JPH04351103A - マイクロ波共振器 - Google Patents
マイクロ波共振器Info
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- JPH04351103A JPH04351103A JP3153970A JP15397091A JPH04351103A JP H04351103 A JPH04351103 A JP H04351103A JP 3153970 A JP3153970 A JP 3153970A JP 15397091 A JP15397091 A JP 15397091A JP H04351103 A JPH04351103 A JP H04351103A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/08—Strip line resonators
- H01P7/082—Microstripline resonators
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/70—High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
- Y10S505/701—Coated or thin film device, i.e. active or passive
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S505/866—Wave transmission line, network, waveguide, or microwave storage device
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波共振器に関
する。より詳細には、本発明は、複合酸化物超電導体薄
膜により形成された導体線路を含むマイクロ波共振器の
新規な構成に関する。 【0002】 【従来の技術】数十cmから数mmまでの波長を有し、
マイクロ波あるいはミリ波等と呼ばれる電磁波は、理論
的には電磁波スペクトルの一部の範囲に過ぎないが、工
学的にはこれを取り扱うための独特の手法やデバイスが
開発されていることから、特に独立して検討される場合
が多い。 【0003】一方、[La,Ba]2CuO4 が30
Kで超電導状態を示すことが、ベドノーツ、ミューラー
等によって1986年に報告されて以来、1987年に
はチュー等によって90K台の超電導臨界温度Tc を
有するYBa2Cu3Oy が報告され、更に、198
8年には前田等によって100 K以上の臨界温度を示
す所謂Bi系の複合酸化物系超電導材料が報告された。 これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、廉価な液体
窒素による冷却で超電導現象を実現することができるの
で、超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に検討され
るようになった。 【0004】超電導特有の現象が有利に作用するという
点ではマイクロ波デバイスも例外ではない。即ち、例え
ばストリップ線路では、周波数の平方根に比例して、導
体の抵抗による減衰定数が増大する。また、周波数の増
大に比例して誘電体損も増加するが、近年のストリップ
線路では、誘電体材料の改良により、特に10GHz以
下の領域では、ストリップ線路の損失は専ら導体層の抵
抗に起因するものが大部分を占めている。従って、スト
リップ線路における導体層の抵抗を低減することはマイ
クロ波線路の性能を著しく向上させることになる。 【0005】また、ストリップ線路は、単純な伝送路と
しての用途の他に、適切なパターニングを行うことによ
ってインダクタンス素子、フィルタ、共振器、遅延線等
のマイクロ波デバイスを構成することができる。従って
、ストリップ線路の改良はそのままこれらのマイクロ波
デバイスの特性改善につながる。そこで、導体線路を酸
化物超電導体により形成した種々のマイクロ波デバイス
が提案されている。 【0006】図4は、上述のような酸化物超電導体を使
用したマイクロ波共振器の構成例を示す図である。 【0007】図4(a) に示すように、このマイクロ
波共振器は、後述する所定のパターンの酸化物超電導体
薄膜で形成された超電導導体線路10を搭載した第1基
板20と、やはり酸化物超電導体薄膜により形成された
超電導接地導体30を全面に搭載した第2基板40とを
、パッケージ50a内に重ねて収容した後、カバー50
bおよび50cによってパッケージ50aを封止して構
成されている。 【0008】このマイクロ波共振器では、第1基板20
と第2基板40との寸法が互いに異なっており、これに
対応してパッケージ50aの内面に段差51が形成され
ている。 又、第2基板40は第1基板20よりも寸法が大きくな
っている。従って、第2基板40上に搭載された超電導
接地導体30は、その周縁部でパッケージ50aの段差
51と接触している。 【0009】尚、図示されていないが、実際には、導体
線路10に対してマイクロ波を導入するためのリード線
