JPH10219372A - 電気、電子部品用銅合金とその製造方法 - Google Patents
電気、電子部品用銅合金とその製造方法Info
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- JPH10219372A JPH10219372A JP3848397A JP3848397A JPH10219372A JP H10219372 A JPH10219372 A JP H10219372A JP 3848397 A JP3848397 A JP 3848397A JP 3848397 A JP3848397 A JP 3848397A JP H10219372 A JPH10219372 A JP H10219372A
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Abstract
緩和特性、金型摩耗性、耐マイグレーション性に優れる
電気、電子部品用銅合金を得る。 【解決手段】 Mg:0.05〜1.5重量%、Zn:
0.05〜3.0重量%、P:0.0005〜0.1重
量%、Pb:0.0005〜0.015重量%、S:
0.05重量%以下を含有し、さらに必要に応じてS
n:0.005〜1.0重量%、Cr:0.001〜
0.5重量%、Mn:0.01〜0.5重量%のうちい
ずれか1種又は2種以上を合計で1重量%以下含有し、
残部がCu及び不可避的不純物からなり、結晶粒径が2
0μm以下とされた銅合金。最終冷間加工後又は最終冷
間加工したものを電気、電子部品に成形後、100〜4
50℃の温度で10秒〜5時間加熱することで、ばね限
界値及び応力緩和特性が向上する。
Description
は半導体用リードフレームなどの電気、電子部品に用い
られる銅合金に関し、特に、高強度、高導電性を備え、
さらに、ばね限界値、応力緩和特性、金型摩耗性、耐マ
イグレーション性に優れる電気、電子部品用銅合金に関
する。
気、電子部品用銅合金としては、Cu−Mg、Cu−S
n−P等の銅合金が用いられてきた。一方、近年、民生
用・産業用電気機器及び自動車等に搭載されている電
気、電子部品は急速に小型化が進んでおり、使用環境も
厳しくなっている。たとえば、自動車用電気部品(特に
エンジン回り品)等は、使用中の温度が約150℃以上
に達することがあり、これらの部品に使用される銅合金
の端子、コネクター部品に対しては、高温での強度、特
にばね特性の維持や応力緩和特性の向上が強く要求され
ている。
(ブスバー平面板、プリント配線板)もその影響を受け
て高密度化、多層化となるため、リード間隔は狭くな
り、従来の材料では金属の電気化学的なマイグレーショ
ンが生じて絶縁性が低下する問題が起きている。即ち、
電極間に結露等が起こると金属元素がイオン化し、この
イオン化した金属元素がクーロンフォースにより陰極に
移動して析出し、めっき(電析)と同じように陰極から
樹脂状に金属結晶が成長して陽極側まで達し短絡する現
象である。
合、銅合金板材からプレス打抜き(スタンピング加工)
成型される。最近、プレス打抜き製品の品質要求及びそ
の生産性を向上させるために、打抜き後の端子のバリや
だれの発生が少なく、かつ打抜きプレスの金型の磨耗が
少ない(金型寿命が長い)銅合金素材の開発要求が高く
なっている。
気、電子部品用銅合金の上記問題点に鑑み、種々の要求
に応えるべくなされたもので、高強度、高導電性を備
え、さらに、ばね限界値、応力緩和特性、金型摩耗性、
耐マイグレーション性に優れる電気、電子部品用銅合金
を得ることを目的とする。
部品用銅合金は、Mg:0.05〜1.5重量%、Z
n:0.05〜3.0重量%、P:0.0005〜0.
