KR20160125723A - 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조 - Google Patents

폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조 Download PDF

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KR20160125723A
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Abstract

본 개시(Disclosure)는, 원자력 발전소 냉각수 인입관, 도시가스 이송관 등과 같은 대구경의 폴리에틸렌 파이프를 맞대기(butt joining) 열융착 방식에 사용되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 관한 것으로서, 서로 분리된 제1,2 파이프의 서로 마주하는 제1,2 접합 단의 열융착 접합을 위해, 상기 제1,2 접합 단 사이에 개재되어 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조로서, 상기 제1 접합 단에 접촉되고, 상기 제1 접합 단을 향하여 돌출 구비되는 돌출부; 및 상기 돌출부가 형성되는 면의 이면에 구비되고, 상기 제2 접합 단을 향하여 개방된 홈을 가지는 요홈부;를 가지는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제1 발명으로 제공한다.

Description

폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조{STRUCTURE OF THE HEAT PLATE FOR BUTT FUSION OF POLYETHYLENE PIPES}
본 개시(Disclosure)는, 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자력 발전소 냉각수 인입관, 도시가스 이송관 등과 같은 대구경의 폴리에틸렌 파이프를 맞대기(butt joining) 열융착 방식에 사용되는 열 발생용 열판의 구조에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
원자력 발전소나 도시가스 저장소 등에서 다량의 냉각수나 도시가스를 필요한 곳에 공급할 때에는 배관을 통해 공급하는데, 이때 배관 재료로서 주로 금속관이 사용된다.
그러나 원자력 발전소의 예를 들면, 원자력 발전소에서는 1차 냉각재를 냉각시키기 위해서는 다량의 냉각수가 필요하며, 이에 따라 대구경의 냉각수 인입관을 바다에 매설하여 이를 통해 바닷물을 취출 하여 냉각수로서 사용하는데, 이때 냉각수 인입관으로서 금속관을 사용하게 되면 해수에 의해 인입관이 쉽게 부식되는 문제가 있으며, 이에 따라 최근에는 냉각수 인입관으로서 금속관 대신 폴리에틸렌관 등의 합성수지관을 사용하고 있다.
특히 폴리에틸렌은 다른 재질에 비해 내화학성, 위생성, 유연성, 경량성 등이 우수하고, 특히 전식(전해부식) 및 부식이 전혀 없어 반영구적으로 사용 가능하고, 유지 관리가 쉽고 경제성 등의 이점이 있기 때문에 냉각수 인입관용으로뿐만 아니라 상·하수도용 및 가스 이송용으로도 사용되고 있다.
이와 같은 폴리에틸렌 파이프를 이용하여 배관할 때에는 폴리에틸렌 파이프를 서로 연결하여야 하는데, 이러한 폴리에틸렌 파이프를 연결하는 방식에는 금속제 커플링 등을 이용하는 기계적 연결방식과 열을 이용하여 연결하는 방식이 있으며, 기계적 연결방식은 커플링과 이에 소요되는 연결 부자재 등이 금속으로 이루어져 있기 때문에 여전히 부식의 우려가 있어 폴리에틸렌 파이프를 연결할 때에는 주로 열을 이용하여 연결하는 방식이 사용되고 있다.
열을 이용하여 폴리에틸렌 파이프를 연결하는 방식에도 열융착(heat fusion)방식과 전기융착(electro fusion) 방식이 있으며, 열융착 방식은 다시 융착 형태별로 맞대기 융착(butt fusion), 소켓 융착(socket fusion) 및 새들 융착(saddle fusion)으로 분류되고, 전기 융착은 전기소켓 융착과 전기새들 융착으로 구분되고, 이때 열융착 방식은 외부 열원(heater)을 이용하여 연결하고자 하는 부위를 용융시킨 다음 압착하여 접합하는 방식이고, 전기융착은 전열선(heating coil)을 이음관 내부에 삽입하여 전원을 이음관의 열선에 가함으로 발생하는 저항 열을 이용하여 연결하고자 하는 부위를 용융시켜 연결하는 융착 방식으로서 소켓융착이나 전기소켓 융착은 별도의 이음관(소켓)을 사용하여야 하는 불편이 있기 때문에 냉각수 인입관, 가스이송배관 등을 연결할 때에는 주로 이음관이 필요 없는 열융착에 의한 맞대기 융착 방식이 사용된다.
