JPH09182432A - Switching power supply device - Google Patents
Switching power supply deviceInfo
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- JPH09182432A JPH09182432A JP7333419A JP33341995A JPH09182432A JP H09182432 A JPH09182432 A JP H09182432A JP 7333419 A JP7333419 A JP 7333419A JP 33341995 A JP33341995 A JP 33341995A JP H09182432 A JPH09182432 A JP H09182432A
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- coil
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- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0313—Organic insulating material
- H05K1/0353—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement
- H05K1/0373—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement containing additives, e.g. fillers
-
- H—ELECTRICITY
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- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
Landscapes
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、小型のスイッチン
グ電源装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small switching power supply device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の小型化をはかるため、
電子回路を構成する電子部品の高密度化が飛躍的に進ん
でいる。このため、電子機器に組み込まれる回路基板が
小さくなる一方、スイッチング電源装置の小型化が図ら
れていない。このため、回路基板におけるスイッチング
電源装置の占める割合が年々大きくなり、スイッチング
電源装置自体の小型化が望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the size of electronic devices,
The densification of electronic components that make up electronic circuits is progressing dramatically. For this reason, while the circuit board incorporated in the electronic device becomes smaller, the switching power supply device has not been downsized. For this reason, the proportion of the switching power supply device on the circuit board is increasing year by year, and there is a demand for downsizing of the switching power supply device itself.
【０００３】スイッチング電源装置に用いられる電子回
路としては、種々の方式が開発されている。このうち、
フォワ−ドコンバ−タ−方式の回路では、トランスの一
次コイルに電圧が印加された際に発生する電磁エネルギ
−が一次コイルに蓄えられることなく、そのままトラン
スの二次コイルに放出される。このため、トランスのコ
アではヒステリシス損や渦電流損の発生が少なく、極め
てエネルギ−効率が良いという特徴を有する。このた
め、スイッチング電源装置の電子回路として、フォワ−
ドコンバ−タ−方式の回路が多く用いられる。Various methods have been developed for electronic circuits used in switching power supply devices. this house,
In the forward converter type circuit, electromagnetic energy generated when a voltage is applied to the primary coil of the transformer is directly stored in the secondary coil of the transformer without being stored in the primary coil. Therefore, the core of the transformer is characterized in that hysteresis loss and eddy current loss are less likely to occur and the energy efficiency is extremely high. Therefore, as an electronic circuit of the switching power supply device,
Many circuits of the de-converter type are used.
【０００４】図３を用いて、フォワ−ドコンバ−タ−方
式の回路について説明する。A circuit of the forward converter system will be described with reference to FIG.
【０００５】フォワ−ドコンバ−タ−方式の回路は、ト
ランス１の一次側の第一のコイル２を入力回路側とし、
磁気結合される二次側の第二のコイル３を出力回路側と
して備えている。In the forward converter type circuit, the first coil 2 on the primary side of the transformer 1 is used as the input circuit side,
A secondary side second coil 3 that is magnetically coupled is provided as an output circuit side.
【０００６】入力回路は、第一のコイル２と、例えばＦ
ＥＴ等を用いたスイッチング素子４および平滑コンデン
サ５とから構成される。第一のコイル２の一端はスイッ
チング素子４の一端に接続され、直列回路を形成する。
この直列回路の両端にはリップルノイズを除去するため
の平滑コンデンサ５が接続される。また、この直列回路
を構成する第一のコイル２の他端およびスイッチング素
子４の他端は、整流回路（図示せず）の出力端子Ｔ１に
接続される。The input circuit includes a first coil 2 and, for example, an F
It is composed of a switching element 4 and a smoothing capacitor 5 using ET or the like. One end of the first coil 2 is connected to one end of the switching element 4 to form a series circuit.
A smoothing capacitor 5 for removing ripple noise is connected to both ends of this series circuit. Further, the other end of the first coil 2 and the other end of the switching element 4 which form the series circuit are connected to an output terminal T1 of a rectifying circuit (not shown).
【０００７】出力回路は、第二のコイル３と、第一のダ
イオ−ド６と、第二のダイオ−ド７と、インダクタ８
と、コンデンサ９とから構成される。第二のコイル３の
一端には第一のダイオ−ド６のアノ−ドが接続され、第
一のダイオ−ド６のカソ−ドには第二のダイオ−ド７の
カソ−ドが接続され、第二のダイオ−ド７のアノ−ドに
は第二のコイル３の他端に接続される。また、第一のダ
イオ−ド６のカソ−ドにはインダクタ８が接続され、イ
ンダクタ８の出力端と第二のダイオ−ド７のアノ−ドと
の間には、コンデンサ９が接続される。コンデンサ９の
両端は、出力回路の出力端子Ｔ２に接続される。The output circuit comprises a second coil 3, a first diode 6, a second diode 7 and an inductor 8.
