JPH0336785B2 - - Google Patents
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- JPH0336785B2 JPH0336785B2 JP61108947A JP10894786A JPH0336785B2 JP H0336785 B2 JPH0336785 B2 JP H0336785B2 JP 61108947 A JP61108947 A JP 61108947A JP 10894786 A JP10894786 A JP 10894786A JP H0336785 B2 JPH0336785 B2 JP H0336785B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- adhesive
- present
- ceramics
- oxide
- strength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Ceramic Products (AREA)
Description
[産業上の利用分野]
本発明は、熱膨張係数が2.5×10-6/℃をこえ
る非酸化物系セラミツクス用接着剤およびその接
着方法に関するものである。 [従来技術] 窒化ケイ素や、炭化ケイ素などの非酸化物系セ
ラミツクスは金属に比べて高温強度、耐熱衝撃
性、耐摩耗性等に優れているので、高温用部材と
して脚光を浴び、多くの応用開発が進められてい
る。 しかし、上記各種用途に、非酸化物系セラミツ
クスを利用して、その機能を十分に発揮させるた
めには、製造工程でこれら非酸化物系セラミツク
ス相互を接着させることが必要となつてくる。特
に、非酸化物系セラミツクス成形体は、成形およ
び加工上の制約により、単純な形状の部材から複
雑な形状に組み立てる必要があり、非酸化物系セ
ラミツクスの接着技術の開発が不可欠となる。 しかしながら、非酸化物系セラミツクスは、一
般に、溶融物に対する親和性、いわゆるぬれ性が
極めて悪く、しかもアルミナ、マグネシヤなどの
酸化物系セラミツクスとは異なり、共有結合性が
強く、また各種物質に対する反応性も非常に低い
ために、その接着は極めて困難である。 従来、非酸化物系セラミツクスの接着は、接着
剤を被接着体間に介在させ、または介在させない
で、高温、高圧下でホツトプレスする方法がとら
れていた。 [発明が解決しようとする問題点] しかし、ホツトプレス法では、高温高圧下で処
理せねばならないので、複雑なものや大型部材の
接着は至難である。また、最近検討されている
HIP法でも同様である。 したがつて、大型で複雑な形状の材料を接着す
るには、圧力を要せず、加熱するだけで容易に接
着できる接着剤の開発が望まれている。これまで
非酸化物系セラミツクス接着剤としてはアルミナ
−シリカ−アルカリ土類金属酸化物系およびフツ
化カルシウム−カオリン系、または、これに希土
類酸化物を少量添加したものが使用されている。
しかし、これらの接着剤は、いずれも非酸化物系
セラミツクスに対しては接着強度が低く、非酸化
物系セラミツクス成形体の特性が十分に生かされ
ていない。 さらに、従来、熱膨張係数が2.5×10-6/℃以
下の低熱膨張係数の極めて限定されたセラミツク
ス(MgO−Al2O3−SiO2系セラミツクス、例え
ばコージエライト)、(MgO−Al2O3−TiO2系セ
ラミツクス)相互間を、熱膨張係数の小さい特定
の結晶化ガラス粉末を塗布して焼成して接合する
方法が提案されている(特開昭57−47777)。しか
し、この方法で、本発明者が出願した熱膨張係数
が2.5×10-6/℃をこえる非酸化物系セラミツク
スを接合しても、後述する第1表および第2表の
括弧内に示すように、本発明の接合強度にくらべ
て極端に低いために、実用的強度を得ることがで
きなかつた。なお、上記の結晶化ガラスを得るた
めには、約1200℃で2時間保温する必要があつ
た。 [問題を解決するための手段] 本発明者は、このような現状において、従来技
術の欠点を改善し、非酸化物系セラミツクス成形
体を機械部材として用いる際に必要な強度を持ち
得る非酸化物系セラミツクスの接着技術の開発を
目的として研究を行い、非酸化物系セラミツクス