폴리에틸렌 파이프를 맞대기 융착 방식에 의해 서로 연결할 때에는 먼저 연결하고자 하는 2개의 파이프 단부를 클리닝 과정을 통해 파이프 생산시 외피에 형성된 산화 피막과 보관이나 운반시 흙이나 먼지 등을 제거한 다음, 연결하고자 하는 2개의 폴리에틸렌 파이프를 융착 장치에 의해 클램핑하여 일정 간격을 두고 일렬로 배열한 후, 연결하고자 하는 양 파이프의 마주보는 단면이 정확히 서로 일치되도록 파이프를 정렬한다.
상기와 같은 과정에 의해 2개의 파이프가 융착장치 상에 정확히 정렬되고 나면, 2개의 파이프 단부 사이에 플레이트 형태의 히터를 삽입하여 파이프의 단부를 용융시킨 다음, 히터를 제거한 상태에서 2개의 파이프를 서로 맞댄 후 용융부분이 냉각될 때까지 적절한 압력을 가하여 접합을 완성한다.
상기와 같은 과정 중에 두 개의 파이프 단면을 가열하는데 사용되는 열판구조는 전통적으로 평판구조 이루어져있다.
이러한 구조는 필연적으로 가열 계면이 일자 수직구조로 형성된다(특허문헌 1,2,3 참조).
한편, 금속의 강재와 달리 결정성 고분자인 폴리에틸렌의 비체적(specific volume)은 융점(Tm, melting point)을 기준으로 급격한 변화를 보이는데, 위에서 설명한 바와 같이 히터가 제거된 상태에서 파이프를 가압하여 용융된 단부를 서로 접합하게 되면 파이프의 단부 간의 접합이 이루어지면서 접합 면의 온도가 서서히 낮아지고, 접합 면의 온도가 융점에 이르게 되면 이 융점(Tm)을 경계로 상변화가 일어나면서 급격한 부피의 변화(축소)가 일어난다.
일반적으로 열융착 방식에 의해 폴리에틸렌 파이프를 맞대기 연결할 때에는 압력 프로파일을 추종하도록 히터의 표면 온도와 파이프에 가하는 압력 및 시간 등이 제어되는데, 이때 접합강도를 향상시키기 위해 접합공정(도 3에서 T4, T5 기간)에서 압력을 계속 승압시켜 접합하게 된다.
그러나 본 발명자들은 이와 같이 파이프에 가해지는 압력을 계속 승압시키면서 접합을 행하게 되면 실제로는 융점 주위에서의 비체적의 급격한 변화로 인해 압력을 승압시키는 것만큼의 접합강도의 향상이 이루어지지 않는다는 사실을 연구 및 실험을 통해 알게 되었다.
1. 특허문헌 0001) JP 2001-162898 A 2. 특허문헌 0002) US 8128853 B2 3. 특허문헌 0003) US 2006-0032349 A1
본 개시는, 종래의 폴리에틸렌 파이프의 열융합 접합시 발생 되는 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 열융합 접합 공정 중 파이프 단부를 용융하는 열판의 형상을 변경하여 굽힘 응력이나 충격 등에 충분히 강건하고, 크랙의 성장을 효과적으로 저지할 수 있는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 개시는, 서로 분리된 제1,2 파이프의 서로 마주하는 제1,2 접합 단의 열융착 접합을 위해, 상기 제1,2 접합 단 사이에 개재되어 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조로서, 상기 제1 접합 단에 접촉되고, 상기 제1 접합 단을 향하여 돌출 구비되는 돌출부; 및 상기 돌출부가 형성되는 면의 이면에 구비되고, 상기 제2 접합 단을 향하여 개방된 홈을 가지는 요홈부;를 가지는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제1 발명으로 제공한다.