And a capacitor 9. The anode of the first diode 6 is connected to one end of the second coil 3, and the cathode of the second diode 7 is connected to the cathode of the first diode 6. The other end of the second coil 3 is connected to the node of the second diode 7. An inductor 8 is connected to the cathode of the first diode 6, and a capacitor 9 is connected between the output terminal of the inductor 8 and the anode of the second diode 7. . Both ends of the capacitor 9 are connected to the output terminal T2 of the output circuit.
【０００８】スイッチング素子４には、例えば発振周波
数に同期して任意のパルス幅を出力するパルス幅変調器
（ＰＷＭ）のような制御回路（図示せず）が接続され
る。パルス幅変調器によってスイッチング素子４をオン
・オフ制御すると第一のコイル２には断続的に電流が流
れ、第二のコイル３には交流電圧が発生する。この交流
電圧は、第一のダイオ−ド６によって半波整流された
後、さらに、インダクタ８とコンデンサ９によって平滑
され、出力端子Ｔ２から直流の出力電圧が取り出され
る。なお、スイッチング素子４がオフのときには、イン
ダクタ８に蓄えられたエネルギ−が第一のダイオ−ド７
を介して出力端子Ｔ２から取り出される。A control circuit (not shown) such as a pulse width modulator (PWM) that outputs an arbitrary pulse width in synchronization with the oscillation frequency is connected to the switching element 4. When the switching element 4 is turned on / off by the pulse width modulator, a current intermittently flows in the first coil 2 and an alternating voltage is generated in the second coil 3. This AC voltage is half-wave rectified by the first diode 6, and then smoothed by the inductor 8 and the capacitor 9, and a DC output voltage is taken out from the output terminal T2. When the switching element 4 is off, the energy stored in the inductor 8 is the first diode 7
Via the output terminal T2.
【０００９】また、このフォワ−ドコンバ−タ−方式の
回路は、一次コイル２を流れる電流と二次コイル３を流
れる電流の波形はほぼ相似形で、かつ位相が１８０度ず
れるため、結果的に一次コイル２と二次コイル３から発
生する輻射ノイズは相互に相殺されるという特徴を有す
る。Further, in this forward converter type circuit, the waveforms of the current flowing through the primary coil 2 and the current flowing through the secondary coil 3 are substantially similar to each other, and the phases are shifted by 180 degrees. Radiation noises generated from the primary coil 2 and the secondary coil 3 have a characteristic that they cancel each other out.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チング電源装置を小型化するためには、電子回路を構成
する電子回路素子のうち、比較的形状が大きいトランス
を小さくする必要がある。トランスの小型化に伴ってコ
イル自体の導体幅が狭くなるため、コイルの抵抗値が大
きくなる。このため、コイルの発熱によるエネルギ−損
失が生じる。また、トランスに装着されるコアの取り付
け部の断面形状が小さくなるため磁気抵抗が大きくな
り、コア損失が生じる。このため、スイッチング電源装
置のエネルギ−効率が悪くなるという問題があった。However, in order to reduce the size of the switching power supply device, it is necessary to reduce the size of the transformer having a relatively large shape among the electronic circuit elements constituting the electronic circuit. As the size of the transformer becomes smaller, the conductor width of the coil itself becomes narrower, and the resistance value of the coil becomes larger. Therefore, energy loss occurs due to heat generation of the coil. Further, since the cross-sectional shape of the mounting portion of the core mounted on the transformer becomes small, the magnetic resistance becomes large and core loss occurs. For this reason, there has been a problem that the energy efficiency of the switching power supply device deteriorates.
【００１１】そこで、本発明は上記問題を解決して、小
型のスイッチング電源装置を提供することを目的とす
る。Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a small-sized switching power supply device.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、上記目的を達成するため次のように構成され
る。すなわち、電子回路素子を実装した部品実装用基板
と、該部品実装用基板の電子回路素子と接続されるシ−
トコイルトランスとを備え、すくなくとも前記部品実装
用基板と該シ−トコイルトランスの間に磁性粉を混在さ
せた絶縁シ−トを設けて積層したものである。The switching power supply device of the present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, a component mounting board on which an electronic circuit element is mounted and a sheet connected to the electronic circuit element of the component mounting board.
And a sheet coil transformer, and at least an insulating sheet in which magnetic powder is mixed is provided and laminated between the component mounting substrate and the sheet coil transformer.