の好適な接着剤および接着方法を完成した。 本出願の第1の発明は、Li2O.MgO、Al2O3、
SiO2の少なくとも一つの有効成分に、0.001乃至
0.01重量%のPtまたはAuの金属酸化物を有効成
分として添加した非酸化系セラミツクス用接着剤
を提供したものであり、さらに本出願の第2の発
明は、非酸化物系セラミツクス相互間に第1の発
明の接着剤を介在させて、空気中で1200〜1600℃
の温度で加熱するセラミツクスの接着方法を提供
したものである。 本発明の接着剤、これを単に非酸化物系セラミ
ツクス相互間に介在させ、空気中1200〜1600℃の
温度で加熱するのみで、何ら加圧することなく、
容易に非酸化物系セラミツクスを接着することが
できる。その接着強度は、従来の方法に比べて非
常に高く、現在市販されている非酸化物系セラミ
ツクス常圧焼結品の強度(例、窒化ケイ素、炭化
ケイ素で30Kg/mm2)に近く、しかもその強度を
900℃まで維持できるものである。さらに、本発
明の接着方法は、従来の方法では接着困難な大型
複雑な形状の非酸化物系セラミツクス部材の接着
にも容易に適用でき、これらの部材をも強力に接
着することができる。加えて、本発明の接着剤
は、その接着後に形成される接着力が化学的に安
定であつて、900℃までは十分な耐熱性を有する。 本発明の接着剤の適用される非酸化物系セラミ
ツクスは、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サ
イアロン、窒化アルミニウムなどであり、ホツト
プレス品、常圧焼結品、または反応焼結品のいず
れでもよく、特にその形状や大きさの限定はな
く、しかも接着すべき部材は同一形状でも異形状
でもよい。 [作用] 本発明の接着剤において有効成分であるLi2O、
Al2O3、SiO2、MgO、Pt、Auは市販のものをい
ずれも使用でき、特にその製法、粒度、純度など
は限定されない。 また、本発明の接着剤のもう一つの有効成分で
ある結晶化のための核形成剤としては、Ptまた
はAuの外にTiO2、フツ化物、V2O5、P2O5など
があるが、いずれも熱膨張係数が2.5×10-6/℃
をこえるものである。 本発明に用いる高強度接着剤の核形成剤として
は、PtまたはAuが特に有効である。 本発明の接着剤の有効成分の配合割合は、100
重量%とした場合に、Li2Oを5〜15%、MgO0〜
30%、Al2O30〜30%、SiO260〜100%、Ptまたは
Au0.001〜0.01重量%としたときに、非常に強い
接着強度が得られる。特に、Ptの添加量が0.001
〜0.01重量%のときが最適である。これに対し
て、0.001重量%未満のときまたは0.01重量%を
こえるときは、接着剤の非酸化物系セラミツクス
に対するぬれ性がみられず、接着力は著しく低下
する。 本発明の接着剤は、混合粉末状態で使用できる
が、ペレツト状にした状態でも使用できる。ま
た、これらに適量のバインダー(バルサム、スク
リーンオイルなどの有機粘結剤またはこれと有機
溶剤)を配合してペースト状にした状態で用いる
こともできる。このようにして得られた本発明の
接着剤を非酸化物系セラミツクス成形体間へ介在
させる方法としては、接着剤の形態に応じて、例
えば、粉末形態のものでは被接着面に散布すれば
よく、ペレツト状のものでは被接着面にはさみ込
めばよく、またペースト状のものでは通常の接着
剤と同様に塗布すればよい。その使用量は、用い
る接着剤の組成、加熱条件、被接着体とするセラ
ミツクスの形状、特に厚さに応じて適宜決定で
き、特に限定されないが、通常、本発明の接着剤
有効成分の重量換算で被接着面積1cm2当り0.01〜
1g、好ましくは0.05〜0.3g程度である。 本発明の方法において、接着剤を非酸化物系セ
ラミツクス成形体間に介在させて、熱処理する温
度としては1200〜1600℃の範囲が必要である。こ
れは、1200℃未満では接着剤が溶融しないため接
着作用が発揮されず、また1600℃をこえる温度で
は被接着体であるセラミツクス成形体の特性異質
等が問題となる。また、接着剤の有効成分の蒸発
も進み、さらには熱効率の面からも好ましくない
などの理由による。また、熱処理雰囲気として