等がパッケージ50aまたはカバー50bを貫通して設
けられている。 【0010】図4(b) は、図4(a) に示したマ
イクロ波共振器において使用している第1基板20上に
形成された超電導導体線路10のパターンを示す図であ
る。 【0011】同図に示すように、第1基板20上には、
共振器となる直径12mmの円形の超電導導体線路11
と、この超電導導体線路11に対してマイクロ波を導入
あるいは導出するための1対の超電導導体線路12、1
3とが形成されている。これらの超電導導体線路11、
12、13および第2基板40上の超電導接地導体30
は、例えばY−Ba−Cu複合酸化物等の酸化物超電導
体薄膜により形成することができる。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】上述のような構成のマ
イクロ波共振器は、その超電導導体線路11の特性によ
り特定の共振周波数f0 を有し、マイクロ波通信器の
局部発振器の周波数制御等に用いることができる。 【0013】しかしながら、実際に酸化物超電導体を使
用して作製されたマイクロ波共振器の共振周波数f0
は、必ずしも設計仕様通りにはならないという問題があ
る。即ち、この種のマイクロ波共振器では、酸化物超電
導体薄膜の僅かな特性の変化や組立時の僅かな誤差が相
互に影響し合って不可避に特性にばらつきが生じる。 【0014】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、上記のような特性のばらつきを補正するため
に特性を容易に調整することができる新規なマイクロ波
共振器を提供することをその目的としている。 【0015】 【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導体薄膜で形成された超電導導体線路および超電導
接地導体により構成された所定の形状の共振導体を含む
マイクロ波共振器において、更に、該共振導体を加熱す
ることができるように、該超電導導体線路および該超電
導接地導体の近傍に配置された温度調節可能なヒータを
備えることを特徴とするマイクロ波共振器が提供される
。 【0016】 【作用】本発明に係るマイクロ波共振器は、その共振周
波数f0 を変化させることができる機能を有しており
、更に、その共振周波数f0 の変化を電気的に制御で
きるように構成されていることをその主要な特徴として
いる。 【0017】酸化物超電導体は、従来の金属超電導体と
は異なる独特の特性を有することが知られている。本発
明に係るマイクロ波共振器は、そのような特性のひとつ
を利用している。 【0018】即ち、酸化物超電導体は、既に超電導体と
なっている臨界温度以下の温度領域においても、温度の
変化に対応して超電導電子密度ns と常伝導電子密度
nn との比が変化する。このため、超電導体に対する
磁場侵入長λが温度変化と連動して変化するので、酸化
物超電導体を使用して構成されたマイクロ波共振器では
、臨界温度以下の温度範囲においても共振周波数に温度
特性が生じる。 【0019】そこで、本発明に係るマイクロ波共振器で
は、その共振導体の近傍に電気制御が可能なヒータを配
置し、それによってマイクロ波共振器の温度を精密に制
御して共振周波数f0 を任意に設定できるように構成
している。 【0020】また換言すれば、本発明に係るマイクロ波
共振器は、ヒータに供給する電力を調整することによっ
て、共振周波数f0 を電気的に調整することができる
。 【0021】尚、このマイクロ波共振器における超電導
導体層および超電導接地導体層は、Y系、Bi系、Tl
系等の複合酸化物薄膜により形成することができる。ま
た、その成膜方法としては、スパッタリング法、レーザ
蒸着法等を例示することができる。 【0022】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。 【0023】 【実施例】図1は、本発明に係るマイクロ波共振器の具
体的な構成例を示す図である。なお、図4(a) に示
した従来のマイクロ波共振器と共通の構成要素には共通
の参照番号を付している。 【0024】同図に示すように、このマイクロ波共振器
は、図4(a) に示した従来のマイクロ波共振器と基
本的に同じ構成のマイクロ波共振器に、更に、ヒータ6
0を付加して構成されている。 【0025】ここで、ヒータ60は、パッケージ50a
のカバー50cの下面に抵抗体を装着することにより構
成されており、一対の給電用端子60a、60bを備え
ている。 【0026】以上のように構成されたマイクロ波共振器
は、超電導導体線路10および超電導接地導体30が超
電導体となるように冷却して使用されるが、ヒータ60
に通電することにより、臨界温度近傍での精密な温度制
御が可能である。 【0027】尚、本実施例ではパッケージ50aのカバ
ー50c下面にヒータ60を装着したが、ヒータをパッ
ケージ50aの内側、即ち、カバー50cの上面やカバ
ー50bの下面等に装着しても全く問題はない。 【0028】〔作製例〕図2に示した構造のマイクロ波
共振器を実際に作製した。 【0029】図2に示す超電導マイクロ波共振器は、基
