JPS5841774A - セラミツクス−金属複合体の製造方法 - Google Patents
セラミツクス−金属複合体の製造方法Info
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- JPS5841774A JPS5841774A JP14051781A JP14051781A JPS5841774A JP S5841774 A JPS5841774 A JP S5841774A JP 14051781 A JP14051781 A JP 14051781A JP 14051781 A JP14051781 A JP 14051781A JP S5841774 A JPS5841774 A JP S5841774A
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- ceramic
- metal
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- manufacturing
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- Ceramic Products (AREA)
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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。
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、セラミックスと金属との複合体の製造方法に
関する。
関する。
セラミックスは、その耐熱性、筒剛性、耐摩耗性あるい
は耐食性などの点で、在来の金属材料を超えたすぐれた
特性を有するため、構造用材料とし゛での使用が広い分
野で試みられるようになってきた。
は耐食性などの点で、在来の金属材料を超えたすぐれた
特性を有するため、構造用材料とし゛での使用が広い分
野で試みられるようになってきた。
実際にセラミックスを構造用材料として使用するに当っ
ては、ある構造全体をセラミックスでつくることは少な
く、金属と組み合わせることが多い。 従って、セラミ
ックスと金属とを接合する必要がしはしはある。
ては、ある構造全体をセラミックスでつくることは少な
く、金属と組み合わせることが多い。 従って、セラミ
ックスと金属とを接合する必要がしはしはある。
セラミ・ツクスと金属とを接合する技術としては、すで
にいくつかの提案がなされておシ、それらは次の二種に
・大別することが５できる。 その−は機械的な方法で
あって、鋳ぐるみ（たとえば特開昭５３−３０６０９号
に開示）や圧入（たとえば特−昭５５−６００７４号）
といったものである。
にいくつかの提案がなされておシ、それらは次の二種に
・大別することが５できる。 その−は機械的な方法で
あって、鋳ぐるみ（たとえば特開昭５３−３０６０９号
に開示）や圧入（たとえば特−昭５５−６００７４号）
といったものである。
その二は化学的な要素の加わった方法であって、セラミ
ックスと金属との間に接着剤としてはたらく第三の物質
を介在させて加熱することにょ多接合するもので、第三
の物質としては、ガラス質−（％公開５２−３０１６４
号）や異種の金属（特公昭５．４−１３２６１５号）な
どが使われている。
ックスと金属との間に接着剤としてはたらく第三の物質
を介在させて加熱することにょ多接合するもので、第三
の物質としては、ガラス質−（％公開５２−３０１６４
号）や異種の金属（特公昭５．４−１３２６１５号）な
どが使われている。
これらの従来技術によるセラミックス−金属の接合は、
接合強度や加熱−冷却サイクルに対゛する抵抗性に関し
ては、満足なものではなかった。
接合強度や加熱−冷却サイクルに対゛する抵抗性に関し
