズマは、「ホット」プラズマと呼ばれる熱核融合
プラズマに対して一般には「コールド」プラズマまたは
「低温」プラズマと呼ばれる種類のものであり、そのイ
オン化度は低い(10−’〜10−3)。電気エネルギ
ーは比較的少数の電子に伝播されるが、そのエネルギー
は極めて高い(1〜10eV )。この電子で励起され
たガスは20から約700℃に加熱され、多数の励起し
た原子種を生じる。
05. 091号)に記載の金属材料の耐蝕性を向上さ
せる方法では、エレクトロルミネセンス放電によって得
られたプラズマ中に、従って低圧雰囲気下(1000P
a未満)で、被処理材料を陰極として配置している。こ
のプラズマは、「ホット」プラズマと呼ばれる熱核融合
プラズマに対して一般には「コールド」プラズマまたは
「低温」プラズマと呼ばれる種類のものであり、そのイ
オン化度は低い(10−’〜10−3)。電気エネルギ
ーは比較的少数の電子に伝播されるが、そのエネルギー
は極めて高い(1〜10eV )。この電子で励起され
たガスは20から約700℃に加熱され、多数の励起し
た原子種を生じる。
本発明者は、雰囲気が酸化ガスを含む場合には、その濃
度が低い場合でも、陰極から来る金属原子によって金属
酸化物の薄膜が陽極上に形成されるということを発見し
た。この薄膜は光干渉により材料表面が着色して見える
ので、金属材料の着色に一般に用いられている化学的方
法および電気化学的方法によって得られる結果に類似し
ている。
度が低い場合でも、陰極から来る金属原子によって金属
酸化物の薄膜が陽極上に形成されるということを発見し
た。この薄膜は光干渉により材料表面が着色して見える
ので、金属材料の着色に一般に用いられている化学的方
法および電気化学的方法によって得られる結果に類似し
ている。
また、本発明方法では、材料表面の侵食を含む前記の方
法とは違って、光沢、平滑さ等の被処理材料表面の当初
の外観に影響を与えることはない。
法とは違って、光沢、平滑さ等の被処理材料表面の当初
の外観に影響を与えることはない。
実施例
所定の厚さの酸化物を堆積させるための本発明の操作方
法を以下説明する。
法を以下説明する。
表面を着色する予定の金属材料、例えばステンレス鋼板
を処理用密閉容器中に入れる。この容器中には互いに対
向した陰極と陽極との間に生じるエレクトロルミネセン
ス放電によってイオン化することが可能な酸素原子を含
の気体が収容されている。上記陽極は被着色材料自体に
よって形成されてふり、陰極は処理用密閉容器の気体雰
囲気と接触している。
を処理用密閉容器中に入れる。この容器中には互いに対
向した陰極と陽極との間に生じるエレクトロルミネセン
ス放電によってイオン化することが可能な酸素原子を含
の気体が収容されている。上記陽極は被着色材料自体に
よって形成されてふり、陰極は処理用密閉容器の気体雰
囲気と接触している。
陰極はフエライト系またオーステナイト系のステンレス
スチール、クロム系ステンレススチール、チタン、アル
ミニウム・・・等の材料で作られた金属プレートによっ
て構成される。一般に、陰極材料の種類が被着色部材上
に堆積される酸化物の種類を決定する。フエライト系の
ステンレススチールを用いた場合には、堆積物が酸化鉄
と酸化クロムで構成される。また、オーステナイト系ス
テンレススチールを用いた場合には、堆積物が酸化ニッ
ケルで構成される。クロム鋼を用いた場合には、堆積物
は主として酸化クロムによって構成される。純粋なチタ
ンまたはアルミニウムを用いた場合には、堆積物は酸化
チタンまたは酸化アルミニウムによって構成される。被
着色部材上に堆積される酸化物の種類は、堆積物に求め
られる特性、例えば、接着性、耐蝕性等の特性に応じて
選択する。
スチール、クロム系ステンレススチール、チタン、アル
ミニウム・・・等の材料で作られた金属プレートによっ
て構成される。一般に、陰極材料の種類が被着色部材上
に堆積される酸化物の種類を決定する。フエライト系の
ステンレススチールを用いた場合には、堆積物が酸化鉄
と酸化クロムで構成される。また、オーステナイト系ス
テンレススチールを用いた場合には、堆積物が酸化ニッ
ケルで構成される。クロム鋼を用いた場合には、堆積物
は主として酸化クロムによって構成される。純粋なチタ
ンまたはアルミニウムを用いた場合には、堆積物は酸化
チタンまたは酸化アルミニウムによって構成される。被
着色部材上に堆積される酸化物の種類は、堆積物に求め
られる特性、例えば、接着性、耐蝕性等の特性に応じて
選択する。
処理用容器内の雰囲気は圧力が1000 Pa以下の希
薄雰囲気である。既にの述べたように、処理用容器内に
は、例え痕跡でも、少なくとも一種の酸化能力のあり且
つ容易にイオン化可能な気体、従って、例えば、酸素、
オゾン、空気、二酸化炭素、酸化窒素および水蒸気等か
ら選択された気体が含まれている。また、これらの気体
の1つまたは複数とアルゴン等の中性ガスとの混合物を
用いることもできる。実際には、再構成した空気、すな
わち、窒素80容量%と酸素20容量%とを含む混合物
を用いることができる。自然の大気を使用した場合には
、処理用密閉容器内の圧力を下げる際の問題を簡単にす
ることができる。
薄雰囲気である。既にの述べたように、処理用容器内に
は、例え痕跡でも、少なくとも一種の酸化能力のあり且
つ容易にイオン化可能な気体、従って、例えば、酸素、
オゾン、空気、二酸化炭素、酸化窒素および水蒸気等か
ら選択された気体が含まれている。また、これらの気体
