JPH0688112B2 - 高磁束密度軟磁性繊維及びその製造方法 - Google Patents
高磁束密度軟磁性繊維及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高飽和磁束密度且つ低保磁力を特徴とする軟
磁性繊維並びにその製造方法に関するものである。
磁性繊維並びにその製造方法に関するものである。
[従来の技術] 珪素鋼などの磁性材料は、交流励磁に適合する様に薄肉
のものを一定の形に打ち抜いた後複数枚を積層して使用
される。即ち交流励磁における渦電流損失及びヒステリ
シス損失を小さくする主旨であり、高周波数領域で磁性
材料が励磁される場合には、磁性材料をさらに細分割し
て鉄損の低減を図ると共に、透磁率の動特性を向上させ
る必要がある。
のものを一定の形に打ち抜いた後複数枚を積層して使用
される。即ち交流励磁における渦電流損失及びヒステリ
シス損失を小さくする主旨であり、高周波数領域で磁性
材料が励磁される場合には、磁性材料をさらに細分割し
て鉄損の低減を図ると共に、透磁率の動特性を向上させ
る必要がある。
ところで技術革新が進むにつれて電子・電磁機器の小型
化・軽量化に対する要請は益々強くなっており、こうし
た要望に沿うため小型磁性材料に関する改良研究も盛ん
に行なわれている。
化・軽量化に対する要請は益々強くなっており、こうし
た要望に沿うため小型磁性材料に関する改良研究も盛ん
に行なわれている。
電磁機器を小型化し、あるいは細分割するための一つの
方法として、磁性材料を繊維状に形成することが考えら
れるが、繊維状磁性材料の磁気特性を高めるうえでは、
結晶粒界や不純物などの欠陥や内部歪を少なくして磁化
され易い構造にすることが大切である。しかも例えば電
力用機器などに用いられる磁性材料では、小型化を推進
する為には飽和磁束密度の大きい材料を用いることが不
可欠であり、低保磁力で高飽和磁束密度の軟磁性材料が
必要になってくる。
方法として、磁性材料を繊維状に形成することが考えら
れるが、繊維状磁性材料の磁気特性を高めるうえでは、
結晶粒界や不純物などの欠陥や内部歪を少なくして磁化
され易い構造にすることが大切である。しかも例えば電
力用機器などに用いられる磁性材料では、小型化を推進
する為には飽和磁束密度の大きい材料を用いることが不
可欠であり、低保磁力で高飽和磁束密度の軟磁性材料が
必要になってくる。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は上記のような状況の下で、磁性材料からなる繊
維状物の結晶粒界や内部歪を極力少なくすることによっ
て、高飽和磁束密度で且つ低保磁力という特性を備えた
軟磁性繊維並びに製造方法を提供しようとするものであ
る。
維状物の結晶粒界や内部歪を極力少なくすることによっ
て、高飽和磁束密度で且つ低保磁力という特性を備えた
軟磁性繊維並びに製造方法を提供しようとするものであ
る。
[問題点を解決するため手段] 本発明に係る高磁束密度軟磁性繊維は、Fe−Si系、Fe−
Al系またはFe−Si−Al系合金からなる樹枝状晶の一次ア
ームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で成長した樹
枝状組織を有する直径が100μm以下の磁性繊維を、熱
処理によって内部歪を除去すると共に樹枝状構造を消失
させたものであり、且つ直流磁化状態における磁場10エ
ルステッドでの磁束密度が17キロガウス以上であるとこ
ろに要旨を有するものであり、この様な高飽和磁束密度
の軟磁性繊維は、Fe−Si系、Fe−Al系、またはFe−Si−
Al系合金からなる磁性材料を使用し、溶融紡糸によっ
て、樹枝状晶の一次アームが繊維軸方向に対して角度20
度以内、好ましくは5度以内で揃った樹枝状組織を有す
る直径100μm以下の磁性繊維を作製し、その後熱処理
によって結晶粒界や内部歪と共に樹枝状構造を消失させ
ることによって得ることができる。
Al系またはFe−Si−Al系合金からなる樹枝状晶の一次ア
ームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で成長した樹
枝状組織を有する直径が100μm以下の磁性繊維を、熱