ては、満足なものではなかった。
本発明の目的は、接合強度や耐熱サイクル性において改
善されたセラミックースー金属複合体の製造方法を提供
することにある。 この目的は、セラミックと金属との
間の化学反応または固溶を第１」用して、両者を直接接
合させることによシ達成される。 これは、セラミック
スと金属とが、両者の組み合わせによっては、かなシ低
い温度でも同相化学反応、または少なくとも一方の他方
への、もしく ｔｔＡ相互の拡散混合による固溶が起シ
得るという、本発明者の得た新しい知見にもとづくもの
でめる。
善されたセラミックースー金属複合体の製造方法を提供
することにある。 この目的は、セラミックと金属との
間の化学反応または固溶を第１」用して、両者を直接接
合させることによシ達成される。 これは、セラミック
スと金属とが、両者の組み合わせによっては、かなシ低
い温度でも同相化学反応、または少なくとも一方の他方
への、もしく ｔｔＡ相互の拡散混合による固溶が起シ
得るという、本発明者の得た新しい知見にもとづくもの
でめる。
本発明のセラミックス−金属複合体の製造方法は、固相
化学反応または固溶が起シ得る組・み合わせのセラミッ
クスと金属との各部材を接触させておき、セラミックス
の溶融または分解の温度および焼結温度のいずれよシも
低く、かつ金属の溶融温度よシも低いが、上記固相化学
反応または固溶が進行するに十分な温度に加熱すること
によシ両部材を接合させることを特徴とする。
化学反応または固溶が起シ得る組・み合わせのセラミッ
クスと金属との各部材を接触させておき、セラミックス
の溶融または分解の温度および焼結温度のいずれよシも
低く、かつ金属の溶融温度よシも低いが、上記固相化学
反応または固溶が進行するに十分な温度に加熱すること
によシ両部材を接合させることを特徴とする。
加熱による接合を企てる場合に、金属の溶融またはセラ
ミックスの溶融や分解が起っては、部材が寸法を失な１
つてしまい、意味がないことく・いう萱でもない。 ま
た、セラミックスの焼結湿度は、？Ｉ負によって当然に
異なるが、低くとも１２００℃程度であって、金属の融
点よシ低い場合もあるが、焼結によって変形が起っては
不都合なので、やはりそれよシ低い温度で接合をはかる
べきことになる０ 上記の温度の制約の下で効果的な接合ができるセラミッ
クス−金属の組み合わせｈ１俊記する例にみるとおシ多
数るるか、セラミックスとしては窒化物、炭化物がとく
によく、備化物および珪化物も使用できる。 酸化物は
一般に反応性が低く、使用できる場合は多くない。 金
属は、構造用として広く用いられているＦｅ基、Ｎｉ基
あるいはＣｏ基などの合金が好適であり、Ｃｒ基合金や
Ｔｉ基合金も使用できる。
ミックスの溶融や分解が起っては、部材が寸法を失な１
つてしまい、意味がないことく・いう萱でもない。 ま
た、セラミックスの焼結湿度は、？Ｉ負によって当然に
異なるが、低くとも１２００℃程度であって、金属の融
点よシ低い場合もあるが、焼結によって変形が起っては
不都合なので、やはりそれよシ低い温度で接合をはかる
べきことになる０ 上記の温度の制約の下で効果的な接合ができるセラミッ
クス−金属の組み合わせｈ１俊記する例にみるとおシ多
数るるか、セラミックスとしては窒化物、炭化物がとく
によく、備化物および珪化物も使用できる。 酸化物は
一般に反応性が低く、使用できる場合は多くない。 金
属は、構造用として広く用いられているＦｅ基、Ｎｉ基
あるいはＣｏ基などの合金が好適であり、Ｃｒ基合金や
Ｔｉ基合金も使用できる。
やはシ後記の例に明らかなとおり接合のために逸切な温
度の範囲は、セラミックス−金属の組み合わせによって
異なる。 しかし、それぞれの場合に採用すべき最適温
度は、実験的に容易に求め得るでめろう。
度の範囲は、セラミックス−金属の組み合わせによって
異なる。 しかし、それぞれの場合に採用すべき最適温