【００１３】スイッチング電源装置の電子回路を構成す
るトランスとして、シ−トコイルによって形成されたシ
−トコイルトランスが用いられる。このため、部品実装
用基板の表面からトランスを省くことができる。また、
すくなくとも部品実装用基板とシ−トコイルトランスの
間には、磁性粉を混在させた絶縁シ−トが設けられる。
このため、シ−トコイル近傍における磁束密度が高ま
り、シ−トコイルのインダクタンスが大きくなる。従っ
て、シ−トコイルのタ−ン数を少なくできるので、パタ
−ン幅の広いシ−トコイルを形成することができる。こ
の結果、シ−トコイルの抵抗値が小さくなる。さらに、
シ−トコイルトランスで発生する磁界は、絶縁シ−トに
よってシ−ルドされる。A sheet coil transformer formed by a sheet coil is used as a transformer forming an electronic circuit of a switching power supply device. Therefore, the transformer can be omitted from the surface of the component mounting board. Also,
An insulating sheet mixed with magnetic powder is provided at least between the component mounting substrate and the sheet coil transformer.
Therefore, the magnetic flux density in the vicinity of the sheet coil is increased and the inductance of the sheet coil is increased. Therefore, since the number of turns of the sheet coil can be reduced, a sheet coil having a wide pattern width can be formed. As a result, the resistance value of the sheet coil is reduced. further,
The magnetic field generated by the sheet coil transformer is shielded by the insulating sheet.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１および図２を用いて本発明に
かかるスイッチング電源装置の実施例を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a switching power supply device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
【００１５】スイッチング電源装置は、電子回路を構成
するトランス以外の電子回路素子１０と、部品実装用基
板１１と、シ−トコイルトランス１２、絶縁層１３とか
ら形成される。なお、電子回路としては、上述したよう
な、例えばフォワ−ドコンバ−タ−方式の回路が用いら
れる。The switching power supply device is composed of an electronic circuit element 10 other than a transformer forming an electronic circuit, a component mounting board 11, a sheet coil transformer 12, and an insulating layer 13. As the electronic circuit, for example, a forward converter type circuit as described above is used.
【００１６】部品実装用基板１１は、絶縁基板１４と、
絶縁基板１４の表面に形成された電子回路素子１０を実
装するための配線パタ−ン（図示せず）とから構成され
る。なお、配線パタ−ンは、絶縁基板１４の表面に積層
された、例えば銅箔のような導電性薄膜をエッチング処
理することによって形成される。The component mounting board 11 includes an insulating board 14 and
It is composed of a wiring pattern (not shown) for mounting the electronic circuit element 10 formed on the surface of the insulating substrate 14. The wiring pattern is formed by etching a conductive thin film such as a copper foil laminated on the surface of the insulating substrate 14.
【００１７】シ−トコイルトランス１２は、四角板状の
絶縁基板１４と、絶縁基板１４の表裏面にそれぞれ形成
された一次コイルのシ−トコイル１６Ａと二次コイルの
シ−トコイル１６Ｂとから構成される。シ−トコイル１
６Ａと１６Ｂは、外周側から中心側に向かって渦巻き状
に形成される。なお、シ−トコイル１６Ａと１６Ｂは、
絶縁基板１４の表裏面に積層形成された、例えば銅箔の
ような導電性薄膜をエッチング処理することによって形
成される。なお、一次コイルおよび二次コイルのタ−ン
数は、トランスの特性に応じて定められる。The sheet coil transformer 12 is composed of a rectangular plate-shaped insulating substrate 14, a sheet coil 16A of a primary coil and a sheet coil 16B of a secondary coil formed on the front and back surfaces of the insulating substrate 14, respectively. To be done. Sheet coil 1
6A and 16B are formed in a spiral shape from the outer peripheral side toward the center side. The sheet coils 16A and 16B are
It is formed by etching a conductive thin film such as a copper foil laminated on the front and back surfaces of the insulating substrate 14. The number of turns of the primary coil and the secondary coil is determined according to the characteristics of the transformer.
【００１８】絶縁シ−ト１３は、例えばフェライト等の
磁性粉を均一に混ぜた、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性
樹脂で形成した四角板である。従来トランスに装着され
ていたコアは、例えばフェライト等の磁性粉を焼き固
め、さらに研磨する等の工程を経て形成される。一方、
絶縁シ−ト１３は、磁性粉が均一に混ぜられた絶縁性樹
脂を、例えば射出成型することによって形成される。こ
のため、絶縁シ−ト１３は、極めて容易に作成される。
また、磁性粉の混合比を変えることにより、絶縁シ−ト
１３の比透磁率を任意に変えることができる。The insulating sheet 13 is a square plate made of an insulating resin such as an epoxy resin in which magnetic powder such as ferrite is uniformly mixed. The core conventionally mounted on a transformer is formed through a process of baking magnetic powder such as ferrite, and further polishing. on the other hand,
The insulating sheet 13 is formed by, for example, injection molding an insulating resin in which magnetic powder is uniformly mixed. Therefore, the insulating sheet 13 is extremely easily manufactured.