本的には図1に示したものに類似した構成となっている
が、更に、第2の超電導接地導体30aとなる超電導薄
膜を搭載した第3の基板40aを備えている。この第3
の基板40a自体は、誘電体により形成されており、超
電導導体線路10上に積層してパッケージ50a内に収
容されている。 【0030】第1基板20としては、1辺が18mmの
正方形で厚さが1mmのMgO基板を使用し、導体線路
10は、厚さ5000ÅのY−Ba−Cu複合酸化物薄
膜により形成した。 【0031】また、共振器となる超電導導体線路10は
、直径12mmの円形の超電導導体線路11とし、1対
の超電導導体線路12、13は、幅 0.4mm、長さ
2.0 mmとした。尚、各導波路12、13と共振器
11との間隔は、最も近いところで1.0 mmとした
。 【0032】一方、第2基板40および第3基板40a
としては、それぞれ1辺が20mmまたは18mmの正
方形で厚さが1mmのMgO基板を使用し、厚さ500
0ÅのY−Ba−Cuの複合酸化物薄膜により接地導体
30、30aを形成した。 【0033】以上のような3枚の基板20、40、40
aを、真鍮製のパッケージ50aに収容し、やはり真鍮
製のカバー50b、50cによってパッケージ50aを
封止した。また、第3基板40aは、バネ70により超
電導導体線路10上に密着させた。 【0034】更に、カバー50cの下面に、SiO2
の絶縁層を介して、ニクロムの厚膜をヒータ60として
形成し、電極用にNiをコーティングした上で、ヒータ
60に対する給電用端子60a、60bをはんだ付けし
た。 【0035】以上のように作製した超電導マイクロ波共
振器の透過電力の周波数特性をネットワークアナライザ
によって測定した。 【0036】まず、マイクロ波共振器に装着したヒータ
60は動作させずに、共振器をクライオスタットに収容
して、共振周波数の温度特性を測定した。測定結果を図
3に示す。 【0037】次に、液体窒素により冷却しながらヒータ
60を操作することにより、77K、79K、81Kの
それぞれの温度で測定したところ、下記の表1に示すよ
うに、温度の上昇と共に共振周波数が低下していること
が判った。 【0038】 【表1】 【0039】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロ波共振器は、その共振周波数f0 を容易に調整す
ることができるように構成されている。又、この共振周
波数f0 の調整は、共振器の外部から電気的に行うこ
とができるので、実装後にも容易に調整できるだけでは
なく、共振器として稼働中の調整さえ可能である。 【0040】従って、例えば、マイクロ波通信機の局部
発振器等に極めて有利に使用することができる。
する。より詳細には、本発明は、複合酸化物超電導体薄
膜により形成された導体線路を含むマイクロ波共振器の
新規な構成に関する。 【0002】 【従来の技術】数十cmから数mmまでの波長を有し、
マイクロ波あるいはミリ波等と呼ばれる電磁波は、理論
的には電磁波スペクトルの一部の範囲に過ぎないが、工
学的にはこれを取り扱うための独特の手法やデバイスが
開発されていることから、特に独立して検討される場合
が多い。 【0003】一方、[La,Ba]2CuO4 が30
Kで超電導状態を示すことが、ベドノーツ、ミューラー
等によって1986年に報告されて以来、1987年に
はチュー等によって90K台の超電導臨界温度Tc を
有するYBa2Cu3Oy が報告され、更に、198
8年には前田等によって100 K以上の臨界温度を示
す所謂Bi系の複合酸化物系超電導材料が報告された。 これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、廉価な液体
窒素による冷却で超電導現象を実現することができるの
で、超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に検討され
るようになった。 【0004】超電導特有の現象が有利に作用するという
点ではマイクロ波デバイスも例外ではない。即ち、例え
ばストリップ線路では、周波数の平方根に比例して、導
体の抵抗による減衰定数が増大する。また、周波数の増
大に比例して誘電体損も増加するが、近年のストリップ
線路では、誘電体材料の改良により、特に10GHz以
下の領域では、ストリップ線路の損失は専ら導体層の抵
抗に起因するものが大部分を占めている。従って、スト
リップ線路における導体層の抵抗を低減することはマイ
クロ波線路の性能を著しく向上させることになる。 【0005】また、ストリップ線路は、単純な伝送路と
しての用途の他に、適切なパターニングを行うことによ
ってインダクタンス素子、フィルタ、共振器、遅延線等
のマイクロ波デバイスを構成することができる。従って
、ストリップ線路の改良はそのままこれらのマイクロ波
デバイスの特性改善につながる。そこで、導体線路を酸
化物超電導体により形成した種々のマイクロ波デバイス
が提案されている。 【0006】図4は、上述のような酸化物超電導体を使
用したマイクロ波共振器の構成例を示す図である。 【0007】図4(a) に示すように、このマイクロ