は、空気中、真空中、または不活性ガス、窒化ガ
ス、窒素等の雰囲気下で熱処理が可能である。 本発明の接着剤を用いることにより、卓越した
接着効果が発揮される理由は、現在なお明確では
ないが、以下の如く推定される。即ち、本発明の
接着剤は、およそ1200〜1600℃の融点を有し、接
着剤を介在させた非酸化物系セラミツクス成形体
を1200℃以上に熱処理すると、接着剤は溶融し、
非酸化物系セラミツクス成形体表面を充分にぬら
すことができる。また、非酸化物系セラミツクス
成形体と何らかの反応が起こり、非酸化物系セラ
ミツクス成形体相互を強固に接着すると考えられ
る。この場合、接着剤の有効成分である核形成剤
としてのPtと結晶化を促進するLi2Oとが接着性
を増すものと思われる。 [実施例] 以下、本発明を実施例にもとづき、さらに詳細
に説明する。 実施例 1 Li2O10.9%、MgO17.8%、Al2O317.8%、
SiO253.5%およびPt又はAu0.01%を添加したも
のを1400℃で溶解し、ガラス化する。さらに、こ
のガラスを800℃で30分間保ち、結晶化させる。
この結晶化ガラスを粉砕し、ペレツト状にした。
これを15mm×15mm×10mmの窒化ケイ素成形体間に
はさみ込み、空気中、1400℃ 20分間加熱処理し
た。接着剤量は接着面積1cm2当り0.1gとした。
この接着体試料から3mm×3mm×30mmの角棒を切
り出し、スパン20mm、荷重速度0.5mm/minの条
件下で三点曲げ試験を室温および600℃の温度条
件下で行い、3本の平均値でその接着強度を求め
たところ、第1表のとおり室温では33Kg/mm2、
600℃では28Kg/mm2の強度が得られた。なお、第
1表の括弧内に示された数値は、特開昭57−
47777号公開特許公報に記載された接着剤を使用
して窒化ケイ素および炭化ケイ素を接合した場合
の接合強度を比較のために示してある。 さらに、上記接着体試料を30%、水酸化ナトリ
ウム水溶液および30%硫酸中に50℃、100時間浸
積して耐食性を調べた結果、接着部には何らの異
状も認められなかつた。
る非酸化物系セラミツクス用接着剤およびその接
着方法に関するものである。 [従来技術] 窒化ケイ素や、炭化ケイ素などの非酸化物系セ
ラミツクスは金属に比べて高温強度、耐熱衝撃
性、耐摩耗性等に優れているので、高温用部材と
して脚光を浴び、多くの応用開発が進められてい
る。 しかし、上記各種用途に、非酸化物系セラミツ
クスを利用して、その機能を十分に発揮させるた
めには、製造工程でこれら非酸化物系セラミツク
ス相互を接着させることが必要となつてくる。特
に、非酸化物系セラミツクス成形体は、成形およ
び加工上の制約により、単純な形状の部材から複
雑な形状に組み立てる必要があり、非酸化物系セ
ラミツクスの接着技術の開発が不可欠となる。 しかしながら、非酸化物系セラミツクスは、一
般に、溶融物に対する親和性、いわゆるぬれ性が
極めて悪く、しかもアルミナ、マグネシヤなどの
酸化物系セラミツクスとは異なり、共有結合性が
強く、また各種物質に対する反応性も非常に低い
ために、その接着は極めて困難である。 従来、非酸化物系セラミツクスの接着は、接着
剤を被接着体間に介在させ、または介在させない
で、高温、高圧下でホツトプレスする方法がとら
れていた。 [発明が解決しようとする問題点] しかし、ホツトプレス法では、高温高圧下で処
理せねばならないので、複雑なものや大型部材の
接着は至難である。また、最近検討されている
HIP法でも同様である。 したがつて、大型で複雑な形状の材料を接着す
るには、圧力を要せず、加熱するだけで容易に接
着できる接着剤の開発が望まれている。これまで
非酸化物系セラミツクス接着剤としてはアルミナ
−シリカ−アルカリ土類金属酸化物系およびフツ
化カルシウム−カオリン系、または、これに希土
類酸化物を少量添加したものが使用されている。
しかし、これらの接着剤は、いずれも非酸化物系
セラミツクスに対しては接着強度が低く、非酸化
物系セラミツクス成形体の特性が十分に生かされ
ていない。 さらに、従来、熱膨張係数が2.5×10-6/℃以
下の低熱膨張係数の極めて限定されたセラミツク
ス(MgO−Al2O3−SiO2系セラミツクス、例え
ばコージエライト)、(MgO−Al2O3−TiO2系セ
