JPH0783803A - Breakage detecting device for ceramic turbine rotor - Google Patents
Breakage detecting device for ceramic turbine rotorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックタービンロ
ータの破壊検知装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a destruction detecting device for a ceramic turbine rotor.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガスタービンは、圧縮機で圧縮された空
気を熱交換器で加熱した後、燃焼器内で燃料と混合燃焼
させ、高温の燃焼ガスとしてタービンロータに吹きつけ
て高速で回転させ、その動力を出力軸を通じて外部に取
り出す装置であり、連続燃焼ができるため、原理的には
燃料の性状に大きな制約がないという利点があり、しか
も、タービンロータ等のセラミック化により、高温運転
による熱効率の向上が図れるとして期待されている。2. Description of the Related Art In a gas turbine, air compressed by a compressor is heated by a heat exchanger, and then mixed and burned with fuel in a combustor and blown as high-temperature combustion gas to a turbine rotor to rotate at high speed. This is a device that takes out its power to the outside through the output shaft, and in principle, there is an advantage that there are no major restrictions on the properties of the fuel because continuous combustion is possible. It is expected to improve the thermal efficiency.
【0003】ここで、セラミックタービンロータの耐久
性を検査し、破壊のメカニズムを研究する方法として、
従来では、コールドスピンテスト、ホットスピンテスト
が行われる。Here, as a method of inspecting the durability of the ceramic turbine rotor and studying the mechanism of destruction,
Conventionally, a cold spin test and a hot spin test are performed.
【0004】コールドスピンテストは、真空チャンバ内
で、燃焼ガスを吹きつけないで、セラミックタービンロ
ータのみを回転させる試験であり、ホットスピンテスト
は、セラミックタービンロータへ実際に燃焼ガスを吹き
つけて、セラミックタービンロータを高速で回転させる
試験である。コールドスピンテストが真空チャンバ内で
行われるのは、空気中であるとセラミックタービンロー
タが高速で回転しないためである。The cold spin test is a test in which only the ceramic turbine rotor is rotated in the vacuum chamber without blowing the combustion gas, and the hot spin test is performed by actually blowing the combustion gas to the ceramic turbine rotor. This is a test in which a ceramic turbine rotor is rotated at a high speed. The cold spin test is performed in a vacuum chamber because the ceramic turbine rotor does not rotate at high speed in air.
【0005】従来、コールドスピンテストにおいては、
セラミックが高応力で破壊する直前に発光する現象を利
用して、フォトダイオード等の光検出器によりその発光
を検出し、高速度カメラによりセラミックタービンロー
タが破壊するメカニズムを撮影している。Conventionally, in the cold spin test,
Utilizing the phenomenon that the ceramic emits light immediately before it is destroyed by high stress, the photodetector such as a photodiode detects the emitted light, and a high-speed camera photographs the mechanism of destruction of the ceramic turbine rotor.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホット
スピンテストにおいては、セラミックタービンロータへ
実際に燃焼ガスを吹きつけているため、セラミックター
ビンロータは常に白熱発光している。従って、ホットス
ピンテストにおいては、セラミックタービンロータが高
応力のために破壊する直前の発光現象であるのか、或い
は、セラミックタービンロータが燃焼ガスを吹きつけら
れて単に高温のため白熱発光しているかの識別が困難で
あった。However, in the hot spin test, since the combustion gas is actually blown to the ceramic turbine rotor, the ceramic turbine rotor always emits incandescent light. Therefore, in the hot spin test, whether the ceramic turbine rotor is a light emission phenomenon just before it is broken due to high stress, or is the ceramic turbine rotor emitting incandescent light because it is blown with combustion gas and is simply high temperature? It was difficult to identify.