処理によって内部歪を除去すると共に樹枝状構造を消失
させたものであり、且つ直流磁化状態における磁場10エ
ルステッドでの磁束密度が17キロガウス以上であるとこ
ろに要旨を有するものであり、この様な高飽和磁束密度
の軟磁性繊維は、Fe−Si系、Fe−Al系、またはFe−Si−
Al系合金からなる磁性材料を使用し、溶融紡糸によっ
て、樹枝状晶の一次アームが繊維軸方向に対して角度20
度以内、好ましくは5度以内で揃った樹枝状組織を有す
る直径100μm以下の磁性繊維を作製し、その後熱処理
によって結晶粒界や内部歪と共に樹枝状構造を消失させ
ることによって得ることができる。
[作用及び実施例] 上記の様に本発明の高磁束密度軟磁性繊維は、直径が10
0μm以下と非常に細いものであり、直流磁化状態にお
いて磁場10エルステッドにおける磁束密度も17キロガウ
ス以上と非常に大きく、高レベルの飽和磁束密度を有す
る磁性材料として極めて優れたものである。ここで繊維
の直径を100μm以下に定めたのは、この値を超える太
径繊維では、追って詳述する如く繊維組織に十分な方向
性が与えられず、上記の様な高レベルの磁束密度を確保
することができないからである。また直流磁化状態にお
ける磁場10エルステッドにおける磁束密度を17キロガウ
ス以上と定めた理由は、これらの値を下回るものでは本
発明の意図する高磁束密度軟磁性材料としての要求特性
を満足することができないからである。
0μm以下と非常に細いものであり、直流磁化状態にお
いて磁場10エルステッドにおける磁束密度も17キロガウ
ス以上と非常に大きく、高レベルの飽和磁束密度を有す
る磁性材料として極めて優れたものである。ここで繊維
の直径を100μm以下に定めたのは、この値を超える太
径繊維では、追って詳述する如く繊維組織に十分な方向
性が与えられず、上記の様な高レベルの磁束密度を確保
することができないからである。また直流磁化状態にお
ける磁場10エルステッドにおける磁束密度を17キロガウ
ス以上と定めた理由は、これらの値を下回るものでは本
発明の意図する高磁束密度軟磁性材料としての要求特性
を満足することができないからである。
本発明で使用される磁性材料はFe−Si系合金、Fe−Al系
合金、Fe−Si−Al系合金であり、これらの鉄合金中に適
量の希土類金属を1種または2種以上含有させたものも
好ましいものとして挙げられる。尚希土類金属として特
に好ましいのは、原子番号が57〜71のランタン系列から
選択されるものであって、具体的にはLa,Ce,Pr,Nd,Pm,S
m,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luであり、これらは単独で
含有させてもよく、あるいは2種以上を複合して含有さ
せることもできる。上記希土類金属の中でも特に好まし
いのはCeである。また本発明を実施するに当たっては、
軟磁性繊維の用途や要求特性に応じて更に他の成分を配
合することも可能である。
合金、Fe−Si−Al系合金であり、これらの鉄合金中に適
量の希土類金属を1種または2種以上含有させたものも
好ましいものとして挙げられる。尚希土類金属として特
に好ましいのは、原子番号が57〜71のランタン系列から
選択されるものであって、具体的にはLa,Ce,Pr,Nd,Pm,S
m,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luであり、これらは単独で
含有させてもよく、あるいは2種以上を複合して含有さ
せることもできる。上記希土類金属の中でも特に好まし
いのはCeである。また本発明を実施するに当たっては、
軟磁性繊維の用途や要求特性に応じて更に他の成分を配
合することも可能である。
ところで前述の様な高磁束密度の軟磁性繊維を製造する
方法としては、上記磁性材料を溶融紡糸して樹枝状晶の
一次アームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で揃っ
て成長した軟磁性繊維とした後、これを熱処理して内部
歪を除去するとともに樹枝状晶を消失せしめ、均質化す
る方法が挙げられる。
方法としては、上記磁性材料を溶融紡糸して樹枝状晶の