ラミツクス)相互間を、熱膨張係数の小さい特定
の結晶化ガラス粉末を塗布して焼成して接合する
方法が提案されている(特開昭57−47777)。しか
し、この方法で、本発明者が出願した熱膨張係数
が2.5×10-6/℃をこえる非酸化物系セラミツク
スを接合しても、後述する第1表および第2表の
括弧内に示すように、本発明の接合強度にくらべ
て極端に低いために、実用的強度を得ることがで
きなかつた。なお、上記の結晶化ガラスを得るた
めには、約1200℃で2時間保温する必要があつ
た。 [問題を解決するための手段] 本発明者は、このような現状において、従来技
術の欠点を改善し、非酸化物系セラミツクス成形
体を機械部材として用いる際に必要な強度を持ち
得る非酸化物系セラミツクスの接着技術の開発を
目的として研究を行い、非酸化物系セラミツクス
の好適な接着剤および接着方法を完成した。 本出願の第1の発明は、Li2O.MgO、Al2O3、
SiO2の少なくとも一つの有効成分に、0.001乃至
0.01重量%のPtまたはAuの金属酸化物を有効成
分として添加した非酸化系セラミツクス用接着剤
を提供したものであり、さらに本出願の第2の発
明は、非酸化物系セラミツクス相互間に第1の発
明の接着剤を介在させて、空気中で1200〜1600℃
の温度で加熱するセラミツクスの接着方法を提供
したものである。 本発明の接着剤、これを単に非酸化物系セラミ
ツクス相互間に介在させ、空気中1200〜1600℃の
温度で加熱するのみで、何ら加圧することなく、
容易に非酸化物系セラミツクスを接着することが
できる。その接着強度は、従来の方法に比べて非
常に高く、現在市販されている非酸化物系セラミ
ツクス常圧焼結品の強度(例、窒化ケイ素、炭化
ケイ素で30Kg/mm2)に近く、しかもその強度を
900℃まで維持できるものである。さらに、本発
明の接着方法は、従来の方法では接着困難な大型
複雑な形状の非酸化物系セラミツクス部材の接着
にも容易に適用でき、これらの部材をも強力に接
着することができる。加えて、本発明の接着剤
は、その接着後に形成される接着力が化学的に安
定であつて、900℃までは十分な耐熱性を有する。 本発明の接着剤の適用される非酸化物系セラミ
ツクスは、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サ
イアロン、窒化アルミニウムなどであり、ホツト
プレス品、常圧焼結品、または反応焼結品のいず
れでもよく、特にその形状や大きさの限定はな
く、しかも接着すべき部材は同一形状でも異形状
でもよい。 [作用] 本発明の接着剤において有効成分であるLi2O、
Al2O3、SiO2、MgO、Pt、Auは市販のものをい
ずれも使用でき、特にその製法、粒度、純度など
は限定されない。 また、本発明の接着剤のもう一つの有効成分で
ある結晶化のための核形成剤としては、Ptまた
はAuの外にTiO2、フツ化物、V2O5、P2O5など
があるが、いずれも熱膨張係数が2.5×10-6/℃
をこえるものである。 本発明に用いる高強度接着剤の核形成剤として
は、PtまたはAuが特に有効である。 本発明の接着剤の有効成分の配合割合は、100
重量%とした場合に、Li2Oを5〜15%、MgO0〜
30%、Al2O30〜30%、SiO260〜100%、Ptまたは
Au0.001〜0.01重量%としたときに、非常に強い
接着強度が得られる。特に、Ptの添加量が0.001
〜0.01重量%のときが最適である。これに対し
て、0.001重量%未満のときまたは0.01重量%を
こえるときは、接着剤の非酸化物系セラミツクス
に対するぬれ性がみられず、接着力は著しく低下
する。 本発明の接着剤は、混合粉末状態で使用できる
が、ペレツト状にした状態でも使用できる。ま
た、これらに適量のバインダー(バルサム、スク
リーンオイルなどの有機粘結剤またはこれと有機
溶剤)を配合してペースト状にした状態で用いる
こともできる。このようにして得られた本発明の
接着剤を非酸化物系セラミツクス成形体間へ介在
させる方法としては、接着剤の形態に応じて、例
えば、粉末形態のものでは被接着面に散布すれば
よく、ペレツト状のものでは被接着面にはさみ込
めばよく、またペースト状のものでは通常の接着