【0007】その為、ホットスピンテストにおいてセラ
ミックの発光現象を検知して、セラミックタービンロー
タの破壊の瞬間をとらえようとしているが、破壊の瞬間
を厳密にとらえることは困難であった(実願平3−29
760号)。本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、ホットスピンテストにおいて、セラミック
の破壊直前の発光現象を発光現象として検出するのでは
なく、発光現象を温度変化として検出することにより、
応答性よく破壊を検出することができるセラミックター
ビンロータの破壊検知装置を提供することを目的とす
る。Therefore, in the hot spin test, an attempt is made to detect the moment of destruction of the ceramic turbine rotor by detecting the light emission phenomenon of the ceramic, but it was difficult to accurately grasp the moment of destruction (actual application: 3-29
760). The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, in the hot spin test, rather than detecting the light emission phenomenon immediately before the destruction of the ceramic as a light emission phenomenon, by detecting the light emission phenomenon as a temperature change,
An object of the present invention is to provide a destruction detecting device for a ceramic turbine rotor capable of detecting destruction with good responsiveness.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の第一の構成は破壊直前のセラミックタービンロー
タから発光する光の特定の波長域の振幅量をエネルギー
量に変換して、前記セラミックタービンロータの温度と
して超高速で検出する放射温度計と、前記セラミックタ
ービンロータへ燃焼ガス吹きつける燃焼器と、前記放射
温度計により検出された温度が上限値を越えたことを条
件として、前記燃焼器を非常停止させるデータ処理装置
とを備えることを特徴とする。The first constitution of the present invention for attaining the above object is to convert the amplitude amount of the light emitted from the ceramic turbine rotor immediately before destruction in a specific wavelength range into an energy amount, A radiation thermometer for detecting the temperature of the ceramic turbine rotor at an ultra-high speed, a combustor for blowing combustion gas to the ceramic turbine rotor, and the temperature detected by the radiation thermometer exceeds an upper limit value, And a data processing device for making an emergency stop of the combustor.
【0009】上記目的を達成する本発明の第二の構成は
破壊直前のセラミックタービンロータから発光する光の
特定の波長域の振幅量をエネルギー量に変換して、前記
セラミックタービンロータの温度として超高速で検出す
る放射温度計と、前記セラミックタービンロータを撮影
する高速度カメラと、前記放射温度計により検出された
温度が上限値を越えたときに、前記高速度カメラにより
前記セラミックタービンロータを撮影させるトリガー装
置とを備えたことを特徴とする。The second structure of the present invention which achieves the above-mentioned object is to convert the amplitude amount of the light emitted from the ceramic turbine rotor immediately before destruction in a specific wavelength range into an energy amount so that the temperature of the ceramic turbine rotor becomes super high. A radiation thermometer that detects at high speed, a high-speed camera that photographs the ceramic turbine rotor, and a picture of the ceramic turbine rotor by the high-speed camera when the temperature detected by the radiation thermometer exceeds an upper limit value. And a trigger device for triggering.
【0010】[0010]
【作用】セラミックタービンロータは、ホットスピンテ
ストにおいては、燃焼器からの燃焼ガスにより白熱発光
し、また、高応力により破壊する直前においても発光現
象を生じる。放射温度計は、発光する光の振幅量をエネ
ルギー量に変換するため、発光現象を温度変化としてと
らえることができ、この為、単に燃焼器からの燃焼ガス
により白熱発光しているのか、高応力により破壊する直
前の発光現象であるかを明確に区別して検出することが
できる。In the hot spin test, the ceramic turbine rotor emits incandescent light due to the combustion gas from the combustor, and also causes a light emission phenomenon immediately before it is destroyed by high stress. Since the radiation thermometer converts the amplitude of the emitted light into the amount of energy, it can catch the light emission phenomenon as a temperature change.Therefore, whether the combustion gas from the combustor emits incandescent light or high stress Thus, it is possible to clearly distinguish and detect whether the light emission phenomenon is immediately before destruction.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明について図面に示す実施例を参
照して詳細に説明する。図1に本発明の第一の実施例を
示す。同図に示すように、セラミックタービンロータの
ホットスピンテストを行うための試験装置においては、
セラミックタービンロータ1が回転自在に支持される。
あるいは、その他端側には図示しない動力吸収用圧縮機
インペラが設けられている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the test device for performing the hot spin test of the ceramic turbine rotor,
The ceramic turbine rotor 1 is rotatably supported.