の1つまたは複数とアルゴン等の中性ガスとの混合物を
用いることもできる。実際には、再構成した空気、すな
わち、窒素80容量%と酸素20容量%とを含む混合物
を用いることができる。自然の大気を使用した場合には
、処理用密閉容器内の圧力を下げる際の問題を簡単にす
ることができる。
陽極材料の表面にできる色は、酸化物の堆積厚の関数で
ある。この厚さは約数100オングストロームであり、
以下の因子によって変化する:(1) 陽極と陰極と
の間に放電を維持するための電圧、これは一般に200
〜5000 Vである。
ある。この厚さは約数100オングストロームであり、
以下の因子によって変化する:(1) 陽極と陰極と
の間に放電を維持するための電圧、これは一般に200
〜5000 Vである。
(2)陽極を流れる電流密度、これは一般に1〜100
mA/cafである。
mA/cafである。
(3)堆積をさせる時間、これは一般に60分未満であ
る。
る。
(4)陽極と陰極との間の間隔、これは一般に1mmか
ら数センチメートル、好ましくは1〜50mmである。
ら数センチメートル、好ましくは1〜50mmである。
所定の処理条件で何色が得られるかは実験によって簡単
に分かる。色の均一性は被着色材料の表面の品質、その
温度の均一性および材料と陰極との間の平行度に依存す
る。しかし、色は堆積物の化学組成とは無関係である。
に分かる。色の均一性は被着色材料の表面の品質、その
温度の均一性および材料と陰極との間の平行度に依存す
る。しかし、色は堆積物の化学組成とは無関係である。
酸化物の厚さを厚くするには下記のようにすればよい:
(a)処理時間を長くする、
(b)陽極での電流密度を大きくする、(C)両電極間
の電圧を大きくする、 (d)電極間距離を小さくする。
の電圧を大きくする、 (d)電極間距離を小さくする。
一例として、寸法が70X120 amのステンレス鋼
板の表面を、窒素80容量%と酸素20容量%とを含む
雰囲気下で、電極間の電圧を1200 Vにし、陰極ま
での間隔を10mmにして、電流強度を300 mA(
すなわち、電流密度3. 6 mA/cnf )にして
処理すると以下の色になる: ■ 2〜4分の処理 :黄色から桃黄色■ 5〜6分の
処理 :赤紫色 ■ 7〜12分の処理 :濃青色から淡青色■ l8分
の処理 :黄色 ■ 22分の処理 :桃色 ■ 27分の処理 :青緑色 ■ 30分の処理 :縁色 ■ 60分の処理 :桃色 マスクを使用して、サンプルの異なる区域でのプラズマ
照射時間を変化させることによって各区域を被覆する酸
化物の厚さを変えて、被着色材料上にパターンを形成す
ることもできる。陰影のある色調は、陰極をサンプルに
対して斜めに配置して電極間の距離を連続的に変化させ
、その結果、陽極上の堆積物の厚さを変化させることに
よって得られる。また、平坦ではない物品を均一に着色
したい場合には、被着色物品と同じ形状で且つそれと平
行に配置された陰極を使用する必要がある。
板の表面を、窒素80容量%と酸素20容量%とを含む
雰囲気下で、電極間の電圧を1200 Vにし、陰極ま
での間隔を10mmにして、電流強度を300 mA(
すなわち、電流密度3. 6 mA/cnf )にして
処理すると以下の色になる: ■ 2〜4分の処理 :黄色から桃黄色■ 5〜6分の
処理 :赤紫色 ■ 7〜12分の処理 :濃青色から淡青色■ l8分
の処理 :黄色 ■ 22分の処理 :桃色 ■ 27分の処理 :青緑色 ■ 30分の処理 :縁色 ■ 60分の処理 :桃色 マスクを使用して、サンプルの異なる区域でのプラズマ
照射時間を変化させることによって各区域を被覆する酸
化物の厚さを変えて、被着色材料上にパターンを形成す
ることもできる。陰影のある色調は、陰極をサンプルに
対して斜めに配置して電極間の距離を連続的に変化させ
、その結果、陽極上の堆積物の厚さを変化させることに
よって得られる。また、平坦ではない物品を均一に着色
したい場合には、被着色物品と同じ形状で且つそれと平
行に配置された陰極を使用する必要がある。
本発明は、もちろん、以上の説明に限定されるものでは
ない。すなわち、原材料をエレクトロルミネセンス放電
発生回路内に含めずに、単に、被着色材料を陰極の原材
料と対向するように配置することもできる。また、上記
の低温プラズマはエレクトロルミネセンス放電以外の方
法によって形成するζともできる。例えば、マイクロ波
またはラジオ周波数を用いる雰囲気を励起することもで
きる。しかし、いずれの場合も、被着色材料の電圧より
低い電圧を原材料に印加しなければならない。
ない。すなわち、原材料をエレクトロルミネセンス放電
発生回路内に含めずに、単に、被着色材料を陰極の原材
料と対向するように配置することもできる。また、上記
の低温プラズマはエレクトロルミネセンス放電以外の方
法によって形成するζともできる。例えば、マイクロ波
またはラジオ周波数を用いる雰囲気を励起することもで
きる。しかし、いずれの場合も、被着色材料の電圧より
低い電圧を原材料に印加しなければならない。
本発明により着色された物品は、着色後にその表面を被
覆するような表面処理をしないようになっているので、
本発明は、通常の周囲雰囲気で物品を良好に維持するの
に不可欠な上記のような表面処理を必要としないステン
レス鋼に主として適用される。
覆するような表面処理をしないようになっているので、
本発明は、通常の周囲雰囲気で物品を良好に維持するの
に不可欠な上記のような表面処理を必要としないステン
