JPS63272888A - ウエルヘッドシール - Google Patents

ウエルヘッドシール

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Publication number
JPS63272888A
JPS63272888A JP63016768A JP1676888A JPS63272888A JP S63272888 A JPS63272888 A JP S63272888A JP 63016768 A JP63016768 A JP 63016768A JP 1676888 A JP1676888 A JP 1676888A JP S63272888 A JPS63272888 A JP S63272888A
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JP
Japan
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well head
sealing
annular
seal
lip
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Application number
JP63016768A
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English (en)
Inventor
トーマス・ジー・キャシティ
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.)
Cooper Industries LLC
Original Assignee
Cameron Iron Works Inc
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Publication date
Application filed by Cameron Iron Works Inc filed Critical Cameron Iron Works Inc
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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
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/46—Sealings with packing ring expanded or pressed into place by fluid pressure, e.g. inflatable packings
    • F16J15/48—Sealings with packing ring expanded or pressed into place by fluid pressure, e.g. inflatable packings influenced by the pressure within the member to be sealed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
    • E21B33/04—Casing heads; Suspending casings or tubings in well heads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
    • E21B2200/01—Sealings characterised by their shape

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Seal Device For Vehicle (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Supporting Of Heads In Record-Carrier Devices (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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は地中掘さく、例えば石油井戸におけるウェルヘ
ッドシールに関する。
〈従来の技術〉 従来のウェルヘッドシールは楔作用を利用してシールリ
ップを拡張してウェルヘッドハウジングの内面とハンガ
ーの外面とに封止係合せしめる。
リップはその内部が圧力を受けるが、その外面すなわち
封止側は圧力を受けず、圧力はリップの緊密な金属対金
属封止係合を補助する。別の方法としてシールに半径方
向力を与えて封止される円筒形表面に緊密封止係合せし
めるものも使用されている。
楔作用および圧力を受けるリップの両者を持つシールの
例が米国特許第２，７４６，４８６号明細書に記載され
ている。
米国特許第２，４０５，１５２号明細書は偏心した管状