1重量%,Pb:0.0005〜0.015重量%、
S:0.05重量%以下を含有し、必要に応じてさら
に、Sn:0.005〜1.0重量%、Cr:0.00
1〜0.5重量%、Mn:0.01〜0.5重量%のう
ちいずれかを含有し、残部がCu及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする。Snを含み、かつCrとMn
のうちいずれか一方又は双方を含む場合、Sn、Cr、
Mnの合計を1.0重量%以下とする。この銅合金は、
結晶粒径20μm以下のとき、優れた強度、ばね限界値
及び応力緩和率を示す。
冷間加工したものを電気、電子部品に成形後、100〜
450℃の温度で10秒〜5時間加熱することで、結晶
粒径20μm以下のとき、ばね限界値:30kgf/m
m2以上(室温)、応力緩和率:160℃にて35%以
下、導電率:40%IACS以上、耐熱温度:350℃
以上の材料特性値を得ることができる。なお、これらの
材料特性値の測定手段については後述する。
品用銅合金における各添加元素の添加理由及び組成限定
理由を説明する。
ばね限界値などの機械的性質を向上させる効果を有す
る。特に、R.T.〜160℃の使用温度においてもば
ね限界値の低下を抑制し、応力緩和特性の向上にも寄与
する。また、電圧印加時の銅のマイグレーションの発生
を防止する。さらに、Sによる熱間脆性を改善する。し
かし、その含有量が0.05重量%未満の場合は上記の
効果を得ることができない。
MgSを形成し、銀めっきを行ったとき板材表面のMg
Sの部分でAgが突起状に異常析出する表面欠陥とな
る。AgめっきによってAgの突起を発生させるMg及
びSの含有量は合金系によって異なるが、本合金系にお
いてはMgの含有量が0.05%未満ではAg突起を発
生させ易い。以上の理由で、Mgの含有量は0.05重
量%以上でなければならない。
た場合は電気伝導度、曲げ加工性の低下を招く。従っ
て、Mgの添加量は0.05〜1.5重量%とした。な
お、好ましい範囲は、0.05〜1.0重量%である。
また、添加されたMgは材料の熱処理の際にSnよりも
優先的に酸化して、表面におけるSnの酸化物の生成を
抑制する。材料の表面に存在するMgを主体とする酸化
物は通常の酸洗(硫酸などを使用)で容易に除去できる
ため、はんだ付け性、めっき性などに優れる効果を合わ
せ持つ。
極間に水の侵入又は結露等が生じた場合のCuのマイグ
レ−ションを抑制し、漏洩電流を抑制するための必須元
素である。さらに、はんだの密着性向上やウイスカー発
生を抑制する作用をもつ。Zn含有量が0.05重量%
未満でははんだの密着性向上やウイスカー発生の抑制効
果が小さく、Zn含有量が3.0重量%を超えた場合
は、導電率が低くなり、また応力腐食割れを起こし易く
なる。従って、Zn含有量は0.05〜3.0重量%と
する。なお、Znの好ましい範囲は0.05〜2.5重
量%である。また、添加されたZnはMgと同様に、材
料の熱処理においてSnよりも優先的に酸化して表面に
おけるSnの酸化物の生成を抑制する。材料の表面に存
在するZn及びMgを主体とする酸化物は通常の酸洗
(硫酸などを使用)で容易に除去できるため、はんだ付
け性、めっき性などに優れる効果を合わせ持つ。
与する元素である。Pの含有量が、0.0005重量%
未満では、溶湯の脱酸及び湯流れの改善効果が得られ
ず、また、0.1重量%を超えて含有すると熱間加工性
の劣化、導電率の低下をもたらし、さらには応力腐食割
れが発生しやすくなり、酸化膜の密着性も低下する。従
って、P含有量は0.0005〜0.1重量%とする。
なお、Pの好ましい範囲は0.0005〜0.05重量
%である。
る。その含有量が0.0005重量%未満では所望の改
善効果が得られず、0.015重量%を超えて含有して
も、含有量に見合う改善効果は得られず、かえって熱間
加工性を低下させる。従って、Pbの含有量は0.00
05〜0.015重量%とする。なお、Pbの好ましい
範囲は、0.0005〜0.01重量%である。
する元素であり、鋳塊においては粒界に存在して粒界の
強度を低下させるため熱間加工性を低下させる。また、
本合金はMgを含有するためSと高融点で安定なMg化
合物を形成し、熱間加工性が改善されるが、その含有量
が0.05重量%を越すと、Mgを1.5重量%含有し
ても熱間加工性が低下し、さらには組織中に大量のMg
Sが形成され、材料の耐熱性及び応力緩和特性を低下さ
せる。また、Mg含有量が0.05重量%未満のときに
は、材料にAgめっきを行ったときAgの突起が発生し
やすくなる。したがって、Sの含有量は0.05重量%
以下とする。好ましくは0.005重量%以下である。
る応力緩和特性の向上に寄与する元素である。しかし、
いずれも0.001重量%未満では上記の効果が得られ
ない。一方、Crを0.5重量%を超えて含有するとC
rの酸化物が大量に発生して良好な鋳塊が得られず、ま
た組織中に粗大なCrの晶出物が発生してスタンピング
の金型摩耗を激しくし、曲げ加工性、伸びを低下させ
る。また、Mnを0.5重量%を超えて含有すると、は
んだ耐熱剥離性が劣化すると共に導電率も低下する。従
ってCr:0.001〜0.5重量%、Mn:0.00
1〜0.5重量%のうちいずれか一方又は双方を添加す
ることとした。なお、Crの好ましい範囲は0.001
〜0.2重量%、Mnの好ましい範囲は0.001〜
0.05重量%である。
元素であり、必要に応じて添加される。その含有量が
0.005重量%未満では効果が得られず、また、1.
