JPS6258133A - 機械状態診断システム - Google Patents

機械状態診断システム

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JPS6258133A
JPS6258133A JP61079357A JP7935786A JPS6258133A JP S6258133 A JPS6258133 A JP S6258133A JP 61079357 A JP61079357 A JP 61079357A JP 7935786 A JP7935786 A JP 7935786A JP S6258133 A JPS6258133 A JP S6258133A
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bearing
lubricating oil
machine
condition
monitoring
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トーマス　ジー　プラマー
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    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C25/00—Control arrangements specially adapted for crushing or disintegrating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N29/00—Special means in lubricating arrangements or systems providing for the indication or detection of undesired conditions; Use of devices responsive to conditions in lubricating arrangements or systems
    • G—PHYSICS
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    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16N—LUBRICATING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16N2250/16—Number of revolutions, RPM
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
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    • F16N2250/30—Dialectricum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (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。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌ見立１血 （産業上の利用分野） 本発明は重機械類の動態の重要な徴候をモニターするた
めのシステムに関し、特に潤滑油中に存在する標識物質
のレベルをモニターして不調機械部品の位置を突きとめ
るシステムに関するものである。
（従来の技術） 重機械類の保守は、従来高価で時間のかかる作業であっ
た。最近の生産計画はこれら重機械類を長期間にわたっ
て稼動させることを要求する場合が多く、連続的な稼動
もしばしば要求される。そのため予防的な機械の保守は
、熟練した機械のオペレータによってのみ実施されるプ
ロセスから、あらゆる点を心得たオペレータを要求する
段階にまで至っている。
予防的な機械の保守がいかに機械の稼動の経済性に影響
を及ぼすかの一例は、鉱山や道路の建設で使われる岩石
破砕機等の激務型機械を提供しているプロセス機械類の
産業で認められている。
この産業では、ベアリング不良が岩石破砕機の作動停止
の主原因であるとともに、保守費用の主な源でもある。
ベアリング不良の場合には、摩滅したベアリングを交換
するため岩石破砕機を分解するのに通常５０−１００人
・時間を要し、各ベアリング自体も非常にコストが高い
、不良ベアリングのための保守コストを最小限とするた
め、メーカ等はベアリングの状態をモニターし、ベアリ
ング不良による機械の作動停止を予測して最小限とする
方法を開発してきた。
ベアリングの不良を予測し、防止するためにモニター可
能な機械状態の徴候は幾つか存在する。
下記の例は岩石破砕機に関するものであるが、同じ原理
がほとんどの生産機械類についてもあてはまる。内部の
ベアリング潤滑系を持つ機械では、機械のさまざまな部
分における潤滑油の各温度を測定し、過度な摩擦を示す