部材間を封止する弾性金属リップシールを示す。
米国特許第４，５９５，０５３号明細書は環状のシール
を示し、シールは断面コツプ形で、シールの開口内に収
容された環状の楔を備え、楔がシールのリップを外方及
び内方に偏倚してハウジングの内面とハンガーの、外面
とに緊密封止係合せしめる。ハウジングおよびハンガー
の封止表面には封止のための一連のねじ部などの粗面が
設けられる。
本発明は新規なウェルヘッドシールを提供し、従来技術
における課題を解決することを目的とする。
く課題を解決するための手段〉 本発明はウェルヘッド内の間隔をおかれた管状部材間を
封止する新規なウェルヘッドシールに関する。シールは
金属シールで、そのシールリップは管状部材の少くとも
一つのシール表面と封止係合するシール表面を有し、シ
ール表面の一つの背部の環状空間に作用する両部材間の
圧力によって補助される。環状空間は環状のリムをつく
り、これが圧力を受けてシールを管状のウェルヘッド部
材間の環状部を横切る積極的な金属対金属封止を達成す
る。
く作　　用〉 本発明によれば２つの間隔をおかれた管状のウェルヘッ
ド部材間の環状部を横切る改良された封止が達成され、
少くとも一つのシール表面は圧力によって付勢される。
本発明によれば圧力付勢された改良されたウェルヘッド
環状シールが与えられ、シールリップと管状部材のシー
ル表面の少くとも一方との両者を封止する。
さらに、本発明によればウェルヘッドハウジングとハン
ガーとの間の改良されたウェルヘッド環状シールが与え
られ、金属対金属封止は複数の圧力付勢を受ける。
〈実施例〉 上述本発明の目的、作用および効果は図面を参照する以
下の説明により明らかとなされる。
第１図に示すように本発明のウェルヘッドシールは海底
ウェルヘッド１０に使用される。ウェルヘッドハウジン
グ１２は下方にテーパする内側層１４を含み、肩１４に
第１のハンガー１６が着座し、第２のハンガー１８がハ
ンガー１６の上方のテーパ肩１９に着座している。テー
パする肩１４．１９上の着座支持はハンガー１６．１８
をハウジング１２内で適切に中心法めする。シール組立
体２０はハンガー１６の外面とハウジング１２の内面と
の間で支持肩１４の上の環状空間２２内に配置される。
シール組立体２０と実質的に同様なシール組立体２０′
がハンガー１８の外面とハウジング１２の内面との間の
環状空間２４内に配置される。
第２図に示すようにシール組立体２０′は環状形状で、
後述するように適当な工具と係合するための内側？：４
２８を有する上方リング２６と、中央シールリップ部分
２１と、下方楔リング部分４６とを含む。第７図に示す
ように中央シールリップ部分２１は外側の上方に面する
シールリップ３２．３２ａが取付けられる中央リム２３
を含み、リップ３２ａはリップ３２の下方に間隔をおか
れている。リム２３には内側の上方に面するシールリッ
プ３０．３０ａも取付けられ、リップ３０はリップ３０
ａの上方に間隔をおかれている。外側リップ３２．３２
ａはウェルヘッドハウジング１２の内側孔シール表面３
６と封止係合して、ハンガー１８の内部からの井戸孔圧
力によってリップ３２．３２ａに作用する可能性にある
圧力を保持する。
内側リップ３０．３０ａはハンガー１８の外側シール表
面３４と封止係合して、ハンガー１８の内部からの井戸
孔圧力によってリップ３０．３０ａに作用する可能性に
ある圧力を保持する。中央リム２３には更に、ウェルヘ
ッドハウジング１２の内側孔シール表面３６と封止係合
してハウジング１２とハンガー１８との間の環状空間２
４に井戸形成に基づいて作用する井戸孔圧力を保持する
外側の下方に面するシールリップ４０．４０ａが取付け
られる。リップ４０ａはリップ４０の下方に間隔をおか
れている。リム２３には更に、内側の下方に面するシー
ルリップ３８．３８ａも取付けられ、ハンガー１８の外
側シール表面３４と封止係合し、ハウジング１２とハン
ガー１８との間の環状空間２４に下方から作用する井戸
孔圧力を保持する。これら２対の上方に面するリップ（
３０，３２，３０ａ、３２ａ）は中央リム２３に関連し
て上方に面するＶ字形シールを形成し、これは本質的に
圧力付勢形式である。同様に２対の下方に面するリップ
（３８，４０，３８ａ、４０ａ）もＶ字形シールを形成
する。中央リム２３の両側の圧力を均等とするため、半
径方向孔２５が中央リム２３を貫通する流体連通を与え
る。上方リング２６の内側層４８が溝２８の下方の位置
で上方に面する。割りロックリング５ｏが作動時にハン
ガー１８の外面の溝５２に配置される。リング５０を通
ってシール組立体２０′の挿入、取出しを可能とし、ハ
ウジング１２の上方孔の直径の変化を可能とするため、
Ｖ字形シールの上方および下方の区域は例えばデュロメ
ータ硬度９０のゴムまたはプラスティック材料などの充
填材料３５で充填される。ある場合にはロックリング５
０は不必要または望ましくなく、その場合は充填材料３
５を省略してもよい。
封止強化手段５６が示される。第２図および第７図にお
いて、封止強化手段は上方および下方シールリップ３０
．３０ａ、３２．３２ａ、および３８．３８ａ、４０．