剤と同様に塗布すればよい。その使用量は、用い
る接着剤の組成、加熱条件、被接着体とするセラ
ミツクスの形状、特に厚さに応じて適宜決定で
き、特に限定されないが、通常、本発明の接着剤
有効成分の重量換算で被接着面積1cm2当り0.01〜
1g、好ましくは0.05〜0.3g程度である。 本発明の方法において、接着剤を非酸化物系セ
ラミツクス成形体間に介在させて、熱処理する温
度としては1200〜1600℃の範囲が必要である。こ
れは、1200℃未満では接着剤が溶融しないため接
着作用が発揮されず、また1600℃をこえる温度で
は被接着体であるセラミツクス成形体の特性異質
等が問題となる。また、接着剤の有効成分の蒸発
も進み、さらには熱効率の面からも好ましくない
などの理由による。また、熱処理雰囲気として
は、空気中、真空中、または不活性ガス、窒化ガ
ス、窒素等の雰囲気下で熱処理が可能である。 本発明の接着剤を用いることにより、卓越した
接着効果が発揮される理由は、現在なお明確では
ないが、以下の如く推定される。即ち、本発明の
接着剤は、およそ1200〜1600℃の融点を有し、接
着剤を介在させた非酸化物系セラミツクス成形体
を1200℃以上に熱処理すると、接着剤は溶融し、
非酸化物系セラミツクス成形体表面を充分にぬら
すことができる。また、非酸化物系セラミツクス
成形体と何らかの反応が起こり、非酸化物系セラ
ミツクス成形体相互を強固に接着すると考えられ
る。この場合、接着剤の有効成分である核形成剤
としてのPtと結晶化を促進するLi2Oとが接着性
を増すものと思われる。 [実施例] 以下、本発明を実施例にもとづき、さらに詳細
に説明する。 実施例 1 Li2O10.9%、MgO17.8%、Al2O317.8%、
SiO253.5%およびPt又はAu0.01%を添加したも
のを1400℃で溶解し、ガラス化する。さらに、こ
のガラスを800℃で30分間保ち、結晶化させる。
この結晶化ガラスを粉砕し、ペレツト状にした。
これを15mm×15mm×10mmの窒化ケイ素成形体間に
はさみ込み、空気中、1400℃ 20分間加熱処理し
た。接着剤量は接着面積1cm2当り0.1gとした。
この接着体試料から3mm×3mm×30mmの角棒を切
り出し、スパン20mm、荷重速度0.5mm/minの条
件下で三点曲げ試験を室温および600℃の温度条
件下で行い、3本の平均値でその接着強度を求め
たところ、第1表のとおり室温では33Kg/mm2、
600℃では28Kg/mm2の強度が得られた。なお、第
1表の括弧内に示された数値は、特開昭57−
47777号公開特許公報に記載された接着剤を使用
して窒化ケイ素および炭化ケイ素を接合した場合
の接合強度を比較のために示してある。 さらに、上記接着体試料を30%、水酸化ナトリ
ウム水溶液および30%硫酸中に50℃、100時間浸
積して耐食性を調べた結果、接着部には何らの異
状も認められなかつた。
【表】
実施例 2
サイアロン、窒化アルミを実施例1と同様にし
て接着強度を調べた結果、第2表のとおりその強
度、耐化学薬品性もほとんど変化が見られなかつ
た。なお、第2表の括弧内に示された数値は、特
開昭57−47777号公開特許公報に記載された接着
剤を使用してサイアロンおよび窒化アルミを接合
した場合の接合強度を比較のために示してある。
て接着強度を調べた結果、第2表のとおりその強
度、耐化学薬品性もほとんど変化が見られなかつ
た。なお、第2表の括弧内に示された数値は、特
開昭57−47777号公開特許公報に記載された接着
剤を使用してサイアロンおよび窒化アルミを接合
した場合の接合強度を比較のために示してある。
【表】
[発明の効果]
本発明の接着剤および接着方法によれば、従来
方法では接着困難であつた大型、複雑、異形の非
酸化物系セラミツクス部材相互を容易に、しかも
強力に接着できる。加えて、本発明の接着剤は、
接着後形成される接着層が化学的に安定であり、
900℃までは十分な耐熱性を有する。したがつて、
本発明により、非酸化物系セラミツクスはその機
能を充分に発揮できるものであり、その応用、開
発はさらに発展するものである。また、セラミツ
クス用接着剤の製造過程において、結晶化ガラス
を得るために、従来では1200℃で2時間以上保温