潤滑油温度の差を検出する手段が開発されてきた。温度
差があらかじめ設定したしきい値を越えると、何等かの
アラーム信号が発生される。同様に、潤滑油または作動
油の圧力をモニターして機械の不調を検出し、油圧が設
定値以下に下がったらアラームを作動させることも可能
である０機械の動態の重要な徴候はさらに、各可動部分
の回転数（ＲＰＭ）を測定し、シャフト速度が所望の限
度以内に維持されていることを確かめる検知装置を用い
てもモニターできる。つまり、遅い可動シャフトは、摩
滅ベアリングに原因した過度の摩擦を示している。その
他、電動モータの電力要求やタンク内の？［ｌＩ滑油レ
ベルを測定する検知装置も開発されている。これらの検
知システムは、手操作でまたは自動的にモニターされる
。
（発明が解決しようとする問題点） 上記した検知システムの主な欠点は、機械の不良は検出
でき予防できるが、不調部品の正確な位置を事前に確認
することはできない点にある。従って、上記検知装置の
いずれかまたは全てが作動したとしても、不調な機械部
品を発見し修理あるいは交換するためには、通常関連機
械の大部分を分解しなければならない。
こうした理由から、機械の状態をモニターできるだけで
なく、不調要素の正確な位置をも突きとめられる機械の
保守システムが強く求められている。この問題は特に、
機械のベアリング保守の領域において重要である。
従って本発明の主な目的は、長期間にわたってベアリン
グの潤滑油をモニターして過度な部品摩耗を検出できる
とともに、すでに存在するまたはまさに生じようとして
いる不良の正確な位置を突きとめ、はるかに短い時間で
しかも低いコストで保守が可能な機械状態診断システム
を提供することにある。
余」ＬＬ」１威 （問題点を解決するための手段） 本発明は、内部に潤滑系を有する機械において用いられ
、個別機能の摩滅標識子によって標識付けされた機械部
品と組み合せて使われる潤滑油のモニターから構成され
た機械状態診断システムを開示するものである。代表的
なモニター部品は、単一の注油ベアリングである。ある
いは、例えば駆動シャフトのボックスベアリング等特定
の機械の機能に関わっている複数のベアリングを同じ標
識子で標識付けし、その標識子の潤滑油内における異常
な量の存在が機械の該当する特定部分のベアリングの不
調を示すようにしてもよい。システムの連続性を確保す
るため、全ての交換ベアリングには同じ標識子が含めら
れる。
本発明の機械状態診断システムは、別々の微量元素標識
子を所定の部品内に均一に分布して、固有の機能を果た
す１つまたは複数の部品が全て同じ標識子を持つように
し；潤滑油内における標識子の平常レベルを定め；さら
に潤滑油を定期的または連続的にモニターして、標識子
レベルの増加を検出する：ことから成る。標識子のレベ
ルが平常レベルを越えると、標識子を識別でき且つ不調
部品の箇所を突きとめられる方法によって分析される。
従って１本発明の機械状態診断システムによれば、機械
のオペレータが機械の状態を連続的にモニターして不調
部品を正確に突きとめ、機械の稼動をより効率的に維持
することができる。
本発明の主旨とそれにともなう多くの目的と利点は、図
面に基く好ましい実施例に関する以下の詳細な説明を参
照することによって明瞭に理解されるであろう。
（実施例） 第１図を参照すると、機械ベアリング状態診断システム
は、内部に注油潤滑系を持った機械１０と、定期的ある
いは連続的に機械の動態の重要な徴候をモニターできる
機械状態のモニター系１２から構成されている。Ｉ！械
の動態の重要な徴候とは１部品のＲＰＭ（回転数）、油
温度、油圧、油タンクのレベル、電力要求１機械の電源
が切られた後の各機械部分の運転継続時間などである。
本システムは、円滑剤、この場合は潤滑油の誘電率の変
化を検知できる既存の装置とともに用いることもできる
。この誘電率の分析は、潤滑油内に特定の位置に固有な
金属の微量トレーサ元素が存在することを検知できるた
め、本発明で用いることができる。つまり、油中に含ま
れる金属粒子のレベルに応じて伝導率が変化する。この
伝導率の変化が測定され５あらかじめ設定された値と比
較される。
金属の微量トレーサ粒子があらかじめ設定されたレベル
を逸脱していることを伝導率の値が示すと、アラーム１
４が始動する。モニターされている他の機械動態の重要
な徴候の場合には、いずれかの機能における許容できな
い変化が同じアラームかまたは個別のアラームを始動し
、まさに起ころうとしている不調があることを示す。
モニターされている機械ｌＯは、微量トレーサ元素の標
識子６０が内部に均一に分布しているベアリング等の機
械部分を備えている（第３ａ図参照）、標識子物質は機
械部分質量の約１パーセントの割合である。
本システムはさまざまな物質から成るベアリングととも
に利用することができるが、例えば銅や真ちゅう製のベ
アリングやプツシ′ングの場合、標識子は鋳造工程中に
ベアリング物質に加えることができる。上記銅や真ちゅ
う製ベアリング用の好ましい標識子は、アルミニウム、
ベリリウム、ビスマス、炭素、コバルト、クロム、ジル