４０ａのための上方および下方シール表面３４．３６．
４２．４４に設けられた上方リム５８．６０と下方リム
６２．６４を含む。リム５８．６０および６２．６４は
、それが設けられたハンガー１８およびハウジング１２
の内側および外側表面から間隔をおかれ、それぞれ凹所
６６．７０．６８．７２とシール表面３４．４２、およ
び３６．４４とを形成する。リムの背面に入ってリムを
それぞれのシールリップの方向に押付ける流体の圧力に
よって封止が強化される。
後述するように上２１〜位置においてシールリップは、
リムのシール表面に対してリムの端部に近い位置におい
て封止し、リムの圧力強化を無効とするような環状の空
間２４内の圧力のリムの両側における均等化が防止され
る。これらのリム５８．６２および６０．６４はハンガ
ー１８およびハウジング１２とそれぞれ一体とする。場
合によってはハンガーおよびハウジングに機械加工によ
って凹所を形成してリムとしてもよい。別の実施例によ
ればリムをハンガーおよびハウジングに６３．６３ａと
して示すように溶接することがさらに望ましい。この場
合上方外側リム６０と下方外側リム６４との双方は互い
に溶接された半円部としてもよい。
各■字形シールは充分に外方に拡がり、圧力を受けたと
きそれぞれのシール面に緊密封止係合する。下方のシー
ルリップ３８．４０おいび３８ａ、４０ａは下方に互い
に離れる方向に拡がり、下方の環状空間２４に圧力が作
用するとき圧力付勢されて、それぞれのシール表面４４
および２４に緊密封止係合する。また、上方のシールリ
ップ３０．３２おいび３０ａ、３２ａは上方に互いに離
れる方向に拡がり、」二方の環状空間２４に圧力が作用
するとき圧力付勢されて、それぞれのシール表面３４お
よび３６に緊密封止係合する。
ハンガー１８が支持肩１９に着座した後、適当な（図示
しない）工具を使用して、シール組立体２０″を下方に
環状空間２４に運動させる。この運動によって８つのシ
ールリップは総て上方位置から第１図、第２図に示す位
置に運動する。この゛下方運動によって下方の楔リング
４６もラッチリング７４の上方部分内の位置に運動し、
ラッチリング７４を外方に、ハウジング１２の内側表面
のｆｆｌ￥７６内にラッチ係合せしめる。第１図に示す
ようにラッチリング７４は溝７６内にラッチ係合するよ
うに運動した状態においてハンガー１８の内側溝７８と
係合しており、ハンガー１８をハウジング１２に錠止め
する。更に、シール組立体２０′の下方運動時に肩４８
は溝５２の下方部分の高さ位置となり５割リング５０が
拡張して所定位置をとることを可能とし、これによって
シール組立体２０′はハンガー１８の外面に錠止めされ
る。
第３図に、ハンガー側のみに封止強化手段を有するシー
ル組立体の変形例がシール組立体１２０として示され、
その他の第１図、第２図、第７図に対応する部品は同一
参照数字に１００を加算して示される。シール組立体１
２０は内側上方および下方シール表面１３４，１４２の
みを使用し、これらはリム１５８，１６２によって与え
られる。
リム１５８はハンガー１１８の外面から間隔をおかれて
、上方シールリップ１３０．１３２および１３０ａ、１
３２ａの上方のハウジング１１２、ハンガー１１８間の
環状空間１２４に開いた環状凹所１６６を与えている。
リム１６２はハンガー１１８の外面から間隔をおかれて
、下方シールリップ１３８．１４０および１３８ａ、１
４０ａの下方のハウジング１１２、ハンガー１１８間の
環状空間に開いた環状凹所１７０を与えている。
第４図に示す本発明の変形例はハウジングとハンガーと
の下方部分のみに封止強化手段を有している。第１の実
施例に対応する部品は同一参照数字に２００を加算して
示す。シール組立体２２０はリム２６２，２６４のみを
使用し、これらが表面２４２，２４４に対する封止に圧
力強化を与える。上方シール表面２３４および２３６は
ハンガー２１８の外面およびハウジング２１２の内面に
設けられる。リム２６２はハンガー２１８の外面から間
隔をおかれリム２６４はハウジング２１２の内面から間
隔をおかれて、シール組立体２２０の下方の環状空間内
の圧力に露出する環状の凹所２７０および２７２をそれ
ぞれ与えている。
第５図はハウジング側のみに封止強化手段を有する本発
明の変形例を示し、第１の実施例に対応する部品は同一
参照数字に３００を加算して示す。
シール組立体３２０は、外側上方および下方リム３６０
および３６４のみを使用する。これらがシール表面３３
６．３４４に対する封正に圧力強化を与える凹所３６８
，３７２を限定する。この構造において環状空間内の圧
力は、圧力源によって上方、下方のいづれでも効果的に
圧力付勢を行い封止が強化される。
第６図はさらに別の実施例を示し１部品は数字４００を
加算して示される。シール組立体４２０はハンガー４１
８上のリム４５８を使用し、リムの背面の凹所４６６が
シール素子４８０の上方の環状空間の圧力に露出する。
シール素子４８０はハウジング４１２の内側シール表面
４３６とリム４５８の外側シール表面４３４との間に配