度は、実験的に容易に求め得るでめろう。
次に、良好な接合を実現できるセラミックス−金属の組
み合わせと、各組み合わせに適した加熱温度範囲とを示
す。
み合わせと、各組み合わせに適した加熱温度範囲とを示
す。
本発明には、多数のセラミックス−金属の組み合わせが
営まれることのほかにも、さまざまな態様があシ得る。
営まれることのほかにも、さまざまな態様があシ得る。
たとえば、金属部材として焼結金属を使用することがで
きる０ 焼結金属は温度の変化に伴う影脹収紬によシセ
゛ラミックスー金属被合体゛に生じる歪与を、多少とも
緩和することができるから、被合体のＩＮ 熱衝撃性や
耐熱サイクル性を高くする上で有利でるる。
きる０ 焼結金属は温度の変化に伴う影脹収紬によシセ
゛ラミックスー金属被合体゛に生じる歪与を、多少とも
緩和することができるから、被合体のＩＮ 熱衝撃性や
耐熱サイクル性を高くする上で有利でるる。
焼結金拘の使用はまた、焼桐の進行がもたらす収縮を接
合にを与させることを可能にする。 つ１す、ある程度
の缶展まで焼結した金属部材をセラミックス部材と接触
下に加熱して接合し、七の際にＦＪｉＭ金属がセラミッ
クスを包むような相対的関係に両部材をおくことによシ
、焼結収縮によるしめつけ力が接合にプラスするように
はかることである。 −この場合の焼結の程度は、相対
密度（ρ）であられしたとき、予備焼結体にはρ、＝３
５〜９０％のものを用い、接合を目的とする加熱により
、ρ２−６０〜１００チ（いうまでもなくρ、〈ρ２）
とするのが適当である。
合にを与させることを可能にする。 つ１す、ある程度
の缶展まで焼結した金属部材をセラミックス部材と接触
下に加熱して接合し、七の際にＦＪｉＭ金属がセラミッ
クスを包むような相対的関係に両部材をおくことによシ
、焼結収縮によるしめつけ力が接合にプラスするように
はかることである。 −この場合の焼結の程度は、相対
密度（ρ）であられしたとき、予備焼結体にはρ、＝３
５〜９０％のものを用い、接合を目的とする加熱により
、ρ２−６０〜１００チ（いうまでもなくρ、〈ρ２）
とするのが適当である。
上記したところから直ちに理解されるであろうが、金属
部：材として焼結前の粉末成形体を使用し、接合を目的
とする加熱によりその焼結をも同時に行なうことができ
る。 その実施に当っては、金属粉末成形体を別に用意
してこれとセラミックス部材とを組み合わせてもよいし
セラミックス部材を成形型中に置いておき、それと接触
させて金属粉末を成型してもよい。 一般には後者のや
り方が有利であろう。
部：材として焼結前の粉末成形体を使用し、接合を目的
とする加熱によりその焼結をも同時に行なうことができ
る。 その実施に当っては、金属粉末成形体を別に用意
してこれとセラミックス部材とを組み合わせてもよいし
セラミックス部材を成形型中に置いておき、それと接触
させて金属粉末を成型してもよい。 一般には後者のや
り方が有利であろう。
また、本発明で行なう接合は、主にセラミックスと金属
との化学的反応にもとづくものであるから、接合を目的
とする加熱中に、両部材の接合部を加圧して反応を促進
することが好ましい。 加圧は、機械的にも空隙の少な
い、より健全な接合部を得るのに寄与する。
との化学的反応にもとづくものであるから、接合を目的
とする加熱中に、両部材の接合部を加圧して反応を促進
することが好ましい。 加圧は、機械的にも空隙の少な
い、より健全な接合部を得るのに寄与する。
本発明の方法により製造した毛うミックスー金属複合体
は、両部材間の接合が良好であるから、セラミックスの
もつ耐熱性、耐摩耗性および耐食性を、金属部材のもつ
すぐれた機械的特性によ、す活用することができる。
従って本発明の方法は、熱機関の耐熱部品、パルプやカ
ムの耐摩耗部品、あるいは化学装置の耐食部品などの製
造を中心とする、ぎわめて広範囲の分野に適用すること
ができる。