또한, 본 개시는, 상기 제1 발명의 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서, 상기 돌출부와 상기 요홈부는, 각각 상기 제1 접합 단을 향하는 일 면과 상기 제2 접합 단을 향하는 타 면에 구비되고, 서로 대응하는 위치에 구비되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제2 발명으로 제공한다.
또한, 본 개시는, 상기 제2 발명의 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서, 상기 돌출부와 상기 요홈부는, 상기 돌출부가 상기 요홈부에 정합될 수 있는 형상 및 크기로 구비되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제3 발명으로 제공한다.
또한, 본 개시는, 상기 제2 또는 제3 발명의 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 제1,2 접합 단이 접합 되는 방향의 단면이 삼각형으로 구비되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제4 발명으로 제공한다.
또한, 본 개시는, 상기 제4 발명의 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 제1,2 접합 단이 접합 되는 방향의 단면이 이등변 삼각형으로 구비되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제5 발명으로 제공한다.
또한, 본 개시는, 상기 제4 발명의 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 제1,2 접합 단이 접합 되는 방향을 향하는 두 개의 변이 상기 제1 접합 단을 향하는 일 면과 1°~10°의 범위 내의 각을 가지도록 구비되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제6 발명으로 한다.
또한, 본 개시는, 상기 제4 발명의 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 제1 접합 단의 전체와 접촉되도록 폐 루프를 이루는 형상으로 구비되는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제7 발명으로 한다.
또한, 본 개시는, 서로 분리된 제1,2 파이프의 서로 마주하는 제1,2 접합 단의 열융착 접합을 위해, 상기 제1,2 접합 단 사이에 개재되어 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조로서, 상기 제1 접합 단과 평행한 평면으로 구비되고 상기 제1 접합 단을 포함하는 면적으로 구비되는 제1 열판 면과, 상기 제1 열판 면의 이면으로서 상기 제2 접합 단과 평행한 평면으로 구비되고 상기 제2 접합 단을 포함하는 면적으로 구비되는 제2 열판 면을 가지는 열판 몸체; 상기 제1 열판 면으로부터 돌출되어 구비되고, 상기 제1 접합 단에 접촉되도록 고리 형상으로 구비되며, 상기 제1 접합 단을 향하는 방향의 단면이 삼각형으로 구비되는 돌출부; 상기 제2 열판 면으로부터 함몰되어 구비되고, 상기 제2 접합 단이 삽입 접촉되도록 고리 형상으로 구비되며, 상기 돌출부에 정합 되는 형상으로 구비되는 요홈부; 및 상기 열판 몸체의 내부에 구비되며, 외부로부터 입력되는 전원에 의해 상기 돌출부와 상기 요홈부에 접촉된 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 열을 발생시키는 열원부;를 포함하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 제8 발명으로 한다.
본 개시에 따르면, 돌출부와 요홈부의 접합에 의해 두 개의 파이프가 열융착 접합되므로, 접합 공정 중 접합부위에서 크랙이 생성되더라도 파이프 모재에 의해 크랙의 성장이 저지되므로 접합 불량을 방지할 수 있다.
본 개시에 따르면, 돌출부와 요홈부의 접합에 의해 두 개의 파이프가 열융착 접합되므로 접합 면적이 커져 접합 강도가 향상된다.
도 1 내지 도 2는 종래 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 폴리에틸렌 파이프 열융착 공정 시 시간과 접합 압력의 관계를 보인 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 보인 도면.
도 5는 본 개시의 일 실시형태에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 외관을 보인 도면.
도 6은 도 5의 단면을 보인 도면.
이하, 본 개시에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 구현한 다양한 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
다만, 본 개시의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 개시의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 개시의 기술적 내용을 파악함에 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 개시의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조를 보인 도면, 도 5는 본 개시의 일 실시형태에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 외관을 보인 도면, 도 6은 도 5의 단면을 보인 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시형태에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조(100)는, 서로 분리된 제1,2 파이프(10,20)의 서로 마주하는 제1,2 접합 단(11,21)의 열융착 접합을 위해, 제1,2 접합 단(11,21) 사이에 개재되어 제1,2 접합 단(11,21)을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조(100)로서, 돌출부(110)와 요홈부(120)를 가진다.
돌출부(110)는, 제1 접합 단(11)을 향하여 돌출 구비된다. 또한, 돌출부(110)는 접합 과정에서 제1 접합 단(11)에 접촉되도록 구비된다.
요홈부(120)는, 제2 접합 단(12)을 향하여 개방된 홈을 가지도록 구비된다. 또한, 요홈부(120)는 돌출부(110)가 형성되는 면의 이면에 구비된다.
여기서, 돌출부(110)와 요홈부(120)는, 각각 제1 접합 단(11)을 향하는 일 면과 제2 접합 단(12)을 향하는 타 면에 구비되고, 서로 대응하는 위치에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 돌출부(110)와 요홈부(120)는, 돌출부(110)가 요홈부(120)에 정합될 수 있는 형상 및 크기로 구비되는 것이 바람직하다. 즉 동일 크기와 형상으로 구비되는 것이 바람직하다. 그 형상(돌출부(110)가 제1 접합 단(11)에 접촉되는 방향의 단면)은, 다각형, 원형, 반원형, 타원형 등 어느 것이라도 무방하나, 삼각형이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.
한편, 돌출부(110) 및/또는 요홈부(120)는, 제1,2 접합 단(11,21)이 접합 되는 방향의 단면이 이등변 삼각형으로 구비되는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 제1,2 접합 단(11,21)에 접합 되는 방향은, 돌출부(110)가 제1 접합 단(11)에 접촉되는 방향 또는 요홈부(120)가 제2 접합 단(12)에 접촉되는 방향이다.
특히, 돌출부(110) 및/또는 요홈부(120)는, 제1,2 접합 단(11,21)이 접합 되는 방향을 향하는 두 개의 변(111,113 또는 121,123)이 제1 접합 단(11)을 향하는 일 면과 1°~10°의 범위 내의 각을 가지도록 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 돌출부(110) 및/또는 요홈부(120)는, 각각 제1 접합 단(11) 및/또는 제2 접합 단(12)의 전체와 접촉되도록 폐 루프를 이루는 형상으로 구비되는 것이 바람직하다.
이와 달리, 돌출부(110) 및/또는 요홈부(120)가 폐 루프를 따라 서로 이산 되어 구비될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 실시형태에 따른 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조(100)를 보다 구체적으로 설명하면, 서로 분리된 제1,2 파이프(10,20)의 서로 마주하는 제1,2 접합 단(11,21)의 열융착 접합을 위해, 제1,2 접합 단(11,21) 사이에 개재되어 제1,2 접합 단(11,21)을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조(100)로서, 열판 몸체(130), 돌출부(110), 요홈부(120) 및 열원부(140)를 포함할 수 있다.
열판 몸체(130)는, 서로 반대 반향을 향하는 제1,2 열판 면(131,132)을 가진다.
열판 몸체(130)는 판 형상으로 구비된다.
제1 열판 면(131)은 제1 접합 단(11)과 평행한 평면으로 구비되고, 제1 접합 단(11)을 포함하는 면적으로 구비된다.
제2 열판 면(132)은, 제1 열판 면(131)의 이면으로서 제2 접합 단(12)과 평행한 평면으로 구비되고, 제2 접합 단(12)을 포함하는 면적으로 구비된다.
돌출부(110)는, 제1 열판 면(131)으로부터 돌출되어 구비되고, 제1 접합 단(11)에 접촉되도록 고리 형상으로 구비되며, 제1 접합 단(11)을 향하는 방향의 단면이 삼각형으로 구비된다.