Alternatively, a power absorbing compressor impeller (not shown) is provided on the other end side.
【0012】セラミックタービンロータ1の上流には燃
焼器2が併設され、燃焼器2からの燃焼ガスがセラミッ
クタービンロータ1へ吹きつけられることにより、セラ
ミックタービンロータ1が高速に回転する。燃焼器2に
は燃料を供給するための燃料供給管3が接続しており、
この燃料供給管3には燃料遮断弁4が併設されている。A combustor 2 is provided upstream of the ceramic turbine rotor 1 and the combustion gas from the combustor 2 is blown to the ceramic turbine rotor 1 to rotate the ceramic turbine rotor 1 at high speed. A fuel supply pipe 3 for supplying fuel is connected to the combustor 2.
A fuel cutoff valve 4 is provided alongside the fuel supply pipe 3.
【0013】更に、セラミックタービンロータ1に向か
い合う隔壁6には、強化石英ガラス窓5が設けられ、こ
の強化石英ガラス窓5に対向して放射温度計としてパイ
ロメータ(商品名)7が設けられている。放射温度計
は、セラミックタービンロータ1から発光する光の振幅
量をエネルギー量に変換して、セラミックタービンロー
タ1の温度として検出するものである。検出された温度
計測信号は、データ処理装置9へ出力される。Further, the partition wall 6 facing the ceramic turbine rotor 1 is provided with a reinforced quartz glass window 5, and a pyrometer (trade name) 7 as a radiation thermometer is provided facing the reinforced quartz glass window 5. . The radiation thermometer converts the amplitude amount of light emitted from the ceramic turbine rotor 1 into an energy amount, and detects it as the temperature of the ceramic turbine rotor 1. The detected temperature measurement signal is output to the data processing device 9.
【0014】本実施例のパイロメータ7は、光ファイバ
を介して、0.25〜3μmの波長帯の赤外光、特に1
μm程度の光を超高速でとらえ、光の振幅をエネルギー
(電流値)に変換して温度として検出する。この為、セ
ラミックが高応力のため破壊する直前の発光現象を、温
度変化として確実に検出することができる。一方、セラ
ミックタービンロータ1の軸部には、振動を検知するた
めの振動センサー8が設けられている。振動センサー8
により検出された軸振動値信号は、データ処理装置9へ
出力される。The pyrometer 7 of this embodiment uses infrared light in the wavelength band of 0.25 to 3 μm, particularly 1
Light of about μm is captured at ultra-high speed, the amplitude of the light is converted into energy (current value), and detected as temperature. Therefore, the light emission phenomenon just before the ceramic is broken due to the high stress can be reliably detected as a temperature change. On the other hand, the shaft portion of the ceramic turbine rotor 1 is provided with a vibration sensor 8 for detecting vibration. Vibration sensor 8
The shaft vibration value signal detected by is output to the data processing device 9.
【0015】データ処理装置9は、パイロメータ7によ
り検出された温度が上限値を越えたときを一次停止条件
とし、振動センサー8により破壊時に起きる振動上昇の
速度が上限値を越えたときを二次停止条件とし、一次、
二次停止条件が整ったとき、燃焼停止信号を燃料遮断弁
4へ出力し、バルブを閉じて非常停止を行う。一次条件
を満たすための温度の上限値としては、例えば、定常よ
り50〜100℃程度高い温度とすることができる。The data processing device 9 sets the primary stop condition when the temperature detected by the pyrometer 7 exceeds the upper limit value, and the secondary stop condition when the speed of the vibration increase caused by the vibration sensor 8 at the time of destruction exceeds the upper limit value. As a stop condition, the primary,
When the secondary stop condition is satisfied, a combustion stop signal is output to the fuel cutoff valve 4 to close the valve and perform an emergency stop. As an upper limit of the temperature for satisfying the primary condition, for example, a temperature higher by 50 to 100 ° C. than the steady state can be set.