は、両部材間の接合が良好であるから、セラミックスの
もつ耐熱性、耐摩耗性および耐食性を、金属部材のもつ
すぐれた機械的特性によ、す活用することができる。
従って本発明の方法は、熱機関の耐熱部品、パルプやカ
ムの耐摩耗部品、あるいは化学装置の耐食部品などの製
造を中心とする、ぎわめて広範囲の分野に適用すること
ができる。
Ｓｉ３Ｎ４反応焼結体オヨびＳＵＳ ３０４の、いずれ
有直径１０■の円柱状体を、端面を接触させたまま治具
で固定し、真空（３×１０−２．ｏｒｒ）に保った電気
炉中で、１０００℃×１時間の加熱をした。
有直径１０■の円柱状体を、端面を接触させたまま治具
で固定し、真空（３×１０−２．ｏｒｒ）に保った電気
炉中で、１０００℃×１時間の加熱をした。
得られた接合体を、引張試験にかけて接合強度を測定し
たところ、５本のサンプルの平均値が、８．３峙ｆ／−
であった。 どの値は、結焼体の引張強度９．２Ｋｐｆ
／−と大差なく、良好な接合ができることが確認できた
。
たところ、５本のサンプルの平均値が、８．３峙ｆ／−
であった。 どの値は、結焼体の引張強度９．２Ｋｐｆ
／−と大差なく、良好な接合ができることが確認できた
。
実施例 ２
セラミックスと金属との組み合わせの適否と、適切な加
熱温度をしらべるため、実施例１と同様にして、下表に
示すように、各種のセラミックスと各種の金属とを接触
させておき、アルゴンガス雰囲気下に、電気炉中で１時
間加熱した。
熱温度をしらべるため、実施例１と同様にして、下表に
示すように、各種のセラミックスと各種の金属とを接触
させておき、アルゴンガス雰囲気下に、電気炉中で１時
間加熱した。
その結果を、実用に耐える接合が得られた場合を○で、
そうヤない場合をＸで示す。
そうヤない場合をＸで示す。
比軟の意味で、いくつかの代表的な金掬との接合が良好
に行なわれないセラミックスについての実験結果をも、
あわせて掲げた。
に行なわれないセラミックスについての実験結果をも、
あわせて掲げた。
±２ミ’）−ｐｙ、 −金 属 加熱温度 接 合Ｓ
ｉ、、Ｎ４ ５ＵＳ４１０ １０００℃ ○
Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００ １００（ｌ
Ｘ１１００ ０ Ｓ？３１６ １０００ ｘ
ｌｌｏｏ ０ ’ Ｈ’Ｃｒ １０００
Ｘ１１００ ０ ’ Ｔｉ −６ＡＡ−４Ｖ １２００
ｘＡｔＮ ５ＵＳ４１０ １
１５０ ０＃ ５８１６ １１
５０ ０Ｃｒ ２ Ｎ Ｓ Ｕ Ｓ ４１
０ １０００ ０１２５０ Ｃｒ２
Ｎ 変形 ’ Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００ １１５０ ０
’ ［Ｃｒ １１５０
０’ Ｔｉ −６Ａｔ−４Ｖ １２００
ｘＳｉＣ５ＵＳ４１０ １１５０ ０Ｉｎｃ
ｏｎｅｌ ６００ １１５０ 、 Ｘ’ Ｔ
ｉ −６Ａｔ−４Ｖ １２００ ０−ｔ、２ｉツ
クス 金 属 方り邑〕Δ」← 舅−」Ｌ
Ｔｉｃ ５ＵＳ４１０ １１５０℃
０＃ ８８１６ １１５０
Ｘ純Ｃｒ １２００
０ＴｉＢ ５ＵＳ４１０ １１５０
０Ｉｎｃｏｎ、ｅｌ ６０−０ １１５０
０純Ｃｒ １２００ 、○Ｔｉ
−６Ａｌ−４Ｖ １２００ ０Ａｔ２０３
５ＵＳ４１０ １１５０ ＸＩｎｃ
ｏｎｅｌ ６００ １１５０ Ｘ１＄Ａ
Ｃｒ １２００ ＸＴｉ−６
Ａｔ−４Ｖ １２００ ＸＢＮ
５ＵＳ４１０ １０００ ｘｌ
ｌ １２００ Ｘ
８８１６ １１５０ ｘｚ
Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ １２００
ｘ実施例 ３− ８ｉ３Ｎ４普通、焼結体の、厚さ８ｗ＋×直径２０＋ａ
ｍの円板状体を、ＳＵＳ ４３０焼結体（相対密度７８
％）の、厚さ８間×内径２０簡×外径４０鱈のリング状
体内に圧入し、アルゴン雰囲気中で１１００℃×１時間
の加熱を行なった。
ｉ、、Ｎ４ ５ＵＳ４１０ １０００℃ ○
Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００ １００（ｌ
Ｘ１１００ ０ Ｓ？３１６ １０００ ｘ
ｌｌｏｏ ０ ’ Ｈ’Ｃｒ １０００
Ｘ１１００ ０ ’ Ｔｉ −６ＡＡ−４Ｖ １２００
ｘＡｔＮ ５ＵＳ４１０ １
１５０ ０＃ ５８１６ １１
５０ ０Ｃｒ ２ Ｎ Ｓ Ｕ Ｓ ４１
０ １０００ ０１２５０ Ｃｒ２
Ｎ 変形 ’ Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００ １１５０ ０
’ ［Ｃｒ １１５０
０’ Ｔｉ −６Ａｔ−４Ｖ １２００
ｘＳｉＣ５ＵＳ４１０ １１５０ ０Ｉｎｃ
ｏｎｅｌ ６００ １１５０ 、 Ｘ’ Ｔ
ｉ −６Ａｔ−４Ｖ １２００ ０−ｔ、２ｉツ
クス 金 属 方り邑〕Δ」← 舅−」Ｌ
Ｔｉｃ ５ＵＳ４１０ １１５０℃
０＃ ８８１６ １１５０
Ｘ純Ｃｒ １２００
０ＴｉＢ ５ＵＳ４１０ １１５０
０Ｉｎｃｏｎ、ｅｌ ６０−０ １１５０
０純Ｃｒ １２００ 、○Ｔｉ
−６Ａｌ−４Ｖ １２００ ０Ａｔ２０３
５ＵＳ４１０ １１５０ ＸＩｎｃ
ｏｎｅｌ ６００ １１５０ Ｘ１＄Ａ
Ｃｒ １２００ ＸＴｉ−６
Ａｔ−４Ｖ １２００ ＸＢＮ
５ＵＳ４１０ １０００ ｘｌ
ｌ １２００ Ｘ
８８１６ １１５０ ｘｚ
Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ １２００
ｘ実施例 ３− ８ｉ３Ｎ４普通、焼結体の、厚さ８ｗ＋×直径２０＋ａ
ｍの円板状体を、ＳＵＳ ４３０焼結体（相対密度７８
％）の、厚さ８間×内径２０簡×外径４０鱈のリング状
体内に圧入し、アルゴン雰囲気中で１１００℃×１時間
の加熱を行なった。
得られた接合体は、５ＵＳ３０４の部分の焼結が進み、
その相対密度は８８チに尚まっていた。
その相対密度は８８チに尚まっていた。
これケ、大気炉（約５００℃）に１５分間保持し、ぽち
に水中（約２５℃）に投入し２分間保持したのち書び炉
に入れる加熱冷却サイクルを１００回くり返した。 ワ
レの発生はもちろん、接合のゆる与も絡められず、熱サ
イクル抵抗性の高いことが実証された。
に水中（約２５℃）に投入し２分間保持したのち書び炉
に入れる加熱冷却サイクルを１００回くり返した。 ワ
レの発生はもちろん、接合のゆる与も絡められず、熱サ
イクル抵抗性の高いことが実証された。
実施例 ４
実施例３で用いたものと同じＳｉ３Ｎ４焼結体を直径４
０簡のダイス内におき、５ＵＳ４３０の粉末を旅人して
厚さ２（１ｍ＋にプレス成形することによシ、ＳＵＳ
４３０の直径４０Ｗ１厚さ２０鱈の扁平円柱仏捧内に上
記′＃、？ｆＢ体円板が片面を出した状態で埋め込まれ
た圧粉成形体を得た。
０簡のダイス内におき、５ＵＳ４３０の粉末を旅人して
厚さ２（１ｍ＋にプレス成形することによシ、ＳＵＳ
４３０の直径４０Ｗ１厚さ２０鱈の扁平円柱仏捧内に上
記′＃、？ｆＢ体円板が片面を出した状態で埋め込まれ
た圧粉成形体を得た。
この成形体に対し、水素雰囲気中で、成形体の軸方向に
１５０Ｋｇ／ｌｒｉの加圧を行ないながら、１１５０’
ｃＸ１時間の加熱を施し、接合と５ＵＳ４３０の焼結と
を同時に行なった。
１５０Ｋｇ／ｌｒｉの加圧を行ないながら、１１５０’
ｃＸ１時間の加熱を施し、接合と５ＵＳ４３０の焼結と
を同時に行なった。
得られた接合体は、実施例３と同じ加熱−冷却ぐり返し
試験において、ワレも接合のゆるみも生じなかった。
試験において、ワレも接合のゆるみも生じなかった。
特許出願人 大同特殊銅株式会社
Claims (7)
- （１）同相化学反応または固溶が起シ得る組み合わせの
セラミックスと金属との各部材を接触させておき、セラ
ミックスの溶融または分解の温度および焼結温麓のいず
れよシも低く、かつ金属の溶融温度よシも低いが、上記
同相化学反応または固溶が進行するに十分な温度に加熱