一次アームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で揃っ
て成長した軟磁性繊維とした後、これを熱処理して内部
歪を除去するとともに樹枝状晶を消失せしめ、均質化す
る方法が挙げられる。
溶融紡糸法としては、たとえばガラス被覆紡糸法、水流
中紡糸法、回転液中紡糸法等が例示されるが、中でも特
に好ましいのは特開昭55−64948号公報に開示された様
な回転液中紡糸法である。第1、2図はその方法を例示
する概略正面図及び一部断面側面図であり、回転ドラム
6を高速回転させることによってその内周面側に冷却液
体層8を形成する。そして該液体層8の液面9に向け
て、るつぼ1下面の噴出ノズル2から溶融した磁性材料
を噴出させ、磁性材料を細線状4にして急冷凝固させな
がら回転ドラム6の内周壁に巻き取っていく。図中3は
磁性材料を溶融させるためのヒーター、5は溶融磁性材
料噴出用の不活性ガス、7はモータ、10はベルトを夫々
示す。そして回転する冷却液体層の周速度を、噴出ノズ
ル2からの溶融磁性材料の噴出速度と実質的に同一かま
たはそれよりやや早くしておけば、断面均一性の良好な
磁性繊維が得られ易い。ここで使用される冷却液体は純
粋な液体の他、溶液、エマルジョン等のいずれであって
もよいが、コスト及び冷却効率を総合すると最も好まし
いのは水である。回転ドラムは横向きでも縦向きでもよ
いが、該ドラム中の冷却液体層の表面速度は300〜900m/
min程度、溶融磁性材料の冷却液体層への侵入角度は40
〜80゜、噴出ノズル2と冷却液体層8の液面9との距離
は0.5〜10mm程度が夫々好適である。この場合、特に注
意しなければならないのは、噴出ノズル2の口径を100
μm以下とし、紡糸される磁性繊維の直径が100μm以
下としなければならないことである。しかして噴出ノズ
ル2の口径が100μmを超える場合は、その内部組織に
おいて、繊維軸方向に対する樹枝状晶一次アームの成長
方向が20度以内の角度で揃わなくなり、後述する様な熱
処理を行なって結晶粒界や内部歪を極力少なくしたとし
ても、前述の如き高磁束密度の軟磁性繊維は得られな
い。該繊維の直径を100μm以下とすることによって何
故上述のような組織が形成されるのか、その機構の詳細
は明らかではないが、得られた繊維の内部組織や結晶方
位等の観察結果からすると次の様に考えることができ
る。即ち、溶融磁性材料の噴出流の太さの違いによって
冷却液体層中における冷却速度が変わり、結晶の生成及
び成長状況が変化することによって結晶の成長方向が繊
維軸方向に揃い、その後の熱処理で樹枝状晶が消失した
後も一次アームの方向性が保たれており結晶の方向性に
好ましい影響を及ぼしたためと推定される。
中紡糸法、回転液中紡糸法等が例示されるが、中でも特
に好ましいのは特開昭55−64948号公報に開示された様
な回転液中紡糸法である。第1、2図はその方法を例示
する概略正面図及び一部断面側面図であり、回転ドラム
6を高速回転させることによってその内周面側に冷却液
体層8を形成する。そして該液体層8の液面9に向け
て、るつぼ1下面の噴出ノズル2から溶融した磁性材料
を噴出させ、磁性材料を細線状4にして急冷凝固させな
がら回転ドラム6の内周壁に巻き取っていく。図中3は
磁性材料を溶融させるためのヒーター、5は溶融磁性材
料噴出用の不活性ガス、7はモータ、10はベルトを夫々
示す。そして回転する冷却液体層の周速度を、噴出ノズ
ル2からの溶融磁性材料の噴出速度と実質的に同一かま
たはそれよりやや早くしておけば、断面均一性の良好な
磁性繊維が得られ易い。ここで使用される冷却液体は純
粋な液体の他、溶液、エマルジョン等のいずれであって
もよいが、コスト及び冷却効率を総合すると最も好まし
いのは水である。回転ドラムは横向きでも縦向きでもよ
いが、該ドラム中の冷却液体層の表面速度は300〜900m/
min程度、溶融磁性材料の冷却液体層への侵入角度は40
〜80゜、噴出ノズル2と冷却液体層8の液面9との距離
は0.5〜10mm程度が夫々好適である。この場合、特に注
意しなければならないのは、噴出ノズル2の口径を100
μm以下とし、紡糸される磁性繊維の直径が100μm以
下としなければならないことである。しかして噴出ノズ