波共振器は、後述する所定のパターンの酸化物超電導体
薄膜で形成された超電導導体線路10を搭載した第1基
板20と、やはり酸化物超電導体薄膜により形成された
超電導接地導体30を全面に搭載した第2基板40とを
、パッケージ50a内に重ねて収容した後、カバー50
bおよび50cによってパッケージ50aを封止して構
成されている。 【0008】このマイクロ波共振器では、第1基板20
と第2基板40との寸法が互いに異なっており、これに
対応してパッケージ50aの内面に段差51が形成され
ている。 又、第2基板40は第1基板20よりも寸法が大きくな
っている。従って、第2基板40上に搭載された超電導
接地導体30は、その周縁部でパッケージ50aの段差
51と接触している。 【0009】尚、図示されていないが、実際には、導体
線路10に対してマイクロ波を導入するためのリード線
等がパッケージ50aまたはカバー50bを貫通して設
けられている。 【0010】図4(b) は、図4(a) に示したマ
イクロ波共振器において使用している第1基板20上に
形成された超電導導体線路10のパターンを示す図であ
る。 【0011】同図に示すように、第1基板20上には、
共振器となる直径12mmの円形の超電導導体線路11
と、この超電導導体線路11に対してマイクロ波を導入
あるいは導出するための1対の超電導導体線路12、1
3とが形成されている。これらの超電導導体線路11、
12、13および第2基板40上の超電導接地導体30
は、例えばY−Ba−Cu複合酸化物等の酸化物超電導
体薄膜により形成することができる。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】上述のような構成のマ
イクロ波共振器は、その超電導導体線路11の特性によ
り特定の共振周波数f0 を有し、マイクロ波通信器の
局部発振器の周波数制御等に用いることができる。 【0013】しかしながら、実際に酸化物超電導体を使
用して作製されたマイクロ波共振器の共振周波数f0
は、必ずしも設計仕様通りにはならないという問題があ
る。即ち、この種のマイクロ波共振器では、酸化物超電
導体薄膜の僅かな特性の変化や組立時の僅かな誤差が相
互に影響し合って不可避に特性にばらつきが生じる。 【0014】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、上記のような特性のばらつきを補正するため
に特性を容易に調整することができる新規なマイクロ波
共振器を提供することをその目的としている。 【0015】 【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導体薄膜で形成された超電導導体線路および超電導
接地導体により構成された所定の形状の共振導体を含む
マイクロ波共振器において、更に、該共振導体を加熱す
ることができるように、該超電導導体線路および該超電
導接地導体の近傍に配置された温度調節可能なヒータを
備えることを特徴とするマイクロ波共振器が提供される
。 【0016】 【作用】本発明に係るマイクロ波共振器は、その共振周
波数f0 を変化させることができる機能を有しており
、更に、その共振周波数f0 の変化を電気的に制御で
きるように構成されていることをその主要な特徴として
いる。 【0017】酸化物超電導体は、従来の金属超電導体と
は異なる独特の特性を有することが知られている。本発
明に係るマイクロ波共振器は、そのような特性のひとつ
を利用している。 【0018】即ち、酸化物超電導体は、既に超電導体と
なっている臨界温度以下の温度領域においても、温度の
変化に対応して超電導電子密度ns と常伝導電子密度
nn との比が変化する。このため、超電導体に対する
磁場侵入長λが温度変化と連動して変化するので、酸化
物超電導体を使用して構成されたマイクロ波共振器では
、臨界温度以下の温度範囲においても共振周波数に温度
特性が生じる。 【0019】そこで、本発明に係るマイクロ波共振器で
は、その共振導体の近傍に電気制御が可能なヒータを配
置し、それによってマイクロ波共振器の温度を精密に制
御して共振周波数f0 を任意に設定できるように構成
している。 【0020】また換言すれば、本発明に係るマイクロ波
共振器は、ヒータに供給する電力を調整することによっ
て、共振周波数f0 を電気的に調整することができる
。 【0021】尚、このマイクロ波共振器における超電導
導体層および超電導接地導体層は、Y系、Bi系、Tl
系等の複合酸化物薄膜により形成することができる。ま
た、その成膜方法としては、スパッタリング法、レーザ
蒸着法等を例示することができる。 【0022】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。 【0023】 【実施例】図1は、本発明に係るマイクロ波共振器の具
体的な構成例を示す図である。なお、図4(a) に示
した従来のマイクロ波共振器と共通の構成要素には共通
の参照番号を付している。 【0024】同図に示すように、このマイクロ波共振器
は、図4(a) に示した従来のマイクロ波共振器と基