コニウム等であるが、これらのみに限定されない、しか
しベアリングの性能に支障を及ぼさないかぎり、標識子
は均一に分布しうるいかなる微量トレーサ元素あるいは
化合物でもよい、また放射性の標識子でもよい。
第２図を参照すると、本発明を実施した岩石破砕ｆｉｌ
Ｏは、固有な機能に合わせて分布された別々の標識元素
を持っている。例えば、ソケットライナー４２はへリリ
ウムを標識子として標識付けされ、ヘッドブッシング４
４はビスマス、偏心ブッシング４６はコバルト、スラス
トプレート−ベアリング４８はジルコニウムでそれぞれ
標識付けされている。その他にも、別の標識元素を特定
の機械部分に用いることかでさ、例えば、カウンターシ
ャツ）５０全体をクロムで標識付けすることがあげられ
る。交換ベアリングにも、システムの継続性を確実なも
のにするために同一の標識物質が含められる。
多くの機械部分は多数元素の合金で構成されているから
、他の微量トレーサ元素を標識子として含んでいる機械
部分から、特定の微量トレーサ元素を完全に排除するこ
とは困難である。にもかかわらず、本システムを適用し
た機械の各部分は、望ましくない微量トレーサ元素の含
有を極小に抑えるように作製される。
通常の使用では、ベアリングはある程度摩耗するので、
ある量の標識子が常に潤滑油中に存在する０本発明のア
ラーム装置１４は、潤滑油内の標識金属の含有量が許容
範囲を越え変化した場合に砧動するように設計されてい
る。
ベアリングの摩耗量は使用者の要求によって異なるから
、ひとたび新しい機械を稼動させる場合あるいは新しい
ベアリングのセットを既存の機械に設置する場合は、あ
らかじめ指定された期間例えばひと月とか指定の使用時
間の経過後毎に、潤滑油を抽出し分析することによって
、標識子物質の通常レベルを設定しなくてはならない、
最初のサンプルから見出される標識子の量が、それ以降
の摩耗を測定する基準となる。また、機械が古くなって
くれば摩耗の速度も違ってくるから、機械があらかじめ
指定された年数に達したら、新たな基準を設定しなくて
はならない場合もある。
次に第３ｂ図を参照すると、本発明の別の実施例では、
各ベアリング内に均一に分布した微量トレース元素の標
識子を用いる代りに、各ベアリングのレース表面に許容
可能な摩耗域をこえた深さの穿孔３２が設けられている
０通常許容深さは約ｌ／１６インチ（約０．１６ｃｍ）
である０次いで、標識子物質で構成された大割３４が穿
孔３２の底に固定して置かれる。大割３４はレース領域
３８を通じて、あるいは外部４０からいずれでも挿入で
きる。穿孔３２は次いで鉛などの封入剤３３で密封され
る。多くの場合、封入剤はベアリング物質の摩耗特性に
適合する必要はない、なぜなら、ベアリングシャフトの
接触面は穿孔３２の横断面よりも極めて大きく、穿孔領
域が著しい量の摩耗を被ることはないからである。ベア
リングの摩耗量が望ましくないレベルに近ずくと、大割
が露出してその標識子がオイル内に放出される。不均等
な摩耗を起しやすいベアリングの場合には、複数の標識
子がベアリングの内周に沿って配置される。
あるいは第３Ｃ図示すように、ベアリングを層状に作製
し、摩耗が許容限界を越えたときには必ず露出される分
離層に標識子物質６０を限定して含めもよい。
標識子大割の利用、あるいはモニターすべき機械部分内
に標識を分布させるのに他の方法を用いる点を別にすれ
ば１代替実施例の動作は上記好ましい実施例の動作と同
じである。
上記したモニターすべき機械の機能、例えば油圧、油温
度、シャツ）ＲＰＭ、電力要求、誘電率等はすべて、機
械が正常に稼動する範囲内に予め設定された変数を有す
る。もし、あらかじめ設定された変数のいずれかに許容
できない変化があることをモニターが検出すると、アラ
ーム１４を使って書面でプリントアウトするか、ベルな
どの可聴音を送るか、あるいはライトを点滅させるかし
て、オペレーターに警報を発するように１本システムは
設計されている。
従来のシステムでは、一度アラームが始動しても、オペ
レーターは不調が検出されたということを知るだけであ
った。これに対し本発明では、ひとたびアラームが始動
しベアリングの不良が推測されると、オペレーターは潤
滑油のサンプルを取り出す（１６）、潤滑油のサンプル
量は１機械によって異なる。しかし、いかなる場合であ
っても１バインドから１カートまで許容されよう０機械
が自動の機械動態モニターシステムを備えていない場合
も、潤滑油は予防対策として定期的に抽出することがで
きる。
サンプルは１分光化学的な方法など１８種の分析を受け
て、その中に含まれるさまざまな不純物質が識別される
０分析方法のタイプは、さまざまな標識元素の個々の性
質によって異なる０分析の結果、過度のベアリング摩耗
が起こっている機械中の１以上の箇所に対応した過度な
量の微量トレーサ元素が含まれていることが明らかにさ
れる。
オペレーターは、分析中に発見された物質を、特定の標
識子を含んでいる機械の各機能部分と対応付けるだけで
よい、そうすれば、妥当な修理及び／又は不調箇所の交
換を容易におこなうことができ（２０）、はとんどの場