ル2の口径が100μmを超える場合は、その内部組織に
おいて、繊維軸方向に対する樹枝状晶一次アームの成長
方向が20度以内の角度で揃わなくなり、後述する様な熱
処理を行なって結晶粒界や内部歪を極力少なくしたとし
ても、前述の如き高磁束密度の軟磁性繊維は得られな
い。該繊維の直径を100μm以下とすることによって何
故上述のような組織が形成されるのか、その機構の詳細
は明らかではないが、得られた繊維の内部組織や結晶方
位等の観察結果からすると次の様に考えることができ
る。即ち、溶融磁性材料の噴出流の太さの違いによって
冷却液体層中における冷却速度が変わり、結晶の生成及
び成長状況が変化することによって結晶の成長方向が繊
維軸方向に揃い、その後の熱処理で樹枝状晶が消失した
後も一次アームの方向性が保たれており結晶の方向性に
好ましい影響を及ぼしたためと推定される。
尚熱処理は、内部歪を解消すると共に急冷凝固時に生成
した樹枝状晶を実質的に消失せしめ、均質化の目的を果
たし得る様、磁性材料の種類に応じて適宜定めるべきで
あるが、一般的な基準としては、繊維を溶融させること
なく短時間で均質化し得る様、[当該磁性材料の固相線
温度−10℃]よりも低く且つ[当該磁性材料の融点の1/
3]以上の温度の範囲で行なうのがよい。また熱処理
は、繊維表面の酸化を防止するため真空もしくはアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気で行なうことが望まれる。
した樹枝状晶を実質的に消失せしめ、均質化の目的を果
たし得る様、磁性材料の種類に応じて適宜定めるべきで
あるが、一般的な基準としては、繊維を溶融させること
なく短時間で均質化し得る様、[当該磁性材料の固相線
温度−10℃]よりも低く且つ[当該磁性材料の融点の1/
3]以上の温度の範囲で行なうのがよい。また熱処理
は、繊維表面の酸化を防止するため真空もしくはアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気で行なうことが望まれる。
第3図は、磁性材料としてFe−5.7重量%Si合金を使用
し、上記のような回転液中紡糸時における噴出ノズルの
口径(紡出繊維の直径に対応する)を190μmまたは75
μmに設定して磁性繊維とした後、1000℃で1時間熱処
理したものについて、繊維軸方向に印加した磁場を最大
10エルステッドとしたときの室温における直流磁化曲線
を示したものである。
し、上記のような回転液中紡糸時における噴出ノズルの
口径(紡出繊維の直径に対応する)を190μmまたは75
μmに設定して磁性繊維とした後、1000℃で1時間熱処
理したものについて、繊維軸方向に印加した磁場を最大
10エルステッドとしたときの室温における直流磁化曲線
を示したものである。
第3図からも明らかである様に保磁力は何れも0.3エル
ステッド以下の低い値を示しているが、最大印加磁場、
すなわち10エルステッドでの磁束密度を比較すると、直
径75μmの細径磁性繊維は17.5キロガウスと非常に高い
値を示しているのに対し、直径190μmの太径磁性繊維
は11.5キロガウスと格段に低い。また、このときの磁束
密度はほぼ飽和磁束密度に近く、磁気特性に顕著な差異
が認められた。
ステッド以下の低い値を示しているが、最大印加磁場、
すなわち10エルステッドでの磁束密度を比較すると、直
径75μmの細径磁性繊維は17.5キロガウスと非常に高い
値を示しているのに対し、直径190μmの太径磁性繊維
は11.5キロガウスと格段に低い。また、このときの磁束
密度はほぼ飽和磁束密度に近く、磁気特性に顕著な差異
が認められた。
磁性繊維の直径を細くすることによって磁束密度が著し
く改善される理由を解明するため、繊維の内部組織を調
べてみたところ、次の様な事実が確認された。即ち直径
100μmを超える太径の磁性繊維は、熱処理前の状態で
樹枝状晶の一次アームの成長方向が繊維軸方向に対して
角度20度を超えるものが多数存在しているのに対し、直
径100μm以下の細径の磁性繊維における樹枝状晶の一
次アーム成長方向は繊維軸方向に対して全てが20度以内
の角度にあった。そしてこれらをさらに熱処理して結晶
粒界や内部歪を減少させた後エッチピット法により結晶