Also, the relative permeability of the insulating sheet 13 can be arbitrarily changed by changing the mixing ratio of the magnetic powder.
【００１９】図面において、上から、部品実装用基板１
１、絶縁シ−ト１３、シ−トコイルトランス１２、絶縁
シ−ト１３の順番に一体に積層することにより基板１５
が形成される。なお、積層する場合は、部品実装用基板
１１の配線パタ−ンを表側とする。また、積層手段とし
て、真空加圧成形手段が用いられる。このとき、絶縁シ
−ト１３を構成する絶縁性樹脂が加熱されて溶け、接着
剤の働きをする。In the drawings, from the top, the component mounting substrate 1
1, the insulating sheet 13, the sheet coil transformer 12, and the insulating sheet 13 are integrally laminated in this order to form the substrate 15
Is formed. In the case of stacking, the wiring pattern of the component mounting board 11 is on the front side. Further, a vacuum pressure molding means is used as the laminating means. At this time, the insulating resin forming the insulating sheet 13 is heated and melted to act as an adhesive.
【００２０】基板１５にはスル−ホ−ル（図示せず）が
設けられる。このスル−ホ−ルを介してシ−トコイルト
ランス１２に形成されたシ−トコイル１６Ａと１６Ｂの
外周側の端部および中心側の端部は、部品実装用基板１
１に形成された回路パタ−ンの所定位置と電気的に接続
さる。また、電子回路素子１０は、部品実装用基板１０
に形成された回路パタ−ンの所定位置に実装される。The substrate 15 is provided with a through hole (not shown). The outer peripheral side end and the center side end of the sheet coils 16A and 16B formed in the sheet coil transformer 12 through the through hole are the component mounting board 1
1 is electrically connected to a predetermined position of the circuit pattern formed in FIG. In addition, the electronic circuit element 10 includes the component mounting substrate 10
It is mounted at a predetermined position of the circuit pattern formed on the.
【００２１】このように、従来は部品実装用基板１１の
表面に配置されていたトランスを取り除き、シ−トコイ
ルトランス１２との積層構造に置き換えたので、従来ト
ランスが部品実装用基板１１を占めていた面積だけ基板
１５を小さくすることができる。As described above, since the transformer conventionally arranged on the surface of the component mounting board 11 is removed and replaced with the laminated structure with the sheet coil transformer 12, the conventional transformer occupies the component mounting board 11. The substrate 15 can be made smaller by the required area.
【００２２】また、シ−トコイルトランス１２を挟むよ
うに絶縁シ−ト１３が設けられるため、シ−トコイル１
６Ａと１６Ｂ近傍の磁束密度が高くなる。従って、シ−
トコイル１６Ａと１６Ｂのインダクタンスが大きくな
り、シ−トコイル１６Ａと１６Ｂのタ−ン数を少なくす
ることができる。このため、絶縁基板１４の表裏面に少
ないタ−ン数のシ−トコイルを形成することができるの
で、パタ−ン幅を広く形成することができる。この結
果、シ−トコイルの抵抗値が小さくなり、エネルギ−損
が低減される。Further, since the insulating sheet 13 is provided so as to sandwich the sheet coil transformer 12, the sheet coil 1 is provided.
The magnetic flux density near 6A and 16B becomes high. Therefore,
The inductance of the sheet coils 16A and 16B is increased, and the number of turns of the sheet coils 16A and 16B can be reduced. Therefore, since the sheet coil having a small number of turns can be formed on the front and back surfaces of the insulating substrate 14, the pattern width can be widened. As a result, the resistance value of the sheet coil is reduced, and the energy loss is reduced.
【００２３】さらに、スイッチング電源装置の電子回路
としてフォワ−ドコンバ−タ−方式の回路を用いた場合
には、スイッチング電源装置の一次コイル２と二次コイ
ル３から発生する輻射ノイズは相互に相殺されるため、
周辺の電子回路に及ぼす影響が低減される。Further, when a forward converter type circuit is used as the electronic circuit of the switching power supply device, the radiation noises generated from the primary coil 2 and the secondary coil 3 of the switching power supply device are mutually offset. Because
The influence on the peripheral electronic circuits is reduced.