0重量%を超えて含有すると導電率の低下を招く。従っ
て、Snの添加量は0.005〜1.0重量%とした。
好ましい範囲は0.005〜0.8重量%である。な
お、CrとMnの何れか一方又は双方とSnを共に添加
する場合、導電率の観点から合計を1重量%以下、好ま
しくは0.8重量%以下とする。
て、Fe、Si、Al、Ni、B、Ti及びZr等の元
素が原料として用いるスクラップ等から混入することが
あるが、これらの元素の総含有量が0.5重量%以下、
個別には0.05重量%以下であれば、本合金の機械的
性質、導電率、耐マイグレーション性、プレス加工性に
悪影響を及ぼすおそれはないのでこの範囲の含有は許容
される。
より製造することができる。具体的には、連続鋳造によ
って作製したスラブを熱延し、その後冷延と中間焼鈍を
組合わせて所定の厚さの薄板とする。あるいは、熱間圧
延によらず横型連続鋳造で作製した10〜30mmの薄
スラブを用い、これを冷延と熱処理を組合わせた工程で
薄板とする方法でも製作可能である。
工性とも良好で、製造に伴う割れなどの問題はほとんど
発生しない。また、この合金は析出硬化型合金でないた
め、中間焼鈍にはバッチ式、連続式のどちらを採用して
もよい。中間焼鈍はバッチ炉を用いた場合は350〜6
00℃×1〜5時間(材料の到達温度と到達後の保持時
間)、連続焼鈍炉を用いた場合は400〜850℃の雰
囲気で10秒〜300秒加熱(材料の到達温度と到達後
の保持時間)することによって目的を達成できる。これ
らの中間焼鈍によって材料は再結晶するが、本合金に良
好なプレス打抜き性及び曲げ加工性を与えるために、中
間焼鈍後の材料の結晶粒径は30μm以下とすることが
望ましい。
って材料の強度が向上し、延性が低下する。目的とする
強度、伸びの値によって加工率が決定されるが、通常は
5〜90%の最終加工率が採用され、最終的に結晶粒径
は20μm以下とされる。この最終加工のあと、さらに
ばね限界値の向上や延性の回復を目的とする熱処理を行
ってもよい。この熱処理の方式としてバッチ式、連続式
のどちらを採用しても目的とする最終特性を得ることが
可能である。
0℃の温度で10秒〜5時間行われる。この加熱により
転位の再配列が発生し、材料内部の残留応力が均質化さ
れ、ばね限界値、応力緩和特性の向上、延性の回復、曲
げ性の向上、疲労強度の向上、プレス加工後の材料の寸
法精度の向上と歪の減少などの効果が認められる。な
お、この熱処理により結晶粒径はほとんど変化しない。
この熱処理は、端子、リードフレーム等の電気、電子部
品に成形した後、行ってもよい。
性向上は認められず、450℃を越えると軟化し、強度
低下が大きくなる。また、加熱時間が10秒未満ではそ
の効果は得られず、5時間を超えて加熱しても上述の効
果が飽和してしまい、不経済である。従って、加熱温
度:100〜450℃、加熱時間:10秒〜5時間とす
る。好ましくは、加熱温度:200〜400℃、加熱温
度:30秒〜3時間である。
最終の冷間加工後、前記の条件で熱処理を行うことによ
って、ばね限界値:30kgf/mm2以上、応力緩和
率:160℃にて35%以下、導電率:40%IACS
以上、耐熱温度:350℃以上の材料特性値を有する銅
合金が製造でき、リードフレーム、端子、コネクターな
どの電気、電子部品用として最適な特性を持つ。なお、
この銅合金に錫めっきを行って、例えば端子材として用
いる場合、めっき後のリフロー処理をこの熱処理と兼ね
て行うことができる。
してその特性を説明する。 [実施例1]下記表1及び表2に示す組成の銅合金を、
電気炉により大気中で木炭被覆下で溶解し、厚さが15
0mm、幅が500mm、長さが3000mmの鋳塊を
溶製した。このようにして溶製した鋳塊を800〜85
0℃に1時間加熱後、熱間圧延して厚さ15mmに仕上
げた。
ルをフライスで除去した後、冷間圧延し、425〜57