することにより両部材を接合させることを特徴とするセ
ラミックス−金属複合体の製造方法。 - （２） セラミックスとして、Ｓ ｉ ３Ｎ、、Ａｔ
Ｎ、 Ｃｒ２Ｎ。 ＳｊＣ，ＴｉＣおよびＴｉＢ２からなるグループからえ
らんだものを用い、金属として、ＦｅおよびＦ”ｅ基合
金、ＮｉおよびＮｉ基合金、ＣＯおよびＣｏ基合金、Ｏ
ｒおよびＯｒ基合金、およびＴｉ基合金からえらんだも
のを用いる特許請求の範囲第１項の製造方法０ - （３） セラミックスと金属との組み合わせによシ、
下表に示す範囲の温度に加熱して接合させる特許請求の
範囲第２項、の製造方法。 - （４）金塊部材として焼結金属部材を用いる特許請求の
範囲第１項の製造方法。 - （５） セラミックス部材との接触下の加熱温度にお
いて焼結が進行する焼結金属部材であって、相対密度（
ρ□）が５０〜９０％のものを使用し、接合を目的とす
る加熱に上シその相対゛密度（ρ２）を６０〜１００％
に増大させる特許請求の範囲第４項の製造方法。 - （６） 金属部材として未焼結の金属粉末成形体を使
用し、接合を目的とする加熱によシその焼結をも行なう
特許請求の範囲第４項の製造方法。 - （７）両部材を加圧下に加熱して接合を促進する特許請
求の範囲第１項ないし第６項のいずれかの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14051781A JPS5841774A (ja) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14051781A JPS5841774A (ja) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5841774A true JPS5841774A (ja) | 1983-03-11 |
Family
ID=15270489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14051781A Pending JPS5841774A (ja) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5841774A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6051668A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-03-23 | 株式会社東芝 | 耐摩耗性部材 |
| JPS6077177A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | セラミツクス接合体 |
| JPS6079946A (ja) * | 1983-10-07 | 1985-05-07 | 住友電気工業株式会社 | 構造材 |
| JPS60127271A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | 株式会社日立製作所 | 非酸化物系セラミックスと鋼との接合方法 |
| JPS6380483A (ja) * | 1986-09-22 | 1988-04-11 | Hitachi Ltd | ナトリウム―硫黄電池 |
| JPS63274678A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
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-
1981
- 1981-09-07 JP JP14051781A patent/JPS5841774A/ja active Pending
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