させる必要があつたのに対して、本発明において
は、800℃で30分から2時間ぐらい保温させれば
よい。
方法では接着困難であつた大型、複雑、異形の非
酸化物系セラミツクス部材相互を容易に、しかも
強力に接着できる。加えて、本発明の接着剤は、
接着後形成される接着層が化学的に安定であり、
900℃までは十分な耐熱性を有する。したがつて、
本発明により、非酸化物系セラミツクスはその機
能を充分に発揮できるものであり、その応用、開
発はさらに発展するものである。また、セラミツ
クス用接着剤の製造過程において、結晶化ガラス
を得るために、従来では1200℃で2時間以上保温
させる必要があつたのに対して、本発明において
は、800℃で30分から2時間ぐらい保温させれば
よい。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 Li2O、MgO、Al2O3、SiO2に0.001乃至0.01
重量%のPtまたはAuを添加した熱膨張係数が2.5
×10-6/℃をこえる非酸化物系セラミツクス用接
着剤。 2 Li2O、MgO、Al2O3、SiO2に0.001乃至0.01
重量%のPtまたはAuを添加した熱膨張係数が2.5
×10-6/℃をこえる接着剤を、熱膨張係数が2.5
×10-6/℃をこえる非酸化物系セラミツクス相互
間に介在させ、これを酸化性または、非酸化性雰
囲気下、1200〜1600℃の温度で加熱して接合する
非酸化物系セラミツクスの接着方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10894786A JPS62265184A (ja) | 1986-05-12 | 1986-05-12 | 非酸化物系セラミックス用接着剤および接着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10894786A JPS62265184A (ja) | 1986-05-12 | 1986-05-12 | 非酸化物系セラミックス用接着剤および接着方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62265184A JPS62265184A (ja) | 1987-11-18 |
| JPH0336785B2 true JPH0336785B2 (ja) | 1991-06-03 |
Family
ID=14497677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10894786A Granted JPS62265184A (ja) | 1986-05-12 | 1986-05-12 | 非酸化物系セラミックス用接着剤および接着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62265184A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0407953D0 (en) * | 2004-04-08 | 2004-05-12 | Univ The Glasgow | Silicon carbride bonding |
| JP5978105B2 (ja) * | 2012-11-08 | 2016-08-24 | 株式会社東芝 | 炭化ケイ素セラミックス接合体及び炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法 |
| CN110028246B (zh) * | 2019-05-08 | 2021-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种玻璃焊料及其制备方法和应用 |
-
1986
- 1986-05-12 JP JP10894786A patent/JPS62265184A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62265184A (ja) | 1987-11-18 |
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