置された軟質金属の環状素子である。シール素子４８０
は充分に大として、シール表面４３４，４３６間にシー
ル素子４８０による初期封止が与えられるようにする。
実施例において単一のリム４５８と関連する凹所４６６
のみが示されている。これら単一のリムと凹所との４つ
の変形例のいづれを使用しても本発明による圧力強化作
用を達成できるものである。
リムの背部の凹所に適当な圧力伝達材料、例えばシリコ
ーン、Ｉ？、ＴＶゴムなどを充填することが望ましく、
これは圧力強化作用を妨げないで、凹所が井戸内の物質
で充填されて圧力強化作用が妨げられることを防１］−
する。
本発明の５つの態様を図示し説明したが１本発明による
圧力強化作用は単独でまたは第１図、第２図に示すリム
との任意の組合せとして使用可能である。封止の強化は
リムの背部の凹所が環状部内の圧力に開いているときに
のみ達成される。リムはハンガーまたはウェルヘッドハ
ウジングに一体または溶接されて示され、所望の強度と
所望の凹所とを与えるものとする。リムの強度はリムが
凹所内の圧力に応答するものとするが、弱すぎると応力
が降伏点を越える。リムの微小な運動によってシールリ
ップの効果的な封止が改善される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるウェルヘッドシールの実施例の部
分断面図で、上方および下方の内側および外側に圧力強
化手段を備えた図、第２図は第１図の部分詳細図、第３
図は上方および下方の内側に圧力強化手段を備えた本発
明によるウェルヘッドシールの実施例の部分詳細断面図
、第４図は下方の内側および外側に圧力強化手段を備え
た本発明によるウェルヘッドシールの別の実施例の部分
詳細断面図、第５図は上方および下方の外側に圧力強化
手段を備えた本発明によるウェルヘッドシールのさらに
別の実施例の部分詳細断面図、第６図は本発明によるウ
ェルヘッドシールのさらに別の実施例の部分詳細断面図
、第７図は第２図の拡大詳細断面図。 １０：海底ウェルヘッド　１２：ウェルヘッドハウジン
グ　１４：内側層　１６：第１のハンガー　１８：第２
のハンガー　２０：シール組立体２２．２４：環状空間
　３０．３０ａ、３２．３２ａ、３８．３８ａ’、４０
．４０ａ　：シールリップ　３４．３６．４２．４４：
シール表面特許出願人　Ｗ／づン゛アイアン・フーク人
・ユーエ又シイ・イン：２−；ｆ、°ンーデ、ｌド ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ 手続補正書 １．事件の表示 昭和６６年特許願第１６７６８　　　号２、発明の名称 ウェルヘッドシール ６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　カメロン・アイアン・ワークス・ニーニスエ
イ・インコーホレーテッド ４、代理人 ５、補正の対象 明細書の〔特許請求の範囲〕の欄 （別紙） 特許請求の範囲の記載を次のように補正する。 「１．　　その一方が他方に面する密封面をもっている
内外の坑口部材間の環状スペースを密封する環状坑口シ
ールであって、一端を他方の坑口部材に固着した金属の
環状リップと、環状リップと圧力を受ける方向に面して
環状リップが固着されている坑口部材との間にある開口
と、密封面間に位置決めされこれら密封面と密封係合す
る金属の環状シールとを備えてなるものであって、前記
環状リップはその固着端から他方の坑口部材の軸線方向
にのびて他方の坑口部材から間障をおいた反対端に達し
、さらに坑口部材の一方に面する密封面をつけ、環状シ
ールは環状ＩＪ　、ブの反対端に近い点で、環状リップ
の密封面と密封係合して環状リップと坑口部材間の圧力
が環状リップを押してこれに環状シールとの密接な密封
係合をさせている環状坑口シール。 ２、環状リップは外方の坑口部材に面する内方の坑口部
材上にある特許請求の範囲第１項記載の環状坑口シール
。 ６、環状リップは内方の坑口部材に面する外方の坑口部
材上にある特許請求の範囲第１項記載の環状坑口シール
。 ４、環状リップは内方の坑口部材上にあり、その密封面
は外方の坑口部材に面している特許請求の範囲第１項記
載の環状坑口シールであって、一端を外方の坑口部材に
固着した金属製の別の環状リップと、環状リップと圧力
を受ける方向に面する外方の坑口部材との間にある開口
とを備えてなるものであって、前記側の環状リップは外
方の坑口部材の軸線方向にのび、かつ内方の抗日部材に
面する密封面をもっている環状坑口シール。 ５、環状リップの背後にある開口は軸線方向下方に面し
ている特許請求の範囲第１項記載の環状坑口シール。 ６、環状リップの背後にある開口は軸線方向上方に面し
ている特許請求の範囲第１項記載の環状シール。 Ｚ　環状リップの背後にある開口は軸線方向下方に面し
ている特許請求の範囲第４項記載の環状シール。 ８、環状リップの背後にある開口は軸線方向上方に面し
ている特許請求の範囲第４項記載の環状ンール。 ９　環状シールは、内外の密封面に向けて内外方にのび
る複数の密封リップをもち、かつ圧力を受ける方向に軸