【0016】上記構成を有する本実施例の破壊検知装置
では、パイロメータ7により発光現象を温度変化として
とらえるので、ホットスピンテストにおいて、高温のた
めに白熱発光しているセラミックタービンロータ1であ
っても、その破壊直前の発光現象を明確にとらえること
ができる。即ち、ホットスピンテストにおいては、セラ
ミックタービンロータ1は燃焼ガスを吹きつけられて、
白熱発光しているため、その破壊直前の発光現象と区別
することが困難である。In the destruction detecting device of the present embodiment having the above-mentioned structure, the light emission phenomenon is detected by the pyrometer 7 as a temperature change. , The light emission phenomenon just before the destruction can be clearly understood. That is, in the hot spin test, the ceramic turbine rotor 1 is blown with combustion gas,
Since it emits incandescent light, it is difficult to distinguish it from the light emission phenomenon immediately before the destruction.
【0017】しかし、本実施例では、パイロメータ7に
より、光の振幅をエネルギーに変換して、発光現象を温
度変化としてとらえるので、単に、燃焼器2からの燃焼
ガスにより白熱発光しているのか、又は、セラミックタ
ービンロータ1が破壊する直前で発光現象を起こしてい
るのかを明確に区別することができる。また、本実施例
のパイロメータ7は、フォトダイオード、フォトマルチ
等のように可視光である発光現象そのものを検出する場
合に比較して応答性が優れているため、確実に破壊検出
を行うことができ、潤滑油等に引火するおそれがなく安
全である。However, in the present embodiment, the pyrometer 7 converts the amplitude of light into energy and catches the light emission phenomenon as a temperature change. Therefore, whether the combustion gas from the combustor 2 simply emits incandescent light, Alternatively, it is possible to clearly distinguish whether the light emitting phenomenon occurs immediately before the ceramic turbine rotor 1 is destroyed. In addition, the pyrometer 7 of the present embodiment has excellent responsiveness as compared with the case of detecting a light emitting phenomenon itself which is visible light such as a photodiode and a photomultiplier, and therefore, it is possible to reliably perform the destruction detection. It is safe and there is no danger of catching fire on the lubricating oil.
【0018】尚、上記実施例では、パイロメータ7,振
動センサ8を併用し、一次、二次停止条件が整ったと
き、データ処理装置9から燃焼停止信号を燃料遮断弁4
へ出力し、安全確実に自動非常停止を行うことができ利
点があるが、特に、必要がなければ振動センサ8は省略
可能である。In the above embodiment, the pyrometer 7 and the vibration sensor 8 are used together, and when the primary and secondary stop conditions are satisfied, the data processing device 9 sends a combustion stop signal to the fuel cutoff valve 4.
However, the vibration sensor 8 can be omitted if it is not necessary.
【0019】図2に本発明の第二の実施例を示す。同図
に示すように、セラミックタービンロータのホットスピ
ンテストを行うための試験装置においては、セラミック
タービンロータ11が回転自在に支持されると共にその
他端側には図示しない圧縮機インペラが設けられると共
に出力軸に連結している。セラミックタービンロータ1
1には、燃焼器12が併設され、燃焼器2からの燃焼ガ
スがセラミックタービンロータ11へ吹きつけられるこ
とにより、セラミックタービンロータ11が高速に回転
する。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the test apparatus for performing the hot spin test of the ceramic turbine rotor, the ceramic turbine rotor 11 is rotatably supported, and a compressor impeller (not shown) is provided at the other end side and the output is provided. It is connected to the shaft. Ceramic turbine rotor 1
1, a combustor 12 is provided side by side, and the combustion gas from the combustor 2 is blown to the ceramic turbine rotor 11, so that the ceramic turbine rotor 11 rotates at high speed.