5℃で2時間の焼鈍を行い、その後70%の最終冷間圧
延を行って0.25mmの冷間圧延材を作製した。この
薄板から各種試験片を加工し、以下の試験を実施した。
き、モーメント式試験により永久たわみ量を測定し、
R.T.及び150℃におけるKb0.1を算出した。 (応力緩和特性)図1及び図2に示すように、幅10m
mの試験片1を片持ち梁式にて、長さ(l)80mmの
位置に耐力の8割の曲げ応力を負荷し、応力を負荷した
状態で160℃×1000Hr保持した後、応力の負荷
を取り除く。応力を負荷したときの負荷点での試験片の
たわみ量(δ)と、応力を取り除いたときの変位量(ε
1)を測定し、次式により応力緩和率を算出した。 応力緩和率(%)=(ε1/δ)×100 なお、曲げ応力(σ)は次式で計算される。 σ=(3・E・t・δ)/(2・l2) ただし、 σ:曲げ応力=耐力×0.8 E:試験片のヤング率(N/mm2) t:試験片の板厚=0.25mm
長手方向を圧延方向に平行としたJIS5号試験片にて
測定した。 (導電率)JISH0505に基づいて測定した。 (Agめっき性)Agめっき性は、シアン系Agめっき
を厚さ1μm行ったときに、局所的に厚さが厚くなる現
象(突起)の有無を実体顕微鏡で観察した。
が繊維状組織となっていないときは圧延方向に平行な断
面においてJISH0501の伸銅品結晶粒度試験方法
に従い、また試料の組織が繊維状となっているときは圧
延方向に平行な断面において板厚方向の結晶粒の寸法を
測定した。同一試料に対して5視野の観察を行い、その
平均値を各試料の結晶粒径とした。本発明の合金は中間
焼鈍により再結晶したとき結晶粒径がほぼ均一な整粒組
織となるため、最終冷間加工の加工率によらず同一試料
では異なる部位を観察しても結晶粒径の差はほとんどな
かった。
だを245±5℃×5秒にてはんだ付けした後、150
℃のオーブンで1000Hrまで加熱した。この試験片
を曲げ半径0.25mmで180゜曲げ戻しにて加工を
加え、加工部のはんだが剥離するか観察した。 (耐熱温度)試料を200〜600℃に5分保持後、水
焼入れした試料の硬さを測定し、初期硬さの8割を有す
る温度を耐熱温度とした。
長さ80mmの試験片を採取した。この試験片を2枚1
組とし供試した。第3図及び第4図は、上記試験片を使
用して漏洩電流を測定する試験方法の説明図である。第
3図及び第4図において、2a、2bは試験片、3は厚
さ1mmのABS樹脂、3aはこのABS樹脂3に形成
された穴、4はこのABS樹脂3の押え板である。5は
押え板4を押圧固定するため表面に絶縁塗料を塗布した
クリップ、6はバッテリ−、7は電線である。試験片2
a、2bは端部に電線7が接続されている。第3図及び
第4図に示す2枚の試験片2a、2bにバッテリ−6か
ら直流電流14Vを印加して、水道水中に5分間浸漬し
た後、続いて10分間乾燥する乾燥試験を50回行い、
その間の最大漏洩電流を高感度レコ−ダ−(図示せず)
で測定した。
を連続打抜きし、打抜かれたリードフレームのバリが
0.02mmになり、金型の再研磨が必要となるストロ
−ク数を測定した。
を表3、表4に示す。
規定する組成をもつNo.1〜No.7は、高強度と高導電率
を兼ね備えているとともに、良好な耐マイグレーション
性、プレス打抜加工性、はんだ耐熱剥離性、Agめっき
性を有している。さらに、No.8、No.9、No.26は、
Snの添加により引張強さ、ばね限界値及び応力緩和特
性が一段と向上している。これに対し、No.10〜No.1
2はNo.1〜No.3と化学成分は同じであるが、結晶粒径
が30μmと大きいため、引張強さ及びばね限界値が低
く、応力緩和率が劣っている。
本発明の規定範囲を超えているため導電率が劣り、No.
14は、反対にMg含有量が本発明の規定範囲に満たな
いため、機械的性質に劣り、耐熱温度も低い。比較合金
No.15は、Zn含有量が本発明の規定範囲を超えてい