レス鋼に主として適用される。
Claims (10)
- (1)所定厚さの酸化物薄膜を金属材料の表面に形成す
ることによって金属材料の表面を着色する方法において
、 被着色金属材料上に酸化物として堆積させたい元素を含
む原材料と接触し且つ分子中に酸素を含む少なくとも1
つの気体を含む雰囲気下で、上記原材料を被着色金属材
料に対して負の極性にして、被着色金属材料を低温プラ
ズマによって表面処理することを特徴とする方法。 - (2)上記原材料を陰極とし、この陰極と陽極との間で
エレクトロルミネセンス放電を起こさせて上記低温プラ
ズマを作ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - (3)陽極が被着色金属材料によって構成されているこ
とを特徴とする請求項2に記載の方法。 - (4)上記気体が酸素、オゾン、空気、酸化窒素、水蒸
気およびこれらと中性ガスとの混合物によって構成さる
群の中から選択されることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか一項に記載の方法。 - (5)200〜5000Vの電圧で操作することを特徴
とする請求項2または3に記載の方法。 - (6)陽極電流密度を1〜100mA/cm^2の範囲
に設定することを特徴とする請求項2、3または5のい
ずれか一項に記載の方法。 - (7)上記原材料と被着色金属材料との間の間隔を1〜
50mmの範囲に維持することを特徴とする請求項1〜
6のいずれか一項に記載の方法。 - (8)酸化物薄膜によって表面が着色された金属製品に
おいて、 被着色金属材料上に酸化物として堆積させたい元素を含
む原材料と接触し且つ分子中に酸素を含む少なくとも1
つの気体を含む雰囲気下で、上記原材料を被着色金属材
料に対して負の極性にして、被着色金属材料を低温プラ
ズマに曝すことによって上記酸化物薄膜が作られたもの
であることを特徴とする金属製品。 - (9)プレートまたはシートからなることを特徴とする
請求項8に記載の金属製品。 - (10)ステンレス鋼製であることを特徴とする請求項
8または9に記載の金属製品。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8905430 | 1989-04-18 | ||
FR8905430 | 1989-04-18 | ||
FR8908085A FR2648478B1 (fr) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | Procede de coloration de la surface de materiaux metalliques et produits obtenus par sa mise en oeuvre |
FR8908085 | 1989-06-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02294467A true JPH02294467A (ja) | 1990-12-05 |
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Family Applications (1)
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---|---|
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JP (1) | JPH02294467A (ja) |
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AU (1) | AU624701B2 (ja) |
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CA (1) | CA2014692A1 (ja) |
CS (1) | CS189390A2 (ja) |
ES (1) | ES2019822A6 (ja) |
FI (1) | FI901942A0 (ja) |
HU (1) | HU902471D0 (ja) |
PL (1) | PL162520B1 (ja) |
PT (1) | PT93784A (ja) |
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FR2741361B3 (fr) * | 1995-11-22 | 1998-04-17 | Balzers Hochvakuum | Procede pour traitement thermochimique de surface par immersion dans un plasma, installation pour ce procede, utilisations et pieces obtenues |
AU713054B2 (en) * | 1996-03-27 | 1999-11-25 | Ethicon Inc. | Process for blackening surgical needles |
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KR102472560B1 (ko) * | 2022-05-23 | 2022-11-29 | 김태영 | 플라즈마 처리를 이용한 착색 스테인리스 스틸의 제조 방법 |