本的に同じ構成のマイクロ波共振器に、更に、ヒータ6
0を付加して構成されている。 【0025】ここで、ヒータ60は、パッケージ50a
のカバー50cの下面に抵抗体を装着することにより構
成されており、一対の給電用端子60a、60bを備え
ている。 【0026】以上のように構成されたマイクロ波共振器
は、超電導導体線路10および超電導接地導体30が超
電導体となるように冷却して使用されるが、ヒータ60
に通電することにより、臨界温度近傍での精密な温度制
御が可能である。 【0027】尚、本実施例ではパッケージ50aのカバ
ー50c下面にヒータ60を装着したが、ヒータをパッ
ケージ50aの内側、即ち、カバー50cの上面やカバ
ー50bの下面等に装着しても全く問題はない。 【0028】〔作製例〕図2に示した構造のマイクロ波
共振器を実際に作製した。 【0029】図2に示す超電導マイクロ波共振器は、基
本的には図1に示したものに類似した構成となっている
が、更に、第2の超電導接地導体30aとなる超電導薄
膜を搭載した第3の基板40aを備えている。この第3
の基板40a自体は、誘電体により形成されており、超
電導導体線路10上に積層してパッケージ50a内に収
容されている。 【0030】第1基板20としては、1辺が18mmの
正方形で厚さが1mmのMgO基板を使用し、導体線路
10は、厚さ5000ÅのY−Ba−Cu複合酸化物薄
膜により形成した。 【0031】また、共振器となる超電導導体線路10は
、直径12mmの円形の超電導導体線路11とし、1対
の超電導導体線路12、13は、幅 0.4mm、長さ
2.0 mmとした。尚、各導波路12、13と共振器
11との間隔は、最も近いところで1.0 mmとした
。 【0032】一方、第2基板40および第3基板40a
としては、それぞれ1辺が20mmまたは18mmの正
方形で厚さが1mmのMgO基板を使用し、厚さ500
0ÅのY−Ba−Cuの複合酸化物薄膜により接地導体
30、30aを形成した。 【0033】以上のような3枚の基板20、40、40
aを、真鍮製のパッケージ50aに収容し、やはり真鍮
製のカバー50b、50cによってパッケージ50aを
封止した。また、第3基板40aは、バネ70により超
電導導体線路10上に密着させた。 【0034】更に、カバー50cの下面に、SiO2
の絶縁層を介して、ニクロムの厚膜をヒータ60として
形成し、電極用にNiをコーティングした上で、ヒータ
60に対する給電用端子60a、60bをはんだ付けし
た。 【0035】以上のように作製した超電導マイクロ波共
振器の透過電力の周波数特性をネットワークアナライザ
によって測定した。 【0036】まず、マイクロ波共振器に装着したヒータ
60は動作させずに、共振器をクライオスタットに収容
して、共振周波数の温度特性を測定した。測定結果を図
3に示す。 【0037】次に、液体窒素により冷却しながらヒータ
60を操作することにより、77K、79K、81Kの
それぞれの温度で測定したところ、下記の表1に示すよ
うに、温度の上昇と共に共振周波数が低下していること
が判った。 【0038】 【表1】 【0039】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロ波共振器は、その共振周波数f0 を容易に調整す
ることができるように構成されている。又、この共振周
波数f0 の調整は、共振器の外部から電気的に行うこ
とができるので、実装後にも容易に調整できるだけでは
なく、共振器として稼働中の調整さえ可能である。 【0040】従って、例えば、マイクロ波通信機の局部
発振器等に極めて有利に使用することができる。
【図1】本発明に係るマイクロ波共振器の具体的な構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図2】本発明に従って作製した超電導マイクロ波共振
器の具体的な構成例を示す図である。
器の具体的な構成例を示す図である。
【図3】図2に示した構成の超電導マイクロ波共振器の
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図4】酸化物超電導体薄膜を使用した従来のマイクロ
波共振器の典型的な構成を示す図である。
波共振器の典型的な構成を示す図である。
10 超電導導体線路、
20 第1基板、
30 超電導接地導体、
40 第2基板、
50a パッケージ、
60 ヒータ
Claims (1)
- 【請求項1】酸化物超電導体薄膜で形成された超電導導
体線路および超電導接地導体により構成された所定の形
状の共振導体を含むマイクロ波共振器において、更に、
該共振導体を加熱することができるように、該超電導導
体線路および該超電導接地導体の近傍に配置された温度
調節可能なヒータを備えることを特徴とするマイクロ波
共振器。
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- 1992-05-29 DE DE69212903T patent/DE69212903T2/de not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |