JPS58191962A - ガス検出素子 - Google Patents
ガス検出素子Info
- Publication number
- JPS58191962A JPS58191962A JP57075096A JP7509682A JPS58191962A JP S58191962 A JPS58191962 A JP S58191962A JP 57075096 A JP57075096 A JP 57075096A JP 7509682 A JP7509682 A JP 7509682A JP S58191962 A JPS58191962 A JP S58191962A
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- JP
- Japan
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- gas
- gas detection
- type
- detection element
- oxide semiconductor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガスの種類に対して選択的な検出機能を有す
るガス検出素子に関する。
るガス検出素子に関する。
従来、一般に知られているガス検知材料としては、8
n O@ 、 F e 鵞0@ 、”Z n O等の酸
化物半導体がある。これらの酸化物半導体は、各種のガ
スの存在によってその抵抗値が大きく変化する特徴を有
しており、この特徴によりガス検知材料として用いられ
ている。従って、これらの酸化物半導体は、種々のガス
の有無を検知する素子としてはすぐれているが、その反
面、ガスの種類を識別することがほとんど不可能である
た゛め、ある特許のガスのみを検知するこ゛とができな
かった。゛その□ため、これらの酸化物半導体をガス検
知材料として用いたガス検出素子は、ある特定のガスの
みを検知しようとする場合に、他のガスの存在による誤
動作を避けることができな゛い“という欠点があった。
n O@ 、 F e 鵞0@ 、”Z n O等の酸
化物半導体がある。これらの酸化物半導体は、各種のガ
スの存在によってその抵抗値が大きく変化する特徴を有
しており、この特徴によりガス検知材料として用いられ
ている。従って、これらの酸化物半導体は、種々のガス
の有無を検知する素子としてはすぐれているが、その反
面、ガスの種類を識別することがほとんど不可能である
た゛め、ある特許のガスのみを検知するこ゛とができな
かった。゛その□ため、これらの酸化物半導体をガス検
知材料として用いたガス検出素子は、ある特定のガスの
みを検知しようとする場合に、他のガスの存在による誤
動作を避けることができな゛い“という欠点があった。
このことは、このようなガス検出素子を用いたガス検出
装置への信頼度を低めることに゛なり、ガス′検出装装
置はあるのに、所望のガス以外のガスの検出が頻繁にな
って煩わしくなり、そのスイッチが切られバままにして
不使用状態のままにしてしまうというような事態を招い
てしまう。前述した従来技術によるガス検出素子の欠点
を解決するための一手段として、特開昭53−3629
6号公報による発明゛では、ガス検知材料の表面に酸化
第2銅を被覆することが提案されている。しかしながら
、酸化第2鋼のみをガス検知材料に被覆しても、ガス検
出素子にガス識別機能を持たせるには充分でなかった。
装置への信頼度を低めることに゛なり、ガス′検出装装
置はあるのに、所望のガス以外のガスの検出が頻繁にな
って煩わしくなり、そのスイッチが切られバままにして
不使用状態のままにしてしまうというような事態を招い
てしまう。前述した従来技術によるガス検出素子の欠点
を解決するための一手段として、特開昭53−3629
6号公報による発明゛では、ガス検知材料の表面に酸化
第2銅を被覆することが提案されている。しかしながら
、酸化第2鋼のみをガス検知材料に被覆しても、ガス検
出素子にガス識別機能を持たせるには充分でなかった。
本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を除去し、特
定のガスに対してのみ選択的に感応するガス識別機能を
有するガス検出素子を提供するにある。
定のガスに対してのみ選択的に感応するガス識別機能を
有するガス検出素子を提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、酸化物半導体から
成るガス検知材料の表面に、p型酸化物半導体より成る
被覆層及びn型酸化物半導体より成る被覆層を、それぞ
れ少なくとも一層づつ設けた点を特徴とする。
成るガス検知材料の表面に、p型酸化物半導体より成る
被覆層及びn型酸化物半導体より成る被覆層を、それぞ
れ少なくとも一層づつ設けた点を特徴とする。
本発明者等は、%[1SnO,、ZnO等のn型酸化物
半導体をガス検知材料として用いたガス検出素子におい
ては、このガス検知材料の表面に、する(Mn、Co、
Ni、Aj)、04等のp型酸化物半導体の被覆層を構
成し、さらにその上に、SnO,、WOI 、Tag
O@ 、ZnO,Fe。
半導体をガス検知材料として用いたガス検出素子におい
ては、このガス検知材料の表面に、する(Mn、Co、
Ni、Aj)、04等のp型酸化物半導体の被覆層を構
成し、さらにその上に、SnO,、WOI 、Tag
O@ 、ZnO,Fe。
Oa、T10.、Nb、O,等のn型酸化物半導体の被
覆層を構成することにより、ガス選択性に関して著しい
効果のあることを見い出した。また、前述したp型及び
n型の酸化物半導体による被覆層は、それぞれ一層のみ
でなく、p型、n型、p型、n型、・・・・・・と交互
に重ねて行くことにより、さらにガス選択性のよいガス
検出素子が得られることも確かめられた。さらf1本発
明者等は、ガス検出素子がp型酸化物半導体、例えばN
iO等によるガス検知材料で構成されている場合にも、
このガス検知材料の表面Kn型、p型、n型、p型・・
・・・・の順に前述と同様な酸化物半導体の被覆層を設
けることにより、ガス検出素子のガス選択性を向上させ
ることができることを見いだした。
覆層を構成することにより、ガス選択性に関して著しい
効果のあることを見い出した。また、前述したp型及び
n型の酸化物半導体による被覆層は、それぞれ一層のみ
でなく、p型、n型、p型、n型、・・・・・・と交互
に重ねて行くことにより、さらにガス選択性のよいガス
検出素子が得られることも確かめられた。さらf1本発
明者等は、ガス検出素子がp型酸化物半導体、例えばN
iO等によるガス検知材料で構成されている場合にも、
このガス検知材料の表面Kn型、p型、n型、p型・・
・・・・の順に前述と同様な酸化物半導体の被覆層を設
けることにより、ガス検出素子のガス選択性を向上させ
ることができることを見いだした。
本発明は、前述した新たな発見に基づいてなされたもの
で、以下、本発明の実施例を図面について説明する。
で、以下、本発明の実施例を図面について説明する。
第1図(a)及び(b)は、本発明によるサンドウィッ
チ型のガス検出素子の一実施例を示す平面図及び断面図
であって、1はアルミナ基板、2は下部電極、3はガス
検知材料層1.4は上部電極、5及び6は被覆層、7は
ジグザグ状の加熱ヒータである。
チ型のガス検出素子の一実施例を示す平面図及び断面図
であって、1はアルミナ基板、2は下部電極、3はガス
検知材料層1.4は上部電極、5及び6は被覆層、7は
ジグザグ状の加熱ヒータである。
第1図(a)及び(b)において、アルミナ基板1上K
、下部電極2、ガス検知材料層3、上部電極4、及び被
覆層5,6がサンドウィッチ状に順次積み重ねられ、さ
らにアルミナ基板1の下部に加熱用ヒータ7が設けられ
てガス検出素子が構成されている。このガス検出素子は
、次のようにして製造される。
、下部電極2、ガス検知材料層3、上部電極4、及び被
覆層5,6がサンドウィッチ状に順次積み重ねられ、さ
らにアルミナ基板1の下部に加熱用ヒータ7が設けられ
てガス検出素子が構成されている。このガス検出素子は
、次のようにして製造される。
■、96チの純度を有するアルミナ基板1の裏歯IK白
金ペーストを用いて加熱ヒータ7のノくターンな印刷し
乾燥させろ。■、アルミナ基板10表面に同一の白金ペ
ーストを用いて下部電極2のノ(ターンを印刷し乾燥さ
せる。■、この基板1を電気炉内r入れ1200℃で2
時・間焼成し、加熱し一タフ及び下部電極2を形成する
。■、下部電極2上に、8nO,粉末89重量%(以下
wtチと記す)、Pd粉末1wtチ、PbO−Ti0.
−5io、系ガラスlQwt%から成るガス検知材料層
3を印刷し乾燥させろ。■、核材料層3の上に下部電極
2に用いたと同じ白金ペーストで下部電極4を印刷し乾
燥させる。■、その後ベルト炉内で最高温度900℃で
10分間焼成し、ガス検知材料層3及び上部電極4を形
成する。■、この素子の上にp型酸化物牛導体90wt
%とPb0−T i O@ −8i OH系ガラス10
Wtsから成る被覆層5を印刷し乾燥させる。■、さら
にその上にn型酸化物半導体9QwtチとPbO−Ti
0.−S凰O3系ガラス10wt%から成る被覆層6を
印刷し乾燥させる。■、以上の工程を終了した素子を前
述したベルト炉に入れ、最高温度900℃で10分間焼
成し、p型及びn型の酸化物半導体より成る被覆層5及
び6を形成する。また、被覆層5及び6を3層、4層に
さらに多1m Kする場合、前述した■及び迫)の工程
を繰り返えし行なう。
金ペーストを用いて加熱ヒータ7のノくターンな印刷し
乾燥させろ。■、アルミナ基板10表面に同一の白金ペ
ーストを用いて下部電極2のノ(ターンを印刷し乾燥さ
せる。■、この基板1を電気炉内r入れ1200℃で2
時・間焼成し、加熱し一タフ及び下部電極2を形成する
。■、下部電極2上に、8nO,粉末89重量%(以下
wtチと記す)、Pd粉末1wtチ、PbO−Ti0.
−5io、系ガラスlQwt%から成るガス検知材料層
3を印刷し乾燥させろ。■、核材料層3の上に下部電極
2に用いたと同じ白金ペーストで下部電極4を印刷し乾
燥させる。■、その後ベルト炉内で最高温度900℃で
10分間焼成し、ガス検知材料層3及び上部電極4を形
成する。■、この素子の上にp型酸化物牛導体90wt
%とPb0−T i O@ −8i OH系ガラス10
Wtsから成る被覆層5を印刷し乾燥させる。■、さら
にその上にn型酸化物半導体9QwtチとPbO−Ti
0.−S凰O3系ガラス10wt%から成る被覆層6を
印刷し乾燥させる。■、以上の工程を終了した素子を前
述したベルト炉に入れ、最高温度900℃で10分間焼
成し、p型及びn型の酸化物半導体より成る被覆層5及
び6を形成する。また、被覆層5及び6を3層、4層に
さらに多1m Kする場合、前述した■及び迫)の工程
を繰り返えし行なう。
前述したような製造工程によりn型の酸化物半導体であ
るS n O,をガス検知材料とした第1図(a)、(
b)に示す、ガス検出素子が作成される。
るS n O,をガス検知材料とした第1図(a)、(
b)に示す、ガス検出素子が作成される。
被覆層5,6の攬々の酸化物半導体に対するガス検出素
子の特性を第1表に示す。
子の特性を第1表に示す。
なお、第1表には比較のため従来のガス検出素子の特性
も資料Nol〜No3として示されており、資料No1
−No15として示されている各ガス検出素子を1加熱
ヒータ7に通電することにより400℃に保持され、特
性試験のための各ガスの濃度は110001)pとした
。また、各ガス検出素子は、夫々5個用意され、ガスに
触れろ前の抵抗値とガスに触れた後の抵抗値の変化率が
測定され、その変化率の平均値が表中に示されている。
も資料Nol〜No3として示されており、資料No1
−No15として示されている各ガス検出素子を1加熱
ヒータ7に通電することにより400℃に保持され、特
性試験のための各ガスの濃度は110001)pとした
。また、各ガス検出素子は、夫々5個用意され、ガスに
触れろ前の抵抗値とガスに触れた後の抵抗値の変化率が
測定され、その変化率の平均値が表中に示されている。
第1表から明らかなように、p型及びn型の酸化物半導
体による被覆層5及び6を有する資料No、4〜No、
15に示す本発明によるガス検出素子は、資料No。1
〜No、3に示す被覆層のない、あるいは1層のみの被
覆層を有する従来のガス検出素子と比較して、水素及び
エタノールガスに対するガス検出感度が大@に減少しく
抵抗変化率の値が減少)、逆にメタンガスに対するガス
検出感度が太幅に増加し、メタンガスに対するガス選択
性が大幅に向上していることがわかる。
体による被覆層5及び6を有する資料No、4〜No、
15に示す本発明によるガス検出素子は、資料No。1
〜No、3に示す被覆層のない、あるいは1層のみの被
覆層を有する従来のガス検出素子と比較して、水素及び
エタノールガスに対するガス検出感度が大@に減少しく
抵抗変化率の値が減少)、逆にメタンガスに対するガス
検出感度が太幅に増加し、メタンガスに対するガス選択
性が大幅に向上していることがわかる。
このような本発明によるガス検出素子な、例えば、都市
ガス検出警報装置として使用した場合、一般に都市ガス
における水素やエタノールガスによる妨害ガスの濃度は
、せいぜい1000〜2000ppmであるので、メタ
ンガスの警報レベル&2000ppm以上に設定してお
けば、前記都市ガス検出警報装置は、水素やエタノール
ガスによる誤動作を起すこと″のないものとなる。一般
に、都市ガスでは、メタンガスの濃度が12500pp
m以下で警報を発すればよいことになっているので、前
述の都市ガス検出警報装置は、その警報レベルをさらに
高レベルにまで上げることもできる。
ガス検出警報装置として使用した場合、一般に都市ガス
における水素やエタノールガスによる妨害ガスの濃度は
、せいぜい1000〜2000ppmであるので、メタ
ンガスの警報レベル&2000ppm以上に設定してお
けば、前記都市ガス検出警報装置は、水素やエタノール
ガスによる誤動作を起すこと″のないものとなる。一般
に、都市ガスでは、メタンガスの濃度が12500pp
m以下で警報を発すればよいことになっているので、前
述の都市ガス検出警報装置は、その警報レベルをさらに
高レベルにまで上げることもできる。
以上、ガス検知材料としてn型の酸化物半導体である8
n O,を用いた、メタンガスに対して選択性の高い
ガス検出素子の実施例を説明したが、次に、別のn型酸
化物半導体であるZnOをガス検知材料として用いた本
発明の実施例について説明する。
n O,を用いた、メタンガスに対して選択性の高い
ガス検出素子の実施例を説明したが、次に、別のn型酸
化物半導体であるZnOをガス検知材料として用いた本
発明の実施例について説明する。
この実施例によるガス検出素子は、第1図に示した実施
例と同じ構造であ′す、第1図の実施例の製造工程と同
様に製造されるが、前述の製造工程■において、ZnO
粉末89w1%、Pd粉末1wtチ、P b O−T
i O,−8i 0.系ガラス10wt%から成るガス
検知材料を用いる点での)み相違する。ガス検知材料層
3の表面に設けられる被覆層5及び6を種々の異なる酸
化物半導体rより形成して得たガス検出素子について、
第1表に示したと同一の条件で試験を行なって得た結果
を、比較のため被覆層を設けなかったガス検出素子の特
性とともに第2表に示す。
例と同じ構造であ′す、第1図の実施例の製造工程と同
様に製造されるが、前述の製造工程■において、ZnO
粉末89w1%、Pd粉末1wtチ、P b O−T
i O,−8i 0.系ガラス10wt%から成るガス
検知材料を用いる点での)み相違する。ガス検知材料層
3の表面に設けられる被覆層5及び6を種々の異なる酸
化物半導体rより形成して得たガス検出素子について、
第1表に示したと同一の条件で試験を行なって得た結果
を、比較のため被覆層を設けなかったガス検出素子の特
性とともに第2表に示す。
第 2 表
第2表から明らかなように、p型及びn型の酸化物半導
体による被覆層を有する資料N002〜No、9に示す
本発明VCよるガス検出素子は、資料No、1に示す被
覆層のない従来のガス検出素子に比較して、水素及びエ
タノールガス圧対するガスするガス検出感度が大幅に増
加し、プロパンガスに対するガス選択性が向上している
ことがわかる、このことから、第2表に示す実施例によ
るガス検出素子は、プロパンガス検出素子として適(7
て(・ることかわかる。
体による被覆層を有する資料N002〜No、9に示す
本発明VCよるガス検出素子は、資料No、1に示す被
覆層のない従来のガス検出素子に比較して、水素及びエ
タノールガス圧対するガスするガス検出感度が大幅に増
加し、プロパンガスに対するガス選択性が向上している
ことがわかる、このことから、第2表に示す実施例によ
るガス検出素子は、プロパンガス検出素子として適(7
て(・ることかわかる。
次に、本発明によるガス検出素子のさらに他の実施例を
図面について説明する。
図面について説明する。
第2図(a)及び(b)は、本発明によるシート型のガ
ス検出素子の一実施例を示す平面図及び断面図であり、
第1図(a)、Cb)VC対応する部分には同一符号を
つけている。
ス検出素子の一実施例を示す平面図及び断面図であり、
第1図(a)、Cb)VC対応する部分には同一符号を
つけている。
第2図(a)及び(b)K示すシート型のガス検出素子
は、下部電極2を対向して2個設け、上部電極4を不必
要とし、2個の対向する下部w袷2の間にガス検知材料
層3を設けた点で、第1図に示すサンドウィッチ型のガ
ス検知素子と相違″f ′る。従って、その製造方
法は、第1図に示すガス検知素子の製造工程において、
上部電檜4を形成する工程が不必要となる代りに下部電
極2を形成fる工程で2個の下部電極2を対向して形成
する点で第1図に示すガス検出素子の製造方法と相違−
(るがその他の点では同じである。また、この実施例に
おいては、ガス検知材料として、NiO粉木89wt%
、Pd粉末1w1%、Pb0−TiQ、−8i0.系ガ
ラス10 w t %から成るp型の酸化物半導体を用
いた。ガス検知材料層3の表面に設けられる被覆層5及
び6を種々の異なる酸化物半導体より形成した第2図に
示すガス検出素子について、素子の温度を約300℃と
し、その他の条件を第1表及び絽2表の場合と同じにし
て試験を行なって得た結果を、比較のため被覆層を設け
なかったガス検出素子の特性とともに第3表第3表から
明らかなように、n型及びp型の酸化物半導体による被
覆層5及び6を有する資料N002〜No、4に示す本
発明のガス検出素子は、資料No、1に示す被覆層のな
い従来のガス検出素子に比較して、エタノールガスに対
するガス検出感度が大幅に減少し、水素ガスに対するガ
ス検出感度がほとんど変化していないため、水素ガスに
対する選択性が向上していることがわかる。このことか
ら、第3表に示す本発明の実施例によるガス検出素子は
、還元炉尋における水素ガスのもれを検出するためのガ
ス検出素子として適していることがわかる。
は、下部電極2を対向して2個設け、上部電極4を不必
要とし、2個の対向する下部w袷2の間にガス検知材料
層3を設けた点で、第1図に示すサンドウィッチ型のガ
ス検知素子と相違″f ′る。従って、その製造方
法は、第1図に示すガス検知素子の製造工程において、
上部電檜4を形成する工程が不必要となる代りに下部電
極2を形成fる工程で2個の下部電極2を対向して形成
する点で第1図に示すガス検出素子の製造方法と相違−
(るがその他の点では同じである。また、この実施例に
おいては、ガス検知材料として、NiO粉木89wt%
、Pd粉末1w1%、Pb0−TiQ、−8i0.系ガ
ラス10 w t %から成るp型の酸化物半導体を用
いた。ガス検知材料層3の表面に設けられる被覆層5及
び6を種々の異なる酸化物半導体より形成した第2図に
示すガス検出素子について、素子の温度を約300℃と
し、その他の条件を第1表及び絽2表の場合と同じにし
て試験を行なって得た結果を、比較のため被覆層を設け
なかったガス検出素子の特性とともに第3表第3表から
明らかなように、n型及びp型の酸化物半導体による被
覆層5及び6を有する資料N002〜No、4に示す本
発明のガス検出素子は、資料No、1に示す被覆層のな
い従来のガス検出素子に比較して、エタノールガスに対
するガス検出感度が大幅に減少し、水素ガスに対するガ
