JPS58138697A - Pen point made of ceramic - Google Patents

Pen point made of ceramic

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JPS58138697A
JPS58138697A JP2148482A JP2148482A JPS58138697A JP S58138697 A JPS58138697 A JP S58138697A JP 2148482 A JP2148482 A JP 2148482A JP 2148482 A JP2148482 A JP 2148482A JP S58138697 A JPS58138697 A JP S58138697A
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JP
Japan
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zirconia
sintered body
nib
tetragonal
pen
Prior art date
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Pending
Application number
JP2148482A
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Japanese (ja)
Inventor
山田 文之
孝樹 正木
文男 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Pencil Co Ltd
Toray Industries Inc
Original Assignee
Mitsubishi Pencil Co Ltd
Toray Industries Inc
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミックス製ペン先に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a ceramic pen nib.

一般に、筆記用のペン先の素材については、耐摩耗性、
耐食性、耐衝撃性が優nていること、製品としたときに
良好な筆記特性を示すことなどの性質が要求されている
。他方、最近に至り、事務用機器のオートメーション化
に伴ない、コンピューターのアウトプットでの作画に使
用する筆記具、自動車、造船、建築などの各種分野にお
けるコンピューターを利用する設計、製図等に用いる自
動製図機械用筆記具、製図機械の高速化に適応する筆記
具あるいはドツト・プリンター用の筆記具など、その使
用分野が拡大し利用方法も多様化して、特に耐衝撃性の
優れたペン先をもつ筆記具が強く要望されるようになり
、殊にドツト・プリンター用の筆記具では耐衝撃性はき
びしい条件が要求されている。
In general, the materials for writing pen nibs are wear-resistant,
It is required to have properties such as excellent corrosion resistance and impact resistance, and good writing characteristics when made into a product. On the other hand, in recent years, with the automation of office equipment, there has been an increase in the use of writing instruments used to create drawings using computer output, and automated drawings used for computer-based design and drafting in various fields such as automobiles, shipbuilding, and architecture. The field of use has expanded and the methods of use have become more diverse, such as writing instruments for machines, writing instruments adapted to high-speed drafting machines, and writing instruments for dot printers, and there is a strong demand for writing instruments with nibs with excellent impact resistance. In particular, writing instruments for dot printers are required to meet strict requirements for impact resistance.

従来の筆記具には、そのペン先にフェルト、プラスチッ
ク、ステンレス鋼などが用いられているが、それらは耐
摩耗性あるいは耐食性が悪いなどペン先に要求される諸
性質のいずれかを欠除し満足できるものではなかった。
Conventional writing instruments use felt, plastic, stainless steel, etc. for the nib, but these lack some of the properties required for a nib, such as poor wear resistance or corrosion resistance. It wasn't possible.

最近、アルミナ焼結体でつくられたペン先が開発され実
用されているが、このペン先は、耐摩耗性、耐食性の点
では問題はないとしても、例えば自動化、高速化された
製図機械やオフィスオートメーションのアウトプットの
作画に必要なドツトプリンターなどにおいては、長時間
連続使用すると、紙面とのしゆう動性が悪くなり、摩擦
係数が上昇して、紙切n1 インクのかすれや途切れな
どが発生し、さらに耐衝撃性が低いため、容易に破損し
て使用できなくなるなどの欠点がある。
Recently, a pen nib made of alumina sintered body has been developed and put into practical use, but even though this nib does not have any problems in terms of wear resistance and corrosion resistance, it is used in automated and high-speed drawing machines, for example. When used continuously for long periods of time, such as dot printers, which are necessary for creating output images for office automation, the movement with the paper surface becomes poor, the coefficient of friction increases, and the ink becomes blurred or interrupted. Furthermore, since it has low impact resistance, it is easily damaged and becomes unusable.

本発明者らは、従来の筆記具のペン先のこのような欠点
を改善し、前記ペン先に要求される諸要件を兼備すると
ともに、各種使用法にも適応して、特にドツトプリンタ
ーの長時間使用にも極めて優れた筆記特性を有するペン
先を開発すべく種々研究を行った結果、正方晶系の結晶
構造をもつジルコニアを含んだジルコニア焼結体から形
成されるペン先が極めて満足しうる優れたものであるこ
とを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った
The inventors of the present invention have aimed to improve these drawbacks of the pen nibs of conventional writing instruments, meet the various requirements required for the pen nibs, and adapt them to various usages, especially for long-term use in dot printers. As a result of various research conducted to develop a pen nib with extremely excellent writing characteristics, we found that a nib made from a zirconia sintered body containing zirconia with a tetragonal crystal structure was extremely satisfactory. It was found that the present invention was excellent, and based on this knowledge, the present invention was completed.

すなわち、本発明は、少4くとも正方晶系の結晶構造を
もつジルコニアを含むジルコニア焼結体から成るセラミ
ックス製ペン先を提供するものである。
That is, the present invention provides a ceramic pen nib made of a zirconia sintered body containing zirconia having at least a tetragonal crystal structure.

本発明のペン先が用いられる筆記用具は、例えは手書き
による一般製図、自動製図、ペン書きオシログラフ等に
使用されるバイブペン;製図用異人れ器、万年筆、繊維
芯筆記具などのような充填式筆記具;−tの他ニードル
ベン、オフィスオートメーションのための筆記具などを
包含し、本発明のペン先は、これらの使用法に応じて各
種の形状で提供される。
Writing instruments in which the pen nib of the present invention is used include, for example, vibrator pens used for handwritten general drafting, automatic drafting, pen-written oscillographs, etc.; refillable pens such as drafting drawers, fountain pens, fiber core writing instruments, etc. In addition to writing instruments, the pen nib of the present invention includes needle pens, writing instruments for office automation, etc., and the pen nib of the present invention is provided in various shapes depending on the usage thereof.

次に添付図面に従って本発明を説明すると、添 ゛付図
面は、細管状のペン先を有する筆記具の1例を示すもの
で、第1図はその筆記具の軸を含む面で切った断面図、
第2図はインキ誘導棒の拡大斜視図である。図において
、細管状のペン先1に、インク誘導用の中芯2が挿入把
持され、中芯2の後端はインク誘導棒3の中心孔の端部
にがん入されている。インク誘導棒3には、中心孔に達
するインク溝4が長さ全体にわたって形成され、インク
室4のインクを中1芯・4f!に導ひく機能を有する。
Next, the present invention will be explained with reference to the attached drawings. The attached drawings show an example of a writing instrument having a thin tube-shaped pen tip, and FIG. 1 is a sectional view taken along a plane including the shaft of the writing instrument.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the ink guiding rod. In the figure, an ink guide core 2 is inserted into and held by a thin tube-shaped pen tip 1, and the rear end of the core 2 is firmly inserted into the end of the center hole of an ink guide rod 3. The ink guiding rod 3 is formed with an ink groove 4 over its entire length that reaches the center hole, and the ink in the ink chamber 4 is guided through the middle core 4f! It has the function of guiding

この筆記具においては、中芯2はペン先の先端よ   
    (り多少突出しているが、ペン先の中で軸方向
にしゆう動可能に設計され、筆記時に上方からの筆圧で
中芯が後退し、ペン先がその圧力を受けて記録する。
In this writing instrument, the core 2 is closer to the tip of the nib.
(Although it protrudes somewhat, it is designed to be able to move in the axial direction within the nib, and when writing, the center moves back due to pressure from above, and the nib receives that pressure and records.)

本発明のぺ4ン先はジルコニア焼結体でつくられている
。ジルコニアには、正方晶系、立方晶系及び単斜晶系の
結晶構造があるが、本発明においては、少なくとも正方
晶系の結晶構造をもつジルコニア(以下正方晶ジルコニ
アという)を含むジルコニア焼結体を用いる。好ましく
は30モルチ以上が正方晶ジルコニアであるようなもの
を用いる。
The pen tip of the present invention is made of a zirconia sintered body. Zirconia has tetragonal, cubic, and monoclinic crystal structures, but in the present invention, zirconia sintered zirconia containing at least zirconia having a tetragonal crystal structure (hereinafter referred to as tetragonal zirconia) is used. Use your body. Preferably, 30 moles or more of tetragonal zirconia is used.

特に好ましいのは、全てが正方晶ジルコニアであるか、
あるいは正方晶ジルコニアが50モル係以上で、残りが
立方晶系の結晶構造をもつジルコニア(以下立方晶ジル
コ丑アという)であるようなジルコニア焼結体である。
Particularly preferred are all tetragonal zirconia or
Alternatively, it is a zirconia sintered body in which tetragonal zirconia has a molar ratio of 50 or more, and the remainder is zirconia having a cubic crystal structure (hereinafter referred to as cubic zirconia).

このように、ジルコニア焼結体が正方晶ジルコニアを含
んでいると、外力を受けたときに、正方晶系から単斜晶
系への結晶構造の変態が起り、この変態に必要なエネル
ギーが応力を緩和する方向に働くので、ペン先に高い機
械的強度をもたらすことになる。
In this way, when a zirconia sintered body contains tetragonal zirconia, the crystal structure transforms from a tetragonal system to a monoclinic system when an external force is applied, and the energy required for this transformation is reduced by stress. It works in the direction of alleviating the stress, giving the pen tip high mechanical strength.

筆記具用ペン先としては、耐衝撃性及び機械的強度はで
きるだけ高くするのが望ましく、これらの性質はジルコ
ニア焼結体中の正方晶ジルコニアの割合が多いほど高く
なるので、本発明においてはできるだけ正方晶ジルコニ
アの存在量の多いものを用いるのが有利である。
It is desirable for a writing instrument nib to have as high impact resistance and mechanical strength as possible, and these properties increase as the proportion of tetragonal zirconia in the zirconia sintered body increases. It is advantageous to use a material with a high abundance of crystalline zirconia.

他方、ジルコニア焼結体中に立方晶ジルコニアが共存す
ると、熱安定性が向上するので、このものの存在はある
程度望ましいといえる。しかし、単斜晶系の結晶構造を
もつジルコニア(以下単斜晶ジルコニアという)が存在
する場合は、通常これが正方晶系結晶構造から変態する
際にその周囲にマイクロクラックを生じており、外力を
°加えられたときにこのマイクロクラックを起点として
破壊が進行し、機械的強度低下の原因となるため、本発
明においては、実質的に単斜晶ジルコニアを含まないか
、含んでいても全体の10モルチ以下のものを用いるの
が好ましい。
On the other hand, the coexistence of cubic zirconia in the zirconia sintered body improves thermal stability, so its presence can be said to be desirable to some extent. However, when zirconia with a monoclinic crystal structure (hereinafter referred to as monoclinic zirconia) exists, microcracks are usually generated around it when it transforms from a tetragonal crystal structure, and it is not susceptible to external forces. ° When the micro-cracks are applied, the fracture progresses starting from these micro-cracks, which causes a decrease in mechanical strength. It is preferable to use 10 molti or less.

このようなジルコニア焼結体中の正方晶、立方晶及び単
斜晶ジルコニアの存在量は、例えば次のようにして求め
ることができる。
The amount of tetragonal, cubic, and monoclinic zirconia present in such a zirconia sintered body can be determined, for example, as follows.

すなわち、正方晶ジルコニアの量を求めるには、先ず研
摩したペン先の表面をガイガーカウンタによる自動記録
式X線回折装置で分析し、立方晶ジルコニア(400)
面、正方晶ジルコニア(004)面及び正方晶ジルコニ
ア(220)面の回折パターンをチャート上に記録する
。次に、このチャートから立方晶ジルコニア(400)
面の回折ピークの面積強度を求め、さらにこの面積強度
を、同じくチャート上”ら読み取?た立方、晶′“°°
7(“°°)面?回折角θにより、式L= (1+ c
os22θ)/5in2θ・co82θに24KV、1
0mA、レートメータの時定数を4秒、ゴニオメータの
回転速度を0.25度/分、チャートスピードを20m
/分に選ぶことによって実現される。
In other words, to determine the amount of tetragonal zirconia, first analyze the surface of the polished pen tip with an automatic recording X-ray diffraction device using a Geiger counter, and determine the amount of cubic zirconia (400).
The diffraction patterns of the tetragonal zirconia (004) plane and the tetragonal zirconia (220) plane are recorded on the chart. Next, from this chart, cubic zirconia (400)
The area intensity of the diffraction peak of the surface is determined, and this area intensity is also read from the chart.
7 (“°°) plane? According to the diffraction angle θ, the formula L= (1+ c
os22θ)/5in2θ・co82θ, 24KV, 1
0mA, rate meter time constant 4 seconds, goniometer rotation speed 0.25 degrees/min, chart speed 20m.
This is achieved by selecting /minute.

ところで、この方法はいわゆる簡便法であって、厳密に
いえば正方晶ジルコニアの量の近似値を与えるものであ
るが、実世上特に問題はない。
By the way, this method is a so-called simple method, and strictly speaking, it gives an approximate value of the amount of tetragonal zirconia, but it does not pose any particular problem in real life.

、゛ 単斜晶ジルコニアの量CM(モルチ)も、正方晶ジルコ
ニアの場合と全く同様にして、次式に従って求めること
ができる。
, ``The amount CM (molti) of monoclinic zirconia can also be determined according to the following formula in exactly the same manner as in the case of tetragonal zirconia.

ただし、D=正方晶ジルコニア(111)面の回折線強
度 E:単斜晶ジルコニア(111)面の回折線強度 F:単斜晶ジルコニア(111)面の回折線強度 次に、本発明で用いるジルコニア焼結体は、0.1〜5
μ、特に0.1〜1μの平均結晶粒子径をもつのが好ま
しい。このようにち密な組織を有すると、いっそう高い
耐衝撃性が得られ、しかもペン先に加工したときに紙面
への接触が滑らかになり、インクの紙面へのぬれを向上
し書き味が良くなるという利点がある。また、機械的強
度も向上するため、加工時の破損が減少し、品質安定性
が増大する。
However, D = Diffraction line intensity of tetragonal zirconia (111) plane E: Diffraction line intensity of monoclinic zirconia (111) plane F: Diffraction line intensity of monoclinic zirconia (111) plane Next, used in the present invention The zirconia sintered body is 0.1 to 5
It is preferable to have an average crystal grain size of μ, particularly 0.1 to 1 μ. Having such a dense structure provides even higher impact resistance, and when processed into a pen tip, it makes smoother contact with the paper surface, improving the wettability of the ink to the paper surface and improving the writing quality. There is an advantage. In addition, mechanical strength is improved, so damage during processing is reduced and quality stability is increased.

さらに、本発明で用いるジルコニア焼結体は、2%以下
、好ましくは1チ以下の気孔率をもつのがよい。この気
孔率P (*)は次式に従って求められる。
Further, the zirconia sintered body used in the present invention preferably has a porosity of 2% or less, preferably 1 inch or less. This porosity P (*) is determined according to the following formula.

このように、気孔率が竺いジルコニア焼結体でペン先を
作ると、耐衝撃性が二層向上し、またペン先表面の微細
な凹凸が少゛、4k1.したがってペン先と筆記面との
すべりが格iによくなるとともに、ペン先にインクや紙
などの符−物が残留する現象が著しく低減するので好ま
しい。
In this way, if the pen nib is made of a zirconia sintered body with high porosity, the impact resistance will be improved by two layers, and the fine irregularities on the surface of the nib will be reduced to 4k1. Therefore, the slippage between the pen tip and the writing surface is improved significantly, and the phenomenon of marks such as ink and paper remaining on the pen tip is significantly reduced, which is preferable.

さらに・微細結晶から成り・す9気孔率の小さなジルコ
ニア焼結体は、その表面の研摩加工が極めて容易で、表
面平滑性の−れた高品質のペン先二:Σ:::二得6員
り下き・1業的1も極め、・  ′ 上記のような本発明に用゛いられるジルコニア焼結体は
、例えばジルコニア臀イツトリアやカルシアなどの安定
化剤を固溶さ4せ゛ることによって得ることができる。
Furthermore, the surface of the zirconia sintered body, which is made up of microcrystals and has a small porosity, is extremely easy to polish, resulting in a high quality nib with a smooth surface. ``The zirconia sintered body used in the present invention as described above can be obtained by dissolving a stabilizer such as zirconia or calcia as a solid solution. can be obtained by

このような安定化剤を用いると、比較的低温での焼結が
可能で゛あるために結晶粒子径を小さくすることができ
、結晶がち密化するので、いっそう高い機械的強度の焼
結体を得ることができるという利点がある。この場合、
イツトリアに全体に対して1〜5モルチ、カルシアは全
体に対して1〜9モルチの割合で加える。また、イツト
リアとカルシアを併用することもできるが、その場合は
両者の合計量が2〜12モル係の範囲内になるように選
ぶのがよい。
When such a stabilizer is used, sintering can be performed at a relatively low temperature, so the crystal grain size can be reduced, and the crystals become denser, resulting in a sintered body with even higher mechanical strength. It has the advantage of being able to obtain in this case,
Ittria is added at a rate of 1 to 5 molti based on the total amount, and calcia is added at a rate of 1 to 9 molty based on the total amount. Moreover, itria and calcia can be used together, but in that case, it is preferable to select them so that the total amount of both is within the range of 2 to 12 moles.

本発明のペン先は、例えば次のようにして製造できる。The pen nib of the present invention can be manufactured, for example, as follows.

まず、純度99.94のオキシ塩化ジルコニル(ZrO
Cl2)と塩化イツトリウム(ycz、)の水溶液を、
ジルコニア(Zr05)及びイツトリア(y2o5 )
の比が95:5〜99:1のモル比となる割合に混合液
を調製す仝。次にこれを加熱して約200℃の温度にな
るまではゆっくり昇温させながら水分を除去し、さらに
これを約1000℃の温度に加熱して数時間仮焼成する
。得らnたジルコニア−イツトリア混合粉末をボールミ
ルで湿式粉砕し、粉砕物を再び約1000℃の温度で仮
焼成して粉砕する操作を繰り返し行ってZrO2−Y2
O3の均一な固溶体粉末を調製する。次に、得られた原
料粉末にメチルセルロース又はワックスなどのバインダ
ーを加えて混合し、何えは押出成形法により所望の形状
のペン先に成形して、これを焼成炉中に入れ、約100
0℃の温度までは100〜b 速度で加熱し、約1000℃からは50〜b時の昇温速
度で加熱して約1600℃の温度に達したのち、この温
度に数時間保持して焼結する。
First, zirconyl oxychloride (ZrO
Cl2) and yttrium chloride (ycz, ) aqueous solution,
Zirconia (Zr05) and Ittria (y2o5)
Prepare a liquid mixture at a molar ratio of 95:5 to 99:1. Next, this is heated to slowly raise the temperature to about 200° C. to remove moisture, and then further heated to about 1000° C. and calcined for several hours. The obtained zirconia-yttria mixed powder was wet-pulverized in a ball mill, and the pulverized product was calcined again at a temperature of about 1000°C and the pulverization operation was repeated to obtain ZrO2-Y2.
A homogeneous solid solution powder of O3 is prepared. Next, a binder such as methyl cellulose or wax is added to the obtained raw material powder and mixed, and the pen tip is formed into a desired shape using an extrusion method.
Heating is performed at a rate of 100 to 100°C up to a temperature of 0°C, and from approximately 1000°C at a rate of 50 to 100°C, and after reaching a temperature of approximately 1600°C, it is held at this temperature for several hours and baked. conclude.

次いで、焼結体を約1000℃までは200〜b/時の
速度で冷却し、約1000℃から約600℃の温度まで
は100〜b 以降室温までは炉冷却する。
The sintered body is then cooled at a rate of 200 to about 600° C. to about 1000° C., and then furnace cooled from about 100 to about 600° C. to room temperature.