方位を調べてみると、熱処理繊維の結晶方位は熱処理前
の組織を反映しており、太径磁性繊維には、特定の結晶
方位が繊維軸方向に対して20度を超えるものが多数存在
するのに対し、細径磁性繊維では、特定の結晶方位が繊
維軸方向に対して20度以内の角度で一様に揃っているこ
とが確認された。磁化の容易な方向は結晶方位と一定の
関係を有することが知られており、直径100μm以下の
細径磁性繊維では、前述の如く繊維軸方向に対して20度
以内の角度で揃った熱処理前の樹枝状晶一次アームが熱
処理による結晶粒界や内部歪の減少後も有効に反映され
て、磁化が容易で且つ極めて強い異方性をもった磁性繊
維となり、これらが磁束密度の向上に好影響をもたらし
たものと考えられる。
く改善される理由を解明するため、繊維の内部組織を調
べてみたところ、次の様な事実が確認された。即ち直径
100μmを超える太径の磁性繊維は、熱処理前の状態で
樹枝状晶の一次アームの成長方向が繊維軸方向に対して
角度20度を超えるものが多数存在しているのに対し、直
径100μm以下の細径の磁性繊維における樹枝状晶の一
次アーム成長方向は繊維軸方向に対して全てが20度以内
の角度にあった。そしてこれらをさらに熱処理して結晶
粒界や内部歪を減少させた後エッチピット法により結晶
方位を調べてみると、熱処理繊維の結晶方位は熱処理前
の組織を反映しており、太径磁性繊維には、特定の結晶
方位が繊維軸方向に対して20度を超えるものが多数存在
するのに対し、細径磁性繊維では、特定の結晶方位が繊
維軸方向に対して20度以内の角度で一様に揃っているこ
とが確認された。磁化の容易な方向は結晶方位と一定の
関係を有することが知られており、直径100μm以下の
細径磁性繊維では、前述の如く繊維軸方向に対して20度
以内の角度で揃った熱処理前の樹枝状晶一次アームが熱
処理による結晶粒界や内部歪の減少後も有効に反映され
て、磁化が容易で且つ極めて強い異方性をもった磁性繊
維となり、これらが磁束密度の向上に好影響をもたらし
たものと考えられる。
又、結晶粒界が非常に少ないということはとりもなおさ
ず靭性や柔軟性にも優れたものであることを意味してお
り、2次加工を含めて非常に取扱い易い材料である。
ず靭性や柔軟性にも優れたものであることを意味してお
り、2次加工を含めて非常に取扱い易い材料である。
このようにして得られる高飽和磁束密度、低保磁力の軟
磁性繊維は、一本のままで小型軟磁性材料として利用で
きるだけでなく、適当な方法で絶縁皮膜を施した当該繊
維を多数束ね、高周波特性の優れた軟磁性材料として使
用することもできる。
磁性繊維は、一本のままで小型軟磁性材料として利用で
きるだけでなく、適当な方法で絶縁皮膜を施した当該繊
維を多数束ね、高周波特性の優れた軟磁性材料として使
用することもできる。
例えば、当該軟磁性材料を変圧器の磁心に応用すれば、
出力容量の大きい従来より小型の変圧器を作製すること
が可能となる。
出力容量の大きい従来より小型の変圧器を作製すること
が可能となる。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、磁化の障害となる
結晶粒界の内部歪が非常に少なく、しかも高磁束密度、
低保磁力の要求特性を共に満足する軟磁性繊維を提供し
得ることになった。そしてこの高磁束密度軟磁性繊維
は、小型軟磁性材料として、或いは渦電流損失やヒステ
リシス損失の非常に小さなものとして各種変圧器や磁気
増幅器の磁心材料として有用であり、その他様々の電磁
器分野に幅広く活用することが期待される。
結晶粒界の内部歪が非常に少なく、しかも高磁束密度、
低保磁力の要求特性を共に満足する軟磁性繊維を提供し
得ることになった。そしてこの高磁束密度軟磁性繊維
は、小型軟磁性材料として、或いは渦電流損失やヒステ
リシス損失の非常に小さなものとして各種変圧器や磁気
増幅器の磁心材料として有用であり、その他様々の電磁
器分野に幅広く活用することが期待される。
第1、2図は回転液中紡糸法を説明するための図であ
り、第1図は概略正面図、第2図は一部断面側面図、第
3図は実施例で得た軟磁性繊維の室温における直流磁化
曲線を示す図である。 1:るつぼ、2:噴出ノズル 3:ヒーター、4:細線 5:不活性ガス、6:回転ドラム 7:モータ、8:冷却液体 9:冷却液面、10:ベルト