合、大被害を避けられるとともに、停止時間と損害費を
最小限にすることができる。
本発明の診断システムが適切に設置されている場合、不
調部品は以下のように突とめられる。つまり油圧、油温
度、シャツ）ＲＰＭ、Ｔｌｉｌ電力、潤滑油の誘電率等
、モニターすべき機械の動態の重要な徴候のいずれか又
はいくつかの組み合わせが摩耗の異常な速度を示すと、
該当のアラームが始動する。
もし、通常のアラーム原因がすでに取除かれていれば、
その機械のオペレーターは潤滑油のサンプルを取り、そ
れを分光化学的あるいはその他の方法によって分析する
０分析結果によって、さまざまな標識子の不純物質が識
別され定量される。
検出レベルガあらかじめ設定された値から逸脱している
標識子が示され、対応する機械機能との関係を明らかに
することによって不調部分が識別される。
（発明の効果） このように本発明は、潤滑油の状態をモニターして不調
部分を正確に突とめることができ、機械の停止時間を最
小限に抑えて修理をより能率よく実行可能な、機械状態
診断システムを提供するものである。このシステムプロ
セスの特定の実施例を説舅したが、発明の範囲を逸脱せ
ずに改変や変更可能であることは当業者にとって明らか
であろう。特許請求の範囲の従属各項は、発明の真の範
囲と精神に含まれるこのようなすべての改変や変更を含
めることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の機械状態診断システムの概略構成図； 第２図は岩石破砕機の断面図で、各機能に固有なそれぞ
れの微量トレーサ元素が含められる各種の位置を示す； 第３ａ図は本発明を実施した機械から取り出したベアリ
ングの断面図で、機械状態の標識子がベアリング全体に
わたって均一に分布されている例を示す； 第３ｂ図は本発明を実施した機械から取り出したベアリ
ングの断面図で、機械状態の標識子がベアリング壁に埋
込まれた微量トレーサ元素の大側から成る例を示す；及
び 第３ｃ図は本発明を実施した機械から取り出したベアリ
ングの断面図で１機械状態の標識子がベアリングを構成
する積層中の１層から成る例を示す図である。 １０、、、機械（岩石破砕機）、１２．、、モニター系
、３２．、、穿孔、３３．、、封入剤、３４、、、大側
、３８．、、レース表面、４８゜０．ベアリング。 出ＩＪ１人　　　レックスノルド　インコーホレーテッ
ド 代理人　　丸　　山　　幸　　雄 Ｆｌ（ｙ、　２ Ｂσみ　　　　　Ｆｕｒｙ　３ｂ　　　　　　ｂ］Ｒ特
許庁長官宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第０７９３５７号 ２、発明の名称 機械状態診断システム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 代表者　エム　ニー　ヤンガース ４、代　理　人　〒１０８ 住所　東京都港区高輪３丁目２５番２７−１２０８号昭
和６１年６月４日（同年６月２４日）７、補正の内容

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）内部潤滑系と各種の交換可能な摩耗性部品を有し
    、潤滑油が全部品に共通であるような機械をモニターす
    るシステムにおいて： （ａ）各摩耗性部品内に別々の微量元素の標識子物質を
    分布させ； （ｂ）全ての摩耗性部品から潤滑油中に混入される標識
    子の許容累積レベルを定め； （ｃ）潤滑油を抽出し；さらに （ｄ）別々の標識子をそれぞれ識別し固有の不調部品を
    指示する１つまたは複数の特定標識子の存在を検出可能
    な手段によって、抽出した潤滑油のサンプルを分析する
    ； ことから成ることを特徴とする機械循環油の状態をモニ
    ターして不調部品を突きとめる方法。
  2. （２）潤滑油が標識子のレベルの許容できない変化につ
    いてモニターされることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の機械状態診断システム。
  3. （３）潤滑油が標識子のレベルの許容できない変化につ
    いて、潤滑油の誘電率の変化を測定することによってモ
    ニターされることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の機械状態診断システム。
  4. （４）許容できない変化を警報手段によって表示するこ
    とをさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の機械状態診断システム。
  5. （５）標識子を含む部品がベアリングであることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の機械状態診断システ
    ム。
  6. （６）潤滑油の状態が連続的にモニターされることを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載の機械状態診断シス
    テム。