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---|---|---|---|---|
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JPS533977A (en) * | 1976-07-01 | 1978-01-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Production of magnetic film |
JPS60204626A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-16 | Anelva Corp | 酸化鉄薄膜の形成方法および装置 |
EP0284489B2 (en) * | 1987-03-14 | 2002-04-10 | Sumitomo Electric Industries Limited | Process for depositing a superconducting thin film |
US4806221A (en) * | 1987-03-26 | 1989-02-21 | Ppg Industries, Inc. | Sputtered films of bismuth/tin oxide |
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-
1990
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- 1990-04-12 YU YU72090A patent/YU47143B/sh unknown
- 1990-04-12 EP EP90470019A patent/EP0394159A1/fr not_active Withdrawn
- 1990-04-12 AU AU53202/90A patent/AU624701B2/en not_active Ceased
- 1990-04-16 ES ES9001071A patent/ES2019822A6/es not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-17 PT PT93784A patent/PT93784A/pt not_active Application Discontinuation
- 1990-04-17 BR BR909001790A patent/BR9001790A/pt not_active Application Discontinuation
- 1990-04-17 RU SU904743665A patent/RU2022054C1/ru active
- 1990-04-17 CA CA002014692A patent/CA2014692A1/fr not_active Abandoned
- 1990-04-17 CS CS901893A patent/CS189390A2/cs unknown
- 1990-04-18 PL PL28482190A patent/PL162520B1/pl unknown
- 1990-04-18 FI FI901942A patent/FI901942A0/fi not_active IP Right Cessation
- 1990-04-18 JP JP2102768A patent/JPH02294467A/ja active Pending
- 1990-04-18 HU HU902471A patent/HU902471D0/hu unknown
- 1990-04-18 KR KR1019900005442A patent/KR900016490A/ko not_active Application Discontinuation
- 1990-04-18 CN CN90102292A patent/CN1046566A/zh active Pending
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---|---|
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HU902471D0 (en) | 1990-08-28 |
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AU5320290A (en) | 1990-10-25 |
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PL162520B1 (en) | 1993-12-31 |
ES2019822A6 (es) | 1991-07-01 |
PT93784A (pt) | 1991-01-08 |
FI901942A0 (fi) | 1990-04-18 |
KR900016490A (ko) | 1990-11-13 |
CS189390A2 (en) | 1991-08-13 |
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RO107134B1 (ro) | 1993-09-30 |
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