【0020】更に、セラミックタービンロータ11に向
かい合う隔壁13には、二つの強化石英ガラス窓14が
設けられ、この強化石英ガラス窓14に対向して放射温
度計としてパイロメータ(商品名)15、高速度カメラ
16が設けられている。この放射温度計は、セラミック
タービンロータ11から発光する光の振幅量をエネルギ
ー量に変換して、セラミックタービンロータ11の温度
として検出するものである。検出された温度計測信号
は、トリガー装置17へ出力される。Further, the partition wall 13 facing the ceramic turbine rotor 11 is provided with two reinforced quartz glass windows 14, and a pyrometer (trade name) 15 as a radiation thermometer as a radiation thermometer facing the reinforced quartz glass window 14 and high speed. A camera 16 is provided. This radiation thermometer converts the amplitude amount of light emitted from the ceramic turbine rotor 11 into an energy amount and detects it as the temperature of the ceramic turbine rotor 11. The detected temperature measurement signal is output to the trigger device 17.
【0021】本実施例のパイロメータ15は、0.25
〜3μmの波長帯の赤外光、特に1μm程度の光を光フ
ァイバを介して超高速でとらえ、光の振幅をエネルギー
(電流値)に変換して温度として検出する。この為、セ
ラミックが高応力のため破壊する直前に発光する現象
を、温度変化として確実に検出することができる。The pyrometer 15 of this embodiment is 0.25.
Infrared light in a wavelength band of ˜3 μm, particularly light of about 1 μm is captured at an extremely high speed through an optical fiber, and the amplitude of the light is converted into energy (current value) and detected as temperature. Therefore, the phenomenon that the ceramic emits light immediately before it is destroyed due to high stress can be reliably detected as a temperature change.
【0022】高速度カメラ16は、例えば、毎秒数万コ
マの撮影が可能なものを使用することができる。トリガ
ー装置17は、パイロメータ7により検出された温度が
上限値を越えたときにトリガーをかけて、高感度カメラ
16に撮影指令信号を出力し、セラミックタービンロー
タ11を撮影させるものである。その上限値としては、
例えば、定常より50〜100℃程度高い温度とするこ
とができる。As the high speed camera 16, for example, a camera capable of photographing tens of thousands of frames per second can be used. The trigger device 17 triggers when the temperature detected by the pyrometer 7 exceeds the upper limit value, outputs a photographing command signal to the high-sensitivity camera 16, and causes the ceramic turbine rotor 11 to photograph. As the upper limit,
For example, the temperature may be about 50 to 100 ° C. higher than the steady state.
【0023】上記構成を有する本実施例の破壊検知装置
は、パイロメータ15により発光現象を温度変化として
とらえるので、ホットスピンテストにおいて、高温のた
めに白熱発光しているセラミックタービンロータ11で
あっても、その破壊直前の発光現象を明確にとらえるこ
とができ、この為、高温ガス中で、セラミックタービン
ロータ11が破壊するメカニズムを確実に撮影すること
が可能となる。In the destruction detecting device of this embodiment having the above-mentioned structure, since the light emission phenomenon is detected as the temperature change by the pyrometer 15, even the ceramic turbine rotor 11 which emits incandescent light due to the high temperature in the hot spin test. The light emission phenomenon immediately before the destruction can be clearly captured, and therefore, the mechanism of destruction of the ceramic turbine rotor 11 in the high temperature gas can be reliably photographed.
【0024】尚、上記実施例は、ホットスピンテストに
適用した例であるが、本発明は、これに限るものではな
く、コールドスピンテスト、高温タービンテスト、実エ
ンジン相当のベンチテスト、ターボチャージャ用ロータ
のスピンテスト等に広く利用できるものである。The above embodiment is an example applied to a hot spin test, but the present invention is not limited to this, and a cold spin test, a high temperature turbine test, a bench test corresponding to an actual engine, and a turbocharger are used. It can be widely used for rotor spin tests and the like.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明はホットスピンテストにおいて、セラ
ミックの破壊直前の発光現象を発光現象として検出する
のではなく、発光現象を温度変化として検出することに
より、応答性よく破壊を検出することができるものであ
る。As described above in detail with reference to the embodiments, the present invention does not detect the light emitting phenomenon immediately before the destruction of the ceramic as the light emitting phenomenon in the hot spin test, but changes the light emitting phenomenon with temperature. By detecting as, it is possible to detect the destruction with good responsiveness.