線方向で傾斜している管状本体からなっている特許請求
の範囲第１項記載の環状シール。 １０、坑口部材は１対の環状リップを備え、環状リップ
のおのおのは軸線方向上下にのび、環状シールは１対の
上方に面する内外の密封リップを備えた管状本体からな
り、対をなす環状リップのおのおのは上部で上端近くの
上方の環状リップの密封面と係合し、１対の下方に面す
る内外の環状リップのおのおのは下部で下端近くの下方
の環状リップの密封面と係合する特許請求の範囲第１項
記載の環状坑口シール。」

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ウェルヘッド部材間の環状の空間をシールする環
    状のウェルヘッドシールにおいて、前記ウェルヘッド部
    材の一方には他方のウェルヘッド部材に面するシール面
    が設けられ、 前記他方のウェルヘッド部材に固着され且つ間隔をおか
    れた環状のリップに前記一方のウェルヘッド部材に面す
    るシール面が設けられ、 前記環状のリップとそれが固着されたウェルヘッド部材
    との間の開口は圧力が作用する方向に面しており、 前記シール面間に環状のシールが配置されて両者と封止
    係合し、 前記環状のシールはリップのシール面とリップの端部に
    近い位置で封止係合し、これによって前記リップとその
    ウェルヘッド部材との間の圧力がリップを環状のシール
    に緊密封止係合せしめる、前記環状のウェルヘッドシー
    ル。
  2. （２）前記環状のリップが外側ウェルヘッド部材に面す
    る内側ウェルヘッド部材に設けられている特許請求の範
    囲第１項記載のウェルヘッドシール。
  3. （３）前記環状のリップが内側ウェルヘッド部材に面す
    る外側ウェルヘッド部材に設けられている特許請求の範
    囲第１項記載のウェルヘッドシール。
  4. （４）前記環状のリップが外側ウェルヘッド部材に面す
    る内側ウェルヘッド部材に設けられており、 外側ウェルヘッド部材に固着され且つ間隔をおかれた別
    の環状のリップに内側ウェルヘッド部材に面するシール
    面が設けられ、 該外側ウェルヘッド部材とその環状のリップとの間の開
    口は圧力が作用する方向に面している、ことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載のウェルヘッドシール。
  5. （５）前記環状のリップの背部の開口が下方に面してい
    る特許請求の範囲第１項記載のウェルヘッドシール。
  6. （６）前記環状のリップの背部の開口が上方に面してい
    る特許請求の範囲第１項記載のウェルヘッドシール。
  7. （７）前記環状のリップの背部の開口が下方に面してい
    る特許請求の範囲第４項記載のウェルヘッドシール。
  8. （８）前記環状のリップの背部の開口が上方に面してい
    る特許請求の範囲第４項記載のウェルヘッドシール。
  9. （９）内側および外側シール面に向って内方および外方
    に延長し且つ圧力が作用する方向に対して傾斜している
    複数のシールリップを有する管状本体を含む、特許請求
    の範囲第１項記載のウェルヘッドシール。
  10. （１０）前記ウェルヘッド部材がそれぞれ１対の環状リ
    ップを有し、その一つは上方に一つは下方に延びており
    、 前記環状のシールが内側および外側の上方に面する１対
    のシールリップと内側および外側の下方に面する１対の
    シールリップとを有する管状本体を含み、該１対のリッ
    プの上方のそれぞれが上方環状リップのその上方端に近
    いシール面と係合し、該１対のリップの下方のそれぞれ
    が下方環状リップのその下方端に近いシール面と係合し
    ている、特許請求の範囲第１項記載のウェルヘッドシー
    ル。
JP63016768A 1987-04-30 1988-01-27 ウエルヘッドシール Pending JPS63272888A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US44416 1987-04-30
US07/044,416 US4771828A (en) 1987-04-30 1987-04-30 Wellhead seals

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US (1) US4771828A (ja)
EP (1) EP0289106B1 (ja)
JP (1) JPS63272888A (ja)
AT (1) ATE80440T1 (ja)
AU (1) AU609079B2 (ja)
BR (1) BR8801845A (ja)
CA (1) CA1281282C (ja)
DE (1) DE3874401T2 (ja)
NO (1) NO881874L (ja)
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