  7. （７）潤滑油の状態が定期的にモニターされることを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載の機械状態診断シス
    テム。
  8. （８）許容し得ない程度に汚れた潤滑油のサンプルの分
    析が分光化学的手段によって行われることを特徴とする
    特許請求の範囲第３項記載の機械状態診断システム。
  9. （９）微量元素標識子が積層の状態で各摩耗性部品内に
    分布されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の機械状態診断システム。
  10. （１０）ベアリング循環油の状態をモニターして不調機
    械部品を突きとめる方法において： （ａ）各型のベアリング内に別々の微量元素の標識子物
    質を均一に分布させ、主シャフトベアリング等固有の機
    能を果たす１つまたは複数のベアリングが全て同じ標識
    子を有するようにし；（ｂ）ベアリング潤滑油中におけ
    る微量元素標識子の許容レベルを定め； （ｃ）潤滑油の誘電率の変化を測定することにより、ベ
    アリング潤滑油についてその汚染レベルの許容できない
    変化をモニターし； （ｄ）上記許容できない変化を警報手段によって表示し
    ； （ｅ）潤滑油を抽出し；さらに （ｆ）１つまたは複数の固有の不調部品を指示する１つ
    または複数の特定標識子の存在を検出可能な分光化学的
    またはその他の手段によって、抽出した潤滑油のサンプ
    ルを分析する； ことから成ることを特徴とするベアリング状態のモニタ
    ー方法。
  11. （１１）機械のベアリング循環油の状態をモニターして
    不調なベアリングを突きとめる方法において： （ａ）機械内の各ベアリングのレース表面に最大許容摩
    耗深さを越えて穿孔を設け； （ｂ）標識子物質から成る丸剤を上記穿孔の底に挿入し
    て、各ベアリング機能が異なった標識子丸剤によって表
    わされるようにし； （ｃ）上記穿孔を密封し； （ｄ）ベアリング潤滑油中における標識子の許容レベル
    を定め； （ｅ）ベアリング潤滑油についてその汚染レベルの許容
    できない変化をモニターし； （ｆ）潤滑油を抽出し；さらに （ｇ）固有の不調部品を指示する１つまたは複数の特定
    標識子の存在を検出可能な定量化学的手段によって、許
    容できない程度に汚れた潤滑油の抽出サンプルを分析す
    る； ことから成ることを特徴とするベアリング状態のモニタ
    ー方法。
  12. （１２）ベアリング潤滑油のモニターが潤滑油の誘電率
    の変化を測定することによって成されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１１項記載のベアリング状態のモニ
    ター方法。
  13. （１３）上記モニターが連続的に成されることを特徴と
    する特許請求の範囲第１１項記載のベアリング状態のモ
    ニター方法。
  14. （１４）上記モニターが定期的に成されることを特徴と
    する特許請求の範囲第１１項記載のベアリング状態のモ
    ニター方法。
  15. （１５）潤滑油の抽出サンプルの分析が、１つまたは複
    数の不調ベアリングを指示する１つまたは複数の特定標
    識子の存在を検出可能な分光化学的またはその他の手段
    によって行われることを特徴とする特許請求の範囲第１
    １項記載のベアリング状態のモニター方法。
JP61079357A 1985-04-08 1986-04-08 機械状態診断システム Pending JPS6258133A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/721,097 US4620185A (en) 1985-04-08 1985-04-08 Wearing part diagnostic system employing tracer elements
US721097 1985-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6258133A true JPS6258133A (ja) 1987-03-13

Family

ID=24896524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61079357A Pending JPS6258133A (ja) 1985-04-08 1986-04-08 機械状態診断システム

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4620185A (ja)
EP (1) EP0197878A3 (ja)
JP (1) JPS6258133A (ja)
KR (1) KR860007962A (ja)
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