り、第1図は概略正面図、第2図は一部断面側面図、第
3図は実施例で得た軟磁性繊維の室温における直流磁化
曲線を示す図である。 1:るつぼ、2:噴出ノズル 3:ヒーター、4:細線 5:不活性ガス、6:回転ドラム 7:モータ、8:冷却液体 9:冷却液面、10:ベルト
Claims (2)
- 【請求項1】Fe−Si系、Fe−Al系またはFe−Si−Al系合
金からなる樹枝状晶の一次アームが繊維軸方向に対して
20度以内の角度で成長した樹枝状組織を有する直径100
μm以下の磁性繊維を、熱処理によって内部歪を除去す
ると共に樹枝状構造を消失させたものであり、且つ直流
磁化状態における磁場10エルステッドでの磁束密度が17
キロガウス以上であることを特徴とする高磁束密度軟磁
性繊維。 - 【請求項2】Fe−Si系、Fe−Al系またはFe−Si−Al系合
金からなる磁性材料を溶融紡糸し、樹枝状晶の一次アー
ムが繊維軸方向に対して20度以内の角度で成長した樹枝
状組織を有する直径100μm以下の磁性繊維を作製し、
次いで熱処理によって内部歪を除去すると共に樹枝状構
造を消失させて、直流磁化状態における磁場10エルステ
ッドでの磁束密度を17キロガウス以上にすることを特徴
とする高磁束密度軟磁性繊維の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62310263A JPH0688112B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 高磁束密度軟磁性繊維及びその製造方法 |
US07/280,320 US4946746A (en) | 1987-12-08 | 1988-12-06 | Novel metal fiber and process for producing the same |
DE3841241A DE3841241C2 (de) | 1987-12-08 | 1988-12-07 | Metallfaser und Verfahren zur Herstellung einer Metallfaser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62310263A JPH0688112B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 高磁束密度軟磁性繊維及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01150448A JPH01150448A (ja) | 1989-06-13 |
JPH0688112B2 true JPH0688112B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=18003140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62310263A Expired - Lifetime JPH0688112B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 高磁束密度軟磁性繊維及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0688112B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5964740A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-12 | Takeshi Masumoto | 非晶質金属フイラメント及びその製造方法 |
-
1987
- 1987-12-08 JP JP62310263A patent/JPH0688112B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01150448A (ja) | 1989-06-13 |
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