ス検出感度がほとんど変化していないため、水素ガスに
対する選択性が向上していることがわかる。このことか
ら、第3表に示す本発明の実施例によるガス検出素子は
、還元炉尋における水素ガスのもれを検出するためのガ
ス検出素子として適していることがわかる。
以上説明したように、本発明によれば、ガス検出材料の
表面Kp型及びn型の酸化物半導体より成る被覆層を少
なくとも1層づつ設けることKより、所定のガスに対す
る感応が著しく増大してガス識別機能が向上し、上記従
来技術の欠点を餘いて優れた機能のガス検出素子を提供
することができろ。
表面Kp型及びn型の酸化物半導体より成る被覆層を少
なくとも1層づつ設けることKより、所定のガスに対す
る感応が著しく増大してガス識別機能が向上し、上記従
来技術の欠点を餘いて優れた機能のガス検出素子を提供
することができろ。
第1図(1)及び(b)は、本発明によるガス検出素子
の一実施例を示す平面図及び断面図、第2図(a)及び
(b)は、本発明によるガス検出素子の他の実施例を示
す平面図及び断面図である。 l・・・・・・アルミナ基板、2・・・・・・下部電極
、3・・・・・・ガス検知材料層、4・・・・・・上部
電極、5,6・・・・・・被覆層、7・・・・・・加熱
ヒータ。
の一実施例を示す平面図及び断面図、第2図(a)及び
(b)は、本発明によるガス検出素子の他の実施例を示
す平面図及び断面図である。 l・・・・・・アルミナ基板、2・・・・・・下部電極
、3・・・・・・ガス検知材料層、4・・・・・・上部
電極、5,6・・・・・・被覆層、7・・・・・・加熱
ヒータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) 酸化物半導体からなるガス検知材料層を備え
たガス検出素子において、前記ガス検知材料!のガスと
接触する面に、p型酸化物半導1体よ、りなる被覆層及
びn型酸化物半導体よりなる竺1、種層を、それぞれ少
、なくとも一層づつ積層5して設けたこと1、を%徴と
するガス検出素子。 (2、特許請求の範囲第(1>項において、p型酸化物
半導体トシテ、N j O,L a ?ji、、、0.
またはスピネル型材料である( Mn、 Co、、、
、N t、 λj )s04を用いることを特徴と
、するガス検出素子。 (3)特許請求の範囲第(1)項において、n型、酸化
物半導体トシテ、8nO,、WO,、Ta、0.、Zn
o、Fe、0.、T io、 、Nb、0.を用いるこ
とを41)徴ζするガス検出素子。 、
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57075096A JPS58191962A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | ガス検出素子 |
US06/489,179 US4481499A (en) | 1982-05-07 | 1983-04-27 | Gas detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57075096A JPS58191962A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | ガス検出素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58191962A true JPS58191962A (ja) | 1983-11-09 |
JPH051416B2 JPH051416B2 (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=13566290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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