【００２４】なお、本発明は上述した構造には限られな
い。シ−トコイル１６Ａと１６Ｂのインダクタンスとし
て所定の値が得られるならば、シ−トコイルトランス１
２と部品実装用基板１１の間にのみ絶縁シ−ト１３を設
けても良い。The present invention is not limited to the above structure. If a predetermined value can be obtained as the inductance of the sheet coils 16A and 16B, the sheet coil transformer 1
The insulating sheet 13 may be provided only between the component mounting board 11 and the component mounting board 11.
【００２５】また、シ−トコイルトランス１２は、絶縁
基板１４の表裏面にシ−トコイル１６Ａと１６Ｂを形成
した場合を例示したが、シ−トコイル１６Ａと１６Ｂの
タ−ン数を多くしたい場合には、シ−トコイル１６Ａと
１６Ｂを形成した絶縁基板１４を複数積層し、シ−トコ
イル１６Ａ同士をスル−ホ−ルを介して相互に直列接続
し、またシ−トコイル１６Ｂ同士をスル−ホ−ルを介し
て相互に直列接続しても良い。In the sheet coil transformer 12, the sheet coils 16A and 16B are formed on the front and back surfaces of the insulating substrate 14 by way of example, but when it is desired to increase the number of turns of the sheet coils 16A and 16B. In this case, a plurality of insulating substrates 14 on which the sheet coils 16A and 16B are formed are laminated, the sheet coils 16A are connected to each other in series via a through hole, and the sheet coils 16B are connected to each other through a through hole. It may be connected in series with each other via a cable.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明は、従来は部品実装用基板の表面
に配置されていたトランスの代わりに、シ−トコイルト
ランスを用いる。このため、従来トランスが部品実装用
基板を占めていた面積だけ小型化することができる。ま
た、シ−トコイルトランスの少なくとも一方の表面に、
磁性粉を混在させた絶縁層を設けたので、シ−トコイル
のインダクタンスを大きくすることができる。従って、
シ−トコイルのタ−ン数を少なくすることができるので
パタ−ン幅の広いシ−トコイルを形成することができ、
シ−トコイルのエネルギ−損が低減される。また、シ−
トコイルトランスで発生する磁界は、絶縁シ−トによっ
てシ−ルドされる。この結果、小型で、エネルギ−効率
のよいスイッチング電源装置が得られる。According to the present invention, a sheet coil transformer is used in place of the transformer conventionally arranged on the surface of a component mounting board. Therefore, it is possible to reduce the size of the area where the conventional transformer occupies the component mounting board. Also, on at least one surface of the sheet coil transformer,
Since the insulating layer in which magnetic powder is mixed is provided, the inductance of the sheet coil can be increased. Therefore,
Since it is possible to reduce the number of turns of the sheet coil, it is possible to form a sheet coil having a wide pattern width.
The energy loss of the sheet coil is reduced. In addition,
The magnetic field generated by the coil transformer is shielded by the insulating sheet. As a result, a compact, energy-efficient switching power supply device can be obtained.
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の斜視図で
ある。FIG. 1 is a perspective view of a switching power supply device according to the present invention.
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の分解斜視
図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a switching power supply device according to the present invention.
【図３】スイッチング電源装置に用いられるフォワ−ド
コンバ−タ−方式の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a forward converter system used in a switching power supply device.
１ トランス ８ インダクタ １０ 電子回路素子 １１ 部品実装用基板 １２ シ−トコイルトランス １３ 絶縁シ−ト １４ 絶縁基板 １５ 基板 １６Ａ、１６Ｂ シ−トコイル 1 Transformer 8 Inductor 10 Electronic Circuit Element 11 Component Mounting Substrate 12 Sheet Coil Transformer 13 Insulating Sheet 14 Insulating Substrate 15 Substrate 16A, 16B Sheet Coil
Claims (1)
と、該部品実装用基板の電子回路素子と接続されるシ−
トコイルトランスとを備え、すくなくとも前記部品実装
用基板と該シ−トコイルトランスの間に磁性粉を混在さ
せた絶縁シ−トを設けて積層したことを特徴とするスイ
ッチング電源装置。1. A component mounting board on which an electronic circuit element is mounted, and a sheet connected to the electronic circuit element of the component mounting board.
2. A switching power supply device comprising: a component coil substrate; and at least an insulating sheet in which magnetic powder is mixed between the component mounting substrate and the sheet coil transformer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333419A JPH09182432A (en) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Switching power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7333419A JPH09182432A (en) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Switching power supply device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09182432A true JPH09182432A (en) | 1997-07-11 |
Family
ID=18265907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7333419A Pending JPH09182432A (en) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Switching power supply device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09182432A (en) |
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