요홈부(120)는, 제2 열판 면(132)으로부터 함몰되어 구비되고, 제2 접합 단(12)이 삽입 접촉되도록 고리 형상으로 구비되며, 돌출부(110)에 정합 되는 형상으로 구비된다.
열원부(140)는, 열판 몸체(130)의 내부에 구비되며, 외부로부터 입력되는 전원(예: 교류전원)에 의해 돌출부(110)와 요홈부(120)에 접촉된 제1,2 접합 단(11,21)을 용융시키는 열을 발생시킨다. 열선을 예로 들 수 있다.
이와 달리, 열원부(140) 자체가 발열체로 구비될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 실시형태에 있어서, 제1,2 접합 단(11,21)은, 제1,2 파이프(10,20)의 길이방향 각 단면이 "<,<" 형상이 되도록 먼저 절삭가공하는 것이 바람직하다.
이러한 절삭가공은, 직경이 200mm 이상인 대구경의 폴리에틸렌 파이프의 경우 제조시 절삭공정이 포함되는 것이 바람직하지만, 상황에 따라서는 작업현장에서 이루어질 수도 있다.

Claims (8)

  1. 서로 분리된 제1,2 파이프의 서로 마주하는 제1,2 접합 단의 열융착 접합을 위해, 상기 제1,2 접합 단 사이에 개재되어 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서,
    상기 제1 접합 단에 접촉되고, 상기 제1 접합 단을 향하여 돌출 구비되는 돌출부; 및
    상기 돌출부가 형성되는 면의 이면에 구비되고, 상기 제2 접합 단을 향하여 개방된 홈을 가지는 요홈부;를 가지는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 요홈부는, 각각 상기 제1 접합 단을 향하는 일 면과 상기 제2 접합 단을 향하는 타 면에 구비되고, 서로 대응하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 요홈부는, 상기 돌출부가 상기 요홈부에 정합될 수 있는 형상 및 크기로 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 제1,2 접합 단이 접합 되는 방향의 단면이 삼각형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 제1,2 접합 단이 접합 되는 방향의 단면이 이등변 삼각형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 제1,2 접합 단이 접합 되는 방향을 향하는 두 개의 변이 상기 제1 접합 단을 향하는 일 면과 1°~10°의 범위 내의 각을 가지도록 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 제1 접합 단의 전체와 접촉되도록 폐 루프를 이루는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
  8. 서로 분리된 제1,2 파이프의 서로 마주하는 제1,2 접합 단의 열융착 접합을 위해, 상기 제1,2 접합 단 사이에 개재되어 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조에 있어서,
    상기 제1 접합 단과 평행한 평면으로 구비되고 상기 제1 접합 단을 포함하는 면적으로 구비되는 제1 열판 면과, 상기 제1 열판 면의 이면으로서 상기 제2 접합 단과 평행한 평면으로 구비되고 상기 제2 접합 단을 포함하는 면적으로 구비되는 제2 열판 면을 가지는 열판 몸체;
    상기 제1 열판 면으로부터 돌출되어 구비되고, 상기 제1 접합 단에 접촉되도록 고리 형상으로 구비되며, 상기 제1 접합 단을 향하는 방향의 단면이 삼각형으로 구비되는 돌출부;
    상기 제2 열판 면으로부터 함몰되어 구비되고, 상기 제2 접합 단이 삽입 접촉되도록 고리 형상으로 구비되며, 상기 돌출부에 정합 되는 형상으로 구비되는 ㅇ요홈부; 및
    상기 열판 몸체의 내부에 구비되며, 외부로부터 입력되는 전원에 의해 상기 돌출부와 상기 요홈부에 접촉된 상기 제1,2 접합 단을 용융시키는 열을 발생시키는 열원부;를 포함하는 폴리에틸렌 파이프 열융착용 열판의 구조.
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JP2001162898A (ja) 1999-12-14 2001-06-19 Casio Comput Co Ltd 印刷装置及び印刷方法
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