このようにして得たジルコニア焼結体を遠心バレル加工
機を用いてその表面をバレル加工し、極めてなめらかな
表面を有するペン先が得られる。
The surface of the zirconia sintered body thus obtained is subjected to barrel processing using a centrifugal barrel processing machine to obtain a pen nib having an extremely smooth surface.

上記焼結工程において、ペン先形状の成形体を上記焼結
温度条件よりも低ム、例えば1300〜1400℃の温
度で焼成したのち、2000〜3000kf/cdのア
ルゴンガス圧力下で1300〜1500℃の温度で数時
間焼結する、いわゆる熱間静水圧焼結法(H工P)を用
いると、いっそう結晶が微細化されたち密な焼結体を得
ることができ、ペン先の品質及び性能をさらに向上させ
ることができる。
In the above sintering process, the pen tip-shaped molded body is fired at a temperature lower than the above sintering temperature conditions, for example, 1300 to 1400°C, and then heated to 1300 to 1500°C under an argon gas pressure of 2000 to 3000 kf/cd. By using the so-called hot isostatic pressure sintering method (H-P), which involves sintering at a temperature of can be further improved.

本発明の少なくとも正方晶ジルコニアを含むジルコニア
焼結体からつくられたペン先は、外力を受けた場合に正
方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が応力の先端で
十分に起り、この変態に必要なエネルギーが応力を緩和
する方向に働くので、機械的強度、特に耐衝撃性やじん
性が優れ、またアルミナ、セラミックスのペン先に比べ
て生成自由エネルギーが低いので、筆記面やインクなど
の化学反応性が小さく、したがって耐食性にも優れ、さ
らに耐摩耗性及び紙面に対するすべりが良好で初期の鮮
明な筆記状態がいつまでも得られる優れた筆記特性を有
する。
The pen tip made from the zirconia sintered body containing at least tetragonal zirconia of the present invention, when subjected to external force, sufficiently transforms the crystal structure from tetragonal to monoclinic at the tip of the stress, The energy required for this transformation acts in the direction of stress relief, so it has excellent mechanical strength, especially impact resistance and toughness, and has a lower free energy of formation than alumina or ceramic pen nibs, so it It has low chemical reactivity, such as, and therefore has excellent corrosion resistance, and also has excellent abrasion resistance and good sliding on the paper surface, and has excellent writing characteristics that keep the initial clear writing state for a long time.

上記のペン先としての優れた緒特性は、ジルコニア焼結
体の平均粒子径が0.1〜5μの範囲内、↑ また気孔率が2%以下であるような場合にはいっそう顕
著に現われる。
The above-mentioned excellent properties as a pen nib are more pronounced when the average particle diameter of the zirconia sintered body is within the range of 0.1 to 5 μm, and when the porosity is 2% or less.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は細管状ペン先を有する筆記具の1例の断面図、
第2図はそのインク誘導棒の拡大斜視図である。 図中の符号(1)は細管状ペン先、(2)は中芯、(3
)はインク誘導棒である。 ら 特許出願人  三菱鉛筆株式会社 (外1名) 代理人 阿 形 明
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a writing instrument having a capillary nib;
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the ink guiding rod. The code (1) in the figure is a thin tubular nib, (2) is a core, and (3
) is an ink guide rod. Patent applicant: Mitsubishi Pencil Co., Ltd. (1 other person) Agent: Akira Agata

Claims (1)

【特許請求の範囲】 l 少なくとも正方晶系の結晶構造をもつジルコニアを
含むジルコニア焼結体から成るセラミックス製ペン先。 2 ジルコニア焼結体が正方晶系の結晶構造をもつジル
コニアを30モル俤以上含むものである特許請求の範囲
第1項記載のペン先。
[Claims] l A ceramic pen nib made of a zirconia sintered body containing zirconia having at least a tetragonal crystal structure. 2. The pen nib according to claim 1, wherein the zirconia sintered body contains 30 moles or more of zirconia having a tetragonal crystal structure.
JP2148482A 1982-02-13 1982-02-13 Pen point made of ceramic Pending JPS58138697A (en)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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