【図1】本発明の第一の実施例に係る破壊検知装置の構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a breakage detection device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第二の実施例に係る破壊検知装置の構
成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a breakage detection device according to a second embodiment of the present invention.
1,11 セラミックタービンロータ 2,12 燃焼器 3 燃料供給管 4 燃料遮断弁 5,14 強化石英ガラス窓 6,13 隔壁 7,15 パイロメータ 8 振動センサ 9 データ処理装置 16 高感度カメラ 17 トリガー装置 1,11 Ceramic turbine rotor 2,12 Combustor 3 Fuel supply pipe 4 Fuel cutoff valve 5,14 Reinforced quartz glass window 6,13 Partition wall 7,15 Pyrometer 8 Vibration sensor 9 Data processing device 16 High sensitivity camera 17 Trigger device
Claims (2)
ら発光する光の特定の波長域の振幅量をエネルギー量に
変換して、前記セラミックタービンロータの温度として
超高速で検出する放射温度計と、前記セラミックタービ
ンロータへ燃焼ガス吹きつける燃焼器と、前記放射温度
計により検出された温度が上限値を越えたことを条件と
して、前記燃焼器を非常停止させるデータ処理装置とを
備えることを特徴とするセラミックタービンロータの破
壊検知装置。1. A radiation thermometer for converting an amplitude amount of light emitted from a ceramic turbine rotor immediately before destruction in a specific wavelength range into an energy amount and detecting the temperature of the ceramic turbine rotor at an ultrahigh speed, and the ceramic. A ceramic comprising a combustor for blowing combustion gas to a turbine rotor, and a data processing device for emergency stop of the combustor on condition that the temperature detected by the radiation thermometer exceeds an upper limit value. Destruction detection device for turbine rotor.
ら発光する光の特定の波長域の振幅量をエネルギー量に
変換して、前記セラミックタービンロータの温度として
超高速で検出する放射温度計と、前記セラミックタービ
ンロータを撮影する高速度カメラと、前記放射温度計に
より検出された温度が上限値を越えたときに、前記高速
度カメラにより前記セラミックタービンロータを撮影さ
せるトリガー装置とを備えたことを特徴とするセラミッ
クタービンロータの破壊検知装置。2. A radiation thermometer for converting an amplitude amount of light emitted from a ceramic turbine rotor immediately before destruction in a specific wavelength range into an energy amount and detecting the temperature of the ceramic turbine rotor at an ultra-high speed, and the ceramic. A high speed camera for photographing the turbine rotor; and a trigger device for photographing the ceramic turbine rotor by the high speed camera when the temperature detected by the radiation thermometer exceeds an upper limit value. Ceramic turbine rotor breakage detection device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23296293A JP3161179B2 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Ceramic turbine rotor breakdown detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23296293A JP3161179B2 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Ceramic turbine rotor breakdown detection device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0783803A true JPH0783803A (en) | 1995-03-31 |
JP3161179B2 JP3161179B2 (en) | 2001-04-25 |
Family
ID=16947607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23296293A Expired - Fee Related JP3161179B2 (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Ceramic turbine rotor breakdown detection device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3161179B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002071465A (en) * | 2000-05-08 | 2002-03-08 | General Electric Co <Ge> | Temperature measuring device and optical switch used for it |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP23296293A patent/JP3161179B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002071465A (en) * | 2000-05-08 | 2002-03-08 | General Electric Co <Ge> | Temperature measuring device and optical switch used for it |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3161179B2 (en) | 2001-04-25 |
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