るため導電率が劣り、さらに応力腐食割れを起こしやす
くなる。No.16は、Zn含有量が規定範囲に満たない
ため、はんだ耐熱剥離性が劣っている。
規定範囲を超えているため導電率が劣っており、No.1
8は、反対にP含有量が規定範囲に満たないため、造塊
時の湯流れが悪く、鋳塊の表面に酸化物の巻込みが発生
して良好な鋳塊を得られず、後の試験を断念した。比較
合金No.19は、Pb含有量が本発明の規定範囲を超え
ており、熱間圧延時に割れが発生したため、後の試験を
断念した。比較合金No.20は、Pb含有量が本発明の
規定範囲に満たないため、打抜き加工性に劣っている。
の規定範囲を超えており、溶解時、Crの酸化物が大量
に発生して良好な鋳塊が得られなかったので、熱間圧延
を断念した。比較合金:No.22は、Sn含有量が請求
範囲を超えており、機械的性質は向上しているが、導電
率が40%IACSを下回っている。
が本発明の規定範囲に満たないため、強度が低く、耐マ
イグレーション性においても最大漏洩電流値が3.12
Aと高く、さらに、応力緩和特性及びはんだ耐熱剥離性
にも劣っている。比較合金No.24は、S含有量が本発
明の規定範囲を超えており、熱間圧延が不可能であっ
た。比較合金No.25は、Mg及びZn含有量が本発明
の規定範囲に満たないため強度が低く、耐マイグレーシ
ョン性においても最大漏洩電流値が3.04Aと高く、
さらに、応力緩和特性、はんだ耐熱剥離性及びAgめっ
き性にも劣っている。
0℃×20秒(2−1)、250℃×2時間(2−
2)、50℃×20秒(2−3)、500℃×20秒
(2−4)、300℃×5秒(2−5)の低温焼鈍を施
した後の特性評価結果を表5に示す。
低温焼鈍を行ったNo.2−1及び2−2は、ばね限界値
及び応力緩和特性が向上するとともに、耐マイグレーシ
ョン性、プレス打抜加工性及びはんだ耐熱剥離性も良好
である。これに対し、焼鈍温度が低いNo.2−3は、ば
ね限界値、応力緩和特性の向上が認められず、焼鈍温度
が高いNo.2−4は、強度、ばね限界値が低下し、焼鈍
時間が短いNo.2−5は、ばね限界値、応力緩和特性の
向上が認められない。
びNo.24の組成の合金を、厚さ20mm、幅640m
mの薄スラブコイルに水平連鋳し、700℃で6時間均
質化処理を行った。均質化処理後、材料表面の酸化スケ
−ルをフライスで除去して冷間圧延し、500℃で2時
間の焼鈍を行った。その後70%の冷間圧延を行って
0.25mmの薄板とし、その後300℃で20秒間の
低温焼鈍を行った。作製した薄板から試験片を採取し、
実施例1と同じ試験を実施した。試験結果を表6に示
す。
率を兼ね備えているとともに、良好な耐マイグレーショ
ン性、プレス打抜加工性、はんだ耐熱剥離性を有してい
る。一方、比較例合金No.24−2は、熱延しなかった
ため薄板に加工可能であったが、S含有量が多いため大
量のMgSが形成され、耐熱性が低く、応力緩和率が大
きい。
する機械的性質、応力緩和特性及びAgめっき性に優
れ、かつ高い導電率を合わせ持つ電気、電子部品用銅合
金を得ることができる。また、Cuのマイグレ−ション
現象が抑制されるため、電極間の短絡がなく、さらにプ
レス打抜加工性に優れるため、金型寿命が延長され、金
型交換に要するコストを低減することができる。
の斜視図である。
図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 Mg:0.05〜1.5重量%、Zn:
0.05〜3.0重量%、P:0.0005〜0.1重
量%、Pb:0.0005〜0.015重量%、S:
0.05重量%以下を含有し、残部がCu及び不可避的
不純物からなることを特徴とする電気、電子部品用銅合
金。 - 【請求項2】 Mg:0.05〜1.5重量%、Zn:
0.05〜3.0重量%、P:0.0005〜0.1重
量%、Sn:0.005〜1.0重量%、Pb:0.0
005〜0.015重量%、S:0.05重量%以下を
含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなることを
特徴とする電気、電子部品用銅合金。 - 【請求項3】 Mg:0.05〜1.5重量%、Zn:
0.05〜3.0重量%、P:0.0005〜0.1重
量%、Pb:0.0005〜0.015重量%、S:
0.05重量%以下を含有し、さらにCr:0.001
〜0.5重量%、Mn:0.001〜0.5重量%のう
ちいずれか一方又は双方を含有し、残部がCu及び不可
避的不純物からなることを特徴とする電気、電子部品用
銅合金。 - 【請求項4】 Mg:0.05〜1.5重量%、Zn:
0.05〜3.0重量%、P:0.0005〜0.1重
量%、Sn:0.005〜1.0重量%、Pb:0.0
005〜0.015重量%、S:0.05重量%以下を
含有し、さらにCr:0.001〜0.5重量%、M
n:0.01〜0.5重量%のうちいずれか一方又は双
方をSn、Cr、Mnの合計が1.0重量%以下となる
ように含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とする電気、電子部品用銅合金。 - 【請求項5】 結晶粒径が20μm以下であることを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載された電気、電
子部品用銅合金。 - 【請求項6】 ばね限界値:30kgf/mm2以上、
応力緩和率:160℃にて35%以下、導電率:40%
IACS以上、耐熱温度:350℃以上の材料特性値を
有することを特徴とする請求項5に記載された電気、電
子部品用銅合金。 - 【請求項7】 請求項1〜4のいずれかに記載された組
成の銅合金を、最終冷間加工後又は最終冷間加工したも
のを電気、電子部品に成形後、100〜450℃の温度
で10秒〜5時間加熱し、結晶粒径:20μm以下、ば
ね限界値:30kgf/mm2以上、応力緩和率:16
0℃にて35%以下、導電率:40%IACS以上、耐
熱温度:350℃以上の材料特性値を有する電気電子部
品用銅合金を得ることを特徴とする電気、電子部品用銅
合金の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03848397A JP3904118B2 (ja) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | 電気、電子部品用銅合金とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03848397A JP3904118B2 (ja) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | 電気、電子部品用銅合金とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10219372A true JPH10219372A (ja) | 1998-08-18 |
JP3904118B2 JP3904118B2 (ja) | 2007-04-11 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP03848397A Expired - Lifetime JP3904118B2 (ja) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | 電気、電子部品用銅合金とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3904118B2 (ja) |
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